JP4802915B2

JP4802915B2 - 背面投影型表示装置

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Publication number: JP4802915B2
Application number: JP2006206731A
Authority: JP
Inventors: 正則岩崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: JP2008033039A; CN101118370B; KR20080011099A; EP1883249A1; US20080024737A1; CN101118370A

Description

本発明は、光線を走査してスクリーンの背面より映像を投影する背面投影型表示装置に関する。

近年、背面投影型表示装置は、液晶テレビジョン装置やプラズマテレビジョン装置に次ぐ表示装置として注目されており、背面投影型プラズマテレビジョン装置に比べて大幅に低価格であることから急速に普及している。

背面投影型表示装置は、従来のＣＲＴ（Cathode Ray Tube）方式からＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のマイクロディスプレイを用いた方式に移行され、液晶テレビジョン装置やプラズマテレビジョン装置のディスプレイに匹敵する程の高画質を実現できるようになった。

この背面投影型表示装置においても、他の表示装置と同様に、スクリーンの大画面化や装置の薄型化に対するニーズが急速に高まってきている。

しかしながら、従来の背面投影型表示装置は、拡大投写光学系が占めるサイズ、特にスクリーン後方の奥行き距離が大きくなるといった問題があった。

この問題を解決するために、例えば特許文献１には、映像光をスクリーン上に斜めに投影して背面投影型表示装置におけるスクリーン後方の奥行き距離を縮小する技術が提案されている。また、例えば特許文献２には、パネル表示面の画像をスクリーンに投影する投影光学系と、この投影光学系からスクリーン面までの光路を折り曲げる平面ミラー系とを備え、平面ミラー系が少なくとも２面の平面反射面を有し、そのうちの１面がスクリーン面に対向するとともに光線を２回反射するように配置されている背面投影表示装置の技術が記載されている。

特開平５−１６５０９５号公報特開２００１−２３５７９９号公報

しかしながら、薄型化を実現するために設計された従来の背面投影型表示装置では、例えば、スクリーンに投影される映像光に歪が生じたり、光学系の複雑化に伴って高温の熱が発生する等、装置の薄型化に伴って多くの問題が生じていた。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、簡易な装置構成によりスクリーンの大画面化及び装置の薄型化を実現する背面投影型表示装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、スクリーンの背面から映像を投影する背面投影型表示装置において、光線を出射する光源と、光源より出射された光線を略平行光線に変換する光学素子と、光学素子で変換された略平行光線をスクリーンに入射させるように走査する走査部と、高さ方向の長さがスクリーンの高さ方向の長さの１／２以上であり、走査部で走査された光線を反射して光線をスクリーンへ入射させる反射板とを備え、反射板の形状は、水平方向の曲率よりも垂直方向の曲率の方が大きくスクリーンに対して凹型のトーリック曲面であり、反射板の下端部とスクリーンの下端部とは水平方向において一致し、反射板の上端部からスクリーンまでの距離は、反射板の下端部からスクリーンまでの距離よりも短い。

本発明によれば、簡易な装置構成で大画面且つ薄型の背面投影型表示装置を実現することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００の内部構成を示す図である。背面投影型表示装置１００は、光源１と、光線束整形光学素子２１及び光線束変換光学素子２２から構成される光学素子２と、走査部３と、スクリーン導光ミラー４と、スクリーン５とを備えて構成される。

図２は、背面投影型表示装置１００のシステム構成を示す図である。背面投影型表示装置１００は、例えば、ビデオプレーヤ、ビデオカメラ、ビデオレコーダ、放送チューナ、インターネット等である映像信号発生装置１０１と接続されることにより、種々の映像信号を入力する。背面投影型表示装置１００は、映像信号発生装置１０１より入力された映像信号の信号処理を行う映像信号処理部１００Ａと、この映像信号に基づいて光源１を駆動する光源駆動部１００Ｂと、この映像信号に基づいて走査部３を駆動する走査駆動部１００Ｃとを備える。

光源１では、半導体レーザを直接変調して変調光であるレーザ光線を得る。光源１は、任意の発散角で変調された半導体レーザのレーザ光線を出射する。光源１において、半導体レーザのレーザ光線における発散角は、水平方向と垂直方向とで異なるため、光線束の断面は楕円形になる。なお、光源１は、半導体レーザ以外にガスレーザ、固体レーザ、発光ダイオード等でもよい。また、光学素子２は、シリンドリカルレンズ及び凸レンズを備えるとするが、これらに限られるものではなく、例えばプリズムを備えてもよい。

光源１より出射されたレーザ光線は、光線束整形光学素子２１に入射され、光線束の断面が楕円形から円形へと整形される。光線束の断面が整形されたレーザ光線は、光線束変換光学素子２２に入射され、光線束の断面の直径が１ｍｍ以下である略平行光線に変換される。光線束変換光学素子２２より出射された略平行光線は、走査部３によって反射される。

走査部３は、反射鏡３１Ａ、及び、レーザ光線がスクリーン５の上下方向に入射されるように反射鏡３１Ａを走査する走査駆動部３１Ｂと、反射鏡３２Ａ、及び、レーザ光線がスクリーンの左右方向に入射されるように反射鏡３２Ａを走査する走査駆動部３２Ｂとから構成される。ここで、走査駆動部３１Ｂ及び走査駆動部３２Ｂは、走査駆動部１００Ｃに対応する。なお、走査部３は、反射鏡に替えて、例えばプリズム等を備えてもよい。

スクリーン導光ミラー４は、走査部３によって走査されたレーザ光線を反射し、スクリーン５の上下左右方向へとレーザ光線を入射させる。

スクリーン５には、走査部３によるレーザ光線の走査に基づいて映像が表示される。

このような構成を備える背面投影型表示装置１００において、走査部３におけるレーザ光線の出射点、スクリーン導光ミラー４、及びスクリーン５の相対位置を設定する方法の一例について説明する。なお、背面投影型表示装置１００では、スクリーン導光ミラー４の形状を平面とする。

仮に、図３（Ａ）に示すように、走査部３におけるレーザ光線の出射点からスクリーン５の上端までの距離と、走査部３におけるレーザ光線の出射点からスクリーン５の下端までの距離とが等しく、走査部３におけるレーザ光線の出射点からスクリーン５までの距離がスクリーンの高さの（√３）／２倍である状態を想定する。

ここで、例えば図３（Ｂ）に示すように、スクリーン導光ミラー４の上端がスクリーン５方向に４５°傾斜するようにスクリーン導光ミラー４が配置される場合、走査部３におけるレーザ光線の出射点は、スクリーン導光ミラー４とスクリーン５との間に位置することになる。

本実施の形態のように、走査部３におけるレーザ光線の出射点をスクリーン５の下端に位置する場合、図３（Ｃ）に示すように、スクリーン導光ミラー４の上端がスクリーン５方向に３０°傾斜するようにスクリーン導光ミラー４が配置されることになる。

このことから、背面投影型表示装置１００では、例えば、スクリーン導光ミラー４の上端をスクリーン５方向に３０°以下で傾斜するように配置する。

次に、背面投影型表示装置１００において、スクリーン導光ミラー４とスクリーン５との位置及び大きさの相対関係について説明する。

背面投影型表示装置１００における走査部３は、上述したようにスクリーン５の下端に位置する。

背面投影型表示装置１００では、例えば図４（Ａ）に示すように、下端が水平面Ｘに位置するスクリーン導光ミラー４及びスクリーン５を平行に配置する。この場合、スクリーン導光ミラー４の高さ方向の長さをスクリーン５の高さ方向の長さの１／２以上とする。この場合、レーザ光線は、スクリーン５の上端に入射角度θ_１で入射されるとする。なお、図４（Ａ）では、レーザ光線のスクリーン導光ミラー４への高さ方向の入射位置がスクリーン５の高さ方向の長さの１／２である様子を示している。

また、背面投影型表示装置１００では、例えば図４（Ｂ）に示すように、スクリーン導光ミラー４を、その下端が水平面Ｘに固定されたままスクリーン５の方向に傾斜するように配置してもよい。すなわち、背面投影型表示装置１００では、スクリーン導光ミラー４の上端からスクリーン５までの距離を、スクリーン導光ミラー４の下端からスクリーン５までの距離よりも短くするように配置してもよい。この場合、スクリーン５の上端への入射角度θ_２が図４（Ａ）における入射角度θ_１よりも小さくなるように、スクリーン導光ミラー４の高さ方向の長さをスクリーン５の高さ方向の長さの１／２よりも十分に長くする。

このように、背面投影型表示装置１００では、スクリーン導光ミラー４の高さ方向の長さをスクリーン５の高さ方向の長さの１／２以上とすることにより、スクリーン５の上端と下端との入射角度の差を小さくすることができる。

以上のような構成を備える本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、従来の背面投影型表示装置に比べて大幅にスクリーン後方の奥行き距離を短縮することができる。

また、本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、従来の背面投影型表示装置に比べてスクリーンに入射される光線の入射角度差を小さくすることができ、これにより大画面のスクリーンにおいても視野角を広げることができる。

また、本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、光源１に半導体レーザ又は発光ダイオードを用いるため、大画面のスクリーンにおいても極めて純度の高い色を再現することができる。

また、本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、光源１に種々のレーザ又は発光ダイオードを用いることにより、出射される光線の光線束断面においてスポット径の微細化（スポットサイズ＝１画素サイズ）が可能となり、ニュートンの結像関係を用いずにスクリーン５上で１画素として表示されるため、固定画素で表示するプラズマディスプレイや液晶ディスプレイ、さらに従来のプロジェクタよりも鮮明な映像を大画面のスクリーン５に表示することができる。

図５は、本発明を適用した第２の実施形態における背面投影型表示装置２００の内部構成を示す図である。なお、上述した背面投影型表示装置１００と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

背面投影型表示装置２００では、形状が、水平方向の曲率よりも垂直方向の曲率のほうが大きくスクリーン５に対して凹型のトーリック曲面であるスクリーン導光ミラー４０を備える。

背面投影型表示装置２００におけるスクリーン導光ミラー４０とスクリーン５との位置及び大きさの相対関係は、図４（Ｂ）を用いて説明した場合と同様とするが、図６に示すように、スクリーン導光ミラー４０の形状を、水平方向の曲率よりも垂直方向の曲率のほうが大きくスクリーン５に対して凹型のトーリック曲面とすることにより、スクリーン導光ミラー４０の上端でスクリーン５に入射される入射角度θ_３を上記図４（Ｂ）における入射角度θ_２よりもさらに小さくすることができる。また、これに伴って、背面投影型表示装置２００では、スクリーン５の高さ方向の位置によるレーザ光線の入射角度の差をより小さくすることができる。

なお、スクリーン導光ミラー４０の形状は、これに限られず、例えば、スクリーン５に対して凹面である球面、スクリーン５に対して凹面である自由曲面等、何れの曲面であってもよい。例えば、スクリーン導光ミラー４０の形状を凹面の球面とした場合、スクリーン５におけるレーザ光線の入射角度の角度差を、スクリーン導光ミラー４０の形状を凹面のトーリック面や自由曲面とした場合と同程度にするためには、スクリーン導光ミラー４０からスクリーン５までの距離をより長くする必要がある。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

例えば、上述した実施の形態では、光源１が半導体レーザを直接変調して出射するようにしたが、別の実施の形態として、無変調の光源から出射されるレーザ光線を変調する変調素子をさらに備えるようにしてもよい。この変調素子は、光源１と光学素子２との間に備えられて光学素子２に変調されたレーザ光線を供給するようにしてもよいし、光学素子２の内部、外部問わず、光路中の何れの位置に配置されるようにしてもよい。

また、例えば、上述した実施の形態では、光線束変換光学素子２２を備えるようにしたが、別の実施の形態として、光線束整形光学素子２１から出射された光線束をスクリーン５上で直径１ｍｍ以下の略焦点を結ぶ光線束に変換する光線束変換光学素子を備えるようにしてもよい。

また、例えば、上述した実施の形態とは別の実施の形態として、光線束が略焦点を結んでスクリーンに入射するような曲率を有する曲面を走査部にさらに備えるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、光源１及び光学素子２を備えた光路を、例えば図１に示すように、スクリーン５後方の奥行き方向に配置したが、別の実施の形態として、これら光源１及び光学素子２を備えた光路を紙面垂直方向に折り曲げるようにしてもよい。これにより、スクリーン５後方の奥行き距離は、さらに短縮される。

本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置の内部構成を示す図である。本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置のシステム構成を示す図である。走査ミラーにおける光線束の出射点、スクリーン導光ミラー、及びスクリーンの相対位置を設定する方法の一例を説明するための図である。スクリーン導光ミラーとスクリーンとの位置及び大きさの相対関係を説明するための図である。本発明を適用した第２の実施形態における背面投影型表示装置の内部構成を示す図である。スクリーン導光ミラーとスクリーンとの位置及び大きさの相対関係を説明するための図である。

符号の説明

１光源、２光学素子、３走査部、４スクリーン導光ミラー、５スクリーン、２１光線束整形光学素子、２２光線束変換光学素子

Claims

スクリーンの背面から映像を投影する背面投影型表示装置において、
光線を出射する光源と、
上記光源より出射された光線を略平行光線に変換する光学素子と、
上記光学素子で変換された略平行光線を上記スクリーンに入射させるように走査する走査部と、
高さ方向の長さが上記スクリーンの高さ方向の長さの１／２以上であり、上記走査部で走査された光線を反射して該光線を該スクリーンへ入射させる反射板と
を備え、
上記反射板の形状は、水平方向の曲率よりも垂直方向の曲率の方が大きく上記スクリーンに対して凹型のトーリック曲面であり、
上記反射板の下端部と上記スクリーンの下端部とは水平方向において一致し、該反射板の上端部から該スクリーンまでの距離は、該反射板の下端部から該スクリーンまでの距離よりも短い背面投影型表示装置。
上記光源及び上記光学素子を備えた光路は、上記スクリーン平面に対して略水平方向に配置される請求項１記載の背面投影型表示装置。
上記走査部は、反射面を有し、上記スクリーンの上下左右方向に上記略平行光線を走査するように当該反射面を駆動する請求項１記載の背面投影型表示装置。
上記光源は、半導体レーザである請求項１記載の背面投影型表示装置。
上記光源は、発光ダイオードである請求項１記載の背面投影型表示装置。
上記光源は、光線を直接変調して出射する請求項１記載の背面投影型表示装置。
上記光源より出射された光線を変調する変調素子をさらに備える請求項１記載の背面投影型表示装置。