JPH09138349A

JPH09138349A - 表示装置

Info

Publication number: JPH09138349A
Application number: JP8263620A
Authority: JP
Inventors: 正明 ▲ひろ▼木; Masaaki Hiroki
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1997-05-27

Abstract

(57)【要約】【課題】投影型の表示装置において、簡単な光学系に
おいても収差のない表示を可能とする。【解決手段】液晶パネル１２で光学変調された像を投
影レンズ１３を介して最終的にスクリーン１６に投影表
示させる構成において、レンズ１３から投影される収差
を有した像をミラー１４での反射において補正すること
を特徴とする。即ち、ミラー１４の形状をレンズ１３で
生じる収差を丁度補正できるように設定する。このよう
にすることで、高価で複雑な光学系を利用することな
く、収差のない大画面表示を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書に開示する発明は、
像を拡大して投影する構成を有する表示装置に関する。
例えば、液晶パネルで形成された像をレンズで拡大して
投影する構成を有する表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶パネルで光学変調される
ことによって得られた像をレンズで拡大しスクリーンに
投影する構成が知られている。このような構成の簡単な
例を図２（Ａ）に示す。

【０００３】図２（Ａ）に示す構成においては、ランプ
２１からの光２２を液晶パネル２３で光学変調して所定
の像を形成し、その像を投影レンズ２４を用いてスクリ
ーン２５に投影するものである。スクリーン２５に投影
された像は、２６の方向あるいは投影レンズ２４の方向
から視認される。

【０００４】投影レンズ２４としては、図２（Ａ）に示
すような単なる凸レンズを利用する場合が最も簡単な構
成となる。このような構成においては、投影レンズの精
度や特性が重要なものとなる。一般にレンズには球面収
差等の問題があり、拡大される像が完全な状態で投影さ
れるものではない。

【０００５】収差というのは、光学系で光線が１点に収
束しないことをいう。収差には、球面収差、コマ収差、
非点収差、像面湾曲、像面ひずみ、色収差がある。この
収差に起因する具体的な現象としては、像が歪む、像に
色が付くといった現象を挙げることができる。

【０００６】例えば色収差の具体例としては、望遠鏡で
星等を見た場合に像に色が付く現象を挙げることができ
る。この現象は、レンズを透過する光の異なる波長成分
がレンズを構成する材料に対して異なる屈折率を有して
いることに起因する。

【０００７】これらの収差の問題は大型のレンズを使用
する場合により顕在化する。従って、大画面表示を行お
うとする場合により大きな問題となる。

【０００８】この収差の問題を解決するためには、図２
（Ｂ）の２７、２８で示されるように多数のレンズを組
み合わせる方法が採用されている。この方法を利用すれ
ば、組み合わせるレンズをより多くすることにより、収
差を許容できる範囲に補正することができる。しかし、
このように複数のレンズを組み合わせることは、複雑で
高コストなものとなってしまう。また、大面積なものを
得ることが困難になるという問題もある。

【０００９】従って、実用性や生産性の観点からいうな
らば、図２（Ａ）の２４で示されるような単体のレンズ
で光学系を構成することが最も理想的なものとなる。

【００１０】しかし一方において、図２（Ａ）の２４で
示されるような単体のレンズによる簡単な構成は、収差
の問題が顕著に出てしまい実用に際しての問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、像をレンズで拡大して投影する構成において、レ
ンズで生じる収差を補正できる構成を提供をすることを
課題とする。特にこの構成を低コストな技術として提供
することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する構成
は、レンズと、湾曲した鏡面と、を有し、前記レンズを
介して投影される像を一旦前記湾曲した鏡面で反射させ
て投影面上に結像することを特徴とする。

【００１３】上記構成は、レンズによって生じてしまう
収差を所定の形状に加工された鏡面に反射させることに
よって補正することを特徴とする。

【００１４】レンズとしては、像を拡大するための単な
る凸レンズ、さらには収差を補正するために凸レンズと
凹レンズを組み合わせたもの、単なる凸レンズや凹レン
ズと異なり特殊な形状に加工されたレンズ、これらレン
ズを組み合わせたり張り合わせたもの等を挙げることが
できる。即ち、本明細書におけるレンズというのは、像
を透過させることによってその像を光学的に拡大するこ
とができる機能を有するものをいう。

【００１５】鏡面の湾曲度や形状は、使用するレンズの
光学特性に合わせて決める必要がある。即ち、使用する
レンズで発生する収差を補正できるような形状にする必
要がある。この形状は、コンピュターシュミレーション
で決めれることができる。

【００１６】鏡面を利用した場合には、光が透過するこ
とがないので、光の透過による収差の発生が問題となら
ない。

【００１７】そしてその形状を適時設定することによ
り、レンズを透過することによって生じた像の収差を高
いレベルで補正するとができる。この補正の度合いは完
全なものでなくても、実用上効果が得られる程度であれ
ばよい。

【００１８】他の発明の構成は、レンズと、湾曲した鏡
面と、を有し、前記レンズからの像の収差は前記湾曲し
た鏡面で反射されることによって補正されることを特徴
とする。

【００１９】他の発明の構成は、像を拡大して表示する
構成において、像を拡大するためのレンズと、前記レン
ズを透過した像を反射する鏡面とを有し、前記鏡面は凸
状を有しており、前記レンズを透過した像の収差を補正
する形状を有していることを特徴とする。

【００２０】他の発明の構成は、レンズによって拡大さ
れた像を所定の局面形状を有する鏡面で反射させて像の
収差が補正された像を投影することを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施形態】図１に示すように液晶パネル１２で
光学変調された像を投影レンズ１３で拡大してスクリン
ーン１６に投影するに際して、投影レンズ１３で生じる
収差を補正するように反射鏡１４を湾曲したものとす
る。このようにすると、投影レンズ１３で生じる収差を
反射鏡１４で補正することができ、収差のない表示、ま
たは収差を抑制した表示をスクリーン１６に投影するこ
とができる。

【００２２】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例の概略の構成を図１に示す。図１
に示す構成は、筐体１０内に納められており、白色光を
投影する光源１１からの光を１２で示されるカラー像を
形成できる透過型の液晶表示パネルでもって光学変調し
てカラー像を形成し、その像を投影レンズ１３でもって
拡大し、さらに所定の形状で湾曲させた反射鏡１４でそ
の像を反射させ、さらに反射鏡１４で反射した像を平面
鏡１５で反射させてスクリーン１６に像を投影するもの
である。

【００２３】図１に示す構成においては、投影レンズ１
３に安価なものを用いても、そこで生じる収差を所定の
形状で湾曲させた反射鏡１４で像が反射する際に補正す
ることができる。

【００２４】反射鏡１４の湾曲の形状は、レンズ１３で
生じる収差を補正できるように決める必要がある。しか
し、反射鏡１４を所定の形状に形成することは容易であ
り、その作製コストは低く抑えることができる。また、
反射鏡では収差が発生しないという有意性もある。反射
鏡１４は、凸面を有する形状を有している。しかし、反
射鏡の形状はレンズ１３との兼ね合いで決まるのであ
り、単に凹型あるいは凸型に限定されるものでない。同
様にレンズ１３の形状も反射鏡１４との組み合わせにお
いて決まる。即ち、レンズ１３と反射鏡１４とは相補う
ものとして設計する必要がある。

【００２５】本実施例で示す液晶パネルは、アクティブ
マトリクス型の液晶表示パネルであって、カラー表示を
行うことができるものである。

【００２６】図１に示す構成においては、１４で示され
る反射鏡を湾曲させる例を示してある。このような２枚
の反射鏡１４、１５を用いる構成においては、１枚目の
反射鏡１４の方を小さくすることができる。反射鏡を微
妙な曲面を形成するには、その大きさがあまり大きくな
い方が有利であるので、図１に示す構成のように湾曲さ
せる反射鏡として１枚目の反射鏡１４を選択することは
好ましい。

【００２７】しかし、所定の形状を与えることが可能で
あるならば、１４の反射鏡を平面なものとし、１５の反
射鏡を湾曲させたものとしてもよい。また、１４で示さ
れる反射鏡に加えて１５で示される反射鏡を湾曲させて
もよい。

【００２８】〔実施例２〕本実施例は、同一の基板を利
用して構成された３枚の液晶パネルでなるＲＧＢ用の集
積化された液晶パネルを利用して投影表示を行う構成に
関する。図３に本実施例の概略の構成を示す。

【００２９】図３に示す構成においては、まず白色光を
発する光源３０１からの光をダイクロイックミラー３０
２〜３０４でＧＢＲの光に分光する。そして分光された
各光はＲＧＢに対応した３枚の液晶パネルを集積化した
液晶パネル３０５でそれぞれ光学変調される。そして光
学変調されたＲＧＢに対応する各像はミラー３０６、ハ
ーフミラー３０７、３０８で合成されて投影レンズ３０
９から投影される。投影レンズからの像は所定の形状に
湾曲した反射鏡３１０と平面鏡３１１で反射され、スク
リーン３１２に拡大投影される。

【００３０】ここで、反射鏡３１０は投影レンズ３０９
で生じる収差を補正するようにその湾曲の形状が決めら
れる。このようにすることによって、平面鏡３１１で像
が反射される段階において、収差の無い、または収差が
所定の程度まで補正された像となるようにすることがで
きる。そして平面鏡３１１で反射されたカラー像は、ス
クリーン３１２に投影される。

【００３１】図４に示す構成は、投影レンズが３０９の
１枚で済、さらにこの投影レンズ３０９として安価なレ
ンズを利用することができる。また像を拡大投影するた
めの光学系を単純なものとすることができる。しかも投
影される像は収差のない高い画質を有するものとするこ
とができる。従って、収差のない高い画質を有していな
がら、作製コストの低い表示装置を得ることができる。

【００３２】〔実施例３〕本実施例は、カラー像や立体
像を表示できる投影型の表示装置に本明細書で開示する
発明を利用した場合の例である。本実施例の概略の構成
を図４に示す。図４に示すのは、本実施例に示す投影型
の表示装置の３面図である。

【００３３】図において、４００が装置の筐体であり、
その中に本実施例に示す構成が配置されている。図４に
おいて、光源４０１で発せられた白色光は、半透過ミラ
ー４１０とミラー４１１で反射され、さらにダイクロイ
ックミラー４０２、４０３、４０４においてＧ、Ｂ、Ｒ
の光に分光される。

【００３４】図では、ＲＧＢ用のダイクロイックミラー
４０２〜４０４が１組示されているが、実際にはさらに
もう１組のダイクロイックミラーが配置されている。即
ち、半透過ミラー４１０からの光を分光する３つ１組の
ダイクロイックミラー４０２〜４０４と、ミラー４１１
からの光を分光する３つ１組のダイクロイックミラー
（図示せず）が存在している。こうしてＲＧＢの光が２
組６射線生成される構成となっている。

【００３５】この６射線の光線（２組のＲＧＢに対応す
る光線）は液晶パネル４０５に入射する。液晶パネル４
０５は、６個の液晶パネルが同一のガラス基板を利用し
て集積化された構成を有している。即ち、同一のガラス
基板を利用してＲＧＢの３つの液晶パネルが２組構成さ
れている。

【００３６】この６つの液晶パネルを透過することによ
って得られた像は、それぞれに対応して６つの投影レン
ズが配置された光学系４０６から直接投影される。光学
系４０６を構成する投影レンズ部は、１つの鎖線に対し
て２つのレンズが配置されている。この投影レンズ部は
その一つが４０７で示されるように６つ配置されてい
る。即ち、各液晶パネル４０５に集積された６枚のパネ
ルに対応させて配置されている。

【００３７】光学系４０６から出た光（この光は６射線
存在する）は、所定の曲面形状に形成された反射面４０
８で反射し、スクリーン（投影面）４０９に投影され
る。各像はスクリーン４０９で重ね合わせられ、カラー
像を形成することになる。

【００３８】図４に示す構成において、液晶パネル４０
５から出た像が受ける光学的な影響は光学系４０６に備
えられている第１及び第２のレンズ（図示せず）と反射
面４０８である。

【００３９】本実施例においては、レンズ系において不
可避に発生してしまう収差の問題を抑制するために以下
に示すような構成をとる。ここでは、説明を簡単にする
ために単純化した構成を例に採って説明を行う。

【００４０】図５に示すのは、２つの液晶パネル５０１
と５０２で形成された像を最終的にスクリーン５０８に
投影する構成である。図５には、２つの像を最終的にス
クリーン５０８で合成する例を示すが、像が２つ以上に
なっても基本的な構成は同じである。

【００４１】図５に示す構成において、液晶パネル５０
２で光学変調された像は第１のレンズ５０４と第２のレ
ンズ５０６とで拡大される。そして、曲面を有する反射
面５０７で反射されスクリーン５０８に投影される。

【００４２】一方、液晶パネル５０１で光学変調された
像は第１のレンズ５０３と第２のレンズ５０５とで拡大
される。そして、曲面を有する反射面５０７で反射され
スクリーン５０８に投影される。この２つの像はスクリ
ーン５０８で合成されて一つの像としてスクリーン上に
表示される。

【００４３】ここで重要なのは、レンズ５０４と５０６
とを透過した像が反射面５０７で反射されることによ
り、その収差が補正されるように、レンズ５０４と５０
６の諸設計パラメータ、さらに反射面５０７の形状を設
計することである。

【００４４】また、同様にレンズ５０３と５０５とを透
過した像が反射面５０７で反射されることにより、その
収差が補正されるように、レンズ５０３と５０５の諸設
計パラメータ、さらに反射面５０７の形状を設計するこ
とである。

【００４５】当然、レンズ５０３、５０４、５０５、５
０６の諸設計パラメータは微妙に異なるものとなる。ま
たここで１つの像に対してレンズを２枚用いているの
は、光学設計の自由度を多くして収差の補正をしやすく
すためである。しかし、レンズを増やすことは光学設計
を煩雑化し、また作製コストを高くすることになるの
で、極力その数は少ない方が好ましい。

【００４６】なお図５においては、各レンズ５０３〜５
０６が単純な凸レンズの形状を有しているように示され
ているが、実際に使用されるレンズは必要とする光学特
性を有するものが使用される。即ちその形状は単純な凸
レンズに限定されるものではない。

【００４７】図４に示す構成は、図５に示す構成を基本
的に利用したものであって、各液晶パネルからの像は光
学系４０６に配置された２枚のレンズと湾曲した反射面
４０８でもって、収差の極力少ない像とされ、スクリー
ン４０９上で合成される。

【００４８】個々のレンズは、反射面４０８との関係に
おいて、最終的に収差のない像がスクリーン４０９に投
影されるように設計することが必要である。

【００４９】本実施例に示す構成においては、ＲＧＢの
２組の像が合成されるので輝度が高く、また液晶パネル
の欠陥が目立たない表示を行うことができる。

【００５０】また図４に示す構成は、立体像を表示する
構成に利用することができる。即ち、２つのＲＧＢの組
をスクリーン４０９上に表示することができるので、そ
れぞれ右目用のカラー像と左目用のカラー像をスクリー
ン４０９上に表示し、それを２つの像を分離できるメガ
ネでもって見ることにより、スクリーン４０９に投影さ
れた像を立体像として視認することができる。またスク
リーン４０９をレンチキュラースクリーンとすることに
よって、立体像を表示することができる。

【００５１】また図４に示す構成は、２つのカラー像を
時分割表示することにり、立体像を表示する構成に利用
することもできる。

【００５２】図４に示すような構成は、大面積表示を行
う場合でも収差のない表示を行わすころができる。さら
に使用するレンズ系の構成を単純なものとすることがで
きる（通常は４枚あるいはそれ以上のレンズが使用され
る）ので、コストを低減することができる。また、曲面
を有する反射面を利用して大面積の像を表示することが
できるので、高価である大口径のレンズを使用しなくて
もよいという有意性を有する。

【００５３】〔実施例４〕本実施例は、図１に示す構成
における反射鏡の形状が異なる場合の例を示す。図１に
示す場合においては、収差補正用の反射鏡の形状とし
て、所定の方向の曲率を有したものを示した。即ち、収
差補正用の反射鏡の形状が凹面または凸面を有する場合
の例を示した。

【００５４】しかし、使用するレンズによっては、反射
鏡の形状をさらに複雑なものにする必要が生じる。図６
に本実施例の概要を示す。図６に示す構成において、６
００が装置の筐体であり、６０６が像が投影されるスク
リーン（被照射面）である。

【００５５】像は、光源６０１から発せられる光を液晶
パネル６０２によって光学変調することによって形成さ
れる。液晶パネル６０２で光学変調された像は、投影レ
ンズ６０３を介し、さらに収差補正用の反射鏡６０４、
平板状の反射板６０５で反射され、スクリーン６０６に
投影される。

【００５６】本実施例において特徴とするのは、投影レ
ンズ６０３で生じる収差を補正するために反射鏡６０４
の形状を波型としてことである。図では、その形状を強
調して記載されているが、この反射鏡の形状は、投影レ
ンズ６０３からの像が有している収差によって決まる。

【００５７】なお投影レンズ６０３からの像が有してい
る収差は、投影レンズ６０３のみで付加されるものとは
限らない。即ち、反射鏡６０４では、反射鏡６０４に入
射する段階で有している収差を補正することができる。
しかしこの場合は、レンズ６０３以外で生じる収差を考
慮しなければならないので、光学設計が煩雑になる。

【００５８】〔実施例５〕図７は、本実施例の光学配置
図であり、単板式の投影型表示装置の構成図である。

【００５９】光源７００からの光は、色分離用のダイク
ロイックミラー７０２ａ，７０２ｂを介して、赤色、緑
色、青色光にそれぞれ分離されて、赤色用液晶パネル７
０４ｂ、緑色用液晶パネル７０４ｃ、青色用液晶パネル
７０４ａにそれぞれ入り光学変調される。各液晶パネル
７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃで光学変調された映像光
は、色合成用のダイクロイックミラー７０２ｅ，７０２
ｄにより合成され、投射レンズ７０５を経て、湾曲した
反射鏡７０６によって反射されて、スクリーン７０７に
投射されて、カラー像が表示される。

【００６０】ここで、７０１はＵＶフィルターであり、
７０３ａ，７０３ｂは全反射ミラーであり、７０７ａ，
７０７ｂはコンデンサーレンズである。

【００６１】また、反射鏡７０６は投影レンズ７０５で
生ずる収差を補正するように、その反射面の形状が決定
されている。この結果、反射鏡７０６を経ることによっ
て、投影レンズ７０５で生じた収差が補正されて、スク
リーン７０７には、像の歪や、色のにじみのない鮮明な
像を表示することができる。

【００６２】なお、本実施例では、投影レンズ７０５の
透過光を収差補正用の反射鏡７０６のみで反射して、ス
クリーン７０７に投影するようにしているが、例えば、
実施例１のように、投影レンズ７０５の透過光を収差補
正用の反射鏡７０６と、平面状の反射鏡とでそれそぞれ
反射して、スクリーン７０７に投影することもできる。

【００６３】

【発明の効果】レンズを介して像を拡大して投影する構
成において、レンズで生じた像の収差を所定の形状を有
した反射鏡で反射させることによって補正することがで
きる。そして収差を影響を極力排除した像を大面積に投
影することができる。

【００６４】即ち、光学系の中に所定の曲面を有する反
射面を組み込み、レンズ系で生じる収差の影響をこの反
射面によって補正する構成とすることによって、全体の
構成を単純化することができると同時に、像の大面積化
を計ることができる。

【００６５】また、レンズで収差が生じてもよい構成と
することができるので、使用するレンズ系を簡単なもの
とすることができる。また安価なレンズを利用すること
ができる。

【００６６】また反射鏡を用いた場合には、波長による
屈折率の違いに起因する問題（一般に色収差といわれる
問題）がないので、特に大面積化することが可能であ
り、大画面表示を行うことができる構成とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】投影型の表示装置の概要を示す図。

【図２】従来型の表示装置の概要を示す図。

【図３】投影型の表示装置の概要を示す図。

【図４】投影型の表示装置の概要を示す図。

【図５】像を投影する原理を示す図。

【図６】投影型の表示装置の概要を示す図。

【図７】投影型の表示装置の概要を示す図。

【符号の説明】

１０筐体１１光源１２液晶パネル１３投影レンズ１４所定の形状を有する曲面反射鏡１５平面反射鏡１６スクリーン（投影面）２１光源２２光源からの光２３液晶パネル２４投影レンズ２５スクリーン（投影面）２６視認方向３０１光源３０２〜３０４ダイクロイックミラー３０５液晶パネル３０６ミラー３０７、３０８半透過ミラー３０９投影レンズ３１０所定の形状を有する曲面反射鏡３１１平面反射鏡３１２スクリーン（投影面）５０１、５０２液晶パネル５０３、５０４レンズ５０５、５０６レンズ５０７反射面５０８スクリーン（投影面）７０２ａ〜７０２ｄダイクロイックミラー７０４ａ〜７０２ｃ液晶パネル７０５投影レンズ７０６反射鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レンズと、湾曲した鏡面と、を有し、前記レンズを介して投影される像を一旦前記湾曲した鏡
面で反射させて投影面上に結像することを特徴とする表
示装置。
【請求項２】レンズと、湾曲した鏡面と、を有し、前記レンズからの像の収差は前記湾曲した鏡面で反射さ
れることによって補正されることを特徴とする表示装
置。
【請求項３】像を拡大して表示する構成において、像を拡大するためのレンズと、前記レンズを透過した像を反射する鏡面とを有し、前記鏡面は凸状を有しており、かつ前記レンズを透過し
た像の収差を補正する形状を有していることを特徴とす
る表示装置。
【請求項４】レンズを透過した像を所定の曲面形状を有
する鏡面で反射させて像に生じた収差を補正することを
特徴とする表示装置。