JPH03216638A

JPH03216638A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH03216638A
Application number: JP2012835A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Shikama; 信介鹿間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-01-22
Filing date: 1990-01-22
Publication date: 1991-09-24
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: US5264879A; JP2867529B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ライトバルブ上に形成された画像をスクリー
ン上に拡大投写する投写型表示装置に関し、特に複数の
ライトバルブに形成された画像を合成投写する装置の性
能改善に関するものである。

［従来の技術］第４図は従来の投写型表示装置の光学系の構成図である
。図において、（１）は光源、（１２０）はランプ、（
１３０）反射鏡、（２）は光源（１）から出射する照明
光束、（３Ｒ）．　（３Ｇ）．　（３Ｂ）は液晶ライト
ノくルブ、（２３Ｒ），　（２３Ｇ），　（２３Ｂ）は
液晶ライトノくルブの画像形成面、（ＩＯＲ）、（ＩＯ
Ｃ）．　（ｌＯＢ）はコンデンサレンズ、（１４Ｒ）．
　（１４Ｂ）は色分離用ダイクロイツクミラー、（１５
Ｂ），　（１５Ｇ）は色合成用グイクロイツクミラー　
（１１），　（１２）　　ミラー　（４）は投写レンズ
、（５）はスクリーンである。

次に、従来装置の動作について説明する。

照明光束（２）は白色光源ランプ（１２０）を出射後、
反射鏡（１３０）で反射されて光源（１）を出射し、照
明光束（２）となる。ダイクロイ・ソクミラ−（１４Ｒ
）は赤色光を反射し青．緑色光を透過する。

グイクロイックミラ−（１４Ｒ）で分離された赤色光は
ミラー（１１）で反射されて液晶ライトバルブ（３Ｒ）
に入射する。また、グイクロイックミラー（１４Ｂ）は
青色光を反射し、緑色光を透過させる。従って、液晶ラ
イトバルブ（３Ｇ），　（３Ｂ），　（３Ｒ）には、各
々緑，青，赤の照明光束が照射される。液晶ライトバル
ブ（３Ｇ），　（３Ｂ），　（３Ｒ）の画像形成面（２
３Ｇ），　（２３Ｂ）（２３Ｒ）には、特に図示しない
外部回路によって緑，青，赤の色光に相当する画像が形
成され、照射光をライトバルブ面内で透過変調する。液
晶ライトバルブ（３Ｇ），　（３Ｂ），　（３Ｒ）の出
射光は、青色光を反射するグイクロイックミラ−（１５
Ｂ），緑色光を反射するグイクロイックミラー（１５Ｇ
）　、及び反射ミラー（１２）によって合成光束（１０
０）として投写レンズ（４）に入射し、投写光束（１１
０）としてスクリーン（５）上に結像され、拡大された
カラー画像が鑑賞に供される。ここで、液晶ライトバル
ブ（３Ｒ），　（３Ｇ）．　（３Ｂ）の大きさは互いに
等しく、また投写レンズ（４〉からほぼ等距離に配置さ
れており、スクリーン（５）上の各色光に対する投写画
像がほぼ等しい大きさの領域に形成されるように設計さ
れている。また、投写レンズとしてズームレンズが用い
られる場合には、拡大投写倍率を変化でき、自由にスク
リーン（５）上の表示領域の大きさを変えることができ
る。なおコンデンサレンズ（ＩＯＲ）（ＩＯＧ＞．　（
ＩＯＢ）は、各々赤，緑．青色光を高効率で投写レンズ
（４）に入射させるために用いられる。

次に、液晶ライトバルブ（３）の構成と動作について、
第５図により説明する。

液晶（６）は２枚のガラス基板（７），　（７１）に挟
まれ、さらに両側に偏光板（８），（９）を配している
。

電圧無印加ｖ＝０（第５図（ａ））においては、入射側
偏光板（８）を透過した直線偏光（２ａ）は、液晶（６
）を透過する際に液晶の旋光性によって偏光方向が９０
°回転し、入射側偏光板（８）と偏光軸が直交するよう
に配された出射側偏光板（９）を透厄する。一方、しき
い値電圧ｖｔｈ以上の電圧Ｖを印加（第５図（ｂ））す
ると、液晶の旋光性が小さくなって、出射側偏光板（９
）を透過する光量が電圧の増加に伴って減少する。この
様な透過率の制御作用を利用し、さらに２次元アレイ状
に電極を構成することにより、２次元のマトリックス状
画像表示素子が形成できる。第５図の液晶ライトバルブ
では、液晶（６）と出射側ガラス基板（７１）の界面が
画像形成面（２３）となる。なお、上記液晶は旋光角が
９０″のＴ　Ｎ　（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）
液晶をノーマリーホワイトモードで使用した例について
説明した。液晶相の種類，旋光角の大きさ等については
公知のごとく、上記の他にも変形例が知られているが、
本発明の主題と直接的に関係しないので説明を省略する
。

［発明が解決しようとする課題］従来の投写型表示装置に用いられる投写レンズ（４）は
、各種収差を小さく抑え良好な投写画像を得るべ《複数
枚の組合せレンズより構成されていた。しかし、赤，緑
，青の各原色の波長は４００〜７００ｎｍ程度の広帯域
に分布しているため、各原色毎に投写レンズの結像倍率
が異なってくる（倍率色収差）という問題があった。

この問題について、第６図を参照して説明する。第６図
（ａ）は、正レンズ（４ａ），負レンズ（４ｂ），絞り
（４Ｃ）より構成された投写レンズ（４）を示している
。上記投写レンズ（４）に、液晶ライトバルブ（３Ｒ）
　（３Ｇ），（３Ｂ）の相対的に同一の場所にある画素
からの合成光線（１００）が入射した場合を考える。図
では、簡単のため緑色の主光線に相当する光線について
示した。一般に光学ガラスは短波長になるほど屈折率が
高くなるので、レンズによる屈折は青が一番大きく、赤
が一番小さくなる。

このため、スクリーン（５）では図示の通り、青の像高
が最大になり、赤の像高が最小になる。第６図（ｂ）は
、スクリーン（５）の画素の結像状態を示した図である
。上記のように、青〉緑〉赤の順に結像倍率が小さくな
るので、スクリーン中心（５０）に対して青の画素（右
上がりの斜線で示す）は緑の画素（白抜きの矩形で示す
）よりも外側にずれ、赤の画素（右下がりの斜線で示す
）は緑の画素よりも内側にずれて結像される。なおスク
リーン中心位置（５０）では、倍率色収差の影響が小さ
いので３原色の画素は重なって表示される。

以上の説明は第６図（ａ）の如く、液晶ライトバルブ側
から正レンズ（４ａ），負レンズ（４ｂ）が配置された
場合であるが、この順序が逆になると倍率色収差の大小
関係が逆転し、赤〉緑〉青の順となる。

液晶ライトバルブでは、液晶板の製造時に高精度に画素
ピッチを作り込み、画像表示の際自由に表示領域の大き
さを可変することは困難である。

このため、３原色の画像の投写倍率は投写光学系で厳密
に一致させる必要があり、投写レンズの倍率色収差に起
因する３原色の画素ずれを１画素の１／１　０程度にす
る必要があった。従って、例えば５００Ｘ５００画素の
表示においては、画面の端まで上記ずれ許容を守るため
に、±１／２５００（±０．０４％）程度に原色毎の倍
率差を抑える必要があった。このために投写レンズ（４
）の構成レンズ枚数が増加し、投射型表示装置全体を高
価にする原因となっていた。

本発明は以上のような問題点を解決するためになされた
もので、簡単に各原色間の投写倍率を微調し、投写レン
ズ（４）の倍率色収差による各原色間の画素ずれを補正
できる投写型表示装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る投写型表示装置は、複数のライトバルブの
全部又は１部の画像形成面の前記投写レンズ側近傍に、
画像形成面の虚像を形成する補正レンズ手段を設け、前
記投写レンズによる前記各色光に対応する投写画像の大
きさのずれを補正するものである。

［作用］上記補正レンズで形成される虚像は、投写レンズの倍率
色収差の影響を打ち消すように、あらかじめ各色光に対
応するライトバルブの画素ピッチを調整する作用をなす
。

さらに、投写レンズがズームされて倍率色収差が変動す
る場合には、補正レンズの位置を投写レンズのズーム状
態に応じて微調整することによって、どのような投写画
面サイズにおいても投写画素の色ずれをな《すことがで
きる。

し実施例］第ｌ図は本発明の第１実施例における投写型表示装置の
光学系を示す構成図である。従来例を示す第４図と比較
して、赤の液晶ライトバルブ（３Ｒ）の直後に正の補正
レンズ（２０１）を設け、青の液晶ライトバルブ（３Ｂ
）の直後に負の補正レンズ（２０２）を設けた点が変更
されている。投写−型表示装置全体としての動作は従来
装置とかわりないので説明を省略し、追加された補正レ
ンズ（２０１），　（２０２）の働きについて第２図を
参照して述べる。

第２図（ａ）は、焦点距離ｆ＞Ｏなる正の補正レンズ（
２０１）の動作を示している。図中、点（２３０）は画
像形成面（２３Ｒ）内の任意の画素を示しており、Ｆｌ
，Ｆ２は各々物体側焦点，像側焦点を示している。また
、一点鎖線は補正レンズ（２０１）の光′軸であり、画
像形成面（２３Ｒ）の中心に立てられた法線と一致する
ように配置されている。画素（２３０）は、正レンズ（
２０１）からＳの距離に置かれ、Ｓｌの位置に拡大虚像
（２３１）が形成される。

このような拡大虚像は、画素（２３０）を物体側焦点Ｆ
ｌとレンズ（２０１）の間に配置することにより形成で
き、拡大倍率βは（１）式で与えられる。

β＝ＳＬ／Ｓ＝ｆ／（Ｓ＋ｆ）　　　　　・・・・・・（１）但し、
Ｓｌ，Ｓの符号はレンズより左側の距離を負にとった。

（１）式より、−　ｆ＜Ｓ＜０の範囲でＳを設定するこ
とにより、任意の拡大倍率β〉ｌを実現できることがわ
かる。

第２図（ｂ）は、焦点距離ｆ＜０なる負の補正レンズ（
２０２）の動作を示している。（２４０）は画像形成面
（２３Ｂ）内の任意の画素を示している。又、１点鎖線
は補正レンズ（２０２）の光軸であり、画像形成面（２
３Ｂ）の中心に立てられた法線と一致するように配置さ
れている。図のように負レンズ（２０２）らＳの距離に
置かれた画素（２４０）から、縮小虚像（２４１）が形
成される。結像倍率βは、正レンズと同様に（１）式で
与えられる。Ｓく０の範囲でＳを設定することにより、
０くβ〈１なる任意の縮小倍率を実現できることがわか
る。

く数値例〉画像形成面〜補正レンズ間の距離をＳ　＝　−　２　ｆ
ｌｌｍに固定して、１％の拡大，縮小虚像を発生する場
合を考える。

（ａ）拡大虚像 β＝５１／Ｓ＝１．０１より、Ｓ　１＝−２．　０２ｍ
ｍとなり、焦点距離ｆは、ｆ＝Ｓ−　Ｓｌ　／　（Ｓ−５１　）　　・・・自・（
２）を用いて、ｆ＝２０２ｎ＋ｍ　　（正レンズ）とな
る。

（ｂ）縮小虚像 β＝５１／Ｓ＝０．９９より、Ｓ　Ｉ＝−１．　９８ｍ
＋ｏとなり、焦点距離は（２）式を用いて、ｆ　＝　−
１９８ｍｍ　（負レンズ）となる。

以上の説明と、第１図からわかるように、正の補正レン
ズ（２０１）は赤の画像形成面（２３Ｒ）を拡大した虚
像を作る作用をなし、負の補正レンズ（２０２）青の画
像形成面（２３Ｂ）を縮小した虚像を作る作用をなす。

この結果、第６図（ａ）のように投写レンズ（４）の倍
率色収差によって青〉緑〉赤の投写倍率差がある場合に
も、緑の画像形成面（２３Ｇ）の画素ピッチを基準にし
て、青の画素ピッチを見かけ上小さくでき、赤の画素ピ
ッチを見かけ上大きくできるので、スクリーン（５）上
の各原色間の画素ずれをなくすことができる。投写レン
ズの倍率色収差が上記とは逆に青く緑く赤の場合には、
第１図とは逆に赤の液晶ライトバルブ（３Ｒ）用の補正
レンズ（２０１）を負レンズとし、青の液晶ライトバル
ブ（３Ｂ）用の補正レンズ（２０２）を正レンズとすれ
ばよい。なお、補正レンズを設けることによって、見か
け上画像形成面がＳｌ　−Ｓだけ光軸方向に移動し、補
正した投写画像がスクリーン（５）上で焦点ずれをおこ
すことが考えられる。この場合には、液晶ライトバルブ
・補正レンズ対をＳｌ−Ｓｌだけ光軸方向に移動すれば
虚像が本来の画像形成面の位置に設定されるので上記焦
点ずれが補正できる。第１図の場合には、液晶ライトバ
ルブ（３Ｒ）と補正レンズ（２Ｑ１）の全体を投写レン
ズの方向に上記所定量だけシフトし、又、液晶ライトバ
ルブ（３Ｂ）と負の補正レンズ（２０２）を投写レンズ
から遠ざかる方向に上記所定量だけシフトすればよい。

［他の実施例〕次に、本発明の第２実施例について、第３図により説明
する。第３図は本発明の投写型表示装置の第２の実施例
に用いられる液晶ライトバルブの構成図である。本実施
例は、補正レンズをフレネルレンズとし、液晶ライトバ
ルブ（３）内に組み込んだ実施例である。第３図（ａ）
において、（２０２）は投写レンズ側のガラス基板（７
１）の表面に形成されたフレネルレンズであり、負レン
ズと等価な作用をもつ。（２３）は液晶（６）とガラス
基板（７１）の界面の画像形成面である。負のフレネル
レンズ（２０２）によって画像形成面（２３）の縮小虚
像が形成されることは第一の実施例の場合と同じである
。

フレネルレンズ（２０２）は、公知のようにガラス基板
（７１）上に樹脂材料を成型するか、又はガラス基板（
７１）と同じ材料で一体に成型する等の方法で形成し、
表面に偏光板（９）を接着等の方法でとりつける。以上
のような構成により、補正レンズ（２０２）を内蔵した
非常に薄型の液晶ライトバルブが実現できる。第３図（
ｂ）は補正レンズ（２０１）が正レンズと等価なフレネ
ルレンズの場合であり、これによって画像形成面（２３
）の拡大虚像が形成されること以外は、上記第３図（ａ
）と同様であるので説明を省略する。第３図（ａ）の液
晶ライトバルブ（３）を第１図の液晶ライトバルブ（３
Ｂ），　負の補正レンズ（２０２）に置き換え、第３図
（ｂ）の液晶ライトバルブ（３）を液晶ライトバルブ（
３Ｒ）　，正の補正レンズ（２０１）に置き換えること
により、第１の実施例よりも簡単な光学系で本発明の効
果を得ることができる。

以上の各実施例では、緑の液晶ライトバルブ（３Ｇ）以
外について、異符号の焦点距離を有する補正レンズ（２
０１）、（２０２）を配置した例について説明した。こ
れは、一般に緑を基準にして青と赤に対する投写レンズ
の倍率色収差が大小反対側に出るので、赤と青の液晶ラ
イトバルブの画像形成面のうち片方の拡大虚像と、もう
片方の縮小虚像を作ることによって画素ずれを補正する
ためである。

また、３枚の液晶ライトバルブ（３Ｒ），　（３Ｇ），
　（３Ｂ）の全てに対して補正レンズを配置しても本発
明の効果は発揮できる。この場合、上記実施例と同様に
、投写レンズ（４）の倍率色収差を考慮して、（１），
（２）式によって適宜各補正レンズの補正倍率β，焦点
距離ｆ，配置距離Ｓを決定すべきある。

さらに、投写レンズ（４）としてズームレンズが使用さ
れスクリーン（５）上の投写領域のサイズが可変される
場合、ズーム状態に応じて倍率色収差の大きさ（３原色
の投写倍率比）が変動する。この場合は、本発明の各補
正レンズの配置距離（第２図、および（１）式のＳ）を
ズーム状態に応じて光軸方向に変位させる機構（図示せ
ず）を設けておけば、任意のズーム状態において、補正
レンズの形成する虚像の大きさを変化させられるので、
スクリーン（５）上の各原色の画素ずれを最小限に補正
できる。もちろん、上記配置距離（５）の調整は液晶ラ
イトバルブを光軸方向に変位させる機構としてもよい。

また、ズームが広角から望遠（短焦点距離から長焦点距
離）に変化する場合に、スクリーン上の緑に対する青．
赤の画素の位置関係が反転する（倍率色収差の極性反転
）場合がある。この様な投写レンズに対しては、各ライ
トバルブ（３Ｒ），　（３Ｇ），　（３Ｂ）の各々に同
一符号の焦点距離を有する補正レンズを配置して、各補
正レンズの配置距離（第２図、および（１）式のＳ）を
ズーム状態に応じて光軸方向に変位させる機構（図示せ
ず）を設けておけば、任意のズーム状態において画素ず
れを補正するのに特に有効である。なぜならば、第１図
のように青，赤の液晶ライトバルブに対して異符号の焦
点距離の補正レンズを適用すると、正レンズは拡大（β
〉１），負レンズは縮小（０くβ＜１）ができるだけで
、倍率色収差の極性反転に対応できない。しかし、赤，
緑，青の液晶ライトバルブに各々正の補正レンズを適用
すると、各補正レンズの拡大倍率がβ〉■の範囲で独立
に可変でき、投写レンズの倍率色収差の極性反転が生じ
ても各原色の画素ずれを補正できる。

また、赤，緑，青の液晶ライトバルブに各々負の補正レ
ンズを適用すると、各補正レンズの縮小倍率がＯくβ〈
ｌの範囲で独立に可変でき、投写レンズの倍率色収差の
極性反転が生じても各原色の画素ずれを補正できる。

以上の各実施例では、液晶をライトバルブとして用いた
が、他に油膜をライトバルブとして用いる方式も公知で
ある。本発明の手法は複数枚のライトバルブに形成され
た各色光に対応する画像を合成投写する投写型表示装置
であれば、ライトバルブの種類を問わず有効に適用でき
る。また、ライトバルブの枚数も３枚に限らず３枚以上
、あるいは２枚でも問題なく適用できる。

また、上記各実施例では白色光源ランプの出射光をグイ
クロイックミラーで色光に分解し、各液晶ライトバルブ
を照明する光学系について説明した。この他に、各液晶
ライトバルブを照明する色光を別々のランプの出射光束
から得る方式も公知であり、本発明の補正レンズを用い
た画素ずれ補正はこのような光学系にも適用できること
もちろんである。

また、本発明の各実施例はライトバルブとして透過型の
ものを使用しているが、反射型ライトバルブを使用した
投写型表示装置も公知である。本発明の補正レンズによ
る倍率色収差補正は、反射型液晶ライトバルブを使用し
た装置にも問題なく適用できることはいうまでもない。

［発明の効果］以上に詳述したように、本発明の投写型表示装置は、各
色光に対応する複数のライトバルブの１部もしくは全部
に形成された画像の拡大虚像，縮小虚像を形成する補正
レンズを具備し、上記拡大，縮小虚像を投写レンズで拡
大投写するので、投写レンズの倍率色収差を原色毎に補
正でき、もって原色間の画素ずれのない投写型表示装置
を実現できる。しかも、投写レンズは構成枚数の少ない
ものを使用できるので、投写型表示装置型全体を安価に
構成できる。

また、投写レンズのズームによって倍率色収差の変動が
ある場合には、各補正レンズの光軸方向位置、もしくは
各補正レンズに対応するライトバルブの光軸方向位置を
ズームに応じて変化させることにより、投写画面の大き
さが変化しても画素ずれの生じない投写型表示装置を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による投写型表示装置の
光学系を示す構成図、第２図は本発明の投写型表示装置
に用いられる補正レンズの動作原理の説明図、第３図は
本発明の投写型表示装置の第２の実施例に用いられる液
晶ライトバルブの構造図、第４図は従来の投写型表示装
置の構成図、第５図は液晶ライトバルブの動作原理の説
明図、第６図は従来の投写型表示装置の問題点の説明図
である。図において、（１）は光源手段、（３），　（３Ｒ），
　（３Ｇ）（３Ｂ）はライトバルブ、（２３），　（２
３Ｒ），　（２３Ｇ），　（２３Ｂ）は画像形成面、（
４）は投写レンズ、（２０１），　（２０２）は補正レ
ンズ手段である。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

　画像形成面に画像を表示する複数のライトバルブと、
前記複数のライトバルブの各々に別々の色光を照射する
ための１個もしくは複数個の光源手段と、前記複数のラ
イトバルブの画像形成面に表示された、前記各色光に対
応する画像を拡大投写する投写レンズとを有する投写型
表示装置において、前記複数のライトバルブの全部又は
１部の画像形成面の前記投写レンズ側近傍に、画像形成
面の虚像を形成する補正レンズ手段を設け、前記投写レ
ンズによる前記各色光に対応する投写画像の大きさのず
れを補正することを特徴とする投写型表示装置。