JPH03220541A

JPH03220541A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JPH03220541A
Application number: JP2017045A
Authority: JP
Inventors: Masatake Matsuo; 誠剛松尾; Junichiro Shinozaki; 篠崎　順一郎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-01-26
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1991-09-27

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、ビデオ映像やコンピュータ画像等を表示する
投射型表示装置に関する。なかでも、コンパクトなサイ
ズで大型画面を実現できる、液晶パネルをライトバルブ
として用いたリア型の投射型表示装置に関する。

［従来の技術］従来の、液晶パネルをライトバルブを用いた投射型表示
装置は第８図の光学構成をしたものなどがあった。そし
て、第８図のものは当社に於て商品化されている（エプ
ソン・ビデオプロジェクタ−ＶＰＪ−７０００）。これ
らはフロント型の投射型表示装置であるが、これらを投
射光学ユニットとして用い、キャビネット内に収納すれ
ばリア型の投射型表示装置が構成できる（第７図）。

また、投射レンズが３枚構成の投射型表示装置も試作品
が発表されている。

［発明が解決しようとする課Ｍ］しかし、従来の単純な拡大光学系でリア型の投射型表示
装置を構成すると、スクリーンに垂直な光軸で投射しな
ければキーストン歪み等による制限を受けるため、ミラ
ーによる折り畳み光学系を採用しても投射型表示装置の
厚みをむやみに薄くすることはできなかった（第６図・
第７）。１００インチ対角のスクリーンサイズにたいし
て奥行１００センチメートルは必要であった。また、そ
の場合でも光の利用効率が低く、明るい画面を実現する
ことができなかった。

そこで本発明の目的は、このような上述の課題を解決す
るもので、明るい画面を有する大型で薄型の投射型表示
装置を実現することである。

［課題を解決するための手段］本発明の投射型表示装置は、光を生成する光源、前記光源からの前記光を集め略平行
な光束に変換するためのコリメート手段、前記略平行な
光束に対して傾きをもって配置されており前記略平行な
光束を変調し複数の画素を含むライトバルブ、前記ライ
トバルブで変調された光を投射するための第１の投射光
学手段、前記第１の投射光学手段で投射された前記ライ
トバルブの実像が結像される位置近傍に配置された反射
手段、前記反射手段で反射された光を再び投射するため
の第２の投射光学手段、及びスクｌ／−ンからなり、前記反射手段は前記ライトバルブに含まれる前記画素の
その位置での実像の大きさより小さいピッチで配列され
た複数の微小反射面列（アレイ）からなる反射手段であ
り、前記スクリーンには、前記第２の投射光学手段の出射口
から略等距離であるような前記スクリーン上のいわゆる
等高線に沿って、前記第２の投射光学手段からの出射光が前記スクリーン
面上で光路を変更し、視者に向かって前記スクリーン面
に対してほぼ垂直な方向で出射するように、前記第２の投射光学手段の出射口を焦点とするような複
数の回転放物面群のそれぞれ一部分からなる複数の微細
な構造が形成されていることを特徴とする。

［作用］上記のように構成された投射型表示装置は、第１図、第
２図に示したように、スクリーンに対してななめの光軸
で投射できるので（即ち非軸光学系（ななめ投射方式）
を採用できるので）、投射型表示装置の薄型化が図れる
。簡単なシミュレーションによっても、６０°入射の場
合奥行が５０％削減でき、半分の薄型化が可能である。

さらに、上記のように構成された投射型表示装置は、薄
型化を図るためにななめ投射方式を採用し、第２の投射
レンズからの投射光をスクリーンに対して浅い角度で入
射させたにもかかわらず、スクリーンからの出射光は主
としてスクリーンより視者の方へほぼ平行に出射される
ので、視者のいない余分な方向には光は散らず、視者の
いる方向のみに効率良く光を伝えることができる。その
ため、輝度むらの無い、明るい画面を実現できる（第４
図参照）。

以下、実施例にもとづき本発明の詳細な説明する。ただ
し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例］第１図（ａ）は本発明の実施例１に於る投射型表示装置
の光学構成を示す図でり、第１図（ｂ）はその部分拡大
図である。

１１は光源。１２はリフレクタであって、１１の光源か
らの光を集め、略平行な光束に変換する機能を有する。

１３は液晶ライトバルブであって、前記略平行な光束を
変調する。また、１３の液晶ライトバルブは前記略平行
な光束に対して傾いて配置されている。１４は第１の投
射レンズであって、前記液晶ライトバルブで変調された
光をレンズ作用により屈折させ、前記液晶ライトバルブ
の実像をもとの前記液晶ライトバルブより拡大して与え
る機能を有する。１５は反射手段であって、１４の第１
の投射レンズで作られた前記液晶ライトバルブの実像が
結像する位置の近傍に配置されている。また、その構造
は第１図（ｂ）に示したようになっており、１４の第１
の投射レンズで投射された光を１６の第２の投射レンズ
の方へ反射させる作用を有している。また、１５の反射
手段は複数の横方向に長く、奥行方向に短い微小反射面
列（アレイ）（１８）からなっている。この１８の微小
反射面列は、１３のライトバルブの画素のその位置での
実像の大きさより小さいピッチで縦方向に多数配列され
いる。このため、この反射手段で分割されて反射された
光情報の１つ１つの領域での位相の反転を無視すること
ができ、全体として、正しい表示画面情報を第２の投射
レンズに伝えることができる。１６は第２の投射レンズ
であって、１５の反射手段で反射された光を１７のスク
リーンに投射するものである。

また、第２図には本発明の投射型表示装置の断面図の一
例を示した。２１は本発明の投射光学ユニット。２２は
反射手段。２３は第二の投射レンズ。２４はスクリーン
。２５はキャビネットである。

本発明のこの光学系は非軸光学系であるが、この作用を
簡単に説明する。

まず、光軸に対して傾いて配置された液晶ライトバルブ
で変調された光は第１の投射レンズで屈折され、前記液
晶ライトバルブの実像がやはり光軸に対して傾いて配置
された反射手段上に結像する。この時、液晶ライトバル
ブの実像はもと液晶ライトバルブの形状からだいぶ変形
している。次に、この反射手段で反射された光は第２の
投射レンズにより再び屈折され、結局反射手段上に結像
された液晶ライトバルブの実像は再び、スクリーン上に
結像する。この時、だいぶ変形していた液晶ライトバル
ブの実像は第２の投射レンズの作用で補償され、もとの
液晶ライトバルブの形状に戻る。

実際、本発明の投射型表示装置は第１図のような非軸光
学系の光学構成を取ることができたため、スクリーンか
らの奥行を従来より大幅に減じることができた。

また、第３図は本発明−のカラ一対応の投射型表示装置
の投射光学ユニットの光学構成を示す図である。

３１は光源。３２は３１の光源からの光を集め、略平行
な光束に変換する機能を有するリフレクタ。

３３は前記略平行な光束を赤・緑・青の３原色の色光に
分離するダイクロイックミラー。３４は反射ミラーであ
って、前記ダイクロイックミラーで分離された３原色の
色光をそれぞれの色光を変調するための３枚の液晶ライ
トバルブに導く作用を有している。３５は液晶ライトバ
ルブであって、赤用・縁周・青用の３枚ある。この３枚
の液晶ライトバルブは前記色光の光軸に対して同じ様に
傾いて配置しである。３６はダイクロイックプリズムで
あって、前記３枚の液晶ライトバルブで変調された赤・
緑・青の３色の色光を合成し、１本の光束にする作用を
有している。３７は第１の投射レンズであって、前記色
合成された１本の光束を投射する作用を有している。

このように、それぞれ３枚の液晶ライトバルブが光軸に
対して傾いているところが、従来の投射型表示装置の投
射光学ユニットと異なっている。

前述のように、この３枚の液晶ライトバルブは前記色光
の光軸に対して同じ様に傾いて配置しであるので、３７
の投射レンズに対して光学的にみて同一であり、単一の
液晶ライトバルブとして扱える。その結果、カラ一対応
の投射型表示装置であっても第１図の投射型表示装置と
同様に薄型化が図れた。

次に、本発明の投射型表示装置のスクリーンの構造と作
用を第４図を用いて説明する。

４１は第２の投射レンズであって、ここから投射光がス
クリーンに向かって投射されている。４２はスクリーン
であって、第２の投射レンズから投射された投射光の向
きがここで変更されている。

また、この４２のスクリーンの表面には前記第２の投射
光学手段の出射口から略等距離であるような前記スクリ
ーン上のいわゆる等高線に沿って、前記投射光学手段の
出射口を焦点とするような複数の回転放物面群（４３）
のそれぞれ一部分からなる多数の微細な構造（４４）が
形成されている。

第５図は第４図で説明した本発明のスクリーンの外観図
である。

５１はスクリーンであり、５２は前記スクリーン上に形
成された等高線模様であり、その等高線模様に沿って第
２の投射レンズを焦点とする回転放物面の模様が刻まれ
ている様子がわかる。

このように、スクリーンと第２の投射レンズを上記のよ
うに構成したことにより、薄型化を図るためにななめ投
射方式を採用し、第２の投射レンズからの投射光をスク
リ−ン上対して浅い角度で入射させたにもかかわらず、
前記第２の投射レンズからの投射光は前記スクリーン面
上で光路を変更し、４５の視者に向かって前記スクリー
ン面に対してほぼ垂直な方向に出射することができるよ
うになった。そのため、本発明の投射型表示装置は、視
者のいない余分な方向には光は散らず、視者のいる方向
のみに効率良く光を伝えることができ、輝度むらの無い
明るい画面を実現できた。

また、第４図も第５図も作用を説明するために簡略化し
て描いた。実際のスクリーン上の構造はもっと微細であ
る。

また、本発明の投射型表示装置で用いるライトバルブと
して、解像度の高い液晶パネルを用いれば、壁掛けＨＤ
ＴＶなどの大型・薄型で輝度むらが無く明るい画面を持
つ高精細なデイスプレィ端末にも対応できる。

（比較例）第６図は従来の投射型表示装置の光学構成を示す図であ
り、第７図は従来の投射型表示装置の断面図である。

６１は光源。６２は６１の光源からの光を集め、略平行
な光束に変換する機能を有するはりフレフタ。６３は前
記略平行な光束を変調する液晶ライトバルブ。６４は６
３の液晶ライトバルブで変調された光束を投射する投射
レンズ。６５は６４の投射レンズで投射された光が投影
されるスクリーンである。

この光学系は単純な拡大光学系なので、リア型の投射型
表示装置を構成すると、スクリーンにほぼ垂直な光軸で
投射しなければキーストン歪み等による制限を受けるた
め、ミラーによる折り畳み光学系を採用しても投射型表
示装置の厚みをむやみに薄くすることはできなかった（
第７図）。１００インチ対角のスクリーンサイズにたい
して奥行１００センチメートルは必要であった。また、
その場合でも光の利用効率が低く、明るい画面を実現す
ることができなかった。そのうえ、画面の中心部と周辺
部で画面の明るさが異なり表示品質も悪いものであった
。

７１は従来の投射光学ユニット。７２は反射ミラー。７
３はスクリーン。７４は筒体である。

また、第８図には従来の投射型表示装置の投射光学ユニ
ットの一例を示した。８１は光源。８２はリフレクタ。

８３はダイクロイックミラー。８４は反射ミラー。８５
は液晶ライトバルブ。８６はダイクロイックプリズム。

８７は投射光学手段である。

８４の液晶ライトバルブが３枚とも光軸に対して傾いて
いないのがわかる。

［発明の効果］本発明の投射型表示装置は、光を生成する光源、前記光源からの前記光を集め略平行
な光束に変換するためのコ１ノメート手段、前記略平行
な光束に対して傾きをもって配置されており前記略平行
な光束を変調し複数の画素を含むライトバルブ、前記ラ
イトバルブで変調された光を投射するための第１の投射
光学手段、前記第１の投射光学手段で投射された前記ラ
イトバルブの実像が結像される位置近傍に配置された反
射手段、前記反射手段で反射された光を再び投射するた
めの第２の投射光学手段、及びスクリーンからなり、前記反射手段は前記ライトバルブに含まれる前記画素の
その位置での実像の大きさより小さいピッチで配列され
た複数の微小反射面列（アレイ）からなる反射手段であ
り、前記スクリーンには、前記第２の投射光学手段の出射口
から略等距離であるような前記スクリーン上のいわゆる
等高線に沿って、前記第２の投射光学手段からの出射光が前記スクリーン
面上で光路を変更し、視者に向かって前記スクリーン面
に対してほぼ垂直な方向で出射するように、前記第２の投射光学手段の出射口を焦点とするような複
数の回転放物面群のそれぞれ一部分からなる複数の微細
な構造が形成されているために、スクリーンに対してな
なめの光軸で投射できるので（即ち非軸光学系（ななめ
投射方式）を採用できるので）、投射型表示装置の薄型
化が図れるという効果がある。

さらに、ななめ投射方式を採用したにもかかわらず、主
として視者のいる方向のみに効率良く光を伝えることが
できるので、明るい画面を実現できるという効果もある
。

また、このため、ライトバルブとして用いる液晶パネル
の解像度を高めれば、壁掛けＨＤＴＶなどの大型・薄型
で輝度むらが無く明るい画面を持つ高精細なデイスプレ
ィ端末を実現できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の投射型表示装置の光学構成を示
す図″ｆｂ）はその部分拡大図。第２図は本発明の投射型表示装置の断面図。第３図は本発明の投射型表示装置の投射光学ユニットの
一例を示す図。第４図は本発明の投射型表示装置のスクリーンの構造と
作用を示す図。第５図は本発明の投射型表示装置のスクリーンの外観図
。第６図は従来の投射型投射型表示装置の光学構成を示す
図。第７図は従来の投射型表示装置の断面図。第８図は従来の投射型表示装置の投射光学ユニットの一
例を示す図。１・・・光源２・・・リフレクタ３・・・液晶ライトバルブ４・・・第一の投射レンズ５・・・反射手段６・・・第二の投射レンズ７・・・スクリーン８・・・微小な反射面１・・・本発明の投射光学ユニッ２・・・反射手段３・・・第二の投射レンズ４・・・スクリーン５・・・筒体１・・・光源ト３２・・・リフレクタ３３・・・ダイクロイックミラー３４・・・反射ミラー３５・・・液晶ライトバルブ３６・・・ダイクロイックプリズム３７・・・第一の投射光学手段４１・・・第二の投射レンズ４２・・・スクリーン４３・・・回転方物面群４４・・・回転方物面群の一部を切り取った形状のスク
リーンの一部４５・・・視者５１・・・スクリーン５２・・・スクリーン上の等高ＭＡａ様６１・・・光源６２・・・リフレクタ６３・・・液晶ライトバルブ６４・・・投射光学手段６５・・・スクリーン７１・・・従来の投射光学ユニット７２・・・反射ミラー７３・・・スクリーン７４・・・筒体８１・・・光源８２・・・リフレクタ８３・・・ダイクロイックミラー８４・・・反射ミラー８５・・・液晶ライトバルブ８６・・・グイクロイックプリズム８７・・・投射光学手段以上

Claims

【特許請求の範囲】光を生成する光源、前記光源からの前記光を集め略平行
な光束に変換するためのコリメート手段、前記略平行な
光束に対して傾きをもって配置されており前記略平行な
光束を変調し複数の画素を含むライトバルブ、前記ライ
トバルブで変調された光を投射するための第１の投射光
学手段、前記第１の投射光学手段で投射された前記ライ
トバルブの実像が結像される位置近傍に配置された反射
手段、前記反射手段で反射された光を再び投射するため
の第２の投射光学手段、及びスクリーンからなり、前記反射手段は前記ライトバルブに含まれる前記画素の
その位置での実像の大きさより小さいピッチで配列され
た複数の微小反射面列（アレイ）からなる反射手段であ
り、前記スクリーンには、前記第２の投射光学手段の出射口
から略等距離であるような前記スクリーン上のいわゆる
等高線に沿って、前記第２の投射光学手段からの出射光が前記スクリーン
面上で光路を変更し、視者に向かって前記スクリーン面
に対してほぼ垂直な方向で出射するように、前記第２の投射光学手段の出射口を焦点とするような複
数の回転放物面群のそれぞれ一部分からなる複数の微細
な構造が形成されていることを特徴とする投射型表示装
置。