JPH05100311A - 投写光学系および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 平行光束を発する光源装置２１と集光レンズ
２２と光束を変調するライトバルブ３１と変調光をスク
リーン１４上に拡大表示する投写レンズ２４で構成され
る。投写レンズ２４と集光レンズ２２は相対的位置関係
を保ちながら上下に可動であり、光束は常に投写レンズ
２４に集光する。 【効果】 スクリーン上の表示画像を、画質の劣化なく
上下に動かすことができるため、投写型表示装置を様々
な高さに設置することが可能である。また、スクリーン
上での微妙な高さ調整が容易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光を変調するライトバ
ルブ上の画像をスクリーン上に拡大表示する投写光学
系、または投写型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、映像ソフトの供給環境が充実する
にしたがって、家庭でも容易に大画面映像を楽しむこと
のできる液晶プロジェクターが普及しはじめている。

【０００３】この液晶プロジェクターを室内に設置する
形態としては、 １．キャビネット内に液晶プロジェクターと反射ミラー
を配してリアスクリーンに映像を表示する方法。

【０００４】２．テーブルの下や床の上など比較的低い
場所に設置してフロントスクリーン上に投写表示する方
法。

【０００５】３．天井につるしてフロントスクリーン上
に表示する方法。

【０００６】４．スクリーンに対面した壁面に掛ける、
または壁面に設置された棚に置くことによってフロント
スクリーンに投写する方法。

【０００７】などが代表的である。設置方法の例を、図
１に示す。

【０００８】液晶プロジェクターの基本原理は、図２
（ａ）に示すように、液晶パネル２３の映像を投写レン
ズ２４によってスクリーン１４上に拡大表示するという
ものである。構成上の基本としては、スクリーン１４上
での画像に台形歪が生じないように、常に液晶パネル２
３面の法線方向と投写レンズ２４の光軸方向を一致させ
る。また、投写レンズ２４の光軸と液晶パネル２３の中
心法線とのずれは、液晶プロジェクター本体とスクリー
ンの位置関係によって決められ、スクリーン１４の中心
と投写レンズ２４の中心と液晶パネル２３の中心がほぼ
一直線上に位置するように設定される。従って例えば、
上記の１や４の方法のように、投写レンズ２４の光軸と
スクリーン１４の中心軸がほぼ一致するような関係にあ
るときには、図２（ａ）のように投写レンズ２４の光軸
と液晶パネル２３の中心軸がほぼ一致するように配置さ
れる。また、上記２の方法のように画像を上方に投写す
る場合の構成は、図２（ｂ）に示すようになる。

【０００９】図２（ａ）または図２（ｂ）における集光
レンズ２２は光源装置２１からのほぼ平行な光束を投写
レンズ２４に効率よく集光するためのものである。投写
レンズ２４の光軸と液晶パネル２３面の中心軸がどのよ
うな位置関係にあるときでも、投写レンズ２４の光軸と
集光レンズ２２の光軸が一致するように設計されるの
で、光束のほとんど全てが投写レンズに集光する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の液晶プロジェク
ターでは、本体の設置状態を予め想定して、投写レンズ
と液晶パネルの位置関係が固定されていた。従って例え
ばスクリーンの中心軸に近いところに設置するよう設定
された液晶プロジェクターを床に置いて使用しようとす
ると、装置を斜めにして投写せざるを得ないのでスクリ
ーン上の画像に台形歪が生じてしまい、また画面全体で
フォーカスを合わせる事ができない。このように従来技
術では、設置高さを変えると画質が著しく劣化するとい
う問題点があった。

【００１１】そこで本発明による投写光学系または投写
型表示装置は、このような問題点を解決するためのもの
で、その目的とするところは、どのような設置状態にお
いても、スクリーン上の映像に歪や画質劣化を生じるこ
とのない投写光学系または投写型表示装置を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による投写光学系
は、ほぼ平行な光束を発する光源装置と、該光源装置か
らの光束を変調して画像情報を含ませるライトバルブ
と、変調された光束を投写する投写レンズを含んで構成
され、前記光源装置と前記ライトバルブの間には、前記
光源装置からの光束を前記投写レンズに集光する集光レ
ンズが配され、該集光レンズと前記投写レンズは、それ
ぞれの相対的な位置関係を保ちながら、前記ライトバル
ブ面に平行に移動可能であることを特徴とする。

【００１３】本発明による投写型表示装置は、ほぼ平行
な白色光束を発する光源装置と、該光源装置からの光束
をダイクロイックミラーを用いて三原色光に分離する色
分離光学系と、それぞれの原色光を変調して画像情報を
含ませるところの液晶パネルと、変調された光束をダイ
クロイックミラーを用いて合成する色合成光学系と、合
成された光束を投写する投写レンズを含んで構成されて
おり、前記液晶パネルと前記色分離光学系／前記色合成
光学系との間には、前記光源装置からの光束を前記投写
レンズに集光する集光レンズが配され、該集光レンズと
前記投写レンズは、それぞれの相対的な位置関係を保ち
ながら、前記ライトバルブ面に平行に移動可能であり、
かつその移動方向が前記色合成光学系に含まれるダイク
ロイックミラー面の法線方向に垂直であることを特徴と
する。

【００１４】また、もう一つの方式の投写型表示装置
は、ほぼ平行な光束を発する光源装置と、該光源装置か
らの光束を変調して画像情報を含ませる液晶パネルと、
変調された光束を投写する投写レンズを含んで構成され
る投写型表示装置であって、前記液晶パネルには表示に
必要な画素数以上を有する表示可能領域があり、前記液
晶パネルの表示領域は、前記表示可能領域内で移動可能
であることを特徴とする。

【００１５】上記２方式の投写型表示装置に好適な実施
例は、前記投写レンズの光束出射側には、出射光束をほ
ぼ４５度の方向に反射する反射ミラーが設置可能であ
り、前記投写型表示装置の光学系を含む本体には、壁掛
けを可能とする器具が取り付けられていることを特徴と
する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の投写光学系と投写型表示装置
について、図面に基づき詳しく説明する。

【００１７】本発明における投写光学系の基本構成を、
図３（ａ）に示す。光源装置２１は、例えばハロゲンラ
ンプのような点に近い光源からの光束を放物面反射鏡に
よって平行化して射出するものである。この光束は、図
２（ａ）または図２（ｂ）の従来例と同様に、集光レン
ズ２２を通ってスライドフィルムや液晶パネルの様なラ
イトバルブ３１によって変調され、投写レンズ２４にほ
ぼ集光して、スクリーン１４上に投写表示される。集光
レンズ２２の焦点距離は投写レンズ２４と集光レンズ２
２間の距離にほぼ等しい。

【００１８】投写レンズ２４と集光レンズ２２は、それ
ぞれの光軸が一致しており、お互いの位置関係が固定さ
れたままライトバルブ３１面に平行にシフトさせること
ができる。投写レンズ２４と集光レンズ２２を上方に移
動させると、投写画像を投写光学系の高さよりも上に位
置させることができ、この場合の配置を図３（ｂ）に示
す。このときも、投写レンズ２４の光軸と集光レンズ２
２の光軸は一致しているので、光源装置２１から射出さ
れたほぼ平行な光束は、投写レンズ２４に効率よく集光
する。また、投写レンズ２４の光軸方向と液晶パネル３
１面の法線方向は常に一致しているのでスクリーン１４
上の画像はほとんど歪を生じない。逆に画像を下方に投
写するには、投写レンズ２４と集光レンズ２２を下方に
移動させればよい。投写画像の移動範囲をさらに大きく
するには、集光レンズ２２を大きくするとよい。

【００１９】本例においては、集光レンズ２２が光源装
置２１とライトバルブ３１の間に配設されているが、ラ
イトバルブ３１と投写レンズ２４の間にライトバルブ３
１に近接して設けてもよい。そのような配置では、集光
レンズ２２がどの位置にあっても、ライトバルブ３１に
入射する光束の入射角度を一定とすることができる。従
って、ライトバルブ３１が、例えばＴＮモードの液晶パ
ネルのように、角度依存性の大きなものの場合に有効な
方法である。ただし、この場合投写レンズ２４は、集光
レンズ２２による画像の歪を考慮して、すなわち両レン
ズが投写レンズ全体であると考えて設計する必要があ
る。

【００２０】上記の投写光学系は、スライドプロジェク
ターや投影機など、変調された光束を拡大投写するもの
一般に応用可能である。スクリーンと投写器の位置関係
が適切でないような設置状態においても、投写レンズと
集光レンズの位置を調整するだけでスクリーン上に正確
に位置合わせをすることが可能であり、非常に便利であ
る。

【００２１】次に上記の投写光学系を、投写型表示装置
に応用した例について説明する。

【００２２】図４は、本発明による第１の投写型表示装
置の実施例を示す構成平面図である。光源装置２１は、
一般にはキセノンランプやメタルハライドランプなどの
点光源性のよい光源ランプと、光源ランプからの放射光
束を平行化するための反射鏡やレンズによって構成され
る。この光源装置２１を出たほぼ平行な光束ははじめに
コールドミラー４１によって液晶パネル４６ｒ，４６
ｇ，４６ｂに悪影響を及ぼす赤外線と紫外線がカットさ
れ、可視光のみが反射される。この白色光束は、緑色反
射ダイクロイックミラー４２と赤色反射ダイクロイック
ミラー４３によって、三原色光に分解される。それぞれ
の原色光は次に集光レンズ４５に入射し、各光束全てが
投写レンズ２４に集光される方向に曲げられる。曲げら
れた光束は液晶パネル４６ｒ，４６ｇ，４６ｂに入射し
て変調され、映像情報を含む光束となる。それぞれの光
束は、次に赤色反射ダイクロイックミラー４３と赤色緑
色反射ダイクロイックミラー４７によって合成され、投
写レンズ２４を経てスクリーン上に表示される。

【００２３】図４における投写型表示装置は、光学系を
上から見た構成であり、一体化された３枚のレンズから
なる集光レンズ４５と投射レンズ２４は、それぞれ小型
モーター４８を用いて上下にスライドさせることが可能
である。このときスクリーン上の画像も上下にシフトす
るので、スクリーンへの位置合わせが非常に容易であ
る。

【００２４】本光学系では、集光レンズ４５のシフト方
向が合成光学系のダイクロイックミラー面の法線方向に
垂直である。そのような構成関係では、光束の進行方向
の変化に対して、光束のダイクロイックミラー面への入
射角はほとんど変化せず、すなわちダイクロイックミラ
ーの色選択特性の角度依存性の影響を受けにくく、投射
画像の色調変化がほとんどないので、非常に好適である
といえる。投射レンズ２４と集光レンズ４５を左右に動
かして、投射画像も左右にシフトさせることも可能であ
るが、スペース的に集光レンズ４５を左右に動かしにく
いことと、光束のダイクロイックミラーへの入射角が変
化しやすく、表示画像に色むらや色調の変化を生じやす
いことなどを考えると、あまり好ましいとは言えない。

【００２５】スクリーン上の画像を左右にシフトさせた
い場合には、図４の光学系を垂直にして使用すればよ
い。集光レンズ４５のスライド方向は水平方向となるの
で、シフト量に従って画像は水平に移動する。

【００２６】液晶パネルのモードとしては、ＴＮ（Ｔｗ
ｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードやＰＤＬＣ（Ｐｏ
ｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ＬｉｑｕｉｄＣｒｙ
ｓｔａｌ）モードなどが考えられる。ＴＮモードでは、
液晶パネルへの光線の入射角度によってコントラスト比
が変化しやすいが、ＰＤＬＣでは、コントラスト比の角
度依存性はほとんどない。従って本発明による投写型表
示装置のような、液晶パネルへの光束の入射角度が変化
するような場合には、ＰＤＬＣが最適なモードであると
言える。

【００２７】ＴＮモードのような、コントラスト比の角
度依存性の大きいモードを用いるときは、前にも述べた
ように集光レンズ４５を液晶パネル４６ｒ，４６ｇ，４
６ｂの投写レンズ２４側に配するとよい。このとき、液
晶パネル４６ｒ，４６ｇ，４６ｂに入射する光束の方向
は常に一定であるため、コントラスト比は最大の状態を
保つことができる。この場合、投写レンズ２４と、投写
レンズ２４側の赤色反射ダイクロイックミラー４３，赤
色緑色反射ダイクロイックミラー４７，ミラー４４と、
集光レンズ４５とを一体化して上下させるとよい。そう
することにより色合成側のダイクロイックミラーでは、
各部分に入射する光束の入射角度が変化しなくなるの
で、予め入射角度を考慮して色選択特性を設計すること
ができる。図５は本発明による第２の投射型表示装置に
使用される液晶パネルの原理を示す図である。

【００２８】液晶パネル５１は、表示に必要な画素数以
上の表示可能領域５２を有しており、表示領域５３は、
表示可能領域５２内において上下あるいは左右にシフト
させることができる。この液晶パネル５１を用いて図２
（ａ）に示したような投写光学系を構成すると、表示領
域５３を動かした方向とは反対方向に表示画面が移動
し、表示位置が可変となる。

【００２９】図５で示した例は、表示可能領域５２をほ
ぼ正方形としたもので、表示領域は任意に選ぶことがで
きる。例えば横方向をいっぱいに使用して、ハイビジョ
ン対応の９：１６画面や従来の３：４画面が表示可能で
あり、このとき上下には非表示領域ができるので、その
ぶん表示領域５３を上下にシフトさせる事ができる。こ
の方式では、容易に様々な映像ソフトに対応可能であ
り、容易に様々な設置状況に対応することができる。

【００３０】図６は、上記２方式の投写型表示装置を壁
掛け可能とした場合の実施例を示す図である。投写型表
示装置６１は投写レンズ６２を上向きにして、壁面６４
に設置される。投写レンズ６２の上部には、出射光束を
ほぼ４５度の方向に反射するような反射ミラー６３が取
り付けられている。壁面のどの高さに取り付けたとして
も、スクリーンへの位置合わせは、投写レンズ６２と集
光レンズのスライドによって容易である。この反射ミラ
ー６３は取り外し可能であるので、図１で示されたよう
な設置方式を含めて多様な使用方法が可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて述べてきたよう
に、本発明による投写光学系または投写型表示装置で
は、以下に述べるような効果がある。

【００３２】投写画像を、台形歪や光量低下や色むらの
発生など、表示品質の劣化を生じることなく上下に移動
させる事が可能であるため、投写型表示装置の設定高さ
が限定されることがなく、多様な設置方法に対応でき
る。

【００３３】また、スクリーン上での映像位置の微調整
が非常に簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】投写型表示装置の様々な設置方法を示す図。

【図２】（ａ）従来の投写光学系の構成を示す図。 （ｂ）従来のあおりを有する投写光学系の構成を示す
図。

【図３】（ａ）本発明による投写光学系の基本構成を示
す図。 （ｂ）本発明による投写光学系であおりを有する構成と
した場合を示す図。

【図４】本発明による第１の投写型表示装置の構成を示
す図。

【図５】本発明による第２の投写型表示装置の原理を説
明するための図。

【図６】本発明による投写型表示装置の実施例を示す
図。

【符号の説明】

１１ 天吊り方式 １２ 棚置き方式 １３ 床置き方式 １４ スクリーン ２１ 光源装置 ２２ 集光レンズ ２３ 液晶パネル ２４ 投写レンズ ２５ 投写レンズと集光レンズの光軸 ２６ 液晶パネルの中心軸 ３１ ライトバルブ ４１ コールドミラー ４２ 緑色反射ダイクロイックミラー ４３ 赤反射ダイクロイックミラー ４４ ミラー ４５ 集光レンズ ４６ｒ 赤色用液晶パネル ４６ｇ 緑色用液晶パネル ４６ｂ 青色用液晶パネル ４７ 赤色緑色反射ダイクロイックミラー ４８ 小型モーター ５１ 液晶パネル ５２ 表示可能領域 ５３ 表示領域 ６１ 投写型表示装置 ６２ 投写レンズ ６３ 反射ミラー ６４ 壁面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ほぼ平行な光束を発する光源装置と、該
   光源装置からの光束を変調して画像情報を含ませるライ
   トバルブと、変調された光束を投写する投写レンズを含
   む投写光学系において、 前記光源装置と前記ライトバルブの間には、前記光源装
   置からの光束を前記投写レンズに集光する集光レンズが
   配され、該集光レンズと前記投写レンズは、それぞれの
   相対的な位置関係を保ちながら、前記ライトバルブ面に
   平行に移動可能であることを特徴とする投写光学系。
2. 【請求項２】 ほぼ平行な白色光束を発する光源装置
   と、該光源装置からの光束をダイクロイックミラーを用
   いて三原色光に分離する色分離光学系と、それぞれの原
   色光を変調して画像情報を含ませるところの液晶パネル
   と、変調された光束をダイクロイックミラーを用いて合
   成する色合成光学系と、合成された光束を投写する投写
   レンズを含んで構成される投写型表示装置において、 前記色分離光学系と前記液晶パネルの間には、前記光源
   装置からの光束を前記投写レンズに集光する集光レンズ
   が配され、該集光レンズと前記投写レンズは、それぞれ
   の相対的な位置関係を保ちながら、前記ライトバルブ面
   に平行に移動可能であり、かつその移動方向が前記色合
   成光学系に含まれるダイクロイックミラー面の法線方向
   に垂直であることを特徴とする投写型表示装置。
3. 【請求項３】 ほぼ平行な白色光束を発する光源装置
   と、該光源装置からの光束をダイクロイックミラーを用
   いて三原色光に分離する色分離光学系と、それぞれの原
   色光を変調して画像情報を含ませるところの液晶パネル
   と、変調された光束をダイクロイックミラーを用いて合
   成する色合成光学系と、合成された光束を投写する投写
   レンズを含んで構成される投写型表示装置において、 前記色合成光学系と前記液晶パネルの間には、前記光源
   装置からの光束を前記投写レンズに集光する集光レンズ
   が配され、該集光レンズと前記投写レンズは、それぞれ
   の相対的な位置関係を保ちながら、前記ライトバルブ面
   に平行に移動可能であり、かつその移動方向が前記色合
   成光学系に含まれるダイクロイックミラー面の法線方向
   に垂直であることを特徴とする投写型表示装置。
4. 【請求項４】 ほぼ平行な光束を発する光源装置と、該
   光源装置からの光束を変調して画像情報を含ませる液晶
   パネルと、変調された光束を投写する投写レンズを含ん
   で構成される投写型表示装置において、 前記液晶パネルには表示に必要な画素数以上の表示可能
   領域があり、前記液晶パネルの表示領域は、前記表示可
   能領域内で移動可能であることを特徴とする投写型表示
   装置。
5. 【請求項５】 前記投写レンズの光束出射側には、出射
   光束をほぼ４５度の方向に反射する反射ミラーが設置可
   能であり、前記投写型表示装置の光学系を含む本体に
   は、壁掛けを可能とする器具が取り付けられていること
   を特徴とする請求項２または３または４に記載の投写型
   表示装置。