JPH08152592A - 投写型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数台の投写装置を上下左右に配列し１つの
大画面を表示させるシステムにおいて、各々の投写装置
の表示画面サイズを容易に調整し、隣接画面同士のつな
ぎ目を目立ち難くする。 【構成】 ２つの同一屈折率を有するクサビ型プリズム
２１，２２により構成される倍率調整素子１３を投写レ
ンズ１４と液晶表示パネル１２間に光軸１５と垂直に挿
入する。一方のクサビ型プリズム２１に対して他方のク
サビ型プリズム２２はその斜面２３上を摺動し、倍率調
整素子１３の光軸間距離が変化するようになっている。
光軸間距離の変化に応じて光学路長が変化するため、投
写距離が変化しなくとも投写倍率を変化させることが可
能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示パネルを透過
した光をスクリ−ン上に拡大投写し、画像表示を行う透
過型または背面投写型液晶表示装置に関し、特に投写レ
ンズに固定焦点レンズを用いた投写装置を上下左右に複
数台配置し、大画面画像を得るようにした投写型液晶表
示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、透過型あるいは反射型の液晶表示
パネルを用い、この液晶パネル上に表示される映像を投
写レンズにより透過型あるいは反射型のスクリ−ン上に
拡大投写して大画面画像を得る投写型液晶表示装置が盛
んに研究開発されており（例：特開平３−２３３５４８
号公報、特開平３−８４５３８号公報）、すでに一部実
用化に至っている。さらに、前述の投写型液晶表示装置
を複数台上下、左右に配列し、より大きな１つの大画面
を表示する方式が知られている。このように同一の表示
装置を複数台用いて大画面を構成する場合、個々の表示
装置は全く同じ投写画面サイズでないと高品位な１つの
大画面を形成することができない。例えば図６のように
４つの投写装置を配列して文字「Ａ」を表示したとき、
各投写画面サイズが僅かでも異なる場合、隣接画面同士
の輪郭部が連続しなくなり、大画面表示としての画像品
質を劣化させてしまう。投写画面サイズは主に液晶表示
装置を構成する投写レンズの性能により決定される訳で
あるが、投写型液晶表示装置に用いられる投写レンズに
は、それを構成する鏡筒、レンズの加工上および組立に
起因する製造ばらつきが存在し、これらのばらつきを有
する投写レンズにより複数台の液晶表示装置全てにわた
って同一投写画面サイズを得ることは難しい。

【０００３】このような問題を回避する手段として考え
られるのは、投写レンズにズ−ムレンズを装着すること
である。ズ−ムレンズは、特定の投写距離において構成
レンズ群が可動することにより変倍を行うのでズ−ミン
グすることで画面サイズの調整が可能である。しかしな
がら、一般的にズ−ムレンズは、固定焦点レンズに比べ
て構成するレンズ枚数が多くコスト的に不利であると同
時に、ズ−ミングによる結像性能が変化するため、隣接
画面のサイズは同一に出来ても解像度等の画質の均一性
の確保は難しいという欠点がある。

【０００４】さて、前述の投写レンズの製造段階で生じ
るばらつきの結果は投写レンズの焦点距離の変化として
現れる。液晶表示装置からスクリ−ンまでの距離を投写
距離と定義すると、投写距離一定の条件で焦点距離が変
化すると表示される画面サイズは焦点距離の変化に応じ
て変動する。これまで、焦点距離のばらついた投写レン
ズを用いた表示装置により個々の投写装置により得られ
る投写画面を同一にする、即ち、隣接画面同士を連続さ
せるためには、個々の投写装置の投写距離を調整するこ
と以外には方法がなかった。幾何光学的には、投写レン
ズの焦点距離をｆ、投写倍率をβ、投写レンズの拡大側
主点からスクリ−ンまでの距離をＬとすると、次式 Ｌ＝（１＋β）ｆ の関係である。一般に焦点距離をｆとすると最大ｆ±５
％程度の製造公差が見込まれる。鏡筒及びレンズの高精
度な加工、精密な組立により前記製造公差を小さくする
ことは可能であるが、投写型液晶表示装置に用いられる
ような範疇のレンズではせいぜいｆ±１％程度であり、
完全に公差を無くすことは不可能であると同時に公差の
減少につれて投写レンズのコストは著しく上昇する欠点
がある。

【０００５】焦点距離が±５％のばらつきがあるときに
同一画面サイズ（同一拡大率）を得るには、±０．０５
Ｌの投写距離の調整が必要となる。例えばＳ＝３０００
ｍｍのときには±１５０ｍｍのばらつきが生じ得ること
になる。そしてこの調整量はＬに比例して大きくなるこ
とは自明である。

【０００６】投写距離の調整は、投写レンズの光軸上を
忠実に投写装置を移動して行う必要があり、投写画面と
光軸の垂直な位置関係を保ちながら投写装置を移動させ
るには高精度な移動機構が必要となり好ましくない。

【０００７】以上、投写レンズの製造ばらつきに起因す
る投写倍率のばらつきについて述べたが、この他投写装
置を構成するシャ−シや投写レンズ以外の光学部品の製
造ばらつきも存在するが、それらの投影倍率の変化に与
える影響度は投写レンズの製造ばらつきに比べれば小さ
いので説明は省略した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、複数
台の投写型液晶表示装置を用いて１つの大画面を構成す
る場合、投写レンズの製造ばらつきにより全て同一の投
写画面サイズを得ることが難しく、画像品質を劣化させ
るという問題があった。これを解決する手段として、通
常ズームレンズを用いて画面サイズを同一にするように
しているが、ズーミングによる結像性能が変化するた
め、解像度等の画質の均一性を確保することが難しく、
またレンズ枚数が多く、コスト的に不利であるという問
題があった。

【０００９】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、複数台の投写型液晶表示装置を用いて１つの大画
面を構成する際に、投写レンズの製造ばらつきに起因す
る投写画面サイズのばらつきをズームレンズを用いるこ
となく簡易に補正することができるようにした投写型液
晶表示装置を提供することにある。また、本発明の目的
は、コスト的および性能的に有利な固定焦点の投写レン
ズを用いて同一投写距離で同一画面サイズの得られる複
数の投写型液晶表示装置を提供し、隣接画面同士の継ぎ
目の目立たない連続した輪郭の大画面表示を可能とする
投写型液晶表示装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の発明は、液晶表示パネルに光を照射
し、この液晶表示パネルを透過した光を投写レンズによ
りスクリ−ン上に拡大投写し、画像表示を行う投写型液
晶表示装置において、前記液晶表示パネルと投写レンズ
の間に投影倍率調整用の光学素子を備えていることを特
徴とする。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の
発明において、投影倍率調整用の光学素子は、投写レン
ズの光軸に対して垂直に挿入されており、互いの斜面が
接した同一頂角および同一素材の２つのプリズムにより
構成され、少なくとも一方のプリズムに対して他方のプ
リズムが前記斜面上を摺動し、光軸上の間隔が可変であ
ることを特徴とする。請求項３に記載の発明は、請求項
１または２に記載の投写型液晶表示装置を複数台用いて
１つの大画面を表示することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の投写型液晶表示装置では、倍率調整用
光学素子が投写レンズの光軸に対して垂直に挿入され、
互いの斜面が接した同一頂角および同一素材の２つのク
サビ型プリズムにより構成され、少なくとも一方のプリ
ズムが他方のプリズムの斜面上を摺動して光軸上の間隔
が可変であることにより、同一投写距離において、投写
レンズと液晶表示パネル間の間隔（光学路長）を任意に
変化させることができる。即ち、図３に示す近軸関係に
おいてスクリ−ンから投写レンズの拡大側主Ｈ点までの
距離をＳ、投写レンズの縮小側主点Ｈ’から液晶パネル
までの距離をＳ’、投写レンズの焦点距離をｆとする
と、１／Ｓ’＝（１／Ｓ）＋（１／ｆ）なる関係であ
る。スクリ−ンから投写レンズ拡大側主点間距離Ｓが一
定の条件下でＳ’の大きさが２つのプリズムの中心厚の
変化に応じて増減可能であるため焦点距離ｆも変化す
る。Ｓ＝（１＋β）ｆ（βは投写倍率）であるからｆの
変化により投写倍率βの調整が可能となる。したがっ
て、２つのプリズムで構成される倍率調整素子の光軸に
垂直な方向の光学路長の変化に応じて投写倍率の調整が
可能となり、投写レンズの焦点距離がばらついても同一
の表示画面サイズを有する複数の表示装置が得られる。
このため、これら複数の投写装置による大画面表示の
際、極めて高精度に投写画面の輪郭部が連続した１つの
表示画面を構成できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係る投写型液晶表示装
置の一実施例を示す概略構成図である。同図において、
１１は光源部、１２は液晶表示パネル部、１３は倍率調
整素子、１４は投写レンズである。通常、光源部１１は
メタルタライドランプ等の高輝度白色光源１１Ａと非球
面反射鏡１１Ｂを組み合わせて用いるのが一般的となっ
ている。また、液晶表示パネル部１２は図には示してい
ないが液晶ライトバルブとその前後に配置された偏光
子、検光子で構成される。さらに光源部１１で発生する
有害な紫外線および熱線を除去するために光源部１１と
液晶表示パネル部１２の間に赤外線吸収フィルタ−や紫
外線除去フィルタ−が使われる。

【００１３】さて、本実施例では、投写レンズ１４と液
晶表示パネル部１２の間に倍率調整素子１３が挿入配置
されており、この倍率調整素子１３の働きにより投写レ
ンズ１４〜液晶表示パネル１２間の光学路長を変化させ
て投写画面サイズの調整を可能とする。

【００１４】次に本発明の倍率調整素子１３による投写
倍率が変化する仕組みについて説明する。図２に示すよ
うに倍率調整素子１３は２つの同一頂角のクサビ形状を
有する第一のプリズム２１と第二のプリズム２２により
構成され、互いの斜面２３が接し、かつ第一のプリズム
２１に対して第二のプリズム２２が斜面２３上を摺動す
るような構造となっている。２つのクサビ型プリズム２
１，２２は同一の屈折率を有する光学ガラスあるいはア
クリル等のプラスチックの素材で形成される。そして倍
率調整素子１３は光源の光軸１５に対して光線の入射面
２５および射出面２６が垂直になるように配置される。

【００１５】図３に示すように光学系の物体と像の関係
は、投写レンズ１４の焦点距離をｆ、物体となるスクリ
−ン３１から投写レンズ拡大側主点Ｈまでの光軸上の距
離をＳ、投写レンズ縮小側主点Ｈ’と像である液晶表示
パネル面１２までの光軸上の距離をＳ’とすると、ｆ、
Ｓ、Ｓ’の間には以下の関係式が成り立つことは良く知
られている。 １／Ｓ’＝（１／Ｓ）＋（１／ｆ） ・・・・（１） ここに、Ｓはマイナス、Ｓ’はプラスの符号である。

【００１６】図４に示すように倍率調整素子１３は投写
レンズ１４と液晶表示パネル面（像面）１２の間の光軸
１５上に挿入される。倍率調整素子１３は２つのクサビ
型プリズム２１，２２により構成された光軸上の厚さが
可変の平行平板と考えることができる。光学系において
投写レンズ１４と像の間に平行平板が挿入されると平行
平板の挿入される前の投写レンズ１４から液晶表示パネ
ル１２間の距離に比べて、空気換算長が増加する。図５
（ａ）に示すように倍率調整素子１３の光軸１５上の厚
さをｔ、クサビ型プリズムの屈折率をｎとすると、挿入
後の投写レンズ縮小側主点〜液晶表示パネル面間距離は
Ｓ’に ｛１−（１／ｎ）｝×ｄ ・・・・（２） を加えた量となる。したがって、倍率調整素子１３が挿
入されたときの結像関係は上記（１）式において、
Ｓ’、ｆは不変のままＳが｛１−（１／ｎ）｝×ｄだけ
大きくなって １／Ｓ’＝〔１／｛Ｓ＋（１−（１／ｎ）｝ｄ〕＋（１／ｆ） ・・・（３） となる。光学系の倍率は（１）式においてＳ／Ｓ’で与
えられるから、倍率調整素子１３が挿入された場合の倍
率は｛Ｓ＋（１−（１／ｎ））｝ｄ／Ｓ’となる。図５
（ｂ）および（Ｃ）に示すように倍率調整素子１３は第
一のプリズム２１に対して第二のプリズム２２が互いの
斜面上を摺動することにより光軸１５上の間隔が変動す
る。（３）式においてｄ−△ｔ＜ｄ＜ｄ＋△ｔ’だけ可
変できる。したがって、倍率調整素子１３により｛Ｓ＋
（１−（１／ｎ））｝（ｄ−△ｔ）／Ｓ’から｛Ｓ＋
（１−（１／ｎ））｝（ｄ＋△ｔ’）／Ｓ’までの倍率
調整が可能となる。

【００１７】よって、倍率調整素子１３の光軸１５上厚
さがｄのときに光学系で得られる倍率をβとするとｄが
ｄ−△ｔ＜ｄ＜ｄ＋△ｔ’だけ変化したときに β−｛１−（１／ｎ）｝△ｔ／Ｓ’＜β＜β＋｛１−
（１／ｎ）｝△ｔ’／Ｓ’ の倍率調整が可能となる。そして投写レンズの焦点距離
ｆのバラツキに起因する画面サイズが基準の投写倍率β
に満たない場合は−△ｔだけ第二のクサビ型プリズム２
２を摺動させて画面サイズが大きくなるように調整し
（図５（ｃ））、逆に基準投写倍率をオ−バ−してしま
うときには、＋△ｔ’だけ第二のクサビ型プリズム２２
を摺動させて倍率調整素子１３の光軸上厚さが厚くなる
ように調整を行うことで（図５（ｂ））、複数台の投写
装置を上下左右に配列し大画面を得るシステムにおける
隣接画面同士の画面輪郭部を連続することを可能とす
る。例えば、倍率調整素子１３の屈折率ｎをｎ＝１．５
１６３３、ｄ＝２０ｍｍ、△ｔ＝１０ｍｍ、△ｔ’＝１
０ｍｍとすれば、βに対する倍率の可変量は±３．４０
５／Ｓ’となる。

【００１８】なお、本実施例で用いた倍率調整素子１３
は、平行平板と同様の光学的作用を有することから、当
然のこととして諸収差の発生が起こる。したがって使用
する投写レンズ１４は倍率調整素子１３の挿入による収
差発生をキャンセルするようなレンズ設計をしておくの
が望ましいことは言うまでもない。また、本実施例では
第一のクサビ型プリズム２１が固定で、第二のクサビ型
プリズム２２が斜面２３上を摺動する例を示したが、第
二のプリズム２２を固定して、第一のプリズム２１が摺
動する、あるいは２つのクサビ型プリズム２１，２２が
同時に摺動するように倍率調整素子を構成しても同様の
効果が得られることは言うまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る投写型
液晶表示装置によれば、液晶表示パネルと投写レンズの
間に投影倍率調整用の光学素子を配置し、この光学素子
は、投写レンズの光軸に対して垂直に挿入されており、
互いの斜面が接した同一頂角および同一素材の２つのプ
リズムにより構成され、少なくとも一方のプリズムが他
方のプリズムに対して斜面上を摺動し、光軸上の間隔が
可変とされていることから、同一投写距離において投写
レンズと液晶表示パネル間の間隔を任意に変化させるこ
とができる。したがって、複数台の投写装置で１つの大
画面を構成するシステムにおける各々の表示画面サイズ
を高精度に同一サイズとし、隣接画面同士の輪郭部を連
続させることを可能とする。これにより隣接画面のつな
ぎ目の目立たない大画面画像が得られるという効果があ
る。さらに、本発明の投写型液晶表示装置の倍率調整素
子は複数台の投写装置を用いた大画面表示システムでの
用途に限らず、背面投写型液晶表示装置の投写画面のサ
イズ調整にも適しているという効果もある。なお、本発
明における倍率調整素子による倍率の調整量は、２つの
クサビ型プリズムにより構成される光軸上の厚さｄと屈
折率ｎに応じて変動するため、調整量はｄとｎを適当に
組み合わせることにより任意に制御可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る投写型液晶表示装置の一実施例
を示す概略構成図である。

【図２】 本発明における倍率調整素子の構造を示す斜
視図である。

【図３】 近軸結像関係を示す図である。

【図４】 本発明の実施例を説明するための図である。

【図５】 本発明の実施例を説明するための図である。

【図６】 従来装置の欠点を説明するための図である。

【符号の説明】

１１…光源部、１２…液晶表示パネル部、１３…倍率調
整素子、１４…投写レンズ、１５…光軸、２１…第一の
クサビ型プリズム、２２…第二のクサビ型プリズム、２
３…斜面、２５…入射面、２６…射出面、３１…スクリ
−ン面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示パネルに光を照射し、この液晶
   表示パネルを透過した光を投写レンズによりスクリ−ン
   上に拡大投写し、画像を表示する投写型液晶表示装置に
   おいて、前記液晶表示パネルと投写レンズの間に投影倍
   率調整用の光学素子を備えていることを特徴とする投写
   型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の投写型液晶表示装置にお
   いて、投影倍率調整用の光学素子は、投写レンズの光軸
   に対して垂直に挿入されており、互いの斜面が接した同
   一頂角および同一素材の２つのプリズムにより構成さ
   れ、少なくとも一方のプリズムに対して他方のプリズム
   が前記斜面上を摺動し、光軸上の間隔が可変であること
   を特徴とする投写型液晶表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の投写型液晶表示
   装置を複数台用いて１つの大画面を表示することを特徴
   とする投写型液晶表示装置。