(57)【要約】【課題】  光源が映像光を投射するときの投射角度を大きくしすぎることなく、背面投射型ディスプレイ装置の薄型化を図る。【解決手段】  光学システムが、入射光の方向を整えるとともにこの入射光を拡散させる透過型スクリーン２０と、映像光を投射する光源としてのプロジェクタ１２と、映像光を反射させるミラー７０と、映像光を反射させるとともに透過させるハーフミラー６０とを備え、プロジェクタ１２から投射された映像光が、ハーフミラー６０に入射して反射してから、ミラー７０に入射して反射した後に、ハーフミラー６０に再度入射して透過することにより、透過型スクリーン２０に入射するように構成する。【選択図】      図１
2006018141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の方向を整えるとともにこの入射光を拡散させる透過型スクリーンと、映像光を投射する光源と、前記映像光を反射させるミラーと、前記映像光を反射させるとともに透過させるハーフミラーとを備え、
前記光源から投射された映像光が、前記ハーフミラーに入射してこのハーフミラーで反射してから、前記ミラーに入射してこのミラーで反射した後に、前記ハーフミラーに再度入射してこのハーフミラーを透過することにより、前記透過型スクリーンに入射するように構成されていることを特徴とする光学システム。
【請求項２】
請求項１に記載の光学システムであって、
前記映像光が前記ハーフミラーに入射してこのハーフミラーで反射するときに、前記ハーフミラーを透過する前記映像光の透過成分を遮光するための遮光手段を備えていることを特徴とする光学システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学システムを備えていることを特徴とする背面投射型ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばリアプロジェクションテレビなどの背面投射型ディスプレイ装置に用いられる光学システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、このような光学システムを備えた背面投射型ディスプレイ装置として、例えば図５に示すようなリアプロジェクションテレビ１が知られている。
リアプロジェクションテレビ１は、図５に示すように、光源としてのプロジェクタ２から投射される映像光を、例えば２枚のミラー３Ａ，３Ｂによって反射させて略長方形平板状をなす透過型スクリーン４の背面に入射させることにより、この透過型スクリーン４の前面側に位置する観察者が、透過型スクリーン４を透過して出射する映像光を観察することができるように構成されている。
【０００３】
透過型スクリーン４は、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部を有するフレネルレンズと、このフレネルレンズからの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させる拡散レンズ部を有するレンチキュラーレンズシート（拡散レンズシート）と、このレンチキュラーレンズシートからの出射光をスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散層とを備えている（例えば特許文献１参照）。
透過型スクリーン４の背面に入射する映像光は、まず、フレネルレンズにより略平行光となり、次いで、レンチキュラーレンズシートによりスクリーンの左右方向に拡散するとともに拡散層によりスクリーンの上下方向に拡散する。これにより、スクリーン左右方向及び上下方向の視野角が制御される。
【特許文献１】特開２００２−１７４７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなリアプロジェクションテレビ１においては、透過型スクリーン４の背面に映像光を入射させるための光学系の占める空間が大きいため、例えば２枚のミラー３Ａ，３Ｂによってプロジェクタ２から投射される映像光の光路を偏向させて、プロジェクタ２を透過型スクリーン４とミラー３Ｂとの間の領域から下方側に外れた領域に配置することにより、奥行きを極力小さくして薄型化を図るようにしている。
【０００５】
ところで、プロジェクタ２は、透過型スクリーン４におけるフレネルレンズの光軸５Ａ上に配置されるものであり、また、このフレネルレンズの光軸５Ａは、一般にフレネルレンズのレンズ本体の中心５Ｂと一致させられている。
そのため、映像光の光路を偏向させるミラー３Ａ，３Ｂのうち、透過型スクリーン４の背面に対向配置されるミラー３Ｂを、透過型スクリーン４に対して大きな傾斜角で傾斜させなければ、他のミラー３Ａがプロジェクタ２から投射される映像光の光路に干渉しないようにすることができず、これに起因してリアプロジェクションテレビ１の奥行きを小さくすることに限界が生じていた。つまり、ミラー３Ｂを傾斜させた分だけ、リアプロジェクションテレビ１の奥行きを大きく確保しなければならないことになり、このミラー３Ｂの傾斜が、リアプロジェクションテレビ１の薄型化を図る上での大きな障害となっていたのである。
【０００６】
これに対して最近では、光軸５Ａがレンズ本体の中心５Ｂから外れた位置を通るように配置されたフレネルレンズを用いて透過型スクリーン４を構成し、このようなフレネルレンズの光軸５Ａ上にプロジェクタ２を配置することにより、透過型スクリーン４の背面に入射する映像光の入射角度を大きくして、上記ミラー３Ｂの傾斜を緩やかにし、リアプロジェクションテレビ１の薄型化を図ることが考えられている。
しかしながら、このような場合において、より一層の薄型化のために上記入射角度を大きくしすぎると、これにともなってプロジェクタ２が映像光を投射するときの投射角度も大きくなりすぎるので、プロジェクタ２の投射レンズにかかる負荷が非常に大きくなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、光源が映像光を投射するときの投射角度を大きくしすぎることなく、背面投射型ディスプレイ装置の薄型化を図ることができる光学システムと、この光学システムを用いた背面投射型ディスプレイ装置とを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明による光学システムは、入射光の方向を整えるとともにこの入射光を拡散させる透過型スクリーンと、映像光を投射する光源と、前記映像光を反射させるミラーと、前記映像光を反射させるとともに透過させるハーフミラーとを備え、前記光源から投射された映像光が、前記ハーフミラーに入射してこのハーフミラーで反射してから、前記ミラーに入射してこのミラーで反射した後に、前記ハーフミラーに再度入射してこのハーフミラーを透過することにより、前記透過型スクリーンに入射するように構成されていることを特徴としている。
また、本発明による背面投射型ディスプレイ装置は、本発明の光学システムを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光学システムでは、ハーフミラーに一旦入射して反射した映像光が、透過型スクリーンの背面に対向配置されるミラーで反射した後に、同じハーフミラーに再度入射して透過することにより、透過型スクリーンの背面に入射するようになっている。
そのため、このハーフミラーが、透過型スクリーンの背面に対向配置されて、光源から投射される映像光の光路に干渉している場合であったとしても、背面投射型ディスプレイ装置としての機能を十分に得ることが可能になるので、透過型スクリーンの背面に対向配置される上記ミラーの傾斜を緩やかにして、背面投射型ディスプレイ装置の薄型化を図ることができる。また、透過型スクリーンの背面に入射する映像光の入射角度を大きくしすぎなくても、つまり、光源が映像光を投射するときの投射角度を大きくしすぎなくても、背面投射型ディスプレイ装置の薄型化を図ることができるため、光源の投射レンズに対して無理な負荷がかかりにくくすることもできる。
【００１０】
また、本発明は、前記映像光が前記ハーフミラーに入射してこのハーフミラーで反射するときに、前記ハーフミラーを透過する前記映像光の透過成分を遮光するための遮光手段を備えていることが好ましい。
光源から投射される映像光が一旦ハーフミラーに入射して反射するときに、このハーフミラーを透過する映像光の透過成分は、スクリーン上にゴーストを生じさせる原因となるおそれがあるため、上記のような遮光手段を、透過型スクリーンとこの透過型スクリーンの背面に対向配置されるハーフミラーとの間に配置することにより、上記透過成分が透過型スクリーンに入射することがなくなり、スクリーン上で観察されるゴーストの発生を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
本実施形態による光学システムを備えた背面投射型ディスプレイ装置としてのリアプロジェクションテレビ１０は、図１に示すように、筐体１１と、前面側（図１中の右側）を筐体１１の外部へ露出させるとともに背面側（図１中の左側）を筐体１１の内部へ露出させた略長方形平板状をなす透過型スクリーン２０と、筐体１１内に配置され、透過型スクリーン２０の背面に対して映像光を投射する光源としてのプロジェクタ１２と、同じく筐体１１内に配置され、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路を偏向させるハーフミラー６０及びミラー７０と、さらに同じく筐体１１内に配置され、後述する遮光手段としてのルーバー８０とを備えている。
【００１２】
透過型スクリーン２０は、図２に示すように、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部３３を有するフレネルレンズ３０と、このフレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させる拡散レンズ部４４を有するレンチキュラーレンズシート（拡散レンズシート）４０と、このレンチキュラーレンズシート４０からの出射光をスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散層５０とを備えている。
これらフレネルレンズ３０、レンチキュラーレンズシート４０、拡散層５０は、透過型スクリーン２０の背面側（図２中の左側）から前面側（図２中の右側）にかけて順次配置されているとともに、互いに略平行となるように配置されている。
【００１３】
フレネルレンズ３０のレンズ本体３１は、図２に示すように、略長方形平板状をなすレンズ基板３２におけるレンチキュラーレンズシート４０側を向く片面（透過型スクリーン２０の前面側を向く片面）に、フレネルレンズ部３３が設けられることによって構成されている。このフレネルレンズ部３３は、同心円状の凹凸からなり、レンズ本体３１の出射面側に位置させられている。すなわち、このフレネルレンズ３０は、入射する映像光がレンズ基板３２を透過してからフレネルレンズ部３３の屈折面で屈折させられることにより、その方向が整えられて略平行光として出射される、いわゆる透過型フレネルレンズ３０となっている。
また、本実施形態において、フレネルレンズ部３３の凹凸がなす同心円の中心を通ってレンズ本体３１の法線に沿う方向、つまり、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１は、図２に示すように、レンズ本体３１の中心Ｐ２を通るレンズ本体３１の短辺に沿う方向においてレンズ本体３１の長辺よりも外側でレンズ本体３１から外れた位置を通るように配置されている。
【００１４】
上記のような構成とされたフレネルレンズ３０は、その光軸Ｐ１を例えば下方側に位置させるようにして透過型スクリーン２０に備えられている。
そして、プロジェクタ１２から投射される映像光を透過型スクリーン２０の背面に入射させる、つまり、プロジェクタ１２から投射される映像光を透過型スクリーン２０の背面側に位置するフレネルレンズ３０に入射させると、このフレネルレンズ３０は、入射した映像光の方向を整えて略平行光としてからレンチキュラーレンズシート４０に向けて出射する。
【００１５】
レンチキュラーレンズシート４０のシート本体４１は、図２に示すように、略長方形平
板状をなすシート基板４２におけるフレネルレンズ３０側を向く片面（透過型スクリーン２０の背面側を向く片面）に、拡散レンズ部４４が設けられ、かつ、シート基板４２における拡散層５０側を向く片面（透過型スクリーン２０の前面側を向く片面）に、遮光部４５が設けられることによって構成されている。
【００１６】
拡散レンズ部４４は、略半円柱状をなす複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）４３が互いに略平行となるように配列されてなり、シート本体４１の入射面側に位置させられている。
この拡散レンズ部４４を構成する複数のシリンドリカルレンズ４３は、その長さ方向をスクリーンの上下方向（垂直方向）に略一致させており、フレネルレンズ３０から出射される映像光がレンチキュラーレンズシート４０に入射すると、このレンチキュラーレンズシート４０は、入射した映像光をスクリーンの左右方向（水平方向）で集光・拡散してストライプ状の光としてから拡散層５０に向けて出射する。なお、図２においては、説明上分かりやすくするため、シリンドリカルレンズ４３の長さ方向をスクリーンの上下方向（垂直方向）ではなく左右方向（水平方向）に略一致させて示してある。
【００１７】
遮光部（ＢＳ＝ブラック・ストライプ）４５は、複数のシリンドリカルレンズ４３によるストライプ状の非集光部を遮光するように、シート本体４１の出射面側に位置させられている。
これに対し、複数のシリンドリカルレンズ４３によるストライプ状の集光部に対応する領域は、シート本体４１の出射面側に位置させられた通過部４６とされており、シリンドリカルレンズ４３によって集光した映像光が、この通過部４６を通過するようにして拡散することになる。  
【００１８】
拡散層５０は、略長方形平板状をなす基材中に拡散材が分散配置されることによって構成されており、レンチキュラーレンズシート４０から出射される映像光が拡散層５０に入射すると、この拡散層５０は、入射した映像光をスクリーンの上下方向（垂直方向）へ拡散してから透過型スクリーン２０の前面側に向けて出射する。
【００１９】
ここで、上記のような透過型スクリーン２０を備えたリアプロジェクションテレビ１０において、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路をハーフミラー６０及びミラー７０によって偏向させていない状態を考えると、プロジェクタ１２は、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１上に配置されるために、図１中の２点鎖線で示すように透過型スクリーン２０の背面に対向する領域から例えば下方側に外れた領域に配置された状態となっている。
そして、このような配置とされるプロジェクタ１２から投射される映像光の光路を、透過型スクリーン２０の背面に対向配置されるミラー７０と後述するハーフミラー６０とによって偏向させることにより、図１に示すように、プロジェクタ１２が、筐体１１内において透過型スクリーン２０とミラー７０との間の領域から例えば下方側に外れた領域に配置されている。
【００２０】
ハーフミラー（半透明鏡とも言う）６０は、映像光が入射する入射面に、例えば誘電体からなる蒸着膜や、例えばクロムやアルミなどの金属からなる蒸着膜が形成されることによって構成されたものであり、入射する映像光を反射させるとともに透過させる機能を有している。これにより、プロジェクタ１２から投射されてハーフミラー６０に入射する映像光は、ハーフミラー６０で反射する反射成分と、ハーフミラー６０を透過する透過成分とに分けられる。
また、ハーフミラー６０は、透過型スクリーン２０とこの透過型スクリーン２０の背面に対向配置されるミラー７０との間に配置されることにより、ミラー７０と同じく透過型スクリーン２０の背面に対向配置されている。そのため、透過型スクリーン２０の背面に対向配置されるミラー７０は、実際には、ハーフミラー６０の入射面に対向配置されていることになる。
【００２１】
さらに、ハーフミラー６０と透過型スクリーン２０との間には、図１及び図３に示すように、プロジェクタ１２から投射された映像光がハーフミラー６０に最初に入射するときに生じる映像光の透過成分を遮光するための遮光手段として、ルーバー８０が配置されている。
ルーバー８０は、その厚み方向に沿って延在する複数の隔壁８１が、例えば格子状や同心円状に配列されることによって構成されている。ルーバー８０における複数の隔壁８１のピッチは、所定範囲の入射角度でルーバー８０に入射する映像光を透過させずに隔壁８１で吸収することができるように設定されている、つまり、プロジェクタ１２から投射された映像光がハーフミラー６０に最初に入射するときに生じる映像光の透過成分を遮光することができるように設定されている。
【００２２】
次に、プロジェクタ１２から所定の投射角度で投射された映像光が、透過型スクリーン２０の背面に入射するまでの光路について説明する。
図１及び図３に示すように、プロジェクタ１２から投射された映像光は、まず、透過型スクリーン２０の背面に対向配置されたハーフミラー６０に最初に入射する。なお、プロジェクタ１２から投射された映像光が、少なくとも１枚のミラーによって反射させられてから、ハーフミラー６０に最初に入射するようにしてもよい。ここで、ハーフミラー６０に最初に入射した映像光は、ハーフミラー６０で反射する反射成分と、ハーフミラー６０を透過する透過成分とに分けられる。
【００２３】
ハーフミラー６０を透過した映像光の透過成分は、ハーフミラー６０と透過型スクリーン２０との間に配置されたルーバー８０に入射するが、ルーバー８０における複数の隔壁８１によって吸収されるため、この映像光の透過成分が透過型スクリーン２０の背面に入射することはない。
一方、ハーフミラー６０で反射した映像光の反射成分は、ハーフミラー６０の入射面に対向配置された（透過型スクリーン２０の背面に対向配置された）ミラー７０に入射し、このミラー７０で反射する。
【００２４】
ミラー７０で反射した映像光は、ハーフミラー６０に再度入射して、このハーフミラー６０を透過することにより、ハーフミラー６０と透過型スクリーン２０との間に配置されたルーバー８０に入射する。
このとき、ルーバー８０に入射した映像光は、プロジェクタ１２から投射された映像光がハーフミラー６０に最初に入射するときに生じる透過成分よりもルーバー８０への入射角度が小さくなっているため、複数の隔壁８１によってすべてが吸収されることなくルーバー８０を透過する。そして、このルーバー８０を透過した映像光が、透過型スクリーン２０の背面に入射するのである。
【００２５】
以上のような構成とされた本実施形態による光学システムを備えたリアプロジェクションテレビ１０では、ハーフミラー６０に一旦入射して反射した映像光が、透過型スクリーン２０の背面に対向配置されるミラー７０で反射した後に、同じハーフミラー６０に再度入射して透過することにより、透過型スクリーン２０の背面に入射するようになっている。
そのため、このハーフミラー６０が、透過型スクリーン２０の背面に対向配置されて、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路に干渉していたとしても、リアプロジェクションテレビ１０としての機能を損なうことがないので、透過型スクリーン２０の背面に対向配置される（ハーフミラー６０の入射面に対向配置される）ミラー７０の傾斜を非常に緩やかにして、リアプロジェクションテレビ１０の薄型化を実現することができる。
【００２６】
なお、図１及び図３では、ミラー７０がわずかに傾斜したものとして記載されているが、本実施形態においては、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１がレンズ本体３１から外れた位置を通るように配置されていることから、このミラー７０を透過型スクリーン２０に対して略平行となるように配置して、リアプロジェクションテレビ１０のより一層の薄型化を図ることも可能である。
【００２７】
また、上記のようにリアプロジェクションテレビ１０の薄型化が可能であると、透過型スクリーン２０の背面に入射する映像光の入射角度を無理に大きくする必要がなくなる、換言すれば、プロジェクタ１２が映像光を投射するときの投射角度を無理に大きくする必要がなくなるため、プロジェクタ１２の投射レンズに対して無理な負荷がかからないような光学システムの設計ができるという効果を得ることも可能である。
【００２８】
加えて、透過型スクリーン２０の背面に入射する映像光の入射角度を無理に大きくする必要がないことから、本実施形態においては、映像光の入射角度が大きくなったときにはその透過率を低下させるが、製造の容易な透過型フレネルレンズ３０を用いることができている。
もちろん、このような透過型フレネルレンズ３０に代えて、全反射型フレネルレンズ３０、つまり、レンズ基板３２における透過型スクリーン２０の背面側を向く片面に、フレネルレンズ部３３がレンズ本体３１の入射面側に位置するように設けられることによってレンズ本体３１が構成され、入射する映像光がフレネルレンズ部３３の全反射面で全反射させられることにより、その方向が整えられて略平行光として出射されるフレネルレンズ３０を用いても構わない。
【００２９】
さらに、本実施形態による光学システムを備えたリアプロジェクションテレビ１０では、映像光がハーフミラー６０に最初に入射したときに生じる透過成分を遮光するためのルーバー８０が、ハーフミラー６０と透過型スクリーン２０との間に配置されている。
そのため、スクリーン上にゴーストを生じさせる原因となるおそれがある上記透過成分を、ルーバー８０における複数の隔壁８１によって吸収して、透過型スクリーン２０の背面に入射しないようにすることができ、スクリーン上で観察されるゴーストの発生を確実に抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、映像光がハーフミラー６０に最初に入射したときに生じる映像光の透過成分を遮光するための遮光手段として、ルーバー８０を用いているが、これに限定されることはなく、例えば図４に示すような遮光手段８２を用いることもできる。
図４に示す遮光手段８２は、光透過性を有する基板８３の内部に、その厚み方向に沿って延在する複数の光吸収層８４（ルーバー８０の複数の隔壁８１に相当）が、例えば格子状や同心円状に配列されることによって構成されている。また、遮光手段８２における複数の光吸収層８４のピッチは、所定範囲の入射角度で遮光手段８２に入射する映像光を透過させずに光吸収層８４で吸収することができるように設定されている、つまり、プロジェクタ１２から投射された映像光がハーフミラー６０に最初に入射するときに生じる映像光の透過成分を遮光することができるように設定されている。
このような遮光手段８２を用いたとしても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。要は、映像光がハーフミラー６０に最初に入射したときに生じる映像光の透過成分を遮光することができれば、遮光手段の構成は問わないのである。
【００３１】
また、本実施形態においては、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向に拡散させる拡散レンズシートとして、複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）４３が略平行に配列されてなる拡散レンズ部４４を有するレンチキュラーレンズシート４０を備え、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの上下方向に拡散させる拡散手段として、拡散層５０を備えているようにしたが、上記のような拡散レンズシートだけに限定されることはない。
【００３２】
例えば、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）及び上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散レンズシートとして、複数の単位レンズがマトリックス状に配列されてなる拡散レンズ部を有するマイクロレンズシートを備えているようにしてもよい。また、例えば、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）及び上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散レンズシートとして、複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）が略平行に配列された第１のレンズアレイと複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）が略平行に配列された第２のレンズアレイとがそれらのシリンドリカルレンズの長さ方向を互いに交差させるように同一平面上に配置されてなる拡散レンズ部を有するクロスレンチレンズシートを備えているようにしてもよい。なお、これらの場合でも、必要に応じて透過型スクリーン２０が拡散層５０を備えていてもよい。
【００３３】
さらに、例えば、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させる拡散レンズシートとして、映像光を反射して拡散させる複数の単位レンズが配列されてなる拡散レンズ部を有するプリズムレンズシートを備え、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散手段として、拡散層５０を備えているようにしてもよい。なお、プリズムレンズシートにおける複数の単位レンズの形状・配列によっては、必ずしも拡散層５０を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態によるリアプロジェクションテレビの一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態による透過型スクリーンの一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態による透過型スクリーンの一例を示す要部拡大概略断面図である。
【図４】遮光手段の他の一例を示す概略断面図である。
【図５】従来のリアプロジェクションテレビの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  リアプロジェクションテレビ（背面投射型ディスプレイ装置）
１２  プロジェクタ（光源）
２０  透過型スクリーン
３０  フレネルレンズ
４０  レンチキュラーレンズシート（拡散レンズシート）
５０  拡散層
６０  ハーフミラー
７０  ミラー
８０  ルーバー（遮光手段）
８１  隔壁
８２  遮光手段
【図１】
2006018141.tif 000003
【図２】
2006018141.tif 000004
【図３】
2006018141.tif 000005
【図４】
2006018141.tif 000006
【図５】
2006018141.tif 000007