(57)【要約】対象の画像を映写画像として表示するオフセット型背面映写ディスプレイシステムであって、前記対象の中心から光学的にオフセットした映写レンズと、光拡散層を含むスクリーンと、前記スクリーン上へと前記映写レンズにより映写される前記対象の映写画像を反射するように配置されるミラーとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の画像を映写画像として表示するオフセット型背面映写ディスプレイシステムであって、
前記対象の中心から光学的にオフセットした映写レンズと、
光拡散層を含むスクリーンと、
前記スクリーン上へと前記映写レンズにより映写される前記対象の映写画像を反射するように配置されるミラーとを含む、ディスプレイシステム。
【請求項２】
前記スクリーンはフレスネルレンズを更に含み、
前記映写レンズ、スクリーン及びミラーが、
前記映写レンズの光軸が、前記フレスネルレンズの光軸に実質的に一致して前記スクリーンに至り、且つ、
前記映写される画像の中心が、前記フレスネルレンズの光軸から実質的にオフセットして前記スクリーンに至るように、
配置される、請求項１に記載のディスプレイシステム。
【請求項３】
前記対象は単一のパネルLCoSデバイスである、請求項２に記載のディスプレイシステム。
【請求項４】
前記光拡散層は、レンズ状のレンズ構造からなる、請求項２に記載のディスプレイシステム。
【請求項５】
前記フレスネルレンズは、前記スクリーンの中心から実質的にオフセットした光軸を有する、請求項２に記載のディスプレイシステム。
【請求項６】
前記対象は単一のパネルLCoSデバイスである、請求項１に記載のディスプレイシステム。
【請求項７】
前記光拡散層は、レンズ状のレンズ構造からなる、請求項１に記載のディスプレイシステム。
【請求項８】
対象の画像表示をスクリーン上に表示する背面映写方法であって、
映写レンズを前記対象から光学的にオフセットするように配置し、
前記対象の画像を前記光学的にオフセットした映写レンズからミラー上へと映写し、
前記画像を前記ミラーから前記スクリーン上へと反射させることを含む方法。
【請求項９】
フレスネルレンズを、光拡散層の近傍に、該フレスネルレンズの光軸が前記スクリーンの中心から実質的にオフセットするように配置することで前記スクリーンを構成することを更に含み、
前記映写された画像は、該画像の中心が前記フレスネルレンズの光学軸よりも前記スクリーンの中心に近くで前記スクリーンに到達するように、前記ミラーから前記スクリーン上へと反射される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記映写レンズ、ミラー及びスクリーンを、該映写レンズが前記フレスネルレンズの光学軸に実質的に光学的に一致するように配置することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記対象は、単一のパネルLCoSデバイスである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記光拡散層は、レンズ状のレンズ構造からなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記対象は、単一のパネルLCoSデバイスである、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記光拡散層は、レンズ状のレンズ構造からなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記対象は、単一のパネルLCoSデバイスである、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記光拡散層は、レンズ状のレンズ構造からなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
対象の画像を背面映写するディスプレイシステムであって、
スクリーンと、
前記スクリーン上へと前記対象の画像を軸が一致しない態様で映写する光映写手段とを含む、ディスプレイシステム。
【請求項１８】
前記光映写手段は、前記対象の中心から光学的にオフセットした映写レンズを含む、請求項１７に記載のディスプレイシステム。
【請求項１９】
前記スクリーンは、光拡散層と、前記スクリーンの中心から実質的にずれた光軸を有するフレスネルレンズとを含み、
前記映写レンズは、前記フレスネルレンズの光軸に実質的に光学的に一致する、請求項１８に記載のディスプレイシステム。
【請求項２０】
前記映写レンズの光軸及び／又は前記フレスネルレンズの光軸は、前記スクリーンの中心からオフセットする、請求項１９に記載のディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、背面映写ディスプレイシステムに係り、より詳細には、背面スクリーン映写テレビジョンディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
背面スクリーン映写テレビジョンディスプレイは、大型の画像サイズにより消費者の大きな関心を見い出している。主な欠点は、セットボリューム及び深さである。セットサイズを低減させることへの大きな要望があるが、現実的に困難であるか若しくは現在のCRTベースの映写システムではコストが嵩む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
LCD、DMDやLCOSのようなマイクロディスプレイベースのシステムは、CRT映写ディスプレイよりも非常に小さなシステムボリュームを達成できる。これは、より小型のエンジンサイズ、及び、CRTが3つであるのに対して唯一の映写レンズからの映写に起因している。非常に魅力的なシステム寸法がこれらのシステムに対して発表されている。現在の製品の発表は、18インチのシステム深さである55インチの対角線長のワイドスクリーンセット、及び、35cmのシステム深さである50インチの対角線長のワイドスクリーンセットを含む。これらのシステムでは、小さい深さは、広角投影レンズを用いることにより得られる。しかし、この方法を用いてワイドスクリーンシステムを如何ほどに狭くできるかに関しては、映写システムが光路を妨害し始めるまでであり、物理的制限がある。
【０００４】
システム深さを低減するための他のアプローチは、偏光された折り返し経路を用いること（米国特許第573,324号）、off-axis型の非球面ミラーの使用を含む。双方のアプローチは、ピクチャ性能の低減及びシステムコストの増加を生む問題点がある。更に、セットの高さがこれらの概念を用いるために相当に大きくされなければならない。
【０００５】
現在のon-axis型の映写システムで可能なものを超えてシステム深さを低減することは効果的である。映写システムは、システム深さ及び高さが低減するにつれて劇的に魅力が高まる。LCD、DMDやLCOSのような新しいマイクロディスプレイ技術は、システムボリュームを相当に低減することができ、これが消費者の受け入れを駆り立てている。現在のアプローチでコンパクトな寸法が達成されるので、システムボリュームを更に低減する大きな圧力がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
映写経路内に光学的オフセットを導入することによって、セット深さを、控えめな受け台の高さを維持しつつ低減できる。レンズ若しくはレンズシステムの対象からの“光学的オフセット”は、レンズ若しくはレンズシステムの光軸が対象の中心からある距離離れて（オフセットをもって）通過することを意味する。レンズ若しくはレンズシステムの“光軸”は本分野でよく理解されており、その方向は、その経路中に配置される反射若しくは偏向要素に依存して変化しうる。例えば、映写レンズは、映写レンズの光軸（何れの方向でも）が対象の中心を通らない場合は、像が映写されている対象から光学的にオフセットする。
【０００７】
映写レンズを鉛直的にシフトすることは光学的なオフセットを生む。その際、画像は、オフセット角をもって鑑賞スクリーンに当たる。この角度を補償するため、鑑賞スクリーンのフレスネルレンズが、対応してオフセットされ、画像がスクリーンに直角に出て行くようにする。
【０００８】
背面映写システムは、典型的には、on-axis（軸が一致する態様）で配置される短い焦点距離の映写レンズを用いる。短い焦点距離は、レンズからスクリーンまでの短い投射距離をもたらし、これによりコンパクトなシステム寸法がもたらされる。更に、レンズはon-axisで配置される。即ち、映写レンズに対する対称の回転軸が、ピクチャの中心で画像装置に遮られる。鑑賞スクリーンは、典型的には、光を大きく平行化するためのフレスネルレンズと、鑑賞空間内に光を分散させるための光拡散層とからなる。画像の中心からの光は、スクリーンに直角の入射角で当たる。従って、フレスネルレンズの光軸は、映写レンズの光軸と実質的に一致する。
【０００９】
従って、本発明の一局面では、対象の画像を映写画像として表示するオフセット型背面映写ディスプレイシステムは、
前記対象の中心から光学的にオフセットした映写レンズと、
光拡散層を含むスクリーンと、
前記スクリーン上へと前記映写レンズにより映写される前記対象の映写画像を反射するように配置されるミラーとを含む。
【００１０】
本発明のその他の一局面では、対象の画像表示をスクリーン上に表示する背面映写方法は、
映写レンズを前記対象から光学的にオフセットするように配置し、
前記対象の画像を前記光学的にオフセットした映写レンズからミラー上へと映写し、
前記画像を前記ミラーから前記スクリーン上へと反射させることを含む。
【００１１】
本発明の更なるその他の一局面では、対象の画像を背面映写するディスプレイシステムは、スクリーンと、前記スクリーン上へと前記対象の画像を軸が一致しない態様で映写する光映写手段とを含む。前記光映写手段は、前記対象の中心から光学的にオフセットした映写レンズを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、図面を参照してよりよく理解できる。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例によるオフセット映写経路を示す。映写レンズ１若しくは映写レンズ配列は、映写される画像を持つ対象３からオフセットされる。映写レンズ１は、対象3から画像を受け、当該画像を背面映写スクリーン５に映写する。対象３は、その表面から光を放出、反射若しくは透過する物理的対象であることができ、若しくは、それ自体が映写された画像であってもよい。図示の実施例では、対象３は、その表面上に画像を生成するように電気的に動作される単一パネルのLCoSデバイスである。
【００１４】
映写ディスプレイキャビネットのサイズを低減するために光の折り返しを利用する実際の構成では、折り返しミラー７（図1では示さず）は、映写レンズからの光線をスクリーンに実質的に反射するだろう。この説明的な図では、折り返しミラーは、明瞭性のために省略されており、反射を無視したような光路が示されている。これらは、画像の中心光線８、及び、映写レンズ１の光軸１０（即ち、映写レンズ１を映写レンズ１の光軸に沿って出発する光線の光路）を含む。折り返しミラー７の存在を除いて、これは、単一の折り返しミラーを備える背面映写配列用の代表的な光路を示しているだろう。
【００１５】
映写レンズ１は、当然に複数のレンズ要素からなってもよいものであるが、対象3又は映写される対象画像の中心から光学的にオフセットする。スクリーンは、フレスネルレンズ１１と、本例ではレンズ状のレンズ（レンチキュラーレンズ）１３である光拡散層13とを含む。光拡散層は、拡散タイプの層、若しくは、光を減衰若しくは散乱させる作用をする他の材料であってよい。本実施例のフレスネルレンズ１１の光軸９は、映写レンズ１の光軸１０と一致する。スクリーン5の中心は、映写レンズ１の光軸１０及びフレスネルレンズ11の光軸９からオフセットしている。
【００１６】
図２は、映写された画像に対する折り返し映写経路が生まれるように折り返しミラー７を所定位置に備えた映写経路の代表的な実施例を示し、映写された画像の中心光線８の光路を示す。ミラー７は、映写レンズ１の光軸１０及びフレスネルレンズ１１の光軸９が、ミラー７の反射の付与された光学的構成において整合するように配置される。
【００１７】
図３は、中心軸型フレスネルレンズ２１及び光拡散層１３を含むスクリーン２５上に折り返しミラー１７から画像を映写するために共軸の光エンジン（例えば、一致する軸を持つLCoS及び映写レンズ）を用いた、on-axis型映写システムの理想化した例を示す。本例では、映写レンズの光軸１６（図示せず）及びフレスネルレンズ２１の光軸１９は一致する。
【００１８】
図４は、本発明を採用するoff-axis型映写システムの理想化した例を示し、映写された画像の中心光線18に対するオフセット角θ、及び、システムを含むキャビネットに対する理論的な最小深さｄを示す。
【００１９】
図５は、オフセット角θの変化に対する図４の深さｄの変化態様を示すプロット図である。
【００２０】
図1から分かるように、本発明の動作の原理は、映写レンズ１の光軸１０が対象（LCoSパネル）３から光学的にオフセットしているので、対象3の映写される画像が映写レンズ１の光軸１０まわりで中心が合わない（中心ずれする）ことになる。また、折り返しミラー７は、フレスネルレンズ１１の光軸９が映写レンズ１の光軸１０と一致するように配置されているので、対象３の映写された画像は、スクリーン５に到達したときにフレスネルレンズ１１の光軸９まわりで中心が合わないが、映写された画像は、好ましくは、スクリーン５上で中心を合わせられることができる。
【００２１】
この構成の結果として、ディスプレイシステムの深さｄは、映写された画像が映写レンズ及びフレスネルレンズの光軸まわりで中心が合う場合よりも小さくなることができる。
【００２２】
図３及び図４は、単一の折り返し経路で達成可能な深さの物理的制限を低減する際にオフセット映写でなすことができるゲインを示す。映写経路は、映写レンズの折り返し角を増加することによって短くされるこれは、出て行く光線と反射光線が重なるまでなすことができる。on-axis型映写に対しては、この制限は、６０度の鉛直方向の完全な角度で生ずる。この図形が図３に示される。これは、理論的な制限であり実際には達成できない、というのは、例えば映写レンズ及び画像装置のための物理的なスペースがないからである。
【００２３】
本発明の一実施例によるoff-axis型映写の場合における同様の光線コーン（錐）が図４に示される。ここで、映写画像の中心光線に対するオフセット角はθである。深さｄの、オフセット角θに対するプロットが図５に示される。例えば、理論的な物理的制限では、深さｄは、２０度のオフセット角に対して０．７７倍減少される。このようにして、より薄い背面映写ディスプレイシステムを構築できる。
【００２４】
他の実施例、実施例の変形及び均等物は、本発明の他の局面、目的及び効果と同様、当業者にとって明らかであり、図面、開示及び添付の請求の範囲の教示から得ることができる。例えば、図示の実施例の対象３は、LcoSパネルであるが、本発明は、他の対象の画像を映写することを内包するものである。しかし、クレーム解釈の際に理解されるべきこととして、その画像が映写される“対象”といったときは、“対象”は、より大きな対象の一部のみを称し、即ち、請求項の“対象”はディスプレイされる部位である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一局面による光学的システム構成を示す図である。
【図２】折り返し映写経路を用いた本発明の使用を示す図である。
【図３】on-axis映写用の最小折り返しに対する制限を示す図である。
【図４】オフセット角でのoff-axis映写用の最小折り返しに対する制限を示す図である。
【図５】オフセット角θの変化に対する図４の深さｄの変化態様を示すプロット図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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