(57)【要約】【課題】表示品質の高い背面投射ディスプレイ装置を提供することを目的とする。【解決手段】小型のプロジェクター装置１１から射出された画像情報を有する光束は広がりつつ背面投射ディスプレイ装置１２内部に開口部１３から投入される。開口部１３から投入された光束は第１の反射面１４に到達し、第２の反射面１５へ向う。第２の反射面１５に到達した光束はさらにまた略０度の角度をもって正反射し、再び第１の反射面１４へと回帰し、第１の反射面１４に到達した光束は略６０度の角度をもってさらに反射して第３に反射面１６に向かう。第３の反射面１６に到達した光束は略３０度の角度をもって略全反射してスクリーン部１７へ到達する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段で形成された画像を光学的に投影像として拡大投影する画像拡大投影手段と、前記画像拡大投影手段からの投影像を投影するスクリーン部と、前記画像形成手段から前記スクリーン部へ投影光を導く導光手段からなる背面投射ディスプレイ装置であって、前記導光手段は３枚以上の平面鏡からなり、前記画像形成手段から投影光を第１の反射面で反射し、第２の反射面で反射した後、再び第１の反射面で反射し、さらに第３の反射面で反射し前記スクリーン部へ投影され、また前記スクリーン部は前記第１の反射面と略同一面、または裏面に形成されており、さらに前記画像形成手段は前記第３の反射面の略中央に設置していることを特徴とする背面投射ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記第１の反射面には入射角度略４５度以上で入射光の８０％以上反射、１５度以下で入射光の８０％以上が透過される誘電体多層膜、または同様の作用を有する表面処理が施されていることを特徴とする請求項１記載の背面投射ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第２の反射面及び第３の反射面は入射光の略全成分を反射する金属、または誘電体多層膜、または同様の作用を有する表面処理が施されていることを特徴とする前記請求項１記載の背面投射ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第３の反射面の略中央部に設置されてなる前記画像形成手段からの投影光を前記第１の反射面へ導くための導入手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の背面投射ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記導入手段は前記画像拡大投影手段の有する投影レンズの直径以下の円形、または同等の楕円からなる光学的開口部、さらには前記開口部に設置されたハーフミラーによりなることを特徴とする請求項４記載の背面投射ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビやコンピュータなどからの画像を拡大投影して表示する機能を有する背面投射ディスプレイ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、さまざまな情報機器、特に液晶、または光電的な画像表示手段などによりビジュアルな情報を取り扱うことができる機器が目覚しい進展を見せている。利用者において限られた室内または屋外スペースでより大画面での画像表示手段が求められている。そこでこのニーズを実現する表示方法として背面投射ディスプレイ装置が近年注目されてきており、多くの研究や開発が進んでいる。
【０００３】
しかしながら従来の背面投射ディスプレイ装置では、大画面表示を実現するために投影プロジェクター装置をスクリーン部の背面の十分遠い位置に設置しており、スクリーン部の背後に十分なスペースが必要となり、一般家庭の室内へ設置は困難なものであった。そこで室内、または限られたスペースの屋外に設置しようとするために従来は以下に述べる方法が取られてきた。
【０００４】
図４は従来の背面投射ディスプレイ装置の構成図で、家庭内に設置するためには装置の背後のスペースを小さくとれる薄型装置が提案されている。これは特開平２０００−６３９４号公報に公開されているものの構成図であり、スクリーン部１の背面に略４５度傾けた反射ミラー２を設置しており、プロジェクター装置３、４、５の設置をスクリーン部１の奥行き方向から下方向へ移動させることを可能にしたもので、奥行きスペースを大幅に縮小させることができる。
【０００５】
さらに３台のプロジェクター装置３、４、５を用いて画像を分割投影させ、プロジェクター装置３，４，５それぞれの設置を効果的に配することでプロジェクター投影距離を短縮することができ、さらに奥行きスペース縮小効果を増大させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の背面投射ディスプレイ装置には以下のような課題があった。すなわち、スクリーン部１の背後に設置してなる大型反射ミラー２は略４５の角度を持って設置されており、プロジェクター装置を複数用いたとしてもその奥行きはスクリーン部１の高さをわずかに下回る程度であり、大画面からなるスクリーン部１を用いてなる背面投射ディスプレイ装置では十分に小さな奥行きとは言いがたいという問題点があった。
【０００７】
そこで本発明は、装置全体をより薄型化できる背面投射ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、画像を形成する画像形成手段と、画像形成手段で形成された画像を光学的に投影像として拡大投影する画像拡大投影手段と、画像拡大投影手段からの投影像を投影するスクリーンと、画像形成手段からスクリーン部へ投影光を導く導光手段からなる背面投射ディスプレイ装置であって、導光手段は３枚以上の平面鏡からなり、画像形成手段から投影光を第１の反射面で反射し、第２の反射面で反射した後、再び第１の反射面で反射し、さらに第３の反射面で反射しスクリーンへ投影され、またスクリーンは第１の反射面と略同一面、または裏面に形成されており、さらに画像形成手段は第３の反射面の略中央に設置しているものである。
【０００９】
本発明によれば、装置全体をより薄型化できる背面投射ディスプレイ装置を提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、画像を形成する画像形成手段と、画像形成手段で形成された画像を光学的に投影像として拡大投影する画像拡大投影手段と、画像拡大投影手段からの投影像を投影するスクリーンと、画像形成手段からスクリーン部へ投影光を導く導光手段からなる背面投射ディスプレイ装置であって、導光手段は３枚以上の平面鏡からなり、画像形成手段から投影光を第１の反射面で反射し、第２の反射面で反射した後、再び第１の反射面で反射し、さらに第３の反射面で反射しスクリーン部へ投影され、またスクリーン部は第１の反射面と略同一面、または裏面に形成されており、さらに画像形成手段は第３の反射面の略中央に設置しているものであり、これにより、スクリーン部と主反射鏡である第３の反射面とに角度を略３０度と小さくとることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、第１の反射面には入射角度略４５度以上で入射光の８０％以上反射、１５度以下で入射光の８０％以上が透過される誘電体多層膜、または同様の作用を有する表面処理が施されているものであり、これにより画像形成手段から第１の反射面に入射する光、及び第２の反射面からの反射回帰光を効率的に反射し、第３の反射面からの反射光をスクリーン部へ効率的に透過することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、第２の反射面及び第３の反射面は入射光の略全成分を反射する金属、または誘電体多層膜、または同様の作用を有する表面処理が施されているものであり、これにより効率的に画像情報を有する光を反射、伝達することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、第３の反射面の略中央部に設置されてなる画像形成手段からの投影光を第１の反射面へ導くための導入手段が設けられているものであり、これにより画像形成手段から発せられる光を効率的に背面投射ディスプレイ内部へ導くことができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、導入手段は画像拡大投影手段の有する投影レンズの直径以下の円形、または同等の楕円からなる光学的開口部、さらには開口部に設置されたハーフミラーによりなるものであり、これにより第３の反射面で回帰反射される光の損失を最小限に抑えることができる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態における背面投射ディスプレイ装置の側断面図、図２は本発明の一実施の形態における背面投射ディスプレイ装置の部分拡大図であって、主要部分であるプロジェクター装置とその取り付け部の近傍を示すものである。また図３は本発明の一実施の形態における背面投射ディスプレイ装置の等価光学系の展開図である。
【００１６】
図１において、テレビ受像機（ビデオ装置）、またはコンピュータ装置（いずれも不図示）から伝送された画像情報を含む信号を取り込んで、光学画像として拡大投影する機能を有する小型のプロジェクター装置１１から射出された画像情報を有する光束は広がりつつ背面投射ディスプレイ装置１２内部に開口部１３から投入される。開口部１３は第３の反射面１６の略中央部に対応する箇所に開口されている。
【００１７】
開口部１３から投入された光束は第１の反射面１４に到達し、反射面１４上で略６０度の角度をもって入射し、反射の法則から同角度をもって反射して第２の反射面１５に向かう。第２の反射面１５に到達した光束はさらにまた略０度の角度をもって正反射し、再び第１の反射面１４へと回帰し、第１の反射面１４に到達した光束は略６０度の角度をもってさらに反射して第３に反射面１６に向かう。第３の反射面１６に到達した光束は略３０度の角度をもって略全反射してスクリーン部１７へ到達する。
【００１８】
第１の反射面１４は略平面からなり、以下に示す作用を有する誘電体多層膜、または同様の作用を有する金属膜、その他の光学的作用膜から構成されている。すなわち同膜は、光の入射角度に依存した作用を有し入射角度が０度から２０度までの可視光線はその８０％以上が透過し、入射角度が４５度を超えるそれの８０％以上が反射する作用を有するものである。
【００１９】
これらの作用により、開口部１３から投入された入射角度略６０度の光束の８０％以上を反射して、第２の反射面１５、第３の反射面１６で反射回帰してきた略０度入射の戻り光束を透過スクリーン部１７へと透過させ画像を前面にいる観察者へと提示できる。
【００２０】
第２の反射面１５は略平面からなり、光束が略０度でもって反射させる作用を持つように第１の反射面１４と略６０度の角度を持って設置された誘電体多層膜、または金属膜などからなり、入射角度が０度から２０度までの可視光線はその８０％以上が反射する透過成分のない全反射作用を有するものである。
【００２１】
第３の反射面１６は略平面からなり、第１の反射面１４と略３０度の角度を持って設置された第２の反射面１５と同様に誘電体多層膜、または金属膜などからなり、入射角度が１０度から５０度までの可視光線はその８０％以上が反射する透過成分のない全反射作用を有する。
【００２２】
スクリーン部１７は略平面であり、第１の反射面１４と略同一面、またはごく近傍に光線入射側から見て裏面に設置されてなる光学的透過拡散作用を有するもので、第３の反射面１６から０度から２０度の角度を持って入射し、第１の反射面１４を透過した光線を背面投射作用により拡大画像として観察者へ提示させる。
【００２３】
スクリーン部１７は、小型のプロジェクター装置１１の投影光学系（不図示）の光軸と鉛直の関係をもって設置されている。このような構成と作用を有する背面投射ディスプレイ装置１２の光学系を組むことによって、小型のプロジェクター装置１１からの投影光束を背面投射ディスプレイ装置１２内部で延べ４回反射作用を持たせ５つの光路に効果的に折り曲げることができるため、画像投影に必要な光学的な光路長を保ちつつ小型のプロジェクター装置１１とスクリーン部１７との設置距離を縮めること、すなわち背面投射ディスプレイ装置１２の薄型化を実現できる。
【００２４】
しかしながら第３の反射面１６の略中央に設置されたプロジェクター装置１１からの光束を導入するための開口部１３があるために、第２の反射面１５からの回帰光をスクリーン部１７へ投影する際に開口部１３の面積程度に画像に欠落が発生する可能性が生じてしまう。焦点位置でないために開口部１３のスクリーン部１７上での投映像は多少デフォーカスしており、投影画像のすべてが失われるわけではないがその影響は無視できない。そこで開口部１３のスクリーン部１７上での投影画像への影響を緩和するための構成と作用について図２を用いて詳しく説明する。
【００２５】
図２において、小型のプロジェクター装置１１の光学部開口の有効径とほぼ等しい開口を持つ第３の反射面１６に設置してなる開口部１３があり、小型のプロジェクター装置１１からの投影光束はこの開口部１３を経て背面投射ディスプレイ装置１２内部に入り、第１の反射面１４、第２の反射面１５、そして再び第１の反射面１４で反射された後第３に反射面１６に回帰する。前述のように開口部１３がそのまま開口されていればスクリーン部１７上では開口部１３で反射されるべき光束は到達せず、投影画像品質を落とすことになる。到達すべき光束が欠落しないために本実施の形態では可視光域で有効、かつ光吸収の少ない半透過ミラー（以下ハーフミラー）１８を設置している。
【００２６】
ハーフミラー１８を設置することで第１の反射面１４からの回帰光をスクリーン部１７へ反射させることができ、投影画像の欠落をデフォーカスの作用と合わせて緩和させることができる。ハーフミラー１８の透過、反射割合はスクリーン部１７の明るさや像のコントラストを鑑みて決定すればよい。
【００２７】
さらに効率的にスクリーン部１７へ光束を誘導するためには開口部１３へ偏光板（不図示）を設置すればよいが、光吸収が大きくスクリーン部１７上の画像が暗くなり、また小型のプロジェクター装置１１からの光束は波長（ＲＧＢ）毎に直線偏光となっており、その直線偏光の振幅方向はそろっていないため、画像の色彩バランスを著しく損ねてしまうために採用は困難である。
【００２８】
しかしながら黒白画像、単純ドキュメント画像などはこの限りでなく、偏光板による開口部１３の作用処理が有効であり、その設置を妨げるものでなく構成は可能である。その場合、第２の反射面１５に偏光の振動方向を変える偏光ローテータ（波長板など、不図示）を設置しておく。
【００２９】
また本実施の形態における光吸収の少ないハーフミラー１８は誘電体多層膜などによる効率の高い膜特性で実現することができるが、これに限られることなく金属膜、誘電体単層膜などでもよい。
【００３０】
次に、光学系の作用、特に小型のプロジェクター装置１１での光学系の軸上にスクリーン部１７が設置していることをわかりやすく説明するために、光学反射作用を透過作用に置き換えた展開等価光学系を説明する。
【００３１】
図３において、小型のプロジェクター装置１１の投影光学系の光軸に沿って、まず開口部１３が見かけ上斜めに設置されているが、これは第３の反射面１６に沿って形成されているためである。さらに第１の反射面１４が光軸の鉛直面に対して６０度の角度をもって設置してあり、反射光を透過光で展開したならば、さらに直進して第２の反射面１５に到達する。同面は光軸に対して垂直の面からなり反射光はさらに直進して第１の反射面１４へ到達する。同面には−６０度の角度で入射し反射する。反射光はさらに直進して第３の反射面１６に到達する。同面は光軸の鉛直面に対して３０度の角度を持って設置してあり、入射光束を第１の反射面１４、最終的にスクリーン部１７へと反射して導く作用を有する。
【００３２】
最終到達スクリーン部１７は光軸に対して鉛直に設置してあり、光学収差補正（特にキーストーンディストーション）の面から設計が容易でひずみの少ない投影画像を実現できる。近年背面投射ディスプレイ装置を薄型化するために最終到達面であるスクリーン部を光軸に対して傾けた構成が多く見られる。斜めに設置することによりキーストーンディストーションの発生がみられたり、これを補正するために各ミラー前面に大掛かりな自由曲面を形成したり、軸外投射光学系を組むなどの工夫が見られるが装置が複雑になったり、製造工数、コストによくない影響を及ぼすことになる。
【００３３】
本実施の形態はこのような自由曲面や軸外光学系を構成することなく、装置全体を効果的に薄型化しつつ、スクリーン部へひずみの少ない画像を投影することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第３の反射面の略中央部に小さな開口部を設け、この開口部からプロジェクター投影光を放出し、第１の反射面、第２の反射面、再び第１の反射面に回帰させ、さらに第３の反射面でスクリーン部へ画像を投影する。第１の反射面には入射角度が大きい場合には反射し、小さい場合には透過する入射角度依存光学コーティングを施し、かつスクリーン部と略同一面に設置させるようにしているので、きわめて薄型で、キーストーンディストーションのない軸上投影光学系を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における背面投射ディスプレイ装置の側断面図
【図２】本発明の一実施の形態における背面投射ディスプレイ装置の部分拡大図
【図３】本発明の一実施の形態における背面投射ディスプレイ装置の等価光学系の展開図
【図４】従来の背面投射ディスプレイ装置の構成図
【符号の説明】
１１　小型のプロジェクター装置
１２　背面投射ディスプレイ装置
１３　開口部
１４　第１の反射面
１５　第２の反射面
１６　第３の反射面
１７　スクリーン部
１８　ハーフミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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