(57)【要約】【課題】リアプロジェクション用光学エンジンの汎用性を向上させる。【解決手段】光学エンジン６は、光源装置１０と照明光学系及び三色分離光学系と、液晶表示素子１１ａ〜１１ｃ及びクロスダイクロイックプリズム１２、投影光学系１３を備えている。投影光学系１３は、第１投影レンズ１４と投影光路を直角に曲げる折り曲げミラー１５と第２投影レンズ１６とからなる。光源装置１０から出射される照明光の光路は、スクリーン面及び第１投影レンズ１４の光軸と平行であり、光学エンジン６の設置姿勢を照明光の光路と平行な軸を中心に回転させても、光源装置１０の姿勢を水平のままとすることができ、光学エンジン６を投影光の出射方向が異なる製品に汎用できる。【選択図】        図３
2004354437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンの裏面から画像を投影し、スクリーンの表面側から画像の観察が行われるリアプロジェクション装置において、
スクリーン面と平行な光路に向けて照明光を出射する光源と、光源から出射された照明光に画素単位の光変調を行う画像表示素子と、画像表示素子から出射された投影光をスクリーンに向けて拡大投射する投影光学系とを備え、前記投影光は前記照明光の出射方向に対して垂直な方向に投射されることを特徴とするリアプロジェクション装置。
【請求項２】
前記投影光学系は、画像表示素子から入射された投影光を直角に折り曲げる反射光学素子を備えるとともに、前記スクリーンと投影光学系との間には投影光をスクリーンに向けて反射させる平面鏡が設けられていることを特徴とする請求項１記載のリアプロジェクション装置。
【請求項３】
前記投影光学系は、前記光路と平行な光軸を有する第１レンズと、第１レンズの光軸に直交する光軸を有する第２レンズとを有し、前記反射光学素子は、前記第１レンズ及び前記第２レンズとの間に設けられていることを特徴とする請求項２記載のリアプロジェクション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリーンの背面から画像を投影するリアプロジェクション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大画面表示デバイスとして、リアプロジェクションテレビが注目されている。リアプロジェクションテレビは、筐体に組み込まれたスクリーンと、スクリーンの背後に設置された平面鏡と、平面鏡に向けて投影光を投射する光学エンジン（プロジェクタ本体）とから構成されている。光学エンジンは、高輝度光源の白色光から均一照明光をつくる照明光学系や、照明光を変調して原画像を形成する画像表示素子、画像情報を有する投影光を拡大投射する投影光学系を備えている。
【０００３】
光学エンジンは、平面鏡の下方から投影光を上方へ向けて投射する位置に設けられ、平面鏡は、スクリーンに対しその背後で傾斜して設置される。リアプロジェクションテレビでは、平面鏡の傾斜角を４５度に設置するよりもスクリーン面と平行に近い向きに立てて設置する方が奥行き寸法を小さくすることができる。このため、光学エンジンは、平面鏡と正対するようにして投影光を斜め上方に投射する向きに内蔵されることが多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、リアプロジェクションテレビでは、筐体内部がほぼ中空となることから照明系や投影系の設計自由度が高く、一般的なフロント投影用プロジェクタのようにサイズや形状に関する著しい制限を設けずに済み、筐体の外装形状やスクリーンサイズの異なる製品に対し、各光学系の構成部品のみならず、光学エンジン自体の共通化を図ることが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１４１０２５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプなど、プロジェクタに多用される放電型光源装置は、上記特許文献１記載のように、重力の影響によって電極間におけるアークの垂れ下がりや浮き上がりなどが生じると、発光輝度の低下やランプの短寿命化を招くという問題がある。すなわち、光学エンジンの共通化を図るためには、使用される光源装置に適した設置姿勢を変えないことが設計上の制約となってしまい、投影光の出射方向に応じてそれぞれ特別な光源装置を用意する必要が生じる。例えば、リアプロジェクションテレビの薄型化を図る目的で平面鏡の傾斜角を変更する場合には、斜め設置に好適な光源装置を使用しなければならず、投影光を水平方向又は垂直方向に投射する場合には、水平設置又は垂直設置に適した光源装置を使用しなければならない。よって、従来では、プロジェクションテレビの光学エンジンを共通化するにあたり、光源装置を共通化できないという欠点があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、スクリーンサイズや投影光の仰角が異なる製品に対しても、設置姿勢が一定に保たれるように光源装置を組み込むことができ、ランプの輝度低下や短寿命化を招くことなく、同一構成の光学エンジンを汎用的に使用できるリアプロジェクション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】
上記目的を達成するために、本発明は、スクリーンの裏面から画像を投影し、スクリーンの表面側から画像の観察が行われるリアプロジェクション装置において、スクリーン面と平行な光路に向けて照明光を出射する光源と、光源から出射された照明光に画素単位の光変調を行う画像表示素子と、画像表示素子から出射された投影光をスクリーンに向けて拡大投射する投影光学系とを備え、前記投影光は前記照明光の出射方向に対して垂直な方向に投射されることを特徴としており、スクリーン面と平行な照明光の光路を中心とする回転によって、照明光源の設置姿勢を変更することなく投影光の仰角を変更できるようにしている。
【０００９】
請求項２記載のリアプロジェクション装置は、前記投影光学系内に投影光路を直角に折り曲げる反射光学素子を設け、前記スクリーンと投影光学系との間には投影光をスクリーンに向けて反射させる平面鏡が設けられていることを特徴とし、平面鏡の傾斜角度の異なるものに対し、照明光源の設置姿勢を変更することなく投影光の仰角を変更できるようにしている。
【００１０】
請求項３記載のリアプロジェクション装置は、投影光学系を前記光路と平行な光軸を有する第１レンズと、第１レンズの光軸に直交する光軸を有する第２レンズと、前記反射光学素子とから構成し、第１レンズと第２レンズの間に反射光学素子を設けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１において、リアプロジェクション装置２は、筐体３の前面に設けられたスクリーン４と、スクリーン４の背後に設けられた平面鏡５と、光学エンジン６を備えている。平面鏡５は、斜め４５度よりもスクリーン４と平行に近い姿勢に傾斜して取り付けられている。光学エンジン６は、内蔵された投影レンズの光軸がスクリーン４に対して傾斜して組み込まれている。光学エンジン６から斜め上方に打ち上げられた投影光は平面鏡５を反射し、スクリーン４の裏面に投射される。スクリーン４の裏面には、左右の反転した投影画像が映し出され、スクリーン４の表側では投影画像が正しい向きで観察される。
【００１２】
図２において、スクリーン４は、横長の矩形状をしており、長辺が水平方向に平行で、短辺が鉛直方向に平行である。平面鏡５は、スクリーン４の長辺と平行な軸に対して上辺をスクリーン４に近づけた姿勢に傾斜しており、筐体３の厚み方向の寸法が小さくなるように配置されている。なお、平面鏡５は、その大きさがスクリーン４に比べて小さいが、スクリーン４から離れて光学エンジン６の近くに配置されるほど必要なサイズは小さくできる。
【００１３】
図３において、光学エンジン６は、高輝度照明用の光源装置１０と、光源装置１０からスクリーン４の長辺と平行な向きに出射された白色光を均一照明光に変換する照明光学系（図示なし）と、白色光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色の光に分解する三色分離光学系（図示なし）とを備え、これらが一体に組みつけられてユニット化されている。なお、偏光変換素子などについては図示・説明をともに省略する。液晶表示素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、三色に分離された照明光の各光路上に配置されている。液晶表示素子１１ａ〜１１ｃは、例えばＸＧＡ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ａｒｒａｙ）サイズとなる多数の液晶画素がマトリクス状に配列されて構成され、各色照明光の透過光量を画素単位で調節する。
【００１４】
３枚の液晶表示素子１１ａ〜１１ｃにより、各色の照明光は４対３のアスペクト比の画像情報を有する投影光に変調される。各液晶表示素子は、クロスダイクロイックプリズム１２の三辺を取り囲む位置に設けられ、長方形をした表示画面の長辺が互いに平行となる縦長姿勢で配置されている。このうち、赤色光路上に配置された液晶表示素子１１ａと青色光路上に配置された液晶表示素子１１ｃの２枚の液晶表示素子は、その短辺がスクリーン４の長辺と平行な向きになっている。
【００１５】
クロスダイクロイックプリズム１２には、赤色投影光を反射する赤色光反射膜１２ａと青色投影光を反射する青色光反射膜１２ｂとが設けられている。液晶表示素子１１ａを透過した赤色投影光は、赤色光反射膜１２ａを反射し、液晶表示素子１１ｃを透過した青色投影光は、青色光反射膜１２ｂを反射する。また、液晶表示素子１１ｂを透過した緑色投影光は、各反射膜を透過する。各色の投影光は、クロスダイクロイックプリズム１２を透過する過程でフルカラーの画像情報を有する投影光として合成される。
【００１６】
クロスダイクロイックプリズム１２から出射された投影光は、投影光学系１３に入射する。投影光学系１３は、スクリーン４の長辺と平行な光軸を有する第１投影レンズ１４と、斜め４５度に傾斜して配置された平面状の折り曲げミラー１５と、投影光を平面鏡５に向けて投射する第２投影レンズ１６とから構成されている。なお、折り曲げミラー１５の代わりに、斜面に反射膜を形成した直角プリズムを用いることもできる。
【００１７】
折り曲げミラー１５は、クロスダイクロイックプリズム１２から出射された投影光の光路を直角に折り曲げる作用をする。折り曲げミラー１５と平面鏡５とは傾斜の姿勢が互いに異なってねじれの配置をしており、投影光が９０度偏向されるようになっている。すなわち、縦長の姿勢に配置された３枚の液晶表示素子１１ａ〜１１ｃによって形成される縦長画像は、スクリーン４上で横長に投影される。
【００１８】
次にリアプロジェクション装置２の作用について説明する。水平に設置された光源装置１０が駆動することにより、スクリーン４の長辺に平行な水平の照明光路に向けて白色照明光が出射される。光源装置１０から出射された照明光は、周知の色分離光学系により、赤色照明光、緑色照明光、青色照明光に分離され、各色の照明光路上に配置された液晶表示素子１１ａ〜１１ｃに入射する。液晶表示素子１１ａ〜１１ｃを透過した各色の照明光は、画像情報を有する投影光に変調され、クロスダイクロイックプリズム１２に入射する。
【００１９】
クロスダイクロイックプリズム１２の内部では、赤色投影光が赤色光反射膜１２ａを反射し、青色投影光が青色光反射膜１２ｂを反射し、緑色投影光が各反射膜を透過して三色の投影光は合成され、投影光学系１３に入射する。合成された投影光は、第１投影レンズ１４を透過して、折り曲げミラー１５を反射した後に第２投影レンズを透過し、平面鏡５に向かって投射される。光学エンジン６から投射された投影光は、平面鏡５を反射してスクリーン４上で結像し、横長画像を形成する。スクリーン４の表面側では拡大投影画像を観ることができる。
【００２０】
ここで、図４に示すリアプロジェクション装置２０は、リアプロジェクション装置２と同一の光学エンジン６を水平方向を軸としてその回りに回転させた姿勢で組み込まれ、光学エンジン６から装置前面に向けて投影光を水平投射するものである。筐体２１内には、第１平面鏡２２と第２平面鏡２３とが設けられており、光学エンジン６から装置の前方に向けて投射された光は、第１平面鏡２２と第２平面鏡２３を反射してＺ字状の光路を進行し、スクリーン２４上で結像される。スクリーン２４は、スクリーン４よりもサイズが大きく、２枚の平面鏡によって長い投影距離を確保して投影倍率を高くしている。リアプロジェクション装置２０では、光学エンジン６を出射した光を偶数枚の平面鏡によって偶数回反射させており、光学エンジン６の内部の液晶表示素子によって形成される画像は、リアプロジェクション装置２の液晶表示素子で形成される画像に対して長辺方向の左右を予め反転処理させているが、この点については説明を省略する。
【００２１】
このように、光学エンジン６は、スクリーンサイズや平面鏡サイズが異なるリアプロジェクション装置に対し、投影光の出射方向をスクリーンの長辺に対して垂直な面内で適宜変更することによって汎用的に使用できるものとなる。
【００２２】
なお、上記実施形態では、いずれも画像表示素子として透過型液晶表示素子を用いているが、これに限られず、反射型液晶表示素子（例えば、ＬＣＯＳ）やデジタルマイクロミラーデバイスなど、照明光源を必要とする画像表示素子を用いるものには等しく適用できる。また、画像表示素子の枚数に限定されることはなく、本発明は単板式及び三板式のリアプロジェクション装置に等しく適用できる。例えば、図５に示すように、リアプロジェクション装置３５は、照明光源３６が水平に設置され、長方形をしたスクリーン３７の長辺に平行な照明光路が設けられている。この照明光路に対して、投影レンズ３８の光軸は垂直であり、画像表示素子３９の表示画面は平行である。照明光路の中心を軸として投影レンズ３８及び画像表示素子３９を回動させれば、照明光源３６の設置姿勢を変更することなく、投影光の仰角を変更することができる。
【００２３】
また、上記実施形態のように、光源装置として水平設置に好適な光源を用いる場合には、投影光の出射方向がスクリーンの長辺に垂直な面内の方向となるが、スクリーンの短辺に垂直な面内で投影光の出射方向を変更できるようにしたリアプロジェクション装置では、超高圧水銀ランプのように垂直設置に好適な光源を使用し、スクリーン面に対する投影光の仰角を適宜変更できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のリアプロジェクション装置によれば、水平設置又は垂直設置に限定される高輝度光源を使用する際に、スクリーンの短辺又は長辺に垂直な面内で投射光の出射方向が適宜変更でき、スクリーンや平面鏡のサイズ、また平面鏡の傾斜角度によらず、共通の光学エンジンを使用できるようになり、コストや軽量化を図る上で有利となる。また、投影光路を折り曲げる反射光学素子を投影光学系内に組み込むことで、反射光学素子を投影光学系のスクリーン側に配置する場合に比べてそのサイズを小さく済ませることができる。また、反射光学素子を投影光学系の表示素子側に配置した場合に比べ、Ｌ字形をした投影光学系の突出を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リアプロジェクション装置の平面図である。
【図２】スクリーンと平面鏡と光学エンジンの配置を示す斜視図である。
【図３】光学エンジン内部の斜視図である。
【図４】同一の光学エンジンを使用したリアプロジェクション装置の第二形態の平面図である。
【図５】光学エンジンの構成が異なるリアプロジェクション装置の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
２，２０，３５  リアプロジェクション装置
４，２４，３７  スクリーン
５  平面鏡
６  光学エンジン
１０  光源装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  液晶表示素子
１２  クロスダイクロイックプリズム
１３  投影光学系
１４  第１投影レンズ
１５  折り曲げミラー
１６  第２投影レンズ
２２  第１平面鏡
２３  第２平面鏡
３６  照明光源
３８  投影レンズ
３９  画像表示素子
【図１】
2004354437.tif 000003
【図２】
2004354437.tif 000004
【図３】
2004354437.tif 000005
【図４】
2004354437.tif 000006
【図５】
2004354437.tif 000007