(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示素子に表示される映像を、光源の光を照明光として用いてスクリーンに投写する投写型表示装置において、
光源からの照明光を集光する集光手段と、
集光手段により集光された照明光を平行な光束として出力する光束平行化手段と、
光束平行化手段の後段に配置された光学要素と、
映像表示素子とを備え、
光源から集光手段を介して集光した照明光が、光束平行化手段及び光学要素を通して第１光軸に沿って導かれて第１の反射ミラーにより映像表示素子の高さ方向に折り返して反射し、第２の反射ミラーにより反射した照明光を第２光軸に沿って映像表示素子側へ導き、
第１光軸と第２光軸は、前記高さ方向の異なる位置に配置されて平行であることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
第１光軸上には、照明光の強度分布を均一化するための光学要素が配置されている
請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
第２光軸上には、照明光を反射する反射要素を備え、反射要素により反射された照明光は、第２光軸と直交する第３光軸に沿って映像表示素子を通過し、この映像表示素子に表示される映像をスクリーンに投写する請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
映像表示素子は液晶表示装置である請求項３に記載の投写型表示装置。
【請求項５】
反射要素は、赤、青、緑のカラーフィルタの機能を有するダイクロイックミラーである請求項３に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像表示素子に表示される映像を、光源の光を用いてスクリーンに投写する投写型表示装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
映像表示素子に表示されている映像が、光源の光を用いてスクリーン等に表示される形式の所謂投写型表示装置は、各種提案されている。
図１４は、従来の投写型表示装置の光学系を示している。
図１４において、光源２００からの光２０１は、レンズ２０２のところで焦点を結び、レンズ２０２はレンズ２０３側に光を集光して、レンズ２０３はその光を平行光２０４にする。この平行光２０４は、緑Ｇ、赤Ｒ、青Ｂのそれぞれのカラーフィルタにおいて、略９０度反射されて、液晶表示装置２０５を通る。この時に液晶表示装置２０５で表示されている映像は、カラーフィルタからの光により合成されて投写レンズ２０６を介して、スクリーン２０７側に導かれるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の光学系では、光源２００から投写レンズ２０６までの光路長が、かなり長くなっている。この理由としては、光源２００、レンズ２０２，２０３、カラーフィルタ、映像表示素子２０５及び投写レンズ２０６が、光軸ＯＰに沿って直線的に配列されており、この光軸ＯＰはカラーフィルタのところで一度折り曲げられているだけにに過ぎないからである。従来の投写型表示装置は、これらの光学要素を収容するために大型化が避けられないという問題がある。
そこで本発明は上記課題を解消し、小型化を図ることができる投写型表示装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にあっては、映像表示素子に表示される映像を、光源の光を照明光として用いてスクリーンに投写する投写型表示装置において、光源からの照明光を集光する集光手段と、集光手段により集光された照明光を平行な光束として出力する光束平行化手段と、光束平行化手段の後段に配置された光学要素と、映像表示素子とを備え、光源から集光手段を介して集光した照明光が、光束平行化手段及び光学要素を通して第１光軸にそって導かれて第１の反射ミラーにより映像表示素子の高さ方向に折り返して反射し、第２の反射ミラーにより反射した照明光を第２光軸に沿って映像表示素子側へ導き、第１光軸と第２光軸は、前記高さ方向の異なる位置に配置されて平行である投写型表示装置により、達成される。
【０００５】
本発明では、光源からの照明光が、集光手段により集光され、光束平行化手段で平行な光束として出力された後、光学要素を通して第１光軸に沿って導かれて反射ミラーにより映像表示素子の高さ方向に折り返して反射される。反射ミラーにより反射した照明光を第２光軸に沿って映像表示素子に導くのであるが、この第１光軸と第２光軸は、前記高さ方向の異なる位置に配置されて平行である。
このようにすることで、光源からの照明光の光束径が小さくなり第１光軸、第２光軸に沿って配置される各光学要素を小さくすることができる。また、光源の光から映像表示素子に導かれる照明光の光路長を映像表示素子の高さ方向に関して折り曲げることから投写型表示装置の本体の幅方向及び奥行き方向を短かくすることができる。これらの相乗効果により投写型表示装置の小型化を図ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
図１は、本発明の投写型表示装置の好ましい実施の形態を示す外観図であり、図２は、図１の投写型表示装置１を備える液晶方式の背面投写型テレビジョンセット１００を示しており、図２は図１のＡ−Ａ線で見たテレビジョンセット１００内部構造を示している。
【０００７】
まず、このテレビジョンセット１００の概略の構造について説明すると、図１及び図２において、テレビジョンセット１００はキャビネット１０１、スクリーン１０２、ミラー１０３、そして投写型表示装置１を内蔵している。投写型表示装置１が光源３の光を用いて投写しようとする投写光５は、ミラー１０３で反射して、スクリーン１０２の背面１０４から投写するようになっている。なお、以下の説明において、投写は、投射と同様の意味である。
【０００８】
スクリーン１０２に投写された映像は、ユーザＵがスクリーン１０２においてカラー映像の或いは白黒映像として見ることができる。
以下の実施の形態の説明においては、スクリーン１０２にカラー映像を投写して表示できるものについて説明する。
図３乃至図５は、図１と図２に示す投写型表示装置１の具体的な外観を示している。図３乃至図５に示すように投写型表示装置１は、本体１１、投写レンズ鏡筒部１３及び光源３等を有している。
本体１１は、投写レンズ鏡筒部１３と一体になっている。また光源３は、本体１１に対して着脱可能に取り付けることができる。
【０００９】
図６は、図４の矢印Ａ０方向から見た投写型表示装置１であり、内部構造を示している。
図７は、図６の矢印Ａ１方向から見た投写型表示装置１の内部構造を示している。図８は、図６の矢印Ａ２方向から見た投写型表示装置１の内部構造を示している。
図３乃至図５の投写レンズ鏡筒部１３は、図６と図７に示すように、投写レンズ群１７を備えている。投写レンズ群１７は、各種のレンズ１７ａ乃至１７ｇから構成されている。投写レンズ鏡筒部１３は、投影光（映像光）５を図１及び図２に示すスクリーン１０２の背面１０４に対して、フォーカスできる機構を有している。
【００１０】
本体１１は、上述したように光源３を備えているが、この光源３は図６と図８に示すように、例えば楕円形状の反射鏡５５を有している。この楕円形状の反射鏡５５により光源３のランプ５７の光は、本体１１内において焦点Ｆにおいてフォーカスされる。このランプ５７は、例えばメタルハライドランプを用いることができる。
このランプ５７が発生する光Ｌは、図８に示すように、本体１１内の第１光軸ＯＰ１と第２光軸ＯＰ２に沿って導かれて、最終的に単板型の液晶表示装置（映像表示素子）５３を通り、図６と図７の投写レンズ鏡筒部１３の投写レンズ群１７を経て、投写光５として図１及び図２のスクリーン１０２の背面１０４に投写される。
【００１１】
本体１１の中には、次のような光学要素が第１光軸ＯＰ１、第２光軸ＯＰ２に沿って配置されている。
まず、図８と図９を参照すると、図８と図９は、光源３と第１光軸ＯＰ１、第２光軸ＯＰ２に関する光学要素を示している。
図８及び図９において、ランプ３の焦点Ｆの後ろ側には、第１光軸ＯＰ１に沿って、コリメータレンズ４４、第１フライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）４５、第２フライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）４６、反射ミラー４７が直列に配置されている。光Ｌが焦点Ｆで焦点を結ぶと、コリメータレンズ４４を介して第１光軸ＯＰ１に沿って、第１フライアイレンズ４５と第２フライアイレンズ４６を通る。
これらの第１フライアイレンズ４５と第２フライアイレンズ４６は、コリメータレンズ４４により平行光になった光Ｌの強度分布を均等化（均一化）することができる。このように均等化された光Ｌは、照明光として反射ミラー４７で９０度折り返されて、反射ミラー４８に至る。
【００１２】
第１光軸ＯＰ１と第２光軸ＯＰ２は、本体１１内において高さ方向の異なる位置において平行になっている。
第２光軸ＯＰ２に沿って、図８及び図９に示すように、反射ミラー４８、フレネルレンズ４９が配置されており、第２光軸ＯＰ２に沿った光Ｌは、図６と図１０に示すように３つのダイクロイックミラー５０，５１，５２に達する。１つ目のダイクロイックミラー５０は、青（Ｂ）用のカラーフィルタの役割を果たし、２つ目のダイクロイックミラー５１は、赤（Ｒ）用のカラーフィルタの役割を果たし、３つ目のダイクロイックミラー５２は、緑（Ｇ）用のカラーフィルタの役割を果している。
【００１３】
光Ｌは、第２光軸ＯＰ２に沿って進んだ後、これらのダイクロイックミラー５０，５１，５２によりほぼ９０度反射されて、単板型の液晶表示装置（映像表示素子）５３に達する。
液晶表示装置５３は、外部からの駆動装置により投写しようとする映像を表示しており、ダイクロイックミラー５０，５１，５２から照射される光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、この液晶表示装置５３を通ることにより、液晶表示装置５３に表示されている映像をカラー化して、投写レンズ鏡筒部１３の投写レンズ群１７ａ乃至１７ｇを通り、投写光５として図２に示すようにミラー１０３に投写される。ミラー１０３は、この投写光５を反射してスクリーン１０２の背面１０４に投写することができる。これによってユーザＵは、スクリーン１０２を見ることで、液晶表示装置５３の映像を投写したカラー画像を見ることができる。
【００１４】
なお、３つのダイクロイックミラー５０，５１，５２により反射された光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の光軸、即ち投写レンズ群１７の光軸ＯＰ３は、第２光軸ＯＰ２に対して図６及び図１０において直交している。
このように、光軸３から投写レンズ１７に至るまでの光学要素に関する光軸ＯＰ１，ＯＰ２を、反射ミラー４７，４８により折り曲げて、平行にすることにより、一直線状に光軸を形成するのに比べて、本体１１の図６のＷ方向（幅方向）及び矢印Ａ２方向（奥行き方向）の大きさの小型化を図ることができる。
また、図８に示すように、光源３のランプ５７からの光Ｌが反射鏡５５によって焦点Ｆに集光し、光束径を小さくなった光Ｌが第１光軸ＯＰ１に沿うコリメータレンズ４４で平行光になる。このように、照明光Ｌの光束径が小さくなるので、コリメータレンズ４４以降の各光学要素を小さくすることができ、本体１１の大きさの小型化を図ることができる。
【００１５】
次に、図８と図９に示す第１フライアイレンズ４５及び第２フライアイレンズ４６について更に説明する。
図１１は、第１フライアイレンズ４５と第２フライアイレンズ４６が、コリメータレンズ４４とフレネルレンズ４９の間に配置された例を示しているが、フレネルレンズ４９の後段には液晶表示装置（映像表示素子）５３が配置されている。また、コリメータレンズ４４の前段側には光源３が配置されている。なお、第２フライアイレンズ４６とフレネルレンズ４９の間に位置されている図８に示す反射ミラー４７，４８の図示を省略しており、図１１においては、光軸ＯＰ１と光軸ＯＰ２に直線上に示されているが、実際には図８及び図９に示すように、第１光軸ＯＰ１と第２光軸ＯＰ２は折り曲げて平行に配置されている。
【００１６】
第１フライアイレンズ４５と第２フライアイレンズ４６は、図１２に示すように、光軸ＯＰ１に沿っている光Ｌ（照明光）の強度分布の均一化（均等化）をするための光学要素である。第１フライアイレンズ４５と第２フライアイレンズ４６は、例えば同じものを使用することができる。第１フライアイレンズ４５及び第２フライアイレンズ４６は、小さな複数の単位レンズ６０を平面的に配列して構成したレンズである。従って、第１フライアイレンズ４５及び第２フライアイレンズ４６は、第１光軸ＯＰ１に沿ってコリメータ４４を通過した光Ｌの強度分布を均一化（均等化）して、図８に示す反射ミラー４７，４８及びフレネルレンズ４９側に送ることができる。フレネルレンズ４９もこの位置において、送られてきた光Ｌを均一化する機能を有している。
【００１７】
本発明において特徴的なのは、図１２に示すように、第１フライアイレンズ４５と第２フライアイレンズ４６の各単位レンズ６０の大きさ（高さ）ｄが、液晶表示装置５３の大きさ（高さ）Ｄに対して、次のような関係を有していることである。
即ち、単位レンズ６０の高さｄ／液晶表示装置５３の高さＤは、次のような関係となっている。
１／１６≦ｄ／Ｄ≦１／７
このように、ｄ／Ｄの値を限定するのは、図１３に示すような特性がが得られるからである。図１３の特性は、フライアイレンズの単位レンズの大きさｄと液晶表示装置の大きさＤの比に対する集光効率の関係を示しており、もしｄ／Ｄが１／１６よりも小さいと、照明光である光をうまく均一化することができず、しかも照明光の効率が低下する。また、単位レンズ６０の微小化は、製作コストの大幅アップに繋がる。単位レンズ６０が小さくなることは、製造精度による光学的な誤差が集光効率の低下となる。さらに、単位レンズ６０の境界による分散が集光効率の低下になる。また、ｄ／Ｄが１／７よりも大きいと、照明光の強度分布の均一化（均等化）が図れなくなる。
【００１８】
第１フライアイレンズ４５と第２フライアイレンズ４６は、例えばプラスチックレンズ、好ましくは、ガラス成形品及び単位レンズの組み合わせ品を使うことができ、各単位レンズ６０の表面形状は、例えば球面、非球面（シリンドリカル，トロイダルを含む）の形をしている。
これにより、液晶表示装置５３の映像を、光源３の照明光を用いて明瞭にスクリーン側に投写できる。
【００１９】
ところで本発明は上記実施の形態に限定されない。
上述した実施の形態では、映像表示素子として、液晶表示装置の例を上げているが、この液晶表示装置としては、例えば多結晶のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いた液晶表示パネルを採用できる。また、液晶表示以外の他の種類の映像表示素子を採用することもできる。
光源としては、メタルハライドランプを用いた光源に限らず、他の種類の光源、キセノン、ハロゲンランプ等を採用することができる。
【００２０】
本発明の投写型表示装置は、図１のスクリーンの背面から表示する形式以外のもの、例えばスクリーンの前面に直接投影する方式のものにも適用することができる。
投写型表示装置を適用する装置としては、テレビジョンセットに限らずコンピュータのモニター等にも適用できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投写型表示装置の好ましい実施の形態を備えるテレビジョンセットの例を示す斜視図。
【図２】図１のテレビジョンセットのＡ−Ａ線における断面図。
【図３】図１及び図２に示す投写型表示装置の好ましい実施の形態を示す斜視図。
【図４】図３の投写型表示装置の底面側を示す斜視図。
【図５】投写型表示装置の側面側を示す図。
【図６】図４の投写型表示装置をＡ０方向から見た内部構造を示す図。
【図７】図６のＡ１方向から見た内部構造を示す図。
【図８】図６のＡ２方向から見た内部構造を示す図。
【図９】図８に示す光学要素の配列例と対応して示す光学要素の配列を概略的に示す図。
【図１０】図６に示す光学要素の配置例に対応して示す光学要素の配置を概略的に示す図。
【図１１】光源とフレネルレンズの間に配置されている第１フライアイレンズ及び第２フライアイレンズの一例を示す図。
【図１２】第１フライアイレンズと第２フライアイレンズ及び液晶表示装置の大きさの関係を示す図。
【図１３】フライアイレンズの単位レンズの大きさｄと液晶表示装置の大きさＤの比（ｄ／Ｄ）に関する特性を示す図。
【図１４】従来の投写型表示装置における光学系を示す図。
【符号の説明】
１・・・投写型表示装置、３・・・光源、５・・・投写光、１１・・・本体、４４・・・コリメータレンズ、４５・・・第１フライアイレンズ（オプティカルインタグレータ）、４６・・・第２フライアイレンズ（オプティカルインタグレータ）、４７・・・反射ミラー（第１の反射ミラー）、４８・・・反射ミラー（第２の反射ミラー）、４９・・・フレネルレンズ、５３・・・単板型の液晶表示装置（映像表示素子）、５０，５１，５２・・・ダイクロイックミラー、ＯＰ１・・・第１光軸、ＯＰ２・・・第２光軸、ＯＰ３・・・投写光の軸（投写レンズ群の光軸）
【図１】
0003829427.tif 000002
【図２】
0003829427.tif 000003
【図３】
0003829427.tif 000004
【図４】
0003829427.tif 000005
【図５】
0003829427.tif 000006
【図６】
0003829427.tif 000007
【図７】
0003829427.tif 000008
【図８】
0003829427.tif 000009
【図９】
0003829427.tif 000010
【図１０】
0003829427.tif 000011
【図１１】
0003829427.tif 000012
【図１２】
0003829427.tif 000013
【図１３】
0003829427.tif 000014
【図１４】
0003829427.tif 000015