JP2008033351A - 背面投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 背面投写型映像表示装置及び映像光生成光学ユニットにおいて薄型化や光軸調整の容易化を図る。
【構成】 映像光生成光学ユニットＵは、照明光学系１と、この照明光学系１から照明光を得て映像光を生成する映像光生成光学系２と、この映像光生成光学系２から映像光を得て当該映像光の入力方向に対して直交方向に拡大映像光を投写するＬ型投写光学系３と、このＬ型投写光学系３に近接して設けられその投写映像光を反射する非球面ミラー４とを備え、これらがベース５を介して一体的に連結固定されて成る。
【選択図】 図４

Description

この発明は、背面投写型映像表示装置及びこれに用いることができる映像光生成光学ユニットに関する。

図７は公開されているものではないが本願発明と比較される背面投写型映像表示装置を示した内部構造図である。映像光生成光学エンジン１０１は、３板式液晶タイプの色分離合成光学系１０１ａとストレート型投写レンズ部１０１ｂとを備えて成り、筐体背面側に配置された平面ミラー１０２に向けて映像光を出射するように配置される。平面ミラー１０２にて反射された映像光は、折り返し曲面ミラー１０３にて反射され、更に背面ミラー１０４にて反射されてスクリーン１０５に至る構成となっている。
特開平１０−２６０４７４号公報 特開平６−１１７６７号公報 特開２００１−５１３４７号公報 特開平１１−７２８４６号公報 特開平５−１５８１５１号公報 特開平１１−３２７０４８号公報 国際公開第０１／００６２９５号公報

上記構成では、背面投写型映像表示装置の厚み（奥行き）方向における映像光生成光学エンジン１０１の長さは、色分離合成光学系１０１ａとストレート型投写レンズ部１０１ｂとを加算したものとなって長くなり、背面投写型映像表示装置を薄くすることの妨げになっている。また、折り返し曲面ミラー１０３として大きなものが必要であり、コスト高になるばかりか、光軸調整が難しくなり、組み立ての作業性の効率化も図れないという不満がある。

この発明は、上記の事情に鑑み、背面投写型映像表示装置及び映像光生成光学ユニットにおいて薄型化等や光軸調整の容易化を図ることを目的とする。

この発明の背面投写型映像表示装置は、上記の課題を解決するために、投写映像光を複数枚のミラーにて反射させてスクリーンに背面から投写する背面投写型映像表示装置において、照明光学系と、この照明光学系から照明光を得て映像光を生成する映像光生成光学系と、この映像光生成光学系から映像光を得て当該映像光の入力方向に対して直交方向に拡大映像光を投写するＬ型投写レンズ光学系と、このＬ型投写レンズ光学系に近接して設けられその投写映像光を反射する曲面ミラーとを備え、
（ａ） 前記映像光生成光学系における映像光の出射方向が背面投写型映像表示装置筐体の横幅方向を向くようにされ、
（ｂ） 前記Ｌ型投写レンズ光学系からの投写映像光の光束は、当該Ｌ型投写レンズ光学系の最外玉の略中心よりも上側に位置し且つ当該光束の下縁が前記最外玉の略中心に対して上方向に離間していくように出射され、
（ｃ） 前記照明光学系と、前記映像光生成光学系と、前記Ｌ型投写レンズ光学系と、前記曲面ミラーとが一体的に連結されて一体構成部を成し、当該一体構成部の姿勢変位によって前記曲面ミラーも当該姿勢変位に対応して姿勢変位し、
（ｄ） 前記一体構成部は水平面に対して前記Ｌ型投写レンズ光学系の光出射側が上向く姿勢で配置されており、これによって前記曲面ミラーからの前記光束の傾きは、当該一体構成部が水平面と平行に配置された場合における前記曲面ミラーからの前記光束の傾きよりも、下向きとされていることを特徴とする。

映像光生成光学ユニットは、照明光学系と、この照明光学系から照明光を得て映像光を生成する映像光生成光学系と、この映像光生成光学系から映像光を得て当該映像光の入力方向に対して直交方向に拡大映像光を投写するＬ型投写光学系と、このＬ型投写光学系に近接して設けられその投写映像光を反射する曲面ミラーとを備え、これらが一体的に連結されている。

上記の構成であれば、当該映像光生成光学ユニットの幅（Ａ）を、概ねＬ型投写光学系と曲面ミラーとの配置間隔で決定付けることができる。すなわち、映像光生成光学系を前記幅の決定要素から外し得る配置構成或いは決定要素として影響が小さい配置構成とすることができ、当該映像光生成光学ユニットの薄型化が可能となる。また、曲面ミラーが一体的に設けられた構成であるから、投影映像出射箇所と前記曲面ミラーとの位置合わせ精度を確保し易く、当該映像光生成光学ユニットを背面投写型映像表示装置に組み込むときの基準光軸に合わせる作業も容易になる。また、曲面ミラーはＬ型投写光学系に近接して設けられるので、その小型化が図られ、大型の曲面ミラーを必要とする構成に比べて低コストを実現できる。

Ｌ型投写光学系のレンズ筐体に前記曲面ミラーの保持筐体が一体的に設けられる構成としてもよい。これによれば、Ｌ型投写光学系と曲面ミラーとの位置合わせ精度がより確保し易くなる。

前記映像光生成光学系は色分離合成光学系から成り、この色分離合成における光路と、前記照明光学系における照明光の出射方向と、Ｌ型投写光学系における映像光の出射方向と、が同一面内に存在するように構成するのがよい。また、前記照明光学系における照明光の出射方向と、映像光生成光学系における映像光の出射方向と、が同一方向となるように構成するのがよい。

また、この発明の背面投写型映像表示装置は、投写映像光を複数枚のミラーにて反射させてスクリーンに背面から投写する背面投写型映像表示装置において、前述したいずれかの映像光生成光学ユニットを備えて成り、映像光生成光学系における映像光の出射方向が背面投写型映像表示装置筐体の幅方向を向くように前記映像光生成光学ユニットを配置したことを特徴とする。

上記構成においては、薄型化が可能な映像光生成光学ユニットを用いるので、当該映像光生成光学ユニットが配置される背面投写型映像表示装置筐体の厚み（奥行き）及び／又は高さを低減することができる。

また、この発明の背面投写型映像表示装置は、投写映像光を複数枚のミラーにて反射させてスクリーンに背面から投写する背面投写型映像表示装置において、照明光学系と、この照明光学系から照明光を得て映像光を生成する映像光生成光学系と、この映像光生成光学系から映像光を得て当該映像光の入力方向に対して直交方向に拡大映像光を投写するＬ型投写光学系と、このＬ型投写光学系に近接して設けられその投写映像光を反射する曲面ミラーとを備え、映像光生成光学系における映像光の出射方向が背面投写型映像表示装置筐体の幅方向を向くようにしたことを特徴とする。

上記構成においては、照明光学系乃至曲面ミラーまでの構成体の幅（Ａ）を、概ねＬ型投写光学系と曲面ミラーとの配置間隔で決定付けることができる。すなわち、映像光生成光学系を前記幅の決定要素から外し得る配置構成或いは決定要素として影響が小さい配置構成とすることができ、照明光学系乃至曲面ミラーまでの構成体の薄型化が可能となる。かかる構成体の薄型化により、背面投写型映像表示装置筐体の厚み（奥行き）及び／又は高さを低減することができる。また、曲面ミラーはＬ型投写光学系に近接して設けられるので、その小型化が図られ、大型の曲面ミラーを必要とする構成に比べて低コストを実現できる。

上記構成の背面投写型映像表示装置において、前記映像光生成光学系は色分離合成光学系から成り、この色分離合成における光路と、前記照明光学系における照明光の出射方向と、映像光生成光学系における映像光の出射方向と、が同一面内に存在するように構成するのがよい。また、前記照明光学系における照明光の出射方向と、映像光生成光学系における映像光の出射方向と、が同一方向となるように構成するのがよい。

以上説明したように、この発明の映像光生成光学ユニットによれば、映像光生成光学系をユニット幅の決定要素から外し得る配置構成とすることができ、薄型化が可能となる。また、曲面ミラーが一体的に設けられるので、投影映像出射箇所と前記曲面ミラーとの位置合わせ精度を確保し易く、当該映像光生成光学ユニットを背面投写型映像表示装置に組み込むときの基準光軸に合わせる作業も容易になる。また、曲面ミラーはＬ型投写光学系に近接して設けられるので、その小型化が図られ、大型の曲面ミラーを必要とする構成に比べて低コストを実現できる。

上記映像光生成光学ユニットを備える背面投写型映像表示装置においては、その厚み（奥行き）及び／又は高さを低減することができる。

ユニット化されていない場合でも、照明光学系乃至曲面ミラーまでの構成体の幅を、概ねＬ型投写光学系と曲面ミラーとの配置間隔で決定付けることができ、照明光学系乃至曲面ミラーまでの構成体の薄型化が可能となる。かかる構成体の薄型化により、背面投写型映像表示装置筐体の厚み（奥行き）及び／又は高さを低減することができる。また、曲面ミラーはＬ型投写光学系に近接して設けられるので、その小型化が図られ、大型の曲面ミラーを必要とする構成に比べて低コストを実現できる。

以下、この発明の実施形態の映像光生成光学ユニット及び背面投写型映像表示装置を図１乃至図５に基づいて説明する。

図１はこの実施形態の映像光生成光学ユニットＵを示した斜視図であり、図２は同ユニットを示した平面図である。この映像光生成光学ユニットＵは、照明光学系１と、この照明光学系１から照明光を得て映像光を生成する映像光生成光学系２と、この映像光生成光学系２から映像光を得て当該映像光の入力方向に対して直交方向に拡大映像光を投写するＬ型投写光学系３と、このＬ型投写光学系３に近接して設けられその投写映像光を反射する非球面ミラー４とを備え、これらがベース５を介して一体的に連結固定されたものである。

照明光学系１において、光源１１の発光部１１ａは、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成り、その照射光はパラボラリフレクタ１１ｂによって平行光となって出射され、インテグレータレンズ１２へと導かれる。インテグレータレンズ１２は一対のレンズ群にて構成されており、個々のレンズ対が光源１１から出射された光を後述する液晶ライトバルブの全面へ導くようになっている。インテグレータレンズ１２を経た光は、偏光変換装置１３、集光レンズ１４を経て出射される。偏光変換装置３は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、インテグレータレンズ１２からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路偏光されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある位相差板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換されるようになっている。

映像光生成光学系２は、この実施形態では３板式透過液晶タイプの色分離合成光学系用いている。第１ダイクロイックミラー２１は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー２１を透過した赤色波長帯域の光は、全反射ミラー２２にて反射されて光路を変更される。全反射ミラー２２にて反射された赤色光は赤色光用の透過型の液晶ライトバルブ２３を透過することによって光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー２１にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー２４に導かれる。

第２ダイクロイックミラー２４は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー２４にて反射した緑色波長帯域の光は緑色光用の透過型の液晶ライトバルブ２５に導かれ、これを透過することによって光変調される。また、第２ダイクロイックミラー２４を透過した青色波長帯域の光は、リレーレンズ２６・２６、全反射ミラー２７・２７を経て青色光用の透過型の液晶ライトバルブ２８に導かれ、これを透過することによって光変調される。各液晶ライトバルブ２３，２５，２８は、入射側偏光板と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部と、出射側偏光板とを備えて成る。液晶ライトバルブ２３，２５，２８を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、ダイクロイックプリズム２９によって合成されてカラー映像光となる。

ダイクロイックプリズム２９は、映像光生成光学系２の筐体における長手方向側辺の略中央に配置されており、当該映像光生成光学系２はその筐体における長手方向側辺の略中央から映像光を出射するものとなっている。

Ｌ型投写光学系３は、反射ミラー３１（プリズムでもよい）を備える。この反射ミラー３１は、前記ダイクロイックプリズム２９の出射光軸（カラー映像光の光軸）に対して４５°傾けて配置されている。カラー映像光は、前記反射ミラー３１にて光路を９０°変更されて投写レンズ部３２に至り、この投写レンズ部３２によって拡大投写される。

図２から分かるように、映像光生成光学系２における色分離合成における光路と、照明光学系１における照明光の出射方向と、Ｌ型投写光学系３における映像光の出射方向とは同一面内に存在している。更に、照明光学系１における照明光の出射方向と、映像光生成光学系２における映像光の出射方向とが同一方向となっている。

非球面ミラー４は、Ｌ型投写光学系３から投写される映像光を受けてこれを図２において紙面上方向に拡大反射する。

上述した映像光生成光学ユニットＵは、非球面ミラー４とＬ型投写光学系３等とがユニット化によって一体化された構成であるから、投影映像出射箇所と非球面ミラー４との位置合わせ精度を確保し易く、当該映像光生成光学ユニットＵを背面投写型映像表示装置に組み込むときの基準光軸に合わせる作業も容易になる。また、非球面ミラー４はＬ型投写光学系３に近接して設けられるので、その小型化が図られ、大型の曲面ミラーを必要とする構成に比べて低コストを実現できることになる。

図３（ａ）は映像光生成光学ユニットＵを簡略化して示した平面図であり、同図（ｂ）は比較のために示したストレート投写レンズ１１０を用いた構成を示した参考図である。これらの図の比較から分かるように、図３（ａ）の映像光生成光学ユニットＵにおいては、その幅（課題を解決するための手段の項で示した幅Ａに対応する）を、概ねＬ型投写光学系３と非球面ミラー４との配置間隔で決定付けることができる。すなわち、映像光生成光学系２を横方向に逃がし、前記幅の決定要素から外した配置構成或いは決定要素として影響が小さい配置構成とすることができ、同図（ｂ）のストレート投写レンズ１１０を用いた参考構成に比べ、薄型化が可能となる。

図４は、上記映像光生成光学ユニットＵを背面投写型映像表示装置に組み込んだ状態の内部構造を示した斜視図である。背面投写型映像表示装置のシャーシ６における下側構造部には、位置調整機構６ａが設けられており、この位置調整機構６ａ上に映像光生成光学ユニットＵを装着する。映像光生成光学ユニットＵはその映像光生成光学系２における映像光の出射方向が背面投写型映像表示装置の横幅方向を向くように配置されると共に、Ｌ型投写光学系３からの投写映像光が背面投写型映像表示装置の背面向きで且つ幾分上方を向くように配置される。非球面ミラー４にて反射される映像光を受ける位置には、折り返しミラー７が配置される。この折り返しミラー７は、調整ねじ７ａにて角度調節自在にシャーシ６に装着されている。

図５は、背面投写型映像表示装置の側面から見た内部構造図である。前記折り返しミラー７にて反射された映像光は、背面ミラー８に導かれ、この背面ミラー８にて反射されることでスクリーン９の背面側に至り、このスクリーン９上に映し出される映像をユーザが見ることになる。

上記構成の背面投写型映像表示装置であれば、薄型化が可能な映像光生成光学ユニットＵを用いるので、背面投写型映像表示装置筐体の厚み（奥行き）及び／又は高さを低減することができる。また、かかる背面投写型映像表示装置においては、映像光生成光学ユニットＵを用いることで、この映像光生成光学ユニットＵの利点、すなわち、投影映像出射箇所と非球面ミラー４との位置合わせ精度を確保し易く、当該映像光生成光学ユニットＵを背面投写型映像表示装置に組み込むときの基準光軸に合わせる作業も容易になるという利点が得られる。

一方、ユニット化していない場合（例えば、非球面ミラー４を単独でシャーシ６に取り付けるといった構造）であっても、照明光学系１乃至非球面ミラー４までの構成体の幅を、概ねＬ型投写光学系３と非球面ミラー４との配置間隔で決定付けることができる。すなわち、映像光生成光学系２を前記幅の決定要素から外した配置構成或いは決定要素として影響が小さい配置構成とすることができ、照明光学系１乃至非球面ミラー４までの構成体の薄型化が可能となる。かかる構成体を備える背面投写型映像表示装置においては、その厚み（奥行き）及び／又は高さを低減することができる。また、非球面ミラー４はＬ型投写光学系３に近接して設けられるので、その小型化が図られ、大型の曲面ミラーを必要とする構成に比べて低コストを実現できる。

なお、上記実施形態では、Ｌ型投写光学系３と非球面ミラー４とをベース５を介することで一体化したが、図６に示すように、Ｌ型投写光学系３のレンズホルダー３ａに非球面ミラー４のホルダー４ａを連結することで、これらの一体化を図るようにしてもよく、これによれば、Ｌ型投写光学系３と非球面ミラー４との位置合わせ精度がより確保し易くなる。また、透過型の液晶パネルを用いた３板式構成のものを示したが、これに限るものではない。

この発明の実施形態の映像光生成光学ユニットを示した斜視図である。 この発明の実施形態の映像光生成光学ユニットを示した平面図である。 同図（ａ）は図２の構成を簡略化して示した説明図であり、同図（ｂ）はストレート投写レンズを用いた場合を示した参考図である。 映像光生成光学ユニットを用いたこの実施形態の背面投写型映像表示装置の内部構造を示した斜視図である。 映像光生成光学ユニットを用いたこの実施形態の背面投写型映像表示装置を側面から見た状態を示した内部構造図である。 映像光生成光学ユニットの他の例を示した要部の断面図である。 本願発明と比較される背面投写型映像表示装置を側面から見た状態を示した内部構造図である。

符号の説明

１ 照明光学系
２ 映像光生成光学系
３ Ｌ型投写光学系
４ 非球面ミラー
５ ベース

Claims (1)

1. 投写映像光を複数枚のミラーにて反射させてスクリーンに背面から投写する背面投写型映像表示装置において、照明光学系と、この照明光学系から照明光を得て映像光を生成する映像光生成光学系と、この映像光生成光学系から映像光を得て当該映像光の入力方向に対して直交方向に拡大映像光を投写するＬ型投写レンズ光学系と、このＬ型投写レンズ光学系に近接して設けられその投写映像光を反射する曲面ミラーとを備え、
   前記映像光生成光学系における映像光の出射方向が背面投写型映像表示装置筐体の横幅方向を向くようにされ、
   前記Ｌ型投写レンズ光学系からの投写映像光の光束は、当該Ｌ型投写レンズ光学系の最外玉の略中心よりも上側に位置し且つ当該光束の下縁が前記最外玉の略中心に対して上方向に離間していくように出射され、
   前記照明光学系と、前記映像光生成光学系と、前記Ｌ型投写レンズ光学系と、前記曲面ミラーとが一体的に連結されて一体構成部を成し、当該一体構成部の姿勢変位によって前記曲面ミラーも当該姿勢変位に対応して姿勢変位し、
   前記一体構成部は水平面に対して前記Ｌ型投写レンズ光学系の光出射側が上向く姿勢で配置されており、これによって前記曲面ミラーからの前記光束の傾きは、当該一体構成部が水平面と平行に配置された場合における前記曲面ミラーからの前記光束の傾きよりも、下向きとされている
   ことを特徴とする背面投写型映像表示装置。

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