-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
(1) Sachgebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein optisches System für
eine Rückprojektions-Bildanzeigevorrichtung
zum Anzeigen eines großen
Bildes durch Projizieren des Bildes, angezeigt auf eine Bildanzeigeeinheit,
unter Verwendung eines Projektionsobjektivs auf einen Schirm.
-
(2) Beschreibung des Stands
der Technik
-
Eine Bildanzeigevorrichtung, die
eine hohe Auflösung
und einen großen
Schirm besitzt, ist für eine
kommerzielle Verwendung, wie beispielsweise als High Vision, und
eine industrielle Verwendung, wie beispielsweise eine Computeranzeige
hoher Qualität,
erforderlich geworden. Gemäß den vorstehenden
Bedürfnissen
breiten sich Bildanzeigevorrichtungen von Projektionstyp im Markt
aus.
-
Bildanzeigevorrichtungen vom Projektionstyp
werden in zwei Typen klassifiziert. Einer ist ein Zwei-Einheit-Typ,
der ein Bild auf den Schirm, getrennt von der Projektoreinheit,
projiziert. Ein anderer ist ein Einzel-Einheit-Typ, bei dem eine
Projektoreinheit und ein Bildschirm in einem Gehäuse eingebaut sind. Der letztere
wird als Rückwärtsprojektionstyp bezeichnet.
-
Der erstere ist beträchtlich
in seiner Einheit selbst klein, besitzt eine geringe Einschränkung hinsichtlich
des Projektionsabstands und ist frei in der Projektionsgröße, allerdings
wird, falls Licht nach außen
auf den Schirm gelangt, das projizierte Bild von einem schwarzen
Schimmer begleitet. Deshalb ist es notwendig, ihn in einem dunklen
Raum, oder unter einer Umgebung nahe dazu, zu verwenden. Der letztere
kann ein gutes Bild sogar unter einer hellen Umgebung anzeigen,
da kein äußeres Licht
von der Projektorseite auf den Schirm gelangt, allerdings muss die Vorrichtung
einen Raum entsprechend zu dem Projektionsabstand schaffen, das
bedeutet, dass das Gehäuse
der Vorrichtung groß ist.
Es wird nicht zur Verwendung zu Hause verlangt.
-
Um eine Vorrichtung in der Größe klein
zu gestalten, sind zwei Arten von Lösungen bei einem Rückprojektionstyp-betrachtet
worden. Die eine bedeutet, ein Projektionsobjektiv zu verwenden,
das einen kurzen Fokusabstand besitzt und einen Projektionsabstand
verringert. Die andere bedeutet, eine Projektionsröhre, ein
Projektionsobjektiv, usw., zu miniaturisieren. Allerdings sind eine
Menge Versuche bis heute unternommen worden, und es ist schwierig, einen
weiteren Fortschritt in der Zukunft zu erwarten, obwohl eine kleine
Verbesserung gesehen werden kann.
-
Ein Versuch, die Vorrichtung in der
Größe klein
zu machen, ist in der EP-A-0,333,333
(Japanische Patentoffenlegung H2-140792) vorgeschlagen worden. Ein
optisches System für
eine Rückwärtsprojektions-Bildanzeigevorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik ist in 1.
dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Bildanzeigeeinheit (nicht
in der Zeichnung dargestellt), einen Strahlteiler 2 für ein teilweises
Reflektieren und ein teilweises Transmittieren des einfallenden
Lichts, einen Spiegel 3 zum Rückführen des reflektierten Lichts
von dem Strahlteiler 2 zu dem Strahlteiler 2 erneut
hin, eine Rasterblende 4, vorgesehen an der hinteren Fläche des
Strahlteilers 2, so dass das Licht in den zuvor ausgelegten
Bereich des Einfallswinkels gegen die senkrechte Linie zu dem Strahlteiler 2 durch
den Strahlteiler 2 hindurchtreten kann, und einen Schirm 5.
-
Durch den vorstehend angegebenen
Aufbau wird ein Raum für
den gefalteten Lichtweg des Spiegels verringert.
-
Allerdings teilt die Rasterblende 4 transmittierendes
Licht und nicht- transmittierenden Lichts entsprechend dessen Einfallswinkel
auf.
-
Der Einfallswinkel unterscheidet
sich an der Mitte und am Rand des Schirms, wodurch eine Helligkeitsungleichmäßigkeit
auftritt, ohne dass eine konstante Lichtmenge so vorgesehen wird,
für jeden Einfallswinkel
zu transmittieren.
-
Weiterhin kann sich, da die Rasterblende 4 mehrere
Lichtwege besitzt, der Transmissionsfaktor verringern, ein Moire
aufgrund einer gegenseitigen Beziehung zu einem aufgezeichneten
Bild kann auftreten und als eine Folge wird eine Bildqualitätsverschlechterung
hervorgerufen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung schafft
ein optisches System für
eine Rückwärtsprojektions-Bildanzeigevorrichtung,
wie sie im Anspruch 1 definiert ist.
-
Bei dieser Anordnung wird S-polarisiertes Licht
unter dem Licht, das zu dem ersten Planspiegel von dem Projektionsobjektiv
ankommt, an dem ersten Planspiegel reflektiert. Das S-polarisierte
Licht, reflektiert an dem ersten Planspiegel, wird an dem zweiten
Planspiegel zu dem Schirm, seine Oszillationsrichtung beibehaltend,
reflektiert.
-
Der erste Planspiegel ist zwischen
dem zweiten Planspiegel und dem Bildschirm angeordnet, allerdings
kann, da der erste Planspiegel aus einem reflektierenden Polarisator
hergestellt ist, und die Winkelbeziehung zwischen dem ersten Planspiegel
und dem zweiten Planspiegel so eingestellt ist, dass der Einfallswinkel
des Lichts, das zu dem ersten Planspiegel von der Bildanzeigeeinheit
läuft,
ein Winkel ist, bei dem der erste Planspiegel ausreichend seine Funktion
als ein Polarisator zeigen kann, ebenso wie der Einfallswinkel des
Lichts, das zu dem ersten Planspiegel erneut läuft, nachdem an dem zweiten Planspiegel
reflektiert ist, ein Winkel ist, bei dem der erste Planspiegel nicht
ausreichend seine Funktion als ein Polarisator zeigen kann, transmittiert
das Licht, reflektiert an dem zweiten Planspiegel, durch den ersten
Planspiegel und kann an dem Bildschirm ankommen, obwohl der erste
Planspiegel so angeordnet ist, um das Licht, das von dem zweiten
Planspiegel zu dem Bildschirm läuft,
bildschirmmäßig anzuzeigen.
-
Deshalb kann der Raum in dem Gehäuse, der
notwendig ist, um den Lichtweg durch den ersten Planspiegel zu falten,
kleiner als der Raum einer gewöhnlichen
Rückwärtsprojektions-Bildanzeigevorrichtung
gemacht werden, die oberflächenbeschichtete
Spiegel oder auf der Rückfläche beschichtete Spiegel
als den ersten und den zweiten Planspiegel verwendet, und die gesamte
Vorrichtungsgröße kann klein
gemacht werden.
-
Gegen eine Bildverschlechterung wird
geschützt,
indem eine polarisierende Platte zwischen dem Bildschirm und dem
ersten Planspiegel vorgesehen ist, um das Ppolarisierte Licht zu
absorbieren, das in der parallelen Richtung zu der Einfallsebene oszilliert,
unter dem Licht, das zu dem ersten Planspiegel von dem Projektionsobjektiv
läuft,
und um nachteiliges Licht zu eliminieren.
-
Eine Bildanzeigevorrichtung, bei
der die Oszillationsrichtung des emittierten Lichts auf eine spezifizierte
Richtung ähnlich
einer Flüssigkristall-Anzeigeplatte
beschränkt
wird, kann als eine Bildanzeigeeinheit verwendet werden, und sie
bringt keine Helligkeitsverringerung mit sich.
-
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 stellt
ein optisches System für
eine Rückprojektions-Bildanzeigevorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik dar.
-
2 stellt
ein optisches System für
eine Rückprojektions-Bildanzeigevorrichtung
gemäß einer
ersten, beispielhaften Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
-
3 stellt
eine Einfallswinkel-Abhängigkeitscharakteristik
eines reflektierenden Polarisators, verwendet in einer Rückprojektions-Bildanzeigevorrichtung,
gemäß der ersten,
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
-
4 stellt
ein optisches System für
eine Rückprojektions-Bildanzeigevorrichtung
gemäß einer
zweiten, beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
-
DETAILIERTE BESCHREIBUND
DER ERFINDUNG
-
(Erste, beispielhafte
Ausführungsform)
-
Ein optisches System für eine Rückprojektions-Bildanzeigevorrichtung
gemäß der ersten,
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 2 dargestellt.
-
Eine Kathodenstrahlröhre 10 zeigt
ein Bild auf ihrem Schirmträger,
beschichtet mit Phosphor, an. Eine Videoverarbeitungsschaltung,
Ablenkschaltungen, usw., sind nicht in der Zeichnung dargestellt. Ein
Projektionsobjektiv 11 ist vor dem Schirmträger der
Kathodenstrahlröhre 10 vorgesehen,
um das Bild auf dem Schirmträger
der Kathodenstrahlröhre
zu projizieren und auf die erwünschte
Größe zu vergrößern.
-
Das Licht, das durch das Projektionsobjektiv 11 hindurchtritt,
läuft zu
einem ersten Planspiegel 13, der schräg zu der Lichtachse 12 befestigt
ist. Der erste Planspiegel 13 ist aus einem reflektierenden
Polarisator hergestellt, und das S-polarisierte Licht, das in der
senkrechten Richtung zu der Einfallsebene oszilliert, wird entlang
einer Lichtachse 14 reflektiert. Das P-polarisierte Licht,
das in der Parallelrichtung zu der Einfallsebene oszilliert, tritt
durch den ersten Planspiegel 13 hindurch. Das Licht, reflektiert
entlang der Lichtachse 14, wird entlang der Lichtachse 16 reflektiert,
nachdem es zu einem zweiten Planspiegel läuft, der schräg zu der
Lichtachse 14 befestigt ist, und läuft zu einem Bildschirm 17 hin
und tritt durch den Bildschirm 17 hindurch und fokussiert
ein vergrößertes Bild
auf dem Bildschirm 17 durch das Projektionsobjektiv 11.
Die Kathodenstrahlröhre 10,
das Projektionsobjektiv 11, der erste Planspiegel 13 und
der zweite Planspiegel 15 sind innerhalb ei nes Gehäuses 18 befestigt,
das den Bildschirm 17 an der Öffnung des Gehäuses 18 besitzt.
-
Eine Einfallswinkel-Abhängigkeitscharakteristik
eines reflektierenden Polarisators, verwendet als ein erster Planspiegel 13 in
einem optischen System für
eine Rückprojektions-Bildanzeigevorrichtung gemäß der ersten,
beispielhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, ist in 3 dargestellt.
-
Der Einfallswinkel der Lichtachse 12,
direkt zu dem ersten Planspiegel 13 laufend, ist als θ1 definiert,
und der Einfallswinkel der Lichtachse 12, zu dem zweiten
Planspiegel 13 laufend, nachdem an dem zweiten Planspiegel 15 reflektiert
ist, ist als θ2 definiert.
Der Einfallswinkel θ1
ist groß genug
verglichen mit dem Einfallswinkel θ2 ausgewählt und besitzt das größte Löschungsverhältnis bei
der Einfallswinkel-Abhängigkeitscharakteristik
des ersten Planspiegels (reflektierender Polarisator) 13,
darstellt in 3, das
bedeutet θ1
wird so ausgewählt,
dass der Wert, für
den der Transmissionsfaktor des P-polarisierten Lichts eine parallele
Oszillationsrichtung zu der Einfallsebene besitzt, durch den Transmissionsfaktor
des S-polarisierten Lichts, das eine senkrechte Oszillationsrichtung
zu der Einfallsebene besitzt, geteilt wird, der der Größte ist
oder einen Wert nahe dazu hat. Der Winkel θ2 wird so ausgewählt, um
einen hohen Transmissionsfaktor des S-polarisierten Lichts zu haben,
das eine senkrechte Oszillationsrichtung zu der Einfallsebene bei
der Einfallswinkel-Abhängigkeitscharakteristik
des ersten Planspiegels 13, dargestellt in 3, hat. Deshalb läuft, in 2, das Licht, reflektiert an dem zweiten
Planspiegel 15, zu dem ersten Planspiegel 13 hin
und tritt durch den ersten Planspiegel 13 hindurch und
kommt an dem Bildschirm 17 an.
-
Das Licht, das von dem Projektionsobjektiv 11 kommt,
den ersten Planspiegel (reflektierender Polarisator) 13 durchdringt
und parallel zu der Einfallsebene oszilliert, läuft zu dem Bildschirm 17,
angeordnet an der Rückseite
des ersten Planspiegels 13. Da der Einfallswinkel des Lichts,
das direkt von dem Projektionsobjektiv 11 auf den Bildschirm 17 läuft, unterschiedlich
zu demjenigen des Lichts ist, das an dem zweiten Planspiegel 15 an
dem Bildschirm 17 reflektiert wird, und groß genug
eingestellt ist, läuft das
Licht, das durch den Bildschirm 17 hindurchtritt, nicht
zu dem Betrachter hin. Deshalb ist dieses kein schädliches
Licht. Weiterhin kann, durch Vorsehen einer polarisierenden Platte 19 an
der Rückseite
des Bildschirms 17 (das bedeutet zwischen dem Bildschirm 17 und
dem ersten Planspiegel 13), um das P-polarisierte Licht
zu absorbieren, das durch den ersten Plan spiegel 13 leckagemäßig hindurchtritt, und
um das S-polarisierte Licht zu transmittieren, das entlang der Lichtachse 16 läuft, schädliches
Licht für den
Betrachter eliminiert werden und ein gutes Bild kann angezeigt werden.
Ein Diffusor kann an der Oberfläche
des Bildschirms 17 farbmäßig aufgebracht werden oder
kann in den Bildschirm 17 eingebunden werden.
-
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, kann eine Rückprojektions-Bildanzeigevorichtung
klein gemacht werden, ohne eine Bildverschlechterung, da das Licht,
das von dem Projektionsobjektiv aus läuft, an dem Planspiegel reflektiert
wird und so läuft,
indem ein Zick-zack-Kurs vorgenommen wird.
-
Der obere Teil des Planspiegels 13 kann
ausgeschnitten sein, das bedeutet, ein kleinerer, reflektierender
Polarisator, der nur einen Flächenbereich besitzt,
um das einfallende Licht von dem Projektionsobjektiv zu dem zweiten
Planspiegel hin zu reflektieren, kann als ein erster Planspiegel
verwendet werden. Obwohl unter dem Licht, das an dem zweiten Planspiegel 13 reflektiert
ist und an dem Bildschirm 17 ankommt, und zwar für den unterem
Teil des Bildschirms 17, läuft das Licht durch den ersten Planspiegel
erneut, allerdings läuft
für den
oberen Teil des Bildschirms 17 das Licht direkt zu dem
Bildschirm, und dies bringt eine geringe Ungleichmäßigkeit
in der Bildhelligkeit mit sich, da ein reflektierender Polarisator
teuer ist, wodurch eine Kostenreduktion unter Verwendung eines kleineren,
reflektierenden Polarisators auch effektiver ist.
-
(Zweite, beispielhafte
Ausführungsform)
-
Ein optisches System für eine Rückprojektions-Bildanzeigevorrichtung
gemäß einer
zweiten, beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt.
-
In der zweiten, beispielhaften Ausführungsform
wird eine Flüssigkristall-Anzeigetafel anstelle
einer Kathodenstrahlröhre
als eine Bildanzeigeeinheit verwendet. Das Licht, emittiert von
einer Lichtquelle 21 und eine erste, polarisierende Platte 22 durchdringend,
vorgesehen an einer Seite einer Lichtquelle, wird durch dessen Oszillationsrichtung
auf eine Richtung beschränkt.
Die Oszillationsrichtung des Lichts, das durch jedes Element des
flüssigen
Kristalls Platte 20 hindurchtritt, wird entsprechend einem
Videosignal variiert, und nach Durchdringen einer zweiten, polarisierenden
Platte 23, vorgesehen an einer Seite eines Projektionsobjektivs,
und demzufolge wird ein Bild erhalten. Eine Videoverarbeitungsschaltung, eine
Treiberschaltung, usw., sind nicht in 4 dar gestellt.
Eine Projektionslinse 11, vorgesehen vor der Flüssigkristall-Platte 20,
vergrößert das
Bild auf eine erwünschte
Größe und projiziert
es auf einen Bildschirm 17. Das Licht von dem Projektionsobjektiv 11 wird
durch einen dritten Planspiegel 25, schräg stehend
zu einer Lichtachse 24, von der Lichtachse 24 zu
einer Lichtachse 26 reflektiert und läuft dann zu einem ersten Planspiegel 27,
schräg
stehend zu der Lichtachse 26. Der erste Planspiegel 27 ist
aus einem reflektierenden Polarisator hergestellt.
-
Das S-polarisierte Licht, das in
der senkrechten Richtung zu der Einfallsebene oszilliert, wird durch
den ersten Planspiegel 27 entlang einer Lichtachse 28 reflektiert.
Dabei tritt das P-polarisierten Licht, das in der parallelen Richtung
zu der Einfallsebene oszilliert, durch den ersten Planspiegel 27 hindurch.
-
Das S-polarisierte Licht, reflektiert
entlang der Lichtachse 28, läuft zu einem zweiten Planspiegel 29,
schräg
zu der Lichtachse 28 stehend, wird entlang der Lichtachse 30 dort
reflektiert, tritt durch einen Bildschirm 17 hindurch und
fokussiert auf der Oberfläche
des Bildschirms 17. Demzufolge kann den Betrachtern ein
projiziertes Bild geboten werden. Die Bauelemente sind in einem
Gehäuse 18 gehalten,
das den Bildschirm 17 an der Öffnung des Gehäuses 18 besitzt,
und das Gehäuse
schützt
davor, dass äußeres Licht
hinein gelangt. Eine dritte, polarisierende Platte 39 ist
hinter dem Bildschirm 17 vorgesehen, um das P-polarisierte
Licht, das leckagemäßig durch
die zweite, polarisierende Platte 23 austritt, zu absorbieren,
und um das S-polarisierte Licht, das entlang der Lichtachse 30 läuft, zu
transmittieren, ähnlich
zu der ersten, beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
-
Der Einfallswinkel der Lichtachse 26 gegen den
ersten Planspiegel 27 ist als θ1 definiert und der Einfallswinkel
der Lichtachse 30 gegen den ersten Planspiegel 27 ist
als θ2
definiert, und die Beziehung zwischen θ1 und θ2 ist ähnlich zu derjenigen in der ersten,
beispielhaften Ausführungsform
ausgewählt.
-
Der Unterschied zu der ersten, beispielhaften
Ausführungsform
liegt in einer Bildanzeigeeinheit. In der zweiten, beispielhaften
Ausführungsform ist
die Bildanzeigeeinheit ein Flüssigkristall-Typ
und die Oszillationsrichtung des Lichts, emittiert vor der Bildanzeigeeinheit,
ist senkrecht zu dem ersten Planspiegel 27 (reflektierender
Polarisator). Das bedeutet, dass das Licht, das durch die zweite,
polarisierende Platte 23 hindurchtritt, Spolarisiertes
Licht wird. Obwohl es hier nicht der Fall ist, kann sie unter Verwendung
von Einrichtungen substituiert werden, die Oszillationsrichtungen
variieren, wie beispielsweise eine Halbwellenplatte zwischen der
zweiten, polarisierenden Platte 23 und dem Projektionsobjektiv 11 oder
zwischen dem Projektionsobjektiv 11 und dem ersten Planspiegel 27.
In der zweiten, beispielhaften Ausführungsform verringert sich
die Helligkeit nicht und es ist möglich, stark das Licht zu verringern,
das entlang der Lichtachse 26 läuft, durch den ersten Planspiegel 27 hindurchdringt
und ein schädliches Licht
an dem Bildschirm 17 wird. Demzufolge wird ein Bild mit
hoher Qualität
erhalten.
-
In der zweiten, beispielhaften Ausführungsform
wird ein Transmissions-Typ als eine Flüssig-Kristall-Anzeigetafel
verwendet, allerdings wird natürlich
ein ähnlicher
Effekt unter Verwendung eines Reflexions-Typs erhalten.
-
Eine Rückprojektions-Bildanzeigevorrichtung
gemäß der ersten,
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Bildanzeigeeinheit zum Anzeigen
eines Bildes entsprechend zu einem Videosignal, ein Projektionsobjektiv zum
Vergrößern und
Projizieren eines Bildes, angezeigt auf der Bildanzeigeeinheit,
einen Bildschirm zum Anzeigen eines projizierten Bildes darauf und zwei
Planspiegel auf dem Lichtweg zwischen dem Projektionsobjektiv und
dem Bildschirm. Ein erster Planspiegel der zwei Planspiegel, angeordnet
an der Seite des Projektionsobjektivs und dem Bildschirm und dem
anderen, zweiten Planspiegel, ist aus einem reflektierendem Polarisator
hergestellt und besitzt eine Charakteristik so, um P-polarisiertes
Licht zu transmittieren und um Spolarisiertes Licht zu reflektieren.
-
Weiterhin ist vorgesehen, dass der
erste Planspiegel so vorgesehen ist, dass der Einfallswinkel des
Lichts, das von der Bildanzeigeeinheit zu dem ersten Planspiegel
läuft,
groß genug
verglichen mit dem Einfallswinkel des Lichts ist, das zu dem ersten Planspiegel
läuft,
nachdem es an dem zweiten Planspiegel reflektiert ist.
-
Gemäß dem vorstehend angegebenen
Aufbau kann ein Teil der Lichtwege, die ankommen und an dem ersten
und zweiten Planspiegel reflektiert werden, mit den anderen Wegen überlappt
werden, und demzufolge kann der Raum in dem Gehäuse klein gemacht werden, das
bedeutet, dass die gesamte Vorrichtungsgröße klein gemacht werden kann.
-
In der ersten, beispielhaften Ausführungsform
ist eine polarisierende Platte auf der Rückseite des Bildschirms so
befestigt, um das Licht zu absorbieren, das durch den ersten Planspiegel
hindurchtrat. Hierdurch wird das Anwendungsgebiet erweitert. Weiterhin
kann die Bildqualität
durch Vorsehen einer polarisierenden Platte verbessert werden, um
das polarisierte Licht zu absorbieren, das an den ersten Planspiegel
an der Rückseite
des Bildschirms reflektiert wurde.
-
Weiterhin kann, wenn die vorstehend
angegebene Einrichtung verwendet wird, da die Bildanzeigeeinheit
eine Bildanzeigevorrichtung verwendet, bei der die Oszillationsrichtung
des emittierenden Lichts auf eine spezifizierte Richtung ähnlich einer
Flüssig-Kristall-Anzeigetafel
beschränkt
ist, die gesamte Vorrichtungsgröße mit einer
minimalen Helligkeitsverschlechterung klein gestaltet werden.