专利名称：投射型影像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用液晶面板等的影像显示元件把影像投影到屏幕上的投射型影像 显示装置，特别是涉及提高该装置的设置性(设备位置的自由度)的技术。
背景技术：
例如，在投射型的液晶面板等液晶显示元件上显示影像，向该影像显示元件上照 射来自光源的光，通过包括投射透镜等的所谓放大投射光学系统把调制过的光投射到屏幕 等的显示部的投射型影像显示装置已知有种种装置，另外，正在广泛地在各种用途中利用。这样的投射型影像显示装置一般把该装置设置在屏幕等的附近使用。从而，在这 样的影像显示装置中要求在屏幕上得到充分大小的放大影像，同时缩短其投射距离。实现 该要求的方法之一是投射透镜的广角化，另外，作为其它的方法，已知使用对屏幕从斜方向 进行放大投射的结构的投射透镜的斜投射方式。另外，特别是后者的斜投射方式例如已经 公开在以下的专利文献1或者2等中。投射型影像显示装置伴随着所投射的影像的放大其用途也在扩大，特别是，在学 校的教室或者公司的会议室等中，大多利用为对大量的人员提示影像信息，这种情况下，例 如，根据发表人习惯于握指示杆的手(习惯于右手或者习惯于左手)或者其站立位置等，常 常希望变更装置的设置位置。然而，在上述现有技术的投射型影像显示装置中，由于伴随着该装置的设置位置 的变更，发生在斜投射方式中产生的梯形畸变或者各种像差，因此为了再次得到良好的影 像需要很多的时间，被指出该装置存在使用方便性差的问题。专利文献1日本特开平4-27912号公报专利文献2日本特开2006-1M720号公报
发明内容
因此，在本发明中，目的是解决上述现有技术中的问题点，即提供与设置位置的变 更无关，不会在显示画面上发生梯形畸变或者各种像差，因而能够简单地变更装置的设置 位置(提高了设置位置的自由度)，使用方便性优异的投射型影像显示装置。在本发明中，为了达到上述目的，首先是提供一种投射型影像显示装置，其包括 显示向显示部投射的图像的影像显示元件；向该影像显示元件照射光的光源单元；把来自 上述光源单元的光放大后向上述显示部投射的放大投射光学单元；和将在上述影像显示元 件上显示的图像的位置在该元件上的显示面内移动的显示控制部，其中，上述放大投射光 学单元还具备，放大投射上述映像显示元件的图像的投射透镜；从上述影像显示元件侧开 始按顺序配置在相同的光轴上，并至少包括一个具有自由曲面的透镜的透镜组；和配置在上述透镜组与上述显示部之间，具有由自由曲面构成的反射面的反射镜，其中，上述影像显 示元件在经由上述放大投射光学单元把其整体投射到上述显示部上进行显示的情况下，具 有比上述显示部大的显示面，上述显示控制部，在上述影像显示元件的显示面内，按照在经 由上述放大投射光学单元投射到上述显示部上进行显示的情况下，选择性地投射适合于上 述显示部的部分进行显示的方式，能够使上述影像显示元件的显示面上的影像移动，而且 能够移动该投射型影像显示装置对上述显示部的设置位置。另外，依据本发明，在上述投射型影像显示装置中，优选，上述投射型影像显示装 置对于上述显示部在其垂直方向是固定的，并且在其水平方向能够移动。进而优选，上述影 像显示元件在经由上述放大投射光学单元把其整体投射到上述显示部上进行显示的情况 下，在水平方向具有比上述显示部大的显示面。除此以外，依据本发明，在上述投射型影像 显示装置中，优选，由适应WXGA的液晶显示元件构成上述影像显示元件，另外，将上述显示 部形成长宽比为4 3的面。进而优选，在该装置中，安装有能够沿着水平方向移动的移动 机构。依据上述的本发明，其发挥的效果为，不会受到设置位置的变更的影响，不会在显 示画面上发生梯形畸变或者各种像差，就能够实现简单地调整装置的设置位置，从而，能够 提供一种设置性能出色、使用方便性良好的投射型影像显示装置。
图1用于说明本发明的提高投射型影像显示装置中的装置的设置位置自由度的原理。图2与上述图1相同，用于说明本发明的提高投射型影像显示装置中的装置的设 置位置自由度的原理。图3表示本发明一个实施例的投射型影像显示装置中的光学系统的整体结构和 包括透镜结构的详细结构。图4是表示上述本发明一个实施例的投射型影像显示装置的整体结构的框图。图5说明上述投射型液晶显示装置中的影像显示元件与在其表面上投射影像的 屏幕的关系。图6说明上述投射型影像显示装置的外形及其利用形态的一个例子。图7说明上述投射型影像显示装置的其它利用形态。符号说明1 投射透镜2a、2b、2c 影像显示元件3:屏幕(显示部)11:凸透镜组12:凹透镜组21 折射透镜系22 反射镜系101 光源单元102 =UV截止滤波器
103 多透镜阵列104:偏振光变换元件105 重叠透镜106 全反射镜107 分色镜108 电容透镜109、110:中继透镜111 交叉棱镜120 液晶显示控制部200 投射型影像显示装置S 屏幕
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本发明的最佳实施方式。另外，在以下的说明中，在具有 共同功能的单元上标注相同的号码进行显示，同时，对于已经说明过的部分，为了避免重 复，适当省略其说明。另外，在以下表示的实施方式中作为投射型影像装置所采用并显示其构造的是如 由同一发明者提出，而且已经申请的日本专利申请，特願2006-166434号(美国专利申请， 2007年6月15日申请的第11/763,465 =EP申请号07252401. 0号)表示的那样，作为用于 其放大投射的光学系统(放大投射光学系统)，通过利用具有自由曲面的透镜并利用具有 自由曲面的反射镜，能够在作为显示单元的屏幕上，不发生梯形畸变或者各种像差地显示 通过多个(RGB用的3片)透射型液晶面板调制过的彩色图像的显示装置。另外，依据由本发明者们利用这种投射型影像显示装置中的特征性的放大投射光 学系统进行的各种试验或者尝试，得到在屏幕上聚光的放大投射影像的情况下，为了放大 其垂直方向中的角度，特别需要满足即使很短的投射距离也得到充分大的图像的斜投射方 式的投射透镜中的条件，所谓沙尔条件(〉Y 4 > 7 >条件)，所以存在一定界限。然而另 一方面明确了放大水平方向中的画角能够比较容易地确保充分的大小。因而，在本发明中，为了能够移动装置的设置位置提高其自由度，如在以下详细叙 述的那样，是利用上述放大投射光学系统的特性的装置，即，如果说明其更详细的情况，则 由放大投射光学系统把没有发生梯形畸变或者各种像差而得到的原本的影像预先设定而 放大为比屏幕大，特别是沿着水平方向进行放大显示，另一方面，通过在表面上显示该影像 的调制图像的透射型液晶面板上调整实际在屏幕上显示的影像，适合于屏幕的尺寸而进行 显不。参照附加的图I(A)和⑶以及图2㈧和(B)，以下说明关于以上叙述的作为本发
明要点的投射型影像显示装置中的提高该设置自由度的原理。图I(A)中表示，在其表面投射影像的作为显示部的屏幕S，原本能够由该显示装 置显示影像的影像，即，投射作为影像显示元件的透射型液晶面板的整体进行显示时的影 像P(以下也称为“原来的影像”)和在其一部分显示，实际上在屏幕S上显示的影像P’ (以 下，也称为“实际的影像”)。而且，在本发明中，如从在图1⑶中明确的那样，在液晶面板的显示画面上，在原来的影像P的范围内移动实际的影像P’，从而适当地配置在适合于屏幕S 的位置。例如，如图2(A)表示的那样，通过投射型影像显示装置的设置位置的移动，在液 晶面板的整体上投射显示的原来的图像P对于屏幕S向右侧移动的情况下(参照图中的箭 头)，把原来的影像P的范围内的更小的实际的影像P’向左侧移动(参照箭头)。另一方 面，如图2(B)中表示的那样，通过投射型影像显示装置的设置位置的移动，在液晶面板的 整体上投射显示的原来的影像P对屏幕S向左侧移动的情况下(参照图中的箭头)，把实际 的影像P’向右侧移动(参照箭头)。由此，即使在变更投射型影像显示装置的设置位置， 特别是沿着水平方向移动的情况下，通过只是移动上述液晶面板上的实际影像P’的简单操 作，就能够再次把实际的影像P’配置在适合于屏幕S的位置，在屏幕S上的显示画面上不 会发生梯形畸变或者各种像差，因此就能够维持良好的显示状态。[实施例]其次，根据上述说明过的原理，参加附加的图3(A)和⑶以及图4，说明能够进行 装置的设置位置的移动、即确保设置位置的自由度的投射型影像显示装置的详情。首先，图3㈧和⑶表示包括本实施例中的斜投射方式的投射透镜的放大投射光 学系统的结构例，特别是，图3(A)表示其整体，而且，图3(B)特别表示投射透镜的详细结 构。如图3(A)表示的那样，放大投射光学系统例如包括由上述透射型的液晶面板构 成的影像显示元件2(其中，在该图中仅表示1片)、作为投射光学系统的投射透镜1、屏幕 3、作为折返反射镜的反射镜22，经由作为该折返反射镜的反射镜系22，构成所谓的斜投射 光学系统。另外，作为在以下使用的光轴，指的是各透镜的局部坐标中的光轴。接着，如图3(B)所示，投射透镜1由多个透镜组成的折射透镜系21、反射镜22构 成，而且，该折射透镜21配置在影像显示元件2的一侧，而且，在该折射透镜系21的内部， 设置有对其光轴偏心的偏心光圈(偏心絞D )ST1。另外，上述的反射镜22，例如在投射型影像显示装置中适用了本实施方式的情况 下，为尽可能减小屏幕与装置之间的距离，把来自影像显示元件2的影像光折返到屏幕3 — 侧。当然并不限于该结构。这里，设反射镜2为自由曲面镜。而在上述的斜投射光学系统中，产生所谓的梯形畸变。因而，对于该梯形畸变，如 在作为由同一发明者提出的已经申请的专利申请的公开公报的上述专利文献2中公开的 那样，使用构成反射镜系22的自由曲面反射镜的像差修正能力进行修正，进而，在本实施 例中，也用包含在折射透镜系21中的自由曲面透镜(后述)进行梯形畸变修正。另外，在 上述专利文献2中公开的投射透镜中，使用梯形畸变或者其它各种像差的修正能力出色的 2片自由曲面反射镜，斜投射角度是40度还比较小，并没有达到对投射透镜倾斜配置影像 显示元件。其次，再次参考图3 (B)，使用以下的表1 表5，以下说明上述投射透镜1的具体 的数字实施例。另外，以下的表1 5中表示的透镜数据的数值是把物面上13. 2X9. 9范 围的影像投射成像面上1625. 6X 1219. 2大小时的一个例子。另外，这些透镜的面号码如图3(B)所示，把影像显示元件2的显示面(物面)作 为S0，顺序用符号SO S23表示。具体地讲，把配置在影像显示元件2的显示面(物面)SO后面的分色镜111(后述)的入射面作为Si，把其出射面作为S2，把接着配置的构成折射 透镜系21的第1透镜的入射面作为S3，把其出射面作为S4,……，把偏心光圈STl的面作 为S11，……，把反射镜系22的反射面作为S22，把屏幕3的面(像面)作为S23。另外，在各个局部坐标中顺序表示透镜数据，而如X轴Y轴Z轴的大致方向所明确 的那样，图3(B)代表性地表示开口光圈面Sll中的局部坐标。接着，在以下的表1中，Rd是各面的曲率半径，图中在面的右侧有曲率中心的情况 下用正的值，相反的情况下用负的值表示。另外，TH是面间距离，表示从其透镜面的顶点到 下一个透镜面的顶点的距离。对某个透镜面，当下一个透镜面位于右侧时，面间距离用正的 值，位于左侧时用负的值表示。进而，面S5、S6、S12、S13是旋转对称的非球面，在表1中， 在面号码的旁边标注*表示。表1
表面RdTHndVdSO无限大5. 977Sl无限大26.3951.5168064. 2S2无限大9. 938S336. 406. 7001.8466623. 8S4-172.2868. 870S5*4710. 4376. 00014909158. 0S6*-1283.4730. 100S735.9188. 0001.4874970. 4S8-19. 7592. 5001.8466623. 8S920. 6195. 8001.4874970. 4SlO-48. 5839. 000Sll无限大17. 160S12*-38. 2176. 0001.4909158. 0S13*-40. 2812. 360S141001. 6207. 2001.8061033. 3
权利要求
1.一种投射型影像显示装置，其特征在于，包括将显示在影像显示元件上的图像放大并向显示部投射的放大投射光学部；和 将所述图像的位置在所述影像显示元件上的显示面内移动的显示控制部，其中 所述放大投射光学部具备将所述图像进行放大投射的透镜组， 所述显示控制部，在所述影像显示元件的显示面内，按照在通过所述放大投射光学部 在所述显示部上进行显示的情况下选择性地投射适合于该显示部的部分进行显示的方式 移动所述图像。
2.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于该投射型影像显示装置在所述显示部的垂直方向上固定，并且在该显示部的水平方向 上能够移动。
3.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于所述影像显示元件，在通过所述放大投射光学部将该影像显示元件的整体显示在所述 显示部上的情况下，具有比所述显示部大的显示面。
4.如权利要求3所述的投射型影像显示装置，其特征在于 所述显示面在水平方向上比所述显示部大。
5.如权利要求3或4所述的投射型影像显示装置，其特征在于 所述影像显示元件适应WXGA，所述显示部的长宽比为4 3。
6.如权利要求2所述的投射型影像显示装置，其特征在于在该投射型影像显示装置安装有用于使该装置能够在水平方向上移动的移动机构。
7.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于 所述透镜组至少包括1个具有自由曲面的透镜。
8.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于在所述透镜组与所述显示部之间，具备将来自所述放大投射光学部的光导向所述显示 部的反射镜。
9.如权利要求8所述的投射型影像显示装置，其特征在于 所述反射镜具备由自由曲面构成的反射面。
10.一种投射型影像显示装置，其具有光源；和调制来自所述光源的光放大在影像显 示元件上显示的图像并向显示部投射的放大投射光学部，该投射型影像显示装置的特征在 于所述放大投射光学部具备放大投射所述图像的至少包括1个非球面透镜的透镜组； 和相对于构成该透镜组的大多数透镜的光轴偏心的反射镜，该投射型影像显示装置相对于所述显示部的设置位置能够移动。
11.如权利要求10所述的投射型影像显示装置，其特征在于该投射型影像显示装置在所述显示部的垂直方向上固定，并且在该显示部的水平方向 上能够移动。
全文摘要
本发明提供在投射影像中不发生畸变等，而能够简单地变更装置的设置位置(提高设置位置的自由度)的使用方便性好的投射型影像显示装置，其具备放大来自光源单元的光投射到显示部的放大投射光学单元，放大投射光学单元具备放大投射影像显示元件的图像的投射透镜或者具备由自由曲面构成的反射面的反射镜。在影像显示元件经由放大投射光学单元把其整体投射到显示部上进行显示时，具有比该显示部大的显示面，而且，影像显示元件的显示面上的影像在影像显示元件的显示面内能够移动，使得经过放大投射光学单元投射到显示部上进行显示时，选择性地投射适合显示部的部分，由此，能够移动投射型影像显示装置相对显示部的设置位置。
文档编号G03B21/28GK102096285SQ20101061184
公开日2011年6月15日 申请日期2009年2月10日 优先权日2008年3月10日
发明者平田浩二, 谷津雅彦 申请人:株式会社日立制作所