专利名称：背面投影型图象显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及背面投影型(背投式)图象显示装置。更详细地说，涉及使来自在公共水平面内并列设置的多个图象显示装置的投影图象在透射型屏幕上重叠而进行图象显示的背面投影型图象显示装置。
背景技术：
以下，用
现有的背面投影型图象显示装置。
图7是表示现有的三管式背面投影型图象显示装置100的总体结构的平面图。背面投影型图象显示装置(投影电视机)100，是当前家用大型影像市场的主流产品。与红绿蓝三种颜色对应的3个图象显示装置(CRT)101、102、103上的图象，分别由投影透镜104、105、106放大投影后，在透射型屏幕上合成。透射型屏幕，由作为准直装置的菲涅耳透镜107及作为光漫射装置的双凸透镜板108构成。这种透射型屏幕，可以使从不同方向入射的各色光的主光线变为平行光后射出，所以能够改善因观察者所处位置的不同而观察到的色调变化现象(彩色斑痕)。此外，在双凸透镜板108的出射面上，在相邻的双凸透镜之间设置黑条109，用于防止由外来光引起的黑色虚浮现象，从而可以避免图象对比度的降低。进一步，通过在黑条109之间的双凸透镜面上涂布漫射材料，或在双凸透镜板108中混入漫射材料，可以确保垂直方向的视场角。
但是，在上述透射型屏幕中，如图8所示，在黑条109之间的孔阑部内的不同位置上形成三种不同的彩色光的光源像。所以，为了防止光损失，在黑条109之间必须为上述光源像确保足够宽的间隔。因此，将使黑条109的密度变得稀疏。其结果是，当外来光入射到孔阑部时，不能充分地抑制由漫射材料反射光而引起的黑色虚浮现象。
以下示出近年来提出的解决上述问题的屏幕。例如，第1种是特表平9-504882号公报所公开的使用了透明珠粒的屏幕，第2种是特开平10-339915号公报所公开的使用了黑条的屏幕，第3种是特开平10-111537号公报所公开的使用了着色层的屏幕。
在图9中示出使用了透明珠粒的第1种透射型屏幕的结构。在由透射光的材料构成的基板屏面110上用具有光吸收性的粘结剂112固定着由透光性材料构成的微小珠粒111。通过了菲涅耳透镜107的光，由珠粒111聚光后会聚在珠粒111与基板屏面110相接触的部分(孔阑)上。由于该部分中间没有隔着粘结剂112，所以光透过基板屏面110而作为漫射光射出。珠粒111与基板屏面110相接触的部分(孔阑)是微小的点，因而当从观察者侧看去时只占有几乎辨认不出的面积，该孔阑以外的屏面由具有光吸收性的粘结剂112所覆盖。因此，从周围环境入射到屏幕上的外来光的大部分都入射在粘结剂上而被吸收，因而不会反射到观察者侧。因此，如采用这种屏幕，则因珠粒111非常小，所以能够进行高清晰度的显示。此外，即使有很强的外来光入射到屏幕上，也不易使黑色电平降低，因而不易使图象的对比度恶化。
在图10中示出使用了黑条的第2种透射型屏幕的结构。双凸透镜板113，在入射面上备有双凸透镜，在出射面上层叠着漫射层116。在漫射层116的出射面侧形成黑条115，并通过透明粘结剂层而层叠正面屏面114。通过了菲涅耳透镜107的光，入射到双凸透镜上，并会聚在黑条115之间的孔阑部或其附近，在透过正面屏面114后作为漫射光射出。当通过该位于中间的漫射层116时，图象在水平方向及垂直方向上受到漫射作用。由于用微小的双凸透镜使图象光聚光，所以可以使黑条115之间的间隔很狭窄。因此，可以增大黑条115所占的面积比例，因而使入射到屏幕上的外来光的大部分都被黑条115吸收而不会反射到观察者侧。因此，如采用这种屏幕，则因可以将双凸透镜板113形成得很薄，所以能使黑条115具有细密的间距，其结果是，能够进行高清晰度的显示。此外，即使有很强的外来光入射到屏幕上，也不易使黑色电平降低，因而不易使图象的对比度恶化。
在图11中示出使用了着色层的第3种透射型屏幕的结构。双凸透镜板118，在入射面上备有双凸透镜117，在双凸透镜117的入射面附近备有着色层119。作为基板的双凸透镜板118的材料，不着色或着色比上述着色层119浅。通过了菲涅耳透镜107的光入射到着色层119，并在透过着色层119后入射到双凸透镜117，由双凸透镜117聚光后向观察者侧射出。
另一方面，来自周围环境的外来光中，以小的入射角对着色层119入射的光，在透过着色层119后在壳体内被吸收，因而几乎不存在再次返回屏面的光，所以不构成有害光。而以大的入射角对着色层119入射的光，则由着色层119与空气层的界面全发射。全反射通常在反复进行多次后会稍微有一些光走向返回观察者侧的光路，但在反复进行全反射的过程中通过着色层119的距离较长，因而大部分都被着色层119吸收了。因此，如采用这种屏幕，则因可以将双凸透镜板118形成得很薄，所以能使双凸透镜117具有细密的间距，其结果是，能够进行高清晰度的显示。此外，不会使图象光有明显的恶化，因而即使有很强的外来光入射到屏幕上，也不易使黑色电平降低，因而不易使图象的对比度恶化。
但是，使用了上述透明珠粒及上述黑条的屏幕，无论用哪一种入射侧透镜(使用珠粒的型式中为珠粒、使用黑条的型式中为双凸透镜)都必需使图象光会聚在面积微小的孔阑部上。当用作以1个投影透镜放大投影显示彩色图象的图象显示装置上的图象的显示装置的屏幕时尚不存在任何问题，但当用作如图7所示以3个投影透镜对3个CRT的图象进行放大投影并将其重叠在屏幕上的当前主流型式的投影机的屏幕时，将产生如下的问题。即，由于各色光以不同的角度入射到入射侧透镜上，所以每个彩色光的聚焦位置不同。因此，如使孔阑部缩小，则来自位于中心的CRT以外的CRT的彩色光将会聚在光吸收层上，因而使光利用效率大大降低，而且，也使彩色失去了均衡。
另外，在将使用了上述着色层的屏幕用作如上所述的以3个投影透镜对3个CRT的图象进行放大投影并将其重叠在屏幕上的投影机的屏幕时，由于入射到入射侧透镜(双凸透镜)的图象光的入射角对每个彩色光都不相同，所以每个彩色光的出射光强度分布都不相同，因而将产生显著的彩色斑痕。
如上所述，以往提出的透射型屏幕，当用作以1个投影透镜放大和投影彩色图象的图象显示装置的屏幕时不存在任何问题，但当用作如上所述的每种颜色采用3个CRT和3个投影透镜并将其重叠在屏幕上的当前主流型式的投影机的屏幕时，由于各色光以不同的角度入射到入射侧透镜上，所以来自位于中心的CRT以外的CRT的彩色光将会聚在光吸收层上，因而使光利用效率大大降低，或使彩色失去均衡，或者将发生彩色斑痕现象。
发明的公开本发明的目的在于，提供一种可以解决使用现有的透射型屏幕时发生的上述问题并能防止因外来光入射而引起的黑色虚浮现象和对比度降低的背面投影型图象显示装置，在该背面投影型图象显示装置中，对每个彩色光备有3组图象显示装置和照明透镜。
本发明，为达到上述目的，具有以下的结构。
本发明的背面投影型图象显示装置，备有三基色图象投影部、将由上述三基色图象投影部投影的各色光的图象重叠后映出的透射型屏幕。
三基色图象投影部，在结构上，对应于红、绿、蓝各基色具有3组由根据输入信号进行图象显示的图象显示装置及对上述图象显示装置的图象进行放大投影的照明透镜构成的图象投影部，并将其都配置在同一水平面内。
上述透射型屏幕，从上述三基色图象投影部一侧起按顺序备有准直装置、彩色斑痕消除装置、光漫射装置。
准直装置，将来自上述各图象投影部的具有规定扩散角度的入射光变换为远心光后射出。
彩色斑痕消除装置，在入射面上备有将来自上述准直装置的入射光会聚在水平面内的入射侧双凸透镜、在出射面上备有与上述入射侧双凸透镜一一对应的出射侧双凸透镜，用于使经过了上述准直装置的来自上述图象投影部的各色光的主光线以相互间大致平行的方式射出。
光漫射装置的第1结构，将由透明材料构成的多个微小珠粒配置在由透明材料构成的基板片的入射面上，在上述基板片与上述微小珠粒之间形成透光部，并用不透明的粘结剂覆盖除上述透光部以外的上述基板片的入射侧表面。
另外，光漫射装置的第2结构，在入射面上备有将来自上述彩色斑痕消除装置的入射光会聚在水平面内的双凸透镜，在除上述入射光的会聚位置及其周围以外的区域上，备有由具有吸收光的特性的材料构成的黑条，进一步，还备有由包含光漫射材料的材料构成的光漫射层。
另外，光漫射装置的第3结构，备有在入射面上具有将来自上述彩色斑痕消除装置的入射光会聚在水平面内的双凸透镜的基板、及在上述双凸透镜的至少入射面附近形成的着色层，上述基板的材料，不着色或着色比上述着色层浅。
按照上述本发明的背面投影型图象显示装置，在由彩色斑痕消除装置将从不同角度入射的各色光的主光线变换为大致平行后，入射到不易受外来光影响的光漫射装置。因此，可以提供不会使光利用效率降低、显示图象不易受外来光影响、视场角宽、彩色斑痕现象很少的备有多个图象投影部的投影机(例如CRT三管式投影机。)上述准直装置是菲涅耳透镜，其焦点距离最好与从上述准直装置到上述图象投影部的距离大致相等。按照这种理想的结构，可以将用于获得远心光的准直装置小型化和薄型化。
上述彩色斑痕消除装置的上述出射侧双凸透镜，最好大致配置在上述入射侧双凸透镜的成像位置。此外，上述彩色斑痕消除装置的上述出射侧双凸透镜的焦点距离，最好与到上述入射侧双凸透镜的距离大致相等。按照这种理想的结构，可以将以不同的入射角入射的各色光的主光线变换为大致平行后射出，并能高效率地将作为大致平行光入射的各色光聚光。
上述彩色斑痕消除装置的上述出射侧双凸透镜，最好具有包含由对应的上述入射侧双凸透镜形成的上述三基色图象投影部的成像范围的水平方向宽度。按照这种理想的结构，可以防止杂散光的发生和光利用效率的降低。
上述彩色斑痕消除装置的上述出射侧双凸透镜的水平方向宽度，最好小于上述入射侧双凸透镜的水平方向宽度，并在相邻的上述出射侧双凸透镜之间附加光吸收剂。按照这种理想的结构，能更可靠地防止杂散光的发生。
上述彩色斑痕消除装置，最好是分别在一个面上备有上述入射侧双凸透镜而在另一个面上备有上述出射侧双凸透镜的双凸透镜板。通过使入射侧双凸透镜和出射侧双凸透镜一体化，可以小型化和薄型化并能实现成本的降低。
附图的简单说明图1是本发明实施形态1的背面投影型图象显示装置的总体结构图。
图2是图1的透射型屏幕的局部放大断面图。
图3是本发明实施形态2的背面投影型图象显示装置的总体结构图。
图4是图3的透射型屏幕的局部放大断面图。
图5是本发明实施形态3的背面投影型图象显示装置的总体结构图。
图6是图5的透射型屏幕的局部放大断面图。
图7是现有的三管式背面投影型图象显示装置的总体结构图。
图8是图7的透射型屏幕的局部放大断面图。
图9是使用了透明珠粒的透射型屏幕的局部放大断面图。
图10是使用了黑条的现有的透射屏幕的局部放大断面图。
图11是使用了着色层的现有的透射屏幕的局部放大断面图。
用于实施发明的最佳形态(实施形态1)图1是示出实施形态1的背面投影型图象显示装置的简略结构的平面图。图2是图1的屏幕部周围的局部放大断面图。
本实施形态的投影型图象显示装置200，在结构上按其顺序配置三基色图象投影部207、用作准直装置的菲涅耳透镜211、用作彩色斑痕消除装置的双凸透镜板219、用作光漫射装置的珠粒型漫射板224。
三基色图象投影部207，备有沿水平方向配置成一排的红色用图象显示装置(CRT)201、绿色用图象显示装置(CRT)202、蓝色用图象显示装置(CRT)203、及配置在各图象显示装置前部的照明透镜204、205、206。各图象显示装置201、202、203，根据输入信号进行各色的图象显示，并由照明透镜204、205、206将各图象放大投影在菲涅耳透镜211上。
菲涅耳透镜211，配置在使从照明透镜204、205、206的出射光瞳到菲涅耳透镜211的距离与菲涅耳透镜211的焦点距离大致相等的位置上。菲涅耳透镜211，将来自三基色图象投影部207的各色光变换为与各色光的主光线208、209、210大致平行的光后射出。
双凸透镜板219，在两面备有按相同间距沿相同方向排列的双凸透镜，两面的各双凸透镜以一一对应的形式地相对地排列。入射面侧的双凸透镜212的焦点距离，与到出射面侧的双凸透镜213的距离大致相等，出射面侧的双凸透镜213的焦点距离，与到入射面侧的双凸透镜212的距离大致相等。
这里，当观察入射到双凸透镜212的表面中央部的各色光的主光线208、209、210时，这些光的入射位置与出射面侧的双凸透镜213的入射侧焦点位置一致，所以，如图2所示，这些光作为相互间大致平行的主光线214、215、216从双凸透镜213射出。而当观察作为大致的平行光入射到双凸透镜212的绿光217、209、218时，由于双凸透镜212的焦点位置位于双凸透镜213上，所以这些光被会聚到双凸透镜213的表面中心部。红光、蓝光也作为与各自的主光线208、210平行的光入射到双凸透镜212上，所以这些光分别被会聚在双凸透镜213的表面上的与上述绿光的聚焦位置相邻的位置。
珠粒型漫射板224，构成为用具有光吸收作用的黑色粘结剂221将由透射光的透明材料构成的多个珠粒222粘结固定在透明板220上。透明板220与各个珠粒222，在孔阑部223处接触，孔阑部223以外的透明板220的表面则被粘结剂221所覆盖。因此，入射到珠粒型漫射板224的光中，入射在孔阑部223的光可以穿过珠粒型漫射板224，但入射在其他区域上的光则被粘结剂221吸收了。珠粒型漫射板224，将珠粒222的附着面侧配置在双凸透镜板219一侧。从双凸透镜板219射出的光，入射到珠粒型漫射板224的珠粒222上。如入射光是平行光，则入射光在珠粒222的折射作用下会聚在孔阑部223上，从此处通过并穿过透明板220射向观察者侧。这时，如通过增大珠粒222的折射率而加大对孔阑部223的入射角，则使出射角度变大，所以，可以将珠粒型漫射板224作为能够加大视场角的漫射装置使用。
以上的三基色图象投影部207、菲涅耳透镜211、双凸透镜板219、珠粒型漫射板224，设置在将珠粒型漫射板224作为外表面的一部分的图中未示出的壳体内。
最靠近观察者侧的珠粒型漫射板224的孔阑部223所占的面积，与漫射板224的总面积相比非常小，所以，即使有很强的外来光从观察者侧入射，其大部分也将被粘结剂223吸收，因而不会返回到观察者侧。此外，穿过孔阑部223的光入射到壳体内，也不会再次返回到孔阑部223而被观察者观察到。按照以上的结构，总是可以不受环境影响地提供稳健的黑色。另一方面，由于从图象投影部207入射到珠粒型漫射板224的各色光的主光线相互间大致平行，所以从珠粒型漫射板224射出的各色光的出射角度分布相同。因此，可以为观察者提供能再现出没有彩色斑痕现象的彩色均匀的图象。
在以上的结构中，用作彩色斑痕消除装置的双凸透镜板219的各双凸透镜212，在相对配置的双凸透镜213上的不同位置形成照明装置204、205、206的各出射光瞳像。这时，应决定双凸透镜板219的厚度和双凸透镜213的宽度，以便使3个彩色光的光源像(出射光瞳像)投射在各双凸透镜213的宽度(1个间距)内。
假如使双凸透镜板219的厚度变薄而不改变透镜的间距，则必须缩短双凸透镜212的焦点距离。在这种情况下，虽然可以减小在双凸透镜213上形成的像，但因出射光的扩散角加大，所以不能将入射到珠粒型漫射板224的光全部会聚在孔阑部223上，因而有产生光损失的可能性。
另一方面，如使双凸透镜板219的厚度变厚而不改变透镜的间距，则必须加长双凸透镜212的焦点距离。在这种情况下，由于在双凸透镜213上形成的像变大，所以有可能没有入射到对应的双凸透镜213上而却入射到相邻的透镜(杂散光)上，因而产生光损失。
因此，最好是掌握照明透镜204、205、206的出射光瞳像的大小和各自的间隔、从照明透镜204、205、206到双凸透镜板219的距离、双凸透镜212、213的间距和焦点距离、及珠粒型漫射板224的与入射角对应的光透过率特性，从而采取光利用效率最优的结构。
进一步，当可以在双凸透镜213上形成足够小的光源像时，也可以在不形成光源像的相邻的双凸透镜213之间的区域上形成作为光吸收层的黑条。由此，能够可靠地消除由杂散光引起的混色等使画质恶化的因素。
在上述的珠粒型漫射板224中，使珠粒222与透明板220相接触地固定，但两者也不一定必须接触。即，只要是能使由珠粒222会聚后的光到达透明板220的结构(在透光部内不存在遮光材料的结构)的珠粒型漫射板224，当然都可以使用。
在上述的例中，彩色斑痕消除装置，采用了在两面形成有双凸透镜212、213的双凸透镜板219，但也可以如后文所述的实施形态3那样由2个双凸透镜板构成。
本实施形态中示出的珠粒型漫射板224，与后文所述的实施形态的光漫射装置相比，特别是具有不易受外来光影响而使画质恶化的特征，所以，按照本实施形态1，即使在很强的外来光下也能提供高对比度的图象显示装置。
(实施形态2)图3是表示实施形态1的背面投影型图象显示装置的简略结构的平面图。图4是图3的屏幕部周围的局部放大断面图。
本实施形态的投影型图象显示装置300，在结构上按其顺序配置三基色图象投影部307、用作准直装置的菲涅耳透镜311、用作彩色斑痕消除装置的双凸透镜板319、用作光漫射装置的黑条型漫射板326。
三基色图象投影部307，备有沿水平方向配置成一排的红色用图象显示装置(CRT)301、绿色用图象显示装置(CRT)302、蓝色用图象显示装置(CRT)303、及配置在各图象显示装置前部的照明透镜304、305、306。各图象显示装置301、302、303，根据输入信号进行各色的图象显示，并由照明透镜204、205、206将各图象放大投影在菲涅耳透镜311上。
菲涅耳透镜311，配置在使从照明透镜304、305、306的出射光瞳到菲涅耳透镜311的距离与菲涅耳透镜311的焦点距离大致相等的位置上。菲涅耳透镜311，将来自三基色图象投影部307的各色光变换为与各色光的主光线308、309、310大致平行的光后射出。
双凸透镜板319，在两面备有按相同间距沿相同方向排列的双凸透镜，两面的各双凸透镜以一一对应的形式地相对地排列。入射面侧的双凸透镜312的焦点距离，与到出射面侧的双凸透镜313的距离大致相等，出射面侧的双凸透镜313的焦点距离，与到入射面侧的双凸透镜312的距离大致相等。
这里，当观察入射到双凸透镜312的表面中央部的各色光的主光线308、309、310时，这些光的入射位置与出射面侧的双凸透镜313的入射侧焦点位置一致，所以，如图4所示，这些光作为相互间大致平行的主光线314、315、316从双凸透镜313射出。而当观察作为大致的平行光入射到双凸透镜312的绿光317、309、318时，由于双凸透镜312的焦点位置位于双凸透镜313上，所以这些光被会聚到双凸透镜313的表面中心部。红光、蓝光也作为与各自的主光线308、310平行的光入射到双凸透镜312上，所以这些光分别被会聚在双凸透镜313的表面上的与上述绿光的聚焦位置相邻的位置。
黑条型漫射板326，在结构上按其顺序层叠双凸透镜板325、光漫射层321、粘结剂323、透明板320。在双凸透镜板325的一个面上，在与双凸透镜312、313相同的方向上形成多个双凸透镜324。双凸透镜板325的另一个面是平面，与含有光漫射材料的光漫射层321的一个面层叠在一起。在光漫射层321的另一个面上，形成着由具有光吸收作用的黑色材料构成的黑条322。黑条322，在与双凸透镜324的排列方向相同的方向上形成由双凸透镜324的折射作用产生的不透光区域。而且，光漫射层321的黑条322形成面与透明板320通过透明粘结剂323层叠在一起。具有上述结构的黑条型漫射板326，将双凸透镜324侧配置在双凸透镜板319一侧。
双凸透镜324，与上述双凸透镜312、313一样，排列成沿水平方向对入射光施加折射作用。双凸透镜324的间距，无需与双凸透镜312、313的间距相同，此外，也没有必要配置成与双凸透镜313一一对应。在本实施形态中，双凸透镜324的间距，与双凸透镜313的间距相比，设定得足够小。
在包含着由各双凸透镜324将入射到双凸透镜板325的大致平行光聚光后的位置的面上，形成黑条322。即，双凸透镜324的焦点距离，设定为大致等于双凸透镜板325与光漫射层321的厚度之和。黑条322，沿垂直方向延伸形成，各黑条之间的间隔，在为使由双凸透镜324会聚后的光透过所需的范围内设定为最小值。
来自图象投影部307的光，由双凸透镜板325在水平方向上漫射，并由漫射板321既在水平方向又在垂直方向上漫射。因此，可以将黑条型漫射板326作为能加大视场角的漫射装置使用。
以上的三基色图象投影部307、菲涅耳透镜311、双凸透镜板319、黑条型漫射板326，设置在将黑条型漫射板326作为外表面的一部分的图中未示出的壳体内。
最靠近观察者侧的黑条型漫射板326的黑条322之间的间隔所占的面积，与漫射板326的总面积相比非常小，所以，与实施形态1一样，即使有很强的外来光从观察者侧入射，其大部分也将被黑条322吸收，因而不会返回到观察者侧。此外，穿过黑条322之间的间隔的光入射到壳体内，也不会再次返回到黑条322之间的间隔而被观察者观察到。按照以上的结构，总是可以不受环境影响地提供稳健的黑色。另一方面，由于从图象投影部307入射到黑条漫射板326的各色光的主光线相互间大致平行，所以从黑条型漫射板326射出的各色光的出射角度分布相同。因此，可以为观察者提供能再现出没有彩色斑痕现象的彩色均匀的图象。
在以上的结构中，用作彩色斑痕消除装置的双凸透镜板319的各双凸透镜312，在相对配置的双凸透镜313上的不同位置形成照明装置304、305、306的各出射光瞳像。这时，应决定双凸透镜板319的厚度和双凸透镜313的宽度，以便使3个彩色光的光源像(出射光瞳像)投射在各双凸透镜313的宽度(1个间距)内。
假如使双凸透镜板319的厚度变薄而不改变透镜的间距，则必须缩短双凸透镜312的焦点距离。在这种情况下，虽然可以减小在双凸透镜313上形成的像，但因出射光的扩散角加大，所以不能将入射到黑条型漫射板326的光全部会聚在黑条323之间的间隔上，因而有产生光损失的可能性。
另一方面，如使双凸透镜板319的厚度变厚而不改变透镜的间距，则必须加长双凸透镜312的焦点距离。在这种情况下，由于在双凸透镜313上形成的像变大，所以有可能没有入射到对应的双凸透镜313而却入射到相邻的透镜(杂散光)上，因而产生光损失。
因此，最好是掌握照明透镜304、305、306的出射光瞳像的大小和各自的间隔、从照明透镜304、305、306到双凸透镜板319的距离、双凸透镜312、313的间距和焦点距离、及黑条型漫射板326的与入射角对应的光透过率特性，从而采取光利用效率最优的结构。
进一步，当可以在双凸透镜313上形成足够小的光源像时，也可以在不形成光源像的相邻的双凸透镜313之间的区域上形成作为光吸收层的黑条。由此，能够可靠地消除由杂散光引起的混色等使画质恶化的因素。
在上述的黑条型漫射板326中，形成有黑条322的漫射板321与透明板320通过粘结剂323粘贴在一起，但即使两者不粘结而是在中间隔着空气层，来自图象投影部307的光也仍可以几乎无损失地利用。
另外，在上述的黑条型漫射板326中，在与双凸透镜板325贴合的光漫射层321上形成黑条322，但本发明的黑条型漫射板326并不限定于这种结构。例如，如特开平10-339915号公报所公开的那样，也可以在双凸透镜板325的平坦面侧形成黑条322，用粘结剂将光漫射层321与透明板320层叠并将双凸透镜板325的黑条322形成面与光漫射层321的面层叠。在这种情况下，当然要将双凸透镜板325的厚度设定为使各双凸透镜的平行光的聚焦位置在双凸透镜板325的平坦面上基本一致。在这种结构的黑条型漫射板中，双凸透镜板325的黑条322形成面与光漫射层321的面之间，也可以不用粘结剂粘合而在中间隔着空气层。但是，当外来光由光漫射层漫射后以大的入射角入射到与空气层的界面上时，有时会由空气层反射而向观察者侧射出，因而产生黑色虚浮现象。因此，光漫射层面与双凸透镜板325的黑条322形成面之间最好粘贴在一起。
在上述的例中，彩色斑痕消除装置，采用了在两面形成有双凸透镜312、313的双凸透镜板319，但也可以如后文所述的实施形态3那样由2个双凸透镜板构成。
本实施形态中示出的黑条型漫射板326，与实施形态1的珠粒型漫射板224相比，可以独立地设定水平方向和垂直方向的视场角。此外，与后文所述的实施形态3的光漫射装置相比，具有不易受外来光影响而使画质恶化的特征。因此，按照本实施形态2，即使图象显示装置中没有充裕的亮度时，也能提供高的画质。
(实施形态3)图5是表示实施形态3的背面投影型图象显示装置的简略结构的平面图。图6是图5的屏幕部周围的局部放大断面图。
本实施形态的投影型图象显示装置400，在结构上按其顺序配置三基色图象投影部407、用作准直装置的菲涅耳透镜411、用作彩色斑痕消除装置的第1、第2双凸透镜板413、414、用作光漫射装置的第3双凸透镜板423。
三基色图象投影部407，备有沿水平方向配置成一排的红色用图象显示装置(CRT)401、绿色用图象显示装置(CRT)402、蓝色用图象显示装置(CRT)403、及配置在各图象显示装置前部的照明透镜404、405、406。各图象显示装置401、402、403，根据输入信号进行各色的图象显示，并由照明透镜404、405、406将各图象放大投影在菲涅耳透镜411上。
菲涅耳透镜411，配置在使从照明透镜404、405、406的出射光瞳到菲涅耳透镜411的距离与菲涅耳透镜411的焦点距离大致相等的位置上。菲涅耳透镜411，将来自三基色图象投影部407的各色光变换为与各色光的主光线408、409、410大致平行的光后射出。
第1双凸透镜板413与第2双凸透镜板414，相互平行地配置成只相隔规定距离。第1和第2双凸透镜板413、414，在其不相对的一面上都备有按相同间距沿相同方向排列的双凸透镜412、415，在第1双凸透镜板413的入射面侧形成的双凸透镜412与在第2双凸透镜板414的出射面侧形成的双凸透镜415，以一一对应的形式相对地排列。第1双凸透镜板413的双凸透镜412的焦点距离，与到第2双凸透镜板414的双凸透镜415的距离大致相等，双凸透镜415的焦点距离，与到双凸透镜412的距离大致相等。
这里，当观察入射到双凸透镜412的表面中央部的各色光的主光线408、409、410时，这些光的入射位置与双凸透镜415的入射侧焦点位置一致，所以，如图6所示，这些光作为相互间大致平行的主光线416、417、418从双凸透镜415射出。而当观察作为大致的平行光入射到双凸透镜412的绿光419、409、420时，由于双凸透镜412的焦点位置位于双凸透镜415上，所以这些光被会聚到双凸透镜415的表面中心部。红光、蓝光也作为与各自的主光线408、410平行的光入射到双凸透镜412上，所以这些光分别被会聚在双凸透镜415的表面上的与上述绿光的聚焦位置相邻的位置。
第3双凸透镜板423的结构为，在一个面上具有多个双凸透镜421，另一个面为平面，在双凸透镜421上形成着色层422。并且，将双凸透镜421的形成面侧配置在第2双凸透镜板414一侧。
双凸透镜421，与上述双凸透镜412、415一样，排列成沿水平方向对入射光施加折射作用。双凸透镜421的间距，无需与双凸透镜412、415的间距相同，此外，也没有必要配置成与双凸透镜415一一对应。在本实施形态中，双凸透镜421的间距，与双凸透镜415的间距相比，设定得足够小。
着色层422，以含有混合或分散染料或颜料的着色剂着色。另一方面，形成双凸透镜421的基板，不进行这种直接着色或着色比着色层422浅。其结果是，着色层422的光线透射率，比基板的光线透射率的值低。
来自图象投影部407的光，由第3双凸透镜板423在水平方向上漫射。因此，可以将第3双凸透镜板423作为能加大视场角的漫射装置使用。
以上的三基色图象投影部407、菲涅耳透镜411、第1、第2双凸透镜板413、414、第3双凸透镜板423，设置在将第3双凸透镜板423作为外表面的一部分的图中未示出的壳体内。考虑外来光入射到最靠近观察者侧的第3双凸透镜板423的情况。到达着色层422的外来光中，以小的入射角入射到着色层422的光，穿过着色层422而在壳体内被吸收，因而不会再次返回到着色层422而被观察者观察到。而以大的入射角入射到着色层422的光，一面由着色层422与空气层的界面反复进行全反射，一面在着色层422内通过，然后向观察者侧射出。可是，由于大部分的光在着色层422内的光路上被吸收，所以返回观察者侧的光极少。按照以上的结构，总是可以不受环境影响地提供稳健的黑色。另一方面，由于从图象投影部407入射到第3双凸透镜板423的各色光的主光线相互间大致平行，所以从第3双凸透镜板423射出的各色光的出射角度分布相同。因此，可以为观察者提供能再现出没有彩色斑痕现象的彩色均匀的图象。
在以上的结构中，用作彩色斑痕消除装置的第1双凸透镜板413的各双凸透镜412，在相对配置的双凸透镜415上的不同位置形成照明装置404、405、406的各出射光瞳像。这时，应决定双凸透镜412与双凸透镜415的间隔(或第1、第2双凸透镜板413、414的厚度)和双凸透镜415的宽度，以便使3个彩色光的光源像(出射光瞳像)投射在各双凸透镜415的宽度(1个间距)内。假如减小双凸透镜412与双凸透镜415的间隔而不改变透镜的间距，则必须缩短各双凸透镜412的焦点距离。在这种情况下，虽然可以减小在双凸透镜415上形成的像，但因出射光的扩散角加大，所以将由第3双凸透镜板423的入射侧的面全反射或使出射角度比必要的视场角大得多，因而得不到所需亮度的显示图象。
另一方面，如加大双凸透镜412与双凸透镜415的间隔而不改变透镜的间距，则必须加长双凸透镜412的焦点距离。在这种情况下，由于在双凸透镜415上形成的像变大，所以有可能没有入射到对应的双凸透镜415上而却入射到相邻的透镜上(杂散光)，因而产生光损失。
因此，最好是掌握照明透镜404、405、406的出射光瞳像的大小和各自的间隔、从照明透镜404、405、406到双凸透镜板413的距离、双凸透镜412、415的间距和焦点距离、及第3双凸透镜板423的与入射角对应的光透过率特性，从而采取光利用效率最优的结构。
进一步，当可以在双凸透镜415上形成足够小的光源像时，也可以在不形成光源像的相邻的双凸透镜415之间的区域上形成作为光吸收层的黑条。由此，能够可靠地消除由杂散光引起的混色等使画质恶化的因素。
在上述的例中，彩色斑痕消除装置，由2个双凸透镜板413、414构成，但也可以如实施形态1、2那样采用在两面形成双凸透镜的1个双凸透镜板。
本实施形态中示出的第3双凸透镜板423，与实施形态1、2的光漫射装置相比，稍有一些易受外来光影响而使画质恶化的倾向。但是，第3双凸透镜板423，与实施形态1的珠粒型漫射板224相比，可以独立地设定水平方向和垂直方向的视场角。此外，与实施形态1、2的光漫射装置相比，其最大的优点是可以通过挤压成型等廉价的方式制造。因此，按照本实施形态3，特别是，即使图象显示装置没有充裕的亮度时，也能以相当低的价格实现高的画质。
在如上所述的实施形态1～3中，采用CRT进行图象显示，但本发明不一定限定于此，也可以用液晶等光阀进行图象显示。
另外，为了减小深度方向的尺寸，也可以在三基色图象投影部与透射型屏幕之间设置反射镜。
以上所说明的实施形态，始终都是为了弄清本发明的技术内容，而不能解释为本发明限定于这样的具体例，在本发明的精神和权利要求范围所述的范围内可以实施各种各样的变更，因而应对本发明做广义的解释。
权利要求
1.一种背面投影型图象显示装置，备有对应于红、绿、蓝各基色具有3组由根据输入信号进行图象显示的图象显示装置及对上述图象显示装置的图象进行放大投影的照明透镜构成的图象投影部并将其都配置在同一水平面内的三基色图象投影部、及将由上述三基色图象投影部投影的各色光的图象重叠后映出的透射型屏幕，该背面投影型图象显示装置的特征在于上述透射型屏幕，从上述三基色图象投影部一侧起按顺序备有准直装置，将来自上述各图象投影部的具有规定扩散角度的入射光变换为远心光后射出；彩色斑痕消除装置，在入射面上备有将来自上述准直装置的入射光会聚在水平面内的入射侧双凸透镜、在出射面上备有与上述入射侧双凸透镜一一对应的出射侧双凸透镜，用于使经过了上述准直装置的来自上述图象投影部的各色光的主光线以相互间大致平行的方式射出；及光漫射装置，将由透明材料构成的多个微小珠粒配置在由透明材料构成的基板片的入射面上，在上述基板片与上述微小珠粒之间形成透光部，并用不透明的粘结剂覆盖除上述透光部以外的上述基板片的入射侧表面。
2.一种背面投影型图象显示装置，备有对应于红、绿、蓝各基色具有3组由根据输入信号进行图象显示的图象显示装置及对上述图象显示装置的图象进行放大投影的照明透镜构成的图象投影部并将其都配置在同一水平面内的三基色图象投影部、及将由上述三基色图象投影部投影的各色光的图象重叠后映出的透射型屏幕，该背面投影型图象显示装置的特征在于上述透射型屏幕，从上述三基色图象投影部一侧起按顺序备有准直装置，将来自上述各图象投影部的具有规定扩散角度的入射光变换为远心光后射出；彩色斑痕消除装置，在入射面上备有将来自上述准直装置的入射光会聚在水平面内的入射侧双凸透镜、在出射面上备有与上述入射侧双凸透镜一一对应的出射侧双凸透镜，用于使经过了上述准直装置的来自上述图象投影部的各色光的主光线以相互间大致平行的方式射出；及光漫射装置，在入射面上备有将来自上述彩色斑痕消除装置的入射光会聚在水平面内的双凸透镜，在除上述入射光的会聚位置及其周围以外的区域上，备有由具有吸收光的特性的材料构成的黑条，进一步，还备有由包含光漫射材料的材料构成的光漫射层。
3.一种背面投影型图象显示装置，备有对应于红、绿、蓝各基色具有3组由根据输入信号进行图象显示的图象显示装置及对上述图象显示装置的图象进行放大投影的照明透镜构成的图象投影部并将其都配置在同一水平面内的三基色图象投影部、及将由上述三基色图象投影部投影的各色光的图象重叠后映出的透射型屏幕，该背面投影型图象显示装置的特征在于上述透射型屏幕，从上述三基色图象投影部一侧起按顺序备有准直装置，将来自上述各图象投影部的具有规定扩散角度的入射光变换为远心光后射出；彩色斑痕消除装置，在入射面上备有将来自上述准直装置的入射光会聚在水平面内的入射侧双凸透镜、在出射面上备有与上述入射侧双凸透镜一一对应的出射侧双凸透镜，用于使经过了上述准直装置的来自上述图象投影部的各色光的主光线以相互间大致平行的方式射出；及光漫射装置，备有在入射面上具有将来自上述彩色斑痕消除装置的入射光会聚在水平面内的双凸透镜的基板、及在上述双凸透镜的至少入射面附近形成的着色层，上述基板的材料，不着色或着色比上述着色层浅。
4.根据权利要求1～3的任何一项所述的背面投影型图象显示装置，其特征在于上述准直装置是菲涅耳透镜，其焦点距离与从上述准直装置到上述图象投影部的距离大致相等。
5.根据权利要求1～3的任何一项所述的背面投影型图象显示装置，其特征在于上述彩色斑痕消除装置的上述出射侧双凸透镜，大致配置在上述入射侧双凸透镜的成像位置。
6.根据权利要求1～3的任何一项所述的背面投影型图象显示装置，其特征在于上述彩色斑痕消除装置的上述出射侧双凸透镜的焦点距离，与到上述入射侧双凸透镜的距离大致相等。
7.根据权利要求1～3的任何一项所述的背面投影型图象显示装置，其特征在于上述彩色斑痕消除装置的上述出射侧双凸透镜，具有包含由对应的上述入射侧双凸透镜形成的上述三基色图象投影部的成像范围的水平方向宽度。
8.根据权利要求1～3的任何一项所述的背面投影型图象显示装置，其特征在于上述彩色斑痕消除装置的上述出射侧双凸透镜的水平方向宽度，小于上述入射侧双凸透镜的水平方向宽度，并在相邻的上述出射侧双凸透镜之间附加光吸收剂。
9.根据权利要求1～3的任何一项所述的背面投影型图象显示装置，其特征在于上述彩色斑痕消除装置，是分别在一个面上备有上述入射侧双凸透镜而在另一个面上备有上述出射侧双凸透镜的双凸透镜板。
全文摘要
使来自对红绿蓝各色的图象进行放大投影的图象投影部(207)的各色光以不同的入射角入射到透射型屏幕上而进行图象合成。所投影的各色光,首先由菲涅耳透镜(211)变换为远心光,并由在两面备有双凸透镜的彩色斑痕消除装置(219)将各色光的主光线变换为大致平行后,入射到光漫射装置(224)。光漫射装置(224),构成为用不透明的粘结剂将多个透明微小珠粒粘结在透明基板片的入射面上。图像光通过基板片与微小珠粒之间的透光部而被漫射。按照这种结构,可以提供不会使光利用效率降低、显示图象不易受外来光影响、视场角宽、彩色斑痕现象很少的背面投影型图象显示装置。
文档编号G03B21/62GK1335944SQ00802492
公开日2002年2月13日 申请日期2000年10月30日 优先权日1999年11月1日
发明者山岸成多, 宫井宏, 山口博史, 池田健一 申请人:松下电器产业株式会社