JP2008096792A - 投写型映像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】広角化が可能で、狭い空間でも簡単に設置可能で、歪みなく良好な大画面の映像表示が可能な投写型映像表示システムを提供する。
【解決手段】投写型映像表示システムは、光源と、映像表示素子と、光束を映像表示素子に照射する照明光学系と、映像表示素子からの映像光をスリーンに向かって投射する投射光学系とを含み、投射光学系は、映像表示素子からスクリーンに向かって、順に、光軸に対して対称に配置された複数のレンズ素子からなるレンズ群と、光軸に対して非軸対称な形状を有する反射ミラーとを有する投写型映像表示装置により構成され、ており、更に、当該投写型映像表示装置１００から投射される投射光を投影面に投射して映像を表示するスクリーン５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像表示素子の画像を拡大してスクリーンなどの投写面上に投写して画像表示を行う投写型映像表示システムに関し、特に、大画面の映像表示に適した投写型映像表示システムに関する。

映像表示素子の画像を、複数のレンズから構成される投写光学ユニットを介してスクリーン（投写面）上に拡大して投写するカラー映像表示システムは、既に、各種のものが知られ、かつ、実用化されている。なお、かかる表示システムでは、スクリーン上に充分な大きさの拡大映像を、歪みなく得ることが要求される。これを実現するため、例えば下記の特許文献１〜２に記載されているように、投影画面を投影系の光軸に対して垂直方向にシフトすると共に、やはり投影系の光軸に対して所定の角度傾けて配置された付加光学系とを用いて、映像をスクリーンに対して斜め方向に拡大投影する投影装置又は光学系が既に知られている。なお、ここで言う付加光学系（アフォーカルコンバータ）とは、投影像の大きさを変換する作用を有する光学系であり、スクリーンに対する斜め方向からの投写に伴う投影像の歪を補正・低減して長方形の投影像を得るためのものである。

また、上記のレンズ（透過系光学素子）に代えて複数の反射鏡（反射系光学素子）を用い、映像表示素子の画像をスクリーン（投写面）上に拡大して投写する反射型結像光学系は、例えば下記の特許文献３によって、既に、知られている。

特開平５−１３４２１３号公報 特開２０００−１６２５４４号公報 特開２００４−１５７５６０号公報

即ち、映像をスクリーンに対して斜め方向から投写すると、投写映像には、所謂、台形歪みが生じる。これを解消するために、上記特許文献１に記載の投写光学ユニットでは、スクリーン側に配置された付加光学系（アフォーカルコンバータ）を偏心させて台形歪み抑える構成としている。しかしながら、かかる偏心付加光学系を構成するレンズは、広角化が困難であり、そのため、必要な倍率の投影像を得るためには、投写装置からスクリーンまでの距離が大きくなってしまい、また、投影画面と投影系との間の距離も大きくなってしまい、そのため、装置全体が大きく（特に、光学ユニットの光軸方向の長さ）なってしまうという問題点がある。加えて、上述した偏心付加光学系を構成するレンズとしては、口径の大きな付加光学系が必要となるが、それに伴って、投写光学ユニットのコスト上昇の原因となってしまうことにもなる。

また、上記特許文献２に記載の投写光学ユニットにおいても、上記特許文献１と同様、広角化が困難であり、かつ、使用するレンズを個別に偏心させる必要があるため、その製造が難しく、加えて、やはり口径の大きな付加光学系が必要となり、投写光学ユニットのコスト上昇の原因となってしまう。

一方、上記特許文献３に記載の反射型結像光学系においては、従来の透過型の結像光学系（レンズ系）に代えて反射光学系（反射鏡）を利用することにより、結像光学系の大型化を抑え且つ広画角化を図るものである。しかしながら、反射鏡での光の偏心（偏向）量が大きなことから、特に、装置内において、その傾斜角度も含めて複数の反射鏡を正確な位置に配置することが難しく、また、振動によっても容易に反射鏡の傾斜角度等が変化してしまうことから、やはり、その製造が極めて難しいという問題点があった。

そこで、本発明者等によれば、同出願人により既に出願された特願２００６−１６６４３４によれば、上記従来技術における問題点に鑑み、装置の外形が大きくすることなく広角化を可能とすると共に、その製造も比較的容易な投写型映像表示装置と共に、そのための投写光学ユニット、即ち、口径の大きな付加光学系を必要とすることなく、かつ、台形歪みが生じず、投写形表示装置自体を、よりコンパクトな外形寸法とするのに好適な技術が提供されている。

そして、本発明では、上述した特願２００６−１６６４３４より既に提供された投写型映像表示装置を採用することにより、映像表示素子の画像を拡大してスクリーンなどの投写面上に投写して画像表示を行う投写型映像表示システムであって、歪みなく大画面の映像表示が可能な投写型映像表示システムを提供することを目的とする。

本発明によれば、上記の目的を達成するため、まず、投写型映像表示装置と、前記投写型映像表示装置から投射される投射光を投影面に投射して映像を表示するスクリーンとを備えた投写型映像表示システムであって、前記投写型映像表示装置は、光源と、映像表示素子と、前記光源からの光束を前記映像表示素子に照射する照明光学系と、前記映像表示素子からの映像光を前記スリーンに向かって投射する投射光学系とを含み、前記投射光学系は、前記映像表示素子から前記スクリーンに向かって、順に、光軸に対して対称に配置された複数のレンズ素子からなるレンズ群と、当該光軸に対して非軸対称な形状を有する反射ミラーとを有しており、前記投写型映像表示装置を、前記スクリーンの上下又は左右の端辺部から当該投影面に垂直方向に延長した面の１面に沿って、当該端辺部の一部に配置した投写型映像表示システムが提供される。

なお、本発明では、前記に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記投写型映像表示装置は、前記スクリーンと機械的に結合されて構成されていることが好ましく、更に、前記スクリーンは折り畳み可能な可搬スクリーンであることが、更には、その一部に可搬用のハンドル部分を設けることが好ましい。

また、本発明では、前記に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記投写型映像表示装置は、前記スクリーンの上端辺部の略中央部に配置されており、かつ、前記投写型映像表示装置からの投射光を反射して前記スクリーンの投影面に導くミラー部を備えている投写型映像表示システムが提供されている。又は、前記に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記投写型映像表示装置は、前記スクリーンの上端辺部の略中央部に配置されており、かつ、前記投写型映像表示システムを、少なくと２つ又はそれ以上、各投写型映像表示システムを構成するスクリーンの投影面が、隣接するスクリーンの投影面に対して１８０度以下の角度となるように配置し、更には、前記投写型映像表示装置は、前記隣接するスクリーンの投影面上に、互いに異なる映像を投射する投写型映像表示システムが提供されている。又は、前記投写型映像表示装置は、前記隣接するスクリーンの投影面上に投射する互いに異なる映像により、前記２つ又はそれ以上のスクリーンに１の画面を構成することも可能である。

また、本発明によれば、上記の目的を達成するため、投写型映像表示装置と、前記投写型映像表示装置から投射される投射光を投影面に投射して映像を表示するスクリーンとを備えた投写型映像表示システムであって、前記投写型映像表示装置は、光源と、映像表示素子と、前記光源からの光束を前記映像表示素子に照射する照明光学系と、前記映像表示素子からの映像光を前記リーンに向かって投射する投射光学系とを含み、前記投射光学系は、前記映像表示素子から前記スクリーンに向かって、順に、光軸に対して対称に配置された複数のレンズ素子からなるレンズ群と、当該光軸に対して非軸対称な形状を有する反射ミラーとを有しており、前記投写型映像表示装置を、前記スクリーンの上下又は左右の端辺部から当該投影面に垂直方向に延長した面の一対の面に沿って、当該端辺部から近接した位置で、かつ、当該端辺部の一部に配置した投写型映像表示システムが提供される。

なお、本発明では、前記に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記スクリーンの上下又は左右の端辺部に配置された一対の前記投写型映像表示装置は、同一の映像を、互いに重ね合わせて投射することが好ましく、又は、前記スクリーンの上下又は左右の端辺部に配置された一対の前記投写型映像表示装置は、同一の映像を、前記スクリーンの投影面上に、互いに重ね合わせて投射することが好ましい。更には、前記スクリーンの上下又は左右の端辺部に配置された一対の前記投写型映像表示装置は、互いに異なる映像を、前記スクリーンの投影面上に投射することが好ましく、前記スクリーンの上下の端辺部に配置された一対の前記投写型映像表示装置を、水平方向に複数配置することが好ましい。更には、前記に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記スクリーンの左右の端辺部に配置された一対の前記投写型映像表示装置を、垂直方向に複数配置したことが好ましい。

以上の本発明によれば、広角で投写面（スクリーン）までの距離を最小限にして、歪みや収差を抑えて映像を投射することによって、性能が良好で、かつ、便利で使い勝手にも優れた投写型映像表示システムを実現することを可能とするという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の投写型映像表示システムは、以下にその詳細を説明するが、基本的には、映像表示素子からの映像光を投射する投写型映像表示装置１００と、当該投写型映像表示装置から投射される投射光を投影面に投射して映像を表示するスクリーン５とを備えて構成されている。

まず、添付の図１０は、本発明の一実施の形態になる投写型映像表示システムを構成する投写型映像表示装置を示す斜視図である。即ち、この図において、投写型映像表示装置１００を構成する略箱型の筐体１１０の内部には、例えば、外部のパーソナルコンピュータから入力される画像又は映像を表示する画像表示素子１と、高輝度の白色光を発生するランプなどの光源８とを備えており、更に、その構造については以下に詳細に説明するが、当該光源８から照射されて画像表示素子１で変調された光を拡大して照射するための投写光学ユニットが搭載されている。そして、この投写型映像表示装置を室内で使用する場合、当該投写光学ユニットから出射した光は、図に矢印で示すように、その筐体１１０の一方向（図では、長手方向）に対向して位置するシート状のスクリーン等、所謂、上記投写型映像表示システムの他の一部を構成するスクリーン５上に投写されることとなる。

次に、添付の図１１の断面図を参照しながら、上記投写型映像表示装置を構成する投写光学ユニットの基本的な光学構成について説明する。なお、この図１１の断面は、上記図１０の右下方向（図の白抜きの矢印を参照）から見た断面を示しており、この図１１に示したＸＹＺ直交座標系（図中に矢印で示す）におけるＹＺ断面に相当する。

この図１１にも示すように、投写光学ユニットは、光源８からの光を入射して所望の映像を射出する画像表示素子１とプリズム１０、前方レンズ群２と後方レンズ群３とを含む２つのレンズ群から構成される透過（レンズ）光学系、そして、回転対称でない（即ち、非回転対称）の自由曲面形状の反射面を有する反射鏡（以下、自由曲面ミラーと言う）４を含む反射光学系とによって構成される。

ここでは、上記画像表示素子１として、例えば、液晶パネルに代表される透過型のものを採用した例を示しているが、本発明では、これに限らず、例えば、ＣＲＴのような自発光型のものでもよい。また、上記画像表示素子１として、例えば上述した液晶パネルなどの透過型のものを採用する場合には、液晶パネルを照射する光源８となるランプが必要となる。また、当該液晶パネルとして、所謂、３板式のように、Ｒ、Ｇ、Ｂの複数の画像を合成する方式でもよく、その場合には、映像合成用のプリズム等が必要となる。しかしながら、これら液晶パネルの詳細やこれを照射する光源８となるランプ等については、後に説明することとし、ここでは直接的に関係しないため、その図示は省略している。一方、ＣＲＴのような自発光型のものでは、上記光源８を必要としないことは明らかであろう。

以上のような構成になる投写光学ユニットでは、上記画像表示素子１からプリズム１０を介して射出した光は、まず、レンズ光学系を構成する前方レンズ群２に入射される。なお、後にもその詳細を説明するが、この前方レンズ群２は、回転対称な面形状を有する、正のパワー及び負のパワーを有する複数の屈折レンズを含んで構成されている。その後、この前方レンズ群２から射出した光は、少なくとも一方の面が回転対称でない（回転非対称の）自由曲面の形状を有する複数（本例では２枚）のレンズを含めた複数のレンズから構成される後方レンズ群３を通過する。そして、この後方レンズ群３から射出した光は、更に、回転対称でない自由曲面形状の反射面を有する反射鏡（以下、自由曲面ミラーと言う）４を含む反射光学系で拡大反射された後、所定のスクリーン５（例えば、部屋の壁面やシート状のスクリーン等）上に投写されることとなる。

なお、本実施の形態では、上記図１１からも明らかなように、従来技術（特に、上述の特許文献１や２）のように投影画面（表示素子）を投影系の光軸に対して垂直方向にシフトし、更には、投影系の光軸に対して所定の角度傾けて付加光学系を配置する光学系とは異なり、上記画像表示素子１は、その表示画面の中央がレンズ光学系のほぼ光軸上に位置するように配置されている（即ち、共軸光学系を形成している）。従って、上記画像表示素子１の表示画面の中央から出てレンズ光学系の入射瞳の中央を通ってスクリーン５上の画面中央に向かう光線１１は、ほぼ、レンズ光学系（上記前方レンズ群２と後方レンズ群３を含む）の光軸に沿って進む（以下、これを「画面中央光線」という）。その後、この画面中央光線１１は、上記反射光学系（自由曲面ミラーを含む）の自由曲面形状を有する反射面４上の点Ｐ２で反射された後、スクリーン５上の画面中央の点Ｐ５に、スクリーンの法線７に対して下方から斜めに入射する。この角度を以下、「斜め入射角度」と称し、θｓで表わすこととする。このことは、即ち、前記レンズ光学系の光軸に沿って通過した光線がスクリーンに対して斜めに入射していることで、実質的にレンズ光学系の光軸がスクリーンに対して斜めに設けられている（斜め入射系となる）ことを意味することとなる。

なお、上述したように、スクリーンに対して光線を斜めに入射すると、上記画像表示素子１から投写された長方形の形状が台形になる、所謂、台形歪を含め、その他にも、光軸に対して回転対称でないことによる種々の収差が生じることとなるが、しかしながら、本発明では、これらを前記レンズ光学系を構成する後方レンズ群３と、そして、前記反射光学系の反射面とで補正するものである。

特に、上記画像表示素子１から投写された光線を、前記反射光学系を構成する反射鏡４の反射面で拡大反射してスクリーン５上に斜めに入射することによれば、レンズにより得られる光の偏心量（偏向角）に比較し、より大きな偏心量（偏向角）が得られ、また、収差も生じ難くいことから、装置の大型化を抑え、且つ、広画角化を図ることが可能となる。即ち、上記前方レンズ群２と後方レンズ群３を含むレンズ光学系を、上述した従来技術（特に、上述の特許文献１や２）の付加光学系（アフォーカルコンバータ）を偏心させて台形歪み抑える構成に比較して、より口径の小さな光学系として構成することが可能となる。

また、上記反射光学系を構成する反射鏡４の反射面に入射する光を、上述したように、前記レンズ光学系により所定の大きさまで拡大して投射することから、従来の反射鏡だけで拡大投射系を構成する構造（例えば、上述した特許文献３）に比較しても、その製造が容易となる。即ち、レンズ光学系を反射光学系とは個別に製造し、その後、装置筐体内において、これら両者の位置を固定調整する構成とすることにより、特に、量産に適したものとなる。また、上記のように、台形歪等を補正するための後方レンズ群３を、前記前方レンズ群２の前方に配置する構成によれば、この後方レンズ群３と前方レンズ群２との間の間隔を小さくして配置することが可能となることから、当該投写光学ユニットを搭載する装置を全体的にコンパクトとすることができ、特に、スクリーンの下部での高さを小さく出来るという好適な効果が得られる。

このように、自由曲面形状を有する透過型のレンズ光学系と、自由曲面形状を有する反射光学系とを組み合わせることによれば、特に、フロント投写型の映像表示装置に適した場合、フロント投写型で強く要求される広画角化を、確実かつ比較的容易に実現し、かつ、装置全体を小さくしたコンパクトな投写型映像表示装置として実現することが可能となる。または、背面投写型の映像表示装置に適した場合にも、同様に、広画角化を、確実かつ比較的容易に実現し、かつ、装置全体を小さくしたコンパクトな投写型映像表示装置として実現することが可能となる。

次に、添付の図１２及び図１３には、上記投写型映像表示装置を構成する投写光学ユニットのレンズ光学系及び反射光学系を含む光学素子の詳細が示されている。即ち、図１２は上記投写光学ユニットの斜視図であり、図１３はその垂直方向断面（図１３（ａ））及びその水平方向断面（図１３（ｂ））をそれぞれ示している。

これらの図にも示されるように、レンズ光学系では、映像表示素子１からプリズム１０を介して出射される映像は、まず、回転対称形状を有する複数のレンズを含む前方レンズ群２に入射される。上述したように、前方レンズ群２は、回転対称の球面レンズと非球面レンズとを含んでいる。又は、添付の図１４や図１５に示すように、前方レンズ群２と後方レンズ群３の途中に折り曲げミラー３５を配置して光線を直角に折り曲げる構成としてもよい。

また、後方レンズ群３は、少なくとも２つの自由曲面レンズにより構成されている。これらの図にも示すように、反射鏡４の反射面Ｓ２３に最も近い自由曲面レンズ３１は、その光の射出方向に凹部を向けており、かつ、前記スクリーンの下端に入射する光線が通過する部分の曲率が、前記スクリーンの上端に入射する光線が通過する部分の曲率よりも大きく設定されている。即ち、自由曲面レンズとは、その光の射出方向に凹部を向けて湾曲されており、かつ、スクリーンの下端に入射する光線が通過する部分の曲率が、前記スクリーンの上端に入射する光線が通過する部分の曲率よりも大きい形状を有するものとする。

また、本実施形態では、次の条件を満たすように構成されている。即ち、上記の図１１に示す断面内において、上記画像表示素子１の画面下端から射出されて前方レンズ群２の入射瞳の中央を通り、スクリーン５の画面上端の点Ｐ６に入射する光線を光線１２とする。この光線１２が自由曲面ミラー４を通過する点Ｐ３からスクリーン上の点Ｐ６にまで至る光路長をＬ１とする。また、上記画像表示素子１の画面上端から射出されて前方レンズ群２の入射瞳の中央を通り、スクリーン５の画面下端の点Ｐ４に入射する光線を光線１３とする。この光線１３が自由曲面ミラー４を通過する点Ｐ１からスクリーン上の点Ｐ４にまで至る光路長をＬ２とする。そして、上述した投写光学ユニットでは、上記Ｌ１、Ｌ２が次の式を満足するように構成されている。

但し、ここで、Ｄｖは図１１の断面内でのスクリーン上の画面の大きさであり、言い換えると、スクリーン上の画面上端の点Ｐ６から画面下端の点Ｐ４までの距離である。また、θｓは上記斜め入射角度である。

一方、前記画像表示素子１は、その表示画面の中央を前記レンズ光学系の光軸上に位置するように配置されているが、或いは、添付の図１６にも示すように、当該表示画面の法線は前記レンズ光学系の光軸に対して僅かに傾けて配置することが望ましいであろう。

なお、上記の図１１を見ると、前述したように、点Ｐ３から点Ｐ６に到る光路長は、点Ｐ１から点Ｐ４に到る光路長よりも長くなっている。これは、レンズ光学系から見て、スクリーン上の像点Ｐ６が像点Ｐ４よりも遠くにあることを意味している。そこで、スクリーン上の像点Ｐ６に対応する物点（表示画面上の点）がよりレンズ光学系に近い点に、また、像点Ｐ４に対応する物点がよりレンズ光学系から遠い点にあれば、像面の傾きを補正できる。そのためには、上記図１６にも示すように、前記画像表示素子１の表示画面中央の法線ベクトルを、スクリーン５の法線と画面中央光線を含む平面内において、レンズ光学系の光軸に対して僅かに傾けるようにすることが好ましい。そして、その傾斜の方向は、スクリーン５が位置する方向と反対方向とすることが好ましい。

なお、光軸に対して傾いた像平面を得るのに物平面を傾ける方法は知られているが、実用的な大きさの画角では、物平面の傾きによる像面は、光軸に対して非対称な変形を生じ、回転対称な投写レンズでは補正が困難であった。本実施形態では、上記の後方レンズ群３において、回転非対称の自由曲面レンズ３１を、更には、やはり自由曲面レンズ３２を用いているため、非対称な像面の変形に対応することができる。このため、物平面を傾けること、すなわち映像表示素子の表示面を傾けることで、低次の像面の歪を大きく低減できることから、自由曲面による収差補正を補助する上で効果的である。

次に、上記した各光学要素の作用については、前記レンズ光学系ではその前方レンズ群２（レンズ２１〜２５）が、前記画像表示素子１の表示画面をスクリーン５上に投写するための主レンズを構成しており、回転対称な光学系における基本的な収差を補正する。また、前記レンズ光学系の後方レンズ群３（レンズ３１〜３４）は回転対称でない（回転非対称）自由曲面形状を有するレンズで構成されている。更に、前記反射光学系４は、回転対称でない自由曲面形状を有する反射面で構成されるため、主として、斜め入射によって生じる収差の補正を行う。このように、前記反射光学系をなすミラー４が主として台形歪を補正し、他方、レンズ光学系の後方レンズ系群３が主として像面の歪みなどの非対称な収差の補正を行う構成となっている。

以上のように、本発明の実施形態では、前記反射光学系は回転対称でない自由曲面形状を有する１枚の反射面（ミラー）４で構成され、前記レンズ光学系の後方レンズ群３は、両面共に回転非対称な自由曲面形状を有する２枚の透過型レンズを（反射ミラー４側のレンズ３１及び３２）含んで構成されている。なお、ここで、自由曲面ミラー４は、その反射方向に凸部を向けるように湾曲されている。そして、自由曲面ミラー４のスクリーンの下端に入射する光線を反射する部分の曲率は、前記スクリーンの上端に入射する光線を反射する部分の曲率よりも大きく設定されている。また、スクリーンの下端に入射する光線を反射する部分がその反射方向に対し凸形状を為し、他方、前記スクリーンの上端に入射する光線を反射する部分がその反射方向に凹形状を為すようにしてもよい。

反射光学系の反射面（ミラー）４における座標原点と、前方レンズ群２のうち最も反射面（ミラー）４に近いレンズ面との間の光軸方向での距離は、前方レンズ群２の焦点距離の５倍、又は、それ以上に設定することが望ましい。これによれば、反射光学系の自由曲面形状を有する反射面により、台形歪収差をより効果的に補正し、もって、良好な性能を得ることができる。

以下、本発明の具体的な数値実施例について説明する。

まず、添付の図１７及び図１８、更には、以下の表１〜表４を用いて、上記に説明した本実施例になる投写光学ユニットの詳細を、特に、そのレンズ光学系及び反射光学系を含む光学素子の具体的な数値を示しながら説明する。なお、これらの図は、第１の数値例に基づく本発明に係る光学系の光線図を示している。即ち、図１７は、前述した図２のＸＹＺ直交座標系におけるＹＺ断面、即ち、光学系をＺ軸方向に展開して示している。また、図１８はＸＺ断面での構成を示している。なお、図１８では、その詳細構造を添付の図１４及び図１５に示すように、レンズ光学系を構成するレンズ光学系の前方レンズ群２と後方レンズ群３との途中に折り曲げミラー３５を設置し、もって、光路をＸ軸方向に一度折り曲げている例を示している。

本例において、図１７の下側に表示した映像表示素子１から射出した光は、複数のレンズを含むレンズ光学系のうち、まず回転対称形状の面のみを有するレンズのみで構成される前方レンズ群２を通過する。そして、回転非対称の自由曲面レンズを含む後方レンズ群３を通り、反射光学系である自由曲面ミラー４の反射面で反射される。その反射光は、その後スクリーン５に入射される。

ここで、レンズ光学系の前方レンズ群２は、全て、回転対称な形状の屈折面を持つ複数のレンズにより構成されており、これらレンズの屈折面のうち４つは回転対称な非球面であり、他は球面である。なお、ここに用いられた回転対称な非球面は、各面毎のローカルな円筒座標系を用いて、次の式で表される。

ここで、「ｒ」は光軸からの距離であり、「Ｚ」はサグ量を表している。また、「ｃ」は頂点での曲率、「ｋ」は円錐定数、「Ａ」から「Ｊ」は上記「ｒ」のべき乗の項の係数である。

一方、前記レンズ光学系の後方レンズ群３を構成する自由曲面は、各面の面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を用い、Ｘ、Ｙの多項式を含む次の式で表わされる。

ここで、「Ｚ」はＸ、Ｙ軸に垂直な方向で自由曲面の形状のサグ量を表わしており、「ｃ」は頂点での曲率、「ｒ」はＸ、Ｙ軸の平面内での原点からの距離、「ｋ」は円錐定数、「Ｃ（ｍ、ｎ）」は多項式の係数である。

次に、以下の表１は、本実施例に係る光学系の数値データを示している。この表１において、Ｓ０〜Ｓ２３は、上記図１３示された符号Ｓ０〜Ｓ２３にそれぞれ対応している。ここで、符号Ｓ０は映像表示素子１１の表示面、すなわち物面を示しており、Ｓ２３は自由曲面ミラー５の反射面を示している。また、符号Ｓ２４は、これらの図では示されていないが、上記図１１のスクリーン５の入射面、すなわち、像面を示している。

また、上記表１において、「Ｒｄ」は各面の曲率半径であり、上記図１３において面の左側に曲率の中心がある場合は正の値で、逆の場合は負の値で表わしている。また、上記表１において、「ＴＨ」は面間距離であり、そのレンズ面の頂点から次のレンズ面の頂点までの距離を示す。そのレンズ面に対して、次のレンズ面が図の中で左側にある時には面間距離は正の値、右側にある場合は負の値で表している。

更に、上記表１において、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ１７、Ｓ１８は回転対称な非球面であり、この表１では面の番号の横に「＊」を付けて分かり易く表示しており、これら４つ面の非球面の係数を以下の表２に示している。

また、上記表１においてＳ１９からＳ２２は前記レンズ光学系の後方レンズ群を構成する自由曲面形状を有する屈折面であり、Ｓ２３は反射光学系の自由曲面Ｓ２３形状を有する反射面であって、面の番号の横に＃を付けて表示した。これら５つの自由曲面の形状を表す係数の値を以下の表３に示す。

また、本発明では、上記の図１６に示すように、画像表示素子１の表示画面である物面を、前記レンズ光学系の光軸に対して−１．１６３度傾けている。なお、傾斜の方向は、この図１６の断面内で物面の法線が時計回りに回転する方向を正の値で表わすことにする。従って、本実施例では物面を図１６の断面内で、前記レンズ光学系の光軸に垂直な位置から反時計回り方向に１．１６３度傾けていることになる。

また、上記の図１３又は図１６中の符号Ｓ２３で示す自由曲面ミラー４は、そのローカル座標の原点を前記レンズ光学系の光軸上に置き、ローカル座標の原点での法線、すなわち、Ｚ軸を、前記レンズ光学系の光軸と平行な位置から約＋２９度だけ傾斜して配置している。なお、この傾きの方向は、前記物面と同様に、上記図１３又は図１６の断面内で反時計回りに回転する方向を正とし、従って、反時計回りに傾けていることになる。これによって、画像表示素子１の画面中央から出て、ほぼ、前記レンズ光学系の光軸に沿って進んできた画面中央光線は、Ｓ２３で反射後、前記レンズ光学系の光軸に対して前記傾き角度の２倍の５８度だけ傾いた方向に進む（図の矢印を参照）。

更に、本実施例における、各面のローカル座標系の傾き又は偏心の様子を以下の表４に示す。この表４において、面番号の右側に傾き角度、偏心の値を示しており、「ＡＤＥ」は図１３の断面と平行な面内での傾きの大きさであり、その表示規則は上に示した通りである。また、「ＹＤＥ」は偏心の大きさであり、偏心は上記図１３の断面と平行な面内でかつ光軸に垂直な方向で設定され、上記図１３の断面において下側への偏心を正とする。なお、以降に説明する実施例においても、光学要素の傾きや偏心は、表示した断面に平行な断面内での方向で設定される。

なお、上記の表１、表３を見ると、本実施例では、曲率「ｃ」とコーニック係数「ｋ」が零（０）となっていることがわかる。即ち、斜め入射による台形歪は、斜め入射の方向に極端に大きく発生し、これと垂直な方向での歪量は小さい。従って、斜め入射の方向とこれに垂直な方向とでは、大幅に異なる機能が必要であり、回転対称で全方向に機能する上記曲率「ｃ」やコーニック係数「ｋ」を利用しないことにより、非対称な収差を良好に補正することが可能となる。

また、上記表４において、面Ｓ２３の「ＡＤＥ」は、上記図１１に示すθｍと同じであり、スクリーン５の面上での「ＡＤＥ」は、上記図１１に示すように、θｓである。これらの両者の値から、前記条件を満足しており、従って、スクリーンの下部の高さをより小さくして、コンパクトな光学系を実現している。

また、上記の式１に示す光路長の差｜Ｌ１−Ｌ２｜の値は、スクリーンの画面の高さの０．４２倍であり、θｓが３０度であることから、上記数１の条件を満足している。上記表１〜表４の数値は、物面（例えば、比率１６：９の液晶パネル）上の範囲（１２．１６×６．８４ｍｍ）の映像を像面（６０”＋over-scan：１４５２．８×８１７．２ｍｍ）上に拡大して投写する場合の一例である。即ち、比較的近い距離（Ｌｐ）でも、物面を十分大きな画面に拡大して投射することが出来ること、即ち、投射拡大率に優れていることが分る。

次に、表５〜表８を用いて第２の実施例について説明する。ここでも、レンズ光学系の前方レンズ群２は、全て、回転対称な形状の屈折面で構成されており、これらレンズの屈折面のうち４つは回転対称な非球面であり、他は球面である。ここに用いられた軸対称な非球面は、各面ごとのローカルな円筒座標系を用いて、前記に示した式、［数２］で表される。また、前記レンズ光学系の後方レンズ群３を構成するレンズの自由曲面は、各面の面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を用い、Ｘ、Ｙの多項式を含む、前記に示した式、［数３］で表される。

以下の表５は、本数値実施例のレンズデータを示しており、面番号は物面をＳ０、順にＳ１からＳ２３まである。この表５において、「Ｒｄ」は各面の曲率半径であり、また、「ＴＨ」は面間距離であり、そのレンズ面の頂点から次のレンズ面の頂点までの距離を示す。

この表５において面Ｓ５、Ｓ６、Ｓ１７、Ｓ１８は回転対称な非球面であり、表１では面の番号の横に「＊」を付けて分かり易く表示しており、これら４つ面の非球面の係数を以下の表６に示している。

また、上記表５において、面Ｓ１９からＳ２２は前記レンズ光学系の後群を構成する自由曲面形状を有する屈折面であり、Ｓ２３は前記反射光学系の自由曲面形状を有する反射面であって、面の番号の横に「＃」を付けて表示した。これら５つの自由曲面の形状を表す係数の値を以下の表７に示す。

更に、以下の表８には、この第２の実施例における各面の傾きと偏心の大きさとを示している。この表８における「ＡＤＥ」、「ＹＤＥ」の値の表示の規則は前述した通りである。また、本実施例における各面の傾きは、先の実施例１とほぼ同じ量である。

なお、上記表８において、Ｓ２３のＡＤＥ（＝θｍ）と、スクリーン面５のＡＤＥ（＝θｓ）から、前記条件を満足してスクリーンの下部の高さが小さいコンパクトな光学系を実現している。

また、式１に示す光路長の差｜Ｌ１−Ｌ２｜の値は、スクリーンの画面の高さの０．４３倍であり、θｓが３０度であることから、上記［数１］の条件を満足していることがわかる。

一方、この第２の実施例では、上記表８に示すように、Ｓ１５を−０．１９３ｍｍだけ偏心させ、Ｓ１７面を逆に０．１９３ｍｍだけ偏心させている。ある面を偏心させた場合、以後の面ではその偏心量だけ光軸が移動する。従って、このＳ１５とＳ１７の偏心は、Ｓ１５とＳ１６で構成される１枚のレンズを光軸から−０．１９３ｍｍ偏心させることを意味している。なお、この偏心量は微量であり、レンズのサイズを大きくするような悪影響は生じないが、この偏心によって、非対称な色収差の微調整を実現している。

また、上記の表５及び表７を見ると、この実施例では、曲率「ｃ」とコーニック係数「ｋ」が零（０）となっていることがわかる。斜め入射による台形歪は、斜め入射の方向に極端に大きく発生し、これと垂直な方向に歪量は小さい。従って、斜め入射の方向とこれに垂直な方向とでは、大幅に異なる機能が必要であり、回転対称で全方向に機能する上記曲率「ｃ」やコーニック係数「ｋ」を利用しないことにより、図形歪を良好に補正することが可能となる。

以上に述べた数値による第２の実施例の有効範囲は、物面（比率１６：９）上の範囲を像面（７０”＋over-scan：１６９４．９×９５３．４ｍｍ）上に拡大して投写している。すなわち、比較的近い距離（Ｌｐ）でも、物面を十分大きな画面に拡大して投射することが出来ることが、即ち、投射拡大率に優れていることが分る。

次に、本発明になる第３の実施例について説明する。ここでも、レンズ光学系の前方レンズ２群は、全て、回転対称な形状の屈折面で構成されており、これら屈折面の内の４つは回転対称な非球面であり、他は球面である。ここに用いられた軸対称な非球面も、各面ごとのローカルな円筒座標系を用いて、前記に示した式［数２］で表される。また、前記レンズ光学系の後方レンズ群３を構成する自由曲面は、各面の面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を用い、Ｘ、Ｙの多項式を含む、前記に示した［数３］で表わされる。

以下の表９は、第３の実施例におけるレンズデータを示しており、面番号は物面をＳ０、順にＳ１からＳ２３まである。この表９において「Ｒｄ」は各面の曲率半径である。また、「ＴＨ」は面間距離を示しており、そのレンズ面の頂点から次のレンズ面の頂点までの距離を示す。

この表９においても、面Ｓ５、Ｓ６、Ｓ１７、Ｓ１８は回転対称な非球面であり、面の番号の横に「＊」を付けて分かり易く表示しており、また、これら４つ面の非球面の係数を以下の表１０に示している。

また、上記の表９において、面Ｓ１９からＳ２２は前記レンズ光学系の後方レンズ群を構成する自由曲面形状を有する屈折面であり、Ｓ２３は前記反射光学系の自由曲面形状を有する反射面であって、面の番号の横に「＃」を付けて表示した。なお、これら５つの自由曲面の形状を表す係数の値を以下の表１１に示す。

更に、以下の表１２には、第３の実施例における各面の傾きと偏心の大きさを示している。なお、この表１２における「ＡＤＥ」、「ＹＤＥ」の値の表示の規則は前述した通りである。

なお、この表１２からは、前述した条件は満足していないことが分る。しかしながら、この第３の実施例では、その分奥行きが小さく、奥行きを優先した構成となっている。

また、上記表１２に示すように、先の実施例２と同様に、面Ｓ１５とＳ１６で構成される１枚のレンズを、光軸から−０．３０４ｍｍ偏心させている。この偏心量は微量であり、レンズのサイズを大きくするような悪影響は生じないが、この偏心によって、非対称な色収差の微調整を実現している。

さらに、上記［数１］に示す光路長の差｜Ｌ１−Ｌ２｜の値は、スクリーンの画面高さの０．６２倍であり、θｓが４５度であることから、上述の条件を満足している。

また、上記の表９及び表１１からは、この第３の実施例では、曲率「ｃ」とコーニック係数「ｋ」が零（０）となっていることがわかる。斜め入射による台形歪は、斜め入射の方向に極端に大きく発生し、これと垂直な方向に歪量は小さい。従って、斜め入射の方向とこれに垂直な方向とでは、大幅に異なる機能が必要であり、回転対称で全方向に機能する上記曲率「ｃ」やコーニック係数「ｋ」を利用しないことにより、図形歪を良好に補正することが可能である。

また、上記第３の実施例の有効範囲は、物面（比率１６：９）上の範囲を像面（５０”＋over-scan：１２１０．７×６８１．０）上に拡大して投写している。この例でも、比較的近い距離（Ｌｐ）でも、物面を十分大きな画面に拡大して投射することが出来ることが、即ち、投射拡大率に優れていることが分る。

表１３〜表１６を用いて、本発明による第４の実施例について説明する。ここでも、画像表示素子１から射出した光は、回転対称な面形状を有する透過型レンズで構成されるレンズ光学系の前方レンズ群２、自由曲面形状を有する透過型レンズで構成されるレンズ光学系の後方レンズ群３の順で通過後、反射光学系の自由曲面形状を有する反射面４で反射され、スクリーン５に入射する。

即ち、ここでも、レンズ光学系の前方レンズ群２は、全て、回転対称な形状の屈折面で構成されており、各屈折面の内の４つは回転対称な非球面であり、他は球面である。また、ここに用いられた軸対称な非球面は、各面ごとのローカルな円筒座標系を用いて、前述した式［数１］で表される。また、前記レンズ光学系の後方レンズ群３を構成する自由曲面は、やはり、各面の面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を用い、Ｘ、Ｙの多項式を含む前述した［数２］で表わされる。

以下の表１３は、第４の実施例のレンズデータを示しており、面番号は物面をＳ０、順にＳ１からＳ２４までありＳ２５は像面である。表１３において「Ｒｄ」は各面の曲率半径であり、上記図１３又は図１６の中で面の左側に曲率の中心がある場合は正の値で、逆の場合は負の値で表わしている。

この表１３において、「ＴＨ」は面間距離であり、そのレンズ面の頂点から次のレンズ面の頂点までの距離を示す。また、そのレンズ面に対して、次のレンズ面が左側にある時には、面間距離は正の値で、右側にある場合は負の値で表している。

この表１３においてＳ５、Ｓ６、Ｓ１７、Ｓ１８は回転対称な非球面であり、表１３では面の番号の横に「＊」を付けて分かり易く表示しており、これら４つ面の非球面の係数を、以下の表１４に示している。

また、この表１３において、Ｓ１９からＳ２２は前記レンズ光学系の後方レンズ群３を構成する自由曲面形状を有する屈折面であり、Ｓ２３は前記反射光学系の自由曲面形状を有する反射面であって、面の番号の横に「＃」を付けて表示した。これら５つの自由曲面の形状を表す係数の値を、以下の表１５に示す。

更に、以下の表１６には、本実施例における各面の傾きと偏心の大きさを示している。この表１６における「ＡＤＥ」、「ＹＤＥ」の値の表示の規則は、前述した通りであり、本実施例における各面の傾きも、先の実施例１とほぼ同じ量である。

即ち、この表１６を見ると、前述した条件は満足していないことが分る。しかしながら、その分奥行きが小さく、奥行きを優先した実施例となっている。

一方、この第４の実施例では、上記の表１６に示すように、Ｓ１５面を−０．２３ｍｍ偏心させ、Ｓ１７面を逆に０．２３ｍｍ偏心させている。ある面を偏心させた場合、以後の面ではその偏心量だけ光軸が移動する。従って、このＳ１５とＳ１７の偏心は、Ｓ１５とＳ１６で構成される１枚のレンズを光軸から−０．１９３ｍｍ偏心させることを意味している。この偏心量は微量であり、レンズのサイズを大きくするような悪影響は生じないが、この偏心によって、非対称な色収差の微調整を実現している。

さらに、光路長の差｜Ｌ１−Ｌ２｜の値は、スクリーン画面の高さの０．６４倍であり、θｓが４５度であることから、上記［数１］の条件を満足している。

また表１３及び表１５を見ると、この第４の実施例では、曲率「ｃ」とコーニック係数「ｋ」が零（０）となっていることがわかる。斜め入射による台形歪は、斜め入射の方向に極端に大きく発生し、これと垂直な方向に歪量は小さい。従って、斜め入射の方向とこれに垂直な方向とでは、大幅に異なる機能が必要であり、回転対称で全方向に機能する上記曲率「ｃ」やコーニック係数「ｋ」を利用しないことにより、図形歪を良好に補正することができる。

なお、本実施例の有効範囲は、物面（比率：１６：９）上の範囲を像面（６０”＋over-scan：１４５２．８×８１７．２ｍｍ）上に拡大して投写している。即ち、比較的近い距離（Ｌｐ）でも、物面を十分大きな画面に拡大して投射することが出来ること、即ち、投射拡大率に優れていることが分る。

次に、添付の図１９には、上記投写型映像表示装置の他の構成が示されている。即ち、図からも明らかなように、この他の構成になる投写型映像表示装置１００’では、上記図１０又は図１４に示した投写型映像表示装置の投写光学ユニットの構成に加え、その自由曲面の反射鏡４とスクリーン５との間の光路に、更に、平面の反射鏡２１を配置して投写光学ユニットを構成している。なお、この図の例では、この平面の反射鏡２１は、上記自由曲面の反射鏡４に対応して装置筐体１１０の上面に形成された開口部を覆うための蓋をも兼ね、その上方で開閉自在に設けられている。

かかる投写光学ユニットの構成では、添付の図２０にも示すように、画像表示素子１からプリズム１０を介して射出した光は、まず、レンズ光学系を構成する前方レンズ群２に入射される。その後、この前方レンズ群２から射出した光は、やはり少なくとも一方の面が回転対称でない（回転非対称の）自由曲面の形状を有する複数（本例では２枚）のレンズを含めた複数のレンズから構成される後方レンズ群３を通過する。そして、この後方レンズ群３から射出した光は、回転対称でない自由曲面形状の反射面を有する反射鏡（以下、自由曲面ミラーと言う）４を含む反射光学系で拡大反射された後、更に、上記平面の反射鏡２１により反射されて所定のスクリーン５（例えば、部屋の壁面やシート状のスクリーン等）上に投写されることとなる。即ち、この図からも明らかなように、上述した実施例（例えば、図１１や図１３）とは反対の方向に投写する。このことからも、この他の実施形態になる投写型映像表示装置１００’の投写光学ユニットの構成では、自由曲面ミラー４からスクリーン５までの光路を上記平面反射鏡２１により折り返すことから、スクリーン５までの距離をより小さくすることが可能となり、広角化を可能とするのに好適である。

また、この投写光学ユニットの構成では、図２０において破線で示すように、上記平面反射鏡２７は、その傾斜角度を微小な角度で調整可能となるように構成されている。即ち、これによれば、やはり図中に破線及び矢印で示すように、この平面反射鏡２７の傾斜角度を変えることにより、スクリーン５上での投写画像の位置を上下に変更することが可能となり、特に、投写型映像表示装置においては、好適な機能を提供することが可能となる。なお、この平面反射鏡２７は、当該投写型映像表示装置の使用状況に応じてユーザがその傾斜角度を調整することが出来、或いは、ここでは図示しないが、例えば、電動モータなどを含む駆動機構によって筐体１１０上面の開口部を覆おう位置から移動し（立ち上がり）、そして、ユーザによって設定された角度に傾斜して配置されるように構成することも可能であろう。

なお、以上に述べた本発明の実施例になる投写型映像表示装置では、画像表示素子１からの映像（画像）は、上記の投写光学ユニットから出射して自由曲面ミラー４で反射され、又は、更に平面反射鏡２７により反射されてスクリーン５上に投写される。そのため、当該装置１００、１００’の位置を、映像（画像）を投写するスクリーン５に対して正確に位置決めする必要がある。即ち、上記図１４に示した画面中央の光線が上記スクリーン５の面に対して垂直になるよう、その配置を調整することが、特に、その全体において歪みや収差を最小限に抑え、良好な投写画面を得るために重要である。

以上に述べたように、上述した従来技術のように使用するレンズを偏心させる必要がないことから、口径の大きな付加光学系を必要とすることなく、しかも広角角化を可能とすると共に、スクリーンまでの位置が変更しても歪みを最小限に抑えることが可能であり、かつ、その製造も比較的容易な投写型映像表示装置が提供される。そして、本発明によれば、かかる投写型映像表示装置からの映像（画像）をスクリーン５上に投写することにより、当該スクリーン上に、その全体において歪みや収差を最小限に抑えた良好な投写画面を大画面で得ることが出来、もって、優れた実現することが可能となる。

そこで、本発明では、上述した投写型映像表示装置１００又は１００’（以下、まとめて投写型映像表示装置１００と言う）を利用することにより、映像表示素子の画像を拡大してスクリーン５などの投写面上に投写して画像表示を行う投写型映像表示システムであって、歪みなく大画面の映像表示が可能な投写型映像表示システムを提供するものであり、以下には、上記の投写型映像表示装置と共に、そして、当該システムの他の一部を構成するスクリーン５とから構成される投写型映像表示システムについて、添付の図１〜９を参照しながら、詳細に説明する。

まず、添付の図１には、上記投写型映像表示装置１００を可搬スクリーン５と一体に構成した、所謂、プロジェクタ型の投写型映像表示システムが示されている。即ち、図１（ａ）にも示すように、投写型映像表示装置１００の一部、具体的には、その一側面には、その内部にシート状の投射スクリーン５が折り畳み可能に（即ち、巻き取って）収納された円筒状のケース５０が、一体化して固定されている。なお、これらの図において、上記投写型映像表示装置１００の一部には、特に、投射スクリーン５が一体に形成された場合、その可搬を容易にするための可搬用のハンドルが設けられており、符号５１により示されている。

そして、この投写型映像表示システムを使用する場合には、図１（ｂ）にも示すように、上記一体化した投写型映像表示装置１００とスクリーン５（具体的には、ケース５０）とを平面上の所定の位置に固定し、その後、スクリーン５をケース５０から（図の上方に）取り出し、投写型映像表示装置１００からの投写画像をスクリーン５上の投影面上に投射することにより、その全体において歪みや収差を最小限に抑え、良好な投写画面を得ることが出来る。なお、上記投写型映像表示装置１００とスクリーン５（具体的には、ケース５０）とは、必ずしも一体化する必要はなく、連結機構により着脱可能に構成することも可能であり、その場合、搬送が便利になる。また、投写型映像表示装置１００は、上記スクリーン５（具体的には、ケース５０）の幅方向の略中央部に配置することが好ましく、そして、当該スクリーン５を広げた場合、その投影面に垂直な方向に延長した面に沿って取り付けられることが好ましい。

なお、上述した投写型映像表示装置１００によれば、例えば、テレビ放送されている映画の画面を入力し、そして、添付の図２にも示すように、例えば、ユーザの室内（例えば、リビング）の壁に沿って配置されたテーブル又はＡＶラック上に配置してそのスクリーン５上に画像を投影することによれば、簡単にホームシアターを実現することが可能となる。なお、本例では、スクリーン５上に投写画像を投影するものとして説明したが、しかしながら、当該壁面を利用して投写画像を投影することも可能であろう。本例では、例えば、幅が４５ｃｍ程度のＡＶラック上に投写型映像表示システムを配置することにより、６０インチ以上の大画面が簡単に得られる。このように、超短焦点でも（即ち、スクリーン５の略真下から投射しても）、良好な投写画面を得ることが出来ることから、狭い部屋でも、空間を効率的に活用して、迫力ある大画面を楽しむことが出来。

または、添付の図３にも示すように、上記投写型映像表示システムを天井に配置することも可能である（天井吊り下げ配置）。即ち、上記図１０にも示した投写型映像表示装置１００を、上下逆にして天井に取り付ける。そして、スクリーン５を、当該装置と一体に取り付けたケース５０から取り出して（なお、この場合、下方に取り出し）固定することにより、例えば、飛行機（旅客機）、観光バス、長距離バス内などの狭い空間内でも、スクリーン５上に大きな画面を投影することが可能となる。

更に、上記投写型映像表示装置１００を可搬スクリーン５と一体に構成したプロジェクタ型の投写型映像表示システムとして、例えば、添付の図４にも示すように、所謂、ホワイトボード２００と一体化して、当該ホワイトボードの表面２０１に大画面を投影する投写型映像表示システムを構成することも可能である。なお、この場合、投写型映像表示装置１００を、当該ホワイトボード２００の枠体２０２の一部、特に、その上辺部２０３の略中央部に配置することが好ましい。また、その取り付け構造としては、添付の図５（ａ）にも示すように、上記図１０にも示した投写型映像表示装置１００をそのまま、投影面（ホワイトボードの表面２０１）に垂直な方向に取り付け、そして、当該装置からの投写画像を下方に投影するためのミラー２１０を取り付けてもよく、又は、図５（ｂ）にも示すように、上記投写型映像表示装置１００を上下逆にして取り付けてもよい（なお、その場合には、ミラー２１０は不要となる）。なお、投写型映像表示システムをホワイトボード２００と一体化する場合、通常、その表面２０１側に利用者が立って説明や書き込みをする形態が多いことから、上述したように、特に、投写型映像表示装置１００は、枠体２０２の上辺部２０３に配置することが好ましい。

加えて、上記本発明になる投写型映像表示システムを、その大画面を利用して、店舗の一部に配置して、大画面で、例えば、催し物の案内や広告するための形態が、添付の図６〜８に示されている。即ち、本発明になる投写型映像表示システムによれば、上述したように、超短焦点でも（即ち、スクリーン５の略真下から投射しても）良好な投写画面を得ることが出来ることから、告知板３１０を立てる台座３２０の内部に投写型映像表示装置１００を組み込むことが可能であり、もって、店舗の入口やショップの店頭などにおいて、天吊りなどの設備を必要とせずに、簡単に、省スペースでかつ大画面で、催し物の案内や広告を告知することが可能となる。特に、本発明になる投写型映像表示システムでは、その入力により、静止画だけでなく動画をも大画面で表示することが可能であることから、店舗の入口での、季節の催し物のディスプレイ、又は、ブティック店頭でのファッションショーのコマーシャル映像の表示に好適であろう。

なお、上述した投写型映像表示システムの構成は、スタンドアローンで機能するものであり、そのため、その表示内容（コンテンツ）を交替するだけで、様々なシーンで様々な告知を行うことが出来ることは明らかであろう。または、上記構成の投写型映像表示システムを、例えば、添付の図７に示すように、複数台、横方向に組み立ててマルチ画面表示することも可能となる。なお、その場合、従来のポスターでは難しかった動画による表現も可能となり、より効果的な広告効果が期待できる。また、投写型映像表示装置１００は、台座３２０の内部に組み込まず、スクリーンの上部に配置することも可能である。

また、上述した投写型映像表示システムは、添付の図８にも示すように、例えば、その奥行きが制限されるショーウィンドウにおいても、その大画面の映像をスクリーン又は壁面に投影することにより、より効果的な宣伝効果を得ることが可能となる。即ち、従来、ショーウィンドウにおける通常のディスプレイは、マネキン４１０を含む飾り付け４２０と共に、静止画（グラフィック）によるのであったが、上記の投写型映像表示システムによれば、更に、映像の表示という選択肢が増えることとなり、その演出の幅が広がることとなる。なお、この例では、上述した投写型映像表示装置１００を複数台（本例では、２台）を配置しており、一台を天吊りにしてより目立たない設置を可能にすると共に、他の一台を、簡易的に使用できるよう、床置きにした例を示している。

なお、本発明の投写型映像表示システムでは、ここでは図示しないが、これらの投写型映像表示装置１００は、スクリーン５の上下だけに限らず、左右に配置することも可能である。そして、スクリーン５の上下又は左右に配置した複数の投写型映像表示装置１００からは、同一の映像を投射してもよく、又は、それぞれ異なる映像を投射し、もってスクリーン上で合成することも可能である。このように、特に、複数の投写型映像表示装置１００を使用する場合には、スクリーン５上に得られる映像の光量が増大することから、より明るい映像が得られることとなる。更には、図に「ｌ_０」と「ｌ_１」で示すように、スクリーン５からの距離を異なる値に設定する（ｌ_０≠ｌ_１）ことにより、それぞれの映像の大きさを変え、それらを合成して表示するこが可能となり、これによっても、表示の演出の幅が広がることとなる。

添付の図９には、上記本発明の投写型映像表示システムを、例えば、飛行機やレーシングカーの操縦などを擬似的に体験する、ゲームセンターやシミュレーション設備において、利用した例が示されている。

図１０（ａ）に示すように、本例では、複数（本例では、３枚）のスクリーン５、５が、所定の空間を取り囲んで配置されており（即ち、隣接するスクリーンの投影面に対して略９０度以下の角度となるように配置）、これにより操縦者が位置する場所（本例では、操縦席）をブース５１０として擬似的に表示している。なお、これらブース５１０を構成する正面及び左右の画面を構成する各スクリーン５の上部には、それぞれ、投写型映像表示装置１００が取り付けられ、図に矢印で示すように、スクリーンの上方から映像を投射し、超短焦点で（即ち、スクリーン５の略真下）、即ち、省スペースで、３方向での（立体的な）擬似動画を大画面で実現している。

即ち、従来では、通常、正面にだけ配置されていた擬似映像を、簡単に、その周囲にまで拡大、即ち、左右に展開することが可能となることから、その臨場感が飛躍的に向上することとなる。即ち、この図に示されたカーレースの例では、その右側のスクリーン５上に他の車を表示することによれば、操作者は、横に並んで走行している車を確認するなど、或いは、シューティングゲームでは、不意に横から出現する敵など、従来では不可能であった新たな表現が、容易に可能になる。なお、上記の例では、３枚のスクリーン５、５によって略方形の空間を取り囲む例についてのみ述べたが、これらスクリーンの枚数を増大して、多面体又は略曲面からなるスクリーン（即ち、隣接するスクリーンの投影面に対して１８０度以下の角度となるように配置）を構成して、投写型映像表示装置１００からの映像を投射することも可能である。

なお、以上の実施の形態では、主に、フロント型の投写映像表示システムについて説明したが、本発明は、かかる実施の形態に限定されることなく、その他、例えば、背面投射（リアプロジェクション）型の投写映像表示システムにも採用することが可能であり、その場合、上記のスクリーンを、所謂、透過型のスクリーンとすることは当業者であれば明らかであろう。

本発明になる投写型映像表示システムをプロジェクタに適用した全体構成を示す図である。 上記本発明になる投写型映像表示システムをホームシアターに採用した構成を示す図である。 上記本発明になる投写型映像表示システムを飛行機の機内に採用した構成を示す図である。 上記本発明になる投写型映像表示システムをホワイトボードに採用した構成を示す図である。 上記図４に示したホワイトボードの上部の詳細構成を示す図である。 上記本発明になる投写型映像表示システムを店舗の一部に配置した構成を示す図である。 上記本発明になる投写型映像表示システムを、やはり、店舗の一部に配置した構成を示す図である。 上記本発明になる投写型映像表示システムを、やはり、店舗の一部に配置した構成を示す図である。 上記本発明になる投写型映像表示システムを、ゲームセンターやシミュレーション設備に配置した構成を示す図である。 上記本本発明の投写型映像表示システムにおける投写型映像表示装置の全体構成を示す図である。 上記投写型映像表示装置の投写光学ユニットの基本構成を示す断面図である。 上記図１１の光学ユニットにおけるレンズ配置の一例を示す斜視図である。 上記光学ユニットのレンズ面を説明するための垂直方向及び水平方向の断面図である。 本発明の他の実施形態になる投写型映像表示装置装置の全体構成を示す斜視図である。 上記他の実施形態になる投写型映像表示装置装置における光学ユニットのレンズ配置の一例を示す斜視図である。 上記光学ユニットのレンズ面を説明するための垂直方向の断面図である。 上記本発明の投写型映像表示装置装置における光路を示すＹＺ断面図である。 上記本発明の投写型映像表示装置装置における光路を示すＸＺ断面図である。 他の実施形態になる投写型映像表示装置装置の全体構成を示す斜視図である。 上記更に他の実施形態になる投写型映像表示装置装置における投写光学ユニットの基本構成を示す断面図である。

符号の説明

１…映像発生源、２…前方レンズ群、３…後方レンズの後、４…自由曲面ミラー、５…スクリーン、６…自由曲面ミラーの原点座標の法線、７…スクリーンの法線、１００、１００’…投写型映像表示装置装置、１１０…筐体、２７…平面反射鏡、１１３…ストッパ、１１４…移動部材。

Claims (14)

1. 投写型映像表示装置と、前記投写型映像表示装置から投射される投射光を投影面に投射して映像を表示するスクリーンとを備えた投写型映像表示システムであって、
   前記投写型映像表示装置は、光源と、映像表示素子と、前記光源からの光束を前記映像表示素子に照射する照明光学系と、前記映像表示素子からの映像光を前記スリーンに向かって投射する投射光学系とを含み、前記投射光学系は、前記映像表示素子から前記スクリーンに向かって、順に、光軸に対して対称に配置された複数のレンズ素子からなるレンズ群と、当該光軸に対して非軸対称な形状を有する反射ミラーとを有しており、
   前記投写型映像表示装置を、前記スクリーンの上下又は左右の端辺部から当該投影面に垂直方向に延長した面の１面に沿って、当該端辺部の一部に配置したことを特徴とする投写型映像表示システム。
2. 前記請求項１に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記投写型映像表示装置は、前記スクリーンと機械的に結合されて構成されていることを特徴とする投写型映像表示システム。
3. 前記請求項２に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記スクリーンは折り畳み可能な可搬スクリーンであることを特徴とする投写型映像表示システム。
4. 前記請求項３に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記可搬スクリーンは、その一部に可搬用のハンドル部分を設けたことを特徴とする投写型映像表示システム。
5. 前記請求項２に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記投写型映像表示装置は、前記スクリーンの上端辺部の略中央部に配置されており、かつ、前記投写型映像表示装置からの投射光を反射して前記スクリーンの投影面に導くミラー部を備えていることを特徴とする投写型映像表示システム。
6. 前記請求項２に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記投写型映像表示装置は、前記スクリーンの上端辺部の略中央部に配置されており、かつ、前記投写型映像表示システムを、少なくと２つ又はそれ以上、各投写型映像表示システムを構成するスクリーンの投影面が、隣接するスクリーンの投影面に対して１８０度以下の角度となるように配置したことを特徴とする投写型映像表示システム。
7. 前記請求項６に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記投写型映像表示装置は、前記隣接するスクリーンの投影面上に、互いに異なる映像を投射することを特徴とする投写型映像表示システム。
8. 前記請求項７に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記投写型映像表示装置は、前記隣接するスクリーンの投影面上に投射する互いに異なる映像により、前記２つ又はそれ以上のスクリーンに１の画面を構成することを特徴とする投写型映像表示システム。
9. 投写型映像表示装置と、前記投写型映像表示装置から投射される投射光を投影面に投射して映像を表示するスクリーンとを備えた投写型映像表示システムであって、
   前記投写型映像表示装置は、光源と、映像表示素子と、前記光源からの光束を前記映像表示素子に照射する照明光学系と、前記映像表示素子からの映像光を前記リーンに向かって投射する投射光学系とを含み、前記投射光学系は、前記映像表示素子から前記スクリーンに向かって、順に、光軸に対して対称に配置された複数のレンズ素子からなるレンズ群と、当該光軸に対して非軸対称な形状を有する反射ミラーとを有しており、
   前記投写型映像表示装置を、前記スクリーンの上下又は左右の端辺部から当該投影面に垂直方向に延長した面の一対の面に沿って、当該端辺部から近接した位置で、かつ、当該端辺部の一部に配置したことを特徴とする投写型映像表示システム。
10. 前記請求項９に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記スクリーンの上下又は左右の端辺部に配置された一対の前記投写型映像表示装置は、同一の映像を、互いに重ね合わせて投射することを特徴とする投写型映像表示システム。
11. 前記請求項９に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記スクリーンの上下又は左右の端辺部に配置された一対の前記投写型映像表示装置は、同一の映像を、前記スクリーンの投影面上に、互いに重ね合わせて投射することを特徴とする投写型映像表示システム。
12. 前記請求項９に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記スクリーンの上下又は左右の端辺部に配置された一対の前記投写型映像表示装置は、互いに異なる映像を、前記スクリーンの投影面上に投射することを特徴とする投写型映像表示システム。
13. 前記請求項９に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記スクリーンの上下の端辺部に配置された一対の前記投写型映像表示装置を、水平方向に複数配置したことを特徴とする投写型映像表示システム。
14. 前記請求項９に記載した投写型映像表示システムにおいて、前記スクリーンの左右の端辺部に配置された一対の前記投写型映像表示装置を、垂直方向に複数配置したことを特徴とする投写型映像表示システム。

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