JP2946556B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

投写型表示装置

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JP2946556B2 JP1251280A JP25128089A JP2946556B2 JP 2946556 B2 JP2946556 B2 JP 2946556B2 JP 1251280 A JP1251280 A JP 1251280A JP 25128089 A JP25128089 A JP 25128089A JP 2946556 B2 JP2946556 B2 JP 2946556B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は表示パネル上に表示された画像を投写レンズ
を用いてスクリーン上に拡大投影する、大画面を得るの
に好適な投写型表示装置に関するものである。
(従来の技術) 大画面表示に対する要求は近年益々大きくなってお
り、今日我々は色々な所で投写型の表示によるディスプ
レイを観察するようになってきている。このような所で
用いられている従来型の投写型表示装置の構成を第8図
に示す。図中1は照明光学系(照明系)、2は液晶ライ
トバルブなどの表示パネル、3は投写レンズ、4はスク
リーンである。表示パネル2の上に形成された画像が照
明系1によって照明され、投写レンズ3を介してスクリ
ーン4の上に拡大投影されることにより、大画面表示が
行われている。
(発明が解決しようとしている課題) しかしながら上記従来例では第8図に示す様に投写レ
ンズ3からの光束をスクリーン4に対して斜めに投影す
る、即ち投写レンズ3の光軸とスクリーンが直角の関係
にない時、あおりの効果により投影された像に台形状の
歪が生ずるという欠点があった。特にスクリーンと投写
レンズとの相対関係は状況によって色々な場合があり、
台型歪が特に目立つようなレイアウトになることも頻繁
に見受けられるのが現実である。
(課題を解決するための手段) 本発明はこのような従来例での問題点を解決する投写
型表示装置を提供する所にある。このため本発明では表
示パネルの画像を投写レンズでスクリーンに投影する
際、上記投写レンズの内部に設けた補正光学系及び該補
正光学系を駆動する駆動手段を設け、その作用により前
記台形歪を補正することを特徴としている。即ち本発明
は投写レンズからの光束をスクリーンに対して斜めに投
影する時生ずるあおりの効果を補正するよう、補正光学
系を投写レンズの光軸に対して偏心させる方向に駆動さ
せ、その結果生ずる偏心歪曲収差を利用して前記台形歪
を補正しようというものである。
(実施例) 第1図は本発明になる投写型表示装置の基本構成を示
す第一実施例である。図中1の照明光学系、2の液晶ラ
イトバルブなどの表示パネル、3の投写レンズ、4のス
クリーンという構成は第8図の従来例と同様である。照
明光学系は同図に示されている様にハロゲンランプなど
の光源及びその光を集光する反射鏡やレンズ系などで構
成される。照明光学系の光束はビデオ信号などの画像情
報に基づき画像を表示する表示パネル2に導かれる。そ
して表示パネル2の画像が投写レンズ3によってスクリ
ーン4に拡大投影される。この時注意しなければならな
いのは、投影されるスクリーンが投写レンズ3の光軸に
対して斜めに設置されている事である。この斜めの効果
によりスクリーン上に投影される画像には、従来系のま
まだと台形歪が発生してしまう。
第1図の本発明の実施例で従来系と異なるのは投写レ
ンズ3内に設けられた補正光学系5、及び補正光学系5
を投写レンズ3の光軸と垂直方向に平行偏心させる駆動
装置6の存在である。本発明は補正光学系5を偏心させ
ることによって故意に偏心歪曲収差を発生させ、台形歪
を補正することを特徴としている。
次に本発明になる補正の原理を第2図から第4図に従
って説明を行う。第2図は斜め投影によって台形歪が生
ずることを説明する図である。表示パネル2上に形成さ
れた画像(第2図の矢印)は投写レンズ3によってスク
リーン4上に角度θで斜め投影される。このような配置
での物体と像の関係はあおり投影等で生じるものとして
よく知られている。表示パネル2から投写レンズ3の物
体側主点までの距離を11、投写レンズ3の像側主点から
スクリーン4までの距離を12とし、スクリーン4の原点
を投写レンズ3の光軸とスクリーンとの交点とする。第
2図に示した様にθの傾きを観察できる断面で考えた
時、スクリーン4の高さHでの投影倍率βは β=(12+H sinθ)/11 =β0+(sinθ/11)H (1) となることが近軸の計算により容易に求められる。ここ
でβ0はスクリーンの原点での投影倍率を示している。
(1)式より、スクリーン上での投影倍率βはスクリー
ン4の上下方向の高さHに関してリニアな関数となって
いることが分かる。この関係はあおり特有のものであ
り、θを0とすれば倍率βは常にβ0と等しくなる。本
発明で取り扱うθ≠0の場合のβとHの関係を第3図
(a)に示す。Hが正の所では中心より倍率が大きくな
り、Hが負の場合には倍率はその逆となる。この結果、
表示パネルに正方形の画像を入力した場合、スクリーン
上に形成される画像は第3図(b)の実線に示されるよ
うに台形状に歪んだ形となる。図中破線で示したのは歪
のないときの画像である。
このように言わば光学系自体の配置から生じた台形歪
みを補正するためには、第3図(b)の矢印に示す方向
に歪曲収差を発生させれば良い。即ち第3図(c)に示
すような歪曲収差Dを発生させれば良いことになる。こ
の収差は光軸に関して対称な形ではないため、通常の共
軸系では発生できない種類のものである。本発明の第1
実施例は補正光学系5を駆動装置6により投写レンズ3
の光軸から偏心させることにより歪曲収差Dを発生させ
たものである。
第4図は平行偏心により偏心歪曲収差を発生させる第
1実施例の場合を示したものである。第1図で説明した
ように投写レンズ3の1部には補正光学系5が含まれて
いるが、この補正光学系を駆動装置6によって上下方向
にEだけ平行偏心させた場合を考える。この時発生する
偏心歪曲収差Dは3次の項まで考慮すると D=−(E/2)(tanω)2[3(VE1)−(VE2)]
(2) で表わされる。ここで tanω=H/f であり、fは投写レンズ全系での焦点距離である。
(2)式に含まれているVE1及びVE2は補正光学系の平行
偏心歪曲係数で VE1=(hφVq−aVp)−(φIIIq−IIIp) VE2=φPq−Pp (3) こでφは補正光学系の屈折力、Vp、IIIp、Ppはそれぞ
れ補正光学系の3次の歪曲、非点収差係数及びペッツバ
ール和である。またVq、IIIq、Pqはそれぞれ補正光学系
よりスクリーン側の光学系の3次の歪曲、非点収差係数
及びペッツバール和、hとaは近軸物体光線の補正光学
系への入射高及び入射角とは近軸瞳光線の補正光学
系への入射高及び入射角を示している。
補正光学系を偏心させたときの歪曲収差は以上のよう
な手順で計算される為、第3図(b)の様な補正を行う
には(1)式のβ/β0−1とDの符合が逆になるよう
に補正光学系を平行偏心させれば良い。即ち D=−β/β0+1 (4) とすれば、3次までの領域で台形歪みを補正することが
できる。補正光学系の平行偏心量Eは(1)から(4)
式より求めることができる。第3図(b)に示したよう
な補正を行う時、補正光学系5は5が凸レンズの場合に
は下方向、凹レンズの場合には上方向に所定量偏心させ
れることとなる。
第1実施例の1つの変形として、投写レンズ3による
傾斜の方向が上下方向にのみに限定される場合が考えら
れる。実際の場合では上下方向のみに傾く場合が圧倒的
に多い。この場合あおりによる台形効果は上下方向にし
か生じないので、補正を行う偏心歪曲収差も上下方向の
みに発生させれば良い。この場合投写レンズ3のレンズ
の1部を上下方向に曲率をもつシリンドリカルレンズと
左右方向に曲率をもつシリンドリカルレンズにより構成
し、上下方向に曲率をもつシリンドリカルレンズのみを
上下方向に平行偏心させるようにするような実施例も考
えられる。
第5図に示したのは本発明の第2実施例の原理図であ
る。第1実施例と異なるのは台形歪みを補正する補正光
学系として平行偏心を用いる代りに、投写レンズ中に補
正光学系5として可変頂角プリズムを挿入しこれを利用
していることである。可変頂角プリズムの頂角εを変え
て光学系に傾き偏心を与えれば、平行偏心を行った場合
と同じように偏心歪曲収差を発生させることができる。
このとき発生する偏心歪曲収差Dは3次の項まで考慮す
ると D=−(ε/2)(tanω)2[3(Vε1)−(Vε2)] (5) ここでV ε1、V ε2は補正光学系の傾き偏心歪曲係数
である。例えばプリズムの表示パネル側を偏心させた場
合、この2つの係数は V ε1=h[(N−1)Vq−Vp]−[(N−1]IIIq
−IIIp] +(′/N−) V ε2=[(N−1)Pq−Pp]+′/N−) (6) で表わさえる。ここでNは可変頂角プリズムの材質の屈
折率、′は近軸光線の可変頂角プリズム通過後の出射
角でる。(5)、(6)式を用いれば、平行偏心の場合
と同じく台形歪みを補正する傾き偏心量εを求めること
ができる。第3図(b)に示したような補正を行う場合
には、可変頂角プリズムの上底が下底よりも狭くなるよ
うに駆動装置6を駆動させれば良い。
第6図に示したのは、本発明の光学系を利用して傾き
に応じて自動的に台形歪みを補正するシステムの構成例
である。第6図では第1図の系に投写表示装置全体の傾
斜を検出する検出手段7が付け加えられている。8は傾
斜検出手段の出力に応じて駆動量を決定し、駆動装置6
を動かして台形歪みを補正する制御システムである。制
御システム8は予め傾斜量に応じての補正駆動量の記憶
を持っており、マイクロプロセッサなどにより構成され
ている。スクリーン4は一般には地面と垂直に配置され
ることが多い。検出手段7で投写表示装置の傾斜を検出
すれば、スクリーンに対する投写レンズ3の光軸の傾き
を知ることができる。この結果台形歪みの量が計算さ
れ、駆動装置6が制御システム8により決定された駆動
量だけ補正レンズ5を動かして、傾きに応じて台形歪み
を自動的に補正する。またスクリーンの傾きが予め分か
っているときにはオフセット処理をすることも可能であ
る。
このような補正は第6図に示したような平行偏心を利
用する方法だけでなく、第5図に示したような傾き偏心
を用いる方法にも勿論適用可能である。
第7図に示したのは照明光を3色分解してR、G、B
用の液晶パネルに導き、再び再合成するフルカラー表示
に本発明を適用した例である。光源1からの光は青色の
みを反射するダイクロイックミラー11で先ず2分割され
る。12はダイクロイックミラー11を透過した赤色光、緑
色光のうち緑色の光のみを反射するダイクロイックミラ
ー、13は赤外光を透過し赤色光を反射するコールドミラ
ー、14、15は全反射ミラーである。このようにして3色
に分解された光はそれぞれ各色に対応した液晶表示パネ
ル21、22、23に入射し、色ごとにコード化された画像信
号情報を得る。それらの情報は3色合成プリズム16で再
合成され、投写レンズ3を介してスクリーン上に投影さ
れる。3色の液晶表示パネルは投写レンズ3に対して光
学的に同じ位置にあるため、あおりの影響を同じように
受ける。そのため本発明になる偏心による台形歪み補正
効果を各色にたいして共通に発揮することができる。
(発明の効果) 以上説明してきた様に、本発明では装置の配置上の問
題から発生する台形歪みを、投写レンズの内部に設けた
補正光学系を偏心させて偏心歪曲収差を発生させて補正
し、歪のない画像を得ることを可能とした。従来の共軸
系ではどうしても補正できなかった台形歪みは本発明に
よる偏心の手段を活用することによって、初めて解決す
ることが可能となった。又本発明は、従来系の投写レン
ズの1部に偏心の機構を設けることによって簡単に実現
できることも実用上有利な点といえる。
本発明を使用すればこのようにして投写レンズがスク
リーンに対して傾いても歪のない画像を投影することが
できる。また、投写レンズとスクリーンの傾き角を検出
する手段を設けることにより、台形歪みを自動的に補正
することも可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す図、 第2図はあおりによる台形歪みの発生原理を説明する
図、 第3図は本発明の補正原理を示す図で (a)はスクリーンの高さHと撮影倍率βとの関係を示
す図、 (b)は発生する台形歪みを示す図、 (c)は台形歪みを補正するために発生させる偏心歪曲
収差Dを示す図、 第4図は平行偏心により偏心歪曲収差を発生させる方法
を示す図、 第5図は傾き偏心により偏心歪曲収差を発生させる方法
を示す図、 第6図は台形歪みの自動手補正機構を備えた実施例を示
す図、 第7図はフルカラー表示に本発明を適用した実施例を示
す図、 第8図は従来の投写型表示装置を示す図である。 図中、 1は照明光学系、2は表示パネル、3は投写レンズ、4
はスクリーン、5は補正光学系、6は駆動装置、7は傾
き検出手段、8は駆動量を決定する制御手段、11、12は
ダイクロイックミラー、13はコールドミラー、14、15は
全反射ミラー、16はダイクロイックプリズム、21、22、
23は液晶パネル、である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表示パネル上の画像を投写レンズによって
    スクリーン上に投影する投写型表示装置において、前記
    投写レンズの内部に設けられた補正光学系と、該補正光
    学系を駆動する駆動手段を有し、前記投写レンズとスク
    リーンの配置上の関係から生ずる台形歪みを、該補正光
    学系を前記投写レンズの光軸に対して偏心するように前
    記駆動手段により駆動することによって補正することを
    特徴とする投写型表示装置。
  2. 【請求項2】前記投写レンズの光軸とスクリーンとの相
    対的な角度を検出する検出手段を設け、該検出手段の出
    力に応じて前記補正光学系を駆動することにより、台型
    歪みを自動的に補正することを特徴とする請求項1記載
    の投写型表示装置。
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