JP4031307B2 - 画像投影システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリーンに画像を投影する画像投影システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロジェクタは、歪みのない画像をスクリーンに投影するため、スクリーンの正面から画像を投影する必要があった。しかし、プロジェクタを使ったプレゼンテーション中には、登壇者は画像の前に立って画像を指し示す、あるいはホワイトボード上に投影された画像に書き込みをするといった必要が生じることがある。このような場合、スクリーンの正面から画像を投影する構成には、登壇者が画像を投影する光を遮って画像を乱すという欠点がある。
【０００３】
スクリーンの正面から画像を投影することなく、しかも投影された画像に歪みを生じない構成として、例えば、特開２００２−７２３５１号公報が挙げられる。特開２００２−７２３５１号公報は、投影レンズに移動機構を設け、投影レンズを移動させる。そして、投影レンズの位置をセンサで検出し、検出された位置に応じて画像の形状を形状補正回路で補正し、投影レンズの位置によらず適切な形状の画像を投影することを可能にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開２００２−７２３５１号公報は、投影レンズの駆動機構、位置検出センサ、画像の形状補正回路といった複数の構成を備えている。このため、構成が複雑化、大型化するばかりでなく、コストが上昇してプロジェクタの普及を妨げるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、構成を複雑化、大型化することなく、スクリーンに対して画像を斜めに投影しても投影された画像の形状に歪みが生じない画像投影システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかる画像投影システムは、投影される画像の原画像を表示する略四角形の原画像パネルと、該原画像パネルを透過した光を集光し、前記原画像に基づく画像を投影する投影レンズと、該投影レンズが投影した画像を形成する光を曲面上で反射し、前記原画像の虚像を映すと共に、前記虚像を投影面に投影する曲面反射鏡と、を備えた画像投影システムであって、前記投影レンズを、投影レンズの光軸が前記投影画像の対角線を含む投影画像に垂直な平面に沿って前記投影面に達する位置および角度に設けると共に、前記原画像パネルを前記投影レンズの光軸に垂直な面に対して傾けて配置し、
Ａ：前記投影レンズの光軸と前記原画像パネルの面の延長線との交点から前記投影レンズの光軸と前記投影レンズの主平面との交点までの距離
Ｂ：前記投影レンズの光軸と前記投影レンズの主平面との交点から前記投影レンズの光軸と虚像との交点までの距離
Ｃ：前記曲面反射鏡の主軸、前記投影レンズの光軸、虚像の交点から前記投影レンズの光軸との交点から前記曲面反射鏡表面までの距離
Ｄ：前記曲面反射鏡の主軸のうち、前記曲面反射鏡の表面から前記投影画像の対角線の延長線との交点までの距離
Ｆ：投影レンズの焦点距離
Ｇ：曲面反射鏡の焦点距離
θ：前記原画像パネルの面と前記投影レンズの光軸に垂直な面とがなす角度
φ：前記虚像のうち、前記投影画像の対角線が投影された直線と前記投影レンズの光軸に垂直な面とがなす角度
α：前記投影レンズの光軸と前記曲面反射鏡の主軸とがなす角度
β：前記虚像のうち、前記投影画像の対角線が投影された直線と前記曲面反射鏡の主軸と直交する面とがなす角度
γ：前記曲面反射鏡の主軸に対する垂直面と投影画像のなす角度
の各値を定め、投影レンズの焦点距離Ｆを４０≦Ｆ≦４７とした場合、Ａ〜ＤおよびＧが焦点距離Ｆと同様の単位で表される以下の値をとると共に、角度θ、角度φ、角度α、角度β、角度γがそれぞれ以下の値をとり、
４１．５≦Ａ≦４９．１
１０９０≦Ｂ≦１１３０
２８≦Ｃ≦４４
３０≦Ｄ≦４９
４２０≦Ｇ≦４４０
５．３°≦θ≦７．６°
６７．６°≦φ≦７１．６°
８７．６°≦α≦９２．５°
１９．９°≦β≦２１．１°
２２°≦γ≦２３°、
前記Ａ〜Ｄ、Ｆ、Ｇ、θ、φ、α、β、γが、以下の関係にあることを特徴とする。
ｔａｎφ＝（Ｂ／Ａ）×ｔａｎθ
ｔａｎγ＝（Ｄ／Ｃ）×ｔａｎβ
α＝β＋φ
（Ｇ−Ｃ）×ｓｉｎφ＝（Ｂ−Ｆ）×ｓｉｎβ
μ（光学系全体の投影倍率）
＝｛（ｓｉｎθ×ｓｉｎβ）／（ｓｉｎφ×ｓｉｎγ）｝
×（Ｂ／Ａ） 2 ×（Ｄ／Ｃ） 2
（１／Ａ）＋（１／Ｂ）＝１／Ｆ
−（１／Ｃ）＋（１／Ｄ）＝−（１／Ｇ）
【０００７】
この請求項１に記載の発明によれば、投影レンズを、投影レンズの光軸が投影画像の対角線を含む投影画像に垂直な平面に沿って投影面に達する位置および角度に設けることによって投影面に対して斜めの方向から画像を投影することができる。このため、登壇者が投影面の前に立っても投影画像が乱れることがなく、登壇者が投影画像を指示、あるいは投影面に対する書き込みといった動作をしやすくすることができる。また、原画像パネルを投影レンズの光軸に垂直な面に対して傾けて配置することによって原画像パネルの虚像において、水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率を変更することができる。また、この虚像を投影面に投影する際、光学系の条件を設定によっては虚像の投影倍率を、前記原画像パネルの虚像において、同一水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、最終投影画像のすべての点（位置）において同じ倍率にすることができる。
【０００９】
また、この請求項１に記載の発明によれば、前記投影レンズによる原画像パネルの虚像の投影倍率を、同一水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率を変更することができる。また、曲面反射鏡における虚像の投影倍率を、前記原画像パネルの虚像において、水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、最終投影画像のすべての点において同じ倍率にすることができる。
また、この請求項１に記載の発明によれば、虚像を投影面に投影する際、原画像上の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、歪みのない投影画像を得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明にかかる画像投影システムは、前記曲面反射鏡が、前記投影画像の４辺のそれぞれに垂直な４面で囲まれる投影画像領域の外部に設けられることを特徴とする。
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、画像の投影を妨げることがない位置に曲面反射鏡を設けることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明にかかる画像投影システムは、前記原画像パネルを画像パネルの対角線が該対角線と前記投影レンズの光軸とを含む平面内に設けると共に、原画像パネル上を通る水平線を前記投影レンズの光軸と直交して設けることを特徴とする。
【００１３】
この請求項３に記載の発明によれば、同一水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率の違いのみであり、虚像に複雑な歪みが生じることを防ぐことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明にかかる画像投影システムは、前記原画像パネルを、前記投影レンズの光軸から原画像パネルの対角線に沿う方向にシフト量Δ隔てて配置することを特徴とする。
【００１５】
この請求項４に記載の発明によれば、曲面反射鏡において虚像を投影するのに必要な領域を小さくすることができる。また、平面反射鏡が画像領域の内部に入り込んでしまうことがなく、登壇者の邪魔になる、あるいは聴衆の視界を遮ることをなくすことができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明にかかる画像投影システムは、前記シフト量を、投影レンズの焦点距離Ｆを４０≦Ｆ≦４７の範囲とした場合のＦの単位を単位とする９であることを特徴とする。
【００１７】
この請求項５に記載の発明によれば、原画像パネルのシフト量を最適にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像投影システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。図１、図２は、いずれも本実施の形態の画像投影システムの概略の構成を説明するための図である。図１に示した構成は、投影部１０１と、投影部１０１が投影した画像を曲面上で反射し、原画像の虚像を映すと共に、反射光によって投影画像１０９を投影面１１６に投影する曲面反射鏡１０７（凸面鏡）と、を備えた画像投影システムである。
【００２１】
なお、投影面１１６としては、スクリーンやホワイトボードといった投影用の板部材であってもよい。また、室内の壁を用いてもよい。
【００２２】
投影部１０１は、例えば、超高圧水銀ランプなどの光源を備えている。光源が照射した光は楕円曲面反射板または自由曲面反射板によって反射され、フライアレンズアレイ（インテグレータ光学系）を通ることによって明るさが均一化する。そして、偏光ビームスプリッタなどの偏光板によって偏光面をそろえられ、コンデンサレンズやコリメートレンズによって略平行の光になる。平行光は、さらに、ダイクロイックプリズムなどの色分解光学部品によってＲ，Ｇ，Ｂの光に分解される（以上述べた各構成については周知の構成であるため図示せず）。
【００２３】
投影部１０１には、原画像が表示された略四角形の表示パネル（原画像パネル）が３枚備えられている。Ｒ，Ｇ，Ｂの各光は、それぞれ表示パネルのうちの一つを透過する。本実施の形態では、表示パネルに透過型液晶ライトバルブ（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））を用いている。ＬＣＤ２０１を透過した３色の光は、ＬＣＤ２０１近傍に配置された色合成プリズム（図示せず）によって色合成される。そして、投影レンズ１０２によって集光され、原画像に基づく画像を曲面反射鏡１０７に投影している。
【００２４】
また、投影部１０１は、光軸２０３が投影画像１０９の対角線ａ”−ｃ”を含む投影面１１６に垂直な平面１１３に沿って投影面１１６に達する位置および角度に設けられ、投影面１１６に投影画像１０９を形成する。
【００２５】
このように構成することによって、投影面１１６に対して斜めの方向から画像を投影することができる。このため、登壇者が投影面の前に立っても投影画像が乱れることがなく、登壇者が投影画像１０９を指示、あるいは投影面に対する書き込みといった動作をしやすくすることができる。
【００２６】
また、本実施の形態では、投影部１０１と曲面反射鏡１０７との間に平面反射鏡１０５を設け、投影部１０３が投影した光を平面反射鏡１０５で反射した後に曲面反射鏡１０７に照射する。平面反射鏡１０５を設けたことによって、投影部１０３が投影部１０１の位置にあるときと同様に光が曲面反射鏡１０７に照射される。このような構成は、本来投影部１０３の位置に投影部を置くことが好ましく、設計上の制限から投影部１０１の位置に投影部を配置する必要がある場合に用いられるものである。
【００２７】
図３、図４は、本実施の形態の投影レンズ１０２とＬＣＤ２０１とを拡大して説明するための図である。本実施の形態では、ＬＣＤ２０１を、投影レンズの光軸２０３に垂直なｙ−ｚ平面に対して傾けて配置している。すなわち、図３において、符号３０１は、傾けずに配置された場合のＬＣＤを示している。ＬＣＤは、投影レンズの光軸をｘ軸にとった場合のｙ軸に対角線ａ−ｃを一致させて配置される。ＬＣＤ２０１をｙ−ｚ平面に対して傾けた場合、対角線ａ−ｃは、ｙ軸よりも−ｘ方向にθ傾いた軸に一致する。このとき対角線ａ−ｃと一致する軸を、対角線軸３０３とする。
【００２８】
図５は、ＬＣＤ２０１を角度θ傾けたこと、Δ分シフトさせたことによって得られる現象について説明するための図である。ＬＣＤ２０１を傾けることなく配置した場合、原画像の位置による倍率の違いが生じず、原画像がある倍率に拡大投影されるだけになる。つまり、虚像は歪みのない画像になる。
【００２９】
本実施の形態では、ＬＣＤを角度θ傾けたことにより、虚像１１１は、光軸２０３に垂直な面２０３ｂに対する虚像傾斜角φの傾きを持つ。このため、対角線ａ−ｃ上の任意の点において、位置の違いによる倍率の違いが生じ、ａ’−ｃ’は歪みを持った像になる。例えば、対角線ａ−ｃ上の任意の点が等間隔にある場合、各点の虚像は位置の違いによって投影倍率が変化し、虚像において等間隔にならない。
【００３０】
図６に示す台形は、左右対象の台形に比べて中心対角線ａ’−ｃ’において、中心ｏからの距離が点ａ’の方が長い。このような現象を、以降本明細書では、点ｃ’よりも点ａ’の方が投影倍率が大きいという。
【００３１】
また、本実施の形態では、図４、図５に示したように、ＬＣＤ２０１を、投影レンズの光軸２０３からＬＣＤ２０１の対角線（対角線軸３０３）に沿う方向にシフト量Δ隔てて配置する。符号１１４を付して示す領域（シフト画像領域）は、ＬＣＤ２０１が頂点の１つを面２０３ｂと光軸２０３との交点に合わせて置いたときに画像が形成される領域である。しかし、ＬＣＤ２０１をシフトさせたことにより、シフト画像領域１１４に画像が形成されることがない。
【００３２】
このように構成したことにより、曲面反射鏡１０７において虚像１１１を投影するのに必要な領域が小さくなる。したがって、曲面反射鏡１０７が小型化でき、ひいては画像投影システムをコンパクトにすることができる。あるいは、虚像の全体が曲面反射鏡１０７に投影されず、投影面１１６にＬＣＤ２０１の画像全体が投影されないといった不具合を解消することができる。
【００３３】
ところで、本実施の形態では、図３、図４に示したように、ＬＣＤ２０１の対角線を対角線軸３０３と投影レンズ１０２の光軸２０３とを含む平面内に設けている。このとき、本実施の形態では、ＬＣＤ２０１上を通る水平線が投影レンズ１０２の光軸２０３と直交するようＬＣＤ２０１を設けている。
【００３４】
図７（ａ）〜（ｃ）は、ＬＣＤ２０１上を通る水平線と光軸２０３との関係を説明するための図である。図７（ａ）に示すように、本実施の形態では、ＬＣＤ２０１の対角線軸３０３と光軸２０３とがなす平面１１３を考える。図７（ｂ）は、図７中に示す矢線Ｃの方向から図７（ａ）のＬＣＤ２０１、投影レンズ１０２を見た図である。また、（ｃ）、（ｄ）は、矢線Ｂの方向から図７（ａ）のＬＣＤ２０１、投影レンズ１０２を見た図である。
【００３５】
図７（ｃ）におけるＬＣＤ２０１上を通る水平線６０１とは、ＬＣＤ２０１上を通ると共に図３で示したｚ軸に平行な線をいう。水平線６０１が光軸２０３と直交する場合、ＬＣＤ２０１の画像の虚像に対する投影倍率が矢線Ｅに示す方向の位置によって変化することがない。しかし、例えば、（ｄ）に示すように、ｚ軸に平行な線が光軸２０３と直交しない線６０２となる場合、投影倍率が矢線Ｆ示す方向の位置によって変化する。
【００３６】
なお、（ｂ）に示した矢線Ｃの方向においては、水平線が光軸との角度によらず投影倍率が矢線Ｄに示す方向の位置によって変化する。このため、水平線６０１が光軸２０３と直交する場合には投影倍率の変化を一方向のみにし、虚像の歪みを抑えることができる。
【００３７】
次に、上記した虚像１１１を投影面１１６に反射する際に点ａ’〜ｃ’の歪みを相殺し、ＬＣＤ２０１の画像の点ａ〜ｃのすべての投影倍率が等しい投影画像を得る構成について説明する。図８は、本実施の形態の画像投影システムの光学的レイアウトを説明するための図である。
【００３８】
本実施の形態では、図８中に示したＡ〜Ｅ、さらに投影レンズの焦点距離Ｆ、α、β、φ、γの各角度を以下のように設定することによってＬＣＤ２０１の画像の点ａ〜ｃのすべての投影倍率が等しい投影画像を得た。すなわち、
Ａ：投影レンズの光軸２０３とＬＣＤ２０１の面の延長線との交点ｐから光軸２０３と投影レンズの主平面２０３ｃとの交点までの距離。
Ｂ：光軸２０３と主平面２０３ｃとの交点ｑから光軸２０３と虚像１１１（の延長線）との交点ｒまでの距離。
Ｃ：曲面反射鏡１０７の主軸８０１、光軸２０３、虚像１１１（の延長線）との交点ｒから曲面反射鏡表面１０７の表面１０７ａまでの距離。
Ｄ：主軸８０１のうち、曲面反射鏡１０７の表面１０７ａから投影画像１０９の対角線ａ”−ｃ”の延長線との交点ｓまでの距離。
Ｆ：投影レンズ１０２の焦点距離。
Ｇ：曲面反射鏡１０７の焦点距離。
θ：ＬＣＤ２０１の面と投影レンズ１０２の光軸２０３に垂直な面２０３ｂとがなす角度。
φ：虚像１１１のうち、投影画像１０９の対角線ａ−ｃが投影された直線ａ’−ｃ’と光軸２０３に垂直な面とがなす角度。
α：光軸２０３と曲面反射鏡１０７の主軸８０１とがなす角度。
β：虚像１１１のうち、投影画像１０９の対角線ａ−ｃが投影された直線ａ’−ｃ’と曲面反射鏡１０７の主軸８０１と直交する面８０１ｂとがなす角度。
γ：曲面反射鏡１０７の主軸８０１に対する垂直な面８０１ｂと投影画像１０９がなす角度。
【００３９】
そして、投影レンズ１０２の焦点距離Ｆを４０≦Ｆ≦４７の範囲とした場合、上記したＡ〜Ｄ、曲面反射鏡１０７の焦点距離Ｇをそれぞれ以下の値に設定した。なお、本実施の形態では、焦点距離Ｆが４０ｍｍ≦Ｆ≦４７ｍｍであり、以下の値はすべてｍｍ単位として設定するものとした。
【００４０】
４１．５≦Ａ≦４９．１
１０９０≦Ｂ≦１１３０
２８≦Ｃ≦４４
３０≦Ｄ≦４９
４２０≦Ｇ≦４４０
なお、上記した各値は、Ｆの値の単位を単位とするものとする。
【００４１】
また、θ、φ、α、β、γの各角度を、以下の値に定める。
５．３°≦θ≦７．６°
６７．６°≦φ≦７１．６°
８７．６°≦α≦９２．５°
１９．９°≦β≦２１．１°
２２°≦γ≦２３°
【００４２】
また、シフト量Δを、投影レンズ１０２の焦点距離Ｆを４０≦Ｆ≦４７の範囲とした場合のＦの単位を単位とする９に設定する。
【００４３】
以上述べた条件を満足する各値の組み合わせの例を表１に示す。
【表１】
【００４４】
また、表１に示した組み合わせは、以下の条件式を満足する。
ｔａｎφ＝（Ｂ／Ａ）×ｔａｎθ …（１）
ｔａｎγ＝（Ｄ／Ｃ）×ｔａｎβ …（２）
α＝β＋φ …（３）
（Ｇ−Ｃ）×ｓｉｎφ＝（Ｂ−Ｆ）×ｓｉｎβ …（４）
μ（光学系全体の投影倍率）
＝｛（ｓｉｎθ×ｓｉｎβ）／（ｓｉｎφ×ｓｉｎγ）｝
×（Ｂ／Ａ）2×（Ｄ／Ｃ）2 …（５）
（１／Ａ）＋（１／Ｂ）＝１／Ｆ …（６）
−（１／Ｃ）＋（１／Ｄ）＝−（１／Ｇ） …（７）
【００４５】
なお、上記した式(１)〜(７)のうち、式（１）は、ＬＣＤ２０１の傾斜角と虚像の傾斜角が光学系のうち投影部１０１（第１光学系部）の投影倍率に関係することを示している。また、式（２）は、曲面反射鏡１０７の主軸に対して垂直な面に対する虚像の傾斜角と投影画像の傾斜角は、光学系のうち曲面反射鏡１０７から投影面１１６までの部分（第２光学系部）の投影倍率に関係することを示している。式（３）は、投影レンズ１０２の光軸と曲面反射鏡１０７のなす角の算出式である。式（４）は、歪みがない画像を投影面１１６に投影するための条件を示す。
【００４６】
また、式（５）は、歪みがない画像が投影できた場合の投影倍率を示している。式（６）は凸レンズ系の結像式であり、式（７）は曲面反射鏡１０７（本実施の形態では凸面鏡）の結像式である。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、曲面反射鏡１０７を、投影画像１０９の４辺のそれぞれに垂直な４面で囲まれる投影画像領域の外部に設けている。このようにすることによって、投影画像１０９を曲面反射鏡１０７が遮ることがなく、画像投影システムを視聴者が投影画像をより見やすいものにすることができる。図９は、投影画像領域９０１を示す図である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、登壇者が投影画像を指示、あるいは投影面に対する書き込みといった動作をしやすくすることができる。また、虚像の投影倍率を、前記原画像パネルの虚像において、同一水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、最終投影画像のすべての点（位置）において同じ倍率にすることができる。このため、構成を複雑化、大型化することなく、スクリーンに対して画像を斜めに投影しても投影された画像の形状に歪みが生じない画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
【００４９】
また、請求項１に記載の発明は、前記投影レンズによる原画像パネルの虚像の投影倍率を、同一水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率を変更することができる。また、曲面反射鏡における虚像の投影倍率を、前記原画像パネルの虚像において、水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、最終投影画像のすべての点において同じ倍率にすることができるので、スクリーンに対して画像を斜めに投影しても投影された画像の形状に歪みが生じない画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
また、請求項１に記載の発明は、虚像を投影面に投影する際、原画像上の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、歪みのない投影画像を得ることができるので、スクリーンに対して画像を斜めに投影しても投影された画像の形状に歪みが生じない画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
【００５０】
請求項２に記載の発明は、画像の投影を妨げることがない位置に曲面反射鏡を設け、より良好な画像を投影できる画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
【００５１】
請求項３に記載の発明は、虚像が複雑な歪みを生じることを防ぎ、虚像を投影した画像を補正する条件を設定しやすくすることができる。
【００５２】
請求項４に記載の発明は、曲面反射鏡において虚像を投影するのに必要な領域を小さくすることができ、虚像全体が曲面反射鏡に投影されずに投影画像が一部欠ける、あるいはこのような不具合を防ぐために曲面反射鏡を大型化する、投影距離を長くすることによって画像投影システムが大型化することを防ぐ画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
【００５３】
請求項５に記載の発明は、原画像パネルのシフト量を最適にすることができ、虚像全体が曲面反射鏡に投影されずに投影画像が一部欠ける、あるいはこのような不具合を防ぐために曲面反射鏡を大型化する、投影距離を長くすることによって画像投影システムが大型化することを防ぐ画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の画像投影システムの概略の構成を説明するための図である。
【図２】本実施の形態の画像投影システムの概略の構成を説明するための他の図である。
【図３】本実施の形態の投影レンズとＬＣＤとを拡大して説明するための図である。
【図４】本実施の形態の投影レンズとＬＣＤとを拡大して説明するための他の図である。
【図５】本実施の形態においてＬＣＤを傾けたこと、シフトさせたことによって得られる現象について説明するための図である。
【図６】本実施の形態で得られる虚像を示した図である。
【図７】ＬＣＤ上を通る水平線と光軸との関係を説明するための図である。
【図８】本実施の形態の画像投影システムの光学的レイアウトを説明するための図である。
【図９】本実施の形態における投影画像領域を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 投影部
１０２ 投影レンズ
１０５ 平面反射鏡
１０７ 曲面反射鏡
１０７ａ 表面
１０９ 投影画像
１１１ 虚像
１１４ シフト画像領域
１１６ 投影面
２０１ ＬＣＤ
２０３ （投影レンズの）光軸
３０３ 対角線軸
９０１ 投影画像領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリーンに画像を投影する画像投影システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロジェクタは、歪みのない画像をスクリーンに投影するため、スクリーンの正面から画像を投影する必要があった。しかし、プロジェクタを使ったプレゼンテーション中には、登壇者は画像の前に立って画像を指し示す、あるいはホワイトボード上に投影された画像に書き込みをするといった必要が生じることがある。このような場合、スクリーンの正面から画像を投影する構成には、登壇者が画像を投影する光を遮って画像を乱すという欠点がある。
【０００３】
スクリーンの正面から画像を投影することなく、しかも投影された画像に歪みを生じない構成として、例えば、特開２００２−７２３５１号公報が挙げられる。特開２００２−７２３５１号公報は、投影レンズに移動機構を設け、投影レンズを移動させる。そして、投影レンズの位置をセンサで検出し、検出された位置に応じて画像の形状を形状補正回路で補正し、投影レンズの位置によらず適切な形状の画像を投影することを可能にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開２００２−７２３５１号公報は、投影レンズの駆動機構、位置検出センサ、画像の形状補正回路といった複数の構成を備えている。このため、構成が複雑化、大型化するばかりでなく、コストが上昇してプロジェクタの普及を妨げるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、構成を複雑化、大型化することなく、スクリーンに対して画像を斜めに投影しても投影された画像の形状に歪みが生じない画像投影システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかる画像投影システムは、投影される画像の原画像を表示する略四角形の原画像パネルと、該原画像パネルを透過した光を集光し、前記原画像に基づく画像を投影する投影レンズと、該投影レンズが投影した画像を形成する光を曲面上で反射し、前記原画像の虚像を映すと共に、前記虚像を投影面に投影する曲面反射鏡と、を備えた画像投影システムであって、前記投影レンズを、投影レンズの光軸が前記投影画像の対角線を含む投影画像に垂直な平面に沿って前記投影面に達する位置および角度に設けると共に、前記原画像パネルを前記投影レンズの光軸に垂直な面に対して傾けて配置し、
Ａ：前記投影レンズの光軸と前記原画像パネルの面の延長線との交点から前記投影レンズの光軸と前記投影レンズの主平面との交点までの距離
Ｂ：前記投影レンズの光軸と前記投影レンズの主平面との交点から前記投影レンズの光軸と虚像との交点までの距離
Ｃ：前記曲面反射鏡の主軸、前記投影レンズの光軸、虚像の交点から前記投影レンズの光軸との交点から前記曲面反射鏡表面までの距離
Ｄ：前記曲面反射鏡の主軸のうち、前記曲面反射鏡の表面から前記投影画像の対角線の延長線との交点までの距離
Ｆ：投影レンズの焦点距離
Ｇ：曲面反射鏡の焦点距離
θ：前記原画像パネルの面と前記投影レンズの光軸に垂直な面とがなす角度
φ：前記虚像のうち、前記投影画像の対角線が投影された直線と前記投影レンズの光軸に垂直な面とがなす角度
α：前記投影レンズの光軸と前記曲面反射鏡の主軸とがなす角度
β：前記虚像のうち、前記投影画像の対角線が投影された直線と前記曲面反射鏡の主軸と直交する面とがなす角度
γ：前記曲面反射鏡の主軸に対する垂直面と投影画像のなす角度
の各値を定め、投影レンズの焦点距離Ｆを４０≦Ｆ≦４７とした場合、Ａ〜ＤおよびＧが焦点距離Ｆと同様の単位で表される以下の値をとると共に、角度θ、角度φ、角度α、角度β、角度γがそれぞれ以下の値をとり、
４１．５≦Ａ≦４９．１
１０９０≦Ｂ≦１１３０
２８≦Ｃ≦４４
３０≦Ｄ≦４９
４２０≦Ｇ≦４４０
５．３°≦θ≦７．６°
６７．６°≦φ≦７１．６°
８７．６°≦α≦９２．５°
１９．９°≦β≦２１．１°
２２°≦γ≦２３°、
前記Ａ〜Ｄ、Ｆ、Ｇ、θ、φ、α、β、γが、以下の関係にあることを特徴とする。
ｔａｎφ＝（Ｂ／Ａ）×ｔａｎθ
ｔａｎγ＝（Ｄ／Ｃ）×ｔａｎβ
α＝β＋φ
（Ｇ−Ｃ）×ｓｉｎφ＝（Ｂ−Ｆ）×ｓｉｎβ
μ（光学系全体の投影倍率）
＝｛（ｓｉｎθ×ｓｉｎβ）／（ｓｉｎφ×ｓｉｎγ）｝
×（Ｂ／Ａ） 2 ×（Ｄ／Ｃ） 2
（１／Ａ）＋（１／Ｂ）＝１／Ｆ
−（１／Ｃ）＋（１／Ｄ）＝−（１／Ｇ）
【０００７】
この請求項１に記載の発明によれば、投影レンズを、投影レンズの光軸が投影画像の対角線を含む投影画像に垂直な平面に沿って投影面に達する位置および角度に設けることによって投影面に対して斜めの方向から画像を投影することができる。このため、登壇者が投影面の前に立っても投影画像が乱れることがなく、登壇者が投影画像を指示、あるいは投影面に対する書き込みといった動作をしやすくすることができる。また、原画像パネルを投影レンズの光軸に垂直な面に対して傾けて配置することによって原画像パネルの虚像において、水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率を変更することができる。また、この虚像を投影面に投影する際、光学系の条件を設定によっては虚像の投影倍率を、前記原画像パネルの虚像において、同一水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、最終投影画像のすべての点（位置）において同じ倍率にすることができる。
【０００９】
また、この請求項１に記載の発明によれば、前記投影レンズによる原画像パネルの虚像の投影倍率を、同一水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率を変更することができる。また、曲面反射鏡における虚像の投影倍率を、前記原画像パネルの虚像において、水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、最終投影画像のすべての点において同じ倍率にすることができる。
また、この請求項１に記載の発明によれば、虚像を投影面に投影する際、原画像上の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、歪みのない投影画像を得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明にかかる画像投影システムは、前記曲面反射鏡が、前記投影画像の４辺のそれぞれに垂直な４面で囲まれる投影画像領域の外部に設けられることを特徴とする。
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、画像の投影を妨げることがない位置に曲面反射鏡を設けることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明にかかる画像投影システムは、前記原画像パネルを画像パネルの対角線が該対角線と前記投影レンズの光軸とを含む平面内に設けると共に、原画像パネル上を通る水平線を前記投影レンズの光軸と直交して設けることを特徴とする。
【００１３】
この請求項３に記載の発明によれば、同一水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率の違いのみであり、虚像に複雑な歪みが生じることを防ぐことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明にかかる画像投影システムは、前記原画像パネルを、前記投影レンズの光軸から原画像パネルの対角線に沿う方向にシフト量Δ隔てて配置することを特徴とする。
【００１５】
この請求項４に記載の発明によれば、曲面反射鏡において虚像を投影するのに必要な領域を小さくすることができる。また、平面反射鏡が画像領域の内部に入り込んでしまうことがなく、登壇者の邪魔になる、あるいは聴衆の視界を遮ることをなくすことができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明にかかる画像投影システムは、前記シフト量を、投影レンズの焦点距離Ｆを４０≦Ｆ≦４７の範囲とした場合のＦの単位を単位とする９であることを特徴とする。
【００１７】
この請求項５に記載の発明によれば、原画像パネルのシフト量を最適にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像投影システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。図１、図２は、いずれも本実施の形態の画像投影システムの概略の構成を説明するための図である。図１に示した構成は、投影部１０１と、投影部１０１が投影した画像を曲面上で反射し、原画像の虚像を映すと共に、反射光によって投影画像１０９を投影面１１６に投影する曲面反射鏡１０７（凸面鏡）と、を備えた画像投影システムである。
【００２１】
なお、投影面１１６としては、スクリーンやホワイトボードといった投影用の板部材であってもよい。また、室内の壁を用いてもよい。
【００２２】
投影部１０１は、例えば、超高圧水銀ランプなどの光源を備えている。光源が照射した光は楕円曲面反射板または自由曲面反射板によって反射され、フライアレンズアレイ（インテグレータ光学系）を通ることによって明るさが均一化する。そして、偏光ビームスプリッタなどの偏光板によって偏光面をそろえられ、コンデンサレンズやコリメートレンズによって略平行の光になる。平行光は、さらに、ダイクロイックプリズムなどの色分解光学部品によってＲ，Ｇ，Ｂの光に分解される（以上述べた各構成については周知の構成であるため図示せず）。
【００２３】
投影部１０１には、原画像が表示された略四角形の表示パネル（原画像パネル）が３枚備えられている。Ｒ，Ｇ，Ｂの各光は、それぞれ表示パネルのうちの一つを透過する。本実施の形態では、表示パネルに透過型液晶ライトバルブ（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））を用いている。ＬＣＤ２０１を透過した３色の光は、ＬＣＤ２０１近傍に配置された色合成プリズム（図示せず）によって色合成される。そして、投影レンズ１０２によって集光され、原画像に基づく画像を曲面反射鏡１０７に投影している。
【００２４】
また、投影部１０１は、光軸２０３が投影画像１０９の対角線ａ”−ｃ”を含む投影面１１６に垂直な平面１１３に沿って投影面１１６に達する位置および角度に設けられ、投影面１１６に投影画像１０９を形成する。
【００２５】
このように構成することによって、投影面１１６に対して斜めの方向から画像を投影することができる。このため、登壇者が投影面の前に立っても投影画像が乱れることがなく、登壇者が投影画像１０９を指示、あるいは投影面に対する書き込みといった動作をしやすくすることができる。
【００２６】
また、本実施の形態では、投影部１０１と曲面反射鏡１０７との間に平面反射鏡１０５を設け、投影部１０３が投影した光を平面反射鏡１０５で反射した後に曲面反射鏡１０７に照射する。平面反射鏡１０５を設けたことによって、投影部１０３が投影部１０１の位置にあるときと同様に光が曲面反射鏡１０７に照射される。このような構成は、本来投影部１０３の位置に投影部を置くことが好ましく、設計上の制限から投影部１０１の位置に投影部を配置する必要がある場合に用いられるものである。
【００２７】
図３、図４は、本実施の形態の投影レンズ１０２とＬＣＤ２０１とを拡大して説明するための図である。本実施の形態では、ＬＣＤ２０１を、投影レンズの光軸２０３に垂直なｙ−ｚ平面に対して傾けて配置している。すなわち、図３において、符号３０１は、傾けずに配置された場合のＬＣＤを示している。ＬＣＤは、投影レンズの光軸をｘ軸にとった場合のｙ軸に対角線ａ−ｃを一致させて配置される。ＬＣＤ２０１をｙ−ｚ平面に対して傾けた場合、対角線ａ−ｃは、ｙ軸よりも−ｘ方向にθ傾いた軸に一致する。このとき対角線ａ−ｃと一致する軸を、対角線軸３０３とする。
【００２８】
図５は、ＬＣＤ２０１を角度θ傾けたこと、Δ分シフトさせたことによって得られる現象について説明するための図である。ＬＣＤ２０１を傾けることなく配置した場合、原画像の位置による倍率の違いが生じず、原画像がある倍率に拡大投影されるだけになる。つまり、虚像は歪みのない画像になる。
【００２９】
本実施の形態では、ＬＣＤを角度θ傾けたことにより、虚像１１１は、光軸２０３に垂直な面２０３ｂに対する虚像傾斜角φの傾きを持つ。このため、対角線ａ−ｃ上の任意の点において、位置の違いによる倍率の違いが生じ、ａ’−ｃ’は歪みを持った像になる。例えば、対角線ａ−ｃ上の任意の点が等間隔にある場合、各点の虚像は位置の違いによって投影倍率が変化し、虚像において等間隔にならない。
【００３０】
図６に示す台形は、左右対象の台形に比べて中心対角線ａ’−ｃ’において、中心ｏからの距離が点ａ’の方が長い。このような現象を、以降本明細書では、点ｃ’よりも点ａ’の方が投影倍率が大きいという。
【００３１】
また、本実施の形態では、図４、図５に示したように、ＬＣＤ２０１を、投影レンズの光軸２０３からＬＣＤ２０１の対角線（対角線軸３０３）に沿う方向にシフト量Δ隔てて配置する。符号１１４を付して示す領域（シフト画像領域）は、ＬＣＤ２０１が頂点の１つを面２０３ｂと光軸２０３との交点に合わせて置いたときに画像が形成される領域である。しかし、ＬＣＤ２０１をシフトさせたことにより、シフト画像領域１１４に画像が形成されることがない。
【００３２】
このように構成したことにより、曲面反射鏡１０７において虚像１１１を投影するのに必要な領域が小さくなる。したがって、曲面反射鏡１０７が小型化でき、ひいては画像投影システムをコンパクトにすることができる。あるいは、虚像の全体が曲面反射鏡１０７に投影されず、投影面１１６にＬＣＤ２０１の画像全体が投影されないといった不具合を解消することができる。
【００３３】
ところで、本実施の形態では、図３、図４に示したように、ＬＣＤ２０１の対角線を対角線軸３０３と投影レンズ１０２の光軸２０３とを含む平面内に設けている。このとき、本実施の形態では、ＬＣＤ２０１上を通る水平線が投影レンズ１０２の光軸２０３と直交するようＬＣＤ２０１を設けている。
【００３４】
図７（ａ）〜（ｃ）は、ＬＣＤ２０１上を通る水平線と光軸２０３との関係を説明するための図である。図７（ａ）に示すように、本実施の形態では、ＬＣＤ２０１の対角線軸３０３と光軸２０３とがなす平面１１３を考える。図７（ｂ）は、図７中に示す矢線Ｃの方向から図７（ａ）のＬＣＤ２０１、投影レンズ１０２を見た図である。また、（ｃ）、（ｄ）は、矢線Ｂの方向から図７（ａ）のＬＣＤ２０１、投影レンズ１０２を見た図である。
【００３５】
図７（ｃ）におけるＬＣＤ２０１上を通る水平線６０１とは、ＬＣＤ２０１上を通ると共に図３で示したｚ軸に平行な線をいう。水平線６０１が光軸２０３と直交する場合、ＬＣＤ２０１の画像の虚像に対する投影倍率が矢線Ｅに示す方向の位置によって変化することがない。しかし、例えば、（ｄ）に示すように、ｚ軸に平行な線が光軸２０３と直交しない線６０２となる場合、投影倍率が矢線Ｆ示す方向の位置によって変化する。
【００３６】
なお、（ｂ）に示した矢線Ｃの方向においては、水平線が光軸との角度によらず投影倍率が矢線Ｄに示す方向の位置によって変化する。このため、水平線６０１が光軸２０３と直交する場合には投影倍率の変化を一方向のみにし、虚像の歪みを抑えることができる。
【００３７】
次に、上記した虚像１１１を投影面１１６に反射する際に点ａ’〜ｃ’の歪みを相殺し、ＬＣＤ２０１の画像の点ａ〜ｃのすべての投影倍率が等しい投影画像を得る構成について説明する。図８は、本実施の形態の画像投影システムの光学的レイアウトを説明するための図である。
【００３８】
本実施の形態では、図８中に示したＡ〜Ｅ、さらに投影レンズの焦点距離Ｆ、α、β、φ、γの各角度を以下のように設定することによってＬＣＤ２０１の画像の点ａ〜ｃのすべての投影倍率が等しい投影画像を得た。すなわち、
Ａ：投影レンズの光軸２０３とＬＣＤ２０１の面の延長線との交点ｐから光軸２０３と投影レンズの主平面２０３ｃとの交点までの距離。
Ｂ：光軸２０３と主平面２０３ｃとの交点ｑから光軸２０３と虚像１１１（の延長線）との交点ｒまでの距離。
Ｃ：曲面反射鏡１０７の主軸８０１、光軸２０３、虚像１１１（の延長線）との交点ｒから曲面反射鏡表面１０７の表面１０７ａまでの距離。
Ｄ：主軸８０１のうち、曲面反射鏡１０７の表面１０７ａから投影画像１０９の対角線ａ”−ｃ”の延長線との交点ｓまでの距離。
Ｆ：投影レンズ１０２の焦点距離。
Ｇ：曲面反射鏡１０７の焦点距離。
θ：ＬＣＤ２０１の面と投影レンズ１０２の光軸２０３に垂直な面２０３ｂとがなす角度。
φ：虚像１１１のうち、投影画像１０９の対角線ａ−ｃが投影された直線ａ’−ｃ’と光軸２０３に垂直な面とがなす角度。
α：光軸２０３と曲面反射鏡１０７の主軸８０１とがなす角度。
β：虚像１１１のうち、投影画像１０９の対角線ａ−ｃが投影された直線ａ’−ｃ’と曲面反射鏡１０７の主軸８０１と直交する面８０１ｂとがなす角度。
γ：曲面反射鏡１０７の主軸８０１に対する垂直な面８０１ｂと投影画像１０９がなす角度。
【００３９】
そして、投影レンズ１０２の焦点距離Ｆを４０≦Ｆ≦４７の範囲とした場合、上記したＡ〜Ｄ、曲面反射鏡１０７の焦点距離Ｇをそれぞれ以下の値に設定した。なお、本実施の形態では、焦点距離Ｆが４０ｍｍ≦Ｆ≦４７ｍｍであり、以下の値はすべてｍｍ単位として設定するものとした。
【００４０】
４１．５≦Ａ≦４９．１
１０９０≦Ｂ≦１１３０
２８≦Ｃ≦４４
３０≦Ｄ≦４９
４２０≦Ｇ≦４４０
なお、上記した各値は、Ｆの値の単位を単位とするものとする。
【００４１】
また、θ、φ、α、β、γの各角度を、以下の値に定める。
５．３°≦θ≦７．６°
６７．６°≦φ≦７１．６°
８７．６°≦α≦９２．５°
１９．９°≦β≦２１．１°
２２°≦γ≦２３°
【００４２】
また、シフト量Δを、投影レンズ１０２の焦点距離Ｆを４０≦Ｆ≦４７の範囲とした場合のＦの単位を単位とする９に設定する。
【００４３】
以上述べた条件を満足する各値の組み合わせの例を表１に示す。
【表１】
また、表１に示した組み合わせは、以下の条件式を満足する。
ｔａｎφ＝（Ｂ／Ａ）×ｔａｎθ …（１）
ｔａｎγ＝（Ｄ／Ｃ）×ｔａｎβ …（２）
α＝β＋φ …（３）
（Ｇ−Ｃ）×ｓｉｎφ＝（Ｂ−Ｆ）×ｓｉｎβ …（４）
μ（光学系全体の投影倍率）
＝｛（ｓｉｎθ×ｓｉｎβ）／（ｓｉｎφ×ｓｉｎγ）｝
×（Ｂ／Ａ）2×（Ｄ／Ｃ）2 …（５）
（１／Ａ）＋（１／Ｂ）＝１／Ｆ …（６）
−（１／Ｃ）＋（１／Ｄ）＝−（１／Ｇ） …（７）
【００４５】
なお、上記した式(１)〜(７)のうち、式（１）は、ＬＣＤ２０１の傾斜角と虚像の傾斜角が光学系のうち投影部１０１（第１光学系部）の投影倍率に関係することを示している。また、式（２）は、曲面反射鏡１０７の主軸に対して垂直な面に対する虚像の傾斜角と投影画像の傾斜角は、光学系のうち曲面反射鏡１０７から投影面１１６までの部分（第２光学系部）の投影倍率に関係することを示している。式（３）は、投影レンズ１０２の光軸と曲面反射鏡１０７のなす角の算出式である。式（４）は、歪みがない画像を投影面１１６に投影するための条件を示す。
【００４６】
また、式（５）は、歪みがない画像が投影できた場合の投影倍率を示している。式（６）は凸レンズ系の結像式であり、式（７）は曲面反射鏡１０７（本実施の形態では凸面鏡）の結像式である。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、曲面反射鏡１０７を、投影画像１０９の４辺のそれぞれに垂直な４面で囲まれる投影画像領域の外部に設けている。このようにすることによって、投影画像１０９を曲面反射鏡１０７が遮ることがなく、画像投影システムを視聴者が投影画像をより見やすいものにすることができる。図９は、投影画像領域９０１を示す図である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、登壇者が投影画像を指示、あるいは投影面に対する書き込みといった動作をしやすくすることができる。また、虚像の投影倍率を、前記原画像パネルの虚像において、同一水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、最終投影画像のすべての点（位置）において同じ倍率にすることができる。このため、構成を複雑化、大型化することなく、スクリーンに対して画像を斜めに投影しても投影された画像の形状に歪みが生じない画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
【００４９】
また、請求項１に記載の発明は、前記投影レンズによる原画像パネルの虚像の投影倍率を、同一水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率を変更することができる。また、曲面反射鏡における虚像の投影倍率を、前記原画像パネルの虚像において、水平線内では同一の倍率で、水平線の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、最終投影画像のすべての点において同じ倍率にすることができるので、スクリーンに対して画像を斜めに投影しても投影された画像の形状に歪みが生じない画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
また、請求項１に記載の発明は、虚像を投影面に投影する際、原画像上の位置の違いによる倍率の違いが相殺され、歪みのない投影画像を得ることができるので、スクリーンに対して画像を斜めに投影しても投影された画像の形状に歪みが生じない画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
【００５０】
請求項２に記載の発明は、画像の投影を妨げることがない位置に曲面反射鏡を設け、より良好な画像を投影できる画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
【００５１】
請求項３に記載の発明は、虚像が複雑な歪みを生じることを防ぎ、虚像を投影した画像を補正する条件を設定しやすくすることができる。
【００５２】
請求項４に記載の発明は、曲面反射鏡において虚像を投影するのに必要な領域を小さくすることができ、虚像全体が曲面反射鏡に投影されずに投影画像が一部欠ける、あるいはこのような不具合を防ぐために曲面反射鏡を大型化する、投影距離を長くすることによって画像投影システムが大型化することを防ぐ画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
【００５３】
請求項５に記載の発明は、原画像パネルのシフト量を最適にすることができ、虚像全体が曲面反射鏡に投影されずに投影画像が一部欠ける、あるいはこのような不具合を防ぐために曲面反射鏡を大型化する、投影距離を長くすることによって画像投影システムが大型化することを防ぐ画像投影システムを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の画像投影システムの概略の構成を説明するための図である。
【図２】本実施の形態の画像投影システムの概略の構成を説明するための他の図である。
【図３】本実施の形態の投影レンズとＬＣＤとを拡大して説明するための図である。
【図４】本実施の形態の投影レンズとＬＣＤとを拡大して説明するための他の図である。
【図５】本実施の形態においてＬＣＤを傾けたこと、シフトさせたことによって得られる現象について説明するための図である。
【図６】本実施の形態で得られる虚像を示した図である。
【図７】ＬＣＤ上を通る水平線と光軸との関係を説明するための図である。
【図８】本実施の形態の画像投影システムの光学的レイアウトを説明するための図である。
【図９】本実施の形態における投影画像領域を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 投影部
１０２ 投影レンズ
１０５ 平面反射鏡
１０７ 曲面反射鏡
１０７ａ 表面
１０９ 投影画像
１１１ 虚像
１１４ シフト画像領域
１１６ 投影面
２０１ ＬＣＤ
２０３ （投影レンズの）光軸
３０３ 対角線軸
９０１ 投影画像領域
Claims (5)
- 投影される画像の原画像を表示する略四角形の原画像パネルと、該原画像パネルを透過した光を集光し、前記原画像に基づく画像を投影する投影レンズと、該投影レンズが投影した画像を形成する光を曲面上で反射し、前記原画像の虚像を映すと共に、前記虚像を投影面に投影する曲面反射鏡と、を備えた画像投影システムであって、
前記投影レンズを、投影レンズの光軸が前記投影画像の対角線を含む投影画像に垂直な平面に沿って前記投影面に達する位置および角度に設けると共に、前記原画像パネルを前記投影レンズの光軸に垂直な面に対して傾けて配置し、
Ａ：前記投影レンズの光軸と前記原画像パネルの面の延長線との交点から前記投影レンズの光軸と前記投影レンズの主平面との交点までの距離
Ｂ：前記投影レンズの光軸と前記投影レンズの主平面との交点から前記投影レンズの光軸と虚像との交点までの距離
Ｃ：前記曲面反射鏡の主軸、前記投影レンズの光軸、虚像の交点から前記投影レンズの光軸との交点から前記曲面反射鏡表面までの距離
Ｄ：前記曲面反射鏡の主軸のうち、前記曲面反射鏡の表面から前記投影画像の対角線の延長線との交点までの距離
Ｆ：投影レンズの焦点距離
Ｇ：曲面反射鏡の焦点距離
θ：前記原画像パネルの面と前記投影レンズの光軸に垂直な面とがなす角度
φ：前記虚像のうち、前記投影画像の対角線が投影された直線と前記投影レンズの光軸に垂直な面とがなす角度
α：前記投影レンズの光軸と前記曲面反射鏡の主軸とがなす角度
β：前記虚像のうち、前記投影画像の対角線が投影された直線と前記曲面反射鏡の主軸と直交する面とがなす角度
γ：前記曲面反射鏡の主軸に対する垂直面と投影画像のなす角度
の各値を定め、投影レンズの焦点距離Ｆを４０≦Ｆ≦４７とした場合、Ａ〜ＤおよびＧが焦点距離Ｆと同様の単位で表される以下の値をとると共に、角度θ、角度φ、角度α、角度β、角度γがそれぞれ以下の値をとり、
４１．５≦Ａ≦４９．１
１０９０≦Ｂ≦１１３０
２８≦Ｃ≦４４
３０≦Ｄ≦４９
４２０≦Ｇ≦４４０
５．３°≦θ≦７．６°
６７．６°≦φ≦７１．６°
８７．６°≦α≦９２．５°
１９．９°≦β≦２１．１°
２２°≦γ≦２３°、
前記Ａ〜Ｄ、Ｆ、Ｇ、θ、φ、α、β、γが、以下の関係にあることを特徴とする画像投影システム。
ｔａｎφ＝（Ｂ／Ａ）×ｔａｎθ
ｔａｎγ＝（Ｄ／Ｃ）×ｔａｎβ
α＝β＋φ
（Ｇ−Ｃ）×ｓｉｎφ＝（Ｂ−Ｆ）×ｓｉｎβ
μ（光学系全体の投影倍率）
＝｛（ｓｉｎθ×ｓｉｎβ）／（ｓｉｎφ×ｓｉｎγ）｝
×（Ｂ／Ａ） 2 ×（Ｄ／Ｃ） 2
（１／Ａ）＋（１／Ｂ）＝１／Ｆ
−（１／Ｃ）＋（１／Ｄ）＝−（１／Ｇ） - 前記曲面反射鏡は、前記投影画像の４辺のそれぞれに垂直な４面で囲まれる投影画像領域の外部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の画像投影システム。
- 前記原画像パネルを画像パネルの対角線が該対角線と前記投影レンズの光軸とを含む平面内に設けると共に、原画像パネル上を通る水平線を前記投影レンズの光軸と直交して設けることを特徴とする請求項１または２に記載の画像投影システム。
- 前記原画像パネルを、前記投影レンズの光軸から原画像パネルの対角線に沿う方向にシフト量Δ隔てて配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の画像投影システム。
- 投影レンズの焦点距離Ｆを４０≦Ｆ≦４７の範囲とした場合、前記シフト量は、焦点距離Ｆと同様の単位で表される９の値を持つことを特徴とする請求項４に記載の画像投影システム。
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