JP5358280B2 - 投写ボード装置、及びこれに用いる透過型スクリーン - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネル等の映像表示素子を使用して投写面に映像を投影する投写型映像表示装置と投写面であるスクリーンとその製造方法に関するものであり、特に、これらを組み合わせて得られるボード装置のコンパクト化及び高性能化技術に関する。

例えば、反射型あるいは透過型の液晶パネルや微小ミラーを複数個配列した構造の映像表示素子の表示画面を投写面であるスクリーンやボード等に拡大表示する投写型映像表示装置においては、投写面で十分な大きさの拡大像が得られるようにすることは勿論であるが、プレゼンターの影が投写面に映らない事やプレゼンターの目に直接拡大映像光が入らないように、投写型映像表示装置と投写面の距離を短縮した所謂短投写型の投写光学系が市場に出現し始めている。この投写光学系は投写面に対して斜め方向から拡大映像光が入射するように構成されている。（例えば特許文献１）
また、かかる斜め投写に曲面ミラーを用いた斜投写光学系で光学的な調整を行う手段についても知られている。（例えば特許文献２）
更にプレゼンターの影が投写面に映らない事やプレゼンターの目に直接拡大映像光が入らないように、この斜投写光学系と光路折り返しミラーを用いて超薄型コンパクトな背面投写型ボード装置（映像表示装置）を実現する投写型映像表示装置も知られている。（例えば特許文献３）
この投写型映像表示装置に最適な透過型スクリーンとして従来は図３７及び図３８に示すような拡散層１７１と拡散シート基材１７２からなる拡散シート１７０（レンチキュラーシートの場合もある）とサーキュラーフレネル面を観視側に配置したサーキュラーフレネルシート１６７による二枚構成スクリーンが一般的であった。この透過型スクリーンを斜投写光学系に適用すると図３８に示すように映像光Ｒ１、Ｒ２は十分に屈折されず拡散シート１７０に斜め方向から入射するため明るさのピーク方向を所望の方向に制御できないばかりか大きな反射損失が生じる。そこで図３９及び図４０に示すような拡散シート１７０と投写型映像表示装置側にフレネルレンズ面を向けた全反射方式のサーキュラーフレネルシート１６６による二枚構成スクリーンが提案されている。この結果、斜投写光学系に対応させても反射損失を大幅に軽減できる方式についても既に知られている。（例えば特許文献４）
更に、一般的な投写光学系を用いた投写型映像表示装置と反射型スクリーンを一体として利便性を向上した投影システムについての提案も既に知られている。（例えば特許文献５）

特開２００８−２５０２９６号公報 特開２００２−３５０７７４号公報 特開２００６−２５９２５２号公報 特開平４−８０３６９号公報 特許第３８８６４０５１号公報

しかしながら、従来技術、特に、上記特許文献１に開示されている投写面に対して斜め方向から拡大映像光が入射する斜投写光学系では、投写光学系と投写面との間に曲面ミラーを配置して構成し、共軸投写光学系で曲面ミラーと該共軸投写光学系の間に中間像を結像させこの中間像を曲面ミラーの拡大作用により投写面であるスクリーン上に拡大投写する構成である。

このため、上記特許文献１に記載の技術では、スクリーン上の拡大像の倍率を変倍したりするためには曲面ミラーの位置を前記共軸投写光学系の光軸に沿って平行移動させなければならず曲面ミラーが前記光軸に対して傾かないように高精度移動調整機構が必要となるがこの移動調整機構については開示されていない。
また上記特許文献２には自由曲面ミラーの移動による調整方法が開示されているだけで、斜投写光学系特有の投写面であるスクリーンへの斜め投写に伴う投写映像の台形歪み及びスクリーン上下方向の投写距離の差により生じる収差についての具体的な補正について考慮されておらず、投写光学系とスクリーンとの間に配置した負のパワーを有する自由曲面ミラーの製造方法については記載すら無い。

一方、上記特許文献３にはプロジェクタ本体の投写レンズから投写される投写光を反射するミラーを回転可能とするためのミラー機構部を有し、このミラー機構部はミラーに対しプロジェクタ本体からの投写光の投写角度が所定の角度となるように固定部にプロジェクタ本体を固定するものでプロジェクタ本体内部に設置された投写レンズをシフトすることなくスクリーンに対して背面から投写（以下リア投写と記載）を行うことができるばかりでなく、フロント投写（スクリーンに直接投写）する場合には前記ミラー機構部にプロジェクタ本体を収納する構成としミラー機構内部へプロジェクタ本体を収納した場合にコンパクトなサイズになるように考案されている。

しかしながら、上記特許文献３に記載のプロジェクタにおいては、リア投写時のミラーとプロジェクタ本体の位置関係が固定されており、リア投写におけるスクリーン上の拡大像の倍率を変倍方法や拡大映像の位置を調整する技術手段については考慮されていない。

また、上記特許文献４に記載の透過型スクリーンでは二枚構成スクリーンのうちサーキュラーフレネルシートの入射面に全反射フレネルレンズを設けこのレンズ面の作用により映像観視側へ略平行となるように出射する構成となっている。係る従来の全反射フレネルレンズを含む透過型スクリーンではフレネル角度の詳細な設計が成されておらず従来技術の全反射フレネルレンズをそのまま斜投写光学へ適用すると入射角度がスクリーン画面垂直方向の位置により大きく異なるためフレネルレンズ面で反射した光の出射方向が画面内で変化し所定の方向からスクリーン上の映像を見た場合明るさが不均一となる。又、スクリーン全面で全反射させるためには映像光線の入射角度が限定され映像光源である投写型映像表示装置とスクリーンの位置関係も制約を受けるなどシステム全体としての課題も生じる。更に全反射サーキュラーフレネルレンズの製造は型を利用し一枚づつＵＶ樹脂でフレネル形状を形成し紫外線により硬化して作成するため成形時間が長く大幅なコストアップを招いていた。

一方、上記特許文献５には投影スクリーンと伸縮式のアームで一体的に連動された投影ヘッド（投写型映像表示装置が内蔵されている）によりスクリーン対して光学的・機械的に反復しても正確な位置決めが可能な反射投影システムが記載されている。

しかしながら、上記特許文献５の反射投影システムでは投写型映像表示装置と投写面の距離を短縮した短投写型の投写光学系に対応する技術的な考慮が全く成されていない。

また、上記特許文献５の反射投影システムでは投写型映像表示装置がスクリーン中央上部に配置されているためプレゼンターの影が投写面に映り込む事やプレゼンターの目に直接拡大映像光が入るなど従来技術による投写型映像表示装置の課題については一切解決されていない。

さらに上記特許文献５の反射投影システムでは一つの反射投影システムで使用可能な投写型映像表示装置は一台のみであり、より明るい映像や高い解像度を得ようとした場合に付属した投写型映像表示装置をより高価な高輝度モデルや高解像度モデルに変更する必要が生じる。

一方、上記特許文献５の反射投影システムは教室などの壁面に直接取り付けることを考えて成された発明で反射投影システム全体の移動やスクリーン高さ（位置）を上下する技術手段については一切開示されていない。またインターラクテブ性や防犯性をより高めるための映像入力部及び音声入力部の構成については記載もされていない。

また、現状の反射投影システムは図３１（アスペクト比１６：９の横長タイプ）及び図３２（アスペクト比４：３のタイプ）に示しようにボードを直接居室の壁面に取り付ける構造となっている。

本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、台形歪み補正やフォーカス調整が容易な投写面へ斜め投写する斜投写光学系を実現すると共に、この斜投写光学系を用いた投写型映像表示装置とこれに対応した反射損失が少なく明るさの均一性に優れた安価な透過型スクリーンを実現しコンパクトで外光の影響が少ない高画質な投写ボード装置を提供することにある。また第二の目的は、反射型スクリーンを使用する反射投影システムにおいても投写型映像表示装置からの拡大映像光がプレゼンターの目に直接拡大映像光が入りにくくプレゼンターの影が投写面に映り込むことが少なく投写ボード装置を提供することにある。さらに第三の目的は投射型映像表示装置を複数台併設することで、より明るい映像や高い解像度が得られる投写ボード装置を提供することにある。さらに第四の目的は移動やスクリーン高さ（位置）を容易に上下動させることができる使い勝手に優れかつインターラクテブ性や防犯性をより高めるための映像入力部及び音声入力部を具備してよりなるボード装置を提供する事にある。

上記の目的を達成するために、本発明による投写光学系は映像表示面に表示された映像を投写面であるスクリーン等に斜めに拡大投写する斜投写光学系で、複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、映像光束が通過する映像垂直方向の有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し、その形状は光軸に対して軸非対称とすることで超広角化により発生する収差や斜め投写によって発生する歪みを補正することが可能となる。

また本発明の構成要件の一つである斜投写光学系は、上述の理由により光軸に対して拡大映像が映し出される画面垂直方向の位置を高かく（シフト量が大きい）することが可能となるので投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に小型の自由曲面ミラーや光路折り返し用平面ミラーを配置することもできる。このため、前述のミラーと投写面であるスクリーンまでの間に投写型映像表示装置が配置されるため、前述の投写型映像表示装置を固定するアームの長さを短く出来るため強度も低く抑えることが可能となりシステム全体のコストを低減できる。

斜投写光学系に対応した本発明の透過型スクリーンは一枚構成とすることで従来技術の二枚構成スクリーンで発生していた映像光の多重反射によるフォーカス性能低下を軽減できる。またその映像光の入射側に断面形状が画面垂直方向の位置によって形状が変化するフレネルレンズを画面垂直方向に連続的に設けた形状としこのフレネルレンズの画面垂直方向の断面を映像光が屈折作用により映像観視側に出射するレンズ領域１と映像光が全反射させることで映像観視側に出射するレンズ領域２とした場合にレンズ領域１とレンズ領域２の比率を画面下端から上端に向かって変化させるかつフレネル角度も映像光の入射角度に応じて最適化することで反射損失を最小として映像光の出射方向を揃えることが可能となりフレネルレンズの映像観視側に設けた拡散層により画面垂直方向と水平方向に拡散される背面投写方式が実現できるのでプレゼンターの目に直接拡大映像光が入ることがない。

更に本発明の透過型スクリーンの映像入射面側に形成されたリニアフレネルレンズはロールによる連続性成形が可能となるので大幅なコスト低減が実現できる。

また本発明の斜投写光学系を構成する投写レンズの物面有効領域の対角寸法又は面積に対して略７０％以下の有効映像表示領域を有する映像表示素子を投写レンズの光軸に対してシフトさせて固定することで拡大映像は光軸に対してシフトさせることが可能となる。このため投写型映像表示装置をスクリーンの外形中心に対して画面水平方向又は垂直方向又は水平・垂直方向同時に所定量シフトして配置することで拡大映像光がプレゼンターの目に直接拡大映像光がより入り難くかつプレゼンターの影が投写面に映り込むことが更に少なくなる。

次に一台のボード装置において例えば投射型映像表示装置を二台併設しより明るい映像や高い解像度を得るためには、一方の投射型映像表示装置において斜投写光学系を構成する投写レンズの物面有効領域の対角寸法又は面積に対して略９０％以下の有効映像表示領域を有する映像表示素子を投写レンズの光軸に対してシフトさせて固定することで得られる拡大映像を光軸に対してシフトさせる。他方の投射型映像表示装置においても斜投写光学系を構成する投写レンズの物面有効領域の対角寸法又は面積に対して略９０％以下の有効映像表示領域を有する映像表示素子を投写レンズの光軸に対して反対方向にシフトさせて固定することで得られる拡大映像を光軸に対してシフトさせ投写面で映像を重ねることが可能になる。この時前述した光軸からのシフト量によって得られた空間に二台の投射型映像表示装置を併設すれば良い。

投写ボード装置の移動を容易に行なうためには本体下部に移動用のキャスターを取り付け、スクリーン高さ（位置）の調整を容易に行うためには、斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置とスクリーンを連結手段により一体化しさらにかつインターラクテブ性や防犯性をより高めるため画像入力部としてカメラ及び音声入力部として指向性マイクをスクリーン上端部に配置することが望ましい。

本発明の投写光学系は、複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズの映像光束が通過する映像垂直方向の有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し、その形状を光軸に対して軸非対称とすることで超広角化により発生する収差や斜め投写によって発生する歪みを補正することが可能となる。

さらに、投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に小型の自由曲面ミラーや光路折り返し用平面ミラーを配置することができるので、前述のミラーと投写面であるスクリーンまでの間に投写型映像表示装置が配置されるため、前述の投写型映像表示装置を固定するアームの長さを短く出来るため強度も低く抑えることが可能となりシステム全体のコストを低減できる。

一方、斜投写光学系に対応した本発明の透過型スクリーンは一枚構成とすることで従来技術の二枚構成スクリーンで発生していた映像光の多重反射によるフォーカス性能低下を軽減でき、フレネルレンズでの反射損失を最小とすることができるとともに、映像入射面側に形成されたリニアフレネルレンズはロールによる連続成形が可能となるので従来技術によるサーキュラーフレネルレンズ方式に比べて大幅なコスト低減が実現できる。

また本発明の斜投写光学系を使用した投写型映像表示装置はスクリーンの外形中心に対して画面水平方向又は垂直方向又は水平・垂直方向同時に所定量シフトして配置することで拡大映像光がプレゼンターの目に直接拡大映像光がより入り難くかつプレゼンターの影が投写面に映り込むことが更に少なくなる。

更に、本発明の斜投写光学系を使用した投写型映像表示装置を投写ボード装置に複数台併設することでより明るい映像や高い解像度を得ることができる。

また、本体下部に設けた移動用のキャスターやスクリーン高さ（位置）の調整機構により可搬性と使いやすさが向上する。さらにカメラ及び音声入力部として指向性マイクをスクリーン上端部に配置することがインターラクテブ性や防犯性をより高めることも可能となる。

本発明の斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型ボード装置の一実施形態を示す正面図 本発明の斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型ボード装置の一実施形態を示す側面図 本発明の斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型ボード装置の一実施形態における光学系配置を示す側面図 本発明の一実施形態における斜投写光学系のレンズ構成を示す投写レンズの断面図 本発明の斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型ボード装置の一実施形態を示す正面図 本発明の斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型ボード装置の一実施形態を示す正面図 本発明の斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型ボード装置の一実施形態を示す正面図 本発明の斜投写光学系を備えた投写型ボード装置の一実施形態を示す正面図 本発明の一実施形態における斜投写光学系を構成する投写レンズの有効領域と実際に使用する領域を比較した模式図 本発明の一実施形態における斜投写光学系を構成する投写レンズの有効領域と実際に使用する領域を比較した模式図 本発明の斜投写光学系を備えた投写型ボード装置の映像表示領域分割の一実施形態を示す模式図 本発明の一実施形態における斜投写光学系を備えた投写型ボード装置の映像表示の原理を説明するためのブロック図 本発明の一実施形態における透過型スクリーンの構成を示す模式図 本発明の一実施形態における透過型スクリーンの構成を示す断面図 本発明の一実施形態における透過型スクリーンの構成と作用を説明するための説明図 本発明の斜投写光学系と本発明の透過型スクリーンを組み合わせた場合の本発明の透過型スクリーンの作用を説明するための一実施形態における第一の説明図 本発明の斜投写光学系と本発明の透過型スクリーンを組み合わせた場合の本発明の透過型スクリーンの作用を説明するための一実施形態における第二の説明図 本発明の斜投写光学系と本発明の透過型スクリーンを組み合わせた場合の本発明の透過型スクリーンの作用を説明するための一実施形態における第三の説明図 本発明の一実施形態における斜投写光学系の周辺光量比を説明するための説明図 本発明の一実施形態における斜投写光学系に用いる投写レンズの周辺光量比を示す特性図 本発明の一実施形態における透過型スクリーンの指向特性評価法を説明するための説明図 本発明の一実施形態における透過型スクリーンの指向特性を示す特性図 本発明の斜投写光学系の一実施例（図２３（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成を示す投写レンズの断面図 本発明の一実施形態における斜投写光学系のレンズ構成と光線追跡結果を表す断面図 本発明の一実施形態における斜投写光学系を実現する投写レンズのレンズデータ 本発明の一実施形態における斜投写光学系を実現する投写レンズのレンズデータ 図２５に示す本発明の一実施形態における傾斜投写光学系を実現する投写レンズのスポット図 本発明の斜投写光学系の一実施例（図２５（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成を示す投写レンズの断面図 本発明の一実施形態における斜投写光学系を実現する投写レンズのレンズデータ 本発明の一実施形態における斜投写光学系を実現する投写レンズのレンズデータ 図２８に示す本発明の一実施形態における斜投写光学系を実現する投写レンズのスポット図 本発明の一実施形態における斜投写光学系を実現する投写レンズのレンズデータ 本発明の一実施形態における斜投写光学系を実現する投写レンズのレンズデータ 本発明の斜投写光学系の一実施例（図３０（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成を示す投写レンズの断面図 本発明の一実施形態における斜投写光学系を実現する投写レンズのレンズデータ 本発明の一実施形態における斜投写光学系を実現する投写レンズのレンズデータ 図３２に示す本発明の一実施形態における斜投写光学系を実現する投写レンズのスポット図 従来の斜投写光学系を備えた投写型ボード装置の一実施形態を示す正面図 従来の斜投写光学系を備えた投写型ボード装置の一実施形態を示す正面図 図１５に示した本発明の一実施形態における透過型スクリーンの製造方法の一部を示す概略図。 本発明の一実施形態における斜投写光学系と従来の透過型スクリーンを組み合わせた場合の従来の透過型スクリーン作用を説明するための説明図 本発明の一実施形態における斜投写光学系と従来の透過型スクリーンを組み合わせた場合の従来の透過スクリーン作用を説明するための説明図 本発明の一実施形態における斜投写光学系と従来の透過型スクリーンを組み合わせた場合の従来の透過型スクリーン作用を説明するための説明図 本発明の一実施形態における斜投写光学系と従来の透過型スクリーンを組み合わせた場合の従来の透過型スクリーン作用を説明するための説明図 投写型映像表示装置の照明光学系の一実施例を示した構成図

以下、本発明の実施の形態についての最良の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素は、同一符号を付して示し、かつ、一度説明したものについては、その後、その説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態の一つであるリア方式の投写ボード装置の正面図で投写面のアスペクト比は１６：９の横長としている。透過型スクリーン１３０の支持枠１１１下部の収納部１１４に投写型映像表示装置本体１０１を収納する構成となっている。投写型映像表示装置１０１は本体から投写面である透過型スクリーン１３０までの距離を少しでも短縮するようにミラー一体型構造となっている。

拡大映像光は透過型スクリーン１３０に略平行に配置した光路折り返しミラー１１７により折り返され透過型スクリーン１３０の裏面から入射し拡散されながら観視側に出射される。

光路折り返しミラー１１７は地面に対して直立しているので自重により撓む事が無いので映像に歪が発生しない。

投写ボード装置上部には視野角の広い監視用のカメラ１５３と通常のカメラ１５２及び比較的指向性が強いマイク１５１が設けられている。本発明の一実施形態における投写ボード装置をテレビ会議システムとして使用する場合には会議中の発言者の発言内容と姿をモニタできるようにカメラ１５２と指向性マイク１５１に上下左右に回転可能な保持機構を設けると更に良い。透過型スクリーン下部に補強部材１（図中１１０）及び補強部材２（図中１１５）を設けスクリーン脚部１１３を連結することで投写ボード装置の機械的な強度を向上する構成とし、スクリーン脚部１１３の底面には移動用のキャスター１１６を設けることで容易に移動可能な投写ボードを実現している。

次に監視用のカメラ１５３と通常のカメラ１５２により得られた映像の表示法について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は本発明の一実施形態における投写ボード装置の投写面への投写映像配置の模式図である。プレゼンテーション用の映像はメインのゾーンＡに表示し監視用のカメラ１５３からの映像はゾーンＢに通常のカメラ１５２からの映像はゾーンＣに表示する。通常カメラ１５２にズーム機能を持たせることで会議等での発言者を大きく映し出す事が可能となる。また監視用のカメラ１５３は会議室や教室などの全景の映像を取り込むように設定しボード装置を使用しない時でも稼動し得られた映像をＬＡＮ回線などにより常時送信し別の場所で監視することで防犯効果を得ることが出来る。ゾーンＤにはテレビ会議の相手方会場の全景を表示させても良い。更にゾーンＥには指向性マイク１５１で集音した音声を文字変換して表示しても良い。これらＡからＥに表示した映像は選択して切り替えることで全画面表示したり表示位置を変更したり出来ることは言うまでもない。

以上述べたカメラからの映像信号は図１２に示すようにプレゼンテーション用のメインの映像信号に加算された形で映像表示素子に供給されることになる。上述した映像を高品位に表示するためには映像表示素子の解像度としてアスペクト比４：３ではＸＧＡ（１０２４×７６８画素）以上が必要であり１６：９の横長のアスペクト比でもワイドＸＧＡ（１２８０×８００画素）以上は必要となる。また映像表示素子の有効表示領域としては対角寸法１．３インチ以下が望ましい。この寸法を超えると投写型映像表示装置の外形寸法が非常に大きくなり本発明の一実施形態における投写ボード装置との親和性が著しく悪化する。

またボード装置をコンパクト化するためには投写レンズの投写面に最も近い位置に配置されたレンズと前記投写面までの間隔Ｌを出来るだけ短くすれば良く、投写画面の対角寸法をＤに対して６０％以下実用上問題のない範囲のコンパクトな装置が実現できるが５０％以下であれば更に良い。

図２は図１に示した本発明の一実施例の側面図である。映像光に外光が入射し画質低下を招かないように光路折り返しミラー１１７と透過型スクリーン１３０の間にバックカバー１１８を設け外光を遮る構成とした。更に、ハンドル１１９を持って上下させることでスクリーン脚部１１３を除いた本体部分が上下可動する構成としている。この結果、会議室や教室に本発明の一実施形態における投写ボード装置を移動させて使用する場合には前述の本体部分を最下端に下ろした状態で投写ボードの高さが１８００ｍｍ以下となるように設計することでほとんどの部屋の入り口部分を通過することができる。
図３は本発明の投写ボード装置に適用できる斜投写光学系を実現する投写レンズの一例として図２７に構成図を図２８にレンズデータを示した投写レンズと光路折り返しミラー１１７及び透過型スクリーン１３０の配置を示している。投写レンズの光軸シフト量が大きく投写レンズのミラーＭ１の上端より光路折り返しミラー１１７の下端が下になる斜投写光学系独特の構成を成す。スクリーン外形中心への入射角度は５５．６度にもなり通常の屈折式の透過型スクリーンでは反射損失そのものが大きくなることと、スクリーン下端と上端での入射角の違いが大きく反射損失がスクリーンの部位で異なり観視側からスクリーンを観た場合明るさが不均一となる。このため、後述するように本発明の一実施形態における投写ボード装置では新たな構成の透過型スクリーンが必要となった。

図４は本発明の投写ボード装置に適用できる斜投写光学系を実現する投写レンズの一例として図２７に構成図を図２８にレンズデータを示した投写レンズのレンズ配置と光線追跡結果を示したＺＹ平面の断面図である。ミラーＭ１の上限と下限では傾きが大きくことなる自由曲面形状を成している。尚詳細なレンズ構成の説明は後述する。

図５は、本発明の第二の実施形態であるリア方式の投写ボード装置の正面図で、図１との違いは投写面のアスペクト比が４：３である。構成する部品とそれそれの作用は共通であるためここでは説明を省略する。

図６は本発明の第三の実施形態であるリア方式の投写ボード装置の正面図で、図１との違いは投写型映像表示装置本体１０１が表示面である透過型スクリーン１３０の外形中心からシフトさせて配置している点である。（以下横投写と記述する）斜投写光学系を実現する投写レンズにおいて上述した配置を実現するための具体的な技術手段を図９により説明する。図９のゾーンＡは本発明の一実施形態における投写ボード装置に具備された斜投写光学系を構成する投写レンズの物面有効領域を示している。一方同図ゾーンＢは本発明の一実施形態における投写型映像表示装置で使用する映像表示素子の有効映像表示領域を示している。
ゾーンＡとゾーンＢの面積又は対角寸法の比率Ｂ／Ａが小さいほど投写レンズの物面有効領域内のどこにでも映像表示素子をレイアウトできるためこの光学系を使用した投写型映像表示装置の設置場所の自由度が向上する。但し必要以上に投写レンズの物面有効領域を大きくするとレンズの大口径化が必要となりシステム全体のコストアップに？がるため発明者らのシミュレーションでは実用上は２５％程度が下限となる。また投写型映像表示装置本体１０１を透過型スクリーン１３０の外形中心からシフトさせプレゼンターの立ち位置の邪魔にならない範囲に配置するためには前述の比率B／Aを最低でも８０％とする必要があり、７０％以下であれば更にレイアウトの自由度が向上する。

図７は本発明の第四の実施形態であるリア方式の投写ボード装置の正面図で、図１との違いは投写型映像表示装置本体１０１ａ、１０１ｂが二台併設されている点である。また透過型スクリーンへの垂直方向入射角度が同一となるように二台の投写型映像表示装置本体１０１ａ、１０１ｂは画面水平方向に並んで設置することで２画面同時投写が可能となる。この時、採り得る二台の投写型映像表示装置それぞれの斜投写光学系を構成する投写レンズの物面有効領域（ゾーンＡ）と映像表示素子の有効映像表示領域（ゾーンＢ）及び（ゾーンＣ）の関係を図１０により説明する。

本発明の一実施形態における投写ボード装置を構成する斜投写光学系を構成する投写レンズの物面有効領域（ゾーンＡ）に対して、本発明の一実施形態における一方の投写型映像表示装置における映像表示素子の有効映像表示領域（ゾーンＢ）が図示したようになる位置で固定し、他方の投写型映像表示装置の映像表示素子も有効映像表示領域（ゾーンＣ）が図示したような位置になるように固定することで投写面であるスクリーン上で二台の映像が重ならないので水平解像度を二倍化でき、より高精細度な映像が表示可能とする。一方、同一の映像を投写してスクリーン上で重ね合わる位置に前述したゾーンＢ及びゾーンＣを設定（図示せず）することでそれぞれの投写型映像表示装置を二台合わせた光束量の明るさを得ることができる。
上述したゾーンＡに対してとゾーンＢとゾーンＣの面積又は対角寸法の比率Ｂ／Ａ、Ｃ／Ａが小さいほど投写レンズの物面有効領域内のどこにでも映像表示素子をレイアウトできるため重ね合わせた拡大映像に対する投写型映像表示装置の設置場所の自由度が向上する。但し必要以上に投写レンズの物面有効領域を大きくするとレンズの大口径化が必要となりシステム全体のコストアップに？がるため発明者らのシミュレーションでは実用上は４０％程度が下限となる。また投写型映像表示装置本体１０１を透過型スクリーン１３０の外形中心からシフトさせ二台配置するためには比率B／AとＣ／Ａを最低でも９０％以下とする必要がある。

図８は本発明の第五の実施形態である反射方式の投写ボード装置の正面図で、図７との違いは投写型映像表示装置本体１０１ａ、１０１ｂを反射式スクリーンの上部に支持アーム１７０ａ、１７０ｂを介して二台併設されている点である。図７に示した実施例と同様に反射方式のスクリーンへの垂直方向入射角度が同一となるように二台の投写型映像表示装置本体１０１ａ、１０１ｂは画面水平方向に並んで設置する。この結果、２画面同時投写が可能となる。二台の投写型映像表示装置における斜投写光学系を構成する投写レンズの物面有効領域（ゾーンＡ）と映像表示素子の有効映像表示領域（ゾーンＢ）及び（ゾーンＣ）の関係については図７に示した本発明の第四の実施例と同じであるため説明は省略する。

次に本発明の一実施形態における透過型スクリーンの作用について図１３乃至図１５を用いて説明する。図１３は本発明の一実施形態における透過型スクリーンの模式図である。映像光入射側即ち投射型映像表示装置側に断面形状が画面垂直方向の位置によって形状が変化するリニアフレネルレンズを画面垂直方向に連続的に設けた形状を成すと共に前記リニアフレネルレンズの画面垂直方向の断面は、映像光を屈折作用により映像観視側に出射するレンズ領域（以下、レンズ領域１と記載）と映像光を全反射させることで映像観視側に出射するレンズ領域（以下、レンズ領域２と記載）から形成され前記レンズ領域１とレンズ領域２の比率が画面下端から上端に向かって変化する形状を成している。即ち、領域１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃでそれぞれ比率が異なる事を意味するが本発明の一実施形態における投写ボード装置に適用する斜投写光学系のスクリーンへの入射角度によっては領域１３４Ａにおいてはほとんどレンズ領域１が存在しない場合もある。リニアフレネルレンズのスクリーン観視側には拡散材を含んだ拡散層１３３と観視側面に傷つき防止のため硬化表面層（ハードコート層）１３１を設けたフレネルシート基材１３２を備えてより構成される。

図１４は本発明の一実施形態における透過型スクリーンの構成を模式的に示した垂直方向断面図で、スクリーン下端（領域１３４Ａ）では屈折式のフレネルレンズがスクリーン中央（領域１３４Ｂ）ではレンズ領域２の比率が大きくスクリーン上端部（領域１３４Ｃ）ではレンズ領域２のみとなる。但しこの比率は前述したように本発明の一実施形態における投写ボード装置に適用する斜投写光学系の投写レンズのシフト量と投写距離によりスクリーンへの入射角度が変化するのでそれに合わせて最適化する必要がある。例えば、リニアフレネルのレンズ部の屈折率が１．５の場合には光線が全反射する入射角は４１．８度以上であるのでリニアフレネルレンズの角度と光線入射角をパラメータとして反射後の光線がスクリーン面に垂直に出射するための設計は幾何光学により容易に成し得る。リニアフレネルレンズはシート状のフレネル基材１３４に設けられ粘着層１３５を介して拡散材を含んだ拡散層に接着又は粘着する。さらに拡散層１３３はスクリーンシート基材１３２に粘着または接着される。さらにフレネルシート基材１３２の観視側面には傷つきを防止するための硬化表面層（ハードコート層）１３１を設けている。

図１５は本発明の一実施形態における透過型スクリーンの構成を模式的に示した垂直方向断面図で映像光線の光線追跡結果を示している。スクリーンから下端（領域１３４Ａ）では屈折式のフレネルレンズによりがスクリーン中央（領域１３４Ｂ）ではレンズ領域２の比率が大きくスクリーン上端部（領域１３４Ｃ）ではレンズ領域２のみとなる。スクリーン下端部の領域１３４Ａに入射した映像光線Ｒ１−１及びＲ１−２はフレレルレンズの入射面Ｌ１４１で屈折し略平行光となって拡散層１３３に入射し拡散材の作用で垂直・水平方向に拡散される。

本実施では説明の都合上フレネルレンズＬ１４１のレンズ領域ａ１では全面が屈折式のレンズ面としているが、投写ボード装置に適用する斜投写光学系の投写レンズのシフト量と投写距離により決まるスクリーンへの映像光線入射角度によってはスクリーン下端部の領域においても同図、スクリーン中央（領域１３４Ｂ）として図示したように屈折面ａ１と全反射面ａ３が所定の比率で存在する場合もある。

スクリーン中央部の領域１３４Ｂに入射した映像光線Ｒ２−２は屈折式のレンズ面で屈折して略平行光となって拡散層１３３に入射し拡散材の作用で垂直・水平方向に拡散される。一方、Ｒ２−１はレンズ面Ｌ１４３から入射し全反射フレネルレンズ面Ｌ１４４で全反射し略平行光となって拡散層１３３に入射し拡散材の作用で垂直・水平方向に拡散される。この時生じる反射損失は全反射面ではほぼ零となるが屈折面では入射角度が大きいため１０％以上となる場合もある。そこでこの反射損失もスクリーン全体で均一になるようにスクリーン画面垂直方向の位置と映像光の入射角度をパラメータとして同図中のａ１とａ２の比率を最適設計することが望ましい。
図１５に示す実施では説明の都合上スクリーン中央（領域１３４Ｂ）として図示したように屈折面ａ１と全反射面ａ３が所定の比率で存在するように示しているが投写ボード装置に適用する斜投写光学系の投写レンズのシフト量と投写距離により決まるスクリーンへの映像光線入射角度によってはスクリーン中央部の領域においてもＬ１４３とＬ１４４に示したように全てのフレネルレンズ面が全反射方式とする場合もある。一方スクリーン上端部（領域１３４Ｃ）においてはフレネルレンズ面Ｌ１４５を全反射方式とすることで映像光のスクリーンへの入射角度大きくても損失なく映像光線を観視側へ出射させることが可能となる。

上述した本発明の一実施形態における透過型スクリーンの製造方法と構成について図３６を用いて説明する。図３６において、ロール巻きされたフレネルシート基材３０３をシート送り出し機３０１により平坦な状態で送り出す。この時シート表面の一方の面に紫外線又は可視光又は電子線で硬化する樹脂が塗布されリニアフレネル成形ロール３０５によりフレネルレンズ形状が成形され、硬化用（紫外線又は可視光又は電子線）照射装置（ランプ）から光の照射により硬化する。また他方の面には粘着（接着）剤塗布ロール３０６により粘着剤が塗布され、他方スクリーン基材１３２は押し出し成形機３０９により成形されその後一方の表面に拡散層を形成し拡散層圧着ロール３１０でスクリーン基材１３２に圧着固定される。以上述べた２種類のシートはフレネルシート圧着ロールにより粘着（接着）され一体化した後に必要寸法に裁断される。この時、フレネルシート基材３０３はロール巻きされた状態で納入されるので厚さは５００μｍ以下が良く、映像光のボケ量を考慮すると３００μｍ以下であれば更に良い。材質としては高透過率なポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、などが候補となるが、寸法安定性を考慮するとポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレートなどの低吸湿材料が良い。またスクリーン基材としては透過率が高いアクリル、ポリカーボネイト、ポリスチレンなどが良く、厚さについてはスクリーンサイズによって異なるが、指で押した場合の凹みの量を計測する実験検証からスクリーン対角寸法Ｄとスクリーン基材の厚さｔの比率ｔ／Ｄは０．２５％以下では機械的な強度が足りずスクリーンを指で押した場合大きく撓み０．５％を越えると質量が大きくなりボード装置の機械的な強度を高める必要が生じるためコストアップに繋がる。また外光によるコントラスト低下を軽減するためにスクリーン基材に可視光に対する透過率を低減した基材を用いるとよい。これは外光がスクリーンに入射して拡散材で拡散し再び観視側に出射するためにはスクリーン基材を二度通過するのに対して映像光は一度通過するだけであり外光の減衰は吸収率（１−（基材の透過率＋表面反射率））の二乗に比例するためである。発明者らは透過型スクリーンのスクリーンゲインＧs（出射光の輝度と入射光照度の比率）と透過率Ｔｓの関係から良好なコントラスト性能を得るためには下記条件式を満足させる範囲とすれば良い事を実験により求めた。 ０．６＜Ｇｓ＜２．０ ０．３＜Ｔｓ＜１．０
以上述べた本発明の一実施形態における透過型スクリーン１３０は一枚構成であり映像光入射面に設けたリニアフレネル（一部全反射領域とフレネル領域が混在する場合もある）レンズはロール成形で連続的に大量生産可能であるため、従来技術の二枚構成でかつフレネルレンズシートがサーキュラーフレネル方式のフレネルレンズ成形方法である型による個別成形方式に比べ飛躍的に量産性が向上しコスト低減が可能となる。

図１６は本発明の一実施形態における透過型スクリーン１３０と斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置１０１を組み合わせた場合の透過型スクリーン１３０の作用を説明する模式図である。透過型スクリーンアスペクト比は１６：９の横長タイプであり説明の都合上光路折り返しミラーは省略している。本発明の投写型映像表示装置１０１は斜投写光学系を採用することで投写像がミラー１０２の影にならないように大きな光軸シフトを実現している。例えば後述する本発明の第一実施例の投写レンズ（構成図を図２３に光線追跡結果を図２４にレンズデータを図２５（ａ）（ｂ）に示す）は映像表示素子の有効映像表示領域は対角寸法が０．５９インチの横長ワイドとした場合にＡ２：Ａ１の比で１０：−２．５である。投写映像の対角寸法を８０インチとした場合図２４に示したようにＬ１６レンズから３０ｍｍの位置に平面ミラーＭ１の下端を配置すれば平面ミラーＭ１から透過型スクリーン１３０までの距離は８５５ｍｍとなるのでＡ１が２４９ｍｍＡ２は９９６ｍｍとなる。平面ミラーＭ１での映像光の跳ね上げ効果（ミラーでの反射の前後で光線角度の変化はミラーの傾きの二倍となる）が無いものとして幾何的に透過型スクリーン１３０下端への映像光入射角を求めると映像光入射角θ_１は１６．２度となる。同様にスクリーン中央での映像光入射角θ_２は４１．１度、スクリーン上段では映像光入射角θ_３は５５．５度となりスクリーン基材として一般的な樹脂の屈折率１．５での反射はＳ偏光では１４％となる。更に条件の最も厳しい上端コーナ部では６０．８度にもなりＳ偏光では１８％にもなる。

このため、本発明の一実施形態における透過型スクリーンではスクリーン下端部の領域においても図１５のスクリーン中央（領域１３４Ｂ）として図示したように屈折面ａ１と全反射面ａ３を所定の比率で設け、スクリーン上端に向かって全反射フレネルレンズ面Ｌの比率を増やす事で反射損失を抑えた設計とする。

本発明の実施例である透過型スクリーンは一枚構成で映像光の入射側に断面形状が画面垂直方向の位置によって形状が変化するリニアフレネルレンズを画面垂直方向に連続的に設けた形状としていることから水平方向についてはフレネルレンズの作用が働かない。このためスクリーン全面での明るさの均一性を制御するには拡散層に設けた拡散材の選択と得られる拡散特性がポイントとなる。発明者らは拡散特性の異なる透過型スクリーンを数種類試作し図２１に示すように観視角θをパラメータに画面中心の輝度変化を実測し同時に画面全体の明るさの変化についても官能評価した。その結果を図２２に示す完全拡散面の特性に近い試作１（スクリーンゲイン０．６）及び試作１（スクリーンゲイン０．９）では斜め方向から画面全体の明るさを目視評価しても実用上全く問題ない特性が得られた。また試作４（スクリーンゲイン２．５）では観視角５０度以上では観視方向から遠いスクリーン部分の明るさ低下が目立ち実用上問題があった。このためスクリーンゲインを２．０とした試作品３を試作し同様な評価を行ったところ実用レベルの特性が得られた。

図１７は本発明の第二の実施例である透過型スクリーン１３０と斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置１０１を組み合わせた場合の透過型スクリーン１３０の作用を説明するための模式図である。図１６に示した本発明の第一の実施例である透過型スクリーンとの違いはアスペクト比が４：３であることであり図１７においても説明の都合上光路折り返しミラーは省略している。本発明の一実施形態における投写型映像表示装置１０１は斜投写光学系を採用することで投写像がミラー１０２の影にならないように大きな光軸シフトを実現している。例えば後述する本発明の第二実施例の投写レンズ（構成図を図２７にレンズデータを図２８（ａ）（ｂ）に示す）は映像表示素子の有効映像表示領域は対角寸法が０．６３インチとした場合にＡ４：Ａ３の比で１０：−２．３である。投写映像の対角寸法を８０インチとした場合ミラーＭ２から透過型スクリーン１３０までの距離は８８２ｍｍとなるので実施例同様ミラーＭ２での映像光の跳ね上げ効果（ミラーでの反射の前後で光線角度の変化はミラーの傾きの二倍となる）が無いものとして幾何的に透過型スクリーン１３０下端への映像光入射角を求めるとＡ３が２８０ｍｍＡ４は１２１８ｍｍとなるので映像光入射角θ_１は１７．６度となる。同様にスクリーン中央での映像光入射角θ_２は４５．２度、スクリーン上段では映像光入射角θ_３は５９．５度となりスクリーン基材として一般的な樹脂の屈折率１．５での反射はＳ偏光では１８％にもなる。更に条件の最も厳しい上端コーナ部では６２．６度にもなりＳ偏光では２０％にもなる。以上幾何学的に入射角度を求めたが光線追跡を実施しミラーＭ２の跳ね上げ効果も含めると本実施例ではスクリーン上端コーナ部の入射角度は６９度にもなる。

発明者らは第一の実施例と同様に拡散特性の異なる透過型スクリーンを数種類試作し観視角θをパラメータに画面中心の輝度変化を実測し同時に画面全体の明るさの変化についても官能評価した。その結果を図２２に示す完全拡散面の特性に近い試作１（スクリーンゲイン０．６）及び試作１（スクリーンゲイン０．９）では斜め方向から画面全体の明るさを目視評価しても実用上全く問題ない特性が得られた。また試作４（スクリーンゲイン２．５）では観視角５５度以上では観視方向から遠いスクリーン部分の明るさ低下が目立ち実用上問題があった。このためスクリーンゲインを２．０とした試作品３を試作し同様な評価を行ったところ実用レベルの特性が得られた。

同様に本発明の第三実施例の投写レンズ（構成は図示せず、レンズデータを図３０（ａ）（ｂ）に示す）は映像表示素子の有効映像表示領域は対角寸法が０．６３インチとした場合にＡ４：Ａ３の比で１０：−２．３である。さらに第四の実施例の投写レンズ（構成は３１図、レンズデータを図３２（ａ）（ｂ）に示す）は映像表示素子の有効映像表示領域は対角寸法が０．６３インチとした場合のＡ４：Ａ３の比は１０：−２．３である。以上述べた本発明の実施例の投写画面寸法と投写面に最も近い位置に配置されたレンズから投写面までの距離Ｌと投写像の対角寸法Ｄの比率（Ｄ／Ｌ）は８０インチ投写（対角２０３２ｍｍ）とすると
第一の実施例は ２０３２／８８５．６＝２．２９
第二の実施例は ２０３２／１００１．９＝２．０３
第三の実施例は ２０３２／１１３８＝１．７９
第四の実施例は ２０３２／１１０７．４＝１．８３
の関係があり、上記比率（Ｄ／Ｌ）が１．７５以上あれば投写レンズと投写面の間に光路折り返しミラーを配置することで十分コンパクトな投写ボード装置が実現できる。

一方スクリーン画面明るさの均一性を向上させるためには前述した透過型スクリーンの拡散特性の他に投写レンズの周辺光量比の向上も重要な要素となる。
図１９は本発明の一実施形態における斜投写光学系を構成する投写レンズの射出瞳３３０と投写面である透過型スクリーン１３０の位置関係を表した模式図である。本発明の一実施形態における投写レンズは前述したように所定のシフト量（Ａ_０２：Ａ_０１）を有するために投写レンズの擬似的な光軸中心Ｐ_０の相対像高を０％、スクリーン上端左右コーナ部を相対像高１００％として、擬似的な光軸中心Ｐ_０の明るさとスクリーンの各ポイントに向かう映像光、例えばＲ_０〜Ｒ_４より得られる明るさの比率をそれぞれ試作した投写レンズについて評価し（結果を図２０に示す）前述の明るさの均一性評価で実用レベルであったスクリーンゲインを２．０とした本発明の実施例である透過型スクリーンの試作品３を組み合わせ同様な評価を行った。

透過型スクリーンに正対したの明るさの全面性はどの試作レンズも問題なかったが観視角が４５度を越える斜め方向から透過型スクリーンを見た場合、観視方向から遠いスクリーン部分の明るさ低下が目立ち実用上問題があった。

次に同様の評価を試作２及び試作１の投写レンズについて行ったところ実用上全く問題の無いレベルの明るさの均一性が得られた。以上の評価から本発明の一実施形態における斜投写光学系と透過型スクリーンにおいて実用レベルの明るさの均一性を満足するには投写レンズの相対像光１００％での周辺光量比は６０％以上あれば良いことが判明した。

更に本発明の一実施形態における投写ボード装置として、本発明の一実施形態における透過型スクリーン１３０と本発明の一実施形態における斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置１０１Ａ，１０１Ｂを複数台組み合わせた場合について図１８を用いて説明する。透過型スクリーンアスペクト比は１６：９の横長タイプであり説明の都合上投写型映像表示装置は二台とし光路折り返しミラーは省略している。本発明の一実施形態における投写型映像表示装置１０１Ａ及び１０１Ｂは斜投写光学系を採用することで投写像がミラー１０２の影にならないように大きな光軸シフトを実現している。例えば映像表示素子の有効映像表示領域を対角寸法が０．５９インチの横長ワイドとし投写レンズの物面有効領域の対角寸法を０．８インチの横長ワイドとすればＡ_６とＡ_５の比で１０：−２．６である。投写映像の対角寸法を８０インチとした場合にＨ_２とＨ_３はそれぞれ２３２ｍｍとなりＨ_１とＨ_４はそれぞれ６５２．７ｍｍとなるので２台の投写型映像表示装置を併設し得る空間が確保できる。この時、本発明の第一から第四の実施例程度の投写距離を有する投写レンズを使用すると透過型スクリーン外形中心に向かう映像光線のスクリーン画面水平方向の角度θ_２θ_１はそれぞれ１４度程度であるため図２２に示した試作３示した特性であれば透過型スクリーン上の各点で実用上問題ないレベルの明るさの均一性が得られることを実験で確認した。又、さらに均一性を高めるためには試作２や試作１の特性を有する透過型スクリーンを使用すれば良い。

次に、本発明の投写ボード装置に使用する投写型映像表示装置の一例と液晶表示素子を映像表示素子とした場合の照明光学系の実施例について図４１を用いて説明する。図４１において、光源１９９は、ランプ管球２００と、リフレクタ２０１とからなる。このランプ１９９は、高圧水銀ランプの白色ランプである。また、リフレクタ２０１は、ランプ２００を背後側から覆うように配置された、例えば、回転放物面形状の反射面を有するものであり、円形又は多角形の出射開口を有している。そして、このランプ管球２００から射出された光は、回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ２０１によって反射され、光軸２１５に略平行な光束となり射出される。光源１９９から射出された光は、マルチレンズ方式のインテグレータに入射する。

上述したように、マルチレンズ方式インテグレータ２０３は、第１のマルチレンズ素子２０３aと第２のマルチレンズ素子２０３ｂとから構成されている。なお、第１のマルチレンズ２０３aのレンズセル形状は、光軸２１５方向から見て液晶パネル２２２a、２２２ｂ、２２２ｃとほぼ相似な矩形形状を有しており、複数のレンズセルがマトリックス状に配設されて形成されたものであり、光源から入射した光を複数のレンズセルで複数の光に分割し、もって、効率よく第２のマルチレンズ素子２０３ｂと偏光変換素子２０４を通過するように導く。すなわち、第１のマルチレンズ素子２０３ａは、ランプ管球２００と第２のマルチレンズ素子２０３ｂの各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。

第２のマルチレンズ素子２０３ｂのレンズセル形状は、第１のマルチレンズ素子２０３ａと同様に、光軸２１５方向から見て矩形形状であり、かつ、複数のレンズセルがマトリクス状に配設された構成を有しており、当該レンズ素子を構成するレンズセルは、それぞれ、対応する第１のマルチレンズ素子２０３ａのレンズセル形状を、重畳レンズ２０８ａ,２０８ｂ,２０８ｃと共に液晶パネル２２２ａ,２２２ｂ,２２２ｃ上に投影（写像）する。そして、この過程で、偏光変換素子２０４の働きによって、第２のマルチレンズ素子２０３ｂからの光は所定の偏光方向に揃えられる。同時に、第１のマルチレンズ素子２０３ａの各レンズセルによる投影像は、それぞれ、重畳レンズ２０８ａ,２０８ｂ,２０８ｃの働きにより重畳され、もって、それぞれに対応した液晶パネル２２２a、２２２ｂ、２２２ｃ上の光量分布が一様となる。

最後に本発明の投写ボード装置を実現する斜投写光学系に用いる投写レンズの実施例について図を用いて説明する。

まず、図２３は、上記投写光学系に用いる投写レンズの基本的な構成を示す断面図であり、当該光学系の構成をＸＹＺ直交座標系におけるＹＺ断面で示している。ここで、投写光学系の説明の都合上、映像表示面である液晶パネル２２２（図示せず）となる物点Ｐ０とクロスプリズム１１１を左側に、投写面を右側に表示する。本実施例は図２５（ａ）（ｂ）に示したレンズデータに対応したもので、最も投写面に近い位置に配置されたレンズＬ１６はプラスチックの非球面レンズ形状であり、図２４に示したように映像光束が通過するレンズの有効領域が斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含まない位置に配置することで画面周辺において結像する光束をＬ１６のレンズ形状単独で制御可能となり斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差（特に高次のコマ収差や非点収差）の補正を実現している。またＬ１６のレンズ形状は映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とすれば結像性能を低下させる不要光を遮蔽する効果もある。
一方、Ｌ３とＬ１１もプラスチック製の非球面レンズであるがそれぞれのレンズが、映像光束が通過するレンズの有効領域が斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含んだ位置に配置されているため光軸１１に対して対称な非球面形状としている。本実施例の傾斜投写光学系を実現するための投写レンズはガラス１３枚、プラスチック３枚の１６枚構成で、投写距離を変更して拡大率を変化させた場合はＬ１５及びＬ１６を同時に移動させてフォーカス調整を行う。
図２７から図３２に示した実施例では、ＸＹＺ直交座標系の原点は、照明光束を映像信号により変調することで映像を表示する液晶パネル２２２（図示せず）の表示画面の中央とし図中ではＰ０として示す。Ｚ軸は映像表示用液晶パネル２２２（図示せず）の法線と平行であるものとする。Ｙ軸は映像表示用液晶パネル２２２（図示せず）の表示画面の短辺と平行であり、映像表示用液晶パネル２２２（図示せず）の縦（上下）方向と等しいものとする。Ｘ軸は、映像表示用液晶パネル２２２（図示せず）の表示画面の長辺と平行であり、映像表示用液晶パネル２２２の横（左右）方向と等しいものとする。また、添付の図２７及び図３１は投写型映像表示装置を構成する斜投写光学系の他の実施例としての投写レンズのＹＺ及びＸＺ断面図である。

本発明の第一の実施例としての斜投写光学系を実現する投写レンズのうち図２３に示した投写レンズのレンズデータのうち球面系に関するデータを図２５（ａ）に非球面系に関するデータを図２５（ｂ）に示す。更に映像表示用液晶パネルの有効映像表示範囲が０．５９インチの横長ワイド映像を８０インチに拡大投写した場合に投写面において得られる像のスポット形状を図２６に示す。

また第二の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズの断面図を図２７に示し、レンズデータのうち球面系及び非球面系に関するデータを図２８（ａ）に自由曲面面系に関するデータを図２８（ｂ）に示す。更に映像表示用液晶パネルの有効映像表示範囲が０．６３インチの映像を８０インチに拡大投写した場合に投写面において得られる像のスポット形状を図２９に示す。

同様に第三の実施例としての斜投写光学系を実現する投写レンズのレンズデータのうち球面系及び非球面系に関するデータを図３０（ａ）に自由曲面面系に関するデータを図３０（ｂ）に示す。

同様に第四の実施例としての斜投写光学系を実現する投写レンズの断面図を図３１に示し、この時取り得る球面系及び非球面系に関するデータを図３２（ａ）に自由曲面面系に関するデータを図３２（ｂ）に示す。更に映像表示用液晶パネルの有効映像表示範囲が０．６３インチの映像を８０インチに拡大投写した場合に投写面において得られる像のスポット形状を図３３に示す。

それぞれの実施例における投写画面の垂直寸法Ｄｖと映像表示位置の光軸からのシフト量の関係は
第一の実施例は １０：−２．５
第二の実施例は １０：−２．３
第三の実施例は １０：−２．３
第四の実施例は １０：−２．３
であり本発明で得られる斜投写光学系を実現する投写レンズにおいては上記のように映像の垂直方向サイズＤｖに対してシフト量Ｓ１を２０％以上とすることが可能である。さらに、投写画面の対角寸法Ｄと投写面に最も近い位置に配置されたレンズから投写面までの距離Ｌの比率（Ｄ／Ｌ）は８０インチ投写（対角２０３２ｍｍ）とすると
第一の実施例は ２０３２／８８５．６＝２．２９
第二の実施例は ２０３２／１００１．９＝２．０３
第三の実施例は ２０３２／１１３８＝１．７９
第四の実施例は ２０３２／１１０７．４＝１．８３
の関係があり、上記比率（Ｄ／Ｌ）が１．７５以上あれば投写レンズと投写面の間に光路折り返しミラーを配置することで十分コンパクトな投写ボード装置が実現できる。

一方、第一の実施では図２４に示すように光路折り返し用平面ミラーＭ１を備えた投写型映像表示装置を実現できるので少ない設置スペースで大画面が得られることやプレゼンターが投写型映像表示装置の映像光を直接見ることが無くなる等大きなメリットとなる。

続いて本発明の実施例としての斜投写光学系を実現する投写レンズの収差補正のメカニズムとレンズデータの具体的な読み方について図２３に示す構成の実施例１の投写レンズについて図２５（a）（ｂ）に示すレンズデータを用いて説明する。全体としては３群構成のレンズで投写面（スクリーン）側から順にＬ１６からＬ１２が第３群を構成し、Ｌ１６からＬ１３が全て凹レンズとしてテレセントリックな構成とし同時に倍率色収差を低減するためにＬ１２をアッベ数の小さい硝材を用いた凸レンズを配置している。さらに、Ｌ１６を図２４に示すように斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含まない位置に配置することで、画面周辺において結像する光束をＬ１６のレンズ形状単独で制御することが可能な強い非球面形状として、斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差（特に高次のコマ収差や非点収差）の補正を実現している。この時、Ｌ１６のレンズ外形形状は前述した理由により光軸に対称な円形状とする必要が無く、映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とすることも出来る。このため、結像性能を低下させる不要光を遮蔽する効果もある。

また、Ｌ１１からＬ９が第２群を構成し、Ｌ１１が弱い負の屈折力を有する強い非球面形状を有するレンズで光軸から離れた場所を通過し光軸に略平行な光束により発生する球面収差や低次のコマ収差を補正し、Ｌ１０及びＬ９は正の屈折力を有するガラスレンズ投写レンズの屈折力の一部を分担しかつＬ９が投写面（スクリーン）側に凸のメニスカス形状としてコマ収差と非点収差の発生を押えている。
最後に、Ｌ８からＬ１が第１群を構成し、Ｌ８とＬ７のダブレットレンズとＬ６からＬ４のトリプレットレンズに負の屈折力を持たせる事でより強いテレセントリック性を持たせている。さらに、Ｌ３を強い非球面形状を有するレンズとして光軸から離れた場所を通過し光軸に斜めな光束により発生する輪帯コマ収差を補正することで、投写レンズ全体として斜投写しても歪みを抑え図２６にスポット像を示すように良好なフォーカス性能を実現した。

本発明の第二から第四の実施例で示した投写レンズは第一の実施例で使用した非球面レンズに比べて飛躍的に設計自由度が大きい自由曲面レンズを使用することでより少ないレンズ枚数で良好な収差補正を実現している。図２７に示す第二の実施例（レンズデータは図２８）は自由曲面形状のミラーＭ２とガラスレンズ６枚、プラスチックレンズ４枚の１０枚構成でプラスチックレンズはＬ２とＬ６が非球面レンズ、Ｌ９とＬ１０が自由曲面レンズで構成されている。また図３１に示す第四の実施例は自由曲面形状のミラーＭ２とガラスレンズ６枚、プラスチックレンズ４枚の１０枚構成でプラスチックレンズはＬ２とＬ６が非球面レンズ、Ｌ９とＬ１０が自由曲面レンズで構成されている。

第二の実施例では図２７のＹＺ断面に示すようにＬ９及びＬ１０を複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含まない位置に配置することで、画面周辺において結像する光束をＬ９、Ｌ１０のレンズ形状単独で制御することが可能となりより収差補正能力が高い自由曲面形状として更にミラーＭ２も自由曲面とすることで、斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差（特に高次のコマ収差や非点収差）の補正を実現し、その結果図２９にスポット像を示すように良好な収差補正を実現している。

同様に第三の実施例（レンズデータは図３０）は自由曲面形状のミラーＭ２とガラスレンズ８枚、プラスチックレンズ４枚の１２枚構成でプラスチックレンズはＬ２とＬ８が非球面レンズ、Ｌ１１とＬ１２が自由曲面レンズで構成されている。第三の実施例でも図示しないがＬ１１とＬ１２を複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含まない位置に配置することで、画面周辺において結像する光束をＬ１１、Ｌ１２のレンズ形状単独で制御することが可能となりより収差補正能力が高い自由曲面形状として更にミラーＭ２も自由曲面とすることで、斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差（特に高次のコマ収差や非点収差）の補正を実現している。
最後に第四の実施例については図３１に示したように第二の実施例との違いは、第一群にＬ６を追加し第二群のＬ８を分割しＬ１０、Ｌ１１としガラスレンズを二枚増やして発生する収差を低減した点である。

以上述べたように、第四の実施例でも図３１のＹＺ断面に示すようにＬ１２及びＬ１３を複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含まない位置に配置することで、画面周辺において結像する光束をＬ１２とＬ１３のレンズ形状で制御することが可能となり、より収差補正能力が高い自由曲面形状として更にミラーＭ２も自由曲面とすることで、斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差（特に高次のコマ収差や非点収差）の補正を実現し、その結果図３３にスポット像を示すように良好な収差補正を実現している。

次に、以上述べた傾斜投写光学系について、図２５（ａ）（ｂ）、図２８（ａ）（ｂ）、図３０（ａ）（ｂ）、図３２（ａ）（ｂ）を用いて、その具体的な数値を例示しながら説明する。

まず、図２３、図２４は図２５（ａ）（ｂ）に示した、数値例に基づく本実施の形態に係わる投写光学系の構成を示しており、前述したＸＹＺ直交座標において、図２３及び図２４はＹＺ断面での構成を示している。図２３の投写光学系の構成図はＺ軸方向に展開して示しており、このことは図２７及び図３１でも同様である。

上記図２３の左側に示した映像表示面（実施例としては液晶パネルとした）Ｐ０から射出した光は、複数のレンズを含む投写レンズのうち、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第１群及び第２群を通過する。そして、レンズ外形中心に対しては回転非対称な非球面レンズＬ１６を含む第３群を通過し投写面に拡大投写される。

ここで、投写レンズの第１群及び第２群は、全て回転対称な形状の屈折面を持つ複数のレンズで構成されており、各屈折面のうち４つの面は回転対称な非球面であり、他は球面である。ここに用いられた回転対称な非球面は、各面ごとのローカルな円筒座標系を用いて、図２５（ｂ）の式（１）で表される。

ここで、ｒは光軸からの距離であり、Ｚはレンズ面形状の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ｒのべき乗の項の係数である。

また、図２５（ａ）には各面の曲率半径を（ｍｍ）を単位として記載している。図２５（ａ）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。また図２５（ａ）において面間距離は、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。あるレンズ面に対して、次のレンズ面が図２５（ａ）の中で右側に位置するときには面間距離は正の値、左側に位置する場合は負の値で表している。さらに、図２５（ａ）において面番号（９）、面番号（１０）、面番号（２３）、面番号（２４）、面番号（３３）、面番号（３４）は光軸に回転対称な非球面であり、図２５（ａ）では表中面の番号の横に非球面と記載して分かり易く示している。
回転対称な非球面の面形状は下記の数１（図２５（ｂ）下記ｒに対してｈとして同一の式を記載）で表され、上記４つの非球面における数５の係数を表２に示している。

これら６つ面の非球面の係数を以下の図２５（ｂ）に示している。

上記の図２５（ｂ）の表から、本実施の形態では、コーニック係数ｋが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できる。

なお、上記図２５（ａ）及び図２５（ｂ）の表中に示した数値は、映像表示面である液晶パネルの画面上に１６×９のアスペクト比で対角０．５９インチの範囲の光変調された光学像（調光像）を投写面であるスクリーンに対角６０インチ、８０インチ、１００インチに拡大投写した場合に取り得る値を記載しておりそれずれのサイズの拡大像で最適フォーカス性能を得るためにレンズ間隔（３０）と（３４）の値が図２５（ｂ）の下表の面間隔の値となるようにＬ１５及びＬ１６を光軸に平行に移動させると良い。
図２８（ａ）（ｂ）、図３０（ａ）（ｂ）及び、図３２（ａ）（ｂ）に記載したレンズデータも同様なフォーマットで記載しているが、表中に示した数値は、映像表示面である液晶パネルの画面上に４：３のアスペクト比で対角０．６３インチの範囲の光変調された光学像（調光像）を投写面であるスクリーンに対角６０インチ、８０インチ、１００インチに拡大投写した場合に取り得る値を記載しておりそれずれのサイズの拡大像で最適フォーカス性能を得るために変動させるレンズ間隔を示している。
また、図２８（ａ）（ｂ）において面番号（１８）、面番号（１９）、面番号（２０）、面番号（２１）、は自由曲面レンズの各屈折面であり、面番号（２２）は自由曲面ミラーの反射面であって、面番号の横に形状の名称を付けて示している。これら５つの自由曲面の形状は下記の数２で表され、下記の式において各ｍ、ｎの値に対する係数Ｃ（ｍ，ｎ）の値を図２８（ｂ）に示す。なお、２枚の自由曲面レンズは、反射ミラー系の自由曲面ミラーＭ２と連携して、斜投射によって生じる台形歪を補正するものである。

図２８（ｂ）においては、係数の名称と値を左右に並べて枠の組で表示しており、右側が係数の値であり、左側が名称で括弧内のカンマで区切った２組の数値は式２に示したｍとｎの値を示している。

１０１,１０１ａ,１０１ｂ…投写型映像表示装置本体、１０２,１０２ａ,１０２ｂ…ミラー、１１０…補強部材１、１１１…透過型スクリーン支持枠、１１３…スクリーン脚部、１１４,１１４ａ,１１４ｂ…収納部、１１５…補強部材２、１１６…キャスター、１１７…光路折り返し平面ミラー、１１８…バックカバー、１１９…ハンドル、１２０…キャスター支持部、１３０…透過型スクリーン、１３１…表面層、１３２…シート基材、１３３…拡散層、１３４…フレネル基材、Ｌ１４１,Ｌ１４２,Ｌ１４４,Ｌ１４５…フレネルレンズ、１３４Ａ,１３４Ｂ,１３４Ｃ…スクリーンの領域、１３５…粘着層または接着層、１５０…カメラ部、１５１…指向性マイク、１５２…ズームカメラ、１５３…監視カメラ、１７０ａ,１７０ｂ…投写型映像表示装置支持アーム、３０１…フレネルシート基材送り出し機、３０２…搬送ロール、３０３…リニアフレネル基材シート、３０４…テンションロール、３０５…リニアフレネル成形ロール、３０６…粘着（接着）剤塗布ロール、３０７…樹脂硬化用（紫外線）ランプ、３０８…フレネルシート圧着ロール、３０９…押し出し成形機、３３０…投写レンズ射出瞳、１６０…全反射サーキュラーフレネルシート、１６０Ｅ,１６０Ｄ,１６８Ｅ,１６８Ｄ…スクリーンの領域、１６８…サーキュラーフレネルシート、１７０…拡散シート、１７１…拡散層、１７２…拡散シート基材、Ｍ１…平面ミラー、Ｍ２…自由曲面ミラー、Ｌ１…レンズ、Ｌ２…レンズ、Ｌ３…レンズ、Ｌ４…レンズ、Ｌ５…レンズ、Ｌ６…レンズ、Ｌ７…レンズ、Ｌ８…レンズ、Ｌ９…レンズ、Ｌ１０…レンズ、Ｌ１１…レンズ、Ｌ１２…レンズ、Ｌ１３…レンズ、Ｌ１４…レンズ、Ｌ１５…レンズ、Ｌ１６…レンズ、２００…管球、２０１…リフレクタ、１９９…光源、２０２…紫外線カットフィルタ、２０３…マルチレンズ方式インテグレータ、２０３ａ…第１のマルチレンズ素子、２０３ｂ…第２のマルチレンズ素子、２０４…偏光変換素子、２１５…光軸、２０６ａ,２０６ｂ,２０６ｃ,２０６ｄ…ミラー、２０7ａ,２０７ｂ…ダイクロイックミラー、２０８ａ,２０８ｂ，２０８ｃ…重畳レンズ、２０５，２０９，２１０…フィールドレンズ、

Claims (16)

1. 映像表示素子に表示された映像の映像光を、複数のレンズを含む斜投写光学系によりスクリーンに拡大投写する投写ボード装置において、
   前記スクリーンは、前記映像光の入射側にフレネルレンズを備え、
   前記フレネルレンズの画面垂直方向の断面形状は、当該画面垂直方向の位置に応じて変化し、
   前記フレネルレンズの画面垂直方向の断面は、前記映像光を屈折作用により映像観視側に出射する第１のレンズ領域と、前記映像光を屈折作用により映像観視側に出射する領域と前記映像光を全反射により映像観視側に出射する領域が混在する第２のレンズ領域と、前記映像光を全反射により映像観視側に出射する第３のレンズ領域からなり、
   前記第２のレンズ領域の比率は、画面下端から上端に向かって変化し、
   前記フレネルレンズは、前記映像光の出射側に、光拡散作用を有する拡散材を備え、
   前記映像表示素子上の前記映像が表示される領域の対角寸法は１．３インチ以下、又は、当該映像表示領域の有効画素数は７８００００画素以上である、投写ボード装置。
2. 前記複数のレンズの周辺光量比は６０％以上である、請求項１記載の投写ボード装置。
3. 前記斜投写光学系は、前記複数のレンズから出射された光を反射する曲面ミラーと、当該曲面ミラーが反射した光を前記スクリーンへ導く平面ミラーを備え、
   前記平面ミラーは、前記スクリーンに対して略平行に配置される、請求項１又は２記載の投写ボード装置。
4. 前記複数のレンズのうち、前記スクリーンに最も近い位置に配置された第１のレンズを通過する映像光束の有効領域は、前記第１のレンズを含まない複数のレンズにより共有される光軸を含まず、
   前記第１のレンズと前記スクリーンまでの間隔をＬ、当該スクリーンの対角寸法をＤとすると、１．７５＜Ｄ／Ｌを満足する、請求項１記載の投写ボード装置。
5. 前記斜投写光学系は、前記複数のレンズから出射された光を反射する曲面ミラーと、当該曲面ミラーが反射した光を前記スクリーンへ導く平面ミラーを備え、
   前記曲面ミラーの画面垂直方向有効領域上端は、前記平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上に位置する、請求項４記載の投写ボード装置。
6. 前記スクリーンを画面垂直方向に移動可能な移動機構を備え、
   前記スクリーンは、前記映像光の出射側に、光拡散作用を有する拡散材を含む塗料を塗布されている、請求項４記載の投写ボード装置。
7. 前記斜投写光学系は、前記複数のレンズから出射された光を反射する曲面ミラーと、当該曲面ミラーが反射した光を前記スクリーンへ導く平面ミラーを備え、
   前記曲面ミラーの画面垂直方向有効領域上端は、前記平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上に位置する、請求項６記載の投写ボード装置。
8. 前記映像表示素子は、複数のレンズの物面有効領域の対角寸法又は面積に対して、略９０％以下の有効映像表示領域を有する、請求項１記載の投写ボード装置。
9. 前記映像表示素子は、前記複数のレンズの物面有効領域の対角寸法又は面積に対して略７０％以下の有効映像表示領域を有し、
   前記投写型映像表示装置は、前記スクリーンの外形中心に対して画面水平方向に所定量シフトして配置される、請求項１記載の投写ボード装置。
10. 前記投写型映像表示装置と前記スクリーンを一体化する連結手段を備える、請求項１記載の投写ボード装置。
11. 映像入力部及び音声入力部を更に備え、
    前記画像入力部及び前記音声入力部は、前記スクリーン上端部に配置される、請求項１記載の投写ボード装置。
12. 前記映像入力部から得られた映像信号をアスペクト比４：３の映像信号に変える手段と、映像表示領域の寸法と表示位置に合わせて映像をスケーリングする手段を更に備える、請求項１１記載の投写ボード装置。
13. 映像光の入射側に、画面垂直方向の位置によって断面形状が変化するリニアフレネル形状のフレネルレンズを備え、
    前記フレネルレンズは、厚さが３００μｍ以下のシート基材上にロール金型により成形された後、紫外線もしくは可視光もしくは電磁波を照射することで硬化形成され、
    当該フレネルレンズの画面垂直方向の断面は、前記映像光を屈折作用により映像観視側に出射する第１のレンズ領域と、前記映像光を屈折作用により映像観視側に出射する領域と前記映像光を全反射により映像観視側に出射する領域が混在する第２のレンズ領域と、前記映像光を全反射により映像観視側に出射する第３のレンズ領域からなり、
    前記第２のレンズ領域の比率は、画面下端から上端に向かって変化し、
    前記フレネルレンズは、光拡散作用を有する拡散材を含む拡散層及びスクリーン基材とを接着又は粘着により固定される、スクリーン。
14. 前記スクリーン基材の厚さをｔ、前記スクリーンの対角寸法をＤとすると、１／４００＜ｔ／Ｄ＜１／２００を満足する、請求項１３記載のスクリーン。
15. 前記スクリーンのスクリーンゲインをＧs、前記スクリーンの透過率をＴｓとすると、０．６＜Ｇｓ＜２．０、及び、０．３＜Ｔｓ＜１．０を満足する、請求項１３記載のスクリーン。
16. 前記平面ミラーは、前記スクリーンに対して略平行に配置される、請求項３又は５又は７記載の投写ボード装置。

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