JPH04214522A - 外付けレンズおよび画像投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は所定の画像を拡大投射す
る投射光学系と組合わされて使用され、拡大投射された
画像に生じた歪みを補正する歪み補正用外付けレンズお
よび投射型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面表示とする要求は大きなも
のとなっている。この、大画面表示を実現するための一
つの手段としては図７に示すような投射表示型デイスプ
レイがある。画像フイルムや透過型液晶パネル等の表示
パネル７０２上に表示される画像は、照明光学系７０１
にて発生する照明光によって照明され、投射光学系７０
３によってスクリーン７０４上に拡大されて投射される
。

【０００３】図７に示すように、投射光学系７０３の出
射光がスクリーン７０４のスクリーン面に対して垂直に
投射されない場合には、スクリーン７０４の上部と下部
に表示される映像光の投射距離が異なるものとなり、投
射された映像光には台形状の歪みが生じてしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】投射光学系からの投射
光がスクリーン面に対して垂直に投射されない場合には
、投射画像に歪みが生じてしまうという問題点がある。

【０００５】本発明は、投射光学系と組み合わされて用
いられ、投射画像に生じた歪みを補正することのできる
歪み補正用外付けレンズを実現することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の歪み補正用外付
けレンズは、画像をスクリーンに拡大投射する投射光学
系に対して、拡大投射画像に生じた歪みを補正するため
に取り付けられる歪み補正用外付けレンズであって、複
数のレンズにより構成され、前記投射光学系より出射さ
れる拡大投射光を偏心させるための補正光学系と、前記
補正光学系を構成する複数のレンズをそれぞれ独立に移
動させて補正光学系による偏心量を調節する調整手段と
を有する。

【０００７】この場合、拡大投射光のスクリーンへの入
射角度を検出する入射角度検出手段と、前記入射角度検
出手段の検出結果に基いて調整手段を駆動し、補正光学
系による偏心量を拡大投射光のスクリーン入射角に応じ
たものとする駆動手段とを設けてもよい。

【０００８】また、本発明の投射型表示装置は、画像を
スクリーンに拡大投射する投射光学系と、拡大投射画像
に生じた歪みを補正するための歪み補正光学系とが組み
合わされた投射型表示装置であって、前記投射光学系よ
り出射される拡大投射光を偏心させるための複数のレン
ズと、　　前記複数のレンズをそれぞれ独立に移動させ
て偏心量を調節する調整手段とを前記補正光学系が有す
る。

【０００９】

【作用】投射光学系からの拡大投射光がスクリーンに対
して角度をもって入射してしまい、拡大画像に歪みが生
じた場合においても、補正光学系の偏心量を調整手段に
よって調節することにより、歪みを除去することができ
る。

【００１０】入射角度検出手段および駆動手段を設けた
場合には補正光学系による偏心量を自動的に最適なもの
とすることが可能となる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１は本発明の第１の実施例の構成を示す
断面図である。

【００１３】表示パネル１０２は照明光学系１０１によ
って照明され、その透過画像は投射光学系である投射レ
ンズ１０３によって拡大されて図示しないスクリーンに
投射される。これらの照明光学系１０１、表示パネル１
０２、投射レンズ１０３は円筒系の投射光学系収容部１
１１内に順に設けられている。

【００１４】投射光学系収容部１１１は、出射端近傍の
螺合部１０４にて補正光学系収容部１０５と螺合する。 補正光学系収容部１０５の内部には、２つのレンズホル
ダ１０７、１０９によりそれぞれ保持された補正光学系
を構成する凹レンズ１０６、凸レンズ１０８と、各レン
ズホルダ１０７、１０９を移動させて凹レンズ１０６、
凸レンズ１０８のそれぞれを内蔵されたエアシリンダや
モータ等の不図示のアクチュエータを介して所定方向（
図面上下方向）に独立に移動させる調整手段１１０が設
けられている。

【００１５】本実施例は投射レンズ１０３からスクリー
ンに向けて出射される拡大投射光を補正光学系収容部１
０５内に収容された各レンズ（補正光学系）によって平
行偏心させることにより、故意に偏心歪曲収差を発生さ
せて台形歪みを補正するものである。

【００１６】外付け補正光学系全体の焦点距離はできる
だけ大きなものであることが好ましい。これは、投射レ
ンズ１０３と補正光学系との合成焦点距離が、補正光学
系を装着する前の投射光学系のみの焦点距離とをほぼ等
しいものとすることにより、投射機器のピント合わせ等
の調整量を増加させることなく、また、従来用いていた
各投射光学系をそのまま使用できるものとするためであ
る。

【００１７】実際に製造されるレンズの最大焦点距離は
１０４ｍｍ程度であり、一般的な投射機器の焦点距離は
数百ｍｍ程度である。本実施例の補正光学系および投射
レンズ１０３も上記のように構成されており、補正光学
系は投射レンズ１０３の１０２倍程度の焦点距離を有し
ており、補正光学系の焦点距離ｆは、投射レンズの焦点
距離Ｆに対して、ｆ＞１０２Ｆを満たすことが好ましい
。

【００１８】本実施例に使用される凹レンズ１０６と凸
レンズ１０８は、屈折力の絶対値がほぼ等しいもので、
これらを組み合わせることにより、全体の焦点距離が大
きな補正レンズ系を構成させている。

【００１９】次に、上記補正レンズ系によって生じさせ
る偏心歪曲収差について図２を参照して説明する。

【００２０】図２は斜め投影によって台形歪みが生じる
ことを説明するための図である。

【００２１】表示パネル１０２上に形成された画像（図
２中の矢印）は投射レンズ１０３によってスクリーン２
０４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撮影等で生じるものとしてよく
知られている。表示パネル１０２から投射レンズ１０３
の物体側主点までの距離をｌ１，投射レンズ１０３の像
側主点からスクリーン２０４までの距離をｌ２とし、ス
クリーン２０４の原点を投射レンズ１０３の光軸とスク
リーン２０４との交点とする。図２に示したようにθの
傾きを観察できる断面で考えた時、スクリーン２０４の
高さＨでの投影倍率βは β＝（ｌ２＋Ｈ　ｓｉｎθ）／ｌ１ ＝β０＋（ｓｉｎθ／ｌ１）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２０４上での投影倍率βはスクリーン
２０４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。この関数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。

【００２２】本発明で取り扱うθ≠０の場合のβとＨの
関係を図３（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、図３（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
したのは歪みのないときの画像である。

【００２３】このように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、図３（ｂ）の矢印に示す方
向に歪曲収差を発生指せれば良く、図３（ｃ）に示すよ
うな歪曲収差ｄを発生させれば良い。

【００２４】このような歪曲収差ｄ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。本実施例では凹レンズ１０６、凸レンズ
１０８を調整手段１１０によって移動させることにより
、投射レンズ１０３の出射光軸を偏心させる歪曲収差ｄ
を発生させている。

【００２５】図４は図１に示した光学系によって行われ
る平行偏心により偏心歪曲収差を生じさせる状態を示す
ものである。

【００２６】投射レンズ１０３とスクリーンとの間には
補正光学系が装着されるが、この補正光学系を調整手段
１１０によって図４に示すように上下方向にＥだけずら
して平行偏心させる。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＝−（Ｅ／２）（ｔａｎω
）２｛３（ＶＥ１）−（ＶＥ２）｝・・（２）で表され
る。ここで、 ｔａｎω＝Ｈ／ｆ であり、ｆは投射レンズ全系での焦点距離である。 （２）式に含まれているＶＥ１およびＶＥ２は補正光学
系の平行偏心歪曲係数で ＶＥ１＝（ｈφＶｑ−ａＶｐ）−（ｈφＢｑ−ａＢｐ）
ＶＥ２＝ｈφＰｑ−ａＰｐ ここでφは凹レンズ１０６の屈折力、Ｖｐ、Ｂｐ、Ｐｐ
はそれぞれ凹レンズ１０６の３次の歪曲、非点収差係数
およびペッツバール和である。また、Ｖｑ、Ｂｑ、Ｐｑ
はそれぞれ凹レンズ１０６よりスクリーン側の光学系の
３次の歪曲、非点収差係数およびペッツバール和、ｈと
ａは近軸物体光線の補正光学系への入射高および入射角
、ｈとａは近軸瞳光線の補正光学系への入射高および入
射角を示している。　　補正光学系を偏心させたときの
歪曲収差は上記のような手順で計算されるため、図３（
ｂ）のような補正を行うには（１）式のβ／β０−１と
ｄの符号が逆になるように補正光学系を平行偏心させれ
ばよく、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。図３（ｂ）に示したような補
正をおこなうのには、凹レンズ（１０６）を下方向、凸
レンズ（１０８）を上方向に移動させることにより所定
の量の偏心が生じる。この場合凹レンズおよび凸レンズ
をそれぞれ逆方向に移動させると、各レンズの移動量は
少なくなる。

【００２７】図５は本発明の第２の実施例の構成を示す
図である。

【００２８】本実施例は投射光学系収容部１１１と組み
合わされる補正光学系収容部に、収差補正レンズ５０１
を設け、補正光学系収容部５０５としたものである。補
正光学系収容部５０５は、ねじ５０２によって投射光学
系収容部１１１に取り付けられている。この他の構成は
第１の実施例と同様であるため、同一番号を付して説明
は省略する。

【００２９】収差補正レンズ５０１は、凹レンズ１０６
，凸レンズ１０８で発生する偏心歪曲以外の収差補正お
よび補正光学系全体のパワー調整を目的として設置する
。本実施例のものにおいては、収差補正レンズ５０１に
よって、投射光学系および補正光学系と独立に収差補正
を行うことができるため、各光学系の設計が容易なもの
となる。

【００３０】図６は本発明の第３の実施例の構成を示す
ブロック図である。

【００３１】本実施例の補正光学系収容部６０５は第１
および第２の実施例に示したものと同様の補正光学系、
調整手段１１０を有するもので、この他に投影光のスク
リーンへの入射角度を検出するための入射角度検出手段
６０１と該入射角度検出手段６０１の検出結果に基いて
調整手段１１０を駆動し、適正な偏心歪曲収差を発生さ
せる駆動手段６０２とを備えている。上記のような構成
としたことにより、偏心歪曲収差の調整が自動的に行わ
れるものとすることができ、調整の手間を省くことがで
きた。入射角度検出手段としては、３個のレーザ測距系
を備え、これらの各計測値からスクリーンへの入射角度
を算出するものを用いた。測距系としてはこの他に超音
波等を用いたものが考えられ、これを用いても当然良い
。

【００３２】以上説明した各実施例において、補正光学
系は投射光学系の外部に外付けされるものとしたが、あ
らたに光学系を設計する場合等には投射光学系の内部や
、投射光学系と表示パネルの間に補正光学系を組み込ん
でもよい。また、補正光学系は凹レンズと凸レンズとの
２枚のレンズから構成されるものとして説明したが、こ
の他のレンズを組み合せるものとしても良い。この場合
にも調整手段は各レンズを独立に駆動するものとする。 さらに、調整手段は図５に示した第３の実施例のように
補正光学系以外に収差補正レンズが組み合わされるもの
の場合には、これを駆動するものとしても当然良い。な
お、各実施例のように、投射光学系とスクリーンの間に
補正光学系を設けた場合には、補正光学系の偏心量が小
さくても補正の効果を大きなものとすることができる。 これは投射光学系の瞳から離れたところでは軸外光の主
光線は光軸から離れるが、このような光線は歪曲に強く
影響を及ぼすためである。

【００３３】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【００３４】請求項１に記載のものにおいては、補正光
学系の偏心量を調整して投射光学系からの投射光に偏心
歪曲収差を発生させることにより、投射光学系とスクリ
ーンとの配置から発生する台形歪みを除去することがで
きる効果がある。

【００３５】請求項２に記載のものにおいては、台形歪
みを除去するための偏心量を自動的に最適なものとする
ことができ、常に歪みのない良好な画像とすることがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図２】斜め投影のよって台形歪みが生じることを説明
するための図である。

【図３】（ａ）は高さＨと投影倍率βの関係を示す図、
（ｂ）は歪みが生じた投影画像の形状を示す図、（ｃ）
は台形歪みを補正するための歪曲収差ｄを示す図である
。

【図４】偏心歪曲収差を生じさせる補正光学系を示す図
である。

【図５】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施例の構成を示す図である。

【図７】従来例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０１　　　　照明光学系 １０２　　　　表示パネル １０３　　　　投射レンズ １０４　　　　螺合部 １０５，５０３，６０５　　　　補正光学系収容部１０
６　　　　凹レンズ １０７，１０９　　　　レンズホルダ １０８　　　　凸レンズ １１０　　　　調整手段 １１１　　　　投射光学系収容部 ２０４　　　　スクリーン ５０１　　　　収差補正レンズ ５０２　　　　ねじ ６０１　　　　入射角度検出手段 ６０２　　　　駆動手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像をスクリーンに拡大投射する投射
   光学系に対して、拡大投射画像に生じた歪みを補正する
   ために取り付けられる歪み補正用外付けレンズであって
   、複数のレンズにより構成され、前記投射光学系より出
   射される拡大投射光を偏心させるための補正光学系と、
   前記補正光学系を構成する複数のレンズをそれぞれ独立
   に移動させて補正光学系による偏心量を調節する調整手
   段とを有することを特徴とする歪み補正用外付けレンズ
   。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の歪み補正用外付けレン
   ズにおいて、拡大投射光のスクリーンへの入射角度を検
   出する入射角度検出手段と、前記入射角度検出手段の検
   出結果に基いて調整手段を駆動し、補正光学系による偏
   心量を拡大投射光のスクリーン入射角に応じたものとす
   る駆動手段とを有することを特徴とする歪み補正用外付
   けレンズ。
3. 【請求項３】　　画像をスクリーンに拡大投射する投射
   光学系と、拡大投射画像に生じた歪みを補正するための
   歪み補正光学系とが組み合わされた投射型表示装置であ
   って、前記投射光学系より出射される拡大投射光を偏心
   させるための複数のレンズと、　　前記複数のレンズを
   それぞれ独立に移動させて偏心量を調節する調整手段と
   を前記補正光学系が有することを特徴とする投射型表示
   装置。