JPH07151994A - 投影型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表示体の表示画像を斜め方向から投影するもの
でありながら、投影画像を台形状の歪みがない画像とす
ることができる投影型表示装置を提供する。 【構成】投影レンズ１４と表示体１３との間に補助投影
レンズ１７を設け、補助投影レンズ１７の主平面と表示
体１３の表示面とを相対的に傾斜させ、補助投影レンズ
１７による第１投影画像Ａ₁ の像面と投影レンズ１７の
主平面とを相対的に傾斜させるとともに、補助投影レン
ズ１７と投影レンズ１４を、 （ｆ₁ ／ tanθ₁ cosθ′₁ ）＋δ＋（ｆ₂ ／ tanθ′
₂ cosθ₂ ）＝０ が成立する条件で配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投影型表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、液晶表示パネルやブラウン管また
は原画フィルム等の表示体を用いて画像を表示する表示
装置として、表示体の表示画像を大きく拡大して見れる
ようにした投影型表示装置が開発されている。

【０００３】図１２はこの種の投影型表示装置として従
来一般に知られているものを示したもので、ここでは、
表示体として液晶表示パネルを使用しているものを示し
ている。

【０００４】図１２において、１は表示装置本体であ
り、この装置本体１の前面には表示窓が開口され、この
表示窓には投影面として透過型スクリーン２が設けられ
ている。３は装置本体１内の後部側に配置された透過型
の液晶表示パネル、４は投影レンズであり、この投影レ
ンズ４はその光軸Ｏをスクリーン２面に対して垂直にし
てスクリーン２に対向配置され、液晶表示パネル３はそ
の中心を投影レンズ４の光軸Ｏ上に一致させてスクリー
ン２と平行に配置されている。５は液晶表示パネル３を
その背面側から照明する光源である。

【０００５】この投影型表示装置は、光源５からの光を
液晶表示パネル３に入射させ、この液晶表示パネル３を
透過した光（液晶表示パネル３の表示画像）を投影レン
ズ４により拡大して装置前面の透過型スクリーン２に投
影するもので、スクリーン２に投影された画像は装置の
前方から観察される。

【０００６】なお、図１２では、装置本体１の前面に投
影面として透過型スクリーン２を設け、装置本体１内に
液晶表示パネル３と投影レンズ４を設けたものを示した
が、この種の投影型表示装置には、装置本体とは別の外
部スクリーン等を投影面としてこの外部の投影面に画像
を投影するものもある。

【０００７】ところで、上記投影型表示装置において
は、投影レンズ４からスクリーン２までの光路長が長い
ほど投影レンズ４を通った光束が大きく広がってスクリ
ーン２面に達するために、投影レンズ４をスクリーン２
から遠く離して投影レンズ４からスクリーン２までの光
路長を大きくするほどスクリーン投影画像を大画面の画
像とすることができる。

【０００８】しかし、上記投影型表示装置では、スクリ
ーン２面に対して垂直な線上に投影レンズ４および液晶
表示パネル３を配置しているために、投影レンズ４から
スクリーン２までの光路長を大きくとってスクリーン投
影画像を大画面の画像とするには、それだけ投影レンズ
４をスクリーン２の位置から遠く離して配置しなければ
ならないし、また特に、装置本体１の前面に投影面とし
て透過型スクリーン２を設け、装置本体１内に液晶表示
パネル３と投影レンズ４を設けた図１２のような表示装
置の場合は、装置全体の奥行き長さがなかり大きくなっ
てしまうという問題をもっていた。

【０００９】このため、従来から、図１３に示すよう
に、投影レンズ４をスクリーン２面に対して斜めに対向
させて配置することが考えられており、このように投影
レンズ４を配置して斜め方向からスクリーン２に画像を
投影するようにすれば、投影レンズ４からスクリーン２
までの光路長は十分にとりながら、投影レンズ４をスク
リーン２の位置に付近けて配置することができるし、ま
た装置本体１の前面に投影面として透過型スクリーン２
を設け、装置本体１内に液晶表示パネル３と投影レンズ
４を設けた表示装置の場合には、装置全体の奥行き長さ
を小さくすることができる。

【００１０】このように斜め方向からスクリーン２に画
像を投影する場合は、液晶表示パネル３を投影光軸（投
影レンズ４の光軸）Ｏに垂直な面に対し所定の傾斜角度
θをもたせて配置し、この液晶表示パネル３の表示面の
延長面３ａが、投影レンズ４の主平面４ａの延長面と、
スクリーン２面の延長面２ａとの交差線Ｐ上でほぼ交わ
るようにすればよく、このように液晶表示パネル３を傾
けて配置すれば、液晶表示パネル３の表示画像をスクリ
ーン２面にピントの合った画像として結合させることが
できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように液晶表示パネル３の表示画像をスクリーン２に斜
め方向から投影する投影型表示装置は、スクリーン２面
に結像する投影画像が台形状に歪んだ画像となってしま
うという問題をもっている。このように投影画像が台形
状に歪むのは、スクリーン２に投影される画像の各点の
倍率に差があるためである。

【００１２】このスクリーン投影画像の台形状歪みを説
明すると、図１４は上記従来の投影型表示装置の光学系
を示したもので、図中Ａ₀ は液晶表示パネル３の表示画
像、Ａはスクリーン２面に投影された投影画像、Ｆ，
Ｆ′は投影レンズ４の焦点を示し、θは液晶表示パネル
３面の延長面３ａと投影レンズ主平面の延長面４ａとの
交差角、θ′は投影レンズ主平面の延長面４ａとスクリ
ーン２面の延長面２ａとの交差角を示している。

【００１３】なお、θ，θ′の正負は、図の場合θ＜
０，θ′＞０とした。また、図において座標ｘ，ｙ，ｚ
の原点は焦点Ｆ、座標ｘ′，ｙ′，ｚ′の原点は焦点
Ｆ′である。

【００１４】図１４において、表示画像Ａ₀ の光軸Ｏ上
の点Ｚ₀ のｚ座標をｚ₀ 、投影画像Ａの光軸Ｏ上の点
Ｚ′₀ のｚ′座標をｚ′₀ とし、投影レンズ４の焦点距
離をｆとすると、 ｆ／ｚ₀ ＝−ｆ／ｚ′₀ ＝ tanθ′／ tanθ が成立てば、液晶表示パネル３面の延長面３ａと投影レ
ンズ主平面の延長面４ａとスクリーン２面の延長面２ａ
とがＰにおいて交わり、スクリーン２面に投影された投
影画像Ａがピントの合った画像となる。

【００１５】このとき、表示画像Ａ₀ に対する投影画像
Ａ上の各点の座標ｘ，ｙ方向の倍率ｍは、ｚ＝ｚ₀ ＋ｙ
tanθ，ｚ′＝ｚ′₀ ＋ｙ′ tanθ′の関係にあるか
ら、 ｍ＝ｘ′／ｘ＝ｙ／ｙ′＝ｆ／ｚ ＝ｙ／（ｚ₀ ＋ｙ tanθ） ＝−ｚ′／ｆ＝−（ｚ′₀ ＋ｙ′ tanθ′）／ｆ Ｙ方向の倍率Ｍは、 Ｍ＝Ｙ′／Ｙ＝（ｙ′／ cosθ′）／（ｙ／ cosθ） ＝ｍ（ cosθ／ cosθ′） となる。

【００１６】したがって図１３に示したようなスクリー
ン２に斜め下方から画像を投影する投影型表示装置の場
合は、液晶表示パネル３の表示画像Ａ₀ が図１５の
（ａ）に示すような方形であっても、スクリーン２面に
結像した投影画像Ａが、図１５の（ｂ）に示すような逆
台形状に歪んだ外形の画像となってしまう。これは、表
示体としてブラウン管や原画フィルム等を使用する投影
型表示装置においても同様である。

【００１７】本発明は、表示体の表示画像を投影レンズ
により拡大して投影面に斜め方向から投影するものであ
りながら、投影面に結像する投影画像を、台形状の歪み
がない画像とすることができる投影型表示装置を提供す
ることを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、投影レンズと表示体との間に補助投影レン
ズを設け、かつ前記補助投影レンズの主平面と前記表示
体の表示面とを相対的に傾斜させ、前記補助投影レンズ
による像の像面と前記投影レンズの主平面とを相対的に
傾斜させるとともに、前記補助投影レンズと前記投影レ
ンズを、 前記補助投影レンズの焦点距離をｆ₁ 前記投影レンズの焦点距離をｆ₂ 前記補助投影レンズの主平面の延長面と表示体の表示面
の延長面との交差角をθ₁ 前記補助投影レンズの主平面の延長面と前記補助投影レ
ンズによる像の像面の延長面との交差角をθ′₁ 前記補助投影レンズによる像面上での前記補助投影レン
ズと前記投影レンズの光軸のずれ量をδ 前記補助投影レンズによる像の像面の延長面と前記投影
レンズの主平面の延長面との交差角をθ₂ 前記投影レンズの主平面の延長面と投影面の延長面との
交差角をθ′₂としたとき、 （ｆ₁ ／ tanθ₁ cosθ′₁ ）＋δ＋（ｆ₂ ／ tanθ′
₂ cosθ₂ ）＝０ が成立する条件で配置したものである。

【００１９】ここで、望ましくは、 （ｆ₁ ／ sinθ₁ ）＋δ（ cosθ₂ ／ cosθ′₂ ）＋
（ｆ₂ ／ sinθ′₂ ）＝０ が成立することが理想的である。

【００２０】また、本発明は、投影レンズから投影面へ
の投影光路を、投影レンズを通った画像光を直接投影す
る直線光路とした投影型表示装置にも、前記投影光路
を、投影レンズを通った画像光を少なくとも１枚の画像
光反射ミラーで反射させて投影面に投影する屈曲光路と
した投影型表示装置にも適用できるもので、投影面に投
影された画像をピントの合った画像とするには、前記補
助投影レンズを、この補助投影レンズの主平面の延長面
が前記表示体の表示面の延長面と前記補助投影レンズに
よる像の像面の延長面との交差線上でほぼ交わる条件で
設けるとともに、前記投影レンズを、この投影レンズの
主平面の延長面が前記補助投影レンズによる像の像面の
延長面と前記投影面の延長面（投影光路が直線光路の場
合は実際の投影面の延長面、投影光路が画像光反射ミラ
ーを備えた屈曲光路の場合は投影レンズから投影面への
前記屈曲光路を直線上に展開したときの仮想の投影面の
延長面）との交差線上でほぼ交わる条件で設ければよ
い。

【００２１】

【作用】すなわち、本発明の投影型表示装置は、表示体
と投影レンズとの間に補助投影レンズを設けることによ
って、投影レンズにより投影面に投影される投影画像の
台形状歪みを矯正するようにしたものであり、前記補助
投影レンズの主平面と前記表示体の表示面とを相対的に
傾斜させ、前記補助投影レンズによる像の像面と前記投
影レンズの主平面とを相対的に傾斜させるとともに、前
記補助投影レンズと前記投影レンズを、上記の式 （ｆ₁ ／ tanθ₁ cosθ′₁ ）＋δ＋（ｆ₂ ／ tanθ′
₂ cosθ₂ ）＝０ が成立する条件で配置しておけば、表示体の表示画像が
補助投影レンズによって台形状に歪み、しかもこの画像
の台形状歪みが、投影レンズにより投影面に斜め方向か
ら投影される投影画像の台形状歪みと逆の歪みとなるた
めに、前記補助投影レンズによって歪ませた画像を投影
レンズによって投影面に投影すれば、補助投影レンズに
よる画像の歪みと、投影レンズによる投影面投影画像の
歪みとが互いに打消し合うから、投影面に結像する投影
画像は台形状の歪みがない画像となる。

【００２２】また、この投影型表示装置において、 （ｆ₁ ／ sinθ₁ ）＋δ（ cosθ₂ ／ cosθ′₂ ）＋
（ｆ₂ ／ sinθ′₂ ）＝０ が成立すれば、投影面に投影される画像は、表示体の表
示画像に対する縦方向の倍率と横方向の倍率がそれぞれ
等しい、表示体の表示画像と完全に相似形の画像とな
る。

【００２３】さらに、上記投影型表示装置において、前
記補助投影レンズを、この補助投影レンズの主平面の延
長面が前記表示体の表示面と延長面と前記補助投影レン
ズによる像の像面の延長面との交差線上でほぼ交わる条
件で設けるとともに、前記投影レンズを、この投影レン
ズの主平面の延長面が前記補助投影レンズによる像の像
面の延長面と前記投影面の延長面（投影光路が直線光路
の場合は実際の投影面の延長面、投影光路が画像光反射
ミラーを備えた屈曲光路の場合は投影レンズから投影面
への前記屈曲光路を直線状に展開したときの仮想の投影
面の延長面）との交差線上でほぼ交わる条件で設けれ
ば、投影レンズから投影面への投影光路を直線光路とし
た投影型表示装置の場合も、前記投影光路を屈曲光路と
した投影型表示装置の場合も、投影面に投影された画像
を、台形状の歪みがなくしかもピントの合った画像とす
ることができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の投影型表示装置について、そ
の実施例を説明する。まず、本発明の投影型表示装置の
原理を説明すると、図１は本発明の投影型表示装置の基
本光学系を示したもので、この光学系は、例えば液晶表
示パネル等の表示体１３の表示画像Ａ₀ を補助投影レン
ズ１７によって投影して第１投影画像Ａ₁ をつくる第１
の光学系と、前記第１投影画像Ａ₁ を投影レンズ１４に
よって投影面例えばスクリーン１２面に斜め方向から投
影してスクリーン投影画像Ａ₂をつくる第２の光学系と
からなっている。なお、図１では理解しやすくするため
に、第１投影画像Ａ₁ を実像としているが、この第１投
影画像Ａ₁ は虚像であってもよい。

【００２５】Ｆ₁ ，Ｆ′₁ は補助投影レンズ１７の焦
点、Ｆ₂ ，Ｆ′₂ は投影レンズ１４の焦点を示し、θ₁
は表示体１３面の延長面１３ａと補助投影レンズ１７の
主平面の延長面１７ａとの交差角、θ′₁ は補助投影レ
ンズ主平面の延長面１７ａと第１投影画像Ａ₁ 面の延長
面Ａ₁ ａとの交差角、θ₂ は第１投影画像Ａ₁ 面の延長
面Ａ₁ ａと投影レンズ１４の主平面の延長面１４ａとの
交差角、θ′₂ は投影レンズ主平面の延長面１４ａとス
クリーン１２面の延長面１２ａとの交差角、δは第１投
影画像Ａ₁ 上での補助投影レンズ１７と投影レンズ１４
の光軸Ｏ₁ ，Ｏ₂のずれ量を示している。

【００２６】なお、θ₁ ，θ′₁ ，θ₂ ，θ′₂ の正負
は、図の場合θ₁ ＜０，θ′₁ ＞０，θ₂ ＜０，θ′₂
＞０，δ＞０とした。また、図において、座標ｘ₁ ，ｙ
₁ ，ｚ₁ の原点は補助投影レンズ１７の焦点Ｆ₁ 、座標
ｘ′₁ ，ｙ′₁ ，ｚ′₁ の原点は補助投影レンズ１７の
焦点Ｆ′₁ 、座標ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ の原点は投影レンズ
１４の焦点Ｆ₂ 、座標ｘ′₂ ，ｙ′₂ ，ｚ′₂ の原点は
投影レンズ１４の焦点Ｆ′₂ である。

【００２７】この光学系は、基本的には図１４に示した
従来の投影型表示装置の光学系を２つ組合わせたもの
で、第１の光学系において、表示画面Ａ₀ の補助投影レ
ンズ光軸Ｏ₁ 上の点Ｚ₀₁のｚ₁ 座標をｚ₀₁、第１投影画
像Ａ₁ の前記光軸Ｏ₁ 上の点Ｚ′₀₁のｚ′₁ 座標をｚ′
₀₁とし、補助投影レンズ１７の焦点距離をｆ₁ とする
と、光軸Ｏ₁ 上でのｘ方向の倍率ｍ₀₁は、 ｍ₀₁＝ｆ₁ ／ｚ₀₁＝ｚ′₀₁／ｆ₁ ＝ tanθ′₁ ／ tanθ
₁ が成立てば、表示体１３面の延長面１３ａと補助投影レ
ンズ主平面の延長面１７ａと第１投影画像Ａ₁ 面の延長
面Ａ₁ ａとがＰ₁ において交わり、第１投影画像Ａ₁ が
ピントの合った画像となる。

【００２８】また、第２の光学系において、第１投影画
像Ａ₁ の投影レンズ光軸Ｏ₂ 上の点Ｚ₀₂のｚ₂ 座標をｚ
₀₂、スクリーン投影画像Ａ₂ の前記光軸Ｏ₂ 上の点Ｚ′
₀₂のｚ′₂ 座標をｚ′₀₂とし、投影レンズ１４の焦点距
離をｆ₂ とすると、光軸Ｏ₂上のｘ方向の倍率ｍ₀₂は、 ｍ₀₂＝ｆ₂ ／ｚ₀₂＝ｚ′₀₂／ｆ₂ ＝ tanθ′₂ ／ tanθ
₂ が成立てば、第１投影画像Ａ₁ 面の延長面Ａ₁ ａと投影
レンズ主平面の延長面１４ａとスクリーン１２面の延長
面１２ａとがＰ₂ において交わり、スクリーン投影画像
Ａ₂ がピントの合った画像となる。

【００２９】ここで、第１の光学系と第２の光学系と
が、ある交差角（補助投影レンズ１７の光軸Ｏ₁ と投影
レンズ１４の光軸Ｏ₂ との交差角）α（α＝θ′₁ −θ
₂ ）で交わっているとすると、このとき、 sinθ′₁ ／ sinθ₂ ＝ｚ′₀₁／ｚ₀₂ の関係が成立っているとすれば、表示画像Ａ₀ に対する
スクリーン投影画像Ａ₂上の各点の座標ｘ方向の倍率ｍ
（第１光学系での倍率ｍ₁ と第２光学系での倍率ｍ₂ と
の積）は、 ｍ＝ｘ′₂ ／ｘ₁ ＝ｍ₁ ｍ₂ ＝−｛（ｚ′₀₁＋ｙ′₁ tanθ′₁ ）／ｆ₁ ｝ ・｛ｆ₂ ／（ｚ₀₂＋ｙ₂ tanθ₂ ）｝ ＝−｛（ｚ′₀₁＋Ｙ′₁ sin′θ₁ ）／ｆ₁ ｝ ・｛ｆ₂ ／（ｚ₀₂＋Ｙ₂ sinθ₂ ）｝ となる。

【００３０】そして、Ｙ方向の倍率Ｍは、 Ｍ＝Ｙ′₂ ／Ｙ₁ ＝Ｍ₁ Ｍ₂ ＝ｍ（ cosθ₁ cosθ₂ ／ cosθ′₁ cosθ′₂ ） また、Ｙ₂ ＝Ｙ′₁ ＋δであるので、 ｍ＝−｛（ｚ′₀₁＋Ｙ′₁ sin′θ₁ ）／ｆ₁ ｝ ・［ｆ₂ ／｛ｚ₀₂＋（Ｙ′₁ ＋δ） sinθ₂ ｝］ となる。

【００３１】したがって、次の両式 ｍｆ₁ （ｚ₀₂＋ sinθ₂ ）＋（ｆ₂ ｚ′₀₁）＝０ ｍｆ₁ sinθ₂ ＋ｆ₂ sin′θ₁ ＝０ が共に成立すれば、スクリーン投影画像Ａ₂ は台形状歪
みのない画像となる。

【００３２】これにｚ₀₂＝ｆ₂ ／ｍ₀₂，ｚ′₀₁＝−ｍ₀₁
／ｆ₁ ，ｍ₀₁＝ tanθ′₁ ／ tanθ₁ ，ｍ₀₂＝ tanθ′
₂ ／ tanθ₂ を代入し、ｍを消去すると、次の条件式が
導かれる。

【００３３】 （ｆ₁ ／ tanθ₁ cosθ′₁ ）＋δ＋（ｆ₂ ／ tanθ′₂ cosθ₂ ）＝０ ……(1) 図２は表示体１３の表示画像Ａ₀ と第１投影画像Ａ₁ と
スクリーン投影画像Ａ₂ の外形を示しており、表示体１
３の表示画像Ａ₀ の外形が図２の（ａ）に示すような方
形である場合、第１投影画像Ａ₁ の外形は図２の（ｂ）
に示すように台形状に歪むが、スクリーン投影画像Ａ₂
は、台形状に歪んだ第１投影画像Ａ₁ が逆の台形状に歪
むことによって、台形状の歪みのない図２の（ｃ）に示
すような方形画像となる。

【００３４】また、図２の（ｃ）に示したスクリーン投
影画像Ａ₂ は、表示体１３の表示画像Ａ₀ に対するＹ方
向とｘ方向の倍率が若干異なっており、僅かながら縦方
向（Ｙ方向）に伸びた画像となっているが、上記 (1)式
にｍ＝Ｍつまり（ cosθ₁ ／cosθ′₁ ）（ cosθ₂ ／
cosθ′₂ ）＝１を代入して導かれる次の条件、 （ｆ₁ ／ sinθ₁ ）＋δ（ cosθ₂ ／ cosθ′₂ ） ＋（ｆ₂ ／ sinθ′₂ ）＝０ ……(2) となるようにすれば、スクリーン投影画像Ａ₂ は、表示
体１３の表示画像Ａ₀ に対するＹ方向とｘ方向の倍率が
等しい、表示体１３の表示画像Ａ₀ と完全に相似形な拡
大画像となる。

【００３５】次に、本発明の具体的な実施例を説明す
る。図３〜図５は本発明の第１の実施例を示している。
図３は投影型表示装置の縦断側面図、図４はその主要部
の拡大図であり、図５は投影型表示装置の光学系を示す
図である。

【００３６】図３において、１１は表示装置本体であ
り、この装置本体１１の前面には表示窓が開口され、こ
の表示窓には投影面として透過型スクリーン１２が設け
られている。

【００３７】１３は装置本体１内の後部側に前記スクリ
ーン１２よりも下方に位置させて配置された表示体、例
えば透過型の液晶表示パネル、１４は投影レンズであ
り、この投影レンズ１４はスクリーン１２面に斜めに対
向させて配置されている。１５は液晶表示パネル１３を
その背面側から証明する光源、１６は光源１５からの光
を液晶表示パネル１３に向けて反射させる光源光反射ミ
ラーである。

【００３８】一方、図３〜図５において、１７は液晶表
示パネル１３と投影レンズ１４との間に配置された凸レ
ンズからなる補助投影レンズであり、この補助投影レン
ズ１７は、その光軸Ｏ₁ が投影レンズ１４の光軸Ｏ₂ と
所定の角度αで交差する姿勢で設けられており、液晶表
示パネル１３はこの補助投影レンズ１７に対向させて、
補助投影レンズ１７の光軸Ｏ₁ に垂直な面に対し所定の
傾斜角度θ ₁をもたせて配置されている。なお、図４お
よび図５において、Ｆ₁ ，Ｆ′₁ は補助投影レンズ１７
の焦点、Ｆ₂ ，Ｆ′₂ は投影レンズ１４の焦点を示して
いる。

【００３９】上記補助投影レンズ１７は、液晶表示パネ
ル１３の表示画像Ａ₀ を台形状に歪ませて投影レンズ１
４に入射させるもので、この補助投影レンズ１７は、投
影レンズ１４と対向する位置に液晶表示パネル１３の表
示画像を投影して第１投影画像Ａ₁ をつくる。この第１
投影画像Ａ₁ は虚像であり、この虚像Ａ₁ は、液晶表示
パネル１３の表示面の延長面１３ａと、補助投影レンズ
１７の主平面の延長面１７ａとの交差線Ｐ₁ 上において
上記２つの面１３ａ、１７ａと交差する面Ａ₁ａ上に結
像する。

【００４０】また、投影レンズ１４は、その主平面の延
長面１４ａが、前記補助投影レンズ１７がつくる虚像Ａ
₁ の象面の延長面Ａ₁ ａと、スクリーン１２面の延長面
１２ａとの交差線Ｐ₂ 上で交わる姿勢が設けられてい
る。

【００４１】この投影型表示装置は、光源１５からの光
を光源光反射ミラー１６を介して液晶表示パネル１３に
入射させ、この液晶表示パネル１３が表示するテレビジ
ョン画像等の表示画像を補助投影レンズ１７に入射させ
て液晶表示パネル１３の表示画像の虚像Ａ₁ をつくり、
この虚像Ａ₁ を投影レンズ４により拡大して装置本体１
１前面の透過型スクリーン１２に投影するもので、スク
リーン１２に投影された画像は装置の前方から観察され
る。

【００４２】なお、この透過型スクリーン１２は、その
背面（装置本体内側の光入射面）にスクリーン１２に対
して斜め方向から投影される画像光をスクリーン面に対
して垂直な光に補正するサーキュラフレネルレンズを形
成するとともに、スクリーン表面にこのスクリーン１２
を透過する光を拡散させるレンチキュラーレンズを形成
したものとされている。

【００４３】しかして、上記投影型表示装置において
は、液晶表示パネル１３を補助投影レンズ１７の光軸Ｏ
₁ に垂直な面に対し所定の傾斜角度θ₁ をもたせて配置
するとともに、補助投影レンズ１７を投影レンズ１４と
対向する位置に前記液晶表示パネル１３の表示画像の虚
像Ａ₁ をつくる姿勢で設けているから、この補助投影レ
ンズ１７がつくる虚像Ａ₁ は、液晶表示パネル１３の表
示画像Ａ₀ が図２の（ａ）に示したような方形状外形で
あるのに対して、画像の上側が大きく広がった図２の
（ｂ）に示したような逆台形状に歪んだ像となる。

【００４４】そして、液晶表示パネルの表示画像をその
まま投影レンズによりスクリーン面に拡大投影する従来
の投影型表示装置では、前述したようにスクリーン投影
画像が逆台形状に歪んだ像となるが、この実施例の投影
型表示装置では、液晶表示パネル１３の表示画像を補助
投影レンズ１７により台形状に歪ませて投影レンズ１４
に入射させるようにしているから、スクリーン１２に斜
め方向から投影される投影画像の台形状歪みを見込んで
液晶表示パネル１３の表示画像を補助投影レンズ１７に
より歪ませ、この歪ませた像Ａ₁ を投影レンズ１４によ
りスクリーン１２に投影するようにすれば、すなわち、
補助投影レンズ１７と投影レンズ１４とを前述した (1)
式の条件が成立するように配置しておけば、補助投影レ
ンズ１７によって投影された第１投影画像（虚像）Ａ₁
の歪みと、投影レンズ１４によって投影されたスクリー
ン投影画像の歪みとが互いに打消し合って、スクリーン
１２に投影される投影画像の台形状歪みが矯正され、し
たがってスクリーン１２面に結像するスクリーン投影画
像Ａ₂ は、図２の（ｃ）に示したような台形状歪みのな
い画像となる。

【００４５】また、この投影型表示装置において、上述
した (2)式の条件が成立するようにすれば、スクリーン
投影画像Ａ₂ は、表示体１３の表示画像Ａ₀ に対する縦
方向（Ｙ方向）と横方向（ｘ方向）の倍率が等しい、表
示体１３の表示画像Ａ₀ と完全に相似形な拡大画像とな
る。

【００４６】さらに、上記投影型表示装置では、液晶表
示パネル１３と補助投影レンズ１７とを上記のような条
件で設けてスクリーン投影画像Ａ₂ の台形状歪みをなく
すとともに、補助投影レンズ１７を、この補助投影レン
ズ１７の主平面の延長面１７ａが液晶表示パネル１３の
表示面の延長面１３ａと補助投影レンズ１７がつくる虚
像Ａ₁ の像面の延長面Ａ₁ ａとの交差線Ｐ₁ 上で交わる
ように設け、投影レンズ１４を、この投影レンズ１４の
主平面の延長面１４ａが補助投影レンズ１７がつくる虚
像Ａ₁ の像面の延長面Ａ₁ ａとスクリーン１２面の延長
面１２ａとの交差線Ｐ₂ 上で交わる姿勢で設けているか
ら、液晶表示パネル１３の各点からの画像光は全てスク
リーン１２面において結像することになり、したがっ
て、スクリーン投影画像Ａ₂ は、画像全域にわたってピ
ントの合った画像となる。

【００４７】なお、上記実施例では、投影レンズ１４か
らスクリーン１２への投影光路を、投影レンズ１４を通
った画像光を直接スクリーン１２に投影する直線光路と
しているが、投影レンズ１４を通った画像光をミラーで
反射させてスクリーン１２に投影するようにすれば、装
置の奥行き長さを小さくすることができる。

【００４８】すなわち、図６および図７は本発明の第２
の実施例を示したもので、この実施例は、投影レンズ１
４からスクリーン１２への投影光路を、投影レンズ１４
を通った画像光をスクリーン１２に向けて反射させる画
像光反射ミラー１８を備えた屈曲光路としたものであ
り、画像光反射ミラー１８はスクリーン１２に対向させ
て配置され、投影レンズ１４は画像光反射ミラー１８に
斜めに対向させて配置されている。

【００４９】そして、このように投影レンズ１４からス
クリーン１２への投影光路を屈曲光路とする場合は、液
晶表示パネル１３および補助投影レンズ１７を上記 (1)
式の条件または (1)式と (2)式の条件を満足するように
して配置するとともに、補助投影レンズ１７を、上記第
１の実施例と同様に、この補助レンズ１７の主平面延長
面１７ａが液晶表示パネル１３の表示面の延長面１３ａ
と補助投影レンズ１７がつくる虚像Ａ₁ の像面の延長面
Ａ₁ ａとの交差線Ｐ₁ 上で交わるように設け、投影レン
ズ１４を、その主平面の延長面１４ａが、補助投影レン
ズ１７がつくる第１投影画像（虚像）Ａ₁ の像面の延長
面Ａ₁ ａと、投影レンズ１４からスクリーン１２への屈
曲光路を直線状に展開して考えたときの仮想のスクリー
ン面１２′の延長面１２ａ′との交差線Ｐ′₂ 上で交わ
る姿勢で設ければよく、このようにすれば、スクリーン
１２面に、台形状の歪みがなく、かつピントの合った画
像を結像させることができる。

【００５０】なお、この実施例では投影レンズ１４から
スクリーン１２への投影光路を、１枚の画像光反射ミラ
ー１８を備えた屈曲光路としているが、この投影光路は
２枚以上の画像光反射ミラーを備えたシグザグの屈曲光
路としてもよく、このようにすれば装置の奥行き長さを
さらに小さくすることができる。

【００５１】また、上記実施例では、補助投影レンズ１
７として凸レンズを用いているが、補助投影レンズ１７
がつくる虚像Ａ₁ を投影レンズ１４によってスクリーン
１２に投影する場合は、前記補助投影レンズ１７を図８
に示す第３の実施例のように凹レンズとしてもよい。

【００５２】さらに上記実施例では、補助投影レンズ１
７がつくる第１投影画像Ａ₁ を虚像とし、この虚像Ａ₁
を投影レンズ１４によってスクリーン１２に投影するよ
うにしているが、補助投影レンズ１７と投影レンズ１４
との間に実像を結像させる第１画像結像面を設ければ、
補助投影レンズ１７がつくる第１投影画像Ａ₁ を実像と
して、この実像を投影レンズ１４によってスクリーン１
２に投影することも可能である。

【００５３】すなわち、図９は本発明の第４の実施例を
示したもので、この実施例は、凸レンズからなる補助投
影レンズ１７と投影レンズ１４との間に光透過性の第１
画像結像面１９を設けて補助投影レンズ１７を通った画
像光をこの第１画像結像面１９に台形状に歪んだ実像と
して結像させ、この第１画像結像面１９に結像した実像
Ａ₁ を投影レンズ１４によってスクリーン１２に投影す
るようにしたものである。

【００５４】なお、上記第１画像結像面１９は、補助投
影レンズ１７を通ってこの結像面１９に入射した光を投
影レンズ１４に向けて屈曲させるものとする必要がある
が、この第１画像結像面１９としては、微小幅のストラ
イプ状プリズムをその幅方向に連続させて形成したプリ
ズム板か、あるいは偏心レンズ等を用いることが考えら
れる。

【００５５】また、上記実施例では、補助投影レンズ１
７を、その光軸Ｏ₁ が投影レンズ１４の光軸Ｏ₂ と交差
する姿勢で設けているが、液晶表示パネル１３の傾斜角
度を適当に選ぶとともに補助投影レンズ１７と投影レン
ズ１４とをその焦点Ｆ′₁ ，Ｆ₂ を一致させて配置すれ
ば、図１０に示す第５の実施例のように補助投影レンズ
１７と投影レンズ１４とを、その光軸Ｏ₁ ，Ｏ₂ を一致
させて直線的に配置することもできる。ただし、この場
合は、投影レンズ１４として大口径のレンズが必要にな
る。

【００５６】なお、図９および図１０の実施例について
も、補助投影レンズ１７がつくる第１投影画像Ａ₁ は、
液晶表示パネル１３の表示面の延長面１３ａと、補助投
影レンズ１７の主平面の延長面１７ａとの交差線Ｐ₁ 上
において、上記２つの面１３ａ，１７ａと交差する面Ａ
₁ａ上に結像し、また投影レンズ１４は、その主平面の
延長面１４ａが、前記補助投影レンズ１７がつくる第１
投影画像Ａ₁ （図９では第１画像結像面１９に結像する
実像、図１０では虚像）の像面の延長面Ａ₁ ａと、スク
リーン面（実際のスクリーン面または投影レンズからス
クリーンへの屈曲光路を展開した仮想のスクリーン面）
の延長面との交差線上で交わる姿勢で設けられている。

【００５７】また、上記各実施例では、表示体として液
晶表示パネル１３を使用しているが、この表示体は、ブ
ラウン管（この場合は光源１５は不要である）や、リバ
ーサルフィルム等の原画フィルムであってもよい。

【００５８】さらに、本発明は、装置本体１１の前面に
投影面として透過型スクリーン１２を設け、装置本体１
１内に液晶表示パネル１３と補助投影レンズ１７および
投影レンズ１４を設けた投影型表示装置に限らず、装置
本体とは別の外部スクリーン等を投影面としてこの外部
の投影面に画像を投影する投影型表示装置にも適用する
ことができる。

【００５９】図１１は本発明の第６の実施例として、外
部の投影面に画像を投影する投影型表示装置の一種であ
るオーバヘッド・プロジェクタ（ＯＨＰ）に本発明を適
用した例を示している。なお、オーバヘッド・プロジェ
クタには、表示体である原稿にその下面側から光を照射
して原稿を透過した画像光を投影面に投影する透過型の
ものと、ＯＨＰシート等の透過原稿にその上方から光を
照射して原稿の下にあるフレネルミラー等のミラーで反
射した光線が再び原稿を透過するときに形成される画像
光を投影面に投影する反射型のものとがあるが、ここで
は、透過型オーバヘッド・プロジェクタの例を示してい
る。

【００６０】この透過型オーバヘッド・プロジェクタの
構成を説明すると、図において、２１は上面を透明な原
稿載置面としたプロジェクタ本体であり、このプロジェ
クタ本体２１内には光源２５が設けられている。２３は
プロジェクタ本体２１上の原稿載置面に載置された透明
原画フィルム等の原稿である。

【００６１】また、２４は投影レンズ、２７はこの投影
レンズ２４と前記原稿２３との間に配置された補助投影
レンズ（図では凹レンズ）、２８は投影レンズ２４を通
った画像光を外部の投影面例えばスクリーン２２に向け
て反射させる画像光反射ミラーであり、補助投影レンズ
２７と投影レンズ２４は、プロジェクタ本体２１の上方
に支柱を介して設けた投影ユニット（図示せず）内に設
けられ、画像光反射ミラー２８は上記投影ユニットの上
に角度調節可能に設けられている。

【００６２】しかして、このオーバヘッド・プロジェク
タにおいても、上記のように投影レンズ２４と原稿２３
との間に補助投影レンズ２７を設け、かつ補助投影レン
ズ２７の主平面と原稿２３面とを相対的に傾斜させ、補
助投影レンズ２７がつくる第１投影画像（図では虚像）
Ａ₁ の像面と投影レンズ２４の主平面とを相対的に傾斜
させるとともに、補助投影レンズ２７と投影レンズ２４
を、上述した (1)式が成立する条件で配置すれば、スク
リーン２２面に結像するスクリーン投影画像を台形状歪
みのない画像とすることができるし、さらに上述した
(2) 式の条件が成立するようにすれば、スクリーン投影
画像は、原稿２３の表示画像と完全に相似的な画像とな
る。

【００６３】また、補助投影レンズ２７を、この補助投
影レンズ２７の主平面の延長面２７ａが原稿２３面の延
長面２３ａと補助レンズ２７がつくる第１投影画像Ａ₁
の像面の延長面Ａ₁ との交差線Ｐ₁ 上で交わるように設
けられ、投影レンズ２３を、その主平面の延長面２４ａ
が、前記第１投影画像Ａ₁ の像面の延長面Ａ₁ ａと、投
影レンズ２４からスクリーン２２への屈曲光路を直線状
に展開して考えたときの仮想のスクリーン面２２′の延
長面２２ａ′との交差線Ｐ′₂ 上で交わるように設けれ
ば、原稿２３の表示画像をスクリーン２２面にピントの
合った画像として結像させることができる。

【００６４】

【発明の効果】請求項１に記載の投影型表示装置によれ
ば、投影レンズと表示体との間に補助投影レンズを設
け、かつ前記補助投影レンズの主平面と前記表示体の表
示面とを相対的に傾斜させ、前記補助投影レンズによる
像の像面と前記投影レンズの主平面とを相対的に傾斜さ
せるとともに、前記補助投影レンズと前記投影レンズ
を、 前記補助投影レンズの焦点距離をｆ₁ 前記投影レンズの焦点距離をｆ₂ 前記補助投影レンズの主平面の延長面と表示体の表示面
の延長面との交差角をθ₁ 前記補助投影レンズの主平面の延長面と前記補助投影レ
ンズによる像の像面の延長面との交差角をθ′₁ 前記補助投影レンズによる像面上での前記補助投影レン
ズと前記投影レンズの光軸のずれ量をδ 前記補助投影レンズによる像の像面の延長面と前記投影
レンズの主平面の延長面との交差角をθ_２ 前記投影レンズの主平面の延長面と投影面の延長面との
交差角をθ′_２ としたとき、 （ｆ₁ ／ tanθ₁ cosθ′₁ ）＋δ＋（ｆ₂ ／ tanθ′
₂ cosθ₂ ）＝０ が成立する条件で配置しているから、表示体の表示画像
を投影レンズにより拡大して投影面に斜め方向から投影
するものでありながら、投影面に結像する投影画像を台
形状の歪みがない画像とすることができる。

【００６５】また請求項２に記載の投影型表示装置のよ
うに、上記請求項１に記載の投影型表示装置において、 （ｆ₁ ／ sinθ₁ ）＋δ（ cosθ₂ ／ cosθ′₂ ）＋
（ｆ₂ ／ sinθ′₂ ）＝０ が成立すれば、投影面に結像する投影画像を、台形状の
歪みがなく、しかも表示体の表示画像に対する縦方向と
横方向の倍率が等しい、表示体の表示画像と完全に相似
的な拡大画像とすることができる。

【００６６】さらに、請求項３および４に記載の投影型
表示装置によれば、上記請求項１または２に記載の投影
型表示装置において、補助投影レンズを、この補助投影
レンズの主平面の延長面が前記表示体の表示面の延長面
と前記補助投影レンズによる像の像面の延長面との交差
線上でほぼ交わる条件で設け、前記投影レンズを、この
投影レンズの主平面の延長面が前記補助投影レンズによ
る像の像面の延長面と投影面の延長面（投影レンズから
投影面への投影光路が、投影レンズを通った画像光を直
接投影面に投影する直線光路である場合は実際の投影面
の延長面、前記投影光路が、投影レンズを通った画像光
を少なくとも１枚の画像光反射ミラーで反射させて投影
面に投影する屈曲光路である場合は前記屈曲光路を直線
状に展開したときの仮想の投影面の延長面）との交差線
上でほぼ交わる条件で設けているから、投影面に、台形
状の歪みがなく、かつピントの合った画像を結像させる
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影型表示装置の基本光学系を示す
図。

【図２】本発明の投影型表示装置における表示体の表示
画像と補助投影レンズがつくる第１投影画像とスクリー
ン投影画像の外形を示す図。

【図３】本発明の第１の実施例を示す投影型表示装置の
縦断側面図。

【図４】同じくその主要部の拡大図。

【図５】同じくその光学系を示す図。

【図６】本発明の第２の実施例を示す投影型表示装置の
縦断側面図。

【図７】同じくその拡大図。

【図８】本発明の第３の実施例を示す液晶表示パネルと
補助投影レンズと投影レンズの配置図。

【図９】本発明の第４の実施例を示す液晶表示パネルと
補助投影レンズと投影レンズの配置図。

【図１０】本発明の第５の実施例を示す液晶表示パネル
と補助投影レンズと投影レンズの配置図。

【図１１】本発明の第６の実施例を示す投影型表示装置
の側面図。

【図１２】従来の投影型表示装置の縦断側面図。

【図１３】従来の斜め投影方式の投影型表示装置の縦断
側面図。

【図１４】同じくその光学系を示す図。

【図１５】従来の斜め投影方式の投影型表示装置におけ
る液晶体の表示画像とスクリーン投影画像の外形を示す
図。

【符号の説明】

１２，２２…スクリーン（投影面） １２ａ…スクリーン面の延長面 １２′，２２′…仮想のスクリーン面 １２ａ′，２２ａ′…仮想スクリーン面の延長面 １３…表示体（液晶パネル） ２３…表示体（原稿） Ａ₀ …表示画像 １３ａ，２３ａ…表示体の表示面の延長面 １４，２４…投影レンズ １４ａ，２４ａ…投影レンズの主平面の延長面 １７，２７…補助投影レンズ １７ａ，２７ａ…補助投影レンズの主平面の延長面 Ａ₁ …第１投影画像（補助投影レンズによる実像または
虚像） １９…第１画像結像面 Ａ₁ ａ…第１投影画像の像面の延長面 １８，２８…画像光反射ミラー Ａ₂ …投影画像

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示体の表示画像を投影レンズにより拡大
   して投影面に斜め方向から投影する投影型表示装置にお
   いて、前記投影レンズと表示体との間に補助投影レンズ
   を設け、かつ前記補助投影レンズの主平面と前記表示体
   の表示面とを相対的に傾斜させ、前記補助投影レンズに
   よる像の像面と前記投影レンズの主平面とを相対的に傾
   斜させるとともに、前記補助投影レンズと前記投影レン
   ズを、 前記補助投影レンズの焦点距離をｆ₁ 前記投影レンズの焦点距離をｆ₂ 前記補助投影レンズの主平面の延長面と表示体の表示面
   の延長面との交差角をθ₁ 前記補助投影レンズの主平面の延長面と前記補助投影レ
   ンズによる像の像面の延長面との交差角をθ′₁ 前記補助投影レンズによる像面上での前記補助投影レン
   ズと前記投影レンズの光軸のずれ量をδ 前記補助投影レンズによる像の像面の延長面と前記投影
   レンズの主平面の延長面との交差角をθ₂ 前記投影レンズの主平面の延長面と投影面の延長面との
   交差角をθ′₂ としたとき、 （ｆ₁ ／ tanθ₁ cosθ′₁ ）＋δ＋（ｆ₂ ／ tanθ′
   ₂ cosθ₂ ）＝０ が成立する条件で配置したことを特徴とする投影型表示
   装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の投影型表示装置におい
   て、 （ｆ₁ ／ sinθ₁ ）＋δ（ cosθ₂ ／ cosθ′₂ ）＋
   （ｆ₂ ／ sinθ′₂ ）＝０ が成立することを特徴とする投影型表示装置。
3. 【請求項３】投影レンズから投影面への投影光路は、投
   影レンズを通った画像光を直接投影面に投影する直線光
   路であり、前記補助投影レンズは、この補助投影レンズ
   の主平面の延長面が前記表示体の表示面の延長面と前記
   補助投影レンズによる像の像面の延長面との交差線上で
   ほぼ交わる条件で設けられ、前記投影レンズは、この投
   影レンズの主平面の延長面が前記補助投影レンズによる
   像の像面の延長面と前記投影面の延長面との交差線上で
   ほぼ交わる条件で設けられていることを特徴とする請求
   項１または２に記載の投影型表示装置。
4. 【請求項４】投影レンズから投影面への投影光路は、投
   影レンズを通った画像光を少なくとも１枚の画像光反射
   ミラーで反射させて投影面に投影する屈曲光路であり、
   前記補助投影レンズは、この補助投影レンズの主平面の
   延長面が前記表示体の表示面の延長面と前記補助投影レ
   ンズによる像の像面の延長面との交差線上でほぼ交わる
   条件で設けられ、前記投影レンズは、この投影レンズの
   主平面の延長面が前記補助投影レンズによる像の像面の
   延長面と前記投影レンズから投影面への前記屈曲光路を
   直線状に展開したときの仮想の投影面の延長面との交差
   線上でほぼ交わる条件で設けられていることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の投影型表示装置。