JPH07311363A - 投影型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表示窓に透過型スクリーンを設けた装置本体内
に前記スクリーンに斜め方向から画像を投影する投影手
段を設けた投影型表示装置として、スクリーン面に結像
する投影画像を歪みのない画像とすることができるもの
を提供する。 【構成】表示体１３の表示画像を透過型スクリーン１２
に斜め方向から投影する投影系を、表示体１３の表示画
像を投影する補助投影レンズ１７と、この補助投影レン
ズ１７でつくられた画像をスクリーン１２に投影する投
影レンズ１４とで構成し、前記補助投影レンズ１７で前
記表示体１３の表示画像を歪ませた第１投影画像Ａ₁ を
つくり、前記投影レンズ１４で前記第１投影画像Ａ₁ の
歪みを補正したスクリーン投影画像Ａ₂ をつくる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、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、表示窓を有しこの表示窓に透過型スクリー
ンを設けた装置本体内に、前記表示体の表示画像を拡大
して前記スクリーンに投影する投影手段を設けた投影型
表示装置が開発されている。

【０００３】図１０は上記投影型表示装置として従来一
般に知られているものの縦断側面図であり、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】この投影型表示装置は、前面に表示窓を設
けこの表示窓に透過型スクリーン２を設けた装置本体１
内に、前記スクリーン２に画像を投影する投影手段を設
けたもので、前記投影手段は、装置本体１内の後部側に
配置された液晶表示パネル３と、この液晶表示パネル３
の表示画像を投影レンズ４によってスクリーン２に投影
する投影系とからなっている。なお、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】上記投影レンズ４はその光軸Ｏをスクリー
ン２面に対して垂直にして前記スクリーン２に対向配置
されており、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。

【０００６】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。

【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に達するため、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は、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には投
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
なければならならいため、装置全体の奥行き長さがかな
り大きくなってしまう。

【０００９】このため、従来から、斜め投影方式の投影
型表示装置が考えられている。図１１は従来の斜め投影
方式の投影型表示装置の縦断側面図である。なお、図１
１において、図１０に示したものと対応するものには図
に同符号を付してその説明を省略する。

【００１０】この投影型表示装置は、投影手段を構成す
る液晶表示パネル３および投影レンズ４をスクリーン２
に対して斜めに対向させて対置して、斜め方向からスク
リーンに画像を投影するようにしたものであり、この斜
め投影方式の投影型表示装置によれば、投影レンズ４か
らスクリーン２までの光路長を十分にとりながら、投影
レンズ４をスクリーン２の位置に近付けて配置すること
ができるため、装置全体の奥行き長さを小さくすること
ができる。

【００１１】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像させることが
できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記斜
め投影方式の投影型表示装置は、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。

【００１３】このスクリーン投影画像の台形歪みを説明
すると、図１２は上記斜め投影方式の投影型表示装置の
投影系を示しており、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の表示面の延長面３ａと投影レンズ主平面の延長面４
ａ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。
なお、θ，θ′の正負は、図の場合θ＜０，θ′＞０と
した。また、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】この図１２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Ｚ₀ ′のｚ′座標をｚ₀ ′とし、投影レンズ４の焦点
距離をｆとすると、

【００１５】

【数１】 が成立てば、液晶表示パネル３の表示面の延長面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。

【００１６】このとき、表示画像Ａ₀ に対するスクリー
ン投影画像Ａ上の各点の座標ｘ，ｙ方向の倍率ｍは、ｚ
＝ｚ₀ ＋ｙ tanθ，ｚ′＝ｚ₀ ′＋ｙ tanθ′の関係に
あるから、次式で表わされる。

【００１７】

【数２】

【００１８】したがって、図１１に示したようなスクリ
ーン２に対して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１
３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は図１３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とにな
る。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。

【００１９】この発明は、表示窓を有しこの表示窓に透
過型スクリーンを設けた装置本体内に前記スクリーンに
斜め方向から画像を投影する投影手段を設けたものであ
りながら、スクリーン面に結像する投影画像を、歪みの
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。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明は、表示体の表
示画像をスクリーンに投影する投影系が、表示体の表示
画像を投影して第１投影画像をつくる第１の光学系と、
前記第１投影画像を前記スクリーンに投影してスクリー
ン投影画像をつくる第２の光学系とからなっており、か
つ、前記第１の光学系が前記表示体の表示画像を歪ませ
た第１投影画像をつくり、前記第２の光学系が前記第１
投影画像の歪みを補正したスクリーン投影画像をつくる
ことを特徴とする。なお、前記第１の光学系でつくられ
る第１投影画像は、実像であっても虚像であってもよ
い。

【００２１】この発明は、前記投影系が、表示体の表示
画像を補助投影レンズにより投影して第１投影画像をつ
くる第１の光学系と、前記第１投影画像を投影レンズに
より前記スクリーンに投影してスクリーン投影画像をつ
くる第２の光学系とからなっており、かつ、前記第１の
光学系が、前記補助投影レンズを、そのレンズ主平面の
延長面と前記表示体の表示面の延長面と前記第１投影画
像の像面の延長面とが実質的に１つの直線上で交差する
ように配置して構成され、前記第２の光学系が、前記投
影レンズを、そのレンズ主平面の延長面と前記第１投影
画像の像面の延長面とスクリーン面の延長面とが実質的
に１つの直線上で交差するように配置して構成されてい
ることを特徴とする。

【００２２】前記投影レンズからスクリーンまでの投影
光路は、前記投影レンズを通った画像光を直接スクリー
ンに投影する直線光路であっても、前記投影レンズを通
った画像光を少なくとも１枚のミラーで反射させてスク
リーンに投影する屈曲光路であってもよく、投影光路が
屈曲光路である場合は、前記スクリーン面の延長面が、
屈曲光路を直線状に展開したときの仮想のスクリーン面
の延長面となる。

【００２３】この発明は、前記投影系が、表示体の表示
画像を補助投影レンズにより投影して第１投影画像をつ
くる第１の光学系と、前記第１投影画像を投影レンズに
より前記スクリーンに投影してスクリーン投影画像をつ
くる第２の光学系とからなっており、かつ、前記第１の
光学系は、前記表示体の表示画像を歪ませた第１投影画
像をつくるものであって、前記補助投影レンズの主平面
が前記表示体の表示面に対して傾いており、前記第２の
光学系は、前記第１投影画像の歪みを補正したスクリー
ン投影画像をつくるものであって、前記投影レンズの主
平面が前記第１投影画像の像面に対して傾いていること
を特徴とする。

【００２４】前記補助投影レンズの光軸と投影レンズの
光軸とは、斜めに交差していても、両レンズの光軸が一
致していてもよく、また、両レンズの光軸が一致してい
る場合は、補助投影レンズの焦点と投影レンズの焦点と
が一致していてもよい。

【００２５】この発明は、前記投影系が、前記表示体の
表示画像を投影して第１投影画像をつくる補助投影レン
ズと、前記第１投影画像を前記スクリーンに投影してス
クリーン投影画像をつくる投影レンズとを具備してお
り、前記補助投影レンズと前記補助投影レンズとが、前
記補助投影レンズの光軸に垂直でこの補助投影レンズの
焦点を含む平面と、前記投影レンズの光軸に垂直でこの
投影レンズの焦点を含む平面とが１つの直線上で交差
し、かつ前記直線が前記第１投影画像の像面の延長面上
にくるようにして配置されていて、前記補助投影レンズ
が前記表示体の表示画像を歪ませた第１投影画像をつく
り、前記投影レンズが前記第１投影画像の歪みを補正し
たスクリーン投影画像をつくることを特徴とする。

【００２６】この発明は、前記投影系が、第１の仮想平
面上に主平面をもち前記表示体の表示画像を投影して第
２の仮想平面上に第１投影画像をつくる補助投影レンズ
と、第３の仮想平面上に主平面をもち前記第１投影画像
を前記スクリーンに投影してスクリーン投影画像をつく
る投影レンズとを具備しており、かつ、前記表示体の表
示面の延長面と前記第１の仮想平面と前記第２の仮想平
面とが第１の直線上で交差し、前記第２の仮想平面と前
記第３の仮想平面とスクリーン面の延長面とが第２の直
線上で交差していることを特徴とする。

【００２７】この発明は、前記投影系が、第１の仮想平
面上に主平面をもち前記表示体の表示画像を投影して第
２の仮想平面上に第１投影画像をつくる補助投影レンズ
と、第３の仮想平面上に主平面をもち前記第１投影画像
を投影する投影レンズと、前記投影レンズを通った画像
光を反射させて前記スクリーンに投影する少なくとも１
枚のミラーとを具備しており、かつ、前記表示体の表示
面の延長面と前記第１の仮想平面と前記第２の仮想平面
とが第１の直線上で交差し、前記第２の仮想平面と前記
第３の仮想平面と前記投影レンズから前記スクリーンま
での投影光路を直線状に展開したときの仮想のスクリー
ン面の延長面とが第２の直線上で交差していることを特
徴とする。

【００２８】この発明において、透過型スクリーンは、
このスクリーンに斜め方向から画像を投影される画像光
をスクリーン面に対して垂直な光に補正する手段を備え
たものであるのが望ましい。

【００２９】

【作用】すなわち、この発明は、表示体の表示画像をス
クリーンに投影する過程で、まず前記表示体の表示画像
を歪ませた第１投影画像をつくり、この第１投影画像を
スクリーンに投影するものであり、このようにすれば、
前記第１投影画像の歪みが、斜め方向からスクリーンに
投影することによる画像の歪みによって補正され、スク
リーン面に結像する投影画像が、歪みのない画像にな
る。

【００３０】さらに、上記投影型表示装置において、表
示体の表示画像を投影して第１投影画像をつくる補助投
影レンズを、この補助投影レンズの主平面の延長面と前
記表示体の表示面の延長面と前記第１投影画像の像面の
延長面とが１つの直線上で交差するように配置するとと
もに、前記第１投影画像スクリーンに投影してスクリー
ン投影をつくる投影レンズを、この投影レンズの主平面
の延長面と前記第１投影画像の像面の延長面とスクリー
ン面の延長面（投影光路が直線光路の場合は実際のスク
リーン面の延長面、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この屈曲光路を直線状に展開したと
きの仮想のスクリーン面の延長面）とが１つの直線上で
交差するようにして配置すれば、投影レンズから投影面
への投影光路が直線光路であっても屈曲光路であって
も、スクリーン投影画像がピントの合った画像となる。

【００３１】

【実施例】まず、この発明の原理を説明すると、図７は
この発明の投影型表示装置における投影系の基本構成
図、図８はその要部の拡大図であり、この投影系は、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により投影して第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によりスクリーン１２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、図では、投影系の構成を理解しやすくす
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。

【００３２】図７および図８において、Ｆ₁ ，Ｆ₁ ′は
補助投影レンズ１７の焦点、Ｆ₂ ，Ｆ₂ ′は投影レンズ
１４の焦点を示しており、θ₁ は表示体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１
７ａとの交差角、θ₁ ′は補助投影レンズ主平面の延長
面１７ａと第１投影画像Ａ₁ の像面の延長面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―ン１
２面の延長面１２ａとの交差角を示している。なお、θ
₁ ，θ₁ ′，θ₂，θ₂ ′の正負は、図の場合、θ₁ ＜
０，θ₁ ′＞０，θ₂ ＜０，θ₂ ′＞０である。

【００３３】また。図７において、座標ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ
₁ の原点は補助投影レンズ１７の焦点Ｆ₁ 、座標ｘ
₁ ′，ｙ₁ ′，ｚ₁ ′の原点は補助投影レンズ１７の焦
点Ｆ₁ ′、座標ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ の原点は投影レンズ１
４の焦点Ｆ₂ 、座標ｘ₂ ′，ｙ₂′，ｚ₂ ′の原点は投
影レンズ１４の焦点Ｆ₂ ′である。

【００３４】この投影系は、基本的には、図１２に示し
た従来の斜め投影方式の投影型表示装置の投影系を２つ
組合わせたもので、第１の光学系において、表示画像Ａ
₀ の補助投影レンズ光軸Ｏ₁ 上の点Ｚ₀₁のｚ₁ 座標をｚ
₀₁、第１投影画像Ａ₁ の前記光軸Ｏ₁ 上の点Ｚ₀₁′のｚ
₁ ′座標をｚ₀₁′とし、補助投影レンズ１７の焦点距離
をｆ₁ とすると、

【００３５】

【数３】 が成立てば、表示体１３の表示面の延長面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 の
像面の延長面Ａ₁ ａとが１つの直線Ｐ₁ 上で交差し、第
１投影画像Ａ₁ がピントの合った画像となる。

【００３６】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（＝Ｚ₀₁′）の
ｚ₂ 座標をｚ₀₂、スクリーン投影画像Ａ₂ の前記光軸Ｏ
₂ 上の点Ｚ₀₂′のｚ₂ ′座標をｚ₀₂′とし、投影レンズ
１４の焦点距離をｆ₂ とすると、

【００３７】

【数４】 が成立てば、第１投影画像Ａ₁ の像面の延長面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１つの直線Ｐ₂ 上で交差し、スクリー
ン投影画像Ａ₂ がピントの合った画像となる。

【００３８】ここで、第１の光学系を構成する補助投影
レンズ１７の光軸Ｏ₁ と、第２の光学系を構成する投影
レンズ１４の光軸Ｏ₂ とが、ある交差角α（α＝θ₁ ′
−θ₂ ）で交わっているとすると、このとき、

【００３９】

【数５】 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の光学系での倍率ｍ₁ と第２の光学系での倍率ｍ
₂ との積）は、

【００４０】

【数６】 したがって、次の (4)式が成立すれば、スクリーン投影
画像Ａ₂ は台形状歪みのない画像となる。

【００４１】

【数７】

【００４２】図９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１３の表示画像Ａ₀ の外形が図９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９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９
の（ｃ）に示すような方形画像となる。

【００４３】また、図９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、

【００４４】

【数８】 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。

【００４５】すなわち、上記投影系において、第１の光
学系が、補助投影レンズ１７を、そのレンズ主平面の延
長面１７ａと表示体１３の表示面の延長面１３ａと第１
投影画像Ａ₁ の像面の延長面Ａ₁ ａとが実質的に１つの
直線Ｐ₁ 上で交差するように配置して構成され、第２の
光学系が、投影レンズ１４を、そのレンズ主平面の延長
面１４ａと前記第１投影画像Ａ₁ の像面の延長面Ａ₁ ａ
とスクリーン１２面の延長面１２ａとが実質的に１つの
直線Ｐ₂ 上で交差するように配置して構成されていれ
ば、スクリーン投影画像Ａ₂ がピントの合った画像とな
る。

【００４６】言い換えれば、前記投影系が、第１の仮想
平面上に主平面をもち表示体１３の表示画像Ａ₀ を投影
して第２の仮想平面上に第１投影画像Ａ₁ をつくる補助
投影レンズ１７と、第３の仮想平面上に主平面をもち前
記第１投影画像Ａ₁ をスクリーン１２に投影してスクリ
ーン投影画像Ａ₂ をつくる投影レンズ１４とを具備して
おり、かつ、前記表示体１３の表示面の延長面１３ａと
前記第１の仮想平面と前記第２の仮想平面とが第１の直
線Ｐ₁ 上で交差し、前記第２の仮想平面と前記第３の仮
想平面とスクリーン１２面の延長面１２ａとが第２の直
線Ｐ₂ 上で交差していれば、スクリーン投影画像Ａ₂ が
ピントの合った画像となる。

【００４７】この投影系における補助投影レンズ１７と
投影レンズ１４の配置は、前記補助投影レンズ１７と投
影レンズ１４とが、補助投影レンズ１７の光軸Ｏ₁ に垂
直でこの補助投影レンズ１７の焦点を含む平面と、上記
投影レンズ１４の光軸Ｏ₂ に垂直でこの投影レンズ１４
の焦点を含む平面とが１つの直線上で交差し、かつ前記
直線が第１投影画像Ａ₁ の像面の延長面Ａ₁ ａ上にくる
ようにして配置されているものと等価である。

【００４８】図８において、Ｆ₁ ′ａは補助投影レンズ
１７の光軸Ｏ₁ に垂直でかつ前記補助投影レンズ１７の
出射側の焦点Ｆ₁ ′を含む平面を示し、Ｆ₂ ａは投影レ
ンズ１４の光軸Ｏ₂ に垂直でかつ前記投影レンズ１４の
入射側の焦点Ｆ₂ を含む平面を示している。

【００４９】これら平面Ｆ₁ ′ａおよびＦ₂ ａは、補助
投影レンズ１７のレンズ主平面および投影レンズ１４の
レンズ主平面とそれぞれ平行であるから、平面Ｆ₁ ′ａ
と第１投影画像Ａ₁ の像面の延長面Ａ₁ ａとの交差角
は、補助投影レンズ主平面の延長面１７ａと第１投影画
像Ａ₁ の像面の延長面Ａ₁ ａとの交差角と同じθ₁ ′で
あり、また平面Ｆ₂ ａと第１投影画像Ａ₁ の像面の延長
面Ａ₁ ａとの交差角は、投影レンズ主平面の延長面１４
ａと第１投影画像Ａ₁ の像面の延長面Ａ₁ ａとの交差角
と同じθ₂ である。

【００５０】そして、図８のように、上記２つの平面Ｆ
₁ ′ａおよびＦ₂ ａが、第１投影画像Ａ₁ の像面の延長
面Ａ₁ ａ上において１つの直線Ｐ₀ 上で交差していると
し、補助投影レンズ１７の光軸Ｏ₁ と投影レンズ１４の
光軸Ｏ₂ とが交わる点から前記直線Ｐ₀ までの距離をａ
とすると、 ａ＝ｚ₀₁′／ sinθ₁ ′＝ｚ₀₂／ sinθ₂ が成り立つから、上述した (2)式“ sinθ₁ ′／ sinθ
₂ ＝ｚ₀₁′／ｚ₀₂”が満足される。

【００５１】したがって、補助投影レンズ１７と投影レ
ンズ１４とが、上記２つの平面Ｆ₁′ａ，Ｆ₂ ａが第１
投影画像Ａ₁ の像面の延長面Ａ₁ ａ上において１つの直
線Ｐ₀ 上で交差するように配置されていれば、補助投影
レンズ１７が表示体１３の表示画像を歪ませた第１投影
画像Ａ₁ をつくり、投影レンズ１４が前記第１投影画像
Ａ₁ の歪みを補正したスクリーン投影画像Ａ₂ をつく
る。

【００５２】これは、補助投影レンズ１７の光軸Ｏ₁ と
投影レンズ１４の光軸Ｏ₂ とが、第１投影画像Ａ₁ の像
面またはその延長面Ａ₁ ａ上のどの点で交わる場合でも
成立する。

【００５３】次に、この発明の具体的な実施例を説明す
る。図１および図２はこの発明の第１の実施例を示して
おり、図１は投影型表示装置の縦断側面図、図２はその
投影系の拡大図である。

【００５４】図２において、１１は表示装置の本体であ
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。

【００５５】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
背面側から照明する光源、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ミラーである。

【００５６】また、図１および図２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Ｏ
₂ 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、前記補助投影レンズ１７に対向さ
せて、この補助投影レンズ１７の光軸Ｏ₁ に垂直な面に
対し所定の傾斜角度θ₁ をもたせて配置されている。な
お、図４において、Ｆ₁ ，Ｆ₁ ′は補助投影レンズ１７
の焦点、Ｆ₂ ，Ｆ₂ ′は投影レンズ１４の焦点を示して
いる。

【００５７】上記補助投影レンズ１７は、液晶表示パネ
ル１３の表示画像を台形状に歪ませて投影レンズ１４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。

【００５８】この第１投影画像Ａ₁ は虚像であり、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Ａ₁ ａ上
に結像する。

【００５９】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られてい
る。

【００６０】この実施例の投影型表示装置は、光源１５
からの光をミラー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により投影し
て前記画像の虚像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。

【００６１】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。

【００６２】この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Ｏ₁ 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９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９の（ｂ）に示し
たような逆台形状に歪んだ像となる。

【００６３】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
ってスクリーン１２に投影すれば、スクリーン投影画像
Ａ₂ が歪みのない画像となる。

【００６４】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 (4)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９の（ｃ）に示し
たような台形状歪みのない画像となる。

【００６５】また、この投影型表示装置において、前述
した (5)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。

【００６６】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、前記補助投影レンズ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１
３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１
４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Ａ₁ は、画像全域にわたって
ピントの合った画像となる。

【００６７】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。

【００６８】すなわち、図３はこの発明の第２実施例を
示す投影型表示装置の縦断側面図である。この実施例
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。

【００６９】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を前記 (4)式の条件
または (4)式と (5)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Ａ
₁ 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Ｐ₂ ′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１
２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。

【００７０】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ジグザグの屈曲光
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。

【００７１】さらに、上記実施例では、補助投影レンズ
１７として凸レンズを用いているが、補助投影レンズ１
７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
４に示す第３の実施例のように凹レンズとしてもよい。

【００７２】また、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。

【００７３】図５はこの発明の第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。

【００７４】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に向けて屈折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。

【００７５】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Ｆ₁ ′，Ｆ₂ を一致させて配置すれ
ば、図６に示す第５の実施例のように補助投影レンズ１
７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。

【００７６】なお、図５および図６の実施例において
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Ａ₁
ａ上に結像する。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 （第７図では第１画像結像面１９に結像
する実像、第８図では虚像）の像面の延長面Ａ₁ａ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。

【００７７】さらに、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。

【００７８】

【考案の効果】この発明の投影型表示装置は、表示体の
表示画像をスクリーンに投影する過程で、まず前記表示
体の表示画像を歪ませた第１投影画像をつくり、この第
１投影画像をスクリーンに投影するものであるから、表
示窓を有しこの表示窓に透過型スクリーンを設けた装置
本体内に前記スクリーンに斜め方向から画像を投影する
投影手段を設けたものでありながら、スクリーン面に結
像する投影画像を、歪みのない画像とすることができ
る。

【００７９】さらに、この発明の投影型表示装置におい
て、表示体の表示画像を投影して第１投影画像をつくる
補助投影レンズを、この補助投影レンズの主平面の延長
面と前記表示体の表示面の延長面と前記第１投影画像の
像面の延長面とが１つの直線上で交差するように配置す
るとともに、前記第１投影画像スクリーンに投影してス
クリーン投影をつくる投影レンズを、この投影レンズの
主平面の延長面と前記第１投影画像の像面の延長面とス
クリーン面の延長面（投影光路が直線光路の場合は実際
のスクリーン面の延長面、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この屈曲光路を直線状に展開
したときの仮想のスクリーン面の延長面）とが１つの直
線上で交差するようにして配置すれば、投影レンズから
投影面への投影光路が直線光路であっても屈曲光路であ
っても、スクリーン投影画像をピントの合った画像とす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す投影型表示装置の縦
断側面図。

【図２】その投影系の拡大図。

【図３】この発明の第２実施例を示す投影型表示装置の
縦断側面図。

【図４】この発明の第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５】この発明の第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６】この発明の第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７】この発明の投影型表示装置における投影系の基
本構成図。

【図８】その要部の拡大図。

【図９】表示体の表示画像と第１投影画像とスクリーン
投影画像の外形を示す図。

【図１０】一般に知られている投影型表示装置の縦断側
面図。

【図１１】従来の斜め投影方式の投影型表示装置の縦断
側面図。

【図１２】その投影系を示す図。

【図１３】従来の斜め投影方式の投影型表示装置におけ
る表示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】

１１…装置本体 １２…透過型スクリーン １２ａ…スクリーン面の延長面 １２′…仮想のスクリーン面 １２ａ′…仮想のスクリーン面の延長面 １３…表示体（液晶表示パネル） １３ａ…表示体の表示面の延長面 Ａ₀ …表示画像 １４…投影レンズ １４ａ…投影レンズの主平面の延長面 １７…補助投影レンズ １７ａ…補助投影レンズの主平面の延長面 Ａ₁ …第１投影画像 １９…第１画像結像面 Ａ₁ ａ…第１投影画像の像面の延長面 １８…画像光反射ミラー Ａ₂ …スクリーン投影画像

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示窓を有しこの表示窓に透過型スクリー
   ンを設けた装置本体内に、前記スクリーンに斜め方向か
   ら画像を投影する投影手段を設けてなり、 前記投影手段が、表示体と、この表示体の表示画像を前
   記スクリーンに投影する投影系とからなっているととも
   に、 前記投影系が、表示体の表示画像を投影して第１投影画
   像をつくる第１の光学系と、前記第１投影画像を前記ス
   クリーンに投影してスクリーン投影画像をつくる第２の
   光学系とからなっており、 かつ、前記第１の光学系が前記表示体の表示画像を歪ま
   せた第１投影画像をつくり、前記第２の光学系が前記第
   １投影画像の歪みを補正したスクリーン投影画像をつく
   ることを特徴とする投影型表示装置。
2. 【請求項２】第１の光学系でつくられる第１投影画像は
   実像であることを特徴とする請求項１に記載の投影型表
   示装置。
3. 【請求項３】第１の光学系でつくられる第１投影画像は
   虚像であることを特徴とする請求項１に記載の投影型表
   示装置。
4. 【請求項４】表示窓を有しこの表示窓に透過型スクリー
   ンを設けた装置本体内に、前記スクリーンに斜め方向か
   ら画像を投影する投影手段を設けてなり、 前記投影手段が、表示体と、この表示体の表示画像を前
   記スクリーンに投影する投影系とからなっているととも
   に、 前記投影系が、表示体の表示画像を補助投影レンズによ
   り投影して第１投影画像をつくる第１の光学系と、前記
   第１投影画像を投影レンズにより前記スクリーンに投影
   してスクリーン投影画像をつくる第２の光学系とからな
   っており、 かつ、前記第１の光学系が、前記補助投影レンズを、そ
   のレンズ主平面の延長面と前記表示体の表示面の延長面
   と前記第１投影画像の像面の延長面とが実質的に１つの
   直線上で交差するように配置して構成され、 前記第２の光学系が、前記投影レンズを、そのレンズ主
   平面の延長面と前記第１投影画像の像面の延長面とスク
   リーン面の延長面とが実質的に１つの直線上で交差する
   ように配置して構成されていることを特徴とする投影型
   表示装置。
5. 【請求項５】投影レンズからスクリーンまでの投影光路
   は、前記投影レンズを通った画像光を直接スクリーンに
   投影する直線光路であることを特徴とする請求項４に記
   載の投影型表示装置。
6. 【請求項６】投影レンズからスクリーンまでの投影光路
   は、前記投影レンズを通った画像光を少なくとも１枚の
   ミラーで反射させてスクリーンに投影する屈曲光路であ
   り、スクリーン面の延長面は、前記屈曲光路を直線状に
   展開したときの仮想のスクリーン面の延長面であること
   を特徴とする請求項４に記載の投影型表示装置。
7. 【請求項７】表示窓を有しこの表示窓に透過型スクリー
   ンを設けた装置本体内に、前記スクリーンに斜め方向か
   ら画像を投影する投影手段を設けてなり、 前記投影手段が、表示体と、この表示体の表示画像を前
   記スクリーンに投影する投影系とからなっているととも
   に、 前記投影系が、表示体の表示画像を補助投影レンズによ
   り投影して第１投影画像をつくる第１の光学系と、前記
   第１投影画像を投影レンズにより前記スクリーンに投影
   してスクリーン投影画像をつくる第２の光学系とからな
   っており、 かつ、前記第１の光学系は、前記表示体の表示画像を歪
   ませた第１投影画像をつくるものであって、前記補助投
   影レンズの主平面が前記表示体の表示面に対して傾いて
   おり、 前記第２の光学系は、前記第１投影画像の歪みを補正し
   たスクリーン投影画像をつくるものであって、前記投影
   レンズの主平面が前記第１投影画像の像面に対して傾い
   ていることを特徴とする投影型表示装置。
8. 【請求項８】補助投影レンズの光軸と投影レンズの光軸
   とが斜めに交差していることを特徴とする請求項７に記
   載の投影型表示装置。
9. 【請求項９】補助投影レンズの光軸と投影レンズの光軸
   とが一致していることを特徴とする請求項７に記載の投
   影型表示装置。
10. 【請求項１０】補助投影レンズの焦点と投影レンズの焦
    点とが一致していることを特徴とする請求項７に記載の
    投影型表示装置。
11. 【請求項１１】表示窓を有しこの表示窓に透過型スクリ
    ーンを設けた装置本体内に、前記スクリーンに斜め方向
    から画像を投影する投影手段を設けてなり、 前記投影手段が、表示体と、この表示体の表示画像を前
    記スクリーンに投影する投影系とからなっているととも
    に、 前記投影系が、前記表示体の表示画像を投影して第１投
    影画像をつくる補助投影レンズと、前記第１投影画像を
    前記スクリーンに投影してスクリーン投影画像をつくる
    投影レンズとを具備しており、 前記補助投影レンズと前記補助投影レンズとが、前記補
    助投影レンズの光軸に垂直でこの補助投影レンズの焦点
    を含む平面と、前記投影レンズの光軸に垂直でこの投影
    レンズの焦点を含む平面とが１つの直線上で交差し、か
    つ前記直線が前記第１投影画像の像面の延長面上にくる
    ようにして配置されていて、 前記補助投影レンズが前記表示体の表示画像を歪ませた
    第１投影画像をつくり、前記投影レンズが前記第１投影
    画像の歪みを補正したスクリーン投影画像をつくること
    を特徴とする投影型表示装置。
12. 【請求項１２】表示窓を有しこの表示窓に透過型スクリ
    ーンを設けた装置本体内に、前記スクリーンに斜め方向
    から画像を投影する投影手段を設けてなり、 前記投影手段が、表示体と、この表示体の表示画像を前
    記スクリーンに投影する投影系とからなっているととも
    に、 前記投影系が、第１の仮想平面上に主平面をもち前記表
    示体の表示画像を投影して第２の仮想平面上に第１投影
    画像をつくる補助投影レンズと、第３の仮想平面上に主
    平面をもち前記第１投影画像を前記スクリーンに投影し
    てスクリーン投影画像をつくる投影レンズとを具備して
    おり、 かつ、前記表示体の表示面の延長面と前記第１の仮想平
    面と前記第２の仮想平面とが第１の直線上で交差し、 前記第２の仮想平面と前記第３の仮想平面とスクリーン
    面の延長面とが第２の直線上で交差していることを特徴
    とする投影型表示装置。
13. 【請求項１３】表示窓を有しこの表示窓に透過型スクリ
    ーンを設けた装置本体内に、前記スクリーンに斜め方向
    から画像を投影する投影手段を設けてなり、 前記投影手段が、表示体と、この表示体の表示画像を前
    記スクリーンに投影する投影系とからなっているととも
    に、 前記投影系が、第１の仮想平面上に主平面をもち前記表
    示体の表示画像を投影して第２の仮想平面上に第１投影
    画像をつくる補助投影レンズと、第３の仮想平面上に主
    平面をもち前記第１投影画像を投影する投影レンズと、
    前記投影レンズを通った画像光を反射させて前記スクリ
    ーンに投影する少なくとも１枚のミラーとを具備してお
    り、 かつ、前記表示体の表示面の延長面と前記第１の仮想平
    面と前記第２の仮想平面とが第１の直線上で交差し、 前記第２の仮想平面と前記第３の仮想平面と前記投影レ
    ンズから前記スクリーンまでの投影光路を直線状に展開
    したときの仮想のスクリーン面の延長面とが第２の直線
    上で交差していることを特徴とする投影型表示装置。
14. 【請求項１４】透過型スクリーンは、このスクリーンに
    斜め方向から画像を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手段を備えていることを特徴
    とする請求項１、４、７、１１、１２、１３、１４のい
    ずれか１つに記載の投影型表示装置。