JPH09203881A

JPH09203881A - 投影型表示装置

Info

Publication number: JPH09203881A
Application number: JP8030126A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sato; 佐藤　　誠; Masakuni Iwanaga; 正国岩永
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】投影レンズの主平面に対する投影面の傾き角
を大きくしなくても、投影面に斜め方向から入射する入
射角を十分に大きくでき、かつフィルドレンズなどの中
間レンズに大きな負担がかからないようにすることであ
る。【解決手段】液晶表示パネル１と投影レンズ３との間
に補助投影レンズ４を設け、補助投影レンズ４と投影レ
ンズ３との間における補助投影レンズ４による像の像面
上にフィルドレンズ１０を設けるとともに、投影レンズ
３の光軸Ｏ₂と補助投影レンズ４の光軸Ｏ₁とを、フィル
ドレンズ１０の主平面１０ａを含む面上において、投影
レンズ３の光軸Ｏ₂が透過型スクリーンの第２投影画像
の領域外に位置するようにシフトさせた。したがって、
投影レンズ３の主平面３ａに対する透過型スクリーンの
傾き角を大きくしなくても、透過型スクリーンへの入射
角を十分に大きくでき、かつフィルドレンズ１０に大き
な負担がかからない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は投影型表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示パネルやブラウン管または原画
フィルムなど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拡大投影して観察する投影
型表示装置が開発されている。このような投影型表示装
置は、一般に、光源からの光を液晶表示パネルなどの表
示体に照射し、この表示体に表示された画像を投影レン
ズでスクリーンに拡大投影する構造になっている。この
種の投影型表示装置では、装置全体の小型化を図るため
に、スクリーンに斜め方向から画像を投影することが考
えられている。すなわち、投影レンズからスクリーンま
での光路長を一定の長さにした状態では、投影レンズに
対しスクリーンを平行に配置した場合よりも、投影レン
ズに対しスクリーンを傾けた場合の方が投影画像が大き
くなり、しかもスクリーンの傾き角が大きくなればなる
ほど投影画像は大きくなる。しかし、このように斜め方
向からスクリーンに画像を投影する投影型表示装置で
は、スクリーンに投影される画像の各点の倍率に差が生
じるため、表示体の表示画像が方形状であっても、スク
リーンに結像された投影画像は台形状に歪んだ形状の画
像になってしまう。

【０００３】そこで、従来では、このような問題を解消
するために、表示体と投影レンズとの間に補助投影レン
ズを設け、この補助投影レンズによって表示体に表示さ
れた方形状の表示画像を予め台形状に歪ませて投影し、
この歪んだ投影画像を投影レンズによってスクリーンに
斜め方向から投影する際、この投影レンズによって台形
状に歪んだ投影画像を逆に歪ませることにより、補助投
影レンズによる投影画像の歪と、投影レンズによる投影
画像の歪とを相互に打ち消し合わせ、スクリーンに歪の
ない画像を投影するようにした投影型表示装置が考えら
れている。

【０００４】図４および図５はその一例を示した図であ
る。この投影型表示装置は、表示体である液晶表示パネ
ル１と透過型スクリーン２との間に投影レンズ３を配置
し、この投影レンズ３と液晶表示パネル１との間に補助
投影レンズ４を配置するとともに、この補助投影レンズ
４と投影レンズ３との間にフィルドレンズ（中間レン
ズ）５を配置してなり、液晶表示パネル１の表示画像Ａ
₀を補助投影レンズ４によってフィルドレンズ５の主平
面５ａに第１投影画像Ａ₁として投影し、このフィルド
レンズ５の主平面５ａに投影された第１投影画像Ａ₁を
投影レンズ３によって斜め方向から透過型スクリーン２
に第２投影画像Ａ₂として投影する構造になっている。
ここでは、説明の便宜上、液晶表示パネル１の表示画像
Ａ₀を補助投影レンズ４によってフィルドレンズ５の主
平面５ａに投影する光路系を第１光学系とし、フィルド
レンズ５の主平面５ａに投影された第１投影画像Ａ₁を
投影レンズ３によって斜め方向から透過型スクリーン２
に投影する光路系を第２光学系とする。

【０００５】第１光学系は、補助投影レンズ４の光軸Ｏ
₁に対して液晶表示パネル１の表示面とフィルドレンズ
５の主平面５ａが傾いており、かつ補助投影レンズ４の
光軸Ｏ₁が液晶表示パネル１の表示面およびフィルドレ
ンズ５の主平面５ａの各中心からずれた状態となるよう
に構成されている。また、補助投影レンズ４は、その主
平面４ａの延長面が液晶表示パネル１の表示面の延長面
とフィルドレンズ５の主平面５ａの延長面との交差線Ｐ
₁上で交わる条件で配置されている。第２光学系は、投
影レンズ３の光軸Ｏ₂に対してフィルドレンズ５の主平
面５ａと透過型スクリーン２の投影面とが傾いており、
かつ投影レンズ３の光軸Ｏ₂がフィルドレンズ５の主平
面５ａおよび透過型スクリーン２の投影面（第２投影画
像Ａ₂）の各中心からずれた状態となるように構成され
ている。また、投影レンズ３は、その主平面３ａの延長
面がフィルドレンズ５の主平面５ａの延長面と透過型ス
クリーン２の投影面の延長面との交差線Ｐ₂上で交わる
条件で配置されている。この場合、補助投影レンズ４の
光軸Ｏ₁と投影レンズ３の光軸Ｏ₂とは、フィルドレンズ
５の主平面５ａ上において、ずれ量δだけシフトてい
る。また、フィルドレンズ５は、投影レンズ３からの投
影光を光軸Ｏ₂を中心に均等に発散させるために、補助
投影レンズ４からの投影光を投影レンズ３に向けて屈折
させる構造になっている。

【０００６】このような投影型表示装置では、液晶表示
パネル１に表示された方形状の表示画像Ａ₀を補助投影
レンズ４によって台形状の第１投影画像Ａ₁に歪ませて
投影し、この歪んだ第１投影画像Ａ₁を投影レンズ３に
よって逆に歪ませることにより、補助投影レンズ４によ
る投影画像の歪と、投影レンズ３による投影画像の歪と
を互いに打ち消し合わせ、これにより透過型スクリーン
２に結像される第２投影画像Ａ₂を台形状の歪のない画
像として投影することができる。また、この投影型表示
装置では、補助投影レンズ４の主平面４ａの延長面が液
晶表示パネル１の表示面の延長面とフィルドレンズ５の
主平面５ａの延長面との交差線Ｐ₁上で交わり、投影レ
ンズ３の主平面３ａの延長面がフィルドレンズ５の主平
面５ａの延長面と透過型スクリーン２の投影面の延長面
との交差線Ｐ₂上で交わっているので、透過型スクリー
ン２に投影された第２投影画像Ａ₂を、台形状の歪がな
くしかもピントの合った画像とすることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな投影型表示装置では、投影レンズ３からの投影光を
光軸Ｏ₂を中心に均等に発散させるため、投影レンズ３
の主平面３ａに対する透過型スクリーン２の傾き角θ'₂
を大きくして第２投影画像Ａ₂を更に大きくしようとす
ると、補助投影レンズ４からの投影光をフィルドレンズ
５によって更に大きく屈折させなければならず、フィル
ドレンズ５の負担が非常に大きくなり、実現が困難にな
るという問題がある。

【０００８】ちなみに、この投影型表示装置の具体例と
して、液晶表示パネル１の表示画像Ａ₀のサイズが２．
２６インチ（横５３．８ｍｍ×縦２０ｍｍ）で、透過型
スクリーン２に投影される第２投影画像Ａ₂のサイズが
４０インチ（横８１２．６ｍｍ×縦６０９．６ｍｍ）の
場合のときの各パラメータの一覧を以下に示す。 θ₁=-22.89° θ'₁= 23.17° θ₂=-6.444° θ'₂= 56.27° ｆ₁= 22.60 ｆ₂= 97.45 ｓ₁=-44.90 ｓ'₁= 45.50 ｓ₂=-104.80 ｓ'₂= 1389.64 ｘ₁₁= 26.89 ｘ'₁₁=-24.90 ｘ₂₁=-24.90 ｘ'₂₁= 406.4 Ｙ₁₁= 5.407 Ｙ'₁₁=-5.017 Ｙ₂₁=-12.28 Ｙ'₂₁= 358.78 ｘ₁₂=-26.89 ｘ'₁₂= 36.55 ｘ₂₂= 36.55 ｘ'₂₂=-406.4 Ｙ₁₂=-14.59 Ｙ'₁₂= 19.87 Ｙ₂₂= 12.28 Ｙ'₂₂=-250.82

【０００９】ただし、θ₁〜θ'₂以外の単位はｍｍであ
り、θ₁は補助投影レンズ４の主平面４ａの延長面と液
晶表示パネル１の表示面の延長面とのなす角（＜０）、
θ'₁は補助投影レンズ４の主平面４ａの延長面とフィル
ドレンズ５の主平面５ａの延長面とのなす角（＞０）、
θ₂は投影レンズ３の主平面５ａの延長面とフィルドレ
ンズ５の主平面５ａの延長面とのなす角（＜０）、θ'₂
は投影レンズ３の主平面５ａの延長面と透過型スクリー
ン２の投影面の延長面とのなす角（＞０）である。ｆ₁
は補助投影レンズ４の焦点距離、ｆ₂は投影レンズ３の
焦点距離である。ｓ₁は補助投影レンズ４の光軸Ｏ₁上に
おける補助投影レンズ４の主平面４ａから液晶表示パネ
ル１までの距離（＜０）、ｓ'₁は補助投影レンズ４の光
軸Ｏ₁上における補助投影レンズ４の主平面４ａからフ
ィルドレンズ５の主平面５ａまでの距離（＞０）、ｓ₂
は投影レンズ３の光軸Ｏ₂上における投影レンズ３の主
平面５ａからフィルドレンズ５の主平面５ａまでの距離
（＜０）、ｓ'₂は投影レンズ３の光軸Ｏ₂上における投
影レンズ３の主平面５ａから透過型スクリーン２の投影
面までの距離（＞０）である。

【００１０】ｘ₁₁およびｘ'₁₁は補助投影レンズ４の光
軸Ｏ₁を中心とする液晶表示パネル１の表示画像Ａ₀のｘ
軸方向の長さ（ｘ₁₁＞０、ｘ'₁₁＜０）、Ｙ₁₁およびＹ'
₁₁は補助投影レンズ４の光軸Ｏ₁を中心とする液晶表示
パネル１の表示画像Ａ₀のＹ軸方向の長さ（Ｙ₁₁＞０、
Ｙ'₁₁＜０）、ｘ₁₂およびｘ'₁₂は補助投影レンズ４の光
軸Ｏ₁を中心とするフィルドレンズ５の第１投影画像Ａ₁
のｘ軸方向の長さ（ｘ₁₂＜０、ｘ'₁₂＞０）、Ｙ₁₂およ
びＹ'₁₂は補助投影レンズ４の光軸Ｏ₁を中心とするフィ
ルドレンズ５の第１投影画像Ａ₁のＹ軸方向の長さ（Ｙ
₁₂＜０、Ｙ'₁₂＞０）である。ｘ₂₁およびｘ'₂₁は投影レ
ンズ３の光軸Ｏ₂を中心とするフィルドレンズ５の第１
投影画像Ａ₁のｘ軸方向の長さ（ｘ₂₁＜０、ｘ'₂₁＞
０）、Ｙ₂₁およびＹ'₂₁は投影レンズ３の光軸Ｏ₂を中心
とするフィルドレンズ５の第１投影画像Ａ₁のＹ軸方向
の長さ（Ｙ₂₁＜０、Ｙ'₂₁＞０）、ｘ₂₂およびｘ'₂₂は投
影レンズ３の光軸Ｏ₂を中心とする透過型スクリーン２
上の第２投影画像Ａ₂のｘ軸方向の長さ（ｘ₂₂＞０、ｘ'
₂₂＜０）、Ｙ₂₂およびＹ'₂₂は投影レンズ３の光軸Ｏ₂を
中心とする透過型スクリーン２上の第２投影画像Ａ₂の
Ｙ軸方向の長さ（Ｙ₂₂＞０、Ｙ'₂₂＜０）である。

【００１１】このような具体的な投影型表示装置では、
投影レンズ３の主平面３ａに対する透過型スクリーン２
の傾き角θ'₂が５６．２６°と大きく、このため第１投
影画像Ａ₁である中間像上におけるフィルドレンズ５に
よる偏角（最大屈折角）βが５５．４°と非常に大きく
なり、フィルドレンズ５に大きな負担がかかっている。

【００１２】この発明の課題は、投影レンズの主平面に
対する投影面の傾き角を大きくしなくても、投影面に斜
め方向から入射する入射角を十分に大きくでき、かつフ
ィルドレンズなどの中間レンズに大きな負担がかからな
いようにすることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、表示体の表
示画像を投影レンズによって投影面に斜め方向から拡大
投影する投影型表示装置において、表示体と投影レンズ
との間に投影面に投影される投影画像の台形状の歪を補
正するための補助投影レンズを設け、補助投影レンズと
投影レンズとの間における補助投影レンズによる像の像
面上に補助投影レンズからの投影光を投影レンズに向け
て屈折させる中間レンズを設け、表示体の表示面と補助
投影レンズの主平面とを相対的に傾斜させるとともに、
中間レンズの主平面と投影レンズの主平面とを相対的に
傾斜させ、かつ投影レンズの光軸と補助投影レンズの光
軸とを中間レンズの主平面を含む面上において投影レン
ズの光軸が投影面に投影される投影画像の領域外に位置
するようにシフトさせたものである。したがって、この
発明によれば、投影面に斜め方向から投影されるもので
ありながら、投影面に投影される投影画像の台形状の歪
を補助投影レンズによって補正することができるばかり
か、投影レンズの光軸と補助投影レンズの光軸とを中間
レンズの主平面を含む面上で投影レンズの光軸が投影面
に投影される投影画像の領域外に位置するようにシフト
させたことにより、投影レンズの主平面に対する投影面
の傾き角を大きくしなくても、投影面に斜め方向から入
射する入射角を十分に大きくでき、かつフィルドレンズ
などの中間レンズに大きな負担がかからないようにする
ことができる。

【００１４】この場合、請求項２に記載のごとく、補助
投影レンズと投影レンズとは、補助投影レンズの焦点距
離をｆ₁、投影レンズの焦点距離をｆ₂、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、補助投影レンズの主平面の延長面と中間レンズ
の主平面の延長面との交差角をθ'₁、中間レンズの主平
面を含む面上における補助投影レンズの光軸と投影レン
ズの光軸とのずれ量をδ、中間レンズの主平面の延長面
と投影レンズの主平面の延長面との交差角をθ₂、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／tanθ₁cosθ'₁）＋δ＋（ｆ₂／tanθ'₂cos
θ₂）＝０が成立する条件で配置されていることが望ましい。ま
た、請求項３に記載のごとく、（ｆ₁／sinθ₁）＋δ（cosθ₂／cosθ'₂）＋（ｆ₂／sin
θ'₂）＝０が成立することが望ましい。

【００１５】さらに、請求項４および５に記載のごと
く、補助投影レンズをその主平面の延長面が表示体の表
示面の延長面と中間レンズの主平面の延長面との交差線
上でほぼ交わる条件で配置し、投影レンズをその主平面
の延長面が中間レンズの主平面の延長面と投影面の延長
面（投影光路が直線光路の場合は実際の投影面の延長
面、投影光路が屈曲光路の場合は投影レンズから投影面
への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配置されてい
れば、投影レンズから投影面までの投影光路が直線光路
の場合でも、また投影光路が屈曲光路の場合でも、投影
面に台形状の歪のないピントの合った画像を結像させる
ことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１および図２を参照し
て、この発明の投影型表示装置の一実施形態について説
明する。なお、図４および図５に示された従来例と同一
部分には同一符号を付し、その説明は省略する。この投
影型表示装置は、従来と同様、液晶表示パネル１の表示
画像Ａ₀を補助投影レンズ４によってフィルドレンズ１
０の主平面１０ａに投影する第１光学系と、フィルドレ
ンズ１０の主平面１０ａに投影された第１投影画像Ａ₁
を投影レンズ３によって斜め方向から透過型スクリーン
２に投影する第２光学系とからなっている。

【００１７】第１光学系は、補助投影レンズ４の光軸Ｏ
₁に対して液晶表示パネル１の表示面とフィルドレンズ
１０の主平面１０ａが傾いており、かつ補助投影レンズ
４の光軸Ｏ₁が液晶表示パネル１の表示面およびフィル
ドレンズ１０の主平面１０ａの各中心からずれた状態と
なるように構成されている。また、補助投影レンズ４
は、その主平面４ａの延長面が液晶表示パネル１の表示
面の延長面とフィルドレンズ１０の主平面１０ａの延長
面との交差線Ｐ₁上で交わる条件で配置されている。す
なわち、補助投影レンズ４の主平面４ａの延長面と液晶
表示パネル１の表示面の延長面とは交差角θ₁で交わ
り、補助投影レンズ４の主平面４ａの延長面とフィルド
レンズ１０の主平面１０ａの延長面とは交差角θ'₁で交
わっている。

【００１８】第２光学系は、投影レンズ３の光軸Ｏ₂に
対してフィルドレンズ１０の主平面１０ａと透過型スク
リーン２の投影面とが傾いており、かつ投影レンズ３の
光軸Ｏ₂がフィルドレンズ１０の主平面１０ａおよび透
過型スクリーン２の投影面の各中心からずれた状態とな
るように構成されている。また、投影レンズ３は、その
主平面３ａの延長面がフィルドレンズ１０の主平面１０
ａの延長面と透過型スクリーン２の投影面の延長面との
交差線Ｐ₂上で交わる条件で配置されている。すなわ
ち、投影レンズ３の主平面３ａの延長面とフィルドレン
ズ１０の主平面１０ａの延長面とは交差角θ₂で交わ
り、投影レンズ３の主平面３ａの延長面と透過型スクリ
ーン２の投影面の延長面とは交差角θ'₂で交わってい
る。

【００１９】そして、補助投影レンズ４の光軸Ｏ₁と投
影レンズ３の光軸Ｏ₂とは、フィルドレンズ１０の主平
面１０ａを含む面上において、投影レンズ３の光軸Ｏ₂
が透過型スクリーン２に投影された第２投影画像Ａ₂の
領域外に位置するように、ずれ量δだけシフトている。
このため、投影レンズ３による投影光は、図４に示した
従来例と同じ入射角で透過型スクリーン２に入射する
が、投影レンズ３の主平面３ａに対する透過型スクリー
ン２の投影面の傾き角θ'₂は、図４に示した従来の傾き
角θ'₂よりも小さくなっている。すなわち、図１に示さ
れた三角形ＡＢＣは図４に示された三角形ＡＢＣと合同
になっているが、投影レンズ３の光軸Ｏ₂が透過型スク
リーン２に投影された第２投影画像Ａ₂の領域外に位置
することにより、透過型スクリーン２の傾き角θ'₂は従
来のものよりも小さくなる。なお、図１および図２にお
いて、θ₁、θ'₁、θ₂、θ'₂、δの正負は、これら図の
場合、θ₁＜０、θ'₁＞０、θ₂＜０、θ'₂＞０、δ＞０
とする。また、座標ｘ₁、ｙ₁、ｚ₁の原点は補助投影レン
ズ４の焦点Ｆ₁、座標ｘ'₁、ｙ'₁、ｚ'₁の原点は補助投影
レンズ４の焦点Ｆ'₁、座標ｘ₂、ｙ₂、ｚ₂の原点は投影レ
ンズ３の焦点Ｆ₂、座標ｘ'₂、ｙ'₂、ｚ'₂の原点は投影レ
ンズ３の焦点Ｆ'₂である。

【００２０】この投影型表示装置は、第１光学系におい
て、表示画像Ａ₀における補助投影レンズ４の光軸Ｏ₁上
の点Ｚ₀₁のｚ₁座標をｚ₀₁、第１投影画像Ａ₁における光
軸Ｏ₁上の点Ｚ'₀₁のｚ'₁座標をｚ'₀₁とし、補助投影レ
ンズ４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/tanθ₁ が成立すれば、液晶表示パネル１の表示面の延長面と、
補助投影レンズ４の主平面４ａの延長面と、第１投影画
像Ａ₁が投影されるフィルドレンズ１０の主平面１０ａ
の延長面とが交差線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。また、第２光学系に
おいて、フィルドレンズ１０の主平面１０ａを含む面上
における投影レンズ３の光軸Ｏ₂上の点Ｚ₀₂のｚ₂座標を
ｚ₀₂、透過型スクリーン２における光軸Ｏ₂上の点Ｚ'₀₂
のｚ'₂座標をｚ'₀₂とし、投影レンズ３の焦点距離をｆ₂
とすると、光軸Ｏ₂上でのｘ方向の倍率ｍ₀₂は、ｍ₀₂＝ｆ₂／ｚ₀₂＝ｚ'₀₂／ｆ₂＝tanθ'₂/tanθ₂ が成立すれば、フィルドレンズ１０の主平面１０ａの延
長面と、投影レンズ３の主平面３ａの延長面と、第２投
影画像Ａ₂が投影される透過型スクリーン２の延長面と
が交差線Ｐ₂において交わり、透過型スクリーン２に投
影された第２投影画像Ａ₂がピントの合った画像とな
る。

【００２１】ここで、第１光学系と第２光学系とが、あ
る交差角（補助投影レンズ４の光軸Ｏ₁と投影レンズ３
の光軸Ｏ₂との交差角）γ（γ＝θ'₁−θ₂）で交わり、 sinθ'₁／sinθ₂＝ｚ'₀₁／ｚ₀₂ の関係が成立するとすれば、表示画像Ａ₀に対する透過
型スクリーン２上の第２投影画像Ａ₂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＝ｍ₁ｍ₂ ＝−｛（ｚ'₀₁＋ｙ'₁tanθ'₁）／ｆ₁｝・｛ｆ₂／（ｚ₀₂＋ｙ₂tanθ₂)} ＝−｛（ｚ'₀₁＋Ｙ'₁sinθ'₁）／ｆ₁｝・｛ｆ₂／（ｚ₀₂＋Ｙ₂sinθ₂)} となる。そして、Ｙ方向の倍率Ｍは、Ｍ＝Ｙ'₂／Ｙ₁＝Ｍ₁Ｍ₂ ＝ｍ（cosθ₁cosθ₂／cosθ'₁cosθ'₂）また、Ｙ₂＝Ｙ’₁＋δであるから、ｍ＝−｛（ｚ'₀₁＋Ｙ'₁sinθ'₁）／ｆ₁｝・［ｆ₂／
｛ｚ₀₂＋（Ｙ’₁＋δ） sinθ₂}］となる。

【００２２】したがって、次の両式ｍｆ₁（ｚ₀₂＋sinθ₂）＋（ｆ₂ｚ'₀₁）＝０ｍｆ₁sinθ₂＋ｆ₂sinθ'₁＝０が共に成立すれば、透過型スクリーン２の第２投影画像
Ａ₂は台形状の歪のない画像となる。これに、ｚ₀₂＝ｆ₂
／ｍ₀₂、ｚ'₀₁＝−ｍ₀₁／ｆ₁、ｍ₀₁＝tanθ'₁／tan
θ₁、ｍ₀₂＝tanθ'₂／tanθ₂を代入し、ｍを消去する
と、（ｆ₁／tanθ₁cosθ'₁）＋δ＋（ｆ₂／tanθ'₂cosθ₂）＝０ …………（１）の条件式が導かれる。

【００２３】この（１）式が成立するように、液晶表示
パネル１、補助投影レンズ４、フィルドレンズ１０、投
影レンズ３、および透過型スクリーン２を設定すれば、
液晶表示パネル１に表示された表示画像Ａ₀の外形が方
形状である場合、フィルドレンズ１０の主平面１９ａ上
に投影された第１投影画像Ａ₁の外形は台形状に歪む
が、透過型スクリーン２上に投影された第２投影画像Ａ
₂の外形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方形状の画像
となる。この場合、透過型スクリーン２に投影された第
２投影画像Ａ₂は、液晶表示パネル１の表示画像Ａ₀に対
するｘ方向とＹ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）（cos
θ₂／cosθ'₂）＝１を代入して導かれる次の条件式、（ｆ₁／sinθ₁）＋δ（cosθ₂／cosθ'₂）＋（ｆ₂／sinθ'₂）＝０ …………（２）となるようにすれば、透過型スクリーン２に投影される
第２投影画像Ａ₂は、液晶表示パネル１の表示画像Ａ₀に
対するｘ方向とＹ方向の倍率が等しく、液晶表示パネル
１の表示画像Ａ₀と完全に相似形の拡大画像となる。

【００２４】なお、この投影型表示装置は、液晶表示パ
ネル１の背面に光を照射する光源部（図示せず）を備え
ている。この光源部は、放物曲面などからなるリフレク
タの焦点位置に光源を配置し、この光源から発生した光
をリフレクタで平行光に反射して液晶表示パネル１の背
面に照射する構造になっている。また、この実施形態の
透過型スクリーン２は、斜め方向から投影される画像光
をスクリーン面に対し垂直な光に補正するサーキュラフ
レネルレンズを有するとともに、透過する光を拡散させ
るレンチキュラーレンズを備えた構造になっている。

【００２５】このような投影型表示装置では、光源部か
らの光を液晶表示パネル１の背面に照射し、この液晶表
示パネル１に表示されたテレビジョン画像などの表示画
像Ａ₀を補助投影レンズ４によってフィルドレンズ１０
の主平面１０ａに第１投影画像Ａ₁として投影し、この
第１投影画像Ａ₁を投影レンズ３によって透過型スクリ
ーン２に斜め方向から第２投影画像Ａ₂として拡大投影
し、この第２投影画像Ａ₂を透過型スクリーン２を通し
て観察することができる。この場合、透過型スクリーン
２に拡大投影された第２投影画像Ａ₂は、透過型スクリ
ーン２のサーキュラフレネルレンズによって斜め方向か
ら投影された画像光がスクリーン面に対し垂直な光に補
正され、この補正された光がレンチキュラーレンズによ
って拡散されるので、透過型スクリーン２に斜め方向か
ら投影されているのにも係わらず、透過型スクリーン２
の前方から投影画像を良好に観察することができる。

【００２６】このように、この投影型表示装置では、透
過型スクリーン２に第２投影画像Ａ₂を斜め方向から投
影する際、予め、透過型スクリーン２に投影される第２
投影画像Ａ₂の台形状の歪みを見込んで、液晶表示パネ
ル１の表示画像Ａ₀を補助投影レンズ４によってフィル
ドレンズ１０の主平面１０ａに逆に台形状に歪んだ第１
投影画像Ａ₁として投影しておくことにより、この歪ん
だ第１投影画像Ａ₁を投影レンズ３によって透過型スク
リーン２に拡大投影することにより、台形状の歪みのな
い画像を投影することができる。すなわち、補助投影レ
ンズ４と投影レンズ３とを上記（１）式の条件が成立す
るように設けておくことにより、補助投影レンズ４によ
って投影される投影画像の歪みと、投影レンズ３によっ
て投影される投影画像の歪みとが相互に打ち消し合い、
透過型スクリーン２に投影される投影画像の台形状の歪
みが補正され、これにより斜め方向から投影するのにも
係わらず、透過型スクリーン２に台形状の歪みのない第
２投影画像Ａ₂を結像させることができる。

【００２７】特に、この投影型表示装置では、上記
（２）式の条件が成り立つようになっていれば、透過型
スクリーン２に投影された第２投影画像Ａ₂が、液晶表
示パネル１の表示画像Ａ₀に対する縦方向（Ｙ方向）と
横方向（ｘ方向）の倍率が等しく、液晶表示パネル１の
表示画像Ａ₀と完全に相似形の拡大画像となる。また、
この投影型表示装置では、補助投影レンズ４をその主平
面４ａの延長面が液晶表示パネル１の表示面の延長面と
フィルドレンズ１０の主平面１０ａの延長面との交差線
Ｐ₁上で交わるように配置し、かつ投影レンズ３をその
主平面３ａの延長面がフィルドレンズ１０の主平面１０
ａの延長面と透過型スクリーン２の投影面の延長面との
交差線Ｐ₂上で交わるように配置しているから、液晶表
示パネル１の各点からの画像光はすべて透過型スクリー
ン２の投影面において結像することになり、したがって
透過型スクリーン２上の第２投影画像Ａ₂は画像全域に
亘ってピントの合った画像となる。

【００２８】さらに、この投影型表示装置では、投影レ
ンズ３の光軸Ｏ₂と補助投影レンズ４の光軸Ｏ₁とを、フ
ィルドレンズ１０の主平面１０ａを含む面上において、
投影レンズ３の光軸Ｏ₂が透過型スクリーン２に投影さ
れた第２投影画像Ａ₂の領域外に位置するようにシフト
させたので、投影レンズ３の主平面３ａに対する透過型
スクリーン２の傾き角を大きくしなくても、透過型スク
リーン２に斜め方向から入射する入射角を十分に大きく
できるとともに、フィルドレンズ１０での偏角（最大屈
折角）βを小さくすることができ、これによりフィルド
レンズ１０に大きな負担がかからないようにすることが
でき、このため大画面化を図っても、装置全体の薄型化
および小型化を図ることができる。

【００２９】ちなみに、この投影型表示装置の第１具体
例の各パラメータの一覧を以下に示す。この場合、液晶
表示パネル１の表示画像Ａ₀と透過型スクリーン２に投
影される第２投影画像Ａ₂の各サイズは従来の具体例と
同じである。 θ₁=-20° θ'₁= 20° θ₂=-5.599° θ'₂= 45° ｆ₁= 22.60 ｆ₂= 97.45 ｓ₁=-45.20 ｓ'₁= 45.21 ｓ₂=-107.0 ｓ'₂= 1091.5 ｘ₁₁= 26.89 ｘ'₁₁=-26.07 ｘ₂₁=-26.07 ｘ'₂₁= 406.4 Ｙ₁₁= 2.092 Ｙ'₁₁=-2.0246 Ｙ₂₁=-33.86 Ｙ'₂₁= 646.39 ｘ₁₂=-26.89 ｘ'₁₂= 36.39 ｘ₂₂= 36.39 ｘ'₂₂=-406.4 Ｙ₁₂=-17.25 Ｙ'₁₂= 23.35 Ｙ₂₂=-8.483 Ｙ'₂₂= 36.79 この第１具体例では、投影レンズ３の主平面３ａに対す
る透過型スクリーン２の傾き角θ'₂が４５°で、従来の
具体例（θ'₂＝５６．２７°）よりも小さく、このため
第１投影画像Ａ₁である中間像上におけるフィルドレン
ズ１０による偏角（最大屈折角）βが４４．２°とな
り、従来の具体例（β＝５５．４°）よりも小さくな
り、フィルドレンズ１０に大きな負担がかからない。

【００３０】また、この投影型表示装置の第２具体例の
各パラメータの一覧を以下に示す。この場合には、液晶
表示パネル１の表示画像Ａ₀のサイズは従来の具体例と
同じであるが、透過型スクリーン２に投影される第２投
影画像Ａ₂のサイズは６０インチである。 θ₁=-18.50° θ'₁= 13.13° θ₂=-2.607° θ'₂= 45.00° ｆ₁= 15.70 ｆ₂= 71.31 ｓ₁=-38.23 ｓ'₁= 26.65 ｓ₂=-74.56 ｓ'₂= 1637.14 ｘ₁₁= 26.90 ｘ'₁₁=-18.47 ｘ₂₁=-18.47 ｘ'₂₁= 609.6 Ｙ₁₁= 1.0989 Ｙ'₁₁=-0.7296 Ｙ₂₁=-23.90 Ｙ'₂₁= 1114.39 ｘ₁₂=-26.90 ｘ'₁₂= 25.463 ｘ₂₂= 25.463 ｘ'₂₂=-609.6 Ｙ₁₂=-18.72 Ｙ'₁₂= 17.25 Ｙ₂₂=-5.913 Ｙ'₂₂= 199.99 この第２具体例でも、投影レンズ３の主平面３ａに対す
る透過型スクリーン２の傾き角θ'₂が４５°で、従来の
具体例（θ'₂＝５６．２７°）よりも小さく、このため
第１投影画像Ａ₁である中間像上におけるフィルドレン
ズ１０による偏角（最大屈折角）βが４０°となり、従
来の具体例（β＝５５．４°）よりも小さくなり、第２
投影画像Ａ₂を大きくしても、フィルドレンズ１０に大
きな負担はかからない。

【００３１】さらに、この投影型表示装置の第３具体例
の各パラメータの一覧を以下に示す。この場合には、液
晶表示パネル１の表示画像Ａ₀のサイズを１．４６イン
チにし、透過型スクリーン２に投影される第２投影画像
Ａ₂のサイズを６０インチにした。 θ₁=-14.92° θ'₁= 22.42° θ₂=-5.086° θ'₂= 41.83° ｆ₁= 17.35 ｆ₂= 93.68 ｓ₁=-28.56 ｓ'₁= 44.22 ｓ₂=-103.00 ｓ'₂= 1035.85 ｘ₁₁= 17.50 ｘ'₁₁=-25.52 ｘ₂₁=-25.52 ｘ'₂₁= 406.4 Ｙ₁₁= 2.693 Ｙ'₁₁=-4.106 Ｙ₂₁=-38.55 Ｙ'₂₁= 823.82 ｘ₁₂=-17.50 ｘ'₁₂= 35.09 ｘ₂₂= 35.09 ｘ'₂₂=-406.4 Ｙ₁₂=-9.906 Ｙ'₁₂= 20.76 Ｙ₂₂=-13.83 Ｙ'₂₂= 214.22 この第３具体例でも、投影レンズ３の主平面３ａに対す
る透過型スクリーン２の傾き角θ'₂が４１．８３°で、
従来の具体例（θ'₂＝５６．２７°）よりも小さく、こ
のため第１投影画像Ａ₁である中間像上におけるフィル
ドレンズ１０による偏角（最大屈折角）βが４０°とな
り、従来の具体例（β＝５５．４°）よりも小さくな
り、このため液晶表示パネル１の表示画像Ａ₀のサイズ
を小さくし、かつ第２投影画像Ａ₂を大きくしても、フ
ィルドレンズ１０に大きな負担はかからない。

【００３２】なお、上記実施形態では、投影レンズ３を
通った画像光を直接透過型スクリーン２に投影する直線
光路の場合について述べたが、これに限らず、例えば図
３に示すような屈曲光路としてもよい。すなわち、この
図３に示された投影型表示装置は、投影レンズ３を通っ
た画像光を複数の反射ミラー１１〜１５でジグザグに反
射させて透過型スクリーン２に照射するものであり、装
置本体１６内の一端部側に第１実施形態と同様に液晶表
示パネル１、補助投影レンズ４、フィルドレンズ１０、
および投影レンズ３が配置され、この投影レンズ３の出
射側に５枚の反射ミラー１１〜１５が順次斜めに対向し
て配置され、最後の反射ミラー１５の反射側に透過型ス
クリーン２が斜めに対向して配置された構造になってい
る。なお、液晶表示パネル１の入射側には、その背面に
光を照射する光源部１７が配置されている。

【００３３】この場合にも、液晶表示パネル１、補助投
影レンズ４、フィルドレンズ１０、および投影レンズ３
は、上記（１）式の条件、または上記（１）式と（２）
式の条件を満足するように設定されている。また、補助
投影レンズ４は、その主平面４ａが液晶表示パネル１の
表示面の延長面とフィルドレンズ１０の主平面１０ａの
延長面との交差線Ｐ₁上で交わるように設けられてお
り、投影レンズ３は、その主平面３ａがフィルドレンズ
１０の主平面１０ａの延長面と、投影レンズ３から透過
型スクリーン２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（投影面）の延長面との交差
線Ｐ₂上で交わるように設けられていれば良い。さら
に、補助投影レンズ４の光軸Ｏ₁と投影レンズ３の光軸
Ｏ₂とは、フィルドレンズ１０の主平面１０ａを含む面
上において、投影レンズ３の光軸Ｏ₂が投影レンズ３か
ら透過型スクリーン２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に投影される投影画像
の領域外に位置するように、シフトしていれば良い。

【００３４】このようにすれば、液晶表示パネル１に表
示された表示画像Ａ₀を補助投影レンズ４、フィルドレ
ンズ１０、および投影レンズ３によって透過型スクリー
ン２に拡大投影する際、５枚の反射ミラー１１〜１５で
ジグザグに反射を繰り返しても、透過型スクリーン２に
台形状の歪のないピントの合った画像を結像させること
ができるとともに、投影レンズ３の主平面３ａに対する
仮想のスクリーン面の傾き角が大きくしなくても、スク
リーン面に斜めから入射する入射角を十分に大きくで
き、かつフィルドレンズ１０に大きな負担がかからない
ようにすることができる。

【００３５】また、図３に示された投影型表示装置で
は、投影レンズ３を通った画像光を複数の反射ミラー１
１〜１５でジグザグに反射させて透過型スクリーン２に
投影するようにしたが、これに限らず、１枚の反射ミラ
ーで透過型スクリーン２に投影するようにしても良い。
また、上記実施形態では、透過型スクリーン２に画像を
拡大投影するようにしたが、これに限らず、装置本体の
外部に透過型スクリーンまたは反射型スクリーンを配置
し、この透過型スクリーンまたは反射型スクリーンに投
影された画像を観察するようにしても良い。さらに、上
記実施形態では、表示体として液晶表示パネル１を使用
した場合について述べたが、これに限らず、表示体は、
ブラウン管（この場合は光源部は不要である）や、リバ
ーサルフィルムなどの原画フィルムであっても良い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、表示体と投影レンズとの間に投影面に投影される投
影画像の台形状の歪を補正するための補助投影レンズを
設け、補助投影レンズと投影レンズとの間における補助
投影レンズによる像の像面上に補助投影レンズからの投
影光を投影レンズに向けて屈折させる中間レンズを設
け、表示体の表示面と補助投影レンズの主平面とを相対
的に傾斜させるとともに、中間レンズの主平面と投影レ
ンズの主平面とを相対的に傾斜させたから、投影面に斜
め方向から投影されるものでありながら、投影面に投影
される投影画像の台形状の歪を補助投影レンズによって
補正することができるばかりか、投影レンズの光軸と補
助投影レンズの光軸とを中間レンズの主平面を含む面上
において投影レンズの光軸が投影面に投影される投影画
像の領域外に位置するようにシフトさせたことにより、
投影レンズの主平面に対する投影面の傾き角を大きくし
なくても、投影面に斜め方向から入射する入射角を十分
に大きくでき、かつフィルドレンズなどの中間レンズに
大きな負担がかからないようにすることができ、このた
め大画面化を図っても、装置全体の薄型化および小型化
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の投影型表示装置の一実施形態を示す
概略構成図。

【図２】図１の要部拡大図。

【図３】この発明の投影型表示装置の変形例を示す全体
構成図。

【図４】従来の投影型表示装置の概略構成図。

【図５】図４の要部拡大図。

【符号の説明】

１液晶表示パネル２透過型スクリーン３投影レンズ３ａ投影レンズの主平面４補助投影レンズ４ａ補助投影レンズの主平面１０フィルドレンズ１０ａフィルドレンズの主平面Ａ₀表示画像Ａ₁第１投影画像Ａ₂第２投影画像Ｏ₁補助投影レンズの光軸Ｏ₂投影レンズの光軸 δ フィルドレンズの主平面を含む面上における補助投
影レンズの光軸と投影レンズの光軸とのずれ量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示体の表示画像を投影レンズによって投
影面に斜め方向から拡大投影する投影型表示装置におい
て、前記表示体と前記投影レンズとの間に、前記投影面に投
影される投影画像の台形状の歪を補正するための補助投
影レンズを設け、前記補助投影レンズと前記投影レンズとの間における前
記補助投影レンズによる像の像面上に、前記補助投影レ
ンズからの投影光を前記投影レンズに向けて屈折させる
中間レンズを設け、前記表示体の表示面と前記補助投影レンズの主平面とを
相対的に傾斜させるとともに、前記中間レンズの主平面
と前記投影レンズの主平面とを相対的に傾斜させ、かつ前記投影レンズの光軸と前記補助投影レンズの光軸
とを、前記中間レンズの主平面を含む面上において、前
記投影レンズの光軸が前記投影面に投影される投影画像
の領域外に位置するようにシフトさせたことを特徴とす
る投影型表示装置。
【請求項２】前記補助投影レンズと前記投影レンズと
は、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
面と前記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中間レンズの
主平面の延長面との交差角をθ'₁、前記中間レンズの主
平面を含む面上における前記補助投影レンズの光軸と前
記投影レンズの光軸とのずれ量をδ、前記中間レンズの
主平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前記
投影面の延長面との交差角をθ'₂としたとき、（ｆ₁／tanθ₁cosθ'₁）＋δ＋（ｆ₂／tanθ'₂cos
θ₂）＝０が成立する条件で配置されていることを特徴とする請求
項１記載の投影型表示装置。
【請求項３】請求項２において、（ｆ₁／sinθ₁）＋δ（cosθ₂／cosθ'₂）＋（ｆ₂／sin
θ'₂）＝０が成立することを特徴とする投影型表示装置。
【請求項４】前記投影レンズから前記投影面までの投影
光路は、前記投影レンズを通った画像光を直接前記投影
面に投影する直線光路であり、前記補助投影レンズは、そ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中間レンズの主平面の延長面
との交差線上でほぼ交わる条件で配置され、前記投影レンズは、その主平面の延長面が前記中間レン
ズの主平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配置されていることを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載の投影型表示装置。
【請求項５】前記投影レンズから前記投影面までの投影
光路は、前記投影レンズを通った画像光を少なくとも１
枚の反射ミラーで反射させて前記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、そ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中間レンズの主平面の延長面
との交差線上でほぼ交わる条件で配置され、前記投影レンズは、その主平面の延長面が前記中間レン
ズの主平面の延長面と前記投影レンズから前記投影面へ
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配置されてい
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の投
影型表示装置。