JPH03113432A - 投写型表示装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は表示パネル上に表示された画像を投写レンズを
用いてスクリーン上に拡大投影する、大画面を得るのに
好適な投写型表示装置に関するものである。

（従来の技術） 大画面表示に対する要求は近年袋々大きくなっており、
今日状々は色々な所で投写型の表示によるデイスプレィ
を観察するようになってきている。このような所で用い
られている従来型の投写型表示装置の構成を第８図に示
す０図中１は照明光学系、２は液晶ライトバルブなどの
表示パネル、３は投写レンズ、４はスクリーンである０
表示パネル２の上に形成された画像が照明系ｌによって
照明され、投写レンズ３を介してスクリーン４の上に拡
大投影されることにより、大画面表示が行われている。

（発明が解決しようとしている課題） しかしながら上記従来例では第８図に示す様に投写レン
ズ３の光束をスクリーン４に対して斜めに投影する、即
ち投写レンズ３の光軸とスクリーンが直角の関係にない
時、あおりの効果により投影された像に台形状の歪が生
ずるという欠点があった。特にスクリーンと投写レンズ
との相対関係は状況によって色々な場合があり、台形歪
が特に目立つようなレイアウトになることも頻繁に見受
けられるのが現実である。

（課題を解決するための手段） 本発明はこのような従来例での問題点を解決する投写型
表示装置を提供する所にある。このため本発明では表示
パネルの画像を投写レンズでスクリーンに投影する際、
上記投写レンズに補正光学系及び該補正光学系を駆動す
る駆動手段を設け、その作用により前記台形歪を補正す
ることを特徴としている。即ち本発明は投写レンズから
の光束をスクリーンに対して斜めに投影する時生ずるあ
おりの効果を補正するよう、補正光学系を投写レンズの
光軸に対して偏心させる方向に駆動させ、その結果生ず
る偏心歪曲収差を利用して前記台形歪を補正しようとい
うものである。

（実施例） 第１図は本発明になる投写型表示装置の基本構成を示−
ぐ第一実施例である０図中１の照明光学系、２の液晶ラ
イトバルブなどの表示パネル、３の投写レンズ、４のス
クリーンという構成は第８図の従来例と同様である。照
明光学系は同図に示されている様にハロゲンランプなど
の光源及びその光を集光する反射鏡やレンズ系などで構
成される。照明光学系の光束はビデオ信号などの画像情
報に基づき画像を表示する表示パネル２に導かれる。そ
して表示パネル２の画像が投写レンズ３によってスクリ
ーン４に拡大投影される。この時注意しなければならな
いのは、投影されるスクリーンが投写レンズ３の光軸に
対して斜めに設置されているｌＩ（である、この斜めの
効果によりスクリーン上に投影される画像には、従来系
のままだと台形歪が発生してしまう。

第１図の本発明の実施例で従来系と異なるのは５以下、
即ち投写レンズ内に設けられた補正光学系５、及び補正
光学系５を投写レンズ３の光軸と垂直方向に平行偏心さ
せる駆動装置６の存在である６本発明は補正光学系５を
偏心させることによって故意に偏心歪曲収差を発生させ
、台形歪を補正することを特徴としている。

次に本発明になる補正の原理を第２図から第４図に従っ
て説明を行う、第２図は斜め投影によって台形歪が生ず
ることを説明する図である１表示パネル２上に形成され
た画像（第２図の矢印）は投写レンズ３によってスクリ
ーン４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０表示パネル２から投写レンズ３の物体
側主点までの距離を１）、投写レンズ３の像側主点から
スクリーン４までの距離を１．とし、スクリーン４の原
点を投写レンズ３の光軸とスクリーンとの交点とする。

第２図に示した様にθの傾きを観察できる断面で考えた
時、スクリーン４の高さＩ４での投影倍率βは β＝　（ｌｘ　＋Ｈｓｉｎθ）／１ ＝　β　ｏ＋（ｓｉｎ　　θ／ｌ、）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β。は
スクリーンの原点での投影倍率を示している。（Ｉ）式
より、スクリーン上での投影倍率βはスクリーン４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。

この関係はあおり特有のものであり、θをＯとすれば倍
率βは常にβ。と等しくなる１本発明で取り扱うθ≠０
の場合のβとＨの関係を第３図（ａ）に示す、Ｈが正の
所では中心家９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第
３図（ｂ）の実線に示されるように台形状に歪んだ形と
なる０図中破線で示したのは歪のないときの画像である
。

このように言わば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、第３図（ｂ）の矢印に示す方向に
歪曲収差を発生させれば良い、即ち第３図（Ｃ）に示す
ような歪曲収差りを発生させれば良いことになる。この
収差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０本発明の第１実
施例は補正光学系５を駆動装置６により投写レンズ３の
光軸から偏心させることにより歪曲収差りを発生させた
ものである。

第４図は平行偏心により偏心歪曲収差を発生させる第１
実施例の場合を示したものである。第１図で説明したよ
うに投写レンズ３の１部には補正光学系５が含まれてい
るが、この補正光学系を駆動装置６によって上下方向に
Ｅだけ平行偏心させた場合を考える。この時発生する偏
心歪曲収差りは３次の項まで考慮すると Ｄ＝−ｆＥ／２）　（ｔａｎωｌ　”　［３（ＶＥｔｌ
　−（ＶＥｔｌ　］　　　　（２１で表わされる。ここ
で ｔａｎω＝　）Ｉ／ｆ であり、ｆは投写レンズ全系での焦点距離である。（２
）式に含まれているＶ　Ｅ　＋及びＶ　Ｅ　ｔは補正光
学系の平行偏心歪曲係数で ＶＥ＋＝ｆｈ＊　Ｖ、−ａＶｅ）ｌｈ＊　［１）、−ａ
　ＩＩＩ　ｔ）ＶＨ２−ｈ　　φＰ、−ａｐＨ（３） ここてφは補正光学系の屈折力、ｖ、　、ｍ、、ｐ、は
それぞれ補正光学系の３次の歪曲、非点収差係数及びペ
ッツバール和である。またＶ、、ｍ、、ｐＱはそれぞれ
補正光学系よりスクリーン側の光学系の３次の歪曲、非
点収差係数及びペッツバール和、ｈとａは近軸物体光線
の補正光学系への入射高及び入射角、ｈとａは近軸瞳光
線の補正光学系への入射高及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以上のような
手順て計算される為、第３図（ｂ）の様な補正を行うに
は（１）式のβ／βｏ　−１とＤの符合か逆になるよう
に補正光学系を平行偏心させれば良い、即ち Ｄ＝−β／β。＋１　　　　　　　　（４）とすれば、
３次までの蒙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ｉＥは（１）から（４）式より求め
ることがてきる。第３１）（ｂ）に示したような補正を
行う時、補正光学系５は５が凸レンズの場合には下方向
、凹レンズの場合には上方向に所定量偏心させれること
となる。

第１実施例の１つの変形として、投写レンズ３による傾
斜の方向が上下方向にのみに限定される場合が考えられ
る。寅際の場合では上下方向のみに傾く場合が圧倒的に
多い、この場合あおりによる台形効果は上下方向にしか
生じないので、補正を行う偏心歪曲収差も上下方向のみ
に発生させれば良い、この場合投写レンズ３のレンズの
１部を上下方向に曲率なもつシリンドリカルレンズと左
右方向に曲率をもつシリンドリカルレンズにより構成し
、上下方向に曲率をもつシリンドリカルレンズのみを上
下方向に平行偏心させるようにするような実施例も考え
られる。

第５図に示したのは本発明の第２実施例の原理図である
。第１実施例と異なるのは台形歪みを補正する補正光学
系として平行偏心を用いる代りに、投写レンズ中に可変
頂角プリズムを挿入しこれを利用していることである。

可変頂角プリズムの頂角εを変えて光学系に傾き偏心を
与えれば、平行偏心を行った場合と同じように偏心歪曲
収差を発生させることができる。このとき発生する偏心
歪曲収差りは３次の項まで考慮するとＤ＝ｉｇ／２）（
ｔａｎ　ω）”［３（Ｖｔ　＋１−（Ｖ　１ｔ）ｌ　　
＋５）ここでＶｔ、、Ｖｔ、は補正光学系の傾き偏心歪
曲係数である０例えばプリズムの表示パネル側を偏心さ
せた場合、この２つの係数は Ｖ　ｔ　＋”ｈ［ｆＮ−１）Ｖ、−Ｖ、］−ｈ［（Ｎ−
ｌＩ　Ｉ［＋　、−ｍ　ｐｉ÷（ａ’／Ｎ−ａｌ Ｖ　ｔ　ｔ＝ｈ［（Ｎ−１）Ｐ、−Ｐ、］＋（τ’／Ｎ
−Ｍｌ　　　　　＋６）で表わされる。ここでＮは可変
頂角プリズムの屈折率、Ｔｏは近軸瞳光線の可変頂角プ
リズム通過後の出射角である。（５）、（６）式を用い
れば、平行偏心の場合と同じく台形歪みを補正する傾き
偏心ｆｉｔを求めることができる。第３図（ｂ）に示し
たような補正を行う場合には、可変頂角プリズムの上底
が下底よりも狭くなるように駆動装置６を駆動させれば
良い。

第６図に示したのは、本発明の光学系を利用して傾きに
応じて自動的に台形歪みを補正するシステムの構成例で
ある。第６図では第１図の系に接写表示装置全体の傾斜
を検出する検出手段７が付は加えられている。８は傾斜
検出手段の出力に応じて駆動量を決定し、駆動装置６を
動かして台形歪みを補正する制御システムである。８は
予め傾＠量に応じての補正駆動量の記憶を持っており、
マイクロプロセッサなどにより構成されている。

スクリーン４は一般には地面と垂直に配置されることが
多い、検出手段７で投写表示装置の傾斜を検出すれば、
スクリーンに対する投写レンズ３の光軸の傾きを知るこ
とができる。この結果台形歪みの量が計算され、駆動装
置６が８により決定された駆動量だけ補正レンズ５を動
かして、傾きに応じて台形歪みを自動的に補正する。ま
たスクリーンの傾きが予め分かっているときにはオフセ
ット処理をすることも可能である。

このような補正は第６図に示したような平行偏心を利用
する方法だけでなく、第５図に示したような傾き偏心を
用いる方法にも勿論適用可能である。

第７図に示したのは照明光を３色分解してＲｌＧ、Ｂ用
の液晶パネルに導き、再び再合成するフルカラー表示に
本発明を適用した例である。光源からの光は青色のみを
反射するダイクロイックミラー１）で先ず２分割される
。１２はダイクロイックミラー１）を透過した赤色光、
緑色光のうち緑色の光のみを反射するダイクロイックミ
ラー、１３は赤外光を透過し赤色光を反射するコールド
ミラー、１４．１５は全反射ミラーである。このように
して３色に分解された光はそれぞれ各色に対応した液晶
表示パネル２１．２２．２３に入射し、色ごとにコード
化された画像信号情報を得る。それらの情報は３色合成
プリズム１６で再合成され、投写レンズ３を介してスク
リーン上に投影される。３色の液晶表示パネルは投写レ
ンズ３に対して光学的に同じ位置にあるため、あおりの
影響を同じように受ける。そのため本発明になる偏心に
よる台形歪み補正効果を各色にたいして共通に発揮する
ことができる。

（発明の効果） 以上説明してきた様に、本発明では装置の配置上の問題
から発生する台形歪みを、投写レンズの１部を偏心させ
て偏心歪曲収差を発生させて補正し、歪のない画像を得
ることを可能とした。従来の共軸系ではどうしても補正
できなかった台形歪みは本発明による偏心の手段を活用
することによって、初めて解決することが可能となった
。又本発明は、従来系の投写レンズの１部に偏心の機構
を設けることによって簡単に実現できることも実用上有
利な点といえる。

本発明を使用すればこのようにして投写レンズがスクリ
ーンに対して傾いても歪のない画像を投影することがで
きる。また、投写レンズとスクリーンの傾き角を検出す
る手段を設けることにより、台形歪みを自動的に補正す
ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す図、第２図はあおり
による台形歪みの発生原理を説明する図、 第３図は本発明の補正原理を示す図で （ａ）はスクリーンの高さＨと撮影倍率βとの関係を示
す図、 （ｂ）は発生する台形歪みを示す図、 （ｃ）は台形歪みを補正するために発生させる偏心歪曲
収差りを示す図、 第４図は平行偏心により偏心歪曲収差を発生させる方法
を示す図、 第５図は傾き偏心により偏心歪曲収差を発生させる方法
を示す図。 第６図は台形歪みの自動手補正機構を備えた実施例を示
す図、 第７図はフルカラー表示に本発明を適用した実施例を示
す図、 第８図は従来の投写型表示装置を示す図である。 図中、 ｌは照明光学系、　　　　２は表示パネル、３は投写レ
ンズ、　　　　　４はスクリーン、５は補正光学系、　
　　　　６は駆動装置、７は傾き検出手段、 ８は駆動量を決定する制御手段、 １）．１２はダイクロイックミラー １３はコールドミラー １４．１５は全反射ミラー １６はダイクロイックプリズム、 ２１．２２．２３は液晶パネル、 である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表示パネル上の画像を投写レンズによってスクリ
   ーン上に投影する投写型表示装置において、前記投写レ
   ンズに補正光学系及び該補正光学系を駆動する駆動手段
   を設け、前記投写レンズとスクリーンの配置上の関係か
   ら生ずる台形歪みを、該補正光学系を前記投写レンズの
   光軸に対して偏心するように前記駆動手段により駆動す
   ることによって補正することを特徴とする投写型表示装
   置。
2. （２）表示パネル上の画像を投写レンズによってスクリ
   ーン上に投影する投写型表示装置において、前記投写レ
   ンズの光軸とスクリーンとの相対的な角度を検出する検
   出手段を設け、該検出手段の出力に応じて該補正光学系
   を駆動することにより、台形歪みを自動的に補正するこ
   とを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。