傾斜投写光学系及びそれを用いた投写型映像表示装置
【課題】超短投写距離の傾斜投写光学系を含み平面ミラーを備えた構成も実現できる投写型映像表示装置で傾斜投写による台形歪みが無くフォーカス性能が良好な小型でコンパクトなセットを提供する。
【解決手段】投写型映像表示装置であって、複数のレンズで構成された傾斜投写光学系を備え、投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、このレンズと投写面の間に光軸に対して所定の角度を持って光路折り返し平面ミラーを配置し、この平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像を映像表示面方向に得られるように構成した。
【解決手段】投写型映像表示装置であって、複数のレンズで構成された傾斜投写光学系を備え、投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、このレンズと投写面の間に光軸に対して所定の角度を持って光路折り返し平面ミラーを配置し、この平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像を映像表示面方向に得られるように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像表示素子の表示画面での映像を投写面であるスクリーンやボードに拡大表示する投写型映像表示装置とその投写光学系に係わり、特に表示画面に映し出された映像を投写面に対して斜め方向から投写する投写型映像表示装置とその光学系及び光学系を構成するプラスチック製の成形レンズの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型あるいは透過型の液晶パネルや微小ミラーを複数個配列した構造の映像表示素子の表示画面を投写面であるスクリーンやボード等に拡大表示する投写型映像表示装置においては、投写面で十分な大きさの拡大像が得られるようにすることは勿論であるが、プレゼンターの影が投写面に映らない事やプレゼンターの目に直接拡大映像光が入らないように、投写型映像表示装置と投写面の距離を短縮した所謂短投写型の投写光学系が市場に出現し始めている。この投写光学系は投写面に対して斜め方向から拡大映像光が入射するように構成されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
また、かかる斜め投写に曲面ミラーを用いた傾斜投写光学系で光学的な調整を行う手段についても知られている（例えば特許文献２）。一方、光路折り返しミラーを投写型映像表示装置と投写面の間に設け背面投写型とすることで見かけ上の投写距離を短縮した投写型映像表示装置も知られている。（例えば特許文献３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５０２９６号 公報
【特許文献２】特開２００２−３５０７７４号 公報
【特許文献３】特開２００６−２５９２５２号号 公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術、特に、上記特許文献１に開示されている投写面に対して斜め方向から拡大映像光が入射する傾斜投写光学系では、投写光学系と投写面との間に曲面ミラーを配置して構成し、共軸投写光学系で曲面ミラーと該共軸投写光学系の間に中間像を結像させこの中間像を曲面ミラーの拡大作用により投写面であるスクリーン上に拡大投写する構成である。
【０００６】
このため、上記特許文献１に記載の技術では、スクリーン上の拡大像の倍率を変倍したりするためには曲面ミラーの位置を前記共軸投写光学系の光軸に沿って平行移動させなければならず曲面ミラーが前記光軸に対して傾かないように高精度移動調整機構が必要となるがこの移動調整機構については開示されていない。
【０００７】
また上記特許文献２には自由曲面ミラーの移動による調整方法が開示されているだけで、傾斜投写光学系特有の投写面であるスクリーンへの斜め投写に伴う投写映像の台形歪み及びスクリーン上下方向の投写距離の差により生じる収差についての具体的な補正について考慮されておらず、投写光学系とスクリーンとの間に配置した負のパワーを有する自由曲面ミラーの製造方法については記載すら無い。
【０００８】
一方、上記特許文献３にはプロジェクタ本体の投写レンズから投写される投写光を反射するミラーを回転可能とするためのミラー機構部を有し、このミラー機構部はミラーに対しプロジェクタ本体からの投写光の投写角度が所定の角度となるように固定部にプロジェクタ本体を固定するものでプロジェクタ本体内部に設置された投写レンズをシフトすることなくリア投写を行うことができるばかりでなく、フロント投写（スクリーンに直接投写）する場合には前記ミラー機構部にプロジェクタ本体を収納する構成としミラーへプロジェクタ本体を収納した場合にコンパクトなサイズになるように考案されている。
【０００９】
上記特許文献３に記載のプロジェクタにおいては、リア投写時のミラーとプロジェクタ本体の位置関係が固定されており、リア投写におけるスクリーン上の拡大像の倍率を変倍方法や拡大映像の位置を調整する技術手段については考慮されていない。
【００１０】
本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、投写面へ斜め投写する傾斜投写光学系及びそれを用いた投写型映像表示装置であって、斜め投写に伴う台形歪みや収差をコンパクトな構成で補正すると伴に投写光を平面ミラーで折り返して投写面に投写する場合投写型映像表示装置の設置性を大幅に向上した投写型映像表示装置を提供することにある。
【００１１】
さらに、本発明の傾斜投写光学系はプラスチックレンズを含む複数のレンズで構成されこのプラスチックレンズは非球面形状とすることで自由曲面形状と比較して成形金型の加工時間を低減し、かつ光路折り返しミラーも平面ミラーとすることで開発コストを大幅に低減した投写型映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明による投写光学系は映像表示面に表示された映像を投写面であるスクリーン等に斜めに拡大投写する所謂傾斜投写光学系で、複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、映像光束が通過する映像垂直方向の有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し、その形状は光軸に対して軸非対称とすることで超広角化により発生する収差や斜め投写によって発生する歪みを補正することが可能となる。
【００１３】
また本発明の傾斜投写光学系は、上述の理由により光軸に対して拡大映像が映し出される画面垂直方向の位置を高かく（シフト量が大きい）することが可能となるので投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し用に小型の平面ミラーを配置することができる。
【００１４】
さらに、この傾斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置をコンパクトにするために投写面に最も近い位置に配置された前述のレンズの画面垂直方向有効領域上端が、平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端に対して上部に配置し、この平面ミラーが傾斜投写光学系を最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともにこの仰角を可変可能とする回転調整機構を設けることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明による傾斜投写光学系は超広角化しても画像の品位が維持できるので、この傾斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置においては投写面と投写型映像表示装置の距離が短くても拡大率の大きな映像を得ることが可能となるとともに、前述の平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明の傾斜投写光学系を構成する投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、その形状はレンズ有効面の中心軸に対して軸非対称な形状を有し、かつ前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であることを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明の投写型映像表示装置は、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、その傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、投写型映像表示装置を形成する筐体の投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅の範囲に収納されたことを特徴とする投写ものである。
【００１８】
上記目的を達成するために本発明の投写型映像表示装置は、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、その傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、投写面（スクリーン等）に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し用の平面ミラーを配置しこの平面ミラーは前述した最多数のレンズにより共有された光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設けることで平面ミラーを前述した最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度を持って配置した第一の状態においてはこの平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像が映像表示面方向に得られる構成とし他方前記平面ミラーを投写型映像表示装置に収納した第二の状態においては前述した複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を延長した方向に拡大映像が得られるように構成したことを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明の投写型映像表示装置においては前述した平面ミラーの回転角を検知する手段を有し、検出した回転角に応じて投影映像の画面歪みを自動的に補正する映像補正機能を有することを特徴する。
【００２０】
また前述した光路折り返し平面ミラーは同じく前述した最多数のレンズにより共有された光軸に垂直な軸に対して所定の角度θ１を持って配置した場合にはこの平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に拡大映像が得られるように構成し、前記投写型映像表示装置は該拡大映像と略垂直な基準平面に対してθ２傾けて配置してよりなり前記θ１とθ２はが所定の下記の関係式を満足する事を特徴とする。
【００２１】
１．５≦θ２／θ１≦２．０
【００２２】
一方、本発明の傾斜投写光学系を構成する複数レンズの内で投写面に最も近い位置に配置されたレンズはプラスチック製で光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置されこのプラスチックレンズは投写光学系を構成する最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状とすることで成形金型加工を行うのに前記最多数のレンズにより共有された光軸に対称となるように複数個の成形金型を配置して切削加工することが可能となるという特徴を持つ。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、投写面へ斜めに投写する傾斜投写光学系及びそれを用いた投写型映像表示装置であって、斜め投写に伴う台形歪みや収差をコンパクトな構成で補正すると伴に小型の平面ミラーを投写型映像表示装置に収納可能な構造とし、投写光を平面ミラーで折り返して投写面に投写する場合には平面ミラーの角度を調整することで投写映像の位置を可変可能としさらに平面ミラーを光軸方向に移動させること投写映像の倍率を変倍することで投写型映像表示装置の設置性を大幅に向上させることが可能となる。
【００２４】
さらに、本発明の傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズを、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し前記光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状とすることで成形金型の加工時間を大幅に低減し、かつ光路折り返しミラーも平面ミラーとすることで開発コストを大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図２】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図３】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図４】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図５】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図６】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す正面図
【図７】本発明の傾斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図８】本発明の傾斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す正面図
【図９】本発明の傾斜投写光学系のレンズ構成を示す投写レンズの断面図
【図１０】本発明の傾斜投写光学系のレンズ構成と光線追跡結果を表す断面図
【図１１】本発明の傾斜投写光学系のレンズ構成と光線追跡結果を表す断面図
【図１２】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２５（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成を示す投写レンズの断面図
【図１３】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２６（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成を示す投写レンズの断面図
【図１４】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２７（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成を示す投写レンズの断面図
【図１５】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２５（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成と光線追跡結果を表す断面図
【図１６】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２５（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）による投写像のスポット形状を表す図
【図１７】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２６（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）による投写像のスポット形状を表す図
【図１８】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２７（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）による投写像のスポット形状を表す図
【図１９】投写型映像表示装置の照明光学系の一実施例を示した構成図。
【図２０】プラスチックレンズ成形金型のレンズ面形状加工機を模式的に示した構成図
【図２１】プラスチックレンズ成形金型のレンズ面形状加工機による加工法を模式的に示した構成図
【図２２】本発明のプラスチックレンズ成形金型レンズ面形状加工方法の一実施例を模式的に示した図
【図２３】本発明のプラスチックレンズ成形金型レンズ面形状加工方法の他実施例を模式的に示した図
【図２４】本発明の一実施例のプラスチックレンズ外形形状を示す図
【図２５（ａ）】本発明の第一の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータ
【図２５（ｂ）】本発明の第一の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち非球面系に関するデータ
【図２６（ａ）】本発明の第二の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータ
【図２６（ｂ）】本発明の第二の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち非球面系に関するデータ
【図２７（ａ）】本発明の第三の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータ
【図２７（ｂ）】本発明の第三の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち非球面系に関するデータ
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明による最良の形態について、添付の図を用いながら詳細に説明する。なお、以下の各図において、共通な機能を有する要素には同一符号を付して示し、一度説明したものについては、その重複する説明を省略する。
【００２７】
図１から図３は、本発明の一実施例としての投写型映像表示装置を模式的に示した側面図であって、特に、平面ミラー（図示せず）を固定枠２に固定し映像光束３を折り返して映像表示面（図示せず）方向の投写面に斜め方向から投写する傾斜投写光学系（図示せず）を備えており、前述した傾斜投写光学系、照明光学系、回路部品等の主要部品（図示せず）は下部筐体９と上部筐体１ａ内部に収められている。
【００２８】
同図において４は平面ミラー回転・固定機構、５はミラー固定枠の角度調整が可能な回転機構であり必要によっては平面ミラーの仰角が検知できる検知手段を備え、６及び７は平面ミラー移動部を固定する固定部、８は平面ミラー移動機構、Ｒ１は拡大映像光束の画面垂直方向上限光、Ｒ２は拡大映像光束の画面垂直方向下限光である。
【００２９】
尚、本願発明の映像表示装置に備えた傾斜投写光学系を実現するレンズ構成の具体例については後ほど詳細に述べる。
【００３０】
本願発明の投写型映像表示装置は、図２に示すように平面ミラー（図示せず）を固定枠２に固定し映像光束３を折り返して映像表示面（図示せず）方向の投写面に斜め方向から投写できるので映像投写表示装置から投写面までの見かけの投写距離を大幅に低減できるばかりか、移動機構８により平面ミラーを投写型映像表示装置の筐体に対して移動させ固定部６、固定部７により所定の位置に固定することで筐体を移動させることなく投写面までの投写距離を変更できこの結果、投写面上の映像の拡大率を容易に変更可能となるだけでなく図３及び図４に示すように平面ミラー回転・固定機構４又はミラー固定枠の回転機構５により所定の仰角から角度調整が可能で、投写面上の映像の表示位置を任意に可動できる。
【００３１】
この時、平面ミラー回転・固定機構４、ミラー固定枠の回転機構５のいずれか一方もしくは両方に所定の仰角に対しての平面ミラー回転角が検知できる回転角検知手段（例えばロータリーエンコーダー等）を備え映像回路の画面垂直方向のキーストン補正を得られた回転角に合わせて自動補正することで更に使い勝手が向上する。
【００３２】
また本願発明の投写型映像表示装置は、図２に示すように平面ミラー（図示せず）を固定枠２に固定し映像光束３を折り返して映像表示面（図示せず）方向の投写面に斜め方向から投写する場合に平面ミラーの有効面積を小さくするため、映像投写表示装置と平面ミラーの間隔を短くしかつ傾斜投写光学系のシフト量（投写レンズ光軸と拡大映像垂直方向下端が重なればシフト量１０：０、拡大映像垂直方向の幅を１０とした場合光軸より拡大映像垂直方向下端が上にあればマイナス量として定義する）がマイナスになるように（即ち光軸より上に位置するように）設計している。
【００３３】
本願発明の映像表示装置では映像投写表示装置と平面ミラーの間隔を更に短くするために、図４に示すように平面ミラーは回転・固定機構４又はミラー固定枠の回転機構５により所定の仰角からθ１だけ傾けこれに対応して映像投写表示装置を投写面に垂直な面に対してθ２だけ傾ける事で投写面に歪みの少ない拡大像を得ることが可能となるが、実際に本願発明の映像投写表示装置を試作し実験により映像処理による垂直キーストン歪み補正と画質低下の関係を調べた。
【００３４】
その結果、θ２とθ１の比率（θ２/θ１）は１．５以下の場合は投写面の画面垂直方向上部の映像が下部の映像に比べて拡大率が大きくなりすぎ映像回路で垂直キーストン補正を行っても画質が低下し反対にこのθ２とθ１の比率（θ２/θ１）が２．５以上の場合は投写面の画面垂直方向下部の映像が上部の映像に比べて拡大率が大きくなりすぎ映像回路で垂直キーストン補正を行っても画質低下が大きく、θ２とθ１の比率（θ２/θ１）を２．０近傍に設定すると最も画質低下を軽減できることを見出した。
【００３５】
図５及び図６は本発明の映像投写表示装置において光路折り返し用の平面ミラー（図示せず）をセット筐体上部に収納した場合の形態を模式的に示した図をで、図５は側面図、図６は正面図である。
【００３６】
本願発明の映像投写表示装置は図５に示すように光路折り返し用の平面ミラー（図示せず）を固定する固定枠２に固定し、平面ミラー回転・固定機構４及びミラー固定枠の回転機構５及び移動機構８、固定部６、固定部７によりセット筐体上部の所定の位置に収納可能とし、ミラー収納時には光路を折り返すことなく傾斜投写光学系を構成する最多数のレンズにより共有される光軸に沿った方向に拡大投写することが可能となる。
【００３７】
図６は本願発明の映像投写表示装置において光路折り返し用の平面ミラー（図示せず）をセット筐体上部に収納した場合の形態を模式的に示したセット正面図で、傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズのうち投写面に最も近い位置に配置されたレンズ（図６ではＬ１７として表示）は映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは台形形状とし不要光を遮蔽し光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置することで前記投写型映像表示装置を形成する筐体の投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅に収めることでデザイン性を大幅に向上できる。
【００３８】
尚本願発明の一実施例として図５及び図６に示すように光路折り返し用の平面ミラーを収納しても或いは開放状態としても拡大映像が得られる映像投写表示装置の構造について説明したが、本願発明の傾斜投写光学系を備えていれば前述の光路折り返し用の平面ミラーを筐体に収納した状態で使用不可能な映像投写表示装置としても本願発明に抵触することは言うまでもない。
【００３９】
本願発明の他の実施例としての映像投写表示装置は、図７に示すように光路折り返し用の平面ミラーを備えておらず傾斜投写光学系を構成する最多数のレンズにより共有される光軸に沿った方向に拡大投写する構成を成す。
【００４０】
図８は図７に示した本発明の他の実施例としての映像投写表示装置の形態を模式的に示したセット正面図で、傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズのうち投写面に最も近い位置に配置されたレンズ（図８ではＬ１７として表示）は映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは台形形状として不要光を遮蔽し光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され前記投写型映像表示装置を形成する筐体の投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅に収めさらに前述のＬ１７の外形中心が筐体の投写面に対向する面の中心線より上に位置することで外観上のバランスが良好となりデザイン性を大幅に向上できる。
【００４１】
次に、添付の図９〜１８を参照しながら、上記投写型映像表示装置において採用される、特に、投写型映像表示装置の投写距離を極力短縮するため、傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズのうち投写面に最も近い位置に配置されたレンズは映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは台形形状として不要光を遮蔽し光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置することで短距離から斜めに拡大して投写する短距離投写の傾斜投写光学系について説明する。
【００４２】
＜短距離投写の傾斜投写光学系＞
まず、添付の図９は、上記投写光学系の基本的な構成を示す断面図であり、当該光学系の構成をＸＹＺ直交座標系におけるＹＺ断面で示している。ここで、投写光学系の説明の都合上、映像表示面である液晶パネル１２２とクロスプリズム１１１を右側に、投写面を左側にとして表示する。本実施例は図２７（ａ）（ｂ）に示したレンズデータに対応したもので、最も投写面に近い位置に配置されたレンズＬ１７はプラスチックの非球面レンズ形状であり映像光束が通過するレンズの有効領域が傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含まない位置に配置することで画面周辺において結像する光束をＬ１７のレンズ形状単独で制御可能となり傾斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差（特に高次のコマ収差や非点収差）の補正を実現している。またＬ１７のレンズ形状は映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とすることで結像性能を低下させる不要光を遮蔽する効果もある。さらに、前述のＬ１７の外形形状を光軸１１に対称な円形状としないことで小型化が可能となりこの結果、本実施例の傾斜投写光学系を投写型映像表示装置の筐体内に収納した場合でもＬ１７の外形を投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅内に収めることが可能となると同時に前述のＬ１７の外形中心が筐体の投写面に対向する面の中心線より上に位置することで外観上のバランスが良好となりデザイン性を大幅に向上できる。
【００４３】
尚、図９においてはＬ１７のみレンズ形状を映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状（同図では断面形状を図示）とするとして示したが、本発明の傾斜投写光学系を実現するレンズ構成においては、図１５に示すようにＬ１４、Ｌ１５などのレンズについても映像光束が通過しない領域が存在するのでこの領域を除いてレンズ外形形状を決定すれば光軸に対称な従来のレンズ外形形状に対して小型化が可能となり、この光学系を備えた投写型映像表示装置の小型・軽量化には有効となる。
【００４４】
一方、Ｌ３とＬ１１もプラスチック製の非球面レンズであるがそれぞれのレンズが、映像光束が通過するレンズの有効領域が傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含んだ位置に配置されているため光軸１１に対して対称な非球面形状としている。本実施例の傾斜投写光学系を実現するための投写レンズはガラス１４枚、プラスチック３枚の１７枚構成で４部品（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４）構成のレンズ鏡筒により保持固定される。なお、投写距離を変更して拡大率を変化させた場合は前述した鏡筒Ｂ３に対する鏡筒Ｂ４の相対位置を変化させることでフォーカス調整が可能となる。
【００４５】
図１０から図１５に示した実施例では、ＸＹＺ直交座標系の原点は、照明光束を映像信号により変調することで映像を表示する液晶パネル１２２の表示画面の中央とし、Ｚ軸は映像表示用液晶パネル１２２（図示せず）の法線と平行であるものとする。Ｙ軸は映像表示用液晶パネル１２２（図示せず）の表示画面の短辺と平行であり、映像表示用液晶パネル１２２（図示せず）の縦（上下）方向と等しいものとする。Ｘ軸は、映像表示用液晶パネル１２２（図示せず）の表示画面の長辺と平行であり、映像表示用液晶パネル１２２の横（左右）方向と等しいものとする。また、添付の図１０は投写型映像表示装置を構成する傾斜投写光学系の実施例としての投写レンズの斜視図であり、図１０は投写レンズに光路の折り曲げ用の平面ミラーを省略して示した断面図である。
【００４６】
本発明の第一の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズの断面図を図１２に示し、この時のとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータを図２５（ａ）に非球面系に関するデータを図２５（ｂ）に示す。また第二の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズの断面図を図１３に示し、この時のとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータを図２６（ａ）に非球面系に関するデータを図２６（ｂ）に示す。同様に第三の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズの断面図を図１４に示し、この時のとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータを図２７（ａ）に非球面系に関するデータを図２７（ｂ）に示す。
【００４７】
それぞれのレンズデータにおいて、図１０及び図１１に示した投写距離Ｌ０、Ｌ１と映像表示位置の光軸からのシフト量Ｓ１及び映像の垂直方向サイズＤｖを纏めると次のようになる。
【００４８】
Ｌ０（ｍｍ） Ｄｖ（ｍｍ） Ｓ１（ｍｍ）
６０“ 投写時 実施例１ ６５０．1 ７４７．１ １８６．８
６０“ 投写時 実施例２ ６５１．３ ７４７．１ １８６．８
６０“ 投写時 実施例３ ６５０．０ ７４７．１ １８６．８
８０“ 投写時 実施例１ ８８５．６ ９９６．１ ２４９．０
８０“ 投写時 実施例２ ８８５．６ ９９６．１ ２４９．０
８０“ 投写時 実施例３ ８８２．４ ９９６．１ ２４９．０
１００“投写時 実施例１ １０１１．７ １２４５．０ ３３１．３
１００“投写時 実施例２ １０１１．９ １２４５．０ ３３１．３
１００“投写時 実施例３ １０１１．８ １２４５．０ ３３１．３
本発明で得られる傾斜投写光学系を実現する投写レンズは上記のように映像の垂直方向サイズＤｖに対してシフト量Ｓ１を２０％以上とすることが可能となる。また投写画面寸法Ｄ（ｍｍ）と投写距離Ｌ０（ｍｍ）の比Ｄ／Ｌ０は一般的な投写型映像表示装置の場合、６０インチ投写で画面寸法１５２４（ｍｍ）と投写距離１８００（ｍｍ）でありこの比Ｄ／Ｌ０は０．８５となる。更に短いものでも投写距離１０００（ｍｍ）程度でありこの比Ｄ／Ｌ０は１．５２となるが、本発明の傾斜投写光学系では、上述したようにＤ／Ｌが２．０以上でも実現可能となり、実施例では２．３４が実現できている。
【００４９】
一方、本発明によれば図１１に示すように光路折り返し用平面ミラーを備えた投写型映像表示装置をも実現できる。試作の結果、最も投写面に近い位置に配置されたレンズと平面ミラーの間隔が約１５０ｍｍとなるので図１１に示すＬ１は上記Ｌ０に対して１５０ｍｍ程度短縮される。また、セット奥行き３５０ｍｍとすれば平面ミラーで光を折り返した場合には本発明の投写型映像表示装置から投写面までの距離は前記Ｌ０に対して５００ｍｍ短縮され、少ない設置スペースで大画面が得られることやプレゼンターが投写型映像表示装置の映像光を直接見ることが無くなる等大きなメリットとなる。
【００５０】
続いて本発明の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズの収差補正のメカニズムとレンズデータの具体的な読み方について図１２に示す構成の実施例１の投写レンズについて図２５（a）（ｂ）に示すレンズデータを用いて説明する。全体としては３群構成のレンズで投写面（スクリーン）側から順にＬ１６からＬ１２が第３群を構成し、Ｌ１６からＬ１３が全て凹レンズとしてテレセントリックな構成とし同時に倍率色収差を低減するためにＬ１２をアッベ数の小さい硝材を用いた凸レンズを配置している。さらに、Ｌ１６を図１６に示すように傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含まない位置に配置することで、画面周辺において結像する光束をＬ１６のレンズ形状単独で制御することが可能な強い非球面形状として、傾斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差（特に高次のコマ収差や非点収差）の補正を実現している。この時、Ｌ１６のレンズ外形形状は前述した理由により光軸に対称な円形状とする必要が無く、映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とすることが出来る。このため、結像性能を低下させる不要光を遮蔽する効果もある。さらに、前述のＬ１６の外形形状を光軸１１に対称な円形状としないことで小型化が可能となりこの結果、本実施例の傾斜投写光学系を投写型映像表示装置の筐体内に収納した場合でもＬ１６の外形を投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅内に収めることが可能となると同時に前述のＬ１６の外形中心が筐体の投写面に対向する面の中心線より上に位置することで外観上のバランスが良好となりデザイン性を大幅に向上できる。
【００５１】
また、Ｌ１１からＬ９が第２群を構成し、Ｌ１１が弱い負の屈折力を有する強い非球面形状を有するレンズで光軸から離れた場所を通過し光軸に略平行な光束により発生する球面収差や低次のコマ収差を補正し、Ｌ１０及びＬ９は正の屈折力を有するガラスレンズ投写レンズの屈折力の一部を分担しかつＬ９が投写面（スクリーン）側に凸のメニスカス形状としてコマ収差と非点収差の発生を押えている。
【００５２】
最後に、Ｌ８からＬ１が第１群を構成し、Ｌ８とＬ７のダブレットレンズとＬ６からＬ４のトリプレットレンズに負の屈折力を持たせる事でより強いテレセントリック性を持たせている。さらに、Ｌ３を強い非球面形状を有するレンズとして光軸から離れた場所を通過し光軸に斜めな光束により発生する輪帯コマ収差を補正することで、投写レンズ全体として傾斜投写しても歪みを抑えかつ良好なフォーカス性能を実現した。図１３及び図１４に示した本発明のその他の実施例の投写レンズは図１２のＬ１５をそれぞれＬ１５とＬ１６に分割し収差補正能力を向上したもので図１２の非球面レンズＬ１６が図１３及び図１４ではＬ１７に置換されただけで得られる効果や投写光学系の構成は同じである。
【００５３】
次に、以上述べた傾斜投写光学系について、図２５（ａ）（ｂ）、図２６（ａ）（ｂ）、図２７（ａ）（ｂ）を用いて、その具体的な数値を例示しながら説明する。まず、図１２は図２５（ａ）（ｂ）に示した、数値例に基づく本実施の形態に係わる投写光学系の構成を示しており、前述したＸＹＺ直交座標において、図１２はＹＺ断面での構成を示している。本発明の映像投射装置には図１から図６に示したように光路折り曲げミラー（図示せず）を配置した構成も実現可能であるが、説明の都合上、図７及び図８に示す光路折り曲げミラーが無いことを念頭に説明する。図１２の投写光学系の構成図はＺ軸方向に展開して示しており、このことは図１３から図１５でも同様である。
【００５４】
上記図１２の光軸１１より下側に示した映像表示面（実施例としては液晶パネルとした）Ｐ０から射出した光は、複数のレンズを含む投写レンズのうち、まず、回転対称形状の面のみを有するレンズのみで構成される第１群及び第２群を通過する。そして、レンズ外形中心に対しては回転非対称な非球面レンズＬ１６を含む第３群を通過し投写面に拡大投写される。
【００５５】
ここで、投写レンズの第１群及び第２群は、全て回転対称な形状の屈折面を持つ複数のレンズで構成されており、各屈折面のうち４つの面は回転対称な非球面であり、他は球面である。ここに用いられた回転対称な非球面は、各面ごとのローカルな円筒座標系を用いて、図２５（ｂ）の式（１）で表される。ここで、ｒは光軸からの距離であり、Ｚはレンズ面形状のサグ量を表している。また、ｃは頂点での曲率、ｋは円錐定数、ＡからＪはｒのべき乗の項の係数である。
【００５６】
また、図２５（ａ）には各面の曲率半径を記載している。図２５（ａ）の中で面の左側に曲率の中心がある場合は正の値で、逆の場合は負の値で表わしている。また図２５（ａ）において面間距離は、そのレンズ面の頂点から次のレンズ面の頂点までの距離を示す。あるレンズ面に対して、次のレンズ面が図２５（ａ）の中で左側に位置するときには面間距離は正の値、右側に位置する場合は負の値で表している。さらに、図２５（ａ）において面番号（９）、面番号（１０）、面番号（２３）、面番号（２４）、面番号（３３）、面番号（３４）は光軸に回転対称な非球面であり、図２５（ａ）では表中面の番号の横に非球面と記載して分かり易く示している。
【００５７】
これら６つ面の非球面の係数を以下の図２５（ｂ）に示している。
【００５８】
上記の図２５（ｂ）の表から、本実施の形態では、コーニック係数ｋが０となっていることがわかる。斜め入射による台形歪は、斜め入射の方向に極端に大きく発生し、これと垂直な方向に歪量は小さい。従って、斜め入射の方向とこれに垂直な方向とでは、大幅に異なる機能が必要であり、回転対称で全方向に機能する上記コーニック係数ｋを利用しないことにより、非対称な収差を良好に補正することができる。
【００５９】
なお、上記図２５（ａ）及び図２５（ｂ）の表中に示した数値は、映像表示面である液晶パネルの画面上に１６×９のアスペクト比で対角０．５９インチの範囲の光変調された光学像（調光像）を投写面であるスクリーンに対角６０インチ、８０インチ、１００インチに拡大投写した場合に取り得る値を記載しておりそれずれのサイズの拡大像で最適フォーカス性能を得るためにレンズ間隔（３０）と（３４）の値が図２５（ｂ）の下表の面間隔の値となるようにＬ１５及びＬ１６を光軸に平行に移動させると良い。
【００６０】
図２６（ａ）（ｂ）及び、図２７（ａ）（ｂ）に記載したレンズデータも同様なフォーマットで記載している。
【００６１】
本数値実施例１の図２５（ａ）（ｂ）に記載したレンズデータで８０インチに拡大投写した投写像のスポット形状を図１６に、本数値実施例２の図２６（ａ）（ｂ）に記載したレンズデータで８０インチに拡大投写した投写像のスポット形状を図１７に、更に本数値実施例３の図２７（ａ）（ｂ）に記載のレンズデータで８０インチに拡大投写した投写像のスポット形状を図１８に示す。図１６では、映像表示面である液晶パネルの表示画面上、Ｘ，Ｙ座標の値で、（０，３．６７）、（−６．５３，３．６７）、（−３．９２，２．２０）、（０．０，０．０）、（０，０）、（−６．５３、０．０）、（−３．９２、−２．２０）、（０、−３．６７）（−５．５３,−３．６７）（−５．２２,−３．６７）（−５．２２,３．６７）の１０点から射出した光束のスポットダイアグラムを、その下から順に示しており、そのスケールの単位は５ｍｍである。また、各スポットダイアグラムの横方向は、映像表示面である液晶パネル上でのＸ方向であり、縦方向は映像表示面である液晶パネル上でのＹ方向である。図１７及び図１８に示したスポットダイアグラムも映像表示面である液晶パネルの表示画面上、Ｘ，Ｙ座標で同様の値の点から光束により得られたもので良好な性能を維持していることが分かる。
【００６２】
以上、本発明の投写型映像表示装置を実現する傾斜投写光学系の実施例について詳細に述べた。なお、上記の例では、投写レンズから出射された光線は光路折り返し用の平面ミラーで折り返されて映像表示面である液晶パネルに向かうようにも構成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、投写レンズの配置位置によっては、上記した折り返し用の平面ミラーを省略してもよいことは言うまでもない。
【００６３】
次に、本発明の投写型映像表示装置に用いる照明光学系の実施例を図１９を用いて説明する。図１９において、光源１０１は、ランプ９８と、リフレクタ９９とからなる。このランプ９８は、高圧水銀ランプの白色ランプである。また、リフレクタ９９は、ランプ９８を背後側から覆うように配置された、例えば、回転放物面形状の反射面を有するものであり、円形又は多角形の出射開口を有している。そして、このランプ９８から射出された光は、回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ９９によって反射され、光軸１１５に略平行となり、光源１０１から略平行の光束が射出される。光源１０１から射出された光は、マルチレンズ方式のインテグレータに入射する。
【００６４】
上述したように、マルチレンズ方式インテグレータ１０３は、第１のマルチレンズ素子１０３aと第２のマルチレンズ素子１０３ｂとから構成されている。なお、第１のマルチレンズ１０３aのレンズセル形状は、光軸１１５方向から見て液晶パネル１１２a、１１２ｂ、１１２ｃとほぼ相似な矩形形状を有しており、複数のレンズセルがマトリックス状に配設されて形成されたものであり、光源から入射した光を複数のレンズセルで複数の光に分割し、もって、効率よく第２のマルチレンズ素子１０３ｂと偏光変換素子１０４を通過するように導く。すなわち、第１のマルチレンズ素子１０３ａは、ランプ９８と第２のマルチレンズ素子１０３ｂの各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。
【００６５】
第２のマルチレンズ素子１０３ｂのレンズセル形状は、第１のマルチレンズ素子１０３ａと同様に、光軸１１５方向から見て矩形形状であり、かつ、複数のレンズセルがマトリクス状に配設された構成を有しており、当該レンズ素子を構成するレンズセルは、それぞれ、対応する第１のマルチレンズ素子１２１のレンズセル形状を、重畳レンズ１０８ａ,１０８ｂ,１０８ｃと共に液晶パネル１２２ａ,１２２ｂ,１２２ｃ上に投影（写像）する。そして、この過程で、偏光変換素子１０４の働きによって、第２のマルチレンズ素子１０３ｂからの光は所定の偏光方向に揃えられる。同時に、第１のマルチレンズ素子１０３ａの各レンズセルによる投影像は、それぞれ、重畳レンズ１０８ａ,１０８ｂ,１０８ｃの働きにより重畳され、もって、それぞれに対応した液晶パネル１１２a、１１２ｂ、１１２ｃ上の光量分布が一様となる。
【００６６】
本発明の傾斜投写光学系を構成する複数レンズの内で投写面に最も近い位置に配置されたレンズはプラスチック製で光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置されこのプラスチックレンズは投写光学系を構成する最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状とする。成形金型の加工は図２０に示すように多軸加工機を使用し図２１（ａ）に示すようにワークである金型を回転させバイトで切削し所望のレンズ形状に対応した金型形状を得る方式と同図（ｂ）に示したようにワークを固定しバイトを回転させてながら必要な金型形状を加工する方式があるが、（ａ）に比べ（ｂ）の方式で鏡面を得ようとすると切削時間は約１０〜２０倍必要となる。（ｂ）の方式は回転非対称な自由曲面の加工に優位であり（ａ）の方式は回転対称な非球面形状の加工を短時間で行うのに適している。
【００６７】
本発明の傾斜投写光学系を構成する複数レンズの内で投写面に最も近い位置に配置されたレンズはプラスチック製で光束が通過する映像垂直方向有効領域が前述した複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置されこのプラスチックレンズは投写光学系を構成する最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状とすることで成形金型加工を行うのに前述した図２０（ａ）に示すように多軸加工機でワークである金型を回転させバイトで切削し所望のレンズ形状に対応した金型形状を得る方式が採用でき短い加工時間で金型加工が可能となり開発コストを抑えることが可能となる。
【００６８】
この時、例えば図２０（ａ）で示した多軸加工機のＣ軸を回転軸として金型を加工する場合には本願発明によれば複数個同時に加工することが可能となり、例えば２個同時に加工する場合には図２２に示すように回転軸に対称に２つの金型（ワーク）を配置すると加工時の切削バランスが良く高精度に所望の金型形状を得ることが可能となる。更に図２３には４つの金型を同時に加工する場合の最適な配置を示しているが、奇数個同時の場合でも回転角（３６０度）を同時加工する金型数量で除した角度ずらして配置することで同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６９】
以上述べた本発明の傾斜投写光学系において投写面に最も近い位置に配置されたレンズの外形形状は、例えば図２４に示したような長方形形状となるこの時、レンズ有効面の外形形状を基にした中心軸に対しては軸非対称なレンズ面形状となるが上述した傾斜投写光学系を構成する最多面のレンズにより共有された光軸に対しては対称な非球面形状となっている。
【符号の説明】
【００７０】
１ａ…投写型映像表示装置の上部筐体１、２…平面ミラー固定枠、３…映像光束、４…固定部、５…平面ミラー回転機構、６…固定部１、７…固定部２、８…平面ミラー移動機構、９…投写型映像表示装置の下部筐体、１１…光軸、Ｒ１…上限光、Ｒ２…下限光、θ１…ミラーの仰角、θ２…投写型映像表示装置の仰角、１ｂ…投写型映像表示装置の上部筐体２、Ｌ１７…プラスチックレンズ、Ｌ１…レンズ、Ｌ２…レンズ、Ｌ３…レンズ、Ｌ４…レンズ、Ｌ５…レンズ、Ｌ６…レンズ、Ｌ７…レンズ、Ｌ８…レンズ、Ｌ９…レンズ、Ｌ１０…レンズ、Ｌ１１…レンズ、Ｌ１２…レンズ、Ｌ１３…レンズ、Ｌ１４…レンズ、Ｌ１５…レンズ、Ｌ１６…レンズ、９８…管球、９９…リフレクタ、１０１…光源、１０２…紫外線カットフィルタ、１０３…マルチレンズ方式インテグレータ、１０３ａ…第１のマルチレンズ素子、１０３ｂ…第２のマルチレンズ素子、１０４…偏光変換素子、１１５…光軸、１１６ａ,１１６ｂ,１１６ｃ,１１６ｄ…ミラー、１１7ａ,１１７ｂ…ダイクロイックミラー、１０８ａ,１０８ｂ，１０８ｃ…重畳レンズ、１０５，１０９，１１０…フィールドレンズ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像表示素子の表示画面での映像を投写面であるスクリーンやボードに拡大表示する投写型映像表示装置とその投写光学系に係わり、特に表示画面に映し出された映像を投写面に対して斜め方向から投写する投写型映像表示装置とその光学系及び光学系を構成するプラスチック製の成形レンズの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型あるいは透過型の液晶パネルや微小ミラーを複数個配列した構造の映像表示素子の表示画面を投写面であるスクリーンやボード等に拡大表示する投写型映像表示装置においては、投写面で十分な大きさの拡大像が得られるようにすることは勿論であるが、プレゼンターの影が投写面に映らない事やプレゼンターの目に直接拡大映像光が入らないように、投写型映像表示装置と投写面の距離を短縮した所謂短投写型の投写光学系が市場に出現し始めている。この投写光学系は投写面に対して斜め方向から拡大映像光が入射するように構成されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
また、かかる斜め投写に曲面ミラーを用いた傾斜投写光学系で光学的な調整を行う手段についても知られている（例えば特許文献２）。一方、光路折り返しミラーを投写型映像表示装置と投写面の間に設け背面投写型とすることで見かけ上の投写距離を短縮した投写型映像表示装置も知られている。（例えば特許文献３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５０２９６号 公報
【特許文献２】特開２００２−３５０７７４号 公報
【特許文献３】特開２００６−２５９２５２号号 公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術、特に、上記特許文献１に開示されている投写面に対して斜め方向から拡大映像光が入射する傾斜投写光学系では、投写光学系と投写面との間に曲面ミラーを配置して構成し、共軸投写光学系で曲面ミラーと該共軸投写光学系の間に中間像を結像させこの中間像を曲面ミラーの拡大作用により投写面であるスクリーン上に拡大投写する構成である。
【０００６】
このため、上記特許文献１に記載の技術では、スクリーン上の拡大像の倍率を変倍したりするためには曲面ミラーの位置を前記共軸投写光学系の光軸に沿って平行移動させなければならず曲面ミラーが前記光軸に対して傾かないように高精度移動調整機構が必要となるがこの移動調整機構については開示されていない。
【０００７】
また上記特許文献２には自由曲面ミラーの移動による調整方法が開示されているだけで、傾斜投写光学系特有の投写面であるスクリーンへの斜め投写に伴う投写映像の台形歪み及びスクリーン上下方向の投写距離の差により生じる収差についての具体的な補正について考慮されておらず、投写光学系とスクリーンとの間に配置した負のパワーを有する自由曲面ミラーの製造方法については記載すら無い。
【０００８】
一方、上記特許文献３にはプロジェクタ本体の投写レンズから投写される投写光を反射するミラーを回転可能とするためのミラー機構部を有し、このミラー機構部はミラーに対しプロジェクタ本体からの投写光の投写角度が所定の角度となるように固定部にプロジェクタ本体を固定するものでプロジェクタ本体内部に設置された投写レンズをシフトすることなくリア投写を行うことができるばかりでなく、フロント投写（スクリーンに直接投写）する場合には前記ミラー機構部にプロジェクタ本体を収納する構成としミラーへプロジェクタ本体を収納した場合にコンパクトなサイズになるように考案されている。
【０００９】
上記特許文献３に記載のプロジェクタにおいては、リア投写時のミラーとプロジェクタ本体の位置関係が固定されており、リア投写におけるスクリーン上の拡大像の倍率を変倍方法や拡大映像の位置を調整する技術手段については考慮されていない。
【００１０】
本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、投写面へ斜め投写する傾斜投写光学系及びそれを用いた投写型映像表示装置であって、斜め投写に伴う台形歪みや収差をコンパクトな構成で補正すると伴に投写光を平面ミラーで折り返して投写面に投写する場合投写型映像表示装置の設置性を大幅に向上した投写型映像表示装置を提供することにある。
【００１１】
さらに、本発明の傾斜投写光学系はプラスチックレンズを含む複数のレンズで構成されこのプラスチックレンズは非球面形状とすることで自由曲面形状と比較して成形金型の加工時間を低減し、かつ光路折り返しミラーも平面ミラーとすることで開発コストを大幅に低減した投写型映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明による投写光学系は映像表示面に表示された映像を投写面であるスクリーン等に斜めに拡大投写する所謂傾斜投写光学系で、複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、映像光束が通過する映像垂直方向の有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し、その形状は光軸に対して軸非対称とすることで超広角化により発生する収差や斜め投写によって発生する歪みを補正することが可能となる。
【００１３】
また本発明の傾斜投写光学系は、上述の理由により光軸に対して拡大映像が映し出される画面垂直方向の位置を高かく（シフト量が大きい）することが可能となるので投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し用に小型の平面ミラーを配置することができる。
【００１４】
さらに、この傾斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置をコンパクトにするために投写面に最も近い位置に配置された前述のレンズの画面垂直方向有効領域上端が、平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端に対して上部に配置し、この平面ミラーが傾斜投写光学系を最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともにこの仰角を可変可能とする回転調整機構を設けることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明による傾斜投写光学系は超広角化しても画像の品位が維持できるので、この傾斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置においては投写面と投写型映像表示装置の距離が短くても拡大率の大きな映像を得ることが可能となるとともに、前述の平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明の傾斜投写光学系を構成する投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、その形状はレンズ有効面の中心軸に対して軸非対称な形状を有し、かつ前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であることを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明の投写型映像表示装置は、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、その傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、投写型映像表示装置を形成する筐体の投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅の範囲に収納されたことを特徴とする投写ものである。
【００１８】
上記目的を達成するために本発明の投写型映像表示装置は、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、その傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、投写面（スクリーン等）に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し用の平面ミラーを配置しこの平面ミラーは前述した最多数のレンズにより共有された光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設けることで平面ミラーを前述した最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度を持って配置した第一の状態においてはこの平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像が映像表示面方向に得られる構成とし他方前記平面ミラーを投写型映像表示装置に収納した第二の状態においては前述した複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を延長した方向に拡大映像が得られるように構成したことを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明の投写型映像表示装置においては前述した平面ミラーの回転角を検知する手段を有し、検出した回転角に応じて投影映像の画面歪みを自動的に補正する映像補正機能を有することを特徴する。
【００２０】
また前述した光路折り返し平面ミラーは同じく前述した最多数のレンズにより共有された光軸に垂直な軸に対して所定の角度θ１を持って配置した場合にはこの平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に拡大映像が得られるように構成し、前記投写型映像表示装置は該拡大映像と略垂直な基準平面に対してθ２傾けて配置してよりなり前記θ１とθ２はが所定の下記の関係式を満足する事を特徴とする。
【００２１】
１．５≦θ２／θ１≦２．０
【００２２】
一方、本発明の傾斜投写光学系を構成する複数レンズの内で投写面に最も近い位置に配置されたレンズはプラスチック製で光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置されこのプラスチックレンズは投写光学系を構成する最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状とすることで成形金型加工を行うのに前記最多数のレンズにより共有された光軸に対称となるように複数個の成形金型を配置して切削加工することが可能となるという特徴を持つ。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、投写面へ斜めに投写する傾斜投写光学系及びそれを用いた投写型映像表示装置であって、斜め投写に伴う台形歪みや収差をコンパクトな構成で補正すると伴に小型の平面ミラーを投写型映像表示装置に収納可能な構造とし、投写光を平面ミラーで折り返して投写面に投写する場合には平面ミラーの角度を調整することで投写映像の位置を可変可能としさらに平面ミラーを光軸方向に移動させること投写映像の倍率を変倍することで投写型映像表示装置の設置性を大幅に向上させることが可能となる。
【００２４】
さらに、本発明の傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズを、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し前記光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状とすることで成形金型の加工時間を大幅に低減し、かつ光路折り返しミラーも平面ミラーとすることで開発コストを大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図２】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図３】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図４】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図５】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図６】本発明の傾斜投写光学系と光路折り返しミラーを備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す正面図
【図７】本発明の傾斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す側面図
【図８】本発明の傾斜投写光学系を備えた投写型映像表示装置の一実施形態を示す正面図
【図９】本発明の傾斜投写光学系のレンズ構成を示す投写レンズの断面図
【図１０】本発明の傾斜投写光学系のレンズ構成と光線追跡結果を表す断面図
【図１１】本発明の傾斜投写光学系のレンズ構成と光線追跡結果を表す断面図
【図１２】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２５（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成を示す投写レンズの断面図
【図１３】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２６（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成を示す投写レンズの断面図
【図１４】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２７（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成を示す投写レンズの断面図
【図１５】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２５（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）のレンズ構成と光線追跡結果を表す断面図
【図１６】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２５（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）による投写像のスポット形状を表す図
【図１７】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２６（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）による投写像のスポット形状を表す図
【図１８】本発明の傾斜投写光学系の一実施例（図２７（ａ）（ｂ）に示すレンズデータ）による投写像のスポット形状を表す図
【図１９】投写型映像表示装置の照明光学系の一実施例を示した構成図。
【図２０】プラスチックレンズ成形金型のレンズ面形状加工機を模式的に示した構成図
【図２１】プラスチックレンズ成形金型のレンズ面形状加工機による加工法を模式的に示した構成図
【図２２】本発明のプラスチックレンズ成形金型レンズ面形状加工方法の一実施例を模式的に示した図
【図２３】本発明のプラスチックレンズ成形金型レンズ面形状加工方法の他実施例を模式的に示した図
【図２４】本発明の一実施例のプラスチックレンズ外形形状を示す図
【図２５（ａ）】本発明の第一の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータ
【図２５（ｂ）】本発明の第一の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち非球面系に関するデータ
【図２６（ａ）】本発明の第二の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータ
【図２６（ｂ）】本発明の第二の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち非球面系に関するデータ
【図２７（ａ）】本発明の第三の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータ
【図２７（ｂ）】本発明の第三の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズのとり得るレンズデータのうち非球面系に関するデータ
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明による最良の形態について、添付の図を用いながら詳細に説明する。なお、以下の各図において、共通な機能を有する要素には同一符号を付して示し、一度説明したものについては、その重複する説明を省略する。
【００２７】
図１から図３は、本発明の一実施例としての投写型映像表示装置を模式的に示した側面図であって、特に、平面ミラー（図示せず）を固定枠２に固定し映像光束３を折り返して映像表示面（図示せず）方向の投写面に斜め方向から投写する傾斜投写光学系（図示せず）を備えており、前述した傾斜投写光学系、照明光学系、回路部品等の主要部品（図示せず）は下部筐体９と上部筐体１ａ内部に収められている。
【００２８】
同図において４は平面ミラー回転・固定機構、５はミラー固定枠の角度調整が可能な回転機構であり必要によっては平面ミラーの仰角が検知できる検知手段を備え、６及び７は平面ミラー移動部を固定する固定部、８は平面ミラー移動機構、Ｒ１は拡大映像光束の画面垂直方向上限光、Ｒ２は拡大映像光束の画面垂直方向下限光である。
【００２９】
尚、本願発明の映像表示装置に備えた傾斜投写光学系を実現するレンズ構成の具体例については後ほど詳細に述べる。
【００３０】
本願発明の投写型映像表示装置は、図２に示すように平面ミラー（図示せず）を固定枠２に固定し映像光束３を折り返して映像表示面（図示せず）方向の投写面に斜め方向から投写できるので映像投写表示装置から投写面までの見かけの投写距離を大幅に低減できるばかりか、移動機構８により平面ミラーを投写型映像表示装置の筐体に対して移動させ固定部６、固定部７により所定の位置に固定することで筐体を移動させることなく投写面までの投写距離を変更できこの結果、投写面上の映像の拡大率を容易に変更可能となるだけでなく図３及び図４に示すように平面ミラー回転・固定機構４又はミラー固定枠の回転機構５により所定の仰角から角度調整が可能で、投写面上の映像の表示位置を任意に可動できる。
【００３１】
この時、平面ミラー回転・固定機構４、ミラー固定枠の回転機構５のいずれか一方もしくは両方に所定の仰角に対しての平面ミラー回転角が検知できる回転角検知手段（例えばロータリーエンコーダー等）を備え映像回路の画面垂直方向のキーストン補正を得られた回転角に合わせて自動補正することで更に使い勝手が向上する。
【００３２】
また本願発明の投写型映像表示装置は、図２に示すように平面ミラー（図示せず）を固定枠２に固定し映像光束３を折り返して映像表示面（図示せず）方向の投写面に斜め方向から投写する場合に平面ミラーの有効面積を小さくするため、映像投写表示装置と平面ミラーの間隔を短くしかつ傾斜投写光学系のシフト量（投写レンズ光軸と拡大映像垂直方向下端が重なればシフト量１０：０、拡大映像垂直方向の幅を１０とした場合光軸より拡大映像垂直方向下端が上にあればマイナス量として定義する）がマイナスになるように（即ち光軸より上に位置するように）設計している。
【００３３】
本願発明の映像表示装置では映像投写表示装置と平面ミラーの間隔を更に短くするために、図４に示すように平面ミラーは回転・固定機構４又はミラー固定枠の回転機構５により所定の仰角からθ１だけ傾けこれに対応して映像投写表示装置を投写面に垂直な面に対してθ２だけ傾ける事で投写面に歪みの少ない拡大像を得ることが可能となるが、実際に本願発明の映像投写表示装置を試作し実験により映像処理による垂直キーストン歪み補正と画質低下の関係を調べた。
【００３４】
その結果、θ２とθ１の比率（θ２/θ１）は１．５以下の場合は投写面の画面垂直方向上部の映像が下部の映像に比べて拡大率が大きくなりすぎ映像回路で垂直キーストン補正を行っても画質が低下し反対にこのθ２とθ１の比率（θ２/θ１）が２．５以上の場合は投写面の画面垂直方向下部の映像が上部の映像に比べて拡大率が大きくなりすぎ映像回路で垂直キーストン補正を行っても画質低下が大きく、θ２とθ１の比率（θ２/θ１）を２．０近傍に設定すると最も画質低下を軽減できることを見出した。
【００３５】
図５及び図６は本発明の映像投写表示装置において光路折り返し用の平面ミラー（図示せず）をセット筐体上部に収納した場合の形態を模式的に示した図をで、図５は側面図、図６は正面図である。
【００３６】
本願発明の映像投写表示装置は図５に示すように光路折り返し用の平面ミラー（図示せず）を固定する固定枠２に固定し、平面ミラー回転・固定機構４及びミラー固定枠の回転機構５及び移動機構８、固定部６、固定部７によりセット筐体上部の所定の位置に収納可能とし、ミラー収納時には光路を折り返すことなく傾斜投写光学系を構成する最多数のレンズにより共有される光軸に沿った方向に拡大投写することが可能となる。
【００３７】
図６は本願発明の映像投写表示装置において光路折り返し用の平面ミラー（図示せず）をセット筐体上部に収納した場合の形態を模式的に示したセット正面図で、傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズのうち投写面に最も近い位置に配置されたレンズ（図６ではＬ１７として表示）は映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは台形形状とし不要光を遮蔽し光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置することで前記投写型映像表示装置を形成する筐体の投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅に収めることでデザイン性を大幅に向上できる。
【００３８】
尚本願発明の一実施例として図５及び図６に示すように光路折り返し用の平面ミラーを収納しても或いは開放状態としても拡大映像が得られる映像投写表示装置の構造について説明したが、本願発明の傾斜投写光学系を備えていれば前述の光路折り返し用の平面ミラーを筐体に収納した状態で使用不可能な映像投写表示装置としても本願発明に抵触することは言うまでもない。
【００３９】
本願発明の他の実施例としての映像投写表示装置は、図７に示すように光路折り返し用の平面ミラーを備えておらず傾斜投写光学系を構成する最多数のレンズにより共有される光軸に沿った方向に拡大投写する構成を成す。
【００４０】
図８は図７に示した本発明の他の実施例としての映像投写表示装置の形態を模式的に示したセット正面図で、傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズのうち投写面に最も近い位置に配置されたレンズ（図８ではＬ１７として表示）は映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは台形形状として不要光を遮蔽し光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され前記投写型映像表示装置を形成する筐体の投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅に収めさらに前述のＬ１７の外形中心が筐体の投写面に対向する面の中心線より上に位置することで外観上のバランスが良好となりデザイン性を大幅に向上できる。
【００４１】
次に、添付の図９〜１８を参照しながら、上記投写型映像表示装置において採用される、特に、投写型映像表示装置の投写距離を極力短縮するため、傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズのうち投写面に最も近い位置に配置されたレンズは映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは台形形状として不要光を遮蔽し光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置することで短距離から斜めに拡大して投写する短距離投写の傾斜投写光学系について説明する。
【００４２】
＜短距離投写の傾斜投写光学系＞
まず、添付の図９は、上記投写光学系の基本的な構成を示す断面図であり、当該光学系の構成をＸＹＺ直交座標系におけるＹＺ断面で示している。ここで、投写光学系の説明の都合上、映像表示面である液晶パネル１２２とクロスプリズム１１１を右側に、投写面を左側にとして表示する。本実施例は図２７（ａ）（ｂ）に示したレンズデータに対応したもので、最も投写面に近い位置に配置されたレンズＬ１７はプラスチックの非球面レンズ形状であり映像光束が通過するレンズの有効領域が傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含まない位置に配置することで画面周辺において結像する光束をＬ１７のレンズ形状単独で制御可能となり傾斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差（特に高次のコマ収差や非点収差）の補正を実現している。またＬ１７のレンズ形状は映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とすることで結像性能を低下させる不要光を遮蔽する効果もある。さらに、前述のＬ１７の外形形状を光軸１１に対称な円形状としないことで小型化が可能となりこの結果、本実施例の傾斜投写光学系を投写型映像表示装置の筐体内に収納した場合でもＬ１７の外形を投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅内に収めることが可能となると同時に前述のＬ１７の外形中心が筐体の投写面に対向する面の中心線より上に位置することで外観上のバランスが良好となりデザイン性を大幅に向上できる。
【００４３】
尚、図９においてはＬ１７のみレンズ形状を映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状（同図では断面形状を図示）とするとして示したが、本発明の傾斜投写光学系を実現するレンズ構成においては、図１５に示すようにＬ１４、Ｌ１５などのレンズについても映像光束が通過しない領域が存在するのでこの領域を除いてレンズ外形形状を決定すれば光軸に対称な従来のレンズ外形形状に対して小型化が可能となり、この光学系を備えた投写型映像表示装置の小型・軽量化には有効となる。
【００４４】
一方、Ｌ３とＬ１１もプラスチック製の非球面レンズであるがそれぞれのレンズが、映像光束が通過するレンズの有効領域が傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含んだ位置に配置されているため光軸１１に対して対称な非球面形状としている。本実施例の傾斜投写光学系を実現するための投写レンズはガラス１４枚、プラスチック３枚の１７枚構成で４部品（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４）構成のレンズ鏡筒により保持固定される。なお、投写距離を変更して拡大率を変化させた場合は前述した鏡筒Ｂ３に対する鏡筒Ｂ４の相対位置を変化させることでフォーカス調整が可能となる。
【００４５】
図１０から図１５に示した実施例では、ＸＹＺ直交座標系の原点は、照明光束を映像信号により変調することで映像を表示する液晶パネル１２２の表示画面の中央とし、Ｚ軸は映像表示用液晶パネル１２２（図示せず）の法線と平行であるものとする。Ｙ軸は映像表示用液晶パネル１２２（図示せず）の表示画面の短辺と平行であり、映像表示用液晶パネル１２２（図示せず）の縦（上下）方向と等しいものとする。Ｘ軸は、映像表示用液晶パネル１２２（図示せず）の表示画面の長辺と平行であり、映像表示用液晶パネル１２２の横（左右）方向と等しいものとする。また、添付の図１０は投写型映像表示装置を構成する傾斜投写光学系の実施例としての投写レンズの斜視図であり、図１０は投写レンズに光路の折り曲げ用の平面ミラーを省略して示した断面図である。
【００４６】
本発明の第一の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズの断面図を図１２に示し、この時のとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータを図２５（ａ）に非球面系に関するデータを図２５（ｂ）に示す。また第二の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズの断面図を図１３に示し、この時のとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータを図２６（ａ）に非球面系に関するデータを図２６（ｂ）に示す。同様に第三の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズの断面図を図１４に示し、この時のとり得るレンズデータのうち球面系に関するデータを図２７（ａ）に非球面系に関するデータを図２７（ｂ）に示す。
【００４７】
それぞれのレンズデータにおいて、図１０及び図１１に示した投写距離Ｌ０、Ｌ１と映像表示位置の光軸からのシフト量Ｓ１及び映像の垂直方向サイズＤｖを纏めると次のようになる。
【００４８】
Ｌ０（ｍｍ） Ｄｖ（ｍｍ） Ｓ１（ｍｍ）
６０“ 投写時 実施例１ ６５０．1 ７４７．１ １８６．８
６０“ 投写時 実施例２ ６５１．３ ７４７．１ １８６．８
６０“ 投写時 実施例３ ６５０．０ ７４７．１ １８６．８
８０“ 投写時 実施例１ ８８５．６ ９９６．１ ２４９．０
８０“ 投写時 実施例２ ８８５．６ ９９６．１ ２４９．０
８０“ 投写時 実施例３ ８８２．４ ９９６．１ ２４９．０
１００“投写時 実施例１ １０１１．７ １２４５．０ ３３１．３
１００“投写時 実施例２ １０１１．９ １２４５．０ ３３１．３
１００“投写時 実施例３ １０１１．８ １２４５．０ ３３１．３
本発明で得られる傾斜投写光学系を実現する投写レンズは上記のように映像の垂直方向サイズＤｖに対してシフト量Ｓ１を２０％以上とすることが可能となる。また投写画面寸法Ｄ（ｍｍ）と投写距離Ｌ０（ｍｍ）の比Ｄ／Ｌ０は一般的な投写型映像表示装置の場合、６０インチ投写で画面寸法１５２４（ｍｍ）と投写距離１８００（ｍｍ）でありこの比Ｄ／Ｌ０は０．８５となる。更に短いものでも投写距離１０００（ｍｍ）程度でありこの比Ｄ／Ｌ０は１．５２となるが、本発明の傾斜投写光学系では、上述したようにＤ／Ｌが２．０以上でも実現可能となり、実施例では２．３４が実現できている。
【００４９】
一方、本発明によれば図１１に示すように光路折り返し用平面ミラーを備えた投写型映像表示装置をも実現できる。試作の結果、最も投写面に近い位置に配置されたレンズと平面ミラーの間隔が約１５０ｍｍとなるので図１１に示すＬ１は上記Ｌ０に対して１５０ｍｍ程度短縮される。また、セット奥行き３５０ｍｍとすれば平面ミラーで光を折り返した場合には本発明の投写型映像表示装置から投写面までの距離は前記Ｌ０に対して５００ｍｍ短縮され、少ない設置スペースで大画面が得られることやプレゼンターが投写型映像表示装置の映像光を直接見ることが無くなる等大きなメリットとなる。
【００５０】
続いて本発明の実施例としての傾斜投写光学系を実現する投写レンズの収差補正のメカニズムとレンズデータの具体的な読み方について図１２に示す構成の実施例１の投写レンズについて図２５（a）（ｂ）に示すレンズデータを用いて説明する。全体としては３群構成のレンズで投写面（スクリーン）側から順にＬ１６からＬ１２が第３群を構成し、Ｌ１６からＬ１３が全て凹レンズとしてテレセントリックな構成とし同時に倍率色収差を低減するためにＬ１２をアッベ数の小さい硝材を用いた凸レンズを配置している。さらに、Ｌ１６を図１６に示すように傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸１１を含まない位置に配置することで、画面周辺において結像する光束をＬ１６のレンズ形状単独で制御することが可能な強い非球面形状として、傾斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差（特に高次のコマ収差や非点収差）の補正を実現している。この時、Ｌ１６のレンズ外形形状は前述した理由により光軸に対称な円形状とする必要が無く、映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とすることが出来る。このため、結像性能を低下させる不要光を遮蔽する効果もある。さらに、前述のＬ１６の外形形状を光軸１１に対称な円形状としないことで小型化が可能となりこの結果、本実施例の傾斜投写光学系を投写型映像表示装置の筐体内に収納した場合でもＬ１６の外形を投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅内に収めることが可能となると同時に前述のＬ１６の外形中心が筐体の投写面に対向する面の中心線より上に位置することで外観上のバランスが良好となりデザイン性を大幅に向上できる。
【００５１】
また、Ｌ１１からＬ９が第２群を構成し、Ｌ１１が弱い負の屈折力を有する強い非球面形状を有するレンズで光軸から離れた場所を通過し光軸に略平行な光束により発生する球面収差や低次のコマ収差を補正し、Ｌ１０及びＬ９は正の屈折力を有するガラスレンズ投写レンズの屈折力の一部を分担しかつＬ９が投写面（スクリーン）側に凸のメニスカス形状としてコマ収差と非点収差の発生を押えている。
【００５２】
最後に、Ｌ８からＬ１が第１群を構成し、Ｌ８とＬ７のダブレットレンズとＬ６からＬ４のトリプレットレンズに負の屈折力を持たせる事でより強いテレセントリック性を持たせている。さらに、Ｌ３を強い非球面形状を有するレンズとして光軸から離れた場所を通過し光軸に斜めな光束により発生する輪帯コマ収差を補正することで、投写レンズ全体として傾斜投写しても歪みを抑えかつ良好なフォーカス性能を実現した。図１３及び図１４に示した本発明のその他の実施例の投写レンズは図１２のＬ１５をそれぞれＬ１５とＬ１６に分割し収差補正能力を向上したもので図１２の非球面レンズＬ１６が図１３及び図１４ではＬ１７に置換されただけで得られる効果や投写光学系の構成は同じである。
【００５３】
次に、以上述べた傾斜投写光学系について、図２５（ａ）（ｂ）、図２６（ａ）（ｂ）、図２７（ａ）（ｂ）を用いて、その具体的な数値を例示しながら説明する。まず、図１２は図２５（ａ）（ｂ）に示した、数値例に基づく本実施の形態に係わる投写光学系の構成を示しており、前述したＸＹＺ直交座標において、図１２はＹＺ断面での構成を示している。本発明の映像投射装置には図１から図６に示したように光路折り曲げミラー（図示せず）を配置した構成も実現可能であるが、説明の都合上、図７及び図８に示す光路折り曲げミラーが無いことを念頭に説明する。図１２の投写光学系の構成図はＺ軸方向に展開して示しており、このことは図１３から図１５でも同様である。
【００５４】
上記図１２の光軸１１より下側に示した映像表示面（実施例としては液晶パネルとした）Ｐ０から射出した光は、複数のレンズを含む投写レンズのうち、まず、回転対称形状の面のみを有するレンズのみで構成される第１群及び第２群を通過する。そして、レンズ外形中心に対しては回転非対称な非球面レンズＬ１６を含む第３群を通過し投写面に拡大投写される。
【００５５】
ここで、投写レンズの第１群及び第２群は、全て回転対称な形状の屈折面を持つ複数のレンズで構成されており、各屈折面のうち４つの面は回転対称な非球面であり、他は球面である。ここに用いられた回転対称な非球面は、各面ごとのローカルな円筒座標系を用いて、図２５（ｂ）の式（１）で表される。ここで、ｒは光軸からの距離であり、Ｚはレンズ面形状のサグ量を表している。また、ｃは頂点での曲率、ｋは円錐定数、ＡからＪはｒのべき乗の項の係数である。
【００５６】
また、図２５（ａ）には各面の曲率半径を記載している。図２５（ａ）の中で面の左側に曲率の中心がある場合は正の値で、逆の場合は負の値で表わしている。また図２５（ａ）において面間距離は、そのレンズ面の頂点から次のレンズ面の頂点までの距離を示す。あるレンズ面に対して、次のレンズ面が図２５（ａ）の中で左側に位置するときには面間距離は正の値、右側に位置する場合は負の値で表している。さらに、図２５（ａ）において面番号（９）、面番号（１０）、面番号（２３）、面番号（２４）、面番号（３３）、面番号（３４）は光軸に回転対称な非球面であり、図２５（ａ）では表中面の番号の横に非球面と記載して分かり易く示している。
【００５７】
これら６つ面の非球面の係数を以下の図２５（ｂ）に示している。
【００５８】
上記の図２５（ｂ）の表から、本実施の形態では、コーニック係数ｋが０となっていることがわかる。斜め入射による台形歪は、斜め入射の方向に極端に大きく発生し、これと垂直な方向に歪量は小さい。従って、斜め入射の方向とこれに垂直な方向とでは、大幅に異なる機能が必要であり、回転対称で全方向に機能する上記コーニック係数ｋを利用しないことにより、非対称な収差を良好に補正することができる。
【００５９】
なお、上記図２５（ａ）及び図２５（ｂ）の表中に示した数値は、映像表示面である液晶パネルの画面上に１６×９のアスペクト比で対角０．５９インチの範囲の光変調された光学像（調光像）を投写面であるスクリーンに対角６０インチ、８０インチ、１００インチに拡大投写した場合に取り得る値を記載しておりそれずれのサイズの拡大像で最適フォーカス性能を得るためにレンズ間隔（３０）と（３４）の値が図２５（ｂ）の下表の面間隔の値となるようにＬ１５及びＬ１６を光軸に平行に移動させると良い。
【００６０】
図２６（ａ）（ｂ）及び、図２７（ａ）（ｂ）に記載したレンズデータも同様なフォーマットで記載している。
【００６１】
本数値実施例１の図２５（ａ）（ｂ）に記載したレンズデータで８０インチに拡大投写した投写像のスポット形状を図１６に、本数値実施例２の図２６（ａ）（ｂ）に記載したレンズデータで８０インチに拡大投写した投写像のスポット形状を図１７に、更に本数値実施例３の図２７（ａ）（ｂ）に記載のレンズデータで８０インチに拡大投写した投写像のスポット形状を図１８に示す。図１６では、映像表示面である液晶パネルの表示画面上、Ｘ，Ｙ座標の値で、（０，３．６７）、（−６．５３，３．６７）、（−３．９２，２．２０）、（０．０，０．０）、（０，０）、（−６．５３、０．０）、（−３．９２、−２．２０）、（０、−３．６７）（−５．５３,−３．６７）（−５．２２,−３．６７）（−５．２２,３．６７）の１０点から射出した光束のスポットダイアグラムを、その下から順に示しており、そのスケールの単位は５ｍｍである。また、各スポットダイアグラムの横方向は、映像表示面である液晶パネル上でのＸ方向であり、縦方向は映像表示面である液晶パネル上でのＹ方向である。図１７及び図１８に示したスポットダイアグラムも映像表示面である液晶パネルの表示画面上、Ｘ，Ｙ座標で同様の値の点から光束により得られたもので良好な性能を維持していることが分かる。
【００６２】
以上、本発明の投写型映像表示装置を実現する傾斜投写光学系の実施例について詳細に述べた。なお、上記の例では、投写レンズから出射された光線は光路折り返し用の平面ミラーで折り返されて映像表示面である液晶パネルに向かうようにも構成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、投写レンズの配置位置によっては、上記した折り返し用の平面ミラーを省略してもよいことは言うまでもない。
【００６３】
次に、本発明の投写型映像表示装置に用いる照明光学系の実施例を図１９を用いて説明する。図１９において、光源１０１は、ランプ９８と、リフレクタ９９とからなる。このランプ９８は、高圧水銀ランプの白色ランプである。また、リフレクタ９９は、ランプ９８を背後側から覆うように配置された、例えば、回転放物面形状の反射面を有するものであり、円形又は多角形の出射開口を有している。そして、このランプ９８から射出された光は、回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ９９によって反射され、光軸１１５に略平行となり、光源１０１から略平行の光束が射出される。光源１０１から射出された光は、マルチレンズ方式のインテグレータに入射する。
【００６４】
上述したように、マルチレンズ方式インテグレータ１０３は、第１のマルチレンズ素子１０３aと第２のマルチレンズ素子１０３ｂとから構成されている。なお、第１のマルチレンズ１０３aのレンズセル形状は、光軸１１５方向から見て液晶パネル１１２a、１１２ｂ、１１２ｃとほぼ相似な矩形形状を有しており、複数のレンズセルがマトリックス状に配設されて形成されたものであり、光源から入射した光を複数のレンズセルで複数の光に分割し、もって、効率よく第２のマルチレンズ素子１０３ｂと偏光変換素子１０４を通過するように導く。すなわち、第１のマルチレンズ素子１０３ａは、ランプ９８と第２のマルチレンズ素子１０３ｂの各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。
【００６５】
第２のマルチレンズ素子１０３ｂのレンズセル形状は、第１のマルチレンズ素子１０３ａと同様に、光軸１１５方向から見て矩形形状であり、かつ、複数のレンズセルがマトリクス状に配設された構成を有しており、当該レンズ素子を構成するレンズセルは、それぞれ、対応する第１のマルチレンズ素子１２１のレンズセル形状を、重畳レンズ１０８ａ,１０８ｂ,１０８ｃと共に液晶パネル１２２ａ,１２２ｂ,１２２ｃ上に投影（写像）する。そして、この過程で、偏光変換素子１０４の働きによって、第２のマルチレンズ素子１０３ｂからの光は所定の偏光方向に揃えられる。同時に、第１のマルチレンズ素子１０３ａの各レンズセルによる投影像は、それぞれ、重畳レンズ１０８ａ,１０８ｂ,１０８ｃの働きにより重畳され、もって、それぞれに対応した液晶パネル１１２a、１１２ｂ、１１２ｃ上の光量分布が一様となる。
【００６６】
本発明の傾斜投写光学系を構成する複数レンズの内で投写面に最も近い位置に配置されたレンズはプラスチック製で光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置されこのプラスチックレンズは投写光学系を構成する最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状とする。成形金型の加工は図２０に示すように多軸加工機を使用し図２１（ａ）に示すようにワークである金型を回転させバイトで切削し所望のレンズ形状に対応した金型形状を得る方式と同図（ｂ）に示したようにワークを固定しバイトを回転させてながら必要な金型形状を加工する方式があるが、（ａ）に比べ（ｂ）の方式で鏡面を得ようとすると切削時間は約１０〜２０倍必要となる。（ｂ）の方式は回転非対称な自由曲面の加工に優位であり（ａ）の方式は回転対称な非球面形状の加工を短時間で行うのに適している。
【００６７】
本発明の傾斜投写光学系を構成する複数レンズの内で投写面に最も近い位置に配置されたレンズはプラスチック製で光束が通過する映像垂直方向有効領域が前述した複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置されこのプラスチックレンズは投写光学系を構成する最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状とすることで成形金型加工を行うのに前述した図２０（ａ）に示すように多軸加工機でワークである金型を回転させバイトで切削し所望のレンズ形状に対応した金型形状を得る方式が採用でき短い加工時間で金型加工が可能となり開発コストを抑えることが可能となる。
【００６８】
この時、例えば図２０（ａ）で示した多軸加工機のＣ軸を回転軸として金型を加工する場合には本願発明によれば複数個同時に加工することが可能となり、例えば２個同時に加工する場合には図２２に示すように回転軸に対称に２つの金型（ワーク）を配置すると加工時の切削バランスが良く高精度に所望の金型形状を得ることが可能となる。更に図２３には４つの金型を同時に加工する場合の最適な配置を示しているが、奇数個同時の場合でも回転角（３６０度）を同時加工する金型数量で除した角度ずらして配置することで同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６９】
以上述べた本発明の傾斜投写光学系において投写面に最も近い位置に配置されたレンズの外形形状は、例えば図２４に示したような長方形形状となるこの時、レンズ有効面の外形形状を基にした中心軸に対しては軸非対称なレンズ面形状となるが上述した傾斜投写光学系を構成する最多面のレンズにより共有された光軸に対しては対称な非球面形状となっている。
【符号の説明】
【００７０】
１ａ…投写型映像表示装置の上部筐体１、２…平面ミラー固定枠、３…映像光束、４…固定部、５…平面ミラー回転機構、６…固定部１、７…固定部２、８…平面ミラー移動機構、９…投写型映像表示装置の下部筐体、１１…光軸、Ｒ１…上限光、Ｒ２…下限光、θ１…ミラーの仰角、θ２…投写型映像表示装置の仰角、１ｂ…投写型映像表示装置の上部筐体２、Ｌ１７…プラスチックレンズ、Ｌ１…レンズ、Ｌ２…レンズ、Ｌ３…レンズ、Ｌ４…レンズ、Ｌ５…レンズ、Ｌ６…レンズ、Ｌ７…レンズ、Ｌ８…レンズ、Ｌ９…レンズ、Ｌ１０…レンズ、Ｌ１１…レンズ、Ｌ１２…レンズ、Ｌ１３…レンズ、Ｌ１４…レンズ、Ｌ１５…レンズ、Ｌ１６…レンズ、９８…管球、９９…リフレクタ、１０１…光源、１０２…紫外線カットフィルタ、１０３…マルチレンズ方式インテグレータ、１０３ａ…第１のマルチレンズ素子、１０３ｂ…第２のマルチレンズ素子、１０４…偏光変換素子、１１５…光軸、１１６ａ,１１６ｂ,１１６ｃ,１１６ｄ…ミラー、１１7ａ,１１７ｂ…ダイクロイックミラー、１０８ａ,１０８ｂ，１０８ｃ…重畳レンズ、１０５，１０９，１１０…フィールドレンズ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系において、
該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、かつ該光軸に対して軸非対称な形状を有し
前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと前記投写面までの間隔をＬとし、投写画面の対角寸法をＤとした場合に下記の関係式を満足することを特徴とする傾斜投写光学系。
２．０＜Ｄ/Ｌ
【請求項２】
前記請求項１に記載の傾斜投写光学系において、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有することを特徴とする請求項１に記載の傾斜投写光学系。
【請求項３】
前記請求項２に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともに該仰角を可変可能とする回転調整機構を設けたことを特徴とする請求項２に記載の傾斜投写光学系。
【請求項４】
前記請求項２及び請求項３に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系。
【請求項５】
映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系で、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し、かつその形状はレンズ有効面の中心軸に対して軸非対称な形状を有したレンズにより構成され、
前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であることを特徴とした傾斜投写光学系。
【請求項６】
前記請求項５に記載の傾斜投写光学系において、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返しの平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有することを特徴とする請求項５に記載の傾斜投写光学系。
【請求項７】
前記請求項６に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともに該仰角を可変可能とする回転調整機構を設けたことを特徴とする請求項６に記載の傾斜投写光学系。
【請求項８】
前記請求項６及び請求項７に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系。
【請求項９】
投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写型映像表示装置を形成する筐体の投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅に収納されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１０】
投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、
前記平面ミラーは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度を持って配置した場合には前記平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に拡大映像が得られるように構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１１】
投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設け、
前記平面ミラーを前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度を持って配置した第一の状態においては前記平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に得られる構成をなし、他方前記平面ミラーを投写型映像表示装置に収納した第二の状態においては、前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を延長した方向に拡大映像が得られるように構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１２】
前記請求項１０及び請求項１１に記載の投写型映像表示装置であって、前記傾斜投写光学系は前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置する構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１３】
前記請求項１０及び請求項１２に記載の投写型映像表示装置であって、
前記傾斜投写光学系に配設した前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とした移動機構を設けたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１４】
前記請求項１０及び請求項１３に記載の投写型映像表示装置であって、
前記傾斜投写光学系に配設した前記平面ミラーには、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設け、該平面ミラーの回転角を検知する手段を有するとともに、検出した回転角に応じて投影映像の画面歪みを自動的に補正する映像補正機能を有することを特徴とした投写型映像表示装置。
【請求項１５】
投写型映像表示装置において映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し、かつその形状はレンズ有効面の中心軸に対して軸非対称な形状を有したレンズにより構成され前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズは前記最多面のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であることを特徴とした傾斜投写光学系を用いた投写型映像表示装置。
【請求項１６】
前記請求項１５に記載の投写型映像表示装置において、映像表示面に表示された映像を投写面に拡大投写する傾斜投写光学系であって、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し用の平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有することを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１７】
前記請求項１５に記載の投写型映像表示装置において、映像表示面に表示された映像を投写面に拡大投写する傾斜投写光学系であって、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し用の平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともに該仰角を可変可能とする回転調整機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系を備えてより成る投写型映像表示装置。
【請求項１８】
前記請求項１５乃至請求項１７に記載の投写型映像表示装置であって、
前記傾斜投写光学系に配設した前記平面ミラーには、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設け、該平面ミラーの回転角を検知する手段を有するとともに、検出した回転角に応じて投影映像の画面歪みを自動的に補正する映像補正機能を有することを特徴とした投写型映像表示装置。
【請求項１９】
前記請求項１５及び請求項１６に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系を備えてより成る投写光学装置。
【請求項２０】
投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、
前記平面ミラーは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度θ１を持って配置した場合には前記平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に拡大映像が得られるように構成し、前記投写型映像表示装置は該拡大映像と略垂直な基準平面に対してθ２傾けて配置しかつ前記θ１とθ２は下記の関係を満足する事を特徴とする投写型映像表示装置。
１．５≦θ２／θ１≦２．５
【請求項２１】
複数のレンズで構成され映像表示面に表示された映像を投写面に拡大して投写する傾斜投写光学系に用いるプラスチックレンズであって、該プラスチックレンズは投写面に最も近い位置に配置され、かつ光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、かつ該プラスチックレンズは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であり成形金型加工を行なうのに前記最多数のレンズにより共有された光軸に対称となるように複数個の成形金型を配置して切削加工することを特徴とした金型加工方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の加工法により切削された金型を使用し成形されたプラスチックレンズを少なくと１枚使用した傾斜投写光学系。
【請求項２３】
請求項２１に記載の加工法により切削された金型を使用し成形されたプラスチックレンズを少なくと１枚使用した傾斜投写光学系を備えてより成る投写光学装置。
【請求項１】
映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系において、
該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、かつ該光軸に対して軸非対称な形状を有し
前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと前記投写面までの間隔をＬとし、投写画面の対角寸法をＤとした場合に下記の関係式を満足することを特徴とする傾斜投写光学系。
２．０＜Ｄ/Ｌ
【請求項２】
前記請求項１に記載の傾斜投写光学系において、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有することを特徴とする請求項１に記載の傾斜投写光学系。
【請求項３】
前記請求項２に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともに該仰角を可変可能とする回転調整機構を設けたことを特徴とする請求項２に記載の傾斜投写光学系。
【請求項４】
前記請求項２及び請求項３に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系。
【請求項５】
映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系で、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し、かつその形状はレンズ有効面の中心軸に対して軸非対称な形状を有したレンズにより構成され、
前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であることを特徴とした傾斜投写光学系。
【請求項６】
前記請求項５に記載の傾斜投写光学系において、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返しの平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有することを特徴とする請求項５に記載の傾斜投写光学系。
【請求項７】
前記請求項６に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともに該仰角を可変可能とする回転調整機構を設けたことを特徴とする請求項６に記載の傾斜投写光学系。
【請求項８】
前記請求項６及び請求項７に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系。
【請求項９】
投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写型映像表示装置を形成する筐体の投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅に収納されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１０】
投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、
前記平面ミラーは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度を持って配置した場合には前記平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に拡大映像が得られるように構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１１】
投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設け、
前記平面ミラーを前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度を持って配置した第一の状態においては前記平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に得られる構成をなし、他方前記平面ミラーを投写型映像表示装置に収納した第二の状態においては、前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を延長した方向に拡大映像が得られるように構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１２】
前記請求項１０及び請求項１１に記載の投写型映像表示装置であって、前記傾斜投写光学系は前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置する構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１３】
前記請求項１０及び請求項１２に記載の投写型映像表示装置であって、
前記傾斜投写光学系に配設した前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とした移動機構を設けたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１４】
前記請求項１０及び請求項１３に記載の投写型映像表示装置であって、
前記傾斜投写光学系に配設した前記平面ミラーには、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設け、該平面ミラーの回転角を検知する手段を有するとともに、検出した回転角に応じて投影映像の画面歪みを自動的に補正する映像補正機能を有することを特徴とした投写型映像表示装置。
【請求項１５】
投写型映像表示装置において映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し、かつその形状はレンズ有効面の中心軸に対して軸非対称な形状を有したレンズにより構成され前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズは前記最多面のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であることを特徴とした傾斜投写光学系を用いた投写型映像表示装置。
【請求項１６】
前記請求項１５に記載の投写型映像表示装置において、映像表示面に表示された映像を投写面に拡大投写する傾斜投写光学系であって、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し用の平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有することを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１７】
前記請求項１５に記載の投写型映像表示装置において、映像表示面に表示された映像を投写面に拡大投写する傾斜投写光学系であって、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し用の平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともに該仰角を可変可能とする回転調整機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系を備えてより成る投写型映像表示装置。
【請求項１８】
前記請求項１５乃至請求項１７に記載の投写型映像表示装置であって、
前記傾斜投写光学系に配設した前記平面ミラーには、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設け、該平面ミラーの回転角を検知する手段を有するとともに、検出した回転角に応じて投影映像の画面歪みを自動的に補正する映像補正機能を有することを特徴とした投写型映像表示装置。
【請求項１９】
前記請求項１５及び請求項１６に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系を備えてより成る投写光学装置。
【請求項２０】
投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、
前記平面ミラーは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度θ１を持って配置した場合には前記平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に拡大映像が得られるように構成し、前記投写型映像表示装置は該拡大映像と略垂直な基準平面に対してθ２傾けて配置しかつ前記θ１とθ２は下記の関係を満足する事を特徴とする投写型映像表示装置。
１．５≦θ２／θ１≦２．５
【請求項２１】
複数のレンズで構成され映像表示面に表示された映像を投写面に拡大して投写する傾斜投写光学系に用いるプラスチックレンズであって、該プラスチックレンズは投写面に最も近い位置に配置され、かつ光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、かつ該プラスチックレンズは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であり成形金型加工を行なうのに前記最多数のレンズにより共有された光軸に対称となるように複数個の成形金型を配置して切削加工することを特徴とした金型加工方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の加工法により切削された金型を使用し成形されたプラスチックレンズを少なくと１枚使用した傾斜投写光学系。
【請求項２３】
請求項２１に記載の加工法により切削された金型を使用し成形されたプラスチックレンズを少なくと１枚使用した傾斜投写光学系を備えてより成る投写光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５（ａ）】
【図２５（ｂ）】
【図２６（ａ）】
【図２６（ｂ）】
【図２７（ａ）】
【図２７（ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５（ａ）】
【図２５（ｂ）】
【図２６（ａ）】
【図２６（ｂ）】
【図２７（ａ）】
【図２７（ｂ）】
【公開番号】特開２０１２−１１８５４７（Ｐ２０１２−１１８５４７Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４６３０（Ｐ２０１２−４６３０）
【出願日】平成２４年１月１３日（２０１２．１．１３）
【分割の表示】特願２００９−２１２４（Ｐ２００９−２１２４）の分割
【原出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１３日（２０１２．１．１３）
【分割の表示】特願２００９−２１２４（Ｐ２００９−２１２４）の分割
【原出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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