JPH0996775A - 台形ひずみの補正機能を備える画像投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 台形ひずみの補正機能を備える画像投影装置
の提供。 【解決手段】 台形ひずみの補正機能を備え、簡単に且
つ有効に台形ひずみを補正できる手段を有する画像投影
装置であり、画像が映される予定の平面を先に移動し、
実際の投影における傾き角を互いに補償し合わせること
により、修正された投影角度が得られ、従って、目標画
像スクリーンに矩形に近い投影範囲を実現して、台形ひ
ずみ現象を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明に属する技術分野】本発明は台形ひずみ(Keyston
e distortion) の補正機能を備える画像投影装置に関す
るもので、特に、簡単な機構を用い、簡単な操作方式で
有効に、投影角度範囲を外れた場合に、台形ひずみの補
正できる画像投影装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶投影装置はすでに、商業情報を表示
する場合において、コンピューター化した資料を展示す
るためにしばしば利用されている。コンピューター、特
にノート型パソコンはビジネス・マンの間で広汎に使用
され、コンピューターの画面上で表示されたマルチメデ
ィア画像情報を、直接にスクリーンに投影し、同時に人
々に見せること必要が要求されている。このようなマル
チメディア用の表示資料は市販のソフトウェアを利用
し、簡単且つ高速に作ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】画像投影装置は液晶デ
イスプレーを用い、コンピューターまたはテレビからの
画像情報を受信し、上記画像資料を液晶ディスプレーで
示し、更に光源を利用して液晶ディスプレー上の画像を
目標スクリーンに投影する。通常、このような画像投影
装置では台形ひずみの補正問題が避けられない。これ
は、投影装置が、常に最も理想的な位置に置かれて使用
されるわけではなく、画像投影装置を会議室のような場
所に持ち込まれて使用されることがあるためである。こ
のようなとき投影装置が会議室の目標の画像スクリーン
の平面の垂直軸線から相当の傾き角(inclination angl
e) をもって配置されることがある。即ち、投影装置の
置かれる位置は目標画像スクリーンの垂直方向の中心平
面上にあるとは限らない。又、目標画像スクリーンに対
して、仰角をなす状態で画像の投影を行う場合も多い。
台形ひずみの補正装置がない場合、目標画像スクリーン
の平面の垂直方向の軸線からある傾き角をなす位置で行
なわれる画像投影では、必ず台形ひずみが起こる為、画
像ひずみが避けられない。一方、投影装置の置かれる位
置が目標画像スクリーンの垂直平面にあるが、前記位置
が目標画像スクリーンの垂直方向の中心軸線より低い場
合、目標画像スクリーンに映る画像は、下の幅が上より
狭いものになり、四角形の建物が台形のような左右対称
の四角形になってしまう。更に、投影装置が目標画像ス
クリーンの中心垂直平面からずれれば、目標画像スクリ
ーン上に映る画像は完全に非対称の四辺形になる。

【０００４】前述投影装置における台形ひずみの補正を
行うために、従来の技術では、投影装置の映写対物レン
ズを平行移動することにより、台形ひずみの現象を補正
する方法が提案されている。しかし、この方法の利用で
きる範囲は限ぎられている。即ち、投影装置の置かれる
位置は映写対物レンズの垂直方向の中心軸線から大きい
傾き角をなすときは、投影装置の映写対物レンズが非常
に大口径をなす場合を除き、上記映写対物レンズを移動
できる範囲が比較的狭い。ところが、大口径の映写対物
レンズは装置全体のサイズを大きくし、製造コストも高
くなる。また、投影の光源を移動することによって、台
形ひずみの補正を行うことも提案されている。しかし、
一般に光源には電源線等の回路が接続されており、液晶
ディスプレー等の画像発生器との距離も比較的近く、そ
の実施は比較的複雑な機構が必要で、製造コストも比較
的高くなる。光源の移動は、液晶ディスプレーで画像を
生成する投影装置の場合には、また別の問題がある。即
ち、伝統的な液晶ディスプレー板は通常、観察視角はか
なり制限されている。この液晶ディスプレー板はその平
面の垂直方向の中心軸線から限られた角度以内で見なけ
れば画像のコントラストがぼんやりとして、はっきり見
えなくなる。この観察視角の問題が、液晶投影装置にお
ける、光源の照射角度を制限する。

【０００５】本発明の第１の目的は、台形ひずみの補正
機能を備える画像投影装置を提供する。前記画像投影装
置は画像投影につき、相当な傾き角をなす場合ても台形
ひずみを補正できる。本発明の第２の目的は、極めて簡
単な台形ひずみの補正機能を備える画像投影装置を提供
する。本発明の第３の目的は、極めて簡単且つ有効に、
台形ひずみを補正する機能を備える画像投影装置を提供
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は画像を目標画像
スクリーンに投影させることのできる画像投影装置を提
供する。上記画像投影装置は、その投影装置における投
影光線の方向に照明できる光源を含む光源アセンブリー
と、画像発生平面と、台形ひずみの補正レンズとを含む
画像発生アセンブリーと、一又は複数のレンズを含む映
写対物レンズと、を備える。その中、上記光源アセンブ
リーの光源は光を発し、均等に前記画像発生アセンブリ
ーの画像発生平面を照射し、且つ前記光源アセンブリー
の発した光の主軸線は前記画像発生平面の垂直方向の中
心軸線と一致し、前記映写対物レンズの光学主軸もまた
前記画像発生平面の垂直中心軸線と一致し、且つ前記台
形ひずみの補正レンズはその鏡面の断面における水平方
向の中央軸線を回転軸とし、上又は下方向に向けて予定
の角度内で回転できる。本発明の他の態様では、本発明
は、前記台形ひずみの補正レンズが、前記鏡面の断面を
通過する垂直中心軸線を回転軸とし、左又は右方向に向
けて予定の角度内で回転できるような画像投影装置を提
供する。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明を具体化した一の実
施形態の画像投影装置における、光の投影経路を表す図
面である。図１に示すように、本実施形態の画像投影装
置は、概略的には光源アセンブリー１１０と、画像発生
アセンブリー１２０と、映写対物レンズ１３０と、を備
える。光源アセンブリー１１０は、光源１１１と、球面
反射鏡１１４と、非球面集光レンズ１１５と、を備え
る。前記球面反射鏡１１４と非球面集光レンズ１１５の
作用は光源アセンブリー１１０の発した光を適宜に前記
画像発生アセンブリー１２０に送ることである。図１に
示す画像発生アセンブリー１２０は、画像発生器１２１
（例えば液晶ディスプレー）と、前側フレネル・レンズ
１２２と、後側フレネル・レンズ１２３と、を備える。
注意すべきことは、画像発生器１２１、前側フレネル・
レンズ１２２及び後側フレネル・レンズ１２３はここで
は、互いに平行になっている。フレネル・レンズはその
中を通過する光線を、予定の焦点に適宜投影させること
ができるは、当業者において自明である。図１の実施形
態では、後側フレネル・レンズ１２３によって、光源ア
センブリー１１０が発生させ、非球面集光レンズ１１５
を通過した光が、均等に画像発生器１２１を照射する。

【０００８】画像発生器１２１は、例えば、マルチメデ
ィア・コンピューター又はテレビ等の画像源からの画像
信号を受け、そして投影する予定の画像を画像発生器１
２１の画像表示平面に生成することができる。光源アセ
ンブリー１１０からの光が画像発生アセンブリー１２０
の後側フレネル・レンズ１２３を通過して、均等に画像
発生器１２１を照射するとき、画像表示平面に生成され
た画像は前側フレネル・レンズ１２２を通過して前方に
向けて投影され、映写対物レンズ１３０に送られる。図
１に示すように、映写対物レンズ１３０は、複数のレン
ズ１３１、１３２、１３３等により構成されるレンズ・
アセンブリーである。このレンズ・アセンブリーは、画
像発生アセンブリー１２０に生成され、光源アセンブリ
ー１１０の光によって照射された画像を受け、映写対物
レンズ１３０の焦点距離を調整することにより、投影す
る予定の画像を予定の目標画像スクリーン（図示せず）
に、焦点が合うように映す。前述した実施形態において
は、画像発生アセンブリー１２０が、投影用の画像を発
生させる。光源１１０は充分な光を発し、画像発生アセ
ンブリー１２０に生成された画像を照射する。映写対物
レンズ１３０によって、光源１１０が画像発生アセンブ
リー１２０を照射して得た画像を投影する。従って、目
標画像を目標画像スクリーン（図示せず）に、焦点が合
うように投影できる。

【０００９】図１の画像投影装置においては、その光の
投影経路は同一の直線にある。即ち、光源１１０の発光
点と映写対物レンズ１３０は両方とも画像発生アセンブ
リー１２０の画像発生平面の垂直方向の中心軸線上に設
けられている。前述した配置によって投影される画像は
台形ひずみを生じない。但し、この理想的な投影角度が
特別な状況であり、普通、投影の位置は目標画像スクリ
ーン平面の垂直方向軸線から傾き角をなす所である。上
述したように、本発明による特別構造により、台形ひず
みの補正を行うことができる。図２は、図１における光
の投影経路が変更された状態を示すものであり、その光
の投影経路は目標画像スクリーンの中心軸線と、例え
ば、１２度の仰角をなす場合、を示す図である。図２に
示す実施形態の画像投影装置は概略的には、光源アセン
ブリー２１０と、画像発生アセンブリー２２０と、映写
対物レンズ２３０とを備える。図２に示すように、この
実施形態は図１の実施形態と同様、ハロゲンランプ等の
光源２１１と、球面反射鏡２１４と、非球面集光レンズ
２１５とを備える光源アセンブリー２１０を有する。前
記三つ部分により構成される光源アセンブリー２１０
は、発生した光を画像発生アセンブリー２２０に適当に
送る。

【００１０】図１の実施形態と同様に、図２に示す画像
発生アセンブリー２２０は、液晶ディスプレーのような
画像発生器２２１と、前側フレネル・レンズ２２２と、
後側フレネル・レンズ２２３とを備える。図２の実施形
態において、後側フレネル・レンズ２２３は光源アセン
ブリー２１０の非球面レンズ２１５からの光で画像発生
器２２１を均等に照射する。画像発生器２２１は画像信
号を受けて、投影される予定の画像を画像発生器２２１
の画像表示平面に生成する。光源アセンブリー２１０か
らの光が画像発生アセンブリー２２０の後側フレネル・
レンズ２２３を通過し、画像発生器２２１を均等に照射
するとき、画像表示平面に生成された全体画像は、前側
フレネル・レンズ２２２を通して前方に投影され、映写
対物レンズ２３０に送られる。しかし、この時、前側フ
レネル・レンズ２２２の平面は目標画像スクリーン２４
０と平行になるように調整され、画像発生器２２１の上
縁は後方に向って、前側フレネル・レンズに対して１２
度の仰角をなすように傾けられる。光源アセンブリー２
１０からの光が、画像発生アセンブリー２２０の後側フ
レネル・レンズ２２３を通過して均等に、後方に向って
１２度の仰角をなす画像発生器２２１を通る時、画像発
生器２２１に生成された全体の画像は目標画像スクリー
ン２４０に平行な前側フレネル・レンズ２２２により、
前方に向って投影され、映写対物レンズ２３０に送られ
る。この時、前側フレネル・レンズからの投影光の軸は
上方に向って傾斜する。

【００１１】図２に示すように、映写対物レンズ２３０
は複数のレンズ２３１、２３２、及び２３３等から構成
される。これらのレンズが画像発生アセンブリー２２０
が発生し、且つ光源アセンブリー２１０が照射した画像
を受ける。映写対物レンズ２３０の焦点距離を調節する
ことにより、投影すべき画像を目標画像スクリーン２４
０に、焦点の合うように投影する。図２の実施形態にお
いては、前側フレネル・レンズ２２２は前方に向けて１
２度傾斜するように調整される。即ち、前側フレネル・
レンズ２２２を目標画像スクリーン２４０に平行になる
ように、画像投影装置における画像全体の投影光軸が上
に向けて約１２度傾けられる。つまり、画像投影装置が
上に向けて１２度傾いた状態で、垂直の目標画像スクリ
ーン２４０を投影させ、前側フレネル・レンズ２２２は
画像発生器２２１の画像生成面を下方に向けて約１２度
傾斜させ、従って、同等の結果は前方及び後方について
の傾き角は互いに補償し合い、台形ひずみを補正する効
果が得られる。図２の実施形態においては、前側フレネ
ル・レンズ２２２は、その水平方向の中央横軸を回転軸
とし、レンズ平面の垂直方向の中心軸線が上下に向けて
傾斜するように調整を行える。

【００１２】更に、前側フレネル・レンズ２２２の垂直
方向の中心軸線を回転軸とし、投影光軸に対して左或い
は右に回転可能にした場合には、このような前側フレネ
ル・レンズを備える画像投影装置は、その対応した目標
画像スクリーンにおける垂直方向の中心軸線につき、上
下及び左右方向の傾き角による台形ひずみの補正を同時
に行なうことができる。次に図３を参照する。図３は本
発明に基づいた、他の実施形態の画像投影装置におけ
る、光の投影経路を表わす。この実施形態において、目
標の光投影経路は目標画像スクリーンの垂直中心軸線
と、仰角をなすように配置される。図３に示す実施形態
は、図２の実施形態と同様な基本機構を有する。具体的
な違いは光源アセンブリー３１０と画像発生アセンブリ
ー３２０との間に、反射鏡３５１が挿入されており、
又、画像発生アセンブリー３２０と映写対物レンズ３３
０との間に、反射鏡３５２が挿入されていることであ
る。反射鏡３５１及び３５２は単なる平面鏡であるの
で、それらを設置することにより、平面投影装置全体を
より小さいスペースに収納でき、小型化が可能になる。
一方、光源アセンブリー３１０はハロゲン・ランプのよ
うな赤外線波長の光を発した光源を使う可能性がある。
従って、光源アセンブリー３１０に近い平面反射鏡３５
１として、赤外領域の波長の光を反射しない冷光鏡を採
用することによって、可視光ではない赤外線が画像発生
器３２１に送られることを回避できる。これは画像発生
器３２１が低い温度で作動する液晶ディスプレー板の場
合に有効である。

【００１３】図３に示すように、本発明の画像投影装置
における実施形態の映写対物レンズ３３０における投影
の傾き角が、上方に向って１２度の時、その画像発生ア
センブリー３２０において、前側フレネル・レンズ３２
２の平面における垂直中心軸線は、その画像発生器３２
１の平面における垂直方向の中心軸線に対しても、下に
向けて１２度傾斜するように調整され、従って、投影装
置における上向きの傾き角を補償することになる。従っ
て、本発明の画像投影装置は簡単な構造を利用し、投影
装置の置かれる位置における傾き角による台形ひずみを
消去できる。本発明の装置は、上下即ち俯仰方向につ
き、投影角度による台形ひずみを消去する以外、左右方
向の傾き角による台形ひずみをも消去できるので、投影
装置の使用できる範囲は広い。また、単に一又は二組の
簡単な傾斜調整押し棒で、台形ひずみを消去できるの
で、従来の技術における消去手段に比べて、コスト・ダ
ウンを図れる。他に、当業者には、平面投影装置が液晶
ディスプレー板のようなバックライトを備える投影装置
に本発明が限定されるものではなく、自身が画像光源を
発したテレビ又はモニタのスクリーン（この状況におい
て、光源アセンブリーが必要でない）にも全部適用でき
ることが判るであろう。このような変形例もすべて本発
明の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の１つの実施形態に基づく画像
投影装置の光投影経路を表す図面であり、光投影経路は
目標画像スクリーンと垂直関係をなす。

【図２】図２は、図１のもう一つの実施形態で、光投影
経路が目標画像スクリーンの垂直方向の中心軸線とが仰
角をなす場合、即ち、前記画像投影装置が目標画像スク
リーンより低い位置に置かれる状態を示す図面である。

【図３】図３は本発明に基づく他の実施形態の画像投影
装置の光投影経路を示す図面であり、目標光投影経路は
目標画像スクリーンの垂直方向の中心軸線と仰角をなし
ている。

【符号の説明】

１１０、２１０、３１０ 光源アセンブリー １１１、２１１、３１１ 光源 １１２、２１２、３１２ 光源の虚像 １１３、２１３、３１３ 球面反射鏡の曲率中心 １１４、２１４、３１４ 球面反射レンズ １１５、２１５、３１５ 非球面集光鏡 １２０、２２０、３２０ 画像発生アセンブリー １２１、２２１、３２１ 画像発生器 １２２、２２２、３２２ 前側フレネル・レンズ １２３、２２３、３２３ 後側フレネル・レンズ １３０、２３０、３３０ 映写対物レンズ ２４０、３４０ 目標画像スクリーン ３５１、３５２ 平面鏡

【手続補正書】

【提出日】平成７年１０月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像投影装置における投影光の経路の方
   向を照射することができる光源アセンブリーと、 画像発生平面と台形ひずみ補正用レンズとを含む画像発
   生アセンブリーと、 一又は複数のレンズを含む映写対物レンズと、を含む画
   像投影装置において、 前記光源アセンブリーの光源が光を発して均等に前記画
   像発生アセンブリーの前記画像発生平面を照射し、且つ
   前記補正ひずみの補正レンズはその鏡面の断面を通過す
   る水平方向の中央軸線を回転軸とし、上又は下方向に向
   けて予定の角度以内で回転することにより、目標画像ス
   クリーンの垂直中心軸線に対する上下方向の傾き角によ
   る投影される画面のひずみを補正すること、を特徴とす
   る画像投影装置。
2. 【請求項２】 前記台形ひずみの補正レンズは、その鏡
   面の断面を通過する垂直方向中心軸線を回転軸とし、左
   又は右方向に向けて予定の角度以内で回転することによ
   り、前記目標画像スクリーンの垂直方向中心軸線に対す
   る左右方向の傾き角による投影画面の台形ひずみを補正
   すること、を特徴とする請求項１に記載の画像投影装
   置。
3. 【請求項３】 前記光源アセンブリーは球面反射鏡を含
   み、且つ前記光源は前記球面反射鏡の曲率中心からやや
   ずれた近傍位置に設置されること、を特徴とする請求項
   ２に記載の画像投影装置。
4. 【請求項４】 前記光源アセンブリーは非球面集光レン
   ズを含み、前記非球面集光レンズは前記光源の発した光
   に対し焦点を合わせ、且つ均等に前記画像発生アセンブ
   リーの前記画像発生平面を照射させること、を特徴とす
   る請求項３に記載の画像投影装置。
5. 【請求項５】 前記画像発生アセンブリーは、前記画像
   発生平面と前記光源アセンブリーとの間に置かれる後側
   レンズを含む、ことを特徴とする請求項２に記載の画像
   投影装置。
6. 【請求項６】 前記後側レンズはフレネル・レンズであ
   ること、を特徴とする請求項５に記載の画像投影装置。
7. 【請求項７】 前記台形ひずみの補正レンズはフレネル
   ・レンズであること、を特徴とする請求項２に記載の画
   像投影装置。
8. 【請求項８】 前記画像発生平面は液晶デイスプレーに
   より構成される表示平面であること、を特徴とする請求
   項２に記載の画像投影装置。
9. 【請求項９】 前記光源アセンブリーと前記画像発生ア
   センブリーとの間に挿入される平面鏡を含み、且つ前記
   光源アセンブリーが発した光は前記平面鏡の反射で、前
   記画像発生アセンブリーの前記画像発生平面を均等に照
   射すること、を特徴とする請求項２に記載の画像投影装
   置。
10. 【請求項１０】 前記平面鏡は赤外線を反射しない冷反
    射鏡であること、を特徴とする請求項９に記載の画像投
    影装置。
11. 【請求項１１】 前記画像発生アセンブリーと前記フレ
    ネル・レンズとの間に挿入される第２平面鏡を含み、且
    つ前記画像発生アセンブリーを通過する光は前記第２平
    面鏡の反射で前記フレネル・レンズに届くこと、を特徴
    とする請求項９に記載の画像投影装置。
12. 【請求項１２】 前記光源アセンブリーは球面反射鏡を
    含み、且つ前記光源は前記球面反射鏡の曲率中心からや
    やずれた近傍位置に設置されること、を特徴とする請求
    項１１に記載の画像投影装置。
13. 【請求項１３】 前記光源アセンブリーは非球面集光レ
    ンズを含み、前記非球面集光レンズは前記光源の発した
    光に対し、焦点を合わせ、前記画像発生アセンブリーの
    前記画像発生平面を均等に照射させる、ことを特徴とす
    る請求項１２に記載の画像投影装置。
14. 【請求項１４】 前記画像発生アセンブリーは前記画像
    発生平面と前記光源アセンブリーとの間に置かれる後方
    レンズを含むこと、を特徴とする請求項１１に記載の画
    像投影装置。
15. 【請求項１５】 前記後方レンズはフレネル・レンズで
    あること、を特徴とする請求項１４に記載の画像投影装
    置。
16. 【請求項１６】 前記台形ひずみの補正レンズはフレネ
    ル・レンズである、ことを特徴とする請求項１１に記載
    の画像投影装置。
17. 【請求項１７】 前記画像発生平面は液晶デイスプレー
    により構成される表示平面であること、を特徴とする請
    求項１１に記載の画像投影装置。
18. 【請求項１８】 光を発することができる画像発生器と
    台形ひずみの補正レンズを含む画像発生アセンブリー
    と、 一又は複数のレンズを含む映写対物レンズと、を備え、
    画像を目標画像スクリーンに投影することができる画像
    投影装置において、 前記台形ひずみの補正レンズはその鏡面の断面を通過す
    る水平方向の中央軸線を回転軸とし、上又は下方向に向
    けて予定の角度以内で回転することにより、目標画像ス
    クリーンの垂直方向の中心軸線に対する上下方向の傾き
    角による投影画面の台形ひずみを補正することを特徴と
    する画像投影装置。
19. 【請求項１９】 前記台形ひずみの補正レンズは、その
    鏡面の断面を通過する水平方向の中央軸線を回転軸と
    し、左又は右方向に向けて所定の角度以内で回転するこ
    とにより、目標画像スクリーンの垂直中心軸線に対する
    左右方向の傾き角による投影画面の台形ひずみを補正す
    る、ことを特徴とする請求項１８に記載の画像投影装
    置。