投影板装置、和其所使用的透过型屏幕

摘要

本发明提供一种投影板装置和其所使用的透过型屏幕。投影板装置使用斜投影光学系统，在作为背投方式使用的情况下，在入射面设置线性菲涅尔透镜，并且该线性菲涅尔透镜通过使影像光全反射而几乎不产生反射损失，并且在向屏幕入射的角度较小的区域中，通过同时使用全反射菲涅尔透镜和折射菲涅尔透镜，能够得到良好的明亮度的均匀性。此外，通过在同一投影板装置中使用多个投影型影像显示装置，能够得到更好的明亮度的均匀性。

说明书

技术领域

本发明涉及使用液晶面板等影像显示元件将影像投影在投影面上的投影型影像显示装置和作为投影面的屏幕及其制造方法，特别涉及将它们组合而得的投影板装置的紧凑化和高性能化技术。

背景技术

例如，在将排列有多个反射型或者透过型的液晶面板、微小反射镜的结构的影像显示元件的显示画面放大显示到作为投影面的屏幕、板等上的投影型影像显示装置中，当然要在投影面上得到足够大的放大图像，但为了使演示者的影子不会映在投影面上、使放大影像光不会直接射入演示者的眼中，市场上开始出现了将投影型影像显示装置与投影面的距离缩短的所谓短投影型的投影光学系统。该投影光学系统按照放大影像光从相对投影面倾斜的方向入射的方式构成。(例如专利文献1)

此外，也已知在将曲面镜用于该倾斜投影的斜投影光学系统中进行光学调整的方法。(例如专利文献2)

另外，也已知为了使演示者的影子不会映在投射面上、使放大影像光不会直接射入演示者的眼中，而使用该斜投影光学系统和光路折返镜实现超薄型紧凑的背面投影型投影板装置(影像显示装置)的投影型影像显示装置。(例如专利文献3)

作为最适合该投影型影像显示装置的透过型屏幕，以往一般是如图37和图38所示的由扩散片170(有时是透镜片)和圆形菲涅尔面配置在观看侧的圆形菲涅尔片167构成的两片结构屏幕，其中，扩散片170由扩散层171和扩散片基材172构成。当将该透过型屏幕应用在斜投影光学系统时，如图38所示，因为影像光R1、R2不充分地折射就从倾斜方向入射到扩散片170，所以不仅不能够将明亮度的峰值方向控制为所要求的方向，而且还会产生较大的反射损失。于是，提出了如图39和图40所示的由扩散片170和菲涅尔透镜面向着投影型影像显示装置一侧的全反射方式的圆形菲涅尔片166构成的两片结构屏幕。其结果为，已知对应于斜投影光学系统也能够大幅减少反射损失的方式。(例如专利文献4)

另外，也已知将使用一般的投影光学系统的投影型影像显示装置和反射型屏幕一体化而提高便利性的投影系统的提案。(例如专利文献5)

但是，在现有技术、特别是上述专利文献1中公开的放大影像光从相对投影面倾斜的方向入射的斜投影光学系统中，采用下述结构，即，在投影光学系统与投影面之间配置曲面镜，用共轴投影光学系统在曲面镜与该共轴投影光学系统之间使中间像成像、通过曲面镜的放大作用将该中间像放大投影到作为投影面的屏幕上。

因此，在上述专利文献1中记载的技术中，为了改变屏幕上的放大像的倍率，必须使曲面镜的位置沿上述共轴投影光学系统的光轴平行移动，为使曲面镜不相对上述光轴倾斜，需要高精度移动调整机构，但该移动调整机构并未公开。

此外，上述专利文献2中仅公开了利用自由曲面镜的移动进行的调整方法，但对于斜投影光学系统所特有的伴随向作为投影面的屏幕的倾斜投影而产生的投影影像的梯形变形和因屏幕上下方向的投影距离的差而产生的像差，并没有考虑具体的校正，对于在投影光学系统与屏幕之间配置的具有负屈光度的自由曲面镜的制造方法甚至没有提及。

另一方面，上述专利文献3进行了如下设计，即，具有用于使反射镜能够旋转的反射镜机构部，该反射镜反射从投影仪主体的投影透镜投影的投影光，该反射镜机构部按照使来自投影仪主体的投影光的投影角度相对反射镜成规定的角度的方式，将投影仪主体固定在固定部，能够不平移设置在投影仪主体内部的投影透镜地，对屏幕从背面进行投影(以下记载为背面投影)，而且在正面投影(向屏幕直接投影)的情况下采用在上述反射镜机构部中收纳投影仪主体的结构，在将投影仪主体收纳于反射镜机构内部的情况下成为紧凑的尺寸。

但是，上述专利文献3中记载的投影仪中，背面投影时反射镜与投影仪主体的位置关系固定，没有考虑背面投影时改变屏幕上的放大像的倍率的方法和调整放大影像的位置的技术手段。

此外，上述专利文献4中记载的透过型屏幕中，两片结构的屏幕中在圆形菲涅尔片的入射面设置有全反射菲涅尔透镜，通过该透镜面的作用使光线向影像观看一侧大致平行地出射。该现有的包含全反射菲涅尔透镜的透过型屏幕中，对菲涅尔角度没有进行详细的设计，当将现有技术的全反射菲涅尔透镜直接应用到斜投影光学系统时，入射角度随着屏幕画面垂直方向上位置的不同有很大不同，所以在菲涅尔透镜面上反射的光的出射方向在画面内变化，在从规定的方向观看屏幕上的影像的情况下明亮度会变得不均匀。此外，也产生了下述系统整体的问题，即，为使在屏幕整个面上全反射，影像光线的入射角度受到限定、作为影像光源的投影型影像显示装置与屏幕的位置关系也受到制约等。另外，全反射圆形菲涅尔透镜的制造需要利用模具逐片用UV树脂形成菲涅尔形状并通过紫外线硬化而制成，所以成型时间长，导致大幅的成本增加。

另一方面，上述专利文献5中记载有下述反射投影系统，其利用通过伸缩式的臂与投影屏幕一体地联动的投影头(内置有投影型影像显示装置)，即使相对屏幕光学、机械地反复运动，也能够进行正确的定位的。

但是，上述专利文献5的反射投影系统中，对于对应于缩短了投影型影像显示装置与投影面的距离的短投影型的投影光学系统的技术，完全没有考虑。

此外，上述专利文献5的反射投影系统中，因为投影型影像显示装置配置在屏幕中央上部，所以完全没有解决演示者的影子映入投影面、放大影像光直接进入演示者的眼中等现有技术的投影型影像显示装置的问题。

另外，上述专利文献5的反射投影系统中，一个反射投影系统中能够使用的投影型影像显示装置仅为一台，在想要得到更亮的影像、更高的分辨率的情况下需要将附属的投影型影像显示装置变更为更昂贵的高亮度型号或者高分辨率型号。

另一方面，上述专利文献5的反射投影系统是考虑直接安装在教室等的墙面上而成的发明，没有公开任何反射投影系统整体的移动、上下调节屏幕高度(位置)的技术手段。此外，也没有记载用于进一步提高交互性和防盗性的影像输入部和声音输入部的结构。

此外，现状下的反射投影系统是如图31(纵横比16∶9的横向长的类型)和图32(纵横比4∶3的类型)所示，将投影板直接安装在居室的墙面上的结构。

专利文献1：日本特开2008-250296号公报

专利文献2：日本特开2002-350774号公报

专利文献3：日本特开2006-259252号公报

专利文献4：日本特开平4-80369号公报

专利文献5：专利第3864051号公报(WO 00/52526)

发明内容

本发明鉴于这些问题完成，其目的之一在于提供一种紧凑并且外部光的影响较少的高画质的投影板装置，其实现容易进行梯形变形校正和聚焦调整的向投影面倾斜投影的斜投影光学系统，并且实现使用该斜投影光学系统的投影型影像显示装置和与此对应的反射损失较少、明亮度均匀性优秀的廉价的透过型屏幕。此外，其第二目的在于，提供一种即使在使用反射型屏幕的反射投影系统中也使来自投影型影像显示装置的放大影像光难以直接进入演示者的眼中、且演示者的影子不容易映入投影面的投影板装置。进而，其第三目的在于，提供一种通过同时设置多台投影型影像显示装置而得到更明亮的影像和更高的分辨率的投影板装置。另外，其第四目的在于，提供一种能够移动且容易地使屏幕高度(位置)上下变动的、易用性优秀并且具备用于进一步提高交互性和防盗性的影像输入部和声音输入部的投影板装置。

为了达成上述目的，本发明的投影光学系统是将显示在影像显示面上的影像倾斜地放大投影在作为投影面的屏幕等上的斜投影光学系统，该斜投影光学系统由多个透镜构成，在配置于距离投影面最近的位置上的透镜中，影像光束所通过的影像垂直方向的有效区域配置在不包含上述多个透镜的光轴中被最多数的透镜所共有的光轴的位置，其形状相对光轴是非轴对称的，由此能够校正因超广角化而产生的像差和因倾斜投影而产生的变形。

此外，作为本发明的结构的重要部件之一的斜投影光学系统，因上述理由而能够使放映出放大影像的画面垂直方向的位置变高(平移量较大)，所以也能够在配置于距离投影面最近的位置上的透镜与投影面之间配置小型的自由曲面镜、光路折返用平面镜。因此，投影型影像显示装置配置在上述反射镜与作为投影面的屏幕之间，所以能够缩短固定上述投影型影像显示装置的臂的长度，所以也能将强度抑制得较低，能够降低系统整体的成本。

与斜投影光学系统对应的本发明的透过型屏幕是单片结构，由此能够减轻现有技术的两片结构屏幕中产生的影像光的多重反射所引起的聚焦性能降低。此外，在该影像光的入射侧，使该屏幕的截面形状成为在画面垂直方向连续设置有形状随着画面垂直方向的位置变化而变化的菲涅尔透镜的形状，使该菲涅尔透镜的画面垂直方向的截面包括利用折射作用使影像光向影像观看侧出射的透镜区域1和通过使影像光全反射而向影像观看侧出射的透镜区域2，这种情况下，使透镜区域1和透镜区域2的比例从画面下端向着上端变化，并使菲涅尔角度按照影像光的入射角最佳化，由此，能够使反射损失最小，使影像光的出射方向一致，通过在菲涅尔透镜的影像观看侧设置的扩散层能够实现在画面垂直方向和水平方向扩散的背面投影方式，所以放大影像光不会直接射入演示者的眼中。

另外，本发明的形成在透过型屏幕的影像入射面一侧的线性菲涅尔透镜能够通过滚轧而连续性成型，所以能够实现大幅的成本降低。

此外，通过使影像显示元件相对投影透镜的光轴平移并固定，能够使放大影像相对光轴平移，其中，该影像显示元件具有相对构成本发明的斜投影光学系统的投影透镜的物面有效区域的对角线尺寸或者面积的大致70％以下的有效影像显示区域。因此，使投影型影像显示装置配置成相对屏幕的外形中心在画面水平方向或者垂直方向或者水平、垂直方向同时平移规定量，由此使放大影像光更难以进入演示者的眼中并且使演示者的影子更少映入投影面。

接着，为了在一台投影板装置中例如通过同时设置两台投影型影像显示装置而获得更明亮的影像、更高的分辨率，在一个投影型影像显示装置中，通过使影像显示元件相对投影透镜的光轴平移并固定，使得到的放大影像相对光轴平移，其中，该影像显示元件具有相对构成斜投影光学系统的投影透镜的物面有效区域的对角线尺寸或者面积的大致90％以下的有效影像显示区域。在另一方的投影型影像显示装置中，也通过使影像显示元件相对投影透镜的光轴在反方向上平移并固定，使得到的放大影像相对光轴平移，并能够在投影面上使影像重合，其中，该影像显示元件具有相对构成斜投影光学系统的投影透镜的物面有效区域的对角线尺寸或者面积的大致90％以下的有效影像显示区域。此时只要在因上述距离光轴的平移量而得的空间中同时设置两台投影型影像显示装置即可。

优选的是，为了易于进行投影板装置的移动，在主体下部安装移动用的脚轮，为了易于进行屏幕高度(位置)的调整，使具备斜投影光学系统的投影型影像显示装置与屏幕通过连结单元一体化，进而为了提高交互性和防盗性，优选在屏幕上端部配置作为图像输入部的摄像机和作为声音输入部的定向麦克风。

本发明的投影光学系统，由多个透镜构成，配置于距离投影面最近的位置上的透镜的影像光束所通过的影像垂直方向的有效区域，配置在不包含上述多个透镜的光轴中被最多数的透镜所共有的光轴的位置，其形状相对光轴是非轴对称的，由此能够校正因超广角化而产生的像差和因倾斜投影而产生的变形。

另外，能够在配置于距离投影面最近的位置上的透镜与投影面之间配置小型的自由曲面镜、光路折返用平面镜，因此投影型影像显示装置配置在上述反射镜与作为投影面的屏幕之间，所以能够缩短固定上述投影型影像显示装置的臂的长度，所以也能将强度抑制得较低，能够降低系统整体的成本。

另一方面，与斜投影光学系统对应的本发明的透过型屏幕是单片结构，由此能够减轻现有技术的两片结构屏幕中产生的影像光的多重反射所引起的聚焦性能降低，能够使菲涅尔透镜的反射损失最小，并且，形成在影像入射面一侧的线性菲涅尔透镜能够通过滚轧而连续性成型，所以与现有技术的圆形菲涅尔透镜方式相比能够实现大幅的成本降低。

此外，使用本发明的斜投影光学系统的投影型影像显示装置配置为相对屏幕的外形中心在画面水平方向或者垂直方向或者水平、垂直方向同时平移规定量，由此使放大影像光更难以进入演示者的眼中并且使演示者的影子更少映入投影面。

另外，通过在投影板装置中同时设置多台使用本发明的斜投影光学系统的投影型影像显示装置，能够得到更明亮的影像、更高的分辨率。

此外，通过在主体下部设置的移动用的脚轮和屏幕高度(位置)的调整机构，搬送性和易用性得到提高。另外，通过在屏幕上端部配置摄像机和作为声音输入部的定向麦克风，也能够进一步提高交互性和防盗性。

附图说明

图1是表示具备本发明的斜投影光学系统和光路折返镜的投影型板装置的一个实施方式的正视图。

图2是表示具备本发明的斜投影光学系统和光路折返镜的投影型板装置的一个实施方式的侧视图。

图3是表示具备本发明的斜投影光学系统和光路折返镜的投影型板装置的一个实施方式中的光学系统配置的侧视图。

图4是表示本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的透镜结构的投影透镜的截面图。

图5是表示具备本发明的斜投影光学系统和光路折返镜的投影型板装置的一个实施方式的正视图。

图6是表示具备本发明的斜投影光学系统和光路折返镜的投影型板装置的一个实施方式的正视图。

图7是表示具备本发明的斜投影光学系统和光路折返镜的投影型板装置的一个实施方式的正视图。

图8是表示具备本发明的斜投影光学系统的投影型板装置的一个实施方式的正视图。

图9是比较本发明的一个实施方式中构成斜投影光学系统的投影透镜的有效区域与实际使用的区域的示意图。

图10是比较本发明的一个实施方式中构成斜投影光学系统的投影透镜的有效区域与实际使用的区域的示意图。

图11是表示具备本发明的斜投影光学系统的投影型板装置的影像显示区域分割的一个实施方式的示意图。

图12是用于说明本发明的一个实施方式中的具备斜投影光学系统的投影型板装置的影像显示原理的框图。

图13是表示本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的结构的示意图。

图14是表示本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的结构的截面图。

图15是用于说明本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的结构和作用的说明图。

图16是用于说明将本发明的斜投影光学系统与本发明的透过型屏幕组合的情况下的本发明的透过型屏幕的作用的一个实施方式中的第一说明图。

图17是用于说明将本发明的斜投影光学系统与本发明的透过型屏幕组合的情况下的本发明的透过型屏幕的作用的一个实施方式中的第二说明图。

图18是用于说明将本发明的斜投影光学系统与本发明的透过型屏幕组合的情况下的本发明的透过型屏幕的作用的一个实施方式中的第三说明图。

图19是用于说明本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的周边光量比的说明图。

图20是表示本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统中使用的投影透镜的周边光量比的特性图。

图21是用于说明本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的指向特性评价方法的说明图。

图22是表示本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的指向特性的特性图。

图23是表示本发明的斜投影光学系统的一个实施例(图23(a)(b)所示的透镜数据)的透镜结构的投影透镜的截面图。

图24是表示本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的透镜结构和光线追踪结果的截面图。

图25(a)是实现本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的透镜数据。

图25(b)是实现本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的透镜数据。

图26是实现图25所示的本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的点列图。

图27是表示本发明的斜投影光学系统的一个实施例(图25(a)(b)所示的透镜数据)的透镜结构的投影透镜的截面图。

图28(a)是实现本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的透镜数据。

图28(b)是实现本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的透镜数据。

图29是实现图28所示的本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的点列图。

图30(a)是实现本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的透镜数据。

图30(b)是实现本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的透镜数据。

图31是表示本发明的斜投影光学系统的一个实施例(图30(a)(b)所示的透镜数据)的透镜结构的投影透镜的截面图。

图32(a)是实现本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的透镜数据。

图32(b)是实现本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的透镜数据。

图33是实现图32所示的本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的点列图。

图34是表示具备现有的斜投影光学系统的投影型板装置的一个实施方式的正视图。

图35是表示具备现有的斜投影光学系统的投影型板装置的一个实施方式的正视图。

图36是表示图15所示的本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的制造方法的一部分的概略图。

图37是用于说明将本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统与现有的透过型屏幕组合的情况下的现有的透过型屏幕的作用的说明图。

图38是用于说明将本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统与现有的透过型屏幕组合的情况下的现有的透过型屏幕的作用的说明图。

图39是用于说明将本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统与现有的透过型屏幕组合的情况下的现有的透过型屏幕的作用的说明图。

图40是用于说明将本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统与现有的透过型屏幕组合的情况下的现有的透过型屏幕的作用的说明图。

图41是表示投影型影像显示装置的照明光学系统的一个实施例的结构图。

符号说明

101、101a、101b…投影型影像显示装置主体，102、102a、102b…反射镜，110…加固部件1，111…透过型屏幕支撑框，113…屏幕脚部，114、114a、114b…收纳部，115…加固部件2，116…脚轮，117…光路折返平面镜，118…后盖，119…把手，120…脚轮支撑部，130…透过型屏幕，131…表面层，132…片基材，133…扩散层，134…菲涅尔基材，L141、L142、L144、L145…菲涅尔透镜，134A、134B、134C…屏幕的区域，135…粘合层或者接合层，150…摄像机部，151…定向麦克风，152…变焦摄像机，153…监视摄像机，170a、170b…投影型影像显示装置支撑臂，301…菲涅尔片基材送出机，302……搬送辊，303…线性菲涅尔基材片，304…张紧辊，305…线性菲涅尔成型辊，306…粘合(接合)剂涂敷辊，307…树脂硬化用(紫外线)灯，308…菲涅尔片压接辊，309…挤压成型机，330…投影透镜出瞳，160…全反射圆形菲涅尔片，160E、160D、168E、168D…屏幕的区域，168…圆形菲涅尔片，170…扩散片，171…扩散层，172…扩散片基材，M1…平面镜，M2…自由曲面镜，L1…透镜，L2…透镜，L3…透镜，L4…透镜，L5…透镜，L6…透镜，L7…透镜，L8…透镜，L9…透镜，L10…透镜，L11…透镜，L12…透镜，L13…透镜，L14…透镜，L15…透镜，L16…透镜，200…灯管，201…反射器，199…光源，202…紫外线截止滤光镜，203…多透镜方式积分镜，203a…第一多透镜元件，203b…第二多透镜元件，204…偏振变换元件，215…光轴，206a、206b、206c、206d…反射镜，207a、207b…分色镜，208a、208b、208c…重叠透镜，205、209、210…场透镜

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式中的最佳方式。其中，在各图中，对于具有共同功能的要素附加相同符号表示，并且对于已说明过一次的要素，在之后省略其说明。

图1是作为本发明的实施方式之一的背投方式的投影板装置的正视图，投影面的纵横比为16∶9，横向较长。采用在透过型屏幕130的支撑框111下部的收纳部114中收纳投影型影像显示装置主体101的结构。投影型影像显示装置101是反射镜一体型结构，以使从主体到作为投影面的透过型屏幕130的距离尽可能缩短。

放大影像光被与透过型屏幕130大致平行地配置的光路折返镜117折返，从透过型屏幕130的背面入射并扩散，向观看侧出射。

光路折返镜117相对地面直立，所以不会因自重而挠曲，不会使影像产生变形。

在投影板装置上部设置有视野角较广的监视用摄像机153、通常的摄像机152和指向性较强的麦克风151。在将本发明的一个实施方式的投影板装置用作电视会议系统的情况下，优选按照能够监视会议中的发言者的发言内容和姿态的方式对摄像机152和定向麦克风151设置能够上下左右旋转的保持机构。在透过型屏幕下部设置加固部件1(图中110)和加固部件2(图中115)，连结屏幕脚部113，由此成为提高投影板装置的机械强度的结构，通过在屏幕脚部113的底面设置移动用的脚轮116来实现能够易于移动的投影板。

接着，用图11和图12说明通过监视用摄像机153和通常的摄像机152得到的影像的显示方法。图11是本发明的一个实施方式中的向投影板装置的投影面配置投影影像的示意图。演示用的影像显示在主要的区域A中，来自监视用摄像机153的影像显示在区域B，来自通常的摄像机152的影像显示在区域C。通过使通常摄像机152具有变焦功能，能够将会议等中的发言者放大放映。此外，监视用的摄像机153按照取得会议室或教室等的全景的影像的方式设定，在不使用投影板装置时也工作，并将得到的影像通过LAN线路等一直发送，通过在其它的场所进行监视，能够得到防盗效果。可以在区域D中显示电视会议的对方会场的全景。另外，可以在区域E中将定向麦克风151收集的声音变换为文字进行显示。当然该A～E中显示的影像也能够通过选择切换而进行全屏显示或者变更显示位置。

以上所述的来自摄像机的影像信号如图12所示以与演示用的主影像信号相加的形式供给到影像显示元件。为了高品质地显示上述影像，影像显示元件的分辨率在纵横比4∶3的情况下需要为XGA(1024×768像素)以上，在16∶9横向较长的纵横比的情况下需要为宽XGA(1280×800像素)以上。此外，影像显示元件的有效显示区域优选为对角线尺寸1.3英寸以下。如果超过该尺寸则投影型影像显示装置的外形尺寸会变得非常大，与本发明的一个实施方式的投影板装置的结合性会显著恶化。

此外，为了使投影板装置紧凑化，只要将投影透镜中的配置在距离投影面最近的位置上的透镜与上述投影面的间隔L尽量缩短即可，若相对投影画面的对角尺寸D为60％以下，则能够实现实用上没有问题的范围的紧凑的装置，但如果是50％以下则更好。

图2是图1所示的本发明的一个实施例的侧视图。为了不使外部光入射到影像光中导致画质降低，采用在光路折返镜117与透过型屏幕130之间设置后盖118遮挡外部光的结构。另外，采用通过握住把手119上下移动而使除屏幕脚部113以外的主体部分上下可动的结构。其结果为，在会议室或教室中移动使用本发明的一个实施方式的投影板装置的情况下，按照将上述主体部分降到最下端的状态下投影板的高度在1800mm以下的方式进行设计，由此能够通过大多数房间的入口部分。

图3作为实现能够应用于本发明的投影板装置中的斜投影光学系统的投影透镜的一个例子，表示结构图示于图27、透镜数据示于图28的投影透镜和光路折返镜117以及透过型屏幕130的配置。形成投影透镜的光轴平移量较大、光路折返镜117的下端在投影透镜的反射镜M1的上端的下方的斜投影光学系统的独特的结构。向屏幕外形中心的入射角度为55.6度，对于通常的折射式的透过型屏幕来说反射损失本身较大，屏幕下端和上端处的入射角差异较大，反射损失随屏幕的部位而不同，从观看侧观看屏幕时亮度变的不均匀。因此，如后所述，本发明的一个实施方式的投影板装置中需要新的结构的透过型屏幕。

图4作为实现能够应用于本发明的投影板装置中的斜投影光学系统的投影透镜的一个例子，表示结构图示于图27、透镜数据示于图28的投影透镜的透镜配置和光线追踪结果的ZY平面的截面图。形成反射镜M1的倾斜度的上限和下限大为不同的自由曲面形状。此外，后文中将详细说明透镜结构。

图5是作为本发明的第二实施方式的背投方式的投影板装置的正视图，与图1的不同之处在于投影面的纵横比为4∶3。构成的部件和各自的作用是共同的，所以此处省略说明。

图6是作为本发明的第三实施方式的背投方式的投影板装置的正视图，与图1的不同之处在于投影型影像显示装置主体101配置为从作为显示面的透过型屏幕130的外形中心平移。(以下记为旁投影)通过图9说明在实现斜投影光学系统的投影透镜中用于实现上述配置的具体技术手段。图9的区域A表示构成斜投影光学系统的投影透镜的物面有效区域，该斜投影光学系统是本发明的一个实施方式的投影板装置所具备的。另一方面，该图区域B表示本发明的一个实施方式中的投影型影像显示装置中使用的影像显示元件的有效影像显示区域。

区域A与区域B的面积或对角线尺寸的比例B/A越小，越能够在投影透镜的物面有效区域内的任意位置布局影像显示元件，所以使用该光学系统的投影型影像显示装置的设置场所的自由度提高。但是，如果使投影透镜的物面有效区域过分地增大，则需要透镜的大口径化，引起系统整体的成本上升，所以在发明人的模拟中在实用上25％左右为下限。此外，为了将投影型影像显示装置主体101从透过型屏幕130的外形中心平移到不会阻碍演示者的站立位置的范围内配置，上述比例B/A最低也需要为80％，如果是70％以下则更能提高布局的自由度。

图7是作为本发明的第四实施方式的背投方式的投影板装置的正视图，与图1的不同之处在于同时设置有两台投影型影像显示装置主体101a、101b。此外，按照向透过型屏幕的垂直方向入射角度相同的方式将两台投影型影像显示装置主体101a、101b并列设置在画面水平方向上，由此能够同时投影2个画面。此时，构成可以采用的两台投影型影像显示装置各自的斜投影光学系统的投影透镜的物面有效区域(区域A)与影像显示元件的有效影像显示区域(区域B)和(区域C)的关系通过图10说明。

相对构成斜投影光学系统的投影透镜的物面有效区域(区域A)，本发明的一个实施方式中的一个投影型影像显示装置中的影像显示元件的有效影像显示区域(区域B)固定在如图所示的位置，另一个投影型影像显示装置的影像显示元件的有效影像显示区域(区域C)也固定在如图所示的位置，由此在作为投影面的屏幕上，两台的影像不重合，所以能够使水平分辨率变为两倍，能够显示更加清晰的影像。另一方面，通过投影相同的影像并将上述区域B和区域C设定在屏幕上重合的位置(未图示)，能够得到将两台投影型影像显示装置各自相加的光束量的亮度，其中，该斜投影光学系统构成本发明的一个实施方式的投影板装置。

区域B和区域C的面积或对角线尺寸相对上述区域A的比例B/A、C/A越小，越能够在投影透镜的物面有效区域内的任意位置布局影像显示元件，所以相对于重合的放大影像的投影型影像显示装置的设置场所的自由度提高。但是，如果过分增大投影透镜的物面有效区域，则需要透镜的大口径化，引起系统整体的成本上升，所以在发明人的模拟中在实用上40％左右为下限。此外，为了使投影型影像显示装置主体101从透过型屏幕130的外形中心平移并配置两台，比例B/A和C/A最低也需要在90％以下。

图8是作为本发明的第五实施方式的反射方式的投影板装置的正视图，与图7的不同点在于在反射式屏幕的上部通过支撑臂170a、170b同时设置两台投影型影像显示装置主体101a、101b。与图7所示的实施例同样地，按照向反射方式的屏幕的垂直方向入射角度相同的方式将两台投影型影像显示装置主体101a、101b并列设置在画面水平方向上。其结果为，能够同时投影2个画面。构成两台投影型影像显示装置中的斜投影光学系统的投影透镜的物面有效区域(区域A)与影像显示元件的有效影像显示区域(区域B)和(区域C)的关系与图7所示的本发明的第四实施例相同，所以省略说明。

接着用图13至图15说明本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的作用。图13是本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的示意图。在影像光入射侧即投影型影像显示装置一侧，截面形状成为在画面垂直方向连续设置有形状随着画面垂直方向的位置变化而变化的菲涅尔透镜的形状，并且上述菲涅尔透镜的画面垂直方向的截面由利用折射作用使影像光向影像观看侧出射的透镜区域(以下记为透镜区域1)和通过使影像光全反射而向影像观看侧出射的透镜区域(以下记为透镜区域2)形成，成为上述透镜区域1和透镜区域2的比例从画面下端向上端变化的形状。即，意味着区域134A、134B、134C中比例各不相同，但根据本发明的一个实施方式的投影板装置所应用的斜投影光学系统的向屏幕入射的角度，区域134A中有可能几乎不存在透镜区域1。在线性菲涅尔透镜的屏幕观看侧采用具备菲涅尔片基材132的结构，该菲涅尔片基材132设置有包含扩散材料的扩散层133和用于防止观看侧面受损的硬化表面层(硬膜层)131。

图14是示意性地表示本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的结构的垂直方向截面图，屏幕下端(区域134A)为折射式的菲涅尔透镜，屏幕中央(区域134B)中透镜区域2的比例较大，屏幕上端部(区域134C)仅有透镜区域2。但是，如上所述，向屏幕入射的角度随着本发明的一个实施方式的投影板装置所应用的斜投影光学系统的投影透镜的平移量和投影距离的不同而变化，所以需要与之相应地优化该比例。例如，在线性菲涅尔的透镜部的折射率为1.5的情况下，光线发生全反射的入射角为41.8度以上，所以通过以线性菲涅尔透镜的角度和光线入射角作为参数，能够利用几何光学容易地得到用于使反射后的光线与屏幕面垂直地出射的设计。线性菲涅尔透镜设置在片状的菲涅尔基材134上，通过粘合层135与包含扩散材料的扩散层接合或粘合。另外，扩散层133与屏幕片基材132粘合或接合。另外，在菲涅尔片基材132的观看侧面设置用于防止损伤的硬化表面层(硬膜层)131。

图15是示意性地表示本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的结构的垂直方向截面图，表示影像光线的光线追踪结果。屏幕下端(区域134A)由折射式的菲涅尔透镜构成，屏幕中央(区域134B)中透镜区域2的比例变大，屏幕上端部(区域134C)仅有透镜区域2。入射到屏幕下端部的区域134A的影像光线R1-1和R1-2，在菲涅尔透镜的入射面L141上折射成为大致平行光并入射到扩散层133，因扩散材料的作用而在垂直、水平方向上扩散。

本实施方式中为了便于说明，在菲涅尔透镜L141的透镜区域a1中使整个面都为折射式的透镜面，但根据影像光线向屏幕入射的角度的不同，在屏幕下端部的区域中有时也如该图屏幕中央(区域134B)所示，折射面a1和全反射面a3以一定比例存在，其中，影像光线向屏幕入射的角度由投影板装置所应用的斜投影光学系统的投影透镜的平移量和投影距离决定。

入射到屏幕中央部的区域134B的影像光线R2-2，在折射式的透镜面上折射成为大致平行光并入射到扩散层133，因扩散材料的作用而在垂直、水平方向扩散。另一方面，R2-1从透镜面L143入射，在全反射菲涅尔透镜面L144上全反射成为大致平行光并入射到扩散层133，因扩散材料的作用而在垂直、水平方向扩散。此时产生的反射损失在全反射面上大致为零，但在折射面上因为入射角度较大所以可能为10％以上。因此，为了使该反射损失在屏幕整体上均匀，优选以屏幕画面垂直方向的位置和影像光的入射角度作为参数优化设计该图中的a1与a2的比例。

图15所示的实施方式中为了便于说明而如屏幕中央(区域134B)所示，表示折射面a1和全反射面a3以规定的比例存在，但根据影像光线向屏幕入射的角度，在屏幕中央部的区域中也可能如L143和L144所示使所有的菲涅尔透镜面都是全反射方式，其中，影像光线向屏幕入射的角度由投影板装置所应用的斜投影光学系统的投影透镜的平移量和投影距离决定。另一方面，通过在屏幕上端部(区域134C)中使菲涅尔透镜面L145为全反射方式，则即使影像光向屏幕的入射角度较大也能够无损失地使影像光线向观看侧出射。

用图36说明上述本发明的一个实施方式中的透过型屏幕的制造方法和结构。图36中，使用片材送出机301将卷成辊状的菲涅尔片基材303以平坦的状态送出。此时在片材表面的一面上涂敷用紫外线或可见光或电子射线硬化的树脂，通过线性菲涅尔成型辊305成型为菲涅尔透镜形状，利用来自硬化用(紫外线或可见光或电子射线)照射装置(灯)的光的照射来硬化。此外在另一面上用粘合(接合)剂涂敷辊306涂敷粘合剂，另一方面屏幕基材132通过挤压成型机309成型，之后在一个表面上形成扩散层并通过扩散层压接辊310压接固定在屏幕基材132上。将以上所述的2种片材通过菲涅尔片压接辊303粘合(接合)而一体化后裁剪为必要尺寸。此时，因为菲涅尔片基材303以卷成辊的状态收纳，所以厚度优选500μm以下，若考虑影像光的模糊量则更优选300μm以下。作为材质，有高透过率的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯等候选，但考虑尺寸稳定性则优选聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯等低吸湿材料。此外作为屏幕基材，优选透过率较高的丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯等，厚度按屏幕尺寸而不同，根据计测在用手指按压的情况下凹陷的量的实验验证，当屏幕对角线尺寸D与屏幕基材的厚度t的比例t/D为0.25％以下时，机械强度不足，用手指按压屏幕时挠曲较大，而超过0.5％时则质量变大，产生提高投影板装置的机械强度的需要，引起成本上升。此外为了减轻外部光引起的对比度降低，只要使用降低了对可见光的透过率的基材作为屏幕基材即可。这是因为，外部光入射进屏幕并被扩散材料扩散而再次向观看侧出射所以两次通过屏幕基材，而相对的，影像光仅通过一次，外部光的衰减与吸收率(1-(基材的透过率+表面反射率))的平方成比例。发明人根据透过型屏幕的屏幕增益Gs(出射光的亮度与入射光照度的比例)与透过率Ts的关系，通过实验求得为了获得良好的对比度性能只要满足以下条件式的范围即可。

0.6＜Gs＜2.0    0.3＜Ts＜1.0

以上所述的本发明的一个实施方式中的屏幕130为单片结构，设置在影像光入射面的线性菲涅尔(一部分也有全反射区域和菲涅尔区域混合存在的情况)透镜能够用滚轧成型来连续地大量生产，所以与现有技术的两片结构且菲涅尔透镜片为圆形菲涅尔方式的菲涅尔透镜成型方法即用模具个别成型的方式相比，量产性大幅提高，能够降低成本。

图16是说明将本发明的一个实施方式中的透过型屏幕130与具备斜投影光学系统的投影型影像显示装置101组合的情况下的透过型屏幕130的作用的示意图。透过型屏幕纵横比为16∶9的横向较长型，为了便于说明省略了光路折返镜。本发明的投影型影像显示装置101通过采用斜投影光学系统来按照投影像中不会出现反射镜102的影子的方式实现较大的光轴平移。例如对于后述的本发明的第一实施例的投影透镜(结构图示于图23，光线追踪结果示于图24，透镜数据示于图25(a)(b))，在影像显示元件的有效影像显示区域为对角线尺寸0.59英寸的横向较长宽画面的情况下，A2∶A1的比为10∶-2.5。在投影影像的对角线尺寸为80英寸的情况下，如图24所示，将平面镜M1的下端配置在距离L16透镜30mm的位置上，则从平面镜M1到透过型屏幕130的距离为855mm，所以A1为249mm，A2为996mm。设没有平面镜M1的影像光的翻倍(跳ね上げ)效果(反射镜上反射前后的光线角度的变化为反射镜倾角的二倍)，几何上求取向透过型屏幕130下端的影像光入射角，则影像光入射角θ₁为16.2度。同样的，屏幕中央的影像光入射角θ₂为41.1度，在屏幕上段影像光入射角θ₃为55.5度，作为屏幕基材的一般的树脂的折射率为1.5时，反射中S偏振光的反射为14％。而条件最严格的上端角部处为60.8度，S偏振光的反射为18％。

因此，本发明的一个实施方式中的透过型屏幕中，在屏幕下端部的区域中也如图15的屏幕中央(区域134B)所示将折射面a1和全反射面a3以规定的比例设定，采用下述设计，即，向着屏幕上端去，使全反射菲涅尔透镜面L的比例增加，由此抑制反射损失。

作为本发明的实施例的透过型屏幕是单片结构，在影像光的入射侧，该透过型屏幕的截面形状成为在画面垂直方向连续设置有形状随着画面垂直方向的位置变化而变化的菲涅尔透镜的形状，所以水平方向上菲涅尔透镜不起作用。因此为了控制屏幕整个面上的明亮度的均匀性，重点是扩散层中设置的扩散材料的选择和能够获得的扩散特性。发明人试制了数种扩散特性不同的透过型屏幕，如图21所示地以观看角度θ为参数实测了画面中心的亮度变化，并同时对画面整体的明亮度的变化进行了感官评价。结果表示在图22中，对于接近完全扩散面的特性的试制品1(屏幕增益0.6)和试制品1(屏幕增益0.9)，即使从倾斜方向目视评价画面整体的亮度也能得到实用上完全没有问题的特性。此外，对于试制品4(屏幕增益2.5)，在观看角度为50度以上时距离观看方向较远的屏幕部分的亮度下降明显，实用上存在问题。因此试制了屏幕增益为2.0的试制品3进行同样评价，得到了实用水平的特性。

图17是用于说明将作为本发明的第二实施例的透过型屏幕130与具备斜投影光学系统的投影型影像显示装置101组合的情况下的透过型屏幕130的作用的示意图。与图16所示的作为本发明的第一实施例的透过型屏幕的不同之处在于纵横比为4∶3，图17中为了便于说明也省略了光路折返镜。本发明的一个实施方式中的投影型影像显示装置101通过采用斜投影光学系统来按照投影像中不会出现反射镜102的影子的方式实现较大的光轴平移。例如对于后述的本发明的第二实施例的投影透镜(结构图示于图27，透镜数据示于图28(a)(b))，在影像显示元件的有效影像显示区域为对角线尺寸0.63英寸的情况下，A4∶A3的比为10∶-2.3。在投影影像的对角线尺寸为80英寸的情况下，反射镜M2到透过型屏幕130的距离为882mm，与实施例同样设没有反射镜M2的影像光的翻倍效果(反射镜上反射前后的光线角度的变化为反射镜倾角的二倍)，几何上求取向透过型屏幕130下端的影像光入射角，则A3为280mm，A4为1218mm，影像光入射角θ₁为17.6度。同样的，屏幕中央的影像光入射角θ₂为45.2度，在屏幕上段影像光入射角θ₃为59.5度，作为屏幕基材的一般的树脂的折射率为1.5时，反射中S偏振光的反射为18％。而条件最严格的上端角部处为62.6度，S偏振光的反射为20％。以上在几何学上求得了入射角度，但若实施光线追踪并考虑反射镜M2的翻倍效果，则本实施例中屏幕上端角部的入射角度为69度。

发明人与第一实施例同样地试制了数种扩散特性不同的透过型屏幕，以观看角度θ为参数实测了画面中心的亮度变化，同时也对画面整体的明亮度的变化进行了感官评价。结果表示在图22中，对于接近完全扩散面的特性的试制品1(屏幕增益0.6)和试制品1(屏幕增益0.9)，即使从倾斜方向目视评价画面整体的明亮度也能获得实用上完全没有问题的特性。此外，对于试制品4(屏幕增益2.5)，当观看角度在55度以上时，距离观看方向较远的屏幕部分的亮度下降明显，实用上存在问题。因此试制了屏幕增益为2.0的试制品3并进行同样的评价，得到了实用水平的特性。

同样的，对于本发明的第三实施例的投影透镜(结构未图示，透镜数据示于图30(a)(b))，在影像显示元件的有效影像显示区域为对角线尺寸0.63英寸的情况下，A4∶A3的比为10∶-2.3。另外，对于第四实施例的投影透镜(结构示于图31，透镜数据示于图32(a)(b))，在影像显示元件的有效影像显示区域为对角线尺寸0.63英寸的情况下A4∶A3的比为10∶-2.3。以上所述的本发明的实施例的从配置在距离投影面最近的位置上的透镜到投影面的距离L与投影像的对角线尺寸(投影画面尺寸)D的比例(D/L)在80英寸投影(对角线2032mm)时存在以下关系：

第一实施例为    2032/885.6＝2.29

第二实施例为    2032/1001.9＝2.03

第三实施例为    2032/1138＝1.79

第四实施例为    2032/1107.4＝1.83

如果上述比例(D/L)在1.75以上，则能够通过在投影透镜与投影面之间配置光路折返镜来实现充分紧凑的投影板装置。

另一方面，为了提高屏幕画面明亮度的均匀性，除上述透过型屏幕的扩散特性外，提高投影透镜的周边光量比也是重要的因素。

图19是表示构成本发明的一个实施方式中的斜投影光学系统的投影透镜的出瞳330与作为投影面的透过型屏幕130的位置关系的示意图。本发明的一个实施方式中的投影透镜如上所述具有规定的平移量(A₀₂∶A₀₁)，令投影透镜的虚拟的光轴中心P₀的相对像高为0％，屏幕上端左右角部的相对像高100％，分别对试制的投影透镜评价虚拟的光轴中心P₀的亮度与从向着屏幕各点的影像光例如R₀～R₄获得的亮度的比例(结果在图20中表示)，与作为本发明的实施例的透过型屏幕的试制品3组合并进行同样的评价，该试制品3的屏幕增益为2.0，在上述明亮度的均匀性评价中评价为实用水平。

正对着透过型屏幕的亮度的整面性(均匀性)在任何一个试制透镜中都没有问题，但在从观看角度超过45度的倾斜方向观看透过型屏幕的情况下，距离观看方向较远的屏幕部分的亮度下降明显，在实用上存在问题。

接着对试制品2和试制品1的投影透镜进行同样的评价，得到了在实用上完全没有问题的水平的明亮度的均匀性。根据以上评价可知，本发明的一个实施方式的斜投影光学系统和透过型屏幕中，为了满足实用水平的明亮度均匀性，只要投影透镜的相对像高为100％处的周边光量比为60％以上即可。

另外，作为本发明的一个实施方式的投影板装置，使用图18说明将本发明的一个实施方式中的透过型屏幕130与多台本发明的一个实施方式中的具备斜投影光学系统的投影型影像显示装置101A、101B组合的情况。透过型屏幕是纵横比为16∶9的横向较长型，为了便于说明，使投影型影像显示装置为两台并省略了光路折返镜。本发明的一个实施方式中的投影型影像显示装置101A和101B通过采用斜投影光学系统来按照投影像中不会出现反射镜102的影子的方式实现较大的光轴平移。例如令影像显示元件的有效影像显示区域为对角线尺寸0.59英寸的横向较长宽画面，投影透镜的物面有效区域的对角线尺寸为0.8英寸的横向较长宽画面，则A₆与A₅的比为10∶-2.6。在投影影像的对角线尺寸为80英寸的情况下，H₂和H₃分别为232mm，H₁和H₄分别为652.7mm，所以能够确保同时设置2台投影型影像显示装置的空间。此时，通过实验得以确认：若使用具有本发明的第一到第四实施例的程度的投影距离的投影透镜，则朝向透过型屏幕外形中心的影像光线的屏幕画面水平方向的角度θ₂θ₁分别为14度左右，所以若是图22所示的试制品3呈现的特性，就能在透过型屏幕的各点上得到实用上没有问题的水平的明亮度的均匀性。此外，为了进一步提高亮度均匀性，只要使用具有试制品2或试制品1的特性的透过型屏幕即可。

接着，用图41说明本发明的投影板装置所使用的投影型影像显示装置的一个例子和将液晶显示元件作为影像显示元件的情况下的照明光学系统的实施例。图41中，光源199由灯管200和反射器201构成。该灯199是高压水银灯的白色灯。此外，反射器201按照从背后侧覆盖灯200的方式配置，例如是具有旋转抛物面形状的反射面的反射器，具有圆形或者多边形的出射开口。从该灯管200射出的光被具有旋转抛物面形状的反射面的反射器201反射，成为与光轴215大致平行的光束并射出。从光源199射出的光入射到多透镜方式的积分镜。

如上所述，多透镜方式积分镜203由第一多透镜元件203a和第二多透镜元件203b构成。其中，第一多透镜203a的透镜单元形状具有从光轴215方向看来与液晶面板222a、222b、222c大致相似的矩形形状，多个透镜单元通过矩阵状设置而形成，将从光源入射的光用多个透镜单元分割为多束光，由此高效地按照通过第二多透镜元件203b和偏振变换元件204的方式引导。即，第一多透镜元件203a按照灯管200与第二多透镜元件203b的各透镜单元在光学上为共轭的关系的方式设计。

第二多透镜元件203b的透镜单元形状与第一多透镜元件203a同样，从光轴215方向看为矩形形状，并且具有多个透镜单元以矩阵状设置的结构，构成该透镜元件的透镜单元，分别与重叠透镜208a、208b、208c一同将对应的第一多透镜元件203a的透镜单元形状投影(映射)到液晶面板222a、222b、222c上。该过程中，由于偏振变换元件204的作用，来自第二多透镜元件203b的光均为规定的偏光方向。同时，第一多透镜元件203a的各透镜单元的投影像，分别因重叠透镜208a、208b、208c的作用而重叠，由此，分别对应的液晶面板222a、222b、222c上的光量分布相同。

最后用附图说明实现本发明的投影板装置的斜投影光学系统所使用的投影透镜的实施例。

首先，图23是表示上述投影光学系统中使用的投影透镜的基本结构的截面图，以XYZ正交坐标系中的YZ截面表示该光学系统的结构。此处，为了便于说明投影光学系统，将作为影像显示面即液晶面板222(未图示)的物点P0和正交棱镜111表示在左侧，将投影面表示在右侧。本实施例对应图25(a)(b)所示的透镜数据，所以配置在距离投影面最近的位置上的透镜L16为塑料的非球面透镜形状，如图24所示，配置在影像光束所通过的透镜的有效区域不包含光轴11的位置上，由此能够单独用L16的透镜形状来控制在画面周边成像的光束，实现对因倾斜投影产生的梯形变形和超广角化引起的像差(特别是高次的彗差和像散)的校正，这里，光轴11为构成斜投影光学系统的多片透镜所共有。此外，如果使L16的透镜形状成为与影像显示面有效区域的纵横比(aspect)大致相等的长方形或者与影像光束所通过的区域一致的梯形形状，则也具有遮挡使成像性能降低的不需要的光的效果。

另一方面，L3和L11也是塑料制的非球面透镜，但各透镜配置在影像光束所通过的透镜的有效区域包含光轴11的位置上，所以是相对光轴11对称的非球面形状，这里，光轴11为构成斜投影光学系统的多片透镜所共有。用于实现本实施例的斜投影光学系统的投影透镜为玻璃13片、塑料3片的16片结构，在变更投影距离使放大率变化的情况下，使L15和L16同时移动来进行聚焦调整。

在图27～图32所示的实施例中，XYZ正交坐标系的原点是通过利用影像信号调制照明光束而显示影像的液晶面板222(未图示)的显示画面的中央，在图中用P0表示。Z轴与影像显示用液晶面板222(未图示)的法线平行。Y轴与影像显示用液晶面板222(未图示)的显示画面的短边平行，等于影像显示用液晶面板222(未图示)的纵向(上下)方向。X轴与影像显示用液晶面板222(未图示)的显示画面的长边平行，等于影像显示用液晶面板222的横向(左右)方向。此外，附图27和图31是作为构成投影型影像显示装置的斜投影光学系统的其他实施例的投影透镜的YZ和XZ截面图。

实现作为本发明的第一实施例的斜投影光学系统的投影透镜中，图23所示的投影透镜的透镜数据中与球面类相关的数据表示在图25(a)中，与非球面类相关的数据表示在图25(b)中。另外，在图26中表示的是，在将影像显示用液晶面板的有效影像显示范围为0.59英寸的横向较长宽画面影像放大投影为80英寸的情况下，在投影面上得到的像的光斑形状。

此外，将实现作为第二实施例的斜投影光学系统的投影透镜的截面图表示在图27中，透镜数据中与球面类和非球面类相关的数据表示在图28(a)中，与自由曲面类相关的数据表示在图28(b)中。另外，在图29中表示的是，在将影像显示用液晶面板的有效影像显示范围为0.63英寸的影像放大投影为80英寸的情况下，在投影面上得到的像的光斑形状。

同样的，实现作为第三实施例的斜投影光学系统的投影透镜的透镜数据中，与球面类和非球面类相关的数据表示在图30(a)中，与自由曲面类相关的数据表示在图30(b)中。

同样的，将实现作为第四实施例的斜投影光学系统的投影透镜的截面图表示在图31中，此时能够取得的与球面类和非球面类相关的数据表示在图32(a)中，与自由曲面类相关的数据表示在图32(b)中。另外，在图33中表示的是，在将影像显示用液晶面板的有效影像显示范围为0.63英寸的影像放大投影为80英寸的情况下，在投影面上得到的像的光斑形状。

各实施例中的投影画面的垂直尺寸Dv与影像显示位置距离光轴的平移量的关系为：

第一实施例为    10∶-2.5

第二实施例为    10∶-2.3

第三实施例为    10∶-2.3

第四实施例为    10∶-2.3

在实现本发明中能够得到的斜投影光学系统的投影透镜中，如上所述相对影像垂直方向尺寸Dv能够使平移量S1为20％以上。进而，投影画面的对角线尺寸D与从配置于距离投影面最近的位置上的透镜到投影面的距离L的比例(D/L)在80英寸投影(对角线2032mm)时存在以下关系：

第一实施例为    2032/885.6＝2.29

第二实施例为    2032/1001.9＝2.03

第三实施例为    2032/1138＝1.79

第四实施例为    2032/1107.4＝1.83

只要上述比例(D/L)为1.75以上就能够通过在投影透镜与投影面之间配置光路折返镜来实现充分紧凑的投影板装置。

另一方面，第一实施例中如图24所示能够实现具备光路折返用平面镜M1的投影型影像装置，所以具有下述较大的优点，即，可以用较少的设置空间得到大画面、演示者不会直接看到投影型影像显示装置的影像光等。

接着，关于实现作为本发明的实施例的斜投影光学系统的投影透镜的像差校正的机制和透镜数据的具体的理解法，使用图25(a)(b)所示的透镜数据对图23所示结构的实施例1的投影透镜进行说明。整体来说是3组结构的透镜，从投影面(屏幕)一侧起按照顺序，L16～L12构成第三组，L16～L13都是作为凹透镜的远心透镜结构，同时为了降低倍率色差而配置使用阿贝数较小的玻璃材料的凸透镜作为L12。另外，通过将L16如图24所示配置在不包含光轴11的位置上，使其成为能够单独用L16的透镜形状来控制在画面周边成像的光束的强非球面形状，实现对因倾斜投影而产生的梯形变形和超广角化引起的像差(特别是高次的彗差和像散)的校正，其中，光轴11为构成斜投影光学系统的多片透镜所共有。此时，L16的透镜外形形状因上述原因不需要为关于光轴对称的圆形状，能够为与影像显示面有效区域的纵横比(aspect)大致相等的长方形或者与影像光束所通过的区域一致的梯形形状。因此，也具有遮挡使成像性能降低的不需要的光的效果。

此外，L11～L9构成第二组，L11是具有弱的负折射能力的具有强非球面形状的透镜，对因通过远离光轴的位置的与光轴大致平行的光束产生的球差和低次的彗差进行校正，L10和L9是具有正折射能力的玻璃透镜，分担投影透镜的折射能力的一部分，并且L9是在投影面(屏幕)一侧为凸的凹凸透镜(meniscus)形状，抑制彗差和像散的产生。

最后，L8～L1构成第一组，通过使L8和L7的双合透镜和L6～L4的三合透镜具有负折射能力，使其具有更强的远心性。另外，使L3为具有强非球面形状的透镜，对因通过远离光轴的位置的与光轴倾斜的光束而产生的环形彗差(輪带コマ収差)进行校正，由此即使投影透镜整体上倾斜投影也能抑制变形，实现图26中光斑像所示的良好的聚焦性能。

本发明的第二至第四实施例中所示的投影透镜，通过使用与第一实施例中使用的非球面透镜相比设计自由度更高的自由曲面透镜，而以更少的透镜片数实现良好的像差校正。图27所示的第二实施例(透镜数据为图28)采用自由曲面形状的反射镜M2和6片玻璃透镜、4片塑料透镜的10片结构，塑料透镜中L2和L6为非球面透镜，L9和L10为自由曲面透镜。此外，图31所示的第四实施例采用自由曲面形状的反射镜M2和6片玻璃透镜、4片塑料透镜的10片结构，塑料透镜中L2和L6为非球面透镜，L9和L10为自由曲面透镜。

第二实施例中，通过如图27的YZ截面所示地将L9和L10配置在不包含多片透镜所共有的光轴11的位置上，能够单独用L9、L10的透镜形状来控制在画面周边成像的光束，使其成为像差校正能力更高的自由曲面形状，进而使反射镜M2也为自由曲面，由此实现对倾斜投影产生的梯形变形和超广角化引起的像差(特别是高次的彗差和像散)的校正，结果如图29中光斑像所示，实现良好的像差校正。

同样，第三实施例(透镜数据为图30)采用自由曲面形状的反射镜M2和8片玻璃透镜、4片塑料透镜的12片结构，塑料透镜中L2和L8是非球面透镜，L11和L12是自由曲面透镜。第三实施例中，虽然未图示，但通过将L11和L12配置在不包含多片透镜所共有的光轴11的位置上，能够单独用L11和L12的透镜形状来控制在画面周边成像的光束，使其成为像差校正能力更高的自由曲面形状，进而使反射镜M2也为自由曲面，由此实现对因倾斜投影发生的梯形变形和超广角化引起的像差(特别是高次的彗差和像散)的校正。

最后，第四实施例如图31所示，与第二实施例的不同在于，在第一组中增加L6，将第二组的L8分割为L10、L11，增加两片玻璃透镜，减少产生的像差。

如上所述，第四实施例中也如图31的YZ截面所示将L12和L13配置在不包含多片透镜所共有的光轴11的位置上，由此能够用L12和L13的透镜形状来控制在画面周边成像的光束，使其成为像差校正能力更高的自由曲面形状，进而使反射镜M2也为自由曲面，由此实现对倾斜投影产生的梯形变形和超广角化引起的像差(特别是高次的彗差和像散)的校正，结果如图33中光斑像所示，实现良好的像差校正。

接着，对以上所述的斜投影光学系统，使用图25(a)(b)、图28(a)(b)、图30(a)(b)、图32(a)(b)，举例表示其具体数值进行说明。

首先，图23、图24表示基于图25(a)(b)所示的数值例的本实施方式的投影光学系统的结构，在上述XYZ正交坐标中，图23和图24表示YZ截面上的结构。图23的投影光学系统的结构图在Z轴方向上展开表示，这在图27和图31中也是同样的。

从表示在上述图23的左侧的影像显示面(实施例中为液晶面板)P0射出的光，在包含多个透镜的投影透镜中，首先通过仅由只具有旋转对称形状的面的透镜构成的第一组和第二组。然后，通过包含相对透镜外形中心非旋转对称的非球面透镜L16的第三组，并放大投影到投影面上。

此处，投影透镜的第一组和第二组，全部由具有旋转对称形状的折射面的多个透镜构成，各折射面中4个面为旋转对称的非球面，其他为球面。对于此处使用的旋转对称的非球面，使用每个面上的局部的圆柱坐标系表示为图25(b)的式1(图25(b)中将下述r作为h)，即

此处，r是到光轴的距离，Z表示透镜面形状的垂度。此外，c为顶点处的曲率，k为圆锥常数，A～J为r的幂次项的系数。

此外，图25(a)中以(mm)为单位记载各面的曲率半径。图25(a)中，曲率中心位于面的左侧的情况下用正值表示，相反地情况下用负值表示。此外图25(a)中面间距离表示该透镜面的顶点到下一个透镜面的顶点的距离。对于某个透镜面，若下一个透镜面在图25(a)中位于右侧则面间距离用正值表示，而位于左侧时用负值表示。进而，图25(a)中面编号(9)、面编号(10)、面编号(23)、面编号(24)、面编号(33)、面编号(34)是相对光轴旋转对称的非球面，在图25(a)中，在表中面的编号的旁边记载为非球面用以简单易懂地表示。

旋转对称的非球面的面形状用下述式1(图25(b)中将下述r作为h记载有相同的式子)表示，上述4个非球面的式5的系数表示在表2中。

[式1]

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+A·r^4+B·r^6+C·r^8+D·r^{10}+E·r^{12}+F·r^{14}+G·r^{16}+H·r^{18}+J·r^{20}$

                                            …(式1)

这6个面的非球面的系数表示在以下的图25(b)中。

根据上述图25(b)的表可知，本实施方式中，圆锥系数k为0。倾斜入射引起的梯形变形在倾斜入射的方向上极大地产生，而与其垂直的方向上变形量较小。从而，在倾斜入射的方向和与其垂直的方向上，需要大为不同的功能，通过不使用旋转对称且在全方向上起作用的上述圆锥系数k，能够良好地校正非对称的像差。

其中，上述图25(a)和图25(b)的表中表示的数值记载的是，在将影像显示面即液晶面板的画面上的纵横比16×9、对角线0.59英寸的范围的光调制后的光学像(光学调制像)，以对角线60英寸、80英寸、100英寸放大投影到作为投影面的屏幕上的情况下能够取的值，为了在各尺寸的放大像得到最佳聚焦性能，只要按照使透镜间隔(30)与(34)的值成为图25(b)的下表的面间隔的值的方式平行于光轴地移动L15和L16即可。

图28(a)(b)、图30(a)(b)和图32(a)(b)中记载的透镜数据也以同样的格式记载，但表中所示的数值记载的是，将影像显示面即液晶面板的画面上的纵横比4∶3、对角线0.63英寸的范围的光调制后的光学像(光学调制像)，以对角线60英寸、80英寸、100英寸放大投影到作为投影面的屏幕上的情况下能够取的值，表示为了在各尺寸的放大像得到最佳聚焦性能而变动的透镜间隔。

其中，图28(a)中，非球面系数

$Z=\frac{c·h2}{1+\sqrt{1-(1+K)c2·}h2}+A\times h4+B\times h6+C\times h8+D\times h10+E\times h12+F\times h14+G\times h16+H\times h18+J\times h20$

图28(b)中，自由曲面系数

$z=\frac{c·(x^2+y^2)}{1+\sqrt{1-(1+K)·c^2·(x^2+y^2)}}+\mathrm{\Sigma \Sigma Cj}(m,n)·x^m·y^n$

j＝[(m+n)2+m+3n]/2+1

图30(a)中，非球面系数

$Z=\frac{c·h2}{1+\sqrt{1-(1+K)c2·}h2}+A\times h4+B\times h6+C\times h8+D\times h10+E\times h12+F\times h14+G\times h16+H\times h18+J\times h20$

图30(b)中，自由曲面系数

$Z=\frac{c·(x^2+y^2)}{1+\sqrt{1-(1+K)·c^2·(x^2+y^2)}}+\mathrm{\Sigma \Sigma Cj}(m,n)·x^m·y^n$

j＝[(m+n)2+m+3n]/2+1

图32(a)中，非球面系数

$Z=\frac{c·h2}{1+\sqrt{1-(1+K)c2·}h2}+A\times h4+B\times h6+C\times h8+D\times h10+E\times h12+F\times h14+G\times h16+H\times h18+J\times h20$

图32(b)中，自由曲面系数

$Z=\frac{c·(x^2+y^2)}{1+\sqrt{1-(1+K)·c^2·(x^2+y^2)}}+\mathrm{\Sigma \Sigma Cj}(m,n)·x^m·y^n$

j＝[(m+n)2+m+3n]/2+1

此外，图28(a)(b)中面编号(18)、面编号(19)、面编号(20)、面编号(21)是自由曲面透镜的各折射面，面编号(22)是自由曲面镜的反射面，在面编号的旁边附加表示形状的名称。这5个自由曲面的形状用下述式2表示，下述式子中各m、n的值的系数C(m，n)的值表示在图28(b)中。其中，2片自由曲面透镜与反射镜类的自由曲面镜M2共同作用，对因倾斜投影产生的梯形变形进行校正。

[式2]

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{m}{\Sigma }·\underset{n}{\Sigma }(C(m,n)·x^m·y^n)$……(式2)

图28(b)中，将系数的名称和值表示在左右并列的框组中，右侧为系数的值，左侧为名称，括号内以逗号分隔的2组数值表示式2所示的m和n的值。