专利名称：背面投影型投影机及其使用方法
技术领域：
本发明涉及背面投影型投影机、特别是从屏幕投影面后方投影投影光的背面投影型投影机及其使用方法。
背景技术：
图7是模式化表示的以往的背面投影型投影机，特别是设置于游戏装置的背面投影型投影机的剖面图，(a)是直接投影，(b)是通过反射镜投影。
图7(a)中的背面投影型投影机5具有根据图像信息投影调制后的投影光的投影部10、和该投影光被投影的屏幕投影面30(图中以斜线表示)，被投影的投影光的光轴R-S(图中以虚线表示)与屏幕投影面30的法线N-N一致。因此，忠实于图像信息的图像在屏幕投影面30被再现(例如参照专利文献1)。
另外，图7(b)中的背面投影型投影机6具有反射镜20，用反射镜20垂直改变光轴(图中以虚线表示)的方向。即从投影部10平行射出到屏幕投影面30的投影光(光轴R-M)被反射镜20反射成为与屏幕投影面30的法线N-N一致的光轴M-S而投影到屏幕投影面30。还有，40是保持屏幕投影面30的屏幕框，50是设有屏幕框40且容纳未作图示的设备的壳体(例如参照专利文献2)。
专利文献1特开平7-155442号公报(第三页、图1)专利文献2特开平7-155442号公报(第四页、图12)但是，以往的背面投影型投影机5、6为了在屏幕投影面30再现忠实于图像信息的图像，在图像信息由例如长宽比为4∶3或16∶9的长方形液晶板赋与的情况下，实际映出的在屏幕投影面30上的图像(以下称为实际投影范围)成为与液晶板的长宽比相同的长宽比的长方形。
图8是模式化说明以往的背面投影型投影机的实际投影范围的正视图。图中，斜线所示的大致椭圆形的范围EFGH为游戏者可以观看的范围(以下称有效投影范围)。该有效投影范围EFGH根据游戏机有例如矩形、圆形、扇形等种种形状的情况。另一方面，矩形范围TUVW表示从投影部10投影的光的实际投影范围。
还有，为方便说明，由于屏幕投影面30设置于与有效投影范围EFGH相等的范围内，所以实际映出的光(实际投影范围TUVW)也投影到保持屏幕投影面30的屏幕框40上。另一方面，在屏幕投影面30足够大的情况下，实际投影范围TUVW的全域在屏幕投影面30内，其中一部分可以观看。
此时，由于有效投影范围EFGH被限定于实际投影范围TUVW的一部分，所以即使游戏者不能观看到从实际投影范围TUVW中除去有效投影范围EFGH的除去中间部分的矩形范围(以下称无效投影范围)，由于与有效投影范围EFGH同样被光照射，所以存在着实际上有效范围的光的利用率下降的问题。
另外，由于为了将垂直方向的有效投影高度E-G收容到实际投影范围内，在水平方向上有必要将实际投影宽度放大到图中Q-Q所示的宽度，所以实际投影宽度Q-Q相对于有效投影宽度F-H放大为必要范围以上(相对于有效投影宽度F-H的实际投影宽度Q-Q的比率大)。即，存在着图像过于放大而投影距离延长，装置大型化的问题。
发明内容
本发明为解决这样的问题，以提供在使无效投影范围变窄提高光的利用率的同时，缩短投影距离使装置的小型化成为可能的背面投影型投影机为目的。
本发明的背面投影型投影机是具有投影根据图像信息调制的投影光的投影部、和该投影光被投影的屏幕投影面的背面投影型投影机，其特征在于根据前述屏幕投影面的形状使投影于前述屏幕投影面的投影光的光轴相对于前述屏幕投影面的法线倾斜。
这样，投影于屏幕投影面的图像在倾斜方向上被延长。因此，屏幕投影面(相当于实际投影范围)的长宽比不会被限定于液晶板的长宽比，可以在比收容屏幕投影面小的范围内投影图像。所以，减少了无效投影范围提高了光的利用率，可以提高投影的图像的照度或降低照明装置的容量。另外，由于投影倍率下降，所以光路缩短装置变小。
另外，本发明的背面投影型投影机的特征在于具有配置于前述屏幕投影面的后方，反射从前述投影部投影的投影光的反射镜。这样，只要变更反射镜的设置方位，被投影的光的实际投影范围就会与屏幕投影面的形状相对应。另外，由于投影光的光路曲折为V字状，所以装置变小。
另外，本发明的背面投影型投影机的特征在于前述投影部配置于前述屏幕投影面的下方侧，前述投影光从该投影部通过前述反射镜投影于前述屏幕投影面。这样，投影部配置于被屏幕投影面与反射镜相夹的范围内，装置的纵深(前后方向的厚度)变薄。
另外，本发明的背面投影型投影机的特征在于将前述图像信息变换为施加校正由前述倾斜投影产生的图像畸变的处理后的虚拟图像信息。这样，实际在屏幕投影面映出的图像没有图像畸变。
进而，本发明的背面投影型投影机的特征在于前述虚拟图像信息的变换伴随前述倾斜使投影光的光路从变长的范围向着变短的范围，使形成前述图像信息的液晶板上的象素的宽度逐渐变窄。这样，在液晶板上形成梯形校正后的虚拟图像。
进而，本发明的背面投影型投影机的的使用方法的特征在于用前述的任意一种背面投影型投影机将其屏幕投影面作为游戏的显示面使用。这样，可以使用根据游戏用的显示面的形状发挥前述性能的背面投影型投影机。
图1是表示本发明的实施方式的背面投影型投影机的剖面图。
图2是说明背面投影型投影机的实际投影范围的正视图。
图3是说明背面投影型投影机的校正的正视图。
图4是说明背面投影型投影机的校正的正视图。
图5是表示背面投影型投影机的投影部的控制系统的框图。
图6是背面投影型投影机的投影部的构成图。
图7是模式化表示以往的背面投影型投影机的剖面图。
图8是说明以往的背面投影型投影机的实际投影范围的正视图。
标号说明1 背面投影型投影机(直接投影)2 背面投影型投影机(反射投影)10投影部20反射镜30屏幕投影面40屏幕框50壳体100 灯200 凹透镜300 照明光学系统410R、410G、410B 液晶板420 十字分色棱镜600 投影透镜704 图像处理电路705 图像校正电路具体实施方式
以下，参照
本发明的实施方式。还有，各图中同一标号表示同一物或与其相当的物并且省略其中一部分的说明。
(背面投影型投影机)图1是模式化表示本发明的实施方式的背面投影型投影机的剖面图。(a)为直接投影，(b)为通过反射镜投影。
图1(a)中，背面投影机1的投影部10的投影方向相对于屏幕投影面30倾斜。即，被投影的投影光的光轴R-S(途中以虚线表示)相对于屏幕投影面30的法线N-N倾斜预定的角度。该预定的角度(以下称倾斜角度)，是使实际投影范围的长宽比与有效投影范围的长宽比大致相同的角度。即，在有效投影范围纵长的情况下，该倾斜角度变大。
图1(b)中，背面投影型投影机2的投影部10向斜后上方射出的投影光被配置于屏幕投影面30的后方的反射镜20向斜前上方反射，投影于屏幕投影面30。即，从投影部10射出的投影光(光轴R-M)不是与屏幕投影面30平行，另外，反射镜20反射的投影光的光轴R-M不与屏幕投影面30的法线N-N平行。
特别是，背面投影型投影机2的投影部10配置于屏幕投影面30的下方(配置于被屏幕投影面30与反射镜20相夹的纵深的范围内)，一旦从投影部10向后方投影的投影光由反射镜20向前方反射后投影于屏幕投影面30，所以投影光的光轴曲折成V字状，从而背面投影型投影机2的纵深可以变薄。另外，由于具有收容投影部10与屏幕投影面30与反射镜20的壳体50，未作图示的各种设备在前后方向上被收容于厚度薄的壳体50中，所以不仅搬送、保管及设置变得容易，而且保全了投影环境。
图2是模式化说明本发明的实施方式的背面投影型投影机的实际投影范围的正视图。在图2中，如上所述，被投影的投影光的光轴相对于屏幕投影面30的法线倾斜，所以实际投影范围在纵长方向上变形，其长宽比更接近于有效投影范围EFGH(以斜线表示的范围)的长宽比。此时，光路越长越被放大，光路较长的上侧比光路较短的下侧在水平方向上被延长，投影的画面呈现倒置梯形。进而，将实际投影范围保持相似形状缩小(缩短投影部10与屏幕投影面30之间的距离，或降低投影放大率)，变为可以包容有效投影范围EFGH大小的图示的实际投影范围ABCD。
因此，由于实际投影范围ABCD有效地包容有效投影范围EFGH，所以无效投影范围减少光的利用率大幅度改善。另外，由于在水平方向上实际投影宽度P-P接近有效投影宽度F-H(相对于有效投影宽度F-H的实际投影宽度P-P的比率变小)，所以图像不会过于放大，相应地被投影的投影光的光路缩短装置变小。
特别是，在配置反射镜20的情况下，只要变更其配置方位(倾斜角度)，就可以容易地调整实际投影范围ABCD的形状。
还有，以上说明了屏幕投影面30与实际可以观看的范围的有效投影范围EFGH相同的情况，也可以使屏幕投影面30大于有效投影范围EFGH的范围。例如，也可以将具有预定的形状(圆形、扇形、异形等)的开口部的罩添加设置于屏幕投影面30，使从前面侧只能观看该预定的形状的范围的图像(相当于有效投影范围EFGH)。
进而，以上是有效投影范围比液晶板要纵长的情况下，使被投影的投影光的光轴在垂直面内倾斜，但在有效投影范围比液晶板横长的情况下，只要将投影部10配置于屏幕投影面30的侧方、使前述光轴在水平面内倾斜即可。
(图像的畸变的校正)下面，说明伴随相对于屏幕投影面斜向投影而产生的图像的畸变的校正。
图3及图4是分别模式化说明本发明的实施方式的背面投影型投影机的投影画面的校正的正视图。图3为没有该校正的情况，图4为有该校正的情况。
在图3(a)所示的矩形状的液晶板(以实线表示)上形成圆形象素I1J1K1L1(以虚线表示)。此时，矩形状的液晶板的实际投影的范围是梯形状的实际图像范围ABCD，与圆形的象素I1J1K1L1相对应的图像呈现为梨形状的图像I2J2K2L在图3(b)中以虚线表示。
即，投影光的光轴相对于屏幕投影面30倾斜，所以实际图像范围ABCD的整体在垂直方向上延长，进而，在光路比较长的范围(倾斜角度比较大的范围)内在水平方向上放大得多，在光路比较短的范围(倾斜角度比较小的范围)内放大得少。这样，圆形的象素畸变成“梨形”。
图4(a)是在液晶板上形成的“倒置梨形”的虚拟的象素I3J3K3L3。此时，实际投影范围是梯形的实际图像范围ABCD，与倒置梨形象素I3J3K3L3相对应的虚拟的图像呈现为椭圆形I4J4K4L在图4(b)中以虚线表示。
进而，将虚拟图像的椭圆形图像I4J4K4L4在垂直方向上缩小(Scaling)，进行使其收容于实际图像范围ABCD内的校正，另外使其在纵方向上缩小变为圆形图像I5J5K5L参照图4(c)。
因此，通过该校正，在屏幕投影面上得到与圆形象素I1J1K1L1相似的圆形图像I5J5K5L5。即，对要投影这样的校正的原来的图像信息施加虚拟图像信息的变换，通过将该虚拟图像信息通过液晶板，最终在屏幕投影面上投影畸变少的图像。
(投影部的控制系统)图5是表示本发明的实施方式的投影部10的控制系统的框图。该控制系统由灯100、液晶板410R、410G、410B、十字分色棱镜420、投影透镜600、灯驱动电路702、图像处理电路704、图像校正电路705、声音处理电路707、扬声器708、存储器709、数据收发电路711、使用者接口电路714、中央处理控制部715等构成。
灯驱动电路702是为了驱动灯100的，供给给灯100的电压及电流在此最终调整。
图像处理电路704是处理由液晶板410R、410G、410B生成图像所必要的图像信号和控制信号的电路。
图像校正电路705设置于图像处理电路704内，根据前述倾角等的投影条件等将要投影的原来的图像信息变换成虚拟图像信息。
声音处理电路707是为了处理声音信号从扬声器708输出声音的电路。
存储器709存储保持投影部内各种的信息，存储着与投影相关的数据(图像数据、光轴的倾斜角度等)、或其他的数据。
数据收发电路711是从投影部10的外部将与投影相关的数据及其他的数据读入投影部内部的接口电路。从此处被读入的关于液晶板的上述预定的值被送到存储器709存储。还有，如果只是数据的接受则该部分可以是只进行数据的接受的电路。在此，为了能从投影部10向外部设备发出数据，采用数据收发电路711。
使用者接口电路714是为了输入操作投影部10的动作的信号的电路，是接受从安装于投影部10的操作部或从遥控器来的操作信号的电路。
中央处理控制部715适当地与以上说明的各部分(各电路等)相关连实施预定的动作，由CPU和RAM等构成。
(投影部的构成)图6是本发明的实施方式的背面投影型投影机的投影部的构成图。图6的该光学系统备有具有发光管110及反射器120的灯100、具有将从灯100射出的光调整为预定的光的调整装置的照明光学系统300、具有分色镜382、386、反射镜384等的色光分离光学系统380、具有入射侧透镜392、中继透镜396、反射镜394、398的中继光学系统390、与各色光对应的场透镜400、402、404及作为光调制装置的液晶板410R、410G、410B、色光合成光学系统的十字分色棱镜420、投影透镜600。
下面说明上述构成的投影部的作用。灯100是投影部10的照明源，从发光管110的发光部的中心射出的光中向后方的光被反射器120反射向前方射出。从灯100射出的光进入凹透镜200，在此处光的前进方向被调整为与照明光学系统300的光轴基本平行后，入射到构成积分器透镜的第一透镜阵列320的各小透镜321。
第一透镜阵列320将入射光分割为与小透镜321的数目相对应的多个部分光束。从第一透镜阵列320射出的各部分光束入射到构成具有与该各小透镜321分别对应的小透镜341而构成的积分器透镜的第二透镜阵列340。接着，从第二透镜阵列340的射出光被集中于偏振变换元件阵列360的对应的偏振分离膜(省略图示)的附近。此时，通过遮光板(省略图示)的调整，进入偏振变换元件阵列360的入射光中，光只入射到与偏振分离膜对应的部分。
偏振变换元件阵列360将入射到其内的光束变换成同一种类的直线偏振。接着，由偏振变换元件阵列360偏振方向被调整一致的多个部分光束进入重叠透镜370，在此照射液晶板410R、410G、410B的各部分光束被调整为在对应的液晶板面上重合。
色光分离光学系统380具有第一及第二分色镜382、386，具有将从照明光学系统射出的光分离为红、绿、蓝的三色的色光的功能。第一分色镜382使从重叠透镜370射出的光中的红色光成分透射的同时，将蓝色光成分和绿色光成分反射。透过第一分色镜382的红色光由反射镜384反射，通过场透镜400到达红色光用的液晶板410R。该场透镜400将从重叠透镜370射出的各部分光束变换成相对于其中心轴(主光线)平行的光束。其他的液晶板410G、410B的前面所设的场透镜402、404也起到同样的作用。
进而，由第一分色镜382反射的蓝色光与绿色光中的绿色光由第二分色镜386反射，通过场透镜402到达绿色光用的液晶板410G。另一方面，蓝色光透过第二分色镜386，通过中继光学系统390、即入射侧透镜392、反射镜394、中继透镜396及反射镜398，进而通过场透镜404到达蓝色光用的液晶板410B。
还有，对蓝色光使用中继光学系统390是因为蓝色光的光路长比其他的色光的光路长长，为防止由于光的发散等造成的光的利用率的下降。即，是为了将入射到入射侧透镜392的部分光束以其原有的状态传递到场透镜404。还有，中继光学系统390构成为使三个色光中蓝色光透过，也可以构成为使红色光等的其他的色光透过。
三个液晶板410R、410G、410B按照被给予的图像信息调制入射的各色光从而形成各色光的图像。还有，在三个液晶板410R、410G、410B的光入射面侧、光射出面侧上通常设有偏振板。
从各液晶板410R、410G、410B射出的三色的调制光进入具有作为将这些调制光合成形成彩色图像的色光合成光学系统的功能的十字分色棱镜420。在十字分色棱镜420中，反射红色光的电介质多层膜、反射蓝色光的电介质多层膜、在四个直角的棱镜的界面形成为大致的X字状。由这些电介质多层膜红、绿、蓝的三色的调制光被合成，形成投影彩色图像的调制色合成光。而且，由十字分色棱镜420合成的调制色合成光最后进入投影透镜600，从此作为彩色图像在屏幕上投影显示。
还有，以上举例说明了采用透射型的液晶板的投影部，本发明也可以适用于采用反射型的液晶板的投影部。在此，所谓“透射型”是指液晶板等的光调制装置使光透射的类型。所谓“反射型”是指其将光反射的类型。另外，光调制装置不限于液晶板，也可以是例如采用配置为矩形状的微镜的装置。
权利要求
1.一种背面投影型投影机，是具有投影根据图像信息调制的投影光的投影部、和该投影光被投影的屏幕投影面的背面投影型投影机，其特征在于根据前述屏幕投影面的形状使投影于前述屏幕投影面的投影光的光轴相对于前述屏幕投影面的法线倾斜。
2.如权利要求1中所述的背面投影型投影机，其特征在于具有配置于前述屏幕投影面的后方，反射从前述投影部投影的投影光的反射镜。
3.如权利要求2中所述的背面投影型投影机，其特征在于前述投影部配置于前述屏幕投影面的下方侧，前述投影光从该投影部通过前述反射镜投影于前述屏幕投影面。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的背面投影型投影机，其特征在于将前述图像信息变换为施加了校正由前述倾斜投影产生的图像畸变的处理的虚拟图像信息。
5.如权利要求4中所述的背面投影型投影机，其特征在于向前述虚拟图像信息的变换，伴随前述倾斜使投影光的光路从变长的范围向着变短的范围，使形成前述图像信息的液晶板上的象素的宽度逐渐变窄。
6.一种背面投影型投影机的使用方法，其特征在于使用前述权利要求1-5中任意一项所述的背面投影型投影机，将其屏幕投影面作为游戏用的显示面使用。
全文摘要
可以实际观看被投影的图像的实际投影范围即使是与液晶的长宽比不同的形状的范围，也可以防止光的无用照射从而提高光的利用率，还可以防止图像的过于放大，实现装置的小型化。使投影于屏幕投影面30的调制光的光轴R－S相对于屏幕投影面30的法线N－N倾斜，投影于收容实际投影范围EFGH的梯形状的范围ABCD。另外，在屏幕投影面30的后方配置反射镜20，将投影调制光的投影部10配置于屏幕投影面30的侧方，最初将调制光向后方投影后，在反射镜20折射。进而，校正图像信息投影没有畸变的图像。
文档编号G03B21/10GK1573515SQ20041004611
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月31日 优先权日2003年6月6日
发明者山川秀精 申请人:精工爱普生株式会社