(57)【要約】【課題】入力画像データに基づいて、投影スクリーン上に補正された光学画像を表示する短い投影距離の投影システムと方法を提供する。【解決手段】電子補正ユニットは入力画像データを受信し、あらかじめ歪められた画像データを生成する。画像プロジェクタは前記画像データを電子補正ユニットから受信し、あらかじめ歪められた画像データに対応するあらかじめ歪められた光学画像、または、投影光学歪みによって補償されたあらかじめ歪められた画像を投影する。光学反射アセンブリはあらかじめ歪められた光学画像の光路内に位置し、光学画像を投影スクリーン上に投影する。電子補正ユニットは、画像プロジェクタと反射アセンブリ内の鏡に関連する光学歪みおよび幾何学歪みが表示された光学画像内で除去されるように、画像データが表示する画像の幾何形状をあらかじめ歪めるようにエンコードされる。【選択図】図４
2006350370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像データに基づいて投影スクリーン上に歪みが補正された光学画像を表示する投影システムであって、前記投影システムは、
（ａ）  前記入力画像データを受信し、あらかじめ歪められた画像データを生成する電子補正ユニットと、
（ｂ）  前記電子補正ユニットに結合され、前記あらかじめ歪められた画像データを受信し、前記あらかじめ歪められた画像データに対応するあらかじめ歪められた光学画像を提供する画像プロジェクタと、
を備え、
（ｃ）  前記電子補正ユニットは、前記あらかじめ歪められた画像データに基づく前記あらかじめ歪められた光学画像が前記画像プロジェクタを介して提供されると、前記画像プロジェクタに関連する光学的な歪み、幾何学的な歪み、アライメント歪みが表示される光学画像内で除去されるように、前記入力画像データの幾何形状をあらかじめ歪めるように構成され、
（ｄ）  前記電子補正ユニットはさらに、入力画像データにより表される各原色の幾何形状を独立してあらかじめ歪め、各色の光学屈折の差を補償するためにあらかじめ歪められた原色画像データを生成し、前記あらかじめ歪められた原色画像データに関連するあらかじめ歪められた原色画像が前記画像プロジェクタを介して前記投影スクリーンに投影されたときに、各原色光学画像に関連する光学的歪み及び幾何学的歪みが除去されるように構成される、投影システム。
【請求項２】
前記画像プロジェクタに関連するディスプレイ装置をさらに備え、前記電子補正ユニットは、前記光学構成要素、前記投影経路、前記ディスプレイ装置の特性による明度の変動が補償されるように、前記入力画像データと関連する画像の明度を修正する請求項１に記載の投影システム。
【請求項３】
平面鏡および曲面鏡のうち少なくとも１つを含む反射アセンブリを備え、
前記光学反射アセンブリは、前記あらかじめ歪められた光学画像の光路内に位置し、前記投影スクリーン上に投影するために表示された光学画像を生成し、
前記電子補正ユニットはさらに、前記光学反射アセンブリによりもたらされる歪みを補正するように構成される、請求項１に記載の投影システム。
【請求項４】
前記画像プロジェクタは、
（ｉ）  平行光ビームを生成する光生成装置と、
（ｉｉ）  前記光生成装置に結合され、前記光ビームを、前記あらかじめ歪められた原色画像データ内に表される光に対応する分離された原色光ストリームに分離する色分離装置と、
（ｉｉｉ）  前記光分離装置の前に位置し、前記分離した原色光ストリームを前記あらかじめ歪められた原色画像データで変調するディスプレイ装置と、
（ｉｖ）  前記ディスプレイ装置の前に位置し、前記あらかじめ歪められた光学画像を前記投影スクリーンに投影し集点合わせする光学アセンブリとを備える請求項３に記載の投影システム。
【請求項５】
前記光生成装置はランプとレーザを含むグループから選択され、前記ディスプレイ装置はマイクロディスプレイであり、前記光学アセンブリはレンズのアレイである請求項４に記載の投影システム。
【請求項６】
複数のディスプレイ装置をさらに備え、前記光分離装置は分離された原色光ストリームを前記複数のディスプレイ装置に向け、各ディスプレイ装置は前記原色光ストリームの各々を、対応する原色画像データで同時に変調するように構成され、前記光学アセンブリはさらに、すべての原色光学画像を複合色光学画像に向けて集束するように構成される請求項４に記載の投影システム。
【請求項７】
前記画像プロジェクタの光学アセンブリは、前記あらかじめ歪められた光学画像の光路内の焦点非点収差を少なくとも部分的に補正するように設計された収差素子を含む請求項４に記載の投影システム。
【請求項８】
前記画像プロジェクタの光学アセンブリは、補正されない光学的な歪みと横方向の色収差のうち少なくとも１つを有する広角レンズを含む請求項４に記載の投影システム。
【請求項９】
前記反射アセンブリは、光学的な歪みと幾何学的な歪みのうち少なくとも１つを実質的に補正するように構成された少なくとも１つの曲面鏡と平面鏡とを備え、前記少なくとも１つの曲面鏡および平面鏡の反射面は前記あらかじめ歪められた光学画像の光路内に配置される請求項３に記載の投影システム。
【請求項１０】
前記反射アセンブリは凸面鏡を備え、前記凸面反射面は前記あらかじめ歪められた光学画像の光路内に配置される請求項３に記載の投影システム。
【請求項１１】
前記反射アセンブリは凹面鏡を備え、前記凹面反射面は前記あらかじめ歪められた光学画像の光路内に配置される請求項３に記載の投影システム。
【請求項１２】
前記反射アセンブリの少なくとも１つの曲面鏡は、双曲線／双曲面鏡を備える請求項３に記載の投影システム。
【請求項１３】
前記あらかじめ歪められた光学画像の光路が第１の曲面鏡の面から第２の曲面鏡の面に反射されるように、前記反射アセンブリは第１の曲面鏡と第２の曲面鏡とを備える請求項３に記載の投影システム。
【請求項１４】
前記あらかじめ歪められた光学画像の光路が第１の曲面鏡の凸面から第２の曲面鏡の凹面に反射されるように、前記第１の鏡は凸面鏡であり前記第２の鏡は凹面鏡である請求項１３に記載の投影システム。
【請求項１５】
前記反射アセンブリは少なくとも１つの曲面鏡と少なくとも１つの平面鏡とを備え、光学エンベロープを低減する請求項３に記載の投影システム。
【請求項１６】
前記電子補正ユニット、投影ユニット、反射アセンブリは、前面投影構成で動作するように構成される請求項３に記載の投影システム。
【請求項１７】
前記電子補正ユニット、投影ユニット、反射アセンブリは、背面投影構成で動作するように構成される請求項３に記載の投影システム。
【請求項１８】
前記投影システムは、前記光学アセンブリを前記投影スクリーン面に向けて縮め、前記投影スクリーンの前の妨害を低減するためのピボットアセンブリを含む請求項１に記載の投影システム。
【請求項１９】
前記あらかじめ歪められた光学画像は少なくとも２つの光路に分離され、前記反射アセンブリのうち少なくとも１つの鏡は、各光路が表示される光学画像の異なる部分を含み各異なる部分は投影スクリーンの異なる部分を照明するように、前記少なくとも２つの光路の各々内に配置される請求項３に記載の投影システム。
【請求項２０】
前記請求項１に記載の少なくとも１つの投影システムと組み合わせた請求項１に記載の投影システムであって、各投影システムは前記光学画像の異なる部分を前記投影スクリーンに表示する請求項１に記載の投影システム。
【請求項２１】
前記投影スクリーン上に表示される光学画像の異なる部分はわずかに重なり、前記電子補正ユニットは前記表示された光学画像に関してエッジソフト化を使用して中の可視的なつなぎ目を低減または除去する請求項１９または２０のいずれか１項に記載の投影システム。
【請求項２２】
入力画像データに基づいて投影スクリーン上に歪みが補正された光学画像を表示する投影方法であって、前記方法は、
（ａ）  入力画像データを受信し、あらかじめ歪められた画像データを生成することと、（ｂ）  画像プロジェクタを介して、前記あらかじめ歪められた画像データに対応するあらかじめ歪められた光学画像を提供すること、
を含み、
（ｃ）  前記（ａ）は、前記あらかじめ歪められた画像データに基づいたあらかじめ歪められた光学画像が前記画像プロジェクタを介して提供されると、前記画像プロジェクタに関連する光学的な歪み、幾何学的な歪み、アライメント歪みが、前記表示された光学画像内で除去されるように、前記入力画像データの幾何形状をあらかじめ歪めることと、
（ｄ）  各色の光学屈折の差を補償するために、入力画像データにより表される各原色の幾何形状を独立してあらかじめ歪め、前記あらかじめ歪められた原色画像データに関連するあらかじめ歪められた原色画像が、前記画像プロジェクタを介して前記投影スクリーンに投影されたときに、各原色光学画像に関連する光学的歪み及び幾何学的歪みが除去されるように、各原色の幾何形状を個別にあらかじめ歪めること、をさらに含む方法。
【請求項２３】
前記光学構成要素、光路、前記ディスプレイ装置の特性による光学明度の変動が補償されるように、前記入力画像データと関連する画像明度を修正することをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記投影スクリーン上に投影するために表示された光学画像を生成するように、平面鏡と曲面鏡のうち少なくとも１つを備える反射アセンブリ内で、前記あらかじめ歪められた光学画像を反射することと、
前記反射による歪みを除去するために前記光学画像をあらかじめ歪めること、
をさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記（ｂ）は、平行光ビームを生成することと、前記光ビームを原色光ストリームに分離することと、前記あらかじめ歪められた原色画像データを変調するディスプレイ装置を配置することと、前記あらかじめ歪められた光学画像を前記投影スクリーンに投影し集光することとをさらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記原色に分離した光ストリームは各々、別々のディスプレイ装置に向けられ、各ディスプレイ装置は、対応する原色画像データで前記原色光ストリームの各々を同時に変調し、前記各原色光学画像を複合色光学画像に向けて集光するように構成される請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記焦点非点収差効果を補償するために、前記あらかじめ歪められた光学画像の経路内に非点収差素子を備えることをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記あらかじめ歪められた光学画像の経路内に、補正されない光学的な歪みと横方向の色収差とのうち少なくとも１つを有する広角レンズを備えることをさらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
凸面鏡面内に前記あらかじめ歪められた光学画像を反射することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
凹面鏡面内に前記あらかじめ歪められた光学画像を反射することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
双曲線／双曲面鏡面内に前記あらかじめ歪められた光学画像を反射することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
前記あらかじめ歪められた光学画像を前記第１の曲面鏡の面から、第２の曲面鏡の面に順次反射することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
光学エンベロープを低減するために、前記あらかじめ歪められた光学画像を、前記光学的な歪みと前記幾何学的な歪みのうち少なくとも１つを実質的に補正する曲面鏡と平面鏡のうち少なくとも１つの面から、曲面鏡と平面鏡のうち他の鏡の面に順次反射することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の鏡は凸面鏡であり前記第２の鏡は凹面鏡である請求項２４に記載の方法。
【請求項３５】
前記投影システムは前面投影構成で動作する請求項２２に記載の方法。
【請求項３６】
前記投影システムは背面投影構成で動作する請求項２２に記載の方法。
【請求項３７】
前記投影スクリーンの前の妨害を低減するために、前記光学アセンブリを前記投影スクリーン面に向けて縮めることをさらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３８】
前記あらかじめ歪められた光学画像を少なくとも２つの光路に分割することをさらに含み、前記反射アセンブリのうち少なくとも１つの鏡は、各光路が表示される光学画像の異なる部分を含み各異なる部分は前記投影スクリーンの異なる部分を照射するように、前記少なくとも２つの光路の各々内に配置される請求項２４に記載の方法。
【請求項３９】
少なくとも２つの別々のプロジェクタシステムによって実装され、前記プロジェクタシステムは各々、前記投影スクリーン上に光学画像の異なる部分を表示するように請求項２２の方法を実装する請求項２２に記載の方法。
【請求項４０】
その中の可視的な継ぎ目を低減または除去するために、前記表示された光学画像の異なる部分をエッジソフト化することをさらに含む請求項３６または３７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投影システムと方法に関し、より具体的には、短い投影距離の投影システム（short throw projection system）および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な投影システムは、スクリーンに対するビューア（視聴者）とプロジェクタの位置に依存して、前面投影ベースまたは背面投影ベースに分類することができる。前面投影システムでは、ビューアとプロジェクタはスクリーンの同じ側にあり、プロジェクタからの画像はスクリーンで反射してビューアが見る。背面投影システムでは、ビューアとプロジェクタはそれぞれスクリーンの反対側にあり、プロジェクタからの画像はスクリーンを「透過」してビューアが見る。
【０００３】
図１は、従来技術の背面投影システム２１と従来技術の前面投影システム２３を示す。図示のように、画像プロジェクタ２５は、スクリーン２０に対して異なる位置に配置することができる。投影比（throw ratio）は、投影距離ｄをスクリーンの対角線の長さＤで
割る、すなわち次式によって与えられる。
【０００４】
投影比率＝ｄ／Ｄ（１）
【０００５】
任意の投影システムを構築する際の共通の設計目標は、画質を犠牲にせずに、投影比を最小限にすることである。論じるように、投影比は、最も遠い光学素子（しばしばプロジェクタ）のスクリーンから画像／スクリーン対角線が与える投影画像のサイズの距離の比として定義される。投影比を最小限にすることは、プロジェクタとスクリーンを背面投影型テレビジョンのような単一の機能ユニットに物理的に組み合わせる背面投影システムにとって特に重要である。このようなユニットでは、投影比を最小限にすることは、スクリーンとプロジェクタを収容するキャビネット深さが小さくなることを意味する。フロントプロジェクタの投影比を最小限にすることはさらに他の重要な利点を提供する。たとえば、プロジェクタをスクリーン面の近くに配置できるので配置が容易になり、発表者や視聴者による光路の干渉が避けられる。
【０００６】
投影比を低減するために、従来技術の方法では、平面鏡と、小さい歪みと広い視野（ＦＯＶ）のレンズを組み合わせ、光路を折り曲げ、これによって、投影距離を減少させ、従って投影比を減少させた。光学的な幾何形状（レンズタイプ、焦点距離、鏡角度）を微調整すると、画像の歪みが最小限にできる。これは、設計が難しく、製造が高価で、サイズ／配置が制限される光学素子が必要であるという欠点を有する。光学的および幾何学的な制約は、ピンクッション歪み（糸巻き形歪み：pincushion distortion）またはたる形歪
み（barrel distortion）および台形歪み（keystone distortion）として現れる。従来技術システムの設計は概して、歪みを最小限にする要件によって抑制されていた。
【０００７】
最近では、ヒーラー等（Hiller et al.）の米国特許第６，２３３，０２４号に示され
る歪みを除去する役割を果たすコンピュータ回路と共に曲面鏡が使用されている。しかし、上記特許に開示された発明は、制約（歪みを最小限にすることによる）を伴う背面投影システムの最適化だけに限定される。制約は低減されるが、依然として残っている。さらに、鏡の方向角度は一定範囲に制限され、また単一のプロジェクタシステムに制限される。最後に、上記特許は、走査レーザ光束を使用して、スクリーン上に画像を生成する投影メカニズムに基づく。ここでは、コンピュータ回路は、光束の偏差と強度を制御する。これはやっかいで柔軟性のない構成であり、データの微調整が限定される。
【０００８】
現在のＣＲＴベースの投影システムは、水平偏向回路と垂直偏向回路によって電子制御されたラスタスキャンフォーマットで画像を生成する。これらの偏向回路は補償回路を組み込んでおり、非線形の偏向制御信号を生成し、偏向角間の非線形性を補償し、表面が走査された領域を表示する。この歪みによりピンクッション画像が表示される。また典型的には、補償回路を調節し、投影システムにおけるレンズの歪み偏差あるいは他の歪み偏差を補償することができる。特にマイクロディスプレイなどの固定マトリクスディスプレイを使用する新世代の投影システムは、そのような補償方法に対処できない。さらに、マイクロディスプレイ（複数可）を利用する投影システムでは、６０−７０インチの画像を照射するために、約１００倍の光学倍率が必要である。このため、製造においては投影光学素子のアライメントとカリブレーションに大きな公差が必要であり、出荷と経年劣化からミスアライメント（ずれ）が起きるため調節が必要である。
【０００９】
最後に、任意の広角度の軸外投影システムには、光学エンベロープ内の光路に大きな変動があるという固有の性質がある。これらの偏差および他の光学構成要素の偏差（例えば光源、ディスプレイ装置、レンズなど）により、投影された画像が不均一なクロミナンスと不均一な輝度を有することになりうる。同様に、光の色の屈折の差により、画像の色が大幅に逸脱しうる。
ＰＣＴ出願第０２／０７４３４号は、フロントプロジェクタ装置の歪みを補正する前面投影システムと方法を示す。投影装置は電子歪み補正構成要素を使用し、画像をあらかじめ歪めてから投射し、プロジェクタ装置のピンクッション歪み成分、台形歪み成分、アナモルフィック歪み（anamorphic distortion）成分を補正する。
ヨーロッパ特許第１，２０５，７９１号は、ディスプレイ装置の深さを低減できる背面投影ディスプレイ装置を開示する。ディスプレイ装置は、互いに統一して容易に保持できる位置に配置された光学エンジン、第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡を使用する。第４の反射鏡と平らな反射鏡は、光束をターンバック（turn-back）するために使用する。
特開平０９−０８１７８５号公報は、小型軽量画像投影装置を開示する。これは、非平面スクリーンと小型の投影マシンを１つの本体の中に備えた装置で、原理的に生成される画像歪みを光学的または電子的に補正し、３次元ヘッド移動検出機能を装着することによって、以前より多い存在を与える画像空間を提供する。
【特許文献１】米国特許第６，２３３，０２４号明細書
【特許文献２】ＰＣＴ出願第０２／０７４３４号明細書
【特許文献３】ヨーロッパ特許第１，２０５，７９１号明細書
【特許文献４】特開平０９−０８１７８５号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１態様では、入力光学画像を表す入力画像データに基づいて、投影スクリーン上で歪みが補正された光学画像を表示する投影距離が短い投影システムを提供する。この短い投影距離の投影システム（short throw projection system）は、入力画像データを
受信し、あらかじめ歪められた光学画像を表すあらかじめ歪められた画像データを生成する電子補正ユニットと、電子補正ユニットに結合されてあらかじめ歪められた画像データを受信しあらかじめ歪められた光学画像を提供するディスプレイ装置を有する画像プロジェクタと、少なくとも１つの鏡を含みまた投影スクリーン上に投影するために表示された光学画像を生成するあらかじめ歪められた光学画像の光路内に配置される反射アセンブリとを備え、この短い投影距離の投影システムは、
（ａ）あらかじめ歪められた画像データに基づいたあらかじめ歪められた光学画像が画像プロジェクタを介して提供され反射アセンブリ内で反射されると、表示される光学画像内で光学歪み、幾何学歪み、アライメント歪みが実質的に除去されるように、入力画像データと関連する入力光学画像の幾何形状をあらかじめ歪め、前歪みは画像投影に関連づけられた既定の歪み記述データに基づくように電子補正ユニットが構成され、
また、
（ｂ）光学構成要素、投影経路、ディスプレイ装置の特性による明度の変動が表示された光学画像内で補正されるように、入力画像データと関連づけられた画像の明度を改変するように電子補正ユニットが構成される。
【００１１】
また、本発明の別の態様では、入力画像データを受信し、あらかじめ歪められた光学画像を表すあらかじめ歪められた画像データを生成し、あらかじめ歪められた光学画像をディスプレイ装置を有する画像プロジェクタを介して提供し、あらかじめ歪められた光学画像を少なくとも１つの鏡を含む反射アセンブリ内で反射させて表示された光学画像を生成し投影スクリーンに投影させることによって、入力光学画像を表す入力画像データに基づいて、投影スクリーン上に歪みを補正した光学画像を表示する、短い投影距離の投影方法を提供する。この方法は、
（ａ）あらかじめ歪められた画像データに基づいたあらかじめ歪められた光学画像が画像プロジェクタを介して提供され反射アセンブリ内で反射されると、表示された光学画像内で光学歪み、幾何学歪み、アライメント歪みが実質的に除去されるように、入力画像データと関連する入力光学画像の幾何形状をあらかじめ歪めることであって、前歪みは画像投影と関連する既定の歪み記述データに基づくことと、
（ｂ）光学構成要素、光路、ディスプレイ装置の特性による光学明度の変動が、表示された光学画像内で補償されるように、入力画像データに関連する画像明度を改変することとを含む。
【００１２】
本発明は、非常に短い距離の投影の実現を可能にし、デジタル画像処理回路を使用して非常に広角で非平面な鏡に固有の非線形の二次元歪みを補償する。また、デジタル画像処理回路は横方向の色収差を補償し、構成要素の許容差とシステムアライメントによる歪みを補正する機能を提供する。一般にこれらの固有の二次元の歪みを光学的に補正しようとすると、困難で高価なものになる。
【００１３】
本発明のさらなる態様と利点は、次の説明を添付図面と共に読むと明らかになるであろう。
【００１４】
添附図面は次のとおりである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図２と図３は、概念的な折り曲げ（複数可）を伴う典型的な従来技術の背面投影システム２１と、光路折り曲げを使用して投影距離ｄおよび投影比を低減する従来技術の背面投影システム３１を示す。
【００１６】
図２に示す単一折り曲げ構成では、画像の折り曲げは、光路をプロジェクタ２５からスクリーン２０に反射する平面鏡３３を使用することによって行われる。具体的には、単一折り曲げの結果、プロジェクタ２５を平面鏡３３の前に置き、プロジェクタ２５がプロジェクタ２５’の位置にある場合と同じ結果を得ることができる。この配置により、投影距離が低減される（すなわち、距離は折り曲げられていない構成に関連したｄ’ではなくｄになる）。図示するように、スクリーンから（ｓ＞１）の距離ｄ／ｓにおける折り曲げによって、投影比がｓだけ縮小される。鏡（複数可）とプロジェクタの角度を正しく選択すれば、画像はまったく歪みなく表示されるはずである。図示する単一折り曲げ構成では、平面鏡３３とプロジェクタ２５が所定の構成になっていることが必要である。具体的には、平面鏡３３の表面と垂線の投影線Ｎの間の角度がαである場合、プロジェクタ２５から投影された画像が補正された角度で平面鏡３３に到達するように、プロジェクタ２５は、垂線の投影線Ｎからπ−２αの角度に配置すべきである。これは図示のとおりである。
【００１７】
図３に示すように、２つの平面鏡３３と３５を使用することにより、多数の折り曲げも可能である。ここでも、スクリーンから（ｓ＞１）の距離ｄ／ｓにおける折り曲げにより、ｓだけ投影比が低減される。鏡（複数可）とプロジェクタの角度を正しく選択すれば、台形歪みのまったくない画像が表示されるはずである。図示された２回折り曲げ構成では、平面鏡３３、３５、プロジェクタ２５を所定の構成で配置することが必要である。具体的には、平面鏡３３の表面と垂線の投影線Ｎの間の角度がα2で、平面鏡３５が垂線投影
線Ｎから２α2−α1の角度で配置される場合、プロジェクタ２５が投影する画像が正しい角度で平面鏡３５に到達し、鏡３５が反射する画像が正しい角度で平面鏡３３に到達して、投影画面２０上で完全に反射されるように、プロジェクタ２５は垂線の投影線Ｎから２α2−２α1の角度で配置しなければならない。これは図示のとおりである。
【００１８】
従来知られているように、任意のレンズ歪みまたは焦点問題は、投影光学構成要素の配置を調節することによって光学的に補正される。また、従来知られているように、鏡／プロジェクタの配置とレンズのタイプは、最終的な画像に歪みがないようにする要件によって制約される。他の多くの鏡の配置が可能であり、また、これらの配置は背面投影システムに関連して図示したが前面投影システムに関しても対応する配置が使用できることを理解されたい。
【００１９】
図４は、本発明によって構成された投影システム１０を示す。投影システム１０は、電子補正ユニット１２、画像プロジェクタ１４、反射アセンブリ１６を含み、表示された光学画像に歪みがないように投影スクリーン２０に投影するために、画像ソース１８が提供した入力画像を表す画像データを、あらかじめ歪められた光学画像に変形する。
【００２０】
画像ソース１８は、放送受信器、ビデオレコーダ、カメラ、パーソナルコンピュータ、または必要とされるビデオ／グラフィックスフォーマット（例えばＹｐｒＰｂ、ＲＧＢ、ＤＶＩなど）の画像を生成する機能を有する任意の他の装置からのビデオソースであってよい。
【００２１】
電子補正ユニット１２は画像ソース１８から入力画像データを受信し、あらかじめ歪められた画像データが反射光学素子１６を介して画像プロジェクタ１４によって投影された時に、投影スクリーン２０に表示される光学画像に歪みがないように、歪み記述データにしたがって入力画像データをデジタルに曲げるかまたはあらかじめ歪める。電子補正ユニット１２は別々の回路（図示せず）を含み、画像データ内の各原色を別々に処理するか均一に処理して、表示される光学画像の任意の色依存歪みや輝度の不均一を補正する。これについては後述する。電子補正ユニット１２は、画像プロジェクタ１４に供給されるデジタル画像データに電子補正を適用して、データのデジタル微調整を可能にする。次に、電子補正ユニット１２の特定の機能について詳細に記述する。
【００２２】
画像プロジェクタ１４は電子補正ユニット１２からあらかじめ歪められた画像データを受信し、投影光学素子２６の任意の光学的な歪みによって改変されたあらかじめ歪められた画像データに対応する、あらかじめ歪められた光学画像を生成する。画像プロジェクタ１４は光生成ユニット２２、マイクロディスプレイ装置２４、投影光学素子２６を含む。光生成ユニット２２は、光源（例えばランプまたはレーザ）、色分解プリズム、積分器／コリメータ（図示せず）などの構成要素（図示せず）を含む。マイクロディスプレイ装置２４は、任意の市販のマイクロディスプレイハードウェア（例えばＬＣＤ、ＣＲＴ、ＤＬＰTM、ＬＣＯＳなど）であってもよく、電子補正ユニット１２によって生成されたあらかじめ歪められたデジタル画像データにしたがって光を反射／透過することによって光学画像を生成するために使用する。単一のマイクロディスプレイ装置の代わりに多数のマイクロディスプレイ装置２４を使用し、入力画像内の独立した色補正を容易にしてもよいことを理解されたい。これについては後述する。投影光学素子２６は、反射光学素子１６を介して、投影スクリーン２０に、あらかじめ歪められた画像を投影し集光するレンズを含む。
【００２３】
投影光学素子２６は、広角レンズ、あるいは非点収差（astigmatism）を低減するレン
ズを含んでいてもよい。さらに、投影光学素子２６の投影角は通常か広い視野（ＦＯＶ）であってもよくまた、曲面鏡に反射される時、より広いＦＯＶに拡大される。投影光学素子２６は、投影比を達成するために必要なＦＯＶを提供するために平面鏡しか必要としない十分なＦＯＶであってもよい。本発明では、投影光学素子２６および曲面鏡の如何なるの歪みはデジタル画像処理によって補正されるので、投影光学素子２６には歪みがあってもよい。投影光学素子２６の設計は、非点収差の低減を目的としてもよいし、また、投影スクリーン２０の被写界深度内の焦点品質の改善を目的としてもよい。
【００２４】
反射アセンブリ１６は、あらかじめ歪められた光学画像を含む画像プロジェクタ１４から光ビームを受光する。反射アセンブリ１６は、曲面鏡および／または平面鏡を含む。上記のように、これらの鏡は光路を折り曲げるように配置され、投影比を大幅に低減しながら、スクリーンのオーバースキャンと解像度の損失を最小化するように構成される。投影比の変化は、凸状曲面鏡と凹状曲面鏡だけで組み合わせるか、または平面鏡も組み合わせることによって得ることができる。これについては後述する。
【００２５】
従って、投影システム１０は、特に構成された投影素子を使用することによって歪みのない光学画像を投影する。さらに、投影システム１０は、前面投影構成でも背面投影構成でも動作するように構成できることを理解されたい。最後に、本明細書で「歪みがない」という用語を使用する場合、この用語は、台形歪み、チルト歪み、ピンクッション／たる形歪み、その他の非線形の効果などの種々のタイプの幾何学的な歪みを指し、非点収差などの焦点問題を指すのではないことを理解されたい。
【００２６】
次に図４と図５を参照すると、電子補正ユニット１２は、表示された光学画像が歪みなく表示されるように、入力デジタル画像をあらかじめ幾何学的に歪ませるために使用する。
【００２７】
図５は、理想的な画像４４が曲面鏡（図示せず）に反射することによって生じる、歪められた画像４０の例を示す。また、あらかじめ歪められた画像４２が曲面鏡で反射すると、曲面鏡による歪みのために補正または補償され、理想的な画像４４が投影スクリーン２０上に投影される結果になることも示す。すなわち、あらかじめ歪められた画像４２が曲面鏡で反射すると、理想的な画像４４が投影スクリーン２０上に投影される。具体的には、補正がまったくない場合には、理想的な画像ＡＢＣＤは角／境界線が図示されたようにマッピングされ、湾曲した「台形」ＥＦＧＨとして投影スクリーン２０に表示される。「台形」ＩＪＫＬが示すように、画像をあらかじめ逆に歪めることによって、最終的に表示される画像はスクリーンＡＢＣＤと正確に一致し、歪みがなくなる。
【００２８】
投影システム１０は電子補正ユニット１２を使用して、プロジェクタ（図示せず）および関連する反射（鏡）光学素子（図示せず）が導入した幾何学的な歪みの逆である幾何学的な変形にしたがって、入力画像をあらかじめ歪ませる。投影システム１０（レンズ／鏡による）で達成される完全な歪みを変換Ｆで表わす場合、画像はＦ-1だけあらかじめ歪められ、次の関係が存在する。
【００２９】
表示された画像＝Ｆ（Ｆ-1（入力画像））＝入力画像  （２）
【００３０】
従って、電子補正ユニット１２は、画像を歪みなく表示するための要件に関連する制約からシステムを本質的に「解放する」。デジタルで歪みを補正する機能とは、光学的な幾何形状と光学素子（角度、鏡（複数可）とレンズのタイプなど）を特定の設計目的で必要とされるように変更できることを意味する。幾何学的な補正なしでは、種々の光学処理ステップから、表示画像に歪みが生じるだろう。本質的には、電子補正ユニット１２が適用する先に行う歪みは、入力画像データの再サンプリング／フィルタリングである。ピクセルはＦ-1にしたがって再サンプリングされ、これによって、ピクセル位置は幾何学的な変換を受ける。変換Ｆ-1は種々の光学素子の空間的な変形性質から決定することができる。電子補正ユニットの特質により、Ｆ-1を指定する必要のあるフォーマット（例えば２Ｄ表面、１Ｄ多項式などの点から）を決定する。
【００３１】
光の屈折により、異なる色の光が画像プロジェクタ１４の投影光学素子２６を通過すると、これらの光は異なる空間変換を受ける。これを補正しないと、横方向の色収差が生じうる。論じたように、光生成ユニット２２（図４）は、色分解プリズム（図示せず）と積分器／コリメータ（図示せず）を含み、３つの別々の色の光ストリーム（stream）を提供する。マイクロディスプレイ装置（または後述するように複数可）２４は、光生成ユニット２２の中にある、光分解装置（図示せず）の前に位置する。上述したように、光生成ユニット２２内にある光分解装置は、光ビームを原色光のストリームに分解する。その後、関連するマイクロディスプレイ装置（複数可）２４は、電子補正ユニット１２の回路（または後述するように複数可）が提供するあらかじめ歪められた原色画像データで、分離された原色光ストリームを変調する。このようにして、投影スクリーン２０上の投影画像内で横方向の色収差の補正を行なうことができる。さらに、光学構成要素、投影経路、ディスプレイ装置の特性による明度の変動を補償するように、入力画像データに関連する画像明度をマイクロディスプレイ装置２４で修正することができる。
【００３２】
画像データ色信号を時分割多重化することによって、単一のマイクロディスプレイ装置２４を使用できることを理解されたい。しかしオプションとしては、単一のマイクロディスプレイ装置２４の代わりに、複数のマイクロディスプレイ装置（すなわち「トリプル（３つの）」）を使用することができる。多数のマイクロディスプレイ装置２４を使用する場合、各マイクロディスプレイ装置２４には、特定の色（例えば赤、青、緑）と関連する固有の（unique）あらかじめ歪められた画像データを提供する。すなわち、各マイクロディスプレイ装置２４は、電子補正ユニット１２の回路（または後述のように複数可）が提供する適切なあらかじめ歪められた原色画像データで、光生成ユニット２２からの分離された原色光ストリームを変調するように構成される。このようにして、投影スクリーン２０上に投影された画像で横方向の色収差の補正を行なうことが可能である。さらに、多数のマイクロディスプレイ装置２４の場合には、光学構成要素、投影経路、ディスプレイ装置の特性による明度の変動を補償するように、入力画像データに関連する画像明度を個別の各マイクロディスプレイ装置２４で修正することができる。
【００３３】
最後に、３つの画像データ色信号（例えば赤、青、緑）は、電子補正ユニット１２内の単一の回路によって電子補正ユニット１２に時分割多重化することができる（すなわち、シーケンシャルに提供することができる）。しかしオプションとしては、電子補正ユニット１２は必要に応じて、画像データの各原色の幾何形状を独立して処理するかまたは均一に処理するために多数の（すなわち「トリプル」）別々の回路（図示せず）を使用してもよい。マイクロディスプレイ装置２４を１つだけ使用する場合、多数の（すなわち「トリプル」）回路を使用しても効率的ではないが、互換性の理由から使用が望ましい場合がある（すなわち単一またはトリプルマイクロディスプレイ装置２４と互換性を持たせることが望ましい場合）。
【００３４】
明度（brightness）の不均一または輝度（luminance）の不均一を補正するために、電
子補正ユニット１２も使用される。投影スクリーン２０上に表示される画像は、画像プロジェクタ構成要素（例えば光生成ユニットなど）の制限、または光路の性質により、明度の変動を有するかもしれない。特に、投影スクリーン２０上で照射されたポイントまたはセクションを、変動する光路に同時に関連させることができる。これは、表示された画像の異なるスクリーンポイントやセクションの元となる光が、種々のソースから来て異なる距離を移動することを意味する。表示された画像のポイントまたはセクションの強度は平方距離に反比例して変わるので、これは表示された画像内の明度の変動につながる。電子補正ユニット１２を使用して投影の前にピクセル明度をあらかじめ調節すると、最終画像は均一な明度で表示することができる。ピクセル明度は、たとえばＦ-1と同様なＧ-1などの既定のマッピングによって、色空間中であらかじめ調節される。このマッピングは色空間内だけで作用し、また、別のフィルタリングは必要ではない（すなわち、ピクセル位置ではなくピクセルカラー値だけが調節される）。Ｆ-1に関しては、種々の光学素子と光路の明度／光度変換プロパティからＧ-1を決定できる。電子補正ユニットは各ピクセルのカラー値にＧ-1を適用する。
次式は一次関数による簡単なケースである。
【００３５】
Ｇ-1（Ｏ）＝αＯ＋β
【００３６】
上式でＯはＲＧＢカラー値であり、関数パラメータαとβは各ピクセルで一定である。
【００３７】
任意の関連する歪みは、レンズの光学的性質と一致させることではなくあらかじめ曲げることにより除去されるので、投影システム１０の電子補正により、光学レンズをより柔軟に選択できる。特に、広角レンズを使用することができる。広角レンズは同じ大きさの画像を短い投影距離で投影することができ、投影比の縮小に別の変数を提供する。しかし、幾何学的な問題とは異なり、焦点問題は幾何学的な前歪みでは補正できず、焦点問題は依然として、適切なレンズを選択することによって光学的に対処しなければならないことに注意すべきである。
【００３８】
レンズのタイプの融通性は、使用することができる鏡のタイプまで及ぶ。種々の光学素子を注意深く配置することにより、これらの鏡が導入した歪みを除去できるので、従来技術の投影システムはほぼ平面の反射光学素子を扱う（たとえば図２を参照）。対照的に、曲面鏡を反射に使用すると、台形の効果、ピンクッション／バレル型の効果の組合せによってスクリーン画像が曲げられる。従って、光学素子を選択的に配置することだけによってこれらのタイプの歪みを補償することはできない。しかし、投影システム１０による電子的で幾何学的な補正で、これらの歪みは容易に除去することができる。図５を再び参照すると、曲面鏡の反射により発生する可能性のある、歪められたスクリーン画像４０と、幾何学的な歪みを補正する役割を果たす、対応するあらかじめ歪められた画像４２の例を示す。
【００３９】
曲面鏡を使用する利点は、投影比をさらに縮小できるということである。一般に、曲面鏡で反射する２つの近くの光線が定める角度は、平面鏡の場合より大きい。これは、曲面鏡をプロジェクタから平面鏡とほぼ同じ距離に置くと、画像サイズ（すなわちスクリーンの対角線）が大きくなるということを意味する。あるいは、曲面鏡をプロジェクタに接近して置くと、同じ画像サイズを得ることができる。これは、投影距離の低減、投影比の低減を意味する。現実的には、投影システム（スクリーン／鏡／プロジェクタ）を完全に収容するためのキャビネットの大きさや空間の要件が小さくなることにつながる。
【００４０】
図６は、背面投影構成、すなわち投影システム６０としての、本発明の投影システムの実施例を示す。投影システム６０は単一折り曲げ背面投影構成であり、電子補正ユニット６２、画像プロジェクタ６４（Ｐにプロジェクタレンズを有する）、わずかに湾曲した曲面鏡６３（例えば図示されるように、ＣからＤまで伸びる凸面タイプ）を含む反射光学素子６６を含む。図示されるように、曲面鏡６３により、投影システム６０は、従来の平面鏡６１（ＡからＢまで伸びる）を使用する投影システムと関連する投影比より低い投影比を達成することができる。投影システム６０の中で、他のタイプの曲面鏡を適切に構成された電子補正ユニット６２と共に使用して同様な投影比を達成できることを理解されたい。
【００４１】
画像ソース（図示せず）は電子補正ユニット６２に入力画像データを提供する。入力画像データはついで、あらかじめ歪められた画像が適切に生成されるまで、電子補正ユニット６２によって処理される。ついで、あらかじめ歪められた画像は画像プロジェクタ６４（Ｐのプロジェクタレンズ）に提供される。画像プロジェクタ６４は、水平線Ｈから角度αの方向を向き、開口部角度θを有する。一般性を失うことなく、上側の光線ＰＡをスクリーンに対して平行にし（すなわち、θ／２＋α＝π／２）、また下側の光線ＰＢを上側の光線ＰＡから角度θにすることができる。これは図示のとおりである。あらかじめ歪められた画像は、反射光学素子６６によって投影スクリーン２０上に反射され、ビューア５が見る。これについては後述する。
【００４２】
平面鏡６１は、例としての平面折り曲げシステムから始めて（すなわち、ＡからＢに伸びる平面鏡６１を使用するシステム）、あらかじめ歪められた画像を投影スクリーン２０（ＥからＦに伸びる）に反射する。一番下の光線ＰＢは反射の法則に従ってＢで反射され、投影スクリーン２０上のＦに反射される。同様に、上側の光線ＰＡに関しては、上側の光線ＰＡはＡで反射して投影スクリーン２０上のＥに反射される。このようにして、上側の光線ＰＡと一番下の光線ＰＢの間のすべての光線、すなわち全ビームが投影スクリーン２０上にマッピングされる。図示するように、平面システムの投影深度はｄ2によって与
えられる。
【００４３】
画像プロジェクタパラメータ（すなわち位置と角度）が固定していると仮定すると、プロジェクタが放射した光ピラミッド（すなわち画像を形成する光円錐）は固定され、投影距離は、ポイントＡとＢをそれぞれ、光線ＰＡとＰＢに沿ってＰに向けてＣとＤまで移動することによって、概念上低減される。このポイントでは、光線ＰＣはＣでＥの上に反射され、光線ＰＤはＤでＦの上に反射されることが必要である。点線で示したセグメントＫＣとＬＤは、角度ＰＣＥとＰＤＦを半分に二分する。また、線のセグメントＧＨとＩＪは対応する直角のセグメントである。入射角と反射角を等しくするためには、ＣとＤの間の鏡は、ＣにおいてＧＨに対して接線となりＤにおいてＩＪに対して接線でなければならない。
【００４４】
一般に、接線ＧＨとＩＪの傾斜は異なる。これは、鏡６３はＣＤにおいて湾曲するはずであることを意味する（この場合は特に凸面である）。実際、図６に示す所与の光ピラミッドとスクリーン２０の構成については、平面鏡６１はポイントＡＢの間だけで可能である。曲面鏡６３を含む反射光学素子６６を使用することによって、投影距離はｄ2からｄ1に低減され、投影比も低減される。ＣとＤにおける接線の傾斜、およびＣとＤの位置は、特定の投影とスクリーンの構成に関するスクリーン／光ピラミッドの配置／幾何形状によって決定される。これらの値が決定されると、必要な特性、すなわち、必要な接線でポイントＣおよびＤを内挿する三次元スプライン曲線（cubic spline curve）を備えた曲面鏡群を数学的に正確に記述することができる。
【００４５】
従来知られているように、端部の接線（すなわちＧＨとＩＪ）を変更せずに、２つの内部制御ポイントを変えることによって曲線群が得られる。この結果、ＰＣがＣでＥに反射され、ＰＤがＤでＦに反射されるという要件をすべてが満足させる、異なる曲率特性で鏡が使用される。関連する鏡を実行可能に構成し、また任意の焦点問題を最小限にするように、最適な湾曲を選択することができる。好ましくは、湾曲は凸面または凹面のいずれかである。最後に、より浅い深さｄ1を有し、投影システム１０の光学素子を妨害せずに他
の必要な構成要素を含める十分な追加のスペースを有するキャビネット６８を使用して図６の背面投影システムを囲む。
【００４６】
上記の議論は２次元の曲率幾何学に基づいている。具体的には、鏡はより小さな寸法（すなわち図６の平面）だけに沿って湾曲されると仮定してきた。曲率は、鏡のより長い長さ（図６の面を横切る長さ）に沿っても導入できることが企図されている。このためには、より複雑な三次元解析をしなければならないが、ステップは二次元の場合に関して上述したステップと同じである。上側の光線ＰＡと下側の光線ＰＢだけを考慮する代わりに、完全な光ピラミッド（４本の光線（図示せず）によって囲まれたピラミッド）の反射を考慮しなければならない。投影距離ｄを低減するために、ピラミッドの４つの角の反射ポイントをプロジェクタ６４（ポイントＰにおいて）に向かって動かす。
【００４７】
これらの４つのポイントおよびこれらのポイントが画定する台形は、スクリーンの平面内の「台形」（湾曲面からの反射により湾曲している）が囲む領域が、スクリーンを完全に囲むように反射させなければならない（図５に示すように、台形ＥＦＧＨはスクリーンＡＢＣＤを完全に囲む）。これにより、電子補正ユニット１２による電子補正の後、表示された画像が長方形の投影スクリーン２０を正確にカバーする。投影スクリーン２０のいくつかの部分が、補正がない状態で照明されると、どんな電子補正もこれらの領域を照明できない。単に１つの方向に湾曲した鏡では、この要件も必要であることを理解されたい。反射する台形上の少なくとも８つのポイント（たとえば４つの角と４つの中点）の位置と接平面（すなわち３次元では平面が必要である）が分かれば、１組の曲面鏡が双三次スプライン表面群（family of bi-cubic spline surface）として正確に定義できる。これ
らは、焦点問題を最小限にするために、凸面または凹面として選択することができる。
【００４８】
図７は、前面投影アセンブリ、すなわち投影システム７０としての、本発明の投影システムの別の実施例を示す。投影システム７０は単一折り曲げ前面投影構成であり、電子補正ユニット７２、画像プロジェクタ７４（Ｐにおけるプロジェクタレンズ）、わずかに湾曲した鏡７３（例えばＣからＤまで伸びる凹面タイプ）を含む反射光学素子７６を含む。図示するように、投影システム７０は曲面鏡７３により、曲面鏡７３の代わりに平らな鏡を使用した場合に達成される投影比よりも低い投影比が達成できる。これについては後述する。同様の投影比を達成するために、投影システム７０の中で、他のタイプの曲面鏡を適切に構成された電子補正ユニット７２と共に使用してもよいことを理解されたい。
【００４９】
反射光学素子がない場合、前面投影システムはプロジェクタ位置Ｐ’において画像プロジェクタだけを含む。１つの重大な設計制約は、プロジェクタがスクリーンの前にいるビューア５の視界を妨害しないように、プロジェクタを線ＦＭの下に配置しなければならないということである。方角角度αおよび開口角度（aperture angle）θ’は、投影距離ｄ2を最小限にしながら、全投影スクリーン２０の照射を維持するように選択する。一般に
この配置では、台形補正が必要となる。図示するように、プロジェクタ位置Ｐ’と投影スクリーン２０の間でＣからＤに伸びる鏡７３（平面鏡または曲面鏡）を導入し、画像プロジェクタ１４をプロジェクタ位置Ｐに適切に動かすことによって、投影距離を低減できる。投影システム６０（図６）に関して論じたステップと同じステップを使用して、投影システム７０内の湾曲（または平面）鏡を説明することができる。すなわち、ＣとＤで接線傾斜と位置を指定することによって、鏡７３をスプライン曲線として記述することができる。さらに、プロジェクタ位置Ｐを変え、最良の幾何形状を決定することができる。投影システム６０に関して上述したように、凹面鏡または凸面鏡のいずれかを、適切に構成された電子補正ユニット１２と共に使用することができる。
【００５０】
図７に示すように、反射光学素子７６は集光凹面鏡７３（Ｐから来る光線が見た場合）を備える。集光鏡を使用して同じ画像サイズ（スクリーン対角線）を得るためには、より広角のレンズを使用しなければならない（すなわちθ＞θ’）。これは、適切に構成された電子補正ユニット１２の使用を介して可能な、レンズタイプの融通性の例である。開口角度が増加すると、レンズによる光学的な歪みも増加する。しかし、これらは電子補正ユニット１２内の電子的な幾何学的前歪みによって補償される。反射光学素子７６の使用により、投影距離はｄ2からｄlまで低減され、筐体全体の大きさが小さくなる。図示するように、画像プロジェクタ７４と反射光学素子７６は小さなキャビネット７８に収容することができる。必要に応じて、全装置はＦＭ線の下に配置される。
【００５１】
図７は、図８と図９の中でそれぞれ示される、２つのコンパクトな前面投影システム８０と９０の基礎としての役割を果たす。投影システム８０と９０は、画像折り曲げのために、それぞれ単一の凸面鏡８３と９３を利用する。
【００５２】
図８は、コンパクトなフロントプロジェクタすなわち投影システム８０としての、本発明の投影システムの別の実施例を示す。投影システム８０は単一折り曲げ前面投影構成であり、電子補正ユニット８２、画像プロジェクタ８４、わずかに湾曲した鏡８３（例えば図示された凸面タイプ）を含む反射光学素子８６を含む。投影システム８０はデスクトップ設計である。ここで、キャビネット８８は電子補正ユニット８２、画像プロジェクタ８４、反射光学素子ユニット８６を収容する。画像ソース（図示せず）は投影システム８０の外部と仮定する。ここでも、投影システム８０内で、他のタイプの曲面鏡を適切に構成された電子補正ユニット８２と共に使用できることを理解されたい。
【００５３】
反射光学素子８６の曲面鏡反射光学素子により、ビューア５を妨害せずに装置８０を投影スクリーン２０の近くに配置できる。電子補正ユニット８２は、任意の歪みまたは明度の不均一をデジタルで補正する。鏡８３と画像プロジェクタ８４の角度方向を調節し電子補正ユニット８２内の前歪みマップを適切に調節することにより、投影システム８０を微調整することができる。
【００５４】
図９の投影システム９０は投影システム８０（図８）の変形であり、ここでは画像は投影スクリーン２０の上から投影スクリーン２０に投影される。キャビネット９８は、ビューア５の視界を妨げないようにスクリーン２０の平面より上だが、スクリーン２０の平面に近接またはこの平面内に配置されたコンパクトな設計であり、電子補正ユニット９２と画像プロジェクタ９４を収容する。反射光学素子９６はスクリーン２０とビューア５の間に位置する曲面鏡９３を備える。この場合も、支持アーム９７を使用して、視界をさえぎらないようにする。従来知られているように、システムを使用していない時には、支持アーム９７は、旋回、はめ込み、または同様のメカニズムによって引っ込めることができる。また、支持アーム９７により、鏡９３の角度方向を調節し微調整することができる。図６の背面投影システム６０と同様に、どちらのシステムでも、キャビネット９８を広げてスクリーン２０（またはアーム９７）を含めることができる。
【００５５】
図６、図７、図８、図９では全般に、各投影システム内で使用する曲面鏡は、所定のポイント（一般に制御ポイントと呼ばれる）における接線／接平面の組と位置によって定義される、スプライン湾曲／面の点で記述してきた。これは曲面鏡の非常に一般的な記述であるが、より特定のタイプの曲面鏡を使用できることを理解されたい。これらは、球面、楕円面、双曲線面、放物線面などの、よく知られた反射特性を備える鏡／表面である。鏡のタイプの選択は、鏡および投影レンズユニットの光学的性質に依存する。すなわち、どちらの構成要素も、スクリーン画像を集光するという意味で一致しなければならない。任意の曲面に関して、曲率が大きすぎるか不正確な曲率が選択された場合、焦点問題が生じる場合がある。ある場合には、理想的な曲面鏡は、中間のタイプでありうる（部分的に楕円か１つの方向で楕円）。
【００５６】
具体的には、図１０は、投影システム１００と１１０内の光路を折り曲げるために双曲線鏡／双曲面鏡を使用することを示す。双曲線は、双曲線の１つの焦点から来る光線が、他の焦点から放射されたかのように反射される性質を有する。投影システム１００は、双曲線（双曲線の軸は点線で示す）の焦点ｆｌに画像プロジェクタ１０４を配置する方法を示す。第２の焦点はｆ２にある。双曲線の凸面状湾曲部分（ｆｌから見た場合）は、曲面鏡１０３のために使用する。ｆ１からの光は、これらの光が焦点ｆ２から放射されたように鏡１０３で反射され、（画像）プロジェクタの画像を形成する。３次元の場合（両方向で湾曲した鏡）については、双曲面の代わりに双曲線を使用する。しかし、反射特性は変わらない。
【００５７】
投影システム１１０は、鏡１１３の凹面に湾曲した要素を含む。（「垂直軸」の、焦点ｆ１と同じ側にある）この場合も、光線は、焦点ｆ２から放射されたかのように反射する。凹面鏡１１３は集光鏡であるので、画像プロジェクタ１１４には広角レンズが必要である。キャビネットの大きさは大きくなるが（投影距離が長くなる）、補正すべき歪みは少なくなり（焦点問題も低減される）、処理と大きさの間でトレードオフ（交換取引：tradeoff）が起きることに注意されたい。これは、スクリーン上に投影された光線の方向から見ることができる。これは、平面折り曲げ鏡を使用する、図２の従来技術の投影システムによりよく一致している。
【００５８】
図１１は、２つの双曲線鏡１２１と１２３、すなわち、凹面鏡と凸面鏡を連続的に使用する、２回折り曲げ背面投影システム１２０を示す。上述のように、背面ベースでも前面ベースでも、任意のシステムの反射光学素子は、単一鏡タイプに限定されない。画像プロジェクタ１２４は、第１の鏡１２１の焦点ｆ１に位置する。ここで、鏡１２１は、双曲線の分岐する凸面の部分と考えられる。これは、画像を拡張する役割を果たすので、画像プロジェクタ１２４と鏡１２１の組合せは広角レンズとして有効に機能する。また、第１の鏡１２１の焦点ｆ２は、第２の鏡１２３の焦点と一致する。第２の鏡１２３は第２の双曲線の収束する凹面の部分と考えられる。第２の鏡１２３を反射する光線は、鏡１２３の第２の焦点ｆ３から放射されたかのように見える。第２の集光鏡１２３により、歪みが低減され、分岐する第１の凸面鏡１２１により、通常のレンズを広角レンズのように使用することが可能になる。同様に、上述のどのシステムも、反射光学素子の一部として第２の曲面鏡を組み込むことができる。
【００５９】
図１２は、単一のプロジェクタ１３４からの光ビームが２つの光路へ分割され、各ハーフビームは別々に反射してスクリーンの半分を照射する、別の例としとしての投影システム１３０を示す。図示するように、反射光学素子１３６は２つの自己反射型平面鏡１３１と１３５、１３３と１３７の組を含む。さらに、多数の鏡（２以上）および／または複数の画像プロジェクタユニットを使用することにより、別の変形例が得られる。多数の鏡および（または）プロジェクタを使用して、光路および関連する反射光学素子をいくつかのサブユニットに分割／分裂し、これらのサブユニットにスクリーンの異なる部分を照射させることができる。
【００６０】
図１２では、鏡１３１と１３５および１３３と１３７の各対は、独立した２回折り曲げの反射光学素子ユニットを形成し、スクリーンの半分を照射する。また、第１の２つの鏡１３５と１３７は、光ビーム（光ピラミッド）を２つの経路へ分割する役割を果たす。その後第２の２つの鏡１３１と１３３から反射してスクリーンに照射する。これにより、左右の鏡対から見た開口角度が効果的に低減され、鏡のサイズは小さくなるが投影比は低減されたままで変わらない。電子補正ユニットは、スクリーン上で正しい画像が再構成されるように、適切に左右半分ずつを補正しなければならない。これは、元の信号から２つの分解されたサブ画像を形成し、これらを独立してあらかじめ歪ませることを意味する。各光路によって投影された画像または照射されたスクリーンの部分は、中心（図１２のポイントＣ）の近くで重複してもよい。この重複帯（overlapping band）では輝度レベルはより大きく、全スクリーンに継ぎ目のない画像を形成するためには、電子補正ユニット１３２が一定の形態のエッジ混合またはソフト化を適用する必要がある。簡単なエッジ混合実装は、スクリーンにこれらの帯が投影されたときに等しい幅になるように、あらかじめ歪められたサブ画像の中で重複バンドを画定することである。さらに、サブ画像の輝度レベルの合計が一定になるように、サブ画像重複バンドの輝度レベルは相補的な線形勾配で減衰しなければならない。
【００６１】
図１３は、画像／ビームを光学的に分割するのではなく画像の半分を形成する２つの画像プロジェクタを使用する、別の例としての投影システム１４０を示す。曲面鏡１４１および１４５、１４３および１４７は、投影距離を縮小するために使用される。この配置は２つの背面投影システムの連結として見ることができる。すなわち、光ピラミッドは、各々が元の信号の半分を投影する２つの画像プロジェクタ１４４と１４４’を使用することによって分割される。各組が各光路に関する、２組の分岐する凸面鏡１４１と１４５、１４３と１４７を使用して投影比をさらに低減する。各画像プロジェクタ１４４と１４４’は別々の電子補正ユニット１４２を有していてもよいし、また、単一のユニットを共有してもよい。歪みも継ぎ目もなくできる限り画像ソース信号に近い最終画像が表示されるように、２つのサブ画像は電子補正ユニット１２によって独立して歪められるかおよび／またはエッジ調節を受ける。
【００６２】
角度のある曲面鏡を使用する場合は常に、光路中の非点収差によって焦点問題が生じる可能性がある。すなわち、画像プロジェクタレンズの外側領域の異なる部分からの光は、異なる距離で集束する。これらの焦点距離が著しく変わる場合、よい焦点を得ることは困難である。これを克服するために、鏡に別の形の制限を加え、非点収差を限定することができる。上記のようなスプラインベースの曲面鏡の構築では、（特定の接線傾斜および位置の）エッジ要件を壊さずに表面に沿った曲率を制御するために制御ポイントを調節することができる。これにより、非点収差が最小限になるように鏡の形を変更することができる。特に、制限されるケースは、許容できる非点収差の量によって特定できる。別のアプローチは、画像プロジェクタの投影光学素子に相補的な非点収差を加えることである。投影光学素子に１つまたは１つ以上の円柱レンズ素子を加え、これによって、全領域に渡ってを横切って一定で知られる程度の非点収差を生成することは可能である。その後、全領域に渡って公差内でこの非点収差を均一に反転させるように曲面鏡を設計することができる。これにより、設計すなわち投影光学素子の非点収差の量にさらに自由度が加わる。これは鏡の形状および全システムの光学性能を最適化するように変更することができる。
【００６３】
電子補正ユニット１２が達成する全般的な電子幾何形状の補正がない場合は、投影システム１０は全画像歪みが認められるように設計しなければならないことが理解されるであろう。そのような設計制約は、曲面鏡、軸外投影（台形効果）、可能性としては円筒状のレンズ素子の歪み効果のために問題となるかもしれない。本発明の電子補正の適用によって、幾何学的な歪み（および明度の不均一性）が、投影システムの設計制約から除去される。その代わりに、これらの限度は設計「自由度」と考えることができる。従って、光路の画像の歪みを自由に修正し、非点収差や他の収差を改善することができる。さらに、入力信号のデジタル補正（先に行う歪みを介して）を使用してこれを補償し、歪みのない画像をビューイングスクリーン上で生成することができる。
【００６４】
次に例示的な意味で、このような最適化の例を凸面スクリーンからの反射のコンテキストで説明する。補正がなければ、生成される画像は、ピンクッション歪みに台形歪みが足された歪みを示す（図５のＥＦＧＨを参照）。ピンクッション歪みの反対がたる形歪みであることが知られている（図５のＩＪＫＬを参照。これは垂直台形成分も有する）。たる形歪みにしたがってあらかじめ歪めることによって、ピンクッション歪みを低減または除去することができる。したがって、凸面の曲面鏡から歪みを除去する別の可能性は、広角レンズを使用してたる形歪みを加えることである。２つの相補的な効果を緊密に一致させることによって、鏡／広角レンズ組合せの「湾曲」挙動による歪みは低減され、電子補正ユニットは主に、軸外投影／台形効果を補償する。
【００６５】
従って、投影システム１０は、固有の歪みを有する全般的に短い投影距離（short throw）光学システムを組みこみながら、幾何学的歪みと他の光学的な歪みを補償する電子補正回路で短い投影距離を達成する。電子補正ユニット１２は、入力画像データに逆の歪みを適用して光学的な歪みを補償することによって、従来技術システムに発生する残余の光学的な歪みを除去する。また電子補正ユニット１２は、製造変動に関連するディスプレイの偏差を補正する機能を有しながら、同時に、画像処理およびスケーリングなどの従来のディスプレイ処理機能も提供する。また電子補正ユニット１２は、デジタル画像処理を使用して、不均一な輝度や不均一なクロミナンスの原因となる、光学エンベロープ内の光路における大きな変動と関係する光学偏差および他の光学構成要素の偏差（例えば光源、ディスプレイ装置、レンズなど）を補償する。
【００６６】
投影システム１０は、光学上正しいか正しくない投影レンズを備えた曲面鏡、または広角の投影レンズを備えた平面鏡または曲面鏡を使用して、短い投影比を達成することができる。電子補正ユニットは、横方向の色収差を含む任意の幾何学的な歪みを除去し、また、明度または輝度の不均一を補正する役割を果たす。これは従来技術の方法では光学的に処理していたものである。システムの設計は、歪みを光学的に最小限にするという制限によって限定されることがなくなる。また、任意の微調整が複雑な光学的な手段ではなくデジタルで適用できるという別の利点も有する。いくつかの鏡（平面および／または非平面）および／または画像プロジェクタを組み合わせることにより、変形例を得ることができる。システムは前面投影と背面投影の両方の設定で適用可能である。短い投影比を備えた特定の前面投影システムと背面投影システムを開示する。
【００６７】
当業者であれば、付随する請求項に定義される本発明の範囲から離れることなく、上記の構造の種々の変形例と適応例が可能であることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来技術の背面投影システムと従来技術の前面投影システムの概略図である。
【図２】単一の平面鏡を使用して光路を折り曲げる方法を示す、従来技術のリアプロジェクタの概略図である。
【図３】２つの平面鏡を使用して光路を折り曲げる方法を示す、従来技術のリアプロジェクタの概略図である。
【図４】本発明の投影システムの例としての構成を示す構成図である。
【図５】曲面鏡から反射した後の歪められた画像と、歪みを補正するあらかじめ歪められた画像の例を示す概略図である。
【図６】曲面鏡を使用する単一折り曲げ背面投影システムとしての、図４の投影システムの別の例としての構成を示す側面図である。
【図７】曲面鏡を使用する単一折り曲げ前面投影システムとしての、図４の投影システムの別の例としての構成を示す側面図である。
【図８】凸面鏡を使用するデスクトップ前面投影システムとしての、図４の投影システムの別の例としての構成を示す概略図である。
【図９】格納式反射光学素子を備えた前面投影システムとしての、図４の投影システムの別の例としての構成を示す概略図である。
【図１０Ａ】凸状と凹状の双曲線／双曲面鏡を使用して光路を折り曲げる、図４の投影システムの別の例としての構成を示す概略図である。
【図１０Ｂ】凸状と凹状の双曲線／双曲面鏡を使用して光路を折り曲げる、図４の投影システムの別の例としての構成を示す概略図である。
【図１１】凸面鏡と凹面鏡を順に使用する、２つ折の背面投影システムとしての、図４の投影システムの別の例としての構成を示す概略図である。
【図１２】単一のプロジェクタからの光ビームを２つの光路に分離し、各半ビームを使用してスクリーンの半分を別々に照射する方法を示す、図４の投影システムの別の例としての構成を示す概略図である。
【図１３】２つの画像プロジェクタを使用して、２つの背面投影システムを連結することにより画像の半分を形成する方法を示す、図４の投影システムの別の例としての構成を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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