JP2008003271A - 画像表示装置及び画像調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーデバイスの角度調整と焦点調整を簡易に且つ定量化できることを特徴とした画像表示装置及び画像調整方法を提供することを目的とする。
【解決手段】照明光学部１１と、照明光学部１１から照射される光を画像情報に応じて所定の角度で反射するミラーデバイス６と、ミラーデバイス６からの反射光を画像表示手段１０へと投影するための投射光学部９と、ミラーデバイス６の４隅に配置される非点収差を生じさせるレンズ部７と、前記レンズ部を介して画像表示手段１０に投影されるテストパターン像１５の情報を計測する計測手段１３と、計測手段１３によって得られた計測値に基づいて、ミラーデバイス６の投射光学部９及び画像表示手段１０に対する焦点及び角度調整を行う調整部１４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ミラーデバイスを用いた画像表示装置に関し、スクリーンに投影される画像に対するピンボケ（焦点位置ズレ）や台形歪み（角度ズレ）を補正するために、ミラーデバイスの焦点及び角度調整を行う調整技術に関するものである。

近年、液晶技術や画像表示素子であるミラーデバイスなどの技術の進歩に伴い、それらの技術を利用したプロジェクタの画質性能が著しく向上している。

そこで、大型画像を表示する手段としてプロジェクタや、家庭用大型テレビとしてプロジェクタ技術を利用したプロジェクションテレビやリアプロジェクションテレビの需要が増加している。

しかし、プロジェクタはディスプレイタイプと違って、スクリーン面と画像表示素子であるミラーデバイスとの相対関係によってスクリーン面上表示画像のピンボケ(焦点位置ズレ)や台形歪み（角度ズレ）が起こったりする。

この問題を解決するために、水平方向１列に並んだ４つの発光素子(画像表示素子)からスクリーンにテストパターンを投影し、それぞれの反射光を水平方向に並んだ４つの垂直方向一次元配列撮像素子で受光し、４つの受光位置の直線性を確認し、直線上から外れる外側の受光位置であればその受光位置を除外し、直線性が保持されている受光位置の外側の２個の位置からスクリーンまでの距離を求めてスクリーンの傾斜角度を算出することにより角度調整し、台形歪みを補正する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、画像光をスクリーンに対して一定の発散角で投射するプロジェクタであって、スクリーンに投射された投射点を指し示している電子ペンから同時に出力された検出光と検出音が受信されるまでの間の時間差に基づいて、画像表示反射機構上に取り付けられたセンサ部と投射点とを最短距離で結ぶ直線Ｌ１の長さを求め、直線Ｌ１の長さに所定の定数を乗じて、センサ部とスクリーンとを最短距離で結ぶ直線Ｌ２の長さを求め、第二の直線Ｌ２の長さに基づいて焦点調整を行う技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１５０９１９号公報 特開２００５−１６５１４０号公報

しかしながら特許文献１に記載の技術では、複数の発光素子および複数の受光素子を用いるため、それらに付随する集光系レンズの枚数など、部品点数が多くなるという課題があった。

また、特許文献２に記載の技術では、スクリーン上に取り付けられた電子ペンから同時に出力された検出光と検出音が受信されるまでの間の時間差に基づいて調整を行うため、光量モニタと音声モニタの両方が必要であるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、焦点調整と角度調整を定量化して行う画像表示装置及び画像調整方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の照明光学部と、前記照明光学部から照射される光を画像情報に応じて所定の角度で反射するミラーデバイスと、前記ミラーデバイスからの反射光を画像表示手段へと投影するための投射光学部と、前記ミラーデバイスの４隅に配置される非点収差を生じさせるレンズ部と、前記レンズ部を介して画像表示手段に投影されるテストパターン像の情報を計測する計測手段と、前記計測手段によって得られた計測値に基づいて、前記ミラーデバイスの前記投射光学部及び前記画像表示手段に対する焦点及び角度調整を行う調整部とを備えたことを特徴とするものである。

さらに画像表示装置において、前記レンズ部は、直行する２軸方向でそれぞれ曲率が異なるレンズを用いたことを特徴とするものである。

さらに画像表示装置において、前記テストパターン像は半径一定の円であり、前記計測手段は前記円の歪み及び大きさを計測することを特徴とするものである。

さらに本発明の画像調整方法において、照明光学部と、前記照明光学部から照射される光を画像情報に応じて所定の角度で反射するミラーデバイスと、前記ミラーデバイスからの反射光を画像表示手段へと投影するための投射光学部とから構成される画像表示装置のミラーデバイスの画像調整方法において、前記ミラーデバイスの有効領域外の４隅に非点収差を生じさせるレンズ部を配置するステップと、前記照明光学部から前記ミラーデバイスへ光を照射するステップと、前記ミラーデバイスにて画像情報に応じて所定の角度で照射光を反射するステップと、前記ミラーデバイスからの反射光を画像表示手段へと前記投射光学部により投影するステップと、前記投射光学部により前記画像表示手段に投影されるテストパターン像の情報を計測手段にて計測するステップと、前記計測手段によってえられた計測値に基づいて、前記ミラーデバイスの前記投射光学部及び前記画像表示手段に対する焦点及び角度調整を行い固定するステップとを有することを特徴とするものである。

さらに画像調整方法において、前記レンズ部は、直行する２軸方向でそれぞれの曲率が異なるレンズを用いたことを特徴とするものである。

さらに画像調整方法において、前記固定するステップに続いて、前記レンズ部の取り外しを行うステップをさらに有することを特徴とするものである。

さらに画像調整方法において、前記テストパターン像は半径一定の円であり、前記計測手段は前記円の歪み及び大きさを計測することを特徴とするものである。

さらに画像調整方法において、照明光学部と、前記照明光学部から照射される光を画像情報に応じて所定の角度で反射するミラーデバイスと、前記ミラーデバイスからの反射光を画像表示手段へと投影するための投射光学部とから構成される画像表示装置のミラーデバイスの画像調整方法において、前記ミラーデバイスの有効領域外を含む全面に非点収差を生じさせるレンズ部を配置するステップと、前記照明光学部から前記ミラーデバイスへ光を照射するステップと、前記ミラーデバイスにて画像情報に応じて所定の角度で照射光を反射するステップと、前記ミラーデバイスによって反射された光を画像表示手段へと前記投射光学部により投影するステップと、前記投射光学部により前記画像表示手段に投影されるテストパターン像の情報を計測手段にて計測するステップと、前記計測手段によってえられた計測値に基づいて、前記ミラーデバイスの前記投射光学系及び前記画像表示手段に対する焦点及び角度調整を行い固定するステップと、前記レンズ部を前記ミラーデバイスから取り外すステップとを有することを特徴とするものである。

さらに画像調整方法において、前記レンズ部は、直行する２軸方向でそれぞれの曲率が異なるレンズを用いたことを特徴とするものである。

さらに画像調整方法において、前記テストパターン像は半径一定の円であり、前記計測手段は前記円の歪み及び大きさを計測することを特徴とするものである。

本発明の画像表示装置及び画像調整方法によれば非点収差を与えるレンズ部を用いることで、スクリーンに投影される画像に対するピンボケ（焦点位置ズレ）や台形歪み（角度ズレ）を明確に定量化し、ミラーデバイスの焦点及び角度調整を簡易に同時に行えるという効果を得ることができる。

以下に、本発明の画像表示装置及び画像調整方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例における画像表示装置に関する概要を示す。図１において、照明光学部１１は、光源１と集光レンズ部２とロッドインテグレータ３とリレーレンズ部４と反射プリズム５とで構成されている。また、ミラーデバイス６、非点収差を与えるレンズ部１２としてシリンドリカルレンズ７及び集光レンズ８、投射光学部として投射レンズ部９、画像表示手段としてスクリーン１０を用いている。通常、画像表示を行う際には、照明光学部１１が照射した光をミラーデバイス６内のミラー素子群がそれぞれ所定の角度で反射することによりスクリーン１０に画像が表示される。ミラー素子群は表示させる画像に応じて所定の角度で傾きを変更して反射光を表示画像とするものである。

図２は、ミラーデバイス６の反射面６−ａに非点収差を与えるレンズ部１２の１部である４つのシリンドリカルレンズ７−ａ〜７−ｄを取り付けた状態を示したものであり、ミラーデバイス６においては反射光がそのままスクリーンに表示される有効領域６−ｂと本発明の画像表示装置にフレームなどを取り付けた際に反射光が遮蔽され非表示領域となる有効領域外部６−ｃからなる。図２に示すように、シリンドリカルレンズ７はミラーデバイス６の有効領域外部６−ｃ上の４隅に配置される。さらに、非点収差を与えるレンズ部１２のもう一方の一部である集光レンズ８はシリンドリカルレンズ７と同じ中心光軸を通るように配置される。またここで集光レンズ８を用いる理由としては、非点収差を与えるレンズ部１２を通ってスクリーン１０で表示されるテストパターン１５のＸ軸焦点位置とそれと直交するＹ軸焦点位置の中間位置が、スクリーン１０で表示される画像の焦点が合う位置と同じになるようにするためである。
ただし、シリンドリカルレンズのみでもＹ軸焦点とＸ軸焦点の中間位置がスクリーン面と合致することができる。

また、非点収差を与えるレンズ部１２を４隅の１箇所にだけ配置することも可能ではあるが、それだけではスクリーン１０に対するミラーデバイス６の全体的な焦点及び角度ズレを計測する事が困難である。そこで４隅に配置することにより、ミラーデバイス６のスクリーン１０に対する全体の焦点及び角度ズレを誤差がなく容易に計測することができる。

投射レンズ９部は複数枚のレンズで構成されており、ミラーデバイス６から反射されるテストパターン像を任意の倍率でスクリーン１０へと投影する。

計測手段１３はスクリーン１０上に表示されたテストパターン像１５の形状を計測し、焦点及び角度ズレを計測するものである。

調整部１４は、計測手段１３の出力信号を受信する調整量指示部と、ミラーデバイス６をステージ上に取り付け、ステージがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸に可動する６軸ステージと、６軸ステージの各軸を可動させるためのモーターとで構成されている。調整量指示部が計測手段１３からの出力信号に基づいて各軸の調整量を決定し、その調整量に基づいて各軸に信号を送ることで各軸のモーターが可動し、ミラーデバイス６焦点及び角度ズレの調整を行う。

以上の構成からなる本発明の画像表示装置の動作について図３に示すフローチャートを用いて説明する。
光源１から出射された光は、集光レンズ部２にてロッドインテグレータ３に集光され、ロッドインテグレータ３内にて強度分布を一様化された光は、リレーレンズ部４及び反射プリズム５にてミラーデバイス６へと導光される。ミラーデバイス６にてテストパターン像となるように反射された光は、非点収差を与えるレンズ部１２及び投射レンズ部９を通ってスクリーン１０に投影される。その後、前記ミラーデバイス６の有効領域外にあたる前記スクリーン１０に投影されたテストパターン像１５を計測手段１３によって計測し、前記計測手段１３で得られた計測値に基づいて調整部１４にて前記ミラーデバイス６を調整し、焦点及び角度調整を行う。その際の計測方法及びミラーデバイス６の調整方法について以下に具体例を述べる。

ミラーデバイス６の有効領域外上の４隅に設置された非点収差を与えるレンズ部１２を通るテストパターン像１５を図４のように真円にした場合、垂直方向の長さをα、水平方向の長さをβとした場合、スクリーン１０に投影されるテストパターン像１５は図５のようになる。ここでテストパターン像１５の長さ比は真円のためα＝βとなるため、計測手段１３が図５のようにスクリーン１０上に投影される４隅のテストパターン像を測定し、４隅のテストパターン像の垂直方向及び水平方向の長さがすべてと等しくなるようにα’＝β’、さらに表示されるテストパターン像１５が限りなく真円に近づくように、調整部１４がミラーデバイス６の焦点及び角度調整を行う。

例えば、上側２つのテストパターン像だけが真円に近く、下側２つのテストパターン像が楕円となっている場合には上下方向にミラーデバイスが傾いているため、ミラーデバイス６とスクリーン１０との相対位置が平行となるようにミラーデバイス６の傾きを調整する。また、テストパターン像の形状が同じにもかかわらず、縦横比が違う場合には、ミラーデバイス６とスクリーン１０との相対位置を焦点が合うようにミラーデバイス６を前後調整する。

以上のように、本発明の画像表示装置及び画像調整方法によれば、テストパターン像に非点収差を与えることで、焦点及び角度ズレ量を明確に定量化することができ、焦点及び角度調整を簡易に同時に行えるという効果を得ることができる。

次に図６ないし図７を用いて本発明の実施例２となる画像調整方法を以下に示す。

図６は本発明の実施例２におけるミラーデバイス６に非点収差を与えるレンズ部１２の一部であるシリンドリカルレンズ７を取り付けた様子を示す図である。以上の構成からなる本発明の画像表示装置の動作について図８に示すフローチャートを用いて説明する。

ミラーデバイス６の有効領域全面を覆うように非点収差を与えるレンズ部１２の１部であるシリンドリカルレンズ７取り付ける。さらに、非点収差を与えるレンズ部１２のもう一方の一部である集光レンズ８はシリンドリカルレンズ７と同じ中心光軸を通るように配置される。実施例１でも述べた通り、ここで集光レンズ８を用いる理由としては、非点収差を与えるレンズ部１２を通ってスクリーン１０で表示されるテストパターン１５のＸ軸焦点位置とそれと直交するＹ軸焦点位置の中間位置が、スクリーン１０で表示される画像の焦点が合う位置と同じになるようにするためである。
ただし、シリンドリカルレンズのみでもＹ軸焦点とＸ軸焦点の中間位置がスクリーン面と合致することができる。

光源１から出射された光は、集光レンズ部２にてコリメートされた後、ロッドインテグレータ３に集光され、ロッドインテグレータ３内にて強度が一様化された光は、リレーレンズ部４及び反射プリズム５にてミラーデバイス６へと導光され、ミラーデバイス６にてテストパターン像１５を載せて反射された光は、非点収差を与えるレンズ部１２及び投射レンズ部９を通ってスクリーン１０に投影される。その後、投影されたテストパターン像１５を計測手段１３によって計測し、前記計測手段１３で得られた計測値に基づいて調整部１４にて前記ミラーデバイス６を調整し、焦点及び角度調整を行い固定し、非点収差を与えるレンズ部１２を取り外す。その際の計測値について以下に概要を述べる。

ミラーデバイス６の有効領域に取り付けられた非点収差を与えるレンズ部１２のテストパターンを図６のように真円にした場合、垂直方向の長さをＡ、水平方向の長さをＢとした場合、前記スクリーン１０に投影されるテストパターン像１５は図７のようになる。

ここでテストパターン像１５の長さ比は真円のためＡ＝Ｂとなるため、計測手段１３が図５のようにスクリーン１０上に投影されるテストパターン像１５を測定し、垂直方向及び水平方向の長さがすべてと等しくなるようにＡ’＝Ｂ’、さらに表示されるテストパターン像１５が限りなく真円に近づくように、調整部１４がミラーデバイス６の焦点及び角度調整を行う。

そして焦点及び角度調整が完了したら非点収差を与えるレンズ部１２であるシリンドリカルレンズ７及び集光レンズ８を取り外す。

以上のように、本発明の画像表示装置及び画像調整方法によればテストパターンに非点収差を与えるレンズ部を調整毎に何度も利用できるため、出荷製品の部品点数を少なくすることが出来る。

なお、実施例１で非点収差を与えるレンズ部１２をミラーデバイスの４隅に配置するように示したが、本実施例２と同様にミラーデバイスの調整後に４隅の非点収差を与えるレンズ部１２を取り外すようにしても良い。このようにすることで、１セットの非点収差を与えるレンズ部で各装置の調整を行うことが出来る。

なお、本発明の実施例１および２において非点収差を与えるレンズ部の一部としてシリンドリカルレンズを用いて説明したが、トロイダルレンズを用いても良く、シリンドリカルレンズと同様の構成及び方法を実施することが可能である。

本発明の画像表示装置及び画像調整方法によればテストパターン像に非点収差を与えることで、ミラーデバイスの画像表示手段に対する焦点及び角度調整量を明確に定量化することができるため、映像放射部と表示部の相対位置の調整が必要なプロジェクタのような製品に有効である。

本発明の実施例１における画像表示装置の概略図 ミラーデバイスの４隅に非点収差を与えるレンズ部の一部であるシリンドリカルレンズを配置した概要図 本発明における有効領域外を利用した画像調整方法のフローチャート ミラーデバイスの４隅に非点収差を与えるレンズ部の一部であるシリンドリカルレンズを配置した拡大図 ミラーデバイスの４隅に非点収差を与えるレンズ部を配置した場合のスクリーンに投影されるテストパターン図 ミラーデバイスの有効領域全面を覆う非点収差を与えるレンズ部の一部である一枚のシリンドリカルレンズを配置した概要図 ミラーデバイスの有効領域全面を覆う非点収差を与えるレンズ部を配置した場合に投影されるテストパターン図 画像表示装置の動作を示すフローチャート

符号の説明

１ 光源
２ 集光レンズ部
３ ロッドインテグレータ
４ リレーレンズ部
５ 反射プリズム
６ ミラーデバイス
６−ａ 反射面
６−ｂ 有効領域
６−ｃ 有効領域外
７ シリンドリカルレンズ
７ａ〜ｄ シリンドリカルレンズ
８ 集光レンズ
９ 投射レンズ部
１０ スクリーン
１１ 照明光学部
１２ 非点収差を与えるレンズ部
１３ 計測手段
１４ 調整部
１５ テストパターン像

Claims (10)

1. 照明光学部と、
   前記照明光学部から照射される光を画像情報に応じて所定の角度で反射するミラーデバイスと、
   前記ミラーデバイスからの反射光を画像表示手段へと投影するための投射光学部と、
   前記ミラーデバイスの４隅に配置される非点収差を生じさせるレンズ部と、
   前記レンズ部を介して画像表示手段に投影されるテストパターン像の情報を計測する計測手段と、
   前記計測手段によって得られた計測値に基づいて、前記ミラーデバイスの前記投射光学部及び前記画像表示手段に対する焦点及び角度調整を行う調整部と、
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記レンズ部は、直行する２軸方向でそれぞれ曲率が異なるレンズを用いたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記テストパターン像は半径一定の円であり、前記計測手段は前記円の歪み及び大きさを計測する、ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 照明光学部と、
   前記照明光学部から照射される光を画像情報に応じて所定の角度で反射するミラーデバイスと、
   前記ミラーデバイスからの反射光を画像表示手段へと投影するための投射光学部とから構成される画像表示装置のミラーデバイスの画像調整方法において、
   前記ミラーデバイスの有効領域外の４隅に非点収差を生じさせるレンズ部を配置するステップと、
   前記照明光学部から前記ミラーデバイスへ光を照射するステップと、
   前記ミラーデバイスにて画像情報に応じて所定の角度で照射光を反射するステップと、
   前記ミラーデバイスからの反射光を画像表示手段へと前記投射光学部により投影するステップと、
   前記投射光学部により前記画像表示手段に投影されるテストパターン像の情報を計測手段にて計測するステップと、
   前記計測手段によってえられた計測値に基づいて、前記ミラーデバイスの前記投射光学部及び前記画像表示手段に対する焦点及び角度調整を行い固定するステップと、
   を有する画像調整方法。
5. 前記レンズ部は、直行する２軸方向でそれぞれの曲率が異なるレンズを用いたことを特徴とする請求項４に記載の画像調整方法。
6. 前記固定するステップに続いて、前記レンズ部の取り外しを行うステップをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の画像調整方法。
7. 前記テストパターン像は半径一定の円であり、前記計測手段は前記円の歪み及び大きさを計測する、ことを特徴とする請求項４に記載の画像調整方法。
8. 照明光学部と、
   前記照明光学部から照射される光を画像情報に応じて所定の角度で反射するミラーデバイスと、
   前記ミラーデバイスからの反射光を画像表示手段へと投影するための投射光学部とから構成される画像表示装置のミラーデバイスの画像調整方法において、
   前記ミラーデバイスの有効領域外を含む全面に非点収差を生じさせるレンズ部を配置するステップと、
   前記照明光学部から前記ミラーデバイスへ光を照射するステップと、
   前記ミラーデバイスにて画像情報に応じて所定の角度で照射光を反射するステップと、
   前記ミラーデバイスによって反射された光を画像表示手段へと前記投射光学部により投影するステップと、
   前記投射光学部により前記画像表示手段に投影されるテストパターン像の情報を計測手段にて計測するステップと、
   前記計測手段によってえられた計測値に基づいて、前記ミラーデバイスの前記投射光学系及び前記画像表示手段に対する焦点及び角度調整を行い固定するステップと、
   前記レンズ部を前記ミラーデバイスから取り外すステップと、
   を有する画像調整方法。
9. 前記レンズ部は、直行する２軸方向でそれぞれの曲率が異なるレンズを用いたことを特徴とする請求項８に記載の画像調整方法。
10. 前記テストパターン像は半径一定の円であり、前記計測手段は前記円の歪み及び大きさを計測する、
    ことを特徴とする請求項８記載の画像調整方法。
    
    

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