JP2008157836A - 光学系の光学特性評価方法、プロジェクタの光学特性評価方法、光学特性評価装置、およびスクリーン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光学系の光学特性評価方法は、評価対象としての光学系(投射レンズ5)の光入射側に所定ピッチを有する第1の格子パターン(ブラックマトリクス2)を配置するとともに、光学系の光射出側に所定ピッチを有する第2の格子パターン(格子線4)を備えた被投射面(スクリーン3)を配置し、第1の格子パターンの像を光学系を通して被投射面上に投射し、第1の格子パターンの像と第2の格子パターンとの干渉により被投射面上に生じるモアレ縞の発生状態を観察することによって、光学系の光学特性を評価する。
【選択図】図1
Description
この構成によれば、一面にパターンが設けられた光透過性を有する板体、例えばパターンを描いた透明板を準備しておくだけで良く、高価な測定器を準備することなく光学特性を簡便に測定、評価することができる。
この構成によれば、第1のパターンが固定されたものでなく、第1のパターンの形状やピッチを自由に変化させることができるため、モアレ縞の発生状態を適宜変化させて評価しやすくすることができる。
この構成によれば、例えば被投射面をなすスクリーンに予めパターンを描いておくだけで良く、高価な測定器を準備することなく光学特性を簡便に測定、評価することができる。
この構成によれば、パターンを被投射面上に投射もしくは表示するための投射装置もしくは表示装置が必要となるものの、何もパターンが描かれていない一般のスクリーンを用いて測定、評価が可能である。さらに、第2のパターンの形状やピッチを自由に変化させることができるため、モアレ縞の発生状態を適宜変化させて評価しやすくすることができる。
従来の測定方法では被投射面上の複数の測定点でスポットの測定を行っていたが、非球面ミラーや自由曲面ミラーは光学特性が直線的に変わるのではなく、不規則に変化したり、変曲点を持ったりするため、複数点のスポット測定からその間を直線的に補間して光学特性を予測するのでは測定精度が悪くなってしまう。その点、本発明の方法であれば、光学系の全域にわたって連続的かつ直接的な評価が可能であるため、特に非球面ミラーや自由曲面ミラー等の評価に好適である。
この構成によれば、モアレ縞の観察結果をフィードバックして非球面ミラーや自由曲面ミラーを変形させ、光学特性を再度評価するため、所望の光学特性が得られるように非球面ミラーや自由曲面ミラーの形状を最適化することが容易になる。
この構成によれば、第1のパターンが固定されたものでなく、光変調素子によって第1のパターンの形状やピッチを自由に変化させることができるため、モアレ縞の発生状態を適宜変化させて評価しやすくすることができる。
また、前記プロジェクタが非球面ミラーもしくは自由曲面ミラーを含む反射光学系を備え、前記評価対象である光学系が前記反射光学系である場合、前記非球面ミラーもしくは前記自由曲面ミラーの光学特性を評価することができる。
また、前記モアレ縞の発生状態の観察結果に基づいて前記非球面ミラーもしくは前記自由曲面ミラーを変形させ、光学特性を再度評価してもよい。
これらの構成による作用、効果は上述した通りである。
この光学特性評価装置を用いることによって、従来の方法に比べて簡単、安価、迅速に精度良く光学特性の測定、評価を行うことができる。
このスクリーンを用いることによって、従来の方法に比べて簡単、安価、迅速に精度良く光学特性の測定、評価を行うことができる。
以下、本発明の第1の実施の形態を図1、図2を参照して説明する。
本実施形態は、液晶プロジェクタの光学特性、中でも投射光学系である投射レンズの光学特性を、レンズ単体ではなく装置ごと測定、評価する方法の例である。
図1は本実施形態の光学特性の評価方法を説明するための概略構成図、図2は同評価方法に用いる画像処理のアルゴリズムを示す図である。なお、図1においては、プロジェクタの各種光学部品のうち、本方法に光学的に関係する液晶ライトバルブと投射レンズのみを図示し、残りの光学部品の図示は省略する。
図1の装置構成を用いてブラックマトリクス像7(2点鎖線で示す)を投射したスクリーン3をCCD等の撮像素子(画像入力装置)で撮像した様子を示したのが図2の上の図(A)である。上述したように、ブラックマトリクス像7と格子線4(実線で示す)がずれているとモアレ縞8が発生する。なお、この図は説明のためにモアレ縞をわかりやすく描いたものであり、実際に発生するモアレ縞のイメージとは異なることを注記しておく。なお、以上の説明では、スクリーン3上の格子線4はブラックマトリクス像7の位置および寸法に合わせて描いてあること、すなわち、スクリーン3上でブラックマトリクス像7と格子線4を一致(互いのピッチを一致)させることを前提としている。しかしながら、実際はブラックマトリクス像7と格子線4をずらした方がモアレ縞8が拡大し、測定が容易になるため、ブラックマトリクス像7と格子線4とを意図的にずらしてもよい。
まず一つとして、投射レンズ5の歪曲を測定することができる。従来の測定方法の場合、スクリーン上に投射された画像のうち、例えば画面内9点の測定ポイントにおいて、理論的な基準位置に対して画素がどれだけずれているかを数えていた。したがって、測定ポイントでの歪曲は測定できるものの、光学系全体がどのような傾向で歪曲収差を持っているかは、測定ポイントでの測定値から全体を推測するしかなかった。ところが、近年の光学系では非球面や自由曲面の形状を持つレンズやミラーを多用する傾向があり、数点の測定ポイントのみの測定値で全体を推測するのは危険である。具体的には、球面の場合は、両端の測定値があればその間は直線で補間しても大きな問題とはならないが、非球面や自由曲面の場合、画面の中に測定値の変曲点があるため、大雑把な測定ポイントではこれらの変曲点を捉えることは難しい。
以下、本発明の第2の実施の形態を図3を参照して説明する。
本実施形態は、プロジェクタの投射レンズの光学特性を、装置全体ではなくレンズ単体で測定、評価する方法の例である。勿論、プロジェクタ以外の光学機器の光学系(レンズ)の測定、評価にも適用できる。
図3は本実施形態の光学特性の評価方法を説明するための概略構成図である。なお、図3において図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第3の実施の形態を図4を参照して説明する。
本実施形態は、投射レンズの光学特性をレンズ単体で測定、評価する方法の例であるが、格子線を描いたスクリーンを用いない点で第2実施形態と異なっている。
図4は本実施形態の光学特性の評価方法を説明するための概略構成図である。なお、図4において図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第4の実施の形態を図5、図7を参照して説明する。
本実施形態は、評価方法自体は第1、第2実施形態と同様であるが、評価対象が非球面ミラーや自由曲面ミラーを用いた反射光学系である点が特徴的である。
図5は本実施形態の光学特性の評価方法を説明するための概略構成図である。なお、図5において図1,図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図7は上記の反射光学系を含む超短焦点光学系を備えたプロジェクタの概略構成図である。
このプロジェクタ2200は、プロジェクタ外部の壁Wに設置したスクリーン2260に画像信号に応じた光を投射し、スクリーン2260で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投射型のプロジェクタである。筐体2270の内部の底面80には、光学エンジン部10が投射レンズ20を上向きにして設置されている。光学エンジン部10は、画像信号に応じて変調された光を投射レンズ20を通して上方に射出する。
以下、本発明の第5の実施の形態を図6を参照して説明する。
本実施形態は、評価対象および評価方法は第4実施形態と同様であるが、評価結果を非球面ミラーや自由曲面ミラーの形状にフィードバックする点で第4実施形態と異なる。
図6は本実施形態の光学特性の評価方法を説明するための概略構成図である。なお、図6において図5と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
非球面ミラーを用いる光学系は、一般的に超広角光学系であることが多い。よって、非球面ミラーは映像光を高倍率で拡大することから、非球面ミラーの形状誤差や形状変化が画像の歪曲、フォーカスに大きく影響する。また、一般的に非球面ミラーは樹脂で成形されることが多いため、周囲の温度変化で形状が変化しやすく、画像に影響を及ぼすこともある。ところが、本実施形態の方法によれば、光学特性の評価結果をミラー形状にフィードバックするので、非球面ミラー22に形状誤差(加工誤差)があっても個体ごとに形状を再調整することができる。また、温度変化によって非球面ミラー22が変形しても、適宜対応することができる。
Claims (15)
- 評価対象としての光学系の光入射側に所定のピッチを有する第1のパターンを配置するとともに、前記光学系の光射出側に所定のピッチを有する第2のパターンを備えた被投射面を配置し、前記第1のパターンの像を前記光学系を通して前記被投射面上に投射し、前記第1のパターンの像と前記第2のパターンとの干渉により前記被投射面上に生じるモアレ縞の発生状態を観察することによって、前記光学系の光学特性を評価することを特徴とする光学系の光学特性評価方法。
- 前記第1のパターンが、光透過性を有する板体の一面に設けられたパターンで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学系の光学特性評価方法。
- 前記第1のパターンが、光透過性を有する板体上に投射もしくは表示されたパターンの像で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学系の光学特性評価方法。
- 前記第2のパターンが、前記被投射面上に描かれたパターンで構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の光学系の光学特性評価方法。
- 前記第2のパターンが、前記被投射面上に投射もしくは表示されたパターンの像で構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の光学系の光学特性評価方法。
- 前記評価対象としての光学系が非球面ミラーもしくは自由曲面ミラーを含む反射光学系であり、前記非球面ミラーもしくは前記自由曲面ミラーの光学特性を評価することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の光学系の光学特性評価方法。
- 前記モアレ縞の発生状態の観察結果に基づいて前記非球面ミラーもしくは前記自由曲面ミラーを変形させ、光学特性を再度評価することを特徴とする請求項6に記載の光学系の光学特性評価方法。
- 光変調素子を備えたプロジェクタにおける光学系の光学特性を評価する方法であって、
所定のピッチを有する第1のパターンを備えた光変調素子と所定のピッチを有する第2のパターンを備えた被投射面とを用い、前記光変調素子の前記第1のパターンの像を前記光学系を通して前記被投射面上に投射し、前記第1のパターンの像と前記第2のパターンとの干渉により前記被投射面上に生じるモアレ縞の発生状態を観察することによって、前記プロジェクタにおける光学系の光学特性を評価することを特徴とするプロジェクタの光学特性評価方法。 - 前記第1のパターンが、前記光変調素子によって表示されたパターンの像で構成されていることを特徴とする請求項8に記載のプロジェクタの光学特性評価方法。
- 前記第2のパターンが、前記被投射面上に描かれたパターンで構成されていることを特徴とする請求項8または9に記載のプロジェクタの光学特性評価方法。
- 前記第2のパターンが、前記被投射面上に投射もしくは表示されたパターンの像で構成されていることを特徴とする請求項8または9に記載のプロジェクタの光学特性評価方法。
- 前記プロジェクタが非球面ミラーもしくは自由曲面ミラーを含む反射光学系を備え、前記評価対象である光学系が前記反射光学系であり、前記非球面ミラーもしくは前記自由曲面ミラーの光学特性を評価することを特徴とする請求項8ないし11のいずれか一項に記載のプロジェクタの光学特性評価方法。
- 前記モアレ縞の発生状態の観察結果に基づいて前記非球面ミラーもしくは前記自由曲面ミラーを変形させ、光学特性を再度評価することを特徴とする請求項12に記載のプロジェクタの光学特性評価方法。
- 評価対象としての光学系の光入射側に配置され、所定のピッチを有する第1のパターンを有する板体と、
前記板体に光を照射する光源と、
前記光学系の光射出側に配置され、所定のピッチを有する第2のパターンを備えた被投射面と、を備え、
前記光学系によって前記第1のパターンの像が前記被投射面上に投射可能に構成されていることを特徴とする光学特性評価装置。 - 評価対象としての光学系の光入射側に配置された板体もしくは光変調素子が有する所定のピッチの第1のパターンが投射されるとともに、所定のピッチを有する第2のパターンを有する被投射面を備えたことを特徴とするスクリーン。
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