JP2010032986A - Focus positioning device and focus positioning method for liquid crystal panel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶プロジェクタのライトバルブの組み立て製造・検査工程において必要となる、投射表示装置の光学系の液晶パネルの位置調整を行う液晶パネルのフォーカス位置決め装置および位置決め方法に関し、特に近年、液晶パネルの小型化に伴い、画素内の開口率が低く投射映像の照明輝度が確保しにくい液晶パネルにおいて、投射映像の明るさを確保できる照明光学系を搭載し、パネル位置を動かして撮像した画像を解析することにより複数のパネルフォーカス位置から真のフォーカス面の探索が可能な液晶パネルのフォーカス位置決め装置および位置決め方法に関する。 The present invention relates to a focus positioning apparatus and positioning method for a liquid crystal panel for adjusting the position of a liquid crystal panel of an optical system of a projection display device, which is necessary in the assembly manufacturing / inspection process of a light valve of a liquid crystal projector. With the downsizing of the LCD panel, the LCD panel has a low aperture ratio and it is difficult to ensure the brightness of the projected image.It is equipped with an illumination optical system that can ensure the brightness of the projected image. The present invention relates to a focus positioning device and a positioning method for a liquid crystal panel that can search for a true focus surface from a plurality of panel focus positions by analysis.
一般に液晶プロジェクタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の3枚の液晶パネルを用いて、単色映像を作りだし、R、G、Bの単色映像をダイクロイックプリズム上で色合成して投射映像を作りだしている。 In general, a liquid crystal projector uses three liquid crystal panels, red (R), green (G), and blue (B), to create a monochromatic image, and then synthesizes R, G, and B monochromatic images on a dichroic prism. To create a projected image.
液晶プロジェクタの組み立て・調整工程では、色コントラストが最も鮮明な緑色の投射映像を基準位置とし、残りの赤色、青色の投射映像を表示されている緑色の対応する投射画素位置にできる限り一致する様に像を重ね合わせ(コンバージェンス調整)、次にこの位置で単色で投射した被投射面上の投射画素のボケ方が最も小さく、各色の投射映像の投射画素と画素の区切りが最も鮮明となる位置に、各色の液晶パネル位置を調整(フォーカス調整)することが必要である。 In the assembly and adjustment process of the LCD projector, the green projected image with the clearest color contrast is used as the reference position, and the remaining red and blue projected images are matched as much as possible to the corresponding projected pixel positions of the displayed green. Overlapping the image (convergence adjustment), then the position where the projected pixels on the projected surface projected with a single color are the least blurred at this position, and the projected pixels of each color and the pixel separation are the clearest In addition, it is necessary to adjust the position of each color liquid crystal panel (focus adjustment).
従来の組み立て・調整工程においては、投射スクリーンの四隅に当該箇所を撮像できるように4台のカラーカメラを配置し、その統合画像出力を用いてフォーカス調整を行なってきた(例えば、非特許文献1参照)。非特許文献1にて開示された自動フォーカス位置決め装置では、R、G、Bの3色に分離された超高圧水銀ランプからの放射光を、各色に対応する3枚の液晶パネルに入射して独立に画像を生成し、ダイクロイックプリズムによって画像を合成してスクリーン上に投射している。そして、Z方向(液晶パネル表面の法線方向)に液晶パネルを移動させつつ4台のカラーカメラによってスクリーン上の投射画像の四隅のデータを取得し、X方向のコントラスト感度(コントラストの逆数でボケの程度を示す)とY方向のコントラスト感度との平均値が最小となる位置をベストフォーカス位置として液晶パネルの位置調整を行なう。
しかしながら、近年の小型化されたプロジェクタでは、搭載される液晶パネルも小型化されており、光源から投写レンズに至る光路長が短縮されるとともに、画素サイズが微細になるため光源光の集光率も縮小され、光変調素子の開口率が低下するので、投射映像が暗くなる傾向にある。
液晶パネルの移動に伴って、投射映像の投射画素の形状が変化するが、小型化された液晶パネルによる投射画素の変異は微小な上、投射映像が暗くなるため、従来の肉眼の視感度に依存したフォーカス位置検出方法ではフォーカスの画像変異を捕らえることが困難になってきている。さらに、4台のカラーカメラには感度にバラツキがあるところ、投射映像が暗くなってきたことにより、カメラの感度バラツキによるフォーカス調整の誤差が無視できないようになってきている。
However, in recent miniaturized projectors, the mounted liquid crystal panel is also miniaturized, the optical path length from the light source to the projection lens is shortened, and the pixel size becomes fine, so the light source light condensing rate Since the aperture ratio of the light modulation element is reduced, the projected image tends to be dark.
As the liquid crystal panel moves, the shape of the projected pixel of the projected image changes, but the variation in the projected pixel due to the miniaturized liquid crystal panel is minute and the projected image becomes darker. It has become difficult to detect a focus image variation by the dependent focus position detection method. Furthermore, the sensitivity of the four color cameras varies, and the projected image has become darker, so that errors in focus adjustment due to variations in camera sensitivity cannot be ignored.
しかして、投射映像が暗くなることに対処して、光源の光量を上げて、映像を明るくすると、発熱による温度上昇の影響や光量増による液晶パネルの劣化を招きやすい。特に、画質調整においては、パネルへの光束の直接照射条件下で、画質調整時間が長くなると温度上昇による部材の膨張で、例えばフルハイビジョン対応パネルなど、パネル画素サイズが小さくなるにつれて本来の最適なフォーカス位置とフォーカス指標による判定位置との乖離が大きくなるため、ライトバルブの組み立て・接合後の映像品質が低下し、製品歩留まりが低下するという問題があった。 Thus, if the projected image becomes dark and the light amount of the light source is increased to brighten the image, the temperature rises due to heat generation and the liquid crystal panel is likely to deteriorate due to the increased light amount. In particular, in image quality adjustment, when the image quality adjustment time becomes longer under the direct irradiation condition of the light beam to the panel, the expansion of the member due to the temperature rise. Since the discrepancy between the focus position and the determination position by the focus index becomes large, there is a problem that the image quality after assembly and joining of the light valve is lowered, and the product yield is lowered.
[発明の目的]
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光源と照明照射部間を適切なライトガイドにて連結し、カメラで撮像した画像の輝度設定を適切に行なうことにより、カメラ感度バラツキや肉眼による視感度に依存することのない、プロジェクタの小型化に伴う開光率の低下を補うことができ、ライトバルブの組み立て接合・画質検査時の投射映像の明るさを確保し、ランプ光原による熱の影響を抑制するとともに、ベストフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができる液晶パネルのフォーカス位置決め装置およびフォーカス位置決め方法を提供する点にある。
[Object of invention]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to appropriately connect the light source and the illumination irradiating unit with an appropriate light guide and appropriately set the brightness of the image captured by the camera. By doing so, it is possible to compensate for the decrease in the light opening rate due to the miniaturization of the projector, which does not depend on the camera sensitivity variation and the visual sensitivity by the naked eye, and the brightness of the projected image at the time of assembly and image inspection of the light valve The focus positioning device and the focus positioning method of the liquid crystal panel can be provided, which can secure the above, suppress the influence of heat from the lamp light source, and can accurately adjust the optical axis position to the best focus position.
さらに、本発明が目的とするところは、輝度が低下しても投射画素を明確化できるようにして、投射映像の画像変異の視認性が極めて悪い場合にも、フォーカスの自動調整を行うことができフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができる液晶パネルのフォーカス位置決め装置およびフォーカス位置決め方法を提供する点にある。 Furthermore, the purpose of the present invention is to make it possible to clarify the projection pixels even when the brightness is reduced, and to perform automatic focus adjustment even when the visibility of the image variation in the projected video is extremely poor. A focus positioning device and a focus positioning method for a liquid crystal panel that can accurately adjust the optical axis position to the focus position are provided.
上記の目的を達成するため、本発明によれば、液晶パネルを透過した光をダイクロイックプリズムを介してスクリーン上に照射して液晶パネルのフォーカス調整を行なう液晶パネルのフォーカス位置決め装置において、液晶パネルを移動・回転させる多軸駆動機構部と、色分離された光束を分割して光ファイバを介して各液晶パネルの四隅にガイドするようにした光ガイド機構と、スクリーン上に投射された映像の四隅を撮像するように配置された4個の撮像カメラと、前記撮像カメラから得られるカラー画像のRGB色成分の出力をデジタル値に変換するA/D変換回路と、A/D変換された色信号を用いて濃淡画像を生成する濃淡画像生成部と、濃淡画像の輝度を上下方向(Y方向)および左右方向(X方向)に積分する輝度映像処理部と、X方向およびY方向の輝度積分結果を用いてフォーカス指標となるフォーカス値を算出するフォーカス演算部と、ベストフォーカス位置を探索するフォーカス探索部と、液晶パネルをベストフォーカス位置に移動させるために前記多軸駆動機構部に伝達する制御信号を生成する位置制御部と、を有することを特徴とする液晶パネルのフォーカス位置決め装置、が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in a focus positioning device for a liquid crystal panel that adjusts the focus of the liquid crystal panel by irradiating light transmitted through the liquid crystal panel onto a screen via a dichroic prism, A multi-axis drive mechanism that moves and rotates, a light guide mechanism that divides the color-separated light flux and guides it to the four corners of each liquid crystal panel via optical fibers, and the four corners of the image projected on the screen Four image pickup cameras arranged so as to pick up an image, an A / D conversion circuit for converting an output of RGB color components of a color image obtained from the image pickup camera into a digital value, and an A / D converted color signal A gray-scale image generating unit that generates a gray-scale image using the image, a luminance video processing unit that integrates the luminance of the gray-scale image in the vertical direction (Y direction) and the horizontal direction (X direction), and A focus calculation unit that calculates a focus value serving as a focus index using the luminance integration results in the X direction and the Y direction, a focus search unit that searches for the best focus position, and the above-described multiple units for moving the liquid crystal panel to the best focus position. And a position controller that generates a control signal to be transmitted to the shaft drive mechanism.
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、液晶パネルを透過した光をダイクロイックプリズムを介してスクリーン上に照射して液晶パネルのフォーカス調整を行なう液晶パネルのフォーカス位置決め方法であって、
(1)光源が出射する光を色分離した後各色毎に少なくとも四つに分割して光ファイバを介して液晶パネルの少なくとも四隅にガイドし、該液晶パネルを透過した光をダイクロイックプリズムを介してスクリーン上に投射する過程と、
(2)4個の撮像カメラを用いて前記スクリーン上に投射された映像の四隅をそれぞれ撮像する過程と、
(3)前記撮像カメラから得られるRGB三色の出力をデジタル値に変換する過程と、
(4)A/D変換された色信号を用いて濃淡画像を生成する過程と、
(5)生成された濃淡画像の輝度データを横方向(X軸方向)および縦方向(Y軸方向)に積分する過程と、
(6)前過程により得られた輝度積分の平均と分散をX軸方向、Y軸方向別の算出する過程と、
(7)前過程により得られた計算結果に基づいてフォーカス指標となるフォーカス値を算出する過程と、
(8)ベストフォーカス位置を求める過程と、
(9)ベストフォーカス位置へ液晶パネルを移動・回転させる過程と、
を有することを特徴とする液晶パネルのフォーカス位置決め方法、が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a focus positioning method for a liquid crystal panel in which light transmitted through the liquid crystal panel is irradiated onto a screen via a dichroic prism to adjust the focus of the liquid crystal panel. ,
(1) The light emitted from the light source is color-separated and then divided into at least four for each color and guided to at least four corners of the liquid crystal panel through optical fibers, and the light transmitted through the liquid crystal panel is transmitted through the dichroic prism. Projecting onto the screen;
(2) The process of imaging each of the four corners of the image projected on the screen using four imaging cameras;
(3) a process of converting the RGB three-color output obtained from the imaging camera into a digital value;
(4) a process of generating a grayscale image using A / D converted color signals;
(5) integrating the luminance data of the generated grayscale image in the horizontal direction (X-axis direction) and the vertical direction (Y-axis direction);
(6) a process of calculating the average and variance of the luminance integral obtained by the previous process for each of the X-axis direction and the Y-axis direction;
(7) A process of calculating a focus value as a focus index based on the calculation result obtained in the previous process;
(8) The process of obtaining the best focus position;
(9) The process of moving and rotating the liquid crystal panel to the best focus position;
There is provided a focus positioning method for a liquid crystal panel characterized by comprising:
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、液晶パネルを透過した光をダイクロイックプリズムを介してスクリーン上に照射して液晶パネルのフォーカス調整を行なう液晶パネルのフォーカス位置決め方法であって、
(1′)光源が出射する光を色分離した後各色毎に少なくとも四つに分割して光ファイバを介して液晶パネルの少なくとも四隅にガイドし、該液晶パネルを透過した光をダイクロイックプリズムを介してスクリーン上に投射する過程と、
(2′)4個の撮像カメラを用いて前記スクリーン上に投射された映像の四隅をそれぞれ撮像する過程と、
(3′)前記撮像カメラから得られるRGB三色の出力をデジタル値に変換する過程と、
(4′)A/D変換された色信号を用いて濃淡画像を生成する過程と、
(5′)生成された濃淡画像の輝度データを横方向(X軸方向)および縦方向(Y軸方向)に積分する過程と、
(6′)前過程により得られた輝度積分の最大値と最小値とをX軸方向、Y軸方向別に求める過程と、
(7′)前過程により得られた輝度積分の最大値と最小値とからフォーカス指標となるフォーカス値を算出する過程と、
(8′)ベストフォーカス位置を求める過程と、
(9′)ベストフォーカス位置へ液晶パネルを移動・回転させる過程と、
を有することを特徴とする液晶パネルのフォーカス位置決め方法を有することを特徴とする液晶パネルのフォーカス位置決め方法、が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a focus positioning method for a liquid crystal panel in which light transmitted through the liquid crystal panel is irradiated onto a screen via a dichroic prism to adjust the focus of the liquid crystal panel. ,
(1 ') The light emitted from the light source is color-separated and then divided into at least four for each color and guided to at least four corners of the liquid crystal panel through optical fibers, and the light transmitted through the liquid crystal panel is passed through the dichroic prism. Projecting on the screen,
(2 ′) a process of imaging the four corners of the image projected on the screen using four imaging cameras;
(3 ′) a process of converting the RGB three-color output obtained from the imaging camera into a digital value;
(4 ′) a process of generating a grayscale image using the A / D converted color signal;
(5 ′) integrating the luminance data of the generated grayscale image in the horizontal direction (X-axis direction) and the vertical direction (Y-axis direction);
(6 ′) a process of obtaining the maximum value and the minimum value of the luminance integral obtained by the previous process for each of the X-axis direction and the Y-axis direction;
(7 ′) a process of calculating a focus value as a focus index from the maximum value and the minimum value of the luminance integral obtained by the previous process;
(8 ') The process of obtaining the best focus position;
(9 ') The process of moving and rotating the liquid crystal panel to the best focus position;
There is provided a focus positioning method for a liquid crystal panel, characterized by having a focus positioning method for a liquid crystal panel.
本発明によると、パネル開口部全体に直接照明光を照射するのに代えて、光ファイバ照明によって画質調整で必要な撮像部分のパネル位置のみにスポット照射しているので、画質調整時における熱膨張変位、熱による検査エリア内の画質の揺らぎを低減でき、画質調整時、組立て時の接合ズレを大幅に軽減することができる。
さらに、光ファイバ照明により、偏光素子である液晶パネルに照射される面積、光量が少なくなり放熱、調整・検査時の光による液晶分子の劣化が抑制されるため、製品品質・歩留まりが向上する。
また、撮像画像の光強度をX方向およびY方向に積分して、フォーカス指標を得るための光強度信号を得ているので、プロジェクタの小型化に伴って投射画素の輝度が低下して視認性が劣化しても、自動的にフォーカス調整を行なうことが可能になり、精度の高いフォーカス位置調整を行なうことができる。
また、光ファイバ射出部の直後、つまり液晶パネル直前に偏光板と拡散シートを挿入することで、照明光の集光特性を向上させ照明むらのない均一な光を液晶パネルに照射できるので、画素サイズが微小な場合にもスクリーン投射映像の明るさを確保することができ画質調整時の調整精度を向上させ画素位置ずれを軽減することができる。
According to the present invention, instead of directly irradiating the entire panel opening with illumination light, only the panel position of the imaging part necessary for image quality adjustment is spot-irradiated by optical fiber illumination, so thermal expansion during image quality adjustment is performed. It is possible to reduce image quality fluctuations in the inspection area due to displacement and heat, and to greatly reduce misalignment during image quality adjustment and assembly.
Furthermore, the optical fiber illumination reduces the area and amount of light applied to the liquid crystal panel, which is a polarizing element, and suppresses deterioration of liquid crystal molecules due to heat dissipation and light during adjustment / inspection, thereby improving product quality and yield.
In addition, since the light intensity signal for obtaining the focus index is obtained by integrating the light intensity of the captured image in the X direction and the Y direction, the brightness of the projection pixel decreases as the projector becomes smaller, and the visibility is reduced. Even if the brightness deteriorates, the focus adjustment can be automatically performed, and the focus position adjustment with high accuracy can be performed.
In addition, by inserting a polarizing plate and a diffusion sheet immediately after the optical fiber exit, that is, immediately before the liquid crystal panel, it is possible to improve the light collection characteristics of illumination light and irradiate the liquid crystal panel with uniform light without uneven illumination. Even when the size is very small, the brightness of the screen projection image can be secured, the adjustment accuracy during image quality adjustment can be improved, and the pixel position deviation can be reduced.
〔構成の説明〕
図1は、本発明に係るフォーカス調整装置の一実施の形態の構成を示すブロック図であり、図2は、図1に示すカラーCCDカメラの位置関係を示す平面図であり、図3は、図1に示すカラーCCDカメラの位置関係を示す側面図であり、図4は、図1に示すカラーCCDカメラによるスクリーン上の撮像位置を示す図であり、図5は、図1に示す画像認識処理部の構成を示すブロック図であり、図6は、図1に示す6軸ステージ部により移動させる液晶プロジェクタの光学部品の調整光軸と各色毎の液晶パネルとの位置関係を示す図であり、図7は、図2に示す調整用光源出力部5の構成を示すブロック図であり、図8は、図2に示すパネル保持部6と調整用光源出力部5との間の光路の構成を示す図であり、図9は、調整用光源出力部5の調整用光源部21の構成を示す断面図であり、図10と図11は、調整光源出力部からの光束を液晶パネルに供給すると共にパネルを支持するパネル保持部6と光学ユニット1との関係を示す図である。
[Description of configuration]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a focus adjusting apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a positional relationship of the color CCD camera shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a side view showing a positional relationship of the color CCD camera shown in FIG. 1, FIG. 4 is a view showing an imaging position on the screen by the color CCD camera shown in FIG. 1, and FIG. 5 is an image recognition shown in FIG. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the processing unit, and FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship between the adjustment optical axis of the optical components of the liquid crystal projector moved by the 6-axis stage unit shown in FIG. 1 and the liquid crystal panel for each color. 7 is a block diagram showing the configuration of the adjustment light
本実施の形態のフォーカス位置決め装置は、図1に示すように、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dと、A/D変換回路11と、画像入力部12と、画像メモリ13と、認識制御部7と、6軸ステージ部8とを備える。ここで、認識制御部7は、画像認識処理部14と、位置制御部15とから構成される。なお、図1においては省略されているが、A/D変換回路11は、カラーCCDカメラ3aと同様に、カラーCCDカメラ3b、3c、3dと画像入力部12との間にも設けられている。
カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dは、図2および図3に示すように、投射型表示装置である液晶プロジェクタの投射部を構成する光学ユニット1からスクリーン2のスクリーン投射面に投射された投射映像の4隅を撮像する位置に配置されている。パネル保持部6には光学ユニット1に取り付けられる液晶パネルが保持されており、これに映像信号発生器4が接続されている。後述するように、調整光源出力部5からの光束をライトガイドでパネル保持部6に導入し、パネル保持部6の直前で光分岐器で光束を分岐した後、液晶パネルの検査領域に対応するパネル位置に照射し、映像信号発生器4から提供される単色ラスタースキャン映像に対応して、該当色に対応する液晶パネルに通過させてスクリーン2に単色の投射映像を投射する。
また、光学部ユニット1からの投射映像以外の光を遮光するため、暗幕45により外部からのすべての光を遮断している。
スクリーン2の四隅には、図4に示すように、白色素材パネル2a、2b、2c、2dが貼られている。カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dは、白色素材パネル2a、2b、2c、2d上の投射映像の4隅が十分収まる位置にそれぞれ設置され、投射された領域の投射映像を撮像する。図4において、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dの撮像領域をそれぞれ3a’、3b’、3c’、3d’にて示す。
As shown in FIG. 1, the focus positioning apparatus of the present embodiment includes
As shown in FIGS. 2 and 3, the
Further, in order to shield light other than the projected image from the
As shown in FIG. 4,
A/D変換回路11は、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dが撮像したカラー画像をそれぞれA/D変換する。A/D変換は、カラー画像の色成分である赤(R)色、緑(G)色、青(B)色毎に行われる。
画像入力部12では、投射映像の4隅に設置されているカラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dにより撮像され、A/D変換されたカラー画像を統合して、各色成分毎の画像データが生成される。
画像メモリ13は、画像入力部12により生成されたR色、G色、B色の画像データを色成分毎に記憶する。画像メモリ13に記憶された画像データは、認識制御部7の画像認識処理部14へ転送される。
The A /
In the
The
画像認識処理部14は、図5に示すように、R、G、B画像データから擬似モノクロ画像を生成する濃淡画像生成部16、フォーカス検査エリア生成部17、輝度投影処理部18、フォーカス演算部19、フォーカス探索部20から構成される。
濃淡画像生成部16は、画像メモリ13内に色成分毎に記憶された各色成分の画像データの輝度値を用いて被投射面での光強度に近い単色の濃淡画像を生成する。
フォーカス検査エリア生成部17は、スクリーン2の4箇所の撮像位置に対応するカメラ視野位置の画像領域にフォーカス検査エリアを設定する。
輝度投影処理部18は、フォーカス検査エリア生成部17により設定されたフォーカス検査エリア内のX、Y方向別に輝度積分を行い、X、Y方向別の投射画素領域の被投射面での光強度分布を強調して特徴変異を明確化する。
フォーカス演算部19は、投影処理部18で得られたX、Y方向別の輝度積分に基づいてフォーカス位置を特定するためのフォーカス値を計算する。フォーカス値の算出方法については後述する。
フェーカス探索部20は、パネル移動範囲内でパネルをステップ移動させた各位置での各フォーカス検査エリア毎のフォーカス値Fに基づいて、各フォーカス検査エリア毎にフォーカス値Fが最大となるパネル位置を投射映像が最も鮮明になるフォーカス位置として求める。
As shown in FIG. 5, the image recognition processing unit 14 includes a grayscale
The gray
The focus inspection area generation unit 17 sets a focus inspection area in the image area at the camera visual field position corresponding to the four imaging positions on the
The luminance
The
The
位置制御部15は、フオーカス探索部20により求められた各フォーカス検査エリア毎のフォーカス位置からフォーカス重心とパネルの姿勢を補正する補正角度信号Δθx、Δθyを算出し、算出したフォーカス重心と補正角度信号を含むパネル姿勢の補正値を指令値として6軸ステージ部8に送出する。
6軸ステージ部8は、位置制御部15からの指令値に基づいて光学ユニット1の光学部品の取り付け位置を調整する機構であり、図6に示す液晶パネル9a、9b、9cを液晶パネル9a、9b、9cからの光の色合成を行うダイクロイックプリズム10に取り付ける際のパネル位置の調整を行う。
The
The 6-
図6において、X、Y、Z、θ、θX、θYは、6軸ステージ部8により移動させる液晶パネル9a(G色を担当)の各調整光軸を示したもので、液晶パネル9a平面に垂直な入射光方向(法線方向)をZ軸、液晶パネル9b、9c平面に垂直な入射光方向をX軸と定め、またZ軸方向とX軸方向に垂直な方向をY軸と定めている。液晶パネル9aは、パネル位置X、Y、Zと、Z軸回りの回転角度θと、X軸回りのパネルあおり角度θXと、Y軸回りのパネルあおり角度θYとの6軸で位置が決定されるが、フォーカス調整には、Z軸、X軸回り、Y軸回りの3軸の調整光軸について調整が行われる。R色を担当する液晶パネル9b、B色を担当する液晶パネル9cについても同様な光軸座標配置となっている。
図2、図3に示す構成では、光学ユニット1から投射される映像を直接スクリーン2で受けていたが、光学ユニット1の正面にミラーを配置し、これによる反射光をスクリーン2によって受けるようにしてもよい。このようにすれば、装置の大型化を回避しつつ光学ユニット1−スクリーン2間の距離(投射距離)を大きくとることが可能になる。
In FIG. 6, X, Y, Z, θ, θ X , and θ Y indicate the respective adjustment optical axes of the liquid crystal panel 9a (in charge of G color) that is moved by the six-
In the configuration shown in FIGS. 2 and 3, the image projected from the
(1) 調整用光源の構造
次に、図7〜図12を参照して調整用光源の構成について説明する。調整用光源出力部5は、図7に示すように、調整用光源21と、光ファイバからなるライトガイド22R、22G、22Bと、ファイバ分岐部23R、23G、23Bとから構成される。ファイバ分岐部23R(23G、23B)において5つに分岐された光は、図8に示すように、光ファイバからなるライトガイド24によりパネル保持部6に挿入されたファイバ射出部25へとガイドされ、ファイバ射出部25から射出される。また、調整用光源21は、図9に示すように、プロジェクタの光源部とほぼ同様な色分離光学系に構成されており、光源ランプ26、光インテグレータ27、偏光変換光学系28、視野レンズ29、全反射ミラー30、33、2枚のダイクロイックミラー31a、31b、リレーレンズ32、3枚のコンデンサレンズ34R、34G、34B、3箇所のファイバ光入射部35R、35G、35Bを備えている。
(1) Structure of Adjustment Light Source Next, the configuration of the adjustment light source will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 7, the adjustment light
前記光源ランプ26から射出された光束は、光インテグレータ27によって射出方向が揃えられ、偏光変換光学系28によって所定の偏光成分に整えられ、全反射ミラー30aによって射出方向を90°折り曲げられた後、赤色の光束はライトガイド35R近傍で結像する。リレーレンズ32から射出された赤色光束は、その中心軸が後段のコンデンサレンズ34Rの入射面に垂直となるように入射し、さらにコンデンサレンズ34Rから射出された赤色光束は、前述のライトガイド22Rへの入力部を構成するファイバ光入射部35Rに集光される。緑(G)、青(B)の光束についても同様に35G、35Bに集光される。
前記色分離光学系では、2枚のダイクロイックミラー31a、31bと、反射ミラー33とを備え、これらのダイクロイックミラー31a、31b、全反射ミラー33によりインテグレータ27から射出された複数の部分光束を赤、緑、青の3色の色光に分離する機能を有している。
The luminous flux emitted from the
The color separation optical system includes two
調整用光源21の、インテグレータ、偏光変換光学系、色分離光学系およびリレーレンズを構成する光学部品は、光学部品用筐体の内部に収納されている。第8図に示す色分離された光束は、ファイバ光入射部35R, 35G、35Bからライトガイドで液晶パネル保持部6の直前で光分岐器23R 23G、23Bでそれぞれ5つの光束に分岐され、この光分岐された光束が、図10、図11に示すように、ファイバ射出部25内に入力され、2つの集光レンズ37a、37bを通して、検査領域をカハーする範囲の適切な光径になる様に全反射ミラー38に入力される。これらR、G、Bそれぞれの光束は、集光レンズ光束の進行方向に対し、45°の角度で取り付けられた全反射ミラー38で反射されて90°曲げられ、拡散シート39、偏光板40a、図12に示す液晶パネル保持部6の5箇所の光路穴44、液晶パネル41、偏光板40bを通過して、光学ユニット1に照射される。
The optical components constituting the integrator, the polarization conversion optical system, the color separation optical system, and the relay lens of the
一方、図10に示される光学ユニット1は、オプト色合成光学系となるクロスダイクロイックプリズム42、投射レレンズ43から構成され、クロスダイクロイックプリズム42は、投写レンズ43の光路前段に固定され、ライトガイドから放出された光束はクロスダイクロイックプリズム42を通過後、投写光学系となる投写レンズ43からスクリーン2に投射される。
On the other hand, the
図13(a)、(b)は、図10に示す調整光源出力部の光束をライトガイドで導いた照明方法で実パネルに照射した場合の液晶パネル面での、液晶パネル前面に拡散シートの無し有りでの光量分布、図13(c)、(d)は、拡散シート無し有りでの緑(G)色をスクリーンに投射した時の実映像である。図13(b)に示す光量分布から、ファイバ射出部での集光レンズの組み合わせと拡散シートの効果により、光量分布が対称な光束が液晶パネル面で確保されていることが分かる。さらに、図13(d)に示す映像から、本照明方式を採用した光学ユニット1による実投射映像において、液晶パネルへの照射位置でむらのない映像が確保でき、スクリーン面での明るさも十分確保できていることが分かる。
FIGS. 13A and 13B are diagrams showing the diffusion sheet on the front surface of the liquid crystal panel when the actual panel is irradiated with the light beam of the adjustment light source output unit shown in FIG. FIG. 13C and FIG. 13D are actual images when green (G) color without diffusion sheet is projected onto the screen. From the light quantity distribution shown in FIG. 13B, it can be seen that a light beam having a symmetrical light quantity distribution is secured on the liquid crystal panel surface by the combination of the condensing lens at the fiber exit and the effect of the diffusion sheet. Furthermore, from the image shown in FIG. 13 (d), in the actual projection image by the
(2) フォーカス探索動作
次に、本実施の形態の動作について図14を参照して詳細に説明する。図14は、本発明に係るフォーカス位置決め装置の動作を示すフローチャートである。本実施の形態においてフォーカス探索は、粗調整、微調整、超微調整の段階を経て実施されるが、いずれの段階のフォーカス探索も同様のプロセスで行なわれる(ステップA10での動作は異なる)ので、以下の説明は、特に断りのない限り、各調整段階での共通の処理動作であると理解されたい。
予め、ベストフォーカス位置を含むように液晶パネルの移動範囲を決めておき、1ステップずつ液晶パネルを移動させつつ検査を行なう(液晶パネルの移動範囲と1ステップの移動幅は調整の段階が進むにつれて徐々に狭められる)。例えば、ダイクロイックプリズムから最も離れた位置からスタートさせ、1ステップずつダイクロイックプリズムに近づけさせつつ検査を行なう。まず、映像信号発生器4は、液晶プロジェクタ1に単色ラスタースキャン映像を提供し(ステップA1)、液晶プロジェクタは、提供された単色ラスタースキャン映像を該当色に対応する液晶パネル9a、9b、9cのいずれかを通過させてスクリーン2に単色投射映像として投射する(ステップA2)。単色ラスタースキャン映像は、フォーカス調整を行うための映像で、G色を担当する液晶パネル9aのフォーカス調整には、G色の単色ラスタースキャン映像が、R色を担当する液晶パネル9bのフォーカス調整には、R色の単色ラスタースキャン映像が、B色を担当する液晶パネル9cのフォーカス調整には、B色の単色ラスタースキャン映像がそれぞれ用いられる。本実施の形態では、粗調整および微調整時には、ベタパターン(全画面均等表示)が用いられ、超微調整時にはL字パターンが照射される。以下、G色を担当する液晶パネル9aのフォーカス調整を行う例を説明する。
(2) Focus Search Operation Next, the operation of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the focus positioning apparatus according to the present invention. In this embodiment, the focus search is performed through the stages of coarse adjustment, fine adjustment, and ultrafine adjustment, but the focus search at any stage is performed in the same process (the operation in step A10 is different). The following description should be understood as a common processing operation in each adjustment stage unless otherwise specified.
The movement range of the liquid crystal panel is determined in advance so as to include the best focus position, and inspection is performed while moving the liquid crystal panel step by step (the movement range of the liquid crystal panel and the movement width of one step are adjusted as the adjustment stage proceeds). Gradually narrowed). For example, the inspection is performed while starting from the position farthest from the dichroic prism and making it approach the dichroic prism step by step. First, the
次に、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dによりスクリーン2に投射されたG色の投射映像の4隅をそれぞれカラー画像として撮像し(ステップA3)、A/D変換回路11により撮像したそれぞれカラー画像の色成分毎にA/D変換を行い(ステップA4)、画像入力部12によりA/D変換された4つのカラー画像を統合し、画像メモリ13内に各色成分毎にその座標と共に記憶する(ステップA5)。スクリーン2には、G色を担当する液晶パネル9aを通過したG色投射映像が投射されているが、実際には、R色、B色の成分も含まれているため、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dによりカラー画像として撮像される。
Next, the four corners of the G-color projection image projected on the
図15は、図1に示す画像入力部により生成される画像データ例を示す図である。画像入力部12により生成される画像データは、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dで撮像してA/D変換した4フレームのカラー画像であり、図15に示すように、カラーCCDカメラの撮像領域3a’、3b’、3c’、3d’の各エリアは、投射画素の開口部分と投射画素間の切れ目となるブラックマトリクスとに対応する領域からなる。例えば、画素数640×480のカラーCCDカメラ3cは、その撮像領域の1/4でスクリーン上の有効投影領域を捕らえており、そこにはラスタースキャンにより形成されたL字状のパターンが投影されている(超微調整時)。そして、画像データの1フレーム内画素位置(x,y)の輝度分布は、画像メモリ13内に色成分毎に、R(x,y)、G(x,y)、B(x,y)(以下、それぞれR、G、Bで記述する)として記憶される。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of image data generated by the image input unit illustrated in FIG. 1. The image data generated by the
次に、濃淡画像画像生成部16により擬似モノクロ画像を生成する(ステップA6)。濃淡画像画像生成部16は、画像メモリ13に記憶された各撮像エリアの画像データを画像メモリ13から順次読み出し、画像データの各色成分の輝度分布R、G、Bに適当な重み付けをして単色の濃淡画像を生成する。単色の濃淡画像を生成する際の輝度分布R、G、Bの重み付けとしては、例えば、カラー画像データ内の1フレーム内画素位置(x,y)上での単色濃淡画像の輝度値I(x,y)を
I(x,y)=(m1*R+m2*G+m3*B)/m4
として計算し、モノクロ画像に近い単色の濃淡画像を生成する。ここで、重み付け係数を、例えば、m1 = 28、 m2 = 77、 m3 = 151、 m4 = 256とする。
Next, a pseudo monochrome image is generated by the grayscale image generation unit 16 (step A6). The grayscale
I (x, y) = (m1 * R + m2 * G + m3 * B) / m4
As a result, a monochrome gray image close to a monochrome image is generated. Here, for example, the weighting coefficients are m1 = 28, m2 = 77, m3 = 151, and m4 = 256.
次に、フォーカス検査エリア生成部17によりフォーカス検査エリアを設定する(ステップA7)。図15は、図5に示すフォーカス検査エリア生成部によって生成されるフォーカス検査エリアの位置関係を示す図である。
フォーカス検査エリア生成部17は、図15に示すように、撮像された各画像データ内に例えば13×11画素のフォーカス検査エリアを設定する。フォーカス検査エリアは、スクリーンの4隅を撮像しているカラーCCDカメラの撮像領域3a’、3b’、3c’、3d’に対応させて設定する。濃淡画像内において投射画素の分布は、カメラ視野内のどの位置でもほぼ一定であることから、図15に示すように、フォーカス検査エリアのサイズは、投射画素数が10×10画素程度の範囲に設定している。これは、フォーカス調整のための演算に必要な画素数を最小限して演算回数を軽減することで高速化を実現するためである。
Next, a focus inspection area is set by the focus inspection area generation unit 17 (step A7). FIG. 15 is a diagram showing the positional relationship of the focus inspection areas generated by the focus inspection area generation unit shown in FIG.
As shown in FIG. 15, the focus inspection area generation unit 17 sets, for example, a focus inspection area of 13 × 11 pixels in each captured image data. The focus inspection area is set so as to correspond to the
次に、輝度投影処理部18によりフォーカス検査エリア内での光の分布特徴となるX方向、Y方向について方向別に輝度積分を行う(ステップA8)。
輝度投影処理部18は、フォーカス検査エリア生成部17により設定されたフォーカス検査エリアのX方向、Y方向について方向別に輝度積分を行う。輝度積分を行うことで光量分布の特徴を明瞭に捉えることができる。
次に、フォーカス演算部19により輝度投影処理部18で得られたX、Y方向の輝度積分値の平均値と分散値を計算する(ステップA9)(超微調整の場合)。あるいは、フォーカス演算部19により輝度投影処理部18で得られたX、Y方向の輝度積分値の最大値(Imax)X、(Imax)Yと最小値(Imin)X、(Imin)Yを求める(ステップA9)(粗調整あるいは微調整の場合)。
Next, the luminance
The luminance
Next, the average value and the variance value of the luminance integrated values in the X and Y directions obtained by the luminance
さらにフォーカス演算部19でX、Y方向の輝度積分値の平均値、分散値、最大値、最小値等を用いた、合焦の程度を評価できる計算式によりそのパネル位置でのフォーカス値を計算する(ステップA10)。この計算式は、当業者により適宜決定し得るものである。しかして、本実施の形態においては、粗調整および微調整時におけるフォーカス値と超微調整時におけるフォーカス値とではその算出式が異なっている。ベタの検査パターンを投射する粗調整および微調整の場合には、フォーカス値を例えばMTF(Modulation Transfer Function)に相当する比視感度(Imax-Imin)/(Imax+Imin)により算出する。ここで、ImaxとIminは、Imax={(Imax)X+(Imax)Y}/2、Imin={(Imin)X+(Imin)X}/2である。つまり、フォーカス値F(z)は、次のようにして算出することもできる。
FX(z)={(Imax)X-(Imin)X}/{(Imax)X+(Imin)X}
FY(z)={(Imax)Y-(Imin)Y}/{(Imax)Y+(Imin)Y}
F(z)={FX(z)+FY(z)}/2
一方、超微調整の場合には、フォーカス値F(z)を例えば1−[{σx(z)}÷{σy(z)}]等により計算する。ここで、σx(z)とσy(z)は輝度積分の分散値である。フォーカス値は、0以上1以下の値ををとる特性値であって、(Imax-Imin)/(Imax+Imin)で算出する場合にはベストフォーカス位置に近いほど小さい値となり、1−[{σx(z)}÷{σy(z)}]の場合には、逆にベストフォーカス位置に近いほど大きい値をとる。フォーカス値は、各撮像領域3a'、3b'、3c'、3d'毎に計算される。そして、パネルの位置(Z位置)と共にそのフォーカス値をフォーカス計算部19に記憶しておく。
Further, the
F X (z) = {(Imax) X- (Imin) X } / {(Imax) X + (Imin) X }
F Y (z) = {(Imax) Y- (Imin) Y } / {(Imax) Y + (Imin) Y }
F (z) = {F X (z) + F Y (z)} / 2
On the other hand, in the case of ultra fine adjustment, the focus value F (z) is calculated by 1 − [{σ x (z)} ÷ {σ y (z)}], for example. Here, σ x (z) and σ y (z) are variance values of luminance integration. The focus value is a characteristic value that takes a value between 0 and 1, and when calculating with (Imax-Imin) / (Imax + Imin), the focus value becomes smaller as the focus position is closer to 1-[{ In the case of σ x (z)} ÷ {σ y (z)}], on the contrary, the closer to the best focus position, the larger the value. The focus value is calculated for each
次に、液晶パネルのZ軸方向のステップ移動が予定された範囲を完了したか否かがチェックされ(ステップA11)、完了していない場合には、液晶パネルを1ステップ移動させ(ステップA12)た後、ステップA3に戻る。ステップA11において液晶パネルの移動が予定された範囲を完了していることが判明した場合には、ステップA10において、画像が最も鮮明になるフォーカス値F(z)が極値をとる(フォーカス値が最大値または最小値となる)フォーカス位置を各フォーカス検査エリア毎に求める(ステップA13)。 Next, it is checked whether or not the predetermined range of step movement of the liquid crystal panel in the Z-axis direction is completed (step A11). If not, the liquid crystal panel is moved one step (step A12). After that, the process returns to step A3. If it is determined in step A11 that the movement of the liquid crystal panel has been completed, in step A10, the focus value F (z) at which the image is the clearest takes an extreme value (the focus value is A focus position (maximum value or minimum value) is obtained for each focus inspection area (step A13).
つまり、フォーカス探索部20は、各フォーカス検査エリア毎に算出したフォーカス値F(z)が最大または最小になるZ軸位置をフォーカス位置として求める。各フォーカス検査エリア毎(左上、右上、左下、右下)のフォーカス位置は、それぞれZa、Zb、Zc、Zdとして求める。Za、Zb、Zc、Zdは、
Za=MAX{F(z)}orMIN{F(z)}
Zb=MAX{F(z)}orMIN{F(z)}
Zc=MAX{F(z)}orMIN{F(z)}
Zd=MAX{F(z)}orMIN{F(z)}
として表すことができる。
That is, the
Za = MAX {F (z)} orMIN {F (z)}
Zb = MAX {F (z)} orMIN {F (z)}
Zc = MAX {F (z)} orMIN {F (z)}
Zd = MAX {F (z)} orMIN {F (z)}
Can be expressed as
次に、フォーカス値F(z)を1−[{σx(z)}÷{σy(z)}]として算出した場合に、フォーカス値F(z)が最大値になるZ軸位置がフォーカス位置となる理由について説明する。
図16は、Z軸をベストフォーカス位置を挟んで、パネルをZ軸方向に±50μm移動して撮像した時の図5に示す輝度投影処理部により輝度積分されたX、Yそれぞれの方向の輝度積分値の変化を示す図であり、図17は、図5に示す投影処理部により輝度積分されたX,Y方向の輝度積分値から算出した分散と、Z軸を移動して撮像した時のZ軸位置との関係を示す概念図であり、図18は、図5に示すフォーカス演算部により計算されるフォーカス値とZ軸位置との関係を示す図である。また、図19は、Gの単色を投射しパネルをZ軸方向3μm間隔で移動して撮像した場合に、図5に示す輝度投影処理部18により輝度積分された輝度積分値の分散値等のフォーカス指標とZ軸位置との関係を示す図である。
図16は、上から、−50μm位置、ベストフォーカス位置、+50μm位置での画像と輝度積分値を示している。同図より、ベストフォーカス位置においてX方向,Y方向共に輝度積分値が最小となっていることが分かる。さらに同図より、X方向の輝度積分値については、−50μm位置の方が+50μm位置の輝度積分値より大きくなっている。一方、Y方向の輝度積分値については、−50μm位置の方が+50μm位置の輝度積分値より小さくなっている。
Next, when the focus value F (z) is calculated as 1 − [{σ x (z)} ÷ {σ y (z)}], the Z-axis position where the focus value F (z) becomes the maximum value is The reason for the focus position will be described.
FIG. 16 shows the brightness in the X and Y directions integrated by the brightness projection processing unit shown in FIG. 5 when the panel is moved by ± 50 μm in the Z-axis direction with the best focus position in between. FIG. 17 is a diagram showing a change in the integral value. FIG. 17 shows the variance calculated from the luminance integral values in the X and Y directions integrated by the projection processing unit shown in FIG. FIG. 18 is a conceptual diagram showing the relationship with the Z-axis position, and FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the focus value calculated by the focus calculation unit shown in FIG. 5 and the Z-axis position. Further, FIG. 19 shows a dispersion value of the luminance integrated value integrated by the luminance
FIG. 16 shows an image and an integrated luminance value at −50 μm position, best focus position, and +50 μm position from the top. It can be seen from the figure that the integrated luminance value is minimum in both the X and Y directions at the best focus position. Further, as shown in the figure, the luminance integrated value in the X direction is larger at the −50 μm position than at the +50 μm position. On the other hand, the luminance integrated value in the Y direction is smaller at the −50 μm position than at the +50 μm position.
このように、液晶パネル9cをZ軸方向に移動させると、ベストフォーカス近傍でX方向とY方向とで反対のフォーカス特性を有する。すなわち、図17に示すように、フォーカス位置を挟んで手前(−方向)からダイクロイックプリズム10方向(+方向)に液晶パネル9cをZ軸に沿って順次移動させた場合には、yの分散値は、減少し、一方、xの分散値は増加する傾向がある。
つまり、フォーカス位置を挟んで手前(−方向)からダイクロイックプリズム10方向(+方向)に液晶パネル9cをZ軸に沿って順次移動させた場合に、投射映像パターンの光量変化量の性質は、X方向とY方向とでは、相反する。この性質は、投射レンズに入る光がレンズ中心と周辺部で集光特性、すなわちレンズのタンジェント値が違うため、ベストフォーカス位置でX,Yの集光特性が対称とならないことの反映である。
従って、フォーカス位置を挟んで手前(−方向)からダイクロイックプリズム10方向(+方向)に液晶パネル9cをZ軸に沿って順次移動させた場合のフォーカス値の変化は、図17に示すように、ベストフォーカス位置で相反する性質を有し、フォーカス値F(z)は、例えば前述の計算式で与えられる場合、図18の曲線で示すように、最も投射画像が鮮明となるベストフォーカス位置で最大値となる。
As described above, when the liquid crystal panel 9c is moved in the Z-axis direction, the X direction and the Y direction have opposite focus characteristics in the vicinity of the best focus. That is, as shown in FIG. 17, when the liquid crystal panel 9c is sequentially moved along the Z axis from the near side (− direction) to the
That is, when the liquid crystal panel 9c is sequentially moved along the Z axis from the near side (− direction) across the focus position to the
Accordingly, as shown in FIG. 17, the change in the focus value when the liquid crystal panel 9c is sequentially moved along the Z axis from the front (− direction) to the
一方、フォーカス値F(z)が、F(z)=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)で与えられる粗調整と微調整の場合、フォーカス値の推移は、図20に示すようになる。また、超微調整の場合に、フォーカス値をσx(z)}÷σy(z)と再定義した場合のフォーカス値の推移は、図21に示すようになる。図20の粗調整時には、5μmのピッチでパネルを移動させておおよそのベストフォーカス位置を特定し、その結果を利用する図21の超微調整時には、1μmのピッチでパネルを移動させており、移動分解能をあげた超微調整モードで見逃しやすい小刻みなフォーカス変動をとらえ、真のベストフォーカス位置を検出している。 On the other hand, when the focus value F (z) is coarse adjustment and fine adjustment given by F (z) = (Imax−Imin) / (Imax + Imin), the transition of the focus value is as shown in FIG. . Further, in the case of ultra fine adjustment, the transition of the focus value when the focus value is redefined as σ x (z)} ÷ σ y (z) is as shown in FIG. When coarse adjustment in FIG. 20 is performed, the panel is moved at a pitch of 5 μm to specify an approximate best focus position, and when the fine adjustment of FIG. 21 using the result is performed, the panel is moved at a pitch of 1 μm. In the ultra-fine adjustment mode with high resolution, it captures small focus fluctuations that are easy to overlook and detects the true best focus position.
次に、フォーカス探索部20によりフォーカス演算部19で各フォーカス検査エリア毎に計算されたフォーカス値からパネルのフォーカス位置を求める。
液晶パネル9aは、Z軸の光軸方向に対して、回転、傾き、X、Y方向のあおり角度があり、投射面までの光路長に差が出るため、各フォーカス検査エリア(左上、右上、左下、右下)をカラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dでそれぞれ撮像したカラー画像からそれぞれ得られるフォーカス位置Za、Zb、Zc、Zdは、一致しない。従って、フォーカス位置Za、Zb、Zc、Zdから、液晶パネル9aの中心が通る真のフォーカス面位置を見つければ、最終的な液晶パネルのフォーカス位置を探索できる。
Next, the
Since the liquid crystal panel 9a has rotation, tilt, and tilt angles in the X and Y directions with respect to the optical axis direction of the Z axis, and there is a difference in the optical path length to the projection surface, each focus inspection area (upper left, upper right, The focus positions Za, Zb, Zc, and Zd obtained from the color images obtained by imaging the lower left and lower right) with the
例えば、液晶パネル9aのスクリーン2に垂直な光軸(Z軸)の真のフォーカス位置Zを、液晶パネルの光軸中心に対する対称性から各フォーカス検査エリアでのフォーカス位置から計算されるフォーカス重心とすると、
Z=(n1×Za+n2×Zb+n3×Zc+n4×Zd)/Σni
と計算され、例えば各光軸方向について重み付けを
n1 = n2 = n3 = n4 = 1
として、各撮像位置でのフォーカス最適位置のフォーカス重心Zを液晶パネルのフォーカス面としてもよい。
For example, the true focus position Z of the optical axis (Z axis) perpendicular to the
Z = (n1 × Za + n2 × Zb + n3 × Zc + n4 × Zd) / Σni
For example, weighting for each optical axis direction
n1 = n2 = n3 = n4 = 1
As an alternative, the focus center of gravity Z at the optimum focus position at each imaging position may be used as the focus surface of the liquid crystal panel.
次に、位置制御部15により各フォーカス検査エリアのフォーカス位置に基づいて6軸ステージ8への指令値を生成する(ステップA14)。
フォーカス探索部20は、真のフォーカス位置Zが決まった時の、X軸回り、Y軸回りの回転方向の調整補正量θx、θyを、
Δθx= (±)arcsin[ {(ZA+ZB)-(ZC+ZD)}/2] / Lv
Δθy= (±)arcsin[ {(ZA+ ZC)-(ZB+ZD)}/2] /LH
で計算し(Lv、LHは、液晶パネルの垂直方向の長さと水平方向の長さ)、真のフォーカス位置Zと共に調整補正量Δθx、Δθyを位置制御部15へ指令値として伝達し、位置制御部15は、フォーカス探索部20からの指令値に基づいて6軸ステージ部8により液晶パネル9aの光軸調整を行なう。Δθx、Δθyの符号については、それぞれの符号について調整を行なった後、ステップA1〜A10のフローを行なってそれぞれの場合のフォーカス値を算出して、粗調整および微調整の場合には、フォーカス値が最小となる符号をベストフォーカスとして採用する。粗調整によりおおよそのベストフォーカス位置を検出するすることができたら、続いてフォーカス探索範囲と液晶パネルの1回の移動ステップ幅を狭めて、粗調整と同様の手法で、微調整を行なう。続いて、微調整で得られるおおよそのベストフォーカス位置を検出することができたら、フォーカス探索範囲と液晶パネルの1回の移動ステップ幅を更に狭めて超微調整を行なう。粗調整、微調整、超微調整のいずれかあるいはそれぞれを複数回ずつ行なうようにしてもよい。超微調整までを行ない、最終的に位置合わせに問題がなければ、ダイクロイックプリズム10に液晶パネル9aをUV接合等で固定する。このフォーカス調整をR、G、Bの3枚の液晶パネルについて行なう。
Next, the
The
Δθx = (±) arcsin [{(Z A + Z B )-(Z C + Z D )} / 2] / L v
Δθy = (±) arcsin [{(Z A + Z C )-(Z B + Z D )} / 2] / L H
(L v and L H are the vertical and horizontal lengths of the liquid crystal panel), and the adjustment correction amounts Δθx and Δθy together with the true focus position Z are transmitted to the
ここでX軸回り、Y軸回りの回転方向の調整補正量θx、θyの符号の判定について説明する。図22は、4箇所の撮像領域内のZ軸方向のベストフォーカス位置からθx、θy方向の角度修正量を符号を(+)、(−)側にそれぞれ振って同一角度補量の位置補正をした時のスクリーン4箇所の撮像領域内のフォーカス値の推移を示している。液晶パネルの画素ピッチの微細化や、パネルに入射する光源からの色、投射レンズおよびそのプロジェクタを構成する光学系の部品バラツキの影響がある場合、液晶パネルが、ファイバー照明から射出され光束の光軸方向に垂直でなく取り付けられることがある。このため、パネルの角度修正を行なうことが必要となるが、修正角度θx、θyの絶対値は算出できるものの、その修正方向は目視で判定することは困難である。それは、角度修正は見た目には奥行き、あおり方向であるため、画素ピッチが極めて小さいパネルではフォーカスの画像変化を目視で見極めるのは極めて困難なためである。図22では、(−)方向にθx、θyを振るとスクリーン4隅の撮像範囲内のフォーカス値はすべて小さくなっており、逆に(+)側に振るとすべての撮像領域でフォーカス値が大きくなるため、自動符号判定により(−)方向にパネル位置の角度修正が実施されることになる。
図23は、θx,θyの角度補正量を(−)側の符号で補正した時の自動フォーカス調整終了後のG色投射を行なった際の4つの実画像を合わせたものであり、図24は、図23の撮像画像の右下コーナー付近の投射画素拡大図である。また、図25は、θx,θyの角度補正量を(+)側の符号で補正した時の自動フォーカス調整終了後のG色投射での4つの実画像を合わせたものであり、図26は、図25の撮像画像の右下コーナー付近の投射画素拡大図である。図24を参照すると、(−)側に角度補正を行なった場合には、図26のようなフレアの発生も観察されず、ベストフォーカス位置にパネルが導かれていることが分かる。
Here, the determination of the signs of the adjustment correction amounts θx and θy in the rotation direction around the X axis and the Y axis will be described. In FIG. 22, the angle correction amount in the θx and θy directions from the best focus position in the Z-axis direction in the four imaging regions is shifted to the (+) and (−) sides to correct the position correction with the same angle complement. It shows the transition of the focus value in the imaging areas at the four positions on the screen. When the pixel pitch of the liquid crystal panel is miniaturized, the color from the light source incident on the panel, or the variation of the parts of the optical system that constitutes the projection lens and its projector, the liquid crystal panel is emitted from the fiber illumination and the light beam It may be attached not perpendicular to the axial direction. For this reason, it is necessary to correct the panel angle. Although the absolute values of the correction angles θx and θy can be calculated, it is difficult to visually determine the correction direction. This is because the angle correction is apparently a depth and a tilt direction, and it is extremely difficult to visually determine a change in the focus image on a panel having a very small pixel pitch. In FIG. 22, when θx and θy are shaken in the (−) direction, the focus values in the imaging range at the four corners of the screen are all small. Therefore, the angle correction of the panel position is performed in the (−) direction by the automatic code determination.
FIG. 23 is a combination of four actual images when G color projection is performed after completion of automatic focus adjustment when the angle correction amounts of θx and θy are corrected by the sign on the (−) side. FIG. 24 is an enlarged view of a projected pixel near the lower right corner of the captured image in FIG. 23. Further, FIG. 25 is a combination of four actual images in G color projection after completion of automatic focus adjustment when the angle correction amounts of θx and θy are corrected by the sign on the (+) side. FIG. 26 is an enlarged view of a projection pixel near the lower right corner of the captured image in FIG. 25. Referring to FIG. 24, it can be seen that when the angle correction is performed on the (−) side, the occurrence of flare as shown in FIG. 26 is not observed, and the panel is guided to the best focus position.
以上、フォーカス調整について説明したが、このフォーカス調整の前にある程度、撮像範囲にフォーカス調整用の映像がカメラ撮像範囲に入る様に、コンバージェンス調整の粗調整をパターンマッチング等の画像認識技術を用いて自動調整または、液晶パネル取り付け時に手動にて撮像範囲にフォーカス調整用のパターンが部分的に撮像されているのが望ましい。また、フォーカス調整の結果、色ずれが発生する可能性があるので、その場合にはフォーカス調整の終了後に微調整にてコンバージェンス調整を行なうことが望ましい。更に、このコンバージェンス調整によってフォーカス位置がずれることがあるので、その場合には再度フォーカス調整を行なうことが望ましい。上述したUV接合は、最終的にフォーカス調整が終了した後に行なわれる。
また、本実施の形態では、投射型表示装置の光学系の液晶パネルの位置調整について説明したが、液晶パネルをDMD(デジタルミラーデバイス)を用いた光デバイスに置き換えたDLP(デジタルライトプロセッシング)型プロジェクタにおけるDMDの位置調整による投射画像調整にも有効である。
さらに本実施の形態で使用したフオーカス指標は、距離センサーや微小カメラモジュールを搭載したプロジェクタ製品の投射映像の投射レンズによるオートフォーカス調整にも応用可能である。
The focus adjustment has been described above. Before this focus adjustment, the convergence adjustment is roughly adjusted using image recognition technology such as pattern matching so that the image for focus adjustment enters the camera imaging range to some extent. Desirably, a pattern for focus adjustment is partially imaged in the imaging range during automatic adjustment or when the liquid crystal panel is attached. Further, since color misregistration may occur as a result of focus adjustment, in such a case, it is desirable to perform convergence adjustment by fine adjustment after the focus adjustment is completed. Furthermore, since the focus position may be shifted due to the convergence adjustment, it is desirable to perform the focus adjustment again in that case. The UV bonding described above is performed after the focus adjustment is finally finished.
In the present embodiment, the position adjustment of the liquid crystal panel of the optical system of the projection display device has been described. However, the DLP (digital light processing) type in which the liquid crystal panel is replaced with an optical device using a DMD (digital mirror device). It is also effective for adjusting the projection image by adjusting the position of the DMD in the projector.
Furthermore, the focus index used in this embodiment can also be applied to autofocus adjustment using a projection lens of a projection image of a projector product equipped with a distance sensor and a micro camera module.
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that the embodiments can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the above-described embodiment, and can be set to a number, position, shape, and the like that are suitable for implementing the present invention. In each figure, the same numerals are given to the same component.
1 光学ユニット、 2 スクリーン、 2a、2b、2c、2d 白色素材パネル、 3a、3b、3c、3d カラーCCDカメラ、 3a’、3b’、3c’、3d’ 撮像領域、 4 映像信号発生器、 5 調整用光源出力部、 6 パネル保持部、 7 認識制御部、 8 6軸ステージ部、 9a、9b、9c 液晶パネル、 10 ダイクロイックプリズム、 11 A/D変換回路、 12 画像入力部、 13 画像メモリ、 14 画像認識処理部、 15 位置制御部、 16 濃淡画像生成部 17 フォーカス検査エリア生成部 18 輝度投影処理部、 19 フォーカス演算部、 20 フォーカス探索部、 21 光源部、 22R、22G、22B ライトガイド、 23R、23G、23B ファイバ分岐部、 24 分岐ライトガイド、 25 ファイバ射出部、 26 光源ランプ、 27 光インテグレータ、 28 偏光変換光学系、 29 視野レンズ、30 全反射ミラー、 31a、31b ダイクロイックミラー、32 リレーレンズ、 33 全反射ミラー、 34R、34G、34B コンデンサーレンズ、 35R、35G、35B ファイバ光入射部、 37a、37b集光レンズ、 38 全反射ミラー、 39 拡散シート、 40a、40b 偏向板、 41 液晶パネル、 42 ダイクロイックプリズム、 43 投射レンズ、 44 光路穴、 45 暗幕 1 optical unit, 2 screen, 2a, 2b, 2c, 2d white material panel, 3a, 3b, 3c, 3d color CCD camera, 3a ', 3b', 3c ', 3d' imaging area, 4 video signal generator, 5 Light source output unit for adjustment, 6 panel holding unit, 7 recognition control unit, 8 6-axis stage unit, 9a, 9b, 9c liquid crystal panel, 10 dichroic prism, 11 A / D conversion circuit, 12 image input unit, 13 image memory, 14 image recognition processing unit, 15 position control unit, 16 grayscale image generation unit, 17 focus inspection area generation unit, 18 luminance projection processing unit, 19 focus calculation unit, 20 focus search unit, 21 light source unit, 22R, 22G, 22B light guide, 23R, 23G, 23B Fiber branch, 24 branch light guide, 25 B emission unit, 26 light source lamp, 27 light integrator, 28 polarization conversion optical system, 29 field lens, 30 total reflection mirror, 31a, 31b dichroic mirror, 32 relay lens, 33 total reflection mirror, 34R, 34G, 34B condenser lens, 35R, 35G, 35B fiber light incident part, 37a, 37b condensing lens, 38 total reflection mirror, 39 diffusion sheet, 40a, 40b deflection plate, 41 liquid crystal panel, 42 dichroic prism, 43 projection lens, 44 optical path hole, 45 dark curtain
Claims (14)
(1)光源が出射する光を色分離した後各色毎に少なくとも四つに分割して光ファイバを介して液晶パネルの少なくとも四隅にガイドし、該液晶パネルを透過した光をダイクロイックプリズムを介してスクリーン上に投射する過程と、
(2)4個の撮像カメラを用いて前記スクリーン上に投射された映像の四隅をそれぞれ撮像する過程と、
(3)前記撮像カメラから得られるRGB三色の出力をデジタル値に変換する過程と、
(4)A/D変換された色信号を用いて濃淡画像を生成する過程と、
(5)生成された濃淡画像の輝度データを横方向(X軸方向)および縦方向(Y軸方向)に積分する過程と、
(6)前過程により得られた輝度積分の平均と分散をX軸方向、Y軸方向別に算出する過程と、
(7)前過程により得られた計算結果に基づいてフォーカス指標となるフォーカス値を算出する過程と、
(8)ベストフォーカス位置を求める過程と、
(9)ベストフォーカス位置へ液晶パネルを移動・回転させる過程と、
を有することを特徴とする液晶パネルのフォーカス位置決め方法。 A liquid crystal panel focus positioning method for adjusting the focus of a liquid crystal panel by irradiating light transmitted through the liquid crystal panel onto a screen via a dichroic prism,
(1) The light emitted from the light source is color-separated and then divided into at least four for each color and guided to at least four corners of the liquid crystal panel through optical fibers, and the light transmitted through the liquid crystal panel is transmitted through the dichroic prism. Projecting onto the screen;
(2) The process of imaging each of the four corners of the image projected on the screen using four imaging cameras;
(3) a process of converting the RGB three-color output obtained from the imaging camera into a digital value;
(4) a process of generating a grayscale image using A / D converted color signals;
(5) integrating the luminance data of the generated grayscale image in the horizontal direction (X-axis direction) and the vertical direction (Y-axis direction);
(6) a process of calculating the average and variance of the luminance integral obtained by the previous process for each of the X-axis direction and the Y-axis direction;
(7) A process of calculating a focus value as a focus index based on the calculation result obtained in the previous process;
(8) The process of obtaining the best focus position;
(9) The process of moving and rotating the liquid crystal panel to the best focus position;
A focus positioning method for a liquid crystal panel, comprising:
(1′)光源が出射する光を色分離した後各色毎に少なくとも四つに分割して光ファイバを介して液晶パネルの少なくとも四隅にガイドし、該液晶パネルを透過した光をダイクロイックプリズムを介してスクリーン上に投射する過程と、
(2′)4個の撮像カメラを用いて前記スクリーン上に投射された映像の四隅をそれぞれ撮像する過程と、
(3′)前記撮像カメラから得られるRGB三色の出力をデジタル値に変換する過程と、
(4′)A/D変換された色信号を用いて濃淡画像を生成する過程と、
(5′)生成された濃淡画像の輝度データを横方向(X軸方向)および縦方向(Y軸方向)に積分する過程と、
(6′)前過程により得られた輝度積分の最大値と最小値とをX軸方向、Y軸方向別に求める過程と、
(7′)前過程により得られた輝度積分の最大値と最小値とからフォーカス指標となるフォーカス値を算出する過程と、
(8′)ベストフォーカス位置を求める過程と、
(9′)ベストフォーカス位置へ液晶パネルを移動・回転させる過程と、
を有することを特徴とする液晶パネルのフォーカス位置決め方法。 A liquid crystal panel focus positioning method for adjusting the focus of a liquid crystal panel by irradiating light transmitted through the liquid crystal panel onto a screen via a dichroic prism,
(1 ') The light emitted from the light source is color-separated and then divided into at least four for each color and guided to at least four corners of the liquid crystal panel through optical fibers, and the light transmitted through the liquid crystal panel is passed through the dichroic prism. Projecting on the screen,
(2 ′) a process of imaging the four corners of the image projected on the screen using four imaging cameras;
(3 ′) a process of converting the RGB three-color output obtained from the imaging camera into a digital value;
(4 ′) a process of generating a grayscale image using the A / D converted color signal;
(5 ′) integrating the luminance data of the generated grayscale image in the horizontal direction (X-axis direction) and the vertical direction (Y-axis direction);
(6 ′) a process of obtaining the maximum value and the minimum value of the luminance integral obtained by the previous process for each of the X-axis direction and the Y-axis direction;
(7 ′) a process of calculating a focus value as a focus index from the maximum value and the minimum value of the luminance integral obtained by the previous process;
(8 ') The process of obtaining the best focus position;
(9 ') The process of moving and rotating the liquid crystal panel to the best focus position;
A focus positioning method for a liquid crystal panel, comprising:
(a)液晶パネルを、液晶パネルの表面に立てた法線方向に所定の距離移動させる。
(b)第(2)の過程から第(7)の過程、または、第(2′)の過程から第(7′)の過程までを実行する。 9. The following (a) and (b) are repeated after the end of the seventh (7) or (7 ′) process until the liquid crystal panel finishes moving within a preset range. 4. A method for positioning a focus of a liquid crystal panel.
(A) The liquid crystal panel is moved by a predetermined distance in a normal direction standing on the surface of the liquid crystal panel.
(B) Steps (2) to (7) or steps (2 ') to (7') are executed.
I(x,y)={m1*R(x,y)+m2*G(x,y)+m3*B(x,y)}/(m1+m2+m3)
但し、m1、m2、m3は定数、R(x,y)、G(x,y)、B(x,y)は、座標(x,y)における各色の強度信号 The liquid crystal according to any one of claims 7 to 10, wherein in the process (4) or (4 '), the brightness I (x, y) of each point is calculated based on the following equation. Panel focus positioning method.
I (x, y) = {m1 * R (x, y) + m2 * G (x, y) + m3 * B (x, y)} / (m1 + m2 + m3)
However, m1, m2, and m3 are constants, and R (x, y), G (x, y), and B (x, y) are intensity signals of respective colors at coordinates (x, y).
ΔθX= (±)arcsin[ {(ZA+ZB)-(ZC+ZD)}/2] / Lv
ΔθY= (±)arcsin[ {(ZA+ ZC)-(ZB+ZD)}/2] /LH
但し、ZA、ZB、ZC、ZDは、各撮像領域の粗調整または微調整時のフォーカス位置、Lv、LHは、液晶パネルの垂直方向の長さと水平方向の長さ In the process of the (9) or the (9 '), from the four corners of the focus position of the liquid crystal panel, based on the following equation, and the rotation [Delta] [theta] X around the X-axis, angular rotation of the rotation [Delta] [theta] Y around the Y axis 12. The focus positioning method for a liquid crystal panel according to claim 7, wherein the panel orientation is corrected to determine the sign of the correction direction based on the focus value after the orientation correction.
Δθ X = (±) arcsin [{(Z A + Z B )-(Z C + Z D )} / 2] / L v
Δθ Y = (±) arcsin [{(Z A + Z C )-(Z B + Z D )} / 2] / L H
However, Z A , Z B , Z C , and Z D are the focus positions during coarse or fine adjustment of each imaging area, and L v and L H are the vertical and horizontal lengths of the liquid crystal panel.
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