JP3644309B2 - 投写レンズ検査装置および投写レンズ検査方法 - Google Patents
投写レンズ検査装置および投写レンズ検査方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投写レンズを検査するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置では、照明光学系から射出された光を、液晶パネルなどを用いて画像情報（画像信号）に応じて変調し、変調された光を投写レンズを用いてスクリーン上に投写することにより画像表示を実現している。
【０００３】
図１は、投写型表示装置の一例を示す概略構成図である。投写型表示装置１０００は、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、リレー光学系２２０と、３枚の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム３２０と、投写レンズ３４０とを備えている。
【０００４】
照明光学系１００は、略平行な光を射出する光源装置２０の他に、偏光発生光学系を備えており、偏光方向の揃った１種類の直線偏光光を射出する。照明光学系１００から射出された光は、色光分離光学系２００において赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離される。分離された各色光は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に応じて変調される。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、液晶パネルと、その光入射面側および光射出面側に配置された偏光板とによって構成されている。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム３２０で合成され、投写レンズ３４０によってスクリーンＳＣ上に投写される。これにより、スクリーンＳＣ上に画像が表示されることとなる。なお、図１に示すような投写型表示装置の各部の構成および機能については、例えば、本願出願人によって開示された特開平１０−３２５９５４号公報に詳述されているので、本明細書において詳細な説明は省略する。
【０００５】
ところで、投写型表示装置１０００に用いられる投写レンズ３４０は、その製造工程等のばらつきにより、その特性（色収差など）にもばらつきが生じることがある。投写レンズの特性のばらつきは、投写型表示装置１０００によって表示される画像の品質に影響するため、投写型表示装置の出荷前には、投写レンズの特性が検査されている。
【０００６】
従来では、投写レンズの特性の良否は、検査対象となる投写レンズを所定の投写型表示装置などに実装し、投写表示される画像を目視で確認することにより判断されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、投写画像を目視で確認することによって投写レンズの特性を検査する場合には、投写レンズの正確な特性値を得ることができず、また、その良否の判断基準も曖昧であるという問題があった。
【０００８】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、投写レンズの特性を正確に検査することができる技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、投写型表示装置に用いられる投写レンズを検査するための投写レンズ検査装置であって、
テストパターンを有し、前記テストパターンを表す画像光を射出する画像光射出部と、
前記投写レンズによって前記画像光が照射され、前記画像光の照射により前記テストパターンの画像を表示するスクリーンと、
前記スクリーン上に表示される前記テストパターン画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像される前記テストパターン画像のフォーカス状態を自動調整するフォーカス状態調整部と、
前記テストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて、前記投写レンズの特性値を算出する特性値算出部と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の投写レンズ検査装置では、スクリーン上に表示された画像のフォーカス状態を調整した後に、調整後のテストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて特性値を算出することができるので、投写レンズの特性を正確に検査することができる。
【００１１】
上記の装置において、
前記フォーカス状態調整部は、前記画像光射出部における前記テストパターンの空間的な位置を調整することによって前記フォーカス状態の調整を実行するようにしてもよい。
【００１２】
こうすれば、スクリーン上に表示されたテストパターン画像のフォーカス状態の調整を容易に行うことができる。
【００１３】
上記の装置において、
前記スクリーンは、画像光が投写される投写面の裏側から画像を観察可能なリアスクリーンであり、
前記撮像部は、前記投写面の裏側に配置されていることが好ましい。
【００１４】
このように、リアスクリーンを用いて、撮像部を投写面の裏側に配置すれば、撮像部がスクリーン上におけるテストパターン画像の表示を妨げてしまうという可能性を排除できる。したがって、テストパターン画像のフォーカス状態をうまく調整し、投写レンズの特性値を正確に算出することが可能となる。
【００１５】
上記の装置において、
略矩形形状の前記テストパターンは、少なくともその周辺部の四隅に設けられた複数の局所パターンを有し、
前記特性値算出部は、
前記スクリーン上に表示された前記複数の局所パターンの画像の位置情報を用いて、前記投写レンズの特性値を算出することが好ましい。
【００１６】
このようなテストパターンを用いれば、局所パターン画像の位置情報を利用して、投写レンズの特性値を正確に求めることができる。
【００１７】
上記の装置において、
前記投写レンズの特性値は、画像の歪み量に関する値であるようにしてもよい。
【００１８】
こうすれば、投写レンズに起因する画像の歪み量を評価することができる。
【００１９】
また、上記の装置において、
前記投写レンズの特性は、投写レンズの焦点距離に関連する値であるようにしてもよい。
【００２０】
こうすれば、投写レンズの焦点距離を評価することができる。
【００２１】
また、上記の装置において、
前記画像光射出部は、少なくとも２種類の異なる色の画像光を個別に射出可能であり、
前記投写レンズの特性は、異なる色の画像光によって前記スクリーン上に表示された前記複数の局所パターンの画像の位置情報を用いて算出される投写レンズの色収差に関連する値であるようにしてもよい。
【００２２】
こうすれば、投写レンズに起因する色収差を評価することができる。
【００２３】
さらに、上記の装置において、
前記スクリーン上に表示された前記テストパターン画像のうち、前記局所パターン画像が形成されていない領域において、照度および色度を測定する分光特性測定部を備えるようにしてもよい。
【００２４】
こうすれば、投写レンズに起因する照度および色度の相違を評価することができる。
【００２５】
本発明の方法は、投写型表示装置に用いられる投写レンズを検査する投写レンズ検査方法であって、
（ａ）テストパターンを表す画像光を射出する工程と、
（ｂ）前記投写レンズによって前記画像光をスクリーン上に照射し、前記スクリーン上に前記テストパターンの画像を表示する工程と、
（ｃ）前記スクリーン上に表示される前記テストパターン画像を撮像する工程と、
（ｄ）撮像される前記テストパターン画像のフォーカス状態を自動調整する工程と、
（ｅ）前記テストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて、前記投写レンズの特性値を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明の方法を用いた場合にも、上記の装置と同様の作用・効果を有し、テストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて特性値を算出することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
Ａ．投写レンズ検査装置：
図２は、本発明を適用した投写レンズ検査装置の一例を示す説明図である。この装置は、図１の投写型表示装置に用いられる投写レンズを検査するための装置である。投写レンズ検査装置は、検査対象である投写レンズ４８０が搭載される投写部４００と、ミラー５１０と、スクリーン５００と、検査部６００とを備えている。この装置において、検査対象である投写レンズ４８０は、取り外し可能であり、他の投写レンズに容易に交換することができる。
【００２８】
投写部４００から射出された画像光（画像を表す光）は、ミラー５１０において反射され、スクリーン５００を照射する。スクリーン５００は、画像光が投写される投写面５００ａの裏面５００ｂ側から画像を観察可能な透過型スクリーンである。検査部６００は、スクリーン５００上に表示された画像を用いて、投写レンズ４８０の検査を行う。
【００２９】
なお、以下の説明では、図２に示すように、検査装置は、スクリーン５００の表示面５００ｂと平行な面をＸＹ平面とするＸＹＺ直交座標系で表される。また、投写部４００は、検査装置において、図示しない保持部によって、ＸＺ平面に対し所定の角度だけ傾けて配置されている。このため、以下の説明では、投写部４００を、ＸＹＺ直交座標系をＸ軸を中心として上記の所定の角度だけ回転させたＳＴＵ直交座標系で表す。なお、投写レンズ４８０の中心軸ｎ１はＳＵ平面に対し平行となっている。
【００３０】
図３は、図２の投写部４００を＋Ｔ方向から見たときの様子を示す説明図である。図３に示すように、投写部４００は、投写レンズ４８０の他に、光源装置４１０と、色光フィルタ４２０と、第１および第２のミラー４３０，４４２と、検査シート４５０と、検査シート保持部４４０と、検査シート保持部４４０の配置を調整するための６軸調整部４６０と、ダミープリズム４７０とを備えている。なお、検査シート保持部４４０は、第２のミラー４４２に触れないように検査シート４５０を保持している。図２では、図３に示す光源装置４１０と色光フィルタ４２０と第１のミラー４３０とは、６軸調整部４６０と検査シート保持部４４０とダミープリズム４７０と投写レンズ４８０よりも、＋Ｓ方向（紙面奥手方向）に存在するため、便宜上、図示を省略している。
【００３１】
なお、図３に示すように、投写部４００は、図１の投写型表示装置において投写レンズが使用される場合とほぼ同様な光が投写レンズ４８０に入射されるように構成されている。すなわち、光源装置４１０は図１の光源装置２０に対応し、検査シート４５０は図１の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに対応し、ダミープリズム４７０は図１のクロスダイクロイックプリズム３２０に対応している。このような投写部４００を備える検査装置を用いれば、投写型表示装置において投写レンズを使用する場合と同じような環境で、投写レンズを検査することができると考えられる。
【００３２】
図３の光源装置４１０は、光源ランプ４１２と放物面リフレクタ４１４とを備えている。放物面リフレクタ４１４は、その凹面が回転放物面形状となっている。光源ランプ４１２は、回転放物面形状の凹面の焦点位置近傍に配置されている。この構成により、光源ランプ４１２から射出され、放物面リフレクタ４１４で反射された光は、略平行な光線束となって光源装置４１０から射出される。なお、光源ランプ４１２としては、メタルハライドランプや高圧水銀灯などが用いられる。また、放物面リフレクタ４１４としては、例えば、ガラスセラミックスで形成された回転放物体の凹面上に、誘電体多層膜や金属膜などの反射膜が形成されてものが利用される。
【００３３】
色光フィルタ４２０は、光源装置４１０から射出される光に含まれる所定の色の色光を抽出する機能を有している。本実施例の色光フィルタ４２０は、略円板状の形状を有しており、中心軸４２０ｃを中心に回転可能である。色光フィルタ４２０には、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ、および、Ｗフィルタの４種類のフィルタおよび遮光部が５等分に区分して形成されている。なお、遮光部は、光源装置４１０から光が射出されている状態のままで、光を遮断したいときに用いられる。Ｒフィルタは、光源装置４１０から射出された光のうち、赤色の色光のみを透過させる機能を有している。同様に、ＧフィルタおよびＢフィルタは、それぞれ緑色の色光、青色の色光のみを透過させる機能を有している。また、Ｗフィルタは、すべての色光（以下、白色の色光とも呼ぶ）を透過させる機能、すなわち、光源装置４１０から射出された光をそのまま射出する機能を有している。４種類のフィルタとしては、例えば、略円形のガラス板上に、４種類の色光をそれぞれ透過させるような誘電体多層膜を形成したものを利用できる。なお、Ｗフィルタとしては、誘電体多層膜が形成されていないガラス領域をそのまま利用してもよい。
【００３４】
第１および第２のミラー４３０，４４２は、光源装置４１０から射出され、色光フィルタ４２０を通過した色光を投写レンズ４８０に導くための導光手段としての機能を有している。第１および第２のミラーとしては、すべての色光を反射するような誘電体多層膜が形成されたミラーや金属ミラーなどを用いることができる。
【００３５】
検査シート保持部４４０は、検査シート４５０を保持する機能を有している。検査シート４５０は、ガラスなどの透光性の板材に、遮光部となるテストパターンが形成されたものである。
【００３６】
図４は、テストパターンＴＰが形成された検査シート４５０を示す説明図である。図４に示す検査シート４５０には、その周辺部の四隅に４つの略正方形状の局所パターン（以下、「正方局所パターン」とも呼ぶ）ＰＳａ〜ＰＳｄが形成されており、また、複数の直線状の局所パターン（以下、「直線局所パターン」とも呼ぶ）ＰＬが格子状に形成されている。本明細書においては、正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄや直線局所パターンＰＬなどの全てパターンをまとめてテストパターンＴＰと呼んでいる。なお、図４のテストパターンＴＰでは、４つの正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄと複数の直線局所パターンＰＬとが形成されている領域以外には、局所パターンが全く形成されていないが、他の局所パターンを形成するようにしてもよい。
【００３７】
図５は、図４のテストパターンＴＰに含まれる１つの正方局所パターンＰＳａを拡大して示す説明図である。図示するように、正方局所パターンＰＳａは、その内側に９つの正方形の透光部を含んでいる。他の正方局所パターンＰＳｂ〜ＰＳｄについても同じである。
【００３８】
なお、図４に示すテストパターンＴＰは、図１の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像光が形成される有効表示領域とほぼ同じ大きさ（約２６．６４mm×約１９．９８mm）に設定されている。テストパターンＴＰに含まれる直線局所パターンＰＬは、約０．１〜約０．２mmの線幅で形成されている。また、正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄは、図５に示すように、その一辺が約０．４mmの大きさで形成されている。
【００３９】
検査シート保持部４４０（図３）は、６軸調整部４６０に固定されており、６軸調整部４６０を制御することによって、検査シート保持部４４０の配置が調整される。６軸調整部４６０は、図中、Ｓ方向，Ｔ方向，Ｕ方向の平行移動、および、Ｓ軸，Ｔ軸，Ｕ軸を中心とする回転の可能な６つの可動ステージが組み合わされたものである。この６軸調整部４６０を制御することにより、検査シート保持部４４０に保持された検査シート４５０の空間的な配置を調整することができる。換言すれば、６軸調整部４６０の制御によって、テストパターンＴＰの空間的な配置が調整される。
【００４０】
ダミープリズム４７０は、前述したように、図１の投写型表示装置のクロスダイクロイックプリズム３２０に対応して設けられている。図１に示すクロスダイクロイックプリズム３２０では、３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂから射出された光を合成するために「Ｘ」字状の薄膜が内部に設けられている。しかし、本検査装置においてはこの薄膜は不要なため、クロスダイクロイックプリズム３２０と同じ立方体形状のガラス体に反射防止コーティングを施したものが、ダミープリズム４７０として用いられている。
【００４１】
検査対象である投写レンズ４８０は、順次取り替えて検査装置に実装される。本実施例において、投写レンズ４８０は、図示しない保持部に固定して設置される。
【００４２】
以上の投写部４００の構成により、光源装置２０（図３）から射出された光は、色光フィルタ４２０を通過した後に、第１および第２のミラー４３０，４４２で反射される。第２のミラー４４２で反射された光は、検査シート４５０を通過することによって、テストパターンＴＰの画像を表す画像光となって射出される。この画像光は、ダミープリズム４７０を通過した後、投写レンズ４８０によって投写される。この説明からも分かるように、本実施例における投写レンズ４８０を除く投写部４００が、本発明の画像光射出部に相当する。
【００４３】
ところで、図２に示すように、本実施例の投写部４００では、投写レンズ４８０の中心軸ｎ１と、検査シート４５０の中心を通る法線ｎ２とが、所定の距離だけずれている。これは、投写型表示装置における「あおり投写」の状態を模擬するためである。投写レンズ４８０は、このようなあおり投写状態において、歪みのない画像を投写表示するように設計されている。なお、投写レンズ４８０の中心軸ｎ１と検査シート４５０の中心を通る法線ｎ２とが一致しないような投写は、通常、「完全あおり投写」と呼ばれている。
【００４４】
図２の検査部６００は、処理部６１０と、スクリーン５００の四隅の近傍に配置された４つの撮像部６２０ａ〜６２０ｄと、１つの分光特性測定部６４０とを備えている。処理部６１０は、撮像部６２０ａ〜６２０ｄおよび分光特性測定部６４０と電気的に接続されている。処理部６１０は、撮像部６２０ａ〜６２０ｄによって得られる画像データや、分光特性測定部６４０によって得られる測定結果を処理して、投写レンズの特性値を算出する機能を有するコンピュータである。また、処理部６１０は、投写部４００の６軸調整部４６０とも電気的に接続されている。処理部６１０は、撮像部６２０ａ〜６２０ｄによって得られた画像データを解析し、その解析結果に基づいて、６軸調整部４６０を制御する。なお、上述したように、６軸調整部４６０を制御することによって、テストパターンＴＰの空間的な配置が調整されるので、テストパターン画像のフォーカス状態（後述する）が調整されることとなる。
【００４５】
この説明からも分かるように、本実施例の処理部６１０が本発明における特性値算出部に相当し、処理部６１０と６軸調整部４６０とがフォーカス状態調整部に相当する。
【００４６】
図６は、スクリーン５００を＋Ｚ方向から見たときの撮像部６２０ａ〜６２０ｄおよび分光特性測定部６４０の配置を示す説明図である。図示するように、４つの撮像部６２０ａ〜６２０ｄは、スクリーン５００の四隅にそれぞれが設けられており、図示しない移動機構によってＸＹ平面内で移動可能である。撮像部６２０ａ〜６２０ｄは、スクリーン５００上に表示されたテストパターンＴＰの画像を撮像し、撮像した画像データを処理部６１０（図２）に伝送する。また、分光特性測定部６４０は、スクリーン５００の中央付近に設けられている。分光特性測定部６４０は、スクリーン５００上に表示された画像の明るさに関する値を測定し、測定結果を処理部６１０（図２）に伝送する。
【００４７】
処理部６１０は、撮像部６２０ａ〜６２０ｄから伝送された画像データを処理して、また、分光特性測定部６４０から伝送された測定結果を処理して、以下に説明するような手法で投写レンズ４８０の特性値を求める。
【００４８】
Ｂ．投写レンズの特性検査：
図７は、投写レンズの検査を行う際の一連の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０１では、スクリーン５００上に表示された画像のフォーカス状態の調整と、表示された画像の位置合わせを行う。なお、ステップＳ１０１においては、図３の光源装置４１０から射出された光は、色光フィルタ４２０においてＷフィルタを通過するように設定されている。このとき、図４の検査シート４５０から射出された画像光に従ってスクリーン５００上に表示されるテストパターン画像は、テストパターンＴＰの透光部に相当する領域が白色となり遮光部に相当する領域が黒色となる白黒画像となっている。
【００４９】
図８は、スクリーン５００上に表示されたテストパターンＴＰ（図４）の画像ＩＴＰを示す説明図である。ただし、図８のテストパターン画像ＩＴＰには、図４のテストパターンＴＰに含まれる４つの正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄに従って表示される４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄと、テストパターンＴＰの外縁を構成する直線局所パターンＰＬに従って表示される直線局所パターン画像ＩＰＬのみが図示されている。なお、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄは、説明の便宜上、かなり拡大して描かれている。
【００５０】
テストパターン画像ＩＴＰをスクリーン５００上に最初に表示した際には、フォーカス状態が悪く画像がぼけている場合がある。このため、ステップＳ１０１（図７）では、まず、テストパターン画像ＩＴＰのフォーカス状態を調整する。なお、本明細書において、「フォーカス状態が良い」とは、合焦点状態となっていることを意味し、「フォーカス状態が悪い」とは、合焦点状態となっていないことを意味する。
【００５１】
フォーカス状態の調整においては、まず、図６の４つの撮像部６２０ａ〜６２０ｄを用いて４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄをそれぞれ探す。正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの探索は、処理部６１０にテストパターンＴＰのパターン情報を予め入力しておき、正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄのパターン情報とほぼ一致するような画像領域をパターンマッチングによって自動的に探すことによって行われる。あるいは、ユーザが撮像部６２０ａ〜６２０ｄによって撮像された画像を確認しながら行うようにしてもよい。
【００５２】
４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄが見つかると、撮像された４つの正方局所パターン画像のフォーカス状態の良否を調べる。フォーカス状態の良否は、撮像された画像データを用いて判断される。例えば、撮像された画像データを用いて、白黒画像の白色領域と黒色領域の境界におけるエッジ強度を調べ、エッジ強度の大小によってフォーカス状態の良否を判断することができる。すなわち、エッジ強度のようなフォーカス状態の良否を示す特定の指標値を用いることによって、合焦点状態か否かを判断できる。
【００５３】
各正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄについての指標値が得られると、４つの指標値に基づいて６軸調整部４６０を制御し、検査シート４５０（テストパターンＴＰ）の空間的な配置を調整する。この後、再度、各正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄについての指標値を求める。このようにして、６軸調整部の調整と、４つの指標値の算出とを繰り返しながら、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄについての指標値がほぼ等しくなり、かつ、最も大きくなるような位置を、テストパターン画像ＩＴＰのフォーカス状態が良好となる位置として決定する。
【００５４】
また、図８に示すように、テストパターン画像ＩＴＰをスクリーン５００上に最初に表示した際には、テストパターン画像ＩＴＰの中心ＩＴＰｃが、スクリーン５００の中心５００ｃとずれている場合がある。ここで、テストパターン画像の中心ＩＴＰｃとは、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの位置を頂点とする四角形領域の２つの対角線の交点を意味している。なお、本実施例において、正方局所パターン画像の位置とは、正方局所パターン画像の画像の中心の位置を意味する。ステップＳ１０１（図７）においては、画像のフォーカス状態が調整された後に、画像の位置合わせを行う。
【００５５】
具体的には、図８に示すテストパターン画像ＩＴＰの中心ＩＴＰｃが、スクリーン５００の中心５００ｃと一致するように、６軸調整部４６０を制御し、検査シート４５０（テストパターンＴＰ）の配置を調整する。また、本実施例においては、スクリーン５００上に表示された２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｂの位置が、Ｘ方向にほぼ平行となるように、検査シート４５０（テストパターンＴＰ）の配置が調整される。こうすれば、検査シート４５０が、検査シート保持部４４０の所定の位置にうまく取り付けられていない場合にも、実質的に所定の位置に取り付けられたように補正をすることができる。なお、画像の位置合わせが行われた際には、再度、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄのフォーカス状態が確認される。
【００５６】
ステップＳ１０１（図７）においてテストパターン画像ＩＴＰのフォーカス状態の調整および位置合わせが終了すると、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５において、投写レンズの特性を検査する。
【００５７】
ステップＳ１０２（図７）では、投写レンズの特性値として、画像の歪み量を求める。図９は、スクリーン上に表示されたテストパターン画像ＩＴＰを示す説明図である。図示するように、投写表示されたテストパターン画像ＩＴＰには、投写レンズ４８０に依存する画像歪みが生じる場合がある。ステップＳ１０２では、各正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの位置情報に基づいて、画像の歪み量を測定する。なお、正方局所パターン画像の位置情報とは、正方局所パターン画像の中心の座標値を意味する。本実施例では、画像の歪み量ε（％）は、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｂ間のＸ方向の距離ＩＤａｂと、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳｃ，ＩＰＳｄ間のＸ方向の距離ＩＤｃｄとを用いて、次の式（１）で与えられる。
【００５８】
ε＝２［（ＩＤａｂ−ＩＤｃｄ）／（ＩＤａｂ＋ＩＤｃｄ）］×１００……（１）
【００５９】
なお、画像の歪み量εは、式（１）に代えて、他の式を用いても同様に評価することができ、例えば、次の式（２）を用いてもよい。
【００６０】
ε＝［（ＩＤａｂ−ＩＤｃｄ）／ＩＤａｂ］×１００ ……（２）
【００６１】
また、式（１）では、画像の歪み量は、Ｘ方向の２つの距離ＩＤａｂ，ＩＤｃｄを用いて求められているが、これに代えて、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｃ間のＹ方向の距離と、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳｂ，ＩＰＳｄ間のＹ方向の距離とを用いて求めるようにしてもよい。あるいは、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｂ間の直線距離と、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳｃ，ＩＰＳｄ間の直線距離とを用いても歪み量をうまく見積もることができる可能性がある。一般に、テストパターン画像に含まれる複数の局所パターン画像から得られる位置情報を用いて画像の歪み量に関する値が決定されていればよい。こうすれば、画像の歪み量に関し、投写レンズの評価をかなり正確に行うことができる。
【００６２】
なお、本実施例の画像の歪み量の測定は、色光フィルタ４２０（図３）においてＷフィルタを通過した白色の色光のみでなく、Ｒフィルタや、Ｇフィルタ、Ｂフィルタを通過した各色光についても行われる。ただし、色光フィルタを変更する場合には、各色光の画像のフォーカス状態を調整した後に画像の歪み量を測定することが望ましい。こうすれば、各色光に応じた画像の歪み量を正確に求めることが可能となる。
【００６３】
ステップＳ１０３（図７）では、投写レンズの焦点距離を求める。なお、焦点距離の測定は、色光フィルタ４２０においてＷフィルタを通過した白色の色光のみを用いて行われる。
【００６４】
図１０は、スクリーン上に表示されたテストパターン画像ＩＴＰを示す説明図である。本実施例において、投写レンズの焦点距離は、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｄ間の直線距離ＩＤａｄを用いて求められる。図１１は、検査シート４５０と投写レンズ４８０とスクリーン５００との関係を示す説明図である。図１に示す投写型表示装置に用いられる投写レンズは、テレセントリック光学系を構成している。このような光学系を構成する投写レンズ４８０では、図１１に示すような関係が成り立つので、投写レンズ４８０の焦点距離Ｆは、ほぼ次の式（３）で見積もることができる。
【００６５】
Ｆ≒Ｌ１＝（Ｄａｄ／ＩＤａｄ）・Ｌ２ ……（３）
【００６６】
ここで、Ｌ１は投写レンズ４８０と検査シート４５０との距離、Ｌ２は投写レンズ４８０とスクリーン５００との距離、Ｄａｄは図４のテストパターンＴＰにおける２つの正方局所パターンＰＳａ，ＰＳｄ間の直線距離である。
【００６７】
式（３）において、距離Ｄａｄおよび距離Ｌ２は、それぞれテストパターンＴＰ（図４）および検査装置（図２）の設計値によって決定される定数である。したがって、焦点距離Ｆは、距離ＩＤａｄ、すなわち、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｄ間の直線距離によって決定される。
【００６８】
式（３）では、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの位置を頂点とする四角形領域における対角線の長さを用いて焦点距離Ｆを求めているが、他の方法によって焦点距離Ｆを求めることも可能である。例えば、上記の四角形領域のＹ方向に並ぶ２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｃ間の直線距離を用いて焦点距離Ｆを求めるようにしてもよい。ただし、対角線の長さの方が、Ｙ方向に並ぶ２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｃ間の直線距離より大きいため、より正確に焦点距離を求めることができる可能性が高い。また、２つの正方局所パターン画像間の距離に代えて、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの位置を頂点とする四角形領域の面積を用いて焦点距離Ｆを求めるようにしてもよい。
【００６９】
また、本実施例では、投写レンズの焦点距離Ｆは、式（３）を用いてほぼ正確に求められているが、複数の投写レンズのばらつきを検査するような場合には、正確な焦点距離Ｆを求める必要はあまりない。式（３）において、焦点距離Ｆは、距離ＩＤａｄのみによって変化する。したがって、正確な焦点距離Ｆを求める必要のない場合には、距離ＩＤａｄをそのまま焦点距離に関連する値として用いても投写レンズの焦点距離Ｆの評価を行うことができる。すなわち、一般には、テストパターン画像に含まれる複数の局所パターン画像から得られる位置情報を用いて投写レンズの焦点距離に関連する値が決定されていればよい。こうすれば、焦点距離に関する投写レンズの評価をかなり正確に行うことができる。
【００７０】
ステップＳ１０４（図７）では、投写レンズの特性値として、色収差を示す指標値を求める。ステップＳ１０４では、色光フィルタ４２０（図３）を順次回転させ、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタの３種類の色フィルタを通過した色光によって表示された４つの正方局所パターン画像の位置情報を用いて、色収差を示す指標値が求められる。なお、色光フィルタを変更した際には、各色光毎にフォーカス状態が調整され、調整後の正方局所パターンの位置情報を用いて色収差を示す指標値が以下の手順で求められる。
【００７１】
図１２は、２種類の色光によってスクリーン上に表示された２種類のテストパターン画像を一緒に示す説明図である。図１２中、実線で示す４つの正方局所パターン画像ＩＰＳＧａ〜ＩＰＳＧｄを含むテストパターン画像ＩＴＰＧは、Ｇフィルタを通過した緑色の色光によって表示された画像である。破線で示す４つの正方局所パターン画像ＩＰＳＢａ〜ＩＰＳＢｄを含むテストパターン画像ＩＴＰＢは、Ｂフィルタを通過した青色の色光によって表示された画像である。なお、図１２では、青色の色光によって表示されたテストパターン画像ＩＴＰＢの方が、緑色の色光によって表示されたテストパターン画像ＩＴＰＧよりも大きくなっているが、実際には、この逆の関係になることもある。本実施例では、色収差を示す次の４つの指標値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄは、次の式（４）に従って決定される。
【００７２】
Ｘａｂ＝（ＩＤＣａｂ−ＩＤＧａｂ）／２
Ｘｃｄ＝（ＩＤＣｃｄ−ＩＤＧｃｄ）／２
Ｙａｃ＝（ＩＤＣａｃ−ＩＤＧａｃ）／２
Ｙｂｄ＝（ＩＤＣｂｄ−ＩＤＧｂｄ）／２ ……（４）
【００７３】
ここで、ＩＤＧａｂは、図１２に示すように、緑色色光によって表示された２つの正方局所パターン画像ＩＰＳＧａ，ＩＰＳＧｂ間のＸ方向の距離である。同様に、ＩＤＧｃｄは、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳＧｃ，ＩＰＳＧｄ間のＸ方向の距離である。また、ＩＤＧａｃ，ＩＤＧｂｄは、それぞれ２つの正方局所パターン画像ＩＰＳＧａ，ＩＰＳＧｃ間のＹ方向の距離、および、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳＧｂ，ＩＰＳＧｄ間のＹ方向の距離である。
【００７４】
また、式（４）中、ＩＤＣａｂ，ＩＤＣｃｄ，ＩＤＣａｃ，ＩＤＣｂｄは、上記の４つの距離ＩＤＧａｂ，ＩＤＧｃｄ，ＩＤＧａｃ，ＩＤＧｂｄと同様に、青色色光によって表示された４つの正方局所パターン画像ＩＰＳＢａ〜ＩＰＳＢｄにおけるＸ方向およびＹ方向の距離である。
【００７５】
ところで、上記のように求められた色収差を示す４つの指標値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄは、１つの正方局所パターンに対応する２種類の正方局所パターン画像の移動距離を示している。例えば、（Ｘａｂ，Ｙａｃ）は、正方局所パターンＰＳａ（図４）に対応する緑色の正方局所パターン画像ＩＰＳＧａと青色の正方局所パターン画像ＩＰＳＢａとの、Ｘ方向およびＹ方向の移動距離を示している。他の組み合わせ（Ｘａｂ，Ｙｂｄ）、（Ｘｃｄ，Ｙａｃ）、（Ｘｃｄ，Ｙｂｄ）についても同様である。したがって、この４つの値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄを求めることにより、投写レンズに起因する色収差を評価することが可能である。
【００７６】
なお、図１２では、青色色光と緑色色光によって表示されたテストパターン画像ＩＴＰＢ，ＩＴＰＧを用いて色収差を示す４つの指標値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄを求める場合が示されているが、本実施例では、さらに、赤色色光と緑色色光に関しても、同様に、色収差の指標値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄを求める。このとき、式（４）のＩＤＣａｂ，ＩＤＣｃｄ，ＩＤＣａｃ，ＩＤＣｂｄとしては、赤色色光によって表示された４つの正方局所パターン画像の位置情報を用いて決定される値を用いる。なお、本実施例において緑色色光を基準として色収差の指標値を求めているのは、緑色色光の波長が、青色色光から赤色色光までの中間の波長を有するためである。
【００７７】
上記のように、本実施例では、赤，緑，青の３種類の色光を用いて、緑色の色光を基準とする２種類の色収差に関して、４つの指標値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄをそれぞれ求めているが、緑色を基準とする１種類の色収差に関してのみ、これらの４つの指標値を求めるようにしてもよい。また、赤色色光や青色色光を基準として色収差に関連する値を求めるようにしてもよい。さらに、上記４つの指標値の代わりに、色収差に関連した他の値を求め、その値によって色収差の良否を評価するようにしてもよい。一般には、少なくとも２種類の異なる色の色光によってスクリーン上に表示された複数の局所パターン画像の位置情報を用いて、投写レンズの色収差に関連する値を決定すればよい。
【００７８】
ステップＳ１０５（図７）では、図６に示す分光特性測定部６４０を用いて、投写された画像の照度Ｙおよび色度（ｘ，ｙ）を測定する。なお、照度Ｙは、ＸＹＺ表色系における刺激値Ｙであり、色度（ｘ，ｙ）は、ｘｙ色度図における座標値である。なお、照度および色度の測定は、色光フィルタ４２０（図３）においてＷフィルタを通過した白色の色光のみを用いて行われる。
【００７９】
本実施例において、照度Ｙおよび色度（ｘ，ｙ）は、スクリーン５００の中央付近においてのみ測定される。ただし、図４に示すように、テストパターンＴＰの中央付近には直線局所パターンＰＬが存在しているので、この直線局所パターン画像が表示されていない領域で測定を行う必要がある。テストパターンＴＰの中央付近の直線局所パターン画像の位置は、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの位置情報から推定することができる。したがって、直線局所パターン画像が存在すると予想される領域を避けて、分光特性測定部６４０を配置することができる。これにより、直線局所パターンＰＬの画像が形成されていない領域において、照度Ｙおよび色度（ｘ，ｙ）をうまく測定することができる。
【００８０】
ところで、光源ランプ４１２（図３）は、通常、時間が経つに連れて劣化し、輝度が低下する。そこで、本実施例においては、検査対象である投写レンズを用いて検査を行う前に、常に、標準となる投写レンズを用いて検査を行うようにしている。処理部６１０は、標準の投写レンズを用いた場合の測定結果を照度および色度の基準値として記録する。検査対象である投写レンズを用いた場合の照度および色度の測定結果は、照度および色度の基準値を用いて補正して評価される。こうすれば、検査日時の異なる測定結果でも、同じように評価することが可能となる。
【００８１】
以上のステップＳ１０２〜Ｓ１０５において求められた投写レンズの特性値を用いれば、投写レンズの良否を容易に判断することができる。なお、本実施例では、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５において、順次、投写レンズの４種類の特性値を測定しているが、測定の順序は不問である。
【００８２】
以上、説明したように、本発明の投写レンズ検査装置は、スクリーン上に表示された画像のフォーカス状態を調整した後に、調整後のテストパターン画像から得られる位置情報を用いて特性値を算出する。これにより、投写レンズの特性を正確に検査することが可能となる。
【００８３】
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８４】
（１）上記実施例では、図２に示すように、画像光射出部としてテストパターンＴＰが形成された検査シート４５０（図４）を備える投写部４００が用いられているが、検査シート４５０に代えて、液晶ライトバルブを用いてもよい。こうしても、液晶ライトバルブに画像信号を供給することによって、図４のテストパターンＴＰと同様のテストパターンを表す画像光を射出することができる。また、テストパターンを複数種類用いるような場合には、それに応じた画像信号を供給することによって、容易にテストパターンの内容を変更することが可能である。
【００８５】
また、上記実施例では、投写部４００に光源装置４１０が備えられているが、光源装置４１０を用いずに画像光射出部を構成するようにしてもよい。例えば、画像光射出部として、高輝度ブラウン管を用いれば、光源装置を省略することができる。また、高輝度ブラウン管を用いる場合には、上記の液晶ライトバルブを用いる場合と同様に、供給する画像信号に応じて、容易にテストパターンの内容を変更することが可能である。
【００８６】
なお、液晶ライトバルブや高輝度ブラウン管を用いる場合には、図７のステップＳ１０１における画像の位置合わせは、液晶ライトバルブや高輝度ブラウン管におけるテストパターンの表示位置を変更することによっても行うことができる。
【００８７】
（２）上記実施例では、スクリーン５００が投写面の裏側から画像を観察可能なリアスクリーンである場合について説明したが、スクリーンとしては、投写面側から画像を観察可能なものを用いてもよい。ただし、この場合には、撮像部や分光特性測定部などによって、スクリーン上におけるテストパターン画像の表示が妨げられないように注意する必要がある。本実施例のように、リアスクリーン５００を用いて、撮像部６２０ａ〜６２０ｄや分光特性測定部６４０などを投写面の裏側に配置すれば、容易にテストパターン画像を撮像することができる。
【００８８】
（３）上記実施例のテストパターンＴＰでは、その周辺部の四隅に図５に示すような正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄが形成されているが、周辺部の四隅に形成される局所パターンとしては、他の形状のパターンを利用することも可能である。また、本実施例においては、周辺部の四隅に形成された正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄは、投写レンズの特性値の算出のみでなく、画像のフォーカス状態の調整や位置合わせにも利用されているが、それぞれの用途に応じた局所パターンを別途設けるようにしてもよい。投写レンズの特性値を算出する際に用いられる局所パターンとしては、スクリーン上に表示されたときに局所パターンの位置を特定できるようなものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】投写型表示装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明を適用した投写レンズ検査装置の一例を示す説明図である。
【図３】図２の投写部４００を＋Ｔ方向から見たときの様子を示す説明図である。
【図４】テストパターンＴＰが形成された検査シート４５０を示す説明図である。
【図５】図４のテストパターンＴＰに含まれる１つの正方局所パターンＰＳａを拡大して示す説明図である。
【図６】スクリーン５００を＋Ｚ方向から見たときの撮像部６２０ａ〜６２０ｄおよび分光特性測定部６４０の配置を示す説明図である。
【図７】投写レンズの検査を行う際の一連の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】スクリーン５００上に表示されたテストパターンＴＰ（図４）の画像ＩＴＰを示す説明図である。
【図９】スクリーン上に表示されたテストパターン画像ＩＴＰを示す説明図である。
【図１０】スクリーン上に表示されたテストパターン画像ＩＴＰを示す説明図である。
【図１１】検査シート４５０と投写レンズ４８０とスクリーン５００との関係を示す説明図である。
【図１２】２種類の色光によってスクリーン上に表示された２種類のテストパターン画像を一緒に示す説明図である。
【符号の説明】
２０…光源装置
１００…照明光学系
１０００…投写型表示装置
２００…色光分離光学系
２２０…リレー光学系
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…液晶ライトバルブ
３２０…クロスダイクロイックプリズム
３４０…投写レンズ
ＳＣ…スクリーン
４００…投写部
４１０…光源装置
４１２…光源ランプ
４１４…放物面リフレクタ
４２０…色光フィルタ
４２０ｃ…中心軸
４３０，４４２…ミラー
４４０…検査シート保持部
４５０…検査シート
４６０…６軸調整部
４７０…ダミープリズム
４８０…投写レンズ
５００…スクリーン
５００ａ…投写面
５００ｂ…表示面
５１０…ミラー
６００…検査部
６１０…処理部
６２０ａ〜６２０ｄ…撮像部
６４０…分光特性測定部
ＰＳａ〜ＰＳｄ…正方局所パターン
ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄ…正方局所パターン画像
ＴＰ…テストパターン
ＩＴＰ…テストパターン画像
ＰＬ…直線局所パターン
ＩＰＬ…直線局所パターン画像
ｎ１…中心軸
ｎ２…法線
【発明の属する技術分野】
本発明は、投写レンズを検査するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置では、照明光学系から射出された光を、液晶パネルなどを用いて画像情報（画像信号）に応じて変調し、変調された光を投写レンズを用いてスクリーン上に投写することにより画像表示を実現している。
【０００３】
図１は、投写型表示装置の一例を示す概略構成図である。投写型表示装置１０００は、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、リレー光学系２２０と、３枚の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム３２０と、投写レンズ３４０とを備えている。
【０００４】
照明光学系１００は、略平行な光を射出する光源装置２０の他に、偏光発生光学系を備えており、偏光方向の揃った１種類の直線偏光光を射出する。照明光学系１００から射出された光は、色光分離光学系２００において赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離される。分離された各色光は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に応じて変調される。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、液晶パネルと、その光入射面側および光射出面側に配置された偏光板とによって構成されている。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム３２０で合成され、投写レンズ３４０によってスクリーンＳＣ上に投写される。これにより、スクリーンＳＣ上に画像が表示されることとなる。なお、図１に示すような投写型表示装置の各部の構成および機能については、例えば、本願出願人によって開示された特開平１０−３２５９５４号公報に詳述されているので、本明細書において詳細な説明は省略する。
【０００５】
ところで、投写型表示装置１０００に用いられる投写レンズ３４０は、その製造工程等のばらつきにより、その特性（色収差など）にもばらつきが生じることがある。投写レンズの特性のばらつきは、投写型表示装置１０００によって表示される画像の品質に影響するため、投写型表示装置の出荷前には、投写レンズの特性が検査されている。
【０００６】
従来では、投写レンズの特性の良否は、検査対象となる投写レンズを所定の投写型表示装置などに実装し、投写表示される画像を目視で確認することにより判断されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、投写画像を目視で確認することによって投写レンズの特性を検査する場合には、投写レンズの正確な特性値を得ることができず、また、その良否の判断基準も曖昧であるという問題があった。
【０００８】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、投写レンズの特性を正確に検査することができる技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、投写型表示装置に用いられる投写レンズを検査するための投写レンズ検査装置であって、
テストパターンを有し、前記テストパターンを表す画像光を射出する画像光射出部と、
前記投写レンズによって前記画像光が照射され、前記画像光の照射により前記テストパターンの画像を表示するスクリーンと、
前記スクリーン上に表示される前記テストパターン画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像される前記テストパターン画像のフォーカス状態を自動調整するフォーカス状態調整部と、
前記テストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて、前記投写レンズの特性値を算出する特性値算出部と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の投写レンズ検査装置では、スクリーン上に表示された画像のフォーカス状態を調整した後に、調整後のテストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて特性値を算出することができるので、投写レンズの特性を正確に検査することができる。
【００１１】
上記の装置において、
前記フォーカス状態調整部は、前記画像光射出部における前記テストパターンの空間的な位置を調整することによって前記フォーカス状態の調整を実行するようにしてもよい。
【００１２】
こうすれば、スクリーン上に表示されたテストパターン画像のフォーカス状態の調整を容易に行うことができる。
【００１３】
上記の装置において、
前記スクリーンは、画像光が投写される投写面の裏側から画像を観察可能なリアスクリーンであり、
前記撮像部は、前記投写面の裏側に配置されていることが好ましい。
【００１４】
このように、リアスクリーンを用いて、撮像部を投写面の裏側に配置すれば、撮像部がスクリーン上におけるテストパターン画像の表示を妨げてしまうという可能性を排除できる。したがって、テストパターン画像のフォーカス状態をうまく調整し、投写レンズの特性値を正確に算出することが可能となる。
【００１５】
上記の装置において、
略矩形形状の前記テストパターンは、少なくともその周辺部の四隅に設けられた複数の局所パターンを有し、
前記特性値算出部は、
前記スクリーン上に表示された前記複数の局所パターンの画像の位置情報を用いて、前記投写レンズの特性値を算出することが好ましい。
【００１６】
このようなテストパターンを用いれば、局所パターン画像の位置情報を利用して、投写レンズの特性値を正確に求めることができる。
【００１７】
上記の装置において、
前記投写レンズの特性値は、画像の歪み量に関する値であるようにしてもよい。
【００１８】
こうすれば、投写レンズに起因する画像の歪み量を評価することができる。
【００１９】
また、上記の装置において、
前記投写レンズの特性は、投写レンズの焦点距離に関連する値であるようにしてもよい。
【００２０】
こうすれば、投写レンズの焦点距離を評価することができる。
【００２１】
また、上記の装置において、
前記画像光射出部は、少なくとも２種類の異なる色の画像光を個別に射出可能であり、
前記投写レンズの特性は、異なる色の画像光によって前記スクリーン上に表示された前記複数の局所パターンの画像の位置情報を用いて算出される投写レンズの色収差に関連する値であるようにしてもよい。
【００２２】
こうすれば、投写レンズに起因する色収差を評価することができる。
【００２３】
さらに、上記の装置において、
前記スクリーン上に表示された前記テストパターン画像のうち、前記局所パターン画像が形成されていない領域において、照度および色度を測定する分光特性測定部を備えるようにしてもよい。
【００２４】
こうすれば、投写レンズに起因する照度および色度の相違を評価することができる。
【００２５】
本発明の方法は、投写型表示装置に用いられる投写レンズを検査する投写レンズ検査方法であって、
（ａ）テストパターンを表す画像光を射出する工程と、
（ｂ）前記投写レンズによって前記画像光をスクリーン上に照射し、前記スクリーン上に前記テストパターンの画像を表示する工程と、
（ｃ）前記スクリーン上に表示される前記テストパターン画像を撮像する工程と、
（ｄ）撮像される前記テストパターン画像のフォーカス状態を自動調整する工程と、
（ｅ）前記テストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて、前記投写レンズの特性値を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明の方法を用いた場合にも、上記の装置と同様の作用・効果を有し、テストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて特性値を算出することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
Ａ．投写レンズ検査装置：
図２は、本発明を適用した投写レンズ検査装置の一例を示す説明図である。この装置は、図１の投写型表示装置に用いられる投写レンズを検査するための装置である。投写レンズ検査装置は、検査対象である投写レンズ４８０が搭載される投写部４００と、ミラー５１０と、スクリーン５００と、検査部６００とを備えている。この装置において、検査対象である投写レンズ４８０は、取り外し可能であり、他の投写レンズに容易に交換することができる。
【００２８】
投写部４００から射出された画像光（画像を表す光）は、ミラー５１０において反射され、スクリーン５００を照射する。スクリーン５００は、画像光が投写される投写面５００ａの裏面５００ｂ側から画像を観察可能な透過型スクリーンである。検査部６００は、スクリーン５００上に表示された画像を用いて、投写レンズ４８０の検査を行う。
【００２９】
なお、以下の説明では、図２に示すように、検査装置は、スクリーン５００の表示面５００ｂと平行な面をＸＹ平面とするＸＹＺ直交座標系で表される。また、投写部４００は、検査装置において、図示しない保持部によって、ＸＺ平面に対し所定の角度だけ傾けて配置されている。このため、以下の説明では、投写部４００を、ＸＹＺ直交座標系をＸ軸を中心として上記の所定の角度だけ回転させたＳＴＵ直交座標系で表す。なお、投写レンズ４８０の中心軸ｎ１はＳＵ平面に対し平行となっている。
【００３０】
図３は、図２の投写部４００を＋Ｔ方向から見たときの様子を示す説明図である。図３に示すように、投写部４００は、投写レンズ４８０の他に、光源装置４１０と、色光フィルタ４２０と、第１および第２のミラー４３０，４４２と、検査シート４５０と、検査シート保持部４４０と、検査シート保持部４４０の配置を調整するための６軸調整部４６０と、ダミープリズム４７０とを備えている。なお、検査シート保持部４４０は、第２のミラー４４２に触れないように検査シート４５０を保持している。図２では、図３に示す光源装置４１０と色光フィルタ４２０と第１のミラー４３０とは、６軸調整部４６０と検査シート保持部４４０とダミープリズム４７０と投写レンズ４８０よりも、＋Ｓ方向（紙面奥手方向）に存在するため、便宜上、図示を省略している。
【００３１】
なお、図３に示すように、投写部４００は、図１の投写型表示装置において投写レンズが使用される場合とほぼ同様な光が投写レンズ４８０に入射されるように構成されている。すなわち、光源装置４１０は図１の光源装置２０に対応し、検査シート４５０は図１の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに対応し、ダミープリズム４７０は図１のクロスダイクロイックプリズム３２０に対応している。このような投写部４００を備える検査装置を用いれば、投写型表示装置において投写レンズを使用する場合と同じような環境で、投写レンズを検査することができると考えられる。
【００３２】
図３の光源装置４１０は、光源ランプ４１２と放物面リフレクタ４１４とを備えている。放物面リフレクタ４１４は、その凹面が回転放物面形状となっている。光源ランプ４１２は、回転放物面形状の凹面の焦点位置近傍に配置されている。この構成により、光源ランプ４１２から射出され、放物面リフレクタ４１４で反射された光は、略平行な光線束となって光源装置４１０から射出される。なお、光源ランプ４１２としては、メタルハライドランプや高圧水銀灯などが用いられる。また、放物面リフレクタ４１４としては、例えば、ガラスセラミックスで形成された回転放物体の凹面上に、誘電体多層膜や金属膜などの反射膜が形成されてものが利用される。
【００３３】
色光フィルタ４２０は、光源装置４１０から射出される光に含まれる所定の色の色光を抽出する機能を有している。本実施例の色光フィルタ４２０は、略円板状の形状を有しており、中心軸４２０ｃを中心に回転可能である。色光フィルタ４２０には、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ、および、Ｗフィルタの４種類のフィルタおよび遮光部が５等分に区分して形成されている。なお、遮光部は、光源装置４１０から光が射出されている状態のままで、光を遮断したいときに用いられる。Ｒフィルタは、光源装置４１０から射出された光のうち、赤色の色光のみを透過させる機能を有している。同様に、ＧフィルタおよびＢフィルタは、それぞれ緑色の色光、青色の色光のみを透過させる機能を有している。また、Ｗフィルタは、すべての色光（以下、白色の色光とも呼ぶ）を透過させる機能、すなわち、光源装置４１０から射出された光をそのまま射出する機能を有している。４種類のフィルタとしては、例えば、略円形のガラス板上に、４種類の色光をそれぞれ透過させるような誘電体多層膜を形成したものを利用できる。なお、Ｗフィルタとしては、誘電体多層膜が形成されていないガラス領域をそのまま利用してもよい。
【００３４】
第１および第２のミラー４３０，４４２は、光源装置４１０から射出され、色光フィルタ４２０を通過した色光を投写レンズ４８０に導くための導光手段としての機能を有している。第１および第２のミラーとしては、すべての色光を反射するような誘電体多層膜が形成されたミラーや金属ミラーなどを用いることができる。
【００３５】
検査シート保持部４４０は、検査シート４５０を保持する機能を有している。検査シート４５０は、ガラスなどの透光性の板材に、遮光部となるテストパターンが形成されたものである。
【００３６】
図４は、テストパターンＴＰが形成された検査シート４５０を示す説明図である。図４に示す検査シート４５０には、その周辺部の四隅に４つの略正方形状の局所パターン（以下、「正方局所パターン」とも呼ぶ）ＰＳａ〜ＰＳｄが形成されており、また、複数の直線状の局所パターン（以下、「直線局所パターン」とも呼ぶ）ＰＬが格子状に形成されている。本明細書においては、正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄや直線局所パターンＰＬなどの全てパターンをまとめてテストパターンＴＰと呼んでいる。なお、図４のテストパターンＴＰでは、４つの正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄと複数の直線局所パターンＰＬとが形成されている領域以外には、局所パターンが全く形成されていないが、他の局所パターンを形成するようにしてもよい。
【００３７】
図５は、図４のテストパターンＴＰに含まれる１つの正方局所パターンＰＳａを拡大して示す説明図である。図示するように、正方局所パターンＰＳａは、その内側に９つの正方形の透光部を含んでいる。他の正方局所パターンＰＳｂ〜ＰＳｄについても同じである。
【００３８】
なお、図４に示すテストパターンＴＰは、図１の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像光が形成される有効表示領域とほぼ同じ大きさ（約２６．６４mm×約１９．９８mm）に設定されている。テストパターンＴＰに含まれる直線局所パターンＰＬは、約０．１〜約０．２mmの線幅で形成されている。また、正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄは、図５に示すように、その一辺が約０．４mmの大きさで形成されている。
【００３９】
検査シート保持部４４０（図３）は、６軸調整部４６０に固定されており、６軸調整部４６０を制御することによって、検査シート保持部４４０の配置が調整される。６軸調整部４６０は、図中、Ｓ方向，Ｔ方向，Ｕ方向の平行移動、および、Ｓ軸，Ｔ軸，Ｕ軸を中心とする回転の可能な６つの可動ステージが組み合わされたものである。この６軸調整部４６０を制御することにより、検査シート保持部４４０に保持された検査シート４５０の空間的な配置を調整することができる。換言すれば、６軸調整部４６０の制御によって、テストパターンＴＰの空間的な配置が調整される。
【００４０】
ダミープリズム４７０は、前述したように、図１の投写型表示装置のクロスダイクロイックプリズム３２０に対応して設けられている。図１に示すクロスダイクロイックプリズム３２０では、３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂから射出された光を合成するために「Ｘ」字状の薄膜が内部に設けられている。しかし、本検査装置においてはこの薄膜は不要なため、クロスダイクロイックプリズム３２０と同じ立方体形状のガラス体に反射防止コーティングを施したものが、ダミープリズム４７０として用いられている。
【００４１】
検査対象である投写レンズ４８０は、順次取り替えて検査装置に実装される。本実施例において、投写レンズ４８０は、図示しない保持部に固定して設置される。
【００４２】
以上の投写部４００の構成により、光源装置２０（図３）から射出された光は、色光フィルタ４２０を通過した後に、第１および第２のミラー４３０，４４２で反射される。第２のミラー４４２で反射された光は、検査シート４５０を通過することによって、テストパターンＴＰの画像を表す画像光となって射出される。この画像光は、ダミープリズム４７０を通過した後、投写レンズ４８０によって投写される。この説明からも分かるように、本実施例における投写レンズ４８０を除く投写部４００が、本発明の画像光射出部に相当する。
【００４３】
ところで、図２に示すように、本実施例の投写部４００では、投写レンズ４８０の中心軸ｎ１と、検査シート４５０の中心を通る法線ｎ２とが、所定の距離だけずれている。これは、投写型表示装置における「あおり投写」の状態を模擬するためである。投写レンズ４８０は、このようなあおり投写状態において、歪みのない画像を投写表示するように設計されている。なお、投写レンズ４８０の中心軸ｎ１と検査シート４５０の中心を通る法線ｎ２とが一致しないような投写は、通常、「完全あおり投写」と呼ばれている。
【００４４】
図２の検査部６００は、処理部６１０と、スクリーン５００の四隅の近傍に配置された４つの撮像部６２０ａ〜６２０ｄと、１つの分光特性測定部６４０とを備えている。処理部６１０は、撮像部６２０ａ〜６２０ｄおよび分光特性測定部６４０と電気的に接続されている。処理部６１０は、撮像部６２０ａ〜６２０ｄによって得られる画像データや、分光特性測定部６４０によって得られる測定結果を処理して、投写レンズの特性値を算出する機能を有するコンピュータである。また、処理部６１０は、投写部４００の６軸調整部４６０とも電気的に接続されている。処理部６１０は、撮像部６２０ａ〜６２０ｄによって得られた画像データを解析し、その解析結果に基づいて、６軸調整部４６０を制御する。なお、上述したように、６軸調整部４６０を制御することによって、テストパターンＴＰの空間的な配置が調整されるので、テストパターン画像のフォーカス状態（後述する）が調整されることとなる。
【００４５】
この説明からも分かるように、本実施例の処理部６１０が本発明における特性値算出部に相当し、処理部６１０と６軸調整部４６０とがフォーカス状態調整部に相当する。
【００４６】
図６は、スクリーン５００を＋Ｚ方向から見たときの撮像部６２０ａ〜６２０ｄおよび分光特性測定部６４０の配置を示す説明図である。図示するように、４つの撮像部６２０ａ〜６２０ｄは、スクリーン５００の四隅にそれぞれが設けられており、図示しない移動機構によってＸＹ平面内で移動可能である。撮像部６２０ａ〜６２０ｄは、スクリーン５００上に表示されたテストパターンＴＰの画像を撮像し、撮像した画像データを処理部６１０（図２）に伝送する。また、分光特性測定部６４０は、スクリーン５００の中央付近に設けられている。分光特性測定部６４０は、スクリーン５００上に表示された画像の明るさに関する値を測定し、測定結果を処理部６１０（図２）に伝送する。
【００４７】
処理部６１０は、撮像部６２０ａ〜６２０ｄから伝送された画像データを処理して、また、分光特性測定部６４０から伝送された測定結果を処理して、以下に説明するような手法で投写レンズ４８０の特性値を求める。
【００４８】
Ｂ．投写レンズの特性検査：
図７は、投写レンズの検査を行う際の一連の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０１では、スクリーン５００上に表示された画像のフォーカス状態の調整と、表示された画像の位置合わせを行う。なお、ステップＳ１０１においては、図３の光源装置４１０から射出された光は、色光フィルタ４２０においてＷフィルタを通過するように設定されている。このとき、図４の検査シート４５０から射出された画像光に従ってスクリーン５００上に表示されるテストパターン画像は、テストパターンＴＰの透光部に相当する領域が白色となり遮光部に相当する領域が黒色となる白黒画像となっている。
【００４９】
図８は、スクリーン５００上に表示されたテストパターンＴＰ（図４）の画像ＩＴＰを示す説明図である。ただし、図８のテストパターン画像ＩＴＰには、図４のテストパターンＴＰに含まれる４つの正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄに従って表示される４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄと、テストパターンＴＰの外縁を構成する直線局所パターンＰＬに従って表示される直線局所パターン画像ＩＰＬのみが図示されている。なお、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄは、説明の便宜上、かなり拡大して描かれている。
【００５０】
テストパターン画像ＩＴＰをスクリーン５００上に最初に表示した際には、フォーカス状態が悪く画像がぼけている場合がある。このため、ステップＳ１０１（図７）では、まず、テストパターン画像ＩＴＰのフォーカス状態を調整する。なお、本明細書において、「フォーカス状態が良い」とは、合焦点状態となっていることを意味し、「フォーカス状態が悪い」とは、合焦点状態となっていないことを意味する。
【００５１】
フォーカス状態の調整においては、まず、図６の４つの撮像部６２０ａ〜６２０ｄを用いて４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄをそれぞれ探す。正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの探索は、処理部６１０にテストパターンＴＰのパターン情報を予め入力しておき、正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄのパターン情報とほぼ一致するような画像領域をパターンマッチングによって自動的に探すことによって行われる。あるいは、ユーザが撮像部６２０ａ〜６２０ｄによって撮像された画像を確認しながら行うようにしてもよい。
【００５２】
４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄが見つかると、撮像された４つの正方局所パターン画像のフォーカス状態の良否を調べる。フォーカス状態の良否は、撮像された画像データを用いて判断される。例えば、撮像された画像データを用いて、白黒画像の白色領域と黒色領域の境界におけるエッジ強度を調べ、エッジ強度の大小によってフォーカス状態の良否を判断することができる。すなわち、エッジ強度のようなフォーカス状態の良否を示す特定の指標値を用いることによって、合焦点状態か否かを判断できる。
【００５３】
各正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄについての指標値が得られると、４つの指標値に基づいて６軸調整部４６０を制御し、検査シート４５０（テストパターンＴＰ）の空間的な配置を調整する。この後、再度、各正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄについての指標値を求める。このようにして、６軸調整部の調整と、４つの指標値の算出とを繰り返しながら、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄについての指標値がほぼ等しくなり、かつ、最も大きくなるような位置を、テストパターン画像ＩＴＰのフォーカス状態が良好となる位置として決定する。
【００５４】
また、図８に示すように、テストパターン画像ＩＴＰをスクリーン５００上に最初に表示した際には、テストパターン画像ＩＴＰの中心ＩＴＰｃが、スクリーン５００の中心５００ｃとずれている場合がある。ここで、テストパターン画像の中心ＩＴＰｃとは、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの位置を頂点とする四角形領域の２つの対角線の交点を意味している。なお、本実施例において、正方局所パターン画像の位置とは、正方局所パターン画像の画像の中心の位置を意味する。ステップＳ１０１（図７）においては、画像のフォーカス状態が調整された後に、画像の位置合わせを行う。
【００５５】
具体的には、図８に示すテストパターン画像ＩＴＰの中心ＩＴＰｃが、スクリーン５００の中心５００ｃと一致するように、６軸調整部４６０を制御し、検査シート４５０（テストパターンＴＰ）の配置を調整する。また、本実施例においては、スクリーン５００上に表示された２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｂの位置が、Ｘ方向にほぼ平行となるように、検査シート４５０（テストパターンＴＰ）の配置が調整される。こうすれば、検査シート４５０が、検査シート保持部４４０の所定の位置にうまく取り付けられていない場合にも、実質的に所定の位置に取り付けられたように補正をすることができる。なお、画像の位置合わせが行われた際には、再度、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄのフォーカス状態が確認される。
【００５６】
ステップＳ１０１（図７）においてテストパターン画像ＩＴＰのフォーカス状態の調整および位置合わせが終了すると、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５において、投写レンズの特性を検査する。
【００５７】
ステップＳ１０２（図７）では、投写レンズの特性値として、画像の歪み量を求める。図９は、スクリーン上に表示されたテストパターン画像ＩＴＰを示す説明図である。図示するように、投写表示されたテストパターン画像ＩＴＰには、投写レンズ４８０に依存する画像歪みが生じる場合がある。ステップＳ１０２では、各正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの位置情報に基づいて、画像の歪み量を測定する。なお、正方局所パターン画像の位置情報とは、正方局所パターン画像の中心の座標値を意味する。本実施例では、画像の歪み量ε（％）は、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｂ間のＸ方向の距離ＩＤａｂと、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳｃ，ＩＰＳｄ間のＸ方向の距離ＩＤｃｄとを用いて、次の式（１）で与えられる。
【００５８】
ε＝２［（ＩＤａｂ−ＩＤｃｄ）／（ＩＤａｂ＋ＩＤｃｄ）］×１００……（１）
【００５９】
なお、画像の歪み量εは、式（１）に代えて、他の式を用いても同様に評価することができ、例えば、次の式（２）を用いてもよい。
【００６０】
ε＝［（ＩＤａｂ−ＩＤｃｄ）／ＩＤａｂ］×１００ ……（２）
【００６１】
また、式（１）では、画像の歪み量は、Ｘ方向の２つの距離ＩＤａｂ，ＩＤｃｄを用いて求められているが、これに代えて、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｃ間のＹ方向の距離と、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳｂ，ＩＰＳｄ間のＹ方向の距離とを用いて求めるようにしてもよい。あるいは、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｂ間の直線距離と、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳｃ，ＩＰＳｄ間の直線距離とを用いても歪み量をうまく見積もることができる可能性がある。一般に、テストパターン画像に含まれる複数の局所パターン画像から得られる位置情報を用いて画像の歪み量に関する値が決定されていればよい。こうすれば、画像の歪み量に関し、投写レンズの評価をかなり正確に行うことができる。
【００６２】
なお、本実施例の画像の歪み量の測定は、色光フィルタ４２０（図３）においてＷフィルタを通過した白色の色光のみでなく、Ｒフィルタや、Ｇフィルタ、Ｂフィルタを通過した各色光についても行われる。ただし、色光フィルタを変更する場合には、各色光の画像のフォーカス状態を調整した後に画像の歪み量を測定することが望ましい。こうすれば、各色光に応じた画像の歪み量を正確に求めることが可能となる。
【００６３】
ステップＳ１０３（図７）では、投写レンズの焦点距離を求める。なお、焦点距離の測定は、色光フィルタ４２０においてＷフィルタを通過した白色の色光のみを用いて行われる。
【００６４】
図１０は、スクリーン上に表示されたテストパターン画像ＩＴＰを示す説明図である。本実施例において、投写レンズの焦点距離は、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｄ間の直線距離ＩＤａｄを用いて求められる。図１１は、検査シート４５０と投写レンズ４８０とスクリーン５００との関係を示す説明図である。図１に示す投写型表示装置に用いられる投写レンズは、テレセントリック光学系を構成している。このような光学系を構成する投写レンズ４８０では、図１１に示すような関係が成り立つので、投写レンズ４８０の焦点距離Ｆは、ほぼ次の式（３）で見積もることができる。
【００６５】
Ｆ≒Ｌ１＝（Ｄａｄ／ＩＤａｄ）・Ｌ２ ……（３）
【００６６】
ここで、Ｌ１は投写レンズ４８０と検査シート４５０との距離、Ｌ２は投写レンズ４８０とスクリーン５００との距離、Ｄａｄは図４のテストパターンＴＰにおける２つの正方局所パターンＰＳａ，ＰＳｄ間の直線距離である。
【００６７】
式（３）において、距離Ｄａｄおよび距離Ｌ２は、それぞれテストパターンＴＰ（図４）および検査装置（図２）の設計値によって決定される定数である。したがって、焦点距離Ｆは、距離ＩＤａｄ、すなわち、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｄ間の直線距離によって決定される。
【００６８】
式（３）では、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの位置を頂点とする四角形領域における対角線の長さを用いて焦点距離Ｆを求めているが、他の方法によって焦点距離Ｆを求めることも可能である。例えば、上記の四角形領域のＹ方向に並ぶ２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｃ間の直線距離を用いて焦点距離Ｆを求めるようにしてもよい。ただし、対角線の長さの方が、Ｙ方向に並ぶ２つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ，ＩＰＳｃ間の直線距離より大きいため、より正確に焦点距離を求めることができる可能性が高い。また、２つの正方局所パターン画像間の距離に代えて、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの位置を頂点とする四角形領域の面積を用いて焦点距離Ｆを求めるようにしてもよい。
【００６９】
また、本実施例では、投写レンズの焦点距離Ｆは、式（３）を用いてほぼ正確に求められているが、複数の投写レンズのばらつきを検査するような場合には、正確な焦点距離Ｆを求める必要はあまりない。式（３）において、焦点距離Ｆは、距離ＩＤａｄのみによって変化する。したがって、正確な焦点距離Ｆを求める必要のない場合には、距離ＩＤａｄをそのまま焦点距離に関連する値として用いても投写レンズの焦点距離Ｆの評価を行うことができる。すなわち、一般には、テストパターン画像に含まれる複数の局所パターン画像から得られる位置情報を用いて投写レンズの焦点距離に関連する値が決定されていればよい。こうすれば、焦点距離に関する投写レンズの評価をかなり正確に行うことができる。
【００７０】
ステップＳ１０４（図７）では、投写レンズの特性値として、色収差を示す指標値を求める。ステップＳ１０４では、色光フィルタ４２０（図３）を順次回転させ、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタの３種類の色フィルタを通過した色光によって表示された４つの正方局所パターン画像の位置情報を用いて、色収差を示す指標値が求められる。なお、色光フィルタを変更した際には、各色光毎にフォーカス状態が調整され、調整後の正方局所パターンの位置情報を用いて色収差を示す指標値が以下の手順で求められる。
【００７１】
図１２は、２種類の色光によってスクリーン上に表示された２種類のテストパターン画像を一緒に示す説明図である。図１２中、実線で示す４つの正方局所パターン画像ＩＰＳＧａ〜ＩＰＳＧｄを含むテストパターン画像ＩＴＰＧは、Ｇフィルタを通過した緑色の色光によって表示された画像である。破線で示す４つの正方局所パターン画像ＩＰＳＢａ〜ＩＰＳＢｄを含むテストパターン画像ＩＴＰＢは、Ｂフィルタを通過した青色の色光によって表示された画像である。なお、図１２では、青色の色光によって表示されたテストパターン画像ＩＴＰＢの方が、緑色の色光によって表示されたテストパターン画像ＩＴＰＧよりも大きくなっているが、実際には、この逆の関係になることもある。本実施例では、色収差を示す次の４つの指標値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄは、次の式（４）に従って決定される。
【００７２】
Ｘａｂ＝（ＩＤＣａｂ−ＩＤＧａｂ）／２
Ｘｃｄ＝（ＩＤＣｃｄ−ＩＤＧｃｄ）／２
Ｙａｃ＝（ＩＤＣａｃ−ＩＤＧａｃ）／２
Ｙｂｄ＝（ＩＤＣｂｄ−ＩＤＧｂｄ）／２ ……（４）
【００７３】
ここで、ＩＤＧａｂは、図１２に示すように、緑色色光によって表示された２つの正方局所パターン画像ＩＰＳＧａ，ＩＰＳＧｂ間のＸ方向の距離である。同様に、ＩＤＧｃｄは、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳＧｃ，ＩＰＳＧｄ間のＸ方向の距離である。また、ＩＤＧａｃ，ＩＤＧｂｄは、それぞれ２つの正方局所パターン画像ＩＰＳＧａ，ＩＰＳＧｃ間のＹ方向の距離、および、２つの正方局所パターン画像ＩＰＳＧｂ，ＩＰＳＧｄ間のＹ方向の距離である。
【００７４】
また、式（４）中、ＩＤＣａｂ，ＩＤＣｃｄ，ＩＤＣａｃ，ＩＤＣｂｄは、上記の４つの距離ＩＤＧａｂ，ＩＤＧｃｄ，ＩＤＧａｃ，ＩＤＧｂｄと同様に、青色色光によって表示された４つの正方局所パターン画像ＩＰＳＢａ〜ＩＰＳＢｄにおけるＸ方向およびＹ方向の距離である。
【００７５】
ところで、上記のように求められた色収差を示す４つの指標値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄは、１つの正方局所パターンに対応する２種類の正方局所パターン画像の移動距離を示している。例えば、（Ｘａｂ，Ｙａｃ）は、正方局所パターンＰＳａ（図４）に対応する緑色の正方局所パターン画像ＩＰＳＧａと青色の正方局所パターン画像ＩＰＳＢａとの、Ｘ方向およびＹ方向の移動距離を示している。他の組み合わせ（Ｘａｂ，Ｙｂｄ）、（Ｘｃｄ，Ｙａｃ）、（Ｘｃｄ，Ｙｂｄ）についても同様である。したがって、この４つの値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄを求めることにより、投写レンズに起因する色収差を評価することが可能である。
【００７６】
なお、図１２では、青色色光と緑色色光によって表示されたテストパターン画像ＩＴＰＢ，ＩＴＰＧを用いて色収差を示す４つの指標値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄを求める場合が示されているが、本実施例では、さらに、赤色色光と緑色色光に関しても、同様に、色収差の指標値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄを求める。このとき、式（４）のＩＤＣａｂ，ＩＤＣｃｄ，ＩＤＣａｃ，ＩＤＣｂｄとしては、赤色色光によって表示された４つの正方局所パターン画像の位置情報を用いて決定される値を用いる。なお、本実施例において緑色色光を基準として色収差の指標値を求めているのは、緑色色光の波長が、青色色光から赤色色光までの中間の波長を有するためである。
【００７７】
上記のように、本実施例では、赤，緑，青の３種類の色光を用いて、緑色の色光を基準とする２種類の色収差に関して、４つの指標値Ｘａｂ，Ｘｃｄ，Ｙａｃ，Ｙｂｄをそれぞれ求めているが、緑色を基準とする１種類の色収差に関してのみ、これらの４つの指標値を求めるようにしてもよい。また、赤色色光や青色色光を基準として色収差に関連する値を求めるようにしてもよい。さらに、上記４つの指標値の代わりに、色収差に関連した他の値を求め、その値によって色収差の良否を評価するようにしてもよい。一般には、少なくとも２種類の異なる色の色光によってスクリーン上に表示された複数の局所パターン画像の位置情報を用いて、投写レンズの色収差に関連する値を決定すればよい。
【００７８】
ステップＳ１０５（図７）では、図６に示す分光特性測定部６４０を用いて、投写された画像の照度Ｙおよび色度（ｘ，ｙ）を測定する。なお、照度Ｙは、ＸＹＺ表色系における刺激値Ｙであり、色度（ｘ，ｙ）は、ｘｙ色度図における座標値である。なお、照度および色度の測定は、色光フィルタ４２０（図３）においてＷフィルタを通過した白色の色光のみを用いて行われる。
【００７９】
本実施例において、照度Ｙおよび色度（ｘ，ｙ）は、スクリーン５００の中央付近においてのみ測定される。ただし、図４に示すように、テストパターンＴＰの中央付近には直線局所パターンＰＬが存在しているので、この直線局所パターン画像が表示されていない領域で測定を行う必要がある。テストパターンＴＰの中央付近の直線局所パターン画像の位置は、４つの正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄの位置情報から推定することができる。したがって、直線局所パターン画像が存在すると予想される領域を避けて、分光特性測定部６４０を配置することができる。これにより、直線局所パターンＰＬの画像が形成されていない領域において、照度Ｙおよび色度（ｘ，ｙ）をうまく測定することができる。
【００８０】
ところで、光源ランプ４１２（図３）は、通常、時間が経つに連れて劣化し、輝度が低下する。そこで、本実施例においては、検査対象である投写レンズを用いて検査を行う前に、常に、標準となる投写レンズを用いて検査を行うようにしている。処理部６１０は、標準の投写レンズを用いた場合の測定結果を照度および色度の基準値として記録する。検査対象である投写レンズを用いた場合の照度および色度の測定結果は、照度および色度の基準値を用いて補正して評価される。こうすれば、検査日時の異なる測定結果でも、同じように評価することが可能となる。
【００８１】
以上のステップＳ１０２〜Ｓ１０５において求められた投写レンズの特性値を用いれば、投写レンズの良否を容易に判断することができる。なお、本実施例では、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５において、順次、投写レンズの４種類の特性値を測定しているが、測定の順序は不問である。
【００８２】
以上、説明したように、本発明の投写レンズ検査装置は、スクリーン上に表示された画像のフォーカス状態を調整した後に、調整後のテストパターン画像から得られる位置情報を用いて特性値を算出する。これにより、投写レンズの特性を正確に検査することが可能となる。
【００８３】
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８４】
（１）上記実施例では、図２に示すように、画像光射出部としてテストパターンＴＰが形成された検査シート４５０（図４）を備える投写部４００が用いられているが、検査シート４５０に代えて、液晶ライトバルブを用いてもよい。こうしても、液晶ライトバルブに画像信号を供給することによって、図４のテストパターンＴＰと同様のテストパターンを表す画像光を射出することができる。また、テストパターンを複数種類用いるような場合には、それに応じた画像信号を供給することによって、容易にテストパターンの内容を変更することが可能である。
【００８５】
また、上記実施例では、投写部４００に光源装置４１０が備えられているが、光源装置４１０を用いずに画像光射出部を構成するようにしてもよい。例えば、画像光射出部として、高輝度ブラウン管を用いれば、光源装置を省略することができる。また、高輝度ブラウン管を用いる場合には、上記の液晶ライトバルブを用いる場合と同様に、供給する画像信号に応じて、容易にテストパターンの内容を変更することが可能である。
【００８６】
なお、液晶ライトバルブや高輝度ブラウン管を用いる場合には、図７のステップＳ１０１における画像の位置合わせは、液晶ライトバルブや高輝度ブラウン管におけるテストパターンの表示位置を変更することによっても行うことができる。
【００８７】
（２）上記実施例では、スクリーン５００が投写面の裏側から画像を観察可能なリアスクリーンである場合について説明したが、スクリーンとしては、投写面側から画像を観察可能なものを用いてもよい。ただし、この場合には、撮像部や分光特性測定部などによって、スクリーン上におけるテストパターン画像の表示が妨げられないように注意する必要がある。本実施例のように、リアスクリーン５００を用いて、撮像部６２０ａ〜６２０ｄや分光特性測定部６４０などを投写面の裏側に配置すれば、容易にテストパターン画像を撮像することができる。
【００８８】
（３）上記実施例のテストパターンＴＰでは、その周辺部の四隅に図５に示すような正方局所パターンＰＳａ〜ＰＳｄが形成されているが、周辺部の四隅に形成される局所パターンとしては、他の形状のパターンを利用することも可能である。また、本実施例においては、周辺部の四隅に形成された正方局所パターン画像ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄは、投写レンズの特性値の算出のみでなく、画像のフォーカス状態の調整や位置合わせにも利用されているが、それぞれの用途に応じた局所パターンを別途設けるようにしてもよい。投写レンズの特性値を算出する際に用いられる局所パターンとしては、スクリーン上に表示されたときに局所パターンの位置を特定できるようなものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】投写型表示装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明を適用した投写レンズ検査装置の一例を示す説明図である。
【図３】図２の投写部４００を＋Ｔ方向から見たときの様子を示す説明図である。
【図４】テストパターンＴＰが形成された検査シート４５０を示す説明図である。
【図５】図４のテストパターンＴＰに含まれる１つの正方局所パターンＰＳａを拡大して示す説明図である。
【図６】スクリーン５００を＋Ｚ方向から見たときの撮像部６２０ａ〜６２０ｄおよび分光特性測定部６４０の配置を示す説明図である。
【図７】投写レンズの検査を行う際の一連の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】スクリーン５００上に表示されたテストパターンＴＰ（図４）の画像ＩＴＰを示す説明図である。
【図９】スクリーン上に表示されたテストパターン画像ＩＴＰを示す説明図である。
【図１０】スクリーン上に表示されたテストパターン画像ＩＴＰを示す説明図である。
【図１１】検査シート４５０と投写レンズ４８０とスクリーン５００との関係を示す説明図である。
【図１２】２種類の色光によってスクリーン上に表示された２種類のテストパターン画像を一緒に示す説明図である。
【符号の説明】
２０…光源装置
１００…照明光学系
１０００…投写型表示装置
２００…色光分離光学系
２２０…リレー光学系
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…液晶ライトバルブ
３２０…クロスダイクロイックプリズム
３４０…投写レンズ
ＳＣ…スクリーン
４００…投写部
４１０…光源装置
４１２…光源ランプ
４１４…放物面リフレクタ
４２０…色光フィルタ
４２０ｃ…中心軸
４３０，４４２…ミラー
４４０…検査シート保持部
４５０…検査シート
４６０…６軸調整部
４７０…ダミープリズム
４８０…投写レンズ
５００…スクリーン
５００ａ…投写面
５００ｂ…表示面
５１０…ミラー
６００…検査部
６１０…処理部
６２０ａ〜６２０ｄ…撮像部
６４０…分光特性測定部
ＰＳａ〜ＰＳｄ…正方局所パターン
ＩＰＳａ〜ＩＰＳｄ…正方局所パターン画像
ＴＰ…テストパターン
ＩＴＰ…テストパターン画像
ＰＬ…直線局所パターン
ＩＰＬ…直線局所パターン画像
ｎ１…中心軸
ｎ２…法線
Claims (10)
- 投写型表示装置に用いられる投写レンズを検査するための投写レンズ検査装置であって、
テストパターンを有し、前記テストパターンを表す画像光を射出する画像光射出部と、
前記投写レンズによって前記画像光が照射され、前記画像光の照射により前記テストパターンの画像を表示するスクリーンと、
前記スクリーン上に表示される前記テストパターン画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像される前記テストパターン画像のフォーカス状態を自動調整するフォーカス状態調整部と、
前記テストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて、前記投写レンズの焦点距離に関連する値を含む前記投写レンズの特性値を算出する特性値算出部と、
を備えることを特徴とする投写レンズ検査装置。 - 投写型表示装置に用いられる投写レンズを検査するための投写レンズ検査装置であって、
テストパターンを有し、前記テストパターンを表す画像光を射出する画像光射出部と、
前記投写レンズによって前記画像光が照射され、前記画像光の照射により前記テストパターンの画像を表示するスクリーンと、
前記スクリーン上に表示される前記テストパターン画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像される前記テストパターン画像のフォーカス状態を自動調整するフォーカス状態調整部と、
前記テストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて、前記投写レンズの色収差に関連する値を含む前記投写レンズの特性値を算出する特性値算出部と、
を備えることを特徴とする投写レンズ検査装置。 - 請求項１または２記載の投写レンズ検査装置であって、
略矩形形状の前記テストパターンは、少なくともその周辺部の四隅に設けられた複数の局所パターンを有し、
前記特性値算出部は、
前記スクリーン上に表示された前記複数の局所パターンの画像の位置情報を用いて、前記投写レンズの前記特性値を算出する、投写レンズ検査装置。 - 請求項２記載の投写レンズ検査装置であって、
前記画像光射出部は、少なくとも２種類の異なる色の画像光を個別に射出可能であり、
略矩形形状の前記テストパターンは、少なくともその周辺部の四隅に設けられた複数の局所パターンを有し、
前記特性値算出部は、
異なる色の画像光によって前記スクリーン上に表示された前記複数の局所パターンの画像の位置情報を用いて、前記投写レンズの色収差に関連する値を算出する、投写レンズ検査装置。 - 請求項３または４記載の投写レンズ検査装置であって、さらに、
前記スクリーン上に表示された前記テストパターン画像のうち、前記局所パターン画像が形成されていない領域において、照度および色度を測定する分光特性測定部を備える、投写レンズ検査装置。 - 請求項１ないし５のいずれかに記載の投写レンズ検査装置であって、
前記フォーカス状態調整部は、前記画像光射出部における前記テストパターンの空間的な位置を調整することによって前記フォーカス状態の調整を実行する、投写レンズ検査装置。 - 請求項１ないし６のいずれかに記載の投写レンズ検査装置であって、
前記スクリーンは、画像光が投写される投写面の裏側から画像を観察可能なリアスクリーンであり、
前記撮像部は、前記投写面の裏側に配置されている、投写レンズ検査装置。 - 請求項１ないし７のいずれかに記載の投写レンズ検査装置であって、
前記投写レンズの前記特性値は、さらに、画像の歪み量に関する値を含む、投写レンズ検査装置。 - 投写型表示装置に用いられる投写レンズを検査する投写レンズ検査方法であって、
（ａ）テストパターンを表す画像光を射出する工程と、
（ｂ）前記投写レンズによって前記画像光をスクリーン上に照射し、前記スクリーン上に前記テストパターンの画像を表示する工程と、
（ｃ）前記スクリーン上に表示される前記テストパターン画像を撮像する工程と、
（ｄ）撮像される前記テストパターン画像のフォーカス状態を自動調整する工程と、
（ｅ）前記テストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて、前記投写レンズの焦点距離に関連する値を含む前記投写レンズの特性値を算出する工程と、
を備えることを特徴とする投写レンズ検査方法。 - 投写型表示装置に用いられる投写レンズを検査する投写レンズ検査方法であって、
（ａ）テストパターンを表す画像光を射出する工程と、
（ｂ）前記投写レンズによって前記画像光をスクリーン上に照射し、前記スクリーン上に前記テストパターンの画像を表示する工程と、
（ｃ）前記スクリーン上に表示される前記テストパターン画像を撮像する工程と、
（ｄ）撮像される前記テストパターン画像のフォーカス状態を自動調整する工程と、
（ｅ）前記テストパターン画像から得られる特定の位置情報を用いて、前記投写レンズの色収差に関連する値を含む前記投写レンズの特性値を算出する工程と、
を備えることを特徴とする投写レンズ検査方法。
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|---|---|---|---|
| JP15924099A JP3644309B2 (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 投写レンズ検査装置および投写レンズ検査方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15924099A JP3644309B2 (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 投写レンズ検査装置および投写レンズ検査方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2000346746A JP2000346746A (ja) | 2000-12-15 |
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