JP4315890B2 - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶プロジェクタなどの投写型映像表示装置に関し、特に台形歪み補正機能を有する投写型映像表示装置に関する。

この種、投写型映像表示装置としては、スクリーン上に投写されたフォーカス補助パターンを撮像手段により撮像すると共に、フォーカス補助パターン上に任意の二等辺三角形を想定し、想定した二等辺三角形の３つの頂点において、コントラスト値がピークとなる投写レンズのフォーカス位置を検出している。そして、検出された夫々３点における投写レンズのフォーカス位置を比較することにより、投写レンズとスクリーンとの水平方向及び垂直方向の傾き角度を検出している（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２０８０８９号公報

フォーカス位置を調整する際、投写レンズをレンズモータにより連続的（断続的）に駆動させて一番コントラスト値が最大となる位置を検出して、その位置に投写レンズを停止させている。

投写レンズをレンズモータにより移動させる間隔によっては、一番コントラスト値が最大となる位置で投写レンズを停止させることができず、一番コントラスト値が最大となる位置の前後の位置で投写レンズが停止する場合がある。この場合、フォーカス位置の多少のずれは目視した映像では確認することができないレベルである。

しかしながら、この位置のずれは、測定した３つの頂点において夫々生じる虞があるものであり、測定したフォーカス位置が、一番コントラスト値が最大となる位置に対して夫々逆方向にずれている場合には、投写レンズとスクリーンとの左右方向及び垂直方向の傾き角度の検出に大きな誤差を生じる虞がある。

台形歪み補正は、検出された投写レンズとスクリーンとの左右方向及び垂直方向の傾き角度に基づいて行われるものであり、検出した値に大きな誤差が生じていると、正確な台形歪み補正を行うことができなくなるものである。台形歪み補正は、フォーカス調整に比較して目視により大変目立つものであり、正確な台形歪み補正を行わないと、見苦しい映像となってしまい使用者に不快感を与える欠点がある。

そこで本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成によりフォーカス調整が多少ずれた場合でも、正確な台形歪み補正を行うことができる投写型映像表示装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段は、光源から出射された光を表示デバイス及び投写レンズを介して映像をスクリーンに投写する投写型映像表示装置において、補助画像パターンを内蔵すると共に、一対の光学式パッシブセンサを備え、前記スクリーンに投写される補助画像パターンと一対の光学式パッシブセンサとの位相を変化させると共に、一対の光学式パッシブセンサにより補助画像パターンの結像位置の相対的な差を検出し、検出した値に基づいて投写レンズとスクリーンとの傾き角度を算出すると共に、算出された傾き角度に基づいて台形歪み補正を行うことを特徴とする。

上記課題を解決するための手段において、水平方向の前記補助画像パターンの結像位置の相対的な差は、水平方向に配置された一対の光学式パッシブセンサと、垂直方向に延長された２色のストライプからなる補助画像パターンにより検出してもよい。

また、垂直方向の前記補助画像パターンの結像位置の相対的な差は、垂直方向に配置された一対の光学式パッシブセンサと、水平方向に延長された２色のストライプからなる補助画像パターンにより検出してもよい。

本発明の請求項１の構成によれば、補助画像パターンと一対の光学式パッシブセンサとの位相を変化させることにより、光学式パッシブセンサの画素内に補助画像パターンの境界が位置する回数を減少させることができ、投写レンズとスクリーンとの傾き角度検出精度を向上させることができる等の効果を奏する。

本発明の請求項２の構成によれば、垂直方向に延長された２色のストライプからなる補助画像パターンと水平方向に配置された一対の光学式パッシブセンサとの位相を変化させることにより、光学式パッシブセンサの画素内に補助画像パターンの境界が位置する回数を減少させることができ、投写レンズとスクリーンとの水平方向の傾き角度検出精度を向上させることができる等の効果を奏する。

本発明の請求項３の構成によれば、水平方向に延長された２色のストライプからなる補助画像パターンと垂直方向に配置された一対の光学式パッシブセンサとの位相を変化させることにより、光学式パッシブセンサの画素内に補助画像パターンの境界が位置する回数を減少させることができ、投写レンズとスクリーンとの垂直方向の傾き角度検出精度を向上させることができる等の効果を奏する。

本発明の一実施形態の投写型映像表示装置を図１乃至図１１に基づいて以下に詳述する。

図１及び図２に示すように、本実施形態の投写型映像表示装置は３板式の液晶プロジェクタ３０を例として示している。液晶プロジェクタ３０の本体ケース４１内には、後述する光源１から投写レンズ１６に至るまでの光学系４２が配置されている。

図２は本体ケース４１内に配置された光学系４２を示している。光源１における発光部は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成り、その照射光はパラボラリフレクタ２によって平行光となって出射され、インテグレータレンズ４へと導かれる。

インテグレータレンズ４は一対のレンズ群（フライアイレンズ）４ａ・４ｂから構成されており、個々のレンズ部分が光源１から出射された光を後述する液晶ライトバルブ３１，３２，３３の全面に導くようになっており、光源１において存在する部分的な輝度ムラを平均化し、画面中央と周辺部とでの光量差を低減する。インテグレータレンズ４を経た光は、偏光変換装置５、及び集光レンズ６を経た後、第１ダイクロイックミラー７に導かれる。

第１ダイクロイックミラー７は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー７を透過した赤色波長帯域の光は、反射ミラー８にて反射されて光路を変更される。反射ミラー８にて反射された赤色光はレンズ９を経て赤色光用の透過型の液晶ライトバルブ３１を透過することによって光変調される。また、第１ダイクロイックミラー７にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー１０に導かれる。

第２ダイクロイックミラー１０は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー１０にて反射した緑色波長帯域の光は、レンズ１１を経て緑色光用の透過型の液晶ライトバルブ３２に導かれ、これを透過することで光変調される。また、第２ダイクロイックミラー１０を透過した青色波長帯域の光は、全反射ミラー１２、全反射ミラー１３、レンズ１４を経て青色光用の透過型の液晶ライトバルブ３３に導かれ、これを透過することで光変調される。

表示デバイスとしての各液晶ライトバルブ３１，３２，３３は、入射側偏光板３１ａ，３２ａ，３３ａと、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部３１ｂ，３２ｂ，３３ｂと、出射側偏光板３１ｃ，３２ｃ，３３ｃとから構成されている。

液晶ライトバルブ３１，３２，３３を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、クロスダイクロイックプリズム１５によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ１６によって拡大投写され、スクリーン４０（図７参照）上に表示される。投写レンズ１６はステッピングモータ２２により前後（図２においては上下）に移動自在になっている。

図１に示すように液晶プロジェクタ３０の本体ケース４１の前面には、水平方向と垂直方向に一対のパッシブセンサ５０が配置されている。パッシブセンサ５０は、ＣＣＤラインセンサを使用した外光式位相差検出型測距センサで構成され、一対のパッシブセンサ５０により映像を光学変換素子上に結像させ、結像位置の相対的な差を検出することによりスクリーン４０までの距離及びスクリーン４０との傾き角度が求められるようになっている。パッシブセンサ５０は、本体ケース４１の前面略中央に配置された第１パッシブセンサ５０ａ、第１パッシブセンサ５０ａの略水平方向位置に配置された第２パッシブセンサ５０ｂ及び第１パッシブセンサ５０ａの略垂直方向位置に配置された第３パッシブセンサ５０ｃにより構成されている。

本発明の実施形態の制御を図３に示すブロック図に基づいて詳述する。後述する種々の補助画像パターンを内蔵した制御部５１には、第１パッシブセンサ５０ａ、第２パッシブセンサ５０ｂ及び第３パッシブセンサ５０ｃからの信号が入力される。また、制御部５１の働きによりオートフォーカス調整を行うために投写レンズ１６を前後に移動させるステッピングモータ２２、投写レンズ１６から画像を投射する画像投射部５２、水平方向台形歪み補正を行う水平方向画像処理部５３及び垂直方向台形歪み補正を行う垂直方向画像処理部５４を制御するようになっている。

液晶プロジェクタ３０に電源が投入されると、図４に示すように、スクリーン４０に白色と黒色からなる焦点距離検出用の補助画像パターン５５が投写される。その後、投写レンズ１６を焦点が最小になる位置（基準位置）に移動させて第１パッシブセンサ５０ａにより焦点距離検出用の補助画像パターン５５のコントラストを検出しながら焦点が最大となる位置まで投写レンズ１６を移動させる。フォーカス調整を行うために焦点距離検出用の補助画像パターン５５のコントラストを取得する位置を図５に示す。投写レンズ１６の基準位置からの移動を開始してから、コントラストが最大となる位置まで移動するまでに要する時間を検出し、検出した時間分だけ、基準位置から投写レンズ１６を移動させることによりフォーカス調整が行われる。

次に、水平方向の台形歪み補正を行うために図６に示すような水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６が投写される。水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６は、垂直方向に延長した白色と黒色との２色のストライプからなり、１周期の白色と黒色の割合は白：黒：白：黒＝５画素：８画素：５画素：１０画素となっている。

次に、第１パッシブセンサ５０ａと第２パッシブセンサ５０ｂによる水平方向の傾き角度の検出方法について詳述する。図７は第１パッシブセンサ５０ａの正面に位置する映像を図示しない光学変換素子上に結像させた状態を示している。図７において、第１パッシブセンサ５０ａからスクリーン４０までの距離をｌ２、第１パッシブセンサ５０ａと第２部パッシブセンサ５０ｂとの距離をｄ、パッシブセンサ５０の焦点距離をｆ、第１パッシブセンサ５０ａの正面に位置する映像を第２パッシブセンサ５０ｂの光学変換素子上に結像させた時の結像位置の相対的な差をΔｘとすると、三角形の相似関係によりｄ：ｌ２＝Δｘ：ｆとなる。従って、ｌ２＝ｄｆ／Δｘとなり、Δｘを検出することによってｌ２を算出することができる。

図８は第２パッシブセンサ５０ｂの正面に位置する映像を光学変換素子上に結像させた状態を示している。図８において、第２パッシブセンサ５０ｂからスクリーン４０までの距離をｌ１、第２パッシブセンサ５０ｂの正面に位置する映像を第１パッシブセンサ５０ａの光学変換素子上に結像させた時の結像位置の相対的な差をΔｙとすると、三角形の相似関係によりｄ：ｌ１＝Δｙ：ｆとなる。従って、ｌ１＝ｄｆ／ΔｙとなりΔｙを検出することによってｌ１を算出することができる。

ｌ２とｌ１との差であるΔｌとスクリーン４０の傾き角度θとの関係はtanθ＝Δｌ／ｄとなるため、tanθ＝（ｌ２−ｌ１）／ｄとなる。従って、θ＝tan^−１（ｌ２−ｌ１）／ｄとなるため、スクリーン４０の傾き角度θを算出することができる。ここで、ｌ２＞ｌ１であるためθは正の値となる。従って、投写レンズ１６に対してスクリーン４０が左側に傾斜していることを判別することができ、台形となっている右端の映像を算出された傾き角度に応じて台形歪み補正を行えばよい。θが負の値となれば、上述した制御と逆の制御を行えばよい。

水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６は、垂直方向に延長した白色と黒色との２色のストライプからなっているため、コントラストが明確になり水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６を光学変換素子上に結像させた時の結像位置の相対的な差は検出し易くなっている。

しかしながら、図９に示すようにパッシブセンサ５０の画素（Ｂ）内に、水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６の白色と黒色の境界が位置した場合、画素（Ａ）は白色と認識し、画素（Ｃ）は黒色と認識するが、画素（Ｂ）は白色と黒色が混合しているため、水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６を光学変換素子上に結像させた時の白色と黒色との境界位置の検出に誤差が生じて、結像位置の相対的な差の検出精度が低下する虞がある。

これに対して、本発明の実施形態では、スクリーン４０上に投写した水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６を固定したままにするのではなく、位相を変えることによりパッシブセンサ５０の画素内に、白色と黒色からなる水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６の境界が位置する回数を減少させて傾き角度検出精度を向上させている。

水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６の１周期は、２８画素で構成されているため、すべてのポイントにおいてデータを取得するためには２８ポイントのデータを取得しなければならない。

しかしながら、この方法ではデータを取得するだけで膨大な時間を費やしてしまうため、使用者に煩わしさを感じさせてしまう虞がある。そこで、図１０に示すように１回目のデータ取得時に１ポイント位相を移動させ（図１０（ｂ）参照）、２回目のデータ取得時にさらに２ポイント位相を移動させ（図１０（ｃ）参照）、３回目のデータ取得時にさらに３ポイント位相を移動させ（図１０（ｄ）参照）、４回目のデータ取得時にさらに１ポイント位相を移動させ（図１０（ｅ）参照）、それを１６回目のデータを取得するまで繰り返すと、１６回目のデータを取得終了した時点で、水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６の位相が１周期分移動している状態になる。

このようにして取得できた１６個のデータを平均化することにより、パッシブセンサ５０の画素内に白色と黒色とからなる水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６の境界が位置することによる誤差を減少させることができ、投写レンズ１６とスクリーン４０との傾き角度検出精度を向上させることができる。また、目視では確認できない程度ではあるが、背景技術と同様にして正確なフォーカス位置に対して投写レンズ１６の位置が多少ずれている場合があるが、このフォーカス位置が多少ずれている場合でも、水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６の白色と黒色との境界位置を確実に認識することができるため、フォーカス位置の多少のずれによる投写レンズ１６とスクリーン４０との傾き角度検出に誤差が生じることはない。

水平方向の投写レンズ１６とスクリーン４０との傾き角度の算出が終了すると、図１１に示すような水平方向に延長した白色と黒色との２色のストライプからなる垂直方向台形歪み補正用の補助画像パターン５７をスクリーン４０上に投写する。１周期の白色と黒色の割合は、水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６と同様に白：黒：白：黒＝５画素：８画素：５画素：１０画素となっている。垂直方向の投写レンズ１６とスクリーン４０との傾き角度は第１パッシブセンサ５０ａと第３パッシブセンサ５０ｃにより検出する。垂直方向のスクリーン４０との傾き角度の具体的な検出方法は、水平方向のスクリーン４０との傾き角度検出方法と同様であるので説明を省略する。

水平方向及び垂直方向の投写レンズ１６とスクリーン４０との傾き角度が算出されたら、算出された値に基づいて水平方向及び垂直方向の台形歪み補正を行い、垂直方向台形歪み補正用の補助画像パターン５７の表示を消して通常の投写状態に入る。

尚、本発明の実施形態では、水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６及び垂直方向台形歪み補正用の補助画像パターン５７の位相を移動させたが、この構成に限定されるものではない。パッシブセンサ５０がスクリーン４０上の補助画像パターンを検出する範囲を移動する構成にしてもよい。

また、本発明の実施形態では、焦点距離検出用の補助画像パターン５５、水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６及び垂直方向台形歪み補正用の補助画像パターン５７を白色と黒色のストライプで形成したが、他の色によるストライプにより構成してもよい。

また、本発明の実施形態では、水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン５６及び垂直方向台形歪み補正用の補助画像パターン５７の１周期は、白：黒：白：黒＝５画素：８画素：５画素：１０画素で構成したが、パターン幅はこれに限定されるものではなく、周期性のある補助画像パターンであればよい。また、データを取得するポイント数を１６としたが、１６ポイントに限定されるものではない。

また、本発明の実施形態では、水平方向のスクリーン４０との傾き角度検出を行った後、垂直方向のスクリーン４０との傾き角度検出を行ったが、傾き角度を検出する順は特に限定されるものではなく、順番が逆になってもよい。

また、第１パッシブセンサ５０ａは、水平方向のスクリーン４０との傾き角度検出用のセンサと、垂直方向のスクリーン４０との傾き角度検出用のセンサに兼用しているが、別々に専用のセンサを設ける構成にしてもよい。

また、本発明の実施形態では、液晶表示パネルを用いた液晶プロジェクタを示したが、他の映像光生成系を備える投写型映像表示装置においても本発明を適用できる。前面投写型の他、背面投写型映像表示装置においても本発明を適用することができる。また、ＤＬＰ（Digital Light Processing）（テキサス・インスツルメンツ（ＴＩ）社の登録商標）方式のプロジェクタにおいても本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態の液晶プロジェクタの外観斜視図である。 同液晶プロジェクタの光学系を示した構成図である。 同液晶プロジェクタの制御を示すブロック図である。 同液晶プロジェクタの焦点距離検出用の補助画像パターン図である。 同液晶プロジェクタの焦点距離検出用の補助画像パターン図において、コントラストが最大になる位置を示す図である。 同液晶プロジェクタの水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン図である。 同液晶プロジェクタとスクリーンとの傾き角度を検出する状態を示す図で、第１パッシブセンサの正面の映像を光学変換素子上に結像させた状態を示す。 同液晶プロジェクタとスクリーンとの傾き角度を検出する状態を示す図で、第２パッシブセンサの正面の映像を光学変換素子上に結像させた状態を示す。 同液晶プロジェクタのパッシブセンサの１つの画素上に、コントラストの最大位置が位置して状態を示す図である。 同液晶プロジェクタの水平方向台形歪み補正用の補助画像パターンの位相を移動させる状態を示す図である。 同液晶プロジェクタの垂直方向台形歪み補正用の補助画像パターン図である。

符号の説明

１ 光源
１６ 投写レンズ
３１ 液晶ライトバルブ（表示デバイス）
３２ 液晶ライトバルブ（表示デバイス）
３３ 液晶ライトバルブ（表示デバイス）
４０ スクリーン
５０ａ 第１パッシブセンサ（光学式パッシブセンサ）
５０ｂ 第２パッシブセンサ（光学式パッシブセンサ）
５０ｃ 第３パッシブセンサ（光学式パッシブセンサ）
５１ 制御部
５３ 水平方向画像処理部
５４ 垂直方向画像処理部
５６ 水平方向台形歪み補正用の補助画像パターン（補助画像パターン）
６７ 垂直方向台形歪み補正用の補助画像パターン（補助画像パターン）

Claims (3)

1. 光源から出射された光を表示デバイス及び投写レンズを介して映像をスクリーンに投写する投写型映像表示装置において、補助画像パターンを内蔵すると共に、一対の光学式パッシブセンサを備え、前記スクリーンに投写される補助画像パターンと一対の光学式パッシブセンサとの位相を変化させると共に、一対の光学式パッシブセンサにより補助画像パターンの結像位置の相対的な差を検出し、検出した値に基づいて投写レンズとスクリーンとの傾き角度を算出すると共に、算出された傾き角度に基づいて台形歪み補正を行うことを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 水平方向の前記補助画像パターンの結像位置の相対的な差は、水平方向に配置された一対の光学式パッシブセンサと、垂直方向に延長された２色のストライプからなる補助画像パターンにより検出されることを特徴とする請求項１記載の投写型映像表示装置。
3. 垂直方向の前記補助画像パターンの結像位置の相対的な差は、垂直方向に配置された一対の光学式パッシブセンサと、水平方向に延長された２色のストライプからなる補助画像パターンにより検出されることを特徴とする請求項１記載の投写型映像表示装置。