JPH0566739A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像歪、入力座標歪をほぼ解消した投射型画
像表示装置の実現。 【構成】 透明タブレット板４０によって検出される位
置の歪を補正するデータを保持するＲＯＭ４５と、光学
系によって発生する光学画像の画像歪を補正するデータ
を保持するＲＯＭ５０と、透明タブレット板及び光学系
に起因しない歪を補正するための座標変換式を保持した
座標変換手段（システムコントローラ２０）とを搭載
し、レーザ光による画像表示を行なうための走査位置制
御信号に対しては、座標変換処理とＲＯＭ４５，５０か
ら読み出された補正データによる補正とが与えられるよ
うに構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ光によって光学画
像が書き込まれる液晶ライトバルブを用いた投射型画像
表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を液晶セルに照射して、レーザ
光のエネルギーを熱に変換して液晶に加えるようにする
と、照射された部位の液晶に急激な温度上昇が起こり、
液晶の相転移が起こる。この相転移はレーザ光の照射を
停止すると急冷されて元の相に戻るが、この際に急冷と
いう作用により、液晶の配列状態が極端に乱れたままの
状態が長時間にわたって安定に保持される。このため、
レーザ光の照射を所定の走査で行なえば、液晶セルにメ
モリー効果のある画像を書き込むことが可能になる。

【０００３】従って、このような液晶セルとレーザ光を
利用した画像書込手段と、投射光学手段を組み合わせれ
ば、液晶セルに得られる画像を拡大投射する投射型画像
表示装置が実現されることになる（特開昭５８−４２３
７２号公報参照）。そしてさらに、このような投射型画
像表示装置において、スクリーン上に透明位置検出手段
（透明ダブレット板）を搭載し、スクリーン上の画像を
見ながら作業者が直接座標入力し、画像の編集、修正等
を行なうことができるようにした装置も提案されている
（特開昭６４−７２６７３号公報，特開昭６２−２５６
０２４号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
投射型画像表示装置においては、画像表示の際に発生す
る投射歪等の画像自体の歪（例えば方形の画像が台形や
菱形に表示される歪など）や、作業者が入力した座標と
実際に表示される座標位置がずれて表示されるという入
力座標と出力座標の間の歪が各種の原因で発生すること
になる。

【０００５】これらの原因としては、例えばレーザ光を
走査するスキャナーの特性による偏向歪、レーザ光の投
射光学系のレンズ系の２次元歪や歪曲収差、さらに光学
系デバイスのアライメントによって生ずる歪、ミラーの
傾き誤差、スクリーンの取付状態の傾き誤差、投射距離
の誤差、透明ダブレット板の検出信号誤差、検出電極パ
ターンの印刷ずれや歪、透明ダブレット板の張り合せの
ずれ、等、非常に数多くあげることができ、また、これ
らの複合により各種の複雑な歪が発生することになる。

【０００６】これに対し、各々の原因について逐一、歪
が発生しないよう設計、製造していくことはほとんど不
可能に近く、従来、投射画像自体に生ずる歪を解消し、
かつ、入力座標と投射画像の位置座標との間に殆ど誤差
のないような投射型画像表示装置を実現することはでき
ないという問題があった。

【０００７】なお、上記した特開昭６４−７２６７３号
公報に開示されている歪補正技術によれば、例えば光学
系のレンズ系の歪曲収差や２次元歪等によって発生する
投射画像自体の歪は或る程度解消されるが、デバイスア
ライメントやスクリーンの傾き誤差等の機械的な影響に
よる投射画像の歪は解消できない。また、入力座標と投
射画像の位置座標との間の歪は考慮されていない。

【０００８】また、特開昭６２−２５６０２４号公報に
開示されている技術では、入力座標と投射画像の位置座
標との間の歪を解消することを目的としているが、画像
自体の歪には如何なる補正もかけていない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点に鑑みて、投射画像自体に生ずる歪を解消し、かつ、
入力座標と投射画像の位置座標との間に殆ど誤差のない
ような投射型画像表示装置を実現することを目的とす
る。

【００１０】すなわち、レーザ光源と、このレーザ光源
からのレーザ光によって光学画像が書き込める液晶ライ
トバルブと、この液晶ライトバルブに得られる光学画像
が投射用光源からの光により投射されるスクリーンと、
このスクリーン面上に配された透明位置検出手段とを有
してなる投射型画像表示装置において、透明位置検出手
段によって検出される位置の歪を補正するデータを予め
保持している第１の記憶手段と、レーザ光源及び投射用
光源からの出力についての光学系によって発生する光学
画像の画像歪を補正するデータを予め保持している第２
の記憶手段と、透明位置検出手段及び前記光学系に起因
しない歪を補正するための座標変換式を保持した座標変
換手段とを搭載し、レーザ光の走査によって画像表示を
行なうための走査位置制御信号に対しては、座標変換手
段による座標変換処理と第１及び第２の記憶手段から読
み出された補正データによる補正とが与えられるように
投射型画像表示装置を構成するものである。

【００１１】

【作用】歪の発生原因は大きく３種類に分けられる。即
ち、第１にレーザ光の走査光学系又は投射用光源の投射
光学系において各光学デバイスの特性やアライメントに
よって発生するもの。第２に透明ダブレット板の製造上
の物理的な誤差や位置検出回路系の電気的な信号誤差に
よって発生するもの。そして第３にスクリーンの傾きや
スクリーンまでの投射距離等の投射型画像表示装置本体
のアライメントに起因するものである。

【００１２】この中で、透明ダブレット板及び光学系に
ついては、本体の各機構を理想状態と仮定すれば、本体
に搭載する前に、歪を解消できるように補正するデータ
を得ることができる。つまり、光学系については理想ス
クリーン上では歪のない画像を投影するように走査位置
アドレスを補正するデータを算出することができ、また
透明ダブレット板に関しては、高精度な測定装置を用い
ることにより入力位置座標と絶対位置座標を対応させる
データを得ることができる。

【００１３】一方、透明ダブレット板及び光学系が理想
状態であると仮定すると、本体側の機構のアライメント
に起因して生ずる歪は投射像の台形歪又は菱形歪である
ため、座標変換処理で画像歪を修正することができる。

【００１４】つまり、レーザ光による画像表示を行なう
ための走査位置制御信号に対して、座標変換手段による
処理の結果と透明ダブレット板に関する補正データ及び
光学系に関する補正データとが付加されるようにするこ
とで、投射画像自体に生ずる歪と、入力座標と投射画像
の位置座標との間の歪を解消することができる。

【００１５】

【実施例】以下、図１〜図９を参照して本発明の投射型
画像表示装置の一実施例について説明する。図１は本実
施例の投射型画像表示装置の構成を示しており、１はレ
ーザ光の照射によって所望の光学画像を書き込むことが
できる本実施例の液晶ライトバルブ、２は例えば半導体
レーザによるレーザ光源、３は例えばＡ１サイズの画像
表示をなす透過型スクリーン、４は液晶ライトバルブ１
に書き込まれた光学画像をスクリーン３上に投射するた
めの例えばメタルハライドランプを用いた投射用光源を
示す。

【００１６】レーザ光源２から出力されたレーザ光Ｌ₁
はレンズ５を通過して、ガルバノスキャナーで構成され
たＸスキャナー７に達する。そして、Ｘスキャナー７で
Ｘ方向に偏向された後、リレーレンズ８を介して同様に
ガルバノスキャナーで構成されたＹスキャナー９に達
し、Ｙ方向に偏向される。さらにレーザ光Ｌ₁ は集束用
のテレセントリックｆθレンズ１０を通過した後、レー
ザ光Ｌ₁ のみを反射させ投射用光源４からの光はそのま
ま透過させるダイクロイックミラー１１に達し、このダ
イクロイックミラー１１によって反射されて液晶ライト
バルブ１に入射される。

【００１７】また、投射用光源４からの光はコンデンサ
レンズ１２を介してダイクロイックミラー１１に達して
これを通過し、液晶ライトバルブ１に入射される。そし
て液晶ライトバルブ１に形成された光学画像に対応した
光として液晶ライトバルブ１から出射され、プロジェク
ションレンズ１３によってスクリーン３上に拡大投射さ
れることになる。なお、１４はフレネルレンズを示す。

【００１８】また、２０は、データ，アドレス，制御信
号を送受する内部バスＢを介して各部をコントロールす
るシステムコントローラであり、このシステムコントロ
ーラ２０はホストコンピュータ２１と接続されている。
２２は作業者が操作するキーボードである。２３は描画
データを記憶した例えばフロッピーディスク等の記憶装
置（データファイル）、２４は記憶装置２３からの所望
の描画データを書き込み、またこれを読み出すＲＡＭを
示す。

【００１９】３０は描画制御部（グラフィックボード）
を示し、例えばシステムコントローラ２０から供給され
る描画コマンド（例えば描くべき線分の始点及び終点の
アドレス、描くべき円図形の中心アドレス及び半径情報
等）に基づいて液晶ライトバルブ１上への描画動作を制
御しているものである。３１は描画制御部３０の指示に
よりレーザ光源２を駆動するためのレーザドライバ、３
２はレーザ光のパワーを制御するためのパワーコントロ
ーラである。

【００２０】さらに３３はＸスキャナー７をＸ方向に角
度駆動するＸスキャナードライバであり、描画制御部３
０からのドライブ制御データ、即ち液晶ライトバルブ１
上におけるＸ座標アドレスデータに対応するガルバノミ
ラーの動作位置アドレスがＤ／Ａ変換器３４を介してこ
のＸスキャナードライバ３３に入力されることにより、
Ｘスキャナー７のミラーが所定の角度状態に駆動され
る。

【００２１】また、３５はＹスキャナー９をＹ方向に角
度駆動するＹスキャナードライバであり、描画制御部３
０からのドライブ制御データ、即ち液晶ライトバルブ１
上におけるＹ座標アドレスデータに対応するガルバノミ
ラーの動作位置アドレスがＤ／Ａ変換器３６を介してこ
のＹスキャナードライバ３５に入力されることにより、
Ｙスキャナー９のミラーが所定の角度状態に駆動され
る。３７は液晶ライトバルブ１に描画された光学画像を
全消去または部分消去するための消去回路である。

【００２２】透過型スクリーン３の表面上には、検出電
極すなわちスタイラスペン４１により描画したときに静
電的な方法によりスタイラスペン４１の面上の位置を逐
次検出することができる透明の位置検出板すなわち透明
タブレット板４０が配置されている。また、４２は透明
タブレット板４０を駆動するタブレットドライバ、４３
は透明タブレット板４０の動きを制御するタブレットコ
ントローラ、４４はインターフェース部である。

【００２３】４５は透明ダブレット板４０に関する入力
位置座標と絶対位置座標の歪補正データを保持している
ＲＯＭであり、また、５０はレンズ５からダイクロイッ
クミラー１１までのレーザ光Ｌ₁ の走査光学系及びプロ
ジェクションレンズ１３等の投射光学系についての画像
歪補正データを保持しているＲＯＭである。これらにつ
いては後に詳述する。

【００２４】液晶ライトバルブ１の構造は、図２に示す
ように相対向するガラス基板１ａ，１ｂの各内面に形成
された透明電極１ｃ，１ｄ間に、スメクティック相液晶
又はコレステリィック相液晶、或は両液晶の混合したも
のに書込レーザ光Ｌ₁ の波長域で極大値をとる光吸収特
性を有する色素を混入した誘電異方性が正の液晶層１ｅ
を封入し、さらに、透明電極１ｄとガラス基板１ｂの間
には入射したレーザ光Ｌ₁ を反射するレーザ反射層１ｆ
が配されている。

【００２５】この液晶ライトバルブ１では、図２（ａ）
に示すように、両透明電極１ｃ，１ｄ間をオフとして電
位を与えない状態にしてレーザ光Ｌ₁ を照射すると、レ
ーザ光Ｌ₁ のエネルギーが熱に変換されて、この熱によ
って過熱された部位に液晶の相転移が生じ、この部位が
急冷されることによって相転移で生じた液晶の配列状態
の乱れがほぼそのまま残されることにより、この部位に
光学的錯乱中心が残される。つまり、この部位に光学画
像の書込がなされたことになる。

【００２６】また、図２（ｂ）に示すように、両透明電
極１ｃ，１ｄ間に所定の全消去電圧を、消去回路３７を
通じて印加することにより、液晶の配列状態の乱れがな
くなり、全ての液晶分子が所定方向に配向される。すな
わち書き込まれていた光学画像の全てが消去されること
になる。

【００２７】さらに光学画像の部分消去を行ないたい場
合は、両透明電極１ｃ，１ｄ間に書き込まれた光学画像
が消去されない程度の電圧、つまり全消去電圧より低い
電圧を消去回路３７を介して印加し、その状態で消去し
たい部分にレーザ光Ｌ₁ による走査を行なう。これによ
り、レーザ光Ｌ₁ の照射された部位の液晶が溶け、冷却
過程で印加電圧によってその部位の液晶分子の配向を所
定方向に揃えるようにしながら固まる。つまり、光学画
像の部分的な消去がなされる。

【００２８】透明タブレット板４０は、図３に示すよう
に線状の多数の電極Ｙ（Ｙ₁ ，Ｙ₂，・・・・・ Ｙ_M ）が一
定の間隔で平行に配列された透明の絶縁層４０ａと、電
極Ｙと直交する線状の多数の電極Ｘ（Ｘ₁ ，Ｘ₂ ，・・・・
・ Ｘ_N ）が電極Ｙと同じ間隔で平行に配列された透明の
絶縁層４０ｂとからなり、これらの両絶縁層４０ａ，４
０ｂが両電極Ｙ，Ｘを互いに透明な絶縁層（図示せず）
を介して相対向するように一体化されて構成されてい
る。

【００２９】この場合、スタイラスペン４１に近い側の
電極Ｘは幅が狭くされ、スタイラスペン４１に遠い方の
電極Ｙは幅が広くされている。これらの電極Ｘ及びＹに
は、一定の時間間隔で順次に所定の電圧（パルス電圧）
＋Ｖ_CCが与えられる。

【００３０】ここで、スタイラスペン４１を透明タブレ
ット板４０の面上に当接したときに電圧＋Ｖ_CCが与えら
れた電極とスタイラスペン４１との間に形成される静電
容量をＣ_P とすると、そのときのスタイラスペン４１の
電圧Ｖ₀ は、 Ｖ₀ ＝｛Ｃ_P ／（Ｃ_P ＋Ｃ_L ）｝×Ｖ_CC であらわされ、容量Ｃ_P が大きいほど、つまり電圧＋Ｖ
_CCが与えられる電極とスタイラスペン４１との間の距離
が小さいほど、電圧Ｖ₀ が大きくなる。

【００３１】従って電極Ｘ₁ ，Ｘ₂ ，・・・・・ Ｘ_N ないし
電極Ｙ₁ ，Ｙ₂ ，・・・・・ Ｙ_M に一定の時間間隔で順次電
圧＋Ｖ_CCが与えられて、図４に示すように電圧＋Ｖ_CCが
与えられた電極とスタイラスペン４１との間に形成され
る容量Ｃ_P が一定の時間間隔で順次変化するのに伴っ
て、図５に示すようにスタイラスペン４１の電圧Ｖ₀ は
一定の時間間隔Ｔ₀ で順次階段状に変化し、電極Ｘ₁ ，
Ｘ₂ ，・・・・・ Ｘ_N ないし電極Ｙ₁ ，Ｙ₂ ，・・・・・ Ｙ_M の
うちスタイラスペン４１の位置に最も近い電極に電圧＋
Ｖ_CCが与えられるときに最大になる。そして、このスタ
イラスペン４１に得られる信号電圧Ｖ₀ により、スタイ
ラスペン４１の透明タブレット板４０上の電極Ｘ₁ ，Ｘ
₂ ，・・・・・ Ｘ_N の配列方向であるＸ方向と、電極Ｙ₁ ，
Ｙ₂ ，・・・・・ Ｙ_M の配列方向であるＹ方向の位置が検出
される。

【００３２】これらの構成により、本実施例の投射型画
像表示装置はスクリーン３上に所望の画像投影を行な
い、かつスタイラスペン４１を使用してその画像の編
集、修正等を行なうことができる。

【００３３】例えば、キーボード２２を操作し、システ
ムコントローラ２０によって記憶装置２３における所望
の描画データをアクセスしてＲＡＭ２４に書き込む。シ
ステムコントローラ２０はＲＡＭ２４から描画しようと
するアドレス即ち座標位置信号を読み出し、これに基づ
いて描画コマンドを発生させ、描画制御部３０に供給す
る。

【００３４】描画制御部３０はこの描画コマンドに基づ
いてパワーコントローラ３２及びレーザドライバ３１を
駆動させてレーザ光源２からレーザ光Ｌ₁を出力させ、
かつ、Ｘスキャナードライバ３３及びＹスキャナードラ
イバ３５に対してＤ／Ａ変換器３４，３６を介してドラ
イブ制御データ、即ち液晶ライトバルブ１上におけるＸ
座標アドレスデータ及びＹ座標アドレスデータに対応す
るガルバノミラーの動作位置アドレスを与え、Ｘスキャ
ナー７及びＹスキャナー９を駆動させることになる。

【００３５】つまり、まずＸスキャナー７及びＹスキャ
ナー９における各ミラーをＸ方向及びＹ方向の所定角度
状態、つまり描画始点のアドレスに対応する走査制御位
置に設定し、次にレーザ光源２をオンとしてレーザ光Ｌ
₁ を出力する。すると、レーザ光Ｌ₁ はＸスキャナー７
及びＹスキャナー９、ｆθレンズ１０、ダイクロイック
ミラー１１を介して液晶ライトバルブ１上の描画の始点
となる所定位置に照射される。

【００３６】続いて、描画制御部３０の制御により、Ｘ
スキャナー７及びＹスキャナー９は、次の描画地点のア
ドレスに対応する走査制御位置に各ミラーをＸ方向及び
Ｙ方向に変化させていく。つまり、Ｘスキャナー７及び
Ｙスキャナー９の動作により、レーザ光Ｌ₁ が液晶ライ
トバルブ１上で所定の位置に走査されていくことにな
る。

【００３７】このようにＲＡＭ２４に書き込まれた描画
データ（描画位置を示す全てのアドレス情報）に対し
て、Ｘスキャナー７及びＹスキャナー９によって走査位
置が制御されてドット描画が繰り返し実行されていくこ
とにより、液晶ライトバルブ１上にはＲＡＭ２４の描画
データに対応した光学画像が書き込まれることになる。
そして、書き込まれた光学画像は投射用光源４からの光
によって、例えば図３に示したようにスクリーン３上に
投射される。

【００３８】次に、スクリーン３上に配した透明タブレ
ット板４０上でスタイラスペン４１により、例えばスク
リーン３上に投射した画像の修正、編集等を行なう場合
は、キーボード２２を操作してシステムコントローラ２
０に指示を与えた上で、スタイラスペン４１を操作すれ
ば、スタイラスペン４１の透明タブレット板４０上での
位置座標が検出され、その検出信号がシステムコントロ
ーラ２０及びホストコンピュータ２１に供給される。す
ると、ホストコンピュータ２１ではシステムコントロー
ラ２０を介して、スタイラスペン４１の位置座標検出信
号に基づいた画像の書き込み又は消去の指示を出力し、
液晶ライトバルブ１上における光学画像の部分消去、部
分書込を実行させる。つまり、作業者の欲する画像が新
たにスクリーン３上に表示されることになる。

【００３９】ところで、このように構成された本実施例
の投射型画像表示装置においては、レーザ光の走査光
学系又は投射用光源の投射光学系において各光学デバイ
スの特性やアライメントによって発生する画像歪、透
明ダブレット板の製造上の物理的な誤差や位置検出回路
系の電気的な信号誤差によって発生する入力座標と出力
画像位置の歪、スクリーンの傾きやスクリーンまでの
投射距離等の投射型画像表示装置本体のアライメントに
起因する画像歪が存在する。

【００４０】そこで本実施例では、上記したように透明
ダブレット板４０に関する入力位置座標と絶対位置座標
の歪補正データを保持しているＲＯＭ４５と、レンズ５
からダイクロイックミラー１１までのレーザ光Ｌ₁ の走
査光学系及びプロジェクションレンズ１３等の投射光学
系についての画像歪補正データを保持しているＲＯＭ５
０が搭載されており、さらに、システムコントローラ２
０には後述するように座標変換式が与えられ座標変換を
行なう手段が設けられ、座標変換処理された描画コマン
ドが描画制御部３０に供給されるようになされている。
以下、上記〜の歪及びそれを補正する手段について
順次説明する。

【００４１】［光学系による歪］レーザ光Ｌ₁ は上述
したようにＸスキャナー７及びＹスキャナー９によって
走査位置を制御されるとともに、リレーレンズ８、ｆθ
レンズ１０等を通過して液晶ライトバルブ１に達する。
また、液晶ライトバルブ１上に描かれた光学画像は投射
用光源４からの光によりプリジェクションレンズ１３等
を介してスクリーン３に投射される。

【００４２】このような光学系において、ホストコンピ
ュータ２１で指示した（ＲＡＭ２４に書き込まれシステ
ムコントローラ２０によって読み出された）座標と、実
際の投影像の座標が一致しないで歪が生ずる要因として
は次の［Ａ］［Ｂ］［Ｃ］に大別される。

【００４３】［Ａ］Ｘスキャナー７及びＹスキャナー９
のミラー、ｆθレンズ１０による２次元偏向歪。Ｘスキ
ャナー７及びＹスキャナー９のミラーにより、例えば図
６に示すように、レーザ光Ｌ₁ をＹ方向にΦ、Ｘ方向に
θの順番で偏向すると、点線で示す理想画像に対し、実
線のようなピン歪が生じる。この場合、ポジショニング
される座標（ｘ，ｙ）は次の（数１）で示される。

【数１】 ただし、ｆはｆθレンズ１０の焦点距離を示す。

【００４４】また、ｆθレンズ１０はレーザ光Ｌ₁ の入
射角（図６におけるτ：角度θ、Φの合成角）に対して
ｆθの変換を行なうレンズであるため、Ｘスキャナー７
及びＹスキャナー９でＸＹ方向に偏向すると、図７のよ
うなバレル歪が生ずる。この場合、ポジショニングされ
る座標（ｘ，ｙ）は次の（数２）で示される。

【数２】

【００４５】［Ｂ］ｆθレンズ１０、プロジェクション
レンズ１３による歪曲収差。これらのレンズの歪曲設計
値により、例えば図８（ａ）（ｂ）の実線で示すように
ピン歪、バレル歪が生じる。

【００４６】［Ｃ］各光学デバイスの組立誤差（ミラー
の倒れ、光軸ずれ等）、レンズの製造誤差、スキャナー
追従性のばらつき等。これらの要素に基づく歪は投射型
画像表示装置１台１台に特有の歪量を有することになる
ため、予測不可能である。

【００４７】これらの［Ａ］〜［Ｃ］の種類がある光学
系による歪に対しては、次の（１）〜（８）のアルゴリ
ズムにより補正データを得ることができる。

【００４８】（１）歪要因［Ｂ］におけるｆθレンズ１
０、プロジェクションレンズ１３の各歪曲収差データに
対して、歪関数Ｄ_(r) について、 Ｄ_(r) ＝ａｒ⁴ ＋ｂｒ³ ＋ｃｒ² ＋ｄｒ＋ｅ（％） という４次の多項式（ただしｒは理想像高（ｍｍ）、ａ
〜ｅは定数）を仮定し、５ポイントのデータを用いて近
似によって予めその係数ａ〜ｅを求めておく。 （２）歪要因［Ｃ］による歪が無いものと仮定して、歪
要因［Ａ］を補正する理論式（上記（数１）（数２）か
ら導くことができる）、上記（１）で求めた歪曲収差補
正係数、スクリーン３対液晶ライトバルブ１の投射比等
のデータから、理論上の歪が取り除かれた補正データを
作成して、一旦これをＲＡＭ手段に記憶する。 （３）スクリーン３において数ポイント（例えば２３４
ポイント）をサンプリングし、投射映像のスクリーン３
上でのずれ量を測定する。これによって歪要因［Ｃ］の
みに起因する歪が測定される。 （４）上記（３）で測定したずれ量のデータから、例え
ばスプライン補間法を用いて全ての座標（２ミリ角に１
個）に対するずれ量を求める。 （５）歪要因［Ａ］を補正する理論式、上記（１）で求
めた歪曲収差補正係数、スクリーン３対液晶ライトバル
ブ１の投射比等のデータから、投射型画像表示装置に搭
載する全ての座標における補正データを計算する。 （６）計算されたデータを再度ＲＡＭ手段に記憶し、ず
れ量を測定する。 （７）上記（６）で測定したずれ量が規定値内に入らな
いときは上記（３）〜（６）の手順を繰り返す。 （８）上記（６）で測定したずれ量が規定値内に入った
時点で、ＲＡＭ手段に保持されている補正データを、光
学系による歪を補正するデータとして採用する。

【００４９】以上の手順で算出された補正データは、光
学系による歪に対する補正データとしてＲＯＭ化さ
れ、即ち図１におけるＲＯＭ５０として投射型画像表示
装置に搭載されることになる。

【００５０】［透明ダブレット板による歪］透明ダブ
レット板４０の精度誤差の原因としては、透明電極パタ
ーンの抵抗、容量による信号遅れによるもの、前記図３
で説明した電極Ｘ，Ｙを形成した絶縁層４０ａ，４０ｂ
の貼り合わせ時のずれにより、電極Ｘ（Ｘ₁ 〜Ｘ_N ）と
電極Ｙ（Ｙ₁ 〜Ｙ_M ）の直交性が保たれなくなることに
よるもの、電極パターン印刷のズレや歪によるもの、パ
ターンピッチに準じて発生するもの、パターン修正跡の
影響によるものなどがあげられ、これらの要因の複合的
な影響により、スタイラスペン４１により使用者が入力
する座標と、この入力動作により検出される入力座標に
は歪が生じ、この入力座標歪と、光学系または投射型画
像表示装置本体の歪要因による画像自体の歪により、結
局使用者がスタイラスペン４１によって入力した座標
と、その入力に基づいて実際に表示される画像の座標の
間には歪が生じてしまう。この歪は、投射型画像表示装
置としては例えば±0.3mm 程度以内に押えることが要求
されるが、そのためには透明ダブレット板４０として
は、入力座標歪を補正する手段が必要となる。

【００５１】透明ダブレット板４０の入力座標歪を補正
するデータはＲＯＭ４５に記憶されて投射型画像表示装
置に搭載されるが、このＲＯＭ４５に記憶される補正デ
ータは次のように測定される。

【００５２】まず、透明ダブレット板４０が製造された
段階では上述した物理的、電気的影響により、入力座標
歪が生ずるのを余儀なくされるが、この透明ダブレット
板４０の有効エリアを例えば図９（ａ）に示すように１
０ｍｍ□でブロック分けする。なお、点線は歪を持った
座表系を示している。そして、各ブロックの中心位置座
標を、透明ダブレット板４０自体の歪を持った座標系を
用いて算出し、さらに、透明ダブレット板４０を絶対座
標位置測定装置（マグネスケール）に搭載して同様に各
ブロックの中心位置座標を算出する。

【００５３】すなわち、各ブロックについて得られた２
つの座標データの差が、図９（ｂ）のように各ブロック
について必要な補正量として算出される。この補正デー
タがＲＯＭ化され、ＲＯＭ４５とされることになる。な
お、補正データの算出は１０ｍｍ□のブロック単位で算
出したが、もちろんさらに精細に或は場合によっては大
まかに行なってもよい。

【００５４】［投射型画像表示装置本体のアライメン
トによる歪］上述してきたように光学系及び透明ダブレ
ット板４０について補正データを算出し、これをＲＯＭ
化して投射型画像表示装置に搭載し、レーザ光Ｌ₁ の走
査時の座標アドレスやスタイラスペン４１による入力座
標を、これらの補正データで補正することにより、光学
系及び透明ダブレット板４０については歪に対しては理
想的な状態を実現できると仮定できる。

【００５５】従って、この状態で画像歪が生ずるのは投
射型画像表示装置本体上の要因によって発生するものと
いえる。具体的にはスクリーン３の取付角度、取付位置
のずれによって発生する台形歪、菱形歪である。

【００５６】これらの歪は、図１０に示すように、Ｘ，
Ｙ，Ｚの各軸廻りの回転（ΦＸ，ΦＹ，ΦＺ）及び、ス
クリーン３の絶対位置のずれ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）のパ
ラメータを用いて、

【数３】 という行列式で表わすことができ、即ち計算によって座
標補正を行なうことが可能であることが理解される。た
だしこの場合のＺ方向の距離（投射型画像表示装置にお
ける光源からスクリーン３までの距離）は計測できない
ため、本実施例では以下の方式で座標変換を行なうこと
になる。

【００５７】座標変換による補正が行なわれない場合、
光学系により図１１（ｂ）のような、４点の座標が（ｘ
_L ，ｙ_L ）（ｘ_H ，ｙ_L ）（ｘ_L ，ｙ_H ）（ｘ_H ，ｙ
_H ）である正しい長方形が光学映像として描かれても、
スクリーン３の角度、位置ずれにより例えば図１１
（ａ）のような、座標（ｘ₁ ，ｙ₁ ）（ｘ₂ ，ｙ₂ ）
（ｘ₃，ｙ₃ ）（ｘ₄ ，ｙ₄ ）で表わされる歪んだ図形
がスクリーン３上に表示されることになる。そして、こ
のように歪んだ四角形上では座標は一様には増加してい
ない。従って、図１１（ｂ）の長方形上では一様に増加
する（ｘ_i ，ｙ_i ）に対応して、図１１（ａ）の歪んだ
四角形上で（ｘ_i ，ｙ_i ）がどのように増加するかを考
慮して、例えば（ｘ₁ ，ｙ₁ ）→（ｘ_L ，ｙ_L ）の座標
変換が行なわれるようにすれば良い。

【００５８】具体的には、目標とする座標から縦横の比
率ｎ_h ，ｎ_v 、即ち、

【数４】 を求め、それにより補正された長方形における座標、即
ち

【数５】 を計算することを基本的な考え方とする。

【００５９】ここで、図１２のようにＹ方向にスクリー
ン３が傾いた場合に、辺の全長の端からの目標点までと
の比率（ｎ_h ，ｎ_v ）を表わす式を得るための基本事項
を説明する。なお図１２において、３ａは理想状態のス
クリーン（垂直面）を示している。

【００６０】垂直面３ａに対して角度Φだけ傾いたスク
リーン３に投影される画像の長さｄ_y'は、

【数６】 であることが三角関数の定理から導かれる。また、図１
３のように垂直面３ａ及びそれに対して角度Φだけ傾い
たスクリーン３において、垂直面３ａに対して長さが２
倍（２ｄ_y とｄ_y ）となるように投影された画像に対応
する実際の画像の長さｄ_y1及びｄ_y2は、それぞれ、

【数７】 となる。

【００６１】この（数７）における未知数はｌ（光源か
らの距離），ｄ_y，Φである。そこで、未知数を少なく
する（λとしてまとめる）ためにｄ_y1とｄ_y2の比を取
り、さらに式を変形すると、

【数８】 となる。これにより、αを求めることで、全てのｄ_y に
対するｎ（長方形の頂点を０及び２、中点を１としたと
きの比率）が

【数９】 により求まり、従って図１３に示したスクリーン３上の
座標ｙ_t から補正された座標ｙ_i を求めることができ
る。以下、座標変換を行なうためのアルゴリズムを説明
する。

【００６２】まず図１４（ａ）の理想図形と図１４
（ｂ）の歪図形に基づいて、（数１０）のように数式を
定義する。

【数１０】

【００６３】ここで、Ｙ方向について、図１４（ａ）の
理想座標上でｎ_hが０〜２（ｙ_L 〜ｙ_H ）まで変化する
とき、それに対応したＸ軸に平行な直線は、

【数１１】 と表わすことができる。そしてこれに対応した実際のス
クリーン３上、即ち図１４（ｂ）上の直線は

【数１２】 で表わされるところの（ｙ_l ，ｘ_l ）（ｙ_r ，ｘ_r ）の
２点を結んだ直線、

【数１３】 で表わすことができる。

【００６４】この（数１３）について、

【数１４】 と変形し、ｎ_l ＝ｎ_r ＝ｎ_h とおくと、

【数１５】 となる。

【００６５】ここで、Ｈ_a ，Ｈ_b ，Ｒ，Ｌについて、

【数１６】 とおき、（数１５）に代入して変形していくと、

【数１７】

【数１８】

【数１９】 となり、即ちｎ_h に対する二次方程式が得られる。即ち
この（数１９）からｎ_hの値が求められる。

【００６６】そして、Ｘ座標についても同様のアルゴリ
ズム（説明は省略する）でｎ_v を求める。このｎ_h ，ｎ
_v を用いて、

【数２０】 の演算を行なうことにより、Ｘ，Ｙ座標の座標変換を行
なうことができ、即ち、投射型画像表示装置本体に取り
付けられたスクリーン３の取付角度や位置に起因する歪
を補正することができる。

【００６７】ただし、上記数１９においてはλ，Ｒ，Ｈ
の値が必要となるが、このため実際には、座標変換式を
得るための初期設定として、例えば図１５に示すように
８点即ちスクリーン３上で歪んだ長方形の各頂点と各辺
の中点の座標を、使用者がスタイラスペン４１を用いて
入力し、システムコントローラ２０が透明ダブレット板
４０から各点の座標値を得ることが必要とされる。この
座標値に基づいてシステムコントローラ２０は、スクリ
ーン３の位置ずれに起因し画像の回転／平行移動として
現われる歪を補正するための上記座標変換式を導くもの
である。

【００６８】このように補正データを有するＲＯＭ４
５，５０が搭載され、かつシステムコントローラ２０が
座標変換のための演算を行なうことができるようにされ
た本実施例の投射型画像表示装置の画像表示の際の歪補
正動作を図１６のフローチャートを参照して説明する。

【００６９】まず、システムコントローラ２０がＲＡＭ
２４からロードされた画像を表示する際には (F100→F1
01→F102) 、そのロードされたアドレス（座標）情報に
対し、まずＲＯＭ４５に記憶された補正データをタブレ
ットコントローラ４３を介して参照し、補正を加える(F
103)。そして、次に上述した座標変換処理を実行し(F10
4)、座標変換されたデータを描画コマンドとして描画制
御部３０に出力する(F105)。

【００７０】描画制御部３０は前述したように描画コマ
ンドに基づいて各レーザ光の走査点のアドレスを発生さ
せ(F106)、レーザ光による走査を実行させるが、Ｘスキ
ャナー７及びＹスキャナー９に供給する各アドレスにつ
いては、逐一ＲＯＭ５０の補正データを参照して、補正
を加えることになる (F107→F108) 。

【００７１】また、使用者がスタイラスペン４１を使用
して座標入力を行なった際には (F100→F111又は F109
→F111) 、透明タブレット板４０上の座標が得られた時
点でタブレットコントローラ４３はＲＯＭ４５を参照し
て入力座標値に補正を加え(F112)、これをシステムコン
トローラ２０に供給する(F113)。システムコントローラ
２０に対しては理想状態における透明タブレット板によ
って入力された座標値に相当する座標値が供給されるこ
とになる。

【００７２】するとシステムコントローラ２０はこの入
力座標値に対して座標変換処理を行なった上で、その座
標位置に対応する描画コマンドを発生させて描画制御部
３０に供給し (F104→F105) 、描画制御部３０では描画
コマンドに基づいて発生させた各アドレスに対してＲＯ
Ｍ５０を参照して補正を加え、これをＸスキャナー７及
びＹスキャナー９に供給してレーザ光Ｌ₁ による走査を
実行させる (F106〜F108) 。

【００７３】このような補正動作により、本実施例の投
射型画像表示装置では光学系に起因する歪、投射型画像
表示装置本体の機構に起因する歪、透明タブレット板４
０に起因する歪はそれぞれ全て補正されることになり、
従ってスクリーン３上に投影される画像の歪、及び透明
タブレット板４０上の入力座標と実際の表示座標との間
のずれも解消され、高精度な画像及び入力処理が実現さ
れることになる。なお、もちろん処理フローは図１６に
限定されるものではなく各種考えられる。

【００７４】なお、本実施例ではＲＯＭ４５をタブレッ
トコントローラ４３に接続し、タブレットコントローラ
４３が入力座標の補正をするようにしたが、例えばＲＯ
Ｍ４５をシステムコントローラ２０に接続し、座標変換
処理と一括的に入力座標補正処理がなされるようにして
もよい。もちろん本発明において投射型画像表示装置と
しての構成は上記実施例に限られるものではない。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の投射型画像
表示装置においては、透明タブレット板による入力座標
歪、光学系による画像歪、本体機構の取付誤差による画
像歪が総括的に補正されるように構成したため、高精度
な表示及び入力が達成された投射型画像表示装置を実現
できるという効果がある。

【００７６】しかも、光学系と透明タブレット板のそれ
ぞれの補正データをＲＯＭ化し一体的に搭載することに
より投射型画像表示装置本体に対して理想的な光学系と
透明タブレット板を実現し、さらに座標変換処理によっ
て本体側に起因する歪を補正するという手段をとってい
るため、補正のために複雑な回路や機構を必要とせず、
実現が非常に容易であるという利点があり、また、ＲＯ
Ｍ手段により理想的な光学系と透明タブレット板を実現
することで、これらを各投射型画像表示装置において汎
用的に使用することができ生産性、保守性を向上させる
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型画像表示装置の一実施例のブロ
ック図である。

【図２】本実施例における液晶ライトバルブの構造図で
ある。

【図３】本実施例におけるスクリーン及び透明タブレッ
ト板の説明図である。

【図４】本実施例における透明タブレット板の動作原理
の説明図である。

【図５】本実施例における透明タブレット板の動作原理
の説明図である。

【図６】スキャナーミラーによる２次元偏向歪の説明図
である。

【図７】ｆθレンズによる２次元偏向歪の説明図であ
る。

【図８】プロジェクションレンズ及びｆθレンズの歪曲
収差による歪の説明図である。

【図９】透明タブレット板による入力座標の補正データ
の説明図である。

【図１０】スクリーン取付誤差による歪の説明図であ
る。

【図１１】座標変換方式の基本概念の説明図である。

【図１２】スクリーン面の傾きによる歪の説明図であ
る。

【図１３】スクリーン面の傾きによる歪の説明図であ
る。

【図１４】座標変換方式の説明図である。

【図１５】座標変換式を得るための座標入力動作の説明
図である。

【図１６】本実施例の補正動作のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 液晶ライトバルブ ２ レーザ光源 ３ スクリーン ４ 投射用光源 ６ ビームスプリッタ ７ Ｘスキャナー ９ Ｙスキャナー ２０ システムコントローラ ３０ 描画制御部 ４０ 透明タブレット板 ４１ スタイラスペン ４５ ＲＯＭ ５０ ＲＯＭ

フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 伸尚 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 安倍 浩信 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 橋本 俊一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源と、このレーザ光源からのレ
   ーザ光によって光学画像が書き込める液晶ライトバルブ
   と、この液晶ライトバルブに得られる光学画像が投射用
   光源からの光により投射されるスクリーンと、このスク
   リーン面上に配された透明位置検出手段とを有してなる
   投射型画像表示装置において、 前記透明位置検出手段によって検出される位置の歪を補
   正するデータを保持する第１の記憶手段と、 前記レーザ光源又は前記投射用光源からの出力に対する
   光学系によって発生する光学画像の画像歪を補正するデ
   ータを保持する第２の記憶手段と、 前記透明位置検出手段及び前記光学系に起因しない歪を
   補正するための座標変換式を保持した座標変換手段とを
   搭載し、 前記レーザ光による画像表示を行なうための走査位置制
   御信号に対しては、前記座標変換手段による座標変換処
   理と前記第１及び第２の記憶手段から読み出された補正
   データによる補正とが与えられるように構成されている
   ことを特徴とする投射型画像表示装置。