JP2008033300A - 画像投影表示装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像投影光学ユニットを鉛直方向に移動させることなく、ピント調整（投影距離調整）ができる画像投影表示装置の調整方法を得る。
【解決手段】スクリーンと直交する方向に画像投影光学ユニットを移動させるステップと、小ミラーをスクリーンと平行な方向と直交する方向の少なくとも一方に移動させるステップとを組み合わせてピント調整を行う調整方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像投影表示装置（リアプロジェクションテレビ）に関し、特にそのスクリーン上での像の状態を組立時に調整する調整方法に関する。

画像投影表示装置（リアプロジェクションテレビ）は、画像投影光学ユニットから射出した光束をスクリーンに投影して画像として観察する。この画像投影表示装置では、小型化、薄型化を図るため、画像投影光学ユニットから射出した光線を反射して折り曲げ、全ての光束をスクリーンに対して斜めに入射させている。
特開２００５−４３６８１号公報

この斜め投影方式の画像投影表示装置では、画像投影光学ユニットの光軸（正確にはスクリーン中央に向かう光束の主光線、以下「基準主光線」と呼ぶ）がスクリーンと直交していないため、組立時のピント調整（投影距離調整、画像投影光学ユニット自体がもつピント調整機構とは別）を行うとき、画像投影光学ユニット自体を上下（鉛直）移動させなければならなかった。

しかし、画像投影光学ユニットは重量があるため、水平方向とは異なる方向(鉛直方向成分を含む方向）に沿って移動させることは機構的に困難であった。

本発明は、画像投影光学ユニットを鉛直方向に移動させることなく、水平方向移動のみでピント調整（投影距離調整）ができる画像投影表示装置の調整方法を得ることを目的とする。

本発明は、スクリーンと直交する方向に画像投影光学ユニットを移動させるステップと、小ミラーを該小ミラーでの反射前後の基準主光線を含む平面内でスクリーンと平行に移動させるステップとを組み合わせれば、斜め入射のリアプロジェクションテレビにおいてもピント調整が可能であるとの知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明は、画像を投影する画像投影光学ユニットと；スクリーンと；上記画像投影光学ユニットから射出した光線を反射して折り曲げてスクリーンに対して斜めに入射させる小ミラーと；を備えた画像投影表示装置において、上記画像投影光学ユニットをスクリーンと直交する方向に移動させるステップと、上記小ミラーをスクリーンと平行な方向と直交する方向の少なくとも一方に移動させるステップとを組み合わせ、上記小ミラーで反射され、上記スクリーンに入射する基準主光線の光路を変化させずに、画像投影光学ユニットとスクリーンとの間の投影距離を調整することを特徴としている。小ミラーの移動は、該小ミラーでの反射前後の基準主光線を含む平面内において行う。また、小ミラーのミラー面が十分大きければ、小ミラーをスクリーンとの非直交方向（非平行方向）に移動させても、実質的には直交方向（平行方向）移動成分を含むことになる。

画像投影光学ユニットのスクリーンと直交する方向の移動調整量、及び小ミラーのスクリーンと平行な方向または直交する方向の移動調整量は、試行錯誤によって定めることが可能であるが、具体的な移動調整量の関係を示すと次の通りである。画像投影光学ユニットと小ミラーをともにスクリーンと直交する方向に移動させる態様では、両者を、次の（１）式：（２）式の比率に従った移動量だけスクリーンと直交する方向に移動させる。
（１）1/tan(ω+2γ)-1/tanω
（２）1/tan(ω+2γ)+1/tanβ
但し、
β（゜）：小ミラーとスクリーン法線のなす角；
ω（゜）：画像投影光学ユニットから射出され小ミラーに達する前における上記基準主光線とスクリーン法線のなす角；及び
γ＝９０゜-ω-β、
である。

また、画像投影光学ユニットをスクリーンと直交する方向に移動させ、小ミラーをスクリーンと直交する方向に移動させる態様では、同じパラメータを使って、（１）式：（３）式の比率に従った移動量だけ、画像投影光学ユニットはスクリーンと直交する方向に、小ミラーはスクリーンと平行な方向に移動させればよい。
（１）1/tan(ω+2γ)-1/tanω
（３）tanβ((1/tan(ω+2γ)+1/tanβ)

小ミラーとスクリーンとの間には、該小ミラーからの反射光をスクリーンに与える固定ミラーを備えるのが装置の薄型化のために好ましい。

画像投影光学ユニットは、同様に装置の薄型化のために、広角投影光学系の周辺光束により投影する斜め投影光学ユニットとするのが実際的である。

本発明によれば、斜め入射の画像投影表示装置において、画像投影光学ユニットをスクリーンと直交する方向に適当量移動させ、小ミラーをスクリーンと平行な方向または直交する方向に適当量移動させることで、組立時のピント調整（投影距離調整）を行うことができる。

図１は、斜め入射の画像投影表示装置（リアプロジェクションテレビ）１０の組立時ピント調整方法を示す概念図である。画像投影表示装置１０は、筐体１１の一面に平面スクリーン１２を有し、該筐体１１内に、画像投影光学ユニット（画像エンジン）１３、小ミラー１４及び固定ミラー１５を有している。画像投影光学ユニット１３から射出された画像光束（光線）は、小ミラー１４で反射して折り曲げられた後、固定ミラー１５に入射し、固定ミラー１５でさらに反射して折り曲げられた光線が平面スクリーン１２に斜めに入射する。画像投影光学ユニット１３と平面スクリーン１２の間に、複数のミラーが介在してもよいが、画像投影光学ユニット１３からの画像光束が、平面スクリーン１２に対して斜めから（直交する方向以外から）入射することが必須である。小ミラー１４は、画像投影光学ユニット１３に最も近いミラーである。

以上の画像投影表示装置１０において、本実施形態では、画像投影光学ユニット１３を平面スクリーン１２と直交する方向１３Ｘに移動させ、かつ、小ミラー１４を平面スクリーン１２と直交する方向１４Ｘまたは平面スクリーン１２と平行な方向１４Ｙに移動させてピント調整を行っている。この小ミラー１４の移動は、該小ミラー１４での反射前後の基準主光線を含む平面内で行う。この画像投影光学ユニット１３と小ミラー１４の移動量の比を適切に設定することで、小ミラー１４で反射した基準主光線１４Ｐの位置を変化させずに（従って平面スクリーン１２に対する画像の上下位置を変化させずに）、画像投影光学ユニット１３と平面スクリーン１２との距離を調整することができる。

図２、図３は、以上の調整が可能なことを示す原理図である。図２、図３において、画像投影光学ユニット１３と小ミラー１４の実線を調整前の位置とし、鎖線を調整後の位置とする。画像投影光学ユニット１３と小ミラー１４はともに、平面スクリーン１２と直交する方向１３Ｘと１４Ｘに移動調整されている。画像投影光学ユニット１３と小ミラー１４は、調整後の位置においても、小ミラー１４で反射した基準主光線１４Ｐの位置を変化させない位置に存在している。

いま、平面スクリーン１２に入射する基準主光線が平面スクリーン１２の法線となす角をω、小ミラー１４と平面スクリーン１２の法線がなす角をβ、小ミラー１４で反射された基準主光線が小ミラー１４の法線となす角をγ（いずれも図の方向を正）とすると、ピントずれの補正量（画像投影光学ユニット１３と小ミラー１４の移動前と移動後の画像投影光学ユニット１３から平面スクリーン１２に至る光路長の差）は、図３において、
ピントずれ補正量＝ＦＤ＋ＡＤ＝1/sinω+1/sin(ω+2γ)
で与えられる。なお、Φ、ω、γは、各法線を基準として反時計回りを正とする。但し、βは法線を基準として時計回りを正とする。図１乃至図３に示される各角度の正の方向に矢印を付している。
このピントずれ補正量を与えるための画像投影光学ユニット１３のスクリーン直交方向１３Ｘ方向の移動量は、同図３のＡＦで与えられ、
ＡＦ＝ＡＧ-ＦＧ＝1/tan(ω+2γ)-1/tanω
である。
同様に、小ミラー１４のスクリーン直交方向１４Ｘ方向の移動量は、同図３のＡＣで与えられ、
ＡＣ＝ＡＧ＋ＧＣ＝1/tan(ω+2γ)+1/tanβ
である。

すなわち、
ＡＦ：ＡＣ＝1/tan(ω+2γ)-1/tanω：1/tan(ω+2γ)+1/tanβ
の関係を満足させて、画像投影光学ユニット１３と小ミラー１４をスクリーン直交方向に移動させることで、平面スクリーン１２上の画像の上下位置を変化させずに、画像投影光学ユニット１３と平面スクリーン１２との距離を調整することができる。

小ミラー１４をスクリーン直交方向１４Ｘ方向へ移動させる代わりに、スクリーン平行方向１４Ｙ方向に移動させてもよい。すなわち、小ミラー１４をスクリーン直交方向に単位移動量「１」移動させることは、スクリーン平行方向に「1/tanβ」移動させることと等価である。よって、小ミラー１４のスクリーン平行方向１４Ｙ方向への移動量は、図３のＧＤで与えられ、
ＧＤ＝tanβ((1/tan(ω+2γ)+1/tanβ)
である。

よって、
ＡＦ：ＧＤ＝1/tan(ω+2γ)-1/tanω：tanβ((1/tan(ω+2γ)+1/tanβ)
の関係を満足させて、画像投影光学ユニット１３をスクリーン直交方向１３Ｘに移動させ、小ミラー１４をスクリーン平行方向１４Ｙに移動させることで、平面スクリーン１２上の画像の上下位置を変化させずに、画像投影光学ユニット１３と平面スクリーン１２との距離を調整することができる。

次に、具体的なピント調整量と画像投影光学ユニット１３と小ミラー１４の移動量の実施例を説明する。スクリーン直交方向への移動量は、スクリーン１２に接近する方向を＋、スクリーン平行方向への移動量は、下方を＋とする。
実施例１
平面スクリーン１２への入射光線と同スクリーン１２の法線とのなす角φ＝52.30゜
ω＝22.30゜
β＝38.00゜
γ＝29.70゜
ピントずれ補正量＝10.00mm
画像投影光学ユニット１３のスクリーン直交方向１３Ｘ方向への移動量＝-6.29mm
小ミラー１４のスクリーン直交方向１４Ｘ方向への移動量＝3.91mm

実施例２
同一条件で、小ミラー１４の移動方向をスクリーン平行方向１４Ｙとしたとき画像投影光学ユニット１３のスクリーン直交方向１３Ｘ方向への移動量＝-6.29mm
小ミラー１４のスクリーン平行方向１４Ｙ方向への移動量＝3.06mm

画像投影光学ユニット１３と小ミラー１４を移動させる具体的な機構は、周知の直進移動機構を用いることができる。例えば送りねじ機構を用い、その送りねじの回転角度を制御することで、両者を上記比率で移動させることができる。

本発明による画像投影表示装置の調整方法の概念図である。 本発明による調整方法の原理を示す図である。 同原理を示す部分拡大図である。

符号の説明

１０ 画像投影表示装置
１１ 筐体
１２ 平面スクリーン
１３ 画像投影光学ユニット
１３Ｘ スクリーン直交方向
１４ 小ミラー
１４Ｐ反射後の基準主光線
１４Ｘ スクリーン直交方向
１４Ｙ スクリーン平行方向
１５ 固定ミラー

Claims (5)

1. 画像を投影する画像投影光学ユニットと；
   スクリーンと；
   上記画像投影光学ユニットから射出した光線を反射して折り曲げてスクリーンに対して斜めに入射させる小ミラーと；
   を備えた画像投影表示装置において、
   上記画像投影光学ユニットをスクリーンと直交する方向に移動させるステップと、上記小ミラーをスクリーンと平行な方向と直交する方向の少なくとも一方に移動させるステップとを組み合わせ、上記小ミラーで反射され、上記スクリーンに入射する基準主光線の光路を変化させずに、画像投影光学ユニットとスクリーンとの間の投影距離を調整することを特徴とする画像投影表示装置の調整方法。
2. 請求項１記載の画像投影表示装置の調整方法において、画像投影光学ユニットと小ミラーを、次の（１）式：（２）式の比率に従った移動量だけスクリーンと直交する方向に移動させる画像投影表示装置の調整方法。
   （１）1/tan(ω+2γ)-1/tanω
   （２）1/tan(ω+2γ)+1/tanβ
   但し、
   β（゜）：小ミラーとスクリーン法線のなす角；
   ω（゜）：画像投影光学ユニットから射出され小ミラーに達する前における基準主光線とスクリーン法線のなす角；及び
   γ＝９０゜-ω-β。
3. 請求項１記載の画像投影表示装置の調整方法において、画像投影光学ユニットと小ミラーを、次の（１）式：（３）式の比率に従った移動量だけ、画像投影光学ユニットはスクリーンと直交する方向に、小ミラーはスクリーンと平行な方向に移動させる画像投影表示装置の調整方法。
   （１）1/tan(ω+2γ)-1/tanω
   （３）tanβ((1/tan(ω+2γ)+1/tanβ)
   但し、
   β（゜）：小ミラーとスクリーン法線のなす角；
   ω（゜）：画像投影光学ユニットから射出され小ミラーに達する前における基準主光線とスクリーン法線のなす角；及び
   γ＝９０゜-ω-β。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像投影表示装置の調整方法において、上記小ミラーとスクリーンとの間には、該小ミラーからの反射光を上記スクリーンに与える固定ミラーをさらに備えている画像投影表示装置の調整装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像投影表示装置の調整方法において、上記画像投影光学ユニットは、広角投影光学系の周辺光束により投影する斜め投影光学ユニットである画像投影表示装置の調整方法。

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