JP2008033301A

JP2008033301A - 画像投影表示装置の調整方法

Info

Publication number: JP2008033301A
Application number: JP2007173658A
Authority: JP
Inventors: Shohei Matsuoka; 祥平松岡
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】画像投影光学ユニットを鉛直方向と水平方向の直交二軸方向に移動させることなく、スクリーン上での画像位置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、画像投影光学ユニットとスクリーンとの間の投影距離（光路長）を変化させずに、スクリーン上で画像位置調整を行う調整方法。
【選択図】図３

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、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、組立時のスクリーン上での画像の上下（鉛直）位置調整を行うとき、画像投影光学ユニット自体をスクリーンと垂直な方向に水平移動させた上で、その水平移動に伴う画像投影光学ユニットとスクリーンとの間の投影距離（光路長）変化（ピント移動）を補正するため、今度はスクリーンに平行な方向に上下（鉛直）に移動させなければならなかった。即ち、先行例で示されているように、コンパクト化を優先し、ミラーで斜めに折り返す構成を取った場合は、水平動と鉛直動を連動させた移動が必要となる。

しかし、画像投影光学ユニットは重量があるため、上下方向（鉛直方向）に移動させることは機構的に困難であり、特に前後動との連携を取りながらでの移動は、却って誤差を発生させる危険性さえある。また、他の調整（例えばピント調整（投影距離調整）も行う必要から、従来では、画像投影光学ユニットを水平鉛直の直交二軸方向に移動可能に支持しなければならなかった。

本発明は、画像投影光学ユニットを上下方向（鉛直方向）に移動させることなく、画像投影光学ユニットとスクリーンとの間の投影距離（光路長）を変化させずに、スクリーン上での画像位置調整（上下位置調整）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、画像投影光学ユニットとスクリーンとの間の投影距離（光路長、つまりピント状態）を変化させずに、スクリーン上での画像位置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、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、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、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、画像投影光学ユニットとスクリーンとの間の投影距離（光路長）を変化させずに、スクリーン上での画像の位置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、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。
（１）(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos(ω+2γ)/sinω-1/tanω
（２）(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos(ω+2γ)/sinω+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、
φ（゜）：画像投影光学ユニットから射出された光束がスクリーンに達する直前におけるスクリーン法線と基準主光線のなす角、
γ＝９０゜-ω-β、
θ＝９０゜-ω-2β+φ、
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、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。
（１）(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos(ω+2γ)/sinω-1/tanω
（３）tanβ[(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos(ω+2γ)/sinω+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と直交する方向の少なくとも一方に適当量移動させることで、画像投影光学ユニットとスクリーンとの間の投影距離（光路長）を変化させずに、組立時のスクリーン上での画像位置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の本発明による組立時スクリーン上画像位置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に移動させてスクリーン１２上での画像の上下位置調整を行っている。この小ミラー１４の移動は、該小ミラー１４の反射面が移動前後で平行をなすように行う。この画像投影光学ユニット１３と小ミラー１４の移動量は、画像投影光学ユニット１３から小ミラー１４までの調整前の光路長と調整後の光路長をそれぞれａとａ’、小ミラー１４から固定ミラー１５までの調整前の光路長と調整後の光路長をそれぞれｂとｂ’、固定ミラー１５から平面スクリーン１２まで調整前の光路長と調整後の光路長をそれぞれｃとｃ’とすると、調整の前後で、
ａ＋ｂ＋ｃ＝ａ’＋ｂ’＋ｃ’
が維持されるように、その移動量（の比）が設定されている。このように移動量を設定することで、画像投影光学ユニット１３から平面スクリーン１２までの光路長を変化させずに、平面スクリーン１２上での画像の上下位置（平面スクリーン１２に対する基準主光線の上下位置）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。図２において、調整前と調整後の光路の中心において固定ミラー１５の法線ＣＤをたて、この法線ＣＤに関し、該ミラー１５とスクリーン１２の交点Ａと線対称の位置に点Ｂを決めると、△ＡＢＤ内における調整前の光路（実線）長は、調整後の光路（鎖線）長に等しい。線分ＢＤに平行な平行線Ｂ’Ｄ’を描けば、同様に、スクリーン１２から線分Ｂ’Ｄ’までの調整前と調整後の光路長は等しい。

図３は、線分Ｂ’Ｄ’が調整前の小ミラー１４への入射位置Ｅを通るように設定した場合の拡大図である。図２の議論から、スクリーン１２から点Ｄ’までの調整後の光路長（鎖線）と、スクリーン１２から点Ｅまでの光路長（実線）とは等しい。しかし、調整後の光路は、小ミラー１４（点Ｉ）で反射されているため、調整後の光路長は、実際には線分ＩＤ’の分だけ短くなる。また画像投影光学ユニット１３から小ミラー１４までの光路長を考えると、調整前の光路長は、線分ＯＥの長さであるのに対し、調整後の光路長は、線分ＰＩの長さである。線分ＰＩ＝線分ＯＥ＋線分ＪＩであるから、ＩＤ’＝ＩＪのとき、調整前後で光路長が等しくなる。

いま、β（∠ＧＨＩ、゜）；小ミラ１４ーとスクリーン１２の法線のなす角、
ω（∠ＰＪＥ、゜）；画像投影光学ユニット１３から射出された光線とスクリーン１２の法線のなす角、
φ（゜）；スクリーン１２の法線とスクリーン１２へ入射する光線のなす角、
γ（∠ＫＩＪ、゜）＝９０゜-ω-β、
θ（∠ＥＤ’Ｑ、゜）＝９０゜-ω-2β+φ、
とし、補助線ＬＩの長さを１とすると、
線分ＪＩの長さ＝1/sinω
ＩＤ’＝ＪＩより、
線分ＩＤ’の長さ＝1/sinω
線分ＩＮの長さ＝sin（ω+2γ）/sinω
線分ＬＮの長さ＝1+sin（ω+2γ）/sinω
線分ＮＤ’の長さ＝cos（ω+2γ）/sinω
線分ＥＤ’の長さ＝(1+sin(ω+2γ)/sinω)/sinθ
線分ＱＤ’の長さ＝(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ
線分ＬＨの長さ＝1/tanβ
線分ＪＬの長さ＝1/tanω
線分ＧＬの長さ＝1/tan(ω+2γ)
である。

上記ＩＤ’＝ＩＪを実現するには、
画像投影光学ユニット１３のスクリーン直交方向１３Ｘへの移動量ＥＪを、
ＥＪ＝ＱＤ’-ＪＬ-ＮＤ＝(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-1/tanω-cos（ω+2γ）/sinω
とし、
小ミラー１４のスクリーン直交方向１４Ｘへの移動量ＥＨを、
ＥＨ＝ＱＤ’-ＮＤ’＋ＬＨ＝(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos（ω+2γ）/sinω+1/tanβ
とすればよい。
また、この画像投影光学ユニット１３と小ミラー１４の移動によって調整されるスクリーン１２上の画像上下位置調整量は、
ＥＤ’＝(1+sin(ω+2γ)/sinω)/sinθ
である。

すなわち、
ＥＪ：ＥＨ＝ (1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos（ω+2γ）/sinω-1/tanω：(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos（ω+2γ）/sinω+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、画像投影光学ユニット１３と平面スクリーン１２との光路長を変化させずに、平面スクリーン１２上の画像の上下位置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の線分EZで与えられ、
EZ＝tanβ EH＝tanβ[(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos（ω+2γ）/sinω+1/tanβ]
である。

よって、
ＥＪ：EＺ＝(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos（ω+2γ）/sinω-1/tanω：tanβ[(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos（ω+2γ）/sinω+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との光路長を調整することができる。

次に、具体的なスクリーン上の画像位置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に入射する基準主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゜
スクリーン上での画像上下位置調整量＝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＝1.77mm
小ミラー１４のスクリーン直交方向１４Ｘ方向への移動量＝8.93mm

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＝1.77mm
小ミラー１４のスクリーン平行方向１４Ｙ方向への移動量＝6.97mm

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
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

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変化させずに、上記スクリーン上での画像の位置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。
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+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos(ω+2γ)/sinω-1/tanω
（２）(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos(ω+2γ)/sinω+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、
φ（゜）：画像投影光学ユニットから射出された光束がスクリーンに達する直前におけるスクリーン法線と基準主光線のなす角、
γ＝９０゜-ω-β、
θ＝９０゜-ω-2β+φ。
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+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos(ω+2γ)/sinω-1/tanω
（３）tanβ[(1+sin(ω+2γ)/sinω)/tanθ-cos(ω+2γ)/sinω+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、
φ（゜）：画像投影光学ユニットから射出された光束がスクリーンに達する直前におけるスクリーン法線と基準主光線のなす角、
γ＝９０゜-ω-β、
θ＝９０゜-ω-2β+φ。
請求項１ないし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。
請求項１ないし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。