JP2008033302A - 画像投影表示装置及びその調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像投影光学ユニットを上下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を変化させずに、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装置及び調整方法を得る。
【解決手段】画像投影光学ユニットから射出した光線を少なくとも二枚のミラーで反射して折り曲げてスクリーンに斜めに入射させる画像投影表示装置において、画像投影光学ユニットに最も近い小ミラーとスクリーン法線のなす角βを、最もスクリーンに近い大ミラーとスクリーン法線のなす角αの約２倍に設定した上で、小ミラーを該小ミラーでの反射前後の光軸を含む平面内で移動させる。
【選択図】図１

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装置及びその調整方法に関する。

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）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（垂直方向）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及びその調整方法を得ることを目的とする。

本発明は、画像投影光学ユニットから射出した光線を少なくとも二枚のミラーで反射して折り曲げてスクリーンに斜めに入射させる画像投影表示装置では、スクリーンに最も近い大ミラーのなす角度、及びスクリーンに次に近い小ミラーのなす角度を特定の角度に設定することにより、小ミラーを移動させるだけで、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、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、上記スクリーンに斜めに入射させる少なくとも二枚のミラーと、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に最も近い小ミラーとスクリーン法線のなす角βは、最もスクリーンに近い大ミラーとスクリーン法線のなす角αの約２倍に設定されていること、及び小ミラーは該小ミラーの反射面が移動前後で平行をなすように移動調整可能であること、を特徴としている。

本発明は、調整方法の態様では、画像投影光学ユニットに最も近い小ミラーとスクリーン法線のなす角βを、最もスクリーンに近い大ミラーとスクリーン法線のなす角αの約２倍に設定するステップと、小ミラーを該小ミラーでの反射前後の光軸を含む平面内で移動調整するステップと、を有し、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、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。

β≒２αは、より具体的には、スクリーンに入射する基準主光線と該スクリーンとのなす角をθとしたとき、次の条件式（１）によって表現することができる。
（１）２α-2.8sinθ≦β≦２α＋2.8sinθ

またスクリーンの法線と該スクリーンに入射する基準主光線の角度をφとしたとき、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
（２）α＝φ／２

本発明によれば、画像投影光学ユニットから射出した光線を少なくとも二枚のミラーで反射して折り曲げてスクリーンに斜めに入射させる斜め入射の画像投影表示装置において、スクリーンと、該スクリーンに近い大ミラー、小ミラーのなす角度を特定の角度に設定することにより、小ミラーを移動させるだけで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及び大ミラー（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、大ミラー１５に入射し、大ミラー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。大ミラー１５はスクリーン１２に最も近いミラーであり、小ミラー１４は次にスクリーン１２に近いミラーである。

以上の画像投影表示装置１０において、本実施形態では、小ミラー１４とスクリーン１２の法線のなす角をβとし、大ミラー１５とスクリーン１２の法線のなす角をαとしたとき、β≒２α（最も好ましくはβ＝２α）に設定している。このように、αとβを設定すると、小ミラー１４を該小ミラー１４での反射前後の光軸を含む平面内でスクリーン１２に接離させる方向に移動させることにより、画像投影光学ユニット１３とスクリーン１２との間の投影距離を変化させずに、スクリーン１２上での画像の上下位置を調整することができる。

図２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、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、調整後のスクリーン１２への入射位置Ａと小ミラー１４への入射位置Ｃからそれぞれ大ミラー１５と平行な線分１５’、１５”を引き、同図のように符号をとると、調整前の光路長ＡＢが調整後の光路長ＣＣ’＋Ｃ’Ｄ’と等しい（ＡＢ＝ＣＣ’＋Ｃ’Ｄ’）とき、画像投影光学ユニット１３とスクリーン１２との間の投影距離を変化させずに、スクリーン１２上での画像の上下位置を調整することができる。

図３のように、△ＡＡ’Ｂの反転図と△ＣＣ’Ｄを重ねて描くと、
ＡＢ＝ＡＣ’＋Ｃ’Ｄ’
よって、条件を満たすには、ＡＣ’＝ＣＣ’であればよい。
∠ＣＣ’Ｄ’＝２θ（θはスクリーン１２に入射する基準主光線とスクリーン１２のなす角）
２θ＝２（-２α＋θ＋β）
より、
β＝２α
の条件を満足すれば、小ミラー１４をスクリーン１２に入射する基準主光線が投影光学ユニット１３から射出される方向に移動させることにより、画像投影光学ユニット１３とスクリーン１２との間の投影距離を変化させずに、スクリーン１２上での画像の上下位置を調整することができる。

β＝２αの条件は、幾何学的な理想的な条件である。βの値が理想値から例えばΔ（゜）だけずれたとき、生じるピントずれ量（基準主光線の光路長変化量）は、
スクリーン１２上での像の上下位置調整量×sinθ/tan(θ+Δ)
で与えられる。
この式を整理すると、
ピントずれ量＝上下調整量×δ／sinθ（δはΔをラジアンで表した値）
＝上下調整量×Δ×(3.14/180)/sinθ
で与えられる。
ピントずれが発生すると、ピントズレ量（光路長ズレ量）とおおよそ同じ量のスクリーンのサイズズレが発生するが、この量が、上下調整量の５％程であれば、視認上全く問題ない。
すなわち、
上下調整量×Δ×(3.14/180)/sinθ＜0.05
から、実用上は、
（１）２α-2.8sinθ≦β≦２α＋2.8sinθ
を満足させることにより、目視上認識できるピントずれを生じさせることなく、スクリーン１２上での画像の上下位置を調整することができる。

図４は、小ミラー１４（または画像投影光学ユニット１３）をスクリーン直交方向に移動させることで、同様に、スクリーン１２と画像投影光学ユニット１３の間の投影距離を変化させずに、スクリーン１２上での画像の上下位置を調整することができる別の実施形態である。この実施形態は、第一の実施形態の特殊解に相当するもので、スクリーン１２の法線と該スクリーンへの入射光線の角度をφとしたとき、
（２）α＝φ／２
の条件を満足している。

この条件を満足すると、小ミラー１４の移動方向をスクリーン直交方向とすることができる。すなわち、大ミラー１５で反射してスクリーン１２に入射する基準主光線と該スクリーン１２のなす角をθ（゜）（スクリーン１２入射する基準主光線と該スクリーン１２の法線のなす角をφ（゜））としたとき、小ミラー１４とスクリーン１２の法線のなす角β（゜）を９０゜-θに設定し、大ミラーと１４スクリーン１２の法線のなす角α（゜）を４５゜-θ／２に設定すると、
９０＋２α-θ-２β＝０
φ＝９０-θ
から、
α＝φ／２（β-α＝φ／２）
である。

この態様では、小ミラーのスクリーン直交方向への移動により、スクリーン１２上での画像の上下位置調整ができ、さらに画像投影表示ユニット１３をスクリーン直交方向に移動させることで、画像の上下位置を変化させずに、画像投影表示ユニット１３とスクリーン１２との距離（投影距離）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小ミラー１４の移動量の実施例を説明する。小ミラー１４の移動量は、スクリーン１２に接近する方向を＋とする。
実施例１
α＝20゜
β＝40゜
θ＝37゜
90+2α-θ-2β（画像投影光学ユニット１３の光軸とスクリーン直交方向のなす角）＝13゜
小ミラー１４の画像投影光学ユニット１３から小ミラー１４に至る光路における、基準主光線方向での移動量＝7.78mm
スクリーン上での画像上下位置調整量＝10.00mm

実施例２
α＝25゜
β＝51.5゜
θ＝40゜(φ＝50゜)
小ミラー１４のスクリーン直交方向の移動量＝6.178mm
スクリーン上での画像上下位置調整量＝10.00mm
発生するピントずれ量＝-0.42mm

この実施例２は、β＝２α＋1.5 に設定し、β≦２α±2.8Sin40°= 2α±1.8を満足させたものである。同時に、α＝φ／２の条件を満足させている。
この実施例２において発生するピントずれ量（-0.42mm）は、画像の上下位置調整量（10mm）の５％以下であり、目視上認識できる量ではないので、実用上十分である。

小ミラー１４（及び画像投影光学ユニット１３）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れば、送りねじ軸の回転角の制御により、正確な直進移動量を得ることができる。

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。 同調整方法の原理を示す図である。 図２の変形図である。 本発明の別の調整方法の概念図である。

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
１４ 小ミラー
１５ 大ミラー（固定ミラー）

Claims (6)

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、上記スクリーンに斜めに入射させる少なくとも二枚のミラーと、
   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に最も近い小ミラーとスクリーン法線のなす角βは、最もスクリーンに近い大ミラーとスクリーン法線のなす角αの約２倍に設定されていること、及び
   上記小ミラーは該小ミラーの反射面が移動前後で平行をなすように移動調整可能であること、を特徴とする画像投影表示装置。
2. 請求項１記載の画像投影表示装置において、上記スクリーンに入射する基準主光線と該スクリーンとのなす角をθとしたとき、次の条件式（１）を満足する画像投影表示装置。
   （１）２α-2.8sinθ≦β≦２α＋2.8sinθ
3. 請求項１または２記載の画像投影表示装置の調整方法において、上記スクリーンの法線と該スクリーンに入射する基準主光線の角度をφとしたとき、次の条件式（２）を満足する画像投影表示装置。
   （２）α＝φ／２
4. 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、上記スクリーンに斜めに入射させる少なくとも二枚のミラーと、
   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に最も近い小ミラーとスクリーン法線のなす角βを、最もスクリーンに近い大ミラーとスクリーン法線のなす角αの約２倍に設定するステップと；
   上記小ミラーを該小ミラーの反射面が移動前後で平行をなすように移動調整するステップと；
   を有し、
   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。
5. 請求項４記載の画像投影表示装置の調整方法において、上記スクリーンに入射する基準主光線と該スクリーンとのなす角をθとしたとき、次の条件式（１）を満足する画像投影表示装置の調整方法。
   （１）２α-2.8sinθ≦β≦２α＋2.8sinθ
6. 請求項４または５記載の画像投影表示装置の調整方法において、上記スクリーンの法線と該スクリーンに入射する基準主光線の角度をφとしたとき、次の条件式（２）を満足する画像投影表示装置の調整方法。
   （２）α＝φ／２

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