JP3960972B2

JP3960972B2 - 投写型映像表示装置

Info

Publication number: JP3960972B2
Application number: JP2004009831A
Authority: JP
Inventors: 浩二村岡; 直紀海瀬; 了路中西; 亨桐村; 義周平尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: CN1641472A; CN100395654C; JP2005204184A; US7384157B2; US20050157270A1

Description

この発明は、液晶プロジェクタなどの投写型映像表示装置に関する。

投写型映像表示装置の投写時セッティングの調整内容としては投写映像のフォーカス調整や台形歪み補正などがある（特許文献１参照）。
特開２００３−７８８４２号公報

ところで、上述したフォーカス調整や台形歪み補正を行うために、投写型映像表示装置が調整用の映像として白色線と黒色線とを交互に配置したストライプ映像を投写し、このストライプ映像を撮像素子にて撮像し、前記白色線位置と黒色線位置とに対応する撮像素子の出力信号を得ることが考えられる。この場合、フォーカス調整や台形歪み補正を的確に行うためには、前記ストライプ映像が撮像素子上で適正に結像されることが必要である。

この発明は、上記の事情に鑑み、フォーカス調整や台形歪み補正に用いる調整用映像が撮像素子上で適正に結像される投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の投写型映像表示装置は、光源から出射された光を表示デバイスにて変調し、投写レンズにて映像を拡大投写する投写型映像表示装置において、調整用映像を生成して投写する手段と、投写映像を撮像する撮像手段を備えたセンサー部と、基準とするズーム状態での前記センサー部に結像する調整用映像のパターンに関する基準情報を記憶する手段と、投写開始調整時での前記センサー部に結像する調整用映像のパターンに関する情報を前記基準情報と比較することにより、前記センサー部に結像する調整用映像のパターンがズーム状態に係らず略一定となるように、生成する調整用映像のパターンを補正する手段と、前記センサー部に前記補正後の調整用映像のパターンを結像させたときのセンサー出力に基づいてフォーカス調整及び／又は台形歪み補正を行う手段とを備えたことを特徴とする。

ここで、フォーカス調整や台形歪み補正を的確に行うためには、調整用映像が撮像素子上で略一定パターンで結像されることが望ましい。上記構成であれば、前記調整用映像が撮像素子上でズーム状態に係わらず略一定のパターンで結像されることになり、フォーカス調整や台形歪み補正を的確に行うことができる。

以上説明したように、この発明によれば、前記調整用映像が撮像素子上でズーム状態に係わらず略一定のパターンで結像されることになり、フォーカス調整や台形歪み補正を的確に行うことができる。基準ズーム状態でセンサー部にて検出されるパターンを保持しておき、このパターンと投写開始調整時のパターンとの比較でズーム値を間接的に知得する上記構成であれば、別途センサーは不要となり、低コスト化が図れる。

以下、この発明の実施形態の液晶プロジェクタを図１乃至図７に基づいて説明する。

図１はこの実施形態の３板式液晶プロジェクタ３０を示した図である。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へと導かれることになる。

偏光変換装置５は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、インテグレータレンズ４からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路偏光されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、この場合には、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換されるようになっている。

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。一方、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。

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とを備えて成る。

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４参照）上に表示される。

投写レンズ１６は、フォーカス調整やズーム調整のためのレンズ駆動用モータ２２を備える。後述するマイコン（マイクロコンピュータ）２５から駆動信号がモータ２２に与えられると、レンズが移動するようになっている。

図２は液晶プロジェクタ３０の信号処理系の概要を示したブロック図である。映像信号処理回路２３はマイコン２５からの指令に基づいて台形歪み補正となる画像処理等を実行する。各パネルドライバ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂは、映像信号（映像データ）を液晶ライトバルブに与える（駆動する）。

操作部（或いはリモコン送信機）２７には、各種操作のためのキーが設けられている。この実施形態においては、前記キーとして、フォーカス調整及び台形歪み補正を指令する調整指示キーなどが設けられている。

ＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）回路２８は、マイコン２５から出力指示された文字情報や図形情報に基づく映像データを生成し、この映像データを画像メモリ２１に書き込む。このＯＳＤ回路２９により、入力映像以外の装置側で作成した映像の投写が行えることになる。

センサー２９は、第１センサー部２９Ａと第２センサー部２９Ｂとから成る。各センサー部２９Ａ（２９Ｂ）は、図３に示すように、二つのレンズ部２９ａと各レンズ部２９ａに対応して設けられたＣＣＤラインセンサー２９ｂとを備えて成る。ＣＣＤラインセンサー２９ｂはレンズ部２９ａの並びの方向に長く形成されている。このようなセンサー部２９Ａ（２９Ｂ）としては、特開２００２−２１３９４６号公報や特開２００３−５７５３１号公報に開示されているセンサーを利用することができる。

そして、第１センサー部２９Ａはレンズ部２９ａ・２９ａが垂直方向に並ぶように配置され、第２センサー部２９Ｂはレンズ部２９ａ・２９ａが水平方向に並ぶように配置される。

マイコン２５はセンサー２９の撮像信号をサンプリングして撮像データを生成し、コントラストデータや角度データを算出する。コントラストデータは、ＣＣＤラインセンサー２９ｂが出力する撮像信号上の高周波成分の程度を示す信号であり、撮像信号上で高周波成分が得られているほど、合焦状態であることを示すことになる。また、角度データには、第１センサー部２９Ａによって得られる縦方向台形歪みの程度を示す第１角度データθ１（図４（ａ）参照）と、第２センサー部２９Ｂによって得られる横方向台形歪みの程度を示す第２角度データθ２（図４（ｂ）参照）とがある。

角度データは、センサー２９から調整用投写映像（スクリーン４０）までの距離測定結果に基づく演算処理によって得ることができる。距離測定は、いわゆる三角測量により行っており、センサー部２９Ａ（２９Ｂ）の各ＣＣＤラインセンサー２９ｂ上での撮像映像の相対的なずれ（位相差）とレンズ焦点距離とレンズ間距離とから求めることができる。距離測定は調整用投写映像の撮像範囲の複数エリア毎に行うことができる。すなわち、ＣＣＤラインセンサー２９ｂの画角範囲を複数のエリアに分割し、各測距エリアごとに測距結果を算出できる。そして、例えば、距離測定を調整用投写映像の最上エリアと最下エリア（最左エリアと最右エリア）のそれぞれについて行う。最上エリアと最下エリア（最左エリアと最右エリア）間の測距値の差異は投写光軸とスクリーンとの非垂直度に対応して大きな値となるものであり、最上エリアと最下エリア（最左エリアと最右エリア）間の距離と前記測距値の差異からアークタンジェントを求めて角度データ（θ１，θ２）を算出することができる。

マイコン２５は、この液晶プロジェクタ３０における全体制御を行うものであるが、特にこの発明にかかる制御として、以下に示す投写時セッティングの調整制御を行うようになっている。

ユーザは、電源投入後、光源が十分な発光状態となるのを待って、操作部２７の調整指示キーを押下する。マイコン２５は調整指示キーの押下を検出すると、ＯＳＤ回路２８による第１の調整用投写映像の描画処理（画像メモリ２１への画像データ書込）を実行する。第１の調整用投写映像は、図５（ａ）に示すように、白色横線領域と黒色横線領域が交互に形成されたストライプ画像である。

そして、マイコン２５は、モータ（フォーカス用）２２に対して繰り出し方向駆動信号を与えると共にセンサー２９の撮像信号をサンプリングしてコントラストデータを生成する。マイコン２５は上記サンプリングを開始するときに、タイマーをスタートさせると共に、一定時間間隔でコントラストデータを生成して図示しないメモリに格納する。マイコン２５は最も良好なコントラストデータを判定し、このコントラストデータが得られたときの時間情報（合焦レンズ位置情報）を取得する。マイコン２５は、モータ２２に繰り出し方向駆動信号を与えた全時間から前記時間情報を減算した時間だけ、モータ２２に対して引き込み方向駆動信号を与える。これにより、フォーカス調整が実現される。

更に、マイコン２５はセンサー２９の撮像データに基づいて台形歪み補正を実行する。台形歪みには縦台形歪みと横台形歪みとがあり、まず、前記図５（ａ）に示した第１の調整用投写映像にて、縦台形歪み補正のための角度データθ１の取得処理を行う。すなわち、マイコン２５は、第１センサー部２９Ａの出力を採用し、距離測定を調整用投写映像の最上エリアと最下エリアのそれぞれについて行い、最上エリアと最下エリア間の距離と測距値の差異から角度データθ１を算出する。

次に、マイコン２５は、ＯＳＤ回路２８による第２の調整用投写映像の描画処理を実行する。第２の調整用投写映像は、図５（ｂ）に示すように、白色縦線領域と黒色縦線領域が交互に形成されたストライプ画像である。

マイコン２５は、第２センサー部２９Ｂの出力を採用し、距離測定を調整用投写映像の最左エリアと最右エリアのそれぞれについて行い、最左エリアと最右エリア間の距離と測距値の差異から角度データθ２を算出する。

マイコン２５は、第１の角度データθ１や第２の角度データθ２に基づいて台形歪み補正を行う。前記角度と台形歪みの程度とは比例関係にあり、角度が判明すれば画像に対してどの程度の補正を施せばよいかが決定できる。例えば、映像信号処理回路２３は、マイコン２５から前記角度データを受け取り、当該角度での投写で生じると想定される台形歪みとは逆形状となる台形歪みを持たせるように入力映像データの画素補間／画素間引き処理を実行する。

ところで、投写レンズ１６にズーム機能を持たせている場合、図６に示しているように、調整用のストライプ画像がズームイン（Ｚｏｏｍ−ＩＮ）状態で投影されているときのＣＣＤラインセンサー２９ｂ上に結像される白黒画像間隔（ピッチ）と、調整用のストライプ画像がズームアウト（Ｚｏｏｍ−ＯＵＴ）状態で投影されているときのＣＣＤラインセンサー２９ｂ上に結像される白黒画像間隔（ピッチ）とは、異なったものとなる。その一方、フォーカス調整や台形歪み補正を的確に行うためには、前記ストライプ映像が撮像素子上で適正に結像されることが必要であり、このためには、ＣＣＤラインセンサー２９ｂ上に結像される白黒画像間隔が略一定であることが望ましいといえる。

そこで、例えば、予め（キャリブレーション時に）、ズームイン（ワイド端）でのＣＣＤラインセンサー２９ｂ上に結像される白黒画像間隔として、ＣＣＤラインセンサー２９ｂ上の白画像個数を検出して図示しない不揮発性メモリに記憶しておく。この個数は例えば４０個程度となるが、簡単のため、図７（ａ）に示すように、白画像個数が５個であるとする。そして、このように白画像個数が５個であるのがフォーカス調整や台形歪み補正を的確に行うために当該ＣＣＤラインセンサー２９ｂにおいて望ましい個数であるとする。

実際に投写型映像表示装置が使用される際のズーム値は不明であるが、この使用の開始時の調整用映像の投写によって、ＣＣＤラインセンサー２９ｂ上に結像される白画像の個数を検出することはできる。この白画像個数が図７（ｂ）に示すように、７個であったとする。このよう場合には、調整画像の白黒画像の間隔（ピッチ）を７／５倍して描画投写することにより、ＣＣＤラインセンサー２９ｂ上には略５個の白画像が結像されることになる。すなわち、ＣＣＤラインセンサー２９ｂ上に結像する白黒画像の間隔（ピッチ）はフォーカス調整や台形歪み補正を的確に行うために望ましいものとなる。このようなズームに対する白黒画像のピッチ描画補正を行った上で前述したフォーカス調整や台形歪み補正を行う。

なお、ズーム値の検出方法として、投写レンズ１６のズームレンズ部の位置（状態）を検出すべく、位置センサ（回転センサ）を設けたり、ズームレンズ部の駆動にステッピングモータを採用することを排除するものではない。このような方法にてズーム値そのものを検出することでも、ズーム値に対する白黒画像のピッチ描画補正を行ってフォーカス調整や台形歪み補正を的確に行うことが可能である。ただし、上述したように、キャリブレーション時の基準ズーム状態でセンサー２９にて検出されるパターンを保持しておき、このパターンと投写開始調整時のパターンとの比較でズーム値を間接的に知得する方法であれば、別個のセンサーやステッピングモータは不要となり、低コスト化が図れることになる。

なお、液晶プロジェクタ３０の出荷時にはキャリブレーションを実施するようにしている。例えば、水平に設定された台上に液晶プロジェクタ３０を配置すると共に、投写光軸に垂直となるようにスクリーンが設置された環境を設けておく。そして、第１の調整用投写映像の投写時に得られた第１の角度データθ１を第１のオフセット値（±α１）として記憶しておき、第２の調整用投写映像の投写時に得られた第２の角度データθ２を第２のオフセット値（±α２）として記憶しておく。マイコン２５は、第１の角度データθ１に対する第１のオフセット値（±α１）や第２の角度データθ２に対する第２のオフセット値（±α２）が図示しないメモリに保持されているときには、例えば角度データからオフセット値を減算することによって補正角度データを算出する。

また、上述したフォーカス調整や台形歪み補正の手法自体は何ら限定されるものではなく、どのような手法を用いても構わない。また、投写型映像表示装置として透過型の液晶プロジェクタを示したが、反射型の液晶プロジェクタでもよく、また、液晶プロジェクタに限らず、多数枚の微小鏡を駆動して光変調を行う方式の投写型映像表示装置としてもよい。また、この実施形態では、液晶プロジェクタ３０における全体制御を行うマイコン２５が上述した投写時セッティングの調整制御を行うようにしたが、センサー２９に専用のマイコンを設け、この専用マイコンにてフォーカス調整や角度データ算出等の処理を行い、前記マイコン２５が処理能力を他の処理のために割り当てることができる構成としてもよいものである。また、ＣＣＤラインセンサーに限らず、面状のＣＣＤ等を用いる構成としてもよい。また、第１の調整用映像と第２の調整用映像を別々に表示することに限定されるものではない。また、調整用映像は白黒のストライプパターンとしたが、緑黒のストライプパターンとしてもよい。

この発明の実施形態の液晶プロジェクタの光学系を示した構成図である。液晶プロジェクタの信号処理系を示したブロック図である。センサーの概略構成図である。同図（ａ）は縦台形歪みの発生の様子を示した説明図であり、同図（ｂ）は横台形歪みの発生の様子を示した説明図である。同図（ａ）はスクリーン上に映し出された第１の調整用投写映像において縦台形歪みが生じたことを示した説明図であり、同図（ｂ）はスクリーン上に映し出された第２の調整用投写映像において横台形歪みが生じたことを示した説明図である。ズームが異なるときの調整用映像の撮像素子への導かれ方を示した説明図である。ズームが異なるときの撮像素子出力を示した説明図である。

符号の説明

１光源
１６投写レンズ
２２フォーカスモータ
２３映像信号処理回路
２５マイコン（マイクロコンピュータ）
２８オンスクリーンディスプレイ回路（ＯＳＤ回路）
２９センサー
３０液晶プロジェクタ
３１，３２，３３液晶ライトバルブ

Claims

光源から出射された光を表示デバイスにて変調し、投写レンズにて映像を拡大投写する投写型映像表示装置において、調整用映像を生成して投写する手段と、投写映像を撮像する撮像手段を備えたセンサー部と、基準とするズーム状態での前記センサー部に結像する調整用映像のパターンに関する基準情報を記憶する手段と、投写開始調整時での前記センサー部に結像する調整用映像のパターンに関する情報を前記基準情報と比較することにより、前記センサー部に結像する調整用映像のパターンがズーム状態に係らず略一定となるように、生成する調整用映像のパターンを補正する手段と、前記センサー部に前記補正後の調整用映像のパターンを結像させたときのセンサー出力に基づいてフォーカス調整及び／又は台形歪み補正を行う手段とを備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。