JP2015040925A - 投射装置の画面位置調整治具及び投射装置の画面位置調整方法 - Google Patents

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Hidekazu Kodera
秀和 小寺
献一郎 大倉
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献一郎 大倉
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Abstract

【課題】投射装置に搭載される光学エンジンの画面位置調整を、高精度且つ短時間に行うことを目的としている。【解決手段】本発明の画面位置調整治具100は、光学エンジン50を保持する光学エンジン保持部10と、光学エンジン50が投射する投射像を映すスクリーン部(治具スクリーン20、スクリーン台27)と、光学エンジン保持部10とスクリーン部(治具スクリーン20、スクリーン台27)とを連結する連結部30を備え、画面位置調整治具100の光学エンジン保持部10は、エンジン筐体51を保持するエンジン筐体保持部1と、基板ユニット53を保持すると共に、エンジン筐体51に対する画像表示素子56の位置を調整する基板ユニット保持部2とを有することを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、プロジェクタやリアプロジェクション装置等の投写装置の画面位置調整治具及び画面位置調整方法に関するものである。特に、投射装置の光学エンジン部において、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micro mirror Device:DMD)等の画像表示素子とプロジェクションレンズ(PJレンズ)等の投射光学系との位置調整、投写画面の傾き、シフト補正に関する。
映像を表示する映像表示装置において、大画面化の要求から、映像光を投射レンズによって、スクリーン上に拡大投射するプロジェクタ等の投射装置が商品化、普及している。このような投射装置は、臨場感あふれる映像を多人数で視聴させる場合に有効な表示手段である。
ところで、このような投射装置は、映像光を出射する光学エンジンを含む本体部を投射対象であるスクリーンから離して配置することで、映像を拡大投射する。この場合、光学エンジンに設けられた投射レンズの位置とスクリーンとの位置に応じて適切な投射方向を設定する必要がある。投射方向が適切でない場合、映像がスクリーンからずれた位置に表示されたり、スクリーン上で映像が歪んだりすることがある。
例えば、特許文献1の投射装置は、ユーザーが投射方向の上下角度及び水平角度を調整する調整機構を備えている。特許文献1の投射装置は、光学エンジンが収納された光学エンジン収納筐体がプロジェクタ本体筐体に収納され、調整機構によって光学エンジン収納筐体の角度を調整することで、投射方向の上下角度及び水平角度を調整していた。
特表2006−106078号公報(0029段〜0035段、図1)
特許文献1の投射装置を組み込んでプロジェクタやリアプロジェクション装置等の投写装置を構成する場合には、調整機構により、光学エンジン収納筐体を回動させることにより、画面傾きを調整することはできるものの、画面位置ズレ(シフト)に関しては調整することはできない。また、特許文献1の投射装置は、光学エンジン自体を調整機構により調整しているため、大掛かりな調整機構が必要であるという問題があった。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高精度な画面位置調整が必要とされる投射装置に搭載される光学エンジンの画面位置調整を、高精度且つ短時間に行うことのできる、画面位置調整治具及び画面位置調整方法を得ることを目的とする。
本発明の投射装置の画面位置調整治具は、光源と、画像表示素子が固定された基板ユニットと、光源からの光を画像表示素子に集光する照明光学系と、画像表示素子からの反射光をスクリーンに拡大投射するPJレンズを含む投射光学系と、光源、基板ユニット、照明光学系、投射光学系を保持するエンジン筐体とを備えた光学エンジンがスクリーンに投
射する映像の画面位置を調整する際に用いる投射装置の画面位置調整治具であって、光学エンジンを保持する光学エンジン保持部と、光学エンジンが投射する投射像を映すスクリーン部と、光学エンジン保持部とスクリーン部とを連結する連結部を備え、光学エンジン保持部は、エンジン筐体を保持するエンジン筐体保持部と、基板ユニットを保持すると共に、エンジン筐体に対する画像表示素子の位置を調整する基板ユニット保持部とを有することを特徴とする。
本発明の投射装置の画面位置調整治具によれば、光学エンジン保持部が基板ユニットを保持すると共に、エンジン筐体に対する画像表示素子の位置を調整する基板ユニット保持部を有するので、投射装置に搭載される光学エンジンの画面位置調整を、高精度且つ短時間に行うことができる。
本発明の実施の形態1による画面位置調整治具を示す図である。 光学エンジンの構成を示す図である。 図1の画面位置調整治具に光学エンジンを搭載した図である。 図3における光学エンジンを搭載した搭載部の拡大図である。 図1の光学エンジン保持部を示す図である。 図5の基板ユニット保持部を示す図である。 画面位置調整方法を説明する図である。 図7を上から見た図である。 画面位置調整方法を説明する図である。 図9を上から見た図である。 フォーカス調整治具を示す図である。 図11の鳥瞰図である。 本発明の実施の形態2による画面位置調整治具を示す図である。
以下に、本発明に係る投射装置の画面位置調治具及び画面位置調整方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による画面位置調整治具を示す図である。図2は光学エンジンの構成を示す図であり、図3は図1の画面位置調整治具に光学エンジンを搭載した図である。図4は図3における光学エンジンを搭載した搭載部の拡大図である。図5は図1の光学エンジン保持部を示す図であり、図6は図5の基板ユニット保持部を示す図である。画面位置調整治具100は、光学エンジン50を保持する光学エンジン保持部10と、スクリーン台27と、治具スクリーン20と、治具スクリーン20を固定するスクリーン台27と光学エンジン保持部10を連結する連結部30を備える。治具スクリーン20とスクリーン台27は、スクリーン部を構成する。
画面位置調整を実行する対象である光学エンジン50を、図2を用いて説明する。光学エンジン50は、ランプ等の光源52と、信号処理された映像情報を表示するデジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device:DMD)等の画像表示素子56(図10参照)が搭載された基板ユニット53と、光源52からの光を画像表示素子56に集光する照明光学系54と、画像表示素子56からの反射光を、拡大投写するPJレンズ55等の投射光学系と、これらを保持するエンジン筐体51及びカバー58から構成されている。ここで、光源52、照明光学系54、PJレンズ55、基板ユニット53は、エンジン筐体51に搭載され、エンジン筐体51によって保持されている。画像表示素子5
6は、基板ユニット53に固定されている。
投射装置における画面位置精度及びフォーカス精度は、主には、光学エンジン50のPJレンズ55に対する基板ユニット53に設けられた画像表示素子56との相対位置関係により決定される。投射装置の画面サイズは、投写距離により変化するが、通常、PJレンズ55により、画像表示素子56に写された像が、100倍以上に拡大投射される。このため、例えば、投射画面上で±5mm以内に画面位置を調整しなければならない場合、画像表示素子56では、±0.05mm以内と高精度に、位置調整する必要がある。
光学エンジン50の画面位置調整及びフォーカス調整について説明する。まず、光学エンジン50のフォーカス調整を実施する。フォーカス調整は、図11、図12に示すフォーカス調整治具500を用いて行う。図11はフォーカス調整治具を示す図であり、図12は図11の鳥瞰図である。フォーカス調整治具500は、各目標の画面サイズを示すサイズマーク505a、505b、505c、505d、505eが描画された治具スクリーン501と、光学エンジン50を保持する光学エンジン保持部502と、それらをつなぐ架台部503から構成され、架台部503には治具スクリーン501に対して、焦点調整の目標とする設定距離に合わせて、自在に位置を変更可能なように、スライドレール504が設けてある。
フォーカス調整は、PJレンズ55と画像表示素子56の距離の相対位置関係を調整する作業となる。まず、フォーカス調整治具500の光学エンジン保持部502に、カバー58を外した光学エンジン50を設置し、光学エンジン保持部502をスライドレール504で移動させて焦点調整の目標とする距離を設定する。次に、光学エンジン50からの像を治具スクリーン501に投写させ、PJレンズ55の位置を、画像表示素子56に対して、前後方向に調整する。治具スクリーン501上に投影された像を見ながら、フォーカス位置を合わせ、調整完了後、位置固定する。なお、図11、図12には、光学エンジン50から治具スクリーン501に向けて出力された映像光線25a、25b、25c、25d、25e、25f、25g、25h、25iを記載した。
フォーカス調整後に、画像表示素子56の位置をPJレンズ55に対して調整し、画面位置及び歪調整を実施する。ここで、フォーカス調整治具500にて、画像表示素子56の位置を調整することも可能であるが、画像表示素子56の位置、すなわち、基板ユニット53にアクセスすることが困難であり、画面歪及び画面位置の調整は、画面位置調整治具100を用いて実施する。
画面位置調整治具100では、基板ユニット53が水平に設置できるようにしており、その関係上、治具スクリーン20は、図1に示すように、傾けて設置される。なお、フォーカス調整の際には、治具スクリーン501の目標画面サイズ(サイズマーク505a〜505e)に合わせて投射距離を変更したが、画面位置調整では、PJレンズ55が同じであれば、実際に使用する画面サイズによらず、投写距離は一定とし、画面位置調整を実施することが可能である。
ここで、治具スクリーン20上には、図3に示すように複数の目印(ケガキ線)21a、21b、21c、21dが描画されており、この目印21a、21b、21c、21dに合うように、画面位置を調整する。
また、画面位置調整治具100の光学エンジン保持部10は、図5に示すように、エンジン筐体保持部1と、基板ユニット保持部2から構成されている。図4に示すように、エンジン筐体保持部1は、エンジン筐体51を把持しており、基板ユニット保持部2は、基板ユニット53を把持している。図6に示すように、基板ユニット保持部2は、基板ユニット53を把持する把持機構3と、エンジン筐体51に保持されたPJレンズ55に対して、画像表示素子56の中心を基準に基板ユニット53を回動するように設けられた回動調整機構5と、基板ユニット53が回動する回動軸に垂直な面内で、基板ユニット53の位置調整を行うように設けられた二軸ステージ6と、基板ユニット53を空冷するファン7とを備える。把持機構3は、爪4a、爪4bを有する。回動調整機構5は、画像表示素子56の回転角度を調整する調整つまみ61を有する。二軸ステージ6は、画像表示素子56のX方向の位置を調整する調整つまみ63と、画像表示素子56のY方向の位置を調整する調整つまみ62を有する。
次に、画面位置調整方法を用いて説明する。まず、図7、図8に示すように、カバー58を外した光学エンジン50を、画面位置調整治具100の光学エンジン保持部10に設置する(光学エンジン設置工程)。図7、図8は基板ユニット53を基板ユニット保持部2に取り付ける前の状態を示している。ここで、エンジン筐体51を光学エンジン保持部10のエンジン筐体保持部1に設置する。エンジン筐体51は、エンジン筐体保持部1上の位置決め穴(図示せず)に嵌合して設置され、図示しないトグルクランプ等のクランパにより位置固定される。次に、基板ユニット53は、エンジン筐体51に対して、フォーカス調整治具500で調整されたフォーカス性能を保ち、かつ位置調整できるように、基板ユニット53をエンジン筐体51に対して、複数のねじ穴60に挿入するねじにより規定の仮トルクにて、仮固定しておく(仮固定工程)。なお、図7、図8において、PJレンズ55、光源52は省略した。
図9、図10に示すように、上記状態を保ったまま、基板ユニット保持部2を移動させて、基板ユニット53を画面位置調整治具100上の基板ユニット保持部2に設けられた把持機構3により、把持する(基板ユニット把持工程)。この際、二軸ステージ6の調整つまみ62、63を使用して、把持機構3を基板ユニット53の端まで移動させる。図9、図10は基板ユニット53を基板ユニット保持部2に取り付けた後の状態を示している。ここで、基板ユニット53を把持した状態にて、治具スクリーン20上の目印(ケガキ線)21a、21b、21c、21d、もしくはターゲットマーク(図示せず)に対する、投射像の傾きずれを検出し、投射像の傾きずれがなくなるよう、回動調整機構5を動かし、基板ユニット53を、すなわち画像表示素子56を図10の回動調整方向66のように回動させて位置調整する(回動調整工程)。基板ユニット53が回動する回動軸は、画像表示素子56がPJレンズ55に向けて出射する出射中心の近傍であることが望ましい。なお、図9、図10において、PJレンズ55、光源52は省略した。
基板ユニット53は、画像表示素子56や他の素子が実装される基板57と、基板ユニットカバー59を有する。図7、図8では、基板ユニットカバー59が付いた状態を示した。図9、図10では、画像表示素子56が見えるように基板ユニットカバー59を省略した。
図3には、光学エンジン50から出力された映像光線25a、25b、25cと、描画線26を示した。画面傾き調整において、画像表示素子56が、図10の回動調整方向66における上側に回転すると、図3における治具スクリーン20の左端側に投射された画像が、反時計周りに回転する。逆に、画像表示素子56が図10の回動調整方向66における下側に回転すると、図3における治具スクリーン20に投射された画像が時計周りに回転する。
ここで、画面傾き調整にあたっては、画面の動きに対して、傾きの感度が最も厳しい一箇所で検出し、その箇所を基準線に合わせるようにする。具体的には、例えば、図3に示すように、シフト投射の影響で、PJレンズ55の中心に対して、PJレンズ55の上側から投射される像と、PJレンズ55の下側から投射される像とで出射光の傾き角が異なる場合、投射角が大きいレンズ上側からの像(今回の治具スクリーン20に投影されるものでは下側)を検出して、回動調整機構5を動かし、傾き調整を実施する。
画面傾き調整の後に、画面位置のシフト調整を行う(シフト調整工程)。シフト調整工程では、二軸ステージ6を動かし、図10のX並進調整方向64やY並進調整方向65のように調整し、投射像の中心が、治具スクリーン20上に描かれた中心にくるように、画面位置を調整する。
最後に、上記回動調整工程及びシフト調整工程にて、画面傾き及び画面位置を調整後に、基板ユニット53をエンジン筐体51に対して、複数のねじ穴60に挿入するねじにより規定のトルクにて、完全に固定する(最終固定工程)。
なお、回動調整機構5及び二軸ステージ6としては、手動操作のものであっても、自動ステージであってもいずれでもよい。
実施の形態1の投射装置の画面位置調整治具100は、光学エンジン50の画面位置調整工程において、光学エンジン50の画面位置を調整する治具であり、具体的には、光学エンジン50のPJレンズ55が搭載されたエンジン筐体51に対して、光学エンジン50のDMD等の画像表示素子56を位置合わせする治具である。画面位置調整治具100は、光学エンジン50のPJレンズ55が搭載されたエンジン筐体51を保持するエンジン筐体保持部1と、光学エンジン50のDMD等の画像表示素子56が搭載された基板ユニット53を保持する基板ユニット保持部2とを有する光学エンジン保持部10と、投射像を映し出すスクリーン部である治具スクリーン20及びスクリーン台27と、それらを連結する連結部30を備える。基板ユニット53を保持する基板ユニット保持部2は、基板ユニット53を把持する把持機構3と、画像表示素子56を中心に回動する回動調整機構5と、基板ユニット53を上下左右(図10におけるY方向及びX方向)に調整可能な二軸ステージ6とを備える。画面位置調整治具100は、基板ユニット保持部2の回動調整機構5と二軸ステージ6にて、エンジン筐体51に対する基板ユニット53の位置を調整することで、画面傾き調整及び画面位置調整(シフト調整)をそれぞれ独立して調整できるため、光学エンジン50の画面位置調整作業を短時間でかつ精度よく実施することができる。
エンジン筐体51に対する基板ユニット53の位置が調整された光学エンジン50は、投射装置に搭載される。エンジン筐体51は、投射装置の光学エンジン搭載部に設けられた位置決め穴(図示せず)に嵌合して設置される。
本発明の投射装置の画面調整方法は、フォーカス調整工程と画面位置調整工程とからなり、フォーカス調整工程にて、フォーカス調整治具500を用いて光学エンジン50と治具スクリーン501との距離を実際の投射距離に設定してフォーカス調整を行い、画面位置調整工程にて、画面位置調整治具100を用いて、治具スクリーン20に対する投射距離が固定された光学エンジン50のエンジン筐体51に対して、画像表示素子56の位置を合わせすることにより画面位置を調整する。
実施の形態1の画面位置調整方法は、上記画面位置調整工程であり、光学エンジン50からの投射像をスクリーン(治具スクリーン20)にて確認しながら、基板ユニット保持部2に保持された基板ユニット53の画像表示素子56を回動調整機構5と二軸ステージ6を動かして画面位置を調整する。
本発明の投射装置の画面調整方法は、フォーカス調整工程と画面位置調整工程とに分割し、画面位置調整工程では、投射距離を固定した画面位置調整治具100を用いて光学エ
ンジン50の画面位置を調整することで、短時間での画面位置調整が可能となる。投射装置に搭載される光学エンジン50の画面位置調整を短時間で行えるので、投射装置の調整を含む組み立て時間を短縮することができる。また、画面位置調整工程で、基板ユニット保持部2の回動調整機構5と二軸ステージ6にて位置調整することで、画面傾き調整だけでなく、画面位置調整(シフト調整)もそれぞれ独立して調整できるため、画面位置調整作業を高精度にかつ生産性よく行うことができる。
実施の形態1の画面位置調整治具100は、光学エンジン50におけるエンジン筐体51と基板ユニット53との位置を調整する治具であり、基板ユニット保持部2の回動調整機構5と二軸ステージ6にて位置調整することで、画面傾き調整だけでなく、画面位置調整(シフト調整)もそれぞれ独立して調整できるため、画面位置調整作業を高精度かつ生産性よく実施することができる。
以上のように、実施の形態1の画面位置調整治具100は、光源52と、画像表示素子56が固定された基板ユニット53と、光源52からの光を画像表示素子56に集光する照明光学系54と、画像表示素子56からの反射光をスクリーンに拡大投射するPJレンズ55を含む投射光学系と、光源52、基板ユニット53、照明光学系54、投射光学系を保持するエンジン筐体51とを備えた光学エンジン50がスクリーンに投射する映像の画面位置を調整する際に用いる投射装置の画面位置調整治具であって、光学エンジン50を保持する光学エンジン保持部10と、光学エンジン50が投射する投射像を映すスクリーン部(治具スクリーン20、スクリーン台27)と、光学エンジン保持部10とスクリーン部(治具スクリーン20、スクリーン台27)とを連結する連結部30を備える。画面位置調整治具100の光学エンジン保持部10は、エンジン筐体51を保持するエンジン筐体保持部1と、基板ユニット53を保持すると共に、エンジン筐体51に対する画像表示素子56の位置を調整する基板ユニット保持部2とを有することを特徴とするので、投射装置に搭載される光学エンジン50の画面位置調整を、高精度且つ短時間に行うことができる。
実施の形態1の投射装置の画面調整方法は、光源52と、画像表示素子56が固定された基板ユニット53と、光源52からの光を画像表示素子56に集光する照明光学系54と、画像表示素子56からの反射光をスクリーンに拡大投射するPJレンズ55を含む投射光学系と、光源52、基板ユニット53、照明光学系54、投射光学系を保持するエンジン筐体51とを備えた光学エンジン50がスクリーンに投射する映像の画面位置を調整する投射装置の画面位置調整方法であって、光学エンジン50が投射する投射像を映すスクリーン部(治具スクリーン20、スクリーン台27)を備え、光学エンジン50を保持すると共に、エンジン筐体51に対する画像表示素子56の位置を調整する画面位置調整治具100に、光学エンジン50を設置する光学エンジン設置工程と、画面位置調整治具100に設置された光学エンジン50における基板ユニット53を把持する基板ユニット把持工程と、画面位置調整治具100に把持された状態で、スクリーン部(治具スクリーン20、スクリーン台27)に投射される投射像の傾きを調整するように、画像表示素子56を中心に基板ユニット53を回動する回動調整工程と、画面位置調整治具100に把持された状態で、スクリーン部(治具スクリーン20、スクリーン台27)に投射される投射像の中心がスクリーン部(治具スクリーン20、スクリーン台27)の中心にくるように、基板ユニット53が回動する回動軸に垂直な面内で基板ユニット53を移動するシフト調整工程と、を含むことを特徴とするので、投射装置に搭載される光学エンジン50の画面位置調整を、高精度且つ短時間に行うことができる。
実施の形態2.
図13は、本発明の実施の形態2による画面位置調整治具を示す図である。実施の形態2の画面位置調整治具100は、実施の形態1の画面位置調整治具100とは、治具スクリーン20を固定するスクリーン台27及び光学エンジン保持部10が架台(定盤)40に設置された点で異なる。架台40は、実施の形態1の連結部30に相当する。このように、架台40を用いて、光学エンジン保持部10と治具スクリーン20を固定するスクリーン台27を連結させても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1…エンジン筐体保持部、2…基板ユニット保持部、3…把持機構、5…回動調整機構、6…二軸ステージ、10…光学エンジン保持部、20…治具スクリーン、27…スクリーン台、30…連結部、50…光学エンジン、51…エンジン筐体、52…光源、53…基板ユニット、54…照明光学系、55…PJレンズ、56…画像表示素子、100…画面位置調整治具。

Claims (3)

  1. 投射装置に搭載される光学エンジンがスクリーンに投射する映像の画面位置を調整する際に用いる投射装置の画面位置調整治具であって、
    前記光学エンジンは、光源と、画像表示素子が固定された基板ユニットと、前記光源からの光を前記画像表示素子に集光する照明光学系と、前記画像表示素子からの反射光を前記スクリーンに拡大投射するPJレンズを含む投射光学系と、前記光源、前記基板ユニット、前記照明光学系、前記投射光学系を保持するエンジン筐体とを備え、
    当該画面位置調整治具は、前記光学エンジンを保持する光学エンジン保持部と、前記光学エンジンが投射する投射像を映すスクリーン部と、前記光学エンジン保持部と前記スクリーン部とを連結する連結部を備え、
    前記光学エンジン保持部は、前記エンジン筐体を保持するエンジン筐体保持部と、前記基板ユニットを保持すると共に、前記エンジン筐体に対する前記画像表示素子の位置を調整する基板ユニット保持部とを有することを特徴とする投射装置の画面位置調整治具。
  2. 前記基板ユニット保持部は、
    前記基板ユニットを把持する把持機構と、前記画像表示素子を中心に前記基板ユニットを回動する回動調整機構と、前記回動調整機構が回動する回転軸に垂直な面内で前記基板ユニットを移動する二軸ステージとを有することを特徴とする請求項1記載の投射装置の画面位置調整治具。
  3. 投射装置に搭載される光学エンジンがスクリーンに投射する映像の画面位置を調整する投射装置の画面位置調整方法であって、
    前記光学エンジンは、光源と、画像表示素子が固定された基板ユニットと、前記光源からの光を前記画像表示素子に集光する照明光学系と、前記画像表示素子からの反射光を前記スクリーンに拡大投射するPJレンズを含む投射光学系と、前記光源、前記基板ユニット、前記照明光学系、前記投射光学系を保持するエンジン筐体とを備え、
    前記光学エンジンが投射する投射像を映すスクリーン部を備え、前記光学エンジンを保持すると共に、前記エンジン筐体に対する前記画像表示素子の位置を調整する画面位置調整治具に、前記光学エンジンを設置する光学エンジン設置工程と、
    前記画面位置調整治具に設置された前記光学エンジンにおける前記基板ユニットを把持する基板ユニット把持工程と、
    前記画面位置調整治具に把持された状態で、前記スクリーン部に投射される投射像の傾きを調整するように、前記画像表示素子を中心に前記基板ユニットを回動する回動調整工程と、
    前記画面位置調整治具に把持された状態で、前記スクリーン部に投射される投射像の中心が前記スクリーン部の中心にくるように、前記基板ユニットが回動する回動軸に垂直な面内で前記基板ユニットを移動するシフト調整工程と、を含むことを特徴とする投射装置の画面位置調整方法。
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