JP5473543B2

JP5473543B2 - 画像表示装置

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Publication number: JP5473543B2
Application number: JP2009253850A
Authority: JP
Inventors: 三郎菅原
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Priority date: 2009-11-05
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Publication date: 2014-04-16
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Description

本発明は、投射型の画像表示装置に関し、画像表示素子で表示された画像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に好適なものである。

投射型の画像表示装置としてのプロジェクタでは、例えばライトバルブ（画像表示素子）上に表示されたパソコン・ビデオなどの画像を投射レンズによってスクリーン上に大画面で拡大投射する。近年、パソコンやＴＶの高解像化に伴い、プロジェクタの高解像化及び高画質化が要望されている。プロジェクタの設置時に投射レンズの光軸がスクリーンと交わる角度を正確に垂直に調整しないと、投射時に歪がなく高解像な投影像を得ることができなくなる。

またプロジェクタにおいて、電気的なキーストン補正（台形歪の補正）では信号の解像度変換を行うため、部分的に１本の線が２重になったりして解像度が低下してくる。このため高解像でかつ歪のない高画質の投射像（スクリーン像）を得るためには、投射レンズの光軸とスクリーンの法線を正確に平行に調整し、電気的なキーストン（台形歪み）補正を行わないで投影を行うことが必要となってくる。従来より、投射レンズの光軸とスクリーンが垂直となるようにした、調整手段を有するプロジェクタが知られている（特許文献１〜３）。

特許文献１のプロジェクタでは、縦に並んだ複数の点までの距離を検出する測距装置と、横に並んだ複数の点までの距離を検出し、その検出結果から得られた距離情報に基づいて投射レンズとスクリーンの傾きを自動的に検出している。特許文献２のプロジェクタの光軸調整装置では、スクリーンの拡散特性から、プロジェクタからスクリーンに垂直に入射したときのスクリーンからの戻り光が最大になる特性を利用して、スクリーンとプロジェクタの光軸の調整を行っている。特許文献３のプロジェクタ装置では、プロジェクタの壁に対する傾き角度を検出するために２つの測距センサを同一方向に向けて配置し、それらの測距センサの距離情報の差から傾き角度を算出している。

特開２００４−１９１２２１号公報特開２００１−１２５１９２号公報特開２００７−１０１８３６号公報

特許文献１のプロジェクタにおける測距装置は、一対の正レンズと、１次元ラインセンサを使用し、複数の距離情報からスクリーンの傾きを検出している。このときのスクリーンの傾きを求める演算が複雑になる傾向があった。特許文献２では、拡散特性が強く、完全拡散に近いスクリーンを使用した場合、調整精度が極端に低くなってしまい正確な調整が困難になる傾向があった。特許文献３では、２つの測距センサが同一方向を向いているため傾きに対する２つの測距センサの距離情報の差が小さくなり、僅かな傾きしか検出できなくなる傾向があった。

本発明は、簡単な構成で、投射レンズの光軸と、スクリーンの法線との傾きを精度よく検出し、調整者にわかりやすく傾き情報を伝達することができる画像表示装置の提供を目的とする。この他本発明は、投射レンズの光軸とスクリーンの法線との傾き情報を検出し、得られた傾き情報から自動的に傾き調整を行うことができる画像表装置の提供を目的とする。

本発明の画像表示装置は、画像表示素子と、該画像表示素子により表示された画像をスクリーン上に投射する投射レンズと、該スクリーン上あるいは該スクリーンと同一平面上であって、該投射レンズの光軸と直交する第１方向で該投射レンズの光軸を挟んだ２つの測距点と、該投射レンズの光軸と直交し、該第１方向と直交する第２方向において、前記２つの測距点とは位置が異なる１つの測距点を含む少なくとも３つの測距点の距離情報を各々検出する少なくとも３つの距離測定手段とを備えた画像表示装置であって、該３つの距離測定手段の光軸は、該投射レンズの光軸に対して、同じ角度だけ互いに異なる方向に傾けて配置されていることを特徴とする。
また、本発明の異なる画像表示装置は、画像表示素子と、該画像表示素子により表示された画像をスクリーン上に投射する投射レンズと、該スクリーン上あるいは該スクリーンと同一平面上であって、該投射レンズの光軸と直交する第１方向で該投射レンズの光軸を挟んだ２つの測距点と、該投射レンズの光軸と直交し、該第１方向と直交する第２方向において、前記２つの測距点とは位置が異なる１つの測距点を含む少なくとも３つの測距点の距離情報を各々検出する少なくとも３つの距離測定手段と、を備えた画像表示装置であって、該３つの距離測定手段から得られる３点の距離情報から、該投射レンズの光軸と該スクリーンの法線との傾き角度を算出する演算手段とを備え、該３つの距離測定手段の光軸は、各々該投射レンズの光軸に対して、同じ角度だけ互いに異なる方向に傾けて配置されていることを特徴とする。
また、本発明の異なる画像表示装置は、画像表示素子と、該画像表示素子により表示された画像をスクリーン上に投射する投射レンズと、該スクリーン上あるいは該スクリーンと同一平面上であって、該投射レンズの光軸と直交する第１方向で該投射レンズの光軸を挟んだ２つの測距点と、該投射レンズの光軸と直交し、該第１方向と直交する第２方向において、前記２つの測距点とは位置が異なる１つの測距点を含む３つの測距点の距離情報を各々検出する３つの距離測定手段と、を備えた画像表示装置であって、前記３つの測距点のうち１つの測距点は残りの２つの測距点を結ぶ直線とは異なる位置となるように、前記３つの距離測定手段の光軸夫々が前記投射レンズの光軸に対して互いに異なる方向に傾けられており、前記３つの距離測定手段の光軸を前記投射レンズの光軸に対して平行にした場合の３つの測距点間の距離に比べて、前記３つの測距点間の距離が長くなるように、前記距離測定手段が配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、投射レンズの光軸と、スクリーンの法線との傾きを精度よく検出し、調整者にわかりやすく傾き情報を伝達することができる画像表示装置が得られる。

本発明の実施例１のスクリーンと投影パターンと測距点の斜視図本発明の実施例１の上面図本発明の実施例１の側面図本発明の実施例１の正面図本発明の実施例１の測距装置の構成図本発明の実施例１の測距装置の他の構成図本発明の実施例１の上面図（回路ブロック図）本発明の実施例１の上面図(回路ブロック図) 本発明の実施例２の正面図本発明の実施例３の正面図本発明の実施例２、３の上面図(回路ブロック図) 本発明に係るシフト機構の説明図

本発明の投射型の画像表示装置は、液晶パネル等の画像表示素子に表示された画像を投射レンズでスクリーン上に投射する。このときスクリーン上あるいはスクリーンと同一平面上であって、投射レンズの光軸と直交する第１方向（水平方向、左右方向）で投射レンズの光軸を挟んだ２点を測距点とする。更に、投射レンズの光軸と直交し、第１方向と直交する第２方向（垂直方向、上下方向）の１点の少なくとも３点を測距点とする。そして各測距装置からこの測距点までの距離情報を少なくとも３つの測距装置（距離測定手段、測距手段）で測定する。尚、３つの測距点のうち１つの測距点は、残りの２つの測距点を結ぶ直線とは異なる位置に存在する。

このとき各測距装置の光軸は、各々投射レンズの光軸に対して、同じ角度だけ異なる方向に傾けて配置されている。そして各測距装置で得られる距離情報を表示手段（表示部）に表示する。表示される情報は距離に限られず、各測距装置から得られる距離情報から、投射レンズの光軸とスクリーンの法線との傾き角度（角度情報）を演算手段（角度検出手段）で算出する。そして演算手段から出力された傾き角度を表示手段に表示しても良い。尚、第１方向を垂直方向、第２方向を水平方向として扱っても良い。

［実施例１］
図１は、投射型の画像表示装置において、スクリーンＳＣ上の異なる３点から測距装置までの距離を３つの受動型の測距装置で測定する場合のスクリーンＳＣ上の投影パターンＩＭＷと、スクリーンＳＣ上の３つの測距点を示した説明図である。まず、受動型の測距装置による測距を行うために、スクリーンＳＣ上には、投射レンズにより、３つの測距点を検出するための投影パターンが投射される。本実施例では、図１に示した白色の投影パターンＩＭＷと黒色の投影パターンＩＭＢが投射される。黒色の投影パターンＩＭＢは、投射レンズの光軸ＣＬとスクリーンＳＣの交点ＤからスクリーンＳＣの上方向（第２方向）に引いた線分ＣＬＶの第１方向であって、紙面上右側に形成されている。投影パターンの投影時には、スクリーンＳＣ上のズーミングによる不動点を投射レンズの光軸ＣＬとスクリーンＳＣ上の交点に一致させて投影を行う。スクリーン上の異なる３点の測距位置は、投射レンズの光軸ＣＬとスクリーンＳＣ上の交点Ｄから等距離な、上方向、右方向、左方向に設定されている。図１においてはＡ、Ｂ、Ｃが測距点となる。尚、実施例１においては、図１に示したような測距点検出パターン（エッジ検出パターン）としたが、これに限られず、第１方向、第２方向において３点が検出可能なパターンであれば良い。

そして３つの測距装置の光軸は投射レンズの光軸ＣＬに対して、それぞれ同じ角度だけ異なる方向に傾けて配置されている。具体的に、スクリーンＳＣに向かって、上方向、右方向、左方向にある３つの測距装置をそれぞれＤＳＵ、ＤＳＲ、ＤＳＬとする。３つの測距装置の光軸をＤＳＲＣＬ、ＤＳＬＣＬ、ＤＳＵＣＬとすると、それぞれの光軸は、投射レンズの光軸ＣＬ上の１点Ｆから、スクリーンＳＣ上の３点、Ａ、Ｂ、Ｃに向かうよう配置されている。即ち、３つの測距装置の光軸は投射レンズの光軸上の一点で交差する。各測距装置の光軸上の一点で交わるように測距装置を配置することで、スクリーンＳＣと投射レンズの光軸ＣＬが垂直な場合、３つの測距装置ＤＳＲ、ＤＳＬ、ＤＳＵの基準位置（測距装置の第１レンズ面）から各測距点までの距離を同一値になる。３つの測距装置の光軸は投射レンズの光軸ＣＬに対して７度以上傾いている。

ここで、３つの測距装置ＤＳＲ、ＤＳＬ、ＤＳＵの光軸ＤＳＲＣＬ、ＤＳＬＣＬ、ＤＳＵＣＬが交差する点Ｆを投射レンズの射出瞳の位置ＥよりもスクリーンＳＣから遠い位置になるよう、各測距装置を配置している。これは、画像表示装置の最短投影距離において、点（測距点）Ａ、Ｂ、Ｃが投射範囲の内側に位置するようにするためである。こうすることで測距点は必ず投射画面の内側に位置することになり、投影距離が変化しても測距が可能である。

以上のように配置された３つの測距装置ＤＳＲ、ＤＳＬ、ＤＳＵからの距離情報を表示手段に直接表示するだけで、画像表示装置の傾き調整を容易に行うことが可能となる。つまり、表示部に表示された３つの距離情報それぞれを一致させるよう上下方向および左右回転方向の傾きを調整手段で調整するだけで良い。よって、３つの距離情報から複雑な演算を行わなくとも、投射レンズの光軸ＣＬと、スクリーンＳＣの法線を平行に調整できるため演算回路が簡素化できる。

本発明のその他の効果として、図１のように測距装置の光軸を投射レンズの光軸ＣＬに対してそれぞれ別方向に傾けて配置している。そして、測距装置の光軸を傾けずに配置する場合に比べ、スクリーンＳＣ上の光軸ＣＬから、より離れた３点Ａ、Ｂ、Ｃの距離情報を測定している。これにより、スクリーンＳＣの法線と投射レンズの光軸ＣＬとの傾きを高精度に検出することができる。

本発明のその他の効果として、受動型の測距装置を使用する場合、図１のようなエッジが検出可能な投影パターンＩＭＷ、ＩＭＢを投影することで、簡単なパターンでありながらズーミングによる測距誤差の発生が少ない精度の高い測距が可能となる。なぜなら、ズーミングにより投影像は、投射レンズの光軸ＣＬを中心として大きさが変化するが、測距装置のレンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）が配列されている方向と垂直な方向の白黒エッジパターンのエッジ位置は変化しないからである。

図２は、本発明の投射型の画像表示装置の実施例１の上面図（水平断面図）である。画像表示素子としての液晶パネルＩＭＰにより表示された画像を投射レンズ投射ＰＪＬを介してスクリーンＳＣ上に投影している状態を示している。投射レンズＰＪＬの射出瞳位置Ｅから、スクリーンＳＣ上で左右方向の点Ｊから点Ｈの範囲（投射範囲の第１方向）に図１の投影パターンが投影されている。投影像の右側（片側）下端の測距点Ｃに向けて、測距装置ＤＳＲの光軸ＤＳＲＣＬは投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬに対して角度ＱＲ（１０°）だけ傾けて配置されている。

投影像の左側（片側）下端の測距点Ｂに向けて、測距装置ＤＳＬの光軸ＤＳＬＣＬは投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬに対して角度ＱＬ(１０°)だけ傾けて配置されている。光軸ＤＳＲＣＬと光軸ＤＳＬＣＬは投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬ上の１点（光軸上の１点）である点Ｆで交差している。画像表示装置の筐体ＰＪＢの下部は、該筐体ＰＪＢを水平方向に回動可能な支持足ＬＥＧＲを有する。更に該筐体ＰＪＢを水平方向に回動可能でかつ上下方向にも移動可能な支持足（移動手段）ＬＥＧＬ、該筐体ＰＪＢを水平方向には固定し、上下方向（第２方向）に移動可能な支持足（調整手段）ＬＥＧＣを有する。支持足ＬＥＧＣの長さを調整手段により変化させることにより、上下方向の傾きを変化させることができる。支持足ＬＥＧＣを中心として、紙面と水平方向に筐体ＰＪＢを回転することにより左右方向の傾きを調整できる。

図３は、本発明の画像表示装置の実施例１の側面図（垂直断面図）である。液晶パネルＩＭＰにより表示された画像を投射レンズＰＪＬを介してスクリーンＳＣ上に投影している状態を示している。投射レンズＰＪＬの射出瞳位置Ｅから、スクリーンＳＣ上の点Ｄから点Ｇの範囲に図１に示す投影パターンＩＭＷ、ＩＭＢが投影されている。投射レンズＰＪＬの上方に配置される測距装置ＤＳＵの光軸ＤＳＵＣＬは、スクリーンＳＣ上の点Ａに向けて投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬに対して角度ＱＣ（１０°）だけ傾けて配置されている。光軸ＤＳＵＣＬは投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬ上の点Ｆで投射レンズの光軸CLと交差している。投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬ上の点Ｆから同じ角度だけ、上方向、右方向、左方向に測距装置ＤＳＲ、ＤＳＬ、ＤＳＵを、その光軸ＤＳＲＣＬ、ＤＳＬＣＬ、ＤＳＵＣＬが傾くように配置している。これにより、投射レンズＰＪＬからスクリーンＳＣまでの距離が変化しても誤差の小さい距離情報が得られる。

図２、図３において、投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬと測距装置ＤＳＲ、ＤＳＬ、ＤＳＵの光軸ＤＳＲＣＬ、ＤＳＬＣＬ、ＤＳＵＣＬは互いに異なる方向で同じ角度だけ傾けてあるので、
ＱＲ＝ＱＬ＝ＱＣ
となる。また投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬと、スクリーンＳＣの法線の左右方向の傾きを求める場合には以下の式で求められる。スクリーンＳＣの右側の点Ｃの距離情報をＤＲ、スクリーンＳＣの左側の点Ｂの距離情報をＤＬ、測距装置の光軸と投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬの傾き角度をＱ（ＱＲ、ＱＬ）、右側と左側の測距装置の間隔をＬＡとする。このとき、図２に示した投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬとスクリーンＳＣの左右方向の傾き角度ＱＳＲＬは、以下の式で求められる。

ＱＳＲＬ＝ｔａｎ^−１（（ＤＲ−ＤＬ）・ｃｏｓＱ）／（ＬＡ＋（ＤＬ＋ＤＲ）・ｓｉｎＱ））
また投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬと、スクリーンＳＣの法線の上下方向の傾きを求める場合には以下の式で求められる。スクリーンＳＣ上側の点Ａの距離情報をＤＵ、スクリーンＳＣの右側の点Ｃの距離情報をＤＲ、スクリーンＳＣの左側の点Ｂの距離情報をＤＬとする。測距装置の光軸と投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬの傾き角度をＱ（ＱＣ）、上側の測距装置ＤＳＵと投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬとの間隔をＬＢとする。このとき、図３に示した、投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬとスクリーンＳＣの上下方向の傾き角度ＱＳＵＤは以下の式で求められる。

ＱＳＵＤ＝ｔａｎ^−１（（ＤＵ−（ＤＲ＋ＤＬ）／２）・ｃｏｓＱ／（ＬＢ＋ＤＵ・ｓｉｎＱ））
図４は本発明の画像表示装置の実施例１の正面図である。投射レンズＰＪＬは図面上構成を省略しているが、液晶パネルＩＭＰに対して投射レンズＰＪＬの光軸に垂直な方向における紙面上において上下左右方向に移動可能とするシフト機構を有している。このシフト機構については後述する。画像表示装置の筐体ＰＪＢ内における投射レンズＰＪＬの上側には測距装置ＤＳＵが、紙面右側には測距装置ＤＳＬが、紙面左側には測距装置ＤＳＲが配置されている。画像表示装置の筐体ＰＪＢの下部には設置面（下面）ＦＬに対して、上下方向傾き、左右方向傾き、左右回転方向の回転が可能なように調整手段と移動手段が構成されている。上下方向の長さが可変である支持足（調整手段）ＬＥＧＣ、上下方向の長さが可変でかつ設置面ＦＬに対して水平方向に移動可能な車輪（移動手段）ＴＹＲを備えた支持足ＬＥＧＲを有する。

更に設置面ＦＬに対して水平方向に移動可能な車輪（移動手段）ＴＹＬを備えた支持足（調整手段）ＬＥＧＬを有する。支持足ＬＥＧＲの車輪ＴＹＲおよび支持足ＬＥＧＬの車輪ＴＹＬを同時に動かすことで、支持足（調整手段）ＬＥＧＣを中心として左右回転方向に回転することが可能となる。支持足ＬＥＧＣの長さを変化させることにより上下方向の傾きを変化させることが可能となる。支持足ＬＥＧＬの長さを変化させることにより左右方向の傾きを変化させることが可能となる。尚、図２において、調整手段ＴＹＬ、ＴＹＲは画像表示装置の正面側に、ＬＥＧＣは画像表示装置の後ろ側に取り付けられているが、これに限られず、調整手段ＬＥＧＣを正面側に備え、ＴＹＬ、ＴＹＲを後ろ側に配置しても良い。

測距装置ＤＳＵ、測距装置ＤＳＬ、測距装置ＤＳＲにより得られた距離情報から、スクリーンＳＣの法線に対する投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬの傾き情報を傾き演算回路（角度演算手段）で算出する。そしてその傾き情報から、手動制御によりスクリーンＳＣの法線と投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬが平行となるよう調整を行う。あるいは得られた傾き情報から不図示のモーターなどにより、支持足ＬＥＧＣ、ＬＥＧＲ、ＬＥＧＬおよび車輪ＴＹＲ、ＴＹＬを制御し、自動的にスクリーンＳＣの法線と投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬを合わせ込んでもよい。

図５は本発明の実施例１の画像表示装置に使用される受動型の測距装置の構成を説明した要部断面図である。２つの正レンズＬ１、Ｌ２が基線長ＬＨ１隔てて配置されている。正レンズＬ１、Ｌ２の焦点面に配置された１次元ラインセンサＬＳ１上に結像される２つの物体像の間隔ＢＨ１を検出する。そして１次元ラインセンサＬＳ１上に結像される２つの物体像の間の距離ＢＨ１と、２つの正レンズの間隔（基線長）ＬＨ１の差から、距離情報（測距装置から測距点ＤＳＰ１までの距離）を算出する。この測距装置の場合、２つの正レンズの光軸Ｌ１ＣＬ、Ｌ２ＣＬに平行で、かつ２つの正レンズＬ１、Ｌ２の中間に位置する線分ＤＳＵＣＬを測距装置（測距測定手段）の光軸と定義する。

図６は本発明の実施例１の投射型の画像表示装置に使用可能な他の形態（能動型）の測距装置の構成を説明した断面図である。光源ＬＥＤから発せられた赤外光は正レンズＬ４により集光され、スクリーンＳＣ上のある点ＤＳＰ２に結像、点ＤＳＰ２上に結像された光源像が正レンズＬ３により光位置検出素子ＰＳ１上に結像される。光源ＬＥＤから光位置検出素子ＰＳ１上の結像位置までの距離ＢＨ２と２つのレンズＬ３、Ｌ４の間隔ＬＨ２との差からスクリーンＳＣ上の点ＤＳＰ２までの距離を算出する。この測距装置の場合、測距装置の光軸ＤＳ１ＣＬは光源側のレンズＬ４の光軸Ｌ４ＣＬと一致している。

図７は、本発明の投射型の画像表示装置において距離情報のみを用いる場合の上面図（回路ブロック図）である。筐体ＰＪＢの上面に３つの測距装置ＤＳＲ、ＤＳＬ、ＤＳＵからの信号が距離演算回路１、２、３で演算され、その距離情報がそれぞれ表示される表示部（表示手段）ＤＳＰを有する。３つの測距装置ＤＳＲ、ＤＳＬ、ＤＳＵに基づいて距離演算回路１、２、３から出力される距離情報を距離表示部ＤＳＰに表示する。そして距離表示部ＤＳＰで見ながら３つの距離情報が一致するよう、支持足ＬＥＧＬ、ＬＥＧＲの長さを調整するとともに支持足ＬＥＧＬ、ＬＥＧＲの車輪を回転させて筐体ＰＪＢの上下傾きおよび左右回転傾き調整を行う。

図８は、本発明の投射型の画像表示装置において傾きを算出する場合の上面図（回路ブロック図）である。図８は図７に対して、傾き演算回路４と演算制御回路５を加えた点が異なっている。距離演算回路１、２、３から出力された距離情報から傾き演算回路４は前述した方法でスクリーンの傾き情報を算出している。演算制御回路５は、傾き演算回路４により得られた情報から、支持足ＬＥＧＣ、ＬＥＧＲ、ＬＥＧＬの調整量および車輪の回転量、投射レンズＰＪＬのシフト量を演算し制御信号を出力する。これらの傾き演算回路４および演算制御回路５により算出された各情報は表示部ＤＳＰ３に表示される。

以上のように本実施例によれば、３つの測距装置から得られる３点の距離情報から、投射レンズの光軸とスクリーンの法線とを容易に一致させることができる。その他の効果として、測距装置の光軸をレンズ光軸に対して傾けることにより測距装置の光軸が投射レンズの光軸と平行な場合に比べ、より離れた測距点までの距離を測定が可能なので、より精度の高い傾き検出が可能となる。その他の効果として、３つの測距装置の光軸は、各々投射レンズの光軸に対して同じ角度だけ異なる方向に傾けて投射レンズの光軸に対して対称に配置されている。このため投射距離が変化しても３つの測距装置の測距誤差が原理的に発生しなくすることができる。本実施例においては、測距装置は３つ以上あっても良い。そして表示手段に３つ以上の測距情報を表示しても良い。

[実施例２]
図９は、本発明の投射型の画像表示装置の実施例２の正面図である。実施例１と同じ部分についての説明は割愛し、異なる部分についてのみ説明する。投射レンズＰＪＬはシフト機構により、液晶パネルＩＭＰに対して投射レンズＰＪＬの光軸に垂直な方向における紙面上において上下左右方向に移動可能となっている。画像表示装置の筐体ＰＪＢ内における投射レンズＰＪＬの上側には測距装置ＤＳＵが、紙面右側には測距装置ＤＳＬが、紙面左側には測距装置ＤＳＲが配置されている。

画像表示装置の筐体ＰＪＢの下部には、設置面（下面）ＦＬに対して、上下方向傾き、左右方向傾き、左右回転方向の回転が可能なよう構成の調整機構が設けられている。上下方向の長さが可変でかつ設置面ＦＬに対して水平方向に移動可能な車輪（移動手段）ＴＹＣを備えた支持足ＬＥＧＣ２を備える。上下方向の長さが可変でかつ設置面ＦＬに対して水平方向に移動可能な車輪（移動手段）ＴＹＲを備えた支持足ＬＥＧＲ、を備える。上下方向の長さが可変でかつ設置面ＦＬに対して水平方向に移動可能な車輪ＴＹＬを備えた支持足ＬＥＧＬを備える。これらの車輪ＴＹＣ、ＴＹＲ、ＴＹＬは移動手段の一要素を構成している。

支持足ＬＥＧＲの車輪ＴＹＲおよび支持足ＬＥＧＬの車輪ＴＹＬを同時に動かすことで、支持足ＬＥＧＣ２を中心として、左右回転方向に回転することが可能となる。支持足ＬＥＧＣ２の長さを変化させることにより上下方向の傾きを変化させることが可能となる。支持足ＬＥＧＬの長さを変化させることにより左右方向の傾きを変化させることが可能となる。支持足ＬＥＧＲ、ＬＥＧＬ、ＬＥＧＣ２等は調整手段の一要素を構成している。また３つの支持足ＬＥＧＣ、ＬＥＧＲ、ＬＥＧＬの車輪ＴＹＣ、ＴＹＲ、ＴＹＬを同時に動かすことにより画像表示装置の筐体ＰＪＢを水平方向に移動することができる。

さらに、スクリーンＳＣ方向の投影像およびスクリーンＳＣおよびスクリーンＳＣの周辺部まで撮像可能な撮像装置（撮像手段、撮像カメラ）ＣＡにより、スクリーンと投影像の相対的位置関係を撮像している。また、傾き演算回路は、測距装置ＤＳＵ、測距装置ＤＳＬ、測距装置ＤＳＲにより得られた距離情報から、スクリーンＳＣの法線に対する投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬの傾き情報を算出している。その傾き情報と撮像装置ＣＡからの映像情報から、前記支持足および車輪および不図示のシフト機構を制御し、スクリーン枠に対して一定の余裕幅を保った投影像を、傾きや歪みを発生させることなく投影することができるようにしている。

このように本実施例では、画像表示装置を自走させることができる。このため画像表示装置自体が最適な投射位置を探し、スクリーンＳＣに対して投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬを垂直に調整し、スクリーン枠に合わせて最適な位置に投影像を投影することができる。尚、机など高いところに画像表示装置を設置する場合には、机からの落下防止のためセンサを設け、机の端まできた場合は停止する機能を設けてもよい。

[実施例３]
図１０は、本発明の投射型の画像表示装置の実施例３の正面図である。実施例１と同じ部分についての説明は割愛し、異なる部分についてのみ説明する。投射レンズＰＪＬはシフト機構により液晶パネルＩＭＰに対して投射レンズＰＪＬの光軸に垂直な方向における紙面上において上下左右方向に移動可能となっている。画像表示装置の筐体ＰＪＢ内の投射レンズＰＪＬの上側には測距装置ＤＳＵが、紙面右側には測距装置ＤＳＬが、紙面左側には測距装置ＤＳＲが配置されている。３本の支持足ＬＥＧＲＲ、ＬＥＧＣＣ、ＬＥＧＬＬは支持台Ｄ１のくぼみに設置され、支持足ＬＥＧＣＣおよびＬＥＧＬＬは長さが可変となっており、筐体ＰＪＢを上下傾き方向および左右傾き方向に調整可能な構成の調整手段を構成している。

また、さらに伸縮可能な支柱ＰＬ１とそれを支える保持部（移動手段）ＰＬ２により、画像表示装置の筐体ＰＪＢを上下方向に移動可能としている。そして高い位置に設置されているスクリーンに対しても、キーストン補正を行わないで歪みのない投影像を投影可能としている。また支持台Ｄ２の下部に取り付けられた３本の支持足ＬＥＧＲ、ＬＥＧＣ２、ＬＥＧＬの車輪（移動手段）ＴＹＲ、ＴＹＣ、ＴＹＬを回転させることにより、設置面ＦＬに対して水平方向に移動可能としている。またひとつの支持足の車輪を固定とし、他の１つの車輪を回転させることにより筐体ＰＪＢを左右方向に回転するこができる。また、撮像装置ＣＡからの情報によりスクリーンＳＣと投影像の位置関係を把握し、スクリーンＳＣに対して投影像が上下左右ほぼ一定の間隔をもって投影されるよう筐体ＰＪＢを移動させてもよい。また、投射レンズＰＪＬを液晶パネルＩＭＰに対して上下方向および左右方向に移動して、投影像のスクリーンに対する投影位置を移動可能とすることでスクリーン内に投影像が上下左右ほぼ一定の間隔をもって投影されるよう調節を行ってもよい。

上記構成をとることで、３つの測距装置ＤＳＵ、ＤＳＲ、ＤＳＬの距離情報から上記支持足の長さを調節し、スクリーンの法線と投射レンズＰＪＬの光軸ＳＣを平行に調整できる。さらに撮像装置ＣＡからの情報により、スクリーンと投影像を左右上下ほぼ一定の間隔をあけた状態になるよう筐体ＰＪＢを平行移動してもよい。このように本実施例では、画像表示装置を自走させることができるので、画像表示装置自体が最適な投射位置を探し、スクリーンＳＣに対して投射レンズＰＪＬの光軸ＣＬを垂直に調整し、スクリーン枠に合わせて最適な位置に投影像を投影可能としている。画像表示装置自体が自走可能なので、他の物体に接近したときには停止するためのセンサを設けても良い。

図１１は、本発明の投射型の画像表示装置の実施例２、３の上面図（回路ブロック図）である。実施例２、３は実施例１に対して、投射レンズによる投射像およびその周辺を撮像する撮像手段を有する撮像装置（カメラ）ＣＡと演算制御回路５を加えた点が異なっている。本実施例では撮像装置ＣＡと、傾き演算回路（演算手段）４から出力されたスクリーンの法線と投射レンズの傾き情報を用いている。これより支持足ＬＥＧＣ、ＬＥＧＲ、ＬＥＧＬの調整量および、投射レンズＰＪＬのシフト量を演算し制御信号を出力する演算制御回路５を設けている。

傾き演算回路４と撮像装置ＣＡから得られた情報からスクリーン上に歪がなく、かつスクリーンの上下左右方向に一定の余裕幅を設けて投影像を投影するようにしている。このために、支持足ＬＥＧＣ２、ＬＥＧＲ、ＬＥＧＬの長さの調整量と車輪の回転量を演算制御回路５より出力している。あるいは、傾き演算回路４と撮像装置ＣＡから得られた情報からスクリーン上に歪がなく、かつスクリーンの上下左右方向に一定の余裕幅を設けて投影像を投影するようにしている。このために支持足ＬＥＧＣ２、ＬＥＧＲ、ＬＥＧＬの長さの調整量と投射レンズＰＪＬのシフト量を演算制御回路５より出力している。これらの各情報は表示部ＤＳＰ３に表示される。このように、画像表示装置自体が最適な設置場所まで移動して、自動的に設置を行うようにすれば、画像表示装置の設置者が複雑な調整を行うことなしに歪みのない高解像の投影像を得ることができる。

図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は各実施例で用いる投射レンズをシフトさせるためのシフト機構の正面図、側面図、底面図である。投射レンズＰＪＬは支持部材６に固定され、支持部材７は支持部材６とテーパー形状で勘合されている。投射レンズＰＪＬは支持部材６のメスねじが形成されている部分６Ａでねじ部材８と勘合され、ハンドル８Ａの回転により紙面左右方向に移動可能な構成となっている。７Ａは支持部材７の突起部であり、中央の穴には紙面表から裏に向かって６Ａのメスねじが形成されている。

ねじ部材８にはダブルナットなどで形成される固定部８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅがあり、ねじ部材８のねじ形状の部分に対して固定されている。同様に支持部材９は、支持部材１０とテーパー形状で勘合され、支持部材９のメスねじが形成されている部分９Ａでねじ部材１１と勘合され、ハンドル１１Ａの回転により紙面上下方向に移動可能な構成となっている。９Ｂは支持部材９の突起部であり、中央の穴には紙面表から裏に向かって９Ａのメスねじが形成されている。１０Ａ、１０Ｂは支持部材１０の突起部であり、中央にはねじ部材１１を通すための穴が形成されている。ねじ部材１１にはダブルナットなどで形成される固定部１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅがあり、ねじ部材１１のねじ形状形成部分に対して固定されている。支持部材７と支持部材９は接着剤などで固定されている。支持部材１０は不図示の投射型の画像表示装置本体に接着剤などで固定され、投射レンズＰＪＬを投射型の画像表示装置本体に対して上下左右方向に微動調整可能な構成となっている。

本発明の画像表示装置は、１台で使用する場合にはスクリーンの法線に対して投射レンズの光軸を簡単に平行に調整可能となるため、歪みのない高解像の投影像が得られる。
また、その他の効果として本発明の画像表示装置は、スクリーンに歪みのない投影像を簡単に得ることができるので、２台以上の複数の画像表示装置を使用して、投影像をほぼ完全に重ね合わせるスタック投影の設置を容易なものとすることができる。この場合、歪曲収差の少ない投射レンズを使用すれば、レンズシフト調整と、左右方向の傾き調整と、ズーム調整により、簡単にスタック調整が可能となる。また複数の画像表示装置を使用し、複数の投影像を横並びに投影し、複数の投影像の境目を目立たなくさせる場合にも調整が容易となる。歪曲収差の少ない投射レンズを使用すれば、レンズシフト調整と、左右傾き調整と、ズーム調整により、複数の投影像の境目が目立たない調整が容易に行える。

ＰＪＢは筐体ＰＪＬは投射レンズＤＳＲ、ＤＳＬ、ＤＳＵは測距装置ＬＥＧＲ、ＬＥＧＬ、ＬＥＧＣは支持足ＴＹＲ、ＴＹＬ、ＴＹＣは車輪ＩＭＰは元画像１、２、３は距離演算回路４は傾き演算回路５は演算制御回路ＤＳＰは距離表示部ＤＳＰ３は傾き表示部

Claims

画像表示素子と、
該画像表示素子により表示された画像をスクリーン上に投射する投射レンズと、
該スクリーン上あるいは該スクリーンと同一平面上であって、該投射レンズの光軸と直交する第１方向で該投射レンズの光軸を挟んだ２つの測距点と、該投射レンズの光軸と直交し、該第１方向と直交する第２方向において、前記２つの測距点とは位置が異なる１つの測距点を含む少なくとも３つの測距点の距離情報を各々検出する少なくとも３つの距離測定手段とを備えた画像表示装置であって、
該３つの距離測定手段の光軸は、該投射レンズの光軸に対して、同じ角度だけ互いに異なる方向に傾けて配置されていることを特徴とする画像表示装置。
前記３つの距離測定手段で得られる距離情報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
画像表示素子と、
該画像表示素子により表示された画像をスクリーン上に投射する投射レンズと、
該スクリーン上あるいは該スクリーンと同一平面上であって、該投射レンズの光軸と直交する第１方向で該投射レンズの光軸を挟んだ２つの測距点と、該投射レンズの光軸と直交し、該第１方向と直交する第２方向において、前記２つの測距点とは位置が異なる１つの測距点を含む少なくとも３つの測距点の距離情報を各々検出する少なくとも３つの距離測定手段と、を備えた画像表示装置であって、
該３つの距離測定手段から得られる３点の距離情報から、該投射レンズの光軸と該スクリーンの法線との傾き角度を算出する演算手段とを備え、該３つの距離測定手段の光軸は、各々該投射レンズの光軸に対して、同じ角度だけ互いに異なる方向に傾けて配置されていることを特徴とする画像表示装置。
前記演算手段から出力された前記傾き角度情報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
前記３つの距離測定手段の光軸は、前記投射レンズの光軸に対して７度以上傾いていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記３つの距離測定手段は、該３つの距離測定手段の光軸が、前記投射レンズの光軸上の１点で交差するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記３つの距離測定手段は、各々基線長を隔てて配置される２つのレンズと、１次元ラインセンサを有し、該２つのレンズにより結像される２つの物体像の間隔を検出することにより、前記測距点までの距離を検出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記第２方向の測距点を測距する距離測定手段は前記第１方向に２つのレンズを備え、前記第１方向の測距点を測距する距離測定手段は第２方向に２つのレンズを備え、前記画像表示素子は、前記第１方向および前記第２方向にエッジを有するパターンを表示することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記画像表示装置の傾きが調整可能な調整手段を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記画像表示装置の筐体を設置する下面に対して、平行な方向に移動可能な移動手段を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記画像表示装置の筐体を設置する下面に対して、前記第２方向の高さが調整可能な調整手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記投射レンズの光軸を前記画像表示素子に対して垂直な状態で前記第１方向と前記第２方向に移動させるシフト機構を備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の画像表示装置。
画像表示素子と、
該画像表示素子により表示された画像をスクリーン上に投射する投射レンズと、
該スクリーン上あるいは該スクリーンと同一平面上であって、該投射レンズの光軸と直交する第１方向で該投射レンズの光軸を挟んだ２つの測距点と、該投射レンズの光軸と直交し、該第１方向と直交する第２方向において、前記２つの測距点とは位置が異なる１つの測距点を含む３つの測距点の距離情報を各々検出する３つの距離測定手段と、を備えた画像表示装置であって、
前記３つの測距点のうち１つの測距点は残りの２つの測距点を結ぶ直線とは異なる位置となるように、前記３つの距離測定手段の光軸夫々が前記投射レンズの光軸に対して互いに異なる方向に傾けられており、前記３つの距離測定手段の光軸を前記投射レンズの光軸に対して平行にした場合の３つの測距点間の距離に比べて、前記３つの測距点間の距離が長くなるように、前記距離測定手段が配置されている、ことを特徴とする画像表示装置。
前記３つの距離測定手段の光軸は、前記投射レンズの光軸に対して7度以上傾いていることを特徴とする請求項１３に記載の画像表示装置。