投射型影像显示装置及其调节方法

摘要

本发明提供一种投射型影像显示装置及其调节方法，可削减构成图像轮廓调节机构的部件点数/质量/成本，同时，即使进行旋转失真和梯形失真的校正，也可防止显示图象中的画质的劣化。该投射型影像显示装置具有：向屏幕(103)投射影像的投射单元(102)；通过对应当输入给投射单元(102)的影像信号实施信号处理，可调节在屏幕(103)上投射影像的区域即影像显示区域(112)的影像处理电路(123)；通过支撑投射单元(102)，并调节投射单元(102)的位置，可调节影像显示区域(112)的图像轮廓调节机构(150)。影像处理电路(123)可以按照并进1自由度来调节影像显示区域(112)，图像轮廓调节机构(150)可以按照除去并进1自由度的5自由度来调节投射单元(102)的位置。

说明书

技术领域

本发明涉及由投射单元向屏幕的背面投射影像而显示影像的投射型影像显示装置及其调节方法。

背景技术

在传统的投射型影像显示装置中，为了使来自投射单元的影像在屏幕上无失真且一致地投射，必须分别调节投射单元的6自由度。在专利文献1记载的投射型影像显示装置中，通过图像轮廓调节机构的机械动作，实现并进3自由度调节及旋转3自由度调节，以合计6自由度调节来调节投射单元的位置。另一方面，在专利文献2记载的投射型影像显示装置中，通过对影像信号实施信号处理可进行自由度调节，调节所投射的影像。

[专利文献1]日本特开2004-347743号公报(第3-9页，图1)

[专利文献2]日本特开平11-341403号公报(第3-5页，图1)

如专利文献1所示，由于通过图像轮廓调节机构进行机械的6自由度的调节，因此需要每自由度1张、合计6张的移动板或旋转板。因此，部件点数多，质量大，成本也高。在这样的图像轮廓调节机构中，特别地，相对于屏幕的前后方向即z轴的调节部使用最多的机构部件，调节困难。因此，有z轴调节需要大量时间，最容易产生因产品输送等的振动跌落而导致的图像轮廓偏移的问题。

另外，如专利文献2所示，在对应当输入给投射单元的影像信号实施信号处理，以电气地进行图像轮廓调节时，部件点数少，质量小，成本也低。但是，在屏幕上产生旋转失真及梯形失真时，实施信号处理以校正这些失真的调节困难，且即使可调节也有显示图象的画质显著劣化的问题。

发明内容

本发明是鉴于解决上述的问题点而实现的，其目的是可减少构成图像轮廓调节机构的部件点数/质量/成本，并容易地进行z轴调节，而且即使实施旋转失真及梯形失真的校正也可防止显示图象的画质的劣化。

本发明的投射型影像显示装置包括：向屏幕投射影像的投射单元；通过对应当输入给上述投射单元的影像信号实施信号处理，可调节在上述屏幕上投射上述影像的区域即影像显示区域的影像处理电路；以及通过支撑上述投射单元，并调节上述投射单元的位置，可调节上述影像显示区域的图像轮廓调节机构，上述影像处理电路可以按照并进1自由度来调节上述影像显示区域，上述图像轮廓调节机构可以按照除去上述并进1自由度的5自由度来调节上述投射单元的位置。

根据本发明的投射型影像显示装置，可减少构成图像轮廓调节机构的部件点数/质量/成本，抑制因产品输送等的振动跌落引起的图像轮廓偏移，能够容易地进行轴调节，例如z轴调节，并且即使实施旋转失真及梯形失真的校正也可防止显示图象的画质的劣化。

附图说明

图1是表示实施方式1的投射型影像显示装置的框图。

图2是表示实施方式1的投射型影像显示装置的图像轮廓调节机构的透视图。

图3是表示实施方式1的投射型影像显示装置的调节方法的流程图。

图4是表示实施方式1的投射型影像显示装置的测试信号的影像的图。

图5是表示实施方式1的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图6是表示实施方式1的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图7是表示实施方式1的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图8是表示实施方式1的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图9是表示实施方式1的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图10是表示实施方式1的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图11是表示实施方式1的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图12是表示实施方式1的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图13是表示实施方式1的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图14是表示实施方式2的投射型影像显示装置的调节方法的流程图。

图15是表示实施方式3的投射型影像显示装置的调节方法的流程图。

图16是表示实施方式3的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图17是表示实施方式3的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图18是表示实施方式3的投射型影像显示装置的调节方法的图。

图19是表示实施方式3的投射型影像显示装置的调节方法的图。

具体实施方式

<实施方式1>

表示本实施方式的投射型影像显示装置的结构的框图如图1所示。如图1所示，本实施方式的投射型影像显示装置主要由机箱101、投射单元102、屏幕103、电气电路单元120及图像轮廓调节机构150构成。电气电路单元120由影像输入电路121、测试信号产生电路122、影像处理电路123、微机电路124构成。

在投射型影像显示装置外部配置的影像源130将影像信号输入影像输入电路121。影像输入电路121将输入的影像信号变换成数字信号，将该数字信号向影像处理电路123输出。

在影像处理电路123中，可选择输入影像输入电路121变换的影像信号和测试信号产生电路122用数字信号产生的测试信号中的任一信号。影像处理电路123实施影像信号或测试信号的分辨率扩大缩小等的影像信号处理，变换成必要格式的数字信号，该数字信号向投射单元102内的影像显示装置110输出。影像显示装置110例如是DMD(Digital MicromirrorDevice：数字微镜装置)。

投射单元102经由影像显示装置110向屏幕103投射影像。外部控制设备140经由微机电路124，控制从投射单元102投射的影像。这里，说明从投射单元102投射的影像和屏幕103。有效显示区域111是影像显示装置110经由投射单元102可最大显示的区域。影像显示区域112是实际在屏幕103上由来自投射单元102的影像投射的区域。理想的状态是影像显示区域112与屏幕103一致的状态。

在本发明中，影像处理电路123对应当输入给投射单元102的影像信号实施信号处理，可调节影像显示区域112。即，影像处理电路123可以按照并进1自由度来调节影像显示区域112。在本实施方式中，影像处理电路123通过扩大缩小影像显示区域112，以相对于屏幕103的前后方向的并进1自由度来调节影像显示区域112。这里，当设从投射型影像显示装置的外侧看屏幕103时的左右方向为x轴，上下方向为y轴，前后方向为z轴时，影像处理电路123以z轴方向的并进1自由度来调节影像显示区域112。具体地说，通过同时进行像素数单位的移动及像素数单位的扩大缩小来调节影像显示区域112。为了调节像素数，微机电路124根据从投射型影像显示装置外部配置的外部控制设备140接收的指示，控制影像处理电路123。

图像轮廓调节机构150通过支撑投射单元102并机械地调节投射单元102的位置，调节影像显示区域112。在图1中，表示了图像轮廓调节机构150设置在投射单元102下支撑投射单元102的情形。图像轮廓调节机构150可以按照除去影像处理电路123的并进1自由度的5自由度来机械地调节投射单元102的位置。在本实施方式中，以由旋转3自由度和与屏幕103平行的并进2自由度组成的合计5自由度来调节投射单元102的位置。

图2表示图像轮廓调节机构150的透视图。图像轮廓调节机构150构成为使具有载置投射单元102(未图示)的载置面2a的顶板2移动，进行投射单元102的位置调节。具体地说，为了对图2中所示的x轴、y轴、z轴的3轴中xy平面规定的区域所配置的屏幕103(图中想像线)进行顶板2的5自由度的位置调节，设置x轴并进机构、x轴旋转机构、y轴并进机构、y轴旋转机构、z轴旋转机构。在图1中，图像轮廓调节机构150中图示的5个圆是用于调节该5个机构的旋转轴，表示了图2所示的5个旋转轴71、72、73、74、75。

为了使投射单元102沿x轴旋转移动，通过旋转轴74进行调节，为了沿y轴旋转移动，通过旋转轴72进行调节，为了沿z轴旋转移动，通过旋转轴75进行调节。为了使投射单元102沿x轴并进移动，通过旋转轴71进行调节，为了沿y轴并进移动，通过旋转轴73进行调节。这样，图像轮廓调节机构150以绕x轴、绕y轴、绕z轴的旋转3自由度和沿与屏幕103平行的x轴方向、y轴方向的并进2自由度，来调节投射单元102。另外，实现该调节的图像轮廓调节机构150的机构从传统的结构中删除了1自由度，剩余的部分与传统同样，因此省略说明。

上述图像轮廓调节机构150沿z轴方向的并进自由度被限制。因而，有效显示区域111依赖于屏幕103和投射单元102的布局。这里，屏幕103和投射单元102布局成使有效显示区域111处于屏幕103的外侧。若采用这样的布局，即使是屏幕103外侧的区域，只要在有效显示区域111的内侧，也可通过影像处理电路123，扩大缩小影像显示区域112。

接着，用图3的流程图说明本实施方式的投射型影像显示装置采用由图像轮廓调节机构150的5自由度调节和影像处理电路123的1自由度调节组成的6自由度调节进行使影像显示区域112与屏幕103一致的调节方法。

首先，从测试信号产生电路122输出图像轮廓调节用测试信号，投射单元102根据该信号，在屏幕103上投射显示例如图4所示的影像(步骤S1)。采用这样的影像的影像显示区域112进行调节。另外，在该图中，表示了影像显示区域112的最外周的线与屏幕103一致的理想的状态。

接着，判定影像显示区域112是否比屏幕103大(步骤S2)。并且，在影像显示区域112比屏幕103大的情况下(图5(a))，通过影像处理电路123缩小影像显示区域112(步骤S3)。即，进行调节使影像显示区域112显示在屏幕103的内侧。

这里，示出缩小的方法的一例。首先，通过影像处理电路123，使影像显示区域112沿x轴向右方向移动像素数a(步骤S3a)。与此同时，通过影像处理电路123，使影像显示区域112沿x轴向左方向缩小像素数a的2倍的像素数(步骤S3b)。这样，如图5(b)所示，获得使影像显示区域112的中心固定，分别从左右缩小了像素数a的影像显示区域112。这里，想像线表示进行扩大缩小及移动等之前的影像显示区域112，在用于扩大缩小影像显示区域112等的说明的图中，以下也相同。这些x方向的移动(步骤S3a)和缩小(步骤S3b)在微机电路124运算后，自动设定到影像处理电路123。

接着，通过影像处理电路123，使影像显示区域112沿y轴向下方向移动像素数b(步骤S3c)。与此同时，通过影像处理电路123，使影像显示区域112沿y轴向上方向缩小像素数b的2倍的像素数(步骤S3d)。这样，如图5(c)所示，获得使影像显示区域112的中心固定，从上下分别缩小了像素数b的影像显示区域112。这些y轴方向的移动(步骤S3c)和缩小(步骤S3d)在微机电路124运算后，自动设定到影像处理电路123。另外，为了保持x方向和y方向的比，由微机电路124运算x方向的移动(步骤S3a)和缩小(步骤S3b)以及y方向的移动(步骤S3c)和缩小(步骤S3d)。另外，如图6所示，也有同时进行x方向和y方向的影像显示区域2的调节的方法。

以上，通过影像处理电路123，以z轴方向的并进1自由度来调节影像显示区域12。通过这样的缩小方法，影像处理电路123可使影像显示区域12的中心固定，缩小影像显示区域112。在步骤S2中，当影像显示区域12已经比屏幕103小时，省略步骤S3，进入步骤S4。

接着，通过图像轮廓调节机构150，校正影像显示区域112的失真，并且，以旋转3自由度和并进2自由度组成的合计5自由度来调节投射单元102的位置，使影像显示区域12收纳在屏幕103内(步骤S4)。在影像显示区域12中产生如图7的z轴旋转失真时，调节图2的旋转轴75，使投射单元102沿z轴旋转移动，进行消除该失真的校正。在影像显示区域112产生如图8的y方向梯形失真时，调节图2的旋转轴72，使投射单元102沿y轴旋转移动，进行消除该失真的校正。在影像显示区域12产生如图9的x方向梯形失真时，调节图2的旋转轴74，使投射单元102沿x轴旋转移动，进行消除该失真的校正。在影像显示区域12产生如图10的x方向并进失真时，调节图2的旋转轴71，使投射单元102沿x轴并进移动，进行使影像显示区域12的横向的中心与屏幕103的横向的中心一致的校正。在影像显示区域12产生如图11的y轴并进失真时，调节图2的旋转轴73，使投射单元102沿y方向并进移动，进行使影像显示区域12的纵向的中心与屏幕103的纵向的中心一致的校正。

在步骤S4的图像轮廓调节机构150调节后，如图12(a)所示，影像显示区域12与屏幕103相同或者较小。因此，判定影像显示区域112是否比屏幕103小(步骤S5)。并且，通过影像处理电路123，在影像显示区域112比屏幕103小时，扩大影像显示区域112，使影像显示区域112与屏幕103一致(步骤S6)。

这里，说明扩大的方法的一例。首先，通过影像处理电路123，使影像显示区域12沿x轴向左方向移动像素数c(步骤S6a)。与此同时，通过影像处理电路123，使影像显示区域112沿x轴向右方向扩大像素数c的2倍的像素数(步骤S6b)。这样，如图12(b)所示，获得使影像显示区域12的中心固定，从左右分别扩大像素数c的影像显示区域112。这些x方向的移动(步骤S6a)和扩大(步骤S6b)在微机电路124运算后，自动设定到影像处理电路123。

接着，通过影像处理电路123，使影像显示区域12沿y轴向上方向移动像素数d(步骤S6c)。与此同时，通过影像处理电路123，使影像显示区域112沿y轴向下方向扩大像素数d的2倍的像素数(步骤S6d)。这样，如图12(c)所示，获得使影像显示区域112的中心固定，从上下分别扩大像素数d的影像显示区域112。这些y轴方向的移动(步骤S6c)和扩大(步骤S6d)在微机电路124运算后，自动设定到影像处理电路123。另外，为了保持x方向和y方向的比，由微机电路124运算x方向的移动(步骤S6a)和扩大(步骤S6b)以及y方向的移动(步骤S6c)和扩大(步骤S6d)。另外，如图13所示，也有同时进行x方向和y方向的影像显示区域112的调节的方法。

以上，通过影像处理电路123，以z轴方向的并进1自由度，调节影像显示区域12。通过这样的扩大方法，影像处理电路123可使影像显示区域12的中心固定，扩大影像显示区域12。在步骤S5中，当影像显示区域12已经与屏幕103一致时，省略步骤S6，进入步骤S7。

理想地是，通过上述的动作应该可消除图像轮廓的偏移，但是若用操作复杂的图像轮廓调节机构150进行调节，则也有可能新产生其他自由度的偏移。这样，相对于屏幕103，当图像轮廓调节用测试信号的影像显示区域12仍有失真时(步骤S7)，返回之前的步骤(步骤S2)，反复执行图像轮廓调节机构150的5自由度调节和影像处理电路123的1自由度调节，直到消除失真为止。所有调节结束后，显示影像源130的影像，进行最终确认(步骤S8)。

根据这样构成的本实施方式的投射型影像显示装置，从图像轮廓调节机构150删除了z轴并进机构，同时，通过影像处理电路123电气地扩大缩小影像显示区域112，进行z轴并进移动。从而，可削减构成图像轮廓调节机构150的部件点数/质量/成本。另外，可容易进行z轴调节，同时，由于通过图像轮廓调节机构150调节旋转失真及梯形失真的校正，因此可防止显示图象中的画质的劣化。而且，图像轮廓调节机构150无法机械地沿z轴方向移动，因此即使产生产品输送等的振动跌落，投射单元102的z轴方向的偏移也几乎不会产生。因此，在输送后设置产品时，可省略图像轮廓调节机构150中z轴方向的再调节。

另外，通过使影像显示区域112的中心固定，缩小扩大影像显示区域12，即使进行扩大缩小影像显示区域112的处理，也可抑制x轴方向、y轴方向的2方向的新并进失真的产生。

另外，在本实施方式中，影像处理电路123可以按照z轴方向的并进1自由度来调节影像显示区域12，但是不限于此，也可构成按照x轴方向的并进1自由度或y轴方向的并进1自由度的任意一个来进行调节。另外，这些x轴方向、y轴方向、z轴方向的取法不限于本实施方式，只要是相互朝向不同的3方向即可。另外，在本实施方式中，采用影像处理电路123的并进1自由度和图像轮廓调节机构150的5自由度，可调节影像显示区域12。但是，不限于此，也可构成为用影像处理电路123的并进2自由度和图像轮廓调节机构150的4自由度(并进1自由度和旋转3自由度)进行调节。或者，也可构成为用影像处理电路123的并进3自由度和图像轮廓调节机构150的旋转3自由度进行调节。

<实施方式2>

在实施方式1中，通过影像处理电路123在步骤S3中暂时缩小屏幕103上的影像显示区域112，并由图像轮廓调节机构150在步骤S4中进行5自由度调节后，通过影像处理电路123在步骤S6中进行扩大。在本实施方式中，先通过图像轮廓调节机构150对影像显示区域12进行5自由度调节后，通过影像处理电路123进行扩大或缩小。以下，说明其调节方法，只要没有新的说明，本实施方式中的结构及调节方法与实施方式1相同。

用图14的流程图说明本实施方式的投射型影像显示装置使影像显示区域12与屏幕103一致的调节方法。首先，从测试信号产生电路122输出图像轮廓调节用测试信号，投射单元102根据该信号，向屏幕103投射显示例如图4所示的影像(步骤S1)。

接着，通过图像轮廓调节机构150，校正影像显示区域112的失真，并且，以旋转3自由度和与屏幕103平行的并进2自由度组成的合计5自由度来调节投射单元102的位置，使影像显示区域12收纳在屏幕103内(步骤S12)。

然后，判定影像显示区域112比屏幕103大还是小(步骤S13)。在影像显示区域12比屏幕103小时，通过影像处理电路123，扩大影像显示区域112(步骤S14)，在影像显示区域12比屏幕103大时，缩小影像显示区域12(步骤S15)。这样，通过影像处理电路123以z轴方向的并进1自由度来调节影像显示区域112。

当相对于屏幕103，图像轮廓调节用测试信号的影像显示区域112仍有失真时(步骤S16)，返回之前的步骤(步骤S12)，反复进行图像轮廓调节机构150的5自由度调节和影像处理电路123的1自由度调节，直到消除失真。所有调节结束后，显示影像源130的影像，进行最终确认(步骤S17)。

根据这样构成的投射型影像显示装置，具有实施方式1所示的效果。另一方面，在实施方式1中，有扩大及缩小影像显示区域112的双方的情况，而在本实施方式中，只进行扩大或缩小影像显示区域12的任意一方即可，因此，可以用比实施方式1短的时间进行影像显示区域112的调节。

<实施方式3>

在以上的实施方式中，通过图像轮廓调节机构150进行的5自由度调节和影像处理电路123进行的1自由度调节，实现了与传统的仅由图像轮廓调节机构进行的6自由度调节同等的功能。采用它们，有时候即使消除了图像轮廓的偏移，也可能因产品输送等的振动跌落而产生影像显示区域112的轻微偏移。为了消除这样的偏移，通常，仅仅通过x轴方向、y轴方向、z轴方向的并进3自由度的调节就足够了。但是，用图像轮廓调节机构150调节这样的轻微偏移时，也有可能同时并发其他自由度的偏移。因而，在本实施方式中，影像处理电路123构成为除了z轴方向的并进1自由度以外，还可以按照剩余的并进2自由度来调节影像显示区域12。这里，剩余的并进2自由度的调节是x轴方向、y轴方向的调节。

在本实施方式中，以进行实施方式1、2的主调节为前提。实施方式1、2的主调节是指以影像处理电路123的并进1自由度和图像轮廓调节机构150的5自由度来调节影像显示区域112的动作。对于该主调节后的轻微偏移，通过影像处理电路123的并进3自由度进行影像显示区域112的微调节。该微调节用图15的流程图说明。

首先，从测试信号产生电路122输出图像轮廓调节用测试信号，投射单元102根据该信号，向屏幕103投射显示例如图4所示的影像(步骤S21)。

接着，当屏幕103的左端和影像显示区域12的左端不一致时(步骤S22)，进行影像处理电路123执行的3自由度调节中的x轴方向的并进1自由度调节(步骤S23)。这里，如图16所示，通过影像处理电路123，在影像显示区域12的左端处于屏幕103的左端的右侧(虚线)时，调节影像显示区域12向左移动，在处于屏幕103的左端的左侧(点划线)时，调节影像显示区域112向右移动。此时，与以上的实施方式不同，x轴方向的扩大缩小调节不同时进行。

接着，当屏幕103的上端和影像显示区域112的上端不一致时(步骤S24)，进行影像处理电路123执行的3自由度调节中的y轴方向的并进1自由度调节(步骤S25)。这里，如图17所示，通过影像处理电路123，在影像显示区域112的上端处于屏幕103的上端的下侧(虚线)时，调节影像显示区域112向上移动，在处于屏幕103的上端的上侧时(点划线)时，调节影像显示区域112向下移动。此时，与以上的实施方式不同，y轴方向的扩大缩小调节不同时进行。

然后，屏幕103和影像显示区域112不一致时，进行影像处理电路123执行的3自由度调节中的z轴方向的并进1自由度调节。这里，示出该调节方法的一例。当屏幕103的右端和影像显示区域12的右端不一致时(步骤S26)，通过影像处理电路123进行x轴方向的扩大缩小调节(步骤S27)。即，如图18所示，通过影像处理电路123，在固定影像显示区域112的左端的状态下进行影像显示区域12的x轴方向的扩大缩小，调节成使影像显示区域112的右端与屏幕103的右端一致。此时，与以上的实施方式不同，x轴方向的移动调节不同时进行。

当屏幕103的下端和影像显示区域12的下端不一致时(步骤S28)，通过影像处理电路123进行y轴方向的扩大缩小调节(步骤S29)。即，如图19所示，通过影像处理电路123，在固定影像显示区域12的上端的状态下进行影像显示区域112的y轴方向的扩大缩小，调节成使影像显示区域112的下端与屏幕103的下端一致。此时，与以上的实施方式不同，y轴方向的移动调节不同时进行。

所有调节结束后，显示影像源130的影像，进行最终确认(步骤S30)。另外，也有在屏幕103的内侧设置影像的非显示区域，向屏幕103的内侧移动影像显示区域12的方法。

根据这样构成的本实施方式的投射型影像显示装置，当因产品输送等导致的振动跌落等的要因而产生轻微的偏移时，在影像处理电路123中，可以按照并进3自由度、并且各自独立地进行影像显示区域112的调节。因此，与实施方式1不同，可不反复各调节操作地进行调节，可短时间且容易地微调节图像轮廓的偏移。