JP4396582B2 - 光学装置の製造装置、およびその製造方法 - Google Patents
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Description
このようなプロジェクタでは、鮮明な画像を得るために、各液晶パネルは投射レンズのバックフォーカス位置に必ずなければならない。また、より鮮明な画像を得るために、各液晶パネル間での画素ずれの発生を防止する必要がある。
このため、プロジェクタの製造時において、各液晶パネルを投射レンズのバックフォーカス位置に正確に配置するフォーカス調整、および、各液晶パネルの画素を一致させるアライメント調整が高精度に実施される。そして、このような調整を実施して光学装置を製造する光学装置の製造装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の光学装置の製造装置は、液晶パネルに光束を導入する調整用光源装置と、液晶パネルおよびクロスダイクロイックプリズムを介した光束を検出する光束検出装置と、この光束検出装置で検出された光束に基づいて、液晶パネルのフォーカス・アライメント調整を実施する位置調整装置とを備える。
先ず、色合成光学装置を保持部に保持させる。また、光変調装置を位置調整部に保持させる。
次に、色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を寸法測定部に測定させる。
次に、制御部を構成する変化量算出部が、寸法測定部にて測定された色合成光学装置の光軸方向の外形寸法、および色合成光学装置の屈折率に基づいて、空気層を光束が進行する光路長と色合成光学装置を通過する際の光束の光路長との変化量を算出する。また、制御部を構成するバックフォーカス位置算出部が、記憶部に記憶された投射光学装置の仕様で規定されたバックフォーカス距離に関する距離情報と、変化量算出部にて算出された光路長の変化量とに基づいて、光変調装置および投射光学装置の間に色合成光学装置が介在した場合での光路長の変化に対応した投射光学装置のバックフォーカス位置を算出する。この後、制御部を構成する駆動制御部が、位置調整部を駆動制御し、バックフォーカス位置算出部にて算出されたバックフォーカス位置に光変調装置を位置付けさせる。
また、色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を実際に測定して、測定した外形寸法に基づいて光路長の変化量の算出およびバックフォーカス位置の算出を実施するので、色合成光学装置の設計上の外形寸法に基づいて前記光路長の変化量の算出および前記バックフォーカス位置の算出を実施する構成と比較して、実際に製品となる色合成光学装置に製造誤差が生じている場合であっても、正確にバックフォーカス位置を算出でき、光変調装置を正確なバックフォーカス位置に位置付けることができ、光学装置をより高精度に製造できる。
さらに、製造装置において、従来のように、調整用光源装置、光束検出装置、および光束検出装置にて検出された画像を処理するための画像処理装置等を省略することが可能となる。このような構成を採用することで、製造装置の構成の簡略化を図れ、製造装置を製造するにあたってその製造コストを削減できる。
本発明では、制御部は、画像取込部および画像処理部を備え、光束検出装置にて検出された画像を取り込んで画像処理を実施して光変調装置の姿勢最適位置を判定する。駆動制御部は、光路長の変化に対応した投射光学装置のバックフォーカス位置に光変調装置を位置付けさせた後、画像処理部にて判定された姿勢最適位置に基づいて位置調整部を駆動制御し光変調装置の位置を微調整させる。このことにより、光変調装置をより高精度に投射光学装置のバックフォーカス位置に位置付けることができ、光学装置をより高精度に製造できる。
また、光路長の変化に対応した投射光学装置のバックフォーカス位置に光変調装置を位置付けた後に、光変調装置の位置を微調整するので、従来のように、色合成光学装置に対して近接隔離する方向の長い距離範囲で光変調装置を移動させることがない。このため、光変調装置の調整に多くの時間を費やすことなく、光学装置を迅速にかつ高精度に製造できる。
本発明によれば、寸法測定部が、レーザ光射出部およびレーザ光受光部で構成され、色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を非接触にて測定する構成であるので、寸法測定部を接触式の寸法測定部とする構成と比較して、色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を迅速に測定でき、光学装置をより迅速に製造できる。
本発明によれば、寸法測定部が2つの撮像部を含んで構成され、設計上の基準対角領域の各基準頂点位置と撮像した各対角領域の各頂点位置との偏差に基づいて色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を測定する構成であるので、色合成光学装置に接触することで外形寸法を測定する接触式の寸法測定部を用いる構成と比較して、色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を迅速に測定でき、光学装置をより迅速に製造できる。
例えば、色合成光学装置として、入射角略45度となるように略X字状に配置される4つの反射面を有し、略X字状の一方の延出方向に沿った一組の反射面が、他の一組の反射面と異なる波長域の光束を反射するように構成された色合成光学素子(所謂、クロスダイクロイックプリズム)と、色合成光学素子におけるX字状の反射面に交差する端面に接着固定される固定板とで構成する。また、光変調装置を3つで構成し、色合成光学素子の3つの光束入射側端面にそれぞれ配設する。
そして、色合成光学装置を保持部に保持した際に、設計上の基準位置に対して色合成光学素子が所定の回転角度で回転した状態である場合には、以下の問題がある。
設計上の基準位置に対して色合成光学素子の反射面も回転しているため、上述した方法で算出したバックフォーカス位置に各光変調装置を位置付けても、光学装置をプロジェクタ内に搭載した際に色合成光学素子の光束射出側端面側に配設される投射光学装置に対して、対向配置された各光変調装置および色合成光学素子を介した光束が導入する導入位置が、設計上の基準導入位置からずれやすい。このため、上述した方法で算出したバックフォーカス位置に各光変調装置を位置付けても、色合成光学装置を保持部に保持した際に、設計上の基準位置に対して色合成光学素子が所定の回転角度で回転した状態である場合には、色合成光学装置に対して各光変調装置を精度良く位置付けることが難しい。
したがって、上述した方法で算出したバックフォーカス位置に各光変調装置を位置付け、さらに、位置調整量に応じた位置に光変調装置を移動させることで、設計上の基準位置に対して色合成光学装置が所定の回転角度で回転した状態であっても、色合成光学装置に対して各光変調装置を精度良く位置付けることができる。
本発明によれば、光学装置の製造方法は、装置設置工程と、寸法測定工程と、変化量算出工程と、バックフォーカス位置算出工程と、光変調装置保持工程と、位置決め工程とを備えているので、上述した光学装置の製造装置と同様の作用・効果を享受できる。
また、光学装置の製造を迅速に実施できるので、光学装置の単価の低減が可能となる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタの構成〕
図1は、製造対象とされる光学装置を備えるプロジェクタ100の構造を模式的に示す図である。
プロジェクタ100は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成し、形成したカラー画像を図示しないスクリーン上に拡大投射する。このプロジェクタ100は、図1に示すように、外装筺体100Aと、光学ユニット100Bとを備える。
なお、図1において、図示は省略するが、外装筺体100A内において、光学ユニット100B以外の空間には、プロジェクタ100の構成部材に外部からの電力を供給する電源ユニット、プロジェクタ100内部を冷却する冷却ユニット、プロジェクタ100全体を制御する制御基板等が配置されるものとする。
なお、外装筺体100Aは、合成樹脂製に限らず、その他の材料にて形成してもよく、例えば、金属等により構成してもよい。
リレー光学系130は、入射側レンズ131、リレーレンズ132、および反射ミラー133,134を備え、色分離光学装置120で分離された色光を後述する液晶パネルまで導く機能を有する。
光変調装置141を構成する液晶パネル1411は、具体的な図示は省略するが、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶が密閉封入された構成を有し、図示しない制御基板から出力される駆動信号に応じて、前記液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板142から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。
クロスダイクロイックプリズム144は、射出側偏光板143から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム144は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、2つの誘電体多層膜が形成されている。これら誘電体多層膜は、投射レンズ160に対向する側に配置された光変調装置141から射出され射出側偏光板143を介した色光を透過し、残りの2つの各光変調装置141から射出され射出側偏光板143を介した色光を反射する。このようにして、各光変調装置141にて変調された各色光が合成されてカラー画像が形成される。
なお、具体的な図示は省略するが、鏡筒161は、複数の部材を接続することで構成され、複数の部材にて複数のレンズを支持している。これら複数の部材のうち、少なくとも2つの部材は、他の部材に対して回転可能に構成されている。そして、投射レンズ160は、前記少なくとも2つの部材を回転させることで、複数のレンズの相対位置を変更し、投影画像の倍率調整、焦点調整を実施可能に構成されている。
部品収納部材171は、光源装置111が収納される光源収納部171Aと、光源装置111を除く他の光学部品110,120,130,140が収納される容器状に形成された部品収納部171Bとを備える。
部品収納部171Bは、上面が開口した略直方体形状であり、その一端は光源収納部171Aに接続されている。また、この部品収納部171Bの他端側の底面には、図示は省略するが、光学装置本体140Aを構成する支持構造体145を取り付けるための取付部が形成されている。さらに、この部品収納部171Bの他端側の側面には、投射レンズ160を取り付けるためのレンズ取付部171B1が形成されている。そして、レンズ取付部171B1および投射レンズ160のフランジ部162をねじ等により固定することで、投射レンズ160が光学部品用筐体170に取り付けられる。さらにまた、この部品収納部171Bの側面の内側には、図示は省略するが、光学部品112〜115,121〜123,131〜134,142を上方からスライド式に嵌め込むための複数の溝部が形成されている。
図2は、光学装置本体140Aの構造を示す分解斜視図である。
光学装置本体140Aは、上述したように、3つの光変調装置141、3つの射出側偏光板143、クロスダイクロイックプリズム144、および支持構造体145が一体化されたものである。
支持構造体145は、図2に示すように、略直方体形状を有し、上面の所定位置にクロスダイクロイックプリズム144を載置し、光学装置本体140A全体を支持する部材である。
そして、3つの射出側偏光板143は、図2に示すように、支持構造体145の所定位置に載置固定されたクロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面に接着剤等により固着される。なお、図2では、3つの光束入射側端面のうち1つの光束入射側端面に固着された1つの射出側偏光板143のみ図示しているが、他の光束入射側端面にもそれぞれ射出側偏光板143が固着されている。
3つの光変調装置141は、図2に示すように、各液晶パネル1411が保持枠1412内に収納された構成を有する。そして、保持枠1412の四隅部分に形成された孔1412Aにピン1413を紫外線硬化型接着剤とともに挿入することにより、クロスダイクロイックプリズム144の光束入射側端面に接着固定される。
図3および図4は、光学装置本体140Aの製造装置1を示す図である。具体的に、図3は、製造装置1の側面図であり、図4は、製造装置1を上方から見た平面図である。
製造装置1は、図3または図4に示すように、UV遮光カバー20と、位置調整部としての3つの6軸位置調整装置30と、光束検出装置40と、保持部としての載置部50と、4つの寸法測定部60と、図3または図4では図示を省略したが、調整用光源装置と、固定用光源装置と、これらの各装置の動作制御および画像処理を行う制御装置とを備える。
前記固定用光源装置は、各光変調装置141(各液晶パネル1411)をクロスダイクロイックプリズム144側に固定するに際し、紫外線硬化型接着剤を硬化させる固定用光束(紫外線)の光源であり、図示しない光源駆動回路等の駆動部により駆動する。
図5は、6軸位置調整装置30の構造を示す図である。なお、図5では、説明を簡略化するために、図5の紙面と直交する方向をX軸、図6中左右方向をZ軸、図7中上下方向をY軸とする。
3つの6軸位置調整装置30は、クロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面に対して、各光変調装置141(液晶パネル1411)の配置位置をそれぞれ調整する。
6軸位置調整装置30は、図5に示すように、UV遮光カバー20の底板22上のレール22Aに沿って移動可能に設置される平面位置調整部31と、この平面位置調整部31の先端部分に設けられる面内回転位置調整部32と、この面内回転位置調整部32の先端部分に設けられる面外回転位置調整部33と、この面外回転位置調整部33の先端部分に設けられる液晶パネル保持部34とを備える。
基部311は、図示しないモータ等の駆動部(図示略)により、底板22のZ軸方向を移動する。脚部312は、側部に設けられるモータ等の駆動部(図示略)によって基部311に対してX軸方向に移動する。接続部313は、図示しないモータ等の駆動部(図示略)によって、脚部312に対してY軸方向に移動する。
このうち、回転調整部322は、側部に設けられるモータ等の駆動部(図示略)によって基部321に対してXY平面内で回転し、クロスダイクロイックプリズム144の光束入射側端面に対する光変調装置141(液晶パネル1411)の面内回転位置を調整する。
基部331の側部に設けられたモータ等の駆動部(図示略)が駆動すると、第1調整部332が摺動し、第1調整部332の上部に設けられたモータ等の駆動部(図示略)が駆動すると、第2調整部333が摺動し、クロスダイクロイックプリズム144の光束入射側端面に対する光変調装置141(液晶パネル1411)の面外方向回転位置を調整する。
基部343は、平面略中央部分が突出した中空部材であって、この突出部分343Aにおける矩形状の先端面の平面略中央部分には、液晶パネル1411の画像形成領域の角隅部分に応じて設定された調整用光源孔343Bと、該調整用光源孔343Bの外側に配置され、保持枠1412の四隅の孔1412Aに応じて設定された固定用光源孔343Cと、調整用光源孔343Bの内側に配置され、パッド344を露出するための平面視十字状の孔343Dとが形成されている。
また、基部343の後方で外側に張り出した張出部分343Eには、4つのねじ孔343Fが形成され、これら4つのねじ孔343Fにねじを挿通することにより、基部343は基材342にねじ止めされる。
吸引装置345は、具体的な図示を省略するが、所定のエアーホース345Aを介して、各液晶パネル1411を真空吸着によってパッド344に保持させる。
図7および図8は、光束検出装置40の構造を示す図である。具体的に、図7は、光学装置本体140Aおよび光束検出装置40を上方から見た図である。図8は、光学装置本体140Aおよび光束検出装置40をクロスダイクロイックプリズム144の光束射出側から見た図である。
光束検出装置40は、図3または図4に示すように、載置部50に載置されるクロスダイクロイックプリズム144の光束射出側端面の後段に配置され、載置部50に支持固定される。この光束検出装置40は、図3、図4、図7、または図8に示すように、CCDカメラ41と、このCCDカメラ41を3次元移動可能に構成された移動機構43(図3、図4)と、導光部45とを備える。
CCDカメラ41は、図7または図8に示すように、導光部45の四方に移動機構43を介して4つ配置されている。この際、各CCDカメラ41は、液晶パネル1411に形成された矩形状の画像形成領域の対角線上に対応して配置されている。なお、CCDカメラ41は、投射画像を高精度に検出するために、遠隔制御により自由にズーム・フォーカスを調整できるようになっている。
なお、保持カバー452には、外側に屈折させた光束を透過させる開口部が設けられている。また、図7では、投射レンズ160に対向する位置に配置される液晶パネル1411に光束を照射した場合が示されている。このような導光部45によれば、クロスダイクロイックプリズム144から射出された四隅の光束は、スクリーン等に投射されることなく、四方に配置されたCCDカメラ41で直接検出される(直視式)。
載置部50は、図3に示すように、底板22上に設置される基板51と、この基板51上に立設される脚部52と、この脚部52の上部に設けられ、かつ光学装置本体140Aおよび光束検出装置40が取り付けられるセット板53とを備える。
これらのうち、セット板53には、図3または図4に示すように、表裏を貫通して開口部53Aが形成されている。そして、この開口部53Aを介して、載置部50内部に設置される寸法測定部60が載置部50から突没可能となる。
4つの寸法測定部60は、光学装置本体140Aを構成するクロスダイクロイックプリズム144の外形寸法(クロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸からクロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面および光束射出側端面までの各離間寸法)を測定する。これら4つの寸法測定部60は、図3または図4に示すように、載置部50に設置されるクロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面および光束射出側端面と対向可能にそれぞれ配設される。なお、4つの寸法測定部60は、同一の構造であるので、以下では、1つの寸法測定部60のみの構造を説明する。
寸法測定部60は、図3または図4に示すように、寸法測定部本体61と、移動機構62とを備える。
寸法測定部本体61は、レーザ光を所定角度で基準位置または測定位置(クロスダイクロイックプリズム144の光束入射側端面または光束射出側端面)に照射し、基準位置または測定位置にて反射されたレーザ光を受光し、その受光位置に応じた信号を前記制御装置に出力する。この寸法測定部本体61は、図9に示すように、レーザ光射出部611と、集光レンズ612と、反射ミラー613と、レーザ光受光部614と、これら各部材611〜613を内部に収納保持するケース615とを備える。
レーザ光射出部611は、前記制御装置による制御の下、図9に示すように、基準位置または測定位置に向けて所定角度でレーザ光を射出する。
集光レンズ612および反射ミラー613は、図9に示すように、レーザ光射出部611から射出され、基準位置または測定位置にて反射されたレーザ光をレーザ光受光部614に導光する。
レーザ光受光部614は、集光レンズ612および反射ミラー613にて導光されたレーザ光を受光するものである。このレーザ光受光部614としては、例えば、2次元CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサを採用できる。そして、レーザ光受光部614は、前記制御装置と電気的に接続し、レーザ光を取り込んで電気信号として前記制御装置に出力する。
以上説明した寸法測定部本体61としては、例えば、スマートセンサZSシリーズ(オムロン社製)を採用できる。
図10は、制御装置70による制御構造を示すブロック図である。
制御装置70は、CPU(Central Processing Unit)およびハードディスクを備えたコンピュータで構成され、種々のプログラムを実行して製造装置1全体を制御する。この制御装置70は、図10に示すように、操作部71と、表示部72と、制御部73とを備える。
操作部71は、例えば、キーボードおよびマウス等で入力操作される図示しない各種操作ボタンを有している。この操作ボタンの入力操作を実施することにより、制御装置70を適宜動作させるとともに、例えば、表示部72に表示される情報に対して、制御装置70の動作内容の設定等が実施される。そして、作業者による操作部71の入力操作により、操作部71から適宜所定の操作信号を制御部73に出力する。
なお、この操作部71としては、操作ボタンの入力操作に限らず、例えば、タッチパネルによる入力操作や、音声による入力操作等により、各種条件を設定入力する構成としてもできる。
画像取込部731は、例えば、ビデオキャプチャボード等で構成され、光束検出装置40のCCDカメラ41、または寸法測定部60のレーザ光受光部614から出力される信号を入力し、入力した信号を画像信号に変換して画像処理部732に出力する。
姿勢最適位置判定部732Aは、CCDカメラ41にて撮像され画像取込部731を介して出力される画像信号を読み込み、読み込んだ画像信号に基づいて画像処理を実施し、処理した結果に基づいて液晶パネル1411の姿勢最適位置を判定する。そして、判定した姿勢最適位置に基づく所定の信号を駆動制御部733に出力する。
寸法判定部732Bは、寸法測定部60のレーザ光受光部614にて撮像され画像取込部731を介して出力される画像信号を読み込み、読み込んだ画像信号に基づいて画像処理を実施し、処理した結果に基づいて4つの寸法測定部60によるクロスダイクロイックプリズム144の外形寸法(クロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸からクロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面および光束射出側端面までの各離間寸法)を算出する。そして、寸法判定部732Bは、算出した外形寸法をメモリ734に記憶させる。
変化量算出部735Aは、メモリ734に格納された射出側偏光板143の厚み寸法、射出側偏光板143およびクロスダイクロイックプリズム144の各屈折率、および寸法判定部732Bにて算出された外形寸法を読み出し、空気層を光束が進行する際の光路長と、クロスダイクロイックプリズム144および射出側偏光板143を通過する際の光束の光路長との変化量を算出する。
バックフォーカス位置算出部735Bは、メモリ734に格納された投射レンズ160の仕様で規定されたバックフォーカス距離に関する距離情報、および変化量算出部735Aにて算出された光路長の変化量に基づいて、各光変調装置および投射レンズ160の間に各射出側偏光板143およびクロスダイクロイックプリズム144が介在した際での光路長の変化に対応した投射レンズ160のバックフォーカス位置(初期位置)を算出する。そして、バックフォーカス位置算出部735Bは、算出した初期位置に関する情報をメモリ734に記憶させる。
メモリ734は、所定の制御プログラム、機種データ、画像処理部732から出力されるクロスダイクロイックプリズム144の外形寸法、ならびに初期位置判定部735から出力される初期位置等に関するデータを格納する。
なお、機種データとしては、例えば、以下のデータがある。
例えば、製造対象となる光学装置本体140Aの基準となる図示しないマスター光学装置から得られる基準パターン画像およびCCDカメラ41の基準位置に関するデータがある。
また、例えば、寸法測定部60におけるレーザ光受光部614の基準受光位置に関するデータがある。
さらに、例えば、製造対象となる光学装置本体140Aに対応する投射レンズ160の仕様で規定されたバックフォーカス距離に関する距離情報(バックフォーカス距離の他、投射レンズ160における最前段のレンズ頂点からクロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸までの距離も含む)、および製造対象となる光学装置本体140Aを構成する射出側偏光板143の光軸方向の厚み寸法等に関するデータがある。
さらにまた、例えば、製造対象となる光学装置本体140Aを構成するクロスダイクロイックプリズム144および射出側偏光板143の屈折率に関するデータがある。
次に、上述した製造装置1による光学装置本体140Aの製造方法を図面に基づいて説明する。なお、以下では、光学装置本体140Aおよびマスター光学装置において、クロスダイクロイックプリズム144の3つの光束入射側端面のうち、投射レンズ160に対向する光束入射側端面にG色光用の光変調装置141が配置され、他の2つの各光束入射側端面にR,B色光用の各光変調装置141が配置されるものとする。
図11は、光学装置本体140Aの製造方法を説明するフローチャートである。
先ず、光学装置本体140Aを製造する前に、事前準備として、プロジェクタの機種に応じた画像処理用の基準パターンおよびCCDカメラ41の基準位置を予め取得しておく(処理S1,S2)。
具体的には、作業者は、フォーカス位置およびアライメント位置が予め調整されたマスター光学装置と、このマスター光学装置の画像形成領域の大きさに応じてビームスプリッタ451の配置位置が設定された導光部45とを載置部50にセットする(処理S1)。ここで、マスター光学装置は、機種に応じて設けられ、製造誤差のない設計値の外形寸法を有する基準支持構造体、基準クロスダイクロイックプリズム、基準射出側偏光板、および3枚の基準光変調装置(液晶パネル)を一体的に設けたものである。
先ず、制御部73は、調整用光源装置81を作動させ、マスター光学装置のG色光用の基準液晶パネルに対して、6軸位置調整装置30の先端から位置調整用の光束(G色光)を導入させる。そして、マスター光学装置から射出された光束は、ビームスプリッタ451を介してCCDカメラ41で直接取り込まれる。この際、制御部73は、移動機構43を作動させ、光束を確実に受光できる位置に各CCDカメラ41を移動させる(処理S2)。
4つのCCDカメラ41で撮像された画像74としては、例えば、図12または図13に示すように、4つの画像74A,74B,74C,74Dで構成され、基準液晶パネルの四隅に対応した複数の画素領域CAが表示されたものである。そして、図12に示すように、基準液晶パネルの四隅に対応した端部位置から、対角内側方向に移動し、各画像74A〜74Dに画素領域CAのみを表示できる位置が、各CCDカメラ41のフォーカス調整用の基準位置(以下では、フォーカス調整基準位置と記載する)となる。また、図13に示すように、基準液晶パネルの四隅に対応した端部位置が表示され、画素領域CAとこの画素領域CA以外の領域を所定の比率に設定した略正方形状の領域が、各液晶パネル1411のアライメント調整用の基準パターンBPとなる。また、この時の各CCDカメラ41の位置が機種に応じたアライメント調整用の基準位置(以下では、アライメント調整基準位置と記載する)となる。そして、制御部73は、上述した基準パターンBP、および各CCDカメラ41の各基準位置(フォーカス調整基準位置およびアライメント調整基準位置)を、機種に応じた機種データとしてメモリ734に記憶させる。
以上の処理S1,S2は、予め複数機種に対して行われ、機種毎の基準パターンBPおよび各CCDカメラ41の基準位置(フォーカス調整基準位置およびアライメント調整基準位置)が機種データとして登録される。
先ず、作業者は、載置部50に設置されたマスター光学装置を取り外すとともに、射出側偏光板143が所定位置に貼り付けられたクロスダイクロイックプリズム144と支持構造体145とを一体化させたプリズムユニットを載置部50に設置する(処理S3:装置設置工程)。
処理S3の後、クロスダイクロイックプリズム144の外形寸法を測定する(処理S4:寸法測定工程)。
具体的に、図14は、クロスダイクロイックプリズム144の外形寸法の測定方法を説明するフローチャートである。図15ないし図17は、クロスダイクロイックプリズム144の外形寸法の測定方法を説明するための図である。
先ず、作業者は、制御装置70の操作部71を操作し、クロスダイクロイックプリズム144の外形寸法を測定する旨の入力操作を実施する。制御装置70の制御部73は、メモリ734に格納されたプログラムを読み出し、以下の処理を実施する。
駆動制御部733は、駆動部70Aに所定の制御信号を出力して各移動機構62を作動させ、図15に示すように、クロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面および光束射出側端面に各寸法測定部本体61が対向するように各寸法測定部本体61を載置部50外部に移動させる(処理S4A)。
処理S4Aの後、駆動制御部733は、駆動部70Aに所定の制御信号を出力して各寸法測定部本体61を作動させ、各レーザ光射出部611からレーザ光を射出させる(処理S4B)。この際、各レーザ光射出部611から射出されたレーザ光は、図15または図17に示すように、クロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面144Aおよび光束射出側端面144Bの上方側略中心位置(照射位置R1〜R4)に照射される。
処理S4Bの後、制御部73は、クロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面144Aおよび光束射出側端面144Bから反射されたレーザ光を各レーザ光受光部614に撮像させる(処理S4C)。
処理S4Eの後、駆動制御部733は、駆動部70Aに所定の制御信号を出力して各移動機構62を作動させ、寸法測定部60を載置部50内部に移動させる(処理S4F)。
具体的に、図18は、各光変調装置141の位置調整方法を説明するフローチャートである。
先ず、駆動制御部733は、メモリ734に格納された機種データに基づいて、駆動部70Aに所定の制御信号を出力して移動機構43を駆動させ、4つのCCDカメラ41をフォーカス調整基準位置に設置する(処理S6A)。
処理S6Aの後、制御部73の初期位置判定部735は、以下に示すように、各光変調装置141(各液晶パネル1411)の初期位置を判定する(処理S6B)。
ところで、所定の屈折率を有する物体中を光束が通過する際には、光束の光路長は、空気層を通過する際での光路長に対して変化するものである。前記物体の屈折率をnとし、通過する物体の寸法をDとした場合には、光路長の変化量Zは、以下の数式1で算出される。なお、数式1では、空気層の屈折率を1としている。
Z=(1−1/n)・D
G色光用光変調装置141Gを通過して投射レンズ160に到達する光束は、図19に示すように、厚み寸法Wの射出側偏光板143内、離間寸法LA1および離間寸法LA2のクロスダイクロイックプリズム144内を通過する。
このため、変化量算出部735Aは、処理S6B1において、メモリ734に格納された各離間寸法LA1,LA2、射出側偏光板143の厚み寸法W、クロスダイクロイックプリズム144の屈折率nA、および射出側偏光板143の屈折率nBを読み出し、上記数式1にしたがって、G色光における光路長の変化量ZGを算出する。すなわち、G色光における光路長の変化量ZGが(1−1/nA)(LA1+LA2)+(1−1/nB)・Wとして算出される。
この後、バックフォーカス位置算出部735Bは、処理S6B2において、メモリ734に格納された投射レンズ160の仕様で規定されたバックフォーカス距離BF、および投射レンズ160における最前段のレンズ頂点Tからクロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸Oxまでの距離BF0を読み出し、クロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸Oxから投射レンズ160の仕様で規定されたG色光のバックフォーカス位置までの離間距離BFGを算出し、離間距離BFGに対して前記算出した光路長の変化量ZGを加えて離間距離IGを算出し、平面中心軸Oxから光路長の変化量ZGを考慮したG色光のバックフォーカス位置PG(初期位置)の座標値を判定する。
B色光用光変調装置141Bを通過して投射レンズ160に到達する光束は、図19に示すように、厚み寸法Wの射出側偏光板143内、離間寸法LA3および離間寸法LA2のクロスダイクロイックプリズム144内を通過する。
このため、変化量算出部735Aは、処理S6B1において、メモリ734に格納された各離間寸法LA2、LA3、射出側偏光板143の厚み寸法W、クロスダイクロイックプリズム144の屈折率nA、射出側偏光板143の屈折率nBを読み出し、上記数式1にしたがって、B色光における光路長の変化量ZBを算出する。すなわち、B色光における光路長の変化量ZBが(1−1/nA)(LA3+LA2)+(1−1/nB)・Wとして算出される。
この後、バックフォーカス位置算出部735Bは、処理S6B2において、メモリ734に格納された投射レンズ160の仕様で規定されたバックフォーカス距離BF、および投射レンズ160における最前段のレンズ頂点Tからクロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸Oxまでの距離BF0を読み出し、クロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸Oxから投射レンズ160の仕様で規定されたB色光のバックフォーカス位置までの離間距離BFBを算出し、離間距離BFBに対して前記算出した光路長の変化量ZBを加えて離間距離IBを算出し、平面中心軸Oxから光路長の変化量ZBを考慮したB色光のバックフォーカス位置PB(初期位置)の座標値を判定する。
R色光用光変調装置141Rを通過して投射レンズ160に到達する光束は、図19に示すように、厚み寸法Wの射出側偏光板143内、離間寸法LA4および離間寸法LA2のクロスダイクロイックプリズム144内を通過する。
このため、変化量算出部735Aは、処理S6B1において、メモリ734に格納された各離間寸法LA2,LA4、射出側偏光板143の厚み寸法W、クロスダイクロイックプリズム144の屈折率nA、射出側偏光板143の屈折率nBを読み出し、上記数式1にしたがって、R色光における光路長の変化量ZRを算出する。すなわち、R色光における光路長の変化量ZRが(1−1/nA)(LA4+LA2)+(1−1/nB)・Wとして算出される。
この後、バックフォーカス位置算出部735Bは、処理S6B2において、メモリ734に格納された投射レンズ160の仕様で規定されたバックフォーカス距離BF、および投射レンズ160における最前段のレンズ頂点Tからクロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸Oxまでの距離BF0を読み出し、クロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸Oxから投射レンズ160の仕様で規定されたR色光のバックフォーカス位置までの離間距離BFRを算出し、離間距離BFRに対して前記算出した光路長の変化量ZRを加えて離間距離IRを算出し、平面中心軸Oxから光路長の変化量ZRを考慮したR色光のバックフォーカス位置PR(初期位置)の座標値を判定する。
そして、バックフォーカス位置算出部735Bは、処理S6Bにおいて判定した各バックフォーカス位置PR,PG,PBの各座標値(初期位置に関する情報)をメモリ734に記憶させる(処理S6C)。
そして、制御部73は、クロスダイクロイックプリズム144の光束射出側端面から射出される光束(G色光)を、光束検出装置40の各CCDカメラ41に検出させる(処理S6F)。
処理S6Fの後、制御部73の画像取込部731は、各CCDカメラ41から出力される信号を入力し、入力した信号を画像信号に変換する(処理S6G)。そして、変換した画像信号を画像処理部732に出力する。
画像処理部732の姿勢最適位置判定部732Aは、画像取込部731から出力される画像信号を読み込み、例えば図12において、液晶パネル1411の四隅部分の画像74から画素領域CAの外周部分における特定の指標値(エッジ強度)を算出する(処理S6H)。そして、この算出した指標値をメモリ734に格納するとともに、所定の信号を駆動制御部733に出力する。
そして、姿勢最適位置判定部732Aは、処理S6IにてG色光用光変調装置141G(液晶パネル1411)のフォーカス微調整が実施され、算出した四隅の指標値がほぼ等しくなりかつ、最も大きくなったか否か、すなわち、合焦状態であるか否かを判定する(処理S6J)。ここで、合焦状態でないと判定された場合には、処理S6G〜S6Jが繰り返し実施される。
処理S6Kの後、姿勢最適位置判定部732Aは、メモリ734に格納された光変調装置141の基準パターンを読み出し、この基準パターン画像と合焦状態である液晶パネル1411の四隅部分の検出パターン画像とを比較し、基準パターン画像に対する検出パターン画像のずれ量を算出する(処理S6L)。そして、このずれ量に基づく所定の信号を駆動制御部733に出力する。
駆動制御部733は、姿勢最適位置判定部732Aからの信号に基づいて、駆動部70Aに所定の制御信号を出力して6軸位置調整装置30を駆動させ、G色光用光変調装置141G(液晶パネル1411)のアライメント調整(平面位置、面内回転位置、および面外回転位置調整)を実施する(処理S6M)。そして、液晶パネル1411は、最適なアライメント位置に配置される。
ここで、他のR色光用光変調装置141RおよびB色光用光変調装置141Bに関して前記処理S6E〜S6Mを順次実施する際、処理S6Eでは、駆動制御部733は、駆動部70Aに所定の制御信号を出力して調整用光源装置81を駆動させ、R色光用光変調装置141RおよびB色光用光変調装置141Bに対応した位置調整用の光束(R色光およびB色光)をR色光用光変調装置141RおよびB色光用光変調装置141Bに導入させる。
以上のような工程により、光学装置本体140Aが製造される。
さらに、処理S6B1では、クロスダイクロイックプリズム144の光軸方向の外形寸法のみならず、射出側偏光板143の厚み寸法Wをも考慮して、光路長の変化量の算出を実施しているので、各光変調装置141をより正確なバックフォーカス位置PR,PG,PBに位置付けることができる。
ここで、寸法測定部60は、4つで構成され、クロスダイクロイックプリズム144における平面中心軸Oxから各光束入射側端面144Aおよび光束射出側端面144Bまでの各離間寸法LA1〜LA4をそれぞれ測定するので、クロスダイクロイックプリズム144を構成する4つの直角プリズムに製造誤差が生じている場合であっても、正確にクロスダイクロイックプリズム144の光軸方向の外形寸法を測定できる。このため、バックフォーカス位置をより正確に算出でき、各光変調装置141を正確なバックフォーカス位置に位置付けることができ、光学装置本体140Aをより高精度に製造できる。
さらに、各光変調装置141(各液晶パネル1411)を光路長の変化に対応した投射レンズ160のバックフォーカス位置PR,PG,PBに位置付けた(処理S6D)の後に、各光変調装置141(各液晶パネル1411)のフォーカス微調整(処理S6I)を実施するので、従来のようにクロスダイクロイックプリズム144に対して近接隔離する方向の長い距離範囲で光変調装置141(液晶パネル1411)を移動させることがない。このため、各光変調装置141(各液晶パネル1411)のフォーカス調整に多くの時間を費やすことなく、光学装置本体140Aを迅速にかつ高精度に製造できる。
そして、製造装置1は、光変調装置141(液晶パネル1411)およびクロスダイクロイックプリズム144を介した画像光を直接、各CCDカメラ41にて検出する構成であるので、画像光をスクリーン等に投影する必要がなく、スクリーン等の他の部材を省略することで製造装置の小型化を図れる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
前記第1実施形態では、光学装置本体140Aを製造する際、光学装置本体140Aに導入され光学装置本体140Aから射出された光束を直接、CCDカメラ41にて検出する直視式の製造装置1を用いている。
これに対して第2実施形態では、光学装置本体140Aを製造する際、光学装置本体140Aに導入され光学装置本体140Aから射出された光束をマスターレンズMLにてスクリーン上に拡大投射し、スクリーン上に投影された投影画像を検出する投射型の製造装置2を用いる。
図20および図21は、第2実施形態における光学装置本体140Aの製造装置2を示す図である。具体的に、図20は、製造装置2の側面図であり、図21は、製造装置2を上方から見た平面図である。なお、図20、図21では、説明を簡略化するために、製造対象となる光学装置本体140Aから射出される光束の光軸方向をZ軸とし、このZ軸に直交する2軸をそれぞれX軸およびY軸とする。
製造装置2は、図20または図21に示すように、製造装置本体2Aと、スクリーンユニット2Bと、当該製造装置2全体の動作制御および画像処理を実施する制御装置(図25参照)とを備えている。これらのうち、製造装置本体2Aおよびスクリーンユニット2Bは、暗室20A内部に配置され、暗室20Aは製造装置本体2Aおよびスクリーンユニット2Bを囲む側板26および天板27と、製造装置本体2Aを囲むカーテン28とを備え、光学装置本体140Aの製造は、この暗室20A内で実施される。
製造装置本体2Aは、製造対象となる光学装置本体140Aが載置され、クロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面に各光変調装置141を位置調整して固定する部分である。この製造装置本体2Aは、図20または図21に示すように、前記第1実施形態で説明した3つの6軸位置調整装置30、載置部50、寸法測定部60、これら各部材30,50,60を載置する載置台25、ここでは図示しない調整用光源装置81および固定用光源装置82を備えている。なお、本実施形態における載置部50は、図20または図21に示すように、製造対象となる光学装置本体140Aに対応するマスターレンズMLを載置可能に構成されている。
図22は、スクリーンユニット2Bを裏面側から見た平面図である。なお、図22も図20および図21と同様に、製造対象となる光学装置本体140Aから射出される光束の光軸方向をZ軸とし、このZ軸に直交する2軸をそれぞれX軸およびY軸とする。
スクリーンユニット2Bは、製造対象となる光学装置本体140Aから射出されマスターレンズML(図20、図21)にて拡大投射された光束を投影するとともに、投影された光束を検出する部分である。このスクリーンユニット2Bは、図20ないし図22に示すように、載置台91と、画像形成部としての透過型スクリーン93と、光束検出装置95とを備えている。
載置台91は、図20または図21に示すように、製造装置本体2Aと所定の距離を設けて配置され、透過型スクリーン93および光束検出装置95を載置するものである。この載置台91の上面には、Z軸方向(図20、図21中、左右方向)に延びる3本のレール911が設けられている。
図23は、3CCDカメラ951の構造を模式的に示す図である。
3CCDカメラ951は、スクリーン本体933の裏面側で形成される投射画像を検出して電気信号として出力するものであり、透過型スクリーン93上に表示される矩形状の投射画像の四隅部分近傍に移動機構953を介して4つ配置されている。この3CCDカメラ951は、図23に示すように、外部からの光束を内部に集光する集光レンズ951Aと、この集光レンズ951Aのバックフォーカス位置に配置された撮像部951Bとを備えて構成されている。
このうち、撮像部951Bは、集光レンズ951Aのバックフォーカス位置に形成された画像平面951B1と、この画像平面951B1上の画素を赤、青、緑の3色に分解するダイクロイックプリズム951B2と、このダイクロイックプリズム951B2の光束射出側端面に設置され、射出されるそれぞれの色光が結像する3つのCCD951B3とを備えている。なお、撮像部951Bは、上述した構成に限らず、例えば、図24に示すような構成でもよい。
そして、3つのCCD951B3は、製造装置本体2Aを構成する前記制御装置と電気的に接続されており、該CCD951B3で変換された色光毎の画像信号(R,G,B信号)は前記制御装置に入力され、画像処理が実施される。
図25は、制御装置70´による制御構造を示すブロック図である。
制御装置70´は、前記第1実施形態で説明した制御装置70と同様に、CPUおよびハードディスクを備えたコンピュータで構成され、種々のプログラムを実行して製造装置2全体を制御する。この制御装置70´は、図25に示すように、制御対象が前記第1実施形態と異なるのみであり、前記第1実施形態で説明した制御装置70と同様に、操作部71、表示部72、および制御部73(画像取込部731、画像処理部732(姿勢最適位置判定部732Aおよび寸法判定部732Bを含む)、駆動制御部733、メモリ734、および初期位置判定部735(変化量算出部735Aおよびバックフォーカス位置算出部735Bを含む)を含む)を備えている。
本実施形態の制御装置70´は、図25に示すように、6軸位置調整装置30、寸法測定部60、調整用光源装置81、固定用光源装置82、透過型スクリーン93、および光束検出装置95を制御する。
また、本実施形態のメモリ734は、所定の制御プログラム、機種データ、画像処理部732から出力されるクロスダイクロイックプリズム144の外形寸法、および初期位置判定部735から出力される初期位置等に関するデータを格納する。
なお、機種データとしては、例えば、前記第1実施形態で説明した機種データと略同様であるが、CCDカメラ41の基準位置に関するデータの代わりに、3CCDカメラ951の基準位置(フォーカス調整基準位置、アライメント調整基準位置)に関するデータを含んでいる。
次に、上述した製造装置2による光学装置本体140Aの製造方法を図面に基づいて説明する。
図26は、光学装置本体140Aの製造方法を説明するためのフローチャートである。
先ず、光学装置本体140Aを製造する前に、事前準備として、前記第1実施形態の処理S1,S2と略同様に、プロジェクタの機種に応じた画像処理用の基準パターンおよび3CCDカメラ951の基準位置を予め取得しておく(処理S11,S12)。
次に、作業者は、制御装置70´の操作部71を操作し、プロジェクタの機種に応じた機種データ(基準パターン、各3CCDカメラ951の基準位置)の登録作業を実施する旨の所定のプログラムを呼び出す。制御装置70´の制御部73は、メモリ734に格納されたプログラムを読み出し、以下の処理を実施する。
先ず、制御部73は、調整用光源装置81を作動させ、マスター光学装置の各基準液晶パネルに対して、各6軸位置調整装置30の先端から位置調整用の光束を導入させる。そして、マスター光学装置を介しマスターレンズMLにて拡大投射され透過型スクリーン93に投影された投影像は、光束検出装置95の3CCDカメラ951に撮像される。この際、制御部73は、光束検出装置95の移動機構953を作動させ、光束を確実に受光できる位置に各3CCDカメラ951を移動させる。この3CCDカメラ951で撮像された画像は、赤、緑、青の3色に分解されて、R,G,B信号として制御部73に出力される。
なお、3CCDカメラ951にて撮像された画像としては、前記第1実施形態で説明したCCDカメラ41にて撮像された画像(図12または図13)と同様である。
そして、制御部73は、前記第1実施形態と同様に、基準パターンBP、および各3CCDカメラ951の基準位置(フォーカス調整基準位置およびアライメント調整基準位置)を、機種に応じた機種データとしてメモリ734に記憶させる(処理S12)。
以上の処理S11,S12は、予め複数機種に対して行われ、機種毎の基準パターンBPおよび各3CCDカメラ41の基準位置(フォーカス調整基準位置およびアライメント調整基準位置)が機種データとして登録される。
先ず、作業者は、載置部50に設置されたマスター光学装置およびマスターレンズMLを取り外すとともに、前記第1実施形態で説明した処理S3と同様にプリズムユニットを載置部50に設置する(処理S13:装置設置工程)。
処理S13の後、クロスダイクロイックプリズム144の外形寸法を測定する(処理S14:寸法測定工程)。
なお、処理S14は、前記第1実施形態で説明した処理S4と同様であるため、説明および詳細な図示を省略するが、処理S14では前記第1実施形態で説明した処理S4と同様に処理S4A〜S4F(図14)を実施するものである。
処理S15の後、作業者は、前記第1実施形態で説明した処理S5と同様に、各光変調装置141を、紫外線硬化型接着剤が塗布されたピン1413を保持枠1412の四隅の孔1412Aに挿入した状態で、各6軸位置調整装置30の各液晶パネル保持部34にそれぞれ吸着保持させる(処理S16:光変調装置保持工程)。
具体的に、図27は、各光変調装置141の位置調整方法を説明するフローチャートである。
先ず、駆動制御部733は、メモリ734に格納された機種データに基づいて、駆動部70Aに所定の制御信号を出力して移動機構953を駆動させ、3CCDカメラ951をフォーカス調整基準位置に設置する(処理S17A)。
処理S17Aの後、制御部73は、前記第1実施形態で説明した処理S6B〜S6Dと同様に、光路長の変化量の算出(処理S17B1:変化量算出工程)および各バックフォーカス位置PR,PG,PBの算出(処理S17B2:バックフォーカス位置算出工程)を実施する初期位置の判定(処理S17B)、各バックフォーカス位置PR,PG,PBの各座標値をメモリ734に格納(処理S17C)、各光変調装置141を各バックフォーカス位置PR,PG,PBに移動(処理S17D:位置決め工程)を実施する。
そして、制御部73は、光学装置本体140Aを介しマスターレンズMLにて拡大投射され透過型スクリーン93に投影された投影像を、3CCDカメラ951に検出させる(処理S17F)。この3CCDカメラ951で撮像された画像は、赤、緑、青の3色に分解されてR,G,B信号として制御部73に出力される。
処理S17Kの後、制御部73は、前記第1実施形態で説明した処理S6L、S6Mと同様に、基準パターン画像に対する検出パターン画像のずれ量の算出(処理S17L)、および各光変調装置141のアライメント調整(処理S17M)を各光変調装置141(各液晶パネル1411)で同時に実施する。
以上のような処理S11〜処理S18により、光学装置本体140Aが製造される。
また、光束検出装置95が3CCDカメラ951を含んで構成されているので、各光変調装置141およびクロスダイクロイックプリズム144を介しマスターレンズMLにて透過型スクリーン93上に投影された投影像を3CCDカメラ951にて検出させ、該3CCDカメラ951にて検出された画像に基づいて、各光変調装置141のフォーカス微調整(処理S17I)およびアライメント調整(処理S17M)を同時に実施できる。このため、光学装置本体140Aの製造をより迅速に実施できる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態は、前記第1実施形態に対して、寸法測定部の構成が異なるのみである。その他の構成は、前記第1実施形態と同様のものである。
図28および図29は、第3実施形態における光学装置本体140Aの製造装置3を示す図である。具体的に、図28は、製造装置3の側面図であり、図29は、製造装置3を上方から見た平面図である。
図30は、第3実施形態における制御装置70´´による制御構造を示すブロック図である。
製造装置3を構成する寸法測定部60´´は、図28ないし図30に示すように、撮像部としての2つのCCDカメラ63A,63Bと、2つの支持部材64A,64Bと、制御装置70´´を構成する寸法判定部732B´´、角度判定部732C、および位置調整量算出部735Cとを備える。
具体的に、CCDカメラ63Aは、図29に示すように、R色光用の光変調装置141Rが配設される側の光束入射側端面144Aと光束射出側端面144Bとで形成される角領域を撮像する。一方、CCDカメラ63Bは、図29に示すように、光束射出側端面144BとB色光用の光変調装置141Bが配設される側の光束入射側端面144Aとで形成される角領域を撮像する。
2つの支持部材64A,64Bは、載置部50に立設され、2つのCCDカメラ63A,63Bが前記各対角領域を撮像可能に2つのCCDカメラ63A,63Bを支持する部材である。なお、これら支持部材64A,64Bとしては、例えば、支持したCCDカメラ63の三次元位置を調整可能とするように構成しても構わない。
基準対角領域データは、製造対象となるクロスダイクロイックプリズム144の基準となる基準クロスダイクロイックプリズムを設計位置に配置した状態で、基準クロスダイクロイックプリズムの鉛直方向上端面を各CCDカメラ63A,63Bで撮像した各基準対角領域に関するデータである。この基準対角領域データとしては、各基準対角領域内の基準クロスダイクロイックプリズムの鉛直方向上端面のエッジを座標値(各基準対角領域の画像内の画素位置等)で構成したデータを採用できる。
また、機種データとしては、以下のデータがある。
例えば、製造対象となる光学装置本体140Aの基準となる基準光変調装置の左右方向(光軸と直交する横方向)の寸法(以下、パネル寸法と記載する)に関するデータがある。
また、例えば、マスター光学装置において、基準光変調装置から基準クロスダイクロイックプリズムの各界面までの光軸方向の設計上の最大離間寸法(以下、フォーカス方向寸法と記載する)に関するデータがある。
さらに、例えば、基準クロスダイクロイックプリズムの光軸方向の長さ寸法、すなわち、対向する光束入射側端面および光束射出側端面の離間寸法、および対向する各光束入射側端面の離間寸法(以下、プリズム設計寸法と記載する)に関するデータがある。
次に、上述した製造装置3による光学装置本体140Aの製造方法について説明する。なお、本実施形態では、前記第1実施形態におけるクロスダイクロイックプリズムの外形寸法の測定方法(処理S4)および光変調装置141の位置調整方法(処理S6)が異なるのみであり、以下では、クロスダイクロイックプリズムの外形寸法の測定方法(処理S41)および光変調装置141の位置調整方法(処理S61)のみを順に説明する。
図31は、クロスダイクロイックプリズム144の外形寸法の測定方法(処理S41)を説明するフローチャートである。
先ず、作業者は、制御装置70´´の操作部71を操作し、クロスダイクロイックプリズム144の外形寸法を測定する旨の入力操作を実施する。制御装置70´´の制御部73´´は、メモリ734に格納されたプログラムを読み出し、以下の処理を実施する。
制御部73´´は、各CCDカメラ63A,63Bにクロスダイクロイックプリズム144の鉛直方向上端面の各対角領域を撮像させる(処理S41A)。
処理S41Aの後、制御部73´´の画像取込部731は、各CCDカメラ63A,63Bから出力される信号を入力し、入力した信号を画像信号に変換する(処理S41B)。そして、変換した画像信号を画像処理部732´´に出力する。
処理S41Bの後、画像処理部732´´の寸法判定部732B´´は、画像取込部731から出力される画像信号を読み込み、例えば図32において、各対角領域Or1,Or2内のクロスダイクロイックプリズム144の鉛直方向上端面のエッジEg1,Eg2を検出し、該エッジEg1,Eg2を座標値として算出する(処理S41C)。なお、エッジEg1,Eg2の算出方法としては、例えば、各対角領域Or1,Or2の画像の隣接する画素間の輝度値の差に基づいて実施し、エッジEg1,Eg2の座標値としては算出したエッジEg1,Eg2の画素位置を採用できる。そして、寸法判定部732B´´は、算出したエッジEg1,Eg2の座標値をメモリ734´´に記憶させる。
処理S41Dの後、寸法判定部732B´´は、メモリ734´´に格納された基準対角領域データに基づいて、例えば図32において、エッジEg01,Eg02の基準交点Ip01,Ip02(基準頂点)と、前記認識した交点Ip1,Ip2との間でのエッジEg01,Eg02に沿った2軸方向(図32中、上下方向、および左右方向)の各偏差量D11,D12,D21,D22を算出する(処理S41E)。なお、メモリ734´´に格納された基準対角領域データに基づくエッジEg01,Eg02は、予め、上述したエッジEg1,Eg2の算出方法と同様の方法で算出されている。
このため、図32に示す例では、偏差量D11,D12,D21,D22は、全てプラスの値となる。
X=A1+(D11+D21)
Y=A2+(D12+D22)
また、上記数式3において、Yは、クロスダイクロイックプリズム144における対向する各光束入射側端面の離間寸法である。すなわち、Yは、前記第1実施形態で説明したLA3+LA4に相当する。また、A2は、プリズム設計寸法に基づく基準クロスダイクロイックプリズムにおける対向する各光束入射側端面の離間寸法である。
図33は、光変調装置141の位置調整方法(処理S61)を説明するフローチャートである。
なお、本実施形態における光変調装置141の位置調整方法(処理S61)は、前記第1実施形態で説明した位置調整方法(処理S6)における初期位置の判定方法(処理S6B)、位置決め工程(処理S6D)が異なるのみであり、以下では、初期位置の判定方法(処理S61B)および位置決め工程(処理S61D)のみを順に説明する。
初期位置の判定方法(処理S61B)では、制御部73´´の初期位置判定部735´´は、前記第1実施形態と略同様に、光路長の変化量の算出(処理S6B1)、および投射レンズ160のバックフォーカス位置の算出(処理S6B2)を実施する。なお、本実施形態における処理S6B1,S6B2では、初期位置判定部735´´は、メモリ734´´に格納されたクロスダイクロイックプリズム144の外形寸法(X,Y)から各離間寸法LA1〜LA4を算出して用いる。
図34は、位置調整量の算出方法を説明するための図である。具体的に、図34は、クロスダイクロイックプリズム144およびR色光用の光変調装置141Rを模式的に示す平面図である。
ところで、処理S6B2で算出したバックフォーカス位置に光変調装置141Rを位置付けても(図34中、2点鎖線で示す光変調装置141Rの位置)、設計上の基準位置(図34中、2点鎖線で示すクロスダイクロイックプリズム144の位置)に対してクロスダイクロイックプリズム144が所定の回転角度θで回転した状態(図34中、実線の状態)では、クロスダイクロイックプリズム144の反射面144Rが回転しているため、投射レンズ160に対する光変調装置141Rおよびクロスダイクロイックプリズム144を介した光束の導入位置が設計上の基準導入位置からずれやすい。このため、設計上の基準位置に対してクロスダイクロイックプリズム144が所定の回転角度で回転した状態では、クロスダイクロイックプリズム144が設計上の基準位置に配置されている場合での前記基準導入位置と同一の導入位置となる所定位置(図34中、実線で示す光変調装置141Rの位置)に光変調装置141Rを位置調整する必要がある。したがって、処理S6B2で算出したバックフォーカス位置に光変調装置141Rを位置付けても、設計上の基準位置に対してクロスダイクロイックプリズム144が所定の回転角度で回転した状態では、光変調装置141Rの位置調整に時間が掛ってしまう。
なお、光変調装置141Rの回転量θRaを回転角度2θとする解釈は、以下の通りである。
一般的に、反射面を回転しない状態と前記反射面を所定方向に所定角度θAだけ回転した状態とで光束の入射光路および反射光路のいずれか一方の光路を揃えると、入射光路および反射光路のいずれか他方の光路が前記所定方向に所定角度θAの2倍だけずれることが知られている。すなわち、図34に示すように、反射面144Rが回転角度θだけ所定方向に回転している場合には、入射光路Op2が設計上の入射光路Op1に対して回転角度θの2倍である角度2θだけ前記所定方向にずれた位置に位置付けられるように、光変調装置141Rを回転させる必要がある。そして、本実施形態では、位置調整量算出部735Cは、光変調装置141Rにおいて設計上の基準位置に対してクロスダイクロイックプリズム144が回転した場合にクロスダイクロイックプリズム144と光変調装置141Rとが近接する側の角位置Raを回転軸として、クロスダイクロイックプリズム144の回転方向に回転させる回転量θRaを、回転角度θの2倍である回転角度2θとして算出する。
LRa=(FL・sin2θ)−(PL・tanθ・cos2θ)/(1−tanθ)
図34に示すように、頂点N,Q,Rを有する直角三角形と頂点S,M,Rを有する直角三角形を見た場合に、位置移動量LRaは、頂点S,M間の長さSMを求めればよく、以下の数式5により導くことができる。
SM=(NR・sin2θ)+(RS・sin2θ)−NQ
=(NR+RS)・sin2θ−NQ
=FL・sin2θ−NQ
ここで、図34に示すように、頂点N,V間の長さNVは、頂点G,U間の長さGUと同一であり、頂点G,H間の長さGHから頂点U,H間の長さUHを引いた長さ(GH−UH)となる。また、頂点N,U,Hを有する三角形が直角二等辺三角形であるため、UHは、PL/2となる。さらに、頂点V,G,Hを有する直角三角形を見た場合には、頂点Hの角度が45°−θ、頂点Vの角度が45°+θとなり、GHは、(PL/2)・tan(45°+θ)となる。すなわち、NVは、以下の数式6のように導かれる。
NV=GH−UH
=(PL/2)・tan(45°+θ)−PL/2
=(PL・tanθ)/(1−tanθ)
位置決め工程(処理S61D)では、駆動制御部733は、6軸位置調整装置30を駆動させて、以下に示すように、所定の初期位置に各光変調装置141を位置付ける。
先ず、駆動制御部733は、前記第1実施形態で説明した処理S6Dと同様に、メモリ734´´に格納された各バックフォーカス位置PR,PG,PBの各座標値を読み込み、駆動部70Aに所定の制御指令を出力して各6軸位置調整装置30を駆動させ、各バックフォーカス位置PR,PG,PBに各光変調装置141を位置付ける。
次に、駆動制御部733は、メモリ734´´に格納された位置調整量のうち回転量θRaを読み込み、駆動部70Aに所定の制御指令を出力して6軸位置調整装置30を駆動させ、R色光用の光変調装置141Rを、角位置Raを回転軸としてクロスダイクロイックプリズム144の回転方向に回転角度2θだけ回転させる。また、駆動制御部733は、同様に、B色光用の光変調装置141Bを回転させる。
次に、駆動制御部733は、メモリ734´´に格納された位置調整量のうち位置移動量LRaを読み込み、駆動部70Aに所定の制御指令を出力して6軸位置調整装置30を駆動させ、R色光用の光変調装置141Rを、角位置Raから該角位置Raの反対側の角位置Rb側に向かう方向に位置移動量LRaだけ移動させる。また、駆動制御部733は、同様に、B色光用の光変調装置141Bを移動させる。
また、初期位置判定部735´´は、位置調整量算出部735Cを備えているので、寸法測定部60´´にて測定されたクロスダイクロイックプリズム144の回転角度θに基づいて、クロスダイクロイックプリズム144の回転状態に応じた光変調装置141R,141Bの位置調整量(回動量θRa,位置移動量LRa)を算出できる。
そして、駆動制御部733は、位置決め工程(処理S61D)において、各光変調装置141を各バックフォーカス位置PR,PG,PBに位置付けた後、位置調整量算出部735Cにて算出された位置調整量(回動量θRa,位置移動量LRa)に基づいて、クロスダイクロイックプリズム144の回転状態に応じた位置にR色光用の光変調装置141RおよびB色光用の光変調装置141Bを移動させる。
したがって、設計上の基準位置に対してクロスダイクロイックプリズム144が所定の回転角度で回転した状態であっても、クロスダイクロイックプリズム144に対する適切な初期位置に各光変調装置141を位置付けることができ、光変調装置141の位置調整方法(処理S61)において、後段で実施するフォーカス微調整(S6I)やアライメント調整(処理S6M)の処理時間が増大することがなく、迅速に光変調装置141の位置調整を実施できる。
ここで、位置調整量算出部735Cは、数式4を用いることで、メモリ734´´に記憶されたクロスダイクロイックプリズム144の回転角度θ、フォーカス方向寸法FL、およびパネル寸法PLから光変調装置141R,141Bの位置移動量LRaを簡単な演算で算出することができる。
前記各実施形態において、製造装置1,2,3の構成は、前記各実施形態で説明した構成に限らない。
例えば、前記第1実施形態および前記第3実施形態において、6軸位置調整装置30は、各光変調装置141に対応して3つで構成されていたが、これに限らず、例えば、載置部50をクロスダイクロイックプリズム144の中心位置を中心として回動可能に構成し、6軸位置調整装置30を1つのみで構成してもよい。
また、例えば、前記第2実施形態において、光束検出装置95を省略し、透過型スクリーン93上に投影された投影像を目視にて確認しながら、各6軸位置調整装置30を手動にて操作して、各光変調装置141(各液晶パネル1411)のフォーカス微調整およびアライメント調整を実施する構成を採用してもよい。このような構成を採用した場合には、光束検出装置95、および制御部73における姿勢最適位置判定部732Aを省略でき、製造装置2の構成の簡略化を図れ、製造装置2を製造するにあたってその製造コストを削減できる。
例えば、寸法測定部60を、クロスダイクロイックプリズム144に測定子を接触させてクロスダイクロイックプリズム144の光軸方向の外形寸法を測定する接触式の寸法測定部で構成してもよい。
また、前記第1実施形態および前記第2実施形態では、寸法測定部60を、レーザ光を射出して反射したレーザ光を受光する構成としたが、光束を射出してクロスダイクロイックプリズム144を介した光束を検出する構成であれば、レーザ光を用いる構成、反射させる構成に限らない。例えば、クロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面144Aおよび光束射出側端面144Bのうち1つの端面側に配設されクロスダイクロイックプリズム144に向けて光束を射出する光束射出部と、前記1つの端面に対向する端面側に配設され光束射出部から射出された光束を受光する光束受光部とを備える構成を採用してもよい。この場合には、光束受光部にて受光された光束の光量、すなわち、クロスダイクロイックプリズム144にて遮光された光束の光量を算出することで、クロスダイクロイックプリズム144の光軸方向の外形寸法を測定するものとする。
さらに、前記第1実施形態および前記第2実施形態では、寸法測定部60を4つで構成していたが、少なくとも2つ有する構成であればよい。例えば、寸法測定部60を2つで構成する場合には、クロスダイクロイックプリズム144の各光束入射側端面144Aおよび光束射出側端面144Bのうち1つの端面(第1の端面)と、前記第1の端面に隣接する端面(第2の端面)をそれぞれ基準平面OL1,OL2とする。そして、前記第1の端面および前記第2の端面に対向する側の各端面(第3の端面および第4の端面)側にそれぞれ寸法測定部60が対向可能に配設する。そして、各寸法測定部60に、前記第1の端面と前記第1の対面に対向する前記第3の端面までの離間寸法、および前記第2の端面と前記第2の端面に対向する前記第4の端面までの離間寸法を測定させる。このような構成では、前記第1実施形態および前記第2実施形態で説明した寸法測定部60を4つ設ける構成と比較して、部材を省略でき、製造装置2の製造コストを低減できる。
同様に、前記第2実施形態では、透過型スクリーン93上の投影像を3CCDカメラ951にて撮像する構成としたが、前記第1実施形態で説明したCCDカメラや、MOSセンサ等の撮像素子にて撮像する構成を採用してもよい。
前記各実施形態では、投射レンズ160の仕様で規定されたバックフォーカス距離に関する距離情報として、バックフォーカス距離BF、および投射レンズ160における最前段のレンズ頂点Tからクロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸Oxまでの距離BF0を採用し、該距離情報をメモリ734に格納していたが、これに限らない。例えば、前記距離情報として、クロスダイクロイックプリズム144の平面中心軸Oxから設計上のバックフォーカス位置までの距離BFR,BFG,BFBを採用し、該距離情報をメモリ734に格納しておく構成としてもよい。
前記第3実施形態において、画像処理部732´´の角度判定部732C、および初期位置判定部735´´の位置調整量算出部735Cを省略した構成を採用してもよい。
前記第3実施形態では、撮像部として2つのCCDカメラ63A,63Bを採用したが、これに限らず、例えば、前記第2実施形態で説明した3CCDカメラや、MOSセンサ等の撮像素子を採用しても構わない。また、2つのCCDカメラ63A,63Bは、クロスダイクロイックプリズム144の鉛直方向上端面の4つの角領域のうち対角領域を撮像可能であれば、その配設位置は、前記第3実施形態で説明した配設位置に限らない。
前記第3実施形態では、位置調整量(回転量θRaおよび位置移動量LRa)に基づいて、光変調装置141R,141Bを移動させていたが、3つの光変調装置141のうち、対向配置されている光変調装置141を移動させる構成であればよく、例えば、光変調装置141R,141Gが対向配置されている場合には、位置調整量に基づいて、光変調装置141R,141Gを移動させればよい。
前記各実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
Claims (6)
- 複数の色光を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、各光変調装置にて変調された各色光を合成して画像光を形成する色合成光学装置とを備え、プロジェクタに用いられる光学装置を製造する光学装置の製造装置であって、
前記プロジェクタは、前記光学装置の光路後段に配設され、前記光学装置にて形成された画像光を拡大投射する投射光学装置を備え、
当該製造装置は、
前記色合成光学装置を所定位置で保持する保持部と、前記光変調装置を保持し前記色合成光学装置に対して前記光変調装置の位置調整を実施する位置調整部と、前記色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を測定する寸法測定部と、前記位置調整部を駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記投射光学装置の仕様で規定されたバックフォーカス距離に関する距離情報を記憶する記憶部と、
前記寸法測定部にて測定された前記色合成光学装置の光軸方向の外形寸法、および前記色合成光学装置の屈折率に基づいて、前記光変調装置および前記投射光学装置の間に前記色合成光学装置が介在した際の前記光変調装置から前記投射光学装置に至る光束の光路長の変化量を算出する変化量算出部と、
前記記憶部に記憶された距離情報、および前記変化量算出部にて算出された光路長の変化量に基づいて、前記光路長の変化に対応した前記投射光学装置のバックフォーカス位置を算出するバックフォーカス位置算出部と、
前記位置調整部を駆動制御し、前記バックフォーカス位置算出部にて算出された前記光路長の変化に対応した前記投射光学装置のバックフォーカス位置に前記光変調装置を位置付けさせる駆動制御部とを備えていることを特徴とする光学装置の製造装置。 - 請求項1に記載の光学装置の製造装置において、
前記光変調装置に対して位置調整用の光束を導入する調整用光源装置と、前記光変調装置および前記色合成光学装置を介した画像光を検出する光束検出装置とを備え、
前記制御部は、前記光束検出装置にて検出された画像を取り込んで画像信号に変換する画像取込部と、前記画像取込部から出力された画像信号に基づいて画像処理を実施し、処理した結果に基づいて前記光変調装置の姿勢最適位置を判定する画像処理部とを備え、
前記駆動制御部は、前記光路長の変化に対応した前記投射光学装置のバックフォーカス位置に前記光変調装置を位置付けさせた後、前記画像処理部にて判定された姿勢最適位置に基づいて前記位置調整部を駆動制御し前記光変調装置の位置を微調整させることを特徴とする光学装置の製造装置。 - 請求項1または請求項2に記載の光学装置の製造装置において、
前記寸法測定部は、前記色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を測定する際の基準位置または測定位置に向けてレーザ光を射出するレーザ光射出部と、前記基準位置または前記測定位置にて反射されたレーザ光を受光するレーザ光受光部とを備え、前記レーザ光受光部における前記基準位置にて反射されたレーザ光の受光位置、および前記測定位置にて反射されたレーザ光の受光位置の変位に基づいて、前記色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を測定することを特徴とする光学装置の製造装置。 - 請求項1または請求項2に記載の光学装置の製造装置において、
前記色合成光学装置は、平面視矩形形状を有し、
前記寸法測定部は、前記色合成光学装置における矩形形状の対角領域をそれぞれ撮像する2つの撮像部を含んで構成され、前記色合成光学装置における設計上の基準対角領域の各基準頂点位置と前記2つの撮像部にて撮像した各対角領域の各頂点位置との偏差に基づいて、前記色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を測定することを特徴とする光学装置の製造装置。 - 請求項4に記載の光学装置の製造装置において、
前記寸法測定部は、前記基準対角領域、および前記2つの撮像部にて撮像した各対角領域に基づいて、設計上の基準位置に対する前記色合成光学装置の回転角度を測定し、
前記制御部は、前記寸法測定部にて測定された前記色合成光学装置の回転角度に基づいて、前記色合成光学装置の回転状態に応じた前記光変調装置の位置調整量を算出する位置調整量算出部を備え、
前記駆動制御部は、前記位置調整量算出部にて算出された位置調整量に基づいて前記位置調整部を駆動制御し、前記位置調整量に応じた位置に前記光変調装置を位置付けることを特徴とする光学装置の製造装置。 - 複数の色光を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、各光変調装置にて変調された各色光を合成して画像光を形成する色合成光学装置とを備え、プロジェクタに用いられる光学装置を製造する光学装置の製造方法であって、
前記プロジェクタは、前記光学装置の光路後段に配設され、前記光学装置にて形成された画像光を拡大投射する投射光学装置を備え、
当該製造方法は、
前記色合成光学装置を所定位置に設置する装置設置工程と、
前記色合成光学装置の光軸方向の外形寸法を測定する寸法測定工程と、
前記寸法測定工程にて測定した前記色合成光学装置の光軸方向の外形寸法、および前記色合成光学装置の屈折率に基づいて、前記光変調装置および前記投射光学装置の間に前記色合成光学装置が介在した際の前記光変調装置から前記投射光学装置に至る光束の光路長の変化量を算出する変化量算出工程と、
前記変化量算出工程にて算出した光路長の変化量、および前記投射光学装置の仕様で規定されたバックフォーカス距離に関する距離情報に基づいて、前記光路長の変化に対応した前記投射光学装置のバックフォーカス位置を算出するバックフォーカス位置算出工程と、
前記光変調装置を位置調整部に保持させる光変調装置保持工程と、
前記位置調整部を駆動制御して、前記バックフォーカス位置算出工程にて算出した前記光路長の変化に対応した前記投射光学装置のバックフォーカス位置に前記光変調装置を位置決めする位置決め工程とを備えていることを特徴とする光学装置の製造方法。
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