(57)【要約】【課題】スクリーンの撓みや投射光学系の光学特性等を簡便に測定、評価できる機能を備えたプロジェクションシステムを提供する。【解決手段】本発明のプロジェクションシステムは、第１のパターン２と、第１のパターン２から射出された光を投射レンズ５に向けて透過させ、投射レンズ５から射出されたスクリーン３からの光を反射させる光路分岐手段（ハーフミラー６）と、光路分岐手段によって反射された光を捉える撮像素子７と、スクリーン３の結像面、もしくは撮像素子の結像面（近傍）に配置された第２のパターン４と、が備えられ、投射レンズ５により第１のパターン２の像がスクリーン３上に投射され、投射レンズ５によりスクリーン３上の第１のパターン２の像が撮像素子７上に投射され、第１のパターン２の像と第２のパターン４の像との干渉により生じるモアレ縞を撮像素子７により検出する。【選択図】図１
2008257125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投射する投射光学系を含む光学系と、前記光学系からの光が投射されるスクリーンと、が備えられたプロジェクションシステムであって、
前記光学系の光入射側に配置され、前記光源からの光が入射される所定のピッチを有する第１のパターンと、
前記第１のパターンと前記光学系との間に設置され、前記第１のパターンから射出された光を前記光学系に向けて透過させ、前記光学系から射出された前記スクリーンからの光を反射させる光路分岐手段と、
前記光路分岐手段によって反射された光を受光する撮像素子と、
前記スクリーン上、もしくは前記撮像素子の結像面または結像面近傍に配置された所定のピッチを有する第２のパターンと、が備えられ、
前記光学系によって前記第１のパターンの像が前記スクリーン上に投射され、かつ、前記光学系によって前記スクリーン上に投射された前記第１のパターンの像が前記撮像素子上に投射され、
前記第１のパターンの像と前記第２のパターンの像との干渉により生じるモアレ縞を前記撮像素子によって検出することを特徴とするプロジェクションシステム。
【請求項２】
前記モアレ縞の発生状況から前記スクリーンの撓みの状態を検出することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３】
前記モアレ縞の発生状況から前記光学系の光学特性を検出することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項４】
前記スクリーンの撓みの状態、もしくは前記光学系の光学特性の検出結果に応じて前記スクリーンに投射される画像を補正する画像補正手段が備えられたことを特徴とする請求項２または３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項５】
前記光学系が、投射光学系から投射された光を前記スクリーンに向けて反射させる非球面ミラーもしくは自由曲面ミラーを有する反射光学系を含み、
前記画像補正手段が前記反射光学系の反射面を変形させることによって前記画像を補正することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６】
前記光路分岐手段と前記撮像素子との間に、ズーム光学系が備えられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７】
前記第１のパターンと前記光路分岐手段との間に、前記第１のパターンの中間像を生成する中間像生成光学系が備えられたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８】
前記中間像生成光学系が、ズーム機能を備えたことを特徴とする請求項７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９】
前記第１のパターンが、前記光変調素子に備えられた遮光パターンであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０】
前記第１のパターンが、前記光変調素子により表示されたパターン像であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１１】
前記第１のパターンが、前記光変調素子に隣接配置された光透過性板体に備えられた遮光パターンであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１２】
前記第２のパターンが、前記撮像素子に隣接配置された光透過性板体に備えられた遮光パターンであることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１３】
前記第２のパターンが、前記撮像素子の画素間領域からなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１４】
光源と、前記光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投射する投射光学系と、前記投射光学系からの光が投射される被測定物と、が備えられ、
前記投射光学系の光入射側に配置されて前記光源からの光が入射される所定のピッチを有する第１のパターンと、
前記第１のパターンと前記投射光学系との間に設置され、前記第１のパターンから射出された光を前記投射光学系に向けて透過させ、前記投射光学系から投射された前記被測定物からの光を反射させる光路分岐手段と、
前記光路分岐手段によって反射された光を受光する撮像素子と、
前記被測定物の表面、もしくは前記撮像素子の結像面または結像面近傍に配置された所定のピッチを有する第２のパターンと、が備えられ、
前記投射光学系によって前記第１のパターンの像が前記被測定物上に投射され、かつ、前記投射光学系によって前記被測定物上に投射された前記第１のパターンの像が前記撮像素子上に投射され、
前記第１のパターンの像と前記第２のパターンの像との干渉により生じるモアレ縞の発生状態を前記撮像素子によって検出することにより前記被測定物の表面形状を測定することを特徴とする形状測定装置。
【請求項１５】
光源と、前記光源からの光が入射される光学系と、前記光学系からの光が投射される被投射面と、が備えられ、
評価対象としての前記光学系の光入射側に配置されて前記光源からの光が入射される所定のピッチを有する第１のパターンと、
前記第１のパターンと前記光学系との間に設置され、前記第１のパターンから射出された光を前記光学系に向けて透過させ、前記光学系から投射された前記被投射面からの光を反射させる光路分岐手段と、
前記光路分岐手段によって反射された光を受光する撮像素子と、
前記被投射面上、もしくは前記撮像素子の結像面または結像面近傍に配置された所定のピッチを有する第２のパターンと、が備えられ、
前記光学系によって前記第１のパターンの像が前記被投射面上に投射され、かつ、前記光学系によって前記被投射面上に投射された前記第１のパターンの像が前記撮像素子上に投射され、
前記第１のパターンの像と前記第２のパターンの像との干渉により生じるモアレ縞の発生状態を前記撮像素子によって検出することにより前記光学系の光学特性を測定することを特徴とする光学特性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクションシステム、形状測定装置、および光学特性評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタ等の光学機器の光学系において、例えば投射レンズ等の光学部品の光学特性は、汎用のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）測定器を用いて測定、評価していた。ところが、ＭＴＦ測定器が高価な上、測定自体が大掛かりになり、簡単に評価を行えるものではなかった。例えば量産ラインで投射レンズを全数検査するには多大な時間を費やしていた。また、レンズ単体だけでなく、光学部品が最終的に組み上がった状態、具体的には投射レンズをエンジンに組み込んだ状態で光学特性を正確に測定するのは困難であった。
【０００３】
ところで、最近、投射エンジンを壁（スクリーン）に極力近づけ、投射距離を極端に短くした「超短焦点光学系」を備えたプロジェクタ、いわゆる近接投射プロジェクタが開発されている。従来一般のプロジェクタでは、レンズのみを用いた直線光学系が一般的であったが、超短焦点光学系を備えた近接投射プロジェクタでは、レンズのみならず、非球面ミラー、自由曲面ミラー等を用いた反射光学系や、平面ミラーやプリズム等で光路を折り曲げる光学系を採用することが多い。この種の光学系を採用した投射光学系では、従来の直線的な光学系と比較して、光路が折れ曲がったカスタムに近い光学配置となる。そのため、ＭＴＦ測定器等の一般的な測定器で光学特性を測定しようとしても、測定器や測定対象に特殊な改造を施さなければならないか、あるいは測定できなかった。このような事情から、比較的簡便な測定、評価方法の開発が急務となっている。
【０００４】
ところで、従来一般の測定、評価方法とは異なる簡便なレンズの性能測定方法として、下記の特許文献１に、「モアレ縞によるレンズの焦点距離測定方法」が開示されている。この方法では、レンズの直後にピッチが等しい２枚の格子板を配置し、平行光を入射させることでモアレ縞を発生させ、このモアレ縞の傾きからレンズの焦点距離を測定するというものである。
【特許文献１】特開昭６０−２４７１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の方法によれば、非常に簡単に焦点距離を測定することができるものの、単にレンズの焦点距離を測定するだけの方法であって、例えばフォーカス、歪曲等、それ以外の光学系の基本的な性能を測定できるものではなかった。
【０００６】
また、上述の近接投射プロジェクタにおいては、スクリーンと投射光学系との距離が短いため、投射光学系から射出された光が急角度でスクリーンに入射する。したがって、スクリーンがわずかに撓んだだけでも映像が大きく歪んでしまう。すなわち、近接投射プロジェクタでは、スクリーンが撓んだときに映像が歪む感度が非常に高いことが大きな問題となっていた。したがって、正常な映像を投射すべく、スクリーンの撓みを簡便に検出する方法が求められていた。
【０００７】
さらに、上述の近接投射プロジェクタにおいては、非球面ミラー、自由曲面ミラー等の反射光学素子が用いられている。この種の反射光学素子の多くはベース材に樹脂を用いることが多く、所望の形状を得るための成形条件を決定する際には、実際に製作したミラーで映像を投射しながら最適な成形条件を見つけなければならず、この条件出し作業に多大な手間を要していた。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スクリーンの撓みや投射光学系の光学特性等を簡便に測定、評価できる機能を備えたプロジェクションシステムを提供することを目的とする。また、上記の反射光学素子等を含む任意の光学部材の形状を簡便に測定できる形状測定装置を提供することを目的とする。また、フォーカス、歪曲等を含む光学系の基本性能を簡便に測定、評価できる光学特性評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明のプロジェクションシステムは、光源と、前記光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投射する投射光学系を含む光学系と、前記光学系からの光が投射されるスクリーンと、が備えられたプロジェクションシステムであって、前記光学系の光入射側に配置され、前記光源からの光が入射される所定のピッチを有する第１のパターンと、前記第１のパターンと前記光学系との間に設置され、前記第１のパターンから射出された光を前記光学系に向けて透過させ、前記光学系から射出された前記スクリーンからの光を反射させる光路分岐手段と、前記光路分岐手段によって反射された光を受光する撮像素子と、前記スクリーン上、もしくは前記撮像素子の結像面または結像面近傍に配置された所定のピッチを有する第２のパターンと、が備えられ、前記光学系によって前記第１のパターンの像が前記スクリーン上に投射され、かつ、前記光学系によって前記スクリーン上に投射された前記第１のパターンの像が前記撮像素子上に投射され、前記第１のパターンの像と前記第２のパターンの像との干渉により生じるモアレ縞を前記撮像素子によって検出することを特徴とする。
【００１０】
本発明のプロジェクションシステムによれば、スクリーンの撓みがモアレ縞の傾き等に影響を及ぼすことを利用して、逆にモアレ縞の発生状況を知ることによってスクリーンの撓みの状態を検出することができる。もしくは、光学系の歪曲やフォーカスがモアレ縞の傾きや広がりに影響を及ぼすことを利用して、逆にモアレ縞の発生状況を知ることによって投射光学系を含む光学系全体の光学特性を検出することができる。これにより、スクリーンの撓みや投射光学系を含む光学系全体の光学特性等を簡便に測定、評価できる機能を備えたプロジェクションシステムを実現することができる。
【００１１】
例えば、光学系の特性が理想的であったと仮定して、第１のパターンの像と第２のパターンの像を完全に重ね合わせるように投射したとすると、スクリーンの撓みがなければ、２つのパターンの像が完全に重なり合い、あたかも１つのパターンのみを投射したのと同じ像が得られるはずである。これに対して、スクリーンが撓んでいたとすると、第１のパターンの像と第２のパターンの像とはわずかにずれる。すると、第１のパターンの像と第２のパターンの像とが干渉し、モアレ縞が発生する。このモアレ縞の発生状態（ピッチ、曲がり具合、フォーカス状態等）を撮像素子が検出することによって、スクリーンの撓みの状態を検出することができる。
【００１２】
同様に、スクリーンの撓みがないと仮定して、光学系が完全な光学特性を有していれば、第１のパターンの像と第２のパターンの像とが完全に重なり合うはずであるが、光学系が歪曲やフォーカスむらなどを持っていたとすると、第１のパターンの像と第２のパターンの像とはわずかにずれる。すると、第１のパターンの像と第２のパターンとが干渉し、モアレ縞が発生する。このモアレ縞の発生状態（ピッチ、曲がり具合、フォーカス状態等）を撮像素子が検出することによって、光学系の光学特性を評価することができる。
【００１３】
この装置によれば、光学系の光入射側に配置する第１のパターンと、スクリーンや撮像素子の近傍に配置する第２のパターンとを準備しておくだけで、スクリーンの撓みや光学系の光学特性を測定、評価することができる。そのため、測定器や測定対象物を改造する必要がないどころか、測定器を準備する必要もなく、従来の方法に比べて簡便、安価、迅速にスクリーンの撓みや投射光学系を含む光学系の性能評価を行うことができる。また、従来の測定器のように被投射面上の複数の測定点でスポットの測定を行うのではなく、被投射面の全面に現れるモアレ縞を観察するので、光学系の光透過領域の全域にわたって連続的な評価が可能である。
【００１４】
また、本発明において、前記スクリーンの撓みの状態、もしくは前記光学系の光学特性の検出結果に応じて前記スクリーンに投射される画像を補正する画像補正手段が備えられていても良い。
この構成によれば、例えばスクリーンが若干撓んでいたり、光学系の光学特性が理想状態からずれていたとしても、画像補正手段によってスクリーンに投射される画像が補正され、良好な画像を得ることができる。
【００１５】
また、本発明において、前記光学系が、投射光学系から投射された光を前記スクリーンに向けて反射させる非球面ミラーもしくは自由曲面ミラーを有する反射光学系を含み、前記画像補正手段が前記反射光学系の反射面を変形させることによって前記画像を補正するものであっても良い。
この構成によれば、投射光学系に加えて反射光学系を含む光学系全体の評価を行うことができ、画像信号側で補正を行うことなく、反射光学系の反射面を例えば機械的に変形させることによって、比較的容易に画像を補正することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記光路分岐手段と前記撮像素子との間に、ズーム光学系が備えられていても良い。
この構成によれば、投射光学系から取り込んだ像を拡大または縮小できる、すなわち、第１のパターンの像と第２のパターンの像のピッチを変更できる。その結果、モアレ縞の強度を変えることができ、モアレ縞の検出をより高精度に行うことができる。
【００１７】
また、本発明において、前記第１のパターンと前記光路分岐手段との間に、前記第１のパターンの中間像を生成する中間像生成光学系が備えられていても良い。
この構成によれば、投射光学系の負荷を軽減させることができ、投射光学系の性能を高めることができる。投射光学系の後端から光変調素子の結像面までの距離を一般的に「バックフォーカス」と呼び、この距離が長いほど投射光学系の設計が困難になる。本発明の投射光学系の場合、光変調素子と投射光学系との間に光路分岐手段という光学要素を配置しているため、従来のプロジェクタの構成に比べてバックフォーカスが長くなる傾向にある。そのため、投射光学系の性能を高めるのが難しく、高精度の検出が行いにくくなる。そこで、この課題を解決するために、光変調素子と投射光学系との間で第１のパターンを一旦結像させ、中間像を作ることによって投射光学系のバックフォーカスが短くなり、投射光学系の設計が容易になる。また、中間像を小さくすることで投射光学系を小型化することができる。
【００１８】
また、本発明において、前記中間像生成光学系にズーム機能が備えられていても良い。
この構成によれば、第１のパターンの中間像を拡大または縮小でき、第１のパターンの像と第２のパターンの像のピッチを変更できるため、モアレ縞の強度を変えることができ、モアレ縞の検出をより高精度に行うことができる。
【００１９】
また、本発明において、前記第１のパターンを、前記光変調素子に備えられた遮光パターンで構成しても良い。
この構成によれば、第１のパターンを設けるために特別な部材を準備することがなく、光変調素子に備えられた遮光パターンを有効利用することができる。例えば、液晶ライトバルブ等の光変調素子には一般的にブラックマトリクスが備えられているため、このブラックマトリクスを第１のパターンとして利用すればよい。この場合、光変調素子の全面で白表示を行いさえすれば、スクリーン上に格子状の第１のパターンの像を投射することができる。
【００２０】
また、本発明において、前記第１のパターンを、前記光変調素子により表示されたパターン像で構成しても良い。
この構成によれば、第１のパターンが固定されたものでなく、第１のパターンの形状やピッチを自由に変化させることができるため、モアレ縞の発生状態を適宜変化させて検出しやすくすることができる。
【００２１】
また、本発明において、前記第１のパターンを、前記光変調素子に隣接配置された光透過性板体に備えられた遮光パターンで構成しても良い。
この構成によれば、遮光パターンを備えた光透過性板体、例えば格子状の遮光パターンを描いた透明板を準備しておくだけで、第１のパターンを所定の位置に配置することができる。
【００２２】
また、本発明において、前記第２のパターンを、前記撮像素子に隣接配置された光透過性板体に備えられた遮光パターンで構成しても良い。
この構成によれば、遮光パターンを備えた光透過性板体、例えば格子状の遮光パターンを描いた透明板を準備しておくだけで、第２のパターンを所定の位置に配置することができる。
【００２３】
また、本発明において、前記第２のパターンを、前記撮像素子の画素間領域で構成しても良い。
この構成によれば、第２のパターンを配置するために特別な部材を準備することがなく、撮像素子の画素間領域を有効利用することができる。
【００２４】
本発明の形状測定装置は、光源と、前記光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投射する投射光学系と、前記投射光学系からの光が投射される被測定物と、が備えられ、前記投射光学系の光入射側に配置されて前記光源からの光が入射される所定のピッチを有する第１のパターンと、前記第１のパターンと前記投射光学系との間に設置され、前記第１のパターンから射出された光を前記投射光学系に向けて透過させ、前記投射光学系から投射された前記被測定物からの光を反射させる光路分岐手段と、前記光路分岐手段によって反射された光を受光する撮像素子と、前記被測定物の表面、もしくは前記撮像素子の結像面または結像面近傍に配置された所定のピッチを有する第２のパターンと、が備えられ、前記投射光学系によって前記第１のパターンの像が前記被測定物上に投射され、かつ、前記投射光学系によって前記被測定物上に投射された前記第１のパターンの像が前記撮像素子上に投射され、前記第１のパターンの像と前記第２のパターンの像との干渉により生じるモアレ縞の発生状態を前記撮像素子によって検出することにより前記被測定物の表面形状を測定することを特徴とする。
【００２５】
本発明の形状測定装置によれば、比較的簡便な構成でモアレ縞の発生状態を検出することにより、被測定物の表面形状を測定することができる。
【００２６】
本発明の形状測定装置においても、前記光路分岐手段と前記撮像素子との間に、ズーム光学系が備えられていても良い。
前記第１のパターンと前記光路分岐手段との間に、前記第１のパターンの中間像を生成する中間像生成光学系が備えられていても良い。
前記中間像生成光学系に、ズーム機能が備えられていても良い。
前記第１のパターンを、前記光変調素子に備えられた遮光パターンで構成しても良い。
前記第１のパターンを、前記光変調素子により表示されたパターン像で構成しても良い。
前記第１のパターンを、前記光変調素子に隣接配置された光透過性板体に備えられた遮光パターンで構成しても良い。
前記第２のパターンを、前記撮像素子に隣接配置された光透過性板体に備えられた遮光パターンで構成しても良い。
前記第２のパターンを、前記撮像素子の画素間領域で構成しても良い。
これらの構成を備えたことによる作用、効果は、上記本発明のプロジェクションシステムの場合と同様である。
【００２７】
本発明の光学特性評価装置は、光源と、前記光源からの光が入射される光学系と、前記光学系からの光が投射される被投射面と、が備えられ、評価対象としての前記光学系の光入射側に配置されて前記光源からの光が入射される所定のピッチを有する第１のパターンと、前記第１のパターンと前記光学系との間に設置され、前記第１のパターンから射出された光を前記光学系に向けて透過させ、前記光学系から投射された前記被投射面からの光を反射させる光路分岐手段と、前記光路分岐手段によって反射された光を受光する撮像素子と、前記被投射面上、もしくは前記撮像素子の結像面または結像面近傍に配置された所定のピッチを有する第２のパターンと、が備えられ、前記光学系によって前記第１のパターンの像が前記被投射面上に投射され、かつ、前記光学系によって前記被投射面上に投射された前記第１のパターンの像が前記撮像素子上に投射され、前記第１のパターンの像と前記第２のパターンの像との干渉により生じるモアレ縞の発生状態を前記撮像素子によって検出することにより前記光学系の光学特性を測定することを特徴とする。
【００２８】
本発明の光学特性評価装置によれば、比較的簡便な構成でモアレ縞の発生状態を検出することにより光学系の光学特性を測定、評価することができる。
【００２９】
本発明の光学特性評価装置においても、前記光路分岐手段と前記撮像素子との間に、ズーム光学系が備えられていても良い。
前記第１のパターンと前記光路分岐手段との間に、前記第１のパターンの中間像を生成する中間像生成光学系が備えられていても良い。
前記中間像生成光学系に、ズーム機能が備えられていても良い。
前記第１のパターンを、光変調素子に備えられた遮光パターンで構成しても良い。
前記第１のパターンを、光変調素子により表示されたパターン像で構成しても良い。
前記第１のパターンを、光透過性板体に備えられた遮光パターンで構成しても良い。
前記第２のパターンを、前記撮像素子に隣接配置された光透過性板体に備えられた遮光パターンで構成しても良い。
前記第２のパターンを、前記撮像素子の画素間領域で構成しても良い。
これらの構成を備えたことによる作用、効果は、上記本発明のプロジェクションシステムの場合と同様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態は、液晶プロジェクタの光学特性、中でも投射光学系である投射レンズの光学特性を、レンズ単体ではなく、他の光学部品とともに全体的な光学系として測定、評価する装置の例である。
図１は本実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。図２は同装置の要部の拡大図である。図３は同評価装置で用いる画像処理のアルゴリズムを示す図である。なお、図１、図２においては、プロジェクタの各種光学部品のうち、本装置に光学的に関係する液晶ライトバルブと投射レンズのみを図示し、残りの光学部品の図示は省略する。
【００３１】
本実施形態の光学特性評価装置１００は、図１に示すように、液晶ライトバルブ１（光変調素子）とスクリーン３とが、液晶ライトバルブ１が作り出す画像が投射レンズ５によってスクリーン３上に投射できるように配置されている。液晶ライトバルブ１は、表示領域に隣接画素間を区画する格子状のブラックマトリクスで構成される第１の格子パターン２（第１のパターン）を有している。一方、スクリーン３（被投射面）上には、水平方向および垂直方向に延び、互いに直交する複数の直線からなる第２の格子パターン４（第２のパターン）を予め描いてある。この第２の格子パターン４は液晶ライトバルブ１のブラックマトリクス２の像に対応している。
【００３２】
すなわち、液晶ライトバルブ１の画像を投射レンズ５（評価対象としての光学系）によって所定の拡大率でスクリーン３上に拡大投射するとして、スクリーン３上の第２の格子パターン４は第１の格子パターン２を前記拡大率で拡大表示したときの位置および寸法に合わせて描いてある。第２の格子パターン４は、インクジェットプリンタやその他の印刷機器で描いた黒線でよい。なお、以下の説明では、光源（図示しない）に近い側の格子パターンを第１の格子パターン、光源から遠い側の格子パターンを第２の格子パターン、と称する。
【００３３】
液晶ライトバルブ１と投射レンズ５との間には、ハーフミラー６（光路分岐手段）が配置されている。ハーフミラー６は、液晶ライトバルブ１と投射レンズ５とを結ぶ光軸に対して傾けて設置されており、液晶ライトバルブ１から射出された光を投射レンズ５に向けて透過させる一方、投射レンズ５を通して取り込まれるスクリーン３からの反射光（スクリーン３上の像を内包する光）を反射させる機能を有している。ハーフミラー６で反射した光の光路上には、この反射光を受光する撮像素子７が配置されている。撮像素子７は、周知のＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサー等で構成される。この構成により、スクリーン３上に投射された第１の格子パターン２の像とスクリーン３上に描かれた第２の格子パターン４の像の双方が投射レンズ５、ハーフミラー６を経て撮像素子７に取り込まれる。
【００３４】
図２は図１の要部をより実際に近い形で示した図であって、図２に示すように、赤色光用液晶ライトバルブ１Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ１Ｇ、青色光用液晶ライトバルブ１Ｂの３枚の液晶ライトバルブによって変調された光はクロスダイクロイックプリズム８によって合成された後、ハーフミラー６に入射するようになっている。よって、ハーフミラー６は、クロスダイクロイックプリズム８と投射レンズ５との間に配置されている。
【００３５】
以上の構成により、液晶ライトバルブ１の全面で白表示を作り、これを投射レンズ５によってスクリーン３に拡大投射したとき、投射レンズ５が理想的な光学特性であったと仮定すると、第１の格子パターン２の像がスクリーン３上の第２の格子パターン４と完全に重なり、あたかも格子線を描いていない白いスクリーンに投射したのと同じ画像が投射されるはずである。ところが、投射レンズ５が僅かな歪曲やフォーカスむらなどを持っていると、第１の格子パターン２の像と第２の格子パターン４とは完全には重ならず、僅かにずれる。すると、スクリーン３上の第１の格子パターン２の像と第２の格子パターン４とが干渉してモアレ縞が発生し、このモアレ縞が投射レンズ５、ハーフミラー６を経て撮像素子７に取り込まれる。このときのモアレ縞の傾き、ピッチ、幅、フォーカス度合いなどを、例えば撮像素子７に接続したモニター等で観察したり、モアレ縞に適切な画像処理を施したりすることで、歪曲、フォーカスむらなどを含む投射レンズ５の光学特性を知ることができる。
【００３６】
図３は具体的な画像処理のアルゴリズムの一例を示しており、この例に基づいて以下、画像処理について説明する。なお、これ以外のアルゴリズムを用いても本実施形態の評価装置を実現することができる。
図１の装置構成を用いて第１の格子パターン像９（２点鎖線で示す）を投射したスクリーン３を撮像素子７で撮像した様子を示したのが図３の上の図（Ａ）である。上述したように、第１の格子パターン像９と第２の格子パターン４（実線で示す）がずれているとモアレ縞１１が発生する。なお、この図は説明のためにモアレ縞１１をわかりやすく描いたものであり、実際に発生するモアレ縞のイメージとは異なることを注記しておく。なお、以上の説明では、スクリーン３上の第２の格子パターン４は第１の格子パターン像９の位置および寸法に合わせて描いてあること、すなわち、スクリーン３上で第１の格子パターン像９と第２の格子パターン４を一致（互いのピッチを一致）させることを前提としている。しかしながら、実際は第１の格子パターン像９と第２の格子パターン４をずらした方がモアレ縞１１が拡大し、測定が容易になるため、第１の格子パターン像９と第２の格子パターン４とを意図的にずらしてもよい。
【００３７】
次に、画像処理部１２において、撮像素子７に入力された画像に画像処理を施し、第１の格子パターン像９および第２の格子パターン４の画像成分を除去する。具体的には、画像処理部１２において、入力された画像全体にフーリエ変換を施し、格子画像の成分にあたる周波数成分をフィルタによってカットし、それに逆フーリエ変換を施すことによって格子画像を除去する。このように、格子画像の成分を除去し、モアレ縞１１の成分のみを残した画像が図３の中央の図（Ｂ）である。
【００３８】
この格子除去後の画像（Ｂ）を利用して、以下の２つの光学特性を知ることができる。
まず一つとして、投射レンズ５の歪曲を測定することができる。従来の測定方法の場合、スクリーン上に投射された画像のうち、例えば画面内９点の測定ポイントにおいて、理論的な基準位置に対して画素がどれだけずれているかを数えていた。したがって、測定ポイントでの歪曲は測定できるものの、光学系全体がどのような傾向で歪曲収差を持っているかは、測定ポイントでの測定値から全体を推測するしかなかった。ところが、近年の光学系では非球面や自由曲面の形状を持つレンズやミラーを多用する傾向があり、数点の測定ポイントのみの測定値で全体を推測するのは危険である。具体的には、球面の場合は、両端の測定値があればその間は直線で補間しても大きな問題とはならないが、非球面や自由曲面の場合、画面の中に測定値の変曲点があるため、大雑把な測定ポイントではこれらの変曲点を捉えることは難しい。
【００３９】
これに対して、本実施形態の評価装置１００を用いた場合、歪曲の度合い、すなわち第１の格子パターン像９と第２の格子パターン４とのずれ量によってモアレ縞１１の傾きが変化する。図３（Ｃ）のモアレ縞１１の画像から、基準線１３に対するモアレ縞１１の傾きを測定することで画面全体の歪曲の変化量を連続的に知ることができる。ここで、上述したように、互いの格子パターンのピッチを変えることでモアレ縞１１を拡大でき、画素のずれを数える従来の方法よりも簡単に測定することができる。また、モアレ縞１１の拡大率を大きくすることで、特別な観察機器を準備したり、画像処理を行わなくても、目視でその歪曲量を判断することも可能になる。これにより、量産ライン等でプロジェクタの光学特性の全数検査を行うことも可能であり、第２の格子パターン４が入ったスクリーン３を準備するだけで、簡単かつ安価、さらに迅速かつ高精度で歪曲を測定することができる。
【００４０】
次に他の一つとして、投射レンズ５のフォーカスの測定が可能である。格子除去後の図３（Ｂ）の画像から、基準枠（図３の例では６×４＝２４個に等分割している）毎に平均化した図３（Ｄ）の画像を作成することによって、基準枠毎の濃淡でフォーカスの分布を知ることができる。これは、フォーカスがぼけることでモアレ縞の幅が広がることを利用したものである。例えば図３（Ｄ）の例で言えば、濃く表されている右上側の領域はモアレ縞１１の幅が広がっていることを意味しており、この領域では左下側の領域に比べてフォーカスがぼけていることがわかる。
【００４１】
これ以外にも、本実施形態の評価装置１００を用いてモアレ縞１１の様子を観察することにより、様々な光学特性を測定、評価できる可能性がある。また、投射レンズ５にズーム機構が備えられていれば、格子パターンのピッチ変更によってモアレ縞の強度を変更するのが容易に可能であり、より高精度な測定が期待できる。
【００４２】
本実施形態の光学特性評価装置１００によれば、液晶ライトバルブ１と第２の格子パターン４が描かれたスクリーン３とハーフミラー６とが備えられ、撮像素子７によってモアレ縞１１を検出するだけで、歪曲、フォーカス等のプロジェクタの光学特性、特に投射レンズ５の光学特性を評価することができる。そのため、特別な測定器を用いる必要がなく、液晶ライトバルブ１の画像をスクリーン３に投射できる環境がありさえすればよい。したがって、従来の方法に比べて簡単、安価、迅速にプロジェクタの光学特性の評価を実施することができる。また、従来の測定器のように被投射面上の複数の測定点でスポットの測定を行うのではなく、被投射面の全面に現れるモアレ縞１１を観察するので、光学系の全域にわたって連続的な評価が可能である。さらに、第１の格子パターン像９のピッチと第２の格子パターン４のピッチとの関係を調整することでモアレ縞８を拡大することができ、高精度な測定を行うこともできる。このようにして、量産ライン等で全数検査することも可能である。
【００４３】
ここではスクリーン３として大画面のスクリーンをイメージしているが、要はモアレ縞を発生させればよいだけであるから、必ずしも大画面のスクリーンである必要はない。また、本実施形態では、格子状のパターンを用いたが、モアレ干渉模様が生じるパターンであれば必ずしも格子状である必要はなく、例えばストライプ状であってもよい。
【００４４】
［第２の実施の形態］
上記第１実施形態では、液晶ライトバルブ１の全面で白表示を行い、この画像をスクリーン３上に投射したときにできる第１の格子パターン２の像とスクリーン３上の第２の格子パターン４とでモアレ縞を発生させた。すなわち、液晶ライトバルブが有しているブラックマトリクスを利用している。本実施形態では、この構成に代えて、例えば各液晶ライトバルブ１で第１の格子パターンの像を表示し、これをスクリーンに投射したときにできる像とスクリーン３上の第２の格子パターン４とでモアレ縞を発生させてもよい。
【００４５】
液晶ライトバルブのブラックマトリクスを利用する構成ではブラックマトリクスの像のピッチを変えることはできない。これに対して、本実施形態の構成によれば、液晶ライトバルブに与える画像信号によって格子パターン像の形状やピッチを自由に変化させることができる。そのため、モアレ縞の発生状態（強度、倍率等）を適宜変化させることができ、光学特性の評価が行いやすくなる。また、格子パターン像のピッチを自由に変化させられるため、固定焦点のレンズでも測定することが可能である。
【００４６】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図４を参照して説明する。
本実施形態は、プロジェクタの投射レンズの光学特性を、装置全体ではなくレンズ単体として測定、評価する装置の例である。勿論、プロジェクタ以外の光学機器の光学系（レンズ）の測定、評価にも適用できる。
図４は本実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。なお、図４において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施形態の場合、プロジェクタとは別個に投射レンズ５を単体で測定するということは、第１実施形態のように第１の格子パターン２として機能するブラックマトリクス（液晶ライトバルブ）がないことになる。そこで、本実施形態の光学特性評価装置１０１では、第１実施形態の液晶ライトバルブ１に代えて、クロスダイクロイックプリズム８の光入射側に透明格子板１５を配置している。透明格子板１５は、第１実施形態の液晶ライトバルブ１のブラックマトリクスに対応する部分を、格子状の光吸収体からなる第１の格子パターン１６（第１のパターン）にしたものである。具体的には、ガラス板等の光透過性を有する板体に黒線等を描いて光吸収体としてもよいし、銅薄板等をエッチング加工して窓部を抜き、格子板としてもよい。
【００４８】
本実施形態の装置１０１によれば、透明格子板１５と第２の格子パターン４が描かれたスクリーン３を用いるだけで、撮像素子７でモアレ縞を捉えることによって投射レンズ５の光学特性を評価することができる。したがって、特別な測定器を使用することなく従来の方法に比べて簡単、安価、迅速に光学特性の評価を実施できる、光学系の全域にわたって連続的な評価が可能である、モアレ縞を拡大することで高精度な測定が可能になる、といった第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、第１の格子パターン１６を予め形成した透明格子板１５を用いる例で説明したが、この構成に代えて、光透過性を有する板体上に何らかのパターン（例えば格子状のパターン）を投射または表示することで第１の格子パターンとしてもよい。すなわち、ここで言う板体が、単なる板体ではなくて、スクリーンであってもよいし、光変調素子であってもよい。この構成によれば、第１の格子パターン１６の形状やピッチを自由に変化させることができるため、モアレ縞の発生状態を適宜変化させて評価しやすくすることができる。
【００５０】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を図５を参照して説明する。
本実施形態は、投射レンズの光学特性をレンズ単体で測定、評価する方法の例であるが、格子線を描いたスクリーンを用いない点で第３実施形態と異なっている。
図５（ａ）、（ｂ）は本実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。なお、図５（ａ）、（ｂ）において図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
本実施形態の装置は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、透明格子板１５を用いる点では第３実施形態と同様である。しかしながら、第２の格子パターン４を描いたスクリーン３に代えて、図５（ａ）では、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等の直視型表示装置１８で第２の格子パターンとして機能する格子線を表示している。また、図５（ｂ）では、格子線が描かれていないスクリーン１９上に別のプロジェクタ２０で格子線の画像を投影している。なお、図５（ａ）、（ｂ）では、透明格子板と投射レンズとの間に配置されたハーフミラー６（光路分岐手段）や撮像素子７の図示は省略している。
【００５２】
本実施形態の装置によれば、モアレ縞を観察することによって投射レンズ５の光学特性を評価することができ、特別な測定器を使用することなく従来の方法に比べて簡単、安価、迅速に光学特性の評価を実施できる、光学系の全域にわたって連続的な評価が可能である等の第１〜第３実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに本実施形態の場合、スクリーン側の格子パターンが、表示された画像であり、格子のピッチを自由に変更することができるので、発生するモアレ縞の強度や倍率を容易に変化させることができ、固定焦点のレンズでも測定することが可能である。また、図５（ｂ）の構成では、格子パターンを投射するためのプロジェクタ２０が必要となるものの、何も格子パターンが描かれていない一般のスクリーンを用いて測定、評価が可能である。なお、本実施形態の方法はレンズ単体ではなくプロジェクタごと評価する第１実施形態とも組み合わせることができる。
【００５３】
［第５の実施の形態］
以下、本発明の第５の実施の形態を図６を参照して説明する。
本実施形態の光学特性評価装置の基本構成は第１実施形態と略同様であり、格子パターンを撮像素子に設けた点が第１実施形態と異なっている。
図６は本実施形態の光学特性評価装置の要部の概略構成図である。なお、図６において、第１実施形態で用いた図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５４】
第１実施形態では、液晶ライトバルブ１が有する格子状のブラックマトリクスからなる第１の格子パターン２の像とスクリーン３上に描いた第２の格子パターン４との干渉によるモアレ縞を検出した。これに対して、本実施形態の光学特性評価装置１０２では、スクリーン上に格子線を描いておらず、撮像素子７の入射側に第３実施形態で用いたのと同様の透明格子板２１が設けられている。すなわち、透明格子板２１は、撮像素子７の結像面、あるいは結像面に近い位置に設けられている。透明格子板２１には、ガラス板等の光透過性を有する板体に黒線等を描いて光吸収体としたものや、銅薄板等をエッチング加工して窓部を抜き、格子板としたものを用いることができる。あるいは、撮像素子のマトリクス状に配置された隣接する画素と画素との間の領域（セルギャップ）を格子パターンとしても良い。このような種々の構成により、透明格子板には第２の格子パターンが備えられている。
【００５５】
一方、液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ側については、液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが有する格子状のブラックマトリクスの像を用いる点は第１実施形態と同様である。あるいは、液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ側についても、第３実施形態と同様の透明格子板を用いても良い。
【００５６】
本実施形態の光学特性評価装置１０２において、液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの格子パターンの像はスクリーン上に投影される。この画像を投射レンズ５を通して撮像素子７で取り込む際に、液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの格子パターンと撮像素子７の入射側の透明格子板２１の格子パターンとを干渉させ、発生したモアレ縞を撮像素子７で取り込む。この取り込まれた画像に、図３に示した画像処理を施すことによって投射レンズ５等の光学特性を知ることができる。ただし、光学系の評価を行う場合にはスクリーンが平坦に設置されていることが望ましい。
【００５７】
本実施形態においても、従来の方法に比べて簡単、安価、迅速に光学特性の評価を実施できる、といった第１〜第４実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の場合、格子線が描かれた大きなスクリーンを準備する必要がなく、光学特性の評価を簡単に行うことができる。
【００５８】
［第６の実施の形態］
以下、本発明の第６の実施の形態について説明する。
第５実施形態では光学特性評価装置の例を示したが、構成は全く同じであっても投射光学系の光学性能が十分に高いものであれば、この装置を用いてスクリーンの撓みの検出や任意の被測定物の形状の測定を行うことができる。具体的には、例えばスクリーンに撓みが生じた場合、スクリーン上に投射される液晶ライトバルブの格子パターンの像もスクリーンの撓みの状態に応じて歪む。そのパターンの画像を取り込み、撮像素子側の格子パターンと干渉させると、スクリーンの撓みに応じたモアレ縞が発生する。このモアレ縞を画像処理することによってスクリーンの撓み量を知ることができる。被測定物の形状測定の場合も、スクリーンの撓み検出の場合と原理は同様である。
【００５９】
本実施形態においては、従来の方法に比べて簡単、安価、迅速にスクリーンの撓みの状態を検出可能なプロジェクションシステム、もしくは形状測定装置を実現することができる。
【００６０】
第１の格子パターン、第２の格子パターンとして、具体的にどのような構成にするかは以下の図７〜図１０に示す種々の組み合わせが考えられる。
図７は、第１の格子パターン２を液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂのブラックマトリクス、第２の格子パターン２２を撮像素子７の入射側に隣接配置した透明格子板２１で構成した例である。
図８は、第１の格子パターン１６を液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの射出側に隣接配置した透明格子板１５、第２の格子パターン２２を撮像素子７の入射側に隣接配置した透明格子板２１で構成した例である。
図９は、第１の格子パターン２を液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂのブラックマトリクス、第２の格子パターン２４を撮像素子７のセルギャップで構成した例である。
図１０は、第１の格子パターン１６を液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの射出側に隣接配置した透明格子板１５、第２の格子パターン２４を撮像素子７のセルギャップで構成した例である。
【００６１】
［第７の実施の形態］
以下、本発明の第７の実施の形態を図１１を参照して説明する。
本実施形態の光学特性評価装置の基本構成は第５、第６実施形態と略同様であり、第２の格子パターンを撮像素子側に設けたものである。
図１１は本実施形態の光学特性評価装置の要部の概略構成図である。なお、図１１において、第５実施形態で用いた図６と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施形態の光学特性評価装置１０３においては、図１１に示すように、ハーフミラー６と撮像素子７との間にズーム光学系２６が備えられている。第１の格子パターン、第２の格子パターンの具体的な構成については上述した実施形態のいずれの構成を用いてもかまわない。
【００６３】
本実施形態の構成によれば、投射レンズ５から取り込んだ第１の格子パターンの像を撮像素子７が取り込む前に拡大または縮小でき、すなわち第１の格子パターン像のピッチを変更できるため、第１のパターンの像と第２のパターンの像との干渉の度合いを変えることでモアレ縞の強度を変えることができ、モアレ縞の検出をより高精度に行うことができる。
【００６４】
［第８の実施の形態］
以下、本発明の第８の実施の形態を図１２を参照して説明する。
本実施形態の光学特性評価装置の基本構成は第５〜第７実施形態と略同様であり、第２の格子パターンを撮像素子側に設けたものである。
図１２は本実施形態の光学特性評価装置の要部の概略構成図である。なお、図１２において、第５実施形態で用いた図６と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６５】
本実施形態の光学特性評価装置１０４においては、図１２に示すように、クロスダイクロイックプリズム８とハーフミラー６との間に中間レンズ２８（中間像生成光学系）が備えられている。この中間レンズ２８によって、中間レンズ２８とハーフミラー６との間に液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの第１の格子パターンの中間像Ｚが生成される構成となっている。第１の格子パターン、第２の格子パターンの具体的な構成については上述した実施形態のいずれの構成を用いてもかまわない。
【００６６】
本実施形態の構成によれば、投射レンズ５を含む投射光学系の負荷を軽減させることができ、投射光学系の性能を高めることができる。投射光学系の後端から液晶ライトバルブの結像面までの距離（バックフォーカス）が長いと、投射光学系の設計が困難になる。本実施形態の投射光学系の場合、液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂと投射レンズ５との間にハーフミラー６を配置しているため、従来のプロジェクタの構成に比べてバックフォーカスが長くなる傾向にある。その結果、投射光学系の性能を高めるのが難しく、高精度の検出が行いにくくなる。そこで、液晶ライトバルブ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂと投射レンズ５との間で第１の格子パターンを一旦結像させ、中間像Ｚを生成することによって投射光学系のバックフォーカスを短くしたり、中間像を小さくすることで投射光学系を小さくすることができる。
【００６７】
さらに、上記の中間レンズ２８がズーム機能を備えていても良い。その場合、第１の格子パターンの中間像Ｚを容易に拡大または縮小でき、第１のパターン像と第２のパターン像のピッチを変更できるため、モアレ縞の強度を変えることができ、モアレ縞の検出をより高精度に行うことができる。
【００６８】
［第９の実施の形態］
以下、本発明の第９の実施の形態を図１３、図１４を参照して説明する。
本実施形態は、装置構成は上記実施形態と同様であるが、測定対象が非球面ミラー、自由曲面ミラー等を用いた反射光学系の反射面の形状である点が特徴的である。
図１３は本実施形態の光学特性評価装置を説明するための概略構成図である。なお、図１３において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図１４は上記の反射光学系を含む超短焦点光学系を備えた近接投射プロジェクタの概略構成図である。
【００６９】
最初に、図１４を用いて超短焦点光学系を備えた近接投射プロジェクタについて簡単に説明する。
このプロジェクタ２２００は、プロジェクタ外部の壁Ｗに設置したスクリーン２２６０に画像信号に応じた光を投射し、スクリーン２２６０で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投射型のプロジェクタである。筐体２２７０の内部の底面８０には、光学エンジン部１０が投射レンズ２０を上向きにして設置されている。光学エンジン部１０は、画像信号に応じて変調された光を投射レンズ２０を通して上方に射出する。
【００７０】
筐体２２７０の内部には、第１ミラー３０が投射レンズ２０および後述する第２ミラー４０に対向する位置に設置されている。第１ミラー３０は、投射レンズ２０からの光を反射により第２ミラー４０の方向に折り返すためのものである。第１ミラー３０は略平坦な反射面を有しており、例えば光反射率の高いアルミニウム等の金属や誘電体多層膜からなる反射膜を平板上に形成することで作製することができる。一方、第２ミラー４０は、筐体２２７０の背面側の第１ミラー３０に対向する位置に設置されている。第２ミラー４０は、第１ミラー３０からの光を反射により略９０°折り曲げるとともに、スクリーン２２６０に向けて広角化させるためのものである。第２ミラー４０を曲面形状とすることで光の折り曲げと広角化を同時に実現することができる。特に光学特性の最適化のためには、第２ミラー４０を非球面形状、あるいは自由曲面形状とすることが望ましい。
【００７１】
［背景技術］の項でも述べたように、最近、プロジェクタの光学系で非球面ミラー等の反射光学素子を採用することが多くなってきた。ここで用いられる非球面ミラーの多くは、ベース材に樹脂を用いることが多く、その成形条件を見つけるために実際にミラーを用いて映像を投射しながら成形条件の最適化を行うことが多い。なお、ミラーの形状が理想形状となるように、ミラーの形状を測定しながら成形条件を追い込む方法もあるが、ミラーの表面は波長レベルの加工を要求されるので、映像を見ながら条件を追い込む方法が一般的である。ところが、上述したように、この種の反射光学素子を含む光学系を評価する場合、光路が複雑になるので、従来の測定器を用いるには大きな改造が必要になり、光学構成を変えるたびにカスタムの測定器が必要になることが多かった。
【００７２】
本実施形態の形状測定装置では、図１３に示すように、投射レンズ５の光入射側に液晶ライトバルブ１もしくは透明格子板１５を配置し、投射レンズ５の光射出側に非球面ミラー２９を配置している。液晶ライトバルブ１もしくは透明格子板１５と投射レンズ５との間には、ハーフミラー６が配置されている。ハーフミラー６で反射した光の光路上には、この反射光を受光する撮像素子７が配置され、撮像素子７の入射側には透明格子板２１が配置されている。以上の構成により、スクリーン３上に投射された第１の格子パターン２の像が非球面ミラー２９、投射レンズ５、ハーフミラー６を経て撮像素子７に取り込まれる。このとき、撮像素子７の入射側の透明格子板２１上の第２の格子パターンと第１の格子パターン２の像との干渉によってモアレ縞が発生する。このモアレ縞を観察したり、画像処理することで非球面ミラー２２の形状、成形精度等を知ることができる。
【００７３】
本実施形態の形状測定装置１０８によれば、非球面ミラー２９等のミラーの成形条件を追い込む場合、モアレ縞によって波長レベルまでの形状測定が可能になるため、高精度の非球面ミラーを成形することができる。また、非球面ミラー２９の全面にわたって形状誤差を連続的に測定できるので、ミラーの成形条件を見出しやすくなり、製造コストの低減を図ることができる。
【００７４】
［第１０の実施の形態］
以下、本発明の第１０の実施の形態を図１５、図１６を参照して説明する。
第９実施形態では、非球面ミラー、自由曲面ミラー等を用いた反射光学系の反射面の形状を測定する形状測定装置について説明した。第９実施形態の装置と同一の構成において反射光学系の成形精度が十分に確保されている場合には、スクリーンの撓みを検出することができる。
【００７５】
近接投射プロジェクタにおいては、スクリーンと投射光学系の距離が接近しているため、投射された光がスクリーンに対して急角度で入射する。したがって、スクリーンが撓んだときに映像が歪む感度が極めて高く、大きな問題となっていた。スクリーンの撓み量と画面（映像）の移動量との関係を図１５に示す。図１５において、横軸はスクリーンの撓み量［ｍｍ］、縦軸は画面の移動量［ｍｍ］である。
図１６に示すように、スクリーンへの光の入射角度αが８０°のとき、スクリーン３が３ｍｍ撓むと（撓んだ状態のスクリーン３Ｔを破線で示す）、図１５のグラフから、画面（映像）がスクリーンの投射面上で１８ｍｍ移動する。フルハイビジョン（１０８０Ｐ）の８０インチのスクリーンを想定すると、この１８ｍｍという移動量は１６画素分に相当し、画像として成立しなくなってしまう。
【００７６】
ここで、本実施形態の装置によれば、スクリーンの撓みや凹凸を精度良く検出することができるため、高画質の映像を得るためのスクリーンの調整作業を容易に行うことができる。また、スクリーンの全面にわたって撓みや凹凸を連続的に検出できるため、スクリーンの調整作業を万遍なく行うことができる。
【００７７】
［第１１の実施の形態］
以下、本発明の第１１の実施の形態を図１７を参照して説明する。
本実施形態は、装置の基本的な構成は第９実施形態と同様であるが、検出結果を非球面ミラーや自由曲面ミラーの形状にフィードバックする点で第９実施形態と異なる。
図９は本実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。なお、図１７において図１３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７８】
本実施形態のプロジェクションシステム１１０においては、図１７に示すように、非球面ミラー２９の裏面に複数の圧電素子３３が設置されている。そして、スクリーン３上の画像を撮像する撮像素子７、撮像素子７が撮像した画像を処理する画像処理部１２、画像処理部１２による画像処理結果を基に圧電素子７に所定の信号を与えてこれを駆動するドライバ３５、が備えられている。また、投射レンズ５の光入射側に液晶ライトバルブ１もしくは透明格子板１５が配置され、投射レンズ５の光射出側に非球面ミラー２９が配置され、液晶ライトバルブ１もしくは透明格子板１５と投射レンズ５との間にハーフミラー６が配置され、ハーフミラー６で反射した光の光路上に透明格子板２１および撮像素子７が配置されている点は上記実施形態と同様である。
【００７９】
具体的には、図３に示した画像処理のアルゴリズムによって歪曲、フォーカスを検出し、非球面ミラー２９のどの部分がこの収差に影響しているかを画像処理部１２が計算する。さらに、画像処理部１２は、計算結果に基づいてドライバ３５に非球面ミラー２９の変形量を送り、ドライバ３５が圧電素子３３に駆動信号を送信する。ここで、所定の圧電素子３３が所定量だけ変形すると、それに追従して非球面ミラー２９が変形する。変形後、同光学系の光学特性を再度評価し、最適な歪曲あるいはフォーカス状態になるまで測定、評価を繰り返す。このようにして、非球面ミラー２９の変形量を最適化し、正常な画像が得られるように補正を行う。
【００８０】
本実施形態のプロジェクションシステム１１０においては、以下のような効果を奏することができる。
非球面ミラーを用いる光学系は、一般的に超広角光学系であることが多い。よって、非球面ミラーは映像光を高倍率で拡大することから、非球面ミラーの形状誤差や形状変化が画像の歪曲、フォーカスに大きく影響する。また、一般的に非球面ミラーは樹脂で成形されることが多いため、周囲の温度変化で形状が変化しやすく、画像に影響を及ぼすこともある。ところが、本実施形態のシステム１１０によれば、光学特性の評価結果をミラー形状にフィードバックするので、非球面ミラー２９に形状誤差（加工誤差）があっても個体ごとに形状を再調整することができる。また、温度変化によって非球面ミラー２９が変形しても、適宜対応することができる。
【００８１】
なお、本実施形態では非球面ミラーの形状に基づいて画像を補正する例を示したが、ミラーの形状のみならず、スクリーンの撓みに基づいて画像を補正しても良い。すなわち、第１０実施形態で述べたように、非球面ミラー等の反射光学系の成形精度が十分に確保されている場合にはスクリーンの撓みを検出できるため、スクリーンの撓みに応じて非球面ミラー２９を変形させ、画像を補正することができる。
【００８２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態で例示した各格子パターンの構成、ピッチ等については適宜設定することができる。また、上記実施形態では、第１のパターン、第２のパターンがともに格子状のパターンである場合について例示した。格子状パターンを用いた場合には、画面の水平方向、垂直方向の双方にわたってフォーカスや歪曲の状態を把握することができ、最適である。しかしながら、本発明は必ずしも格子状パターンに限るものではなく、例えばストライプ状のパターン等、モアレ縞が発生するパターンでありさえすれば、他の形状のパターンを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。
【図２】同装置の要部の拡大図である。
【図３】同装置で用いる画像処理のアルゴリズムを示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。
【図７】各格子パターンの具体的構成の変形例を示す図である。
【図８】同変形例を示す図である。
【図９】同変形例を示す図である。
【図１０】同変形例を示す図である。
【図１１】本発明の第７実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。
【図１２】本発明の第８実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。
【図１３】本発明の第９実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。
【図１４】超短焦点光学系を備えたプロジェクタの概略構成図である。
【図１５】スクリーンの撓み量と画面の移動量との関係を示すグラフである。
【図１６】スクリーンが撓んだ状態を示す図である。
【図１７】本発明の第１１実施形態の光学特性評価装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８４】
１，１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、２，１６…第１の格子パターン（第１のパターン）、３…スクリーン（被投射面）、４，２２…第２の格子パターン（第２のパターン）、５…投射レンズ（投射光学系）、６…ハーフミラー（光路分岐手段）、７…撮像素子、１１…モアレ縞、１５，２１…透明格子板、２８…中間レンズ（中間像生成光学系）、２９…非球面ミラー、１００，１０１，１０２，１０３，１０４…光学特性評価装置、１０８…形状測定装置、１１０…プロジェクションシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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