CN102681314B - 图像投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像投影装置，其目的在于提供一种能够在抑制制造成本和装置大型化的情况下补偿梯形变形的图像投影装置。本发明具体构成为，图像处理部(53)的补偿部(53b)基于倾斜检测传感器(55)检测到的第二光学系统的倾斜检测结果，对图像数据的像素进行细化处理，并删除若干像素后实行修整处理，形成与投影图像上下相反的梯形补偿图像数据。而后，驱动部(53a)基于该补偿图像数据像作为成像部的液晶面板输入调制信号，在图像生成部(10)中生成补偿图像。

Description

图像投影装置
技术领域
本发明涉及图像投影装置。
背景技术
现有技术的图象投影装置包括用于生成光像的光像生成部以及具有第一光学系统和第二光学系统的投影光学系统。第一光学系统构成为具有多片透镜，第二光学系统以凹面镜构成。该图像投影装置以第一光学系统在第一光学系统和第二光学系统之间形成与光像共轭的中间光像，并以第二光学系统在屏幕等投影面上生成该中间光像的共轭像。在调整投影面上形成的投影图像的上下位置时，可转动第二光学系统来调整第二光学系统的姿势，使投影图像上下移动以调整位置。但是，改变第二光学系统姿势使投影图像上下移动，会使得投影图像变形，成为梯形，即发生所谓梯形变形。
针对上述梯形变形，专利文献1(JP特开2010-197837号公报)公开了一种用于补偿梯形变形的图像投影装置，该图像投影装置在第二光学系统和投影面之间设置偏转元件，第二光学系统经过偏转元件在投影面上形成投影图像。
但是，专利文献1公开的图像投影装置需要用于补偿梯形变形的偏转元件等光学系统部件以及用于驱动该光学部件的机构等，因此存在元件数量增加带来的成本上升以及装置大型化的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出一种既能抑制装置大型化及成本上升又能补偿梯形变形的图像投影装置。
为了达到上述目的，本发明的图像投影装置构成为，包括：光像生成部，用于基于图像数据生成光像；投影光学系统，以多个光学部件构成，在投影面上形成光像，该光像作为投影图像与所述光像生成部生成的光像共轭；投影图像移动部，用于改变所述投影光学系统中至少一个光学部件的姿势，使得上述投影图像移动；姿势检测部，用于检测所述光学部件的姿势，该光学部件的姿势可通过所述投影图像移动部发生变化；以及，梯形变形补偿部，用于根据上述姿势检测部的检测结果，对所述光像生成部生成的光像进行补偿，避免所述投影图像发生梯形变形。
根据本发明的图像投影装置，通过投影图像移动部来改变光学部件的姿势，基于该光学部件姿势来补偿光像生成部生成的光像，从而补偿投影图像的梯形变形。而光学部件的姿势的变化量与投影图像的移动量之间存在相关关系，投影图像的移动量与投影图像的梯形变形量之间也具有相关关系。因此，通过检测光学部件的姿势能够掌握投影图像的梯形变形量，根据光学部件的姿势来补偿光像，从而补偿投影图像的梯形变形。
本发明的效果在于，本发明的图像投影装置构成为通过补偿光像生成部生成的光像来补偿投影图像的变形，该结构不同于专利文献1公开的技术方案，能够在不增加光学部件、且不需要光学部件移动机构的情况下补偿投影图像的梯形变形。因此，与专利文献1所述的技术方案相比，本发明在进行梯形变形补偿时不但能够抑制元件数量，而且能够抑制装置大型化以及制造成本。
附图说明
图1是从本实施方式的投影机到投影面的光路图。
图2是该投影机的结构示意图。
图3是该投影机的一例使用状态的示意图。
图4A是第二光学系统处于基准姿态时的光路图，图4B是第二光学系统按顺时针转动后的光路图。
图5是第一光学系统的光学结构图。
图6A和图6B是显示图像生成部生成的图像与投射到投影面上的投影图像之间关系的示意图。其中，图6A表示图像生成部生成的生成图像，图6B表示投影面上的投影图像。
图7A是图像生成部中的图像的示意图，其中，阴影部分表示经过图像处理部处理后的图像，以锁线围绕的部分表示未经图像处理部处理的图像。图7B是投影图像的示意图，其中，阴影部分表示经过梯形变形补偿后的图像，与图7A中的阴影部分相对应，以锁线围绕的部分表示未经梯形变形补偿的投影图像，与图7A的锁线部分相对应，以虚线围绕的部分表示第二光学系统处于基准姿态时的投影图像。
图8A和图8B是以图像数据的投影图像移动方向下游端部所对应的部位为基准进行图像数据补偿时的生成图像以及投影图像的示意图。
图9是用于说明评价分辨率的图像生成部中的光线位置的示意图。
图10是上述f1～f9在投影面上投影的点列图。
图11是f1、f3、f7、f9在投影图像中的坐标打点图。
图12是第二光学系统的倾斜角度为-39.47°时上述f1～f9在投影面上的坐标点列图。
图13是f1、f3、f7、f9在投影图像中的坐标打点图。
图14是用第一方式补偿时f1’、f3’、f7’、f9’在投影图像上的坐标打点图。
图15是f1’、f3’、f7’、f9’在投影图像中的坐标打点图。
图16是第二光学系统的倾斜角度为-39.87°时上述f1～f9在投影面上的坐标点列图。
图17是第二光学系统的倾斜角度为-39.87°时f1、f3、f7、f9在投影图像中的坐标打点图。
图18是第二光学系统的倾斜角度为-39.87°时用第一方式补偿时在投影图像上f1’、f3’、f7’、f9’坐标的打点图。
图19是第二光学系统的倾斜角度为-39.87°时用第二方式补偿时在投影图像上f1’、f3’、f7’、f9’坐标的打点图。
标记的说明
1投影机，3投影光学系统，10图像生成部，20第一光学系统，30第二光学系统，31转动轴，41齿轮，42电机，53图像处理部，54存储装置，55倾斜检测传感器，100投影机放置台，101投影面。
具体实施方式
以下说明采用本发明的图像投影装置的投影机的实施方式。图1是从本实施方式的投影机1到投影面101的光路图。图2是投影机的结构示意图。在以下的说明中，X方向为投影面101的长轴方向，Y方向为短轴方向，Z方向为投影面法线方向。
如图1和图2所示，投影机1包括具有图像生成功能的图像生成部10以及将图像生成部10生成的图像投影到投影面101上的投影光学系统3。投影光学系统3包括第一光学系统20和第二光学系统30，其中，第一光学系统20为至少包含一个折射光学系统并具有正折射能量的共轴系统，第二光学系统30至少包含一个具有正能量的反射面。
关于图像生成部10，例如液晶面板，为具备多个诸如液晶元件等成像元件并根据调制信号来成像的成像部，可以用以照射该成像部的光源等构成的透射型或反射型点阵液晶以及数字微镜器件(DMD，digital micromirrordevice)。例如，用多个光学系统部件来将光源发射的光分解成R、G、B各色成分光，并使各种色成分的光入射到对应R、G、B的各色成像元件中。图像处理部53的驱动部53a根据从个人计算机等输入的图像数据来生成调制信号，并将该调制信号输入到各成像元件中，用以在各成像元件中实行基于图像数据的光调制。而后，利用分色镜等公知的合成方法合成后向第一光学系统20发射图像光。
投影光学系统3包括第一光学系统20和第二光学系统30。第一光学系统具有多个光学部件，在第一光学系统20和第二光学系统30之间形成与图像生成部10生成的图像光共轭的中间像。该中间像在第一光学系统20和第二光学系统30之间成像，形成为曲面像。
第二光学系统30包括一片凹面镜，该凹面镜用于放大中间像，在投影面101上投影成像。具有上述结构的投影光学系统3能够缩短投影距离，在面积较小的会议室等中使用。而且还能够避免发生现有投影机中存在的问题，即当发表人员进入到投影机1与投影图像之间时投影画面上会出现发表人员身影的问题。
如图3所示，本实施方式的投影机1例如在会议室等中使用时，需要将投影机1放置在桌上，向白板等投影面101上投影图像。此时，投影面101的高度以及投影机1的设置高度固定。如果此时的投影面上无法放映整个画面，则需要另想办法，用比如另设放置投影机的投影机放置台等方法来调节投影高度，这将给用户带来不便。对此，投影机1如果具有投影面高度调节功能，则能够方便用户省去上述麻烦。
在本实施方式中，第二光学系统30可围绕x轴方向转动，用以调整y方向上的投影图像高度。具体如图2所示，第二光学系统30中固定转动轴31，该转动轴31的端部上固定齿轮41并可在x轴方向上延伸。齿轮41与电机42的电机齿轮42a啮合。驱动电机42使得第二光学系统30按逆时针方向转动，从而投影图像在y方向上移动，这样，投影图像的位置便得到调整。如图2所示，投影机1具有红外线输入部52，用户通过操作未图示的遥控器，从未图示的遥控器发射红外线信号，将该红外现信号输入到投影机1的红外线输入部输入部52中。当红外线输入部52收到红外线信号后，控制部51根据该信号驱动电机42，顺时针或逆时针转动第二光学系统30，调整投影图像在y方向上的位置。如上所述，本实施方式利用齿轮41和电机42来转动第二光学系统30，但本发明并不受此限制，可以采用其他的公知方法。此外，用户还可手动转动齿轮41来转动第二光学系统30。
图4A是第二光学系统30处于基准姿态时的光路图。图4B是第二光学系统30按顺时针转动后的光路图。
如图4A所示，当第二光学系统30处于基准姿态时，投影图像被投影到投影面101的基准位置上。而如图4B所示，当从该基准姿态开始，按图中顺时针转动第二光学系统30后，投影图像向+y方向移动。这样，投影图像相对于放置投影机1的投影机放置台100表面的高度便从A改变为B。相反，如果从基准姿态开始，按图中逆时针转动第二光学系统30后，投影图像向则-y方向移动。
在转动第二光学系统30使投影图像在y方向上移动时，随着移动，到达投影面101的光线入射投影面101的入射角以及投影距离发生变化，为此，移动后焦点发生偏离。投影机1的投影距离越短，入射到投影面101上的光线的入射角越大，该焦点偏离便越是严重。但是，在本实施方式中，第二光学系统30中的凹面镜具有正能量，可以通过优化设计来解决上述问题，不但保持图像的分辨率，而且可使得图像发生移动。可以用球面、转动对称非球面、自由曲面形状等作为反射第二光学系统30的光的反射面。在此，本实施方式显示一例自由曲面形状的多项式自由曲面的计算式。
Z＝X2×x2+Y2×y2+X2Y×x2y+Y3×y3+X4×x4+X2Y2×x2y2+Y4×y4+X4Y×x4y+X2Y3×x2y3+Y5×y5+X6×x6+X4Y2×x4y2+X2Y4×x2y4+Y6×y6+......(1)
在此，以投影图像为基准，上下方向为Y方向，左右方向为X方向，曲面厚度方向为Z方向，并且，X2、Y2、X2Y、Y3、X2Y2等均为系数。由于第二光学系统30的形状自由度越大，设计上的自由度也就越多，因此采用自由曲面形状，用以增大能够保持分辨率的画面的移动量。
在围绕x方向转动第二光学系统30时，还可以使得第二光学系统30沿y方向移动，用以抑制焦点偏离，使投影图像在y方向上移动。而且，通过结合第二光学系统30的曲面形状和第二光学系统30在y方向上的移动，能够加大用于保持焦点的第二光学系统30的曲面形状设计自由度。优选第二光学系统30一边转动一边在y方向上移动。为此，优选设置一体支持第二光学系统30以及设有齿轮41的转动轴31、电机42、以及将在以下叙述的倾斜检测传感器55的框体，使得整个框体在y方向上移动。
在y方向上移动投影图像时，为了保持对准了的焦点不发生偏离，至少需要移动第一光学系统20的光学部件中一个光学部件。
如图5所示，将第一光学系统20分为四组镜片组，当投影图像向+y方向移动时，配合第二光学系统30的转动，第一光学系统20的第一镜片组向-z方向移动，第二镜片组向+z方向移动，第三镜片组向-z方向移动。这样，能够在保持焦点不发生偏离的同时使投影图像在y方向上移动。
下面说明本发明的特征。
如上所述，本发明能够在保持焦点不发生偏离的同时移动投影图像。但是，在转动第二光学系统30使得投影图像从基准姿态开始移动时，从第二光学系统30到投影面101的距离发生变化，引起梯形变形。如果图像面的移动量较小，则可通过优化第二光学系统30的曲面形状来抑制梯形变形的发生，而如果图像面的移动量较大，优化第二光学系统30的曲面形状则难以用来抑制梯形变形的发生。
图6显示了图像生成部10生成的图像与投射到投影面101上的投影图像之间的关系。图6A表示图像生成部10生成的生成图像，图6B表示投影面101上的投影图像。
如图所示，当第二光学系统30处于基准姿态时，如图6B的虚线所示，具有与生成图像相同的长宽比的投影图像被投射到投影面101上。此时，如果转动第二光学系统30，使得投影图像沿着+y方向移动，则将发生如图6B所示的梯形变形。
对此，本实施方式通过补偿输入图像来补偿投影图像的梯形变形。以下对此作具体说明。
首先如图2所示，本实施方式的投影机1具有图像处理部53，该图像处理部53为用于补偿输入图像的梯形变形补偿单元。图像处理部53与用于检测第二光学系统30的倾斜的倾斜检测传感器55以及存储单元54相连接。存储单元54中保存第二光学系统30的倾斜与图像补偿系数的相关数据表。图像处理部53根据倾斜检测传感器55的检测结果以及存储单元54中保存的相关数据表来掌握图像补偿系数，根据该图像补偿系数来补偿输入图像。而后将该补偿后的输入图像送往图像生成部10。
可以用电位器作为倾斜检测传感器55来检测姿势。将电位器安装在转动轴31上，该电位器的阻抗值与第二光学系统30的倾斜成比例，读取该阻抗值便可检测倾斜。另外也可用加速度传感器来作为倾斜检测传感器55。采用加速度传感器时，可检测重力加速度G，通过该G的正弦函数来求出倾斜。进而，本发明不受上述方法限制，可以适当采用公知方法来进行检测。
图7A是图像生成部10中的图像的示意图，其中，阴影部分表示经过图像处理部53的补偿部53b补偿后的图像，以锁线围绕的部分表示未经图像处理部53的补偿部53b补偿的图像。图7B是投影图像的示意图。其中，阴影部分表示经过梯形变形补偿后的图像，与图7A中的阴影部分相对应，而以锁线围绕的部分表示未经梯形变形补偿的投影图像，与图7A的锁线部分相对应。另外，图7B中以虚线围绕的部分表示第二光学系统30处于基准姿态时的投影图像。
如图7A中阴影部分所示，输入图像数据经过图像处理部53的补偿部53b补偿后便成为梯形，该梯形与图7B中以锁线表示的未经过梯形变形补偿的梯形上下相反。图像处理部53的补偿部53b基于倾斜检测传感器55的检测结果，对图像数据的像素进行细化处理，进而在细化处理后进行修整处理，从而生成形成补偿图像数据。驱动部53a根据该补偿图像数据，向图像形成部的各个图像形成元件输入调制信号，在图像形成部中生成补偿图像。对比图7B中的锁线部分和虚线部分可知，梯形变形的投影图像越是向上(+y方向)移动，x方向和y方向便越被拉长。为此，在图像处理部53的补偿部53b中，按照规定算法对图像数据中在x方向上的像素进行细化处理，补偿输入图像在y方向上的高度。这样，投影图像在y方向上的变形便得到补偿，如图7B所示，可使得补偿后的投影图像在y方向的长度与图中以虚线表示的对应基准位置的投影图像的长度相同。而后，根据补偿后的y方向的位置、并按照规定算法来对剩下的排列在x方向线上的未经细化处理的像素中若干个像素进行细化处理。这样，补偿后的图像数据便形成为与投影图像的梯形上下相反的梯形。从而如图7B所示，可将补偿后的投影图像的长宽比设为与该图中以虚线表示的基准位置时的投影图像的长宽比相同。
本实施方式在对x方向的线实行细化处理用以补偿y方向的长度时，以图像数据的投影图像移动方向上游端部即图中的下端所对应的部位为基准。也就是说，使得补偿后的生成图像的下端和补偿前的生成图像的下端一致。这样，与以上端为基准相比，以下端为基准时基于将输入图像形成为梯形时的y方向的位置进行细化处理中所要删除的像素数量较少，其结果为，能够抑止补偿所造成的x方向分辨率下降。
以上说明了画面向+y方向移动的情况，对此，在画面向-y方向移动的情况下，投影图像移动方向上游端部所对应的部位为图像上端，此时以图像上端为基准来进行图像补偿。
如此，图像处理部53的补偿部53b根据规定算法来对输入图像的像素进行细化处理，将图像数据补偿为形成图7A的阴影部所示的梯形，从而如图7B的阴影部所示，投影图像的梯形变形得到补偿。
在此利用将在以下详述的表6和表7来简单说明本实施方式中的细化处理。表6为未实行细化处理时的图像生成部以及投影图像的坐标，表7为根据上述实行细化处理进行梯形补偿时的图像生成部以及投影图像的坐标。在宽屏(Wide Extended Graphics Array，WXGA)中，图像的分辨率为x方向的像素×y方向的像素＝1280×800，为此在未经处理的图像生成部中x方向具有1280pixel，此时图像数据在x方向的长度，例如如表6所示为6.92×2＝13.84mm。对此，经过细化处理后图像数据在x方向的长度减小，如表7所示，成为6.75×2＝13.5mm，为此，此时的像素数量为1280×13.5/13.84＝1248pixel。据此可知，在细化处理中有1280-1248＝32Pixel个像素被删除。因此在经梯形补偿后的投影图像中忽略了32Pixel个像素。以上说明了x方向的细化处理，y方向的细化处理与此相同，在此不再挚述。此外，关于细化处理的具体算法可采用公知技术，在此省略具体说明。
另外，上述以图像数据的投影图像移动方向上游端部所对应的部位为基准对投影图像在y方向上的变形进行补偿，相反，也可以投影图像移动方向下游端部所对应的部位为基准来进行补偿。
图8是以图像数据的投影图像移动方向下游端部所对应的部位为基准进行图像数据补偿时的生成图像以及投影图像的示意图。
在此与上述相同说明投影图像向+y方向移动时的情况。
如图8A所示，当投影图像向+y方向移动时，图中的上端为投影图像移动方向下游端部。此时，如图8A所示，补偿后生成图像中的下端位于该图中以锁线显示的未经补偿的生成图像的下端位置的+y方向一侧(即上方)。其结果，与以输入图像的投影图像移动方向上游端部所对应的部位为基准进行补偿之后投影图像相比，以输入图像的投影图像移动方向下游端部所对应的部位为基准进行补偿之后的投影图像可进一步向+y方向移动(对比图7B和图8B)。也就是说，若以输入图像的投影图像移动方向下游端部所对应的部位为基准，则相对于第二光学系统30转动量，投影图像移动量增加。这样，在投影图像移动量相同的情况下，与以输入图像的投影图像移动方向上游端部所对应的部位为基准时相比，以输入图像的投影图像移动方向下游端部所对应的部位为基准时第二光学系统30的移动量可相对减小，即能够减少改变第二光学系统30姿势的姿势变动量。为此，与以投影图像移动方向上游端部所对应的部位为基准相比，在以投影图像移动方向下游端部所对应的部位为基准时，能够减少需要细化处理的在x方向上的线上的像素数量，从而抑制y方向分辨率的下降。其结果，x方向上的分辨率下降同样有望得到抑止。
至于是采用投影图像移动上游端部所对应的部位作为基准，还是下游端部所对应的部位作为基准，取决于装置结构。当在y方向上移动投影图像时，如果x方向的变形大于y方向的变形，以投影图像移动方向上游端部所对应的部位为基准，将有利于有效抑制分辨率下降。与此相反，如果y方向的变形较大时，则以投影图像移动方向下游端部所对应的部位为基准，将有利于有效抑制分辨率下降。
以上阐述了关于投影图像在y方向上移动的情况，但此说明同样可用于围绕y方向转动第二光学系统30使投影画面在x方向上移动。此外，在上述说明中根据相关数据表来确定用于补偿第二光学系统30倾斜的图像补偿系数，除此之外，还可以用计算公式来确定该图像补偿系数。
以下用具体的实施例来对本发明进行说明。
<实施例>
在本实施例中，投影机的图像生成部10为0.64英寸，纵横比为16:10，放大倍率为94倍。在此，放大倍率是指投影到投影面101上的投影图像大小与图像生成部10生成的图像大小之比。另外，本实施例的投影机的F值为F2.5。表1显示了本实施例1的投影机的各项参数值。
表1
表1中的面编号是按照光像通过的顺序来排号，图像生成部10的图像生成面为0，并以投影面101为26。例如面编号1是位于面对图像生成部10中的图像生成面的对面的透镜的光像入射面，面编号2为透镜的光像射出面。面编号5、24均为虚拟编号。面形状为球形且曲率半径为无限大的表示平面。面编号3～23为第一光学系统20中的各片透镜的入射面以及射出面，其中，面编号14、15为图5所示的第三组的透镜，面编号16～21表示图5所示的第二组中的透镜。面编号22、23表示图5所示的第一组中的透镜。此外，面编号25表示第二光学系统30。
表1中的“移动”表示y方向的移动偏心量，倾斜表示以x轴为转动轴时的倾斜偏心量。表1中的曲率半径、面间距、移动偏心量的单位均为毫米。移动方向以“+”表示向图2上方移动，“-”表示向图2下方移动。关于倾斜方向，以“+”表示围绕x轴向左转动时的倾斜，以“-”表示围绕x轴向右转动时的倾斜。第二光学系统30的反射面相对于y轴的倾斜角度为-39.07°。
表1中面编号为3、4、20～23的面为非球面，在此该非球面为转动对称非球面，但也可以采用非对称非球面。转动对称非球面的形状可用众所周知的下式(2)定义。
Z = c &times; r 2 1 + 1 - ( 1 + k ) &times; c 2 r 2 + A &times; r 4 + B &times; r 6 + C &times; r 8 + . . . . . . ( 2 )
其中，Z表示光轴方向上的厚度，c表示傍轴曲率半径，r表示光轴正交方向上到光轴的距离，k表示圆锥系数，A、B、C、···表示高次方非球面系数。这样，第一光学系统20采用非球面透镜来提高设计自由度，改善屏幕上的成像性能。表2是本实施例上述计算式(2)中的各项系数。
表2
面编号 3 4 20 21 22 23
4次方系数A 3.62E-05 5.00E-05 3.44E-05 -1.91E-05 -1.21E-04 -7.85E-05
6次方系数B 1.98E-08 -4.93E-10 2.96E-06 6.56E-07 -3.69E-07 -5.50E-07
8次方系数C 5.78E-10 -2.60E-11 -1.17E-07 -1.89E-08 6.52E-09 1.22E-08
10次方系数D -3.74E-13 2.73E-11 2.34E-09 1.74E-10 2.73E-12 -1.32E-10
12次方系数E 3.54E-14 -6.18E-13 -2.79E-11 -1.22E-12 -2.16E-14 1.12E-12
14次方系数F -1.05E-15 5.36E-15 1.61E-13 -2.05E-15 -4.61E-16 -4.56E-15
16次方系数G 8.48E-18 -1.50E-17 -3.68E-16 1.87E-17 1.43E-18 6.82E-18
本实施例中的第二光学系统30的发射面(面编号为25)具有变形多项式自由曲面形状。如果第二光学系统30的持有正能量的发射镜具有变形多项式自由曲面形状，则能够对每个像高的反射区域调整反射面的曲面形状，改善像差补偿性能。表3显示了本实施例中表示多项式自由曲面的计算式(1)中的各项系数值。
表3
以下说明本实施例中的分辨率。
图9是用于说明评价分辨率的图像生成部10中的光线位置定义的示意图。
如图9所示，以XY平面上图像生成部10在X方向的中心位置为X轴方向的基准位置，设图中位于该基准位置左方为“-”，右方为“+”。并以成像面的图中下端的位置为Y轴方向的基准位置，设图中位于该基准位置的下方为“-”，上方为“+”。而后，将该图像生成部10中位于X≤0的区域在X方向以及Y方向各自分割为三等分，并将由此得到9个格子节点f1～f9作为评价分辨率得评价点。在此，如图1所示，由于投影图像面即投影面101位于XY面上，该投影图像面上的点具有正负X方向的点相对于Y轴对称的点特性，因此，只需评价X≤0的区域中的分辨率。
图10是上述f1～f9在投影面101上投影的点列图(spot diagram)。从图10可知，各评价点f1～f9均具有良好的聚光性。本实施例获得宽屏(WideExtended Graphics Array，WXGA)级别的分辨率。在宽频的分辨频率中作为白色调制传递函数(MTF，modulation translation function)，可在整个图像区域上获得50％以上的性能。
表4显示图像生成部10和投影画面中的f1、f3、f7、f9的坐标，图11是f1、f3、f7、f9在投影图像中的坐标打点图。从图中可以看出，获得了没有变形的图像。
表4
表5显示转动第二光学系统30，使得第二光学系统30的反射面相对于Y轴的倾斜角度为-39.47时的各项元件参数。
表5
如上所述，进一步倾斜第二光学系统30使得投影图像进一步向+y方向移动。此时，为了保持已对准的焦点不变，具体如先前利用图5的说明中所述，将第一光学系统20的第一镜片组向-z方向移动，第二镜片组像+z方向移动，第三镜片组像-z方向移动。为此，如表5中带有“*”标记的数据所示，第一光学系统20的第三镜片组向-z方向移动，使得面编号13(第一光学系统的第四镜片组中位于光行进方向上最下游的透镜的入射面)与面编号14(第一光学系统的第三镜片组中位于光行进方向上最上游的透镜的射出面)之间的距离(面间距)成为0.13mm，缩短0.03mm。
同样，第一光学系统20的第二镜片组向+z方向移动，因此，面编号15(第一光学系统的第三镜片组中位于光行进方向最下游的透镜的射出面)与面编号16(第一光学系统的第二镜片组中位于光行进方向最上游的透镜的入射面)之间的距离(面间距)成为0.17mm，增加了0.07mm。进而，第一光学系统20的第一镜片组向-z方向移动，因此，面编号21(第一光学系统的第二镜片组中位于光行进方向最下游的透镜的射出面)与面编号22(第一光学系统的第一镜片组中位于光行进方向最上游的透镜的入射面)之间的距离(面间距)成为8.68mm，缩短0.15mm。面编号23(第一光学系统的第一镜片组中位于光行进方向最下游的透镜的射出面)与面编号面编号24的虚拟面之间的距离(面间距)成为0.30mm，增加了0.1mm。
图12是转动第二光学系统30使得第二光学系统30的反射面相对于Y轴的倾斜角度成为-39.47时，上述f1～f9在投影面101上的投影的点列图。
从图中可以看出，移动第一光学系统中的第一镜片组～第三镜片组，能够获得良好的聚光性。为此，在宽频的分辨频率中作为白色调制传递函数，可在整个图像区域上获得50％以上的性能。
表6显示转动第二光学系统30，使第二光学系统30的反射面相对于Y轴的倾斜角度为-39.47°时的图像生成部10和投影图像中的f1、f3、f7、f9的坐标，图13是f1、f3、f7、f9在投影图像中的坐标打点图。表6显示未对图像数据进行细化处理时的数据。
对比图13和图11可知，图13所示的投影图像的上端向+y方向移动，但梯形变形增大，而且图像在y方向延长。
表6
按照上述对图像数据的像素进行细化处理，获得如图13所示的经过变形补偿的投影图像。以下说明上述对x方向的线进行细化来补偿投影图像y方向长度的处理，在以下的说明中，将以图像数据的投影图像移动方向上游端部(即本实施例中的下端)所对应的部位为基准的情况作为第一方式，并将以图像数据的投影图像移动方向下游端部(即本实施例中的上端)所对应的部位为基准的情况作为第二方式。在本实施例中，第一方式和第二方式的补偿中均保持放大倍率94倍。
表7显示用第一方式进行补偿时图像生成部和投影图像中的f1’、f3’、f7’、f9’的坐标，图14是用第一方式补偿时f1’、f3’、f7’、f9’在投影图像上的坐标打点图。
表7
对比表6和表7可以看出，在第一方式的情况下，以图像数据的投影图像移动方向上游端部(在本实施例中为下端)所对应的部位为基准进行x方向的线的细化处理，为此，表7中图像生成部10的f1’、f7’在y方向的位置与表6所示的f1、f7在y方向的位置相同。而位于Y方向上端的f3’、f9’则因图像处理部53对图像数据的x方向的线上的多个像素进行的细化处理而移动到表6所示的f3、f9的位置的下方。
另外，根据补偿后的y方向的位置，按照规定算法来对沿x方向的线排列的多个剩下的未经细化处理的像素进行细化，为此，f9’位于从f9向x方向内侧移动的位置。
经过对上述图像数据的像素进行细化后，获得如图14所示的投影图像，该投影图像在+y方向上移动但不发生变形。
表8显示用第二方式进行补偿时图像生成部和投影图像中的f1’、f3’、f7’、f9’的坐标，图14是第二方式补偿时在投影图像上f1’、f3’、f7’、f9’坐标的打点图。
表8
对比表6和表8可以看出，在第二方式的情况下，以图像数据的投影图像移动方向下游端部(在本实施例中为上端)所对应的部位为基准进行x方向的线的细化处理，为此，由于图像处理部53对图像数据的x方向的线进行的细化处理，表8中图像生成部10的f1’、f7’在y方向的位置移动到表6所示的f1、f7的位置的上方。此外，与第一方式相同，根据补偿后的y方向的位置，按照规定的算法来对沿x方向的线排列的多个剩下的未经细化处理的像素进行细化，为此，f9’位于从f9向x方向内侧移动的位置。
经过对上述图像数据的像素进行细化，可以获得如图15所示的投影图像，该投影图像在+y方向上移动但不发生变形。
在第一方式和第二方式中对图像数据的像素进行细化处理，投影图像会因补偿而使得分辨率下降。
表9显示用第一方式和第二方式的补偿时图像处理后分辨率以及画面移动量。在此，所谓图像处理后分辨率是指图像处理前后的图像生成部10的使用区域的面积比。不作图像处理时，图像生成部10的有效面积为6.98×9.64×2≈120mm2。例如，在第一方式时，图像处理后分辨率为 115 120 &times; 100 = 96 % .
表9
第一方式 第二方式
面积 115 114
图像处理后分辨率(％) 96 95
画面移动量(mm) 10 37
在第一方式中，对图像数据的像素进行细化处理，使得图像生成部10生成的图像成为图7A所示的梯形，与图6A所示的未经细化处理并使用整个图像生成部10相比，此时的图像生成部10的使用面积减小。在第二方式中，图像生成部10生成如图8A所示的呈梯形的图像，此时与图6A所示的未经细化处理并使用整个图像生成部10相比，此时的图像生成部10的使用面积减小。该面积比的减小使得分辨率下降。因此，可通过掌握图像生成部10在图像处理前后的使用区域面积比，来掌握分辨率的下降。
从表9可知，与第二方式相比用第一方式进行补偿有利于抑制分辨率的下降，而用第二方式进行补偿则相比于第一方式可获得较大的画面移动量。
下面说明进一步转动第二光学系统30，使得第二光学系统30的反射面相对于Y轴倾斜角度为-39.87时的情况。
表10显示转动第二光学系统30，使得第二光学系统30的反射面相对于Y轴的倾斜角度为-39.87时的各项元件参数。
表10
表10中面编号13、15、21、23的面间距后标有“*”记号的数值相对于表5中标有“*”记号的面编号13、15、21、23的面间距的数值发生变化。该变化是因为第二光学系统30的倾斜角度进一步增大，投影图像进一步向+y方向移动，从而保持焦距不变，第一光学系统20的第一镜片组进一步向-z方向移动，第二镜片组进一步向+z方向移动，第三镜片组进一步向-z方向移动。
图16是转动第二光学系统30使得第二光学系统30的反射面相对于Y轴的倾斜角度成为-39.87时，上述f1～f9在投影面101上的投影的点列图。
从图中可以看出，移动第一光学系统中的第一镜片组～第三镜片组，能够获得良好的聚光性。为此，在宽频的分辨频率中作为白色调制传递函数，可在整个图像区域上获得50％以上的性能。
在以下的表11中显示转动第二光学系统30，使第二光学系统30的反射面相对于Y轴的倾斜角度为-39.87°时的图像生成部10和投影图像中的f1、f3、f7、f9的坐标，图17是f1、f3、f7、f9在投影图像中的坐标打点图。
表11
对比图13和图17可知，图17所示的投影图像的上端进一步向+y方向移动，但梯形变形也进一步增大，而且，图像在y方向进一步延长。
表12显示用第一方式进行补偿时图像生成部和投影图像中的f1’、f3’、f7’、f9’的坐标，图18是用第一方式补偿时在投影图像上f1’、f3’、f7’、f9’坐标的打点图。
表12
如表12所示，通过补偿图像生成部10的坐标，可获得图18所示的没有变形的图像。而且，对比表11和表12可知，位于y方向上端的f3’、f9’由于图像处理部53对图像数据中x方向的线上多个像素的细化处理而移动到表11所示的f3、f9的位置的下方。进而，对比表7和表12可知，由于与第二光学系统30的倾斜角度为-39.47°时相比，投影图像的变形更大，因此图像数据在x方向的线上的细化处理量更多，为此，f3’和f9’的位置相比于第二光学系统30的倾斜角度为-39.47°时进一步向下移动。出于同样原因，f9’在x方向上的移动量也要比第二光学系统30的倾斜角度为-39.47°时更大。
表13显示用第二方式进行补偿时图像生成部和投影图像中的f1’、f3’、f7’、f9’的坐标，图19是第二方式补偿时在投影图像上f1’、f3’、f7’、f9’坐标的打点图。
表13
如表13所示，通过补偿图像生成部10的坐标，可获得图19所示的没有变形的图像。而且，对比表8和表13可知，与第二光学系统30的倾斜角度为-39.47°时相比，f3’和f9’的位置进一步向上移动。进而，与第二光学系统30的倾斜角度为-39.47°时相比，f9’在x方向的移动量增大。再次，由于对y方向下端在x方向的线上的多个像素进行了细化处理，为此，f7’的位置从表11的图像数据补偿之前的f7的位置起向x方向内侧移动。
表14显示在第二光学系统的倾斜角度为-39.87°的情况下，用第一方式和第二方式的补偿时图像处理后分辨率以及画面移动量。
表14
第一方式 第二方式
面积 108 106
图像处理后分辨率(％) 90 89
画面移动量(mm) 21 91
此时亦与上述相同，用第一方式进行补偿相比于第二方式更加能够抑制分辨率下降，而用第二方式进行补偿则相比于第一方式可获得较大的画面移动量。另外，对比表9和表14可知，第二光学系统30的倾斜角度为-39.87°时比-39.47°投影图像发生更大的变形，而由于被删除的像素较多，因此分辨率下降也较大。
以上是本发明的一个例子，本发明具有以下(1)～(9)个方面，每个方面均具有各自的效果。
(1)一种如投影机1等的图像投影装置，其特征在于，包括：光像生成部，用于基于图像数据生成光像；投影光学系统，以多个光学部件构成(本实施方式中构成为包括第一光学系统20和第二光学系统30)，在投影面上形成光像，该光像作为投影图像与所述光像生成部生成的光像共轭；投影图像移动部(本实施方式中以齿轮41和电机42构成)，用于改变所述投影光学系统中至少一个光学部件的姿势，使得上述投影图像移动；姿势检测部，如倾斜检测传感器55，用于检测所述光学部件的姿势，该光学部件的姿势可通过所述投影图像移动部发生变化；以及，梯形变形补偿部，如图像处理部53等，用于根据上述姿势检测部的检测结果，对所述光像生成部生成的光像进行补偿，避免所述投影图像发生梯形变形。具有上述构成的图像投影装置能够补偿梯形变形，而不需要设置以光学部件或用于移动光学部件的移动机构等构成的梯形变形补偿机构，有利于减少元件数量。其结果，有望减小装置的空间占有率，并有利于降低成本。
(2)根据上述(1)的图像投影装置，其特征在于，所述梯形变形补偿部对所述图像数据进行补偿，避免投影图像发生梯形变形。具有该结构的图像投影装置能够抑止投影图像的梯形变形。
(3)根据上述(2)的图像投影装置，其特征在于，所述梯形变形补偿部以所述图像数据的投影图像的移动方向上游端部所对应的部位为基准，来对所述投影图像中沿投影图像移动方向发生的变形进行补偿。这样，在补偿垂直于投影图像移动方向的方向(x方向)上的变形时，与以投影图像移动方向下游端部所对应的部位为基准时相比，可减少需要细化处理的像素的量，从而抑制x方向的分辨率下降。
(4)根据上述(2)的图像投影装置，其特征在于，所述梯形变形补偿部以所述图像数据的投影图像的移动方向下游端部所对应的部位为基准，来对所述投影图像中沿投影图像移动方向发生的变形进行补偿。这样，相对于第二光学系统30的转动量，投影图像的移动量增加。
(5)根据上述(2)～(4)的图像投影装置，其特征在于，所述投影光学系统包括第一光学系统和第二光学系统，该第一光学系统用于形成与所述光像生成部生成的光像共轭的中间光像，该第二光学系统用于在所述投影面上形成作为投影图像的光像。所述投影图像移动部用于改变第二光学系统的姿势。具有该结构的图像投影装置能够适应图像移动。
(6)根据上述(5)的图像投影装置，其特征在于，上述第二光学系统构成为不仅能够转动，而且还能够移动。具有该结构的图像投影装置能够在改变第二光学系统30姿势时抑制焦点偏离。
(7)根据上述(5)的图像投影装置，其特征在于，所述第一光学系统包括多个光学部件，还具备焦点调整部，用于移动所述第一光学系统中至少一个光学部件来调整焦点。具备该结构的图像投影装置能够在改变第二光学系统30时抑制焦点偏离。
(8)根据上述(5)的图像投影装置，其特征在于，所述第二光学系统为凹面镜，该凹面镜的镜面呈自由曲面形状。具有该结构的图像投影装置能够提高设计自由度，同时在改变第二光学系统30时抑制焦点偏离。
(9)根据上述(5)的图像投影装置，其特征在于，所述光像生成部包括成像部和光源，该成像部根据调制信号形成图像，该光源发射用于照射该成像部的光。具备该结构的图像投影装置能够生成光像。

Claims (7)

1.一种图像投影装置，其特征在于，包括：
光像生成部，基于图像数据生成光像；
投影光学系统，以多个光学部件构成，在投影面上形成光像，该光像作为投影图像与所述光像生成部生成的光像共轭；
投影图像移动部，用于改变所述投影光学系统中至少一个光学部件的姿势，使得上述投影图像移动；
姿势检测部，用于检测所述光学部件的姿势，该光学部件的姿势可通过所述投影图像移动部发生变化；以及，
梯形变形补偿部，用于根据上述姿势检测部的检测结果，对所述光像生成部生成的光像进行补偿，避免所述投影图像发生梯形变形，
其中，当在投影图像移动方向上移动投影图像时，如果垂直于投影图像移动方向的方向上的变形大于投影图像移动方向上的变形，则所述梯形变形补偿部以所述图像数据的投影图像的移动方向上游端部所对应的部位为基准，对所述投影图像中沿投影图像移动方向发生的变形进行补偿；如果垂直于投影图像移动方向的方向上的变形小于投影图像移动方向上的变形，则所述梯形变形补偿部以所述图像数据的投影图像的移动方向下游端部所对应的部位为基准，对所述投影图像中沿投影图像移动方向发生的变形进行补偿。
2.根据权利要求1所述的图像投影装置，其特征在于，所述梯形变形补偿部对所述图像数据进行补偿，避免投影图像发生梯形变形。
3.根据权利要求1～2之一所述的图像投影装置，其特征在于，所述投影光学系统包括第一光学系统和第二光学系统，该第一光学系统用于形成与所述光像生成部生成的光像共轭的中间光像，该第二光学系统用于在所述投影面上形成作为投影图像的光像，所述投影图像移动部用于改变所述第二光学系统的姿势。
4.根据权利要求3所述的图像投影装置，其特征在于，所述第二光学系统构成为不仅能够转动，还能够移动。
5.根据权利要求3所述的图像投影装置，其特征在于，所述第一光学系统包括多个光学部件，还具备焦点调整部，用于移动所述第一光学系统中至少一个光学部件来调整焦点。
6.根据权利要求3所述的图像投影装置，其特征在于，所述第二光学系统为凹面镜，该凹面镜的镜面呈自由曲面形状。
7.根据权利要求3所述的图像投影装置，其特征在于，所述光像生成部包括成像部和光源，该成像部根据调制信号形成图像，该光源发射用于照射该成像部的光。
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