CN107209344B - 透镜装置和图像投影装置 - Google Patents

Abstract

提供了能够响应于图像表面曲率的变化以简单的方式自动调整变焦或聚焦的透镜设备和图像投影设备。本发明具有：第一光学单元，其通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统中的图像表面曲率的量；第二光学单元，其通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的投影倍率或焦点位置；检测第一光学单元的位置的传感器；存储由于第一光学单元的移位引起的投影光学系统的投影倍率或焦点位置的改变有关的该百年信息；以及控制单元，其基于由传感器检测到的第一光学单元的位置和存储存储器中的改变信息，使第二光学单元移位，以便减小伴随着第一光学单元的移位的、所述投影光学系统的投影倍率或焦点位置的改变。

Description

透镜装置和图像投影装置

技术领域

本发明涉及透镜装置和图像投影装置，更特别地，涉及像场弯曲的调整。

背景技术

在某些情况下，图像投影装置将图像投影在球形屏幕上。在这种情况下，当从图像投影装置观察时，球形屏幕的近侧和远侧超过了投影光学系统的可允许深度。因此，在某些情况下，两侧同时不对焦。

为了解决该问题，已知一种产品(图像投影装置)，其包括用于有意地沿着球形屏幕产生像场弯曲的装置。当投影的图像的像场弯曲发生变化时，需要移动设置在投影光学系统中的并具有折射率的光学部件。然后，对焦位置和投影倍率发生变化。因此，为了在球形屏幕的整个区域中获得期望的光学性能，需要在顺序地执行了变焦调整、对焦调整和像场弯曲调整之后重复变焦测量、对焦测量和像场弯曲测量。这一系列的调整和测量是麻烦的。

此外，在球形屏幕中，极难测量多个位置处的最佳对焦位置(对焦测量)，并且测量是麻烦的。因此，需要解决该问题的方法。

在专利文献1中，公开了一种透镜装置，其被配置成移动经配置以通过使用压电元件片来校正像场弯曲的校正透镜，根据通过光电转换由图像拾取装置拍摄的图表图像获得的信号来校正像场弯曲。具体地，将获得的信号划分为多个区域，并且在划分区域的每个(即屏幕的中心和四个角)中计算对焦状态。基于计算结果来确定校正透镜的移动方向和移动量。

引用列表

专利文献

PTL1：日本专利申请公开No.2007-121770

发明内容

技术问题

然而，当将专利文献1中公开的相关技术应用于有意地沿着球形屏幕产生像场弯曲的图像投影装置时，需要重复上述调整和测量中的每一个。这种重复的调整和测量是麻烦的，并且在实践中涉及技术上的困难。

本发明的一个目的是提供透镜装置和图像投影装置，其能够根据像场弯曲的改变而容易地自动调整变焦或对焦。

问题的解决方案

为了实现上述目的，根据本发明的一个实施例，提供了一种透镜装置，包括：第一光学单元，被配置成通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的像场弯曲量；第二光学单元，被配置成通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的投影倍率或对焦位置；第一检测单元，用于检测第一光学单元的位置；存储器，被配置成存储关于通过第一光学单元的移位的投影光学系统的投影倍率或对焦位置的改变的改变信息；和控制单元，被配置成控制第二光学单元以使其移位，以基于由第一检测单元检测的第一光学单元的位置和存储在存储器中的改变信息来减小由于所述第一光学单元的移位而引起的所述投影光学系统的投影倍率或对焦位置的改变。

此外，根据本发明的一个实施例，提供了一种图像投影装置，包括：图像显示元件；和上述透镜装置。

此外，根据本发明的另一实施例，提供了一种可安装透镜装置的图像投影装置，透镜装置包括：第一光学单元，被配置成通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的像场弯曲量；第二光学单元，被配置成通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的投影倍率或对焦位置；以及第一检测单元，被配置成检测第一光学单元的位置；其中图像投影装置包括:存储器，被配置成存储关于通过第一光学单元的移位的投影光学系统的投影倍率或对焦位置的改变的改变信息；和控制单元，被配置成控制第二光学单元以使其移位，以基于由第一检测单元检测的第一光学单元的位置和存储在存储器中的改变信息来减小由于所述第一光学单元的移位而引起的所述投影光学系统的投影倍率或对焦位置的改变。

发明的有益效果

根据本发明，可以根据像场弯曲的改变自动且容易地调整变焦或对焦。

附图说明

图1A是用于说明安装有根据本发明的实施例的透镜装置的图像投影装置的图像投影的说明视图。

图1B是用于说明安装有根据本发明的实施例的透镜装置的图像投影装置的图像投影的说明视图。

图2A是用于说明其中设置有根据本发明的实施例的投影光学系统的透镜装置的说明视图。

图2B是用于说明其中设置有根据本发明的实施例的投影光学系统的透镜装置的说明视图。

图3A是用于说明用于对焦的驱动、用于变焦的驱动和用于像场弯曲的驱动的视图。

图3B是用于说明用于对焦的驱动、用于变焦的驱动和用于像场弯曲的驱动的视图。

图3C是用于说明用于对焦的驱动、用于变焦的驱动和用于像场弯曲的驱动的视图。

图4是用于说明作为根据本发明的实施例的图像投影装置的投影仪的光学配置的示意图。

图5是用于说明被配置成基于存储在存储器中的信息和由传感器检测到的信息来控制投影光学系统的投影倍率或对焦位置的改变以被减小的控制单元的说明视图。

图6是用于说明本发明的第一实施例中的控制的流程图。

具体实施方式

现在，参考附图来详细描述本发明的示例性实施例。

[第一实施例]

(图像投影装置)

图4是用于说明作为图像投影装置的投影仪的光学配置的示意图，该图像投影装置安装有根据本发明的实施例的透镜装置。光源部25是诸如超高压汞灯之类的高强度光源，并且包括发光管和反射器。发光管被配置成发射具有连续光谱的白光。反射器被配置成在预定方向上会聚(collect)光。光源部25在下一步骤中用光照射照明光学系统26。照明光学系统26包括诸如镜筒阵列之类的玻璃构件。通过玻璃构件的光学作用，形成了矩形均匀照明区域，其中矩形图像与多个光束叠加。照明光学系统26在下一步骤中用光照射作为颜色分离和合成光学系统的光学单元21。

光学单元21包括二向色镜1001，其被配置成反射在蓝色(B)和红色(R)的波长区域中的光束，并且透射在绿色(G)的波长区域中的光束。对于在绿色(G)的波长区域中的光束，设置了半波长板1002、用于G的入射侧偏振板1003和第一偏振分束器23G。用于G的入射侧偏振板1003被配置成仅透射S偏振光，并且通过将偏振元件接合到透明基板而获得。第一偏振分束器23G具有偏振分离面，并被配置成透射P偏振光且反射S偏振光。

由用作棱镜(被配置成使光路分支)的第一偏振分束器23G反射的S偏振光通过用于绿色的四分之一波长板22G的调解(intermediation)被形成为圆偏振光。S偏振光朝向被放置在散热器112G上的、用作用于绿色的图像显示元件的灯泡111G行进。四分之一波长板22G被设置在第一偏振分束器23G和用于绿色的灯泡111G之间的光学路径中。

由用于绿色的灯泡111G反射的光通过用于绿色的四分之一波长板22G的调解被转换成P偏振光。然后，光通过第一偏振分束器23G和用于G的出射侧偏振板1010G(其被配置成仅透射P偏振光)，并且朝向被配置成透射光束R和B并且反射光束G的二向色棱镜1011行进。

对于由二向色镜1001反射的光束R和B，设置了用于光束R和B的入射侧偏振板1006以及选色相差板1007，该用于光束R和B的入射侧偏振板1006被配置成仅透射P偏振光，并且是通过将偏振元件接合到透明基板获得的。选色相差板1007具有将光束R的偏振方向转换90度而不转换光束B的偏振方向的功能。因此，红色(R)的波长区域中的光束被转换为S偏振光，而蓝色(B)的波长区域中的光束在保留P偏振光的同时通过。在通过选色相差板1007之后的光路中，设置有修整过滤器1008，其被配置成将橙色光返回到灯，以增加光束R的色纯度。

利用第二偏振分束器23BR(其用作被配置成透射P偏振光并反射S偏振光、并且使光路分支或合成的棱镜)，作为S偏振光的光束R被反射，而作为P偏振光的光束B被透射。由第二偏振分束器23BR反射的光束R通过用于红色的四分之一波长板22R的调解被形成为圆偏振光。然后，光朝向被放置在散热器112R上的用于红色的灯泡111R行进。由用于红色的灯泡111R反射的光通过用于红色的四分之一波长板22R的调解而被转换成P偏振光。

然后，光通过第二偏振分束器23BR、被配置成仅矫正(rectify)B的S偏振光的用于B的出射侧偏振板(偏振元件)1010B、以及二向色棱镜1011。之后，光进入用作投影光学系统的投影透镜27。

同时，通过第二偏振分束器23BR的光束B通过用于蓝色的四分之一波长板22B的调解被形成为圆偏振光。然后，光朝向被放置在散热器112B上的用于蓝色的灯泡111B行进。由用于蓝色的灯泡111B反射的光通过用于蓝色的四分之一波长板12B的调解而被转换成P偏振光。然后，光被第二偏振分束器23BR反射，并且通过被配置成仅矫正B的S偏振光的用于B的出射侧偏振板(偏振元件)1010B，以及二向色棱镜1011。之后，光进入用作投影光学系统的投影透镜27。

作为反射型液晶显示元件的用于红色的灯泡111R、用于绿色的灯泡111G和用于蓝色的灯泡111B被配置成反射入射光并执行图像调制。此外，通过使用上述颜色分离和合成光学系统，灯泡111R、111G、111B中的图像通过投影透镜27作为彩色图像被投影在投影表面(屏幕表面)上。参考符号28指代用于将投影透镜27在与光轴正交的方向上移位的透镜移位单元。

(透镜装置)

现在，参考图1A至图3C详细描述根据本发明的第一实施例的透镜装置。根据本发明的第一实施例的透镜装置包括图1A、图1B、图2A和图2B中所示的投影光学系统27，图5中所示的之后描述的传感器7、用作存储器装置的存储器M和用作控制单元的CPU 100。此外，投影光学系统27包括像场弯曲调整单元1。像场弯曲调整单元1是第一光学单元，其被配置成通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的像场弯曲量。此外，投影光学系统27包括用作第二光学单元的对焦调整单元2或变焦调整单元3，该第二光学单元被配置成通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的投影倍率或对焦位置。

图1A、图2A和图2B是用于说明包括能够调整(改变)像场弯曲的透镜的投影光学系统的截面图。图1B、图3A、图3B和图3C是用于说明外观结构的图。

由光学部件单元(透镜单元)构成的像场弯曲调整单元1可以通过在投影光学系统27的光轴15的方向上移动(移位)来将投影像面(屏幕表面)14的像场弯曲的程度(像场弯曲量)选择为平面形状14a或球形形状14b。换句话说，通过像场弯曲调整单元1的移位，投影像面可以从球形形状14b和平面形状14a中的一个形状改变为另一形状。通过手动旋转如图1B中所示的用于像场弯曲调整的手柄10(移动单元)，像场弯曲调整单元1可以在光轴15的方向上移动(移位)，从而通过在光轴15的方向上的移位来改变像场弯曲。像场弯曲调整单元1包括投影光学系统27中包含的多个透镜中设置的最靠近放大共轭侧的透镜。优选地，像场弯曲调整单元1具有这样的配置，因为可以用简单的配置来积极地改变像场弯曲。当然，像场弯曲调整单元1可以被设置在最前侧，并且仅由一个透镜构成。

然后，通过图3C中所示的并且与像场弯曲调整单元1一体地设置的像场弯曲调整单元位置检测齿轮19的调解，作为第一检测单元的、图1B中所示的像场弯曲调整单元位置检测传感器7旋转。像场弯曲调整单元1的位置可以由像场弯曲调整单元位置检测传感器7来检测。以这种方式，当投影像面14从14a改变到14b时，投影像面14可以适合于球形屏幕。

由图1B中所示的变焦调整马达8产生的驱动力通过图3B中所示的变焦驱动齿轮17的调解被传送到图1A中所示的变焦调整凸轮环6，使得作为透镜单元的变焦调整单元3在光轴15的方向上移动以改变投影倍率。变焦调整单元3的位置可以由用作第二检测单元的、图1B中所示的用于变焦调整位置检测的端部检测传感器12来检测。图2A是用于说明变焦位置为WIDE的情况的视图，并且图2B是用于说明变焦位置为TELE的情况的视图。

此外，由图1B中所示的对焦调整马达9产生的驱动力通过图3A中所示的对焦驱动齿轮16的调解被传送到图2A中所示的对焦调整凸轮环5，使得作为透镜单元的对焦调整单元2在光轴15的方向上移动以改变对焦位置。可以通过如下的步骤来检测对焦调整单元2的位置：通过用于对焦调整位置检测的端部检测传感器11来检测初始位置，并且通过作为光断续器(photo interrupter)的用于对焦调整单元位置检测的旋转检测传感器18对旋转数的检测来检测从初始位置的移动量。在第一实施例中，仅对焦调整单元2在对焦中移动，并且像场弯曲调整单元1不为了对焦而移动。然而，当然也可以采用其它的配置。

图1A中所示的固定单元4是不可移动的透镜单元。

当具有与空气的折射率不同的折射率的像场弯曲调整单元1在光轴15的方向上移动时，投影图像的放大倍率发生变化。因此，在有意地产生像场弯曲的同时，放大倍率也发生变化。

因此，像场弯曲调整单元1的移动量和作为相对于移动量的改变信息的放大倍率的变化量被预先存储在存储器M中作为存储器信息，该存储器M被示于图5中并且被设置在透镜控制板13上。然后，当像场弯曲调整单元1在光轴15的方向上移动时，用作控制单元并在图5中示出的CPU 100从像场弯曲调整单元位置检测传感器7检测移动量，并且基于预先存储的存储器信息(放大倍率的变化信息)来执行以下控制。具体地，变焦调整单元3被移动(移位)以减小(消除)放大倍率的变化。以这种方式，可以自动调整在与像场弯曲的调整同时引起的放大倍率的变化。图6是用于说明上述控制的流程图。如上所述，通过根据图6中所示的流程图的CPU 100的控制，可以自动抑制由于像场弯曲调整引起的放大倍率(场角)的改变。

[第二实施例]

现在，描述本发明的第二实施例。当具有与空气的折射率不同的折射率的像场弯曲调整单元1在光轴15的方向上移动时，投影图像的对焦位置发生变化。因此，在有意地产生像场弯曲的同时，对焦位置也发生变化。

因此，在第二实施例中，像场弯曲调整单元1的移动量和相对于移动量的对焦位置的变化量被预先存储在存储器M中作为存储器信息，该存储器M被示于图5中并且被设置在透镜控制板13上。然后，当像场弯曲调整单元1在光轴15的方向上移动(移位)时，用作控制单元并在图5中示出的CPU 100从像场弯曲调整单元位置检测传感器7检测移动量，并且基于预先存储的存储器信息(对焦位置的变化信息)执行以下控制。具体地，对焦调整单元2被移动(移位)以减小(消除)对焦位置的变化。

以这种方式，可以自动调整与像场弯曲的调整同时发生的对焦位置的变化。换句话说，即使当积极产生像场弯曲时，例如，也可以通过上述控制来防止投影像面的中心附近的对焦位置改变。

(修改示例)

以上对本发明的示例性实施例进行了描述，但本发明不限于第一和第二实施例，并且可以在本发明的主旨的范围内进行各种修改和改变。顺便提及，只要没有特别的描述，在第一实施例和第二实施例中描述的部件的功能、形状和相对布置不限制本发明的范围。

(修改示例1)

在上述实施例中，在像场弯曲的调整期间，自动调整放大倍率的变化或对焦位置的变化这两者。然而，可以同时自动调整放大倍率的变化和对焦位置的变化。此外，不仅可以自动调整放大倍率的变化和对焦位置的变化，而且可以自动调整透镜移位的位置、对焦位置和变焦位置。在这种情况下，上述存储器M还存储像场弯曲调整单元1的光轴与投影光学系统27的光轴之间的位置关系。在像场弯曲调整期间，CPU 100可以基于该位置关系来控制透镜移位单元28。更具体地，像场弯曲调整单元1的位置以及在像场弯曲调整单元1的位置处像场弯曲调整单元1的光轴与投影光学系统27的光轴之间的移位量和移位方向(移位偏差信息)被存储在存储器M中。另外，透镜移位单元28可以基于存储在存储器M中的移位偏差信息以及像场弯曲的调整来消除移位偏差。通过这样的配置，可以抑制由例如凸轮从动件和凸轮槽之间的间隙引起的影响。

(修改示例2)

在上述实施例中，预先存储的信息是相对于像场弯曲调整单元1的移动量的放大倍率变化或对焦位置变化。然而，可以直接存储变焦调整单元3的调整量或对焦调整单元2的调整量。在这种情况下，不需要计算用作控制单元的CPU 100中的调整量。

(修改示例3)

在上述实施例中，CPU 100基于由传感器7检测到的第一光学单元1的位置以及存储在存储器M中的改变信息来使第二光学单元2和3移位，以减小投影光学系统的投影倍率或者对焦位置的改变。这里，设置被配置成检测第二光学单元的位置的第二传感器12或18。CPU100可以基于由传感器7、12或18检测到的第一和第二光学单元的位置以及存储在存储器M中的改变信息以如下方式来执行控制。也就是说，第二光学单元2和3可以移位以减小投影光学系统的投影倍率或对焦位置的改变。

(修改示例4)

在上述实施例中，描述了透镜装置包括用作第一光学单元的像场弯曲调整单元1、用作第二光学单元的变焦调整单元3或对焦调整单元2、传感器7、存储器M和CPU 100，但是该配置不限于此。可以采用如下的配置：其中包括用作第一和第二光学单元的像场弯曲调整单元1、变焦调整单元3或对焦调整单元2以及传感器7的透镜装置可安装到图像投影装置的装置主体，并且其中，图像投影装置的装置主体包括存储器M和CPU 100。

(修改示例5)

在上述实施例中，第一和第二光学单元不包括彼此重叠的光学部件，但是可以包括彼此重叠的至少一个光学部件。

(修改示例6)

除了如上所述的修改示例1中的通过透镜移位单元来抑制由移位偏差引起的影响的配置之外，还可以采用通过对液晶面板进行电校正来消除由于像场弯曲的调整引起的颜色偏差的配置。更具体地，可以通过电校正液晶面板以小于一个像素的位使像素对准来校正RGB的像素偏差。

本申请要求于2015年1月29日提交的日本专利申请No.2015-015283的优先权，其内容通过引用并入本文。

参考标记列表

1 像场弯曲调整单元

2 对焦调整单元

3 变焦调整单元

7 像场弯曲调整单元位置检测传感器

27 投影光学系统

100 CPU

M 存储器

Claims (13)

1.一种透镜装置，包括：

第一光学单元，被配置成通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的像场弯曲量；

第二光学单元，包括被配置成在对焦期间移动的对焦调整单元和被配置成在变焦期间移动的变焦调整单元，所述第二光学单元被配置成通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的投影倍率和对焦位置；

第一检测单元，用于检测第一光学单元的位置；

存储器，被配置成存储关于通过第一光学单元的移位的投影光学系统的投影倍率和对焦位置的改变的改变信息；和

控制单元，被配置成控制第二光学单元以使其移位，以在投影光学系统的像场弯曲量改变时基于由第一检测单元检测的第一光学单元的位置和存储在存储器中的改变信息来减小由于所述第一光学单元的移位而引起的所述投影光学系统的投影倍率和对焦位置的改变。

2.根据权利要求1所述的透镜装置，还包括用于检测所述第二光学单元的位置的第二检测单元，

其中所述控制单元控制所述第二光学单元以使其移位，以在投影光学系统的像场弯曲量改变时基于由第一检测单元检测的第一光学单元的位置、由第二检测单元检测的第二光学单元的位置以及存储在存储器中的改变信息来减小由于所述第一光学单元的移位而引起的所述投影光学系统的投影倍率和对焦位置的改变。

3.根据权利要求1所述的透镜装置，其中，所述投影光学系统的投影面能够通过所述第一光学单元的移位而从球形形状和平面形状中的一个改变为球形形状和平面形状中的另一个。

4.根据权利要求1所述的透镜装置，其中，防止所述第一光学单元和所述第二光学单元具有彼此重叠的光学部件。

5.根据权利要求4所述的透镜装置，

其中第一光学单元不为了对焦而移动，而在像场弯曲的调整期间移动。

6.根据权利要求1所述的透镜装置，其中，所述第一光学单元和所述第二光学单元包括彼此重叠的至少一个光学部件。

7.根据权利要求1所述的透镜装置，还包括用于在投影光学系统的光轴方向上移动所述第一光学单元的移动单元，所述移动单元能由用户操作。

8.根据权利要求1所述的透镜装置，还包括多个透镜，

其中所述第一光学单元包括所述多个透镜中位于最靠近放大共轭侧的透镜。

9.根据权利要求1所述的透镜装置，

其中所述存储器还存储所述第一光学单元的光轴与所述投影光学系统的光轴之间的位置关系，以及

其中所述控制单元基于所述位置关系来控制至少所述第一光学单元以在与所述光轴方向正交的方向上移位。

10.一种图像投影装置，包括：

图像显示元件；和

根据权利要求1至9中任一项所述的透镜装置。

11.一种可安装透镜装置的图像投影装置，所述透镜装置包括：

第一光学单元，被配置成通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的像场弯曲量；

第二光学单元，包括被配置成在对焦期间移动的对焦调整单元和被配置成在变焦期间移动的变焦调整单元，所述第二光学单元被配置成通过在投影光学系统的光轴方向上移位来改变投影光学系统的投影倍率和对焦位置；以及

第一检测单元，被配置成检测第一光学单元的位置，

其中图像投影装置包括：

存储器，被配置成存储关于通过第一光学单元的移位的投影光学系统的投影倍率和对焦位置的改变的改变信息；和

控制单元，被配置成控制第二光学单元以使其移位，以在投影光学系统的像场弯曲量改变时基于由第一检测单元检测的第一光学单元的位置和存储在存储器中的改变信息来减小由于所述第一光学单元的移位而引起的所述投影光学系统的投影倍率和对焦位置的改变。

12.根据权利要求11所述的图像投影装置，其中，所述投影光学系统的投影面能够通过所述第一光学单元的移位而从球形形状和平面形状中的一个改变为球形形状和平面形状中的另一个。

13.根据权利要求11或12所述的图像投影装置，还包括能够在与光轴方向正交的方向上移动所述透镜装置的透镜移位单元，

其中所述存储器还存储所述第一光学单元的光轴与所述投影光学系统的光轴之间的位置关系，以及

其中所述控制单元基于所述位置关系来控制所述透镜移位单元。