JP2007298571A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な要因で生じる投射レンズの温度変化に伴うピントずれを良好に補正する。
【解決手段】画像投射装置は、光源１６からの光により照明される画像形成素子２８と、フォーカスレンズ２１を含み、画像形成素子からの光を被投射面に投射する投射レンズ１９と、該画像投射装置内の互いに異なる位置に設けられ、それぞれ温度を検出する複数の温度検出手段２３〜２５とを有する。制御手段１０は、複数の温度検出手段による検出結果に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタ等の画像投射装置に関し、さらに詳しくは温度に基づく投射レンズのフォーカス補正機能を有する画像投射装置に関する。

液晶プロジェクタ等の画像投射装置には、スクリーンに投影した画像のピントを自動的に合わせるオートフォーカス機能が備えられているものがある。

但し、プロジェクタでは、光源ランプからの光による温度変化の影響により投射レンズが膨張および収縮する。このため、オートフォーカスを行っても、温度によるピントずれ（以下、温度ピントずれという）が起こりやすい。特に、電源投入直後や投射モードの切替え等による投射画像の明るさ変化（つまりは投射光量の変化：以下、単に投射画像切替えという）の直後では、ランプからの発熱量や発光量および液晶パネルを介して投射レンズに入射する光量が大きく変化する。このため、装置内部や光学系の温度が急速に変化し、投射レンズの温度ピントずれが大きくなる。

また、プロジェクタが設置されている環境（雰囲気）の温度変化によっても、投射レンズの膨張や収縮が生じるために、温度ピントずれが発生する。

これらの問題を解決するために、特許文献１には、投射レンズ（フォーカスレンズ）の近傍に温度センサを１つ配置し、該温度センサの出力変化に基づいて温度ピントずれを自動的に補正する技術が開示されている。

また、特許文献２には、プロジェクタの筐体に設けられた冷却風の排気口を閉じ、投射レンズを強制的に加熱して該投射レンズを熱的安定状態とすることにより、温度ピントずれを発生しにくくする技術が開示されている。
特開２０００−２４４８４７公報（段落００２９〜００３１、図１等） 特開２００４−２６４５７０号公報（段落０１１３〜０１１６、図１１等）

しかしながら、上記特許文献１にて開示された技術では、１つの温度センサが投射レンズの近傍に配置されているに過ぎないため、投射画像切替えによる投射レンズ自体の温度変化に対する温度センサの反応が遅い。したがって、投射画像切替えに伴う温度ピントずれを十分に補正しきれない。

また、上記特許文献２にて開示された技術では、電源投入後に投射レンズが熱的に安定するまでの時間を短縮して早期に温度ピントずれが生じにくい状態とすることは可能である。しかし、この技術だけでは、環境温度の変化や投射画像切替えに伴う温度ピントずれには対応できない。

本発明は、様々な要因で生じる投射レンズの温度変化に伴うピントずれを良好に補正することができるようにした画像投射装置および画像表示システムを提供することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としての画像投射装置は、光源からの光により照明される画像形成素子と、フォーカスレンズを含み、画像形成素子からの光を被投射面に投射する投射レンズと、該画像投射装置内の互いに異なる位置に設けられ、それぞれ温度を検出する複数の温度検出手段と、該複数の温度検出手段による検出結果に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、装置内の互いに異なる部位又は領域の温度を検出する複数の温度検出手段による検出結果を併せ用いてフォーカス制御（温度ピントずれ補正）を行うことができる。このため、環境温度変化や投射画像切替え等の様々な要因で発生する温度ピントずれを良好に補正することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である液晶プロジェクタ（画像投射装置）の構成を示している。

図１において、１はプロジェクタ本体（筐体）を示す。操作部１１は、電源のオン（投入）、オフ（遮断）を行うために操作れる電源スイッチや、オートフォーカス（ＡＦ）動作を行わせるために操作されるＡＦスイッチや、投射モードを選択するためのモードスイッチ等を有する。

記憶部１２には、後述する温度補正を行うための温度係数テーブルや、投射モードに応じた動作パラメータ等の各種データが記憶されている。また、記憶部１２には、後述する制御部１０に処理動作を行わせるコンピュータプログラムも格納されている。

入力部１３には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置１００からの映像信号が入力される。

画像処理回路１４は、入力部１３から入力された映像信号に対してデコーダによる同期分離処理を行い、Ｒ、Ｇ、Ｂの映像信号を生成する。また、画像処理回路１４は、映像信号の階調補正等のデジタル処理を行う。

表示駆動部１５は、階調補正されたＲ、Ｇ、Ｂの映像信号に応じた駆動信号を生成し、色分離合成系１７内に配置されたＲ、Ｇ、Ｂの画像形成素子としての液晶パネル２８に画像を形成させる。なお、図には液晶パネル２８を１つだけ示しているが、実際には、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に対して３つ設けられている。

色分離合成系１７は、光源ランプ１６からの照明光を色分解してＲ、Ｇ、Ｂの液晶パネル２８に導き、該液晶パネル２８からのＲ、Ｇ、Ｂの画像光を合成して投射レンズ１９に導く。色分離合成系１７は、上記液晶パネル２８と、図示しないダイクロイックミラーと、ダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタ等のプリズム素子２７とを含み、さらに図示しない偏光板や位相差板等の光学素子も含む。

投射レンズ１９は、ズームレンズ２０とフォーカスレンズ２１を含み、色分離合成系１７から入射した合成画像光を不図示のスクリーン等の被投射面に投射する。ズームレンズ２０とフォーカスレンズ２１はそれぞれ、アクチュエータ２６によって光軸方向に駆動される。ズームレンズ２０を駆動することで投射レンズ１９の焦点距離を変更することができる。

制御部１０は、操作部１１からの信号に応じて、光源ランプ１６、画像処理回路１４、表示駆動部１５、および駆動部１８の動作を制御する。

また、制御部１０は、ＡＦセンサ２２から取り込んだ光電変換信号を用いて、位相差方式又は三角測距方式によって、プロジェクタから不図示のスクリーン等の被投射面までの距離（ＡＦ情報）を計測する。この際、距離計測を確実に行うために、通常画像とは異なる所定のパターンを含んだ測距画像を被投射面に投射する。

そして、制御部１０は、該計測した距離に対してピントの合った画像を投射するためのフォーカス位置を算出し、該フォーカス位置情報を駆動部１８に伝える。駆動部１８は、制御部１０から入力されたフォーカス位置情報に基づいて、投射レンズ１９内のフォーカスレンズ２１を駆動する。これにより、ＡＦ制御が行われる。

そして、制御部１０は、このＡＦ制御において、温度によって生じる投射レンズ１９のピントのずれ（温度ピントずれ）にも配慮する。すなわち、ＡＦセンサ２２によって得られた測距情報から求められたフォーカス位置に、温度ピントずれの補正量を加えて得られる補正後フォーカス位置にフォーカスレンズ２１を移動させる。補正後フォーカス位置の具体的な取得方法については後述する。

ＡＦセンサ２２は、上述した距離計測のために所定の基線長を有する一対のレンズおよび一対の受光素子（ラインセンサ）を有する。但し、ＡＦ方式は、上述したものに限らない。例えば、パターン画像を被投射面に投射してフォーカスレンズ２１を移動させながらＡＦセンサ（二次元イメージセンサ）でパターン画像を撮影し、撮影画像（ＡＦ情報）のエッジが最もシャープとなる位置にフォーカスレンズ２１を停止させるようにしてもよい。

温度センサ２３、２４、２５は筐体１内の互いに異なる位置に設けられており、それぞれの設置位置およびその近傍領域の温度を検出する。これらの温度センサ２３〜２５は、すべて投射レンズ１９の温度ピントずれ補正のために用いられる。

ここで、図５には、各温度センサの設置位置を示している。図５において、図１に示した各構成要素と同じ構成要素には、図１と同じ符号を付している。

雰囲気温度センサ２３は、投射レンズ１９における前端部（被投射面側の部分）に設けられ、本実施例のプロジェクタが使用される室内の温度等、いわゆる環境温度を検出する。投射レンズ１９に生じる温度ピントずれは環境温度によっても変化するため、雰囲気温度センサ２３による出力値をも用いて温度ピントずれ補正を行うことで、より精度の良好な温度ピントずれ補正を行うことができる。

また、雰囲気温度センサ２３は、ＡＦセンサ２２の近くに配置されている。このため、ＡＦセンサ２２による測距結果に対する温度補正にも雰囲気温度センサ２３による検出温度を用いることができる。

投射レンズ温度センサ２４は、投射レンズ１９の基端部（色分解合成系側の部分）の外周に設けられ、投射レンズ２４およびその近傍領域の温度を検出する。本実施例では、雰囲気温度センサ２３も投射レンズ１９の近くに配置されているが、雰囲気温度センサ２３の設置位置は投射レンズ温度センサ２４に比べて筐体１の外面（冷却風の取り込み口が設けられている）に近い位置であり、環境温度を検出するのに適する。

プリズム温度センサ２５は、色分解合成系１７を構成するプリズム素子２７に近接した位置に配置されている。色分解合成系１７が複数のプリズム素子を含む場合は、プリズム温度センサ２５を、液晶パネル２８からの画像光を投射レンズ１９に導くプリズム素子に近接した位置に配置するとよい。これにより、プリズム温度センサ２５を用いて、投射モード等によって切り替わる投射画像の明るさに応じたプリズム素子２７の温度を検出することができる。投射画像が明るい場合は、暗い場合に比べて投射光量が多いので、プリズム素子２７の温度も上昇する。

ここで、投射レンズ温度センサ２４によって投射レンズ１９の温度を検出することはできる。しかし、投射レンズ温度センサ２４は、投射レンズ１９の外側に配置されているため、投射モード等によって切り替わる投射画像の明るさに応じた温度の増減を反映するまでにはある程度の時間を要する。

これに対し、プリズム温度センサ２５は、プリズム素子２７に近接して設けられており、さらにプリズム素子２７は液晶パネル２８からの画像光を投射レンズ１９に導く。このため、プリズム温度センサ２５を用いれば、投射画像の切り換わりによって生じた温度変化を短時間で検出することができ、同様の温度変化が投射レンズ１９内にも生じていると推測できる。したがって、投射レンズ温度センサ２４のみによって投射レンズ１９の温度を検出する場合に比べて、より精度の良い温度ピントずれ補正を行うことができる。

図２には、本実施例のプロジェクタで行われるＡＦ制御の手順を示す。このＡＦ制御は、制御部１０が、記憶部１２に記憶されたコンピュータプログラムに従って行う。

まず、ステップ２０１では、制御部１０は投射レンズ１９内のズームレンズ２０又はフォーカスレンズ２１が駆動中か否かを判断する。駆動中であればレンズ駆動が終了するまでステップ２０１を繰り返し、駆動中でなければステップ２０２へ進む。

ステップ２０２では、測距画像が投射されていた場合には、これを通常の投射画像に切り替える。但し、既に通常の投射画像が投射されている場合はそのままステップ２０３へ進む。

ステップ２０３では、制御部１０は、リモコンや操作部１１を通じたＡＦ実行命令を待ち、ＡＦ実行命令が未入力の場合には、ステップ２０１へ戻る。また、ＡＦ実行命令が入力された場合には、ステップ２０４へ進み、測距画像を投射する。

ステップ２０５では、制御部１０は、雰囲気温度センサ２３の出力値Ｔ１と、投射レンズ温度センサ２４の出力値Ｔ２と、プリズム温度センサ２５の出力値Ｔ３とを取り込む。

次に、ステップ２０６では、ＡＦセンサ２２からの測距情報を取得し、ステップ２０７では、該測距情報に基づいたフォーカス位置Ｘを算出する。そして、ステップ２０８〜２１３では、そのフォーカス位置Ｘに対して、各温度センサからの出力を用いて温度補正を行う。

まず、ステップ２０８では、制御部１０は、雰囲気温度センサ２３の出力値Ｔ１から温度ゾーンｍを判断する。本実施例では、温度ゾーンとして、第１の所定温度Ｔ１１より低い第１ゾーン（ｍ＝１）と、第１の所定温度Ｔ１以上で第２の所定値Ｔ１２（＞Ｔ１１）より低い第２ゾーン（ｍ＝２）と、第２の所定値Ｔ１２以上の第３ゾーン（ｍ＝３）を設定している。

このように、複数の温度ゾーンを設けているのは、投射レンズ１９に生じる温度ピントずれが、単に投射レンズ１９の温度だけでなく、環境温度によっても変化するためである。

次に、ステップ２０９では、現在のズームレンズ位置を不図示のズーム位置センサにより検出し、ズームエリアｎを判断する。本実施例では、ワイド端からテレ端までを、５つのズームエリア（ｎ＝１〜５）に分けている。

このように、複数のズームエリアを設けているのは、投射レンズ１９に生じる温度ピントずれが、単に投射レンズ１９の温度だけでなく、投射レンズ１９の焦点距離によっても変化するためである。

次に、ステップ２１０では、制御部１０は、投射レンズ１９の温度変化による温度ピントずれを補正するための温度係数αと、投射画像の切替えによって発生する温度ピントずれを補正するための温度係数βとを決定する。温度係数α，βはそれぞれ、投射レンズ温度センサ２４の出力値Ｔ２に対する温度係数テーブル１と、プリズム温度センサ２５の出力値Ｔ３に対する温度係数テーブル２とにより決定される。これらの温度係数テーブルは記憶部１２に記憶されている。

例えば、雰囲気温度センサ２３の出力値Ｔ１の温度ゾーンが第２ゾーン（Ｔ１１＜Ｔ１＜Ｔ１２）であり、ズームエリアが３である場合は、ｍ＝２、ｎ＝３より、温度補正係数α，βはそれぞれ、α２３，β２３となる。

次に、ステップ２１１では、制御部１０は、工場での組み立て調整時（以下、単に調整時という）の投射レンズ温度センサ２４の温度Ｔ２ＡＤＪと、調整時のプリズム温度センサ２５の温度Ｔ３ＡＤＪとを記憶部１２から読み出す。これらの調整時のセンサ出力値は、調整時に記憶部１２に記憶されたものである。さらに、制御部１０は、これら調整時の温度Ｔ２ＡＤＪ，Ｔ３ＡＤＪと、ステップ２０５で測定したセンサ出力値Ｔ２，Ｔ３と、ステップ２１０で決定した温度係数α，βの値から、温度ピント補正量ΔＸを以下の式を用いて算出する。

ΔＸ＝（Ｔ２−Ｔ２ＡＤＪ）＊α＋（Ｔ３−Ｔ３ＡＤＪ）＊β。

次に、ステップ２１２では、以下の式を用いてフォーカス位置を再算出し、補正後フォーカス位置Ｘ′を求める。

Ｘ＝Ｘ＋ΔＸ。

次に、ステップ２１３では、制御部１０は、駆動部１８を通じて、ステップ２１２で算出した補正後フォーカス位置Ｘ′にフォーカスレンズ２１を駆動する。

そして、ステップ２１４では、電源スイッチのオフ操作がなされたかを判断し、操作された場合はＡＦ処理を終了し、操作されない場合はステップ２０１に戻る。

以上説明したように、本実施例によれば、環境温度によって変動する温度ピントずれを雰囲気温度センサ２３と投射レンズ温度センサ２４の出力値に基づいて補正でき、投射画像に応じた温度ピントずれをプリズム温度センサ２５の出力値に基づいて補正できる。したがって、投射レンズ温度センサ２４の出力値のみに基づいて温度ピントずれを補正する場合に比べて、より良好な（高精度の）温度ピントずれ補正を行うことができる。

また、本実施例によれば、投射レンズ１９におけるズームエリア（焦点距離）によって変化する温度ピントずれをも良好に補正することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限定されず、請求項に記載した範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上記実施例では、温度係数α，βを予め記憶された温度係数テーブルから読み出すようにしたが、温度係数をその都度演算により求めるようにしてもよい。また、上記実施例では、温度係数α，βを温度係数テーブルから読み出して演算式に代入することで温度ピント補正量を求めるようにした場合について説明した。しかし、温度ピント補正量を予めテーブルデータとして用意し、そこから温度検出値等に基づいて読み出すようにしてもよい。

さらに、上記実施例で説明した３つの温度センサの設置位置は例であり、これらと異なる位置に３つの温度センサを配置してもよい。さらに、使用する温度センサは３つでなくてもよく、２つ又は４つ以上でもよい。

また、上記実施例では、温度ピントずれ補正を含むＡＦ制御を行う場合について説明したが、温度ピントずれ補正のためのフォーカス制御とＡＦ制御とを別々に行うようにしてもよい。すなわち、ＡＦ制御によって駆動されたフォーカスレンズを、さらに温度ピントずれ補正のために移動させてもよい。

本発明の実施例であるプロジェクタの構成を示すブロック図。 実施例における温度ピントずれ補正動作の流れを示すフローチャート。 実施例における温度係数テーブル１を示す図。 実施例における温度係数テーブル２を示す図。 実施例のプロジェクタ内での温度センサの設置位置を示す図。

符号の説明

１０ 制御部
１１ 操作部
１２ 記憶部
１３ 入力部
１４ 画像処理回路
１５ 表示駆動部
１６ 光源ランプ
１７ 色分離合成系
１８ 駆動部
１９ 投射レンズ
２０ ズームレンズ
２１ フォーカスレンズ
２２ ＡＦセンサ
２３，２４，２５ 温度センサ

Claims (9)

1. 光源からの光により照明される画像形成素子と、
   フォーカスレンズを含み、前記画像形成素子からの光を被投射面に投射する投射レンズと、
   該画像投射装置内の互いに異なる位置に設けられ、それぞれ温度を検出する複数の温度検出手段と、
   該複数の温度検出手段による検出結果に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像投射装置。
2. 前記制御手段は、前記複数の温度検出手段のうち第１の温度検出手段による検出結果に基づいて温度ゾーンを決定し、該温度ゾーンと他の少なくとも１つの温度検出手段による検出結果とに基づいて、前記フォーカスレンズの位置を制御するための情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記第１の温度検出手段は、該画像投射装置が使用される環境の温度を検出することを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
4. 前記投射レンズのオートフォーカス制御に用いるＡＦ情報を検出するＡＦ検出手段を有し、
   前記複数の温度検出手段のうち第１の温度検出手段は、前記ＡＦ検出手段により検出したＡＦ情報を温度に応じて補正するための温度検出手段を兼ねていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投射装置。
5. 前記画像形成素子からの光を前記投射レンズに導く光学部材を有し、
   前記複数の温度検出手段のうち第２の温度検出手段は、前記光学部材又はこれに近接した領域の温度を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の画像投射装置。
6. 前記画像形成素子を複数有し、
   前記光学部材は、前記複数の画像形成素子からの光を合成して前記投射レンズに導くことを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
7. 前記複数の温度検出手段のうち第３の温度検出手段は、前記投射レンズ又はこれに近接した領域の温度を検出することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の画像投射装置。
8. 前記投射レンズは焦点距離が可変なズームレンズであり、
   前記制御手段は、前記フォーカスレンズの位置を制御するための情報として、前記投射レンズの焦点距離に応じた情報を取得することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の画像投射装置。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の画像投射装置と、
   該画像投射装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。