JP2011107435A - 画像投射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像投射装置は、光変調素子206R,206G,206Bと、該光変調素子により変調された光を被投射面に投射する投射レンズ100と、光源209からの光を光変調素子に導き、該光変調素子からの光を投射レンズに導く光学ユニット200と、光学ユニットと投射レンズとの間に配置され、開状態と閉状態に動作するシャッタ機構300と、光学ユニットおよび投射レンズの温度の変化により発生するピント変動を、投射レンズをピント補正関数に基づいて動作させることにより補正するピント補正手段501とを有する。ピント補正手段は、シャッタ機構の動作に関する情報に応じて、ピント補正関数を変更する。
【選択図】図2
Description
高輝度放電ランプの寿命を短くせずに表示と非表示を短時間で繰り返すことができるように、ランプと投射レンズとの間にシャッタ機構を配置し、これを開閉することで表示と非表示を切り換えられるプロジェクタが特許文献1に開示されている。
また、ランプが点灯している間、プロジェクタ内の光学素子やこれを保持する部材はランプからの光を受けて温度が上昇する。この温度上昇により、光学素子の光学特性(例えば屈折率)が変化したり、光学素子を保持する保持部材が熱膨張して隣り合う光学素子間の間隔が変化したりする。そして、これら光学特性や光学素子間の間隔の変化によって投射画像のピント状態が変化する。
特許文献2には、筐体内に温度センサを配置し、温度センサによって検出された温度に応じて投射レンズのピント補正動作を行うプロジェクタが開示されている。
また、特許文献2にも、シャッタの動作とピント変動の補正との関係について何ら開示されていない。
なお、投射画像からの反射光を利用してAF(オートフォーカス)を行うプロジェクタもあるが、シャッタが閉じた状態では、画像が投射されないため、AFを用いたピント変動の補正を行うことができない。
本発明では、シャッタの動作に応じた適切なピント変動の補正を行えるようにした画像投射装置を提供する。
図1には、本発明の実施例である画像投射装置としてのプロジェクタ500の外観を示している。100は投射レンズである。
図2には、プロジェクタ500の筐体内に収容された光学系の構成を示している。プロジェクタ500の筐体内には、光源ランプ209、色分解合成光学ユニット200、照明光学系201および液晶パネル(光変調素子)206R,206G,206Bを内蔵した光学ボックスが収納されている。また、筐体内には、前述した投射レンズ100と、シャッタユニット(シャッタ機構)300も収容されている。
投射レンズ100は、複数のレンズユニット(光学素子)とこれを保持する保持部材とを含み、光学ボックスの光射出用の開口部に取り付けられている。シャッタユニット300は、光学ボックス内の色分解合成光学ユニット200と投射レンズ100との間に配置されている。
液晶パネル206R,206G,206Bには、不図示の液晶駆動回路が接続されている。液晶駆動回路は、不図示の画像供給装置(パーソナルコンピュータ、DVDプレーヤ、テレビチューナ等)からプロジェクタ500に入力された画像情報に応じて液晶パネル206R,206G,206Bに原画を形成させる。該液晶パネル206R,206G,206Bにより変調された光は、投射レンズ100によりスクリーン等の被投射面に投射される。液晶パネル206R,206G,206Bは、反射型液晶パネルである。
照明光学系201は、光源ランプ209からの光を色分解合成光学ユニット200に導く。色分解合成光学ユニット200は、照明光学系201からの光をR,G,Bの3つの色光に分離して液晶パネル206R,206G,206Bに導き、液晶パネル206R,206G,206Bからの3つの色光を合成して投射レンズ100に導く。
シャッタユニット300は、開状態と閉状態に動作して、色分解合成光学ユニット200から投射レンズ100に向かう光の光路を開放および遮断する。シャッタユニット300は、投射レンズ100内に設けられた絞り(図示せず)とは異なる。絞りは、最も開口が小さい状態においてもその開口を完全には閉じることはなく、被投射面に投射される光量を調節するに過ぎない。これに対し、シャッタユニット300は、閉状態において完全に開口を閉じて被投射面への光の投射が行われないようにする。
照明光学系201は、超高圧水銀ランプ等の高輝度放電ランプである光源ランプ209からの光を複数の光束に分割し、各液晶パネル上で重ね合わせる作用を有するフライアイレンズおよびコンデンサレンズを含む。また、照明光学系201は、光源ランプ209からの光を所定の偏光方向を有する偏光光(ここではP偏光光)とするための偏光変換素子を含む。
色分解合成光学ユニット200は、ダイクロイックミラー204と、第1〜第3の偏光ビームスプリッタ205a〜205cと、これらの光学素子を保持する保持部材(図示せず)とを含む。ダイクロイックミラー204は、照明光学系201(つまりは光源ランプ209)からの白色光のうち、青(B)と赤(R)の色光を透過し、緑(G)の色光を反射する。第1および第2の偏光ビームスプリッタ205a,205bは、P偏光光を透過し、S偏光光を反射する。また、第3の偏光ビームスプリッタ205cは、G光を透過してB光を反射するダイクロイックプリズムとしての機能と、R光に対してP偏光光を透過し、S偏光を反射する偏光ビームスプリッタとしての機能とを併せ持つ色合成プリズムである。
ダイクロイックミラー204で反射し、第1の偏光ビームスプリッタ205aを透過したP偏光光としてのG光は、緑用の液晶パネル206Gに入射し、ここで反射および変調されてS偏光光となる。そして、第1の偏光ビームスプリッタ205aで反射されて第3の偏光ビームスプリッタ205cに入射する。
ダイクロイックミラー204を透過したR光は、色選択性位相差板によってその偏光方向が90度回転されてS偏光光となって第2の偏光ビームスプリッタ205bに入射する。第2の偏光ビームスプリッタ205bで反射したR光は、赤用の液晶パネル206Rに入射し、ここで反射および変調されてP偏光光となる。そして、第2の偏光ビームスプリッタ205bを透過して第3の偏光ビームスプリッタ205cに入射する。
ダイクロイックミラー204を透過したB光は、色選択性位相差板を偏光方向が回転されることなく通過し、P偏光光として第2の偏光ビームスプリッタ205bに入射する。第2の偏光ビームスプリッタ205bを透過したB光は、青用の液晶パネル206Bに入射し、ここで反射および変調されてS偏光光となる。そして、第2の偏光ビームスプリッタ205bで反射されて第3の偏光ビームスプリッタ205cに入射する。
第3の偏光ビームスプリッタ205cは、前述したように、G光を透過するとともにB光を反射し、さらにP偏光光として入射したR光を透過することで、これらG光、B光およびR光を合成し、投射レンズ100に導く。R光、G光およびB光によりそれぞれ形成されるR画像、G画像およびB画像が被投射面に重なり合って投射されることで、被投射面上にフルカラー画像が表示される。
以上のように構成されたプロジェクタ500において、シャッタユニット300が開状態にあるとき、光源ランプ209からの光は色分解合成光学ユニット200を介して投射レンズ100に入射する。このため、投射レンズ100や色分解合成光学ユニット200の温度が上昇し、この温度上昇に起因した、それらを構成する光学素子(レンズユニットやプリズム等)の屈折率や該光学素子間の間隔の変化によって投射画像のピント状態が変動する。
また、シャッタユニット300が閉状態にあるときは、光源ランプ209からの光は、シャッタユニット300によって遮られて投射レンズ100には入射しないが、色分解合成光学ユニット200には入射する。さらに、シャッタユニット300で反射した光も色分解合成光学ユニット200に入射する。このため、シャッタユニット300が閉状態にあるときは、投射レンズ100の温度は低下するが、色分解合成光学ユニット200の温度は上昇する。そして、次にシャッタユニット300が開かれたときに、先に閉じられたときに対して投射画像のピント状態の変動(以下、ピント変動という)が発生する。
したがって、上述したように投射レンズ100や色分解合成光学ユニット200の温度変化に起因したピント変動が生じた場合でも、フォーカスレンズユニット101を適切に移動させることで該ピント変動を良好に補正することができる。
以下の説明において、温度変化に起因したピント変動を補正するために、モータ502を介してフォーカスレンズユニット101を光軸方向に移動させる動作を、投射レンズ100のピント補正動作という。コントローラ501は、ピント補正手段として機能する。
ピント補正動作におけるフォーカスレンズ101の移動量は、後述する第1〜第4のピント補正関数を用いて算出されるピント補正量に対応するように決定される。言い換えれば、投射レンズ100のピント補正動作は、第1〜第4のピント補正関数に基づいて行われる。
第1〜第4のピント補正関数のうち使用されるピント補正関数は、シャッタユニット300の動作に関する情報に基づいて選択(変更)される。シャッタユニット300の動作に関する情報とは、シャッタユニット300が現在、開状態および閉状態のうちいずれにあるかを示す情報やシャッタユニット300の動作履歴を示す情報である。動作履歴とは、例えば、シャッタユニット300が光源ランプ209の点灯開始から、一度も閉じられなかったこと(開状態に維持されたこと)や、開状態から一旦閉じられた後に再び開けられたことをいう。
図3には、シャッタユニット300の構成を示している。302は窓枠部材である。該窓枠部材302には、色分解合成光学ユニット200から投射レンズ100に向かう光が通過するための窓(開口)301が形成されている。303は窓枠部材302により窓301を開閉する方向に移動可能に保持された遮光部材としてのシャッタ板である。図3には、シャッタ板303が窓301を開放する位置にある開状態を示している。開状態からシャッタ板303が窓301を閉じる位置に移動することで閉状態となる。304はシャッタ板303を移動させるアクチュエータである。該アクチュエータ304の動作、つまりはシャッタユニット300の開閉動作は、図1に示したコントローラ501によって制御される。
図4、図5および図6のフローチャートには、本実施例における投射レンズ100のピント補正動作を制御するための処理(ピント補正処理)を示している。コントローラ501は、光源ランプ209からの光を受ける色分解合成光学ユニット200および投射レンズ100の温度の変化によって発生するピント変動を、後述するピント補正関数に基づいて投射レンズ100をピント補正動作させることにより補正する。コントローラ501は、該ピント補正処理をコンピュータプログラムに従って行う。
図4には、光源ランプ209の点灯の開始と同時にコントローラ501が開始するピント補正処理400を示している。
ステップ401では、コントローラ501は、光源ランプ209の点灯開始から経過した時間tと係数Aとを用いて表される第1のピント補正関数fα=A・tを用いて、ピント補正量fαを算出する。すなわち、第1のピント補正関数fα=A・tを用いる第1のピント補正アルゴリズムによってピント補正量fαを算出する。第1のピント補正関数fα=A・tは、光源ランプ209の点灯開始からシャッタユニット300が一度も閉じられていない場合に用いられる。図7には、ピント補正関数fα=A・tを図示している。
係数Aは、実際のプロジェクタでの時間tとピント補正量fαの実測値やシミュレーション結果から求める。このことは、後述する他のピント補正関数の係数B,C,Dについても同じである。なお、係数A〜Dはその値または符号(正、負)が互いに異なる。本実施例では、A,C,Dは互いに異なる正の値で、Bは負の値を有する場合について説明するが、これらは例であり、上述したように、実測値やシミュレーション結果から任意に設定することができる。
光源ランプ209からの光による色分解合成光学ユニット200および投射レンズ100の温度上昇はある値で飽和する。このため、ピント変動量もある量で飽和する。この飽和したときのピント変動量をf1とし、コントローラ501は、fα=f1となった時点t1でピント補正処理400を終了する。
また、fα=f1となる前にシャッタユニット300が閉じられた場合(開状態から閉状態に切り換わった場合)には、コントローラ501はステップ402またはステップ403に進む。シャッタユニット300が閉じた状態では光源ランプ209からの光が投射レンズ100に入射しないため、投射レンズ100内のレンズユニットや保持部材の温度は上昇しない。このときの飽和したピント変動量をf2とする。コントローラ501は、fα≧f2である場合にはステップ402に進み、fα<f2である場合にはステップ403に進む。
ステップ402では、コントローラ501は、時間tと係数Bとを用いて表される第2のピント補正関数fβ=B・tを用いて、ピント補正量fβを算出する。すなわち、第2のピント補正関数fβ=B・tを用いる第2のピント補正アルゴリズムによってピント補正量fβを算出する。図8には、ステップ401においてピント補正量がfαとなった時点tαでシャッタユニット300が閉じられたときの第2のピント補正関数fβ=B・tを示す。
ステップ403では、コントローラ501は、時間tと係数Cとを用いて表される第3のピント補正関数fβ=C・tを用いて、ピント補正量fβを算出する。すなわち、第3のピント補正関数fβ=C・tを用いる第3のピント補正アルゴリズムによってピント補正量fβを算出する。図9には、ステップ401においてピント補正量がfαとなった時点tαでシャッタユニット300が閉じられたときの第3のピント補正関数fβ=C・tを示す。
ステップ402およびステップ403では、コントローラ501は、fβ=f2となった時点t2でピント補正処理400を終了する。また、fβ=f2となる前にシャッタユニット300が開かれた場合には、ステップ404に進む。
ステップ404において、プロジェクタ500内の光学素子(レンズユニットやプリズム等)およびこれらを保持する保持部材の光源ランプ209からの光による温度上昇はステップ401を行っているときの同様に発生する。このため、飽和したピント変動量はf1となる。ただし、シャッタユニット300が開状態から一旦閉じられた後に再び開かれている(すなわち、閉状態とされた後に開状態とされた)ので、プロジェクタ500内の光学素子および保持部材における温度分布は、ステップ401を行っているときは異なる。
このため、ステップ404では、コントローラ501は、時間tと係数Dとを用いて表される第4のピント補正関数fγ=D・tを用いて、ピント補正量fγを算出する。すなわち、第4のピント補正関数fγ=D・tを用いる第4のピント補正アルゴリズムによってピント補正量fγを算出する。図10には、ステップ401においてピント補正量がfαとなった時点tαでシャッタユニット300が閉じられ、その後ステップ402または403にてピント補正量がfβとなった時点tβでシャッタユニット300が開かれたときの第4のピント補正関数を示す。コントローラ501は、fγ=f1となった時点t3で焦点位置補正アルゴリズム400を終了する。
また、fγ=f1となる前にシャッタユニットが閉じられた場合には、ステップ402またはステップ403に進む。ステップ402とステップ403のいずれに進むかの判別は、上記と同様に行う。コントローラ501は、以上のピント補正処理400を、fα=f1,fβ=f2またはfγ=f1となるまで継続する。
次に、図5を用いて、シャッタユニット300が閉じられるのと同時にコントローラ501が開始するピント補正処理410について説明する。ピント補正処理410は、図4のピント補正処理400が終了していること、すなわちfα=f1、fβ=f2またはfγ=f1となったことを条件として実行される。
コントローラ501は、まずステップ412に進む。シャッタユニット300が閉じられた状態では光源ランプ209からの光が投射レンズ100に入射しないため、投射レンズ100内のレンズユニットおよび保持部材の温度は上昇しない。つまり、図4のステップ402でのピント変動と同様のピント変動が生じる。
このため、ステップ412では、コントローラ501は、第2のピント補正関数fβ=B・tを用いてピント補正量fβを求める。そして、ステップ402と同様に、fβ=f2となった時点t2でピント補正処理410を終了する。
なお、ピント変動量においては、光源ランプ209からの光を受けることによって投射レンズ100に生じた温度上昇の影響が大きい。このため、ピント補正処理400が終了した後にシャッタユニット300が閉じられて実行されるピント補正処理410では、前述したシャッタユニット300の位置により、常にf1>f2となる。このため、ピント補正処理410の開始時のピント変動量は必ずf2より大きい値となる。このことから、ピント補正処理410では、ピント補正処理400においてステップ403に進む条件であるfα<f2を想定する必要はない。
また、ステップ412においてfβ=f2となる前にシャッタユニット300が開いた場合には、コントローラ501は、ステップ414に進む。ステップ414では、シャッタユニット300が一旦閉じられてから開かれているので、図4のステップ404と同様に、コントローラ501は、第4のピント補正関数fγ=D・tを用いてピント補正量fγを算出する。そして、fγ=f1となった時点でピント補正処理410を終了する。また、fγ=f1となる前にシャッタユニット300が閉じられた場合には、コントローラ501は、ステップ412に進む。
コントローラ501は、以上のピント補正処理410を、fβ=f2またはfγ=f1となるまで継続する。
次に、図6を用いて、シャッタユニット300が開かれるのと同時にコントローラ501が開始するピント補正処理420について説明する。このピント補正処理420は、ピント補正処理400または410が終了していること、すなわちfα=f1、fβ=f2またはfγ=f1となったことを条件として実行される。
コントローラ501は、まずステップ424に進む。ステップ424では、シャッタユニット300を一旦閉じられてから開かれているので、コントローラ501は、図4のステップ404と同様に、第4のピント補正関数fγ=D・tを用いてピント補正量fγを算出する。そして、fγ=f1となった時点でピント補正処理420を終了する。
また、fγ=f1となる前にシャッタユニット300が閉じられた場合には、コントローラ501は、ステップ422に進む。ここでは、シャッタユニット300が閉じられており、光源ランプ209からの光が投射レンズ100に入射しないため、投射レンズ100内のレンズユニットおよび保持部材の温度は上昇しない。したがって、ステップ422では、図4のステップ402と同様に、第2のピント補正関数fβ=B・tを用いてピント補正量fβを算出する。そして、fβ=f2となった時点でピント補正処理420を終了する。
なお、前述したようにピント変動量においては、光源ランプ209からの光を受けることによって投射レンズ100に生じた温度上昇の影響が大きい。このため、ピント補正処理400または410が終了した後にシャッタユニット300が開かれて実行されるピント補正処理420では、前述したシャッタユニット300の位置により、常にf1>f2となる。このため、ピント補正処理420の開始時のピント変動量は必ずf2より大きい値となる。このことから、ピント補正処理420でも、ピント補正処理400においてステップ403に進む条件であるfα<f2を想定する必要はない。
また、fβ=f2となる前にシャッタユニット300が開かれた場合には、コントローラ501は、ステップ424に進む。
コントローラ501は、以上のピント補正処理420を、fβ=f2またはfγ=f1となるまで継続する。
以上説明したように、本実施例では、色分解合成光学ユニット200および投射レンズ100の温度の変化により発生するピント変動を、投射レンズ100をピント補正関数に基づいて動作させることによって補正する。そして、使用するピント補正関数を、シャッタユニット300の動作に関する情報に応じて第1〜第4のピント補正関数の中で変更する。特に、光源ランプ209が点灯されてから、シャッタユニット300が開状態に維持された場合(一度も閉じられていない場合)と、シャッタユニット300が一旦閉状態とされた後に再び開状態に動作した場合とで使用するピント補正関数を変更する。
このように使用するピント補正関数をシャッタユニット300の動作に関する情報に応じて変更することで、シャッタユニット300の動作に応じた適切なピント補正を行うことができる。この結果、シャッタユニット300の動作にかかわらずピントが合った画像を投射することができる。
以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、シャッタユニット300の開閉状態だけでなく、動作履歴まで含めた情報に応じてピント補正関数を変更する場合について説明したが、より簡易に、開閉状態にのみ応じてピント補正関数を変更するようにしてもよい。
また、上記実施例では、光変調素子として、反射型液晶パネルを用いた場合について説明したが、透過型液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)等の他の光変調素子を用いてもよい。
200 色分解合成光学ユニット
206R,206G,206B 反射型液晶パネル
209 光源ランプ
300 シャッタユニット
Claims (3)
- 光変調素子と、
該光変調素子により変調された光を被投射面に投射する投射レンズと、
光源からの光を前記光変調素子に導き、該光変調素子からの光を前記投射レンズに導く光学ユニットと、
前記光学ユニットと前記投射レンズとの間に配置され、開状態と閉状態に動作するシャッタ機構と、
前記光学ユニットおよび前記投射レンズの温度の変化により発生するピント変動を、前記投射レンズをピント補正関数に基づいて動作させることにより補正するピント補正手段とを有し、
前記ピント補正手段は、前記シャッタ機構の動作に関する情報に応じて、前記ピント補正関数を変更することを特徴とする画像投射装置。 - 前記シャッタ機構の動作に関する情報は、該シャッタ機構が前記開状態および前記閉状態のうちいずれにあるかを示す情報と、該シャッタ機構の動作履歴を示す情報とを含むことを特徴とする請求項1に記載の画像投射装置。
- 前記ピント補正手段は、前記光源が点灯されてから、前記シャッタ機構が前記開状態に維持された場合と、前記シャッタ機構が前記開状態から前記閉状態に動作した後に再び前記開状態に動作した場合とで前記ピント補正関数を変更す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。
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