JP2011237482A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投射レンズのシフト機能を有しながらも温度ピント補正を良好に行う。
【解決手段】画像投射装置１は、光軸方向に移動可能なフォーカス素子１０４を含む投射光学系１０５を通して画像を投射する。該装置は、投射光学系を光軸方向に対して直交する方向にシフトさせて画像の投射位置を移動させるシフト機構１０３と、投射光学系のシフト位置を検出するシフト位置検出手段１０７と、温度を検出する温度検出手段１０６と、該温度検出手段により検出された温度の変化に応じてフォーカス素子を移動させる制御手段３０８とを有する。制御手段は、シフト位置検出手段により検出されたシフト位置に応じて、温度検出手段により検出された温度の変化に対するフォーカス素子の移動量を変更する。
【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、特に投射光学系のシフト機能と温度ピント補正機能を有する画像投射装置に関する。

画像投射装置は、光源からの光を、液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス等の光変調素子を介して投射レンズ（投射光学系）に導き、該投射レンズを通してスクリーン等の被投射面に画像を投射する。

このような画像投射装置において、温度の変化によって投射レンズにピント変動が生じ、それまでピントが合っていた投射画像がぼけてしまう場合がある。このため、画像投射装置には、温度変化に伴う投射レンズのピント変動を補正する温度ピント補正機能が搭載される場合がある。特許文献１には、温度センサにより検出された温度に基づいて投射レンズのフォーカスレンズの位置を制御することで、投射レンズの温度ピント補正を行う画像投射装置が開示されている。

また、特許文献２にて開示されているように、画像投射装置には、被投射面に対する画像の投射位置を調節可能とするために、光変調素子に対して投射レンズをその光軸に直交する方向にシフトさせるレンズシフト機構を有するものがある。

特開２００７−２４１２６０号公報 特開平０５−０２７３２４号公報

しかしながら、レンズシフトによって、投射レンズにて光変調素子からの光が通過する領域が変化する。そして、投射レンズにおける光通過領域が変化することによって、温度変化量が同じであっても、投射レンズのピント変動量（被投射面に投射された画像に表れるぼけ量）が異なる。

図９（Ａ）には、投射レンズ１０５が、光変調素子１０２からの光が投射レンズ１０５の中心部を通過して被投射面４０１に至るレンズシフト位置にある場合を示している。また、図９（Ｂ）には、投射レンズ１０５が、光変調素子１０２からの光が投射レンズ１０５の周辺部を通過して被投射面４０１に至るレンズシフト位置にある場合を示している。４０２はレンズシフト量であり、４０３は被投射面４０１における投射画像のシフト量である。１０１は光源ランプである。これらの２つの場合では、投射レンズ１０５から被投射面４０１に至る光路の長さが異なるため、温度変化量が同じであっても、被投射面４０１に投射された画像のぼけ量が異なる。

そして、このような投射レンズのレンズシフト位置（レンズシフト量）に応じた投射画像のぼけを、特許文献１にて開示されているような温度ピント補正だけで低減することができない。

本発明は、投射レンズのシフト機能を有しながらも温度ピント補正を良好に行えるようにした画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、光軸方向に移動可能なフォーカス素子を含む投射光学系を通して画像を投射する。該画像投射装置は、投射光学系を光軸方向に対して直交する方向にシフトさせて画像の投射位置を移動させるシフト機構と、投射光学系のシフト位置を検出するシフト位置検出手段と、温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段により検出された温度の変化に応じてフォーカス素子を移動させる制御手段とを有する。そして、制御手段は、シフト位置検出手段により検出されたシフト位置に応じて、温度検出手段により検出された温度の変化に対するフォーカス素子の移動量を変更することを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としての画像投射装置は、光軸方向に移動可能なフォーカス素子を含む投射光学系を通して画像を投射する。該画像投射装置は、投射光学系を光軸方向に対して直交する方向にシフトさせて画像の投射位置を移動させるシフト機構と、投射光学系のシフト位置を検出するシフト位置検出手段と、温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段により検出された温度の変化に応じてフォーカス素子を移動させる制御手段とを有する。そして、制御手段は、シフト位置検出手段により検出されたシフト位置に応じて、温度検出手段により検出された温度または該温度の変化量を変更し、該変更後の温度または温度変化量に応じてフォーカス素子を移動させることを特徴とする。

本発明では、投射光学系のシフト位置に応じて、検出された温度の変化に対するフォーカス素子の移動量を変更したり、検出された温度または温度変化量を変更して該変更後の温度または温度変化量を用いてフォーカス素子を移動させたりする。このため、本発明によれば、投射光学系をシフトさせても、温度変化に伴う投射光学系のピント変動の補正、つまりは投射画像のぼけの補正を良好に行うことができる。

本発明の実施例１である画像投射装置の構成を示すブロック図。 実施例１における温度ピント補正処理の流れを示すフローチャート。 実施例１における温度変動量とフォーカス補正量との関係を示すグラフ。 実施例１におけるレンズシフト位置を考慮した温度変動量とフォーカス補正量との関係を示すグラフ。 実施例１における投射レンズのシフト可能範囲を示す図。 本発明の実施例２の画像投射装置における温度変動量とレンズシフト量に応じたフォーカス補正量を記述したテーブルデータを示す図。 本発明の実施例３の画像投射装置における温度ピント補正処理の流れを示すフローチャート。 実施例３におけるレンズシフト位置を考慮した温度変動量とフォーカス補正量との関係を示すグラフ。 レンズシフトによるピント変動量の違いを示す図。

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

光源ランプ１０１から射出された光は、光変調素子としての液晶パネル１０２に入射する。液晶パネル１０２には、プロジェクタ１に入力された映像信号に応じた原画が形成されており、液晶パネル１０２に入射した光は該原画に応じて変調されて変調光１１２となる。

変調光１１２は、光軸方向に移動可能なフォーカスレンズ（フォーカス素子）１０４を含む投射レンズ（投射光学系）１０５を通って投射光１１３として、スクリーン等の被投射面（図示せず）に投射される。これにより、被投射面上に投射画像が表示される。

プロジェクタ１は、被投射面上における画像の投射位置を、投射レンズ１０５の光軸方向に対して直交する方向である水平方向および垂直方向に移動させるレンズシフト機構１０３を有する。レンズシフト機構１０３は、２つのシフトモータ１０９を有し、一方のシフトモータ１０９からの駆動力によって投射レンズ１０５を水平方向にシフトさせ、他方のシフトモータ１０９からの駆動力によって投射レンズ１０５を垂直方向にシフトさせる。

レンズシフト機構１０３は、投射レンズ１０５の水平方向および垂直方向でのシフト位置（以下、レンズシフト位置という）を検出するためのリニアエンコーダ１０７を有する。リニアエンコーダ１０７は、所定の基準レンズシフト位置に対する投射レンズ１０５のシフト量に応じた信号を出力する。

投射レンズ１０５に含まれるフォーカスレンズ１０４は、フォーカスモータ１０８からの駆動力によって投射レンズ１０５の光軸方向に移動する。フォーカスレンズ１０４を移動させることによって、投射画像のピント状態を変化させることができる。

プロジェクタ１の内部には、温度センサ１０６が設けられている。温度センサ１０６により検出された温度を用いて後述する温度ピント補正処理を行う。温度センサ１０６の設置位置は、投射レンズ１０５の近くが望ましいが、温度センサ１０６の出力値の変動量と投射画像のピント状態の変化量との相関がとれる位置であれば投射レンズ１０５から離れた位置に設けられてもよい。また、温度センサを複数設けて、それらの検出温度の平均値を温度ピント補正処理に利用してもよい。

プロジェクタ１は、電子回路としての制御部３００を有する。制御部３００において、操作部３０１は、スイッチ、ボタン、ダイヤル等の操作部材を備え、ユーザによる該操作部材の操作に応じた操作信号をランプ制御部３０４、画像処理回路３０３、レンズシフト制御部３０６およびフォーカス制御部３０８に出力する。

ランプ制御部３０４は、操作部３０１からのランプオン／オフ操作信号に応じて、光源ランプ１０１のオン／オフを切り替える。映像信号入力部３０２は、外部からの映像信号を受け取って画像処理回路３０３へ送る。画像処理回路３０３は、受け取った映像信号のスケーリング、変形および色変換処理を行い、これら処理後の画像データをパネル駆動部３０５へと転送する。また、画像処理回路３０３は、メニュー画像等のＯＳＤ画像も生成し、パネル駆動部３０５へと転送する。

パネル駆動部３０５は、画像処理回路３０３から転送された画像データに応じて液晶パネル１０２を駆動して、液晶パネル１０２上に原画を形成させる。

レンズシフト制御部３０６は、操作部３０１からの水平／垂直レンズシフト操作信号に応じて上述した２つのシフトモータ１０９を駆動し、レンズシフト機構１０３を動作させ、水平方向および垂直方向に投射レンズ１０５をシフトさせる。

レンズシフト位置検知部３０７は、レンズシフト機構１０３に設けられたリニアエンコーダ１０７からの出力を読み取ってレンズシフト位置を取得する。そして、取得したレンズシフト位置の情報をフォーカス制御部３０８に送る。リニアエンコーダ１０７とレンズシフト位置検知部３０７とにより、シフト位置検出手段が構成される。

温度センサ制御部３０９は、所定の時間間隔で温度センサ１０６によって検出された温度を取得し、取得した温度の情報をフォーカス制御部３０８に送る。温度センサ１０６と温度センサ制御部３０９とにより温度検出手段が構成される。

フォーカス制御部（制御手段）３０８は、操作部３０１からのフォーカス操作信号に応じてフォーカスモータ１０８を駆動し、フォーカスレンズ１０４を移動させる。また、フォーカス制御部３０８は、レンズシフト位置検知部３０７からのレンズシフト位置の情報と、温度センサ制御部３０９からの温度の情報とを用いて温度ピント補正処理を行う。

次に、図２のフローチャートを用いて、フォーカス制御部３０８により行われる温度ピント補正処理について説明する。この処理は、フォーカス制御部３０８がコンピュータプログラムに従って実行する。

まず、プロジェクタ１の電源が投入されると、フォーカス制御部３０８は、温度ピント補正処理の初期化を実行する。この初期化では、フォーカス制御部３０８は、ステップ４０にて、温度センサ制御部３０９から現在（電源投入時）の温度の情報を取得して、不図示のメモリにおける変数Ｔｏに格納する。

温度ピント補正処理の初期化が終了した後、操作部３０１を通じて温度ピント補正処理の開始が指示されたり、自動的にカウントされた所定のタイミングが到来したりすることに応じて、フォーカス制御部３０８は、温度ピント補正処理を開始する。

まず、ステップ４１では、フォーカス制御部３０８は、温度センサ制御部３０９から現在（ステップ４１の実行時）の温度の情報を取得して、メモリにおける変数Ｔｎに格納する。

次に、ステップ４２では、フォーカス制御部３０８は、変数Ｔｏと変数Ｔｎとの差（Ｔｏ−Ｔｄ）である温度変動量（温度変化量）を求め、該温度変動量をメモリの変数Ｔｄに格納する。

次に、ステップ４３では、フォーカス制御部３０８は、変数Ｔｄに格納された温度変動量を所定のしきい値と比較する。温度変動量（Ｔｄ）がしきい値より大きければ、ステップ４４に進む。温度変動量（Ｔｄ）がしきい値以下であれば、ステップ４６に進む。

ステップ４４では、フォーカス制御部３０８は、温度変動量（Ｔｄ）をパラメータとする関数ｆによって、フォーカスレンズ１０４の移動量（以下、フォーカス補正量という）を求め、これをメモリの変数Ｄに格納する。フォーカス補正量には方向も含まれる。関数ｆについては後に詳しく説明する。

次にステップ４５では、フォーカス制御部３０８は、フォーカス補正量（Ｄ）だけフォーカスレンズ１０４を移動させるようフォーカスモータ１０８を駆動する。そして、ステップ４６で、フォーカス制御部３０８は、変数Ｔｎの値を変数Ｔｏに格納し、温度ピント補正処理の１回のルーチンを終了する。

そして、フォーカス制御部３０８は、このような温度ピント補正処理（ステップ４１からの処理）を、所定の時間間隔（例えば、１分間隔）で定期的に行う。

次に、関数ｆについて説明する。この関数ｆは、温度変動量に対するフォーカス補正量を計算するための関数である。本実施例では、一例として、温度変動量ｘ（＝Ｔｏ−Ｔｄ）に対するフォーカス補正量ｆ（ｘ）を次式（１）で定義する。

ｆ（ｘ）＝Ａｘ^２＋Ｂｘ＋Ｃ …（１）
式（１）を図３に示す。図３では、横軸に温度変動量ｘを、縦軸にフォーカス補正量ｆ（ｘ）を示している。

そして、本実施例では、レンズシフト位置に応じて式（１）中の係数Ａ，Ｂ，Ｃを異ならせる。これにより、温度変動量ｘが同じであっても、レンズシフト位置に応じてフォーカス補正量ｆ（ｘ）が変化する。

ここで、水平方向のレンズシフト位置をｓｘとし、垂直方向のレンズシフト位置をｓｙとする。ただし、（ｓｘ^２＋ｓｙ^２）≦１である。また、液晶パネル１０２上の原画中心が投射レンズ１０５の光軸と一致するレンズシフト位置を、ｓｘ＝ｓｙ＝０とする。

ｓｘおよびｓｙの値と投射レンズ１０５のシフト位置との関係を図５に示す。図５では、投射レンズ１０５を光軸方向から見て示している。液晶パネル１０２からの変調光（投射光）は、投射レンズ１０５の有効領域５１内を通さなければならない。投射レンズ１０５をシフトさせると、有効領域５１内において変調光が通過する領域が変化する。

光通過領域５４は、原画の中心と投射レンズ１０５の光軸とが一致し（以下、このときの投射レンズ１０５のシフト位置を基準シフト位置という）、投射レンズ１０５の光軸と投射画像の中心とが一致する場合に変調光が有効領域５１内を通過する領域である。また、光通過領域５３は、投射レンズ１０５が基準シフト位置から水平方向のシフト端までシフトしたときに変調光が有効領域５１内を通過する領域である。光通過領域５５は、投射レンズ１０５が基準シフト位置から垂直方向のシフト端までシフトしたときに変調光が有効領域５１内を通過する領域である。

本実施例では、水平方向の長さよりも垂直方向の長さが短い画像を投射するため、垂直方向でのレンズシフト可能量が水平方向でのレンズシフト可能量より大きい。この大きい方の垂直方向での基準シフト位置からのレンズシフト可能量を１とすると、ｓｘとｓｙの可変範囲を表すレンズシフト可能範囲５３は、図５に示すように楕円になる。

図４には、ｓｘ＝ｓｙ＝０のときの関数ｆ（係数をＡ_０，Ｂ_０，Ｃ_０とする）と、基準シフト位置からの距離が１、つまりはｓｘ^２＋ｓｙ^２＝１のときの関数ｆ（係数をＡ_１，Ｂ_１，Ｃ_１とする）とを示している。さらに、ｓｘとｓｙがこれら以外のときの関数ｆ（係数をＡ，Ｂ，Ｃとする）も併せて示している。この図から分かるように、温度変動量が大きいほどフォーカス補正量を大きくするだけでなく、投射レンズ１０５のシフト位置が基準シフト位置から離れるほど（レンズシフト量が大きいほど）、同じ温度変動量に対するフォーカス補正量を大きくしている。

係数Ａ_０，Ｂ_０，Ｃ_０とＡ_１，Ｂ_１，Ｃ_１を設計上または実験によって決定することで、以下の計算により各レンズシフト位置に対応する係数Ａ，Ｂ，Ｃを求めることができる。Ｋは投射レンズ１０５の基準シフト位置からのシフト量としてのレンズシフト量である。

Ｋ＝√（ｓｘ^２＋ｓｙ^２） …（２）
Ａ＝ＫＡ_１＋（１−Ｋ）Ａ_０ …（３）
Ｂ＝ＫＢ_１＋（１−Ｋ）Ｂ_０ …（４）
Ｃ＝ＫＣ_１＋（１−Ｋ）Ｃ_０ …（５）
そして、上記式（３）〜（５）により求めた係数Ａ，Ｂ，Ｃを式（１）に適用することで、レンズシフト位置に応じた温度変動量ｘに対するフォーカス補正量ｆ（ｘ）を求めることができる。

本実施例によれば、レンズシフト位置に応じて温度変動量に対するフォーカス補正量を補正（変更）する。このため、投射レンズ１０５がいずれのシフト位置にあっても温度変化に伴う投射光学系のピント変動の補正、つまりは投射画像のぼけの補正を良好に行うことができる。

なお、本実施例では、関数ｆを二次式で定義したが、温度変動量に対するフォーカス補正量を良好に近似できる関数であれば、一次関数、三次関数、指数関数等の他の関数を用いてもよい。このことは、後述する実施例３でも同じである。

実施例１では、図２に示した温度ピント補正処理のステップ４４において、温度変動量をパラメータとする関数ｆを用いてフォーカス補正量を求める場合について説明したが、フォーカス補正量を予めメモリに格納されたデータテーブルから読み出してもよい。

図６には、代表的なレンズシフト量（基準シフト位置からのシフト量）Ｋと代表的な温度変動量ｘに応じたフォーカス補正量のデータを含むデータテーブルを示している。レンズシフト量Ｋは、実施例１で示した式（２）により計算されたものである。該データテーブルでは、代表温度変動量ｘが−４０℃〜＋４０℃までの範囲にて１℃刻みで設定され、代表レンズシフト量Ｋは０．０〜１．０までの範囲にて０．２刻みで設定されており、８１×６＝４８６個のフォーカス補正量が格納されている。代表温度変動量と代表レンズシフト量の範囲や刻み幅は、任意に変更できる。

検出された温度変動量やレンズシフト量が隣り合う２つの代表値（代表温度変動量、代表レンズシフト量）の間の値である場合には、該２つの代表値のうち検出値に近い方の代表値に対応するフォーカス補正量を使用してもよい。また、該２つの代表値を用いた補間演算により使用するフォーカス補正量を求めることもできる。

そして、このようなデータテーブルを用いて決定したフォーカス補正量（Ｄ）だけフォーカスレンズ１０４を移動させるように、図２に示したステップ４５でフォーカスモータ１０８を駆動する。これにより、投射レンズ１０５のシフト位置に応じた温度ピント補正を行うことができる。

実施例１，２では、検出したレンズシフト位置（レンズシフト量）と温度変動量に応じたフォーカス補正量を計算により求めたりデータテーブルから読み出したりする場合について説明した。これに対し、本発明の実施例３では、検出した温度変動量をレンズシフト位置（レンズシフト量）に応じて補正（変更）をした上で、該補正後（変更後）の温度変動量に応じたフォーカス補正量を求める。

図７のフローチャートには、本実施例における温度ピント補正処理の流れを示している。図７のフローチャートのうち、実施例１において図２に示したフローチャートと共通するステップについては図２中の符号と同符号を付して説明に代える。

本実施例では、ステップ４２の次にステップ７１を追加している。このステップ７１では、フォーカス制御部３０８は、ステップ４２で求められた温度変動量の検出値Ｔｄ（Ｔｏ−Ｔｎ：以下、検出温度変動量という）を、該Ｔｄをパラメータとする関数ｇによって補正し、補正後温度変動量としてメモリの変数Ｔｄに格納しなおす。

そして、次のステップ４３′において、補正後温度変動量（Ｔｄ）としきい値とを比較し、補正後温度変動量（Ｔｄ）がしきい値より大きければ、ステップ４４′に、そうでなければステップ４６に進む。

ステップ４４′では、フォーカス制御部３０８は、補正後温度変動量（Ｔｄ）をパラメータとする関数ｆ′によって、フォーカス補正量を求め、これをメモリの変数Ｄに格納する。関数ｆ′については後に詳しく説明する。

ステップ７１で用いる関数ｇについて説明する。この関数ｇは、レンズシフト量に応じて検出温度変動量を補正する関数である。本実施例では、検出温度変動量をｘとしたときの補正後温度変動量ｇ（ｘ）を次のように定義する。

ｇ（ｘ）＝（ＲＫ＋１）ｘ …（６）
Ｒは任意の係数であり、設計上または実験等により決定される。Ｋはレンズシフト量であり、実施例１に示した式（２）によって定義される。

例えば、Ｒを＋０．５としたときの補正後温度変動量ｇ（ｘ）の変化を図８に示す。図８に示すように、レンズシフト量Ｋに応じて、同じ検出温度変動量ｘに対する補正後温度変動量ｇ（ｘ）が変化する。具体的には、レンズシフト量Ｋが大きいほど、同じ検出温度変動量ｘに対する補正後温度変動量ｇ（ｘ）が大きくなる。

次に、ステップ４４′で用いる関数ｆ′について説明する。関数ｆ′は、補正後温度変動量ｘに対するフォーカス補正量を計算する関数である。本実施例では、関数ｆ′として、レンズシフト量に関わらず係数Ａ，Ｂ，Ｃを固定した式（１）を用いる（図３参照）。関数ｆ′は、投射レンズ１０５が基準シフト位置（ｓｘ＝ｓｙ＝０）にあるときのフォーカス補正量を示すようにその係数Ａ，Ｂ，Ｃが設計上または実験等によって決定される。

本実施例でも、レンズシフト位置に応じて温度変動量に対するフォーカス補正量を変更するので、投射レンズ１０５がいずれのシフト位置にあっても温度変化に伴う投射光学系のピント変動の補正、つまりは投射画像のぼけの補正を良好に行うことができる。

さらに、実施例１と比較して、フォーカス補正量を算出する際の演算量を減らすことができる。

なお、本実施例では、検出された温度変動量（Ｔｏ−Ｔｎ）をレンズシフト位置に応じて補正する場合について説明した。しかし、検出された温度であるＴｏ，Ｔｎをそれぞれレンズシフト位置に応じて補正（変更）し、該補正後の検出温度の差として補正後温度変動量を求めてもよい。

上記各実施例では、液晶プロジェクタについて説明したが、本発明は、デジタルマイクロミラーデバイスやレーザー光走査デバイスを用いた、液晶プロジェクタ以外の画像投射装置にも適用することができる。

また、投射光学系は、レンズ系に限らず、プリズムやミラー等の他の光学素子を用いて構成された光学系であってもよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

レンズシフト機能を有しながらも温度ピント補正を良好に行える画像投射装置を提供できる。

１ 液晶プロジェクタ
１０３ レンズシフト機構
１０４ フォーカスレンズ
１０５ 投射レンズ
１０６ 温度センサ
１０７ リニアエンコーダ
３０８ フォーカス制御部

Claims (2)

1. 光軸方向に移動可能なフォーカス素子を含む投射光学系を通して画像を投射する画像投射装置であって、
   前記投射光学系を前記光軸方向に対して直交する方向にシフトさせて前記画像の投射位置を移動させるシフト機構と、
   前記投射光学系のシフト位置を検出するシフト位置検出手段と、
   温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段により検出された温度の変化に応じて前記フォーカス素子を移動させる制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記シフト位置検出手段により検出された前記シフト位置に応じて、前記温度検出手段により検出された前記温度の変化に対する前記フォーカス素子の移動量を変更することを特徴とする画像投射装置。
2. 光軸方向に移動可能なフォーカス素子を含む投射光学系を通して画像を投射する画像投射装置であって、
   前記投射光学系を前記光軸方向に対して直交する方向にシフトさせて前記画像の投射位置を移動させるシフト機構と、
   前記投射光学系のシフト位置を検出するシフト位置検出手段と、
   温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段により検出された温度の変化に応じて前記フォーカス素子を移動させる制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記シフト位置検出手段により検出された前記シフト位置に応じて、前記温度検出手段により検出された前記温度または該温度の変化量を変更し、該変更後の温度または温度変化量に応じて前記フォーカス素子を移動させることを特徴とする画像投射装置。