JP2012127985A

JP2012127985A - 画像投射装置

Info

Publication number: JP2012127985A
Application number: JP2010276526A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hatakeyama; 淳一畠山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-07-05

Abstract

【課題】投射光学系のシフト位置を検出する位置検出器に動作不良が生じても、光学性能を低下させるような動作を回避する。
【解決手段】画像投射装置１００は、投射光学系５ａを保持し、ベース部材７０および光変調素子ＬＰに対してシフト方向に移動可能なシフト部材７１，７２と、シフト部材を駆動するアクチュエータ７９，８４と、シフト部材の位置を検出する位置検出器８９，９１と、アクチュエータの動作をシフト部材の機械端より内側の第１の領域で制御するコントローラ５０と、第１の領域の端から機械端までの第２の領域においてシフト部材とベース部材との間で弾性変形する緩衝部材９３Ｔ，９３Ｒとを有する。コントローラは、アクチュエータの動作中に位置検出器からの出力の時間に対する変化率が、第１の領域での該変化率以下の所定値より小さくなった場合にアクチュエータの動作を停止させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、投射光学系により画像を被投射面に投射する画像投射装置に関し、特に投射光学系をシフトさせる機構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、装置の位置を固定したままスクリーン等の被投射面上での画像投射位置を移動させる機能を有するものがある。この機能は、投射光学系を、液晶パネル等の光変調素子に対して、投射光学系の光軸に直交する方向にシフトさせることで実現される。そして、投射光学系のシフトを可能とする機構には、特許文献１にて開示されているように、モータ等のアクチュエータを用いて電動シフト駆動を行うものがある。

さらに特許文献１にて開示された画像投射装置では、投射光学系のシフト範囲の端部近傍にセンサ（位置検出器）を配置し、該センサによって投射光学系の到達を検出することに応じてアクチュエータの駆動力を減少させる。これにより、投射光学系（実際には投射光学系を保持する鏡筒等のシフト部材）がシフト範囲の端部を形成する機械端に強い力で押し付けられることによって投射光学系の光学性能が低下したり部品の破損が生じたりすることを防止できる。

特開２００４−０６２０００号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された画像投射装置においては、投射光学系のシフト範囲の端部近傍への到達を検出するセンサの動作不良によって、該到達が正常に検出されない可能性がある。この場合、シフト部材がシフト範囲の端部近傍に到達してもアクチュエータの駆動力が減少されず、シフト部材が機械端に強い力で押し付けられてしまう。

本発明は、アクチュエータによって投射光学系をシフトさせる機構の動作を位置検出器の出力を用いて制御する場合に、位置検出器に動作不良が生じても、光学性能の低下や部品の破損を生じさせるような動作を回避でき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、光源からの光を変調する光変調素子と、該光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、該投射光学系を保持し、ベース部材および光変調素子に対して、投射光学系の光軸に直交するシフト方向に移動可能なシフト部材と、該シフト部材をシフト方向に駆動するアクチュエータと、シフト部材のシフト方向での位置を検出する位置検出器と、該位置検出器からの出力を用いて、シフト部材がシフト方向の両側に設けられた機械端よりも内側の第１の領域で駆動されるようにアクチュエータの動作を制御するコントローラと、少なくとも第１の領域の端から機械端までの第２の領域において、シフト部材とベース部材との間で弾性変形する緩衝部材とを有する。そして、コントローラは、アクチュエータが動作している間に位置検出器からの出力の時間に対する変化率が、第１の領域での該変化率以下に設定された所定値より小さくなった場合に、アクチュエータの動作を停止させることを特徴とする。

本発明において、シフト部材は、少なくとも第２の領域において、弾性変形した緩衝部材から機械端への移動に対する抵抗を受ける。これにより、位置検出器からの出力の時間に対する変化率（つまりは移動速度）が第１の領域での該変化率（所定値）よりも小さくなるので、これに応じてアクチュエータの動作を停止させることで、シフト部材の機械端への押し付けが防止される。したがって、位置検出器に動作不良が生じても、シフト部材の機械端への押し付けにより投射光学系の光学性能が低下したり部品の破損が生じたりすることを回避できる。

本発明の実施例である液晶プロジェクタのレンズシフト機構のエンコーダ出力を示す図。実施例の液晶プロジェクタの外観図。実施例の液晶プロジェクタの光学構成を示す図。上記レンズシフト機構を示す正面図。上記レンズシフト機構を示す斜視図。実施例の液晶プロジェクタの動作を示すフローチャート。

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２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）１００の外観を示している。５は投射レンズ鏡筒であり、投射光学系としての投射レンズ５ａを内部に保持している。

なお、本実施例では、液晶パネルを光変調素子として用いた液晶プロジェクタについて説明するが、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た画像投射装置も本発明の実施例に含まれる。

図３には、液晶プロジェクタ１００の光学構成の一部を示している。不図示の光源ランプからの白色の無偏光光は、不図示の偏光変換素子やダイクロイックミラー、および偏光ビームスプリッタＰＢＳ等により構成される色分解合成光学系βに入射する。色分解合成光学系βは、入射した光を、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光に分解し、かつ特定の偏光方向を有する偏光光に変換して液晶パネルＬＰに導く。図３には、３色の光のうち１色の光に対応する液晶パネルＬＰのみを示している。

液晶パネルＬＰは、液晶プロジェクタ１００に外部から入力された映像信号に応じた原画を形成し、該原画によって（つまりは入力映像信号に応じて）入射光を変調する。液晶パネルＬＰによって変調された１色の光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタＰＢＳを介して、色分解合成光学系βに含まれるダイクロイックプリズムＤＰに入射する。また、他の不図示の液晶パネルによって変調された２色の光も、ダイクロイックプリズムＤＰに導かれる。

ダイクロイックプリズムＤＰは、入射した３色の変調光を合成して、投射レンズ鏡筒５内の投射レンズ５ａに導く。該投射レンズ５ａは、合成された３色の変調光を不図示のスクリーン等の被投射面に投射する。これにより、入力映像信号に対応する投射画像が被投射面上に表示される。

投射レンズ鏡筒５は、後述するレンズシフト機構の一部である第２のシフト板７２に固定されている。第２のシフト板７２は、第１のシフト板７１により、図３の紙面に垂直な方向Ｘに移動可能に保持されている。第１のシフト板７１は、シフトベース７０により、図３中の上下方向Ｙに移動可能に保持されている。方向Ｘ，Ｙは、投射レンズ５ａの光軸ＡＸＬに直交する方向である。以下、方向Ｘ，Ｙをシフト方向ともいう。このように、投射レンズ鏡筒５と第１および第２のシフト板７１，７２は、投射レンズ（投射光学系）５ａは、色分解合成光学系β、液晶パネルＬＰおよびシフトベース７０に対して、シフト方向に移動可能（シフト可能）に保持される。

次に、図４および図５を用いて、レンズシフト機構の構成について説明する。図４はレンズシフト機構を投射レンズ５ａの光軸方向から見たときの構成を、図５は斜めから見た構成を示している。なお、レンズシフト機構による投射レンズ鏡筒５の移動方向に関して、以下の説明では、図中の＋Ｙ方向を上方向といい、＋Ｘ方向を右方向という。

レンズシフト機構は、プロジェクタの筐体に固定されるシフトベース７０と、該シフトベース７０に対して上下方向に移動する第１のシフト板７１と、左右方向に移動する第２のシフト板７２を含む。投射レンズ鏡筒５のフランジ部５ｂは、第２のシフト板７２にビスにより取り付けられる。第１のシフト板７１および第２のシフト板７２にはそれぞれ、投射レンズ鏡筒５のうちフランジ部５ｂよりも光入射側に突出した端部が挿入される開口部７３，７４が形成されている。

第１のシフト板７１には、シフトベース７０に形成された軸部７５が挿入される上下方向に延びる長穴部７６が形成されている。長穴部７６が軸部７５によってガイドされることにより、第１のシフト板７１がシフトベース７０に対して上下方向にのみ移動可能に保持される。第１のシフト板７１は、シフトベース７０をベース部材とみなした場合のシフト部材に相当する。

また、第２のシフト板７２には、第１のシフト板７１に形成された軸部７７が挿入される左右方向に延びる長穴部７８が形成されている。長穴部７８が軸部７７によってガイドされることにより、第２のシフト板７２が第１のシフト板７１に対して左右方向にのみ移動可能に保持される。これにより、第２のシフト板７２およびこれに固定された投射レンズ鏡筒５が、シフトベース７０に対してシフト方向である上下方向および左右方向に移動可能に保持される。投射レンズ鏡筒５および第２のシフト板７２は、シフトベース７０および第１のシフト板７１をベース部材とみなした場合のシフト部材に相当する。

シフトベース７０には、第１のシフト板７１を上下方向に駆動するためのアクチュエータである第１のモータ７９が不図示のモータ保持板金を介して取り付けられている。第１のモータ７９の回転は、第１の歯車機構８０を介して減速されて第１の送りねじ軸８１に伝達される。第１の送りねじ軸８１には、第１のナット部材８２が螺合している。第１のナット部材８２は、第１のシフト板７１に形成された第１の座部８３により保持されている。

第１のモータ７９が動作して第１の送りねじ軸８１が回転すると、第１のナット部材８２とともに第１のシフト板７１が第１の送りねじ軸８１の軸方向、すなわち上下方向に移動する。

また、第１のシフト板７１には、第２のシフト板７２を左右方向に駆動するためのアクチュエータである第２のモータ８４が不図示のモータ保持板金を介して取り付けられている。第２のモータ８４の回転は、第２の歯車機構８５を介して減速されて第２の送りねじ軸８６に伝達される。第２の送りねじ軸８６には、第２のナット部材８７が螺合している。第２のナット部材８７は、第２のシフト板７２に形成された第２の座部８８により保持されている。

第２のモータ８４が動作して第２の送りねじ軸８６が回転すると、第２のナット部材８７とともに第２のシフト板７２が第２の送りねじ軸８６の軸方向、すなわち左右方向に移動する。

シフトベース７０には、位置検出器としての第１のリニアエンコーダ８９が、第１のエンコーダ保持板金９０を介して取り付けられている。第１のリニアエンコーダ８９は、第１のシフト板７１の上下方向でのシフト位置を検出する。また、第１のシフト板７１には、位置検出器としての第２のリニアエンコーダ９１が第２のエンコーダ保持板金９２を介して取り付けられている。第２のリニアエンコーダ９１は、第２のシフト板７２の左右方向でのシフト位置を検出する。

第１のリニアエンコーダ８９からの出力は、コントローラ５０に入力される。コントローラ５０は、ＣＰＵ等により構成され、第１のリニアエンコーダ８９からの出力を用いて、第１のシフト板７１が上下方向両側の機械端よりも内側の第１の領域で上下方向に駆動されるように第１のモータ７９の動作を制御する。第１のシフト板７１の上方向の機械端は、シフトベース７０に形成された軸部７５に対して第１のシフト板７１に形成された長穴部７６の下端が当接する位置であり、下方向の機械端は軸部７５に対して長穴部７６の上端が当接する位置である。

また、第２のリニアエンコーダ９１からの出力も、コントローラ５０に入力される。コントローラ５０は、第２のリニアエンコーダ９１からの出力を用いて、第２のシフト板７２が左右方向両側の機械端よりも内側の第１の領域で左右方向に駆動されるように第２のモータ８４の動作を制御する。第２のシフト板７２の左方向の機械端は、第１のシフト板７１に形成された軸部７７に対して第２のシフト板７２に形成された長穴部７８の右端が当接する位置であり、右方向の機械端は軸部７７に対して長穴部７８の左端が当接する位置である。

さらに、第１のシフト板７１の上下の端部にはそれぞれ、弾性を有する緩衝部材としてのゴム部材９３Ｔ，９３Ｂが取り付けられている。一方、シフトベース７０の上下部におけるゴム部材９３Ｔ，９３Ｂと対向する位置には、当接部９４Ｔ，９４Ｂが設けられている。ゴム部材９３Ｔ，９３Ｂは、第１のシフト板７１が後述する第１の領域で上下方向に移動する間は当接部９４Ｔ，９４Ｂに当接しないが、後述する第２の領域で上下方向に移動する際には当接部９４Ｔ，９４Ｂに当接して弾性変形する。

また、第２のシフト板７２の左右の端部にはそれぞれ、弾性を有する緩衝部材としてのゴム部材９３Ｌ，９３Ｒが取り付けられている。一方、シフトベース７０の左右部におけるゴム部材９３Ｌ，９３Ｒと対向する位置には、当接部９４Ｌ，９４Ｒが設けられている。ゴム部材９３Ｌ，９３Ｒは、第１のシフト板７１が後述する第１の領域で左右方向に移動する間は当接部９４Ｌ，９４Ｒに当接しないが、後述する第２の領域で左右方向に移動する際には当接部９４Ｌ，９４Ｒに当接して弾性変形する。

図１のグラフは、第１および第２のシフト板７１，７２（以下、単にシフト板という）の移動に伴う第１および第２のリニアエンコーダ８９，９１（以下、単にエンコーダという）の出力の変化を示している。縦軸はエンコーダ（８９，９１）の出力を、横軸はシフト板（７１，７２）の移動の時間を示している。

図１の中央の領域Ａは、コントローラ５０がエンコーダ出力を用いてモータ（７９，８４）の動作を制御することでシフト板が移動される通常制御領域である第１の領域を示している。また、領域Ａの両側の領域Ｂは、領域Ａの端から前述した機械端までの第２の領域を示しており、本来は、この領域Ｂでのモータの制御は行われない。しかし、エンコーダの動作不良により、領域Ｂでもモータが動作し、シフト板が機械端に向かって移動する可能性がある。

本実施例では、領域Ａでは、ゴム部材（９３Ｔ，９３Ｂ，９３Ｌ，９３Ｒ）が当接部（９４Ｔ，９４Ｂ，９４Ｌ，９４Ｒ）に当接しないので、シフト板がゴム部材の弾性変形による移動抵抗を受けることはない。このため、シフト板は、一定速度で移動し、該移動に比例したエンコーダ出力が得られる。このときのエンコーダ出力の時間に対する変化率（グラフの傾き）をθとする。

一方、領域Ｂでは、ゴム部材が当接部に当接して弾性変形することで、シフト板がその弾性反力による移動抵抗を受ける。移動抵抗は、シフト板が機械端に近づくほど大きくなる。この結果、モータが領域Ａと同じ駆動力を出力している場合、シフト板の移動速度は機械端に近づくほど遅くなり、エンコーダ出力の時間に対する変化率（グラフの点線部分の接線の傾き）θａも小さくなっていく。

そして、シフト板が領域Ｂ内の位置ａや位置ｂに到達し、変化率θａが領域Ａでの変化率以下（θ以下）に設定された所定値であるθ_ＴＨより小さくなった場合に、コントローラ５０は、モータの動作を停止させる。θ_ＴＨは、モータの種類、シフト板の領域Ａでの移動速度、緩衝部材の弾性等の要素に応じて、θの８０％や７０％等の値に適宜設定される。θ_ＴＨは、コントローラ５０の内部メモリに予め記憶される。

これにより、シフト板が機械端に押し付けられて、シフト板およびその周辺に歪みが生じることで投射レンズ５ａの光学性能が低下したり、シフト機構の部品が破損したりすることを回避できる。

図６のフローチャートには、コントローラ５０が行うレンズシフト機構（モータ７９，８４）の動作を制御するための処理を示している。コントローラ５０は、この処理を内部メモリに格納されたコンピュータプログラムに従って実行する。

ステップＳ１では、コントローラ５０は、プロジェクタの外面に設けられた操作部またはリモートコントローラにて投射レンズのシフト方向への移動を指示するシフト操作がなされたか否かを判定する。シフト操作がなされるまでこの判定を繰り返し、シフト操作がなされたときはステップＳ２に進む。なお、ここでは、シフト操作と同時に、投射レンズを移動させる目標位置である目標シフト位置も入力されるものとする。

ステップＳ２では、コントローラ５０は、シフト操作により指示されたシフト方向に応じてモータ（７９，８４）を動作させる。これにより、シフト板（投射レンズ鏡筒５）は図１に示した領域Ａ内で移動する。

次にステップＳ３では、コントローラ５０は、エンコーダ（８９，９１）の出力を読み込む。コントローラ５０は、このエンコーダ出力の読み込みを所定の周期で繰り返し行う。そして、コントローラ５０は、エンコーダ出力の時間に対する変化率θａを算出する。すなわち、前回読み込んだエンコーダ出力と今回読み込んだエンコーダ出力との差を、前回と今回の間の時間で除算することでθａを算出する。

続いてステップＳ４では、コントローラ５０は、ステップＳ３にて算出したエンコーダ出力の変化率θａがθ_ＴＨより小さいか否かを判定する。θａがθ_ＴＨより小さくない場合はステップＳ５に進み、θａがθ_ＴＨより小さい場合はステップＳ６に進む。

ステップＳ５では、コントローラ５０は、ステップＳ３で今回読み込んだエンコーダ出力から、シフト板が目標シフト位置に到達したか否かを判定する。シフト板が目標シフト位置に到達していない場合はステップＳ２に戻ってモータの動作を継続させる。シフト板が目標シフト位置に到達した場合はステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、コントローラ５０は、モータの動作を停止させる。これにより、ステップＳ４にてθａがθ_ＴＨより小さくなった場合には、ステップＳ５で目標シフト位置に到達した場合と同様に、シフト板（および投射レンズ鏡筒５）の移動が停止され、シフト板が機械端に押し付けられることを防止できる。

なお、上記実施例では、緩衝部材としてゴム部材を用いる場合について説明したが、スポンジやバネを用いてもよい。

また、上記実施例では、第１のシフト板７１の上下端部や第２のシフト板７２の左右端部に緩衝部材９３Ｔ，９３Ｂ，９３Ｌ，９３Ｒを設ける場合について説明した。しかし、緩衝部材を設ける位置はこれに限らない。例えば、シフトベース７０の上下部や左右部に緩衝部材を設け、これに第１のシフト板７１の上下端部や第２のシフト板７２の左右端部が当接するように構成してもよい。また、軸部７５，７７が挿入される長穴部７６，７８の内側に緩衝部材を設け、これに軸部７５，７７が当接して緩衝部材を弾性変形させるようにしてもよい。

さらに、上記実施例では、第１および第２のシフト板７１，７２が第２の領域にて移動するときにのみ、緩衝部材９３Ｔ，９３Ｂ，９３Ｌ，９３Ｒが当接部９４Ｔ，９４Ｂ，９４Ｌ，９４Ｒに当接する場合について説明した。しかし、緩衝部材と当接部は、各シフト板が第１の領域にあるときから当接していてもよい。この場合、緩衝部材としては、各シフト板が第１の領域にあるときは緩衝部材の弾性変形により生じる移動抵抗ができるだけ小さく、各シフト板が第２の領域に入ったときに移動抵抗が大きく増加するような材料を選択することが好ましい。

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。

投射光学系のシフト機能を有する液晶プロジェクタ等の画像投射装置を提供できる。

７０シフトベース
７１，７２シフト板
７９，８４モータ
８９，９１リニアエンコーダ
９３Ｔ，９３Ｂ，９３Ｒ，９３Ｌゴム部材
９４Ｔ，９４Ｂ，９４Ｒ，９４Ｌ当接部
５０コントローラ

Claims

光源からの光を変調する光変調素子と、
該光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、
該投射光学系を保持し、ベース部材および前記光変調素子に対して、前記投射光学系の光軸に直交するシフト方向に移動可能なシフト部材と、
該シフト部材を前記シフト方向に駆動するアクチュエータと、
前記シフト部材の前記シフト方向での位置を検出する位置検出器と、
該位置検出器からの出力を用いて、前記シフト部材が前記シフト方向の両側に設けられた機械端よりも内側の第１の領域で駆動されるように前記アクチュエータの動作を制御するコントローラと、
少なくとも前記第１の領域の端から前記機械端までの第２の領域において、前記シフト部材と前記ベース部材との間で弾性変形する緩衝部材とを有し、
前記コントローラは、前記アクチュエータが動作している間に前記位置検出器からの出力の時間に対する変化率が、前記第１の領域での前記変化率以下に設定された所定値より小さくなった場合に、前記アクチュエータの動作を停止させることを特徴とする画像投射装置。