JP2012168418A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度にかかわらず、投射光学系の所定量の電動シフト駆動を安定的に行う。
【解決手段】画像投射装置１００は、光変調素子ＬＰにより変調された光を被投射面に投射する投射光学系１ａと、該投射光学系を、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移動させるシフト機構３，５，７と、該シフト機構を駆動するアクチュエータ１０ｘ，１０ｙと、アクチュエータを制御するコントローラ６０と、該コントローラが、投射光学系の移動指示に応じて、シフト機構が所定量だけ駆動されるようにアクチュエータを制御するために用いるパラメータを記憶したメモリ７０と、温度を検出する温度検出器５０とを有する。コントローラは、メモリから読み出したパラメータを、温度検出器により検出された温度に応じて、移動指示に応じたシフト機構の駆動量が所定量に維持されるように変更し、該変更したパラメータを用いてアクチュエータを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶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を有する画像投射装置に関する。

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シフト方向に移動（シフト）させることで実現される。特許文献１には、モータ等のアクチュエータを用いて投射光学系の電動シフト駆動を行う画像投射装置が開示されている。

また、投射光学系をシフト可能に支持するシフト機構には、特許文献１にて開示されているようなガイドバー方式のシフト機構や、いわゆる片寄せ構造を有するシフト機構がある。ガイドバー方式のシフト機構は、投射光学系を支持する支持部材（可動部材）を、シフト方向に延びるガイドバーに対してスライド可能に係合させた構造を有する。また、片寄せ構造を有するシフト機構は、投射光学系を支持する支持部材を、光軸方向での基準面を形成するベース部材に対してばね等の付勢部材の付勢力によって圧接させた片寄せ状態にて、該ベース部材によりシフト方向にガイドする構造を有する。

特開２００５−０６２４３４号公報

これらのシフト機構では、画像投射装置を使用する環境の温度の変化に伴い、支持部材とガイドバーとの間や支持部材とベース部材との間といったシフト機構内の摩擦抵抗が変動する。これにより、電動シフト駆動を行うアクチュエータの負荷が変動する。このため、温度にかかわらず、投射光学系の所定移動量の電動シフト駆動を安定的に行うことが困難である。

例えば、複数台のプロジェクタによって互いに隣り合って連続する又は一部が重なる複数の画像を投射する場合（マルチスクリーン投射やスタック投射を行う場合）には、０．５画素ピッチでの画像投射位置の微調整が求められる。しかし、シフト機構内での摩擦抵抗が増加すると、制御上では０．５画素に相当する投射光学系の移動量を得るための電動シフト駆動が行われたとしても、実際には０．５画素より小さい画素に相当する投射光学系の移動量しか得られない可能性がある。

そして、このような問題は、支持部材をベース部材に対して圧接させている片寄せ構造のシフト機構において特に顕著に生じ得る。

本発明は、アクチュエータによる投射光学系の電動シフト駆動が可能な画像投射装置であって、温度にかかわらず、投射光学系の所定量の電動シフト駆動を安定的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、光源からの光を変調する光変調素子と、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光学系と、該投射光学系を、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移動させるシフト機構と、該シフト機構を駆動するアクチュエータと、アクチュエータを制御するコントローラと、該コントローラが、投射光学系の移動指示に応じて、シフト機構が所定量だけ駆動されるようにアクチュエータを制御するために用いるパラメータを記憶したメモリと、温度を検出する温度検出器とを有する。そして、コントローラは、メモリから読み出したパラメータを、温度検出器により検出された温度に応じて、移動指示に応じたシフト機構の駆動量が所定量に維持されるように変更し、該変更したパラメータを用いてアクチュエータを制御することを特徴とする。

本発明によれば、温度にかかわらず、投射光学系の所定量の電動シフト駆動を安定的に行うことが可能な画像投射装置を実現することができる。

本発明の実施例であるプロジェクタに設けられたレンズシフト機構の正面図。 図１のレンズシフト機構の部分断面図。 実施例のプロジェクタの外観を示す図。 実施例のプロジェクタのレンズシフト機構を含む光学構成を示す図。 実施例のプロジェクタの制御系の構成を示すブロック図。 実施例のプロジェクタにおけるレンズシフト制御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３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。１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１ａ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４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４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１内の投射レンズ１ａに導く。該投射レンズ１ａ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１は、後述するレンズシフト機構の一部である可動部材としてのＸシフト板３に固定されている。Ｘシフト板３は、もう１つの可動部材であるＹシフト板５により、図４の紙面に垂直な方向Ｘに移動可能に保持されている。Ｘシフト板３は、投射レンズ鏡筒１を直接支持する部材であり、かつ投射レンズ鏡筒１とともに方向Ｘに移動する部材である。

Ｙシフト板５は、固定されたベース部材であるシフトベース７により、図４中の上下方向Ｙに移動可能に保持されている。Ｙシフト板５は、投射レンズ鏡筒１とともに上下方向Ｙに移動する部材である。

方向Ｘ，Ｙは、投射レンズ１ａ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１とＸおよびＹシフト板３，５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７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１および図２を用いて、レンズシフト機構の構成についてより詳細に説明する。図１はレンズシフト機構を投射レンズの光軸方向から見たときの構成を、図２は該レンズシフト機構の一部の側面断面を示している。なお、レンズシフト機構において、Ｘ，Ｙシフト板３，５、Ｘ，Ｙ片寄せビス４，６およびその他の一部の構成要素を除き、投射レンズ鏡筒１を図４中のＸ方向（左右方向）に移動させるための構成要素には符号の最後にｘを付す。また、投射レンズ鏡筒１を図４中のＹ方向（上下方向）に移動させるための構成要素には符号の最後にｙを付す。さらに、投射レンズの光軸方向のうち被投射面側を前側とし、その反対側（液晶パネル側）を後側とする。

投射レンズ鏡筒１のフランジ部は、ビス２によりＸシフト板３に固定されている。Ｘシフト板３の４つの角部には、Ｘ方向に延びる長穴部であるＸガイド穴部３ａが形成されている。また、Ｙシフト板５の４つの角部には、Ｙ方向に延びる長穴部であるＹガイド穴部５ａが形成されている。

図２に示すように、シフトベース７には円筒形状の突出部７ｐが前方に突出するように形成されており、この突出部７ｐは、Ｙシフト板５のＹガイド穴部５ａに挿入されている。なお、突出部７ｐは、シフトベース７の４箇所に形成されており、これら４箇所の突出部７ｐがそれぞれ４つのＹガイド穴部５ａに挿入されている。

突出部７ｐの外周には、光軸方向前後に２分割されたカラー８ａ，８ｂが組み付けられている。カラー８ａ，８ｂのそれぞれに形成されたフランジ部の間には、Ｙ片寄せばね（付勢部材）９が配置されている。Ｙ片寄せばね９は、カラー８ａ，８ｂを光軸方向前後に互いに離すように付勢力を作用させる。

突出部７ｐの内周部には、Ｙ片寄せビス６の軸部が締め込まれ、その頭部がカラー８ａのフランジ部におけるＹ片寄せばね９側とは反対側の面（前面）に当接する。一方、カラー８ｂのフランジ部におけるＹ片寄せばね９側とは反対側の面（後面）は、Ｙシフト板５におけるＹガイド穴部５ａとこれよりも前側にて広く形成された穴部５ｂとの段差面に当接する。このようなＹ片寄せガイド構造により、Ｙ片寄せばね９の付勢力が、Ｙシフト板５を、光軸方向での位置決め基準面となるシフトベース７の前面に圧接させながら、Ｙシフト板５をシフトベース７に対してＹ方向にガイドする。

また、詳しくは図示しないが、Ｘシフト板３をＹシフト板５に対してＸ方向にガイドするＸ片寄せガイド構造も、Ｙ片寄せガイド構造と同様に構成されている。すなわち、Ｙシフト板５には円筒形状の突出部（図示せず）が前方に突出するように形成されており、この突出部は、Ｘシフト板３のＸガイド穴部３ａに挿入されている。なお、突出部は、Ｙシフト板５の４箇所に形成されており、これら４箇所の突出部がそれぞれ４つのＸガイド穴部３ａに挿入されている。

突出部の外周には、光軸方向前後に２分割されたカラー８ａ′，８ｂ′が組み付けられている。カラー８ａ′，８ｂ′のそれぞれに形成されたフランジ部の間には、不図示のＸ片寄せばね（付勢部材）が配置されている。Ｘ片寄せばねは、カラー８ａ′，８ｂ′を光軸方向前後に互いに離すように付勢力を作用させる。

また、突出部の内周部には、Ｘ片寄せビス４の軸部が締め込まれ、その頭部がカラー８ａ′のフランジ部におけるＸ片寄せばね側とは反対側の面（前面）に当接する。一方、カラー８ｂ′のフランジ部におけるＸ片寄せばね側とは反対側の面（後面）は、Ｘシフト板３におけるＸガイド穴部３ａとこれよりも前側にて広く形成された穴部３ｂとの段差面に当接する。このようなＸ片寄せガイド構造により、Ｘ片寄せばねの付勢力が、Ｘシフト板３を、Ｙシフト板５を介してシフトベース７の前面に圧接させながら、Ｘシフト板３をＹシフト板５およびシフトベース７に対してＸ方向にガイドする。

そして、以上説明したＸ，Ｙ片寄せガイド構造により、投射レンズ鏡筒１は、シフトベース７に対して光軸方向においてガタなく保持される。したがって、レンズシフト機構内に光軸方向のガタが存在する場合に液晶プロジェクタを机や台の上に据え置いた状態と天井から吊した状態とで投射レンズ鏡筒が上下方向における互いに反対側に傾き、投射画像の画質が変動するという問題を解消できる。

図１において、１０ｙはアクチュエータとしてのＹモータであり、モータビス１１ｙによってシフトベース７に固定されている。Ｙモータ１０ｙは、ＤＣモータにより構成されている。

Ｙモータ１０ｙの回転は、モータギヤ１２ｙおよびこれに噛み合うスクリューシャフトギヤ１３ｙを介して、モータ支持板１６ｙにより回転可能に支持されたスクリューシャフト１４ｙに伝達される。モータ支持板１６ｙは、ビス１７ｙによってシフトベース７に固定されている。スクリューシャフト１４ｙには、ナット１５ｙが噛み合っている。ナット１５ｙは、Ｙシフト板５に形成されたナット保持部５ｃにより保持されている。

スクリューシャフト１４ｙが回転すると、ナット１５ｙがスクリューシャフト１４ｙに沿ってＹ方向に移動する。これにより、ナット保持部５ｃによってナット１５ｙを保持したＹシフト板５、つまりは投射レンズ鏡筒１がＹ方向に駆動（電動シフト駆動）される。

また、１０ｘはアクチュエータとしてのＸモータであり、モータビス１１ｘによってシフトベース７に固定されている。Ｘモータ１０ｘは、ＤＣモータにより構成されている。

Ｘモータ１０ｘの回転は、モータギヤ１２ｘおよびこれに噛み合うスクリューシャフトギヤ１３ｘを介して、モータ支持板１６ｘにより回転可能に支持されたスクリューシャフト１４ｘに伝達される。モータ支持板１６ｘは、ビス１７ｘによってシフトベース７に固定されている。スクリューシャフト１４ｘには、ナット１５ｘが噛み合っている。ナット１５ｘは、Ｘシフト板３に形成されたナット保持部３ｃにより保持されている。

スクリューシャフト１４ｘが回転するとナット１５ｘがスクリューシャフト１４ｘに沿ってＸ方向に移動する。これにより、ナット保持部３ｃによってナット１５ｘを保持したＸシフト板３、つまりは投射レンズ鏡筒１がＸ方向に駆動（電動シフト駆動）される。

以上のように構成されたレンズシフト機構では、Ｘ，Ｙシフト板３，５がそれぞれ、片寄せ付勢力によって、Ｙシフト板５およびシフトベース７に圧接される。このため、Ｘ，Ｙシフト板３，５がそれぞれＸ方向およびＹ方向に移動する際には、Ｘシフト板３とＹシフト板５との間およびＹシフト板５とシフトベース７との間に摩擦抵抗が発生する。この摩擦抵抗を低減するためにＸシフト板３とＹシフト板５との間およびＹシフト板５とシフトベース７との間にグリスが塗布されるが、液晶プロジェクタ１００の周囲温度（又は内部温度）の変化により摩擦抵抗が変動する。具体的には、高温では摩擦抵抗が小さくなり、低温では摩擦抵抗が大きくなる。

このような摩擦抵抗の変動は、先に説明したマルチスクリーン投射やスタック投射を行う場合に要求される、０．５画素（約５μｍ）ピッチ等の微小量ずつの画像投射位置の調整に対応した投射レンズ鏡筒１の微小所定量の駆動を安定的に行うことを困難にする。

そこで、本実施例では、液晶プロジェクタ１００の制御系を図５に示すように構成している。

４０は投射レンズ鏡筒１のシフト方向への移動を指示する（以下、レンズ移動指示を入力するという）ためにユーザにより操作される操作部材としてのシフトスイッチである。シフトスイッチ４０の１回のオン操作により、後述するコントローラ６０に対して、１回のレンズ移動指示の入力が行われる。なお、シフトスイッチ４０は、液晶プロジェクタ１００の各種機能を遠隔操作するためのリモコン装置に設けられていてもよい。

５０は液晶プロジェクタ１００の周囲温度（環境温度）又は内部温度を検出する温度センサ（温度検出器）である。コントローラ６０は、レンズ移動指示の入力に応じてＸモータ１０ｘおよびＹモータ１０ｙを制御する。

７０はコントローラ６０がＸモータ１０ｘおよびＹモータ１０ｙを制御するために用いる基準パラメータを記憶したメモリである。基準パラメータは、所定温度（例えば、常温）下において、コントローラ６０が、１回のレンズ移動指示の入力に応じて、レンズシフト機構（投射レンズ鏡筒１）が所定量だけ駆動されるようにＸ，Ｙモータ１０ｘ，１０ｙを制御するために用いられる。所定量は、例えば、投射画像の０．５画素に相当する駆動量である。

そして、コントローラ６０は、メモリ７０から読み出した基準パラメータを、温度センサ５０により検出された温度に応じて、１回のレンズ移動指示の入力に応じたレンズシフト機構の駆動量が上述した所定量に維持されるように変更（補正）する。そして、コントローラ６０は、該変更後のパラメータ（以下、補正パラメータという）を用いてＸ，Ｙモータ１０ｘ，１０ｙを制御する。

なお、「駆動量が所定量に維持されるように」とは、必ずしも駆動量が所定量から外れることを禁止する意味ではなく、駆動量が所定量に対して一定の許容範囲（所定量と同じとみなせる範囲）に含まれればよい。

基準パラメータの変更処理（補正処理）を行うためには、予め温度ごとにレンズシフト機構の駆動量を所定量とするのに実際に必要なパラメータを測定しておき、該測定パラメータと基準パラメータとの差を補正量として温度に対応付けてメモリ７０に記憶させておく。そして、温度センサ５０により検出された温度に対応する補正量をメモリ７０から読み出し、その補正量と基準パラメータとから補正パラメータを求める。

補正対象のパラメータとしては、Ｘ，Ｙモータ１０ｘ，１０ｙをＰＷＭ制御方式で駆動する場合には、各モータにパルス駆動信号を印加する時間である駆動時間および該パルス駆動信号のデューティ比のうち少なくとも一方を用いることができる。

例えば、補正対象のパラメータとして各モータの駆動時間を用いる場合は、デューティ比を固定する。そして、温度センサ５０により所定温度より低い温度が検出された場合は、その検出温度に対応した補正量だけ駆動時間を長くするように補正して、低温下で摩擦抵抗が増加しても、１回のレンズ移動指示の入力に応じたレンズシフト機構の駆動量を所定量に維持する。一方、温度センサ５０により所定温度より高い温度が検出された場合は、その検出温度に対応した補正量だけ駆動時間を短くするように補正して、高温下で摩擦抵抗が減少しても、１回のレンズ移動指示の入力に応じたレンズシフト機構の駆動量を所定量に維持する。

また、補正対象のパラメータとしてデューティ比を用い、駆動時間を固定してもよいし、駆動時間とデューティ比の両方を補正対象のパラメータとして用いてもよい。

さらに、Ｘ，Ｙモータ１０ｘ，１０ｙをＰＷＭ制御方式ではなく印加電圧制御方式で駆動する場合には、補正対象のパラメータとして、各モータに印加する駆動電圧を用いることもできる。

なお、レンズ移動指示が複数回続けて入力された場合は、レンズシフト機構の所定量の駆動がレンズ移動指示の入力回数分行われる。これにより、ユーザの任意のシフト方向での位置まで投射レンズ鏡筒１を移動させることができる。

図６のフローチャートには、本実施例においてコントローラ６０が行うレンズシフト制御の手順を示している。

ステップＳ１０１において、コントローラ６０は、シフトスイッチ４０がオン操作されたか否か（レンズ移動指示が入力されたか否か）を判別する。シフトスイッチ４０がオン操作された場合はステップＳ１０２に進み、コントローラ６０は、メモリ７０から基準パラメータを読み出す。

次に、ステップＳ１０３において、コントローラ６０は、温度センサ５０を通じて温度（周囲温度または内部温度）を検出する。

そして、ステップＳ１０４において、コントローラ６０は、検出された温度に対応する補正量をメモリ７０から読み出して、該補正量と基準パラメータとから補正パラメータを算出する。

次に、ステップＳ１０５において、コントローラ６０は、算出した補正パラメータを用いてＸ，Ｙモータ１０ｘ，１０ｙを制御する。そして、ステップＳ１０１に戻る。

以上説明したように、本実施例によれば、レンズシフト機構が片寄せ構造を有する場合であっても、温度（周囲温度または内部温度）にかかわらず、投射レンズ鏡筒１の所定量の電動シフト駆動を安定的に行うことができる。

本実施例では、レンズシフト機構が片寄せ構造を有する場合について説明したが、レンズシフト機構が特許文献１に開示されているようなガイドバー方式である場合でも、本実施例にて説明したレンズシフト制御を用いることができる。

実施例１では、温度センサ５０により検出された温度が所定温度から変化した場合に基準パラメータを補正することについて説明した。しかし、検出された温度が所定温度であるか否かにかかわらず、レンズシフト機構の駆動方向（投射レンズ鏡筒１の移動方向）および液晶プロジェクタ１００の姿勢のうち少なくとも一方に応じて基準パラメータを補正してもよい。

例えば、液晶プロジェクタ１００が通常の据え置き状態であっても、レンズシフト機構の駆動方向が上方向である場合と下方向である場合とでは、重力が負荷として作用するか否かが異なる。このため、例えば、重力が負荷として作用する上方向への駆動においては、Ｘ，Ｙモータ１０ｘ，１０ｙの駆動時間を長くしたり印加電圧を上げたりするようにパラメータ補正を行うとよい。

また、液晶プロジェクタ１００が天吊り状態である場合には、据え置き状態での下方向に相当する上方向への駆動において、Ｘ，Ｙモータ１０ｘ，１０ｙの駆動時間を長くしたり印加電圧を上げたりするようにパラメータ補正を行うとよい。

さらに、レンズシフト機構の駆動方向が左右方向である場合に、駆動方向が上下方向である場合と異なるパラメータを用いてＸ，Ｙモータ１０ｘ，１０ｙを制御するようにパラメータ補正を行うようにしてもよい。

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。

温度にかかわらず安定的な投射光学系のシフト駆動を行える画像投射装置を提供できる。

１ 投射レンズ鏡筒
３，５ シフト板
７ シフトベース
１０ｘ，１０ｙ モータ
５０ 温度センサ
６０ コントローラ
７０ メモリ

Claims (4)

1. 入射した光を変調する光変調素子と、
   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光学系と、
   該投射光学系を、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方向に移動させるシフト機構と、
   該シフト機構を駆動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御するコントローラと、
   該コントローラが、前記投射光学系の移動指示に応じて、前記シフト機構が所定量だけ駆動されるように前記アクチュエータを制御するために用いるパラメータを記憶したメモリと、
   温度を検出する温度検出器とを有し、
   前記コントローラは、前記メモリから読み出した前記パラメータを、前記温度検出器により検出された温度に応じて、前記移動指示に応じた前記シフト機構の駆動量が前記所定量に維持されるように変更し、該変更したパラメータを用いて前記アクチュエータを制御することを特徴とする画像投射装置。
2. 前記パラメータは、前記アクチュエータの駆動時間、前記アクチュエータに印加するパルス駆動信号のデューティ比および前記アクチュエータに印加する駆動電圧のうちいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記シフト機構は、前記投射光学系を支持する又は該投射光学系とともに前記光軸に直交する方向に移動する可動部材と、前記投射光学系の光軸方向における前記可動部材の位置決め基準となるとともに該可動部材を前記シフト方向にガイドするベース部材と、前記可動部材を前記ベース部材に圧接させる付勢力を発生する付勢部材とを有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。
4. 前記コントローラは、前記光軸に直交する方向のうち前記シフト機構による前記投射光学系の移動方向および該画像投射装置の姿勢のうち少なくとも一方に応じて前記パラメータを変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像投射装置。