JP2013109186A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レンズシフト時に像面湾曲の影響で起こるピントずれの補正を可能にした投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】 レンズシフト機能を備えた投射型表示装置において、レンズシフト位置を検知するシフト位置検知部と、フォーカスレンズを駆動するフォーカス駆動部と、投射レンズの像面湾曲情報を取得する像面湾曲情報取得部とを備え、前記シフト位置検知部の出力と、前記像面湾曲情報取得部の出力に基づいて、前記フォーカス駆動部が前記フォーカスレンズを駆動させることを特徴とする構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投射型表示装置に関し、特にレンズ駆動制御に関するものである。

従来から、レンズシフト機構を備えた投射型表示装置が知られている。これは、投射光学系をその光軸に直交する方向にシフトさせることで、装置を移動させずとも投影像を移動させることができる装置である。

同様に、自動合焦（以下、オートフォーカス）機能を備えた投射型表示装置も知られている。オートフォーカスの技術として、投影面までの距離を測定し、その距離情報を元にフォーカスレンズを駆動させる方法（例えば位相差方式）が知られている。他に、フォーカスレンズを少しずつ駆動させながら、投影画像のコントラストを測定し、その測定値が最大となる位置を探す方法（山登り方式）も知られている。

例えば、特許文献１では、集光レンズと投射レンズとを、表示パネルの画像表示面の高さ方向に平行移動させる機構を備えた、レンズシフト機構の技術が開示されている。

特許文献２では、オートフォーカス機能を備えた投射型表示装置の技術が開示されている。

特開平05-027324号公報 特開2007-298571号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、レンズの像面湾曲が考慮されていない。レンズシフトと行うと、レンズ上で投射光が通過する領域が移動する。すると、像面湾曲の影響で合焦位置も移動してしまう。

その問題点を図７を参照しながら説明する。

図７での像面は、像面湾曲の具合を示している。ここで、シフト位置（Ａ）の時には、投射光が、シフト位置（Ａ）時に使用する像面の領域を通過しているとする。このとき、使用している像面を表す曲線のちょうど中間あたりが、シフト位置（Ａ）時の良好なフォーカス位置となる。シフト位置（Ｂ）の時も同様に、使用している像面を表す曲線のちょうど中間あたりが、シフト位置（Ｂ）時の良好なフォーカス位置となる。すると、シフト位置（Ａ）の時と、シフト位置（Ｂ）の時とで、良好なフォーカス位置が異なる。つまりこの差分だけピントずれが発生する。

そのため、ピントを合わせた後にレンズシフトを行うと、ピントがずれる場合がある。さらに、この像面湾曲を考慮しないと、レンズシフトの位置によってはオートフォーカスの結果が好ましいフォーカス位置にならない場合もある。

そこで、本発明の目的は、レンズシフト時に像面湾曲の影響で起こるピントずれの補正を可能にした投射型表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、レンズシフト機能を備えた投射型表示装置において、
レンズシフト位置を検知するシフト位置検知部と、
フォーカスレンズを駆動するフォーカス駆動部と、
投射レンズの像面湾曲情報を取得する像面湾曲情報取得部と、
を備え、
前記フォーカス駆動部は、前記シフト位置検知部の出力と、前記像面湾曲情報取得部の出力に基づいて、フォーカスレンズを駆動させることを特徴とする。

本発明によれば、レンズシフト時に像面湾曲の影響で起こるピントずれの補正を可能にした投射型表示装置を提供することができる。

本発明の投射型表示装置の第１の構成を示すブロック図 本発明の第１の実施例であるプロジェクタの構成を示す図 本発明の投射型表示装置の第２の構成を示すブロック図 本発明の第２の実施例であるプロジェクタの構成を示す図 本発明の投射型表示装置の第３の構成を示すブロック図 本発明の第３の実施例であるプロジェクタの構成を示す図 レンズシフト時の像面を模式的に表す非点収差図 シフト量と像面湾曲によるピント補正量の対応表 本発明の実施例であるプロジェクタの像面湾曲によるピントずれを補正する手順をしめしたフローチャート

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかわる投射型表示装置である。

［実施例１］
以下、図２を参照して、本発明の第1の実施例による、投射型表示装置であるプロジェクタについて説明する。

プロジェクタ２０１は、本発明の実施形態である投射型表示装置を示す。

操作部２０２は、使用者からの操作を受け付ける。例えば、ボタン操作を受け付けるスイッチ部（図示せず）やリモコン操作を受け付けるリモコン受光部（図示せず）などによって構成される。

映像信号入力部２０３は、プロジェクタ２０１で表示したい映像信号を受信する。映像信号入力部２０３は、単一の映像信号を入力することもできるし、複数の映像信号を入力することもできる。

制御部１０３は操作部２０２からの入力を受け、画像処理部２０４、ランプ２０５、レンズシフト機構１０４、投射レンズ１０１を制御する。制御部１０３が行う制御の例を次にいくつか挙げる。操作部２０２から、表示する映像信号を切り換える操作を受け付けた場合、制御部１０３は画像処理部２０４へ、出力する映像信号を切り換える要求を行う。電源をオンにする操作を受け付けた場合、ランプ２０５を点灯させる。投射レンズまたはレンズシフトを駆動させる操作を受け付けた場合、投射レンズ１０１またはレンズシフト機構１０４を駆動させる。

画像処理部２０４は、映像信号入力部からの映像信号が入力され、各種画像処理や同期タイミングの変更を行い、パネル駆動部２０７へ映像信号を出力する。例えば、映像信号のＩＰ変換や、ノイズ除去、台形補正などの処理を行う。映像信号入力部２０３からの映像入力が複数ある場合、それらの選択も画像処理部２０４が担う。

パネル駆動部２０７は、画像処理部２０４からの出力が入力され、パネル２０６を駆動させる。例えば、Ｄ／Ａ変換や、駆動パルスの生成を行う。

ランプ２０５は、投射光の光源となる。ランプからの出射光は、色分離、ＰＳ変換等を経てパネル２０６へ到達する。

パネル２０６は、パネル駆動部２０７からのタイミング信号や映像信号を受け取り、光の反射パターン（または透過パターン）を形成する。パネル２０６まで到達した光は、パネル２０６で反射（または透過）する。ここで、その光はパネル２０６に形成されたパターンに基づいて変調される。

投射レンズ１０１は、このパネル２０６からの反射光（または透過光）を屈折させ、投影面へ向かって投射する。その投射光が、投影面（図示せず）に映像として投影される。

レンズシフト機構１０４は、投射レンズ１０１を、光軸に略垂直な方向に移動させる機構である。

次に、レンズシフト時に像面湾曲の影響で起こるピントずれの補正を行うための、本実施例の詳細な構成を、図１を参照して説明する。

図１では、前記制御部１０３、前記レンズシフト機構１０４、前記投射レンズ１０１の内部をさらに詳細に図示している。

レンズシフト機構１０４には、シフト位置検知部１０９とシフト駆動部１１０が含まれる。

シフト位置検知部１０９は、レンズシフトの現在位置を検知して出力する。

シフト駆動部１０９はアクチュエーターとなるシフトモーター（図示せず）等で構成される。シフト駆動部１０９は、シフト制御部１０６からの指示でレンズシフト機構１０４を駆動させる。

投射レンズ１０１は、フォーカス位置検知部１１１、フォーカス駆動部１１２、ズーム位置検知部１１３が含まれる。

フォーカス位置検知部１０９は、フォーカスレンズの現在位置を検知して出力する。

フォーカス駆動部１１２はアクチュエーターとなるフォーカスモーター（図示せず）等で構成される。フォーカス駆動部１１２は、フォーカス制御部１０７からの指示でフォーカスレンズ（図示せず）を駆動させる。

ズーム位置検知部１１３は、ズームレンズの現在位置を検知して出力する。

制御部１０３には、像面湾曲情報取得部１０５と、シフト制御部１０６と、フォーカス制御部１０７が含まれる。

像面湾曲情報取得部１０５は、像面湾曲情報を像面湾曲情報記憶部（図示せず）から読み出して出力する。もし、投射レンズ１０１の像面湾曲の特性がズーム位置によって変化する場合は、ズーム位置も考慮すると好ましい。本実施例の構成では、ズーム位置検知部１１３の出力に基づいて、像面湾曲情報を補正する。像面湾曲情報の補正方法としては、像面湾曲情報記憶部（図示せず）に、ズーム位置に対応する像面湾曲情報を記憶しておく。または、基準となる像面湾曲情報に、ズーム位置に対応した補正量を算出して足しあわせても良い。像面湾曲の特性がズームによって変化しなければ、ズーム位置は不要なので、ズーム位置検知部１１３は無くても良い。

本実施例での像面湾曲情報は図８に示すような、シフト位置とフォーカス補正量との対応を示すテーブルとする。フォーカス補正量は、シフト位置が０％の時を０とした相対値とする。像面湾曲情報は、本実施例のようにテーブルで保持しても良いし、数式などから生成しても良い。

シフト制御部１０６は、レンズシフト機構１０４を駆動する場合に、シフト駆動部１１０を制御する。例えば、レンズシフトを駆動する要求を受け付けた場合、シフト駆動部１１０を制御して、アクチュエーターであるシフトモーター（図示せず）を駆動させる。レンズシフトの駆動中は、シフト位置検知部１０９の出力を監視し、端に到達した時点で駆動を停止させる。

フォーカス制御部１０７は、投射レンズ１０１を駆動する場合に、フォーカス駆動部１１２を制御する。例えば、フォーカスレンズを駆動する要求を受け付けた場合、フォーカス駆動部１１２を制御して、アクチュエーターであるフォーカスモーター（図示せず）を駆動させる。フォーカスレンズの駆動中は、フォーカス位置検知部１１１の出力を監視し、端に到達した時点で駆動を停止させる。さらに、フォーカス制御部１０７は、シフト制御部１０６がレンズシフトを駆動中である場合に、像面湾曲によるピント補正処理を行う。

次に、像面湾曲によるピント補正処理の方法について図９のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、９０１で前回のフォーカス補正量（これをＡとする）を取得する。初めてシフト駆動を行う場合は、シフト位置検知部１０９からシフト位置を取得する。そして、像面湾曲情報取得部１０５から像面湾曲情報を取得し、その情報とシフト位置から、対応するフォーカス補正量を求める。求めたフォーカス補正量をＡとする。この段階ではまだレンズシフトは駆動していない。

次に９０３でシフト制御部１０６がレンズシフトの駆動を開始する。

次に９０４でレンズシフトが駆動中か否か確認する。レンズシフトが駆動中であれば９０５へ進む。レンズシフトが駆動中でない、すなわちレンズシフト駆動が終了した場合は、ピント補正処理も終了する。

９０５では９０１と同様に、シフト位置検知部１０９からシフト位置を取得する。この段階ではレンズシフトが駆動中であるので、９０１で取得したシフト位置とは異なるシフト位置となることが多い。

次に９０６で像面湾曲情報と９０５で取得したシフト位置から、対応するフォーカス補正量（これをＢとする）を取得する。

次に９０７でＢ−Ａの値を、フォーカス補正量の変化ΔＦとして代入する。

次に９０８でΔＦの絶対値が許容量を超えているか否かを判定する。許容量は、フォーカス駆動部１１２がフォーカスレンズを確実に駆動できる最小単位や、許容できる被写界深度の幅に設定することが望ましい。｜ΔＦ｜が許容量を超えている場合、ピント補正が必要なので、９０９へ進みフォーカス駆動を行う。｜ΔＦ｜が許容量以下の場合は、フォーカスレンズが駆動できない程の微小な補正量、またはピント補正するほどピントがずれていないので、９０４の判定へ戻る。

９０９ではフォーカス制御部１０７が、現在のフォーカス位置からΔＦだけフォーカス位置を移動させるよう、フォーカス駆動部１１２を制御し、フォーカスレンズを駆動させる。

９１０では現在のフォーカス補正量（Ｂ）を前回のフォーカス補正量（Ａ）とする為、ＡにＢを代入する。そして、９０４の判定へ戻る。

本実施例では、上記のような構成と方法によって、レンズシフト時に像面湾曲の影響で起こるピントずれの補正を可能とする投射型表示装置を提供する。

［実施例２］
以下、図３と図４を参照して、本発明の第２の実施例による、投射型表示装置であるプロジェクタについて説明する。ただし、本実施例では、第１の実施例との相違点のみを説明する。本実施例の説明において述べられていない部分については、第１の実施例と同様であるものとする。

まず、第２の実施例によるプロジェクタ２０１の構成を説明する。

第２の実施例によるプロジェクタ２０１は、ＡＦセンサ１０８、制御部１０３、投射レンズ１０５によって構成されるオートフォーカス機構を備える。

ＡＦセンサ１０８は、位相差方式で投影面までの距離を測定する距離計測センサであり、１組の眼鏡レンズとリニアな光センサアレイで構成される。ＡＦセンサ１０８は、光センサに限定されず、ミリ波など別の手段を使用した距離測定装置でも良い。

制御部１０３は、第１の実施例における構成に加え、オートフォーカスを実現する為のＡＦセンサ制御部１１４とＡＦ演算部１１５とを備える。

投射レンズ１０５は、オートフォーカスを実現する為のフォーカス位置検知部１１１とフォーカス駆動部１１２とを備える。

次に、図３を参照しながらオートフォーカス時の像面湾曲によるピント補正処理の方法について説明する。なお、オートフォーカス時以外の像面湾曲によるピント補正の方法は、第１の実施例と同様である。

ＡＦセンサ制御部１１４はＡＦセンサ１０８を制御して、投影面に投影されている像（反射光）を読み取る。具体的には、露光タイミング、ゲイン等を制御し、受光した像信号をＡ／Ｄ変換する。

ＡＦ演算部１１５では、ＡＦセンサ制御部から得られた像信号から、位相差方式で投影距離を求める。求めた投影距離をフォーカス位置へ換算し、フォーカス制御部１０７へ出力する。この時点では、まだ像面湾曲によるピントずれの補正は行われていない。

フォーカス制御部１０７は、像面湾曲情報取得部１０５から像面湾曲情報を取得する。さらに、シフト位置検知部１０９から、現在のシフト位置を取得する。これら像面湾曲情報とシフト位置からフォーカス補正量を求める。

次に、フォーカス制御部１０７は、ＡＦ演算部１１５から得られたフォーカス位置に、フォーカス補正量を加算する（この結果をＦとする）。

そして、フォーカス制御部１０７はＦの位置へフォーカスレンズを移動するように、フォーカス駆動部を制御し、フォーカスレンズを駆動させる。

本実施例では、上記のような構成と方法によって、レンズシフト時に像面湾曲の影響で起こるピントずれの補正を可能とする投射型表示装置を提供する。

［実施例３］
以下、図５と図６を参照して、本発明の第３の実施例による、投射型表示装置であるプロジェクタについて説明する。ただし、本実施例では、第１および第２の実施例との相違点のみを説明する。本実施例の説明において述べられていない部分については、第１および第２の実施例と同様であるものとする。

まず、第３の実施例によるプロジェクタ２０１の構成を説明する。

第３の実施例によるプロジェクタ２０１は、投射レンズを着脱可能なレンズ交換機構（図示せず）と交換レンズ１１７を備える。

交換レンズ１１７は第１および第２の実施例においての投射レンズ１０１と同等の機能を備える。

つまり、交換レンズ１１７は、パネル２０６からの反射光（または透過光）を屈折させ、投影面へ向かって投射する。その投射光が、投影面（図示せず）に映像として投影される。

また、レンズシフト機構１０４は、第１および第２の実施例においては、投射レンズ１０１を、光軸に略垂直な方向に移動させる機構であった。一方、本実施例においては、交換レンズ１１７を、光軸に略垂直な方向に移動させる機構とする。

レンズ交換機構（図示せず）は交換レンズ１１７と通信する手段を提供する。それによって、制御部１０３は交換レンズ１１７と通信することが可能となる。

次に、レンズシフト時に、像面湾曲の影響で起こるピントずれの補正を行うための、本実施例の詳細な構成を、図５を参照して説明する。

交換レンズ１１７は、フォーカス位置検知部１１１、フォーカス駆動部１１２、ズーム位置検知部１１３、像面湾曲情報記憶部１１６が含まれる。

像面湾曲情報取得部１０５は、像面湾曲情報を交換レンズ１１７の像面湾曲情報記憶部１１６から読み出して出力する。もし、交換レンズ１１７の像面湾曲の特性がズーム位置によって変化する場合は、ズーム位置も考慮すると好ましい。そこで、ズーム位置検知部１１３の出力に基づいて、像面湾曲情報を補正する。像面湾曲情報の補正方法としては、像面湾曲情報記憶部１１６に、ズーム位置に対応する像面湾曲情報を記憶しておく。または、基準となる像面湾曲情報に、ズーム位置に対応した補正量を算出して足しあわせても良い。像面湾曲の特性がズームによって変化しなければ、ズーム位置は不要なので、ズーム位置検知部１１３は無くても良い。

また、本実施例においては像面湾曲情報記憶部１１６が交換レンズ１１７に含まれているが、投射型表示装置１０２に含めても良い。ただし、この場合、対応する交換レンズ全ての像面湾曲情報を像面湾曲情報記憶部１１６に記憶しておく。そして、装着されている交換レンズ１１７の種類に応じた像面湾曲情報を、像面湾曲情報記憶部１１６から選択する。

像面湾曲によるピント補正処理の方法は、第１および第２の実施例と同様である。

本実施例では、上記のような構成と方法によって、レンズシフト時に像面湾曲の影響で起こるピントずれの補正を可能とする投射型表示装置を提供する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１ 投射レンズ
１０２ 投射型表示装置
１０３ 制御部
１０４ レンズシフト機構
１０５ 像面湾曲情報取得部
１０６ シフト制御部
１０７ フォーカス制御部
１０９ シフト位置検知部
１１０ シフト駆動部
１１１ フォーカス位置検知部
１１２ フォーカス駆動部
１１３ ズーム位置検知部

Claims (5)

1. レンズシフト機能を備えた投射型表示装置において、
   レンズシフト位置を検知するシフト位置検知部と、
   フォーカスレンズを駆動するフォーカス駆動部と、
   投射レンズの像面湾曲情報を取得する像面湾曲情報取得部とを備え、
   前記シフト位置検知部の出力と、前記像面湾曲情報取得部の出力に基づいて、前記フォーカス駆動部が前記フォーカスレンズを駆動させることを特徴とする投射型表示装置。
2. レンズシフト機能を備えた投射型表示装置において、
   投射面までの距離を計測する距離計測センサを備え、
   前記シフト位置検知部の出力と、前記像面湾曲情報取得部の出力と、前記距離センサの出力に基づいて、前記フォーカス駆動部が前記フォーカスレンズを駆動させることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. レンズシフト機能を備えた投射型表示装置において、
   投射レンズを着脱可能なレンズ交換機構を備え、
   前記像面湾曲情報取得部は、前記レンズ交換機構に接続されている投射レンズに応じた像面湾曲情報を取得することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投射型表示装置。
4. レンズシフト機能を備えた投射型表示装置において、
   ズームレンズ位置を検知するズーム位置検知部を備え、
   前記像面湾曲情報取得部は、前記ズーム位置検知部の出力に基づいて、取得する像面湾曲情報を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の投射型表示装置。
5. 投射型表示装置に着脱可能な交換レンズにおいて、
   像面湾曲情報を記憶する像面湾曲情報記憶部を備え、
   投射型表示装置の要求に応じて、前記像面湾曲情報を提供することを特徴とする交換レンズ。