JP2016109823A - レンズ装置および投射表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、熱的影響による像面歪曲変動を低減可能なレンズ装置および投射表示装置を提供すること。【解決手段】光学ユニットと、光学ユニットの位置を検出する第１の位置検出手段と、光学ユニットの温度を計測する計測手段と、計測手段の計測結果および第１の位置検出手段の検出結果に基づいて、像面湾曲を調整するように、光学ユニットを移動させる移動手段と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、レンズ装置の調整に関し、特に像面湾曲の調整に関する。

近年、投射表示装置では、画像表示素子の画素ピッチが小型化している。画素ピッチの小型化は投射光学系の許容深度幅と比例関係にあるため、許容深度幅も小さくなっている。また、投射表示装置は、シミュレーション用途で曲面状のスクリーンに投射することが増加している。曲面状のスクリーンは光軸方向に奥行きを持つため、スクリーン面全域では投射光学系の許容深度を超えることがあり、焦点が合わない領域が存在する場合がある。このような場合に、投射光学系で意図的に像面湾曲を発生させて曲面状のスクリーンに投射画像をフィッティングすることがある。例えば、特許文献１では、被投射面の凹または凸形状に応じて、少なくとも二つのレンズ群との間隔を変化させることにより、像面湾曲の度合いが調整可能で、さらに像面のフォーカス位置を調整する機能を備える投射表示装置が開示されている。

特許第５４２８８８５号公報

しかしながら、投射表示装置は光源から熱的影響を受けるため、画像生成手段から投射光学系までを構成する部材が温度変化により膨張または収縮し、ピント変動が発生する場合がある。像面湾曲調整を可能とした投射光学系においても、像面湾曲調整に関連する箇所が熱によって膨張または収縮した場合、像面湾曲の度合いが変化してしまう。像面湾曲の度合いが変動した場合、曲面状のスクリーンに対して像面湾曲の度合いが一致していないため、フォーカス手段を用いてピント位置を移動させてもピント面を曲面状のスクリーンにフィッティングすることはできない。特許文献１に開示された従来技術では、熱によるピント位置の変動に関する問題に対して言及しておらず、このような問題に対応することはできない。

このような課題を鑑みて、本発明は、熱的影響による像面歪曲変動を低減可能なレンズ装置および投射表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのレンズ装置は、光学ユニットと、前記光学ユニットの位置を検出する第１の位置検出手段と、前記光学ユニットの温度を計測する計測手段と、前記計測手段の計測結果および前記第１の位置検出手段の検出結果に基づいて、像面湾曲を調整するように、前記光学ユニットを移動させる移動手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての投射表示装置は、光源手段からの光束によって照明される画像表示素子と、前記画像表示素子からの画像光を投射するレンズ装置と、を備える投射表示装置であって、前記レンズ装置は、光学ユニットと、前記光学ユニットの位置を検出する第１の位置検出手段と、前記光学ユニットの温度変動を検出する検出手段と、前記検出手段および前記第１の位置検出手段の検出結果に基づいて、像面湾曲を調整するように、前記光学ユニットを移動させる移動手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、熱的影響による像面歪曲変動を低減可能なレンズ装置および投射表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る投射レンズの外観図である。 投射レンズの断面図である。 ピント面が変化した様子を示した図である。 レンズシフトユニットを示した図である。 投射表示装置の全体図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る投射レンズ１００の外観斜視図である。図２は投射レンズ１００の断面図であり、（ａ）はズームポジションがワイドの場合、（ｂ）はズームポジションがテレの場合を示す。図３は、ピント面が変化した様子を示した図である。 像面湾曲調整群（光学ユニット）６は、像面湾曲調整用モータ（移動手段）１２の回転により像面湾曲調整用ギア１９が回転すると、投射レンズ１００の光軸２に沿って移動する。像面湾曲調整群６が光軸２に沿って移動すると、ピント面の像面湾曲の度合いが図３に示すように状態１ａから状態１ｂのように変化する。このように、ピント面が状態１ａから状態１ｂに変化することで、曲面状のスクリーンに対してフィッティングすることが可能となる。すなわち、像面湾曲調整群６は、光軸２に沿って移動することで、像面歪曲を調整可能である。本実施例では、像面湾曲調整群６は、少なくとも１つ以上の光学手段を備えており、投射レンズ１００において最もピント面側（像面側）に配置された光学手段を光軸２に沿って移動させることで像面歪曲を調整している。本実施例では、像面湾曲調整群６は、少なくとも１つ以上の光学手段を備えており、投射レンズ１００内部の光学手段のうち最もピント面側（像面側）に配置された光学手段を光軸２に沿って移動させることで像面歪曲を調整している。また、位置検出センサ（第１の位置検出手段）９は、像面湾曲調整用ギア１９を介して回転することで、像面湾曲調整群６の位置を検出する。

フォーカス調整用カム環７は、フォーカス駆動用ギア１６を介してフォーカス調整用モータ１１の駆動力が伝達されると、フォーカス調整群（フォーカス調整手段）３を光軸２に沿って移動させる。フォーカス調整群３は、光軸２に沿って移動することでピント位置（焦点位置）を変化させる。位置検出センサ１３はフォーカス調整群３の初期位置を検出し、そこからのフォーカス調整群３の移動量はフォトインタラプタである回転検出センサ（第２の位置検出手段）１７により回転数を検出することで検出可能である。

ズーム調整用カム環８は、ズーム駆動用ギア１８を介してズーム調整用モータ１０の駆動力が伝達されると、ズーム調整群（ズーム調整手段）４を光軸２に沿って移動させる。ズーム調整群４は、光軸２に沿って移動することで投射倍率を変化させる。位置検出センサ（第２の位置検出手段）１４は、ズーム調整群４の位置を検出する。なお、固定群５は、移動しない。 レンズ制御基板１５は、各種情報を記憶し、さらに投射レンズ１００、レンズシフトユニット２００を制御する。

図４は、レンズシフトユニット（レンズシフト手段）２００を示した図である。移動ダイヤル２１を操作すると、投射レンズ１００は移動板２０とともに図のＺ方向へ移動する。位置検出センサ２２は、移動板２０の位置を検出する。また、移動ダイヤル２４を操作すると、投射レンズ１００は移動板２３とともに図中のＹ方向へ移動する。位置検出センサ２５は、移動板２３の位置を検出する。すなわち、レンズシフトユニット２００は、投射レンズ１００を光軸２に垂直な方向へ移動可能に保持している。

図５は、投射表示装置の全体図である。説明のために、おもに光学に関連する部分を抜き出して簡易に表している。

照明光学系４００は、投射光を生成する光源４１、ＵＶカットフィルタ４２、均一な照明光を得るためのフライアイレンズ４３、偏光をそろえるためのＰＳ変換素子４４、照明光を液晶表示面に集光するコンデンサレンズ４５を備えている。照明光学系４００で生成された光束は、色分離合成光学系３００に入射する。

照明光学系４００からの光束は、ダイクロイックミラー３１により緑光は透過し、赤光および青光は反射される。透過した緑光は、緑用プリズム３２により反射されて緑用の反射型液晶表示素子（光変調素子）３３Ｇで任意の画像を生成した後、合成プリズム３４に到達する。ダイクロイックミラー３１により反射された赤光は、カラーセレクト３５を透過し、赤青用プリズム３６で反射されて赤用の反射型液晶表示素子（光変調素子）３３Ｒで任意の画像を生成した後、合成プリズム３４に到達する。ダイクロイックミラー３１により反射された青光は、カラーセレクト３５を透過して偏光方向を変え、赤青用プリズム３６を透過して青用の反射型液晶表示素子（光変調素子）３３Ｂで任意の画像を生成した後、合成プリズム３４に到達する。合成プリズム３４に到達した赤青緑３色の光（画像光）はレンズシフトユニット２００で保持される投射レンズ１００を介してスクリーン（不図示）に投射される。なお、任意の画像を生成するための画像生成手段（画像表示素子）は、反射型液晶表示素子に限定されず、ＤＭＤ素子でも透過型液晶素子でもよい。

本体制御基板５００は、投射レンズ１００やレンズシフトユニット２００などの投射表示装置の各部からの情報を制御、記憶する。また、本体制御基板５００は、光源４１の発光強度および点灯時間を検出することができる。さらに、本体制御基板５００は、各反射型液晶表示素子で生成される画像情報を検出することができる。

投射表示装置は、光源４１から熱的影響を受ける。そのため、各反射型液晶表示素子から投射レンズ１００までを構成する部材が、温度変化により膨張または収縮する。像面湾曲調整群６も温度変化によって膨張または収縮する。像面湾曲調整群６が温度変化によって光軸２に沿って移動した場合、投射画像をフィッティングするときと同様に、像面湾曲の度合いが変化する。像面湾曲の度合いの変化は温度変化によって生じるため、投射レンズ１００（特に像面湾曲調整群６の近傍）の温度変化を求めることで補正することができる。

そこで、本実施例では、レンズ制御基板１５上に設けられた温度検出センサ（計測手段）を用いて、投射レンズ１００の温度変化を検出する。その際に、像面湾曲調整群６の位置（位置検出センサ９の検出結果）および像面湾曲の度合いの変化を検出しておく。そして、像面湾曲の度合いの変化をキャンセルするための像面湾曲調整群６の補正量を求め、あらかじめレンズ制御基板１５に記憶させておく。実際に像面歪曲を調整する際には、まず、温度検出センサの計測結果および位置検出センサ９の検出結果に基づいて、レンズ制御基板１５に記憶されている情報から像面湾曲調整群６の補正量を求める。そして、像面湾曲調整群６は、その補正量だけ像面湾曲調整用モータ１２によって移動させられる。そうすることで、熱的影響による像面歪曲の度合いの変化をキャンセルすることができる。

以上より、熱的影響による像面湾曲の変動を低減可能なレンズ装置を提供することができる。

なお、所定の時間が経過した際の投射レンズ１００の温度を予測可能であるときは、予測した計測結果を用いて、像面湾曲調整群６の補正量を求めてもよい。

像面湾曲の度合いは、主に像面湾曲調整群６の位置に左右されるが、厳密には投射レンズ１００内部の他の光学部品の位置によっても左右される。

そこで、本実施例では、少なくともフォーカス調整群３およびズーム調整群４のいずれかの位置を加味し、より正確に像面湾曲の度合いを補正する。

具体的には、温度検出センサの温度変化、その際の像面湾曲調整群６の位置（位置検出センサ９の検出結果）および像面湾曲の度合いの変化の他に、回転検出センサ１７および位置検出センサ１４の検出結果を検出しておく。そして、像面湾曲の度合いの変化をキャンセルするための像面湾曲調整群６の補正量を求め、あらかじめレンズ制御基板１５に記憶しておく。実際に像面歪曲を調整する際には、まず、温度検出センサ、位置検出センサ９、回転検出センサ１７および位置検出センサ１４の検出結果に基づいて、レンズ制御基板１５に記憶されている情報から像面湾曲調整群６の補正量を求める。そして、像面湾曲調整群６は、その補正量だけ像面湾曲調整用モータ１２によって移動させられる。そうすることで、熱的影響による像面歪曲の度合いの変化をキャンセルすることができる。なお、本実施例では、像面湾曲調整群６の補正量を求める際に、温度検出センサおよび位置検出センサ９の検出結果に加え、回転検出センサ１７と位置検出センサ１４の両方の検出結果を考慮しているが、いずれか一方の検出結果だけを考慮してもよい。

以上より、熱的影響による像面湾曲の変動を低減可能なレンズ装置を提供することができる。

本実施例では、光源４１の発光強度を用いることで、投射レンズ１００の温度変化を求める。例えば、光源４１を最大出力で駆動した場合と、最大出力の半分で駆動した場合を比較すると、投射レンズ１００の温度変化は半分になる。すなわち、投射レンズ１００の温度変化は、光源４１の発光強度から検出することができる。

具体的には、本体制御基板５００を用いて、光源４１の発光強度、その際の像面湾曲調整群６の位置（位置検出センサ９の検出結果）および像面湾曲の度合いの変化を検出しておく。そして、像面湾曲の度合いの変化をキャンセルするための像面湾曲調整群６の補正量を求め、あらかじめレンズ制御基板１５に記憶しておく。実際に像面歪曲を調整する際には、まず、光源４１の発光強度および位置検出センサ９の検出結果に基づいて、レンズ制御基板１５に記憶されている情報から像面湾曲調整群６の補正量を求める。そして、像面湾曲調整群６は、その補正量だけ像面湾曲調整用モータ１２によって移動させられる。そうすることで、熱的影響による像面歪曲の度合いの変化をキャンセルすることができる。

以上より、熱的影響による像面湾曲の変動を低減可能な投射表示装置を提供することができる。

本実施例では、光源４１の点灯開始時間からの経過時間を用いることで、投射レンズ１００の温度変化を求める。例えば、光源４１の点灯直後に対して、点灯時間が経過するごとに投射レンズ１００の温度は上昇し、所定の点灯時間に到達すると投射レンズ１００の温度は一定となる。すなわち、投射レンズ１００の温度変化は、光源４１の点灯時間の経過から検出することができる。

具体的には、光源４１の点灯開始時間からの経過時間、その際の像面湾曲調整群６の位置（位置検出センサ９の検出結果）および像面湾曲度合いの変化を求める。そして、像面湾曲の度合いの変化をキャンセルするための像面湾曲調整群６の補正量を求め、あらかじめレンズ制御基板１５に記憶しておく。実際に像面歪曲を調整する際には、まず、光源４１の点灯開始時間からの経過時間および位置検出センサ９の検出結果に基づいて、レンズ制御基板１５に記憶されている情報から像面湾曲調整群６の補正量を求める。そして、像面湾曲調整群６は、その補正量だけ像面湾曲調整用モータ１２によって移動させられる。そうすることで、熱的影響による像面歪曲の度合いの変化をキャンセルすることができる。

以上より、熱的影響による像面湾曲の変動を低減可能な投射表示装置を提供することができる。

本実施例では、各反射型液晶表示素子の生成する画像情報を用いて、投射レンズ１００の温度変化を求める。例えば、黒い画像を投射する場合、反射型液晶表示素子３３で偏光方向が変換されないため、光は光源４１に戻る。このため、投射レンズ１００内にはほとんど光が到達せず、温度上昇はごく少ない。一方、白い画像を投射する場合、反射型液晶表示素子３３に照射される光のうち、液晶表示素子の反射率を掛けた略光量が投射レンズ１００に到達するため、投射レンズ１００の温度は上昇する。すなわち、投射レンズ１００の温度変化は、各反射型液晶表示素子で生成する画像情報（投射レンズ１００に到達する光量）から検出することができる。

具体的には、各反射型液晶表示素子で生成する画像情報、その際の像面湾曲調整群６の位置（位置検出センサ９の検出結果）および像面湾曲度合いの変化を求める。そして、像面湾曲の度合いの変化をキャンセルするための像面湾曲調整群６の補正量を求め、あらかじめレンズ制御基板１５に記憶しておく。実際に像面歪曲を調整する際には、まず、各反射型液晶表示素子で生成する画像情報および位置検出センサ９の検出結果に基づいて、レンズ制御基板１５に記憶されている情報から像面湾曲調整群６の補正量を求める。そして、像面湾曲調整群６は、その補正量だけ像面湾曲調整用モータ１２によって移動させられる。そうすることで、熱的影響による像面歪曲の度合いの変化をキャンセルすることができる。

以上より、熱的影響による像面湾曲の変動を低減可能な投射表示装置を提供することができる。

本実施例では、レンズシフトユニット２００のＹＺ情報を用いることで、投射レンズ１００の温度変化を求める。例えば、レンズシフトしない場合と、レンズシフトする場合では投射レンズ１００内を透過する光路が異なる。光路が異なると、投射レンズ１００内部の温度分布が異なるため、光路ごとに特有の温度変化が発生する。すなわち、投射レンズ１００の温度変化は、レンズシフトユニット２００の位置情報（位置検出センサ２２，２５の検出結果）から検出することができる。

具体的には、レンズシフトユニット２００の位置情報、その際の像面湾曲調整群６の位置（位置検出センサ９の検出結果）および像面湾曲度合いの変化を求める。そして、像面湾曲の度合いの変化をキャンセルするための像面湾曲調整群６の補正量を求め、レンズ制御基板１５に記憶しておく。実際に像面湾曲を調整する際には、まず、レンズシフトユニット２００の位置情報および位置検出センサ９の検出結果に基づいて、レンズ制御基板１５に記憶されている情報から像面湾曲調整群６の補正量を求める。そして、像面湾曲調整群６は、その補正量だけを像面湾曲調整用モータ１２によって移動させられる。そうすることで、熱的影響による像面湾曲の度合いの変化をキャンセルすることができる。

以上より、熱的影響による像面湾曲の変動を低減可能な投射表示装置を提供することができる。

なお、投射レンズ１００の温度変動の予測手段は、それぞれ独立して実施しても、組み合わせて実施してもよい。

また、熱的な影響による像面湾曲度合いの変動を補正する本発明を単独で利用しても、従来の温度ピント補正手法と本発明を組み合わせて補正してもよい。

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。

６ 像面湾曲調整群（光学ユニット）
９ 位置検出センサ（第１の位置検出手段）
１２ 像面湾曲調整用モータ（移動手段）
１００ 投射レンズ（レンズ装置）

Claims (10)

1. 光学ユニットと、
   前記光学ユニットの位置を検出する第１の位置検出手段と、
   前記光学ユニットの温度を計測する計測手段と、
   前記計測手段の計測結果および前記第１の位置検出手段の検出結果に基づいて、像面湾曲を調整するように、前記光学ユニットを移動させる移動手段と、を有することを特徴とするレンズ装置。
2. 前記光学ユニットは、少なくとも１つ以上の光学手段を備え、
   前記光学手段が前記光学手段の光軸に沿って移動することで、像面湾曲が調整されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 焦点位置を変化させるフォーカス調整手段と、
   前記フォーカス調整手段の位置を検出する第２の位置検出手段と、
   前記移動手段は、前記第２の検出手段の検出結果を加味して、前記光学ユニットを移動させることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ装置。
4. 投射倍率を変化させるズーム調整手段と、
   前記ズーム調整手段の位置を検出する第３の位置検出手段と、有し、
   前記移動手段は、前記第３の検出手段の検出結果を加味して、前記光学ユニットを移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
5. 光源手段からの光束によって照明される画像表示素子と、
   前記画像表示素子からの画像光を投射するレンズ装置と、を備える投射表示装置であって、
   前記レンズ装置は、光学ユニットと、前記光学ユニットの位置を検出する第１の位置検出手段と、前記光学ユニットの温度変動を検出する検出手段と、前記検出手段および前記第１の位置検出手段の検出結果に基づいて、像面湾曲を調整するように、前記光学ユニットを移動させる移動手段と、を有することを特徴とする投射表示装置。
6. 前記検出手段は、前記光学ユニットの温度を計測することで、前記光学ユニットの温度変動を検出することを特徴とする請求項５に記載の投射表示装置。
7. 前記検出手段は、前記光源手段の発光強度を検出することで、前記光学ユニットの温度変動を検出することを特徴とする請求項５に記載の投射表示装置。
8. 前記検出手段は、前記光源手段の点灯開始時間からの経過時間を検出することで、前記光学ユニットの温度変動を検出することを特徴とする請求項５に記載の投射表示装置。
9. 画像を生成する画像生成手段を更に有し、
   前記検出手段は、前記画像生成手段で生成される画像の情報を検出することで、前記光学ユニットの温度変動を検出することを特徴とする請求項５に記載の投射表示装置。
10. 前記レンズ装置を光軸に垂直な方向へ移動可能に保持するレンズシフト手段を更に有し、
    前記検出手段は、前記レンズシフト手段の移動量を検出することで、前記光学ユニットの温度変動を検出することを特徴とする請求項５に記載の投射表示装置。