JP2017032891A - 投影装置、フォーカス補正方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学部の温度変化によるフォーカスのぼけを補正することに加え、光源の波長スペクトルが変化した場合にも、フォーカスぼけを補正することを可能にした投影装置を提供すること。
【解決手段】光源からの光を投影する投影手段と、光源の駆動電流を検出する第１の検出手段と、光源の温度を検出する第２の検出手段と、第１および第２の検出手段の検出結果に基づいて、光源からの光を分光した光の光路上に光学素子を挿入することで、分光した光の屈折率を変更する変更手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影装置、フォーカス補正方法、およびプログラムに関する。

従来、投影装置では、光源の光を複数の光学レンズ等を用いて表示素子（例えば、液晶パネル）に照射し、表示素子で変調された光が投影レンズ等を介してスクリーンに投影される。投影装置に用いる光源は、高輝度である必要があるため、例えば、超高圧水銀ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または半導体レーザ等を使用することが知られている。

しかしながら、これらの光源を使用すると、光源の熱に起因して、投影装置内の温度が上昇し、フォーカスがぼけてしまう。そこで、特許文献１では、周囲の環境条件等に起因するフォーカスレンズ位置のずれを的確に補正し、常に正確なフォーカス状態を維持することが可能な技術が開示されている。

特許第４４８３８８１号公報

光源の中には、光源の温度や駆動状態（例えば、駆動電圧や駆動電流）により、光源の持つ波長スペクトルが変化する光源（例えば、レーザ光源）がある。そのような光源を用いた場合、光源の照明光を分光した赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）それぞれの光に対するフォーカス補正値が異なってしまう。そのため、特許文献１に開示された従来技術のように、ＲＧＢ光の合成光に対してフォーカスレンズ位置のずれを補正するだけでは不十分である。

このような課題に鑑みて、本発明は、投影光学部の温度変化によるフォーカスのぼけを補正することに加え、光源の波長スペクトルが変化した場合にもフォーカスぼけを補正可能な投影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投影装置は、光源からの光を投影する投影手段と、前記光源の駆動電流を検出する第１の検出手段と、前記光源の温度を検出する第２の検出手段と、前記第１および第２の検出手段の検出結果に基づいて、前記光源からの光を分光した光の光路上に光学素子を挿入することで、前記分光した光の屈折率を変更する変更手段と、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フォーカス補正方法は、光源からの光を投影する投影手段を有する投影装置の投影方法であって、前記光源の駆動電流を検出する第１の検出ステップと、前記光源の温度を検出する第２の検出ステップと、前記第１および第２の検出ステップにおいて検出された検出結果に基づいて、前記光源からの光を分光した光の光路上に光学素子を挿入することで、前記分光した光の屈折率を変更するステップと、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プログラムは、コンピュータに、光源からの光を投影する投影手段を有する投影装置のフォーカス補正方法を実行させるプログラムであって、前記光源の駆動電流を検出する第１の検出ステップと、前記光源の温度を検出する第２の検出ステップと、前記第１および第２の検出ステップにおいて検出された検出結果に基づいて、前記光源からの光を分光した光の光路上に光学素子を挿入することで、前記分光した光の屈折率を変更するステップと、を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、投影光学部の温度変化によるフォーカスのぼけを補正することに加え、光源の波長スペクトルが変化した場合にもフォーカスぼけを補正可能な投影装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る投影装置の概略構成図である。 光学系の構成図である。 フォーカス補正方法のフローチャートである。 光源の波長スペクトル図である。

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。

まず、図１を参照して、投影装置１００の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る投影装置１００の概略構成図である。操作部１０１は、投影装置１００の設定変更、および光源１０４の点灯や消灯等を行うことが可能である。制御部１０２は、操作部１０１から送信されるデータを基に、データ処理を行い、制御対象のブロックに指令を出す。駆動部１０３は、光源１０４を点灯させるために、駆動電圧や駆動電流等の設定を行う。

光源１０４は、使用環境、例えば光源の温度や光源の駆動状態に伴って、光源の持つ波長スペクトルが変化する。本実施形態では、光源１０４として半導体レーザを用いている。図４は、半導体レーザの波長特性を示した図である。図４（ａ）は、半導体レーザの主波長の温度依存特性を示した図であり、半導体レーザのケース温度が異なると、波長帯域も異なる。また、図４（ｂ）は、半導体レーザの主波長の順方向電流依存特性を示した図であり、半導体レーザに流す電流値が異なると、波長帯域も異なる。一般的に、可視光は、波長により屈折率が異なると、レンズの焦点位置が異なる。そのため、同じ特性を持つ光源であっても、駆動条件により光源の波長が異なると、焦点位置が異なってしまう。

焦点検出手段１０５は、投影装置１００とスクリーン（投影面）までの投影距離を測定し、測定データをフォーカス補正手段（補正手段）３２０に送信する。電流監視部（第１の検出手段）１０６は、駆動部１０３から光源１０４に流している駆動電流値を取得し、取得データをフォーカス補正手段３２０に送信する。光源温度監視部（第２の検出手段）１０７は、光源１０４のケース温度を測定し、測定データをフォーカス補正手段３２０に送信する。光学温度監視部（第３の検出手段）１０８は、投影光学部３１０の温度を測定し、測定データをフォーカス補正手段３２０に送信する。フォーカス補正手段３２０は、電流監視部１０６、光源温度監視部１０７、および光学温度監視部１０８からのデータを基に、フォーカス補正値を算出する。屈折率変更手段３３０は、フォーカス補正手段３２０から補正値を受信し、その補正値に応じてＲＧＢ光の屈折率を変更する。

次に、図２を参照して、光源１０４、照明光学部２００、および投影光学部３１０の構成の詳細について説明する。光源１０４は、赤色光の光源１０４ｒ、緑色光の光源１０４ｇ、および青色光の光源１０４ｂから構成され、クロスダイクロイックプリズム１１０によりＲＧＢの光を合成する。合成した光は、インテグレータに入射する。光源温度監視部１０７は、赤色光の光源１０４ｒ、緑色光の光源１０４ｇ、および青色光の光源１０４ｂの温度をそれぞれ検出する光源温度監視部１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂを備えている。

インテグレータは、２枚のフライアイレンズ２０１，２０１で構成され、均一な照明強度を有する照明領域を形成する。偏光変換素子２０３は、偏光分離膜、１／２位相差板、および反射板から構成され、インテグレータからの無偏光な光を所定の偏光方向に揃える。偏光方向を揃えた光は、照明光を集光するコンデンサーレンズ２０４、照明光をテレセントリックな光にするフィールドレンズ２０５、ダイクロミラー２０６の順に入射する。ダイクロミラー２０６は、Ｇ光を透過させ、Ｒ光およびＢ光を反射する特性を持つため、入射光をＧ光とＲＢ光に分光する。

偏光ビームスプリッター２０７，２０９，２１１はそれぞれ、偏光分離膜２０８，２１０，２１２を有する。偏光分離膜２０８，２１０，２１２はそれぞれ、Ｓ偏光を反射してＰ偏光を透過させる特性をもち、ＲＧＢ光それぞれの表示素子３００ｒ，３００ｇ，３００ｂに光を入射させるとともに、表示素子３００ｒ，３００ｇ，３００ｂからの反射光を透過させる。色選択性位相差板２１３，２１４はそれぞれ、所定波長領域の光の偏光方向を９０°変換（回転）する。赤１／４位相差板２１５ｒ、緑１／４位相差板２１５ｇ、青１／４位相差板２１５ｂはそれぞれ、光の位相を１／４位相ずつ回転させる。赤複屈折フィルタ２１６ｒ、緑複屈折フィルタ２１６ｇ、青複屈折フィルタ２１６ｂはそれぞれ、表示素子３００ｒ，３００ｇ，３００ｂが黒表示のときに発生する位相差を補正する複屈折性位相差補償素子としての一軸性のフィルタである。

光源１０４からの光は、照明光学部２００を介してＲＧＢ光の表示素子３００ｒ，３００ｇ，３００ｂに導かれる。Ｒ光の表示素子３００ｒ、Ｇ光の表示素子３００ｇ、Ｂ光の表示素子３００ｂは反射型液晶表示素子であり、それぞれ入射した照明光を反射するとともに画像信号に応じて変調して画像光を形成する。画像形成された光束は、偏光ビームスプリッター２０７，２０９，２１１を介してＲＧＢ光のそれぞれの表示素子の画像を合成する。

合成された光束は、投影光学部３１０を介して、スクリーンに投影される。投影光学部３１０は、フォーカスレンズ３１１と、フォーカスレンズ３１１を移動可能なフォーカスレンズ移動手段（不図示）を備えており、フォーカスレンズ３１１を移動させて、フォーカス調整を行うことが可能である。投影光学部３１０の温度は、光学温度監視部１０８によって検出される。

屈折率変更手段３３０は、赤複屈折フィルタ２１６ｒとＲ光の表示素子３００ｒとの間に光学素子３３１ｒを挿入可能な制御機構を備える。また、屈折率変更手段３３０は、緑複屈折フィルタ２１６ｇとＧ光の表示素子３００ｇとの間に光学素子３３１ｇを挿入可能な制御機構と、青複屈折フィルタ２１６ｂとＢ光の表示素子３００ｂとの間に光学素子３３１ｂを挿入可能な制御機構を備える。光学素子３３１ｒ，３３１ｇ，３３１ｂは、ガラス板等で構成されている。屈折率変更手段３３０は、ＲＧＢ光のそれぞれの表示素子に照射されるＲＧＢ光の焦点位置が元の状態からずれる場合、該当する表示素子に照射されるまでのＲＧＢ光の光路上に対応する光学素子を挿入する。光学素子を挿入することで、表示素子に照射されるＲＧＢ光の焦点位置を調整する。

次に、フォーカス補正方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、同様の処理をコンピュータにプログラムによって実現させてもよい。

ステップＳ５０１では、制御部１０２は、操作部１０１によって電源が投入されたどうかを判断する。つまり、制御部１０２は、電源が投入されるまで待機した状態であり、操作部１０１から電源の投入信号を受信した場合に、ステップＳ５０２に移行する。

ステップＳ５０２では、光源１０４の点灯処理を行う。まず、制御部１０２は、駆動部１０３に光源点灯指令を送信する。次に、駆動部１０３は、光源１０４を駆動するための初期データを基に、光源１０４を駆動させる。

ステップＳ５０３では、フォーカス調整を行う。まず、焦点検出手段１０５は、投影装置１００からスクリーンまでの投影距離を測定し、測定結果をフォーカス補正手段３２０に送信する。次に、フォーカス補正手段３２０は、焦点検出手段１０５からの測定結果を基に、フォーカスレンズ３１１を移動させて、フォーカス調整を行う。

ステップＳ５０４では、電流監視部１０６が、駆動部３から点灯中のＲＧＢ光の光源１０４ｒ，１０４ｇ，光源１０４ｂの駆動電流値を取得し、フォーカス補正手段３２０に取得結果を送信する。ステップＳ５０５では、光源温度監視部１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂが、点灯中のＲＧＢ光の光源１０４ｒ，１０４ｇ，１０４ｂの温度を検出し、フォーカス補正手段３２０に検出結果を送信する。ステップＳ５０６では、光学温度監視部１０８が、投影光学部３１０の温度を検出し、フォーカス補正手段３２０に検出結果を送信する。なお、本実施形態では電流監視部１０６がＲＧＢ光の各光源の駆動電流値を検出しているが、本発明ではこの方法に限らず比視感度が高いＧ光の光源１０４ｇの駆動電流値だけを検出してもよい。同様に、本実施例では光源温度監視部１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂが各光源の温度を検出しているが、本発明ではこの方法に限らず、光源温度監視部１０７ｇを用いて比視感度が高い緑色光の光源１０４ｇの温度だけを検出してもよい。

ステップＳ５０７では、フォーカス補正手段３２０が、投影面に対するＲＧＢ光の合成光の焦点位置を補正する必要があるかどうかを判断する。具体的には、まず、投影光学部３１０の温度を基にフォーカス補正値を算出する。フォーカス補正値が所定値よりも大きい場合に、フォーカス補正が必要と判断してステップＳ５０８に移行する。また、フォーカス補正値が所定の値よりも小さい場合に、フォーカス補正は不必要と判断しステップＳ５０９に移行する。フォーカス補正が不要な場合はステップＳ５０９に移行する。

ステップＳ５０８では、フォーカス補正手段３２０が、フォーカス補正値に応じてフォーカスレンズ３１１を移動させることで、フォーカス補正を行う。

ステップＳ５０９では、フォーカス補正手段３２０が、各表示素子に照射されるＲＧＢ光のそれぞれの光の焦点位置を補正するかどうかを判断する。具体的には、まず、ＲＧＢ光のそれぞれの光源の駆動電流値と温度の検出結果を基に、各光源のピーク波長を算出する。次に、算出したピーク波長を元に、ＲＧＢ光のそれぞれの光の焦点位置を算出する。そして、算出した焦点位置と初期の焦点位置との差分を算出し、算出した差分が所定値よりも大きい場合に、焦点位置の補正が必要と判断して、ステップＳ５１０に移行する。また、算出した差分が所定値よりも小さい場合に、焦点位置の補正が不必要と判断してステップＳ５１１に移行する。

ステップＳ５１０では、屈折率変更手段３３０は、光源１０４の照明光を分光したＲＧＢ光のうち補正が必要な光に対して光の屈折率を変更することで、対応する表示素子の焦点位置を補正する。

ステップＳ５１１では、制御部１０２は、操作部１０１によって電源が切断されたどうかを判断する。制御部１０２が操作部１０１から電源切断信号を受信すると、ステップＳ５１０に移行する。また、制御部１０２が操作部１０１から電源切断信号を受信しない場合、すなわち操作部１０１で電源の終了操作が実行されない場合は、制御部１０２は光源１０４の消灯指令がないと判断してステップＳ５０４に戻る。

ステップＳ５１２では、制御部１０２が駆動部１０３に光源消灯指令を送信し、駆動部１０３が光源１０４を消灯する。

以上より、本実施例の投影装置１００は、投影光学部３１０の温度変化によるフォーカスのぼけを補正することに加え、光源１０４の波長スペクトルが変化した場合にもフォーカスぼけを補正することが可能である。また、本実施例の投影装置１００は、屈折率変更手段３３０を有することで、ＲＧＢ光のそれぞれの光の焦点位置を補正することが可能である。

なお、本実施形態では、投影面に対するＲＧＢ光の合成光の焦点位置を補正し、表示素子に対するＲＧＢ光のそれぞれの光の焦点位置を補正している。しかしながら、本発明は上記構成に限定されず、例えば、投影面に対するＧ光の焦点位置を補正し、表示素子に対するＲＢ光の各光の焦点位置を補正する構成としてもよい。

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。

１００ 投影装置
１０６ 電流監視部（第１の検出手段）
１０７ 光源温度監視部（第２の検出手段）
３００ 表示素子
３１０ 投影光学部（投影手段）
３３０ 屈折率変更手段（変更手段）

Claims (8)

1. 光源からの光を投影する投影手段と、
   前記光源の駆動電流を検出する第１の検出手段と、
   前記光源の温度を検出する第２の検出手段と、
   前記第１および第２の検出手段の検出結果に基づいて、前記光源からの光を分光した光の光路上に光学素子を挿入することで、前記分光した光の屈折率を変更する変更手段と、を有することを特徴とする投影装置。
2. 前記分光したそれぞれの光が導かれる表示素子と、を更に有し、
   前記変更手段は、前記第１および第２の検出手段の検出結果を用いて算出された前記表示素子に対する前記分光したそれぞれの光の焦点位置に基づいて制御されることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
3. 使用環境に応じて光の波長が変化する光源を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の投影装置。
4. 前記光源は、半導体レーザを使用していることを特徴とする請求項３に記載の投影装置。
5. 前記光学素子は、ガラス板であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の投影装置。
6. 前記投影手段は、フォーカスを調整するフォーカスレンズを備え、
   前記投影手段の温度を検出する第３の検出手段と、
   前記第３の検出手段の検出結果に基づいて、前記フォーカスレンズを移動させ、フォーカス補正を行う補正手段と、を更に有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の投影装置。
7. 光源からの光を投影する投影手段を有する投影装置の投影方法であって、
   前記光源の駆動電流を検出する第１の検出ステップと、
   前記光源の温度を検出する第２の検出ステップと、
   前記第１および第２の検出ステップにおいて検出された検出結果に基づいて、前記光源からの光を分光した光の光路上に光学素子を挿入することで、前記分光した光の屈折率を変更するステップと、を有することを特徴とする投影方法。
8. コンピュータに、
   光源からの光を投影する投影手段を有する投影装置のフォーカス補正方法を実行させるプログラムであって、
   前記光源の駆動電流を検出する第１の検出ステップと、
   前記光源の温度を検出する第２の検出ステップと、
   前記第１および第２の検出ステップにおいて検出された検出結果に基づいて、前記光源からの光を分光した光の光路上に光学素子を挿入することで、前記分光した光の屈折率を変更するステップと、を実行させることを特徴とするプログラム。