JP2020091386A - プロジェクター及び投射レンズの温度補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の増大やコストの上昇を抑制しつつ、投射レンズの温度変動を抑制して該温度変動に起因する投射映像のフォーカスずれを低減できるプロジェクター及び投射レンズの温度補正方法を提供する。【解決手段】プロジェクターは、画像を形成する有効反射光と該画像の形成に寄与しない無効反射光をそれぞれ出射する表示デバイスと、有効反射光を投射する投射レンズと、無効反射光を熱に変換し、該熱を用いて投射レンズを加熱する加熱部材とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクター及び該プロジェクターが備える投射レンズの温度補正方法に関する。

プロジェクターは、投射レンズを通してスクリーン等の投射面に映像を投影することで該映像を表示する装置である。このプロジェクターが備える投射レンズでは、投射光が透過する際の光損失で温度が上昇し、該温度上昇に起因してレンズ特性が変化することでフォーカスポイントがずれることが知られている。投射レンズの光損失とは、該投射レンズを通過する光の一部がコーティング等に吸収されることで発熱し、投射レンズの温度が上昇することを指す。投射レンズの温度が上昇すると、屈折率等のレンズ特性が変化する。この温度上昇に起因するレンズ特性の変化は、温度収差または熱収差と呼ばれている。この温度収差のためにフォーカスポイントがずれてしまう。

フォーカスポイントのずれは、投射映像が変化することで投射レンズを透過する光量が変化することでも、該投射レンズの温度が変動して発生することがある。このような投射レンズの温度変動に起因する、投射面における投射映像のぼけ（フォーカスずれ）は、特に大口径の投射レンズを使用する高輝度プロジェクターにおいて顕著に表れる。

投射レンズの温度変動に起因するフォーカスずれを低減するための手法は、例えば特許文献１で提案されている。特許文献１には、ライトバルブと投射レンズとの光路長（バックフォーカス）の温度変動を抑制するために、温度に対して所定の熱膨張係数を有する補正部材を投射レンズの端部に取り付けた構成が記載されている。特許文献１に記載された技術では、環境温度の変化に対して、補正部材を用いて投射レンズとライトバルブとの距離（光路長）を補正することでフォーカスずれを低減している。

特開２００５−５５８０１号公報

上述したように、特許文献１に記載された技術では、環境温度の変化に対して所定の熱膨張係数を有する補正部材を用いて投射レンズとライトバルブとの距離（光路長）を補正することでフォーカスずれを低減している。ここで、投射レンズの温度が上昇すれば、該投射レンズを含むプロジェクターの筐体内の温度も上昇するため、投射レンズの温度変化は該筐体内の環境温度にも影響する。

しかしながら、プロジェクターの筐体内には、投射レンズだけでなく、光源、表示デバイス、電源装置等のその他の熱源も含むため、投射レンズの温度変化だけが該筐体内の環境温度に影響するわけではない。
一方、投射レンズでは透過する投射光の光量に応じて温度が変化するため、環境温度の変化に基づいて距離を補正する補正部材だけで、投射レンズの温度変動に起因するフォーカスずれを低減させるのは非常に難しい。

そこで、投射レンズでは透過する投射光の光量に関係なく、投射レンズの温度変動を抑制することができれば、該投射レンズの温度変動に起因するフォーカスずれを低減できる。そのような投射レンズの温度変動を抑制する方法としては、例えば、投射レンズを収容する鏡筒をレンズヒータで覆い、該レンズヒータを用いて投射レンズの温度を制御することが考えられる。
しかしながら、レンズヒータを用いる構成は、プロジェクター全体の消費電力が増大すると共に、該レンズヒータに電力を供給するための駆動回路等も必要になるため、プロジェクターのコストが上昇してしまう。

本発明は上述したような背景技術が有する課題を解決するためになされたものであり、消費電力の増大やコストの上昇を抑制しつつ、投射レンズの温度変動を抑制して該温度変動に起因する投射映像のフォーカスずれを低減できるプロジェクター及び投射レンズの温度補正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のプロジェクターは、画像を形成する有効反射光と該画像の形成に寄与しない無効反射光をそれぞれ出射する表示デバイスと、
前記有効反射光を投射する投射レンズと、
前記無効反射光を熱に変換し、該熱を用いて前記投射レンズを加熱する加熱部材と、
を有する。

一方、本発明の投射レンズの温度補正方法は、画像を形成する有効反射光と該画像の形成に寄与しない無効反射光をそれぞれ出射する表示デバイス有するプロジェクターにおける前記有効反射光を投射する投射レンズの温度補正方法であって、
前記無効反射光を熱に変換し、
該熱を用いて前記投射レンズを加熱する方法である。

本発明によれば、消費電力の増大やコストの上昇を抑制しつつ、投射レンズの温度変動を抑制して該温度変動に起因する投射映像のフォーカスずれを低減できる。

第１の実施の形態のプロジェクターの一構成例を示すブロック図である。 第２の実施の形態のプロジェクターの一構成例を示すブロック図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。
本発明は、表示デバイスとして周知のＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いるプロジェクターに適用できる。ＤＭＤでは、映像信号に対応した画像光を形成する有効反射光と、該画像光の形成に寄与しない無効反射光とが出射される。無効反射光は、通常、プロジェクターの筐体内に設置された光吸収部材で吸収されて外部へ出射されることはない。本発明では、該画像光の形成に寄与しない無効反射光の光エネルギーを熱に変換して投射レンズの温度変動の抑制に利用する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のプロジェクターの一構成例を示すブロック図である。
図１で示すように、第１の実施の形態のプロジェクター１０は、画像を形成する有効反射光と該画像の形成に寄与しない無効反射光をそれぞれ出射する表示デバイス１１と、有効反射光を投射する投射レンズ１２と、前記無効反射光を熱に変換し、該熱を用いて投射レンズ１２を加熱する加熱部材１３とを有する。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、図１で示したプロジェクターのより具体的な構成例を示す。
図２は、第２の実施の形態のプロジェクターの一構成例を示すブロック図である。なお、図２は、本発明の説明で不要なプロジェクターの構成要素を省略して示している。
図２で示すように、第２の実施の形態のプロジェクター１は、投射レンズ２、光源４、映像処理回路５、ＤＭＤ６、光−熱交換器７、ヒートパイプ８及びレンズウォーマー９を有する。

光源４は、プロジェクター１から映像を投射するために必要な照明光を生成する。光源４には、高輝度ランプ、あるいはレーザダイオードやＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子が用いられる。光源４から出射された照明光は、レンズ、ミラー等を含む不図示の光学系を介してＤＭＤ６に照射される。

映像処理回路５は、パーソナルコンピュータ等の不図示の映像出力装置から入力された映像信号の解像度をプロジェクター１で表示可能な解像度へ変換する解像度変換及び画質調整等を行う。映像処理回路５は、例えばプログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶装置を備えたマイクロコンピュータ等の情報処理用のＩＣ（Integrated Circuit）、あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）等で実現できる。

ＤＭＤ６は、映像処理回路５から出力された映像信号にしたがって光源４からの照明光を光変調することで該映像信号に対応した画像光を形成する。ＤＭＤ６は、図１で示した表示デバイス１１の一例である。
ＤＭＤ６は、可動式の多数の微小鏡面素子がアレイ状に配置された構成であり、該微小鏡面素子の傾きを個別に変化させることで、映像信号に対応した画像光を形成する有効反射光と、該画像光の形成に寄与しない無効反射光（以下、オフ光と称す）とをそれぞれ出射する。

投射レンズ２は、所定の鏡筒内に収容された複数のレンズ群から成り、ＤＭＤ６で反射された有効反射光で形成された画像光をスクリーン３等の投射面に拡大投影する。投射レンズ２は、図１で示した投射レンズ１２の一例である。
光−熱交換器７は、ＤＭＤ６で反射したオフ光が照射される位置に配置され、該オフ光を吸収してその光エネルギーを熱に変換する。光−熱交換器７は、例えば周知の光吸収部材と銅やアルミニウム等の熱伝導率が高い金属等で構成すればよい。光−熱交換器７で発生した熱は、ヒートパイプ８を通してレンズウォーマー９に伝導される。光−熱交換器７、ヒートパイプ８及びレンズウォーマー９は、図１で示した加熱部材１３の一例である。

ヒートパイプ８は、内部に液体を有して密封された、金属から成るパイプであり、その一端から他端へ熱を効率よく伝導させる周知の熱伝導部材である。光−熱交換器７からレンズウォーマー９へ熱を伝導させる熱伝導部材は、ヒートパイプ８に限定されるものではなく、その他の熱伝導部材を用いてもよい。
レンズウォーマー９は、ヒートパイプ８を通して光−熱交換器７から伝導した熱で投射レンズ２を加熱する。レンズウォーマー９は、例えばヒートパイプ８からの熱が伝導する熱伝導部材を内包した、投射レンズ２の鏡筒を覆うカバー部材で構成すればよい。

このような構成において、本発明のプロジェクター１では、上述したようにＤＭＤ６で反射したオフ光を光−熱交換器７に照射させ、光−熱交換器７でオフ光の光エネルギーを熱に変換する。また、光−熱交換器７で発生した熱を、ヒートパイプ８を通してレンズウォーマー９に伝導させ、投射レンズ２を、その鏡筒を覆うレンズウォーマー９を用いて加熱することで、該投射レンズ２の温度変動を抑制する。

ＤＭＤ６から出射する有効反射光の光量とオフ光の光量の総量は、ＤＭＤ６で発生する損失を除いて、ＤＭＤ６に照射される照明光の光量に等しく、以下の式で表すことができる。
照明光の光量＝有効反射光の光量＋オフ光の光量
ここで、投射レンズ２の温度変動を抑制するには、有効反射光の透過時に投射レンズ２の光損失で発生する熱量と、光−熱交換器７から投射レンズ２へ伝導して投射レンズ２の加熱に利用される熱量との合計がほぼ一定となるように、光−熱交換器７から投射レンズ２へ伝導させる熱量を設定すればよい。

投射レンズ２の温度変動は、プロジェクター１から全白画像を投射するときと全黒画像とを投射するときとで最も大きくなる。全白画像の投射時、ＤＭＤ６では照明光のほぼ全てが有効反射光として利用され、光−熱交換器７へオフ光は出射されない。この場合、投射レンズ２の光損失で発生する熱量が最も大きくなり、光−熱交換器７からヒートパイプ８及びレンズウォーマー９を通して投射レンズ２へ伝導する熱量はほぼ零になる。
一方、全黒画像の投射時、ＤＭＤ６では照明光のほぼ全てがオフ光として光−熱交換器７へ出射され、投射レンズ２へ有効反射光が入射されない。この場合、投射レンズ２で発生する熱量はほぼ零であり、光−熱交換器７からヒートパイプ８及びレンズウォーマー９を通して投射レンズ２へ伝導する熱量が最大となる。

そこで、投射レンズ２の温度変動を抑制するには、全白画像の投射時における投射レンズ２で発生する熱量と、全黒画像の投射時における光−熱交換器７から投射レンズ２へ伝導して投射レンズ２の加熱に利用される熱量とがほぼ同じとなるように、光−熱交換器７から投射レンズ２へ伝導させる熱量を設定すればよい。

なお、上述したプロジェクター１から全白画像及び全黒画像を投射する状態は比較的特殊な状態であり、光−熱交換器７から投射レンズ２へ伝導させる熱量は、例えば有効反射光の光量とオフ光の光量とが同じとなる映像を投影している状態を想定して設定してもよい。
その場合、例えば投射レンズ２の透過率が９０％とすると、該投射レンズ２では有効反射光の１０％の光量に相当する熱量が発生する。一方、オフ光の光エネルギーが光−熱交換器７で全て熱に変換されると仮定すると、光−熱交換器７で発生する熱量の１０％が投射レンズ２の加熱に利用されるように、ヒートパイプ８及びレンズウォーマー９の熱伝導率を設定すればよい。

なお、有効反射光の光量とオフ光の光量とが同じであっても、それらの光エネルギーから得られる、投射レンズ２の加熱に寄与する熱量は異なっている。これは、上述したように投射レンズ２が有効反射光から得る熱は自身が発熱したものであり、投射レンズ２がオフ光から得る熱は、光−熱交換器７から熱伝導部材を通して伝導した熱であり、その熱回路が全く異なるからである。
したがって、光−熱交換器７からヒートパイプ８及びレンズウォーマー９を経由して投射レンズ２へ伝導させる熱量は、ＤＭＤ６の損失、投射レンズ２の透過率、投影輝度等、プロジェクターの仕様を考慮して設定すればよい。

以上説明したように、本発明では、ＤＭＤ６から出射されるオフ光（無効反射光）の光エネルギーを光−熱交換器７を用いて熱に変換し、該熱を投射レンズ２の温度制御に利用する。そのため、消費電力の増大やコストの上昇を招くレンズヒータ等を用いることなく、投射レンズ２の温度を制御できる。
また、投射レンズ２の光損失で発生する熱量と、光−熱交換器７から投射レンズ２へ伝導する、投射レンズ２の加熱に利用される熱量との合計がほぼ一定となるように光−熱交換器７から投射レンズ２へ伝導させる熱量を設定すれば、投射レンズを透過する投射光の光量に関係なく、投射レンズ２の温度変動を抑制できる。そのため、投射レンズ２の温度変動に起因する投射映像のフォーカスずれを低減できる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。

１、１０ プロジェクター
２、１２ 投射レンズ
３ スクリーン
４ 光源
５ 映像処理回路
６ ＤＭＤ
７ 光−熱交換器
８ ヒートパイプ
９ レンズウォーマー
１１ 表示デバイス

Claims (4)

1. 画像を形成する有効反射光と該画像の形成に寄与しない無効反射光をそれぞれ出射する表示デバイスと、
   前記有効反射光を投射する投射レンズと、
   前記無効反射光を熱に変換し、該熱を用いて前記投射レンズを加熱する加熱部材と、
   を有するプロジェクター。
2. 前記表示デバイスは、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である請求項１に記載のプロジェクター。
3. 画像を形成する有効反射光と該画像の形成に寄与しない無効反射光をそれぞれ出射する表示デバイス有するプロジェクターにおける前記有効反射光を投射する投射レンズの温度補正方法であって、
   前記無効反射光を熱に変換し、
   該熱を用いて前記投射レンズを加熱する投射レンズの温度補正方法。
4. 前記表示デバイスは、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である請求項３に記載の投射レンズの温度補正方法。

Images