JP4328576B2 - プロジェクタ装置および液晶パネル - Google Patents

Description

本発明は、例えば、投射レンズとスクリーン等の投射面との間の投射距離を検出して焦点距離を調整するためや、投射面上での傾斜を検出して歪みを調整するためのテストパターン検出手段を備えるプロジェクタ装置、およびこのプロジェクタ装置が備える液晶パネルに関する。

従来の液晶プロジェクタとしては、投射面上にテストパターンを赤外光で照射し、投射面上に照射されたテストパターンを撮像素子で撮影することによって、投射レンズと投射面との間の投射距離を検出して焦点を調整するための自動焦点調整や、投射面上での画像の傾斜を検出して歪みを調整するための自動歪み補正等を行う構成が提案されている。

この種の従来の液晶プロジェクタは、自動焦点調整を行うために、投射面に近赤外光によるテストパターンを照射するテストパターン照射部と、このテストパターン照射部によって投射面上に照射されたテストパターンを検出するテストパターン検出部とを備えている。

また、従来の３板方式の液晶プロジェクタは、投射面上に画像を投射するための投射装置を備えている。この投射装置は、例えば図５に示すように、投射面上に画像を投射するための投射レンズ１１１と、投射する画像を表示する液晶表示部１１２と、この液晶表示部１１２に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各光をそれぞれ投射するための光学系１１３とを備えている。

液晶表示部１１２は、ＲＧＢの各光にそれぞれ対応して設けられたＢ光用液晶パネル１２１、Ｇ光用液晶パネル１２２、Ｒ光用液晶パネル１２３と、各液晶パネル１２１，１２２，１２３を透過した各光を合成するための合成プリズム１２４とを有している。

光学系１１３は、白色光を出射するランプ１３１と、白色光から紫外光および赤外光である不可視光を除去する不可視光除去フィルタ１３２と、白色光からＲ光のみを透過して分離するＲ光用分離ミラー１３３と、このＲ光用分離ミラー１３３によって透過されたＲ光を全反射してＲ光用液晶パネル１２１に導光する反射ミラー１３４とを有している。

また、この光学系１１３は、Ｒ光用分離ミラー１３３によってそれぞれ反射されたＧ光およびＢ光からＢ光のみを透過して分離するＢ光用分離ミラー１３５と、このＢ光用分離ミラー１３５を透過されたＢ光を全反射する反射ミラー１３６と、この反射ミラー１３６に全反射されたＢ光を集光するための集光レンズ１３７と、この集光レンズ１３７によって集光されたＢ光を全反射してＢ用液晶パネル１２２に導光する反射ミラー１３８とを有している。したがって、光学系１１３は、可視光に特化されて構成されている。

また、従来の液晶表示部が有する各液晶パネル１２１，１２２，１２３は、図６に示すように、画像を表示するための画素を有し可視光の透過光量を調整可能な表示領域１２６と、この表示領域１２６の外周側に設けられて光を全く透過させない遮光用のブラックマスク１２７と、このブラックマスク１２７を覆うように設けられたフレーム１２８とを有している。

また、従来の液晶プロジェクタが備えるフォーカス調整装置としては、液晶パネルに受光領域を設けて、投射面からの反射光によってフォーカス調整を行う構成が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−１９７０１４号公報（図１）

上述したように、可視光による画像を投射面上に投射する従来の液晶プロジェクタでは、近赤外光によってテストパターンを投射する方法として、外部にダイオード等の発光素子を設ける構成が簡単な方法として考えられるが、この構成は製造コストが嵩むという不都合がある。

また、従来の液晶プロジェクタは、発光素子を有するテストパターン照射装置を備えるスペースを確保する必要があるため、液晶プロジェクタ全体の小型化を図ることが困難である。

そこで、本発明は、装置全体の小型化を図り、生産コストを低減することができるプロジェクタ装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係るプロジェクタ装置は、投射面上に投射される画像を表示する表示領域の外周側に、近赤外光を透過してテストパターンを投射面上に投射するための近赤外光透過領域が設けられた液晶パネルを有する液晶表示部と、
白色光を出射する光源と、この光源から出射された白色光から紫外光および遠赤外光を除去する除去フィルタと、この除去フィルタを透過した近赤外光を液晶パネルの近赤外光透過領域に導くための光学要素とを有する光学系と、
近赤外光によって投射面上に照射されたテストパターンを撮像する撮像素子を有するテストパターン検出手段とを備える。そして、近赤外光透過領域は、近赤外光のみを透過する。

以上のように構成した本発明に係るプロジェクタ装置は、液晶パネルに近赤外光透過領域が設けられることで、投射面上に近赤外光によるテストパターンが照射される。したがって、本発明のプロジェクタ装置によれば、投射面上に画像を投射するための光源を有する光学系を利用して近赤外光によるテストパターンを照射することが可能になるため、別途にテストパターンを照射するためのテストパターン照射手段を独立して設ける必要がなくなる。

なお、本発明における光学要素とは、反射ミラーや、任意の波長を選択的に透過させる分離ミラーや、レンズ等を指しており、これら光学要素によって光路を構成する。

また、本発明に係る液晶パネルは、画像を表示する液晶表示部と、この液晶表示部に表示された画像を投射面上に投射するための光学系とを有するプロジェクタ装置に用いられる液晶パネルであって、画像を表示する表示領域の外周側に、近赤外光を透過してテストパターンを投射面上に投射するための近赤外光透過領域が設けられる。そして、近赤外光透過領域は、近赤外光のみを透過する。

上述したように本発明によれば、投射面上に投射される画像を表示する表示領域の外周側に、近赤外光を透過してテストパターンを投射面上に投射するための近赤外光透過領域が設けられた液晶パネルを有する液晶表示部を備え、近赤外光透過領域が近赤外光のみを透過することによって、近赤外光によるテストパターンを投射面上に照射することが可能になるため、プロジェクタ装置全体の小型化を図り、生産コストを低減することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように本実施形態の液晶プロジェクタは、３枚の液晶パネルを備える、いわゆる３板方式の液晶プロジェクタである。

図１に実施形態の液晶プロジェクタの模式図を示す。図２に液晶プロジェクタの正面図を示す。

図１に示すように、液晶プロジェクタ１は、スクリーン等の投射面上に画像を投射するための投射レンズ１１を有する投射装置５と、投射レンズ１１と投射面との間の投射距離を検出するためのテストパターン検出装置６と、これら投射装置５およびテストパターン検出装置６をそれぞれ制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）７と、各装置５，６、ＣＰＵ７を覆う筐体８とを備えている。

投射装置５は、投射面上に画像を投射するための投射レンズ１１と、投射する画像を表示する液晶表示部１２と、この液晶表示部１２に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各光をそれぞれ投射するためのランプ３１を有する光学系１３と、液晶表示部１２に表示する画像を制御する画像制御部１４とを有している。図２に示すように、投射レンズ１１は、筐体８の四角形をなす一側面に設けられている。なお、投射レンズ１１は、図示しないが、複数のレンズや光学要素によって構成されてもよい。

図３に、投射装置が有する各液晶パネルおよび光学系の模式図を示す。また、図４に、近赤外光透過領域が設けられた液晶パネルの正面図を示す。

液晶表示部１２は、図３に示すように、投射レンズ１１に隣接する位置に配設されており、光の三原色であるＲＧＢの各光にそれぞれ対応して設けられたＢ光用液晶パネル２１、Ｇ光用液晶パネル２２、Ｒ光用液晶パネル２３と、各液晶パネル２１，２２，２３を透過した各光を合成するための合成プリズム２４とを有している。

各Ｂ光用液晶パネル２１、Ｇ光用液晶パネル２２およびＲ光用液晶パネル２３は、画像を表示する表示領域２６と、この表示領域２６の外周側に設けられた遮光マスク２７と、この遮光マスク２７を覆うように設けられたフレーム２８とを有している。遮光マスク２７は、光学系１３から入射する可視光および近赤外光を遮る。

そして、Ｒ用液晶パネル２３は、図４に示すように、表示領域２６の外周部に、近赤外光Ｉｒのみを透過する近赤外光透過領域３０が設けられている。この近赤外光透過領域３０は、四角形をなす枠状に形成されており、光学系１３によって近赤外光Ｉｒが入射されることで、この近赤外光Ｉｒを透過して、投射面上に枠状のテストパターンが表示される。

近赤外光透過領域３０は、表示領域２６の外周側に近赤外光透過フィルタ（不図示）を設けて、この近赤外光透過フィルタを遮光マスク２７で覆うとともに、遮光マスク２７の一部を枠状に切り欠くことによって、近赤外光透過フィルタを枠状に露出させて構成されている。

また、近赤外光透過領域３０は、例えば、フレーム２８に設けられたスリット（不図示）に近赤外光透過フィルタ（不図示）が設けられるように構成されてもよい。

さらに、Ｒ光用液晶パネル２３の表示領域２６の外周部に近赤外光透過領域３０を設ける具体的な他の構成としては、例えばディスプレイ規格がＸＧＡ（eXtended Graphics Array）の液晶パネルを用いる場合、１０２４×７６８ドットからなる表示領域の上下左右にそれぞれ２ドットずつの予備用の画素が設けられており、実際には、１０２８×７７２ドットの表示可能領域を有している。したがって、これら予備用の画素によって構成される２ドットの枠状の領域に、近赤外光Ｉｒによるテストパターンが表示されるように構成してもよい。

合成プリズム２４は、各Ｂ光用液晶パネル２１、Ｇ光用液晶パネル２２およびＲ光用液晶パネル２３に一体に設けられており、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各光および近赤外光Ｉｒを反射して合成する反射面を有している。

光学系１３は、図３に示すように、白色光を出射するランプ３１と、白色光から紫外光および遠赤外光を除去する除去フィルタ３２と、白色光からＲ光および近赤外光Ｉｒをそれぞれ透過して分離するＲ光用分離ミラー３３と、このＲ光用分離ミラー３３によって透過されたＲ光および近赤外光Ｉｒをそれぞれ全反射してＲ光用液晶パネル２１に導光する反射ミラー３４とを有している。

また、この光学系１３は、Ｒ光用分離ミラー３３によってそれぞれ反射されたＧ光およびＢ光からＢ光のみを透過して分離するＢ光用分離ミラー３５と、このＢ光用分離ミラー３５を透過されたＢ光を全反射する反射ミラー３６と、この反射ミラー３６に全反射されたＢ光を集光するための集光レンズ３７と、この集光レンズ３７によって集光されたＢ光を全反射してＢ用液晶パネル２２に導光する反射ミラー３８とを有している。

ところで、光学系１３は、Ｒ光用液晶パネル２３の表示領域２６に近赤外光Ｉｒが到達することで、Ｒ光用液晶パネル２３の温度を上昇させることになる。この対策として、Ｒ光用液晶パネル２３の前段に位置する反射ミラー３４には、反射面上に、近赤外光Ｉｒを反射しない反射防止領域が部分的に設けられている。この反射防止領域は、例えば、反射防止膜や反射減衰膜等を被覆することによって設けられている。このように、近赤外光透過領域３０に選択的に近赤外光Ｉｒを照射させることで、Ｒ光用液晶パネル２３の温度上昇が最小限に抑えられている。また、液晶プロジェクタ１は、図示しないが、筐体８内の温度を制御するための冷却機構を備えており、ＣＰＵ７によって温度が監視され、筐体８内が所定の温度に制御されている。このため、Ｒ光用液晶パネル２３は、近赤外光Ｉｒによる温度上昇の悪影響を受けることなく、冷却機構によって良好に空冷されている。

以上のように構成された光学系１３について、ランプ３１から照射された白色光に含まれる各光の光路をそれぞれ説明する。

ランプ３１から出射された白色光は、除去フィルタ３２によって紫外光および遠赤外光が除去されて、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光および近赤外光ＩｒがＲ光用分離ミラー３３に入射され、Ｇ光およびＢ光と、Ｒ光および近赤外光Ｉｒとに分離される。

Ｒ光用分離ミラー３３によって分離されたＲ光および近赤外光Ｉｒは、反射ミラー３４によって全反射されて、Ｒ光がＲ光用液晶パネル２３の表示領域２６に照射され、近赤外光ＩｒがＲ光用液晶パネル２３の近赤外光透過領域３０に照射される。表示領域２６に照射されたＲ光は、合成プリズム２４の反射面によって反射されて、他のＧ光およびＢ光と合成され、投射レンズ１１に入射されて投射面上に投射される。近赤外光Ｉｒは、近赤外光透過領域３０に入射されて、合成プリズム２４によって反射され、投射レンズ１１に入射されて投射面上に投射される。

また、Ｒ光用分離ミラー３３によって反射されたＧ光は、Ｂ光用分離ミラー３５によって反射されて、Ｇ光用液晶パネル２２の表示領域２６に照射される。表示領域２６に照射されたＧ光は、合成プリズム２４によって他のＢ光およびＲ光と合成され、投射レンズ１１に入射されて投射面に投射される。

また、Ｂ光用分離ミラー３５によって透過されたＢ光は、反射ミラー３６によって全反射されて、集光レンズ３７によって集光されて、反射ミラー３８に照射される。反射ミラー３８によって全反射されたＢ光は、Ｂ光用液晶パネル２１の表示領域２６に照射される。表示領域２６に照射されたＢ光は、合成プリズム２４によって他のＧ光およびＲ光と合成され、投射レンズ１１に入射されて投射面に投射される。

したがって、光学系１３では、上述した従来の光学系１１３の不可視光除去フィルタ１３２を除去フィルタ３２に差し替えることで、不可視光除去フィルタ１３２で遮られていた近赤外光ＩｒをＲ光用液晶パネル２３まで導いている。

そして、液晶プロジェクタ１によれば、投射装置５によって、投射面上に可視光による画像を投射した際、画像の外周側に近赤外光によるテストパターンが常時投射される。

テストパターン検出装置６は、図１に示すように、自動焦点調整を行うために設けられており、投射装置５によって投射面上に照射されたテストパターンを撮像するための撮像部４１と、この撮像部４１によって撮像されたテストパターンによって投射距離を算出するための距離算出部４２とを有している。

撮像部４１は、図１に示すように、撮像レンズ４６を有する光学系４５と、撮像素子４７とを有している。撮像素子４７としては、例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサ等が適用される。そして、撮像素子４７は、近赤外光Ｉｒによるテストパターンをそれぞれ検出し、受光領域上の各テストパターンの位置に基づいて、距離算出部４２によって投射距離が算出される。

また、図２に示すように、筐体８の一側面には、撮像レンズ４６および投射レンズ１１がそれぞれ設けられている。

また、液晶プロジェクタ１は、図示しないが、テストパターン検出装置６によって検出された投射距離に基づいて、自動焦点調整を行うための自動焦点調整部を備えている。

以上のように構成された液晶プロジェクタ１について、テストパターン検出装置６が投射距離を検出する状態を説明する。

液晶プロジェクタ１が備えるテストパターン検出装置６は、投射距離を検出する際に、投射装置５のランプ３１から出射された近赤外光Ｉｒによる枠状のテストパターンを投射面上に照射し、このテストパターンを撮像素子４７によって撮像する。

テストパターン検出装置６では、撮像素子４７が、画角内に進入した近赤外光Ｉｒによって投射面上に照射されたテストパターンを受光する受光領域上の位置を検出し、この位置に基づいて距離算出部４２が投射距離を算出する。そして、液晶プロジェクタ１では、距離算出部４２によって算出された投射距離に応じて、自動焦点調整が行われる。

上述したように、液晶プロジェクタ１によれば、テストパターンである近赤外光Ｉｒを透過する近赤外光透過領域３０が設けられたＲ光用液晶パネル２３と、このＲ光用液晶パネル２３に近赤外光Ｉｒを導くための光路をなす光学系１３とを備えることによって、投射装置５と別途に、テストパターンを照射するためのテストパターン照射装置を独立して設ける必要がなくなるため、液晶プロジェクタ１全体の小型化を図ることが可能になり、生産コストを低減することができる。

なお、本発明に係る液晶プロジェクタ１では、テストパターン検出装置が、テストパターンによって投射距離を検出するように構成されたが、投射面上での画像の傾斜を検出して歪みを調整するように構成されてもよいことは勿論である。この構成の場合、例えば、投射面の水平方向に離間した２点および垂直方向に離間した２点に、近赤外光による点状のテストパターンを投射することで、投射面上での画像の傾斜を検出することが可能になる。具体的には、Ｒ光用液晶パネル２３の３つのコーナ部の計３点や、Ｒ光用液晶パネル２３の垂直方向に対する上方の２点および下方の２点の計４点に近赤外光透過領域３０を配設するように構成される。

また、本発明に係る液晶プロジェクタ１は、３板方式が採られたが、単板方式が採用されてもよく、この場合、Ｒ光用分離ミラー３３，Ｂ光用分離ミラー３５等の光学要素が不要になる。

本発明に係る液晶プロジェクタを示す模式図である。 前記液晶プロジェクタを示す正面図である。 液晶パネルおよび光学系を示す模式図である。 前記液晶パネルを示す正面図である。 従来の液晶プロジェクタが備える液晶パネルおよび光学系を示す模式図である。 従来の液晶パネルを示す正面図である。

符号の説明

１ 液晶プロジェクタ
５ 投射装置
６ テストパターン検出装置
７ ＣＰＵ
８ 筐体
１１ 投射レンズ
１２ 液晶表示部
１３ 光学系
１４ 画像制御部
２１ Ｂ光用液晶パネル
２２ Ｇ光用液晶パネル
２３ Ｒ光用液晶パネル
２４ 合成プリズム
２６ 表示領域
２７ 遮光マスク
２８ フレーム
３０ 近赤外光透過領域
３１ ランプ
３２ 除去フィルタ
３３ Ｒ光用分離ミラー
３５ Ｂ光用分離ミラー
３７ 集光レンズ

Claims (5)

1. 投射面上に投射される画像を表示する表示領域の外周側に、近赤外光を透過してテストパターンを前記投射面上に投射するための近赤外光透過領域が設けられた液晶パネルを有する液晶表示部と、
   白色光を出射する光源と、前記光源から出射された白色光から紫外光および遠赤外光を除去する除去フィルタと、前記除去フィルタを透過した近赤外光を前記液晶パネルの前記近赤外光透過領域に導くための光学要素とを有する光学系と、
   近赤外光によって前記投射面上に照射されたテストパターンを撮像する撮像素子を有するテストパターン検出手段と
   を備え、
   前記近赤外光透過領域は、近赤外光のみを透過するプロジェクタ装置。
2. 前記液晶表示部は、前記液晶パネルを含む３つの液晶パネルを備える請求項１に記載のプロジェクタ装置。
3. 前記近赤外光透過領域は、近赤外光によって点状、直線状、四角形をなす枠状のいずれかの前記テストパターンを前記投射面上に照射する請求項１または２に記載のプロジェクタ装置。
4. 画像を表示する液晶表示部と、前記液晶表示部に表示された画像を投射面上に投射するための光学系とを有するプロジェクタ装置に用いられる液晶パネルであって、
   画像を表示する表示領域の外周側に、近赤外光を透過してテストパターンを前記投射面上に投射するための近赤外光透過領域が設けられ、
   前記近赤外光透過領域は、近赤外光のみを透過することを特徴とする液晶パネル。
5. 前記近赤外光透過領域は、近赤外光によって点状、直線状、四角形をなす枠状のいずれかのテストパターンを前記投射面上に照射する請求項４に記載の液晶パネル。

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