JP5637895B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、投射光学系の交換が可能な画像投射装置に関し、特に装着された投射光学系のシフト機構を有する画像投射装置に関する。

液晶プロジェクタ等の画像投射装置は、液晶パネル等の光変調素子により変調された光を、投射レンズ等の投射光学系を通してスクリーン等の被投射面に投射することで画像を表示する。このような画像投射装置は、複数台の画像投射装置による複数の投射画像の端縁同士を隣接させたり端縁付近の領域同士を重ね合わせたりして、該複数の投射画像が繋ぎ合わされた大画面画像を投射するマルチスクリーン投射にも使用される。マルチスクリーン投射を行う場合において、互いに隣り合う投射画像間の繋ぎ目部分が目立たないようにするために、１画素よりも小さい画素単位（例えば、０．５画素単位）で投射画像の位置を微調整することが必要となる場合がある。

このような画像投射位置の微調整には、光変調素子に対して、投射光学系をその光軸に直交する方向に移動（シフト）させるシフト機構が用いられる。シフト機構は、投射光学系を収容した鏡筒（以下、投射光学系および鏡筒をまとめて投射レンズという）が固定された保持部材を、モータ等のシフトアクチュエータによって、画像投射装置の筐体等に固定されたベース部材に対して移動させる機構である。

ただし、広角レンズや望遠レンズ等の複数種類の投射レンズの選択的な装着（交換）が可能な画像投射装置にシフト機構が設けられている場合には、以下のような問題がある。すなわち、複数種類の投射レンズは、それぞれの重量や投射レンズの移動量に対する被投射面上での投射画像の位置の変化量（シフト敏感度）が異なる。このため、シフトアクチュエータを同じ条件（制御パラメータ）で制御しても、装着された投射レンズの重量やシフト敏感度によって投射レンズや投射画像の実際の移動量が変化する。

なお、装着された交換型の投射レンズの種類に応じてシフトアクチュエータの制御に関するパラメータを変更する画像投射装置が、特許文献１にて開示されている。この画像投射装置には、イメージサークルのサイズが異なる複数種類の投射レンズの装着が可能である。該画像投射装置は、装着された投射レンズの種類を識別し、シフト機構による該投射レンズのシフト可能範囲をその投射レンズのイメージサークルに適した範囲に制限するようシフトアクチュエータの動作を停止させるシフト位置（パラメータ）を変更する。

特許第４４０１４９９号公報

しかしながら、特許文献１の画像投射装置では、装着可能な投射レンズの重量やシフト敏感度の違いによって、シフトアクチュエータを同じ条件で制御しても投射レンズや投射画像の移動量が変化する点については、何ら考慮されていない。

本発明は、交換される投射レンズ（交換光学ユニット）の重量や光学特性の違いにかかわらず、装着された投射レンズの特定移動量の移動を正確に行えるようにした画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、入射した光を変調する光変調素子を有する。該画像投射装置は、光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系をそれぞれ含み、かつ互いに重量および光学特性のうち少なくとも一方が異なる複数の交換光学ユニットが選択的に装着される。該画像投射装置は、複数の交換光学ユニットのうち該画像投射装置に装着された装着光学ユニットを、光変調素子に対して、投射光学系の光軸に直交する方向に移動させるシフト機構と、該シフト機構を駆動するアクチュエータと、シフト機構により装着光学ユニットを特定移動量だけ移動させるための制御パラメータを用いて、アクチュエータを制御するコントローラとを有する。そして、コントローラは、装着光学ユニットまたは該画像投射装置に設けられた記憶部から取得した該装着光学ユニットの重量および光学特性のうち少なくとも一方に関する情報を用いて、制御パラメータを変更することを特徴とする。

本発明によれば、装着光学ユニットの重量および光学特性のうち少なくとも一方に応じて制御パラメータが変更されるので、装着光学ユニットの重量や光学特性の違いにかかわらず、装着光学ユニットの特定移動量の移動を正確に行うことができる。

本発明の実施例であるプロジェクタの外観図。 実施例のプロジェクタの光学構成を示す図。 実施例のプロジェクタのシフト制御系の構成を示すブロック図。 実施例のプロジェクタのレンズシフト機構の構成を示す分解斜視図。 実施例のプロジェクタにおけるシフト制御処理を示すフローチャート。 実施例のプロジェクタにおける制御パラメータの変更例を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である液晶プロジェクタ（画像投射装置）１０の外観を示している。５は投射レンズ鏡筒であり、投射光学系としての投射レンズ５ａを内部に保持している。

なお、本実施例では、液晶パネルを光変調素子として用いた液晶プロジェクタについて説明するが、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の他の光変調素子を用いた画像投射装置も本発明の実施例に含まれる。

図２には、プロジェクタ１０の光学構成の一部を示している。不図示の光源ランプからの光は、不図示の偏光変換素子を介して、不図示のダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッタＰＢＳおよびダイクロイックプリズムＤＰ等により構成される色分解合成光学系βに入射する。

偏光変換素子は、光源ランプからの無偏光光を特定の偏光方向を有する偏光光に変換する。また、色分解合成光学系βは、入射した白色光を、ダイクロイックミラーおよび偏光ビームスプリッタＰＢＳによってＲ，Ｇ，Ｂの３色の光に分解して液晶パネルＬＰに導く。なお、図２には、３色の光のうち１色の光に対応する液晶パネルＬＰのみを示している。

液晶パネルＬＰは、プロジェクタ１０に外部から入力された映像信号に応じた原画を形成し、該原画によって（つまりは入力映像信号に応じて）入射光を変調する。液晶パネルＬＰによって変調された１色の光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタＰＢＳを介して、ダイクロイックプリズムＤＰに入射する。また、他の不図示の液晶パネルによって変調された２色の光も、ダイクロイックプリズムＤＰに導かれる。

ダイクロイックプリズムＤＰは、入射した３色の変調光を合成して、投射レンズ鏡筒５内の投射レンズ５ａに導く。該投射レンズ５ａは、合成された３色の変調光を不図示のスクリーン等の被投射面に投射する。これにより、入力映像信号に対応する投射画像が被投射面上に表示される。

投射レンズ鏡筒５は、互いに重量や投射光学系の光学特性が異なる複数の投射レンズ鏡筒のうちの１つを示している。投射レンズ鏡筒５を含む複数の投射レンズ鏡筒は、プロジェクタ１０に対して選択的に装着される交換光学ユニットである。投射レンズ鏡筒５（および他の投射レンズ鏡筒）は、後述するレンズシフト機構の一部である可動部材としてのシフト板８０に着脱可能（交換可能）に装着されている。シフト板８０は、レンズシフト機構の固定部を構成するベース部材としてのシフトベース７０によって、図２中に白抜き矢印で示す上下方向に移動可能に保持されている。上下方向は、投射レンズ５ａの光軸ＡＸＬに直交する方向である。以下、上下方向をシフト方向ともいう。

このように、投射レンズ鏡筒５とシフト板８０は、色分解合成光学系β、液晶パネルＬＰおよびシフトベース７０に対して、シフト方向に移動可能（シフト可能）に保持される。

次に、図４を用いて、レンズシフト機構の構成についてより詳細に説明する。投射レンズ鏡筒５は、シフト板８０に装着される。シフトベース７０の上下左右の４箇所には、光軸方向におけるシフト板８０側に突出したガイドピン部７０ｃが設けられている。シフトベース７０における各ガイドピン部７０ｃの周囲には、当接面７０ａが形成されている。

一方、シフト板８０における上下左右の４箇所には、上下方向に延びる長穴部８０ａが形成されている。

シフトベース７０の４つのガイドピン部７０ｃ上にワッシャ１０４が取り付けられた後、各ガイドピン部７０ｃがシフト板８０の各長穴部８０ａに挿入されるようにしてシフト板８０がシフトベース７０に対して組み付けられる。各長穴部８０ａから突出した各ガイドピン部７０ｃ上には、ブッシュ１０２ａ、コイルバネ１０３およびブッシュ１０２ｂがこの順で取り付けられる。そして、各ガイドピン部７０ｃの先端にはビス１０１が締め込まれ、該ビス１０１の頭部によってブッシュ１０２ｂのガイドピン部７０ｃからの抜けが阻止される。この状態で、コイルバネ１０３は２つのブッシュ１０２ａ，１０２ｂの間、つまりはビス１０１の頭部とシフト板８０との間で圧縮（チャージ）され、シフト板８０をワッシャ１０４を介してシフトベース７０の当接面７０ａに対して押し付ける。

駆動部９０は、シフトベース７０に不図示のモータ支持部材を介して取り付けられたシフトアクチュエータとしてのＤＣモータ９１と、モータ支持部材により上下方向に延びる軸回りで回転可能に保持されたスクリューシャフト９３とを有する。スクリューシャフト９３のスクリュー部には、ナット９４が螺合している。ナット９４は、シフト板８０に形成されたナット保持部８０ｃにより保持されている。

また、ＤＣモータ９１の出力軸にはウォームギア９５が取り付けられており、ＤＣモータ９１の回転は、ウォームギア９５とこれら噛み合う減速ギア列９６を介してスクリューシャフト９３に伝達され、これを回転させる。スクリューシャフト９３が回転すると、ナット９４がシフト板８０とともにシフトベース７０に対して上下方向に移動する。これにより、シフト板８０に装着された投射レンズ鏡筒５（図２参照）は上下方向にシフトする。

図３には、本実施例におけるレンズシフト機構の制御系の構成を示している。なお、図３には、光源ランプ１、液晶パネルＬＰおよび投射レンズ鏡筒５も併せて示している。

プロジェクタの操作部１２には、電源のオン／オフを行うための電源スイッチやレンズシフト機構の駆動を指示するためのシフト操作ボタン等の操作部材が設けられている。入力部１３には、外部からの映像信号が入力される。表示制御回路１４は、入力部１３を介して入力された映像信号を、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号に変換し、これらＲ，Ｇ，Ｂの画像信号に対応する液晶駆動信号をそれぞれＲ，Ｇ，Ｂ用の液晶パネルＬＰに供給する。

Ｒ，Ｇ，Ｂ用の液晶パネルＬＰは、Ｒ，Ｇ，Ｂの液晶駆動信号に対応する原画を形成し、色分解合成光学系βを介した光源ランプ１からの光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）を該原画に応じて変調する。Ｒ，Ｇ，Ｂ用の液晶パネルＬＰにより変調されたＲ光、Ｇ光およびＢ光は、色分解合成光学系βにより合成されて投射レンズ鏡筒５に入射する。合成された光は、投射レンズ５ａによって不図示のスクリーンに投射される。

投射レンズ鏡筒５は、レンズ情報記憶部１５を有する。該レンズ情報記憶部１５には、投射レンズ鏡筒５の重量および光学特性に関する情報（以下、レンズ情報という）が記憶されている。ここにいう、光学特性は、焦点距離やＦナンバーといった投射レンズ５ａの基本的な光学特性だけでなく、該投射レンズ５ａのシフト方向への移動量（シフト量）に対する被投射面上での投射画像の位置の変化量を示すシフト敏感度も含む。

本実施例のプロジェクタに選択的に装着される、投射レンズ鏡筒５を含む複数の投射レンズ鏡筒は互いに異なる重量と光学特性を有し、それぞれの重量と光学特性に関するレンズ情報が、各投射レンズ鏡筒に設けられたレンズ識別情報記憶部に記憶されている。

プロジェクタに設けられたコントローラとしてのシフト制御部１６は、投射レンズ鏡筒５がシフト板８０に装着されると、シフト板８０に設けられたマウント接点又はレンズ情報記憶部１５につながるケーブルを介してレンズ情報記憶部１５と接続される。そして、シフト制御部１６は、装着された投射レンズ鏡筒（装着光学ユニット）５のレンズ情報記憶部１５から上述したレンズ情報を取得し、レンズシフト機構のＤＣモータ９１を制御するための制御パラメータを決定する。シフト制御部１６は、決定した制御パラメータを用いて、ＤＣモータ９１に供給する駆動電圧を制御する。駆動電圧は、駆動信号としてのパルス信号のデューティ比を変化させることで制御され、駆動電圧が高いほど（デューティ比が大きいほど）、ＤＣモータ９１の回転速度が速くなり、投射レンズ鏡筒５のシフト方向への移動速度（シフト速度）も速くなる。

シフト制御部１６が決定する制御パラメータは、ＤＣモータ９１を高速回転させて投射レンズ鏡筒５をシフト方向に高速で移動させる粗調用と、ＤＣモータ９１を低速回転させて投射レンズ鏡筒５のシフト方向での位置（シフト位置）を微調整する微調用とで異なる。

粗調用の制御パラメータは、前述した駆動信号のデューティ比（駆動電圧）と、ＤＣモータ９１（つまりは投射レンズ鏡筒５）の停止精度を高めるためにＤＣモータ９１にショートブレーキをかける時間長さ（ショートブレーキ時間）である。さらに停止精度を高めるために、ＤＣモータ９１にショートブレーキをかけるタイミングを追加してもよい。

一方、微調用の制御パラメータは、前述した操作部１２に設けられたシフト操作ボタンの１操作に応じた投射レンズ鏡筒５のシフト量が、スクリーン上の投射画像をその１画素以下の（又は１画素より小さい）量だけ移動させる特定移動量になるように設定される。具体的には、前述した駆動信号をＤＣモータ９１に印加する時間長さ（駆動時間）と、デューティ比と、ショートブレーキ時間を含む。

そして、シフト制御部１６は、投射レンズ鏡筒５から取得したレンズ情報（重量およびシフト敏感度）に応じて、微調用の制御パラメータを変更する。制御パラメータの変更は、シフト制御部１６が予め記憶した標準投射レンズ鏡筒（標準光学ユニット）の重量およびシフト敏感度に対する制御パラメータを、装着された投射レンズ鏡筒５の重量およびシフト敏感度に応じて補正することで行う。また、制御パラメータの変更は、シフト制御部１６が予め記憶した重量およびシフト敏感度を変数とする制御パラメータの算出式に、装着された投射レンズ鏡筒５の重量およびシフト敏感度を代入して算出することで行ってもよい。

例えば、標準投射レンズ鏡筒より長焦点距離の望遠投射レンズ鏡筒や広画角の広角投射レンズ鏡筒のように標準投射レンズ鏡筒より重量が大きい投射レンズ鏡筒が装着された場合は、微調用の制御パラメータであるデューティ比を標準投射レンズ鏡筒より大きくする。また、デューティ比の変更に代えて又はこれとともに駆動時間を長くしてもよい。これにより、標準投射レンズ鏡筒が装着された場合はもとより、望遠投射レンズ鏡筒が装着された場合でも、シフト操作ボタンの１操作に応じて、正確に特定移動量のシフトを行わせることができる。なお、シフト操作ボタンが長押しされて複数の操作が連続して行われたものとみなせる場合は、特定移動量を１単位とした複数単位のシフトを行わせる。

図６には、標準投射レンズ鏡筒（標準レンズ）、広角投射レンズ鏡筒（広角レンズ）および望遠レンズ鏡筒（望遠レンズ）の重量（比）と、それらを上方向、つまり重力方向とは反対方向にシフトさせる場合のデューティ比および駆動時間の設定例を示している。上方向にシフトさせる場合は、重量が大きいほど、デューティ比が大きく設定され、駆動時間は長く設定される。ショートブレーキ時間については記載していないが、重量が大きいほどショートブレーキ時間は短く設定される。

重力方向と同じ下方向にシフトさせる場合は、重量が大きいほど、デューティ比が小さく設定され、駆動時間は短く設定される。ショートブレーキ時間は長く設定される。

なお、図６の設定例では、シフト敏感度の違いを考慮していないが、これを考慮することでデューティ比および駆動時間の値も図６中の値と異なってくる。

図５のフローチャートには、シフト制御部１６による制御パラメータの変更とＤＣモータ９１の制御を含むシフト制御処理の手順を示している。

該処理がスタートすると、ステップＳ２０１において、シフト制御部１６は、投射レンズ鏡筒５がプロジェクタに装着されたか否かを判定する。投射レンズ鏡筒５の装着は、例えばシフト板８０に取り付けたセンサを通して行うことができる。投射レンズ鏡筒５が装着されたと判定するまで、このステップを繰り返し、装着されたと判定するとステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、シフト制御部１６は、装着された投射レンズ鏡筒５のレンズ情報記憶部１５からレンズ情報を取得する。そして、ステップＳ２０３では、シフト制御部１６は、該レンズ情報を用いて、シフト位置の微調用のＤＣモータ９１の制御パラメータを補正（又は算出）する。すなわち、レンズ情報に含まれる重量およびシフト敏感度に応じて制御パラメータを変更する。

次に、ステップＳ２０４では、シフト制御部１６は、シフト操作ボタンが操作（１操作）されたか否かを判定する。なお、ここでのシフト操作ボタンの操作は、シフト位置の微調を指示する操作であるとする。シフト操作ボタンが操作されるまでこのステップを繰り返し、操作されるとステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、シフト制御部１６は、ステップＳ２０３にて補正（又は算出）した微調用の制御パラメータ（補正パラメータ）を用いてＤＣモータ９１を制御する。これにより、装着された投射レンズ鏡筒５の重量およびシフト敏感度にかかわらず、投射レンズ鏡筒５の正確な特定移動量のシフトが行われる。

この後、シフト制御部１６は、ステップＳ２０４に戻り、再びシフト操作ボタンが操作されたか否か（すなわち、操作が継続されているか否か）を判定する。操作が継続されている場合は、ステップＳ２０５に進んで、投射レンズ鏡筒５の特定移動量のシフトを行われる。これにより、シフト操作ボタンが操作されている間は、特定移動量を１単位とする投射レンズ鏡筒５のシフトが繰り返される。

なお、本実施例では、投射レンズ鏡筒の重量と光学特性（レンズ敏感度）の両方に応じて制御パラメータを変更する場合について説明した。しかし、重量と光学特性のうち少なくとも一方に応じて制御パラメータを変更するようにしてもよい。

また、本実施例では、投射レンズ鏡筒にレンズ情報記憶部が設けられ、プロジェクタ（シフト制御部１６）が該レンズ情報記憶部からレンズ情報を取得する場合について説明した。しかし、プロジェクタが様々な投射レンズ鏡筒のレンズ情報を記憶した記憶部を有し、装着された投射レンズ鏡筒から取得した該投射レンズ鏡筒の識別情報（型番やシリアル番号等）に対応するレンズ情報を該記憶部から読み出す（取得する）ようにしてもよい。

また、本実施例では、シフトアクチュエータとしてＤＣモータを用いた場合について説明したが、ＤＣモータ以外のアクチュエータを用いてもよい。

さらに、本実施例では、レンズシフト機構が投射レンズ鏡筒を上下方向にのみシフトさせる場合について説明したが、左右方向にシフトさせるようにしてもよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

交換可能な投射光学ユニットの正確なシフト量が得られる画像投射装置を提供できる。

５ 投射レンズ鏡筒
１５ レンズ情報記憶部
１６ シフト制御部
７０ シフトベース
８０ シフト板
９１ ＤＣモータ
ＬＰ 液晶パネル

Claims (3)

1. 入射した光を変調する光変調素子を有し、
   前記光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系をそれぞれ含み、かつ互いに重量および光学特性のうち少なくとも一方が異なる複数の交換光学ユニットが選択的に装着される画像投射装置であって、
   前記複数の交換光学ユニットのうち該画像投射装置に装着された装着光学ユニットを、前記光変調素子に対して、前記投射光学系の光軸に直交する方向に移動させるシフト機構と、
   該シフト機構を駆動するアクチュエータと、
   前記シフト機構により前記装着光学ユニットを特定移動量だけ移動させるための制御パラメータを用いて、前記アクチュエータを制御するコントローラとを有し、
   前記コントローラは、前記装着光学ユニットまたは該画像投射装置に設けられた記憶部から取得した該装着光学ユニットの前記重量および前記光学特性のうち少なくとも一方に関する情報を用いて、前記制御パラメータを変更することを特徴とする画像投射装置。
2. 前記特定移動量は、前記被投射面に投射された画像を、１画素以下の量だけ移動させる移動量であることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記制御パラメータは、前記アクチュエータに印加される駆動電圧、前記アクチュエータの駆動時間および前記アクチュエータにショートブレーキをかけるブレーキ時間のうち少なくとも１つを制御するパラメータであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。