JP6463019B2 - 画像投射装置及び画像投射装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像投射装置に関し、特に投射画像を光学的にシフトさせる機能と、投射画像を電気的にシフトさせる機能とを有する画像投射装置及び画像投射装置の制御方法に関するものである。

画像投射装置であるプロジェクタを複数用いてスタック投影やマルチ投影を行う際には、投射画像の位置調整を１画素以下の単位で微調整する必要がある。ここで、投射画像を光学的にシフトさせるものとして、投射光学系である投射レンズを保持する機構をアクチュエータを用いて移動させるプロジェクタが知られる。また、投射画像を電気的にシフトさせるものとして、液晶パネル上に形成される原画像を電気的に移動（デジタルシフト）させるプロジェクタが知られる。

そして、特許文献１では、このような光学的シフト機能と電気的シフト機能の両方を用いた画像投射装置が開示されている。具体的には、より広範囲に渡って投射画像の位置調整を可能とすべく、光学的シフトから電気的シフト（デジタルシフト）への切り替えを、光学的シフトのシフト範囲の端部でのみ行なうことが開示されている。

特開２０１１−２７７９９号公報

しかしながら、アクチュエータを用い、投射画像を光学的にシフトさせる画像投射装置では、ある一方向から逆方向へ駆動する際にギアユニットや構成部品のガタに起因するバックラッシュによって、不感帯を生じることが問題となる。すなわち、目標とする投射画像の調整位置から行き過ぎた場合に、反転方向へ駆動（反転）させるに当たり、数パルスに渡って操作釦の空押しが必要となる。このため、ユーザにとっては、プロジェクタを迅速に設置できず、使用感が良くない。

また、上述の特許文献１では、光学的シフトから電気的シフト（デジタルシフト）への切り替えが、光学的シフトのシフト範囲の端部でのみ行われるため、主な使用領域である光学的シフトのシフト範囲の中央部での反転における問題が解決されない。

本発明の目的は、投射画像の投射位置の調整指示方向を直前のシフト方向と逆方向とした際にも、バックラッシュによる影響を低減し、投射位置の微調整することが可能な画像投射装置及び画像投射装置の制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像投射装置は、原画像を形成する画像形成素子と、前記原画像を投射画像として被投射面上に結像させる投射光学系の少なくとも一部を移動させて前記投射画像の位置をシフトさせる第１シフト手段と、前記画像形成素子における前記原画像の位置をシフトさせる第２シフト手段と、を有する画像投射装置であって、前記投射画像のシフト操作を受け付ける受付手段と、前記受付手段で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と同一である場合には、前記第２シフト手段によるシフトを行わずに前記第１シフト手段によるシフトが行われるように制御し、前記受付手段で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と逆方向である場合には、前記第１シフト手段と前記第２シフト手段とによるシフトが行われるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る画像投射装置の制御方法は、原画像を形成する画像形成素子と、前記原画像を投射画像として被投射面上に結像させる投射光学系の少なくとも一部を移動させて前記投射画像の位置をシフトさせる第１シフト手段と、前記画像形成素子における前記原画像の位置をシフトさせる第２シフト手段と、を有する画像投射装置の制御方法であって、前記投射画像のシフト操作を受け付ける受付工程と、前記受付工程で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と同一である場合には、前記第２シフト手段によるシフトを行わずに前記第１シフト手段によるシフトが行われるように制御し、前記受付工程で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と逆方向である場合には、前記第１シフト手段と前記第２シフト手段とによるシフトが行われるように制御する制御工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、投射画像の投射位置の調整指示方向を直前のシフト方向と逆方向とした際にも、バックラッシュによる影響を低減し、投射位置の微調整することが可能な画像投射装置及び画像投射装置の制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る画像投射装置における反転時のシフト量の制御に関する説明図である。 本発明の実施形態に係る画像投射装置の外観図である。 本発明の実施形態に係る画像投射装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る画像投射装置における反転時のシフト制御処理を示すフローチャートである。 従来例における反転時のシフト量の制御に関する説明図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（画像投射装置）
図２に、本発明の実施形態である画像投射装置としてのプロジェクタ１００の外観を示し、また図３に、プロジェクタ１００の構成の一部を示す。ここで、図２における３は、画像形成素子における原画像を投射画像として被投射面上に結像させる投射光学系としての投射レンズを示している。なお、本実施形態では、画像形成素子に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、画像形成素子に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形態に含まれる。

図３で、画像形成素子、光変調素子としての液晶パネルＬＰは、プロジェクタ１００に外部から入力された映像信号２（入力映像信号）に応じて入射光を変調し原画像を形成する。なお、液晶パネルＬＰは、異なる複数の色のそれぞれに対応するように複数設けられている（本実施形態では赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に応じて３個設けられる）が、図３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によって変調された変調光は、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（このダイクロイックプリズムは、波長及び/又は偏光によって光を反射/透過するプリズムであることが望ましい。）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変調光も、ダイクロイックプリズムＤＰに導かれる。

このようにして、光源ランプ１からの光は、不図示の偏光変換素子を介して、ダイクロイックミラー（不図示）、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αに入射する。ここで、色分解合成光学系αは、色分解光学系の機能と色合成光学系の機能を併せ持つものである。なお、上述した不図示の偏光変換素子は、光源ランプ１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ものである。

色分解合成光学系αは、入射した白色光を、ダイクロイックミラー（不図示）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。

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３に導く。投射レンズ３は、合成された３色の変調光をスクリーンなどの被投射面４に投射する。これにより、入力映像信号２に対応する投射画像が被投射面４上に表示される。

図３で、光学的シフト手段としてのシフト板５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６に光軸と直交する方向（例えば左右方向）に移動可能に保持されている。さらに、シフト板５が投射レンズ３の全体を保持することにより、シフト板５の移動に伴って投射レンズ３の全体も移動する。そして、アクチュエータとしてのレンズシフト駆動部７は、シフト板５を移動させる。レンズシフト駆動部７は、ＤＣモータ、ギアユニット、シフト板５のシフト量を検出するエンコーダからなる。

このように、投射レンズ３とシフト板５は、色分解合成光学系α、液晶パネルＬＰおよびシフトベース６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。

（投射画像のシフト）
次に、投射画像のシフト手段について説明する。本実施形態における投射画像シフト手段の１つ目は、投射レンズ３を光軸に対して直交する方向に移動させ、光学的に投射画像を移動させるレンズシフト手段（光学的シフト手段）である。２つ目は、液晶パネルＬＰにおいて形成された原画像を電気的に位置調整（１画素毎）するデジタルシフト手段（電気的シフト手段）である。そして、本実施形態における光学的シフト手段、電気的シフト手段は、図３におけるシフト制御部８によって制御される。

１）光学的シフト手段（第１シフト手段）
先ず、光学的シフト手段としてのレンズシフト手段について概要を説明する。図３におけるレンズシフト制御部１２は、レンズシフト駆動部７を制御する。シフト操作部９において任意の一方向に駆動するよう指示された場合、レンズシフト制御部１２において決定された量だけＤＣモータを駆動し、ギアユニットを介して投射レンズを一体的に移動させる。このように投射レンズを光軸と直交する方向に移動させる動作を、本実施形態におけるレンズシフトと呼ぶ。

レンズシフト制御部１２は、ＤＣモータを連続的に駆動させて投射レンズ３を高速に移動させる粗動調整（第１の光学シフト制御）と、ＤＣモータをパルス状に駆動させて投射レンズ３の移動を微調整する微動調整（第２の光学シフト制御）を備える。ここで、第１の光学シフト制御と第２の光学シフト制御は選択可能であり、第１の光学シフト制御（粗動調整）は、操作釦が所定の時間長押しされているとみなされた場合に行われる。そして、第２の光学的シフト制御（微動調整）は、操作釦の１押しに応じて行われ、操作釦の１押しによるシフト板５の移動量が、投射画像の画素ピッチよりも小さく（例えば０．５画素）なるよう設定されている。

２）電気的シフト手段（第２シフト手段）
次に、電気的シフト手段としてのデジタルシフト手段について概要を説明する。シフト操作部９ではユーザが投射画像位置を調整する際に不図示の操作釦によって意図する方向にシフト操作を行う。そして、画像処理部１０では、入力された映像信号２から画像信号を生成する。そして、パネル制御部１１は、画像処理部１０で生成された画像信号に基づいて液晶パネルＬＰを駆動する。

シフト操作部９において、後述するようなシフト操作（シフト操作部、シフト操作釦による操作）が行われるのに応じて、画像処理部１０にて生成した画像の位置、つまり液晶パネルＬＰに形成される原画（原画像）の位置をシフトさせる。即ち、画像形成素子内で原画像の位置をシフトさせる。

このように原画像の位置が（光軸と垂直な方向に）シフトすると、被投射面上の投射画像（原画像の投射光学系による像）の位置もシフトすることになる。本実施形態では、シフト操作部９とパネル制御部１１とが、投射画像を電気的にシフトさせる（画像形成素子内で原画像の位置をシフトさせる）電気的シフト手段として機能する。

このように、液晶パネルＬＰに形成される原画像の位置を電気的にシフトさせる動作をデジタルシフトと呼ぶ。なお、液晶パネルＬＰ上には原画像が形成される領域の周辺に非画像形成領域を有しており、この非画像形成領域内においてデジタルシフトが可能となる。

３）従来例における反転時のシフト量の制御
図５（ａ）に、ユーザが＋Ｘ方向（例えば左方向）へシフト操作を行った後、−Ｘ方向（例えば右方向）へ反転させる際に光学的シフト手段によるレンズシフトのみを用いる場合の概念図を示す。また、図５（ｂ）に、ＤＣモータに電圧を印加した際の電圧と電流について示す。

図５（ａ）においては、時点Ａより反転動作を開始（実効的には時点Ｂより光学的シフト手段による反転動作が開始）し、目標とする反転時の移動量はＢ-Ｄである。なお、図５（ａ）では、ＡからＢに関しては時間軸を示し、ＢからＤ、Ｃに関しては空間軸（位置座標軸）を示すもので、便宜上１つの図としてまとめている。

反転を開始した時点Ａから時点Ｂまでは、ギアユニットや構成部品のガタに起因するバックラッシュが生じており、この間、モータの駆動力はシフト板５に伝わっておらず、投射画像は空間的には移動しない。時点Ｂを超えると、ギア同士が噛み合いモータの駆動力によりシフト板５（すなわち投射画像）が移動する。

ここで、反転時の目標移動量（Ｂ-Ｄ）の制御に関し、ＤＣモータの加減速制御によって得ることが考えられる。図５（ｂ）には、モータへの電圧印加を停止した際に、モータの端子をショートさせて制動力を得るショートブレーキによる減速制御を行った場合の電流および電圧波形を示す。領域１は電圧印加時間、領域２はショートブレーキによる減速制御時間を表す。領域２における電流の方向は領域１の回転方向と逆の方向になるので、モータの停止時間は早くなる。停止するまでの時間は機械的な慣性（イナーシャ）によってモータが回転を継続する影響を受ける。

ここで、反転時にシフトされる投射画像の位置の目標位置からのずれを、投射画像の画素ピッチよりも小さくする（例えば０．５画素以下）場合を考える。この場合、図５（ａ）中、時点Ａから時点Ｂまで（バックラッシュによる無負荷状態）の時間に比べて、位置Ｂの時点から位置Ｄの時点まで（それ以降の負荷状態）の時間は極めて短い。そのため、ショートブレーキによる減速制御を行うに当たってイナーシャの影響が顕著であり、目標とする停止までの時間を安定して得ることが困難である。

従って、反転を光学的シフト手段（レンズシフト手段）のみを用いて行おうとしても、目標よりも大幅に投射画像が移動（シフト）し過ぎる（Ｂ-Ｃ′）ことがあり、所望の反転挙動とならない。

４）本実施形態における反転時のシフト量の制御
続いて、デジタルシフトとレンズシフトを組み合わせた本実施形態における反転時のシフト量の制御に関して、図１および図４を用いて説明する。先ず、本実施形態におけるシフト機能の処理の流れを図４に示す。

ユーザが投射位置調整を行う際、シフト操作部９（図３）において任意の方向にシフト操作を行う（ステップＳ１０１）。このとき、シフト駆動部７のエンコーダにて識別されたシフト方向（ステップＳ１０２）が直前の操作方向と同一方向であった場合、シフト制御部８ではレンズシフトによる光学的シフトを選択する（ステップＳ１０５）。即ち、ある一方向への順送り方向のシフト操作を行うに当たっては、光学的シフト手段であるレンズシフト手段のみによる投射画像の位置調整が行われる。

本実施形態では、前述した微動調整（第２の光学シフト制御）として、操作釦の１押しによるシフト板５の移動量が、投射画像の画素ピッチよりも小さく（例えば０．５画素）なるよう設定されているため、高精細な投射位置調整が可能となる。そして、順送り方向へのシフト操作で目標となる位置に投射画像を調整できた場合は、シフト操作を終了する（ステップＳ１０６）。

一方、ステップＳ１０２にて識別されたシフト方向が、直前の操作方向と逆方向であった場合、シフト制御部８ではレンズシフトとデジタルシフトを同時（略同時を含む）に行うことを選択する（ステップＳ１０４）。このときの動作に関して、図１を用いて詳細に説明する。図１は、ユーザが＋Ｘ方向（例えば左方向）へシフト操作を行った後、−Ｘ方向（例えば右方向）への反転時のシフト量の制御に関する説明図である。なお、図１では、図５（ａ）と同様に、ＡからＢに関しては時間軸を示し、ＢからＤ、Ｃに関しては空間軸（位置座標軸）を示すもので、便宜上１つの図としてまとめている。

一方向（＋Ｘ方向）から逆方向（−Ｘ方向）へレンズシフトによる駆動を行った際には、ギアユニットや構成部品のガタに起因するバックラッシュが生じる（時点Ａから時点Ｂ）。この間、モータの回転はシフト板５に伝わっておらず、投射画像は移動しない。その後、時点Ｂを超えるとモータの駆動力によりシフト板５（すなわち投射画像）が移動する。

本実施形態では、反転時に光学的シフト手段として前述した微動調整（第２の光学シフト制御）が用いられ、併せて電気的シフト手段が用いられる（特に、電気的シフト手段によるシフト方向を光学的シフト手段によるシフト方向と逆方向とする）。これにより、図１に示すように、光学的シフト手段によるシフト量（レンズシフト量）が電気的シフト手段によるシフト量（デジタルシフト量）の分だけ大きくなる。

そのため、光学的シフト量がアクチュエータのバックラッシュの量より大きくなることができ、光学的シフト量がアクチュエータのバックラッシュの量より小さい場合に生じていた従来のバックラッシュに起因する釦の空押しという問題が解消される。

反転時に、投影画像に関し、光学的シフト手段によるレンズシフトを打ち消す方向に電気的シフト手段によるデジタルシフトを行う本実施形態では、デジタルシフト機能が１画素毎の調整を行う。このことから、例えば以下のように反転時のシフト量を設定することができる。即ち、レンズシフトによるシフト量（移動量）Ｂ-Ｃ＝３．５画素とし、デジタルシフトによるシフト量（移動量）Ｄ-Ｃ＝３．０画素となるよう設定することで、見掛けのシフト量（移動量）を０．５画素とすることができる。

このようにして、反転時にシフトされる投射画像の位置の目標位置からのずれを、投射画像の画素ピッチよりも小さくする（例えば０．５画素以下として０．５画素）ことができる。

なお、本実施形態では、レンズシフトによる移動量Ｂ-Ｃが十分大きいため、ＤＣモータの加減速制御を行うに当たっても慣性の影響を加味したうえで安定した駆動量を得ることができる。

ところで、これまででは右方向への反転について説明を行ったが、左方向への反転に関しても同様の制御を用いることができる。

（本実施形態の効果）
以上、本実施形態によれば、投影画像の光学的シフト（レンズシフト）と電気的シフト（デジタルシフト）を組み合わせ、反転時にバックラッシュに起因する釦の空押しの必要がない。そのため、投射位置調整の際に目標位置から行き過ぎた際にはすぐさま反転方向への補正を行うことができる。更には、反転時の投射画像移動量を容易に1画素以下に調整できる。

また、本実施形態では、以下に述べるような代替技術における不利な点が無い。即ち、バックラッシュを除去するための機構、例えばバネによる片寄せをする方法では、部品点数が増加することによるコストの増大やスペースの確保が必要になる。また、モータの加減速制御によって反転時の移動量を制御する方法もある。このとき、バックラッシュによる無負荷状態からギアが噛み合う負荷状態へと移行することとなるが、反転時の調整を画素単位以下で行いたい場合には、無負荷状態に比べて負荷状態の時間が極めて短い。

従って、無負荷状態からモータの減速を開始し負荷状態へと突入した場合、減速の制御が不安定になり調整が困難である。ステッピングモータを使用することも考えられるが、モータへの過負荷による脱調を防ぐためにトルク余裕を持たせる必要があり、モータの大型化やコストアップが問題となる。

（変形例）
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。

（変形例１）
上述した実施形態では、反転時における投射画像に関するシフト量として（レンズシフト量−デジタルシフト量）を用いたが、反転時にレンズシフト量を用いずにデジタルシフト量のみを用いても良い。また、反転時に（レンズシフト量−デジタルシフト量）の替りに、（レンズシフト量＋デジタルシフト量）を用いることもできる。

（変形例２）
上述した実施形態では、レンズシフト、デジタルシフトの夫々が互いに直交する２方向（図１のＸ方向、これに直交するＹ方向）にシフトすることを前提としたが、レンズシフト、デジタルシフトの夫々が１方向にのみシフトするものであっても良い。

（変形例３）
上述した実施形態では、第１シフト手段は、投射画像をシフトさせるために投射光学系３の全体を一体的に移動させるものであったが、本発明はこれに限られない。即ち、第１シフト手段は、投射画像をシフトさせるために、投射光学系を構成する光学部材の一部を移動させるものであっても良い。

例えば、投射画像をシフトさせるために、第１シフト手段は、投射光学系を構成する複数のレンズの内の一部のレンズを移動（平行偏心）させるものでも良い。また、投射光学系が光路内に出し入れされる偏向プリズムを備え、投射画像をシフトさせるために、第１シフト手段は、偏向プリズムを光路内に移動させる（投射光学系を構成するレンズは移動させない）ものであっても良い。

ＬＰ・・液晶パネル、３・・投射レンズ、５・・シフト板、７・・レンズシフト駆動部、９・・シフト操作部、１１・・パネル制御部

Claims (8)

1. 原画像を形成する画像形成素子と、
   前記原画像を投射画像として被投射面上に結像させる投射光学系の少なくとも一部を移動させて前記投射画像の位置をシフトさせる第１シフト手段と、
   前記画像形成素子における前記原画像の位置をシフトさせる第２シフト手段と、
   を有する画像投射装置であって、
   前記投射画像のシフト操作を受け付ける受付手段と、
   前記受付手段で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と同一である場合には、前記第２シフト手段によるシフトを行わずに前記第１シフト手段によるシフトが行われるように制御し、前記受付手段で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と逆方向である場合には、前記第１シフト手段と前記第２シフト手段とによるシフトが行われるように制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像投射装置。
2. 前記制御手段は、前記受付手段で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と逆方向である場合に、前記第１シフト手段を前記シフト操作の指示方向にシフトするように制御し、前記第２シフト手段を前記シフト操作の指示方向とは逆方向にシフトするように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記第１シフト手段は、前記投射光学系の光軸と直交する方向に前記投射光学系の全体を移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
4. 前記第１シフト手段は、ＤＣモータを駆動させることで前記投射光学系を移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
5. 前記制御手段は、前記受付手段で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と逆方向である場合には、前記ＤＣモータを加減速制御することを特徴とする請求項４に記載の画像投射装置。
6. 前記画像形成素子は互いに異なる色に応じて複数設けられ、
   複数の前記画像形成素子からの異なる色の光を合成して前記投射光学系に導く色合成光学系を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像投射装置。
7. 原画像を形成する画像形成素子と、
   前記原画像を投射画像として被投射面上に結像させる投射光学系の少なくとも一部を移動させて前記投射画像の位置をシフトさせる第１シフト手段と、
   前記画像形成素子における前記原画像の位置をシフトさせる第２シフト手段と、
   を有する画像投射装置の制御方法であって、
   前記投射画像のシフト操作を受け付ける受付工程と、
   前記受付工程で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と同一である場合には、前記第２シフト手段によるシフトを行わずに前記第１シフト手段によるシフトが行われるように制御し、前記受付工程で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と逆方向である場合には、前記第１シフト手段と前記第２シフト手段とによるシフトが行われるように制御する制御工程と、
   を備えることを特徴とする制御方法。
8. 前記制御工程は、前記受付工程で受け付けたシフト操作の指示方向が直前のシフト方向と逆方向である場合に、前記第１シフト手段を前記シフト操作の指示方向にシフトするように制御し、前記第２シフト手段を前記シフト操作の指示方向とは逆方向にシフトするように制御する
   ことを特徴とする請求項７に記載の制御方法。