(57)【要約】【課題】シフト位置の影響を受けず常に良好な最小画角変動を行える投写型画像表示装置を提供する。【解決手段】少なくとも１つの光学素子が移動することでズーミングを行うレンズユニットと、レンズユニットを保持し投写画像を移動させるシフトユニット３００と、シフトユニットによって移動したレンズユニットの位置を検出するセンサを有する投写型画像表示装置である。シフト位置検出し、前記検出情報から最小画角変動を行う際の電圧または電流印加時間を決定し、常に一定量の最小画角変動を行える様にする。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つの光学素子が移動することでズーミングを行うレンズユニットと、レンズユニットを保持し投写画像を移動させるシフトユニットと、シフトユニットによって移動したレンズユニットの位置を検出するセンサを有する投写型画像表示装置において、
前記センサの検出結果によって、前記レンズのズーミング時の移動量を調整することを特徴とする投写型画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投写型画像表示装置において、前記センサの検出結果によって、ズーミング時の最小画角変動電圧、最小画角変動時間または連続画角変動電圧を選択する事を特徴とする投写型画像表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の投写型画像表示装置において、ズーミングの方向によって、最小画角変動電圧、最小画角変動時間または連続画角変動電圧が異なる事を特徴とする投写型画像表示装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の投写型画像表示装置において、入力された画像の解像度によって、ズーミング時の最小画角変動電圧、最小画角変動時間または連続画角変動電圧が異なる事を特徴とする投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シフト位置によって最小画角変動を補正する機構を有した光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルやＤＭＤ等の各種変調デバイスによって光源からの光を画像に変換し、レンズユニットによって前記画像をスクリーン等の投写面に拡大投写するプロジェクタ等の投写型画像表示装置が知られている。前記レンズユニットには、画角調整を行う為にズーム機構を有したものがある。前記ズーム機構を有したレンズユニットを備えた投写型画像表示装置を複数台用いてスタックやマルチ投影を行う際には、前記ズーム機構によって前記複数台の投写型画像表示装置の画角を揃えなくてはならない。前記画角を高精度に揃える為に、前記ズーム機構の最小画角変動を１画素以下に設定することが一般的である。
【０００３】
前記投写型画像表示装置には、画像の投写位置調整を行う為にシフト機構を有したものもある。前記ズーム機構による画角変動は光軸よりも周辺で大きくなる。この為、前記シフト機構を有した投射型画像表示装置の最小画角変動は、前記シフト機構によって画像位置が最も周辺の状態での投写画像端部の移動が１画素以下となるように設定することが一般的である。
【０００４】
画角変動を調整する技術として以下が開示されている。例えば、特許文献１の様にズーム位置によって駆動電圧を変化させることで画角変動をどのズーム位置でも一定にする技術が開示されている。また、特許文献２の様にズーム時の作動トルクを測定し、測定結果から変速機を用いて画角変動を調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２００１２７号公報
【特許文献２】特開２００４−７８０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近のプロジェクタ等の投写型画像表示装置では、設置性を高める為にシフト機構による画像の投写位置調整範囲が広くなっている。画像の投写位置調整範囲が広くなると、従来の最小画角変動の設定では画像位置が光軸にある際に最小画角変動が小さくなり過ぎてしまう。特に最近の4K等の高解像度の投射型画像表示装置では１画素が非常に小さい為、最小画角変動が小さ過ぎると画角変動しているか判断できず非常に問題となる。
【０００７】
しかし、特許文献１および特許文献２は、シフト機構による画像の投写位置調整範囲によって生じる最小画角変動の変化には対応しておらず、この問題を解決することができない。
【０００８】
そこで本発明では、シフト機構による画像の投写位置調整範囲が広くなっても１画素以下でかつユーザーが認識可能な最小画角変動を保ち、常に良好にスタックやマルチ投影時の画角を揃えることができる投写型画像表示装置を提供することを目的とする。また、高解像度であっても１画素以下でかつユーザーが認識可能な最小画角変動を保ち、常に良好にスタックやマルチ投影時の画角を揃えることができる投写型画像表示装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、レンズユニットをシフト機構によって画像の投写位置調整を行った際のレンズユニットの位置検出手段を配置する。前記位置検出手段の情報に応じて最小画角変動を調整するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シフト機構による画像の投写位置調整がどんなに広範囲となり光軸から離れても常に１画素以下でかつユーザーが認識可能な最小画角変動を保つことができるようになる。また、どんなに高解像度であっても常に１画素以下でかつユーザーが認識可能な最小画角変動を保つことができるようにもなる。この結果、常に高性能で高品位にスタックやマルチ投影時の画角を揃えることができる投写型画像表示装置が提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１である液晶プロジェクタの外観図。
【図２】実施例１の液晶プロジェクタの光学構成を示す側面図。
【図３】実施例１のレンズユニットの分解斜視図。
【図４】実施例１のモータユニットの分解外観図。
【図５】実施例１のシフトユニットの外観図。
【図６】実施例１の焦点位置補正機構のブロック図。
【図７】実施例１の焦点位置補正のアルゴリズム。
【図８】シフト位置が上下左右0％の最小画角変動模式図。
【図９】シフト位置が上下0％右50％の最小画角変動（補正前）模式図。
【図１０】シフト位置が上下0％右50％の最小画角変動（補正後）模式図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施例１）
図１には、本発明の実施例１であるレンズユニット１００、シフトユニット３００、色分離合成ユニット２００および照明光学系２０３を備えたプロジェクタ５００の外観を示している。
【００１３】
図２には、プロジェクタ５００の筐体内の光学構成を側面から示している。プロジェクタ５００の筐体内には、光源ランプ２０９、色分離合成ユニット２００、照明光学系２０１、および液晶パネル等の光変調素子２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂを内蔵した光学ボックスが収納されている。該光学ボックスの光射出部には、レンズユニット１００及びシフトユニット３００（図５参照）が取り付けられている。レンズユニット１００は、筐体の前面に形成された開口を通して、不図示のスクリーンや壁等の被投写面に画像を投写する。また、シフトユニット３００は、レンズユニット１００をレンズユニット１００の光軸と直交する平面でシフトする様に保持している。シフトユニット３００によってレンズユニット１００を該光学ボックスの光射出部に対してシフトすることで、レンズユニット１００から投写される投写光をシフトする。この結果、画像の投写位置調整を行う事が出来る。
【００１４】
図３には、本実施例のレンズユニット１００の分解斜視図を示す。１０１は第１レンズ群を保持した第１鏡筒である。１０２は第２レンズ群を保持した２群鏡筒である。１０３は第３レンズ群を保持した第３鏡筒である。１０４は第４レンズ群を保持した第４鏡筒、１０５は第５レンズ群を保持した第５鏡筒である。１０６は第６レンズ群を保持した第６鏡筒である。１０７は鏡筒本体としての固定筒である。該固定筒１０７の光軸方向後端部（第６鏡筒側の端部）の位置には、前述した光学ボックスにビス止めされるマウント部（フランジ部）１０７Ｂが形成されている。
【００１５】
１０８は固定筒１０７の内周のうちマウント部よりも前側（第１鏡筒側）の領域に配置され、光軸回りで回転する第１の回転環としてのカム環である。１１０は固定筒１０７の外周のうちマウント部よりも前側（第１鏡筒側）の領域に配置され、光軸回りで回転する第２の回転環としてのフォーカス環である。１０９は第１〜第５鏡筒１０１〜１０５にビスで取り付けられたカムフォロアである。カムフォロア１０９が取り付けられた第１鏡筒１０１は固定筒１０７の端部（第１鏡筒側）にカムフォロア１０９を介して固定される。カムフォロア１０９が取り付けられた第２鏡筒１０２はフォーカス環１１０に形成されたカム溝に係合する。カムフォロア１０９が取り付けられた第３〜５の鏡筒１０３〜１０５はそれぞれカム環１０８に形成されたカム溝に係合する。１１１はギア部を有するカム環１０８の第１鏡筒側に取り付けられているズーム環である。
【００１６】
１１２はアクチュエータとしてのモータユニットである。該モータユニットは、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ等のモータ本体と、該モータ本体の回転を減速して出力する減速ギアボックスと、モータの駆動を回転角として表す為のパルス板と前記回転角の検出結果をパルス信号として出力する為のフォトインタラプタを保持した基板とを含む。モータユニット１１２はフォーカス駆動源およびズーム駆動源である。１１４はフォーカス環１１０が光軸周りに回転した際の焦点位置の基準を検出する為のスイッチである。１１３はモータ１１２およびスイッチ１１４を保持する保持部材である。モータ１１２およびスイッチ１１４はビスにより保持部材１１３に固定される。そして、保持部材１１３はビスにより固定筒１０７に固定される。
【００１７】
第２鏡筒１０２はフォーカスレンズである。ここでフォーカス駆動機構について説明する。第２鏡筒１０２の外周における周方向１２０°毎の３箇所には、カムフォロア１０９が取り付けられている。第２鏡筒１０２に設けられたカムフォロア１０９は、固定筒１０７に光軸方向に延びるように形成された直進溝部１０７Ａに係合する。さらに、フォーカス環１１０に形成されたカム溝部にも係合する。
【００１８】
また、フォーカス環１１０は、固定筒１０７に対してバヨネット結合構造等によって光軸方向への移動が阻止された状態で光軸回りで回転可能となっている。フォーカス環１１０と噛み合ったモータユニット１１２を駆動すると、フォーカス環１１０が回転駆動される。フォーカス環１１０が回転すると、カム溝部とカムフォロア１０９との係合作用によって、第２鏡筒１０２が光軸方向に移動する。これにより、電動フォーカス駆動が行われる。
【００１９】
第６鏡筒１０６は、第６レンズ群としてのリレー系レンズを保持しており、固定筒１０７の後端部にスラスト方向からビス（図示せず）により固定される。第２鏡筒１０２，第３鏡筒１０３，第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５はそれぞれ、第２〜第５レンズ群としての変倍系レンズを保持する。第２鏡筒１０２，第３鏡筒１０３，第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５が光軸方向に移動することで、変倍（ズーム）が行われる。
【００２０】
ここで、ズーム駆動機構について説明する。第２鏡筒１０２，第３鏡筒１０３，第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５の外周における周方向１２０°毎の３箇所には、カムフォロア１０９が取り付けられている。これら鏡筒１０２〜１０４に設けられたカムフォロア１０９は、固定筒１０７に光軸方向に延びるように形成された直進溝部１０７Ａに係合する。さらに、カム環１０８に形成された第２，第３および第４カム溝部１０８Ａ，１０８Ｂ，１０８Ｃにも係合する。
【００２１】
また、カム環１０８の端部（第１鏡筒側）には、これと一体回転可能にズーム環１１１が取り付けられている。カム環１０８は、固定筒１０７に対してバヨネット結合構造等によって光軸方向への移動が阻止された状態で光軸回りで回転可能となっている。ズーム環１１１と噛み合ったモータユニット１１２を駆動すると、ズーム環１１１が回転駆動される。ズーム環１１１が回転すると、これと一体的にカム環１０８が固定筒１０７に対して光軸回りで定位置回転する。カム環１０８が回転すると、カム溝部１０８Ａ，１０８Ｂ，１０８Ｃとカムフォロア１０９との係合作用によって、第２，第３および第４鏡筒１０２〜１０４が光軸方向に移動する。これにより、電動ズーム駆動が行われる。
【００２２】
次に、モータユニット１１２について図４を用いて説明する。モータユニット１１２は、モータ本体１１２Ａと、該モータ本体の回転を減速して出力する減速ギアボックス１１２Ｂと、モータの駆動を回転角で表す為のパルス板１１２Ｃと前記回転角をパルス信号として検出する為のフォトインタラプタを保持した基板１１２Ｄを有する。
【００２３】
モータ本体１１２Ａの出力ギアと減速ギアボックス１１２Ｂの入力ギアは噛み合い取り付けられている。これによりモータ本体１１２Ａの出力トルクおよび回転速度は減速ギアボックス１１２Ｂで意図する出力トルクおよび回転速度に変換されてフォーカス環１１０およびズーム環１１１と噛み合っている減速ギアボックス１１２Ｂの出力ギアへと伝達される。また、モータ本体１１２Ａの出力軸には円板形状で周方向に一定の位相毎に切り欠きを有するパルス板１１２Ｃが取り付けられている。モータ本体１１２Ａが駆動するとパルス板１１２Ｃも回転する。この為、パルス板１１２Ｃの前記切り欠きを有する径の任意１点を見ると、切り欠きの有る無しでモータ本体１１２Ａの回転角を検出することが出来る。減速ギアボックス１１２Ｂには前記切り欠きの有る無しを読み取れる様にフォトインタラプタが取り付いた基板１１２Ｄが取り付けられており、フォトインタラプタが取り付いた基板１１２Ｄは記切り欠きの有る無しをパルス信号として出力する。
【００２４】
本実施例のレンズユニット１００は、フォトインタラプタが取り付いた基板１１２Ｄの出力から焦点位置の相対値を検出し、点灯の度にスイッチ１１４が作動するまで焦点位置を移動することで焦点位置の基準を検出する。前記焦点位置の基準と前記焦点位置の相対値とを組み合わせることで略絶対値として焦点位置を検出することが出来る。また、点灯の度に焦点位置の基準を検出すること、バックラッシュ等の焦点位置調整の誤差をリセットする為、完全な焦点位置の絶対値を検出できなくても焦点位置が深度を外れることはない。また、ボリュームエンコーダ１１５は４群鏡筒１０４の保持するカムフォロア１０９に係合しており、ズーミングによる４群鏡筒１０４の絶対位置を検出することでズームポジションの絶対位置を検出することが出来る。
【００２５】
図５には、本実施例のシフトユニット３００の外観図を示す。シフトユニット３００は、液晶プロジェクタ本体に取り付け固定される固定板３７０と、固定板３７０に対して上下方向（Ｙ方向）にシフトする第１のシフト板３７１と、左右方向（Ｘ方向）にシフトする第２のシフト板３７２から構成される。第１のシフト板３７１および第２のシフト板３７２にはそれぞれレンズユニット１００を差し込む開口部３７３および３７４が設けられており、レンズユニット１００は第２のシフト板３７２に取り付けられる。
【００２６】
第１のシフト板３７１には固定板３７０に形成された軸３７５に挿通する位置に上下方向の長穴３７６が形成されており、第１のシフト板３７１は固定板３７０に対して上下方向にシフト可能となる様に保持されている。また、第２のシフト板３７２には第１のシフト板７１に設けられた軸３７７に挿通する位置に左右方向の長穴３７８が形成されており、第２のシフト板３７２は固定板３７０に対して左右方向にシフト可能となる様に保持されている。
【００２７】
上記の様にシフトユニット３００を構成する事によって、レンズユニット１００はレンズユニットの光軸１００ａに対して直交する平面でシフト可能となる様に保持される。
【００２８】
次に、本実施例のシフトユニット３００のシフト駆動について説明する。固定板３７０には第１のシフト板３７１を上下にシフトするための第１のモータ３７９が不図示のモータ保持板金によって取り付けられる。第１のモータ３７９の回転は第1の歯車機構３８０を介して所定の回転数に減速され第１の送りねじ軸３８１に伝達される。第１の送りねじ軸３８１にはねじ部が形成されており、ねじ部には第１のナット部材３８２が螺合している。第１のナット部材３８２はシフト板３７１に設けられた第１の座部３８３に嵌入される。第１のモータ３７９が駆動すると第１の送りねじ軸３８１が回転し、第１のナット部材３８２は第１の座部３８３に当接した状態で上下方向にシフトする。従って、第１のシフト板３７１は第１のナット部材３８２の移動方向と同一方向にシフトすることとなる。
【００２９】
また第１のシフト板３７１には第２のシフト板３７２を左右にシフトするための第２のモータ３８４が不図示のモータ保持板金によって取り付けられる。第２のモータ３８４の回転は第２の歯車機構３８５を介して所定の回転数に減速され第２の送りねじ軸３８６に伝達される。第２の送りねじ軸３８６にはねじ部が形成されており、ねじ部には第２のナット部材３８７が螺合している。第２のナット部材３８７はシフト板３７２に設けられた第２の座部３８８に嵌入される。第２のモータ３８４が駆動すると第２の送りねじ軸３８６が回転し、第２のナット部材３８７は第２の座部３８８に当接した状態で左右方向にシフトする。従って、第２のシフト板３７２は第２のナット部材３８７の移動方向と同一方向にシフトすることとなる。
【００３０】
次に、本発明によるシフトユニット３００の位置検出について説明する。固定板３７０には第１のボリュームエンコーダ３８９が第１のエンコーダ保持板金３９０によって取り付けられ、第１のシフト板３７１の上下方向の絶対位置を検出する。また、第１のシフト板３７１には第２のボリュームエンコーダ３９１が第２のエンコーダ保持板金３９２によって取り付けられ、第２のシフト板３７２の左右方向の絶対位置を検出する。
【００３１】
図６に、本実施例の最小画角変動補正のブロック図を、図７に、本実施例の最小画角変動補正のアルゴリズムを示す。ボリュームエンコーダ３８９およびボリュームエンコーダ３９１から得たシフト位置情報によって最小画角変動を決定する。前記最小画角変動は、シフト位置毎の最小画角変動の実測値やシミュレーションから求めたテーブルから選択するか、ボリュームエンコーダ３８９およびボリュームエンコーダ３９１の計測値をパラメータとする関数から求めた値を用いる。前記最小画角変動を目標最小画角変動とし、目標最小画角変動をパルス数に換算する。さらに前記パルス数を電流印加時間に変換する。前記時間だけモータユニット１１２に電流を印加することでズーム環１１１を介してズームレンズである第２鏡筒１０２，第３鏡筒１０３，第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５が目標最小画角変動まで移動する。また、モータユニット１１２の回転量をボリュームエンコーダ１１５によって検出することで、目標最小画角変動との誤差をフィードバックし補正することが出来る。この構成により確実に目標最小画角変動にズームレンズである第２鏡筒１０２，第３鏡筒１０３，第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５を移動させることが出来る。
【００３２】
図８にシフト位置が上下左右0％の最小画角変動模式図、図９にシフト位置が上下0％右50％の最小画角変動（補正前）模式図、図１０にシフト位置が上下0％右50％の最小画角変動（補正後）模式図を示す。
【００３３】
シフト位置が上下左右0％の際の画像右端の最小画角変動をαとする。前記αは、1画素以下で且つユーザーが画角変動を認識できる量とする。図８，９，１０では、αは1画素以下となっていないのは理解し易い模式図とした為である。シフト位置が上下0％右50％の際の画像右端の最小画角変動をβとする。α≪βとなり、シフト位置が上下0％右50％ではスタックやマルチ投影を行った際に画角を揃えることは非常に困難になる。そこで本発明を用いて、βをβ´に補正する。β´＝αとすることで、シフト位置が上下0％右50％でスタックやマルチ投影を行った際にも良好に画角を揃えること出来るようになる。
【００３４】
また、βを1画素以下で且つユーザーが画角変動を認識できる量とすると、αが小さくなり過ぎてしまいユーザーが画角変動を認識できず問題になる。上記構成およびアルゴリズムによって、シフト機構によってレンズユニットが移動した際も、常に良好な最小画角変動を行えるプロジェクタを提供出来る様になる。また、シフト位置毎に求めた最小画角変動の値を連続画角変動（ズーミング）に用いることで、シフト位置の影響を受けずに常に一定速の連続画角変動（ズーミング）を行えるプロジェクタを提供出来る様にもなる。
【００３５】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、請求項に記載の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、光変調素子として、反射型液晶パネルや透過型液晶パネルを用いたが、これらに代えて、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いてもよい。また、フォーカシングの駆動時間の測定にボリュームエンコーダ、ズーミングおよびシフトの駆動時間の測定にパルス板とフォトインタラプタを用いても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１００  投写レンズ
１０１から１０６  第１〜第６鏡筒
１０７  固定筒
１０７Ａ  レンズ鏡筒用案内溝
１０８  カム環
１０８Ａ，１０８Ｂ，１０８Ｃ  カム溝
１０９  １、２、３、４、５群用カムフォロア
１１０  フォーカス環
１１１  ズーム環
１１２  モータ
１１３  モータ保持部材
１１４  スイッチ
１１５  ボリュームエンコーダ
２００  色分離合成ユニット
２０１  照明光学系
２０４  ダイクロイックミラー
２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃ  偏光ビームスプリッタ
２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂ  反射型表示素子
２０７  画像検出手段
２０８  保持部材
２０９  光源ランプ
２１０  色分解合成光学系の射出光軸
３００  シフトユニット
３７０  固定板
３７１  第１のシフト板
３７２  第２のシフト板
３７３，３７４  開口部
３７５，３７７  軸
３７６，３７８  長穴
３７９  第１のモータ
３８０  第１の歯車機構
３８１  第１の送りねじ軸
３８２  第１のナット部材
３８３  第１の座部
３８４  第２のモータ
３８５  第２の歯車機構
３８６  第２の送りねじ軸
３８７  第２のナット部材
３８８  第２の座部
３８９  第１のボリュームエンコーダ
３９０  第１のボリュームエンコーダ保持板金
３９１  第２のボリュームリニアエンコーダ
３９２  第１のボリュームエンコーダ保持板金
３９３Ｔ，３９３Ｂ，３９３Ｒ，３９３Ｌ  ゴム部材
３９４Ｔ，３９４Ｂ，３９４Ｒ，３９４Ｌ  当接部
５００  プロジェクタ
【図１】
2020003511.tif 000003
【図２】
2020003511.tif 000004
【図３】
2020003511.tif 000005
【図４】
2020003511.tif 000006
【図５】
2020003511.tif 000007
【図６】
2020003511.tif 000008
【図７】
2020003511.tif 000009
【図８】
2020003511.tif 000010
【図９】
2020003511.tif 000011
【図１０】
2020003511.tif 000012