CN102236243B - 透镜可偏移的图像投影设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及透镜可偏移的图像投影设备。图像投影设备(1)通过包括能在光轴方向上移动的聚焦元件(104)的投影光学***(105)将图像投影到投影表面上。该设备包括：偏移机构(103)，在包括与光轴方向正交的方向分量的偏移方向上移动投影光学***，使得移动投影的图像在投影表面上的位置；偏移位置检测器，检测由偏移机构移动的投影光学***的偏移位置；检测温度的温度检测器(106、309)；以及使聚焦元件移动的控制器(308)。该控制器依赖于由该温度检测器检测的温度并且依赖于由该偏移位置检测器检测的偏移位置来使该聚焦元件移动。

Description

透镜可偏移的图像投影设备
技术领域
本发明涉及诸如液晶投影仪之类的图像投影设备，并且特别涉及具有投影透镜偏移功能和温度聚焦校正功能的图像投影设备。
背景技术
图像投影设备通过诸如液晶面板或数字微反射镜器件之类的光调制元件将来自光源的光引到投影透镜(投影光学***)，并且通过投影透镜将图像投影到诸如屏幕之类的投影表面上。
在这种图像投影设备中，其温度变化通常产生投影透镜的聚焦变化，这导致设备投影离焦(out-of-focus)图像。因此，一些图像投影设备被设置有用于校正投影透镜的由温度变化引起的聚焦变化的温度聚焦校正功能。日本专利公开No.2007-241260公开了一种图像投影设备，其根据由温度传感器检测的温度来控制包括在投影透镜内的聚焦透镜的位置，以便执行投影透镜的温度聚焦校正。
此外，日本专利公开No.05-027324公开了一种图像投影设备，其具有用于在与其光轴正交的方向上相对于光调制元件而移动(偏移)投影透镜从而调整图像在投影表面上的投影位置的透镜偏移机构。
然而，这种透镜偏移改变了来自光调制元件的光通过的投影透镜的区域(光通过区域)，并且因此对于相同温度变化量的聚焦变化量(即，投影的图像的离焦量)相互不同。
图9示出了(A)投影透镜105位于其中来自光调制元件102的光通过投影透镜105的中心区域而到达投影表面401的偏移位置的情形、以及(B)投影透镜105位于其中来自光调制元件102的光通过投影透镜105的边缘区域而到达投影表面401的另一偏移位置的情形。在图9中，附图标记402表示透镜偏移量，并且附图标记403表示投影的图像在投影表面401上的偏移量。附图标记101表示光源灯。
在图9中示出的两种情形(A)和(B)中，由于从投影透镜105到投影表面401的光程长度彼此不同，因此即使温度变化量彼此相等，投影的图像在投影表面401上的离焦量也相互不同。
在日本专利公开No.2007-241260中公开的设备中执行的温度聚焦校正不能仅仅通过自身减少与投影透镜的偏移位置(偏移量)对应的这种离焦量。
发明内容
本发明提供一种能够执行充分的温度聚焦校正而同时具有投影透镜偏移功能的图像投影设备。
本发明作为其一个方面而提供了一种图像投影设备，该图像投影设备被配置为通过包括能在光轴方向上移动的聚焦元件的投影光学***将图像投影到投影表面上。该设备包括：偏移机构，被配置为在包括与光轴方向正交的方向分量(directional component)的偏移方向上移动该投影光学***，使得移动投影的图像在投影表面上的位置；偏移位置检测器，被配置为检测由该偏移机构移动的该投影光学***的偏移位置；温度检测器，被配置为检测温度；以及控制器，被配置为使该聚焦元件移动。该控制器被配置为依赖于由该温度检测器检测的温度并且依赖于由该偏移位置检测器检测的偏移位置来使该聚焦元件移动。
从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出作为本发明的实施例1的图像投影设备的配置的框图。
图2是示出在实施例1中的温度聚焦校正过程的流程图。
图3是示出在实施例1中的温度变化量和聚焦校正量之间的关系的曲线图。
图4是示出在实施例1中的依赖于透镜偏移位置的温度变化量和聚焦校正量之间的关系的曲线图。
图5示出在实施例1中的投影透镜的可偏移范围。
图6示出在作为本发明的实施例2的图像投影设备中的包括依赖于温度变化量和透镜偏移位置的聚焦校正量的数据表。
图7是示出在作为本发明的实施例3的图像投影设备中的温度聚焦校正过程的流程图。
图8是示出在实施例3中的依赖于透镜偏移位置的温度变化量和聚焦校正量之间的关系的曲线图。
图9示出依赖于透镜偏移的聚焦变化量的差别。
具体实施方式
将在下文中参考附图描述本发明的示例性实施例。
[实施例1]
图1示出作为本发明的第一实施例(实施例1)的液晶投影仪(图像投影设备)1的配置。
从光源灯101发射的光进入作为光调制元件的液晶面板102。液晶面板102形成与输入到投影仪1的视频信号对应的原始图像，并且因此进入液晶面板102的光根据原始图像而被调制，从而变为调制光112。
调制光112通过投影透镜(投影光学***)105作为投影光113而被投影到诸如屏幕之类的投影表面(未示出)上。投影透镜105包括能在投影透镜105的光轴方向上移动的聚焦透镜(聚焦元件)104。因此，图像(投影的图像)被显示在投影表面上。
投影仪1包括在水平方向和垂直方向上移动(偏移)投影透镜105的透镜偏移机构103，该水平方向和垂直方向是包括与投影透镜105的光轴方向正交的方向分量的方向。透镜偏移机构103包括两个偏移马达109，并且通过来自一个偏移马达109的驱动力使投影透镜105在水平方向上偏移，而通过来自另一偏移马达109的驱动力使投影透镜105在垂直方向上偏移。
透镜偏移机构103包括用来检测投影透镜105在水平方向和垂直方向上的偏移位置(在下文中被称为“透镜偏移位置”)的线性编码器107。每个线性编码器107输出与投影透镜105相对于预定的基准偏移位置的偏移量(移动量)(即，透镜偏移位置)对应的信号。
包括在投影透镜105内的聚焦透镜104通过来自聚焦马达108的驱动力而在投影透镜105的光轴方向上移动。移动聚焦透镜104改变了投影的图像的聚焦状态。
在投影仪1内，安装了温度传感器106。投影仪1依赖于由温度传感器106检测的温度而执行将在稍后描述的温度聚焦校正过程。期望的是将温度传感器106放置在投影透镜105附近。然而，温度传感器106可以被放置在远离投影透镜105的位置处，只要它是建立了来自温度传感器106的输出的变化量和投影的图像的聚焦状态的变化量的相关性的位置即可。可以将多个温度传感器安装在投影仪1中，以便使用由此检测的温度的平均值以用于温度聚焦校正过程。
投影仪1包括作为电路的主控制器300。主控制器300被设置有包括诸如开关、按钮和刻度盘(dial)之类的操作部件的操作部301，并且向灯控制器304、图像处理电路303、透镜偏移控制器306和聚焦控制器308输出与由用户对操作部件的操作对应的操作信号。
灯控制器304响应于来自操作部301的灯开/关操作信号而切换光源灯101的开和关。视频信号输入部302从诸如个人计算机之类的外部图像供应设备(未示出)接收视频信号，并且将其发送给图像处理电路303。图像处理电路303对接收的视频信号执行按比例缩放(scaling)、变换和颜色转换，并且将由这些处理产生的图像数据传送给面板驱动器305。此外，图像处理电路303产生示出菜单图像等的OSD图像，并且将其传送给面板驱动器305。
面板驱动器305基于从图像处理电路303传送的图像数据来驱动液晶面板102，以便使液晶面板102形成原始图像。
透镜偏移控制器306响应于来自操作部301的水平/垂直的透镜偏移操作信号来驱动上述两个偏移马达109，以便移动透镜偏移机构103，从而使投影透镜105在水平方向或垂直方向上偏移。
透镜偏移位置检测部307读取来自安装在透镜偏移机构103中的线性编码器107的输出，以便获取在水平方向和垂直方向上的透镜偏移位置。然后，透镜偏移位置检测部307将关于透镜偏移位置的信息发送给聚焦控制器308。线性编码器107和透镜偏移位置检测部307构成偏移位置检测器。
温度传感器控制器309以预定的时间间隔获取由温度传感器106检测的温度，并且将关于获取的温度的信息发送给聚焦控制器308。温度传感器106和温度传感器控制器309构成温度检测器。
作为控制器的聚焦控制器308响应于来自操作部301的聚焦操作信号来驱动聚焦马达108，以便移动聚焦透镜104。此外，聚焦控制器308通过使用来自透镜偏移位置检测部307的透镜偏移位置的检测结果和来自温度传感器控制器309的温度的检测结果来执行温度聚焦校正过程。
接下来，将参考图2所示出的流程图来描述由聚焦控制器308执行的温度聚焦校正过程。聚焦控制器308根据计算机程序来执行该过程。
响应于投影仪1的通电，聚焦控制器308执行温度聚焦校正过程的初始化。在该初始化中，聚焦控制器308在步骤40处从温度传感器控制器309获取关于当前温度(在通电时的温度)的信息，并且将其作为变量To存储到存储器(未示出)。
在温度聚焦校正过程的初始化之后，聚焦控制器308响应于通过操作部301的启动温度聚焦校正过程的指令或者到达自动计数的预定时刻而开始该过程。
首先，在步骤41处，聚焦控制器308从温度传感器控制器309获取关于当前温度(在执行该步骤时的温度)的信息，并且将其作为变量Tn存储到存储器。
接下来，在步骤42处，聚焦控制器308计算作为变量To与Tn之间的差(To-Tn)的温度变化量，并且将该温度变化量作为变量Td存储到存储器。
接下来，在步骤43处，聚焦控制器308将作为变量Td被存储到存储器的温度变化量与预定的阈值进行比较。如果温度变化量(Td)大于阈值，则聚焦控制器308进行到步骤44。如果温度变化量(Td)等于或小于阈值，则聚焦控制器308进行到步骤46。
在步骤44处，聚焦控制器308通过使用包括温度变化量(Td)作为参数的函数f来计算聚焦透镜104的移动量(在下文中被称为“聚焦校正量”)，并且将其作为变量D存储到存储器。聚焦校正量包括关于移动聚焦透镜104的方向的信息。稍后将更详细描述函数f。
接下来，在步骤45处，聚焦控制器308驱动聚焦马达108，以便以聚焦校正量(D)来移动聚焦透镜104。然后，在步骤46处，聚焦控制器308存储变量Tn的值作为变量To，并且结束温度聚焦校正过程的一个例程。
其后，聚焦控制器308以预定的时间间隔(例如，以一分钟的间隔)周期性地执行这种温度聚焦校正过程(从步骤41到步骤46的过程)。
接下来，将描述函数f。该函数f是针对温度变化量来计算聚焦校正量的函数。本实施例通过以下表达式(1)作为一个示例来定义针对温度变化量x(＝To-Tn)的聚焦校正量f(x)。
f(x)＝Ax2+Bx+C  …(1)
图3示出表达式(1)。在图3中，横轴表示温度变化量x，而纵轴表示聚焦校正量f(x)。
本实施例依赖于透镜偏移位置来改变表达式(1)中的系数A、B和C，即使温度变化量x是固定的，其也改变针对各个透镜偏移位置的聚焦校正量f(x)。
图5示出投影透镜105的实际偏移位置与其中(sx2+sy2)等于或小于1(≤1)的水平和垂直透镜偏移位置sx和sy的关系。由sx＝sy＝0来表示投影透镜105的光轴的位置与在液晶面板102上形成的原始图像的中心一致的透镜偏移位置。
图5示出从光轴方向观看的投影透镜105。来自液晶面板102的调制光(投影光)应该通过投影透镜105的有效区域51。投影透镜105的偏移改变了在有效区域51中的调制光通过的区域(部分区域)。
光通过区域54是在投影透镜105的光轴的位置与原始图像的中心和投影的图像的中心一致时调制光在有效区域51中通过的部分区域。投影透镜105的这种位置与上述基准偏移位置对应。光通过区域53是在投影透镜105从基准偏移位置偏移到水平偏移结束位置时调制光在有效区域51中通过的部分区域。光通过区域55是在投影透镜105从基准偏移位置偏移到垂直偏移结束位置时调制光在有效区域51中通过的部分区域。
由于本实施例投影水平边长度比垂直边长度长的图像，因此垂直透镜可偏移量大于水平透镜可偏移量。在距离基准偏移位置的较大的垂直透镜可偏移量被定义为1时，示出sx和sy的可变范围的透镜可偏移范围52变为如图5所示的椭圆形范围。
图4示出了当水平和垂直透镜偏移位置sx和sy为0时的函数f(系数由A0、B0和C0表示)、以及当投影透镜105的偏移位置到基准偏移位置的距离为1(即，sx2+sy2＝1)时的函数f(系数由A1、B1和C1表示)。另外，图4还示出了当水平和垂直透镜偏移位置sx和sy既不是0也不是满足sx2+sy2＝1的值时的函数f(系数由A、B和C表示)。在图4中，横轴表示温度变化量x，而纵轴表示聚焦校正量f(x)。如从图4了解的，随着温度变化量x增大，聚焦校正量f(x)增大，而随着投影透镜105的偏移位置与基准偏移位置的距离增大，针对相同温度变化量的聚焦校正量f(x)增大。
使用在设计中或通过实验决定的系数A0、B0、C0、A1、B1和C1，通过以下计算表达式(2)到(5)能够获得与各个透镜偏移位置对应的系数A、B和C。K表示与投影透镜105到基准偏移位置的偏移量对应的透镜偏移量。
K＝√(sx2+sy2)…(2)
A＝KA1+(1-K)A0…(3)
B＝KB1+(1-K)B0…(4)
C＝KC1+(1-K)C0…(5)
然后，将通过上述计算表达式(3)到(5)计算的系数A、B和C应用到表达式(1)，使得可以依赖于温度变化量和透镜偏移位置来计算聚焦校正量f(x)，换言之，使得可以计算适合于各个透镜偏移位置的针对各个温度变化量的聚焦校正量f(x)。
如上所述，本实施例依赖于透镜偏移位置来校正(改变)针对温度变化量的聚焦校正量。因此，不管投影透镜105的偏移位置如何，本实施例都能够充分地校正投影光学***的由温度变化引起的聚焦变化，也就是说，减少投影的图像的离焦量。
虽然本实施例定义函数f为二次函数，但是可以通过使用诸如线性函数、三次函数和指数函数之类的其它函数来定义函数f，只要使用能够较好地近似针对温度变化量的聚焦校正量的函数即可。这也适用于稍后描述的实施例3。
[实施例2]
接下来，将描述本发明的第二实施例(实施例2)。虽然实施例1描述了图2所示出的温度聚焦校正过程通过使用包括温度变化量作为参数的函数f来在步骤44处执行聚焦校正量的计算的情况，但是聚焦校正量可以从预存储在存储器中的数据表中读取。
图6示出包括与代表性的透镜偏移量(代表性的到基准偏移位置的偏移量)K和代表性的温度变化量x对应的聚焦校正量的数据的数据表。通过在实施例1中描述的表达式(2)计算代表性的透镜偏移量K。数据表以1℃为间隔地设定代表性的温度变化量x在从-40℃到+40℃的范围内，并且以0.2为间隔地设定代表性的透镜偏移量K在从0.0到1.0的范围内，并且因此存储486(＝81×6)个聚焦校正量。可以任意地改变代表性的温度变化量和代表性的透镜偏移量的范围和间隔。
如果检测的温度变化量或检测的透镜偏移量是在两个代表值(代表性的温度变化量或代表性的透镜偏移量)之间的值，则可以使用与两个代表值中的比另一个代表值更接近检测值的一个代表值对应的聚焦校正值。此外，可以通过使用两个代表值的内插来计算使用的聚焦校正值。
然后，在图2所示出的步骤45处，聚焦控制器308驱动聚焦马达108，以便以使用这种数据表决定的聚焦校正量(D)来移动聚焦透镜104，这使得能够执行适合于投影透镜105的偏移位置的温度聚焦校正。
[实施例3]
接下来，将描述本发明的第三实施例(实施例3)。虽然实施例1和2描述了通过计算或者通过从数据表读取来获得针对检测的透镜偏移位置(透镜偏移量)和检测的温度变化量的聚焦校正量的情况，但是实施例3依赖于透镜偏移位置(透镜偏移量)来校正(改变)检测的温度变化量，并且随后获得针对校正后的(改变后的)温度变化量的聚焦校正量。
图7示出了示出在本实施例中的温度聚焦校正过程的流程图。在本实施例(图7)中与实施例1(图2)中的步骤相同的步骤由与图2中相同的附图标记表示，并且其描述被省略。
在本实施例中，紧接在步骤42之后增加了步骤71。在步骤71处，聚焦控制器308通过包括温度变化量Td作为参数的函数g来校正在步骤42处计算的温度变化量Td(＝To-Tn)。计算的温度变化量Td在下文中被称为“检测的温度变化量”。然后，聚焦控制器308将校正后的检测的温度变化量(在下文中被简单称为“校正后的温度变化量”作为变量Td重新存储到存储器。
其后，在接下来的步骤43′处，聚焦控制器308将校正后的温度变化量(Td)与预定的阈值进行比较。如果校正后的温度变化量(Td)大于阈值，则聚焦控制器308进行到步骤44′。如果校正后的温度变化量(Td)不大于阈值，则聚焦控制器308进行到步骤46。
在步骤44′处，聚焦控制器308通过使用包括校正后的温度变化量(Td)作为参数的函数f′来计算聚焦校正量，并且将计算的聚焦校正量作为变量D存储到存储器。稍后将更详细描述函数f′。
将描述在步骤71处使用的函数g。该函数g是用于依赖于透镜偏移量来校正检测的温度变化量x的函数。本实施例如下地定义校正后的温度变化量g(x)：
g(x)＝(RK+1)x  …(6)
其中R表示在设计中或通过实验决定的任意系数，并且K表示由实施例1中示出的表达式(2)定义的透镜偏移量。
作为示例，图8示出了在R为+0.5时的各个校正后的温度变化量g(x)。如图8所示，改变透镜偏移量K改变了针对相同的检测的温度变化量x的校正后的温度变化量g(x)。具体来说，随着透镜偏移量K增大，针对相同的检测的温度变化量x的校正后的温度变化量g(x)增大。
接下来，将描述在步骤44′处使用的函数f′。函数f′是用于计算针对校正后的温度变化量g(x)的聚焦校正量的函数。本实施例使用包括与透镜偏移量无关的固定系数A、B和C的表达式(1)来作为函数f′(参见图3)。系数A、B和C在设计中或通过实验被决定，使得函数f′示出在投影透镜105位于基准偏移位置(sx＝sy＝0)时的聚焦校正量。
本实施例也依赖于透镜偏移位置来改变针对温度变化量的聚焦校正量。因此，不管投影透镜105的偏移位置如何，本实施例也能够充分地校正投影光学***的由温度变化引起的聚焦变化，也就是说，减少投影的图像的离焦量。
另外，与实施例1相比，本实施例还能够减少用于获得聚焦校正量的整个计算量。
本实施例描述了依赖于透镜偏移位置来校正检测的温度变化量(To-Tn)以便获得校正后的温度变化量的情况。然而，可以作为在被检测且依赖于各个透镜偏移量被校正的温度To和Tn之间的差来获得校正后的温度变化量。
虽然上述实施例中的每一个描述了液晶投影仪，但是本发明的可替代实施例包括除液晶投影仪以外的使用数字微反射镜器件或激光扫描器件的投影仪。
此外，在本发明的实施例中，投影光学***不限于透镜***，而可以是通过使用诸如棱镜或反射镜之类的其它光学元件而形成的光学***。
此外，在本发明的实施例中，投影仪不限于集成投影透镜的投影仪，而可以是可更换投影透镜的投影仪。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。

Claims (3)

1.一种图像投影设备(1)，被配置为通过包括能在光轴方向上移动的聚焦元件(104)的投影光学***(105)将图像投影到投影表面上，所述图像投影设备包括：
偏移机构(103)，被配置为在包括与光轴方向正交的方向分量的偏移方向上移动所述投影光学***，使得移动投影的图像在投影表面上的位置；
偏移位置检测器(107、307)，被配置为检测由所述偏移机构移动的所述投影光学***的偏移位置；
温度检测器(106、309)，被安装在所述图像投影设备内并且被配置为检测温度；
聚焦马达(108)，被配置为以聚焦校正量来移动所述聚焦元件，以及
控制器(308)，被配置为控制所述聚焦马达，
其特征在于，所述聚焦校正量依赖于由所述温度检测器检测的温度并且依赖于由所述偏移位置检测器检测的偏移位置。
2.根据权利要求1所述的图像投影设备(1)，
其中所述控制器(308)被配置为依赖于由所述温度检测器(106、309)检测的温度的变化量来决定所述聚焦元件的移动量，以及
其中所决定的针对第一偏移位置的移动量不同于所决定的针对第二偏移位置的移动量，其中第一偏移位置是由所述偏移位置检测器(107、307)检测的偏移位置，而第二偏移位置是与第一偏移位置不同的偏移位置。
3.根据权利要求1所述的图像投影设备(1)，其中所述控制器(308)被配置为依赖于由所述偏移位置检测器(107、307)检测的偏移位置来改变由所述温度检测器(106、309)检测的温度或温度的变化量，并且所述聚焦马达根据改变后的温度或改变后的温度变化量来移动所述聚焦元件(104)。
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