CN1881071A - 投影机及投影方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够在投影画面的整面对焦并防止梯形失真的发生的投影机。在液晶光阀(32)的整体形成聚焦确认用的图形图像，在中心位置CT形成聚焦标记的被投影图像。用户，在利用了聚焦环(46)的投影光学***(40)的对焦时，利用聚焦标记确认对焦。其次，用户，使液晶光阀(32)的倾斜角度适当增减。用户，利用投影到屏幕SC整体的聚焦确认用的图形，使得在上下端也对焦地对操作部(83)进行操作而调节液晶光阀(32)的倾斜角。控制部(85)，通过在液晶显示面板(32b)上形成以取上下的投影倍率的倒数的比率进行了梯形校正的图像图形，在屏幕SC上投影无失真的图像。

Description

投影机及投影方法

技术领域

本发明涉及采用液晶显示面板及其他的光调制装置投影图像的投影机及使用此的投影方法。

背景技术

投影机，通常配置于桌上，对桌子上方垂直配置的屏幕上投影图像。在这种情况下，水平配置投影机主体，通过透镜移位进行倾斜投影，来防止梯形失真和对焦模糊。

但是，在采用透镜移位的情况下，使光阀的光轴和投影透镜的光轴偏移进行配置。因此，为了得到与不进行这样的透镜移位的情形同等的亮度，需要使投影透镜的口径充分地大，存在投影机主体的尺寸增大，制造成本增加的倾向。上述那样的倾向，尤其，在投影距离较短或将投影机配置于相对于屏幕相当低的位置的用途中变得显著。

因此，在假定以投影距离较短的状态或配置于距屏幕相当低的位置的状态使用的小型桌上投影机及其他的投影机中，一般进行使投影机主体倾斜的“倾斜投影”，对此时发生的梯形失真通过数字图像处理进行校正(参照专利文献1、2)。

并且，另外的投影机，具备形成存在梯形失真的中间像的第1投影光学***，和消除中间像的梯形失真的第2投影光学***；通过使构成第2投影光学***的透镜要素在光轴方向上移动、改变角度，能够在投影画面的整面对焦，能够防止梯形失真的发生(参照专利文献3)。

专利文献1：特开2003-283963号公报

专利文献2：特开2003-78842号公报

专利文献3：特开平6-148566号公报

可是，在以前者那样的倾斜投影作为前提的投影机中，在缩短投影距离、使投影机主体倾斜得大的情况下，投影距离之差在画面上下变大，尽管对投影透镜要求宽的焦深，但是在另一方面，必须扩大视场角，不容易得到兼顾它们的投影透镜。

并且，在后者那样的投影机中，需要使构成投影透镜的多个透镜要素在光轴方向上移动、改变角度，不但投影透镜和驱动机构变大，而且控制机构也变得复杂，投影机的成本增加。

发明内容

因此，本发明，目的在于提供采用比较小型而廉价的投影透镜，能够在投影画面的整面对焦并防止梯形失真的发生的投影机及使用其的投影方法。

为了解决上述问题，本发明的投影机，具备：(a)相应于图像信息对照明光进行调制的光调制装置；(b)将被光调制装置调制过的调制光作为图像投影到屏幕上的投影光学***；(c)可以在使光调制装置对于光轴倾斜的状态下对其进行保持的可动保持器；和(d)控制处理装置，其在光调制装置配置得对于投影光学***及屏幕满足向甫鲁(Scheimpflug)条件的情况下，基于从投影光学***到屏幕的距离和光调制装置的倾斜角，通过对形成于光调制装置的被投影图像进行修正，来校正投影到屏幕上的图像的梯形失真。

在上述投影机中，因为可动保持器可以使光调制装置对于光轴倾斜进行保持，所以能够使光调制装置，配置得对于投影光学***及屏幕满足向甫鲁条件。因而，能够使投影到屏幕上的图像的焦点在屏幕上的各位置对焦。并且，在满足上述向甫鲁条件的情况下，控制处理装置，因为基于从投影光学***到屏幕的距离和光调制装置的倾斜角，对投影到屏幕上的图像的梯形失真进行校正，所以不用采用特殊的投影光学***，就能够使投影图像的焦点在整体对焦使之鲜明而能够抑制投影图像的梯形失真的发生。

并且，依照本发明的具体的方式或观点，投影光学***，具有焦点调节用的聚焦环；控制处理装置，基于对聚焦环的距离信息进行检测的距离传感器的输出确定到屏幕的距离。该情况下，能够比较正确且简单地得出到屏幕的距离，结果，能够比较简易地投影梯形失真小的图像。

并且，依照本发明的另一方式，还具备对光调制装置的倾斜角信息进行检测的倾斜传感器；控制处理装置，基于倾斜传感器及距离传感器的输出，取得涉及屏幕对于光轴的倾斜状态的信息。该情况下，基于涉及屏幕的倾斜状态的信息，能够可靠地校正投影图像的梯形失真。

并且，依照本发明的别的方式，可动保持器，使光调制装置绕光轴所通过的中心位置旋转；控制处理装置，在光调制装置的倾斜量调整时，将聚焦状态确认用的被投影信息写入到光调制装置的中心位置或其附近位置。该情况下，被投影信息的投影像被投影到屏幕上，能够参照这样的聚焦状态确认用的投影像在光轴上的中心位置使图像对焦，因为能够在光轴上的中心位置维持着对焦状态不变的状态下使光调制装置旋转，所以能够迅速地使投影图像整体对焦。

并且，本发明的投影方法，通过由光调制装置相应于图像信息对照明光进行调制而得到调制光，并通过投影光学***将该调制光作为图像投影到屏幕上；包括：(a)通过使光调制装置相对光轴以预定的倾斜角被保持，将光调制装置，配置得对于投影光学***及屏幕满足向甫鲁条件的步骤；(b)通过基于从投影光学***到屏幕的距离和光调制装置的倾斜角，对形成于光调制装置的被投影图像进行修正，来校正投影到屏幕上的图像的梯形失真的步骤。还有，所谓预定的倾斜角，包括光调制装置的法线平行于光轴的无倾斜的状态(倾斜角为零)。

在上述投影方法中，因为能够将光调制装置配置得对于投影光学***及屏幕满足向甫鲁条件，所以能够使投影到屏幕上的图像的焦点在屏幕上的各位置对焦。并且，在上述满足向甫鲁条件的情况下，因为基于从投影光学***到屏幕的距离和光调制装置的倾斜角，对投影到屏幕上的图像的梯形失真进行校正，所以不用采用特殊的投影光学***，就能够使投影图像的焦点简易地在整体对焦而能够抑制投影图像的梯形失真的发生。

附图说明

图1是对第1实施方式的投影机进行说明的图。

图2是对内装于图1的投影机的电路等进行说明的框图。

图3是对图1的投影机的投影机的使用状态进行说明的图。

图4是对图1的投影机中的投影倍率模式性地进行说明的图。

图5是对第2实施方式的投影机的一部分进行说明的框图。

符号说明

10…照明装置，12…照明单元，30…光调制装置，32…液晶光阀，32a、32c…偏振板，32b…液晶显示面板，34…旋转驱动装置，40…投影光学***，44…镜筒，46…聚焦环，50…电路单元，70…收置部，81…图像处理部，82…面板驱动部，83…操作部，84…驱动电路，85…控制部，92…倾斜传感器，93…距离传感器，100…投影机，CT…中心位置，SA…***光轴，SC…屏幕

具体实施方式

第1实施方式

图1，是用于对第1实施方式的投影机的结构进行说明的分解立体图。本实施方式中的投影机100，具备照明装置10，光调制装置30，投影光学***40，和电路单元50。它们之中，构成照明装置10、光调制装置30、及投影光学***40的各光学元件，在设定了预定的***光轴SA的为光学部件用壳体的收置部70内，以已被定位的状态被收置。

照明装置10，嵌入于长方体状的收置部70而被固定，具备：包括发光源的照明单元12，光束整形用的扩展透镜14，和为散热装置的冷却翅片16。其中，照明单元12，具有：发出足以形成像光的光量的光源光的LED光源12a，和通过在光束截面内使光源光均匀化而形成光调制装置30用的照明光的光均匀化元件12c。扩展透镜14，收置于收置部70内通过未图示出来的单元所固定。该扩展透镜14，通过进行照明光的光束截面形状的光学性扩展，有效地照明光调制装置30的被照射区域内。冷却翅片16，通过空冷进行在照明单元12的光源光发生时所产生的热的散热。

光调制装置30，收置于收置部70内而固定，具有：液晶光阀32，和旋转驱动装置34。液晶光阀32，为彩色显示型的单板式光调制装置。液晶光阀32，通过内装的偏振板32a将入射的照明光的偏振方向限制在更窄的范围而提高偏振度。进而液晶光阀32，通过相应于输入到内装的液晶显示面板32b的驱动信号或者图像信号、以像素为单位、对照明光的偏振状态进行调整，由被上述的偏振板32a提高了偏振度的照明光形成调制光。进而，液晶光阀32，通过内装的偏振板32c，通过从由液晶显示面板32b所得到的调制光对特定方向的偏振分量进行选择而形成像光。

液晶光阀32，通过旋转驱动装置34而支持，以其图像形成区域的中心位置CT作为支点，可以绕与***光轴SA垂直地延伸的例如X轴旋转。旋转驱动装置34，后述，能够使液晶光阀32对于光轴倾斜成预期的角度对其进行保持。即，能够将液晶光阀32的法线对于光轴设定成预期的角度(包括0°)。此时，对液晶光阀32的倾斜角度，利用倾斜传感器(未图示)进行监视。

投影光学***40，包括多个透镜42而构成，通过镜筒44部分收置于收置部70而被固定。投影光学***40，将通过光调制装置30所形成的像光，作为投影光以适当的放大率投影到屏幕(未图示)上。在投影光学***40的镜筒44的外周，设置着沿镜筒44的侧面进行旋转的聚焦环46，通过使该聚焦环46适当旋转，能够使多于或等于1个的透镜42在光轴方向上移动，能够对投影到屏幕上的图像的聚焦状态进行调节。聚焦环46，具有对其旋转量进行检测的距离传感器(未图示)，基于该距离传感器的输出，能够检测从投影光学***40到屏幕的距离来作为距离信息。

电路单元50，将电力供给到照明装置10，用于对光调制装置30的工作状态进行调整，由在表面具有布线用的电路图形的基板，和安装于基板之上的IC及其他的电子部件构成。

图2，是对内装于图1的投影机100的电路装置的一部分概念性地进行说明的框图。

该电路装置，具备：输入视频信号等的外部图像信号的图像处理部81，对在图1中也表示的液晶显示面板32b进行驱动的面板驱动部82，通过用户进行操作而输入用户的指令的操作部83，使图1中也表示的旋转驱动装置34进行工作的驱动电路84，对它们的工作总括性地进行控制的控制部85；另外，还具备：对液晶光阀32的倾斜角度进行检测的倾斜传感器92，和对在图1中所示的聚焦环46的旋转位置进行检测的距离传感器93。它们之中，图像处理部81、面板驱动部82、驱动电路84、控制部85等，组装到在图1中所示的电路单元50中。

图像处理部81，通过对于从外部输入的图像信号实施适当的处理，能够对应当投影到屏幕上的图像的大小和失真进行校正，或者对色平衡进行校正。并且，图像处理部81，基于来自控制部85的指令信号而工作，例如，通过面板驱动部82将经过梯形变换了的图像图形(被投影图像)写入到液晶显示面板32b的图像形成区域之中的适当的区域。由此，即使在屏幕对于投影光学***40倾斜配置的情况下，也能够将无失真的图像投影到屏幕上的矩形区域。并且，图像处理部81，能够将取代或者重叠于图像信号、由符号或文字构成的附加信息作为图像投影到屏幕上。即，图像处理部81，基于来自控制部85的指令信号而工作，例如，通过面板驱动部82对于液晶显示面板32b进行适当的写入，将涉及投影机100的工作设定、确认菜单、工作状态等的各种信息显示于屏幕上，并在液晶显示面板32b的中心位置CT或其附近位置进行聚焦状态确认用的聚焦标记(被投影信息)的写入，将对应的聚焦状态确认用的标记投影到屏幕上。该标记，在利用聚焦环46的投影光学***40的对焦时被利用。

面板驱动部82，基于从图像处理部81输出的处理完的图像信号，产生对液晶显示面板32b的工作状态进行调节的驱动信号。由此，在由液晶显示面板32b及附随其的偏振板32a、32c构成的液晶光阀32中，对应于从图像处理部81所输入的图像信号等，能够形成作为透射率分布的预期的影像乃至图像。

驱动电路84，通过将控制信号输出到旋转驱动装置34，能够适当增减液晶光阀32的倾斜角度，并基于来自组装入旋转驱动装置34的倾斜传感器92的检测信号，对液晶光阀32的倾斜角度进行监视。

控制部85，用于总括性地控制投影机100的工作，通过图像处理部81对应当显示于液晶显示面板32b的图像进行调整。并且，控制部85，基于来自操作部83的指令使旋转驱动装置34适当工作，能够将液晶光阀32的倾斜姿态设定为满足向甫鲁条件的状态，能够通过倾斜传感器92对此时的液晶光阀32的倾斜角进行检测。并且，控制部85，能够通过距离传感器93一直监视着聚焦环46的旋转位置，对从投影光学***40到屏幕的距离进行检测。即，在用户操作聚焦环46、在屏幕上的与***光轴SA的交点区域进行对焦的情况下，可计算出从投影光学***40到屏幕上的该交点区域的距离。

图3，是对实施方式的投影机100的使用状态进行说明的图。将投影机100配置于台2上而投影到屏幕SC时，在投影机100的仰角小的情况下，可知：到屏幕SC的下端的距离Si1，和到屏幕SC的上端的距离Si2的差小，所要求的焦深小。另一方面，在投影机100的仰角大的情况下，可知：到屏幕SC的下端的距离Si1’，和到屏幕SC的上端的距离Si2’的差大，所要求的焦深大。即，在仰角大的状态下所使用的投影机100，难以仅通过投影光学***40而使焦深变大，优选：对于屏幕SC，投影机100的投影光学***40和液晶光阀32配置得满足向甫鲁条件(为被投影体的液晶光阀32的像形成面，投影光学***40的透镜主面，和为像面的屏幕SC相交于一处)。在满足这样的向甫鲁条件的情况下，能够与投影光学***40的焦深的大小无关地使投影像在屏幕SC的上下对焦。

图4，是对实施方式的投影机100中的投影倍率的设定模式性地进行说明的图。在该投影机100中，通过使液晶光阀32仅倾斜倾斜角α，而在投影光学***40及屏幕SC之间满足向甫鲁条件。倾斜角α，作为倾斜传感器92的倾斜的测量值是已知的。

还有，在图中，角度β表示屏幕SC的倾斜角，角度θ1表示向屏幕SC上端的投影光学***40的发散角，角度θ2表示向屏幕SC下端的投影光学***40的发散角。并且，符号a表示从投影光学***40的主点(主面)到液晶光阀32的中心位置CT的距离，符号b表示从投影光学***40的主点(主面)到延长于***光轴SA的屏幕SC的距离。其中距离a为设计投影机100时所确定的已知的值；距离b，可从距离传感器93的测量值换算而已知。并且，符号Si1表示从投影光学***40的主点到屏幕SC下端的距离，符号Si2表示从投影光学***40的主点到屏幕SC上端的距离，符号S01表示从投影光学***40的主点到液晶光阀32上端的距离，符号S02表示从投影光学***40的主点到液晶光阀32下端的距离。

该情况下，投影到屏幕SC的图像下端的投影倍率M1，和在图像上端的投影倍率M2，由：

M1＝Si1/So1                                        …(1)

M2＝Si2/So2                                        …(2)给出。因而，投影到屏幕SC的图像的上下边之比R，由：

R＝M2/M1＝(Si1·So2)/(So1·Si2)                    …(3)给出。通过利用该比R，能够对应当形成于设置于液晶光阀32的液晶显示面板32b的图像形成区域的图像图形进行校正。即，通过在液晶显示面板32b上预先形成以取比R的倒数的比率进行了梯形校正的图像图形，能够将矩形轮廓无失真的图像投影到屏幕SC上。

还有，距离Si1、Si2、So1、So2，以液晶光阀32的纵向尺寸为L，由下式给出。

Si1＝b(1-tanβ×tanθ2/(1+tanβ×tanθ2))

   ＝b/(1+tanβ×tanθ2)

Si2＝b(1+tanβ×tanθ1/(1-tanβ×tanθ1))

   ＝b/(1-tanβ×tanθ1)

So1＝a+(L/2)sinα

S02＝a-(L/2)sinα还有，Si1，由b-x给出，利用：因为b×tanθ2＝x/tanβ+xtanθ2，所以x＝b×tanθ2×tanβ/(1+tanβ×tanθ2)，如上述地给出。同样地，Si2，由b+y给出，利用y＝b×tanθ1×tanβ/(1-tanβ×tanθ1)，如上述地给出。

并且，在以上的式中，tanβ＝(b/a)tanα，并且，在液晶光阀32不倾斜的α＝0的情况下为θ1＝θ2＝θ0＝tan^-1(L/2a)，并且，作为在液晶光阀32侧上下端的光线的扩展角θ1、θ2反转被维持，由：

tanθ1＝tanθ0×cosα/(1-tanθ0×sinα)

tanθ2＝tanθ0×cosα/(1+tanθ0×sinα)给出。其中，关于角度θ1、θ2，因为倾斜角度α一般较小，所以一般即使近似成θ1＝θ2＝θ0也不会产生问题。

归纳以上，因为能够以通过倾斜传感器92得到的倾斜角α，和通过距离传感器93得到的距离b作为变量来求距离Si1、Si2、So1、So2，所以能够确定不加校正的情况下的投影图像的上下边之比R，能够简单地确定作为目标的梯形校正量(上下变倍比)1/R。

以下，对第1实施方式的投影机100的使用方法进行说明。首先，将投影机100放置于台2上，配置得使投影像的整体处于屏幕SC内。其次，通过用户对操作部83进行操作，通过控制部85，指令被送到图像处理部81，在液晶光阀32的整体形成由聚焦确认用的整域图形构成的被投影图像，重叠于其地在中心位置CT形成聚焦标记的被投影图像。即，在屏幕SC整体投影聚焦确认用的整域图形，在屏幕SC上的***光轴SA通过的位置CTS投影聚焦标记。用户，在利用了聚焦环46的投影光学***40的对焦时，利用后者的聚焦标记来确认对焦。其次，通过用户对操作部83进行操作，通过控制部85，指令被送到驱动电路84，使液晶光阀32的倾斜角度适当增减。用户，利用投影到屏幕SC整体的聚焦确认用的整域图形，对操作部83进行操作而调节液晶光阀32的倾斜角，使得屏幕SC上的投影图像不但在位置CTS，而且在上下端也对焦。如此一来，在屏幕SC整体已对焦的状态下，满足向甫鲁条件。控制部85，基于上述的(3)式计算比R，并通过在液晶显示面板32b上形成以取比R的倒数的比率进行了梯形校正的图像图形，在屏幕SC上投影无失真的图像。

以上的操作，能够反复多次，通过在梯形校正后的图像图形中维持聚焦标记的重叠，能够对聚焦环46的位置和液晶光阀32的倾斜角进行再调整。由此，可以进行更正确的对焦及梯形校正。

还有，在结束以上的对焦及梯形校正之后，通过用户对操作部83进行操作，通过控制部85，指令被送到图像处理部81，从投影图像消除聚焦确认用的整域图形、聚焦标记。

第2实施方式

图5，是对第2实施方式的投影机的一部分概念性地进行说明的框图。第2实施方式的投影机，对第1实施方式的投影机进行了变形，对共同部分附加相同的符号而省略重复说明。并且，对于未加特别说明的部分，第2实施方式的投影机，具有与第1实施方式的投影机相同的结构。

构成第2实施方式的投影机的电路装置，还具备分区域对焦传感器195，和透镜驱动部196。分区域对焦传感器195，能够在投影到屏幕SC的图像的中央部、上部、及下部检测对焦状态。并且，透镜驱动部196，能够使聚焦环46机械性地工作，自动地调节投影光学***40的对焦状态。

以下，对第2实施方式的投影机的工作进行说明。首先，将投影机100放置于台2上，配置得使投影像的整体处于屏幕SC内。其次，通过用户对操作部83进行操作，指令被送到控制部85，自动地进行焦点调整和梯形校正。具体地，通过控制部85，指令被送到图像处理部81，在液晶光阀32形成(写入)具有聚焦确认用的整域图形和光轴及其附近的聚焦标记的被投影图像，在屏幕SC上投影整域图形和聚焦标记。控制部85，涉及上述聚焦标记，一边利用分区域对焦传感器195一边使透镜驱动部196适宜工作而进行投影光学***40的对焦。其次，控制部85，通过将指令送到驱动电路84而使液晶光阀32的倾斜角度适当增减。即，控制部85，涉及上述整域图形，一边利用分区域对焦传感器195，一边对液晶光阀32的倾斜角度进行调节使得屏幕SC上的投影图像就连在上下端也对焦。由此，在屏幕SC整体成为已对焦的状态，自动地达到向甫鲁条件。最后，控制部85，基于上述的(3)式计算比R，并通过在液晶显示面板32b上形成以取比R的倒数的比率进行了梯形校正的图像图形，在屏幕SC上投影无失真的图像。

虽然就以上实施方式对本发明进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。例如在上述实施方式中，虽然通过旋转驱动装置34使液晶光阀32绕X轴以中心位置CT作为支点旋转，但是也能够使液晶光阀32绕Y轴旋转。该情况下，虽然因为原理相同而省略详细说明，但是也可以不但进行上下方向的对焦及梯形校正，而且也进行左右方向的对焦及梯形校正。

另外，以上的液晶光阀32，虽然为单板式，但是在例如分别地具备红、蓝、及绿用的液晶光阀，对形成于它们的各色的图像进行合成的类型的投影机中，也能够一边对各液晶光阀的倾斜量进行调节而使向甫鲁条件成立，一边基于各液晶光阀的倾斜角和从投影光学***到屏幕的距离来进行屏幕上的投影图像的梯形校正。

另外，液晶光阀32，能够置换成反射型的倾斜镜器件。该情况下，也能够一边对倾斜镜器件整体的倾斜量进行调节而使向甫鲁条件成立，一边基于倾斜镜器件的倾斜角和从投影光学***到屏幕的距离来进行屏幕上的投影图像的梯形校正。

Claims (5)

1.一种投影机，其特征在于，具备：

光调制装置，其相应于图像信息对照明光进行调制；

投影光学***，其将通过前述光调制装置所调制的调制光，作为图像投影到屏幕上；

可动保持器，其可以在使前述光调制装置相对光轴倾斜的状态下对其进行保持；和

控制处理装置，其在前述光调制装置配置得相对前述投影光学***及前述屏幕满足向甫鲁条件的情况下，通过基于从前述投影光学***到前述屏幕的距离和前述光调制装置的倾斜角、对形成于前述光调制装置的被投影图像进行修正，而对投影到前述屏幕上的图像的梯形失真进行校正。

2.按照权利要求1所述的投影机，其特征在于：

前述投影光学***，具有焦点调节用的聚焦环；

前述控制处理装置，基于对前述聚焦环的距离信息进行检测的距离传感器的输出，确定到前述屏幕的距离。

3.按照权利要求2所述的投影机，其特征在于：

还具备对前述光调制装置的倾斜角信息进行检测的倾斜传感器；

前述控制处理装置，基于前述倾斜传感器及前述距离传感器的输出，取得与前述屏幕相对前述光轴的倾斜状态相关的信息。

4.按照权利要求1～3中的任何一项所述的投影机，其特征在于：

前述可动保持器，使前述光调制装置绕前述光轴所通过的中心位置旋转；

前述控制处理装置，在前述光调制装置的倾斜量调整时，将聚焦状态确认用的被投影信息写入到前述光调制装置的前述中心位置或其附近位置。

5.一种投影方法，其通过由光调制装置相应于图像信息对照明光进行调制而得到调制光，并通过投影光学***将该调制光作为图像投影到屏幕上；其特征在于，包括：

通过使前述光调制装置相对光轴以预定的倾斜角被保持，将前述光调制装置，配置得相对前述投影光学***及前述屏幕满足向甫鲁条件的步骤；和

通过基于从前述投影光学***到前述屏幕的距离和前述光调制装置的倾斜角、对形成于前述光调制装置的被投影图像进行修正，而对投影到前述屏幕上的图像的梯形失真进行校正的步骤。

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