JP5744566B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクタなどの画像投射装置に係り、特にレンズシフト機能を有する画像投射装置に関する。

特許文献１は可変抵抗によってレンズシフト機構の位置を検知し、その出力に基づいてレンズシフト機構の可動範囲を限定するプロジェクタを開示している。特許文献２は、投射レンズの種類を表すレンズ識別信号に基づいて、レンズ鏡筒が着脱自在に装着されるマウントベースの移動範囲を規制するレンズ交換方式の投射レンズ支持装置を開示している。

特開２００５−１７３４６０号公報 特開２００１−１４５０４７号公報

従来は、画像表示素子の領域のサイズ（寸法）を考慮していなかったため、レンズシフトによって画像表示素子により形成された画像光が投射レンズを正しく通過しにくくなる。この結果、投射像に許容できない歪み、色収差、像の欠けなどが発生するおそれがあった。

そこで、本発明は、高品位の投射像を投影することが可能な画像投射装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の画像投射装置は、交換可能なレンズユニットの投射レンズを介して画像表示素子からの光を被投射面に投射像として投射することが可能な画像投射装置において、前記投射レンズを光軸に対してシフトさせるレンズシフト機構と、前記レンズシフト機構によるシフト方向とシフト量が入力される入力手段と、前記画像表示素子の表示領域のサイズを記憶する第１記憶手段と、前記画像表示素子の領域の中心位置を取得する第１取得手段と、前記レンズユニットと通信することによって、前記投射レンズが所定の評価値よりも高い評価値を有する投射像を表示可能な領域である有効イメージ表示領域を取得する第２取得手段と、前記入力手段に入力された前記シフト方向と前記シフト量、前記第１記憶手段に記憶された前記画像表示素子の表示領域のサイズ、前記第１取得手段が取得した前記画像表示素子の領域の中心位置、前記第２取得手段が取得した前記有効イメージ表示領域に基づいて、シフト後の前記画像表示素子の表示領域の全領域が前記有効イメージ表示領域の範囲内に収まるように前記レンズシフト機構によるシフトを制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、高品位の投射像を投影することが可能な画像投射装置を提供することができる。

本発明の交換レンズが装着されたプロジェクタ（画像投射装置）のブロック図である。（実施例１） 有効イメージ表示領域とパネルサイズとの関係を示す模式図である。 図１に示す制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の交換レンズが装着されたプロジェクタ（画像投射装置）のブロック図である。（実施例２） 本発明の交換レンズが装着されたプロジェクタ（画像投射装置）のブロック図である。（実施例３）

以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。

図１は、実施例１のレンズユニット１００Ａが装着されたプロジェクタ２００Ａのブロック図である。プロジェクタ２００Ａは、入力画像信号に応じて液晶パネル等の画像表示素子により変調された光（すなわち画像）を、投射レンズを介して投射像としてスクリーン等の被投射面に投射する画像投射装置である。

レンズユニット１００Ａは、プロジェクタ２００Ａに交換可能（着脱可能）に装着されており、投射レンズ（交換レンズ）１０２、レンズマイコン１０４、メモリ１０６を有する。投射レンズ１０２は画像表示素子からの光から投影像を形成する。レンズマイコン１０４はレンズユニット１００Ａに設けられたマイクロコンピュータであり、制御部２１０と通信可能に構成され、メモリ１０６の情報やその他の情報を制御部２１０に通知することができる。メモリ１０６は、レンズユニット１００Ａの後述する有効イメージ表示領域を記憶している。

プロジェクタ２００Ａ（プロジェクタ本体）は、制御部２１０、レンズシフト機構２２０、操作部２３０、映像信号入力部２３２、画像処理部２３４、ランプ２３６、パネル２３８、パネル駆動部２４０、表示部２４２を有する。

制御部２１０は、操作部２３０からの入力に従って装置各部を制御し、レンズマイコン１０４と通信可能に構成され、マイクロコンピュータから構成されている制御手段である。制御部２１０は、パネルサイズ記憶部２１２とシフト可動判定部２１４を有する。

パネルサイズ記憶部２１２はパネル２３８の領域（パネル領域）のサイズ（寸法）を格納している第１記憶手段である。なお、パネル領域は通常は矩形形状であるので、パネルの寸法（例えば対角長）、パネルのアスペクト比およびパネルの解像度（画素数）をパネルサイズ記憶部２１２に格納していればよいが、これに限られず、パネルの面積と一辺の長さの情報等であってもよい。また、第１記憶手段に記憶されるパネルのサイズに基づくデータであればよく、厳密にパネルサイズと一致している必要はない。例えば、得ようとするスペックに応じて実際のパネルのサイズにマージンを持たせたデータをパネルのサイズとして格納してもよいし、逆に実際のパネルのサイズよりも小さいサイズとしてデータを格納してもよい。

シフト可動判定部２１４は、パネル２３８の領域（パネル領域）のサイズをパネルサイズ記憶部２１２から取得する第１取得手段として機能する。

また、シフト可動判定部２１４は、制御部２１０がレンズマイコン１０４と通信することによって、投射レンズ１０２の光軸に垂直な上述した平面において有効イメージ表示領域のサイズをメモリ１０６から取得する第２取得手段としても機能する。

なお、第１取得手段と第２取得手段はシフト可動判定部２１４とは別の部材であってもよい。また、パネル領域のサイズと有効イメージ表示領域のサイズは、それぞれの形状と寸法を算出するために必要なデータであってもよい。

また、シフト可動判定部２１４は、後述するシフト量検知部２２２から現在のパネル領域の中心位置（又はそれに関連付けられた位置）を取得する。 また、シフト可動判定部２１４は、操作部２３０からシフトしようとしている方向とシフト量の情報を取得する。

シフト可動判定部２１４は、これらの情報に基づいてシフト後のパネル領域の全領域が有効イメージ表示領域の範囲内に収まるかどうかを判断することによって有効イメージ表示領域がシフト可能か否かを判定する。シフト可能であればレンズシフト機構２２０のシフト駆動部２２４を制御してシフト駆動をし、シフト不能であればシフト駆動しない。

ここで、有効イメージ表示領域は、上述した平面を考えた場合に、パネル２３８からの反射光（または透過光）がケラれることなく投射レンズ１０２を通過することができる領域である。有効イメージ表示領域を通過した光は所定の品質が保証された投射像を形成する。有効イメージ表示領域は、レンズのイメージサークルと似ており、その形状はレンズのイメージサークルの形状を近似したものが好ましい。言い換えれば、有効イメージ表示領域は所定の評価値よりも高い評価値を有した投射像（投射画像）が投射可能（表示可能）な領域（サイズ、座標）である。ここで、所定の評価値とは例えば、投射像の歪み、色収差、像の欠け等を評価して得られる値であり、評価値が高いものが投射像の画質が高く、評価値が低いものが投射像の画質が低いとした場合は、許容できる最低限の評価値のことである。

図２（ａ）〜（ｃ）は、上述した平面における有効イメージ表示領域とパネルサイズとの関係を示す模式図である。この平面は投射レンズ１０２の光軸上の任意の位置において光軸に垂直な平面であり、この位置は本実施例では投射レンズ１０２の射出面の位置であるが、この位置に限定されない。

例えば，有効イメージ表示領域３０１は、図２（ａ）に示す楕円（円）、図２（ｂ）に示す多角形、図２（ｃ）に示す四角形の形状を有する。シフト０％時の破線で示すパネル領域３０２は、パネル２３８の中心が投射レンズの光軸と一致し、パネル２３８からの光が通過する領域である。なお、画像投射装置の設置環境が変化するなどシフトを複数回行う場合にはシフト０％時の点線で示すパネル領域３０２は、現在の（これからシフトしようとする直前の）パネル領域となる。

シフト後の長破線で示すパネル領域３０３は、シフト後のパネル２３８からの光が通過する領域である。なお、図２（ａ）〜（ｃ）においてシフト量はそれぞれ異なる。レンズシフトは、パネル２３８と投射レンズ（レンズユニット１００Ａ）との位置関係を変化させることで実現する。

シフト後のパネル領域３０３の一部が有効イメージ表示領域３０１の外に出ると投射像が正しく投影されずに許容以上の歪み、色収差、像の欠けなどが発生したり、許容深度から外れたりする。このため、有効イメージ表示領域内でパネル領域を移動する必要がある。

レンズシフト機構２２０は、投射レンズ（レンズユニット１００Ａ）を光軸に垂直な方向に移動させることによって投射位置を移動させる。レンズシフトは、画像投射装置から被投射面に斜め下方や斜め側方から画像を投射した場合に発生する投射画像の台形歪みを補正する方法として有効である。尚、シフト方向は光軸に垂直な方向に限られず、光軸に垂直な成分を有していれば斜め方向であってもよい。

レンズシフト機構２２０は、シフト量検知部２２２とシフト駆動部２２４を有する。

シフト量検知部２２２は、有効イメージ表示領域３０１の移動量を検出することによって現在のパネル領域の中心位置の情報を与える。

シフト駆動部２２４は、投射レンズ１０２をその光軸に直交する方向（上下方向および左右方向）にシフトさせ、モータ等のアクチュエータから構成される。本実施例では、アクチュエータとしてモータ（ＤＣモータ、ステッピングモータ、振動型モータ等）を使用する。

操作部２３０はユーザからのレンズシフト操作を含む各種操作を受け付ける不図示のスイッチ、ダイヤル、ボタン，リモコン受光部などから構成される。操作部２３０は、レンズシフト機構２２０によってシフトしようとする方向とシフト量が入力される入力手段として機能する。

映像信号入力部２３２は単一又は複数の映像信号を受信する。

画像処理部２３４は，映像信号入力部２３２からの映像信号に対して各種画像処理や同期タイミングの変更を行い、パネル駆動部２４０へ処理された映像信号を出力する。

ランプ２３６は投射光の光源である。ランプ２３６からの出射光は、色分離、ＰＳ変換等を経てパネル２３８へ到達する。

パネル２３８は、パネル駆動部２４０からのタイミング信号や映像信号を受け取り、光の反射パターン（または透過パターン）を形成する。パネル２３８は、ランプ２３６からの光を映像信号入力部２３２からの入力画像信号に応じて変調する液晶パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等の画像表示素子（光変調素子）から構成されている。

パネル駆動部２４０は、画像処理部２３４からの出力に基づいてパネル２３８を駆動させると共にＤ／Ａ変換や駆動パルスを生成する。

表示部２４２は、シフト可動判定部２１４がレンズシフトできないと判定した場合や、実際のシフト量が入力されたシフト量よりも小さいシフト量であった場合にその旨が表示される。

図３は、制御部２１０の動作を説明するためのフローチャートであり、「Ｓ」はステップの略である。図３は、コンピュータ実行可能なコンピュータプログラムとして具現化される。

ユーザが操作部２３０においてレンズシフト操作を行うと、制御部２１０はシフトしようとしている方向とシフト量を操作部２３０から取得する（Ｓ４０２）。本実施例の制御部２１０は、シフト０％時のパネル領域３０２の中心（図２では原点）を基準位置としてシフトによって移動しようとしている方向を検出する。但し、基準位置はシフト前のパネル領域３０２に関連付けられていればよく、必ずしも中心位置に限定されない。

次に、制御部２１０は、投射レンズをシフトしようとしている方向にシフトさせることによって、パネル領域の中心が有効イメージ表示領域３０１の中心に近付く方向であるかどうかを判断する（Ｓ４０４）。投射レンズシフトしようとしている方向にシフトさせることによって、シフト駆動が可能か否か判定する。有効イメージ表示領域内を通過する（画像通過領域の中心）が有効イメージ表示領域３０１の中心に近付く方向であれば（Ｓ４０４の「はい」）、制御部２１０のシフト可動判定部２１４はシフト駆動が可能であると判定する。そして、シフト可動判定部２１４はレンズシフト機構２２０のシフト駆動部２２４を介して投射レンズを移動させる（Ｓ４１０）。

シフトしようとしている方向が有効イメージ表示領域３０１の中心から離れる方向であれば（Ｓ４０４の「いいえ」）、制御部２１０は、シフト後のパネル領域３０３の全領域が有効イメージ表示領域３０１の内部にあるかどうかを判定する（Ｓ４０６）。

以下、シフト後のパネル領域３０３の座標４点をＰｎ＝（Ｐｘｎ，Ｐｙｎ）、但し、ｎ＝１，２，３，４として、Ｓ４０６の詳細について説明する。

図２（ａ）に示すように，有効イメージ表示領域３０１が楕円（または円）で定義される場合は、全てのｎについて次式が成立すればシフト後のパネル領域３０３の全領域が有効イメージ表示領域３０１の範囲内に収まることになる。

但し、（Ｓｘ，Ｓｙ）は有効イメージ表示領域３０１の光軸中心（０，０）からのずれ量であり、（Ｒｘ，Ｒｙ）は有効イメージ表示領域３０１のＸ軸方向の半径とＹ方向の半径である。

次に、Ａｎ＝（Ａｘ，Ａｙ）としたとき、３点Ａ１，Ａ２，Ａ３からなる外積のＺ成分を次のように定義する。

図２（ｂ）に示すように、有効イメージ表示領域３０１が多角形で定義される場合は、全てのｉとｎについて次式が成立すればシフト後のパネル領域３０３の全領域が有効イメージ表示領域３０１の範囲内に収まることになる。なお、有効イメージ表示領域３０１を示す多角形の各頂点はＱｍ＝（Ｑｘｍ，Ｑｙｍ）で定義される（１≦ｍ≦ｋとする）。各頂点は，右回り（時計回り）で順番に配置されているものとする。

図２（ｃ）に示すように、有効イメージ表示領域３０１が四角形で定義される場合は、有効イメージ表示領域３０１を示す四角形の各頂点はＱｍ＝（Ｑｘｍ，Ｑｙｍ）で定義される（ｍ＝１，２，３，４）。但し、各頂点は，右回り（時計回り）で順番に配置され、Ｑ１が左上の座標，Ｑ３が右下の座標を示すものとする。この時、次式を満たすシフト後のパネル領域３０３を考えると、

全てのｎについて次式が成立すればシフト後のパネル領域３０３の全領域が有効イメージ表示領域３０１の範囲内に収まることになる。

パネル領域３０３の全領域が有効イメージ表示領域３０１の内部にあれば（Ｓ４０６の「はい」）Ｓ４０８に移行する。

一方、パネル領域３０３の一部の領域が有効イメージ表示領域３０１の範囲外となれば（Ｓ４０６の「いいえ」）、シフト可動判定部２１４は、シフト量を減らせるかどうかを判定する（Ｓ４０７）。即ち、シフト可動判定部２１４は、操作部２３０に入力されたシフト量よりも小さいシフト量であればシフト後のパネル領域３０３の全領域が有効イメージ表示領域３０１の範囲内に収まるかどうかを判定する。

シフト可動判定部２１４は、操作部２３０に入力されたシフト量よりも小さいシフト量であればシフト後のパネル領域３０３の全領域が有効イメージ表示領域３０１の範囲内に収まると判定すれば（Ｓ４０７の「はい」）Ｓ４０８に移行する。そして、Ｓ４０８においてパネル領域３０３の全領域が有効イメージ表示領域３０１の範囲外に出ない位置まで、レンズシフト機構は投射レンズをシフトさせる。

一方、シフト可動判定部２１４は、シフト後のパネル領域３０３が有効イメージ表示領域３０１のぎりぎりの位置にあってもはやシフトできないと判定すると（Ｓ４０７の「いいえ」）、レンズシフトは行わずに処理は終了する。

表示部２４２は入力されたシフト量よりも実際のシフト量が小さいこと、または、もはや同じ方向にはシフトできないこと、あるいは両者を表示する。表示はシフト方向、シフト量およびどの程度シフトできるかが分かるゲージであってもよいし、文字等であってもよい。ユーザにより入力されたシフト量分投射レンズをシフトできないとしても、上記フローに従った処理により可能な限り投射レンズをユーザが望む方向にシフトすることによって、設置の自由度を可能なかぎり高めることができる。また、その他の効果として、シフト量を示すことにより、ユーザはシフト可能な最大のシフト量を得ることができる。

以上、本実施例によれば、制御部２１０がパネル領域のサイズを考慮してレンズシフトを行うのでシフト後のパネル領域３０３が有効イメージ表示領域３０１の範囲内に収まり、投射像の品質を確保することができる。

図４は、実施例２のプロジェクタ（画像投射装置）２００Ｂのブロック図である。実施例２のプロジェクタ２００Ｂは、メモリ１０６に対応するメモリ２５０をプロジェクタ内に備えている。メモリ２５０は、投射レンズの種類とそれに対応する有効イメージ表示領域の複数の組の情報を記憶する第２記憶手段として機能している。

制御部２１０はレンズユニット１００Ｂのレンズマイコン１０４と通信することによって投射レンズ１０２の種類を規定する識別情報を取得する（このため、レンズユニット１００Ｂは投射レンズ１０２の識別情報を記憶する不図示のメモリを有する）。そして、制御部２１０は、識別情報に対応する有効イメージ表示領域をメモリ２５０から取得し、それを使用してパネル領域のシフト量を決定する。メモリ２５０は、書換えまたは追記可能な不揮発性メモリとして構成されてもよい。レンズユニット１００Ｂにメモリを有することによって、汎用性を高めることができる。例えば、プロジェクタ本体には必要最低限の情報を持たることができるとともに、そのプロジェクタに装着可能なレンズユニットの数が後に増えた場合においてもレンズユニットからの情報を用いて投射レンズをシフトさせることができる。

本実施例においても、制御部２１０がパネル領域のサイズを考慮してレンズシフトを行うのでシフト後のパネル領域３０３が有効イメージ表示領域３０１の範囲内に収まり、投射像の品質を確保することができる。

図５は、実施例３のプロジェクタ（画像投射装置）２００Ｃのブロック図である。実施例３は、レンズシフト機構２２０をレンズシフト機構１０８としてレンズユニット１００Ｃの内部に備えている。また、シフト量検知部２２２、シフト駆動部２２４はそれぞれシフト量検知部１０８ａ、シフト駆動部１０８ｂとして設けられている。

本実施例においても、制御部２１０がパネル領域のサイズを考慮してレンズシフトを行うのでシフト後のパネル領域３０３が有効イメージ表示領域３０１の範囲内に収まり、投射像の品質を確保することができる。

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例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

画像投射装置はプロジェクタの用途に適用することができる。

１００Ａ〜１００Ｃ レンズユニット
１０２ 投射レンズ
１０８、２２０ レンズシフト機構
２００Ａ〜２００Ｃ 画像投射装置
２３０ 操作部（入力手段）
２３８ パネル（画像表示素子）
２１０ 制御部（制御手段）
２１２ パネルサイズ記憶部（第１記憶手段）
２１４ シフト可動判定部（第１取得手段、第２取得手段）

Claims (6)

1. 交換可能なレンズユニットの投射レンズを介して画像表示素子からの光を被投射面に投射像として投射することが可能な画像投射装置において、
   前記投射レンズを光軸に対してシフトさせるレンズシフト機構と、
   前記レンズシフト機構によるシフト方向とシフト量が入力される入力手段と、
   前記画像表示素子の表示領域のサイズを記憶する第１記憶手段と、
   前記画像表示素子の領域の中心位置を取得する第１取得手段と、
   前記レンズユニットと通信することによって、前記投射レンズが所定の評価値よりも高い評価値を有する投射像を表示可能な領域である有効イメージ表示領域を取得する第２取得手段と、
   前記入力手段に入力された前記シフト方向と前記シフト量、前記第１記憶手段に記憶された前記画像表示素子の表示領域のサイズ、前記第１取得手段が取得した前記画像表示素子の領域の中心位置、前記第２取得手段が取得した前記有効イメージ表示領域に基づいて、シフト後の前記画像表示素子の表示領域の全領域が前記有効イメージ表示領域の範囲内に収まるように前記レンズシフト機構によるシフトを制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする画像投射装置。
2. 前記第２取得手段は、前記レンズユニットから前記有効イメージ表示領域のサイズの情報を取得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. 前記投射レンズの種類と前記投射レンズに対応する有効イメージ表示領域の複数の組の情報を記憶する第２記憶手段を更に有し、
   前記第２取得手段は、前記レンズユニットから取得した前記投射レンズの種類を規定する識別情報を取得し、前記識別情報に対応する有効イメージ表示領域を前記第２記憶手段から取得することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
4. 投射レンズと当該投射レンズを光軸に対してシフトさせるレンズシフト機構を有するレンズユニットが交換可能に装着され、前記投射レンズを介して画像表示素子からの光を被投射面に投射像として投射することが可能な画像投射装置において、
   前記レンズシフト機構によるシフト方向とシフト量が入力される入力手段と、
   前記画像表示素子の表示領域のサイズを記憶する第１記憶手段と、
   前記画像表示素子の領域の中心位置を取得する第１取得手段と、
   前記レンズユニットと通信することによって、前記投射レンズが所定の評価値よりも高い評価値を有する投射像を表示可能な領域である有効イメージ表示領域を取得する第２取得手段と、
   前記入力手段に入力された前記シフト方向と前記シフト量、前記第１記憶手段が記憶した前記画像表示素子の表示領域のサイズ、前記第１取得手段が取得した前記画像表示素子の領域の中心位置、前記第２取得手段が取得した前記有効イメージ表示領域に基づいて、シフト後の前記画像表示素子の表示領域の全領域が前記有効イメージ表示領域の範囲内に収まるように前記レンズシフト機構によるシフトを制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする画像投射装置。
5. 前記制御手段は、前記入力手段から入力される前記シフト方向が、前記画像表示素子の領域の中心が前記有効イメージ表示領域の中心に近づく方向の場合、前記レンズシフト機構によるシフト駆動が可能であると判定することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の画像投射装置。
6. 前記入力手段に入力された前記シフト量よりも実際のシフト量が小さい、または、前記入力手段に入力された前記シフト方向にシフトできない、ことを表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の画像投射装置。