專利名稱：透鏡可偏移的圖像投影設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及諸如液晶投影儀之類的圖像投影設備，并且特別涉及具有投影透鏡偏移功能和溫度聚焦校正功能的圖像投影設備。
背景技術：
圖像投影設備通過諸如液晶面板或數(shù)字微反射鏡器件之類的光調制元件將來自光源的光引到投影透鏡(投影光學系統(tǒng))，并且通過投影透鏡將圖像投影到諸如屏幕之類的投影表面上。在這種圖像投影設備中，其溫度變化通常產生投影透鏡的聚焦變化，這導致設備投影離焦(out-of-focus)圖像。因此，一些圖像投影設備被設置有用于校正投影透鏡的由溫度變化引起的聚焦變化的溫度聚焦校正功能。日本專利公開No. 2007-241260公開了一種圖像投影設備，其根據(jù)由溫度傳感器檢測的溫度來控制包括在投影透鏡內的聚焦透鏡的位置，以便執(zhí)行投影透鏡的溫度聚焦校正。此外，日本專利公開No. 05-027324公開了一種圖像投影設備，其具有用于在與其光軸正交的方向上相對于光調制元件而移動(偏移)投影透鏡從而調整圖像在投影表面上的投影位置的透鏡偏移機構。然而，這種透鏡偏移改變了來自光調制元件的光通過的投影透鏡的區(qū)域(光通過區(qū)域)，并且因此對于相同溫度變化量的聚焦變化量(即，投影的圖像的離焦量)相互不同。圖9示出了(A)投影透鏡105位于其中來自光調制元件102的光通過投影透鏡 105的中心區(qū)域而到達投影表面401的偏移位置的情形、以及(B)投影透鏡105位于其中來自光調制元件102的光通過投影透鏡105的邊緣區(qū)域而到達投影表面401的另一偏移位置的情形。在圖9中，附圖標記402表示透鏡偏移量，并且附圖標記403表示投影的圖像在投影表面401上的偏移量。附圖標記101表示光源燈。在圖9中示出的兩種情形㈧和⑶中，由于從投影透鏡105到投影表面401的光程長度彼此不同，因此即使溫度變化量彼此相等，投影的圖像在投影表面401上的離焦量也相互不同。在日本專利公開No. 2007-241260中公開的設備中執(zhí)行的溫度聚焦校正不能僅僅通過自身減少與投影透鏡的偏移位置(偏移量)對應的這種離焦量。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種能夠執(zhí)行充分的溫度聚焦校正而同時具有投影透鏡偏移功能的圖像投影設備。本發(fā)明作為其一個方面而提供了一種圖像投影設備，該圖像投影設備被配置為通過包括能在光軸方向上移動的聚焦元件的投影光學系統(tǒng)將圖像投影到投影表面上。該設備包括偏移機構，被配置為在包括與光軸方向正交的方向分量(directional component) 的偏移方向上移動該投影光學系統(tǒng)，使得移動投影的圖像在投影表面上的位置；偏移位置檢測器，被配置為檢測由該偏移機構移動的該投影光學系統(tǒng)的偏移位置；溫度檢測器，被配置為檢測溫度；以及控制器，被配置為使該聚焦元件移動。該控制器被配置為依賴于由該溫度檢測器檢測的溫度并且依賴于由該偏移位置檢測器檢測的偏移位置來使該聚焦元件移動。從以下參考附圖的示例性實施例的描述中本發(fā)明更多的特征將變得清晰。


圖1是示出作為本發(fā)明的實施例1的圖像投影設備的配置的框圖。圖2是示出在實施例1中的溫度聚焦校正過程的流程圖。圖3是示出在實施例1中的溫度變化量和聚焦校正量之間的關系的曲線圖。圖4是示出在實施例1中的依賴于透鏡偏移位置的溫度變化量和聚焦校正量之間的關系的曲線圖。圖5示出在實施例1中的投影透鏡的可偏移范圍。圖6示出在作為本發(fā)明的實施例2的圖像投影設備中的包括依賴于溫度變化量和透鏡偏移位置的聚焦校正量的數(shù)據(jù)表。圖7是示出在作為本發(fā)明的實施例3的圖像投影設備中的溫度聚焦校正過程的流程圖。圖8是示出在實施例3中的依賴于透鏡偏移位置的溫度變化量和聚焦校正量之間的關系的曲線圖。圖9示出依賴于透鏡偏移的聚焦變化量的差別。
具體實施例方式將在下文中參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。[實施例1]圖1示出作為本發(fā)明的第一實施例(實施例1)的液晶投影儀(圖像投影設備)1 的配置。從光源燈101發(fā)射的光進入作為光調制元件的液晶面板102。液晶面板102形成與輸入到投影儀1的視頻信號對應的原始圖像，并且因此進入液晶面板102的光根據(jù)原始圖像而被調制，從而變?yōu)檎{制光112。調制光112通過投影透鏡(投影光學系統(tǒng))105作為投影光113而被投影到諸如屏幕之類的投影表面(未示出)上。投影透鏡105包括能在投影透鏡105的光軸方向上移動的聚焦透鏡(聚焦元件)104。因此，圖像(投影的圖像)被顯示在投影表面上。投影儀1包括在水平方向和垂直方向上移動(偏移)投影透鏡105的透鏡偏移機構103，該水平方向和垂直方向是包括與投影透鏡105的光軸方向正交的方向分量的方向。 透鏡偏移機構103包括兩個偏移馬達109，并且通過來自一個偏移馬達109的驅動力使投影透鏡105在水平方向上偏移，而通過來自另一偏移馬達109的驅動力使投影透鏡105在垂直方向上偏移。透鏡偏移機構103包括用來檢測投影透鏡105在水平方向和垂直方向上的偏移位置(在下文中被稱為“透鏡偏移位置”)的線性編碼器107。每個線性編碼器107輸出與投影透鏡105相對于預定的基準偏移位置的偏移量(移動量)(即，透鏡偏移位置)對應的信號。包括在投影透鏡105內的聚焦透鏡104通過來自聚焦馬達108的驅動力而在投影透鏡105的光軸方向上移動。移動聚焦透鏡104改變了投影的圖像的聚焦狀態(tài)。在投影儀1內，安裝了溫度傳感器106。投影儀1依賴于由溫度傳感器106檢測的溫度而執(zhí)行將在稍后描述的溫度聚焦校正過程。期望的是將溫度傳感器106放置在投影透鏡105附近。然而，溫度傳感器106可以被放置在遠離投影透鏡105的位置處，只要它是建立了來自溫度傳感器106的輸出的變化量和投影的圖像的聚焦狀態(tài)的變化量的相關性的位置即可。可以將多個溫度傳感器安裝在投影儀1中，以便使用由此檢測的溫度的平均值以用于溫度聚焦校正過程。投影儀1包括作為電路的主控制器300。主控制器300被設置有包括諸如開關、按鈕和刻度盤(dial)之類的操作部件的操作部301，并且向燈控制器304、圖像處理電路303、 透鏡偏移控制器306和聚焦控制器308輸出與由用戶對操作部件的操作對應的操作信號。燈控制器304響應于來自操作部301的燈開/關操作信號而切換光源燈101的開和關。視頻信號輸入部302從諸如個人計算機之類的外部圖像供應設備(未示出)接收視頻信號，并且將其發(fā)送給圖像處理電路303。圖像處理電路303對接收的視頻信號執(zhí)行按比例縮放(scaling)、變換和顏色轉換，并且將由這些處理產生的圖像數(shù)據(jù)傳送給面板驅動器 305。此外，圖像處理電路303產生示出菜單圖像等的OSD圖像，并且將其傳送給面板驅動器 305。面板驅動器305基于從圖像處理電路303傳送的圖像數(shù)據(jù)來驅動液晶面板102，以便使液晶面板102形成原始圖像。透鏡偏移控制器306響應于來自操作部301的水平/垂直的透鏡偏移操作信號來驅動上述兩個偏移馬達109，以便移動透鏡偏移機構103，從而使投影透鏡105在水平方向或垂直方向上偏移。透鏡偏移位置檢測部307讀取來自安裝在透鏡偏移機構103中的線性編碼器107 的輸出，以便獲取在水平方向和垂直方向上的透鏡偏移位置。然后，透鏡偏移位置檢測部 307將關于透鏡偏移位置的信息發(fā)送給聚焦控制器308。線性編碼器107和透鏡偏移位置檢測部307構成偏移位置檢測器。溫度傳感器控制器309以預定的時間間隔獲取由溫度傳感器106檢測的溫度，并且將關于獲取的溫度的信息發(fā)送給聚焦控制器308。溫度傳感器106和溫度傳感器控制器 309構成溫度檢測器。作為控制器的聚焦控制器308響應于來自操作部301的聚焦操作信號來驅動聚焦馬達108，以便移動聚焦透鏡104。此外，聚焦控制器308通過使用來自透鏡偏移位置檢測部307的透鏡偏移位置的檢測結果和來自溫度傳感器控制器309的溫度的檢測結果來執(zhí)行溫度聚焦校正過程。接下來，將參考圖2所示出的流程圖來描述由聚焦控制器308執(zhí)行的溫度聚焦校正過程。聚焦控制器308根據(jù)計算機程序來執(zhí)行該過程。響應于投影儀1的通電，聚焦控制器308執(zhí)行溫度聚焦校正過程的初始化。在該初始化中，聚焦控制器308在步驟40處從溫度傳感器控制器309獲取關于當前溫度(在通電時的溫度)的信息，并且將其作為變量To存儲到存儲器(未示出)。在溫度聚焦校正過程的初始化之后，聚焦控制器308響應于通過操作部301的啟動溫度聚焦校正過程的指令或者到達自動計數(shù)的預定時刻而開始該過程。首先，在步驟41處，聚焦控制器308從溫度傳感器控制器309獲取關于當前溫度 (在執(zhí)行該步驟時的溫度)的信息，并且將其作為變量Tn存儲到存儲器。接下來，在步驟42處，聚焦控制器308計算作為變量to與tn之間的差(to-tn) 的溫度變化量，并且將該溫度變化量作為變量Td存儲到存儲器。接下來，在步驟43處，聚焦控制器308將作為變量Td被存儲到存儲器的溫度變化量與預定的閾值進行比較。如果溫度變化量(Td)大于閾值，則聚焦控制器308進行到步驟 44。如果溫度變化量(Td)等于或小于閾值，則聚焦控制器308進行到步驟46。在步驟44處，聚焦控制器308通過使用包括溫度變化量(Td)作為參數(shù)的函數(shù)f 來計算聚焦透鏡104的移動量(在下文中被稱為“聚焦校正量”)，并且將其作為變量D存儲到存儲器。聚焦校正量包括關于移動聚焦透鏡104的方向的信息。稍后將更詳細描述函數(shù)f。接下來，在步驟45處，聚焦控制器308驅動聚焦馬達108，以便以聚焦校正量(D) 來移動聚焦透鏡104。然后，在步驟46處，聚焦控制器308存儲變量Tn的值作為變量To， 并且結束溫度聚焦校正過程的一個例程。其后，聚焦控制器308以預定的時間間隔(例如，以一分鐘的間隔)周期性地執(zhí)行這種溫度聚焦校正過程(從步驟41到步驟46的過程)。接下來，將描述函數(shù)f。該函數(shù)f是針對溫度變化量來計算聚焦校正量的函數(shù)。本實施例通過以下表達式(1)作為一個示例來定義針對溫度變化量x( = To-Tn)的聚焦校正量 f(x)。f (χ) = Ax2+Bx+C ... (1)圖3示出表達式(1)。在圖3中，橫軸表示溫度變化量x，而縱軸表示聚焦校正量 f(x)。本實施例依賴于透鏡偏移位置來改變表達式(1)中的系數(shù)A、B和C，即使溫度變化量X是固定的，其也改變針對各個透鏡偏移位置的聚焦校正量f(x)。圖5示出投影透鏡105的實際偏移位置與其中(sx2+sy2)等于或小于1 (彡1)的水平和垂直透鏡偏移位置sx和sy的關系。由sx = sy = 0來表示投影透鏡105的光軸的位置與在液晶面板102上形成的原始圖像的中心一致的透鏡偏移位置。圖5示出從光軸方向觀看的投影透鏡105。來自液晶面板102的調制光(投影光) 應該通過投影透鏡105的有效區(qū)域51。投影透鏡105的偏移改變了在有效區(qū)域51中的調制光通過的區(qū)域(部分區(qū)域)。光通過區(qū)域M是在投影透鏡105的光軸的位置與原始圖像的中心和投影的圖像的中心一致時調制光在有效區(qū)域51中通過的部分區(qū)域。投影透鏡105的這種位置與上述基準偏移位置對應。光通過區(qū)域53是在投影透鏡105從基準偏移位置偏移到水平偏移結束位置時調制光在有效區(qū)域51中通過的部分區(qū)域。光通過區(qū)域55是在投影透鏡105從基準偏移位置偏移到垂直偏移結束位置時調制光在有效區(qū)域51中通過的部分區(qū)域。由于本實施例投影水平邊長度比垂直邊長度長的圖像，因此垂直透鏡可偏移量大于水平透鏡可偏移量。在距離基準偏移位置的較大的垂直透鏡可偏移量被定義為1時，示出sx和sy的可變范圍的透鏡可偏移范圍52變?yōu)槿鐖D5所示的橢圓形范圍。圖4示出了當水平和垂直透鏡偏移位置sx和sy為0時的函數(shù)f(系數(shù)由Ac^Btl和 C。表示)、以及當投影透鏡105的偏移位置到基準偏移位置的距離為1(即，sx2+sy2= 1)時的函數(shù)f(系數(shù)由ApB1和C1表示)。另外，圖4還示出了當水平和垂直透鏡偏移位置sx和 sy既不是0也不是滿足sx2+sy2 = 1的值時的函數(shù)f (系數(shù)由A、B和C表示)。在圖4中， 橫軸表示溫度變化量X，而縱軸表示聚焦校正量f(x)。如從圖4 了解的，隨著溫度變化量χ 增大，聚焦校正量f U)增大，而隨著投影透鏡105的偏移位置與基準偏移位置的距離增大， 針對相同溫度變化量的聚焦校正量f(x)增大。使用在設計中或通過實驗決定的系數(shù) 、B0, C0, A1, B1和C1,通過以下計算表達式 (2)到( 能夠獲得與各個透鏡偏移位置對應的系數(shù)A、B和C。K表示與投影透鏡105到基準偏移位置的偏移量對應的透鏡偏移量。K = V (sx2+sy2)…(2)A = KA^(I-K)A0-G)B = KB^(I-K)B0- (4)C = KC^(I-K)C0-(S)然后，將通過上述計算表達式(3)到(5)計算的系數(shù)A、B和C應用到表達式(1)， 使得可以依賴于溫度變化量和透鏡偏移位置來計算聚焦校正量f (X)，換言之，使得可以計算適合于各個透鏡偏移位置的針對各個溫度變化量的聚焦校正量f(x)。如上所述，本實施例依賴于透鏡偏移位置來校正(改變)針對溫度變化量的聚焦校正量。因此，不管投影透鏡105的偏移位置如何，本實施例都能夠充分地校正投影光學系統(tǒng)的由溫度變化引起的聚焦變化，也就是說，減少投影的圖像的離焦量。雖然本實施例定義函數(shù)f為二次函數(shù)，但是可以通過使用諸如線性函數(shù)、三次函數(shù)和指數(shù)函數(shù)之類的其它函數(shù)來定義函數(shù)f，只要使用能夠較好地近似針對溫度變化量的聚焦校正量的函數(shù)即可。這也適用于稍后描述的實施例3。[實施例2]接下來，將描述本發(fā)明的第二實施例(實施例2)。雖然實施例1描述了圖2所示出的溫度聚焦校正過程通過使用包括溫度變化量作為參數(shù)的函數(shù)f來在步驟44處執(zhí)行聚焦校正量的計算的情況，但是聚焦校正量可以從預存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)表中讀取。圖6示出包括與代表性的透鏡偏移量(代表性的到基準偏移位置的偏移量)K和代表性的溫度變化量X對應的聚焦校正量的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表。通過在實施例1中描述的表達式( 計算代表性的透鏡偏移量K。數(shù)據(jù)表以1°C為間隔地設定代表性的溫度變化量χ在從-40°C到+40°C的范圍內，并且以0. 2為間隔地設定代表性的透鏡偏移量K在從0. 0到 1.0的范圍內，并且因此存儲486( = 81X6)個聚焦校正量?？梢匀我獾馗淖兇硇缘臏囟茸兓亢痛硇缘耐哥R偏移量的范圍和間隔。如果檢測的溫度變化量或檢測的透鏡偏移量是在兩個代表值(代表性的溫度變化量或代表性的透鏡偏移量)之間的值，則可以使用與兩個代表值中的比另一個代表值更接近檢測值的一個代表值對應的聚焦校正值。此外，可以通過使用兩個代表值的內插來計算使用的聚焦校正值。
然后，在圖2所示出的步驟45處，聚焦控制器308驅動聚焦馬達108，以便以使用這種數(shù)據(jù)表決定的聚焦校正量(D)來移動聚焦透鏡104，這使得能夠執(zhí)行適合于投影透鏡 105的偏移位置的溫度聚焦校正。[實施例3]接下來，將描述本發(fā)明的第三實施例(實施例3)。雖然實施例1和2描述了通過計算或者通過從數(shù)據(jù)表讀取來獲得針對檢測的透鏡偏移位置(透鏡偏移量)和檢測的溫度變化量的聚焦校正量的情況，但是實施例3依賴于透鏡偏移位置(透鏡偏移量)來校正(改變)檢測的溫度變化量，并且隨后獲得針對校正后的(改變后的)溫度變化量的聚焦校正量。圖7示出了示出在本實施例中的溫度聚焦校正過程的流程圖。在本實施例(圖7) 中與實施例1(圖2)中的步驟相同的步驟由與圖2中相同的附圖標記表示，并且其描述被省略。在本實施例中，緊接在步驟42之后增加了步驟71。在步驟71處，聚焦控制器308 通過包括溫度變化量Td作為參數(shù)的函數(shù)g來校正在步驟42處計算的溫度變化量Td(= To-Tn)。計算的溫度變化量Td在下文中被稱為“檢測的溫度變化量”。然后，聚焦控制器 308將校正后的檢測的溫度變化量(在下文中被簡單稱為“校正后的溫度變化量”作為變量 Td重新存儲到存儲器。其后，在接下來的步驟43'處，聚焦控制器308將校正后的溫度變化量(Td)與預定的閾值進行比較。如果校正后的溫度變化量(Td)大于閾值，則聚焦控制器308進行到步驟44'。如果校正后的溫度變化量(Td)不大于閾值，則聚焦控制器308進行到步驟46。在步驟44'處，聚焦控制器308通過使用包括校正后的溫度變化量(Td)作為參數(shù)的函數(shù)f'來計算聚焦校正量，并且將計算的聚焦校正量作為變量D存儲到存儲器。稍后將更詳細描述函數(shù)f'。將描述在步驟71處使用的函數(shù)g。該函數(shù)g是用于依賴于透鏡偏移量來校正檢測的溫度變化量X的函數(shù)。本實施例如下地定義校正后的溫度變化量g(X)g(x) = (RK+l)x ...(6)其中R表示在設計中或通過實驗決定的任意系數(shù)，并且K表示由實施例1中示出的表達式( 定義的透鏡偏移量。作為示例，圖8示出了在R為+0. 5時的各個校正后的溫度變化量g(x)。如圖8所示，改變透鏡偏移量K改變了針對相同的檢測的溫度變化量χ的校正后的溫度變化量g (x)。 具體來說，隨著透鏡偏移量K增大，針對相同的檢測的溫度變化量χ的校正后的溫度變化量 g(x)增大。接下來，將描述在步驟44'處使用的函數(shù)Γ。函數(shù)f'是用于計算針對校正后的溫度變化量g(x)的聚焦校正量的函數(shù)。本實施例使用包括與透鏡偏移量無關的固定系數(shù) A、B和C的表達式(1)來作為函數(shù)f'(參見圖3)。系數(shù)A、B和C在設計中或通過實驗被決定，使得函數(shù)f'示出在投影透鏡105位于基準偏移位置(SX = sy = 0)時的聚焦校正
So本實施例也依賴于透鏡偏移位置來改變針對溫度變化量的聚焦校正量。因此，不管投影透鏡105的偏移位置如何，本實施例也能夠充分地校正投影光學系統(tǒng)的由溫度變化引起的聚焦變化，也就是說，減少投影的圖像的離焦量。另外，與實施例1相比，本實施例還能夠減少用于獲得聚焦校正量的整個計算量。本實施例描述了依賴于透鏡偏移位置來校正檢測的溫度變化量(To-Tn)以便獲得校正后的溫度變化量的情況。然而，可以作為在被檢測且依賴于各個透鏡偏移量被校正的溫度To和Tn之間的差來獲得校正后的溫度變化量。雖然上述實施例中的每一個描述了液晶投影儀，但是本發(fā)明的可替代實施例包括除液晶投影儀以外的使用數(shù)字微反射鏡器件或激光掃描器件的投影儀。此外，在本發(fā)明的實施例中，投影光學系統(tǒng)不限于透鏡系統(tǒng)，而可以是通過使用諸如棱鏡或反射鏡之類的其它光學元件而形成的光學系統(tǒng)。此外，在本發(fā)明的實施例中，投影儀不限于集成投影透鏡的投影儀，而可以是可更換投影透鏡的投影儀。雖然已經(jīng)參考示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應當理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。以下權利要求的范圍將被給予最寬的解釋從而包括所有這樣的修改、等同的結構與功能。
權利要求
1.一種圖像投影設備(1)，被配置為通過包括能在光軸方向上移動的聚焦元件(104) 的投影光學系統(tǒng)(10 將圖像投影到投影表面上，所述設備包括偏移機構(103)，被配置為在包括與光軸方向正交的方向分量的偏移方向上移動所述投影光學系統(tǒng)，使得移動投影的圖像在投影表面上的位置；偏移位置檢測器(107、307)，被配置為檢測由所述偏移機構移動的所述投影光學系統(tǒng)的偏移位置；溫度檢測器(106、309)，被配置為檢測溫度；以及控制器(308)，被配置為使所述聚焦元件移動，其特征在于，所述控制器被配置為依賴于由所述溫度檢測器檢測的溫度并且依賴于由所述偏移位置檢測器檢測的偏移位置來使所述聚焦元件移動。
2.根據(jù)權利要求1所述的圖像投影設備(1)，其中所述控制器(308)被配置為依賴于由所述溫度檢測器(106、309)檢測的溫度的變化量來決定所述聚焦元件的移動量，以及其中所決定的針對第一偏移位置的移動量不同于所決定的針對第二偏移位置的移動量，其中第一偏移位置是由所述偏移位置檢測器(107、307)檢測的偏移位置，而第二偏移位置是與第一偏移位置不同的偏移位置。
3.根據(jù)權利要求1所述的圖像投影設備(1)，其中所述控制器(308)被配置為依賴于由所述偏移位置檢測器(107、307)檢測的偏移位置來改變由所述溫度檢測器(106、309)檢測的溫度或溫度的變化量，并且根據(jù)改變后的溫度或改變后的溫度變化量來使所述聚焦元件(104)移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及透鏡可偏移的圖像投影設備。圖像投影設備(1)通過包括能在光軸方向上移動的聚焦元件(104)的投影光學系統(tǒng)(105)將圖像投影到投影表面上。該設備包括偏移機構(103)，在包括與光軸方向正交的方向分量的偏移方向上移動投影光學系統(tǒng)，使得移動投影的圖像在投影表面上的位置；偏移位置檢測器，檢測由偏移機構移動的投影光學系統(tǒng)的偏移位置；檢測溫度的溫度檢測器(106、309)；以及使聚焦元件移動的控制器(308)。該控制器依賴于由該溫度檢測器檢測的溫度并且依賴于由該偏移位置檢測器檢測的偏移位置來使該聚焦元件移動。
文檔編號G03B3/00GK102236243SQ20111011257
公開日2011年11月9日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權日2010年5月6日
發(fā)明者石田祐介 申請人:佳能株式會社