JP5471194B2 - プロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネル等で形成された光束を画像としてスクリーン上に投射するプロジェクターに関する。

ビデオカメラ等の光学機器として、移動レンズ群を含むリアフォーカスズームレンズと、リアフォーカスズームレンズの合焦状態を検出する自動合焦手段と、移動レンズ群を駆動して自動合焦を行わせる自動合焦制御手段とを備えるものがある（特許文献１参照）。この光学機器では、リアフォーカスズームレンズに温度、湿度等の検出手段を設け、自動合焦手段の動作を停止させているときに、上記検出手段の出力に基づいて温度、湿度等の変化に伴うリアフォーカスズームレンズの結像面の位置ずれを補正している。

特開平９−２１１３１２号公報

しかしながら、プロジェクターの場合、ケース内に熱分布が形成されることが多く、投射レンズ自体の温度変化だけでなく、投射レンズの周辺の温度変化に伴って、結像面と液晶パネルとの間に位置ズレが生じることも多い。つまり、上記特許文献１と同様に投射レンズ自体の温度、湿度等の変化のみに基づいて投射レンズのピント状態を調整した場合、ピントズレを十分に抑制できない可能性がある。

そこで、本発明は、投射レンズの周囲環境の変化に伴うピントずれを補償できるプロジェクターを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターは、画像を表示する表示部と、表示部に表示された画像を投射する投射レンズと、表示部と投射レンズとを連結する連結部と、連結部の状況に関する情報を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて投射レンズの少なくとも一部を移動させるレンズ移動部とを備える。

上記プロジェクターによれば、レンズ移動部が連結部の状況に関する情報を検出する検出部の検出結果に基づいて投射レンズの少なくとも一部を移動させるので、連結部の温度その他の状況変化によって投射レンズと表示部との間隔が変化した場合にも、これを相殺するように投射レンズのバックフォーカス位置を調整してスクリーン側の結像位置を維持することができ、環境変化に関わらず良好な画像をスクリーン上に投射できるプロジェクターを提供することができる。

また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記プロジェクターにおいて、検出部が、連結部に取り付けられて連結部の温度を検出する第１のセンサーを有する。この場合、連結部が温度変化に伴って伸縮する量を相殺するように投射レンズのバックフォーカス位置を変化させることができ、連結部の温度変化に関わらず良好な画像を投射できるプロジェクターを提供することができる。

本発明の別の側面によれば、レンズ移動部が、検出部の検出結果に基づいて投射レンズの全体又は一部の移動量を算出する演算部と、演算部の算出結果に応じて投射レンズの全体又は一部を移動させるレンズ駆動装置とを有する。この場合、連結部の温度に応じて投射レンズを駆動することで、そのバックフォーカス位置を適切に変化させることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、検出部が、投射レンズに取り付けられて投射レンズの温度を検出する第２のセンサーを有する。この場合、投射レンズ自体の温度状態を監視することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、演算部が、第１及び第２のセンサーの検出結果に基づいて投射レンズの全体又は一部の移動量を算出する。この場合、投射レンズ自体の温度の変化も加味して投射レンズのピント状態を調整することができ、より良好な画像を投射できるプロジェクターを提供することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、表示部を照明するための照明光を射出する照明光学系をさらに備える。この場合、表示部に表示された画像を十分な輝度でスクリーン等に投射することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、表示部が、照明光学系からの照明光を変調する光変調装置である。この場合、光変調装置に表示させた様々な画像をスクリーン等に投射することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、照明光学系が、照明光の射出強度を変化させることができ、検出部が、照明光学系からの照明光の射出強度が所定以上に保たれる第１の動作モードである場合に、連結部の状況に関する情報として連結部が比較的高温状態であることを検出し、照明装置からの照明光の射出強度が所定未満に変化する第２の動作モードである場合に、連結部の状況に関する情報として連結部が比較的低温状態であることを検出する。この場合、照明光学系からの照明光の射出強度に関連する第１及び第２の動作モードに適合するように、投射レンズのバックフォーカス位置を調整することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターを概念的に示す図である。 図１に示すプロジェクターの光学系の要部を説明する側面図である。 図１に示すプロジェクターの動作を説明するフローチャートである。 第２実施形態に係るプロジェクターの要部を説明する側面図である。 第２実施形態に係るプロジェクターの動作を説明するフローチャートである。 第３実施形態に係るプロジェクターを概念的に示す図である。 図６に示すプロジェクターの動作の説明するフローチャートである。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照して、本発明の第１実施形態に係るプロジェクターについて説明する。図示のプロジェクター１００は、画像の形成及び投射用の光学系部分１０と、光学系部分１０の動作を制御する制御装置９０とを備える。

〔１．プロジェクターの光学系〕
図１に示す光学系部分１０は、照明光を射出する照明光学系２０と、照明光学系２０からの照明光を青緑赤の３つの色光に分離する色分離導光光学系４０と、色分離導光光学系４０から射出された３つの色光を画像情報に応じてそれぞれ変調する光変調部５０と、光変調部５０から射出された各色の画像光を合成する光合成光学系６０と、光合成光学系６０によって合成された画像光をスクリーン（不図示）に投射する投射光学系７０とを備える。これらのうち、光変調部５０と光合成光学系６０とは、照明光を変調して画像を形成するための表示装置８１を構成する。また、照明光学系２０から光合成光学系６０までの部分は、光学部品用筐体１１の内部に収納されている。

■請求項６対応■
照明光学系２０は、光源装置２１と、凹レンズ２２と、第１及び第２のレンズアレイ２４，２５と、偏光変換装置２６と、重畳レンズ２７と、調光機構３１とを備える。このうち、光源装置２１は、照明用の光束を射出する光源であり、例えば高圧水銀ランプ等である放電型の発光管２１ａと、発光管２１ａから射出された光束を回収して前方に射出させる楕円面型の凹面鏡２１ｂとを備える。凹レンズ２２は、光源装置２１からの光束を平行化する役割を有するが、例えば凹面鏡２１ｂが放物面鏡である場合には、省略することもできる。第１及び第２のレンズアレイ２４，２５は、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズからなるフライアイレンズである。このうち、第１のレンズアレイ２４を構成する要素レンズによって、光源装置２１から射出された光束が複数の部分光束に分割される。また、第２のレンズアレイ２５を構成する要素レンズによって、第１のレンズアレイ２４からの各部分光束が適当な発散角で射出される。偏光変換装置２６は、ＰＢＳや波長板を組み込んだプリズムアレイで構成され、レンズアレイ２５から射出された分割光束を特定方向の直線偏光のみに変換して次段光学系に供給する偏光変換部である。重畳レンズ２７は、偏光変換装置２６を経た直線偏光としての照明光を全体として適宜収束させることにより、被照明領域すなわち光変調部５０に設けた各色の液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂに対する重畳照明を可能にする。つまり、両レンズアレイ２４，２５と重畳レンズ２７とを通過した照明光は、以下に詳述する色分離導光光学系４０を通って、光変調部５０に設けられた各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを均一に重畳照明する。

調光機構３１は、照明光学系２０の内部、例えば第１及び第２のレンズアレイ２４，２５の間に配設され、一対の遮光部３３，３４を開閉することで照明光学系２０から射出される照明光の少なくとも一部を連続的又は段階的に遮光し照明光量すなわち照明光の射出強度を調整する。

色分離導光光学系４０は、第１及び第２のダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、３つのフィールドレンズ４３ｒ，４３ｇ，４３ｂとを備え、光源装置２１から射出された照明光を赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、及び青（Ｂ）色の３色に分離するとともに、分離された各色光を後段の液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１のダイクロイックミラー４１ａは、ＲＧＢの３色のうちＲ色の照明光ＬＲを反射しＧ色及びＢ色の照明光ＬＧ，ＬＢを透過させる。また、第２のダイクロイックミラー４１ｂは、ＧＢの２色のうちＧ色の照明光ＬＧを反射しＢ色の照明光ＬＢを透過させる。つまり、第１のダイクロイックミラー４１ａで反射された赤色光ＬＲは、フィールドレンズ４３ｒのある第１光路ＯＰ１に導かれ、第１のダイクロイックミラー４１ａを透過して第２のダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、フィールドレンズ４３ｇのある第２光路ＯＰ２に導かれ、第２のダイクロイックミラー４１ｂを通過した青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｂのある第３光路ＯＰ３に導かれる。各色用のフィールドレンズ４３ｒ，４３ｇ，４３ｂは、第２レンズアレイ２５から射出された各部分光束が、各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂの被照射領域上において適度な入射角度となるように調節している。一対のリレーレンズ４４ａ，４４ｂは、第１光路ＯＰ１や第２光路ＯＰ２よりも相対的に長い第３光路ＯＰ３上に配置され、入射側の第１のリレーレンズ４４ａの直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のフィールドレンズ４３ｂに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。

光変調部５０は、３色の照明光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂを備える。各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂは、入射した照明光の強度の空間分布を変調する非発光型の光変調装置である。

各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂは、中央に配置される液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂと、これを挟むように一方の光入射側に配置される入射側偏光フィルター５２ｒ，５２ｇ，５２ｂと、他方の光射出側に配置される射出側偏光フィルター５３ｒ，５３ｇ，５３ｂとをそれぞれ備えている。各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂは、図示による説明を省略するが、透明電極等を有する光透過性基板と、画素電極等を有する光透過型の駆動基板と、光透過性基板及び駆動基板間に密閉封入される液晶層とを備える。各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂに入射した各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で強度変調される。

光合成光学系６０は、クロスダイクロイックプリズムであり、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対のダイクロイックミラー６１，６２が形成されている。両ダイクロイックミラー６１，６２は、特性が異なる誘電体多層膜で形成されている。すなわち、一方の第１ダイクロイックミラー６１は赤色光ＬＲを反射し、他方の第１ダイクロイックミラー６２は青色光ＬＢを反射する。この光合成光学系６０は、液晶ライトバルブ５０ｒからの変調後の赤色光ＬＲを第１ダイクロイックミラー６１で反射して光路を折り曲げることによりＺ方向に射出させ、液晶ライトバルブ５０ｇからの変調後の緑色光ＬＧを第１及び第２ダイクロイックミラー６１，６２を透過させることによってＺ方向に直進させ、液晶ライトバルブ５０ｂからの変調後の青色光ＬＢを第２ダイクロイックミラー６２で反射して光路を折り曲げることによりＺ方向に射出させる。光合成光学系６０の光射出側では、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが重ね合わされて色合成が行われる。

投射光学系７０は、光合成光学系６０で合成されたカラーの画像光を拡大投射する投射レンズ７１と、制御装置９０の制御下で動作して投射レンズ７１の状態を調整するレンズ駆動装置７２とを備える。投射レンズ７１は、液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ上の画像を所望の倍率でスクリーン（不図示）上に投射するズームレンズである。レンズ駆動装置７２は、図示を省略するが、アクチュエータ、機械機構、センサー等を内蔵している。レンズ駆動装置７２は、投射レンズ７１の投射倍率、レンズシフト量等のレンズ情報を検出して後述するレンズ駆動制御部９５に出力するとともに、レンズ駆動制御部９５からの制御信号に基づいて、投射レンズ７１の投射倍率、レンズシフト量、バックフォーフォーカス量等を変更することができる。なお、投射レンズ７１のＹ方向への全体的な移動であるレンズシフト量を変更することにより、システム光軸ＳＡや光軸ＯＡから＋Ｙ方向にずれた位置に形状歪の少ない状態での画像投射が可能になる。また、詳細は後述するが、投射レンズ７１中の一部レンズを光軸ＯＡの方向に移動させることにより、投射倍率を変化させることができ、或いはバックフォーフォーカス量を微小変化させ得るようになっている。以上の投射光学系７０により、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに入力された駆動信号又は表示信号に対応する各色の画像を合成したカラー動画やカラー静止画がスクリーン上に所望の倍率で投射される。

図２は、投射光学系７０に対して光変調部５０や光合成光学系６０を固定する方法を説明する側面図である。なお、光変調部５０と光合成光学系６０とは、一体化されて表示装置８１を構成し、画像を表示する表示部として機能する。

投射光学系７０と表示装置８１とを互いに固定するための連結部８２は、投射光学系７０を支持するフレーム部材８２ａと、表示装置８１を支持するホルダ部材８２ｂと、フレーム部材８２ａ及びホルダ部材８２ｂ間に介在する中間部材８２ｃとを有する。これらのフレーム部材８２ａと、ホルダ部材８２ｂと、中間部材８２ｃとは、例えばアルミダイカスト、マグネシウムダイカストその他の線膨張係数の比較的小さな材料で一体的に形成される。中間部材８２ｃには、第１のセンサーとして、連結部８２の温度を検出する第１温度センサー９７が取り付けられている。第１温度センサー９７は、例えばサーミスター等の感温素子で形成され、制御装置９０に設けた検出回路９６によって動作が制御される。なお、連結部８２のうちフレーム部材８２ａは、図１に示す光学部品用筐体１１に固定されている。

投射光学系７０のうち投射レンズ７１は、レンズ駆動装置７２を介してフレーム部材８２ａに支持されている。つまり、レンズ駆動装置７２は、一方でフレーム部材８２ａに固定されてこのフレーム部材８２ａに支持されており、他方で投射レンズ７１のフランジ７１ｆに固定されて投射レンズ７１を支持している。投射レンズ７１には、第２のセンサーとして、投射光学系７０の温度を検出する第２温度センサー９８が取り付けられている。第２温度センサー９８は、例えばサーミスター等の感温素子で形成され、制御装置９０に設けた検出回路９６によって動作が制御される。なお、投射レンズ７１の鏡筒７１ａのうち表示装置８１側すなわち光路上流側の部分は、フレーム部材８２ａの開口８５に通されている。

表示装置８１は、光合成光学系６０の底面６０ｒにおいて接着剤等を利用することによりホルダ部材８２ｂに固定されている。ここで、光合成光学系６０の側面である３つの入射面６５には、アライメント用の支持体６８ｒ，６８ｇ，６８ｂを介して各色用の液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂがそれぞれ固定されている。

レンズ駆動装置７２は、投射レンズ７１をその光軸ＯＡ上の位置から光軸ＯＡ方向に垂直なＣＤ方向に沿って適宜並進移動させることができ、このように投射レンズ７１の光軸ＯＡをシステム光軸ＳＡに対して意図的にずらすレンズシフトによって、投射レンズ７１による投射方向を光軸ＯＡに対して例えば＋Ｙ方向に所望角度傾いた斜め方向とすることができる。また、レンズ駆動装置７２は、投射レンズ７１内に設けた部分駆動機構７３を介してレンズ群７１ａ，７１ｂ，７１ｃ等を光軸ＯＡ方向に個別に往復移動させることができ、投射レンズ７１の投射倍率等を調整することができるようになっている。さらに、レンズ駆動装置７２は、部分駆動機構７３を介してレンズ群７１ａ，７１ｃ等を光軸ＯＡ方向に適宜微動させることができ、表示装置８１の位置ずれ等の環境状況に対応して、投射レンズ７１のバックフォーカス量を調整することができる。つまり、レンズ駆動装置７２は、後述する制御装置９０の主制御部９９とともに、連結部８２の温度検出結果に基づいて投射レンズ７１の一部を移動させるためのレンズ移動部を構成する。なお、投射レンズ７１のうち例えばレンズ群７１ｄは、手動で光軸ＯＡ方向に微動させることができ、投射レンズ７１によるフォーカス状態すなわちスクリーン状でのピント状態の手動調整に利用される。

以下、レンズ駆動装置７２の第１のフォーカス補償機能について説明する。まず、前提として、連結部８２は、温度変化に伴ってわずかであるが伸縮し、投射レンズ７１を支持するフレーム部材８２ａに対する液晶ライトバルブ５０ｇ等の位置が温度に伴って微小変化するものとする。具体的に説明すると、連結部８２、特に中間部材８２ｃの周辺が常温状態である場合、図２に実線で示すように、フレーム部材８２ａから液晶ライトバルブ５０ｇまでの距離がＤ０となっている。ここで、投射レンズ７１が常温状態でそのバックフォーカス量が標準値ＢＦ０に保たれているとするならば、投射レンズ７１のバックフォーカス位置は、実線で示す液晶ライトバルブ５０ｒ等の位置に対応するものとなっており、不図示のスクリーン上にピントの合った結像が可能になっている。その後、連結部８２の周辺が加熱されて温度差ΔＴ１だけ高温状態となった場合、図２に二点鎖線で示すように、フレーム部材８２ａから液晶ライトバルブ５０ｇまでの距離がＤ０よりも増加して変化値Ｄ１となる。ここで、投射レンズ７１の温度が元のまま増減していないものとする。この場合、レンズ駆動装置７２を適宜動作させて投射レンズ７１を構成するレンズ群７１ａ，７１ｃ等を光軸ＯＡ方向に適宜微動させることにより、投射レンズ７１のバックフォーカス量を、標準値ＢＦ０に対して正の差分ΔＤ＝Ｄ１−Ｄ０だけ加算して増加させた補正バックフォーカス量ＢＦ１＝ＢＦ０＋ΔＤとすることができる。ここで、差分ΔＤは、一般的に温度差ΔＴ１に比例するので、温度係数αを用いると、ΔＤ＝α・ΔＴ１と表すことができる。以上のようなバックフォーカス量の補正を行うことにより、投射レンズ７１のバックフォーカス位置を二点鎖線で示す液晶ライトバルブ５０ｒ等の位置に一致させることができる。逆に、連結部８２の周辺が常温よりも温度差ΔＴ１だけ低温状態となった場合、図示を省略するが、フレーム部材８２ａから液晶ライトバルブ５０ｇまでの距離がＤ０よりも減少して変化値Ｄ１となる。ここで、レンズ駆動装置７２を適宜動作させて、投射レンズ７１のバックフォーカス量を標準値ＢＦ０に対して負の差分ΔＤ＝Ｄ１−Ｄ０だけ加算して減少させた補正バックフォーカス量ＢＦ１＝ＢＦ０＋ΔＤとするならば、投射レンズ７１のバックフォーカス位置を液晶ライトバルブ５０ｒ等の位置に一致させることができる。つまり、連結部８２の周辺の温度環境にかかわらず、不図示のスクリーン上に液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂの像をピントの合った状態で投射することができる。なお、以上では、温度係数αを一定と考えたが、温度係数αが温度に伴って大きく変化しても、温度に伴って変化する温度係数α（Ｔ）を用いれば、バックフォーカス位置の正確な温度補償が可能になる。

以下、レンズ駆動装置７２の第２のフォーカス補償機能について説明する。以上では、投射レンズ７１が常温状態に保たれていることを前提としているが、実際の投射レンズ７１の温度は環境等の影響を受けて変化する。投射レンズ７１が画像投射中に加熱されて比較的高温状態となった場合、例えば投射レンズ７１のバックフォーカス量がＢＦ０からＢＦ１'に減少し、バックフォーカス位置が差分ΔＢだけ光路下流側にシフトしたものとなる。つまり、投射レンズ７１の焦点距離の増減の温度係数βは、この例では負の値であり、上昇の温度差ΔＴ２に伴ってバックフォーカス量が差分ΔＢ＝β・ΔＴ２だけ短くなるという傾向を有する。ここで、連結部８２が常温状態でフレーム部材８２ａから液晶ライトバルブ５０ｇまでの距離が標準値Ｄ０に保たれているとする。この場合、レンズ駆動装置７２を適宜動作させて投射レンズ７１を構成するレンズ群７１ａ，７１ｃ等を光軸ＯＡ方向に適宜微動させることにより、投射レンズ７１のバックフォーカス量ＢＦ１'を正の差分ΔＢ'＝−ΔＢ＝−β・ΔＴ２だけ増加させて標準値ＢＦ０に戻すことができる。これにより、投射レンズ７１のバックフォーカス位置を実線で示す液晶ライトバルブ５０ｒ等の位置に一致させることができる。逆に、投射レンズ７１が比較的低温状態となった場合、図示を省略するが、投射レンズ７１のバックフォーカス量がＢＦ０から増加し、バックフォーカス位置が光路上流側にシフトしたものとなる。ここで、レンズ駆動装置７２を適宜動作させることにより、投射レンズ７１のバックフォーカス量を負の差分ΔＢ'＝−β・ΔＴ２だけ減少させて標準値ＢＦ０に戻すならば、投射レンズ７１のバックフォーカス位置を液晶ライトバルブ５０ｒ等の位置に一致させることができる。つまり、投射レンズ７１の温度にかかわらず、不図示のスクリーン上に液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂの像をピントの合った状態で投射することができる。以上では、温度係数βを一定と考えたが、温度係数βが温度に伴って大きく変化しても、温度に伴って変化する温度係数β（Ｔ）を用いれば、バックフォーカス位置の正確な温度補償が可能になる。

以上では、投射レンズ７１が常温状態であるか、連結部８２が常温状態であるかのいずれかを前提としたが、投射レンズ７１及び連結部８２の双方が常温状態からずれてもよい。この場合、第１のフォーカス補償機能と第２のフォーカス補償機能とが一括して行われる。つまり、投射レンズ７１を構成するレンズ群７１ａ，７１ｃ等を光軸ＯＡ方向に適宜微動させ、投射レンズ７１のバックフォーカス量をΔＤとΔＢ'とを加算した補償量によって温度変動を相殺することで、投射光学系７０と表示装置８１と含めた系においてフォーカス補償が可能になる。

なお、フォーカス補償に際して移動させるレンズは、レンズ群７１ａ，７１ｃに限らず、投射レンズ７１内に特別設けた補正レンズ（不図示）とすることもできる。

〔２．プロジェクターの制御系〕
図１に示すように、制御装置９０は、ビデオ信号等の外部画像信号が入力される画像処理部９１と、画像処理部９１の出力に基づいて各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂを駆動するパネル駆動部９２と、画像処理部９１の出力に基づいて調光機構３１を駆動する調光機構駆動部９３と、光源装置２１に給電して発光管２１ａの点灯状態を調整する点灯駆動部９４と、投射光学系７０による結像状態を調整するためのレンズ駆動制御部９５と、これらの回路部分９１，９４，９５等の動作を統括的に制御する主制御部９９とを備える。なお、制御装置９０は、電源装置１０１から電力の供給を受けて動作する。

制御装置９０において、画像処理部９１は、入力された外部画像信号に対して色補正、歪補正等を行うことや、外部画像信号に対応する画像に代えて或いは重畳して文字情報等を表示することができる。

パネル駆動部９２は、画像処理部９１から出力された画像処理後の画像信号に基づいて各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂの状態を調節する駆動信号を発生する。これにより、画像処理部９１から入力された画像信号に対応して、液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂにおいて、透過率分布としての画像を形成することができる。

調光機構駆動部９３は、調光機構３１の開閉状態を制御する。調光機構駆動部９３は、遮光部３３，３４が光路の大半を遮断している閉状態と、遮光部３３，３４が光路を開放している開状態との間で、調光機構３１に連続的又は段階的な開閉動作を行わせる。

点灯駆動部９４は、発光管２１ａに供給する電圧や電流の振幅や周期等を調節することによって、発光管２１ａの発光状態を調節する。

レンズ駆動制御部９５は、レンズ駆動装置７２に制御信号を出力することによりレンズ駆動装置７２を適切に動作させており、投射レンズ７１の投射倍率、レンズシフト量、バックフォーフォーカス量等を所望の状態にすることができる。また、レンズ駆動制御部９５は、レンズ駆動装置７２に内蔵されたズームポジションセンサー、シフトセンサー等からの検出信号を受信しており、投射レンズ７１の投射倍率、レンズシフト量等のレンズ情報を監視している。

主制御部９９は、マイクロコンピューター、メモリー等からなり、画像処理部９１、点灯駆動部９４、レンズ駆動制御部９５等を制御するために適宜用意されたプログラムに基づいて動作する。これにより、プロジェクター１００の動作状態が適宜維持される。本実施形態において、主制御部９９は、検出回路９６を介して第１温度センサー９７の検出出力を監視しており、演算部として、第１温度センサー９７の検出結果に基づいて投射レンズ７１を構成する一部のレンズ群７１ａ，７１ｃを温度補償のために移動させる量である第１の移動量を算出する。この移動量は、距離を直接表すものである必要はなく、レンズ駆動装置７２の駆動量に対応するものであればよい。主制御部９９は、検出回路９６を介して第２温度センサー９８の検出出力も監視しており、演算部として、第２温度センサー９８の検出結果に基づいて投射レンズ７１を構成する一部のレンズ群７１ａ，７１ｃを温度補償のために移動させる量である第２の移動量を算出する。主制御部９９は、第１の移動量と第２の移動量とを加算して、投射レンズ７１のバックフォーカス量を加算値ΔＤ＋ΔＢ'だけ変化させるための制御信号を準備し、この制御信号をレンズ駆動制御部９５に出力する。なお、主制御部９９は、以上のような差分ΔＤ，ΔＢ'を計算するために必要な換算表や換算式を不揮発性のメモリー部分に保管している。

〔３．フォーカス補償の動作〕
以下、図３のフローチャートを参照して、本実施形態のプロジェクター１００におけるフォーカス補償動作について説明する。

まず、プロジェクター１００は、画像信号の表示処理を行う（ステップＳ１０）。すなわち、主制御部９９は、制御装置９０に画像信号入力端子を介してビデオ信号が入力されると、画像処理部９１を動作させて、液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂにビデオ信号に対応する光変調を行わせる。

次に、主制御部９９は、検出部である第１温度センサー９７の検出結果に基づいて、中間部材８２ｃの常温からの温度差ΔＴ１を検出する（ステップＳ１１）。

次に、主制御部９９は、ステップＳ１１で得た温度差ΔＴ１から、投射レンズ７１のバックフォーカス量の修正量として上述した差分ΔＤを算出する（ステップＳ１２）。

次に、主制御部９９は、検出部である第２温度センサー９８の検出結果に基づいて、投射レンズ７１の常温からの温度差ΔＴ２を検出する（ステップＳ１３）。

次に、主制御部９９は、ステップＳ１３で得た温度差ΔＴ２から、投射レンズ７１のバックフォーカス量の修正量として上述した差分ΔＢ'を算出する（ステップＳ１４）。

次に、主制御部９９は、投射レンズ７１のバックフォーカス量の総修正量として上述した２つの差分の加算値ΔＤ＋ΔＢ'を算出する（ステップＳ１５）。

次に、主制御部９９は、この加算値ΔＤ＋ΔＢ'を与える移動量に対応する制御信号をレンズ駆動制御部９５に出力することにより、レンズ駆動装置７２を適宜動作させ、投射光学系７０と表示装置８１と含めた系においてフォーカス補償を行わせる（ステップＳ１７）。

主制御部９９は、電源のオフ等によって投射動作の終了が指示されるまでは（ステップＳ１８のＹ）、ステップＳ１７の動作の後、ステップＳ１０に戻る（ステップＳ１８のＮ）。

以上の説明では、投射レンズ７１の温度変化に伴う投射レンズ７１のバックフォーカス量の変動である差分ΔＢ'が比較的大きいとしたが、この差分ΔＢ'が差分ΔＤに比較して小さい場合、主制御部９９は、第１温度センサー９７の検出結果のみに基づいて動作することができる。この場合、第２温度センサー９８は不要となり、主制御部９９は、投射レンズ７１のバックフォーカス量の総修正量として差分ΔＤのみを算出し、この差分ΔＤの移動量に対応する制御信号をレンズ駆動制御部９５に出力することにより、レンズ駆動装置７２を適宜動作させてフォーカス補償を行わせる。

以上説明したプロジェクター１００によれば、レンズ移動部としての主制御部９９やレンズ駆動装置７２が連結部８２の温度情報を検出する第１温度センサー９７の検出結果に基づいて投射レンズ７１の一部を移動させるので、連結部８２の温度変化によって投射レンズ７１と表示装置８１との間隔が変化した場合にも、これを相殺するように投射レンズ７１のバックフォーカス位置を調整することができ、環境変化に関わらず良好な画像を投射できるプロジェクター１００を提供することができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成について説明する。なお、第２実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクター１００を変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。

図４は、図２に対応するものであり、第２実施形態に係るプロジェクター１００の要部の側面図である。この場合、レンズ駆動装置７２は、投射レンズ７１全体を光軸ＯＡの方向に移動させることにより、バックフォーフォーカス位置を微小変化させ得るようになっている。

以下、レンズ駆動装置７２の第１のフォーカス補償機能について説明する。連結部８２、特に中間部材８２ｃの周辺が常温状態である場合、図４に実線で示すように、フレーム部材８２ａから液晶ライトバルブ５０ｇまでの距離がＤ０となっている。ここで、投射レンズ７１のバックフォーカス量ＢＦ０が標準値に保たれているとするならば、投射レンズ７１のバックフォーカス位置は、実線で示す液晶ライトバルブ５０ｒ等の位置に対応するものとなっており、不図示のスクリーン上にピントの合った結像が可能になっている。その後、連結部８２の周辺が加熱されて温度差ΔＴ１だけ高温状態となった場合、図２に二点鎖線で示すように、フレーム部材８２ａから液晶ライトバルブ５０ｇまでの距離がＤ１に延びている。ここで、投射レンズ７１のバックフォーカス量ＢＦ０が標準値に保たれているとするならば、レンズ駆動装置７２を適宜動作させて投射レンズ７１全体を−Ｚ方向に正の差分ΔＤ＝Ｄ１−Ｄ０＝α・ΔＴ１だけ移動させることで、投射レンズ７１のバックフォーカス位置を二点鎖線で示す液晶ライトバルブ５０ｒ等の位置に一致させることができる。逆に、連結部８２の周辺が常温よりも温度差ΔＴ１だけ低温状態となった場合、図示を省略するが、フレーム部材８２ａから液晶ライトバルブ５０ｇまでの距離がＤ０よりも短くなる。ここで、投射レンズ７１のバックフォーカス量ＢＦ０が標準値に保たれているとするならば、レンズ駆動装置７２を適宜動作させて投射レンズ７１全体を−Ｚ方向に負の差分ΔＤ＝Ｄ１−Ｄ０＝α・ΔＴ１だけ、つまり+Ｚ方向に適宜移動させることで、投射レンズ７１のバックフォーカス位置を液晶ライトバルブ５０ｒ等の位置に一致させることができる。つまり、連結部８２の周辺の温度環境にかかわらず、不図示のスクリーン上に液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂの像をピントの合った状態で投射することができる。

以下、レンズ駆動装置７２の第２のフォーカス補償機能について説明する。以下では、投射レンズ７１が常温状態から変動してバックフォーカス量ＢＦ０が変化するものとする。投射レンズ７１が画像投射中に加熱されてΔＴ２だけ高温状態となった場合、投射レンズ７１のバックフォーカス量がＢＦ０からＢＦ２に減少し、バックフォーカス位置が差分ΔＢ＝β・ΔＴ２だけ光路下流側にシフトしたものとなる。ここで、フレーム部材８２ａから液晶ライトバルブ５０ｇまでの距離が標準値Ｄ０に保たれているとするならば、レンズ駆動装置７２を適宜動作させて投射レンズ７１全体を＋Ｚ方向に負の差分ΔＢ'＝−ΔＢだけ移動させることで、投射レンズ７１のバックフォーカス位置を実線で示す液晶ライトバルブ５０ｒ等の位置に一致させることができる。逆に、投射レンズ７１が常温よりも温度差ΔＴ２だけ低温状態となった場合、図示を省略するが、投射レンズ７１のバックフォーカス量がＢＦ０から増加し、バックフォーカス位置が光路上流側にシフトしたものとなる。ここで、フレーム部材８２ａから液晶ライトバルブ５０ｇまでの距離が標準値Ｄ０に保たれているとするならば、レンズ駆動装置７２を適宜動作させて投射レンズ７１全体を＋Ｚ方向に正の差分ΔＢ'＝−ΔＢだけ移動させることで、投射レンズ７１のバックフォーカス位置を実線で示す液晶ライトバルブ５０ｒ等の位置に一致させることができる。つまり、投射レンズ７１の温度にかかわらず、不図示のスクリーン上に液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂの像をピントの合った状態で投射することができる。

図５は、第２実施形態に係るプロジェクター１００の動作を説明するフローチャートである。この場合、主制御部９９は、ステップＳ１１で得た温度差ΔＴ１から、フォーカス補償に必要な投射レンズ７１全体の移動量として上述した差分ΔＤを算出する（ステップＳ１１２）。また、主制御部９９は、ステップＳ１３で得た温度差ΔＴ２から、フォーカス補償に必要な投射レンズ７１全体の移動量として上述した差分ΔＢ'を算出する（ステップＳ１１４）。そして、主制御部９９は、ステップＳ１１５で、投射レンズ７１の総移動量として上述した２つの差分の加算値ΔＤ＋ΔＢ'を算出し、ステップＳ１７で、この加算値ΔＤ＋ΔＢ'の移動量に対応する制御信号をレンズ駆動制御部９５に出力し、レンズ駆動装置７２によって投射光学系７０と表示装置８１と含めた系においてフォーカス補償を行わせる。

以上説明したプロジェクター１００によれば、レンズ移動部としての主制御部９９やレンズ駆動装置７２が連結部８２の温度情報を検出する第１温度センサー９７の検出結果に基づいて投射レンズ７１全体を移動させるので、連結部８２の温度変化によって投射レンズ７１と表示装置８１との間隔が変化した場合にも、これを相殺するように投射レンズ７１のバックフォーカス位置を調整することができ、環境変化に関わらず良好な画像を投射できるプロジェクター１００を提供することができる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成について説明する。なお、第３実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクター１００を変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。

図６は、図１に対応するものであり、第３実施形態に係るプロジェクター２００の構造を説明する図である。この場合、図１に示すような温度センサー９８，９８を設けないで、主制御部９９が調光機構３１を構成する一対の遮光部３３，３４の開閉状態を検出する。つまり、主制御部９９は、画像処理部９１を介して調光機構駆動部９３の動作状態として遮光部３３，３４の開閉状態を監視する。

なお、プロジェクター２００は、調光機構３１を開状態とする第１の動作モードと、表示画像に応じて調光機構３１による遮光量を増減させる第２の動作モードとで動作可能となっている。第２の動作モードは、ダイナミック・コントラストを増加させる動作モードである。プロジェクター２００が第２の動作モードで動作するとき、調光機構３１は、調光機構駆動部９３の制御下で、投射画像に応じて開閉動作する。つまり、第２の動作モードでは、表示画像に応じて遮光量を増減させるので、動画のコントラストを向上させることができる。なお、ダイナミック・コントラスト優先の第２の動作モードとするか、輝度優先の第１の動作モードとするかは、例えばユーザが設定することができ、主制御部９９には、動作モードの選択が記憶される。

図７は、第３実施形態に係るプロジェクター２００の動作を説明するフローチャートである。この場合、主制御部９９は、プロジェクター２００が高輝度の動作モードに設定されているか否かの判断を行う（ステップＳ２１）。主制御部９９は、ダイナミック・コントラスト優先の第２の動作モードが選択されず、輝度優先の第１の動作モードが選択されていると判断した場合、投射レンズ７１のバックフォーカス量の修正量として差分ΔＤを算出する（ステップＳ２２）。この場合、差分ΔＤは、第１の動作モードでの動作によって予測される連結部８２の光軸ＯＡ方向の伸張量に相当する。主制御部９９は、この差分ΔＤを相殺する移動量に対応する制御信号をレンズ駆動制御部９５に出力し、投射レンズ７１の一部を微動させることによってフォーカス補償を行わせる（ステップＳ１７）。なお、主制御部９９は、第２の動作モードが選択されていると判断した場合、連結部８２の光軸ＯＡ方向の伸張量が殆ど無視できるものとして、ステップＳ２２，Ｓ１７の処理を省略する。

以上において、高輝度の第１の動作モードでのフォーカス補償は、投射レンズ７１の一部を微動させることに限らず、投射レンズ７１の全部を微動させることによっても達成される。

また、以上の処理では、投射レンズ７１自体の温度変化を無視しているが、投射レンズ７１の温度変化を考慮して、投射レンズ７１のバックフォーカス量の増減調整を行うこともできる。

以上説明した第３実施形態のプロジェクター２００において、主制御部９９は、検出部として、照明光の射出強度が所定以上に保たれる第１の動作モードである場合に、連結部８２が比較的高温状態であることを判定又は検出し、照明光の射出強度が所定未満に変化する第２の動作モードである場合に、連結部８２が比較的低温状態であることを判定又は検出するので、第１及び第２の動作モードに適合するように、投射レンズ７１のバックフォーカス位置を調整することができる。

なお、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

すなわち、上記実施形態では、プロジェクター１００，２００がオートフォーカス型でないことを前提としたが、プロジェクター１００，２００がオートフォーカス型であれば、レンズ駆動装置７２によって投射レンズ７１の自動焦点調節を行わせることができる。この場合も、オートフォーカス機能を停止させたとき、環境温度によって投射レンズ７１のピント状態が変化するので、図３，５，７に示す動作を実行することによって環境変化に関わらず良好な画像を投射できる。

また、上記実施形態では、投射レンズ７１の周辺の温度変化に基づいてバックフォーカス位置の調整を行っているが、湿度変化を加味してバックフォーカス位置の調整を行うこともできる。

また、上記実施形態では、照明光学系２０に設けた光源装置２１の発光管２１ａとして高圧水銀ランプを用いているが、発光管２１ａとして、メタルハライドランプ等の種々の光源を用いることができる。

また、上記実施形態では、光源装置２１からの光を複数の部分光束に分割するため、一対のレンズアレイ２４，２５を用いていたが、この発明は、このようなレンズアレイを用いないプロジェクターにも適用可能である。さらに、レンズアレイ２４，２５をロッドインテグレーターに置き換えることもできる。

上記第１実施形態では、光源装置２１等からの光を特定方向の偏光とする偏光変換装置２６を用いていたが、この発明は、このような偏光変換装置２６を用いないプロジェクターにも適用可能である。

上記実施形態では、透過型の液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂを備えるプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型の液晶ライトバルブを備えるプロジェクターにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。

プロジェクターとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面投射型のプロジェクターと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面投射型のプロジェクターとがあるが、図１等に示すプロジェクター１００，２００の構成は、いずれにも適用可能である。

上記実施形態では、３つの液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂを用いたプロジェクター１００，２００の例のみを挙げたが、本発明は、１つ又は２つの液晶ライトバルブを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。なお、単一の液晶ライトバルブでプロジェクターを構成する場合、この液晶ライトバルブが表示部となる。

上記実施形態のプロジェクター１００，２００では、色分離導光光学系４０や液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂ等を用いて各色の光変調を行っているが、これらに代えて、例えば照明装置２１によって照明されるカラーホイールと、マイクロミラーの画素によって構成されカラーホイールの透過光が照射されるデバイス（光変調装置としてのライトバルブ）とを組み合わせたものとを用いることにより、カラーの光変調及び合成を行うこともできる。

プロジェクターとしては、シート状の原稿を照明するとともに原稿の拡大像を投射レンズで拡大投射するタイプの装置（ＯＨＰ）も存在するが、本発明は、この種のプロジェクターにも適用可能である。この際、原稿の支持台が表示部となり、検出部は、支持台と投射レンズとの間に介在する連結部の温度等の情報を検出する。

１０…光学系部分、 １１…光学部品用筐体、 ２０…照明光学系、 ２１…光源装置、 ２２…凹レンズ、 ２４，２５…レンズアレイ、 ２６…偏光変換装置、 ２７…重畳レンズ、 ３１…調光機構、 ４０…色分離導光光学系、 ４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー、 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…反射ミラー、 ４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ…フィールドレンズ、 ５０…光変調部、 ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂ…液晶ライトバルブ、 ５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ…液晶パネル、 ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂ…入射側偏光フィルター、 ５３ｒ，５３ｇ，５３ｂ…射出側偏光フィルター、 ６０…光合成光学系、 ６１，６２…ダイクロイックミラー、 ７０…投射光学系、 ７１…投射レンズ、 ７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ…レンズ群、 ７２…レンズ駆動装置、 ７３…部分駆動機構、 ８１…表示装置、 ８２…連結部、 ８２ａ…フレーム部材、 ８２ｂ…ホルダ部材、 ８２ｃ…中間部材、 ９０…制御装置、 ９１…画像処理部、 ９２…パネル駆動部、 ９３…調光機構駆動部、 ９４…点灯駆動部、 ９５…レンズ駆動制御部、 ９８，９８…温度センサー、 ９９…主制御部、 １００，２００…プロジェクター、 １０１…電源装置、 ＬＢ…青色光、 ＬＧ…緑色光、 ＬＲ…赤色光、 ＯＡ…光軸、 ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…光路

Claims (6)

1. 画像を表示する表示部と、
   前記表示部に表示された画像を投射する投射レンズと、
   前記表示部と投射レンズとを連結する連結部と、
   前記連結部の状況に関する情報を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて投射レンズの少なくとも一部を移動させるレンズ移動部と、
   前記表示部を照明するための照明光を射出する照明光学系と、
   を備え、
   前記照明光学系は、照明光の射出強度を変化させることができ、
   前記検出部は、前記照明光学系からの照明光の射出強度が所定以上に保たれる第１の動作モードであるか、前記照明装置からの照明光の射出強度が前記所定未満に変化する第２の動作モードであるかを検出し、
   前記検出部が前記第１の動作モードであると検出した場合に、前記レンズ移動部は前記投射レンズの少なくとも一部を移動させ、前記検出部が前記第２の動作モードであると検出した場合に、前記レンズ移動部は前記投射レンズを移動させない、プロジェクター。
2. 前記検出部は、前記連結部に取り付けられて前記連結部の温度を検出する第１のセンサーを有する、請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記レンズ移動部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記投射レンズの全体又は一部の移動量を算出する演算部と、前記演算部の算出結果に応じて前記投射レンズの全体又は一部を移動させるレンズ駆動装置とを有する、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載のプロジェクター。
4. 前記検出部は、前記投射レンズに取り付けられて前記投射レンズの温度を検出する第２のセンサーを有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
5. 前記演算部は、前記第１及び第２のセンサーの検出結果に基づいて前記投射レンズの全体又は一部の移動量を算出する、請求項４に記載のプロジェクター。
6. 前記表示部は、前記照明光学系からの照明光を変調する光変調装置である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。

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