【手続補正書】
【提出日】平成17年2月14日(2005.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】投射型表示装置および画像表示システム
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成素子からの光を、焦点調節が可能な投射光学系により被投射面に投射して画像を表示する投射型表示装置であって、
前記被投射面からの光を受光する受光検出手段と、
この受光検出手段からの出力信号に基づいて前記投射光学系の焦点調節制御を行う自動焦点制御手段とを有し、
前記投射光学系の光軸が、前記画像形成素子に形成された原画像の中心から投射画像の中心に至る基準軸に対してシフトしており、
前記受光検出手段は、前記被投射面上における前記投射光学系の光軸の位置を含む該光軸位置に近接した検出範囲からの光を受光することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記検出範囲は、前記被投射面上における前記投射光学系の光軸の位置を概ね中心として設定されることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記検出範囲は、前記被投射面上における画面中心から外れた範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
画像形成素子からの光を、焦点調節が可能な投射光学系により被投射面に投射して画像を表示する投射型表示装置であって、
前記被投射面からの光を受光する受光検出手段と、
この受光検出手段からの出力信号に基づいて前記投射光学系の焦点調節制御を行う自動焦点制御手段とを有し、
前記受光検出手段は、前記被投射面上における画像投射領域と画像外領域との境界を含む検出範囲からの光を受光することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
前記投射光学系は投射画角の変更が可能であり、
前記受光手段の検出範囲が、前記投射画角の変更範囲全域で前記境界を含むように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記投射光学系の光軸が、前記画像形成素子に形成された原画像の中心から投射画像の中心に至る基準軸に対してシフトしていることを特徴とする請求項４又は５に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
画像形成素子からの光を、焦点調節が可能な投射光学系により被投射面に投射して画像を表示する投射型表示装置であって、
前記被投射面からの光を受光する受光検出手段と、
この受光検出手段からの出力信号に基づいて前記投射光学系の焦点調節制御を行う自動焦点制御手段とを有し、
前記受光検出手段は、基線長方向に離間して配置された一対のラインセンサにより構成され、前記一対のラインセンサの基線長方向が前記検出範囲に含まれる、投射画像の１辺に対して略直交するように設けられていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項８】
前記投射光学系の光軸が、前記画像形成素子に形成された原画像の中心から投射画像の中心に至る基準軸に対してシフトしていることを特徴とする請求項７に記載の投射型表示装置。
【請求項９】
画像形成素子からの光を、焦点調節が可能な投射光学系により被投射面に投射して画像を表示する投射型表示装置であって、
前記被投射面からの光を受光する受光検出手段と、
この受光検出手段からの出力信号に基づいて前記投射光学系の焦点調節制御を行う自動焦点制御手段とを有し、
前記受光検出手段は、基線長方向に離間して配置された一対のラインセンサにより構成され、
前記投射光学系の光軸が、前記画像形成素子に形成された原画像の中心から投射画像の中心に至る基準軸に対してシフトしており、
前記受光検出手段が、前記一対のラインセンサの基線長方向が前記検出範囲に含まれる、投射画像の外周辺のうち前記投射光学系の光軸に最も近い辺に対して略直交するように設けられていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１０】
前記自動焦点制御手段による前記投射光学系の焦点調節制御時に、全面白、全面灰色又はこれらに相当する画像を投射することを特徴とする請求項４から９のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
【請求項１１】
前記全面白、全面灰色又はこれらに相当する画像は、キャラクタジェネレータのハードウェア機能を用いて作成されることを特徴とする請求項１０に記載の投射型表示装置。
【請求項１２】
投射型表示装置であって、
画像形成素子と、
前記画像形成素子上に形成された画像を被投射面上に斜めに投射する投射光学系と、
前記被投射面からの光を受光する受光センサとを有し、
前記投射光学系の光軸は前記画像の投射方向に対して傾いており、
前記受光センサは前記投射光学系の光軸に略平行な方向において前記被投射面からの光を受光することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１３】
前記受光センサからの出力に基づいて、前記被投射面との距離を求める手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の投射型表示装置。
【請求項１４】
前記受光センサからの出力に基づいて、前記投射光学系の焦点調節を行う制御手段を有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の投射型表示装置。
【請求項１５】
温度を測定する温度センサを有し、
前記制御手段は、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記投射光学系の焦点調節を行うことを特徴とする請求項１４に記載の投射型表示装置。
【請求項１６】
投射型表示装置であって、
画像形成素子と、
前記画像形成素子上に形成された画像を被投射面上に斜めに投射する投射光学系と、
前記被投射面からの光を受光する受光センサとを有し、
前記投射光学系の光軸は前記画像の投射方向に対して傾いており、
前記受光センサの受光方向と前記投射光学系の前記光軸とのなす角は、前記受光センサの受光方向と前記画像の投射方向とのなす角よりも小さいことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１つに記載の投射型表示装置と、
前記投射型表示装置に画像信号を供給する画像信号供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタなどの投射型表示装置、特に、投射光学系の自動焦点調節が可能な投射型表示装置に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献に開示の方式では、画面中央をセンサの視野（検出範囲）としているので、上記のように光軸がスクリーンの中央に対してシフトした投射レンズの場合、投射レンズの光軸とセンサの光軸の向きとが一致しない。このため、センサ光軸に沿った距離が投射レンズの光軸に沿った距離と異なり、その結果、投射光学系の正確なピント合わせを行うことができない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解消するために、本発明では、画像形成素子からの光を、焦点調節が可能な投射光学系により被投射面に投射して画像を表示する投射型表示装置において、被投射面からの光を受光する受光検出手段と、この受光検出手段からの出力信号に基づいて投射光学系の焦点調節制御を行う自動焦点制御手段とを設ける。ここで、投射光学系の光軸は、画像形成素子に形成された原画像の中心から投射画像の中心に至る基準軸に対してシフトしている。そして、受光検出手段に、被投射面上における投射光学系の光軸の位置を含む該光軸位置に近接した検出範囲からの光を受光させるようにしている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
すなわち、光軸が画像形成素子に形成された原画像の中心から投射画像の中心に至る基準軸に対してシフトしているいわゆるシフト投射光学系を有する投射型表示装置において、被投射面上の投射画像のうち最も輝度が高くなり易い、被投射面上における投射光学系の光軸位置を含む該光軸位置に近接した範囲（多くの場合、投射画面の中心から外れた位置）からの反射光を用いてパッシブ方式での焦点調節状態の検出を行うことにより、受光検出部（ＡＦセンサ部）に可動部分を設けることなく、かつ簡単な構成で、投射光学系の良好な自動焦点調節を行うことを可能としている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明では、画像形成素子からの光を、焦点調節が可能な投射光学系により被投射面に投射して画像を表示する投射型表示装置において、被投射面からの光を受光する受光検出手段と、この受光検出手段からの出力信号に基づいて投射光学系の焦点調節制御を行う自動焦点制御手段とを設ける。そして、受光検出手段に、被投射面上における投射画像領域と画像外領域との境界を含む検出範囲からの光を受光させるようにしている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の第１実施形態であるＡＦ付き３板式液晶プロジェクタ（投射型表示装置）の構成を示す。図１において、１００は液晶プロジェクタである。１１０は光源、１２０は透過型液晶表示パネル、１３０はクロスダイクロイックプリズム、１４０はズーム投射レンズ（投射光学系）、１５０はモータドライバ、１６０はマイクロコンピュータ（以下、マイコンという：自動焦点制御手段）、１７０は操作パネル、１８０はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ビデオ，ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像信号供給装置、１９０は画像処理回路、２００はスクリーン、３００はパッシブＡＦセンサ（受光検出手段）である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
上記プロジェクタ１００の基本構成は、３板式液晶プロジェクタとして一般の構成となっている。すなわち、透過型液晶表示パネル１２０を３枚（図には、１チャンネル分のみが表示してある）用い、不図示のダイクロイックミラーにて光源（高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなど）１１０からの照明光を赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３チャンネルの色光成分に分離し、３枚の液晶表示パネル１２０をそれぞれ照明する。液晶表示パネル１２０は、画像信号供給装置１８０から供給された画像信号に基づいてＬＣＤドライバ１２１により駆動され、該画像信号に対応したチャンネルごとの原画像を表示する。そして、これら液晶表示パネル１２０に上記分離された色光成分が入射すると、これら光成分は原画像に応じて変調されて液晶表示パネル１２０から射出する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
投射レンズ１４０の光軸１０２は、照明系及び液晶表示パネル１２０の光軸１０１に対して符号１４５に示すように上方へシフト（ライズ）している。このようにレンズ光軸１０２をシフトして配置する（投射レンズ１４０の光軸１０２が、液晶表示パネル１２０に形成された原画像の中心から投射画像の中心に至る基準軸に対してシフトしている）ことで、スクリーン２００に投射される画像は、レンズ光軸１０２に対して上方に投射され、プロジェクタを机上に置いて投射する場合、机自体による画面のけられを軽減できる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
これら２つの操作リング１４７，１４８の外周ギヤ部には、電動駆動用の減速ユニットに一体化されたギアドモータであるフォーカス用モータ１４１およびズーム用モータ１４３の出力ピニオンギアがかみ合っており、モータ１４１，１４３の出力によって電動駆動が行われる。なお、フォーカス操作リング１４７およびズーム操作リング１４８のマニュアル操作によってズーミングおよびフォーカシングを行うことも可能である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
このようにパッシブＡＦセンサ３００をプロジェクタ１００内に配置することで、ほぼ四角柱状に構成されることが一般であるため、スペース効率上、無駄が少なくなる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
さらに言えば、パッシブＡＦセンサ３００の視野は、投射画像の中心領域から外れた範囲で、投射画像上における投射レンズ１４０の光軸１０２の位置を概ね中心とした光軸１０２に近接した範囲に設定されている。光軸１０２に近接した範囲は、全投射画像内で最も高輝度の白が得られやすい場所である。このため、後述するように、検出範囲からの反射光により高いコントラストが得られる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図３には、ＡＦ制御に関わる回路の概略構成を示している。マイコン１６０はプロジェクタシステム全体の制御を司るとともに、ＡＦ制御をも司る。このマイコン１６０は、ＣＰＵ４１の他、メモリＡ４２，メモリＢ４３、シフトレジスタ４４およびＲＯＭ４５を有している。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
なお、本実施形態の場合、センサ視野３０１の光軸を投射レンズの光軸に対して傾斜させた角度をθとし、センサ出力に基づく距離データをＤとし、実際のスクリーンまでの距離をＬとすると、
Ｌ＝Ｄｃｏｓθ
となるので、この関係を距離データテーブル上に持って補正するか、演算にて補正してＡＦ制御を行うものとし、ピント合わせの精度を向上させるとよい。  
また、図６（Ｂ）には、ＡＦ付き液晶プロジェクタにおけるパッシブＡＦセンサ３００の視野設定を示しており、自動焦点調節時の投射画像を全画面画像とせず、上記各実施形態と同様なセンサ視野３０１を確保するのに必要最小限の部分投射画像（白無地画像等）をスクリーンに投射するように構成することもできる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
そして、ワイド状態（上図）およびテレ状態（下図）のいずれにおいても、投射画像領域と画像外領域との境界が含まれるようにセンサ視野３０１を設定する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
なお、部分投射画像のスクリーン上での位置は、図６（Ｂ）に示した位置に限らない。投射画像領域と画像外領域との境界を含むセンサ視野を設定できる位置であればいずれの位置でもよい。但し、この場合も、上記で説明したように、センサ視野３０１の光軸を投射レンズの光軸に対して傾斜させたことによる補正若しくは演算を行うとよい。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
（第４実施形態）
上記各実施形態では、パッシブＡＦセンサ３００の視野を投射画像領域と画像外領域との境界が含まれるように設定し、該境界でのコントラストを利用してＡＦを行う場合について説明したが、視野に含まれる幾何学的チャート画像をスクリーンに投射すれば、視野内に投射画像領域と画像外領域との境界を含まなくてもよい。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光軸が画像形成素子に形成された原画像の中心から投射画像の中心に至る基準軸に対してシフトしているいわゆるシフト投射光学系を有する投射型表示装置において、被投射面上の投射画像のうち最も輝度が高くなり易い、被投射面上における投射光学系の光軸の位置を含む該光軸の周辺範囲からの反射光を用いてパッシブ方式での焦点調節状態の検出を用いるので、受光検出部に可動部分を設けることなく、かつ簡単な構成で、投射光学系の良好な自動焦点調節を行うことができる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるＡＦ付き液晶プロジェクタの構成図。
【図２】図１に示したプロジェクタのＡＦセンサ部の構成図。
【図３】図１に示したプロジェクタのＡＦ制御回路の概略構成図。
【図４】図２に示したＡＦセンサ部の２像相関に関する説明図。
【図５】本発明の第２実施形態である、ＡＦ付き液晶プロジェクタを用いた画像表示システムの使用状態の説明図。
【図６】本発明の第３実施形態であるＡＦ付き液晶プロジェクタにおける投射画像とＡＦセンサの視野との関係を説明する図。
【符号の説明】
１００  液晶プロジェクタ
１０１  照明系の光軸
１０２  投射レンズの光軸
１１０  光源
１２０  透過型液晶表示パネル
１３０  クロスダイクロイックプリズム
１４０  ズーム投射レンズ（投射光学系）
１５０  モータドライバ
１６０  マイクロコンピュータ
１７０  操作パネル
１８０  画像信号供給装置
１９０  画像処理回路
２００  スクリーン
３００  パッシブＡＦセンサ