(57)【要約】【課題】スクリーン面に対して斜め方向から投射しても投射画像内でピントの合った画像を提供することが可能となる。また、投射レンズの像面深度に依存する範囲を超えて、スクリーン面に対してプロジェクタを傾けることを可能とし、ユーザの装置の使い勝手を向上させる。【解決手段】画像表示素子上に形成された画像を投射光学系を介して被投射面上に投射するプロジェクタにおいて、前記被投射面に対して斜め方向から投射された画像内の焦点ずれを小さくするように、前記投射光学系の出射側瞳位置近傍を中心として前記投射光学系を回転させる回転手段を有している。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子上に形成された画像を投射光学系を介して被投射面上に投射するプロジェクタにおいて、前記被投射面に対して斜め方向から投射された画像内の焦点ずれを小さくするように、前記投射光学系の出射側瞳位置近傍を中心として前記投射光学系を回転させる回転手段を有するプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネル等の画像表示素子に光源からの光を照射し、画像表示素子上に形成された画像を投射光学系（投射レンズ）を介して被投射面（スクリーン）上に投射するプロジェクタに係り、詳しくは被投射面に対して斜め方向から投射された投射画像内の焦点ずれを補正する機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特許文献１に記載されているように、スクリーン面に対して斜め方向の位置よりプロジェクタから画像を投射した場合、スクリーン上の投射画像はキーストン歪と称される台形状に歪んだ形状となり、このキーストン歪を電気的な制御により補正することが行われている。
【０００３】
この補正は予めキーストン歪として現れる形状とは逆向きの台形となるように圧縮処理した画像パターンを液晶パネル等の画像表示素子に表示することで、投射画像のキーストン歪補正を行っている。更に、スクリーンに垂直な方向に対する投射方向の角度（投射角度）に応じてキーストン歪形状が変化するので、画像パターンも可変にしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１０２９００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、スクリーンに対してプロジェクタを傾けた時、すなわち、スクリーン面に対してプロジェクタの液晶パネル表示面が平行でない時に、投射画像のキーストン歪を補正することは可能であるが、投射画像の像面はスクリーンに対して傾きを持ったままの状態であり、投射画像内で部分的にピントずれ（焦点ずれ）が生じてしまうという問題がある。従来技術では、スクリーン面に対して斜めに投射された場合の投射画像内のピントは像面深度（焦点深度）に依存しており、スクリーンと投射画像の間に像面深度を超えるズレが生じた場合に画像内にピントが合わない箇所が発生するのである。
【０００６】
また、上記の理由からスクリーンに対する投射角度には限度があり、これによりユーザの装置の使用条件が狭い範囲に制限されてしまうという問題もある。
【０００７】
図１６を用いて投射角度と像面深度との関係を説明する。図中２０１はプロジェクタ、２０２はスクリーン、２０３は投射画像の像面である。図に示す様に、スクリーン２０２に垂直な方向に対するプロジェクタ２０１の投射光軸のなす角度（投射角度）をθ、スクリーン幅をＳとすると、スクリーンに対する像面の最大ズレ量Ｄは、
Ｄ＝（Ｓｓｉｎθ）／２
となる。
【０００８】
一方、投射レンズの像面深度Ｚは、縦倍率をα、投射レンズのＦナンバーをＦ、画像表示素子の画素ピッチをδとすると、
Ｚ＝Ｆ・δ／α
となる。
【０００９】
従って、スクリーンに対する投射角度が大きくなり、Ｄ＞Ｚとなると、スクリーン中央部でピントを合わせたとしても、スクリーン上に投射された投射画像の端部では著しく解像が悪くなってしまう。
【００１０】
因みに、画像素子サイズが１．３型の像をＦナンバー１．７の投射レンズで１００型のスクリーンに拡大投射した場合、Ｄ＞Ｚとなる投射角度θは約１５°である。
【００１１】
そこで、本発明は、上述の従来技術における課題を解決し、スクリーン面に対して斜め方向から投射しても投射画像内でピントの合った画像を提供することを目的とする。また、本発明は、投射レンズの像面深度に依存する範囲を超えて、スクリーン面に対してプロジェクタを傾けることを可能とし、ユーザの装置の使い勝手を向上させることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る、画像表示素子上に形成された画像を投射光学系を介して被投射面上に投射するプロジェクタは、前記被投射面に対して斜め方向から投射された画像内の焦点ずれを小さくするように、前記投射光学系の出射側瞳位置近傍を中心として前記投射光学系を回転させる回転手段を有するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
［第１実施例］
図１は本発明の第１実施例を示す説明図である。
【００１５】
図中１はメタルハライドランプ等の光源ランプ（光源）である。２は光源１の発光体であり、円筒形に近い形状をしている。３は放物面や楕円体面から成るリフレクター（集光ミラー）であり、光源１の発光体２からの光束を反射集光して第１レンズアレイ（第１レンズアレイ板）４に入射させている。第１レンズアレイ４は外形が矩形で正の屈折力を有するレンズ４ｂを複数格子状に配列している。
【００１６】
８は凹レンズ（負レンズ）であり、第１レンズアレイ４からの光束のうち主光線を略平行にして射出させている。５は第２レンズアレイ（第２レンズアレイ板）であり、第１レンズアレイ４の個々のレンズ４ｂに対応した正の屈折力を有する複数のレンズ５ｂを有している。９は偏光変換素子であり、入射する無偏光の光の偏光面を特定の方向に揃えて直線偏光の光束として射出している。
【００１７】
１０は集光レンズ（光学部材）であり、正の屈折力を有しており、偏光変換素子９の各光学ユニットからの拡散光を被照明領域に設けた画像表示素子６Ｂ，６Ｇ，６Ｒ面上に重ね合わせるように集光している。画像表示素子６Ｂ，６Ｇ，６Ｒは、例えば液晶パネルなどのライトバルブから成っている。
【００１８】
１１は色分解系であり、入射光を３つの色光に分解している。集光レンズ１０からの光束はダイクロミラー１２により緑光（Ｇ光）が透過し、青光（Ｂ光）と赤光（Ｒ光）が反射する。ダイクロミラー１２からのＢ光とＲ光のうちＲ光はダイクロミラー１３で反射し、Ｂ光は透過する。ダイクロミラー１２を透過したＧ光はミラー１４とコンデンサーレンズ１４Ｇを介してＧ光用の液晶パネル６Ｇを照明している。ダイクロミラー１２、１３で反射したＲ光はコンデンサーレンズ１４Ｒを介してＲ光用の液晶パネル６Ｒを照明している。ダイクロミラー１２で反射し、ダイクロミラー１３を透過したＢ光は、順にレンズ１５、ミラー１６、レンズ１７、ミラー１８、コンデンサーレンズ１４Ｂを介してＢ光用の液晶パネル６Ｂを照明している。
【００１９】
各液晶パネル６Ｂ，６Ｇ，６Ｒに基づく画像をダイクロプリズムからなる色合成系７で合成し、該合成した画像をマウント１９に取付けられた投射レンズ２０でスクリーン面２１上に投射している。
【００２０】
図２は図１の投射レンズ２０周辺の部分拡大図で、図３はそれを横から見た図である。
【００２１】
図中の２２はマウント１９に固定された支持軸であり、マウント１９で挟まれた投射レンズ２０は、支持軸２２により支持軸２２を中心として回転可能に保持されている。そのため、液晶パネル６Ｒの表示面と投射レンズ２０の光軸とのなす角度が可変となっている。
【００２２】
このとき、支持軸２２は、投射レンズ２０の出射側瞳位置近傍を支持している。投射レンズ２０の出射側瞳位置には不図示の絞り部が配置されている。もし投射レンズ２０を出射側瞳位置から離れた位置を中心として回転させると、絞り部が光合成系７で合成された光束の光軸に対してずれた位置に移動してしまい、その絞り部で光束の一部がケラレ、投射画像の一部が欠けてしまうことになる。したがって、投影レンズ２０は、支持軸２２が支持する出射側瞳位置を中心として回転できるように構成されている。
【００２３】
また、２５は投射レンズ２０に固定されたギアで、マウント１９に固定されたモータ２６のギア部（モータギア）２７と噛合しており、モータ２６が駆動することで、投射レンズ２０がマウント１９に対して支持軸２２を中心として回転するように構成されている。
【００２４】
図４（ａ）は、スクリーン面２１に対して斜め方向から画像を投射した時のスクリーン面２１と投射画像の像面２８の関係を示す図である。上記の構成により投射レンズ２０の光軸の液晶パネルに対する角度を可変としたことで、図４（ｂ）のようにスクリーン面２１に対して投射画像の像面を調整することが可能となり、投射画像面内においてピントずれ（焦点ずれ）の少ない画像を得ることができるのである。
【００２５】
また、従来技術として、スクリーンに対して斜めから画像を投射した際に生じるキーストン歪を電気的な制御により補正する機構が知られているが、これを上記の構成による像面補正と組み合わせても良い。なお、キーストン歪補正は、投射画像が図５に示すような形状の場合に、図６に示すような投射画像とは逆の台形形状を、画像処理により液晶パネルに表示するというものである。
【００２６】
像面補正機構とキーストン歪補正機構を組み合わせた実施例のブロック図を図７、フローチャートを図８に示す。
【００２７】
図７において、５１は装置に電力を供給する電源、５２は装置の制御を行う制御回路、５３は外部からの操作を入力するキーストン歪補正操作スイッチ、５４はキーストン歪補正操作スイッチ５３により入力された信号によりキーストン歪補正処理を行うキーストン歪補正回路、５５は液晶パネルを駆動するＬＣＤドライバ、５６は液晶パネル、５７は投射レンズ駆動モータを駆動するモータドライバ、５８は投射レンズ駆動モータ（パルスモータ）、５９は投射レンズである。
【００２８】
次に、図８のフローチャートを用いて本実施例の動作を説明する。ステップ７１にてユーザ操作によりキ−ストン歪補正操作スイッチ５３がＯＮになると、その信号が制御回路５２を経由して、ステップ７２にてキ−ストン歪補正回路５４が駆動を開始する。キーストン歪を補正するための画像処理パターンとして、不図示のメモリに予め記憶されておいた複数の補正パターンの中から１つが選択される。その後、ステップ７３にて、選択された補正パターンに基づいて処理された画像が液晶パネル上に表示される。
【００２９】
さらに、ステップ７４〜ステップ７７にてモータドライバ５７により投射レンズ駆動モータ５８を、不図示のメモリに補正パターンに対応して記憶されておいたパルス数だけ駆動を行った後、停止する。その後、ステップ７８にてキーストン歪操作スイッチがＯＦＦされるとキーストン歪補正および像面補正の動作が終了する。
【００３０】
なお、不図示のメモリには、キーストン歪補正に用いられる複数の補正パターンの各々に対応させて、像面補正に用いられる投射レンズの回転角度（投射レンズ駆動モータの駆動パルス数）が記憶されている。
【００３１】
上記のような、像面補正機構とキーストン歪補正機構を組み合わせた簡単な構成により、スクリーン面に対して斜め方向から画像を投射した場合に生じるキーストン歪を電気的に補正するのに並行して、メカ的に像面をスクリーン面に合わせることが可能になり、より高品質の投射画像を得ることができる。
【００３２】
［第２実施例］
図９および図１０は第２実施例を示す説明図であり、それぞれ図２および図３とはモータ２６が操作レバー８１に置き換わっている点で異なる。本図において、操作レバー８１は一方がギア形状となっていてギア２５と噛み合っており、他方はレバー形状となっていて外装カバー１００の外側にあり装置外部から操作可能となっている。この操作レバー８１を回転することで、支持軸２２を中心として投射レンズ２０を回転させることができる。このように、操作レバー８１を装置外部から操作することで、手動操作による投射画像の像面調整が可能となる。
【００３３】
［第３実施例］
図１１および図１２は第３実施例を示す説明図であり、図２および図３で示す第１実施例に、第２のマウント８５、第２のモータ８６、第２のギア８７、第２の支持軸８８および第２のモータギア８９を追加したものであり、第２のマウント８５は投射レンズ２０を支持するマウント１９を覆うように構成されている。
【００３４】
図１１および図１２において、第２の支持軸８８は第２のマウント８５に固定されており、マウント１９は第２の支持軸８８を中心として回転可能な状態で支持されている。第２の支持軸８８は、マウント１９に対して投射レンズ２０が回転する面に略垂直な方向でマウント１９が回転できるように配置されている。第２のモータ８６は第２のマウント８５に固定され、その第２のモータギア８７はマウント１９に固定されたギア８７と噛合しており、第２のモータ８５が駆動することで、マウント１９に対する投射レンズ２０の回転面に略垂直な方向で、マウント１９が第２のマウント８５に対して第２の支持軸８８を中心として回転するように構成されている。
【００３５】
このように、液晶パネルに固定された第２のマウント８５に対して回転可能なマウント１９に、第２のマウント８５に対するマウント１９の回転面に略垂直な方向に回転可能な状態で投射レンズ２０を保持させることで、スクリーン面に対する投射画像の像面補正を縦方向（略鉛直方向）および横方向（略水平方向）の双方で行うことが可能となる。
【００３６】
なお、上記ではマウント１９の回転を第２のモータ８６による電動で行ったが、第２のモータ８６を操作レバー等に置き換えてマウント１９の回転を手動で行えるようにしても良いのは勿論のことである。
【００３７】
［第４実施例］
上述した実施例は液晶パネルに対して投射レンズ全体の角度を振ることで投射画像の像面補正を行ったが、投射レンズを構成する複数のレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群の角度を液晶パネルに対して変化させても良く、以下、第４実施例として説明する。
【００３８】
図１３は第４の実施例を示す説明図である。図中１３１は１群鏡筒、１３２は２群鏡筒、１３３は３群鏡筒、１３４は４群鏡筒、１３５は５群鏡筒、１３６は６群鏡筒、１３７は固定筒、１３８はカム環、１３９はフォーカスリング、１４０はズームリング、１４１はコロ、１４２は偏芯コロである。
【００３９】
１群鏡筒１３１はフォーカス系レンズ群を保持しており、固定筒１３７とネジ連結されており、フォーカスリング１３９とはビス結合等で一体となっている。手動もしくは電動によりフォーカスリング１３９を光軸回りに回動させることで１群鏡筒１３１を回転させながら光軸方向へ移動させ、フォーカシングを行う。
【００４０】
２群鏡筒１３２、３群鏡筒１３３、４群鏡筒１３４、５群鏡筒１３５はそれぞれズーム系のレンズ群を保持しており光軸方向へ移動しズーミングを行う。この時、各群鏡筒には光軸周りに３等分の位置で且つ光軸とは垂直方向にコロ１４１が取付けられている。これらのコロ１４１は、それぞれ、固定筒１３７に設けた３本のキー溝により光軸方向に移動可能な状態でガイドされ、且つカム環１３８の外周に設けた３本のカム溝にもガイドされており、ズームリング１３９を介してカム環１３８が光軸周りに回動することで各群鏡筒は各々所定の距離だけ光軸方向へ移動しズーミングを行う。
【００４１】
ここで、４群鏡筒１３４に取付けられた３つのコロのうち１つは偏芯コロ１４２で構成されている。図１４は偏芯コロ１４２の拡大図であり、偏芯コロ１４２は固定筒１３７のキー溝と接触する箇所１４２ａとカム環１３８のカム溝と接触する箇所１４２ｂでの中心軸が互いに異なる偏芯形状となっている。偏芯コロ１４２を回転させると、箇所１４２ｂとカム溝の接触点と箇所１４２ａとキー溝との接触点の位置関係が変わるため、４群鏡筒１３４は、偏芯していない通常のコロ１４１が取付けられている２箇所を支点として光軸に対して傾きを持つようになる。すなわち、偏芯コロ１４２を回転させることで、投射レンズの光軸に対する４群鏡筒の傾き量を調整させることができるのである。
【００４２】
偏芯コロ１４２の回転は偏芯コロ１４２とリンクしたギア付きのレバー１４９を介し、モータ（パルスモータ）１５０の駆動により電動で行う。このとき、ズーミングによって４群鏡筒１３４は光軸方向へ移動するので、モータ１５０もそれに伴い光軸方向へ移動可能であるように、モータガイド１５１によりガイドされている。
【００４３】
また、本実施例の変形例として、図１５に示すように手動レバー１５２により偏芯コロ１４２を手動により回転させる構成としても良い。このとき手動レバー１５２の先端を装置の外装カバー１５３の外側にして外からの操作を可能としている。
【００４４】
以上のように４群鏡筒１３４を光軸に対して傾けることで投射画像の像面も同方向に傾くため、スクリーン面に対して斜め方向から画像を投射した場合に、像面をスクリーン面に対して近づけるような補正が可能となる。
【００４５】
なお、本実施例では像面調整用のレンズ群を４群鏡筒１３４としたが、これは像面に対する傾き敏感度が適当であるためである。また、４群鏡筒１３４は出射側瞳位置近傍、すなわち、絞り部近傍に構成されており、４群鏡筒１３４を光軸に対して傾斜させても光束のケラレが生じない。従って、像面調整用のレンズ群として、投射レンズの出射側瞳面位置以降（スクリーン面に近い側）に構成された他のレンズ群を選択しても良く、また、複数のレンズ群を選択しても良い。
【００４６】
また、本実施例においても、第１実施例と同様に、投射レンズを構成する任意のレンズ群の液晶パネルに対する角度を可変として投射画像の像面調整を行う構成を、キーストン歪補正と連動させても良いことは勿論のことである。
【００４７】
なお、上述した各実施例では、画像表示素子として透過型液晶パネルを用いた透過型液晶プロジェクタについて説明したが、透過型液晶パネルの代わりに反射型液晶パネルを用いた反射型液晶プロジェクタに上述した各実施例を適用させても良い。
【００４８】
ここで、上述した本発明の実施態様を以下に列挙しておく。
（１）画像表示素子上に形成された画像を投射光学系を介して被投射面上に投射するプロジェクタにおいて、前記被投射面に対して斜め方向から投射された画像内の焦点ずれを小さくするように、前記投射光学系の出射側瞳位置近傍を中心として前記投射光学系を回転させる回転手段を有するプロジェクタ。
（２）キーストン歪を補正するように画像処理し、その処理画像を前記画像表示素子上に形成させる制御手段をさらに有し、前記回転手段による前記投射光学系の回転と並行させて、前記制御手段による前記画像表示素子上での前記処理画像の表示を行うことを特徴とする上記（１）に記載のプロジェクタ。
（３）前記制御手段による画像処理は、予め記憶された複数の補正パターンの中から選択された補正パターンに基づいて行われるものであり、前記回転手段による前記投射光学系の回転量は、選択された補正パターンに対応して決定されることを特徴とする上記（２）に記載のプロジェクタ。
（４）前記回転手段は、略鉛直方向および略水平方向に前記投射光学系を回転させることを特徴とする上記（１）に記載のプロジェクタ。
（５）画像表示素子上に形成された画像を投射レンズを介して被投射面上に投射するプロジェクタにおいて、前記被投射面に対して斜め方向から投射された画像内の焦点ずれを小さくするように、前記投射レンズの出射側瞳位置近傍以降に構成された複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群を前記投射レンズの光軸に対して傾斜させることを特徴とするプロジェクタ。
（６）画像表示素子上に形成された画像を投射光学系を介して被投射面上に投射するプロジェクタにおいて、前記被投射面に対して斜め方向から投射された画像内の焦点ずれを小さくするように、前記投射光学系を回転させる回転手段を有するプロジェクタ。
（７）画像表示素子上に形成された画像を投射レンズを介して被投射面上に投射するプロジェクタにおいて、前記被投射面に対して斜め方向から投射された画像内の焦点ずれを小さくするように、前記投射レンズを構成する複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群を前記投射レンズの光軸に対して傾斜させることを特徴とするプロジェクタ。
【００４９】
【発明の効果】
以上に説明した通り、本発明によれば、スクリーン面に対して斜め方向から投射しても投射画像内でピントの合った画像を提供することが可能となる。また、投射レンズの像面深度に依存する範囲を超えて、スクリーン面に対してプロジェクタを傾けることを可能とし、ユーザの装置の使い勝手を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の説明図。
【図２】第１実施例を説明する上視図。
【図３】第１実施例を説明する側面図。
【図４】（ａ）（ｂ）第１実施例に係る像面とスクリーンの関係図。
【図５】第１実施例に係るキーストン歪補正の説明図。
【図６】第１実施例に係るキーストン歪補正の説明図。
【図７】第１実施例に係るブロック図。
【図８】第１実施例に係るフローチャート。
【図９】第２実施例を説明する上視図。
【図１０】第２実施例を説明する側面図。
【図１１】第３実施例を説明する上視図。
【図１２】第３実施例を説明する側面図。
【図１３】第４実施例に係る投射レンズの断面図。
【図１４】第４実施例に係る偏芯コロの拡大図。
【図１５】第４実施例の変形例を説明する図。
【図１６】投射角度と像面深度の関係を示す説明図。
【符号の説明】
６Ｂ，６Ｇ，６Ｒ  液晶パネル
７  ダイクロプリズム
１９  マウント
２０  投射レンズ
２１  スクリーン面
２２  支持軸
２５  ギア
２６  モータ
２７  モータギア
２８  投射画像の像面
８１  操作レバー
１００  外装カバー
１３１  １群鏡筒
１３２  ２群鏡筒
１３３  ３群鏡筒
１３４  ４群鏡筒
１３５  ５群鏡筒
１３６  ６群鏡筒
１４１  コロ
１４２  偏芯コロ
１５０  モータ
１５２  手動レバー
１５３  外装カバー
２０１  プロジェクタ
２０２  スクリーン
２０３  投射画像の像面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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