JPH11119185A - 液晶プロジェクタ用自動焦点装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】投射レンズの焦点調整手段の自動化を図かる液
晶プロジェクタ用自動焦点装置の提供を目的とする。 【解決手段】焦点調整手段を有する投射レンズ１と、該
投射レンズの焦点調整を行う焦点調整機構２と、ダイク
ロイックミラーもしくはダイクロイックプリズム４と該
投射レンズ１の間に設置された可動反射鏡手段３と、ス
クリーンＳよりの反射光を可動反射鏡手段３経由で受光
し、受光出力信号に変換し且つ投射レンズ１とＬＣＤ１
４ｒ、１４ｇ、１４ｂの光軸距離と等価位置に配置され
た受光素子５と、該受光素子５よりの受光出力信号によ
りスクリーンＳまでの焦点位置を検出演算し、焦点調整
機構２の駆動制御を行う焦点調整制御部６と、焦点調整
機構２の調整位置を検出する位置検出器２とで構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【本発明の技術分野】液晶プロジェクタ投射レンズ部の
自動焦点調整装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】パソコンなどによるプレゼンテーション
システムでは、大型の表示装置として液晶プロジェクタ
が用いられている。特に携帯に便利な小型携帯液晶プロ
ジェクタは、利用の度に設置場所を替え、スクリーンサ
イズ、スクリーンまでの距離など設置条件が変わると共
に該装置の利用者も不特定多数に渡る。図５は従来技術
による液晶プロジェクタの光学系の概念図および投射レ
ンズの焦点調整の制御ブロック図である。メタルハライ
ドランプなどの光源Ｌより、白色光が出射され、集光リ
レーレンズ系１０より平行光線として出射される。ダイ
クロイックミラー１１はその表面にブルー（以下ｂと云
う）を反射し、レッド（以下ｒと云う）およびグリーン
（以下ｇと云う）を透過するフィルタが形成されてい
る。ダイクロイックミラー１２はその表面にｒを反射
し、ｂおよびｇを透過するフィルタが形成されている。
１３は一般的ミラーであり反射特性は光の波長に依存し
ない。これらｒ、ｇ、ｂに分離された平行光線は、色毎
のＬＣＤ１４ｒ，１４ｇ，１４ｂに入射する。色毎のＬ
ＣＤ１４ｒ，１４ｇ，１４ｂは、与えられた映像駆動信
号に基づき光変調し、出射面よりｒ，ｇ，ｂの変調光を
出射する。ダイクロイックミラーもしくはダイクロイッ
クプリズム４で前記色毎の変調光は同一光軸上に合成ｒ
＋ｇ＋ｂされ、投射レンズ１によりスクリーンＳ上に投
射出力される。投射レンズ１の焦点調整は、操作部８に
ある焦点調整入力部を手動操作入力する。制御部９は該
入力に基づいて焦点駆動制御部６に焦点駆動制御指令を
出す。焦点駆動制御部６は該焦点駆動制御指令に従い焦
点調整機構２に駆動出力する。このように携帯可搬用途
の液晶プロジェクタにおいては、設置の度にスクリーン
に対する光軸調整、焦点調整、画面サイズ調整などをで
行っており、特に不慣れな不特定の利用者にとって操作
が煩雑であり、此等操作の自動化の要求が高い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの要
求に鑑み、投射レンズの焦点調整手段の自動化を図かる
液晶プロジェクタ用自動焦点装置の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】焦点調整手段を有する投
射レンズと、該投射レンズの焦点調整を行う焦点調整機
構と、ダイクロイックミラーもしくはダイクロイックプ
リズムと該投射レンズの間に設置された可動反射鏡手段
と、スクリーンよりの反射光を可動反射鏡手段経由で受
光し受光出力信号に変換し且つ投射レンズとＬＣＤの光
軸距離と等価位置に配置された受光素子と、該受光素子
よりの受光出力信号によりスクリーンまでの焦点位置を
検出演算し、焦点調整機構の駆動制御を行う焦点調整制
御部と、焦点調整機構の調整位置を検出する位置検出器
とで構成する。さらに、可動反射鏡手段と受光素子との
間に、等価的に凸レンズもしくは凹レンズのリレーレン
ズを追加設置する。

【０００５】さらに、前記可動反射鏡手段を、平面ガラ
ス基板上に全光束の一部を反射する金属薄膜などの反射
膜を形成する平面ミラーとすることを特徴とする。さら
に、前記可動反射鏡手段に形成する反射膜を、全光束の
一部を反射する金属薄膜を形成する、赤外線光のみを反
射するフィルタで形成する、紫外線光のみを反射するフ
ィルタで形成する、または、中央部の一部を透過面と
し、その他の部分に全光を反射する金属薄膜などの反射
膜を形成する。

【０００６】さらに、可動反射鏡手段を、平面ガラス基
板上に反射膜を形成し、一端に両端保持構造の回転軸を
有し、該回転軸にギア等の連結部を固着した平面ミラー
と、連結部に外部より回転駆動するＤＣモータなどの駆
動源と、回転軸を回動可能な状態で保持する軸受部とで
構成し、該平面ミラーは駆動源によって回転駆動され
る、平面ガラス基板上に反射膜を形成し、一端に両端保
持構造の回転軸を有し、該回転軸にプーリーもしくは回
転アーム等の連結部を固着した平面ミラーと、平面ミラ
ーの回転を手動で操作するための操作ボタン機構と、操
作ボタン機構の動きをと前記外部駆動部にリンクするた
めのリンク部と、回転軸を回動可能な状態で保持する軸
受部とで構成する、平面ガラス基板上に反射膜を形成
し、一端に両端保持構造の回転軸を有し、該回転軸にプ
ーリーもしくは回転アーム等の連結部を固着した平面ミ
ラーと、電磁プランジャーなどの直線駆動手段と、直線
駆動手段の動きをと連結部にリンクするためのリンク部
と、回転軸を回動可能な状態で保持する軸受部とで構成
する、平面ガラス基板上に反射膜を形成し、一端に両端
保持構造の回転軸を有し、該回転軸の一端に回転レバー
を固着し、他端もしくは一端にプーリーもしくは回転ア
ーム等の連結部を固着した平面ミラーと、連結部にリン
クし平面ミラーを一方向に回動するリンク部と、回転軸
を回動可能な状態で保持する軸受部とで構成し、前記回
転レバーにより前記平面ミラーの手動での回動を可能と
する、または、平面ガラス基板上に反射膜を形成し、両
端を摺動部とする平面ミラーと、平面ミラーの摺動部を
一定角度で保持し摺動可能な摺動溝もしくは摺動面を有
する光学部筐体とで構成し、焦点調整時には前記平面ミ
ラーを投射光束断面内に移動し、通常時には投射光束断
面外に移動する。

【０００７】さらに、受光素子を、ホトトランジスタ、
ホトダイオードなどの光電変換する半導体素子とする、
光起電力を発生するソーラーセルとする、ＣｄＳ、ＰＩ
Ｎなどの光電形セルとする、ＰｂＳ、ＩｎＳｂなどの光
電形セルをライン状もしくは二次元に配置した光電形ア
レーセンサとする、ＢＢＤ、ＣＣＤ、ソーラーセルなど
の光起電力形セルをライン状もしくは二次元に配置した
光起電力形アレーセンサとする、ＰｂＳ、ＩｎＳｂなど
の複数の光電形セルを三次元に配置した三次元センサと
する、または、ＢＢＤ、ＣＣＤ、ソーラーセルなどの複
数の光起電力形セルを三次元に配置した三次元センサと
する。

【０００８】さらに、三次元センサの構造を、平面基板
上に複数の光電形セルもしくは光起電力形セルなどの受
光素子を配置し、該複数の受光素子を結ぶ中心軸を反射
光の光軸に対して任意角度で交差する様に配置して、三
次元センサとする、ガラスなどの透明基材の任意距離離
れた平行面に、複数の光電形セル、光起電力形セルなど
の受光素子を配備し、該平行面を反射光の光軸に対して
垂直に交差する様に配置して、三次元センサとする、ま
たは、光軸方向に任意距離離れた反射面を設け、該反射
面に対応した位置に複数の光電形セル、光起電力形セル
などの受光素子を配備して三次元センサとする。

【０００９】さらに、前記焦点調整制御部を、前記受光
素子の出力信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ
（アナログ／ディジタル変換器）と、前記ディジタル信
号を一時的に記憶するデータメモリと、前記データメモ
リより読み出したディジタルデータと前記Ａ／Ｄの出力
データとを比較演算して差分データを演算出力する比較
演算器と、前記差分データの微分値が零になるよう、前
記焦点調整機構の制御信号を生成制御する焦点制御部
と、前記制御信号により前記焦点調整機構のＤＣモータ
などの駆動源に駆動出力する駆動部とで構成し、自動焦
点調整時には、初期設定焦点位置より焦点機構を一定の
方向に移動制御し、前記差分データの微分値が略零にな
る位置を最適焦点位置と設定制御する、差分データの絶
対値が等しい二点間の中央位置となるよう焦点制御す
る、受光素子の出力信号をディジタルデータに変換する
Ａ／Ｄと、ディジタル信号値が予め設定された閾値を越
えるかを比較判断しする判断データを出力する閾値判断
部と、判断データを加算して反射光の焦点位置近傍の光
束の断面データを演算出力する面積演算部と、断面デー
タを一次記憶するデータメモリと、データメモリより読
み出した断面データと面積演算部からの断面データとを
比較演算して差分データを演算出力する比較演算器と、
差分データの絶対値が最小と成るよう、焦点調整機構の
制御信号を生成制御する焦点制御部と、該制御信号によ
り焦点調整機構のＤＣモータなどの駆動源に駆動出力す
る駆動部とで構成し、自動焦点調整時には、初期設定焦
点位置より焦点機構を一定の方向に移動制御し、差分デ
ータの絶対値が最小と成る点を最適焦点位置と設定制御
する、または、三次元センサ型の受光素子の出力信号を
ディジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄと、前記複数
のディジタルデータの差分データを演算出力する差分演
算器と、差分データを一次記憶するデータメモリと、デ
ータメモリより読み出した差分データと前記差分演算器
の出力データとを比較演算して比較データを演算出力す
る比較演算器と、比較データの絶対値が最小となるよ
う、焦点調整機構の制御信号を生成制御する焦点制御部
と、制御信号により焦点調整機構のＤＣモータなどの駆
動源に駆動出力する駆動部とで構成し、自動焦点調整時
には、比較データの絶対値が最小となる位置を最適焦点
位置と設定制御する。さらに、差分データの絶対値が等
しい二点間の中央位置となるよう焦点制御する。

【００１０】さらに、焦点調整機構の駆動源を１パルス
駆動毎に一定角度もしくは一定摺動量ステップ送りする
ステッピングモータとする。

【００１１】さらに、投射レンズ焦点調整機構の調整位
置を検出する検出器を、回転駆動軸の回転角もしくは回
転体の回転パルス数等を検出する回転検出手段とする、
もしくは、駆動軸の摺動量もしくは摺動部の摺動パルス
数等を検出する直線検出手段、または、リミットスイッ
チなどの可動限界位置検出手段とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明による液晶プロジェ
クタ用自動焦点装置の一実施例の光学系および要部ブロ
ック図、図２は本発明による可動反射鏡手段の複数の実
施例である。図１において、ｒ、ｇおよびｂの各色の変
調光は、従来技術と同様、ダイクロイックプリズム４で
合成され出射面より合成光ｒ＋ｇ＋ｂとして出射され
る。投射レンズ１と該ダイックロックプリズムとの間に
は反射膜が形成された可動平面ミラー３が配置されてい
る。この反射膜は、全光色の数％を反射する金属薄膜、
または、赤外線領域の光のみを反射し他の領域の光は透
過するフィルタ膜が形成されるか、または、紫外線領域
の光のみを反射し他の領域の光は透過するフィルタ膜が
形成されるか、もしくは、中央部の一部を透過面とし、
その他の部分に全光を反射する金属薄膜などを形成して
いる。焦点調整時以外には、該平面ミラー３は投射光束
断面以外の位置３’に移動されており、ダイックロック
プリズム４からの出射光は全両投射レンズ１によりスク
リーンＳに拡大投射される。焦点調整機構２により該レ
ンズ焦点調整部を駆動することにより成される。

【００１３】自動焦点調整に際しては、共に、操作部８
より自動焦点調整モードを入力する。制御部９は該入力
を受付け、表示信号生成部１６に焦点調整用の信号（例
えば、画面中心部のみ白丸または白四角）の生成を指令
すると共に自動焦点調整モード指令を焦点調整制御部６
に出し、さらに、平面ミラー３を回動もしくは摺動して
投射光束断面内に移動する。また表示信号生成部１６は
焦点調整用の信号を生成し、ＬＣＤ駆動部１７を経由し
て各色毎のＬＣＤを駆動する。この焦点調整用の信号画
像はスクリーンＳに結像する。スクリーンＳからの反射
光ｒ’＋ｇ’＋ｂ’は、投射レンズにより集光され、さ
らに平面ミラー３により屈折反射され、光軸上で投射レ
ンズ１からＬＣＤ１４ｒ、１４ｇ、１４ｂまでの距離と
等価距離に配置された受光素子５上に結像する。この等
価距離は、凹レンズもしくは凸レンズと等価のリレーレ
ンズ１５を平面ミラー３と受光素子５の間に挿入するこ
とにより、物理的距離を換えることが出来き、受光素子
の設計上の配置の自由度が確保される。

【００１４】図２において、（イ）は平面ミラー３の半
透明反射膜３ａの形成を説明する。この半透明反射膜
は、全光色の半分を反射する金属薄膜、または、赤外線
領域の光のみを反射し他の領域の光は透過するフィルタ
膜が形成されるか、もしくは、紫外線領域の光のみを反
射し他の領域の光は透過するフィルタ膜が形成されてい
る。

【００１５】（ロ）は、平面ミラー３の半透明反射膜３
ａに換えて中央に円形もしくは多角形の透明部３ｃを有
する全反射膜３ｂを形成したもので、中央透明部よりの
出射光はスクリーン上に投射され、該反射光は中央透明
部を除く全反射膜３ｂにより屈折反射され、受光素子５
上に結像する。通常動作時には平面ミラーは投射画像の
光束断面外の位置３’に収納されているので投射画像の
光束に何ら影響を与えない。

【００１６】（ハ）は本発明による可動反射鏡手段の第
１の実施例を示し、平面ミラー３は一端に回転軸３１を
有し、図示していない光学系筐体部にある軸受により軸
支されている。該平面ミラー３は、回転軸３１に半月形
の平型ギヤ３２が圧入されており、ＤＣモータ３４軸に
圧入された平型ギヤ３３により回転駆動される。通常使
用時には平面ミラー３’位置に収納されており、ダイク
ロイックプリズム４よりの投射画像の光束は全量投射レ
ンズ１に出射される。自動焦点調整モード時には、ＤＣ
モータ３４により回転駆動され約４５度回転して、スト
ッパー４３により位置決めされる。反射光ｒ’＋ｇ’＋
ｂ’は平面ミラー３で、光軸を９０度屈折され、受光素
子５上に結象される。

【００１７】（ニ）は本発明による可動反射鏡手段の第
２の実施例を示し、平面ミラー３は一端に回転軸３１を
有し、図示していない光学系筐体部にある軸受により軸
支されている。該回転軸３１には半月形のプーリー３５
もしくは回転アームが圧入されている。該プーリー３５
の外周部には、プーリー回転駆動用のワイヤー３６が係
止され、該ワイヤーの一端は弱い引張バネ４１が係止さ
れ、該引張バネ４１は筐体係止部４２に係止されてい
る。一方ワイヤー３６の他端は、自動焦点調整用押しボ
タン３７の摺動軸３８に係止されている。押ボタン３７
は摺動軸３８に挿入された強い押しバネ４０を介して装
置筐体部Ｆにある貫通穴に挿通されている。摺動軸３８
のワイヤー係止部付近には貫通穴からの抜け防止の為ス
ピードナットやＣリング３９などの係止片が設けられて
いる。通常使用状態では、押ボタン３７は強い押しバネ
４０により筐体Ｆの外側にＰ０の力で押し出されてい
る、一方弱い引張りバネ４１はワイヤー３６の一端をＰ
１の力で引張っているが、Ｐ０＞＞Ｐ１の関係から、ワ
イヤー３６はＰ０−Ｐ１の力でプーリー３５の外周部を
回転駆動している。この状態では平面ミラーは３’の位
置に収納される。押ボタン３７が押されると、ワイヤー
３６は弱い引張りバネ４１によりＰ１の力で回転駆動さ
れ、平面ミラー３はストパー４３に当たる位置まで回転
移動される。本実施例の、ワイヤーをベルトもしくはレ
バー、弱い引張バネを弱い押バネ、並びに、強い押バネ
を強い引張バネに置換える構成も同様の効果を生む設計
が可能である。

【００１８】（ホ）は本発明による可動反射鏡手段の第
３の実施例を示し、平面ミラー３は一端に回転軸３１を
有し、図示していない光学系筐体部にある軸受により軸
支されている。該回転軸３１には半月形のプーリー３５
もしくは回転アームが圧入されている。該プーリー３５
の外周部には、プーリー回転駆動ようのワイヤー３６が
係止され、該ワイヤーの一端は弱い引張バネ４１が係止
され、該引張バネ４１は筐体係止部４２に係止されてい
る。一方ワイヤー３６の他端は電磁ソレノイド４４など
の直線摺動手段に係止されている。通常使用状態では、
引張りバネ４１はワイヤー３６の一端を引張り、プーリ
ー３５の外周部を回転駆動している。この状態では平面
ミラーは３’の位置に収納される。自動焦点調整モード
になると、電磁プランジャーによりワイヤーは引戻さ
れ、プーリーを回転駆動して、平面ミラー３はストパー
４３に当たる位置まで回転移動される。プランジャーに
換えて直線駆動モータ、などの直線駆動手段が選択可能
である。

【００１９】（ヘ）は本発明による可動反射鏡手段の第
４の実施例を示し、平面ミラー３は一端に回転軸３１を
有し、図示していない光学系筐体部にある軸受により軸
支されている。該回転軸３１の一端で該軸受の外側に手
動操作用のレバー４５が圧入され、他端部には半月方形
のプーリー３５が圧入されている。該プーリー３５の外
周部には、プーリー回転駆動ようのワイヤー３６が係止
され、該ワイヤーの一端は引張バネ４１が係止され、該
引張バネ４１は筐体係止部４２に係止されている。通常
使用状態では、引張りバネ４１はワイヤー３６の一端を
引張り、プーリー３５の外周部を回転駆動している。こ
の状態では平面ミラーは３’の位置に収納される。レバ
ー４５が矢印方向に手動操作されると、平面ミラー３は
回転軸３１を中心にストッパー４３位置まで約４５度回
転する。さらに、レバー４５の動きは図示していない操
作部８の入力スイッチにリンクされ、自動焦点調整モー
ドが入力される。尚 本説明では、レバー４５のロック
機構およびアンロック機構は省略しているが、その有無
は本願の装置にあって設計上の選択事項である。

【００２０】（ト）は本発明による可動反射鏡手段の第
５の実施例を示し、平面ミラー３は光学筐体部Ｆに配設
された２本の摺動溝４６もしくは摺動面に、左右位置４
７間で摺動自在な状態で保持されている。該２本の摺動
溝４６もしくは摺動面は、両者を結ぶ面が投射画像光軸
に４５度の角度で、形成されている。従って平面ミラー
３が投射画像の光束内の位置４７ａにある時には、反射
光ｒ’＋ｇ’＋ｂ’は平面ミラー３によって９０度屈折
され、受光素子５上に結像される。通常時には、平面ミ
ラー３は投射画像の光束内の範囲外の位置４６ｂにあ
り、ダイクロイックプリズム４からの出射光は全量投射
レンズ１によりスクリーン上に投射出力される。平面ミ
ラーの移動駆動手段についての説明は省略する。

【００２１】図３は光学レンズの光軸と光束断面積およ
び光強度との関係の説明図、並びに本発明による受光素
子の各種実施例の概念図である。（１）において、投射
レンズ１よりスクリーンＳの中央部に投射出力された、
焦点調整用の試験信号白丸（○）もしくは白四角（□）
信号画像の反射光の光束１ａは投射レンズ１により、投
射レンズ１からの距離がＬＣＤ１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ
と等価距離に配備された受光素子５上に結像する。合焦
点位置１ｄでは、光束断面積は最小で且つ光束中央部の
光強度は最大となる。合焦点位置前後の光束断面は、合
焦点位置からの距離の略二乗に比例して増すと共に、光
束中心部の光強度は該断面積に反比例して減少する。別
の見方をすると、同焦点位置１ｄでは光束断面積および
光強度の変化分（微分値）は略零となる。又光束断面積
および光強度の等しい２つの光軸上の位置１ｃ、１ｅ間
の中央位置は合焦点位置１ｄと一致する。此等の性質を
利用して、本願は焦点位置検出手段を形成している。
（２）は光束の光強度を検出する目的で、受光素子を、
ホトトランジスタ、ホトダイオードなどの光電変換する
半導体素子、光起電力を発生するソーラーセル、もしく
は、ＰｄＳ、ＰＩＮなどの光電形セルとした。

【００２２】（３）、（４）は光束の断面積５ｄもしく
は光束の直径５ｃを検出する目的で、受光素子を、Ｐｂ
Ｓ、ＩｎＳｂなどの光電形セルをライン状もしくは二次
元に配置した光電形アレーセンサ、または、ＢＢＤ、Ｃ
ＣＤ、ソーラーセルなどをの光起電力形セルをライン状
もしくは二次元に配置した光起電力形アレーセンサとし
た。

【００２３】（５）は光軸上の少なくても２点の光強度
を同時に検出する目的で、受光素子を、、ＰｂＳ、Ｉｎ
Ｓｂなどの複数の光電形セル、もしくはＢＢＤ、ＣＣ
Ｄ、ソーラーセルなどの複数の受光素子を三次元に配置
した三次元センサとした。

【００２４】（イ）は三次元センサ構造の第１の実施例
を示し、平板プリント基板５ｅ上の光軸方向に異なった
位置に半導体素子、ソーラーセル、もしくは、光電形セ
ルなどの受光素子を配置した。該平板プリント基板は光
軸に対して４５度の角度θで配設することにより、三次
元センサの機能を持たせた。

【００２５】（ロ）は三次元センサ構造の第２の実施例
を示し、平行な上面と下面を有するガラスなどの透明基
材５ｆの上面５ｆ１と下面５ｆ２に半導体素子、ソーラ
ーセル、もしくは、光電形セルなどの受光素子を配置
し、反射光が上面に垂直に入射するように配設すること
により、三次元センサの機能を持たせた。

【００２６】（ハ）は三次元センサ構造の第３の実施例
を示し、光軸上の２箇所に光軸に対して４５度（任意角
度で良い）傾斜した反射面５ｇ１０、５ｇ２０を設け、
この反射光軸に対応し且つ該反射面よりの位置が等しい
距離に、半導体素子、ソーラーセル、もしくは、光電形
セルなどの受光素子を配置することにより、三次元セン
サの機能を持たせた。

【００２７】図４は本発明による焦点調整制御部の各種
実施例の要部ブロック図である。（イ）は光軸中心部の
光強度を検出して焦点位置を検出するシステム例であ
る。受光素子５よりの光強度検出信号は、Ａ／Ｄ６１で
デジタル光強度データに変換され、一定間隔でアドレス
データと共にデータメモリ６２に一時記憶される。比較
演算器６３は、Ａ／Ｄ６１からのデータとデータメモリ
６２より読み出したデータを比較演算して微分値を演算
出力するか、もしくは、Ａ／Ｄ６１からのデータと等し
いデータメモリ６２内のアドレスデータを演算出力す
る。

【００２８】投射レンズ焦点調整機構の調整位置を検出
するため、位置検出器７が設けられいる。この位置検出
器７は、回転駆動軸の回転角もしくは回転体の回転パル
ス数等を検出する回転検出手段、駆動軸の摺動量もしく
は摺動部の摺動パルス数等を検出する直線検出手段、も
しくは、リミットスイッチなどの可動限界位置検出手段
などが選択設置される。

【００２９】次いで、焦点制御部６４を含め自動焦点調
整動作を説明する。焦点制御部６４は、制御部９より自
動焦点調整指令を受けると、可動反射鏡手段の駆動部に
平面ミラー３を投射画像の光束範囲内に移動するよう指
令を出すと共に、駆動部６５に焦点調整機構２が投射レ
ンズの初期焦点調整位置に向かうよう初期位置移動制御
信号を出力する。駆動部６５は焦点調整機構のＤＣモー
タを駆動して投射レンズの焦点位置を初期値になるよう
駆動出力する。位置検出器（リミットスイッチ）７は最
も近焦点である初期位置を検出し、焦点制御部６４に初
期位置検出信号を送る。駆動部６５は初期位置検出信号
を受けると、初期位置移動制御を停止し、続いて、遠焦
点方向に向かう遠焦点位置移動制御信号を出力すると共
に比較演算部６３よりのデータを受取り、同焦点位置が
検出されると焦点位置移動制御信号を停止し、平面ミラ
ー３を投射画像の光束範囲外に移動させる指令を出し、
焦点調整は完了する。

【００３０】前記調整過程を、図３（１）図でたどる
と、初期位置は１ｆよりスタートして、１ｅ、１ｄ、１
ｃ、１ｂの順に光軸断面積および光強度が変化する。
（イ）の焦点制御部６４は、光強度データが１ｄ位置で
微分値は略０となること、もしくは、１ｅと１ｃの光強
度データが一致することから１ｅと１ｃのアドレスデー
タの１／２のアドスデータ位置が同焦点位置となること
を利用している。実際的制御は、微分値が略０となる位
置で遠焦点位置移動制御信号を停止する方法、１ｃ位置
まで移動した後、逆に近焦点位置移動制御信を出し、微
分値が略０となる位置で停止させる方法、もしくは、位
置検出器７を連続回転検出手段または連続直線検出手段
として、所定のアドレス位置で停止させる方法が選択さ
れる。さらに、焦点調整機構２の駆動源にステッピング
モータを採用すると所定の逆送パルスを出力することに
より合焦点位置に調整可能である。

【００３１】（ロ）は光束断面積または光束直径を検出
して焦点位置を検出するシステム例である。ラインセン
サ５ｃもしくは二次元センサ５ｄによる受光素子５から
の複数点の検出信号は、Ａ／Ｄ６１でデジタル光強度デ
ータに変換される。このデジタル光強度データは、予め
設定された閾値と比較され、閾値を越えるデータの数が
面積演算器６７で加算され断面データとして出力され
る。この断面データはアドレスデータと共にデータメモ
リ６２に一時記憶される。比較演算器６３は、面積演算
器６７からの断面データとデータメモリ６２より読み出
した断面データを比較演算して微分値を演算出力する
か、もしくは、面積演算器６７からの断面データと等し
いデータメモリ６２内のアドレスデータを演算出力す
る。焦点制御部６４は該アドレスデータに相当する焦点
位置になるよう焦点移動信号を出力する。以降の制御形
態は（イ）で説明した内容と重複するので省略する。

【００３２】（ハ）は三次元センサを用いて光軸上の光
強度の分布を検出し、焦点位置を検出するシステム例で
ある。三次元に配置された受光素子（１）５１と受光素
子（２）５２からの検出信号は、各々Ａ／Ｄ６１でデジ
タル光強度データに変換される。両光強度データは差分
演算器６８に入力しされ差分演算され差分データが出力
される。この差分データはアドレスデータ共にデータメ
モリ６２に一時記憶される。比較演算器６３は、差分演
算器６８からの差分データとデータメモリ６２より読み
出した差分データを比較演算して差分データ最小値を演
算出力する。焦点制御部６４は該アドレスデータに相当
する焦点位置になるよう焦点移動信号を出力する。以降
の制御形態は（イ）で説明した内容と重複するので省略
する。

【００３３】

【発明の効果】本発明は以上に説明した形態で実施され
以下に述べる効果を奏する。液晶プロジェクタにおい
て、スクリーンに投射結像した画像の反射光を、投射レ
ンズ１とダイクロイックミラーもしくはダシクロイック
プリズムの間に設置した可動反射鏡手段により、屈折反
射して受光素子５上に結像させる焦点位置検出手段と、
投射レンズ１の焦点位置調整制御部６とにより、該投射
レンズの自動焦点調整を可能成らしめた。さらに、各種
可動反射鏡手段、焦点位置検出手段、および、自動焦点
制御手段を有する液晶プロジェクタ用自動焦点装置が提
供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶プロジェクタ用自動焦点装置
の一実施例の光学系および要部ブロック図である。

【図２】本発明による可動反射鏡手段の各種実施例の説
明図である。

【図３】光学レンズの光軸と光束断面積および光強度と
の関係の説明図、並びに本発明による受光素子の各種実
施例の概念図である。

【図４】本発明による焦点調整制御部の各種実施例の要
部ブロック図である。

【図５】従来技術による液晶プロジェクタの光学系の概
念図および投射レンズの焦点調整の制御ブロック図であ
る。

【符号の説明】

Ｓ スクリーン Ｌ 光源 １ 投射レンズ ２ 焦点調整機構 ３ 平面ミラー ３ａ 半透明反射膜 ３ｂ 全反射膜 ３ｃ 透明部 ３１ 回転軸 ３２、３３ ギヤー ３４ ＤＣモータ ３ プーリー ３６ ワイヤー ３７ 押ボタン ３８ 摺動軸 ３９ Ｃリング ４０ 押バネ ４１ 引張ばね ４２ 筐体係止部 ４３ ストッパー ４４ 電磁プランジャー ４５ 回転レバー ４６ 摺動溝 ４ ダイクロイックプリズム ５、５１、５２、５ｅ１、５ｅ１、５ｅ２、５ｆ１、５
ｆ２、５ｇ１、５ｇ２受光素子 ５ａ 半導体素子 ５ｅ 平面プリント基板 ５ｆ 透明基材 ５ｇ１０、５ｇ２０ 反射面 ６ 焦点調整制御部 ７ 位置検出器 ８操作部 ９ 制御部 １４ｒ、１４ｇ、１４ｂ ＬＣＤ １５ リレーレンズ １６ 表示信号制御部 １７ ＬＣＤ駆動部 ６１ Ａ／Ｄ ６２ データメモリ ６３ 比較演算器 ６４ 焦点制御部 ６５ 駆動部 ６６ 閾値判断部 ６７ 面積演算部 ６８ 差分演算部

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源から出射された白色光をダイクロイッ
   クミラー等で３原色に分解し、各色毎に設けられた液晶
   パネル（以下ＬＣＤと言う）で、表示信号生成部で生成
   した信号をＬＣＤ駆動部により駆動された映像信号に基
   づき光変調し、前記色毎のＬＣＤより出射した光を、ダ
   イクロイックミラーもしくはダイクロイックプリズムで
   合成し、該合成した光を投射レンズでスクリーンに投射
   し、且つ前記投射レンズの焦点調整操作入力等を行う操
   作部と装置の制御を行う制御部とを有する液晶プロジェ
   クタにおいて、 焦点調整手段を有する前記投射レンズと、前記投射レン
   ズの焦点調整を行う焦点調整機構と、前記ダイクロイッ
   クミラーもしくはダイクロイックプリズムと前記投射レ
   ンズの間に設置され、表面に反射膜を形成した可動反射
   鏡手段と、前記スクリーンよりの反射光を前記可動反射
   鏡手段経由で受光し受光出力信号に変換し、且つ前記投
   射レンズと前記ＬＣＤ間の光軸距離と等価位置に配置さ
   れた受光素子と、前記受光素子よりの受光出力信号によ
   り前記スクリーンまでの焦点位置を検出演算し、前記焦
   点調整機構の駆動制御を行う焦点調整制御部と、前記焦
   点調整機構の調整位置を検出する位置検出器とで構成
   し、 前記スクリーンに投射した画像の反射光を前記可動反射
   鏡手段経由で受光し、該反射光を受光出力信号に変換
   し、該受光出力信号を用いて焦点位置を検出すると共に
   前記焦点調整機構を最適焦点位置に調整制御することを
   特徴とする液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
2. 【請求項２】前記可動反射鏡手段と前記受光素子との間
   に、等価的に凸レンズもしくは凹レンズのリレーレンズ
   を追加設置し、前記投射レンズと前記受光素子との光軸
   距離を任意に設定可能としたことを特徴とする請求項１
   記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
3. 【請求項３】前記可動反射鏡手段を、平面ガラス基板上
   に全光束の一部を反射する金属薄膜などの反射膜を形成
   する平面ミラーとすることを特徴とする請求項１もしく
   は２記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
4. 【請求項４】前記可動反射鏡手段に形成する反射膜を、
   全光束の一部を反射する金属薄膜を形成することを特徴
   とする請求項３記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装
   置。
5. 【請求項５】前記可動反射鏡手段に形成する反射膜を、
   赤外線光のみを反射するフィルタで形成することを特徴
   とする請求項３記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装
   置。
6. 【請求項６】前記可動反射鏡手段に形成する反射膜を、
   紫外線光のみを反射するフィルタで形成することを特徴
   とする請求項３記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装
   置。
7. 【請求項７】前記可動反射鏡手段に形成する反射膜を、
   中央部の一部を透過面とし、その他の部分に全光を反射
   する金属薄膜などの反射膜を形成することを特徴とする
   請求３記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
8. 【請求項８】前記可動反射鏡手段を、平面ガラス基板上
   に反射膜を形成し、一端に両端保持構造の回転軸を有
   し、該回転軸にギア等の外部駆動部を固着した平面ミラ
   ーと、前記外部駆動部に外部より回転駆動するＤＣモー
   タなどの駆動源と、前記回転軸を回動可能な状態で保持
   する軸受部とで構成し、前記平面ミラーは前記駆動源に
   よって回転駆動されることを特徴とする請求項１もしく
   は２記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
9. 【請求項９】前記可動反射鏡手段を、平面ガラス基板上
   に反射膜を形成し、一端に両端保持構造の回転軸を有
   し、該回転軸にプーリーもしくは回転アーム等の連結部
   を固着した平面ミラーと、前記平面ミラーの回転を手動
   で操作するための操作ボタン機構と、前記操作ボタン機
   構の動きを前記連結部にリンクするためワイヤー等のリ
   ンク部と、前記回転軸を回動可能な状態で保持する軸受
   部とで構成することを特徴とする特徴とする請求項１も
   しくは２記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
10. 【請求項１０】前記可動反射鏡手段を、平面ガラス基板
    上に反射膜を形成し、一端に両端保持構造の回転軸を有
    し、該回転軸にプーリーもしくは回転アーム等の連結部
    を固着した平面ミラーと、電磁プランジャーなどの直線
    駆動手段と、前記直線駆動手段の動きをと前記連結部に
    リンクするためのリンク部と、前記回転軸を回動可能な
    状態で保持する軸受部とで構成することを特徴とする特
    徴とする請求項１もしくは２記載の液晶プロジェクタ用
    自動焦点装置。
11. 【請求項１１】前記可動反射鏡手段を、平面ガラス基板
    上に反射膜を形成し、一端に両端保持構造の回転軸を有
    し、該回転軸の一端に回転レバーを固着し、他端もしく
    は一端にプーリーもしくは回転アーム等の連結部を固着
    した平面ミラーと、前記連結部にリンクし前記平面ミラ
    ーを一方向に回動するリンク部と、前記回転軸を回動可
    能な状態で保持する軸受部とで構成し、前記回転レバー
    により前記平面ミラーの手動での回動を可能とする特徴
    とする請求項１もしくは２記載の液晶プロジェクタ用自
    動焦点装置。
12. 【請求項１２】前記可動反射鏡手段を、平面ガラス基板
    上に反射膜を形成し、両端を摺動部とする平面ミラー
    と、前記平面ミラーの摺動部を一定角度で保持し摺動可
    能な摺動溝もしくは摺動面を有する光学部筐体とで構成
    し、焦点調整時には前記平面ミラーを投射光束断面内に
    移動し、通常時には投射光束断面外に移動することを特
    徴とする請求項１もしくは２記載の液晶プロジェクタ用
    自動焦点装置。
13. 【請求項１３】前記受光素子を、ホトトランジスタ、ホ
    トダイオードなどの光電変換する半導体素子とすること
    を特徴とする請求項１もしくは２記載の液晶プロジェク
    タ用自動焦点装置。
14. 【請求項１４】前記受光素子を、光起電力を発生するソ
    ーラーセルとすることを特徴とする請求項１もしくは２
    記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
15. 【請求項１５】前記受光素子を、ＣｄＳ、ＰＩＮなどの
    光電形セルとすることを特徴とする請求項１もしくは２
    記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
16. 【請求項１６】前記受光素子を、ＰｂＳ、ＩｎＳｂなど
    の光電形セルをライン状もしくは二次元に配置した光電
    形アレーセンサとすることを特徴とする請求項１もしく
    は２記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
17. 【請求項１７】前記受光素子を、ＢＢＤ、ＣＣＤ、ソー
    ラーセルなどの光起電力形セルをライン状もしくは二次
    元に配置した光起電力形アレーセンサとすることを特徴
    とする請求項１もしくは２記載の液晶プロジェクタ用自
    動焦点装置。
18. 【請求項１８】前記受光素子を、ＰｂＳ、ＩｎＳｂなど
    の複数の光電形セルを三次元に配置した三次元センサと
    することを特徴とする請求項１もしくは２記載の液晶プ
    ロジェクタ用自動焦点装置。
19. 【請求項１９】前記受光素子を、ＢＢＤ、ＣＣＤ、ソー
    ラーセルなどの複数の光起電力形セルを三次元に配置し
    た三次元センサとすることを特徴とする請求項１もしく
    は２記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
20. 【請求項２０】前記三次元センサの構造を、平面基板上
    に複数の光電形セルもしくは光起電力形セルなどの受光
    素子を配置し、該複数の受光素子を結ぶ中心軸を反射光
    の光軸に対して任意角度で交差する様に配置して、三次
    元センサとすることを特徴とする請求項１８もしくは１
    ９記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
21. 【請求項２１】前記三次元センサの構造を、ガラスなど
    の透明基材の任意距離離れた平行面に、複数の光電形セ
    ル、光起電力形セルなどの受光素子を配備し、該平行面
    を反射光の光軸に対して垂直に交差する様に配置して、
    三次元センサとすることを特徴とする請求項１８もしく
    は１９記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
22. 【請求項２２】前記三次元センサの構造を、前記光軸方
    向に任意距離離れた反射面を設け、該反射面に対応した
    位置に複数の光電形セル、光起電力形セルなどの受光素
    子を配備して三次元センサとすることを特徴とする請求
    項１８もしくは１９記載の液晶プロジェクタ用自動焦点
    装置。
23. 【請求項２３】前記焦点調整制御部を、前記受光素子の
    出力信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ（アナロ
    グ／ディジタル変換器）と、前記ディジタル信号を一時
    的に記憶するデータメモリと、前記データメモリより読
    み出したディジタルデータと前記Ａ／Ｄの出力データと
    を比較演算して差分データを演算出力する比較演算器
    と、前記差分データの微分値が零になるよう、前記焦点
    調整機構の制御信号を生成制御する焦点制御部と、前記
    制御信号により前記焦点調整機構のＤＣモータなどの駆
    動源に駆動出力する駆動部とで構成し、自動焦点調整時
    には、初期設定焦点位置より焦点機構を一定の方向に移
    動制御し、前記差分データの微分値が略零になる位置を
    最適焦点位置と設定制御することを特徴とする請求項１
    もしくは２記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
24. 【請求項２４】前記最適焦点位置を、前記差分データの
    絶対値が等しい二点間の中央位置となるよう焦点制御す
    ることを特徴とする請求項２３記載の液晶プロジェクタ
    用自動焦点装置。
25. 【請求項２５】前記焦点調整制御部を、前記受光素子の
    出力信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄと、前記
    ディジタル信号値が予め設定された閾値を越えるかを比
    較判断しする判断データを出力する閾値判断部と、前記
    判断データを加算して反射光の焦点位置近傍の光束の断
    面データを演算出力する面積演算部と、前記断面データ
    を一次記憶するデータメモリと、前記データメモリより
    読み出した断面データと前記面積演算部からの断面デー
    タとを比較演算して差分データを演算出力する比較演算
    器と、前記差分データの絶対値が最小と成るよう、前記
    焦点調整機構の制御信号を生成制御する焦点制御部と、
    前記制御信号により前記焦点調整機構のＤＣモータなど
    の駆動源に駆動出力する駆動部とで構成し、自動焦点調
    整時には、初期設定焦点位置より焦点機構を一定の方向
    に移動制御し、前記差分データの絶対値が最小と成る点
    を最適焦点位置と設定制御することを特徴とする請求項
    １もしくは２記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
26. 【請求項２６】前記最適焦点位置を、前記差分データの
    絶対値が等しい二点間の中央位置となるよう焦点制御す
    ることを特徴とする請求項２５記載の液晶プロジェクタ
    用自動焦点装置。
27. 【請求項２７】前記焦点調整制御部を、前記三次元セン
    サ型の受光素子の出力信号をディジタルデータに変換す
    る複数のＡ／Ｄと、前記複数のディジタルデータの差分
    データを演算出力する差分演算器と、前記差分データを
    一次記憶するデータメモリと、前記データメモリより読
    み出した差分データと前記差分演算器の出力データとを
    比較演算して比較データを演算出力する比較演算器と、
    前記比較データの絶対値が最小となるよう、前記焦点調
    整機構の制御信号を生成制御する焦点制御部と、前記制
    御信号により前記焦点調整機構のＤＣモータなどの駆動
    源に駆動出力する駆動部とで構成し、自動焦点調整時に
    は、前記比較データの絶対値が最小となる位置を最適焦
    点位置と設定制御することを特徴とする請求項１もしく
    は２記載の液晶プロジェクタ用自動焦点装置。
28. 【請求項２８】前記焦点調整機構の駆動源を１パルス駆
    動毎に一定角度もしくは一定摺動量ステップ送りするス
    テッピングモータとし、前記焦点調整機構の制御信号と
    して所定のパルス数の信号を生成出力することを特徴と
    する請求項２４もしくは２６記載の液晶プロジェクタ用
    自動焦点装置。
29. 【請求項２９】前記投射レンズ焦点調整機構の調整位置
    を検出する検出器を、回転駆動軸の回転角もしくは回転
    体の回転パルス数等を検出する回転検出手段とすること
    を特徴とする請求項１もしくは２記載の液晶プロジェク
    タ用自動焦点装置。
30. 【請求項３０】前記投射レンズ焦点調整機構の調整位置
    を検出する検出器を、駆動軸の摺動量もしくは摺動部の
    摺動パルス数等を検出する直線検出手段、または、リミ
    ットスイッチなどの可動限界位置検出手段とすることを
    特徴とする請求項１もしくは２記載の液晶プロジェクタ
    用自動焦点装置。