画像投射装置
【課題】 投射レンズの光束の吸収及びレンズ鏡筒の壁面で遮光される光束を少なくし、投射レンズの光学性能の変動が少なく、良好なる画質の投射画像が得られる画像投射装置を得ること。
【解決手段】 画像表示素子と、光源手段から出射した光束で前記画像表示素子を照明する照明光学系と、ズーム機能を有し、前記画像表示素子からの光束を被投射面に投射する投射光学系と、該投射光学系を保持するレンズ鏡筒と、該投射光学系のズーム位置に基づいて、該投射光学系及び該レンズ鏡筒の少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段と、を有すること。
【解決手段】 画像表示素子と、光源手段から出射した光束で前記画像表示素子を照明する照明光学系と、ズーム機能を有し、前記画像表示素子からの光束を被投射面に投射する投射光学系と、該投射光学系を保持するレンズ鏡筒と、該投射光学系のズーム位置に基づいて、該投射光学系及び該レンズ鏡筒の少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段と、を有すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像投射装置に関し、例えば液晶パネル（画像表示素子）に基づく投射像原画（画像表示素子）をスクリーン面上に拡大投影するプロジェクタに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネル等の画像表示素子に基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するようにした画像投射装置（プロジェクター）が種々と提案されている。これらのプロジェクタでは、大画面の映像（投射画像）を得るために、ライトバルブ（画像表示素子）に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し、投射レンズ（投射光学系）によりスクリーン上に拡大投射している。
【０００３】
一般に投射レンズに入射した光束の一部のうち、スクリーンに到達しない不要光はレンズ鏡筒内の壁面に入射し、壁面で遮光される。このためレンズ鏡筒は光束を吸収して温度が上昇してくる。レンズ鏡筒の温度が上昇すると、それに保持されている投射レンズの温度も上昇して光学性能が変化し、例えばピント変動（フォーカス変動）が生じてくる。又、投射レンズ自身もスクリーンに投射される光束を吸収し、温度が上昇して光学性能が変化してくる。従来より温度変化によって生ずる投射レンズのピント変動を補正する機能を有したプロジェクタが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１のプロジェクタでは温度変化に対する投射レンズ自身のフォーカス位置の変動がレンズ鏡筒の補正筒の温度変化による光軸方向の寸法変動によって補正されるように各要素を設定している。例えばレンズの線膨張係数、材料の屈折率の温度依存性、補正筒の熱膨張による全長の伸び等を設定している。これにより、投射レンズを保持したレンズ鏡筒（カム環）が光軸方向であって、投射レンズの温度上昇によって生ずるフォーカス位置のズレ方向と逆方向に移動するようにしてフォーカス位置の変動を補正（キャンセル）している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６４５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多くのプロジェクタでは、照明光学系から一定のＦナンバー（明るさ）の照明光束で画像表示素子が照明され、画像表示素子からは一定のＦナンバーの光束が投射レンズに入射してくる。このとき投射レンズがズームレンズにより成り、ズーミングによってＦナンバーが変化すると投射レンズには一定のＦナンバーの光束が入射するので、ズーム位置によってレンズ鏡筒内で遮光される光束の光量が異なってくる。例えば広角端から望遠端へのズーミング際してＦナンバーが暗くなる投射レンズでは、照明光学系からの光束のうち、Ｆナンバーの明るい照明光束が投射レンズを保持するレンズ鏡筒の壁面で遮光されてしまう。この結果、投射レンズのズーミングに応じて、レンズ鏡筒、或いは投射レンズの温度が変化するため、結果としてズーミングに応じてピント位置が変動してしまう。
【０００７】
本発明は、投射レンズの焦点距離を変化させても（ズーミングを行っても）、投射レンズの光学性能の変動が少なく、良好なる画質の投射画像が得られる画像投射装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の画像投射装置は、画像表示素子と、光源手段から出射した光束で前記画像表示素子を照明する照明光学系と、ズーム機能を有し、前記画像表示素子からの光束を被投射面に投射する投射光学系と、該投射光学系を保持するレンズ鏡筒と、該投射光学系のズーム位置に基づいて、該投射光学系及び該レンズ鏡筒の少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、投射レンズの光学性能の変動が少なく、良好なる画質の投射画像が得られる画像投射装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１の要部概略図
【図２】図１の投射レンズのＷＩＤＥ端ポジションのレンズ断面図
【図３】図１の投射レンズのＴＥＬＥ端ポジションのレンズ断面図
【図４】図１の偏光変換素子上の有効光束の説明図
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）アパチャ形状を示す説明図
【図６】投射レンズのＭＩＤＤＬＥ１ポジションのレンズ断面図
【図７】投射レンズのＭＩＤＤＬＥ２ポジションのレンズ断面図
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）アパチャの開閉状態を説明する図
【図９】本発明の実施例３の要部概略図
【図１０】本発明の実施例４の要部概略図
【図１１】本発明に係る投射光学系の数値実施例１のレンズ断面図
【図１２】本発明に係る投射光学系の数値実施例１の収差図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、以下に図面を用いて具体的に述べる。本発明の画像投射装置は、光源手段から出射した光束で照明光学系によって被照射面の画像表示素子を照明する。そして、被照射面に設けた画像表示素子からの光束をズーム機構を有する投射光学系（投射レンズ）で被照射面に投射する。ここで投射光学系は広角端から望遠端へのズーミングによってＦナンバーが大きくなるレンズ系である。例えば絞りの開口径の大きさが小さくなる。投射光学系のズーム位置を検出するズーム位置検出手段からの信号に基づいて、投射光学系及びレンズ鏡筒の少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段と、を有している。温度制御手段は、光源手段からの光束のうち投射光学系に入射する光束を制御する１以上の絞り又は冷却ファンのうち少なくとも１つである。ここで、この絞りを照明光学系内（或いは光源から投射レンズに至る光束の光路中）に設けた場合は、投射レンズの光束の吸収及びレンズ鏡筒の壁面で遮光される光束を少なくすることができる。この結果、投射レンズの光学性能の変動が少なく、良好なる画質の投射画像が得られる画像投射装置が得られる。
【００１２】
本発明の照明装置は、光源手段から出射した光束で照明光学系によって被照射面を照明する。光源手段と被照射面との間に開口径可変の絞りより成る温度制御手段を有する。被照射面に設けた画像表示素子を被投射面に投射するズーム機構を有し、ズーミングによってＦナンバーが変化する投射光学系からのズーム位置信号に基づいて、絞りの開口形状（開口部の大きさ、開口径）を制御手段で制御する。これによって投射光学系に入射する光束を制限する。
【００１３】
［実施例１］
図１は本発明の実施例１の要部概略図である。図１において１は光源手段であり、高圧水銀ランプ（メタルハライドランプ等でも構わない）の白色光を放射する光源である。２はリフレクタであり、光源手段１からの光束を効率良く反射する回転楕円鏡（凹面鏡）から成っている。３はインテグレータレンズ（第１フライアイレンズ）であり、リフレクタ２からの光束を複数の光束に分割している。４は第２のインテグレータレンズ（第２フライアイレンズ）であり、第１のインテグレータレンズ３に対応して配置されている。５は偏光変換素子（偏光ビームスプリッター）であり、偏光分離面を有し、それによって所定の偏光状態の光を反射し、それと直交する偏光状態の光を透過させている。９は開口径可変（開口部の大きさが可変、開口部の面積が可変）のアパチャ（開口絞り）（温度制御手段）である。６はコンデンサレンズである。７は被照射物体（画像表示素子）としての透過型の画像表示素子（ライトバルブ、以下「パネル」とも言う）である。８はズーム機能を有する投射光学系（投射レンズ）であり、パネル７に基づく画像情報をスクリーン（所定面上）Ｓに投射している。１０１はズーム位置検出手段であり、投射光学系８のズーム位置を検出している。１０２は制御手段であり、ズーム位置検出手段１０１からの信号に基づいてアパチャ９の開口径又は開口形状を変化させている。ここで、ズーム位置検出手段は、投射光学系（投射レンズ）の変倍群の位置を検出しても構わないし、投射光学系へのズーミング（変倍）の信号（入力信号、指令信号）を検出しても構わない。
【００１４】
本発明の光学作用について説明する。光源手段１から発光した白色光は、リフレクタ２で反射される。その反射光は第１のインテグレータレンズ３で複数の光束に分割され、第２のインテグレータレンズ４を介し偏光変換素子５の入射面又はその近傍に複数の第２の光源像を作る。複数の第２の光源像に集光された光線は偏光変換素子５を透過して所定の偏光方向に偏光が揃えられたのち、アパチャ９、コンデンサレンズ６、を介して画像表示素子７に重層され、その面に均一な照明分布を形成する。その後、画像表示素子で画像変換された光束は投射レンズ８で拡大されスクリーンＳ上に投影（投射）される。投射レンズ８の構成について説明する。図２、図３は本実施例で用いている投射レンズ８のレンズ断面図である。投射レンズ８は図２、図３に示すようにズーミングによりＦナンバーＦｎｏが変化するレンズ構成よりなっている。図２はＷＩＤＥ端（広角端）のポジションを示しＦナンバーＦｎｏ＝１．５である。図３はＴｅｌｅ端（望遠端）のポジションを示しＦナンバーＦｎｏ＝２．５である。投射レンズのＦナンバーＦｎｏは図２、図３中の角度θがθ＝ＡＴＡＮ（１／Ｆｎｏ）であることに相当する。
【００１５】
以後出てくる図６、図７でも同様に表せる。また本実施例の照明光学系のＦナンバーＦｎｏは１．５である。照明光学系のＦナンバーＦｎｏとは、図４に示す偏光変換素子５上を透過する有効光束径ａ（図中矢印）とし、コンデンサレンズ６の焦点距離をｂとするとＦｎｏ＝ｂ／ａで表せる。但し、偏光変換素子５を透過するがスクリーンＳに到達しない成分は有効光束としない。アパチャ９の開口形状は図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すように円形９ａ、矩形９ｂ、ひし形９ｃ、凧形９ｄなど投射レンズ８のズーミング（ズーム位置）に連動して通過光をカットするものなら形状はどのようなものでも問わない。制御手段１０２は投射レンズ８が図３のＴｅｌｅ端のポジションではＦナンバーＦｎｏが２．５である。図５（Ａ）の円形のアパチャ９ａは照明光学系のＦナンバーＦｎｏが１．５のときである。このためアパチャ９ａとしてＦナンバーＦｎｏが２．５になるように絞った図５（Ｅ）に示すような開口９ａａとしている。アパチャ９の開口によって変動する照明光学系のＦナンバーＦｎｏと投射レンズ８のズーミングによって変動するＦナンバーＦｎｏが必ず一致しなくてはならないわけではない。例えば、制御手段１０２はズーム位置検出手段１０１からの信号に基づいて投射レンズ８のズーミングによって変化するＦナンバーの幅がＦｎｏ１．５〜２．５の間で照明光学系のＦナンバーＦｎｏが１．５から暗くなる方向に連続的に又は段階的に変動すれば良い。アパチャ９の開口の可変は絞り羽根を用いる他、液晶を利用しても良い。例えば投射レンズ８のズーミング間（ここではＦナンバーＦｎｏ１．５〜２．５）において、照明光学系のＦナンバーＦｎｏが少しでも暗くなる方向に変われば良い。
【００１６】
本実施例では投射レンズ８のズーミングに連動してアパチャ９の開口（絞り径）を可動とすることで、これまでレンズ鏡筒でカット（遮光）されていた光をアパチャ９でカットしている。そうする事で、レンズ鏡筒内の光束の遮光による温度上昇が起きず、投射レンズ８の温度変化によるピントずれが軽減される。又、レンズ鏡筒の耐久性が向上する。更に、ゴースト等の迷光の発生が少なくなる。本実施例ではアパチャ９の光軸方向の位置を偏光変換素子５の後ろ（光出射側）に配置しているが、リフレクタ２と画像表示素子７の間であればどこでも構わない。好ましくは照明光学系の瞳位置に配置するのが良い。本実施例のアパチャとして、例えば特開２００２−２１４６９７号公報に示すような、映像信号に併せて可動する機能を持たせても良い。
【００１７】
本実施例では投射レンズとして交換レンズであっても良い。交換レンズを用いた場合、交換した投射レンズの持つレンズ情報を基にアパチャを可動すれば良い。例えば交換した投射レンズのＦナンバーＦｎｏが２．０から２．５のズームレンズであったとする。この場合、ＷＩＤＥ端であるＦナンバーＦｎｏのアパチャの状態は交換前のＷＩＤＥ端である図２では無く照明光学系のＦナンバーＦｎｏが２．０になるようにアパチャ９は絞られている。本実施例では画像表示素子が１枚の画像投射装置に限らず、複数枚有するカラー画像投射装置にも同様に適用することができる。本実施例は透過型の液晶プロジェクタ、反射型の液晶プロジェクタ、ＤＬＰに関係なく全てのズーム機能を有する画像投影装置で用いる事ができる。
【００１８】
［実施例２］
実施例２は実施例１に比べて投射レンズ（ズームレンズ）の複数（３以上）のズーム位置に対応してアパチャ９の開口径を段階的に変化させている点が異なっている。画像投射装置の基本構成は図１と同じである。本実施例の投射レンズ（ズームレンズ）は実施例１と同じである。図６、図７は本実施例の投射レンズの中間のズーム位置（ＭＩＤＤＬＥ１）、中間のズーム位置（ＭＩＤＤＬＥ２）のレンズ断面図である。本実施例の投射レンズの広角端と望遠端のレンズ断面図は図２、図３と同じである。本実施例の投射レンズはＷＩＤＥ端でＦナンバーＦｎｏが１．５、ＴＥＬＥ端でＦナンバーＦｎｏが２．５である。
【００１９】
本実施例では投射レンズ８のズーミング位置により段階的にアパチャ９の開口径が可動する。具体的例を挙げる。本実施例で使用するアパチャ９の開口径は図５（Ｂ）の矩形形である。投射レンズ８のズーミング位置が図２のＷＩＤＥ端から図６のＭＩＤＤＬＥ１の間ではアパチャ９の開口９ｂは図７のように全開放である。投射レンズ８のズーミング位置が図６のＭＩＤＤＬＥ１から図７のＭＩＤＤＬＥ２の間ではアパチャ９の開口９ｂ１は図８（Ｂ）のように図８（Ａ）に対して閉じている。そして、投射レンズ８のズーミング位置が図７のＭＩＤＤＬＥ２から図３のＴＥＬＥ端の間ではアパチャ９の開口９ｂ２は図８（Ｃ）のように図８（Ｂ）より更に閉じている。本実施例ではアパチャ９の開口径の開閉を段階的に行う為にアパチャ９の開閉精度も必要なく簡易に実施例１と同様の効果を得ることが出来る。本実施例ではズーミング位置により３段階でアパチャを可動させているが、アパチャの可動段階の数はこれ以上これ以下でも構わない。本実施例ではアパチャ９の光軸上の位置を偏光変換素子５の後ろに配置しているが、リフレクタ２と画像表示素子７の間であればどこでも構わない。
【００２０】
［実施例３］
図９は本発明の実施例３の要部断面図である。実施例３の照明光学系は、互いに直交する平面内において屈折力が異なっている。又、実施例３は温度制御手段として複数の絞り（アパチャ）を有している点が実施例１、２と異なっている。図中の符番１〜８で示す部材は図１で示した部材と同じである。９は第１のアパチャ、１０は第２のアパチャである。ここで、第１、第２のアパチャ９、１０は温度制御手段を構成している。複数の絞りのうち１つの絞り９は、一方の平面内の瞳位置に配置されており、他の１つの絞り１０は、他方の平面内の瞳位置に配置されている。２つの絞り９、１０の開口形状は、ズーム位置検出手段１０１からの信号に基づいて、制御手段１０２で時系列的に又は同時に変化している。光学的作用は実施例１と同様である。投射レンズ８は実施例１と同じである。図２、図３、図６に本実施例の投射レンズのあるズーミング位置を示す。図２がＷＩＤＥ端、図６がＭＩＤＤＬＥ１、図３がＴＥＬＥ端である。この投射レンズはＷＩＤＥ端のＦナンバーＦｎｏが１．５である。ＴＥＬＥ端のＦナンバーＦｎｏが２．５である。投射レンズのズーミング位置が図２のＷＩＤＥ端から図６のＭＩＤＤＬＥまでの間は第１のアパチャ９の開口が投射レンズ８のズーミングに応じて可変となる。投射レンズ８のズーミング位置が図６のＭＩＤＤＬＥから図３のＴＥＬＥ端までの間では第２のアパチャ１０の開口が投射レンズ８のズーミングに応じて可変となる。
【００２１】
本実施例では複数箇所にアパチャを設置しているため１箇所のアパチャに対して温度上昇部を分散することが出来るため耐久性能の低下を抑えることが出来る。当然実施例１，２と同様の効果も得られる。本実施例ではＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端に向けてズーミングする場合、最初に第１のアパチャ９の開口が可動し、次に第２のアパチャ１０の開口が可動する例を挙げているが逆の順番でも問題ない。本実施例では投射レンズのズーミングに応じて２つのアパチャ９、１０が順番に可動しているが、ランダムに可動しても良い。本実施例では２つのアパチャを用いているがアパチャの数は３つ以上あっても構わない。本実施例ではアパチャの位置を第２のインテグレータ４の前（光入射側）と偏光変換素子５の後ろ（光出射側）に配置しているが、リフレクタ２と画像表示素子７の間であればどこでも構わない。
【００２２】
［実施例４］
図１０は本発明の実施例４の要部概略図である。図中の符番１〜８で示す部材は図１で示した部材と同じである。図１０において、１１は温度制御手段としての冷却ファンである。光学的作用は実施例１と同様である。本実施例の投射レンズ８は図２に示すＷＩＤＥ端から図３に示すＴＥＬＥ端の間でズーミングをする。この投射レンズ８はＷＩＤＥ端でＦナンバーＦｎｏが１．５、ＴＥＬＥ端でＦナンバーＦｎｏが２．５である。図１０中の冷却ファン１１はズーム位置検出手段１０１からの投射レンズ８のズーミングに従い制御手段１０２で駆動電圧を変えて冷却を行う。例を挙げると図２のＷＩＤＥ端では冷却ファンは駆動せず、図３のＴＥＬＥ端では温度変化によるピント変動が大きくなるため制御手段１０２で駆動電圧１０Ｖで冷却する。ＷＩＤＥ端とＴＥＬＥ端の間は投射レンズ８のズーミングに応じて制御手段１０２で駆動電圧が変化し、冷却効果を変化させている。
【００２３】
本実施例ではズーム位置検出手段１０１からの投射レンズのズーミング位置により冷却ファンが駆動することで投射レンズ８内又はレンズ鏡筒の温度上昇を抑えることが出来る。このため、投射レンズ８のズーミングによる温度変化によるピントズレを抑えることができる。本実施例では投射レンズとして交換レンズであっても良い。交換レンズを用いた場合、レンズ情報を基に冷却ファンの駆動電圧を変える事が出来る。例を挙げると交換レンズのＦナンバーＦｎｏが２．０から２．５のズームレンズを用いた場合、ＷＩＤＥ端では交換レンズ前は冷却ファンは駆動していなかったが冷却ファンは所定の電圧で駆動する。
【００２４】
図１１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の画像投射装置に用いる投射光学系（ズームレンズ）の数値実施例１の広角端と望遠端におけるレンズ断面図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）は数値実施例１においてスクリーンまでの距離２１００ｍｍのときの広角端と望遠端における収差図である。本実施例における画像投射装置では、液晶パネルＬＣＤに表示される原画（被投影画像）をズームレンズ（投影レンズ、投写レンズ）ＰＬを用いてスクリーン面Ｓ上に拡大投影している状態を示している。Ｓはスクリーン面（投影面）、ＬＣＤは液晶パネル（液晶表示素子）であり、ズームレンズＰＬの像面に位置している。ＳＴＯは開口絞りである。ＧＢは赤色光、緑色光、青色光に色分解し、又色分解した各色光を合成する色分離合成系や偏光フィルター、そしてカラーフィルター等に対応して光学設計上設けられたガラスブロックである。ズームレンズＰＬは、接続部材（不図示）を介して液晶ビデオプロジェクター本体（不図示）に装着されている。ガラスブロックＧＢ以降の液晶表示素子ＬＣＤ（表示ユニット）側はプロジェクタ本体に含まれている。ｉを拡大側から縮小側へのレンズ群の順序としたとき、Ｌｉは第ｉレンズ群を示している。矢印は、広角端から望遠端における各レンズ群の移動軌跡を示している。
【００２５】
液晶パネルＬＣＤは、縮小側に設けた照明光学系（不図示）からの光で照明されている。ズームレンズＰＬは、照明光学系との良好な瞳整合性を確保するため、液晶パネルＬＣＤ側（縮小側）の瞳が遠方にある、テレセントリック性を有している。ガラスブロックＧＢでは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの液晶パネルの画像を合成する手段、特定の偏光方向のみを選択する手段、偏光の位相を変える手段等を含んでいる。ズームレンズＰＬは全体として６つのレンズ群Ｌ１〜Ｌ６より構成している。広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印のように第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、そして第５レンズ群Ｌ５を拡大側であるスクリーンＳ側へ独立に移動させている。尚、第１レンズ群Ｌ１、第６レンズ群Ｌ６はズーミングのためには移動しない。即ち不動である。
【００２６】
本実施例では、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカスを行っている。本実施例のズームレンズは広角端から望遠端へのズーミングに際してＦナンバーが１．９５〜２．５４と変化している。収差図においてＧは波長５５０ｎｍ、Ｒは波長６２０ｎｍ、Ｂは波長４７０ｎｍでの収差を示し、Ｓ（サジタル像面の倒れ）、Ｍ（メリジオナル像面の倒れ）はどちらも波長５５０ｎｍでの収差を示す。ＦｎｏはＦナンバーである。ωは半画角である。Ｙは像高である。
【００２７】
次に数値実施例を示す。数値実施例においてｉは拡大側（前方側）からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔である。ｒｉ，ｄｉの単位はｍｍである。ｎｉとνｉはそれぞれｄ線を基準とした第ｉ番目の光学部材の屈折率、アッベ数を示す。ｆｗ，ｆｔは広角端と望遠端の焦点距離である。ＦｎｏはＦナンバーである。またｋを円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ２／ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］
＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋Ｄｈ１０＋Ｅｈ１２
で表示される。但しｒは近軸曲率半径である。なお、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。
【００２８】
【数１】
【００２９】
以上のように各実施例では投射レンズを保持するレンズ鏡筒内においてズーミングを行ったときに、投射レンズにおいて不要となる光束を温度制御手段として照明光学系に設けたアパチャの開口径を変えて遮光している。これによってレンズ鏡筒内の温度が上昇するのを軽減し、温度変化によるピント変動を軽減している。また、投射レンズのズーミングによってレンズ鏡筒内でケラレる光を照明光学系で大部分カットしている。ズーミング位置によるピントずれの問題、また高輝度モデルにおける鏡筒の耐久性問題も回避することができる。また投射レンズ内で光がケラレる事が無いのでゴースト等の迷光による問題の発生も回避することが出来る。この他温度制御手段として冷却ファンを用いることによってレンズ鏡筒の温度上昇を効果的に抑えることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１ 光源手段、２ リフレクタ、３ 第１のインテグレータ、４ 第２のインテグレータ、５ 偏光変換素子、６ コンデンサレンズ、７ 画像表示素子、８ 投射レンズ、９ アパチャ（温度制御手段）、１０１ ズーム位置検出手段、１０２ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像投射装置に関し、例えば液晶パネル（画像表示素子）に基づく投射像原画（画像表示素子）をスクリーン面上に拡大投影するプロジェクタに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネル等の画像表示素子に基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するようにした画像投射装置（プロジェクター）が種々と提案されている。これらのプロジェクタでは、大画面の映像（投射画像）を得るために、ライトバルブ（画像表示素子）に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し、投射レンズ（投射光学系）によりスクリーン上に拡大投射している。
【０００３】
一般に投射レンズに入射した光束の一部のうち、スクリーンに到達しない不要光はレンズ鏡筒内の壁面に入射し、壁面で遮光される。このためレンズ鏡筒は光束を吸収して温度が上昇してくる。レンズ鏡筒の温度が上昇すると、それに保持されている投射レンズの温度も上昇して光学性能が変化し、例えばピント変動（フォーカス変動）が生じてくる。又、投射レンズ自身もスクリーンに投射される光束を吸収し、温度が上昇して光学性能が変化してくる。従来より温度変化によって生ずる投射レンズのピント変動を補正する機能を有したプロジェクタが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１のプロジェクタでは温度変化に対する投射レンズ自身のフォーカス位置の変動がレンズ鏡筒の補正筒の温度変化による光軸方向の寸法変動によって補正されるように各要素を設定している。例えばレンズの線膨張係数、材料の屈折率の温度依存性、補正筒の熱膨張による全長の伸び等を設定している。これにより、投射レンズを保持したレンズ鏡筒（カム環）が光軸方向であって、投射レンズの温度上昇によって生ずるフォーカス位置のズレ方向と逆方向に移動するようにしてフォーカス位置の変動を補正（キャンセル）している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６４５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多くのプロジェクタでは、照明光学系から一定のＦナンバー（明るさ）の照明光束で画像表示素子が照明され、画像表示素子からは一定のＦナンバーの光束が投射レンズに入射してくる。このとき投射レンズがズームレンズにより成り、ズーミングによってＦナンバーが変化すると投射レンズには一定のＦナンバーの光束が入射するので、ズーム位置によってレンズ鏡筒内で遮光される光束の光量が異なってくる。例えば広角端から望遠端へのズーミング際してＦナンバーが暗くなる投射レンズでは、照明光学系からの光束のうち、Ｆナンバーの明るい照明光束が投射レンズを保持するレンズ鏡筒の壁面で遮光されてしまう。この結果、投射レンズのズーミングに応じて、レンズ鏡筒、或いは投射レンズの温度が変化するため、結果としてズーミングに応じてピント位置が変動してしまう。
【０００７】
本発明は、投射レンズの焦点距離を変化させても（ズーミングを行っても）、投射レンズの光学性能の変動が少なく、良好なる画質の投射画像が得られる画像投射装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の画像投射装置は、画像表示素子と、光源手段から出射した光束で前記画像表示素子を照明する照明光学系と、ズーム機能を有し、前記画像表示素子からの光束を被投射面に投射する投射光学系と、該投射光学系を保持するレンズ鏡筒と、該投射光学系のズーム位置に基づいて、該投射光学系及び該レンズ鏡筒の少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、投射レンズの光学性能の変動が少なく、良好なる画質の投射画像が得られる画像投射装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１の要部概略図
【図２】図１の投射レンズのＷＩＤＥ端ポジションのレンズ断面図
【図３】図１の投射レンズのＴＥＬＥ端ポジションのレンズ断面図
【図４】図１の偏光変換素子上の有効光束の説明図
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）アパチャ形状を示す説明図
【図６】投射レンズのＭＩＤＤＬＥ１ポジションのレンズ断面図
【図７】投射レンズのＭＩＤＤＬＥ２ポジションのレンズ断面図
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）アパチャの開閉状態を説明する図
【図９】本発明の実施例３の要部概略図
【図１０】本発明の実施例４の要部概略図
【図１１】本発明に係る投射光学系の数値実施例１のレンズ断面図
【図１２】本発明に係る投射光学系の数値実施例１の収差図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、以下に図面を用いて具体的に述べる。本発明の画像投射装置は、光源手段から出射した光束で照明光学系によって被照射面の画像表示素子を照明する。そして、被照射面に設けた画像表示素子からの光束をズーム機構を有する投射光学系（投射レンズ）で被照射面に投射する。ここで投射光学系は広角端から望遠端へのズーミングによってＦナンバーが大きくなるレンズ系である。例えば絞りの開口径の大きさが小さくなる。投射光学系のズーム位置を検出するズーム位置検出手段からの信号に基づいて、投射光学系及びレンズ鏡筒の少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段と、を有している。温度制御手段は、光源手段からの光束のうち投射光学系に入射する光束を制御する１以上の絞り又は冷却ファンのうち少なくとも１つである。ここで、この絞りを照明光学系内（或いは光源から投射レンズに至る光束の光路中）に設けた場合は、投射レンズの光束の吸収及びレンズ鏡筒の壁面で遮光される光束を少なくすることができる。この結果、投射レンズの光学性能の変動が少なく、良好なる画質の投射画像が得られる画像投射装置が得られる。
【００１２】
本発明の照明装置は、光源手段から出射した光束で照明光学系によって被照射面を照明する。光源手段と被照射面との間に開口径可変の絞りより成る温度制御手段を有する。被照射面に設けた画像表示素子を被投射面に投射するズーム機構を有し、ズーミングによってＦナンバーが変化する投射光学系からのズーム位置信号に基づいて、絞りの開口形状（開口部の大きさ、開口径）を制御手段で制御する。これによって投射光学系に入射する光束を制限する。
【００１３】
［実施例１］
図１は本発明の実施例１の要部概略図である。図１において１は光源手段であり、高圧水銀ランプ（メタルハライドランプ等でも構わない）の白色光を放射する光源である。２はリフレクタであり、光源手段１からの光束を効率良く反射する回転楕円鏡（凹面鏡）から成っている。３はインテグレータレンズ（第１フライアイレンズ）であり、リフレクタ２からの光束を複数の光束に分割している。４は第２のインテグレータレンズ（第２フライアイレンズ）であり、第１のインテグレータレンズ３に対応して配置されている。５は偏光変換素子（偏光ビームスプリッター）であり、偏光分離面を有し、それによって所定の偏光状態の光を反射し、それと直交する偏光状態の光を透過させている。９は開口径可変（開口部の大きさが可変、開口部の面積が可変）のアパチャ（開口絞り）（温度制御手段）である。６はコンデンサレンズである。７は被照射物体（画像表示素子）としての透過型の画像表示素子（ライトバルブ、以下「パネル」とも言う）である。８はズーム機能を有する投射光学系（投射レンズ）であり、パネル７に基づく画像情報をスクリーン（所定面上）Ｓに投射している。１０１はズーム位置検出手段であり、投射光学系８のズーム位置を検出している。１０２は制御手段であり、ズーム位置検出手段１０１からの信号に基づいてアパチャ９の開口径又は開口形状を変化させている。ここで、ズーム位置検出手段は、投射光学系（投射レンズ）の変倍群の位置を検出しても構わないし、投射光学系へのズーミング（変倍）の信号（入力信号、指令信号）を検出しても構わない。
【００１４】
本発明の光学作用について説明する。光源手段１から発光した白色光は、リフレクタ２で反射される。その反射光は第１のインテグレータレンズ３で複数の光束に分割され、第２のインテグレータレンズ４を介し偏光変換素子５の入射面又はその近傍に複数の第２の光源像を作る。複数の第２の光源像に集光された光線は偏光変換素子５を透過して所定の偏光方向に偏光が揃えられたのち、アパチャ９、コンデンサレンズ６、を介して画像表示素子７に重層され、その面に均一な照明分布を形成する。その後、画像表示素子で画像変換された光束は投射レンズ８で拡大されスクリーンＳ上に投影（投射）される。投射レンズ８の構成について説明する。図２、図３は本実施例で用いている投射レンズ８のレンズ断面図である。投射レンズ８は図２、図３に示すようにズーミングによりＦナンバーＦｎｏが変化するレンズ構成よりなっている。図２はＷＩＤＥ端（広角端）のポジションを示しＦナンバーＦｎｏ＝１．５である。図３はＴｅｌｅ端（望遠端）のポジションを示しＦナンバーＦｎｏ＝２．５である。投射レンズのＦナンバーＦｎｏは図２、図３中の角度θがθ＝ＡＴＡＮ（１／Ｆｎｏ）であることに相当する。
【００１５】
以後出てくる図６、図７でも同様に表せる。また本実施例の照明光学系のＦナンバーＦｎｏは１．５である。照明光学系のＦナンバーＦｎｏとは、図４に示す偏光変換素子５上を透過する有効光束径ａ（図中矢印）とし、コンデンサレンズ６の焦点距離をｂとするとＦｎｏ＝ｂ／ａで表せる。但し、偏光変換素子５を透過するがスクリーンＳに到達しない成分は有効光束としない。アパチャ９の開口形状は図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すように円形９ａ、矩形９ｂ、ひし形９ｃ、凧形９ｄなど投射レンズ８のズーミング（ズーム位置）に連動して通過光をカットするものなら形状はどのようなものでも問わない。制御手段１０２は投射レンズ８が図３のＴｅｌｅ端のポジションではＦナンバーＦｎｏが２．５である。図５（Ａ）の円形のアパチャ９ａは照明光学系のＦナンバーＦｎｏが１．５のときである。このためアパチャ９ａとしてＦナンバーＦｎｏが２．５になるように絞った図５（Ｅ）に示すような開口９ａａとしている。アパチャ９の開口によって変動する照明光学系のＦナンバーＦｎｏと投射レンズ８のズーミングによって変動するＦナンバーＦｎｏが必ず一致しなくてはならないわけではない。例えば、制御手段１０２はズーム位置検出手段１０１からの信号に基づいて投射レンズ８のズーミングによって変化するＦナンバーの幅がＦｎｏ１．５〜２．５の間で照明光学系のＦナンバーＦｎｏが１．５から暗くなる方向に連続的に又は段階的に変動すれば良い。アパチャ９の開口の可変は絞り羽根を用いる他、液晶を利用しても良い。例えば投射レンズ８のズーミング間（ここではＦナンバーＦｎｏ１．５〜２．５）において、照明光学系のＦナンバーＦｎｏが少しでも暗くなる方向に変われば良い。
【００１６】
本実施例では投射レンズ８のズーミングに連動してアパチャ９の開口（絞り径）を可動とすることで、これまでレンズ鏡筒でカット（遮光）されていた光をアパチャ９でカットしている。そうする事で、レンズ鏡筒内の光束の遮光による温度上昇が起きず、投射レンズ８の温度変化によるピントずれが軽減される。又、レンズ鏡筒の耐久性が向上する。更に、ゴースト等の迷光の発生が少なくなる。本実施例ではアパチャ９の光軸方向の位置を偏光変換素子５の後ろ（光出射側）に配置しているが、リフレクタ２と画像表示素子７の間であればどこでも構わない。好ましくは照明光学系の瞳位置に配置するのが良い。本実施例のアパチャとして、例えば特開２００２−２１４６９７号公報に示すような、映像信号に併せて可動する機能を持たせても良い。
【００１７】
本実施例では投射レンズとして交換レンズであっても良い。交換レンズを用いた場合、交換した投射レンズの持つレンズ情報を基にアパチャを可動すれば良い。例えば交換した投射レンズのＦナンバーＦｎｏが２．０から２．５のズームレンズであったとする。この場合、ＷＩＤＥ端であるＦナンバーＦｎｏのアパチャの状態は交換前のＷＩＤＥ端である図２では無く照明光学系のＦナンバーＦｎｏが２．０になるようにアパチャ９は絞られている。本実施例では画像表示素子が１枚の画像投射装置に限らず、複数枚有するカラー画像投射装置にも同様に適用することができる。本実施例は透過型の液晶プロジェクタ、反射型の液晶プロジェクタ、ＤＬＰに関係なく全てのズーム機能を有する画像投影装置で用いる事ができる。
【００１８】
［実施例２］
実施例２は実施例１に比べて投射レンズ（ズームレンズ）の複数（３以上）のズーム位置に対応してアパチャ９の開口径を段階的に変化させている点が異なっている。画像投射装置の基本構成は図１と同じである。本実施例の投射レンズ（ズームレンズ）は実施例１と同じである。図６、図７は本実施例の投射レンズの中間のズーム位置（ＭＩＤＤＬＥ１）、中間のズーム位置（ＭＩＤＤＬＥ２）のレンズ断面図である。本実施例の投射レンズの広角端と望遠端のレンズ断面図は図２、図３と同じである。本実施例の投射レンズはＷＩＤＥ端でＦナンバーＦｎｏが１．５、ＴＥＬＥ端でＦナンバーＦｎｏが２．５である。
【００１９】
本実施例では投射レンズ８のズーミング位置により段階的にアパチャ９の開口径が可動する。具体的例を挙げる。本実施例で使用するアパチャ９の開口径は図５（Ｂ）の矩形形である。投射レンズ８のズーミング位置が図２のＷＩＤＥ端から図６のＭＩＤＤＬＥ１の間ではアパチャ９の開口９ｂは図７のように全開放である。投射レンズ８のズーミング位置が図６のＭＩＤＤＬＥ１から図７のＭＩＤＤＬＥ２の間ではアパチャ９の開口９ｂ１は図８（Ｂ）のように図８（Ａ）に対して閉じている。そして、投射レンズ８のズーミング位置が図７のＭＩＤＤＬＥ２から図３のＴＥＬＥ端の間ではアパチャ９の開口９ｂ２は図８（Ｃ）のように図８（Ｂ）より更に閉じている。本実施例ではアパチャ９の開口径の開閉を段階的に行う為にアパチャ９の開閉精度も必要なく簡易に実施例１と同様の効果を得ることが出来る。本実施例ではズーミング位置により３段階でアパチャを可動させているが、アパチャの可動段階の数はこれ以上これ以下でも構わない。本実施例ではアパチャ９の光軸上の位置を偏光変換素子５の後ろに配置しているが、リフレクタ２と画像表示素子７の間であればどこでも構わない。
【００２０】
［実施例３］
図９は本発明の実施例３の要部断面図である。実施例３の照明光学系は、互いに直交する平面内において屈折力が異なっている。又、実施例３は温度制御手段として複数の絞り（アパチャ）を有している点が実施例１、２と異なっている。図中の符番１〜８で示す部材は図１で示した部材と同じである。９は第１のアパチャ、１０は第２のアパチャである。ここで、第１、第２のアパチャ９、１０は温度制御手段を構成している。複数の絞りのうち１つの絞り９は、一方の平面内の瞳位置に配置されており、他の１つの絞り１０は、他方の平面内の瞳位置に配置されている。２つの絞り９、１０の開口形状は、ズーム位置検出手段１０１からの信号に基づいて、制御手段１０２で時系列的に又は同時に変化している。光学的作用は実施例１と同様である。投射レンズ８は実施例１と同じである。図２、図３、図６に本実施例の投射レンズのあるズーミング位置を示す。図２がＷＩＤＥ端、図６がＭＩＤＤＬＥ１、図３がＴＥＬＥ端である。この投射レンズはＷＩＤＥ端のＦナンバーＦｎｏが１．５である。ＴＥＬＥ端のＦナンバーＦｎｏが２．５である。投射レンズのズーミング位置が図２のＷＩＤＥ端から図６のＭＩＤＤＬＥまでの間は第１のアパチャ９の開口が投射レンズ８のズーミングに応じて可変となる。投射レンズ８のズーミング位置が図６のＭＩＤＤＬＥから図３のＴＥＬＥ端までの間では第２のアパチャ１０の開口が投射レンズ８のズーミングに応じて可変となる。
【００２１】
本実施例では複数箇所にアパチャを設置しているため１箇所のアパチャに対して温度上昇部を分散することが出来るため耐久性能の低下を抑えることが出来る。当然実施例１，２と同様の効果も得られる。本実施例ではＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端に向けてズーミングする場合、最初に第１のアパチャ９の開口が可動し、次に第２のアパチャ１０の開口が可動する例を挙げているが逆の順番でも問題ない。本実施例では投射レンズのズーミングに応じて２つのアパチャ９、１０が順番に可動しているが、ランダムに可動しても良い。本実施例では２つのアパチャを用いているがアパチャの数は３つ以上あっても構わない。本実施例ではアパチャの位置を第２のインテグレータ４の前（光入射側）と偏光変換素子５の後ろ（光出射側）に配置しているが、リフレクタ２と画像表示素子７の間であればどこでも構わない。
【００２２】
［実施例４］
図１０は本発明の実施例４の要部概略図である。図中の符番１〜８で示す部材は図１で示した部材と同じである。図１０において、１１は温度制御手段としての冷却ファンである。光学的作用は実施例１と同様である。本実施例の投射レンズ８は図２に示すＷＩＤＥ端から図３に示すＴＥＬＥ端の間でズーミングをする。この投射レンズ８はＷＩＤＥ端でＦナンバーＦｎｏが１．５、ＴＥＬＥ端でＦナンバーＦｎｏが２．５である。図１０中の冷却ファン１１はズーム位置検出手段１０１からの投射レンズ８のズーミングに従い制御手段１０２で駆動電圧を変えて冷却を行う。例を挙げると図２のＷＩＤＥ端では冷却ファンは駆動せず、図３のＴＥＬＥ端では温度変化によるピント変動が大きくなるため制御手段１０２で駆動電圧１０Ｖで冷却する。ＷＩＤＥ端とＴＥＬＥ端の間は投射レンズ８のズーミングに応じて制御手段１０２で駆動電圧が変化し、冷却効果を変化させている。
【００２３】
本実施例ではズーム位置検出手段１０１からの投射レンズのズーミング位置により冷却ファンが駆動することで投射レンズ８内又はレンズ鏡筒の温度上昇を抑えることが出来る。このため、投射レンズ８のズーミングによる温度変化によるピントズレを抑えることができる。本実施例では投射レンズとして交換レンズであっても良い。交換レンズを用いた場合、レンズ情報を基に冷却ファンの駆動電圧を変える事が出来る。例を挙げると交換レンズのＦナンバーＦｎｏが２．０から２．５のズームレンズを用いた場合、ＷＩＤＥ端では交換レンズ前は冷却ファンは駆動していなかったが冷却ファンは所定の電圧で駆動する。
【００２４】
図１１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の画像投射装置に用いる投射光学系（ズームレンズ）の数値実施例１の広角端と望遠端におけるレンズ断面図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）は数値実施例１においてスクリーンまでの距離２１００ｍｍのときの広角端と望遠端における収差図である。本実施例における画像投射装置では、液晶パネルＬＣＤに表示される原画（被投影画像）をズームレンズ（投影レンズ、投写レンズ）ＰＬを用いてスクリーン面Ｓ上に拡大投影している状態を示している。Ｓはスクリーン面（投影面）、ＬＣＤは液晶パネル（液晶表示素子）であり、ズームレンズＰＬの像面に位置している。ＳＴＯは開口絞りである。ＧＢは赤色光、緑色光、青色光に色分解し、又色分解した各色光を合成する色分離合成系や偏光フィルター、そしてカラーフィルター等に対応して光学設計上設けられたガラスブロックである。ズームレンズＰＬは、接続部材（不図示）を介して液晶ビデオプロジェクター本体（不図示）に装着されている。ガラスブロックＧＢ以降の液晶表示素子ＬＣＤ（表示ユニット）側はプロジェクタ本体に含まれている。ｉを拡大側から縮小側へのレンズ群の順序としたとき、Ｌｉは第ｉレンズ群を示している。矢印は、広角端から望遠端における各レンズ群の移動軌跡を示している。
【００２５】
液晶パネルＬＣＤは、縮小側に設けた照明光学系（不図示）からの光で照明されている。ズームレンズＰＬは、照明光学系との良好な瞳整合性を確保するため、液晶パネルＬＣＤ側（縮小側）の瞳が遠方にある、テレセントリック性を有している。ガラスブロックＧＢでは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの液晶パネルの画像を合成する手段、特定の偏光方向のみを選択する手段、偏光の位相を変える手段等を含んでいる。ズームレンズＰＬは全体として６つのレンズ群Ｌ１〜Ｌ６より構成している。広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印のように第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、そして第５レンズ群Ｌ５を拡大側であるスクリーンＳ側へ独立に移動させている。尚、第１レンズ群Ｌ１、第６レンズ群Ｌ６はズーミングのためには移動しない。即ち不動である。
【００２６】
本実施例では、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカスを行っている。本実施例のズームレンズは広角端から望遠端へのズーミングに際してＦナンバーが１．９５〜２．５４と変化している。収差図においてＧは波長５５０ｎｍ、Ｒは波長６２０ｎｍ、Ｂは波長４７０ｎｍでの収差を示し、Ｓ（サジタル像面の倒れ）、Ｍ（メリジオナル像面の倒れ）はどちらも波長５５０ｎｍでの収差を示す。ＦｎｏはＦナンバーである。ωは半画角である。Ｙは像高である。
【００２７】
次に数値実施例を示す。数値実施例においてｉは拡大側（前方側）からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔である。ｒｉ，ｄｉの単位はｍｍである。ｎｉとνｉはそれぞれｄ線を基準とした第ｉ番目の光学部材の屈折率、アッベ数を示す。ｆｗ，ｆｔは広角端と望遠端の焦点距離である。ＦｎｏはＦナンバーである。またｋを円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ２／ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］
＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋Ｄｈ１０＋Ｅｈ１２
で表示される。但しｒは近軸曲率半径である。なお、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。
【００２８】
【数１】
【００２９】
以上のように各実施例では投射レンズを保持するレンズ鏡筒内においてズーミングを行ったときに、投射レンズにおいて不要となる光束を温度制御手段として照明光学系に設けたアパチャの開口径を変えて遮光している。これによってレンズ鏡筒内の温度が上昇するのを軽減し、温度変化によるピント変動を軽減している。また、投射レンズのズーミングによってレンズ鏡筒内でケラレる光を照明光学系で大部分カットしている。ズーミング位置によるピントずれの問題、また高輝度モデルにおける鏡筒の耐久性問題も回避することができる。また投射レンズ内で光がケラレる事が無いのでゴースト等の迷光による問題の発生も回避することが出来る。この他温度制御手段として冷却ファンを用いることによってレンズ鏡筒の温度上昇を効果的に抑えることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１ 光源手段、２ リフレクタ、３ 第１のインテグレータ、４ 第２のインテグレータ、５ 偏光変換素子、６ コンデンサレンズ、７ 画像表示素子、８ 投射レンズ、９ アパチャ（温度制御手段）、１０１ ズーム位置検出手段、１０２ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子と、光源手段から出射した光束で前記画像表示素子を照明する照明光学系と、ズーム機能を有し、前記画像表示素子からの光束を被投射面に投射する投射光学系と、該投射光学系を保持するレンズ鏡筒と、該投射光学系のズーム位置に基づいて、該投射光学系及び該レンズ鏡筒の少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段と、を有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記温度制御手段が、前記光源手段から前記投射光学系に至る光路中に配置された絞りを有していることを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記絞りが、前記ズーム位置の変化に基づいて、開口部の大きさを変化させることを特徴とする請求項２記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記投射光学系の広角端から望遠端へのズーミングに伴って、前記絞りの開口部の大きさを小さくすることを特徴とする請求項２又は３記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記投射光学系のズーム位置を検出するズーム位置検出手段を備え、
前記温度制御手段が、該ズーム位置検出手段からの信号に基づいて該投射光学系及び該レンズ鏡筒の少なくとも一方の温度を制御することを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記投射光学系は、広角端から望遠端へのズーミングによってＦナンバーが大きくなるレンズ系であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項７】
前記照明光学系は、互いに直交する平面内において屈折力が異なっており、前記温度制御手段は、前記光源手段からの光束のうち前記投射光学系に入射する光束を制御する複数の絞りを有し、複数の絞りのうち１つの絞りは、一方の平面内の瞳位置に配置されており、他の１つの絞りは、他方の平面内の瞳位置に配置されており、該複数の絞りの開口形状は、前記ズーム位置検出手段からの信号に基づいて、時系列的に又は同時に変化することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項８】
前記温度制御手段は冷却ファンを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項９】
前記照明光学系からの光束を赤色光、緑色光、青色光に色分離し、色分離した色光で各色光に対応した被照射面を照射し、照射した各色光を合成する色分離合成系と、を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の画像投射装置。
【請求項１０】
光源手段から出射した光束で照明光学系によって被照射面を照明する照明装置において、該照明装置は該光源手段と該被照射面との間に配置された開口径可変の絞りと、該被照射面に設けた画像表示素子を被投射面に投射するズーム機構を有し、ズーミングによってＦナンバーが変化する投射光学系からのズーム位置信号に基づいて、該絞りの開口形状を制御し、該投射光学系に入射する光束を制限する制御手段を有することを特徴とする照明装置。
【請求項１】
画像表示素子と、光源手段から出射した光束で前記画像表示素子を照明する照明光学系と、ズーム機能を有し、前記画像表示素子からの光束を被投射面に投射する投射光学系と、該投射光学系を保持するレンズ鏡筒と、該投射光学系のズーム位置に基づいて、該投射光学系及び該レンズ鏡筒の少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段と、を有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記温度制御手段が、前記光源手段から前記投射光学系に至る光路中に配置された絞りを有していることを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記絞りが、前記ズーム位置の変化に基づいて、開口部の大きさを変化させることを特徴とする請求項２記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記投射光学系の広角端から望遠端へのズーミングに伴って、前記絞りの開口部の大きさを小さくすることを特徴とする請求項２又は３記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記投射光学系のズーム位置を検出するズーム位置検出手段を備え、
前記温度制御手段が、該ズーム位置検出手段からの信号に基づいて該投射光学系及び該レンズ鏡筒の少なくとも一方の温度を制御することを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記投射光学系は、広角端から望遠端へのズーミングによってＦナンバーが大きくなるレンズ系であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項７】
前記照明光学系は、互いに直交する平面内において屈折力が異なっており、前記温度制御手段は、前記光源手段からの光束のうち前記投射光学系に入射する光束を制御する複数の絞りを有し、複数の絞りのうち１つの絞りは、一方の平面内の瞳位置に配置されており、他の１つの絞りは、他方の平面内の瞳位置に配置されており、該複数の絞りの開口形状は、前記ズーム位置検出手段からの信号に基づいて、時系列的に又は同時に変化することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項８】
前記温度制御手段は冷却ファンを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項９】
前記照明光学系からの光束を赤色光、緑色光、青色光に色分離し、色分離した色光で各色光に対応した被照射面を照射し、照射した各色光を合成する色分離合成系と、を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の画像投射装置。
【請求項１０】
光源手段から出射した光束で照明光学系によって被照射面を照明する照明装置において、該照明装置は該光源手段と該被照射面との間に配置された開口径可変の絞りと、該被照射面に設けた画像表示素子を被投射面に投射するズーム機構を有し、ズーミングによってＦナンバーが変化する投射光学系からのズーム位置信号に基づいて、該絞りの開口形状を制御し、該投射光学系に入射する光束を制限する制御手段を有することを特徴とする照明装置。
【図４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−３９２１０（Ｐ２０１１−３９２１０Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８５３８０（Ｐ２００９−１８５３８０）
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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