投写光学系及びこれを備えるプロジェクター
【課題】プロジェクターの大型化や画像の劣化を防止することができる投写光学系及びこれを組み込んだプロジェクターを提供する。
【解決手段】第２群４０が液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の縦横方向に関して異なるパワーを持つので、第１群３０も含めた投写光学系２０の全系としても、縦横方向に異なる焦点距離を持つことになり、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の画像の横縦比とスクリーン上に投写される画像の横縦比とを異なるものにできる。また、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い第２群４０に設けた第１の光学要素群４１と第２の光学要素群４２によって縦横方向に関するパワーに差を設けて横縦比を変化させているので、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い位置で各像高の光線を比較的像高に近い経路に沿って通過させやすくなり、光線のコントロールがしやすくなり、性能向上が可能である。
【解決手段】第２群４０が液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の縦横方向に関して異なるパワーを持つので、第１群３０も含めた投写光学系２０の全系としても、縦横方向に異なる焦点距離を持つことになり、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の画像の横縦比とスクリーン上に投写される画像の横縦比とを異なるものにできる。また、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い第２群４０に設けた第１の光学要素群４１と第２の光学要素群４２によって縦横方向に関するパワーに差を設けて横縦比を変化させているので、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い位置で各像高の光線を比較的像高に近い経路に沿って通過させやすくなり、光線のコントロールがしやすくなり、性能向上が可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写像のアスペクト比を切り替えることができる投写光学系及びこれを備えるプロジェクターに関し、特に、アスペクト比変換用の光学部を着脱可能にした投写光学系及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターの投写光学系に用いられるアスペクト比変換用のコンバーターとして、本来の投写光学系の前面位置すなわち像側正面に進退可能に配置されるフロント配置型のコンバーターが存在する。
【０００３】
しかしながら、この種のコンバーターは、プロジェクター本体から独立した外付けの光学部として設けられており、プロジェクターを大型化させるとともに、コンバーターを含めた全投写光学系の調整を複雑にし、或いは画像を著しく劣化させる。
【０００４】
なお、プロジェクターの投写光学系ではなく、カメラ等の撮像光学系に使用されるアスペクト比変換用のコンバーターとして、結像光学系の像側に配置されるリア配置型のアナモフィックコンバーターが存在する（特許文献１参照）。このアナモフィックコンバーターは、第１レンズユニットと、アナモフィックレンズを含む第２レンズユニットと、正の光学的パワーを有する第３レンズユニットとからなり、第２レンズユニットは、第１レンズユニット及び第３レンズユニットの間の動作位置に配置された第１の状態と、動作位置から退避した第２の状態とに移動可能となっている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のアナモフィックコンバーターは、撮像光学系に用いるものであり、これを投写光学系にそのまま用いると、種々の制約が生じる。例えば、特許文献１のような撮像光学系では、レンズ交換できることが基本的前提となっており、アナモフィックコンバーターを使用しない場合、結像光学系は、撮像部に直接固定されて単独で使用される。そのため、結像光学系の性能を維持しようとすると、アナモフィックコンバーターが長くなってしまう。一方、プロジェクターの投写光学系では、レンズ交換が一般的に行われないので、様々な交換レンズをマウント可能にする汎用コンバーターとしての機能は不要となる。
【０００６】
なお、投写光学系では、一般的にアオリを利用すること（表示パネルをレンズ光軸に対して垂直な方向にオフセット又はシフトさせること）が常識であるが、撮像光学系では、そのような機能は不要なので、上記のようなアオリに係る課題、例えばアオリ状態でアナモフィックコンバーターを挿入するとスクリーン上で画像の位置ズレが生じることに対しての対処等については、一切考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３００９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、プロジェクターの大型化や画像の劣化を防止することができる投写光学系及びこれを組み込んだプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る投写光学系は、光変調素子の画像を被投写面上に拡大投写する際に、光変調素子の画像の横縦比と、被投写面上に投写される画像の横縦比とを異なるものとする投写光学系であって、被投写面側から順に、例えば変倍光学系（ズームレンズ）を含む拡大光学系である第１群と、光軸に対して回転非対称な面を持つとともに、光変調素子の縦方向と横方向とで異なるパワーを持った調整光学要素を含む第２群とを備えてなる。
【００１０】
上記投写光学系によれば、第２群が光変調素子の縦方向と横方向とで異なるパワーを持つので、第１群も含めた投写光学系の全系としても、縦横方向に異なる焦点距離を持ち縦横方向の拡大倍率も異なるものとなり、光変調素子の画像の横縦比と被投写面上に投写される画像の横縦比とを異なるものにできる。つまり、本投写光学系により、幅と高さとの比であるアスペクト比の変換が可能になる。また、光変調素子に近い第２群に設けた調整光学要素によって縦横方向に関するパワーに差を設けて横縦比を変化させているので、光変調素子に近い位置で各像高の光線を比較的像高に近い経路に沿って通過させやすくなり、光線のコントロールがしやすくなり、結像性能の向上が可能となる。一般的に、回転非対称な光学要素の製造は難しく、精度を出すためには小型化が必須条件である。上記投写光学系の場合、光変調素子に近い位置では、光線の広がりが少なくレンズが小型になるので、高精度なレンズ加工が期待でき、性能向上につながるとともに、コストダウンも可能である。
【００１１】
本発明の具体的な側面によれば、投写光学系において、第２群は、光路上に進退可能であり、第２群が光路上から退避したときに、光変調素子の画像と被投写面に投写される画像との横縦比が一致している。この場合、第１群が一般的な投写光学系と同じ拡大光学系の機能を受け持ち、第１群のみで光変調素子の画像を被投写面上に明るい状態で拡大投写することができる。さらに、第２群を光路上に進退させる際、第１群を大きく動かす必要がないので、機械機構等の負担が少ない。なお、第２群が従来型のアナモフィックコンバーター（リレー光学系）である場合、アナモフィックコンバーターを取り外した場合、第１群を凡そアナモフィックコンバーター分だけ撮像素子に近づける必要が生じ、第１群を再マウントしたり大きく移動させるため大掛かりな機械機構等が必要になるとともに、アナモフィックコンバーターの光学的な負担が大きくなり、アナモフィックコンバーターの長さや構成レンズ数が第１群に匹敵する大掛かりなものにならざるを得ない。一方、本発明の投写光学系によれば、第２群をリレーレンズのように機能させる必要がなく、全長を短くし構成レンズ数を少なくすることが可能になる。また、本発明の投写光学系の場合、従来型のアナモフィックコンバーターとは異なり、第１群から独立して第２群の一部ではなく全体を進退させるので、第２群の進退又は着脱の際、第１群への偏芯等の影響が少なく、さらに機構的にも独立した配置が可能になり、投写光学系の組立の際に、第２群をユニットとして第１群のみとの組立精度を考慮すればよく、組立性向上が望める。
【００１２】
本発明の別の側面によれば、第２群は、パワーを持たない平板と入れ替え可能であり、第２群に代えて平板が光路上に配置されたときに、光変調素子の画像の横縦比と被投写面上の画像との横縦比が一致している。これにより、第２群と平板とを入れ替えた場合も、透過率の変化を少なく抑えることができるので、入れ替えの前後で画像の明るさを調整する必要が無くなる。また、平板の材料を適切に選択すれば、入れ替え時の色収差の差を低減することができる。さらに、第２群の進退による結像面のズレを解消することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群は、異なる調整光学要素を有する複数の第２群ユニットのうちのいずれか１つの第２群ユニットを選択して光路上に配置したものである。この場合、光変調素子の画像の横縦比と異なる横縦比を２種類以上選択して被投写面上に対応する横縦比の画像を投写することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面によれば、光変調素子の中心を通る法線と、投写光学系の光軸とが、平行に配置されるように構成されている。この場合、光変調素子の中心と投写光学系の光軸とを一致させる必要はなく、光変調素子の中心を投写光学系の光軸からずらして配置することにより、そのずらした量に投写光学系の倍率をかけた量だけ被投写面が逆方向にずれた精密な投写が可能になる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面によれば、投写光学系は、光変調素子の中心を通る法線に対し、投写光学系の光軸を平行に保ったまま移動させるシフト機構を備えている。この場合、投写光学系のシフト量を調整しても、そのシフト量に応じて被投写面がシフトした比較的精密な投写が可能になる。さらに、拡大光学系が変倍機能を備える場合には、シフトを利用した状態で投写光学系の変倍を行なうと、被投写面のシフト量がシフトに合わせて増減し被投写面から、はみ出すので、これをシフト機構で補正することで、被投写面に収まるように画像を投写することが容易になる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面によれば、調整光学要素の一部又は全部が、シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズは、高精度の加工が容易であり、調整光学要素延いては投写光学系のコストダウンが可能になる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面によれば、調整光学要素の一部又は全部が、アナモフィックレンズ（トーリック又はトロイダルレンズ）である。アナモフィックレンズは、縦横の両断面で曲率をコントロールできるので、非点収差等の曲率差に影響する諸収差の低減が可能で、投写光学系の高性能化が期待できる。
【００１８】
本発明のさらに別の側面によれば、調整光学要素の一部又は全部が、投写光学系の光軸を含む断面が非球面式で表される形状を有する。非球面式で表される非球面レンズは、諸収差の低減が可能であり、特に高次の非球面係数を利用することで、高像高部の補正が可能になる。本発明では、パネルに近い比較的、各像高の光線が像高に近い高さで通過している面であり、より効果的に収差を補正することが可能になり、投写光学系の高性能化が期待できる。
【００１９】
本発明のさらに別の側面によれば、調整光学要素の一部又は全部が、自由曲面レンズである。自由曲面レンズにより、光変調素子の縦横方向以外の斜め方向に関する投写状態の最適化も容易になり、投写光学系の高性能化が達成される。
【００２０】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群は、１枚以上の回転対称レンズと１枚以上の回転非対称レンズとを含む。第１群の拡大光学系で抑え切れなかった諸収差、特に非点収差を光変調素子に近い第２群側で簡易に抑えこむことができる。
【００２１】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群は、光変調素子の横方向の断面において、被投写面側から順に、正のパワーをもつ第１の光学要素群と、負のパワーをもつ第２の光学要素群とで構成されている。この場合、被投写面上に投写される映像を縦方向に圧縮又は短縮することができる。被投写面の縦寸法が固定されている場合、投写距離を変えずに横縦比の変更が可能になる。
【００２２】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群は、光変調素子の横方向の断面において、被投写面側から順に、負のパワーをもつ第１の光学要素群と、正のパワーをもつ第２の光学要素群とで構成されている。この場合、被投写面上に投写される映像を横方向に伸張又は拡大することができる。被投写面の縦寸法が固定されている場合、投写距離を変えずに横縦比の変更が可能になる。
【００２３】
本発明のさらに別の側面によれば、第１の光学要素群と第２の光学要素群の間隔が可変であり、当該間隔に応じて被投写面に投写される画像の横縦比が変化する。この場合、横縦比すなわちアスペクト比を連続的に変化させることができる。
【００２４】
本発明のさらに別の側面によれば、光変調素子側で略テレセントリックになっている。第２群を光路上に進退させた場合に、投写光学系のバックフォーカスが変化しても、投写光学系を光軸に沿って移動させるだけで、被投写面上に投写される映像の結像状態や配置、拡大・縮小倍率を適切に保つことができる。
【００２５】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群の光変調素子側に、光合成用のプリズムが配置されている。この場合、複数の光変調素子に形成された複数色の画像を合成して投写することが可能になる。
【００２６】
発明に係るプロジェクターは、上述した投写光学系と、光変調素子とを備える。本プロジェクターによれば、光変調素子の画像の横縦比と異なる横縦比の画像を被投写面上に投写することができる。この際、特別な投写光学系により、プロジェクター大型化や画像の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクターの使用状態を説明する図である。
【図２】図１のプロジェクターの概略構成を示す図である。
【図３】図１のプロジェクターのうち投写光学系の構造を説明する図である。
【図４】（Ａ）は、投写光学系の縦断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の横断面の構成を示す。
【図５】投写光学系等を説明する斜視図である。
【図６】（Ａ）は、投写光学系の第１動作状態を示し、（Ｂ）は、投写光学系の第２動作状態を示す。
【図７】（Ａ）は、図３等に示す投写光学系の変形例の縦断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の横断面の構成を示す。
【図８】第１実施形態の実施例１の光学系について説明する図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、図８に示す実施例１の光学系のズーム動作を示す図である。
【図１０】図８に示す実施例１の光学系から第２群を除いた状態を説明する図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１０に示す光学系のズーム動作を示す図である。
【図１２】（Ａ）は、第２実施形態に係るプロジェクターの投写光学系のある状態における横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の別の状態における横断面の構成を示す。
【図１３】（Ａ）は、第３実施形態に係るプロジェクターの投写光学系のある状態における横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の別の状態における横断面の構成を示す。
【図１４】第４実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
【図１５】（Ａ）は、投写光学系の縦断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の横断面の構成を示す。
【図１６】第４実施形態の実施例２の光学系について説明する図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１６に示す実施例２の光学系のズーム動作を示す図である。
【図１８】図１６に示す実施例２の光学系から第２群を除いた状態を説明する図である。
【図１９】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１８に示す光学系のズーム動作を示す図である。
【図２０】（Ａ）は、変形例の投写光学系の縦断面の構成を示し、（Ｂ）は、変形例の投写光学系の横断面の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に図面を参照して、本発明の実施形態に係るプロジェクター及び投写光学系を詳細に説明する。
【００２９】
〔第１実施形態〕
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター２は、画像信号に応じて画像光ＰＬを形成し、当該画像光ＰＬをスクリーンＳＣ等の被投写面へ向けて投写する。プロジェクター２の投写光学系２０は、プロジェクター２内に内蔵された光変調素子である液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の画像をスクリーン（被投写面）ＳＣ上に拡大投写する際に、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の画像の横縦比（アスペクト比）ＡＲ０に対して、スクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比（アスペクト比）ＡＲ２を異なるものとすることができる。つまり、液晶パネル１８Ｇの表示領域Ａ０の横縦比ＡＲ０と、スクリーンＳＣの表示領域Ａ２の横縦比ＡＲ２とは、同一とすることもできるが、異なるものとすることもできる。具体的には、液晶パネル１８Ｇの表示領域Ａ０の横縦比ＡＲ０は、例えば１．７８：１であり、スクリーンＳＣの表示領域Ａ２の横縦比ＡＲ２は、例えば１．７８：１、１．８５：１、２．３５：１、２．４：１等とされる。
【００３０】
図２に示すように、プロジェクター２は、画像光を投写する光学系部分５０と、光学系部分５０の動作を制御する回路装置８０とを備える。
【００３１】
光学系部分５０において、光源１０は、例えば超高圧水銀ランプであって、Ｒ光、Ｇ光、及びＢ光を含む光を射出する。ここで、光源１０は、超高圧水銀ランプ以外の放電光源であってもよいし、ＬＥＤやレーザーのような固体光源であってもよい。第１インテグレーターレンズ１１及び第２インテグレーターレンズ１２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第１インテグレーターレンズ１１は、光源１０からの光束を複数に分割する。第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子は、光源１０からの光束を第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子は、重畳レンズ１４と協働して、第１インテグレーターレンズ１１のレンズ素子の像を液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに形成する。このような構成により、光源１０からの光が液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの表示領域（図１の表示領域Ａ０）全体を略均一な明るさで照明する。
【００３２】
偏光変換素子１３は、第２インテグレーターレンズ１２からの光を所定の直線偏光に変換させる。重畳レンズ１４は、第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子の像を、第２インテグレーターレンズ１２を介して液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの表示領域上で重畳させる。
【００３３】
第１ダイクロイックミラー１５は、重畳レンズ１４から入射したＲ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１５で反射されたＲ光は、反射ミラー１６及びフィールドレンズ１７Ｒを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｒへ入射する。液晶パネル１８Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調することにより、Ｒ色の画像を形成する。
【００３４】
第２ダイクロイックミラー２１は、第１ダイクロイックミラー１５からのＧ光を反射させ、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２１で反射されたＧ光は、フィールドレンズ１７Ｇを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｇへ入射する。液晶パネル１８Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調することにより、Ｇ色の画像を形成する。第２ダイクロイックミラー２１を透過したＢ光は、リレーレンズ２２、２４、反射ミラー２３、２５、及びフィールドレンズ１７Ｂを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｂへ入射する。液晶パネル１８Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調することにより、Ｂ色の画像を形成する。
【００３５】
クロスダイクロイックプリズム１９は、光合成用のプリズムであり、各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで変調された光を合成して画像光とし、投写光学系２０へ進行させる。
【００３６】
投写光学系２０は、各液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂによって変調されクロスダイクロイックプリズム１９で合成された画像光ＰＬを図１のスクリーンＳＣ上に拡大投写する。この際、投写光学系２０は、スクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比ＡＲ２を、液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂの画像の横縦比ＡＲ０と等しいものとしたり、この横縦比ＡＲ０と異なるものとすることができる。
【００３７】
回路装置８０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８１と、画像処理部８１の出力に基づいて光学系部分５０に設けた液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂを駆動する表示駆動部８２と、投写光学系２０に設けた駆動機構（不図示）を動作させて投写光学系２０の状態を調整するレンズ駆動部８３と、これらの回路部分８１，８２，８３等の動作を統括的に制御する主制御部８８とを備える。
【００３８】
画像処理部８１は、入力された外部画像信号を各色の諧調等を含む画像信号に変換する。画像処理部８１は、投写光学系２０が画像の横縦比又はアスペクト比を変換して投写する第１動作状態である場合、投写光学系２０による横縦比の変換を逆にした画像のアスペクト比変換を予め行ってスクリーンＳＣ上に表示される画像が縦横に伸縮しないようにする。具体的には、投写光学系２０によって例えば１．７８：１から例えば２．４：１となるように横方向に画像の伸張が行われる場合、予め、横方向に０．７４２＝１．７８／２．４倍の画像の圧縮が行われ、或いは、縦方向に１．３５＝２．４／１．７８倍の画像の伸張が行われる。一方、投写光学系２０が画像の横縦比又はアスペクト比を変換しないで投写する第２動作状態である場合、画像処理部８１は、上記のような画像のアスペクト比変換を行わない。なお、画像処理部８１は、外部画像信号に対して歪補正や色補正等の各種画像処理を行うこともできる。
【００３９】
表示駆動部８２は、画像処理部８１から出力された画像信号に基づいて液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂを動作させることができ、当該画像信号に対応した画像又はこれに画像処理を施したものに対応する画像を液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂに形成させることができる。
【００４０】
レンズ駆動部８３は、主制御部８８の制御下で動作し、例えば投写光学系２０を構成する一部の光学要素を光軸ＯＡに沿って適宜移動させることにより、投写光学系２０による図１のスクリーンＳＣ上への画像の投写倍率を変化させることができる。また、レンズ駆動部８３は、投写光学系２０を構成する別の一部の光学要素を光軸ＯＡ上すなわち光路上に進退させることにより、図１のスクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比ＡＲ２を変化させることができる。レンズ駆動部８３は、投写光学系２０全体を光軸ＯＡに垂直な上下方向に移動させるシフトの調整により、図１のスクリーンＳＣ上に投写される画像の縦位置を変化させることができる。
【００４１】
以下、図３を参照して、実施形態の投写光学系２０について説明する。投写光学系２０は、レンズ等の複数の光学要素を組み合わせてなる本体部分２０ａと、本体部分２０ａの一部又は全体を移動させることでその結像状態を調整する駆動機構６１，６２，６３，６４とを備える。
【００４２】
本体部分２０ａは、スクリーンＳＣ側から順に、第１群３０と、第２群４０とからなる。
【００４３】
第１群３０は、一般的な投写光学系と同様の機能を有し、単独でも液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の拡大像をスクリーンＳＣ上に投写することができる。第１群３０は、第１レンズ部３１と、第２レンズ部３２とを有する。たとえば、第１レンズ部３１を構成する少なくとも１枚のレンズを光軸ＯＡに沿って手動等により微動させることにより、本体部分２０ａのフォーカス状態を調整することができる。また、第２レンズ部３２を構成する少なくとも１枚のレンズをズーム駆動機構６１により光軸ＯＡに沿って移動させることにより、本体部分２０ａによる投写倍率を変更することができる。
【００４４】
第２群４０は、横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）で異なる焦点距離を持っており、結果的に第１群３０も含めた投写光学系２０の全系としても、縦方向と横方向とで異なる焦点距離を持つことになる。すなわち、本体部分２０ａによる縦方向と横方向の拡大倍率も異なるものとなり、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に表示された画像の横縦比ＡＲ０とは異なる横縦比ＡＲ２の画像をスクリーンＳＣ上に投写することができる。第２群４０は、光軸ＯＡに対して回転非対称な面を持つ１つ以上の調整光学要素を含み、具体的には、図４（Ｂ）に示す縦方向（Ｙ方向）の断面に関して、スクリーンＳＣ側から順に、正のパワーを持つ第１の光学要素群４１と、負のパワーを持つ第２の光学要素群４２とで構成されている。なお、第１の光学要素群４１と第２の光学要素群４２とは、図４（Ａ）に示す横方向（Ｘ方向）の断面に関して、パワーを有していない。第２群４０を図５にも示す第１アナモフィック駆動機構６２により一体として光路上に進退させることにより、スクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比（アスペクト比）を所望のタイミングで切り替えることができる。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、第２群４０を光路上から退避させて、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像のままの横縦比（例えば１．７８：１）でスクリーンＳＣ上に画像を投写することができる。あるいは、図６（Ａ）に示すように、第２群４０を光路上に配置して、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像を縦方向に圧縮（縮小）した横縦比（例えば２．４：１）でスクリーンＳＣ上に画像を投写することができる。さらに、第２群４０を構成する第１の光学要素群４１と第２の光学要素群４２とを調整光学要素として第２アナモフィック駆動機構６３により光軸ＯＡ方向に移動させて、これらの間隔を調整することにより、スクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比（アスペクト比）を連続的に増減させることもできる。なお、第２群４０によってスクリーンＳＣ上に投写される画像を縦方向に圧縮（縮小）する構成は、横寸法が固定されたスクリーンＳＣを使用する際に有効である。つまり、このようなスクリーンＳＣに対して投写光学系２０による投写距離等を変えずに横縦比だけの変更が可能になる。
【００４５】
さらに、図３に示すように、全系駆動機構６４により本体部分２０ａ全体を光軸ＯＡに垂直な方向に移動させてシフト量を調整することにより、スクリーンＳＣ上に投写される画像の光軸ＯＡからのズレ量を増減させることができる。つまり、本体部分２０ａの光軸ＯＡを液晶パネル１８Ｇの中心軸ＡＸに平行な状態を保ちつつ、本体部分２０ａの光軸ＯＡを液晶パネル１８Ｇの中心軸ＡＸに対して適当なシフト量ＳＦだけ移動させることで、光軸ＯＡから例えば上方向（＋Ｙ方向）に外れた位置に画像を投写することができ、シフト量ＳＦの調整によって画像の投写位置を縦方向に上下移動させることができる。なお、本体部分２０ａの光軸ＯＡの液晶パネル１８Ｇの中心軸ＡＸを基準するズレ量であるシフト量ＳＦは、必ずしも可変とする必要はなく、例えばゼロでない値で固定することもできる。また、全系駆動機構６４により本体部分２０ａ全体を光軸ＯＡに沿った方向に適宜移動させることもできる。
【００４６】
以上のズーム駆動機構６１、第１アナモフィック駆動機構６２、第２アナモフィック駆動機構６３、及び全系駆動機構６４は、モーター、機械的な伝達機構、センサー等を有しており、図２のレンズ駆動部８３からの駆動信号に応じて動作する。これらの駆動機構６１，６２，６３，６４は、レンズ駆動部８３からの駆動信号によって単独で動作するだけでなく、複合的に動作する。例えば、ズーム駆動機構６１の動作に合わせて全系駆動機構６４を動作させることで、ズーミング時に画像がシフトする現象等を抑制することができる。
【００４７】
ここで、図３等に示す投写光学系２０の機能についてより詳細に説明する。この投写光学系２０の場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に最も近い第２群４０を利用して縦横の焦点距離を変化させており、各像高の光線がある程度像高に沿って通過するようにできるので、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い部分で光線のコントロールがしやすくなり、性能向上が可能である。一般的に回転非対称な光学要素の製造は難しく、精度を出すためには第２群４０の小型化が必須条件である。その点で、第２群４０が液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に最も近いほど光線の広がりが少なく第２群４０を構成する調整光学要素である第１の光学要素群４１と第２の光学要素群４２とを小型にできるので、これらの光学要素群４１，４２に対して高精度なレンズ加工が期待でき、投写光学系２０の性能向上につながるとともに、コストダウンも可能である。
【００４８】
投写光学系２０の第２群４０を光路外に退避させて第２動作状態とした場合、投写光学系２０内の第２群４０の位置には、何も配置されない。すなわち、第２群４０を退避させているとき、投写光学系２０は回転対称な光学要素のみで構成されることになるので、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の表示領域Ａ０の横縦比（アスペクト比）とスクリーンＳＣの表示領域Ａ２の横縦比（アスペクト比）とは一致することになる。ここで、第１群３０は、一般的な投写光学系と同じ拡大光学系及び変倍光学系の機能を受け持ち、第１群３０のみで液晶パネル１８Ｇの像をスクリーンＳＣ上で結像させることができる。さらに、第２群４０を退避させた際には透過率が向上し、画像を明るくできる。ただし、第１群３０は、第２群４０を配置可能にするため長いバックフォーカスを持つように設計される。この点が従来型のアナモフィックコンバーター（特開２００５−３００９２８号公報参照）を投写系に流用する場合と大きく異なる。すなわち、従来型のアナモフィックコンバーターでは、アナモフィックコンバーターを取り外した場合は、おおよそアナモフィックコンバーター分だけ、投写光学系が撮像素子に近づくことになる。一方、本実施形態の投写光学系２０の場合は、第２群４０を取り外して光路外に退避させても、第１群３０の位置をほとんど変化させる必要がない。つまり、第２群４０を光路上に進退させる縦横の倍率切換時に第１群３０を大きく動かす必要がなく、メカ機構の負担を小さくすることができる。なお、従来型のアナモフィックコンバーターを投写系に流用する場合、アナモフィックコンバーター部の一部である２群を光路上に進退させることで縦横の倍率変換を行なえるが、縦横の倍率変換用の２群を光路上に進退させても本体光学系の大きな移動がないようにしている。そして、従来型のアナモフィックコンバーターは、単独で使用可能な本体光学系に代えて本体光学系のマウントに固定され、リレーレンズのように機能させることになる。このため、従来型のアナモフィクコンバーターの場合、その光学的な負担が大きくなり、光軸方向に長くなって構成レンズ数が増加するという問題があるが、本実施形態の投写光学系２０によれば、第２群４０をリレーレンズのように機能させる必要がなく、全長を短くし構成レンズ数を少なくすることが可能になる。また、本実施形態の投写光学系２０の場合、従来型のアナモフィックコンバーターとは異なり、第１群３０から独立して第２群４０の一部ではなく全体を進退させるので、第２群４０の進退又は着脱の際、第１群３０への偏芯等の影響が少なく、さらに機構的にも独立した配置が可能になり、投写光学系２０の組立の際に、第２群４０をユニットとして第１群３０のみとの組立精度を考慮すればよく、組立性向上が望める。
【００４９】
投写光学系２０において、本体部分２０ａの光軸ＯＡを液晶パネル１８Ｇの中心軸ＡＸに平行な状態を保ちつつ適当なシフト量ＳＦだけ移動させた状態とできるので、シフトを利用した投写が可能になり、視聴者と画像光ＰＬとが干渉するのを防ぐのが容易になり、設置性が向上する。投写光学系２０の本体部分２０ａが液晶パネル１８Ｇに対して上記のようにシフトした状態の場合、ズーム駆動機構６１により第２レンズ部３２を動作させて投写倍率を変更するズーミングを行うと、画像光ＰＬのシフト量の絶対量が増加する。よって、ズーミングによるシフト量が増加を全系駆動機構６４の動作によって補正することで、プロジェクター２の操作性・設置性を向上させことができる。この際、主制御部８８の制御下で、ズーム駆動機構６１と全系駆動機構６４とを連動させて動作を自動化することにより、より操作性が向上する。
【００５０】
上記実施形態の投写光学系２０の場合、第２群４０を構成する調整光学要素である光学要素群４１，４２の片面又は両面がシリンドリカルレンズ面である。シリンドリカルレンズは、加工が容易で高精度が期待でき、コストダウンが可能である。また、平面断面側の偏芯感度が低く、組立性が向上し、結果的に、高性能化が期待できる。つまり、第２群４０をシリンドリカルレンズで構成することで、投写光学系２０の精度を確保しつつコストダウンが可能になる。
【００５１】
第２群４０を構成する光学要素群４１，４２の片面又は両面は、シリンドリカルレンズ面に限らず、アナモフィックレンズ（例えばトーリック又はトロイダルレンズ）とすることができる。また、第２群４０を構成する光学要素群４１，４２の片面又は両面は、横のＸ断面又は縦のＹ断面に関して非球面式、具体的には、以下の多項式ｈで表される形状を持つものとできる。
ここで、ｙは光軸ＯＡからの像の高さ（像高）、ｃは基準とする球面の曲率、ｋは円錐定数、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、・・・のそれぞれは所定の補正項とする。さらに、第２群４０を構成する光学要素群４１，４２の片面又は両面は、自由曲面とすることができる。アナモフィックレンズを用いることにより、Ｘ方向及びＹ方向の両断面で曲率をコントロールできるので、非点収差の低減が可能で、高性能化が可能になる。また、非球面とすることにより、各種収差の低減が可能で、高性能化が可能になる。さらに、自由曲面とすることにより、スクリーンＳＣ上又は液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）上のイメージサークル面において、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の縦横方向以外の中間の斜め方向の結像状態の最適化も容易になり、高性能化が可能になる。
【００５２】
第２群４０については、２枚の光学要素群４１，４２に限らず３枚以上の光学要素群で構成することができる。この際、第２群４０によって色収差が発生しないことが望ましい。このため、以下の関係
Σ（φｉ×νｉ）≒０
ここで、
φｉ：第２群４０を構成する各レンズの屈折率
νｉ：第２群４０を構成する各レンズのアッベ数
が成り立つことが望ましい。
【００５３】
上記実施形態の投写光学系２０の場合、物体側で略テレセントリックになっている。すなわち、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）からの光線が光軸ＯＡに平行に近い状態にされており、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）と投写光学系２０とを比較的簡易に高精度で組み合わせることができ、組立性が良好なものとなる。第２群４０を光路上に進退させて縦横の倍率切換を行う場合、投写光学系２０の焦点距離が変わり、バックフォーカスを調整する必要が生じる。その際、投写光学系２０が物体側で略テレセントリックでなく主光線に角度がある場合、光合成用のプリズムであるクロスダイクロイックプリズム１９が存在すると、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）からの画像光がバックフォーカスの調整に伴って上下に移動する。さらに、バックフォーカスの調整により倍率が変化する。これを防止するためには、機構上又は光学設計上の工夫が必要となるが、投写光学系２０が物体側で略テレセントリックであれば、縦横の倍率切換に際して投写光学系２０を光軸ＯＡ方向に移動させるだけで足り、上記のような問題は生じないので、投写光学系２０を機構的又は光学設計的に簡単にできる。また、バックフォーカスの調整に伴った倍率変化もない。さらに、投写光学系２０を光軸ＯＡに垂直な方向に移動させてアオリを利用した投写を行う場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）からの出射光が略テレセントリックな状態で投写光学系２０に取り込まれるならば、周辺光量の確保が容易になり、画質の向上に寄与する。
【００５４】
図７（Ａ）及び７（Ｂ）は、図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示す投写光学系２０の変形例を説明する図である。第２群１４０は、縦方向（Ｙ方向）と横方向（Ｘ方向）で異なる焦点距離を持っており、結果的に第１群３０も含めた投写光学系２０の全系としても、縦方向と横方向とで異なる焦点距離を持つことになる。この場合、第２群１４０は、横方向（Ｘ方向）の断面に関して、スクリーンＳＣ側から順に、負のパワーを持つ第１の光学要素群１４１と、正のパワーを持つ第２の光学要素群１４２とで構成されている。なお、第１の光学要素群１４１と２２の光学要素群１４２とは、図７（Ｂ）に示す縦方向（Ｙ方向）の断面に関して、パワーを有していない。図７（Ａ）及び７（Ｂ）に示すように、第２群４０を光路上に配置して、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像を横方向向に伸張した横縦比（例えば２．４：１）でスクリーンＳＣ上に画像を投写することができる。図示を省略するが、この第２群１４０を光路上から退避させた場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像のままの横縦比（例えば１．７８：１）でスクリーンＳＣ上に画像を投写することができる。さらに、第２群１４０を構成する第１の光学要素群１４１と第２の光学要素群１４２とを図３の第２アナモフィック駆動機構６３により光軸ＯＡ方向に移動させてこれらの間隔を調整することにより、スクリーンＳＣ上に投写される画像の縦横比又は横縦比（アスペクト比）を連続的に増減させることもできる。なお、第２群４０によってスクリーンＳＣ上に投写される画像を横方向に伸張する構成は、縦横寸法が固定されたスクリーンＳＣを使用する際に有効である。つまり、このようなスクリーンＳＣに対して投写光学系２０による投写距離等を変えずに横縦比だけの変更が可能になる。
【００５５】
以上のように本実施形態の投写光学系２０によれば、第２群４０が液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の縦横方向に関して異なるパワーを持つので、第１群３０も含めた投写光学系２０の全系としても、縦横方向に異なる焦点距離を持つことになり、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の画像の横縦比とスクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比とを異なるものにできる。また、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い第２群４０に設けた第１の光学要素群４１，４２，１４１，１４２によって縦横方向に関するパワーに差を設けて横縦比を変化させているので、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い位置で各像高の光線を比較的像高に近い経路に沿って通過させやすくなり、光線のコントロールがしやすくなり、性能向上が可能である。また、上記投写光学系２０の場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い位置では、光線の広がりが少なくレンズが小型になるので、高精度なレンズ加工が期待でき、性能向上につながるとともに、コストダウンも可能になる。
【実施例１】
【００５６】
図８は、第１実施形態の投写光学系２０の具体的な実施例１を説明する図である。この場合、投写光学系２０は、第２群４０を光路上に配置して横縦比を縦のＹ方向に関して圧縮する第１動作状態となっている。この場合、投写光学系２０は、レンズＬ１〜Ｌ２３からなり、このうちレンズＬ１〜Ｌ１８によって第１群３０が構成され、レンズＬ１９〜Ｌ２３によって第２群４０が構成されている。第１群３０に含まれるレンズＬ１〜Ｌ１８は、光軸ＯＡのまわりに回転対称な球面のレンズである。第２群４０のうち、接合レンズＬ１９，Ｌ２０とレンズＬ２１とを組み合わせたものは、縦のＹ方向に関して正のパワーを有するレンズとなっており、横のＸ方向に関してパワーを有しないシリンドリカルレンズとなっている。また、接合レンズＬ２２，Ｌ２３は、縦のＹ方向に関して負のパワーを有するレンズとなっており、横のＸ方向に関してパワーを有しないシリンドリカルレンズとなっている。なお、第１群３０のレンズＬ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ９、Ｌ１０〜Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３〜Ｌ１６は、投写倍率の変更時すなわちズーミング時に光軸ＯＡに沿って変位する。ここで、レンズＬ８〜Ｌ９と、レンズＬ１０〜Ｌ１１と、レンズＬ１２とは、第１群３０の第２レンズ部３２を構成する第１レンズ群３２ａと第２レンズ群３２ｂと第３レンズ群３２ｃとにそれぞれ対応する。また、レンズＬ１３〜Ｌ１６は、第１群３０の第２レンズ部３２を構成する第４レンズ群３２ｄに対応する。
【００５７】
図９（Ａ）〜９（Ｃ）は、ズーミングの動作を説明するものであり、図９（Ａ）は、図８の状態を示し、拡大率の大きな「ワイド端」の場合を示している。また、図９（Ｂ）は、「中間」の状態の場合を示し、図９（Ｃ）は、拡大率の小さな「テレ端」の場合を示している。図示のように、第２レンズ部３２に含まれる各レンズ群３２ａ，３２ｂ，３２ｃ等の構成要素が光軸ＯＡの方向に沿って個別に動くことによって、ズーミングの動作がなされる。
【００５８】
以下の表１に、実施例１のレンズデータ等を示す。この表１の上欄において、「面番号」は、物面ＯＳ側から順に各レンズの面に付した番号である。「面タイプ」は、球面、非球面、シリンドリカル面等の別を示し、また、「Ｒ１」、「Ｒ２」は、Ｙ及びＸ曲率半径を示し、「Ｄ」は、次の面との間のレンズ厚み或いは空気空間を表している。さらに、「Ｎｄ」は、レンズ材料のｄ線における屈折率を示し、「νｄ」はレンズ材料のｄ線におけるアッベ数を示す。表１の下欄には、「ワイド端」、「中間」、及び「テレ端」における各面番号について距離又は空気間隔の値が示されている。
【表１】
【００５９】
図１０は、投写光学系２０の本体部分２０ａから第２群４０を光路外に退避させたものであり、横縦比を変換しない第２動作状態となっている。また、図１１（Ａ）〜１１（Ｃ）は、第２群４０を光路外に退避させた場合におけるズーミング動作、すなわち「ワイド端」、「中間」、及び「テレ端」の様子を示す図である。
【００６０】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る投写光学系等について説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態の投写光学系等の変形例であり、特に説明しない部分又は事項は、第１実施形態の場合と同様である。
【００６１】
図１２（Ａ）及び１２（Ｂ）は、第２実施形態に係る投写光学系２０の縦断面を説明する図である。本実施形態の場合、投写光学系２０の第２群４０が光路上に進退するだけでなく、アスペクト比変換用の第２群４０が光路上から退避した場合、代替光学素子２４０が光路上に挿入される。この代替光学素子２４０は、例えば１枚の板状部材２４１で構成されるが、２枚以上の板状部材で構成されてもよい。板状部材２４１は、屈折力を持たないが高い透過性を有し、その屈折率により、光路長を調整する役割を有する。代替光学素子２４０は、第２群４０と同様に第１アナモフィック駆動機構６２に駆動されて光路上に進退する。つまり、第１アナモフィック駆動機構６２により、第２群４０と代替光学素子２４０とが光路上に選択的に配置される。
【００６２】
第２群４０を光路上から退避させると、光路長が変化するため、投写光学系２０の物体面とその像面との結像関係が崩れ、例えばスクリーンＳＣの手前に結像してしまう。このため、本実施形態では、第２群４０を光路上から退避させた際に、そのスペースに屈折力を持たない代替光学素子２４０を挿入することで、光路長の調整を行い、スクリーンＳＣと液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）との結像関係のズレを解消する。屈折力を持たない板状部材２４１は、光路長に関して第２群４０と略等価にする必要があり、板状部材２４１の屈折率をｎｐとし、板状部材２４１の光軸ＯＡ方向の厚みをｄｐとした場合、以下の関係
ｎｐ×ｄｐ＝Σ（ｎｉ×ｄｉ）
ここで、
ｎｉ：第２群４０を構成する各レンズの屈折率
ｄｉ：第２群４０を構成する各レンズの光軸ＯＡ上の厚み
ｉ：第２群４０中のレンズの番号
が成り立つことが望ましい。
【００６３】
以上では、光路上に進退する第２群４０が図４（Ｂ）と同様のものであるとしたが、第２群４０は、図７（Ａ）の第２群１４０と同様のものであってもよい。
【００６４】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る投写光学系等について説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態の投写光学系等の変形例であり、特に説明しない部分又は事項は、第１実施形態の場合と同様である。
【００６５】
図１３（Ａ）及び１３（Ｂ）は、第３実施形態に係る投写光学系２０の横断面を説明する図である。本実施形態の場合、２種類の第２群４０，３４０を光路上に選択的に進退させることができる。つまり、第１種類目の第２群（第２群ユニット）４０を構成する光学要素群４１，４２のパワーと、第２種類目の第２群（第２群ユニット）３４０を構成する光学要素群３４１，３４２のパワーとは異なっており、第２群４０，３４０を入れ替えることにより、スクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比（アスペクト比）を、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像を基準として２段階で変化させることができる。具体的には、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像の横縦比が例えば１．７８：１である場合、第１種類目の第２群４０を光路上に挿入することで、スクリーンＳＣ上に形成される画像の横縦比を例えば２．４：１に変換することができ、第２種類目の第２群３４０を光路上に挿入することで、スクリーンＳＣ上に形成される画像の横縦比を例えば１．８５：１に変換することができる。
【００６６】
なお、以上の第３実施形態では、第２群４０，３４０が図４（Ｂ）に示す構成となっているが、第２群４０，３４０のいずれか又は双方を図７（Ａ）に示す第２群４０と同様に横に伸張するタイプのレンズ群に置き換えることができる。また、以上の第３実施形態では、２種の第２群４０，３４０を光路上に切り替えて配置しているが、３種以上の第２群を光路上に切り替えて配置することもできる。
【００６７】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る投写光学系等について説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態の投写光学系等の変形例であり、特に説明しない部分又は事項は、第１実施形態の場合と同様である。
【００６８】
図１４に示すように、プロジェクター２の光学系部分５０は、照明用の光源４１０と、光束調整用のレンズ４１７と、光変調素子である液晶パネル４１８と、拡大投写用の投写光学系４２０とを備える。光源４１０は、超高圧水銀ランプ等で形成され、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を含む光を射出する。レンズ４１７は、光源４１０から液晶パネル４１８への照明光ＩＬの入射角度を調整する。液晶パネル４１８は、光源４１０からの照明光ＩＬを空間的に変調するためのものであり、各画素にカラーフィルターを配置しており、単独でカラー表示を行う。
【００６９】
図１５（Ａ）及び１５（Ｂ）に示すように、投写光学系４２０は、第１実施形態の場合と同様に、本体部分２０ａとして第１群３０と第２群４０を備える。第１群３０は、第１レンズ部３１と、第２レンズ部３２とを有する。第２群４０は、縦のＹ方向にのみ正のパワーを持つ第１の光学要素群４１と、縦のＹ方向にのみ負のパワーを持つ第２の光学要素群４２とを備える。第２群４０は、縦方向と横方向とで異なる焦点距離を持っており、結果的に第１群３０も含めた投写光学系４２０の全系としても、縦方向と横方向とで異なる焦点距離を持つ。
【００７０】
本実施形態の投写光学系４２０の場合、図２に示す光合成用のクロスダイクロイックプリズム１９が不要となるので、投写光学系４２０のバックフォーカスを比較的短くすることができる。また、光合成用のクロスダイクロイックプリズム１９が存在しないことから、投写光学系４２０が物体側すなわち液晶パネル４１８側でテレセントリックでなくても、投写される画像の劣化を比較的少なく抑えることができる。
【実施例２】
【００７１】
図１６は、第４実施形態の投写光学系４２０の具体的な実施例２を説明する図である。この場合、投写光学系４２０は、第２群４０を光路上に配置して横縦比を縦のＹ方向に関して圧縮する第１動作状態となっている。この場合、投写光学系４２０は、レンズＬ１〜Ｌ２３からなり、このうちレンズＬ１〜Ｌ１８によって第１群３０が構成され、レンズＬ１９〜Ｌ２３によって第２群４０が構成されている。第１群３０に含まれるレンズＬ１〜Ｌ１８は、光軸ＯＡのまわりに回転対称な球面のレンズである。第２群４０のうち、接合レンズＬ１９，Ｌ２０とレンズＬ２１とを組み合わせたものは、縦のＹ方向に関して正のパワーを有するレンズとなっており、横のＸ方向に関してパワーを有しないシリンドリカルレンズとなっている。また、接合レンズＬ２２，Ｌ２３は、縦のＹ方向に関して負のパワーを有するレンズとなっており、横のＸ方向に関してパワーを有しないシリンドリカルレンズとなっている。なお、第１群３０のレンズＬ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ９、Ｌ１０〜Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３〜Ｌ１６、は、投写倍率の変更時すなわちズーミング時に光軸ＯＡに沿って変位する。ここで、レンズＬ８〜Ｌ９と、レンズＬ１０〜Ｌ１１と、レンズＬ１２とは、第１群３０の第２レンズ部３２を構成する第１レンズ群３２ａと第２レンズ群３２ｂと第３レンズ群３２ｃとにそれぞれ対応する。また、レンズＬ１３〜Ｌ１６は、第１群３０の第２レンズ部３２を構成する第４レンズ群３２ｄに対応する。
図１７（Ａ）〜１７（Ｃ）は、ズーミングの動作を説明するものであり、図１７（Ａ）は、図１６の状態を示し、拡大率の大きな「ワイド端」の場合を示している。また、図１７（Ｂ）は、「中間」の状態の場合を示し、図１７（Ｃ）は、拡大率の小さな「テレ端」の場合を示している。図示のように、第２レンズ部３２に含まれる各レンズ群３２ａ，３２ｂ，３２ｃ等の構成要素が光軸ＯＡの方向に沿って個別に動くことによって、ズーミングの動作がなされる。
【００７２】
以下の表２に、実施例２のレンズデータ等を示す。この表２において、「面番号」、「面タイプ」、「Ｒ１」、「Ｒ２」、「Ｄ」、「Ｎｄ」、「νｄ」は、実施例１と同様のものを意味する。
【表２】
【００７３】
図１８は、投写光学系４２０の本体部分２０ａから第２群４０を光路外に退避させものであり、横縦比を変換しない第２動作状態となっている。また、図１９（Ａ）〜１９（Ｃ）は、第２群４０を光路外に退避させた場合におけるズーミング動作、すなわち「ワイド端」、「中間」、及び「テレ端」の様子を示す図である。
【００７４】
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る。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、投写光学系４２０の第２群４０，１４０，３４０により、液晶パネル１８Ｇ等に表示された画像を縦方向に圧縮（縮小）又は横方向に伸張してスクリーンＳＣ上に相対的に横長のアスペクト比となるように変換した画像を投写したが、第２群４０，１４０，３４０のレンズ構成を変更することで、相対的に縦長のアスペクト比となるように変換した画像を投写することもできる。
【００７６】
また、図２０（Ａ）及び２０（Ｂ）に示すように、第２群４０を、第１の光学要素群４１と第２の光学要素群４２と第３の光学要素群５４３とで構成することもできる。この場合、第１及び第２の光学要素群４１，４２は、光軸ＯＡのまわりに回転非対称で縦方向（Ｙ方向）の断面に関してのみパワーを有するが、第３の光学要素群５４３は、光軸ＯＡのまわりに回転対称で横方向（Ｘ方向）の断面と縦方向（Ｙ方向）の断面とにおいて同様のパワーを有する。この場合、第１群３０の拡大光学系である第２レンズ部３２で抑え切れなかった非点収差等を液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂに近い第２群５４３側で簡易に抑えこむことができる。なお、図７（Ａ）の第２群１４０、図１３（Ａ）及び１３（Ｂ）の第２群４０，３４０等にも、回転対称で縦横の断面において同様のパワーを有するレンズ又は光学要素群を組み込むことができる。
【００７７】
液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ，４１８は、透過型に限らず、反射型とすることができる。ここで、「透過型」とは、液晶パネルが変調光を透過させるタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶パネルが変調光を反射するタイプであることを意味している。
【００７８】
プロジェクターとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面投写型のプロジェクターと、投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面投写型のプロジェクターとがあるが、図２等に示すプロジェクターの構成は、いずれにも適用可能である。
【００７９】
液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ，４１８に代えて、マイクロミラーを画素とするデジタル・マイクロミラー・デバイス等を、光変調素子として用いることもできる。
【符号の説明】
【００８０】
２…プロジェクター、 １０…光源、 １５，２１…ダイクロイックミラー、 １７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ…フィールドレンズ、 １８Ｂ，１８Ｇ，１８Ｇ，４１８…液晶パネル、 １９…クロスダイクロイックプリズム、 ２０…投写光学系、 ２０ａ…本体部分、 ３０…第１群、 ３１…第１レンズ部、 ３２…第２レンズ部、 ４０，１４０，３４０…第２群、 ４１，４２，１４１，１４２…光学要素群、 ５０…光学系部分、 ６１…ズーム駆動機構、 ６２…第１アナモフィック駆動機構、 ６３…第２アナモフィック駆動機構、 ６４…全系駆動機構、 ８０…回路装置、 ８１…画像処理部、 ８３…レンズ駆動部、 ８８…主制御部、 Ａ０…表示領域、 Ａ２…表示領域、 ＡＲ０…横縦比、 ＡＲ２…横縦比、 ＯＡ…中心軸、 Ｌ０１-Ｌ２３…レンズ、 ＯＡ…光軸、 ＰＬ…画像光、 ＳＣ…スクリーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写像のアスペクト比を切り替えることができる投写光学系及びこれを備えるプロジェクターに関し、特に、アスペクト比変換用の光学部を着脱可能にした投写光学系及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターの投写光学系に用いられるアスペクト比変換用のコンバーターとして、本来の投写光学系の前面位置すなわち像側正面に進退可能に配置されるフロント配置型のコンバーターが存在する。
【０００３】
しかしながら、この種のコンバーターは、プロジェクター本体から独立した外付けの光学部として設けられており、プロジェクターを大型化させるとともに、コンバーターを含めた全投写光学系の調整を複雑にし、或いは画像を著しく劣化させる。
【０００４】
なお、プロジェクターの投写光学系ではなく、カメラ等の撮像光学系に使用されるアスペクト比変換用のコンバーターとして、結像光学系の像側に配置されるリア配置型のアナモフィックコンバーターが存在する（特許文献１参照）。このアナモフィックコンバーターは、第１レンズユニットと、アナモフィックレンズを含む第２レンズユニットと、正の光学的パワーを有する第３レンズユニットとからなり、第２レンズユニットは、第１レンズユニット及び第３レンズユニットの間の動作位置に配置された第１の状態と、動作位置から退避した第２の状態とに移動可能となっている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のアナモフィックコンバーターは、撮像光学系に用いるものであり、これを投写光学系にそのまま用いると、種々の制約が生じる。例えば、特許文献１のような撮像光学系では、レンズ交換できることが基本的前提となっており、アナモフィックコンバーターを使用しない場合、結像光学系は、撮像部に直接固定されて単独で使用される。そのため、結像光学系の性能を維持しようとすると、アナモフィックコンバーターが長くなってしまう。一方、プロジェクターの投写光学系では、レンズ交換が一般的に行われないので、様々な交換レンズをマウント可能にする汎用コンバーターとしての機能は不要となる。
【０００６】
なお、投写光学系では、一般的にアオリを利用すること（表示パネルをレンズ光軸に対して垂直な方向にオフセット又はシフトさせること）が常識であるが、撮像光学系では、そのような機能は不要なので、上記のようなアオリに係る課題、例えばアオリ状態でアナモフィックコンバーターを挿入するとスクリーン上で画像の位置ズレが生じることに対しての対処等については、一切考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３００９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、プロジェクターの大型化や画像の劣化を防止することができる投写光学系及びこれを組み込んだプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る投写光学系は、光変調素子の画像を被投写面上に拡大投写する際に、光変調素子の画像の横縦比と、被投写面上に投写される画像の横縦比とを異なるものとする投写光学系であって、被投写面側から順に、例えば変倍光学系（ズームレンズ）を含む拡大光学系である第１群と、光軸に対して回転非対称な面を持つとともに、光変調素子の縦方向と横方向とで異なるパワーを持った調整光学要素を含む第２群とを備えてなる。
【００１０】
上記投写光学系によれば、第２群が光変調素子の縦方向と横方向とで異なるパワーを持つので、第１群も含めた投写光学系の全系としても、縦横方向に異なる焦点距離を持ち縦横方向の拡大倍率も異なるものとなり、光変調素子の画像の横縦比と被投写面上に投写される画像の横縦比とを異なるものにできる。つまり、本投写光学系により、幅と高さとの比であるアスペクト比の変換が可能になる。また、光変調素子に近い第２群に設けた調整光学要素によって縦横方向に関するパワーに差を設けて横縦比を変化させているので、光変調素子に近い位置で各像高の光線を比較的像高に近い経路に沿って通過させやすくなり、光線のコントロールがしやすくなり、結像性能の向上が可能となる。一般的に、回転非対称な光学要素の製造は難しく、精度を出すためには小型化が必須条件である。上記投写光学系の場合、光変調素子に近い位置では、光線の広がりが少なくレンズが小型になるので、高精度なレンズ加工が期待でき、性能向上につながるとともに、コストダウンも可能である。
【００１１】
本発明の具体的な側面によれば、投写光学系において、第２群は、光路上に進退可能であり、第２群が光路上から退避したときに、光変調素子の画像と被投写面に投写される画像との横縦比が一致している。この場合、第１群が一般的な投写光学系と同じ拡大光学系の機能を受け持ち、第１群のみで光変調素子の画像を被投写面上に明るい状態で拡大投写することができる。さらに、第２群を光路上に進退させる際、第１群を大きく動かす必要がないので、機械機構等の負担が少ない。なお、第２群が従来型のアナモフィックコンバーター（リレー光学系）である場合、アナモフィックコンバーターを取り外した場合、第１群を凡そアナモフィックコンバーター分だけ撮像素子に近づける必要が生じ、第１群を再マウントしたり大きく移動させるため大掛かりな機械機構等が必要になるとともに、アナモフィックコンバーターの光学的な負担が大きくなり、アナモフィックコンバーターの長さや構成レンズ数が第１群に匹敵する大掛かりなものにならざるを得ない。一方、本発明の投写光学系によれば、第２群をリレーレンズのように機能させる必要がなく、全長を短くし構成レンズ数を少なくすることが可能になる。また、本発明の投写光学系の場合、従来型のアナモフィックコンバーターとは異なり、第１群から独立して第２群の一部ではなく全体を進退させるので、第２群の進退又は着脱の際、第１群への偏芯等の影響が少なく、さらに機構的にも独立した配置が可能になり、投写光学系の組立の際に、第２群をユニットとして第１群のみとの組立精度を考慮すればよく、組立性向上が望める。
【００１２】
本発明の別の側面によれば、第２群は、パワーを持たない平板と入れ替え可能であり、第２群に代えて平板が光路上に配置されたときに、光変調素子の画像の横縦比と被投写面上の画像との横縦比が一致している。これにより、第２群と平板とを入れ替えた場合も、透過率の変化を少なく抑えることができるので、入れ替えの前後で画像の明るさを調整する必要が無くなる。また、平板の材料を適切に選択すれば、入れ替え時の色収差の差を低減することができる。さらに、第２群の進退による結像面のズレを解消することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群は、異なる調整光学要素を有する複数の第２群ユニットのうちのいずれか１つの第２群ユニットを選択して光路上に配置したものである。この場合、光変調素子の画像の横縦比と異なる横縦比を２種類以上選択して被投写面上に対応する横縦比の画像を投写することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面によれば、光変調素子の中心を通る法線と、投写光学系の光軸とが、平行に配置されるように構成されている。この場合、光変調素子の中心と投写光学系の光軸とを一致させる必要はなく、光変調素子の中心を投写光学系の光軸からずらして配置することにより、そのずらした量に投写光学系の倍率をかけた量だけ被投写面が逆方向にずれた精密な投写が可能になる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面によれば、投写光学系は、光変調素子の中心を通る法線に対し、投写光学系の光軸を平行に保ったまま移動させるシフト機構を備えている。この場合、投写光学系のシフト量を調整しても、そのシフト量に応じて被投写面がシフトした比較的精密な投写が可能になる。さらに、拡大光学系が変倍機能を備える場合には、シフトを利用した状態で投写光学系の変倍を行なうと、被投写面のシフト量がシフトに合わせて増減し被投写面から、はみ出すので、これをシフト機構で補正することで、被投写面に収まるように画像を投写することが容易になる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面によれば、調整光学要素の一部又は全部が、シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズは、高精度の加工が容易であり、調整光学要素延いては投写光学系のコストダウンが可能になる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面によれば、調整光学要素の一部又は全部が、アナモフィックレンズ（トーリック又はトロイダルレンズ）である。アナモフィックレンズは、縦横の両断面で曲率をコントロールできるので、非点収差等の曲率差に影響する諸収差の低減が可能で、投写光学系の高性能化が期待できる。
【００１８】
本発明のさらに別の側面によれば、調整光学要素の一部又は全部が、投写光学系の光軸を含む断面が非球面式で表される形状を有する。非球面式で表される非球面レンズは、諸収差の低減が可能であり、特に高次の非球面係数を利用することで、高像高部の補正が可能になる。本発明では、パネルに近い比較的、各像高の光線が像高に近い高さで通過している面であり、より効果的に収差を補正することが可能になり、投写光学系の高性能化が期待できる。
【００１９】
本発明のさらに別の側面によれば、調整光学要素の一部又は全部が、自由曲面レンズである。自由曲面レンズにより、光変調素子の縦横方向以外の斜め方向に関する投写状態の最適化も容易になり、投写光学系の高性能化が達成される。
【００２０】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群は、１枚以上の回転対称レンズと１枚以上の回転非対称レンズとを含む。第１群の拡大光学系で抑え切れなかった諸収差、特に非点収差を光変調素子に近い第２群側で簡易に抑えこむことができる。
【００２１】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群は、光変調素子の横方向の断面において、被投写面側から順に、正のパワーをもつ第１の光学要素群と、負のパワーをもつ第２の光学要素群とで構成されている。この場合、被投写面上に投写される映像を縦方向に圧縮又は短縮することができる。被投写面の縦寸法が固定されている場合、投写距離を変えずに横縦比の変更が可能になる。
【００２２】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群は、光変調素子の横方向の断面において、被投写面側から順に、負のパワーをもつ第１の光学要素群と、正のパワーをもつ第２の光学要素群とで構成されている。この場合、被投写面上に投写される映像を横方向に伸張又は拡大することができる。被投写面の縦寸法が固定されている場合、投写距離を変えずに横縦比の変更が可能になる。
【００２３】
本発明のさらに別の側面によれば、第１の光学要素群と第２の光学要素群の間隔が可変であり、当該間隔に応じて被投写面に投写される画像の横縦比が変化する。この場合、横縦比すなわちアスペクト比を連続的に変化させることができる。
【００２４】
本発明のさらに別の側面によれば、光変調素子側で略テレセントリックになっている。第２群を光路上に進退させた場合に、投写光学系のバックフォーカスが変化しても、投写光学系を光軸に沿って移動させるだけで、被投写面上に投写される映像の結像状態や配置、拡大・縮小倍率を適切に保つことができる。
【００２５】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群の光変調素子側に、光合成用のプリズムが配置されている。この場合、複数の光変調素子に形成された複数色の画像を合成して投写することが可能になる。
【００２６】
発明に係るプロジェクターは、上述した投写光学系と、光変調素子とを備える。本プロジェクターによれば、光変調素子の画像の横縦比と異なる横縦比の画像を被投写面上に投写することができる。この際、特別な投写光学系により、プロジェクター大型化や画像の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクターの使用状態を説明する図である。
【図２】図１のプロジェクターの概略構成を示す図である。
【図３】図１のプロジェクターのうち投写光学系の構造を説明する図である。
【図４】（Ａ）は、投写光学系の縦断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の横断面の構成を示す。
【図５】投写光学系等を説明する斜視図である。
【図６】（Ａ）は、投写光学系の第１動作状態を示し、（Ｂ）は、投写光学系の第２動作状態を示す。
【図７】（Ａ）は、図３等に示す投写光学系の変形例の縦断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の横断面の構成を示す。
【図８】第１実施形態の実施例１の光学系について説明する図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、図８に示す実施例１の光学系のズーム動作を示す図である。
【図１０】図８に示す実施例１の光学系から第２群を除いた状態を説明する図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１０に示す光学系のズーム動作を示す図である。
【図１２】（Ａ）は、第２実施形態に係るプロジェクターの投写光学系のある状態における横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の別の状態における横断面の構成を示す。
【図１３】（Ａ）は、第３実施形態に係るプロジェクターの投写光学系のある状態における横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の別の状態における横断面の構成を示す。
【図１４】第４実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
【図１５】（Ａ）は、投写光学系の縦断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の横断面の構成を示す。
【図１６】第４実施形態の実施例２の光学系について説明する図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１６に示す実施例２の光学系のズーム動作を示す図である。
【図１８】図１６に示す実施例２の光学系から第２群を除いた状態を説明する図である。
【図１９】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１８に示す光学系のズーム動作を示す図である。
【図２０】（Ａ）は、変形例の投写光学系の縦断面の構成を示し、（Ｂ）は、変形例の投写光学系の横断面の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に図面を参照して、本発明の実施形態に係るプロジェクター及び投写光学系を詳細に説明する。
【００２９】
〔第１実施形態〕
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター２は、画像信号に応じて画像光ＰＬを形成し、当該画像光ＰＬをスクリーンＳＣ等の被投写面へ向けて投写する。プロジェクター２の投写光学系２０は、プロジェクター２内に内蔵された光変調素子である液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の画像をスクリーン（被投写面）ＳＣ上に拡大投写する際に、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の画像の横縦比（アスペクト比）ＡＲ０に対して、スクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比（アスペクト比）ＡＲ２を異なるものとすることができる。つまり、液晶パネル１８Ｇの表示領域Ａ０の横縦比ＡＲ０と、スクリーンＳＣの表示領域Ａ２の横縦比ＡＲ２とは、同一とすることもできるが、異なるものとすることもできる。具体的には、液晶パネル１８Ｇの表示領域Ａ０の横縦比ＡＲ０は、例えば１．７８：１であり、スクリーンＳＣの表示領域Ａ２の横縦比ＡＲ２は、例えば１．７８：１、１．８５：１、２．３５：１、２．４：１等とされる。
【００３０】
図２に示すように、プロジェクター２は、画像光を投写する光学系部分５０と、光学系部分５０の動作を制御する回路装置８０とを備える。
【００３１】
光学系部分５０において、光源１０は、例えば超高圧水銀ランプであって、Ｒ光、Ｇ光、及びＢ光を含む光を射出する。ここで、光源１０は、超高圧水銀ランプ以外の放電光源であってもよいし、ＬＥＤやレーザーのような固体光源であってもよい。第１インテグレーターレンズ１１及び第２インテグレーターレンズ１２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第１インテグレーターレンズ１１は、光源１０からの光束を複数に分割する。第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子は、光源１０からの光束を第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子は、重畳レンズ１４と協働して、第１インテグレーターレンズ１１のレンズ素子の像を液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに形成する。このような構成により、光源１０からの光が液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの表示領域（図１の表示領域Ａ０）全体を略均一な明るさで照明する。
【００３２】
偏光変換素子１３は、第２インテグレーターレンズ１２からの光を所定の直線偏光に変換させる。重畳レンズ１４は、第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子の像を、第２インテグレーターレンズ１２を介して液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの表示領域上で重畳させる。
【００３３】
第１ダイクロイックミラー１５は、重畳レンズ１４から入射したＲ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１５で反射されたＲ光は、反射ミラー１６及びフィールドレンズ１７Ｒを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｒへ入射する。液晶パネル１８Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調することにより、Ｒ色の画像を形成する。
【００３４】
第２ダイクロイックミラー２１は、第１ダイクロイックミラー１５からのＧ光を反射させ、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２１で反射されたＧ光は、フィールドレンズ１７Ｇを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｇへ入射する。液晶パネル１８Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調することにより、Ｇ色の画像を形成する。第２ダイクロイックミラー２１を透過したＢ光は、リレーレンズ２２、２４、反射ミラー２３、２５、及びフィールドレンズ１７Ｂを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｂへ入射する。液晶パネル１８Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調することにより、Ｂ色の画像を形成する。
【００３５】
クロスダイクロイックプリズム１９は、光合成用のプリズムであり、各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで変調された光を合成して画像光とし、投写光学系２０へ進行させる。
【００３６】
投写光学系２０は、各液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂによって変調されクロスダイクロイックプリズム１９で合成された画像光ＰＬを図１のスクリーンＳＣ上に拡大投写する。この際、投写光学系２０は、スクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比ＡＲ２を、液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂの画像の横縦比ＡＲ０と等しいものとしたり、この横縦比ＡＲ０と異なるものとすることができる。
【００３７】
回路装置８０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８１と、画像処理部８１の出力に基づいて光学系部分５０に設けた液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂを駆動する表示駆動部８２と、投写光学系２０に設けた駆動機構（不図示）を動作させて投写光学系２０の状態を調整するレンズ駆動部８３と、これらの回路部分８１，８２，８３等の動作を統括的に制御する主制御部８８とを備える。
【００３８】
画像処理部８１は、入力された外部画像信号を各色の諧調等を含む画像信号に変換する。画像処理部８１は、投写光学系２０が画像の横縦比又はアスペクト比を変換して投写する第１動作状態である場合、投写光学系２０による横縦比の変換を逆にした画像のアスペクト比変換を予め行ってスクリーンＳＣ上に表示される画像が縦横に伸縮しないようにする。具体的には、投写光学系２０によって例えば１．７８：１から例えば２．４：１となるように横方向に画像の伸張が行われる場合、予め、横方向に０．７４２＝１．７８／２．４倍の画像の圧縮が行われ、或いは、縦方向に１．３５＝２．４／１．７８倍の画像の伸張が行われる。一方、投写光学系２０が画像の横縦比又はアスペクト比を変換しないで投写する第２動作状態である場合、画像処理部８１は、上記のような画像のアスペクト比変換を行わない。なお、画像処理部８１は、外部画像信号に対して歪補正や色補正等の各種画像処理を行うこともできる。
【００３９】
表示駆動部８２は、画像処理部８１から出力された画像信号に基づいて液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂを動作させることができ、当該画像信号に対応した画像又はこれに画像処理を施したものに対応する画像を液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂに形成させることができる。
【００４０】
レンズ駆動部８３は、主制御部８８の制御下で動作し、例えば投写光学系２０を構成する一部の光学要素を光軸ＯＡに沿って適宜移動させることにより、投写光学系２０による図１のスクリーンＳＣ上への画像の投写倍率を変化させることができる。また、レンズ駆動部８３は、投写光学系２０を構成する別の一部の光学要素を光軸ＯＡ上すなわち光路上に進退させることにより、図１のスクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比ＡＲ２を変化させることができる。レンズ駆動部８３は、投写光学系２０全体を光軸ＯＡに垂直な上下方向に移動させるシフトの調整により、図１のスクリーンＳＣ上に投写される画像の縦位置を変化させることができる。
【００４１】
以下、図３を参照して、実施形態の投写光学系２０について説明する。投写光学系２０は、レンズ等の複数の光学要素を組み合わせてなる本体部分２０ａと、本体部分２０ａの一部又は全体を移動させることでその結像状態を調整する駆動機構６１，６２，６３，６４とを備える。
【００４２】
本体部分２０ａは、スクリーンＳＣ側から順に、第１群３０と、第２群４０とからなる。
【００４３】
第１群３０は、一般的な投写光学系と同様の機能を有し、単独でも液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の拡大像をスクリーンＳＣ上に投写することができる。第１群３０は、第１レンズ部３１と、第２レンズ部３２とを有する。たとえば、第１レンズ部３１を構成する少なくとも１枚のレンズを光軸ＯＡに沿って手動等により微動させることにより、本体部分２０ａのフォーカス状態を調整することができる。また、第２レンズ部３２を構成する少なくとも１枚のレンズをズーム駆動機構６１により光軸ＯＡに沿って移動させることにより、本体部分２０ａによる投写倍率を変更することができる。
【００４４】
第２群４０は、横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）で異なる焦点距離を持っており、結果的に第１群３０も含めた投写光学系２０の全系としても、縦方向と横方向とで異なる焦点距離を持つことになる。すなわち、本体部分２０ａによる縦方向と横方向の拡大倍率も異なるものとなり、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に表示された画像の横縦比ＡＲ０とは異なる横縦比ＡＲ２の画像をスクリーンＳＣ上に投写することができる。第２群４０は、光軸ＯＡに対して回転非対称な面を持つ１つ以上の調整光学要素を含み、具体的には、図４（Ｂ）に示す縦方向（Ｙ方向）の断面に関して、スクリーンＳＣ側から順に、正のパワーを持つ第１の光学要素群４１と、負のパワーを持つ第２の光学要素群４２とで構成されている。なお、第１の光学要素群４１と第２の光学要素群４２とは、図４（Ａ）に示す横方向（Ｘ方向）の断面に関して、パワーを有していない。第２群４０を図５にも示す第１アナモフィック駆動機構６２により一体として光路上に進退させることにより、スクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比（アスペクト比）を所望のタイミングで切り替えることができる。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、第２群４０を光路上から退避させて、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像のままの横縦比（例えば１．７８：１）でスクリーンＳＣ上に画像を投写することができる。あるいは、図６（Ａ）に示すように、第２群４０を光路上に配置して、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像を縦方向に圧縮（縮小）した横縦比（例えば２．４：１）でスクリーンＳＣ上に画像を投写することができる。さらに、第２群４０を構成する第１の光学要素群４１と第２の光学要素群４２とを調整光学要素として第２アナモフィック駆動機構６３により光軸ＯＡ方向に移動させて、これらの間隔を調整することにより、スクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比（アスペクト比）を連続的に増減させることもできる。なお、第２群４０によってスクリーンＳＣ上に投写される画像を縦方向に圧縮（縮小）する構成は、横寸法が固定されたスクリーンＳＣを使用する際に有効である。つまり、このようなスクリーンＳＣに対して投写光学系２０による投写距離等を変えずに横縦比だけの変更が可能になる。
【００４５】
さらに、図３に示すように、全系駆動機構６４により本体部分２０ａ全体を光軸ＯＡに垂直な方向に移動させてシフト量を調整することにより、スクリーンＳＣ上に投写される画像の光軸ＯＡからのズレ量を増減させることができる。つまり、本体部分２０ａの光軸ＯＡを液晶パネル１８Ｇの中心軸ＡＸに平行な状態を保ちつつ、本体部分２０ａの光軸ＯＡを液晶パネル１８Ｇの中心軸ＡＸに対して適当なシフト量ＳＦだけ移動させることで、光軸ＯＡから例えば上方向（＋Ｙ方向）に外れた位置に画像を投写することができ、シフト量ＳＦの調整によって画像の投写位置を縦方向に上下移動させることができる。なお、本体部分２０ａの光軸ＯＡの液晶パネル１８Ｇの中心軸ＡＸを基準するズレ量であるシフト量ＳＦは、必ずしも可変とする必要はなく、例えばゼロでない値で固定することもできる。また、全系駆動機構６４により本体部分２０ａ全体を光軸ＯＡに沿った方向に適宜移動させることもできる。
【００４６】
以上のズーム駆動機構６１、第１アナモフィック駆動機構６２、第２アナモフィック駆動機構６３、及び全系駆動機構６４は、モーター、機械的な伝達機構、センサー等を有しており、図２のレンズ駆動部８３からの駆動信号に応じて動作する。これらの駆動機構６１，６２，６３，６４は、レンズ駆動部８３からの駆動信号によって単独で動作するだけでなく、複合的に動作する。例えば、ズーム駆動機構６１の動作に合わせて全系駆動機構６４を動作させることで、ズーミング時に画像がシフトする現象等を抑制することができる。
【００４７】
ここで、図３等に示す投写光学系２０の機能についてより詳細に説明する。この投写光学系２０の場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に最も近い第２群４０を利用して縦横の焦点距離を変化させており、各像高の光線がある程度像高に沿って通過するようにできるので、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い部分で光線のコントロールがしやすくなり、性能向上が可能である。一般的に回転非対称な光学要素の製造は難しく、精度を出すためには第２群４０の小型化が必須条件である。その点で、第２群４０が液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に最も近いほど光線の広がりが少なく第２群４０を構成する調整光学要素である第１の光学要素群４１と第２の光学要素群４２とを小型にできるので、これらの光学要素群４１，４２に対して高精度なレンズ加工が期待でき、投写光学系２０の性能向上につながるとともに、コストダウンも可能である。
【００４８】
投写光学系２０の第２群４０を光路外に退避させて第２動作状態とした場合、投写光学系２０内の第２群４０の位置には、何も配置されない。すなわち、第２群４０を退避させているとき、投写光学系２０は回転対称な光学要素のみで構成されることになるので、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の表示領域Ａ０の横縦比（アスペクト比）とスクリーンＳＣの表示領域Ａ２の横縦比（アスペクト比）とは一致することになる。ここで、第１群３０は、一般的な投写光学系と同じ拡大光学系及び変倍光学系の機能を受け持ち、第１群３０のみで液晶パネル１８Ｇの像をスクリーンＳＣ上で結像させることができる。さらに、第２群４０を退避させた際には透過率が向上し、画像を明るくできる。ただし、第１群３０は、第２群４０を配置可能にするため長いバックフォーカスを持つように設計される。この点が従来型のアナモフィックコンバーター（特開２００５−３００９２８号公報参照）を投写系に流用する場合と大きく異なる。すなわち、従来型のアナモフィックコンバーターでは、アナモフィックコンバーターを取り外した場合は、おおよそアナモフィックコンバーター分だけ、投写光学系が撮像素子に近づくことになる。一方、本実施形態の投写光学系２０の場合は、第２群４０を取り外して光路外に退避させても、第１群３０の位置をほとんど変化させる必要がない。つまり、第２群４０を光路上に進退させる縦横の倍率切換時に第１群３０を大きく動かす必要がなく、メカ機構の負担を小さくすることができる。なお、従来型のアナモフィックコンバーターを投写系に流用する場合、アナモフィックコンバーター部の一部である２群を光路上に進退させることで縦横の倍率変換を行なえるが、縦横の倍率変換用の２群を光路上に進退させても本体光学系の大きな移動がないようにしている。そして、従来型のアナモフィックコンバーターは、単独で使用可能な本体光学系に代えて本体光学系のマウントに固定され、リレーレンズのように機能させることになる。このため、従来型のアナモフィクコンバーターの場合、その光学的な負担が大きくなり、光軸方向に長くなって構成レンズ数が増加するという問題があるが、本実施形態の投写光学系２０によれば、第２群４０をリレーレンズのように機能させる必要がなく、全長を短くし構成レンズ数を少なくすることが可能になる。また、本実施形態の投写光学系２０の場合、従来型のアナモフィックコンバーターとは異なり、第１群３０から独立して第２群４０の一部ではなく全体を進退させるので、第２群４０の進退又は着脱の際、第１群３０への偏芯等の影響が少なく、さらに機構的にも独立した配置が可能になり、投写光学系２０の組立の際に、第２群４０をユニットとして第１群３０のみとの組立精度を考慮すればよく、組立性向上が望める。
【００４９】
投写光学系２０において、本体部分２０ａの光軸ＯＡを液晶パネル１８Ｇの中心軸ＡＸに平行な状態を保ちつつ適当なシフト量ＳＦだけ移動させた状態とできるので、シフトを利用した投写が可能になり、視聴者と画像光ＰＬとが干渉するのを防ぐのが容易になり、設置性が向上する。投写光学系２０の本体部分２０ａが液晶パネル１８Ｇに対して上記のようにシフトした状態の場合、ズーム駆動機構６１により第２レンズ部３２を動作させて投写倍率を変更するズーミングを行うと、画像光ＰＬのシフト量の絶対量が増加する。よって、ズーミングによるシフト量が増加を全系駆動機構６４の動作によって補正することで、プロジェクター２の操作性・設置性を向上させことができる。この際、主制御部８８の制御下で、ズーム駆動機構６１と全系駆動機構６４とを連動させて動作を自動化することにより、より操作性が向上する。
【００５０】
上記実施形態の投写光学系２０の場合、第２群４０を構成する調整光学要素である光学要素群４１，４２の片面又は両面がシリンドリカルレンズ面である。シリンドリカルレンズは、加工が容易で高精度が期待でき、コストダウンが可能である。また、平面断面側の偏芯感度が低く、組立性が向上し、結果的に、高性能化が期待できる。つまり、第２群４０をシリンドリカルレンズで構成することで、投写光学系２０の精度を確保しつつコストダウンが可能になる。
【００５１】
第２群４０を構成する光学要素群４１，４２の片面又は両面は、シリンドリカルレンズ面に限らず、アナモフィックレンズ（例えばトーリック又はトロイダルレンズ）とすることができる。また、第２群４０を構成する光学要素群４１，４２の片面又は両面は、横のＸ断面又は縦のＹ断面に関して非球面式、具体的には、以下の多項式ｈで表される形状を持つものとできる。
ここで、ｙは光軸ＯＡからの像の高さ（像高）、ｃは基準とする球面の曲率、ｋは円錐定数、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、・・・のそれぞれは所定の補正項とする。さらに、第２群４０を構成する光学要素群４１，４２の片面又は両面は、自由曲面とすることができる。アナモフィックレンズを用いることにより、Ｘ方向及びＹ方向の両断面で曲率をコントロールできるので、非点収差の低減が可能で、高性能化が可能になる。また、非球面とすることにより、各種収差の低減が可能で、高性能化が可能になる。さらに、自由曲面とすることにより、スクリーンＳＣ上又は液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）上のイメージサークル面において、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の縦横方向以外の中間の斜め方向の結像状態の最適化も容易になり、高性能化が可能になる。
【００５２】
第２群４０については、２枚の光学要素群４１，４２に限らず３枚以上の光学要素群で構成することができる。この際、第２群４０によって色収差が発生しないことが望ましい。このため、以下の関係
Σ（φｉ×νｉ）≒０
ここで、
φｉ：第２群４０を構成する各レンズの屈折率
νｉ：第２群４０を構成する各レンズのアッベ数
が成り立つことが望ましい。
【００５３】
上記実施形態の投写光学系２０の場合、物体側で略テレセントリックになっている。すなわち、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）からの光線が光軸ＯＡに平行に近い状態にされており、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）と投写光学系２０とを比較的簡易に高精度で組み合わせることができ、組立性が良好なものとなる。第２群４０を光路上に進退させて縦横の倍率切換を行う場合、投写光学系２０の焦点距離が変わり、バックフォーカスを調整する必要が生じる。その際、投写光学系２０が物体側で略テレセントリックでなく主光線に角度がある場合、光合成用のプリズムであるクロスダイクロイックプリズム１９が存在すると、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）からの画像光がバックフォーカスの調整に伴って上下に移動する。さらに、バックフォーカスの調整により倍率が変化する。これを防止するためには、機構上又は光学設計上の工夫が必要となるが、投写光学系２０が物体側で略テレセントリックであれば、縦横の倍率切換に際して投写光学系２０を光軸ＯＡ方向に移動させるだけで足り、上記のような問題は生じないので、投写光学系２０を機構的又は光学設計的に簡単にできる。また、バックフォーカスの調整に伴った倍率変化もない。さらに、投写光学系２０を光軸ＯＡに垂直な方向に移動させてアオリを利用した投写を行う場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）からの出射光が略テレセントリックな状態で投写光学系２０に取り込まれるならば、周辺光量の確保が容易になり、画質の向上に寄与する。
【００５４】
図７（Ａ）及び７（Ｂ）は、図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示す投写光学系２０の変形例を説明する図である。第２群１４０は、縦方向（Ｙ方向）と横方向（Ｘ方向）で異なる焦点距離を持っており、結果的に第１群３０も含めた投写光学系２０の全系としても、縦方向と横方向とで異なる焦点距離を持つことになる。この場合、第２群１４０は、横方向（Ｘ方向）の断面に関して、スクリーンＳＣ側から順に、負のパワーを持つ第１の光学要素群１４１と、正のパワーを持つ第２の光学要素群１４２とで構成されている。なお、第１の光学要素群１４１と２２の光学要素群１４２とは、図７（Ｂ）に示す縦方向（Ｙ方向）の断面に関して、パワーを有していない。図７（Ａ）及び７（Ｂ）に示すように、第２群４０を光路上に配置して、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像を横方向向に伸張した横縦比（例えば２．４：１）でスクリーンＳＣ上に画像を投写することができる。図示を省略するが、この第２群１４０を光路上から退避させた場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像のままの横縦比（例えば１．７８：１）でスクリーンＳＣ上に画像を投写することができる。さらに、第２群１４０を構成する第１の光学要素群１４１と第２の光学要素群１４２とを図３の第２アナモフィック駆動機構６３により光軸ＯＡ方向に移動させてこれらの間隔を調整することにより、スクリーンＳＣ上に投写される画像の縦横比又は横縦比（アスペクト比）を連続的に増減させることもできる。なお、第２群４０によってスクリーンＳＣ上に投写される画像を横方向に伸張する構成は、縦横寸法が固定されたスクリーンＳＣを使用する際に有効である。つまり、このようなスクリーンＳＣに対して投写光学系２０による投写距離等を変えずに横縦比だけの変更が可能になる。
【００５５】
以上のように本実施形態の投写光学系２０によれば、第２群４０が液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の縦横方向に関して異なるパワーを持つので、第１群３０も含めた投写光学系２０の全系としても、縦横方向に異なる焦点距離を持つことになり、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の画像の横縦比とスクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比とを異なるものにできる。また、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い第２群４０に設けた第１の光学要素群４１，４２，１４１，１４２によって縦横方向に関するパワーに差を設けて横縦比を変化させているので、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い位置で各像高の光線を比較的像高に近い経路に沿って通過させやすくなり、光線のコントロールがしやすくなり、性能向上が可能である。また、上記投写光学系２０の場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近い位置では、光線の広がりが少なくレンズが小型になるので、高精度なレンズ加工が期待でき、性能向上につながるとともに、コストダウンも可能になる。
【実施例１】
【００５６】
図８は、第１実施形態の投写光学系２０の具体的な実施例１を説明する図である。この場合、投写光学系２０は、第２群４０を光路上に配置して横縦比を縦のＹ方向に関して圧縮する第１動作状態となっている。この場合、投写光学系２０は、レンズＬ１〜Ｌ２３からなり、このうちレンズＬ１〜Ｌ１８によって第１群３０が構成され、レンズＬ１９〜Ｌ２３によって第２群４０が構成されている。第１群３０に含まれるレンズＬ１〜Ｌ１８は、光軸ＯＡのまわりに回転対称な球面のレンズである。第２群４０のうち、接合レンズＬ１９，Ｌ２０とレンズＬ２１とを組み合わせたものは、縦のＹ方向に関して正のパワーを有するレンズとなっており、横のＸ方向に関してパワーを有しないシリンドリカルレンズとなっている。また、接合レンズＬ２２，Ｌ２３は、縦のＹ方向に関して負のパワーを有するレンズとなっており、横のＸ方向に関してパワーを有しないシリンドリカルレンズとなっている。なお、第１群３０のレンズＬ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ９、Ｌ１０〜Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３〜Ｌ１６は、投写倍率の変更時すなわちズーミング時に光軸ＯＡに沿って変位する。ここで、レンズＬ８〜Ｌ９と、レンズＬ１０〜Ｌ１１と、レンズＬ１２とは、第１群３０の第２レンズ部３２を構成する第１レンズ群３２ａと第２レンズ群３２ｂと第３レンズ群３２ｃとにそれぞれ対応する。また、レンズＬ１３〜Ｌ１６は、第１群３０の第２レンズ部３２を構成する第４レンズ群３２ｄに対応する。
【００５７】
図９（Ａ）〜９（Ｃ）は、ズーミングの動作を説明するものであり、図９（Ａ）は、図８の状態を示し、拡大率の大きな「ワイド端」の場合を示している。また、図９（Ｂ）は、「中間」の状態の場合を示し、図９（Ｃ）は、拡大率の小さな「テレ端」の場合を示している。図示のように、第２レンズ部３２に含まれる各レンズ群３２ａ，３２ｂ，３２ｃ等の構成要素が光軸ＯＡの方向に沿って個別に動くことによって、ズーミングの動作がなされる。
【００５８】
以下の表１に、実施例１のレンズデータ等を示す。この表１の上欄において、「面番号」は、物面ＯＳ側から順に各レンズの面に付した番号である。「面タイプ」は、球面、非球面、シリンドリカル面等の別を示し、また、「Ｒ１」、「Ｒ２」は、Ｙ及びＸ曲率半径を示し、「Ｄ」は、次の面との間のレンズ厚み或いは空気空間を表している。さらに、「Ｎｄ」は、レンズ材料のｄ線における屈折率を示し、「νｄ」はレンズ材料のｄ線におけるアッベ数を示す。表１の下欄には、「ワイド端」、「中間」、及び「テレ端」における各面番号について距離又は空気間隔の値が示されている。
【表１】
【００５９】
図１０は、投写光学系２０の本体部分２０ａから第２群４０を光路外に退避させたものであり、横縦比を変換しない第２動作状態となっている。また、図１１（Ａ）〜１１（Ｃ）は、第２群４０を光路外に退避させた場合におけるズーミング動作、すなわち「ワイド端」、「中間」、及び「テレ端」の様子を示す図である。
【００６０】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る投写光学系等について説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態の投写光学系等の変形例であり、特に説明しない部分又は事項は、第１実施形態の場合と同様である。
【００６１】
図１２（Ａ）及び１２（Ｂ）は、第２実施形態に係る投写光学系２０の縦断面を説明する図である。本実施形態の場合、投写光学系２０の第２群４０が光路上に進退するだけでなく、アスペクト比変換用の第２群４０が光路上から退避した場合、代替光学素子２４０が光路上に挿入される。この代替光学素子２４０は、例えば１枚の板状部材２４１で構成されるが、２枚以上の板状部材で構成されてもよい。板状部材２４１は、屈折力を持たないが高い透過性を有し、その屈折率により、光路長を調整する役割を有する。代替光学素子２４０は、第２群４０と同様に第１アナモフィック駆動機構６２に駆動されて光路上に進退する。つまり、第１アナモフィック駆動機構６２により、第２群４０と代替光学素子２４０とが光路上に選択的に配置される。
【００６２】
第２群４０を光路上から退避させると、光路長が変化するため、投写光学系２０の物体面とその像面との結像関係が崩れ、例えばスクリーンＳＣの手前に結像してしまう。このため、本実施形態では、第２群４０を光路上から退避させた際に、そのスペースに屈折力を持たない代替光学素子２４０を挿入することで、光路長の調整を行い、スクリーンＳＣと液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）との結像関係のズレを解消する。屈折力を持たない板状部材２４１は、光路長に関して第２群４０と略等価にする必要があり、板状部材２４１の屈折率をｎｐとし、板状部材２４１の光軸ＯＡ方向の厚みをｄｐとした場合、以下の関係
ｎｐ×ｄｐ＝Σ（ｎｉ×ｄｉ）
ここで、
ｎｉ：第２群４０を構成する各レンズの屈折率
ｄｉ：第２群４０を構成する各レンズの光軸ＯＡ上の厚み
ｉ：第２群４０中のレンズの番号
が成り立つことが望ましい。
【００６３】
以上では、光路上に進退する第２群４０が図４（Ｂ）と同様のものであるとしたが、第２群４０は、図７（Ａ）の第２群１４０と同様のものであってもよい。
【００６４】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る投写光学系等について説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態の投写光学系等の変形例であり、特に説明しない部分又は事項は、第１実施形態の場合と同様である。
【００６５】
図１３（Ａ）及び１３（Ｂ）は、第３実施形態に係る投写光学系２０の横断面を説明する図である。本実施形態の場合、２種類の第２群４０，３４０を光路上に選択的に進退させることができる。つまり、第１種類目の第２群（第２群ユニット）４０を構成する光学要素群４１，４２のパワーと、第２種類目の第２群（第２群ユニット）３４０を構成する光学要素群３４１，３４２のパワーとは異なっており、第２群４０，３４０を入れ替えることにより、スクリーンＳＣ上に投写される画像の横縦比（アスペクト比）を、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像を基準として２段階で変化させることができる。具体的には、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像の横縦比が例えば１．７８：１である場合、第１種類目の第２群４０を光路上に挿入することで、スクリーンＳＣ上に形成される画像の横縦比を例えば２．４：１に変換することができ、第２種類目の第２群３４０を光路上に挿入することで、スクリーンＳＣ上に形成される画像の横縦比を例えば１．８５：１に変換することができる。
【００６６】
なお、以上の第３実施形態では、第２群４０，３４０が図４（Ｂ）に示す構成となっているが、第２群４０，３４０のいずれか又は双方を図７（Ａ）に示す第２群４０と同様に横に伸張するタイプのレンズ群に置き換えることができる。また、以上の第３実施形態では、２種の第２群４０，３４０を光路上に切り替えて配置しているが、３種以上の第２群を光路上に切り替えて配置することもできる。
【００６７】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る投写光学系等について説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態の投写光学系等の変形例であり、特に説明しない部分又は事項は、第１実施形態の場合と同様である。
【００６８】
図１４に示すように、プロジェクター２の光学系部分５０は、照明用の光源４１０と、光束調整用のレンズ４１７と、光変調素子である液晶パネル４１８と、拡大投写用の投写光学系４２０とを備える。光源４１０は、超高圧水銀ランプ等で形成され、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を含む光を射出する。レンズ４１７は、光源４１０から液晶パネル４１８への照明光ＩＬの入射角度を調整する。液晶パネル４１８は、光源４１０からの照明光ＩＬを空間的に変調するためのものであり、各画素にカラーフィルターを配置しており、単独でカラー表示を行う。
【００６９】
図１５（Ａ）及び１５（Ｂ）に示すように、投写光学系４２０は、第１実施形態の場合と同様に、本体部分２０ａとして第１群３０と第２群４０を備える。第１群３０は、第１レンズ部３１と、第２レンズ部３２とを有する。第２群４０は、縦のＹ方向にのみ正のパワーを持つ第１の光学要素群４１と、縦のＹ方向にのみ負のパワーを持つ第２の光学要素群４２とを備える。第２群４０は、縦方向と横方向とで異なる焦点距離を持っており、結果的に第１群３０も含めた投写光学系４２０の全系としても、縦方向と横方向とで異なる焦点距離を持つ。
【００７０】
本実施形態の投写光学系４２０の場合、図２に示す光合成用のクロスダイクロイックプリズム１９が不要となるので、投写光学系４２０のバックフォーカスを比較的短くすることができる。また、光合成用のクロスダイクロイックプリズム１９が存在しないことから、投写光学系４２０が物体側すなわち液晶パネル４１８側でテレセントリックでなくても、投写される画像の劣化を比較的少なく抑えることができる。
【実施例２】
【００７１】
図１６は、第４実施形態の投写光学系４２０の具体的な実施例２を説明する図である。この場合、投写光学系４２０は、第２群４０を光路上に配置して横縦比を縦のＹ方向に関して圧縮する第１動作状態となっている。この場合、投写光学系４２０は、レンズＬ１〜Ｌ２３からなり、このうちレンズＬ１〜Ｌ１８によって第１群３０が構成され、レンズＬ１９〜Ｌ２３によって第２群４０が構成されている。第１群３０に含まれるレンズＬ１〜Ｌ１８は、光軸ＯＡのまわりに回転対称な球面のレンズである。第２群４０のうち、接合レンズＬ１９，Ｌ２０とレンズＬ２１とを組み合わせたものは、縦のＹ方向に関して正のパワーを有するレンズとなっており、横のＸ方向に関してパワーを有しないシリンドリカルレンズとなっている。また、接合レンズＬ２２，Ｌ２３は、縦のＹ方向に関して負のパワーを有するレンズとなっており、横のＸ方向に関してパワーを有しないシリンドリカルレンズとなっている。なお、第１群３０のレンズＬ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ９、Ｌ１０〜Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３〜Ｌ１６、は、投写倍率の変更時すなわちズーミング時に光軸ＯＡに沿って変位する。ここで、レンズＬ８〜Ｌ９と、レンズＬ１０〜Ｌ１１と、レンズＬ１２とは、第１群３０の第２レンズ部３２を構成する第１レンズ群３２ａと第２レンズ群３２ｂと第３レンズ群３２ｃとにそれぞれ対応する。また、レンズＬ１３〜Ｌ１６は、第１群３０の第２レンズ部３２を構成する第４レンズ群３２ｄに対応する。
図１７（Ａ）〜１７（Ｃ）は、ズーミングの動作を説明するものであり、図１７（Ａ）は、図１６の状態を示し、拡大率の大きな「ワイド端」の場合を示している。また、図１７（Ｂ）は、「中間」の状態の場合を示し、図１７（Ｃ）は、拡大率の小さな「テレ端」の場合を示している。図示のように、第２レンズ部３２に含まれる各レンズ群３２ａ，３２ｂ，３２ｃ等の構成要素が光軸ＯＡの方向に沿って個別に動くことによって、ズーミングの動作がなされる。
【００７２】
以下の表２に、実施例２のレンズデータ等を示す。この表２において、「面番号」、「面タイプ」、「Ｒ１」、「Ｒ２」、「Ｄ」、「Ｎｄ」、「νｄ」は、実施例１と同様のものを意味する。
【表２】
【００７３】
図１８は、投写光学系４２０の本体部分２０ａから第２群４０を光路外に退避させものであり、横縦比を変換しない第２動作状態となっている。また、図１９（Ａ）〜１９（Ｃ）は、第２群４０を光路外に退避させた場合におけるズーミング動作、すなわち「ワイド端」、「中間」、及び「テレ端」の様子を示す図である。
【００７４】
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る。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、投写光学系４２０の第２群４０，１４０，３４０により、液晶パネル１８Ｇ等に表示された画像を縦方向に圧縮（縮小）又は横方向に伸張してスクリーンＳＣ上に相対的に横長のアスペクト比となるように変換した画像を投写したが、第２群４０，１４０，３４０のレンズ構成を変更することで、相対的に縦長のアスペクト比となるように変換した画像を投写することもできる。
【００７６】
また、図２０（Ａ）及び２０（Ｂ）に示すように、第２群４０を、第１の光学要素群４１と第２の光学要素群４２と第３の光学要素群５４３とで構成することもできる。この場合、第１及び第２の光学要素群４１，４２は、光軸ＯＡのまわりに回転非対称で縦方向（Ｙ方向）の断面に関してのみパワーを有するが、第３の光学要素群５４３は、光軸ＯＡのまわりに回転対称で横方向（Ｘ方向）の断面と縦方向（Ｙ方向）の断面とにおいて同様のパワーを有する。この場合、第１群３０の拡大光学系である第２レンズ部３２で抑え切れなかった非点収差等を液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂに近い第２群５４３側で簡易に抑えこむことができる。なお、図７（Ａ）の第２群１４０、図１３（Ａ）及び１３（Ｂ）の第２群４０，３４０等にも、回転対称で縦横の断面において同様のパワーを有するレンズ又は光学要素群を組み込むことができる。
【００７７】
液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ，４１８は、透過型に限らず、反射型とすることができる。ここで、「透過型」とは、液晶パネルが変調光を透過させるタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶パネルが変調光を反射するタイプであることを意味している。
【００７８】
プロジェクターとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面投写型のプロジェクターと、投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面投写型のプロジェクターとがあるが、図２等に示すプロジェクターの構成は、いずれにも適用可能である。
【００７９】
液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ，４１８に代えて、マイクロミラーを画素とするデジタル・マイクロミラー・デバイス等を、光変調素子として用いることもできる。
【符号の説明】
【００８０】
２…プロジェクター、 １０…光源、 １５，２１…ダイクロイックミラー、 １７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ…フィールドレンズ、 １８Ｂ，１８Ｇ，１８Ｇ，４１８…液晶パネル、 １９…クロスダイクロイックプリズム、 ２０…投写光学系、 ２０ａ…本体部分、 ３０…第１群、 ３１…第１レンズ部、 ３２…第２レンズ部、 ４０，１４０，３４０…第２群、 ４１，４２，１４１，１４２…光学要素群、 ５０…光学系部分、 ６１…ズーム駆動機構、 ６２…第１アナモフィック駆動機構、 ６３…第２アナモフィック駆動機構、 ６４…全系駆動機構、 ８０…回路装置、 ８１…画像処理部、 ８３…レンズ駆動部、 ８８…主制御部、 Ａ０…表示領域、 Ａ２…表示領域、 ＡＲ０…横縦比、 ＡＲ２…横縦比、 ＯＡ…中心軸、 Ｌ０１-Ｌ２３…レンズ、 ＯＡ…光軸、 ＰＬ…画像光、 ＳＣ…スクリーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調素子の画像を被投写面上に拡大投写する際に、前記光変調素子の画像の横縦比と、前記被投写面に投写される画像の横縦比とを異なるものとする投写光学系であって、
前記被投写面側から順に、拡大光学系である第１群と、光軸に対して回転非対称な面を持つとともに、前記光変調素子の縦方向と横方向とで異なるパワーを持った調整光学要素を含む第２群とを備えてなる、
投写光学系。
【請求項２】
前記第２群は、光路上に進退可能であり、
前記第２群が光路上から退避したときに、前記光変調素子の画像と前記被投写面に投写される画像との横縦比が一致している、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項３】
前記第２群は、パワーを持たない平板と入れ替え可能であり、
前記第２群に代えて平板が光路上に配置されたときに、前記光変調素子の画像と前記スクリーン上の画像との横縦比が一致している、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項４】
前記第２群は、異なる調整光学要素を有する複数の第２群ユニットのうちのいずれか１つの第２群ユニットを選択して光路上に配置したものである、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項５】
前記光変調素子の中心を通る法線と、前記投写光学系の光軸とが、平行に配置されるように構成されている、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項６】
前記投写光学系は、前記光変調素子の中心を通る法線に対し、前記投写光学系の光軸を平行に保ったまま移動させるシフト機構を備えている、請求項５に記載の投写光学系。
【請求項７】
前記調整光学要素の一部又は全部が、シリンドリカルレンズである、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項８】
前記調整光学要素の一部又は全部が、アナモフィックレンズである、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項９】
前記調整光学要素の一部又は全部が、前記投写光学系の光軸を含む断面が非球面式で表される形状を有する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１０】
前記調整光学要素の一部又は全部が、自由曲面レンズである、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１１】
前記第２群は、１枚以上の回転対称レンズと１枚以上の回転非対称レンズとを含む、請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１２】
前記第２群は、前記光変調素子の横方向の断面において、前記被投写面側から順に、負のパワーをもつ第１の光学要素群と、正のパワーをもつ第２の光学要素群とで構成されている、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１３】
前記第２群は、前記光変調素子の縦方向の断面において、前記被投写面側から順に、正のパワーをもつ第１の光学要素群と、負のパワーをもつ第２の光学要素群とで構成されている、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１４】
前記第１の光学要素群と前記第２の光学要素群の間隔が可変であり、当該間隔に応じて被投写面に投写される画像の横縦比が変化する、請求項１２及び請求項１３のいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１５】
前記光変調素子側で略テレセントリックになっている、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１６】
前記第２群の前記光変調素子側に、光合成用のプリズムが配置されている、請求項１５に記載の投写光学系。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか一項に記載の投写光学系と、
前記光変調素子とを備える、
プロジェクター。
【請求項１】
光変調素子の画像を被投写面上に拡大投写する際に、前記光変調素子の画像の横縦比と、前記被投写面に投写される画像の横縦比とを異なるものとする投写光学系であって、
前記被投写面側から順に、拡大光学系である第１群と、光軸に対して回転非対称な面を持つとともに、前記光変調素子の縦方向と横方向とで異なるパワーを持った調整光学要素を含む第２群とを備えてなる、
投写光学系。
【請求項２】
前記第２群は、光路上に進退可能であり、
前記第２群が光路上から退避したときに、前記光変調素子の画像と前記被投写面に投写される画像との横縦比が一致している、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項３】
前記第２群は、パワーを持たない平板と入れ替え可能であり、
前記第２群に代えて平板が光路上に配置されたときに、前記光変調素子の画像と前記スクリーン上の画像との横縦比が一致している、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項４】
前記第２群は、異なる調整光学要素を有する複数の第２群ユニットのうちのいずれか１つの第２群ユニットを選択して光路上に配置したものである、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項５】
前記光変調素子の中心を通る法線と、前記投写光学系の光軸とが、平行に配置されるように構成されている、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項６】
前記投写光学系は、前記光変調素子の中心を通る法線に対し、前記投写光学系の光軸を平行に保ったまま移動させるシフト機構を備えている、請求項５に記載の投写光学系。
【請求項７】
前記調整光学要素の一部又は全部が、シリンドリカルレンズである、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項８】
前記調整光学要素の一部又は全部が、アナモフィックレンズである、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項９】
前記調整光学要素の一部又は全部が、前記投写光学系の光軸を含む断面が非球面式で表される形状を有する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１０】
前記調整光学要素の一部又は全部が、自由曲面レンズである、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１１】
前記第２群は、１枚以上の回転対称レンズと１枚以上の回転非対称レンズとを含む、請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１２】
前記第２群は、前記光変調素子の横方向の断面において、前記被投写面側から順に、負のパワーをもつ第１の光学要素群と、正のパワーをもつ第２の光学要素群とで構成されている、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１３】
前記第２群は、前記光変調素子の縦方向の断面において、前記被投写面側から順に、正のパワーをもつ第１の光学要素群と、負のパワーをもつ第２の光学要素群とで構成されている、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１４】
前記第１の光学要素群と前記第２の光学要素群の間隔が可変であり、当該間隔に応じて被投写面に投写される画像の横縦比が変化する、請求項１２及び請求項１３のいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１５】
前記光変調素子側で略テレセントリックになっている、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１６】
前記第２群の前記光変調素子側に、光合成用のプリズムが配置されている、請求項１５に記載の投写光学系。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか一項に記載の投写光学系と、
前記光変調素子とを備える、
プロジェクター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−３３６９（Ｐ２０１３−３３６９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４８６７（Ｐ２０１１−１３４８６７）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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