投写光学系及びこれを備えるプロジェクター
【課題】結像面を調節可能な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。
【解決手段】第２群４０が液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の縦方向と横方向とで異なるパワーを持つので、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ち縦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）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。つまり、本投写光学系２０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。この際、駆動機構６１によって、少なくとも第３群６０が、第２群４０の進退動作に連動して位置を変更することで、結像位置を調整できるので、第１動作状態及び第２動作状態のいずれにおいても、結像面を同一の位置に保つことで、スクリーンＳＣの配置に対して適したものにできる。
【解決手段】第２群４０が液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の縦方向と横方向とで異なるパワーを持つので、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ち縦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）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。つまり、本投写光学系２０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。この際、駆動機構６１によって、少なくとも第３群６０が、第２群４０の進退動作に連動して位置を変更することで、結像位置を調整できるので、第１動作状態及び第２動作状態のいずれにおいても、結像面を同一の位置に保つことで、スクリーンＳＣの配置に対して適したものにできる。
【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着脱可能に配置されるリア配置型のリレー系が存在する（特許文献１参照）。このリレー系は、第１群と第２群と第３群とからなり、これらのうち中央の第２群は、アナモフィックコンバーターであり、第１群と第３群との間に挿脱可能になっている。また、フォーカス状態を適正にするためのフランジバック調整の際に第３群を光軸方向に移動させるものが存在する（特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１等に開示されたリレー系又は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。
【０００６】
例えば、上記のようなリア配置型のリレー系の場合、第２群のアナモフィックコンバーターの挿入時と退避時とで光路長が変化するため、投写光学系として用いると、第２群の進退によって物体面と像面との結像関係が崩れてしまう可能性があり、第２群の進退の影響が生じないような投写光学系の設計は容易でない。
【０００７】
また、特許文献１等に記載の撮像光学系では、例えばアスペクト比の変換に際して特許文献２のようなフランジバック調整等が重要となり得る。一方、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ためのフランジバック調整の機能を確保する必要はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２２１５９７号公報
【特許文献２】特開２００５−３００９０２号公報
【発明の概要】
【０００９】
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、結像面を調節可能な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。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る投写光学系は、（ａ）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、（ｂ）被投写面側から順に、ズーム動作をするズーム光学系を含む第１群と、光変調素子の縦方向と横方向とで異なるパワーを持つとともに光路上に進退可能なアナモフィック光学系を含む第２群と、正のパワーを持つ第３群とから実質的になり、（ｃ）第３群が、第２群の進退動作に連動して光軸方向に動く。ここで、「から実質的になる」とは、上記投写光学系において、第１群、第２群及び第３群のほかに実質的にパワーを持たないレンズを追加する場合を含むことを意味する。
【００１１】
上記投写光学系によれば、第２群が光路上に進退可能であり、第２群が光路上にあり横縦比を変換して投写する第１動作状態において、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、第２群を光路上から退避させて横縦比を変換しないで投写する第２動作状態において、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等しいものにできる。つまり、本投写光学系により、幅と高さとの比を変換することなくそのまま保つことも可能である。以上のような被投写面への投写状態の切替すなわち投写光学系での第１動作状態と第２動作状態との切替に際して、第３群が第２群の進退動作に連動して位置を変更することで、本投写光学系による結像面を同一位置に保つことができる。この際、例えば第３群が正のパワーを持つことで、第３群の通過を想定して第２群に入射する光を比較的平行化した状態にできるので、第２群の径が大きくなることを抑制できるとともに、第２群の構成レンズの位置精度の要求を低くしつつ精度を確保することができる。
【００１２】
本発明の別の側面によれば、第１群が、第３群とともに、第２群の進退動作に連動して光軸方向に動く。この場合、第３群のみならず第１群が第２群の進退動作に連動して位置を変更することで、第１動作状態及び第２動作状態のいずれにおいても、本投写光学系による結像面が適した位置にある状態を簡易に確保することができる。
【００１３】
本発明の別の側面によれば、第１群が、第２群の進退動作に連動して光軸方向に沿って第３群と同じ向きに同じ量だけ動く。この場合、第１群と第３群との位置の変更を一体的に行うことができるので、移動の動作が行いやすい。
【００１４】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群の進退動作に伴う第１群および第３群のうち少なくとも第３群の連動を行うための連動駆動機構をさらに有する。この場合、連動駆動機構により、第２群の進退動作に応じて、必要な移動量の分だけ確実に第３群等を光軸方向に沿って移動させることができる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面によれば、第１群が、第２群の進退動作に対して実質的に固定され、第３群のみが第２群の進退動作に連動して光軸方向に沿って所定の移動量だけ移動する。この場合、第３群のみを、第２群の進退動作に連動して位置を所定の移動量だけ変更させることで、第２群を光路上に配置させた第１動作状態及び第２群を光路上から退避させた第２動作状態のいずれにおいても、本投写光学系による結像面が適した位置にある状態を確保することができる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面によれば、第３群が、非球面レンズ群を含む。この場合、収差補正をより容易にすることができる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面によれば、第１群が、フォーカス動作をするフォーカス光学系を含む。この場合、例えば第１群を全体として移動させた後に、第１群の一部の光学系をフォーカス動作させれば、フォーカスの微調整だけで容易にピント合わせができる。
【００１８】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群が、光変調素子の縦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画像を縦方向に圧縮又は短縮することができる。被投写面の横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。
【００１９】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群が、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画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。
【００２０】
本発明に係るプロジェクターは、上述の投写光学系と、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、被投写面と結像面との調節がなされるので、画像を良好な状態で投写することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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斜視図である。
【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、投写光学系の第１動作状態における横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の第１動作状態における縦断面の構成を示す。
【図５】（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６】（Ａ）は、投写光学系の第１動作状態におけるスクリーンへの投写状態を示す図であり、（Ｂ）は、投写光学系の第２動作状態におけるスクリーンへの投写状態を示す図であり、（Ｃ）は、比較例の投写光学系の第２動作状態におけるスクリーンへの投写状態を示す図である。
【図７】投写光学系の一実施例について、第１動作状態における横断面の構成を示す図である。
【図８】投写光学系の一実施例について、第１動作状態における縦断面の構成を示す図である。
【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】投写光学系の一実施例について、第２動作状態における縦断面の構成を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る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１２】投写光学系の一実施例について、第１動作状態における横断面の構成を示す図である。
【図１３】投写光学系の一実施例について、第１動作状態における縦断面の構成を示す図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１３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１５】投写光学系の一実施例について、第２動作状態における縦断面の構成を示す図である。
【図１６】（Ａ）は、変形例の投写光学系の第１動作状態における横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の第１動作状態における縦断面の構成を示す。
【図１７】（Ａ）は、別の変形例の投写光学系の第１動作状態における横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の第１動作状態における縦断面の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
〔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、互いに異なるものとすることができるが、同一の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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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と異なるものとしたり、この横縦比ＡＲ０と等しいものとすることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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が画像の縦横比又は横縦比（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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を構成する絞りを含む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等により、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アオリの調整により、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。
【００３５】
以下、図３、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）等を参照して、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第１、第２、第３及び第４駆動機構６１，６２，６３，６４とを備える。
【００３６】
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、第３群６０とからなる。第１、第２、第３及び第４駆動機構６１，６２，６３，６４のうち、第１駆動機構６１は、第１群３０及び第３群６０を移動させ、第２及び第３駆動機構６２，６３は、第２群４０を移動させ、第４駆動機構６４は、投写光学系２０全体を一体的に移動させる。
【００３７】
第１群３０は、第１レンズ部３１と、第２レンズ部３２と、第３レンズ部３３とを有する。第１群３０全体は、後述する第２群４０の光路上への進退に応じて必要となる投写光学系２０による結像面の位置の微調整をするために、第１駆動機構６１に駆動されて、光軸ＯＡの方向すなわちＺ方向に沿ってスライド移動可能すなわち位置調整可能となっている。この第１群３０は、たとえば、第２群４０の光路上への進退に伴う微調整がなされた後に、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、プロジェクター２によるスクリーンＳＣへ向けての投写時に通常行われる本体部分２０ａのフォーカス状態の調整を可能にしている。つまり、第１レンズ部３１は、通常のフォーカス動作を行うフォーカス光学系として機能する。また、第２レンズ部３２は、固定されたレンズである。また、第３レンズ部３３は、１枚以上のレンズで構成されており、第１駆動機構６１に駆動されて、本体部分２０ａによる投写倍率を変更することができる。つまり、第３レンズ部３３は、ズーム動作を行うズーム光学系として機能する。
【００３８】
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つ調整光学要素であり、結果的に第１群３０及び第３群６０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、第２群４０が光路上に存在することにより、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つ以上の調整用の光学要素を含み、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。
【００３９】
このように、アナモフィック光学系である第２群４０を、縦断面に関して、正の屈折力を持つ第１の光学要素群４１と負の屈折力を持つ第２の光学要素群４２との組合せとすることにより、第２群をアフォーカル系のように機能させることができ、簡易に変倍すなわちズーミングを行なうことができる。
【００４０】
さらに、第２群４０は、進退駆動機構である第１アナモフィック駆動機構６２（第２駆動機構）により一体として光軸ＯＡ上すなわち光路上に進退可能となっている。これにより、投写光学系２０による画像の横縦比の切替が可能となる。画像の切替について詳しくは、後述する。
【００４１】
第３群６０は、回転対称な光学要素回転対称レンズ群を有する。第３群６０全体は、第１群３０と同じく、第２群４０の進退に応じて必要となる投写光学系２０による結像面の位置を調整するために、第１駆動機構６１に駆動されて、光軸ＯＡの方向すなわちＺ方向に沿ってスライド移動可能すなわち位置調整可能となっている。特に、第３群６０は、第１群３０と同期してスライド移動するものとなっている。また、第３群６０を構成する回転対称な光学要素回転対称レンズには、横方向及び縦方向にパワーを持つレンズが１枚以上含まれている。第３群６０は、正のパワーを有するため光変調素子から射出した光の広がりを抑えることができる。そのため、第２群４０へ入射する光の角度を抑えることができ、第２群４０で発生する収差を抑えることができる。結果的に、第３群６０は、投写光学系２０全体の収差を抑える役割があり、第３群６０は補正光学要素として複数のレンズを有し、それらのレンズ中に正のパワーを有するものとし、必要であれば、非球面のものを含めるものとする。
【００４２】
上述のように、第１群３０及び第３群６０は、光路上に配置されたままとされているが、第２群４０は、第２駆動機構である第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する。これにより、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。
【００４３】
具体的には、図５（Ａ）に示すように、第２群４０を光路上に配置した第１動作状態とすることにより、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像を縦方向に圧縮した横縦比（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。あるいは、図５（Ｂ）に示すように、第２群４０を光路上から退避させた第２動作状態とすることにより、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。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による横縦比だけの変更が可能になる。
【００４４】
図５（Ｂ）に示すように投写光学系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は第１群３０と第３群６０とが協働して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。さらに、第２群４０を退避させた際には、第２群４０が光路上にある場合に比較して透過率が向上し、画像を明るくできる。
【００４５】
以上のような、第２群４０の進退による第１動作状態と第２動作状態との切替えがなされる場合、一般的には進退に伴って、投写光学系２０の全系としての結像状態が変化することになる。本実施形態では、このような観点を考慮して、第１駆動機構６１により第１群３０及び第３群６０の位置を微調整することで、第２群４０の進退の動作があっても投写光学系２０による結像面を同一位置に保つことを可能にしている。
【００４６】
ここで、図３に示すように、第１、第２、第３及び第４駆動機構６１，６２，６３，６４のうち、第１群３０及び第３群６０用の第１駆動機構６１は、主要部分である位置調整駆動機構６１ａと、ズームフォーカス駆動機構６１ｂとを有する。位置調整駆動機構６１ａは、第１群３０全体及び第３群６０全体を光軸ＯＡの方向に沿ってスライド移動させるための機構である。具体的には、位置調整駆動機構６１ａは、第２駆動機構である第１アナモフィック駆動機構６２による第２群４０の進退動作に伴って、規定の量だけ第１群３０及び第３群６０を光軸ＯＡに沿って移動させる。つまり、位置調整駆動機構６１ａは、第２群４０の進退動作に対する第１群３０及び第３群６０の連動を行うための連動駆動機構である。これにより、第２群４０の有無によって結像状態が変化しても、結像面を同一位置に保つことを可能にしている。ズームフォーカス駆動機構６１ｂは、ズーミング及びフォーカシングを行うために第１群３０のレンズ群３１等の一部を移動させる機構である。
【００４７】
以下、図３に示す第１駆動機構６１による第２群４０の進退に伴う第１群３０及び第３群６０の光軸方向に関する位置調整の一例について説明する。まず、ユーザーが第１動作状態から第２動作状態への切替えを行う、又は逆の切替えを行うために、第１アナモフィック駆動機構６２による第２群４０の進退動作がなされると、第１駆動機構６１のうち位置調整駆動機構６１ａは、第１アナモフィック駆動機構６２の動作に応じて第１群３０及び第３群６０を移動させる。つまり、位置調整駆動機構６１ａにより、第１群３０及び第３群６０の配置が、第２群４０を光路上に配置する第１動作状態であるか第２群４０を光路上から退避させた第２動作状態であるかに応じて変更される。なお、このような位置調整駆動機構６１ａの動作は、例えばカムを用いたメカ的機構やモータ等を用いた電気的機構等によって実現できる。
【００４８】
ここで、位置調整駆動機構６１ａによる第１群３０及び第３群６０の光軸方向の移動量について説明する。ここでは、一例として、第１群３０と第３群６０とは、同じ方向に同じ移動量ＤＡだけ動くものとする。つまり、第１群３０から第３群６０までの距離は不変となっている。この移動量ＤＡは、例えば光学的なシミュレーションや測定等により適切な数値を算出することができ、第１群３０、第３群６０等の各光学要素の配置関係等を考慮して結像面の位置が適切に調整されるように固定的に定められる。位置調整駆動機構６１ａは、第１動作状態から第２動作状態へ切り替わるのに合わせて、この移動量ＤＡの分だけ第１群３０及び第３群６０を光軸ＯＡに沿って−Ｚ側へ移動させる。また、逆に、位置調整駆動機構６１ａは、第２動作状態から第１動作状態へ切り替わるのに合わせて、この移動量の分だけ第１群３０及び第３群６０を光軸ＯＡに沿って＋Ｚ側へ移動させる。この結果として、第２群４０の有無によって結像状態が変化しても投写光学系２０の結像面の位置を一定に保つことができる。なお、本実施形態では、位置調整駆動機構６１ａによって結像面の位置調整がなされるので、例えば第１群３０及び第３群６０を位置調整駆動機構６１ａにより移動させた後に、フォーカス動作させれば、フォーカスの微調整だけで容易により正確なピント合わせができる。位置調整駆動機構６１ａによる調整のみでピントが合っている場合には、このフォーカス動作は不要となる。
【００４９】
図６（Ａ）及び６（Ｂ）は、第１動作状態と第２動作状態とにおいて、被投写面であるスクリーンＳＣへの投写状態をそれぞれ示す図である。本実施形態では、上述のように、第１群３０及び第３群６０を光軸ＯＡに沿って移動可能とすることで、図６（Ａ）に示す第１動作状態の場合に画像光がスクリーンＳＣ上で結像するのみならず、図６（Ｂ）に示す第２動作状態の場合においてもスクリーンＳＣ上で結像するようになっている。より具体的には、図６（Ａ）に示す第１動作状態では、第１及び第３群３０、６０は、それらの後端面である第１基準面Ｓ１，Ｓ２を基準位置としてそれぞれ配置されていたものが、図６（Ｂ）に示す第２動作状態では、第１基準面Ｓ１，Ｓ２から移動量ＤＡの分だけずれた第２基準面Ｓ１ａ，Ｓ２ａにそれぞれ移動している。この移動により、第１及び第２動作状態のいずれにおいても、投写光学系２０の結像面の位置は、固定位置であるスクリーンＳＣの位置に適応したものとなっている。これに対して、図６（Ｃ）に示す比較例のように、第１群３０や第３群６０が固定されたままであると、仮に第１動作状態の場合には図６（Ａ）のようにスクリーンＳＣ上で結像していても、第２群４０を退避させた第２動作状態となった場合には、光路長が変化することになるので、スクリーンＳＣ上で結像しなくなり、画像が劣化する可能性がある。特に、第２群４０の進退に伴う変化が大きい場合、第１群３０のフォーカス機能のみでは、結像のズレを修正しきれない場合がある。これに対して、本実施形態では、第２群４０の進退に伴って第１群３０及び第３群６０を適切な量だけ光軸ＯＡに沿って移動させることで、結像面の位置がずれるという事態を回避することができる。なお、第１群３０及び第３群６０の具体的な移動量については、上記のように、第１群３０、第３群６０等の構成次第ではあるが、通常の構成では、多くても１ｍｍ〜数ｍｍ程度であると考えられる。また、第１群３０と第３群６０とを同じ量だけ同じ方向に移動させる場合、位置調整駆動機構６１ａ（図３参照）は、第１群３０と第３群６０との双方を含む１つの鏡筒（不図示）を動かすだけで所期の動作を達成できるので、比較的簡易な構造にできる。
【００５０】
また、図３に示すように、実施形態の投写光学系２０では、第４駆動機構である全系駆動機構６４によって本体部分２０ａ全体を光軸ＯＡに垂直な方向に移動させてシフト量（光軸のズレ量）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。
【００５１】
また、上記のような第１駆動機構６１の位置調整駆動機構６１ａと第２駆動機構６２とによる連動の場合以外にも、各駆動機構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、複合的にも動作する。例えば、第１駆動機構６１の動作に合わせて第４駆動機構である全系駆動機構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もできる。
【００５２】
以下、図３等に示す投写光学系２０のその他の光学的特性について説明する。この投写光学系２０の場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に比較的近い位置で第２群４０が光線上に進退可能であるため、各像高の光線は比較的像高に近い経路に沿って第２群４０を通過し、光線のコントロールがしやすくなる。このため第２群４０の光路上への進退動作による収差の発生を抑えることができる。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）に近いほど光線の広がりが少なく調整光学要素としての第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。さらに、投写光学系２０は、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に最も近い第３群６０を有することで、比較的簡単な光学系によって効率的で無理のない収差の補正を可能としている。このような第３群６０の存在によって、さらに著しい性能向上を図ることができる。具体的には、この第３群６０により、第２群４０に入射するマージナル光を略平行にできる。つまり、第２群４０内での光束の広がりをより確実に抑えることができ、第２群４０の径が大きくなるのを防ぐことができる。また、アナモフィック型の第２群４０を略アフォーカル系にすることにより、第２群４０の構成レンズの位置精度の要求を低くしつつ精度を確保することができる。
【００５３】
また、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、アオリ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、第１駆動機構６１により第３レンズ部３３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の増加を第４駆動機構である全系駆動機構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、第１駆動機構６１と第４駆動機構である全系駆動機構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。
【００５４】
上記実施形態の投写光学系２０の場合、調整光学要素である第２群４０を構成する光学要素群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。
【００５５】
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、他の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。
【００５６】
以上において、第２群４０を構成するシリンドリカル型又はアナモフィックレンズ型の光学要素群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。
【００５７】
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、Ｙ方向及びＸ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。
【００５８】
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力
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。
【００５９】
また、例えば、図３等に示す第１群３０において、固定されたレンズとしている第２レンズ部３２は、省略した構成とすることも可能である。
【００６０】
また、図３等では、第１レンズ部３１がフォーカス機能を有し、第３レンズ部３３がズーム機能を有するものとしているが、第１レンズ部３１と第３レンズ部３３とが協働してフォーカス機能とズーム機能とを担うものとすることもできる。
【００６１】
また、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とを第３駆動機構である第２アナモフィック駆動機構６３により個別に又は一体的に光軸ＯＡ方向に移動させることもできる。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）又は縦横比を連続的に増減させることができる。
【実施例１】
【００６２】
図７及び図８は、第１実施形態の投写光学系２０の一実施例を示す図であり、第２群４０が挿入された第１動作状態を示しており、図７は、投写光学系２０の横断面を示し、図８は、縦断面を示している。
【００６３】
投写光学系２０は、レンズＬ１〜Ｌ１９と絞り７０とからなり、このうちレンズＬ１〜Ｌ１３によって第１群３０が構成され、レンズＬ１４〜Ｌ１７によって第２群４０が構成され、レンズＬ１８，Ｌ１９によって第３群６０が構成されている。第１群３０を構成するレンズＬ１〜Ｌ１３のうち、レンズＬ１〜Ｌ４は、第１レンズ部３１を構成し、レンズＬ５〜Ｌ７は、第２レンズ部３２を構成し、レンズＬ８〜Ｌ１３は、第３レンズ部３３を構成している。これらのうち、レンズＬ８，Ｌ９は、第１部分レンズ群３３ａを構成し、レンズＬ１０〜Ｌ１３は、第２部分レンズ群３３ｂを構成している。なお、絞り７０は、第３レンズ部３３を構成するレンズＬ９とレンズＬ１０との間に配置されている。つまり、第１部分レンズ群３３ａと第２部分レンズ群３３ｂとの間に配置されている。第２群４０のうち、接合レンズＬ１４，Ｌ１５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Ｌ１６，Ｌ１７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。第３群６０に含まれるレンズＬ１８，Ｌ１９は、メニスカスレンズであり、全体として正のパワーを持っている。なお、レンズＬ１８，Ｌ１９のうち少なくとも一方は、非球面レンズである。つまり、第３群６０は非球面レンズ群を含んでいる。非球面式について具体的には、上述した多項式ｈで表される形状が同様に適用される。
【００６４】
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、例えば第３レンズ部３３を構成する各レンズ群が部分レンズ群３３ａ，３３ｂ単位で光軸ＯＡの方向に沿って個別に動き、また、絞り７０が動くことによって、ズーミングの動作がなされる。
【００６５】
以下の表１に、実施例１の第１動作状態におけるレンズデータ等を示す。この表１の最上欄である第１欄において、「面番号」は、像面側から順に各レンズの面に付した番号である。また、「Ｒｙ」、「Ｒｘ」は、Ｙ及びＸ曲率半径をそれぞれ示し、「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】
表１の第２欄は、ズーミング動作時の一群のレンズＬ１〜Ｌ７の位置と、次の一群のレンズＬ８，Ｌ９すなわち第１部分レンズ群３３ａの位置と、絞り７０及び一群のレンズＬ１０〜Ｌ１３すなわち第２部分レンズ群３３ｂの位置とを示している。なお、表１の第３欄は、ズーミング動作時の投写光学系２０のＸ方向及びＹ方向の焦点距離を示している。また、表１の第４欄は、ズーミング動作時の投写光学系２０のＸ方向及びＹ方向の明るさ（Ｆ値）を示している。
【００６６】
また、実施例１のレンズＬ１８は、非球面で形成されている。これらの非球面形状の光軸ＯＡ方向の面頂点からの変位量ｈは、上述した非球面式又は多項式で表される。実施例１の場合、レンズＬ１８に対応する各面番号の面での上記非球面式における各係数ｋ、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・の値については、表１の第５欄（最下欄）に示す通りである。
【００６７】
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。本実施形態の場合、矢印ＡＷ１で示すように、投写光学系２０の全体が−Ｚ方向すなわちクロスダイクロイックプリズム１９寄りにスライド移動することで、第１動作状態に比べて、第３群６０からクロスダイクロイックプリズム１９までの距離ＳＤが縮まった状態となる。なお、以下の表２に、実施例１の第２動作状態におけるレンズデータ等を示す。表２の各記号については表１と同様であるが、Ｙ及びＸ曲率半径については、対称性があるので１つの記号「Ｒ」によって示している。表１の面番号３４での「Ｄ」の値とこれに対応する表２の面番号２８での「Ｄ」の値とが異なっている。これが、距離ＳＤが縮まったことに相当する。
【表２】
【００６８】
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）の縦方向と横方向とで異なるパワーを持つので、全系の投写光学系２０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、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。つまり、本投写光学系２０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。この際、第１駆動機構６１によって、第１群３０及び第３群６０が、第２群４０の進退動作に連動して位置を変更することで、結像位置を調整できるので、第１動作状態及び第２動作状態のいずれにおいても、結像面を同一の位置に保つことで、スクリーンＳＣの配置に対して適したものにできる。
【００６９】
〔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。
【００７０】
図１１は、本実施形態に係る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り、第１実施形態の図３に対応するものである。本実施形態の投写光学系１２０の場合、図示のように、第１駆動機構１６１を構成する位置調整駆動機構１６１ａが、第３群６０にのみ接続しており、第２群４０の進退に伴って、第３群６０のみが連動して光軸ＯＡに沿ってスライド移動し、第１群３０は、第２群４０に連動せず、実質的に固定されたものとなっている。なお、第１群３０は、第２群４０の進退との関係では固定的な状態であるが、ズーミングやフォーカシングについては、ズームフォーカス駆動機構１６１ｂによってなされる。つまり、第１群３０を構成する個々のレンズ等は、ズームやフォーカスに際して光軸ＯＡに沿って移動可能となっている。
【００７１】
本実施形態の場合、第２群４０の光路上への進退動作に対する第１群３０の連動を行うための連動駆動機構である位置調整駆動機構１６１ａによって、第３群６０のみを移動させて、投写光学系１２０としての結像面の調整が可能となっている。この場合、第３群６０の位置調整に伴い、第１群３０と第３群６０との相対的な位置が変動することになる。これに対して、例えば第３群６０の移動量ＤＡは、第１実施形態の場合と同様、例えば光学的なシミュレーションや測定等により適切な数値を算出することができる。これにより、投写光学系１２０の結像面の位置を一定に保つことができる。位置調整駆動機構１６１ａは、第１動作状態から第２動作状態へ切り替わるのに合わせて、この移動量ＤＡの分だけ第３群６０を光軸ＯＡに沿って−Ｚ側に移動させ、逆に、位置調整駆動機構１６１ａは、第２動作状態から第１動作状態へ切り替わるのに合わせて、この移動量の分だけ第３群６０を光軸ＯＡに沿って＋Ｚ側へ移動させる。
【実施例２】
【００７２】
図１２及び図１３は、第１実施形態の投写光学系２０の一実施例を示す図であり、第２群４０が挿入された第１動作状態を示しており、図１２は、投写光学系２０の横断面を示し、図１３は、縦断面を示している。
【００７３】
投写光学系２０は、レンズＬ１〜Ｌ１９と絞り７０とからなり、このうちレンズＬ１〜Ｌ１３によって第１群３０が構成され、レンズＬ１４〜Ｌ１７によって第２群４０が構成され、レンズＬ１８，Ｌ１９によって第３群６０が構成されている。第１群３０を構成するレンズＬ１〜Ｌ１３のうち、レンズＬ１〜Ｌ４は、第１レンズ部３１を構成し、レンズＬ５〜Ｌ７は、第２レンズ部３２を構成し、レンズＬ８〜Ｌ１３は、第３レンズ部３３を構成している。なお、絞り７０は、第３レンズ部３３を構成するレンズＬ９とレンズＬ１０との間に配置されている。第２群４０のうち、接合レンズＬ１４，Ｌ１５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Ｌ１６，Ｌ１７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。第３群６０に含まれるレンズＬ１８，Ｌ１９は、メニスカスレンズであり、全体として正のパワーを持っている。なお、レンズＬ１８，Ｌ１９のうち少なくとも一方は、非球面レンズである。つまり、第３群６０は非球面レンズ群を含んでいる。非球面式について具体的には、上述した多項式ｈで表される形状が同様に適用される。
【００７４】
図１４（Ａ）〜１４（Ｃ）は、ズーミングの動作を説明するものであり、図１４（Ａ）は、図１３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１４（Ｂ）は、「中間」の状態の場合を示し、図１４（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、例えば第３レンズ部３３を構成する各レンズ群が部分レンズ群３３ａ，３３ｂ単位で光軸ＯＡの方向に沿って個別に動き、また、絞り７０が動くことによって、ズーミングの動作がなされる。
【００７５】
以下の表３に、実施例２の第１動作状態におけるレンズデータ等を示す。この表３の各欄においての記載は、表１の場合と同様である。
【表３】
【００７６】
図１５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。本実施形態の場合、矢印ＡＷ２で示すように、第３群６０が−Ｚ方向すなわちクロスダイクロイックプリズム１９寄りにスライド移動することで、第１動作状態に比べて、第２群４０が退避した後の第１群３０から第３群６０までの距離ＳＤ１がさらに延びる一方、第３群６０からクロスダイクロイックプリズム１９までの距離ＳＤ２が縮まった状態となる。なお、以下の表４に、実施例１の第２動作状態におけるレンズデータ等を示す。表４の各記号については表３と同様であるが、Ｙ及びＸ曲率半径については、対称性があるので１つの記号「Ｒ」によって示している。表３の面番号３４での「Ｄ」の値とこれに対応する表４の面番号２８での「Ｄ」の値とが異なっている。これが、距離ＳＤ２が縮まっていることを示すものである。なお、距離ＳＤ１の変化については、表３と表４とのうち可変である面番号３４での「Ｄ」の値の変化に含まれている。
【表４】
【００７７】
本実施形態においても、第３群６０が、第２群４０の光路上への進退に伴って、第２群４０を構成するレンズの構成に応じで予め定められた量だけ光軸ＯＡに沿ってスライド移動することで、結像位置を調整できるので、第１動作状態及び第２動作状態のいずれにおいても、結像面を同一の位置に保つことで、スクリーンＳＣの配置に対して適したものにできる。
【００７８】
特に、第３群６０とズーム光学系である第１群３０との間に着脱可能な第２群４０があり、第３群６０を第１群３０と別鏡筒で作ることは、比較的容易である。そのため、例えば第３群６０に、第１群３０とは別個に独自の駆動機構として位置調整駆動機構１６１ａを付けることが可能となる。また、第３群６０は、主として収差補正等を担うものであり、ズーミングやフォーカシング等の動作に寄与しないものである。従って、第３群６０を結像位置の調整のためにスライド移動させても、これに伴う投写光学系１２０全体への光学的な影響が極力抑えられる。また、位置調整駆動機構１６１ａは、ズーミングやフォーカシングのための機構を要しないため、比較的簡易な構造で所期の動作を達成できる。
【００７９】
〔その他〕
図１６（Ａ）及び１６（Ｂ）は、図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示す第１実施形態に示す投写光学系２０又は第２実施形態に示す投写光学系１２０の変形例を説明する図である。投写光学系２２０の第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２２０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。図１６（Ｂ）に示すように、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。また、図１６（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横方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。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（第３駆動機構）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又は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。
【００８０】
図１７（Ａ）及び１７（Ｂ）は、図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示す第１実施形態に示す投写光学系２０又は第１実施形態に示す投写光学系１２０の別の変形例を説明する図である。投写光学系３２０の第２群２４０は、縦方向（Ｙ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２４１と、正のパワーを持つ第２の光学要素群２４２とで構成されている。この場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像を横方向に縮小した横縦比でスクリーンＳＣ上に映像を投写することができる。
【００８１】
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。
【００８２】
まず、第１実施形態では、第１群３０及び第３群６０の双方が移動するものであるのに対して、第２実施形態では、第３群６０のみが移動するものとなっているが、どちらのタイプを採用するかは、全体の光学設計に対する利便性によって適宜選択することができる。例えば、第３群６０の移動のみでは結像面の調節が十分に行えない場合には、第１実施形態の投写光学系２０のようにさらに第１群３０も動かす構成とすることができる。逆に、例えば第１群３０全体を光軸方向にあまり動かすことができない設計となっている場合には、第２実施形態の投写光学系１２０のように第１群３０を動かさない構成とすることができる。
【００８３】
また、第１実施形態において、第１群３０と第３群６０とは、同じ方向に同じ量だけ動くものとしているが、移動量は、第１群３０と第３群６０とで異なるものとすることも可能である。
【００８４】
また、第３群６０や第１群３０の移動量は、第２群４０の配置状態のみならず、例えば投写距離に応じて定めるものとすることも可能である。
【００８５】
また、第２群４０を回転非対称型の光学要素群４１，４２のみで構成する必要はなく、第２群４０中に非対称型の光学要素群を追加することもできる。
【００８６】
液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ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。
【００８７】
以上のプロジェクター２では、複数の液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂで形成された各色の画像を合成しているが、単一の光変調素子であるカラー又はモノクロの液晶パネルで形成された画像を投写光学系２０で拡大投写することもできる。この場合、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２０の光学設計上の自由度が高まる。
【００８８】
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。
【００８９】
液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ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。
【００９０】
また、上記実施形態において、各群３０，４０，６０等を構成するレンズの前後又は間に１つ以上の実質的にパワーを持たないレンズを追加することができる。
【符号の説明】
【００９１】
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，１８Ｒ…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（フォーカス光学系）、 ３２…第２レンズ部、 ３３…第３レンズ部（ズーム光学系）、 ４０…第２群（アナモフィック光学系）、 ４１，４２，１４１，１４２…光学要素群（第１の光学要素群、第２の光学要素群）、 ６０…第３群（非球面レンズ群）、 ５０…光学系部分、 ６１…第１駆動機構、 ６１ａ，１６１ａ…位置調整駆動機構（連動駆動機構）、 ６１ｂ，１６１ｂ…ズームフォーカス駆動機構、 ６２…第１アナモフィック駆動機構（第２駆動機構）、 ６３…第２アナモフィック駆動機構（第３駆動機構）、 ６４…全系駆動機構（第４駆動機構）、 ７０…絞り、 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、 ＡＸ…中心軸、 Ｌ１-Ｌ１９…レンズ、 ＯＡ…光軸、 ＰＬ…画像光、 ＳＣ…スクリーン（被投写面）
【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着脱可能に配置されるリア配置型のリレー系が存在する（特許文献１参照）。このリレー系は、第１群と第２群と第３群とからなり、これらのうち中央の第２群は、アナモフィックコンバーターであり、第１群と第３群との間に挿脱可能になっている。また、フォーカス状態を適正にするためのフランジバック調整の際に第３群を光軸方向に移動させるものが存在する（特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１等に開示されたリレー系又は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。
【０００６】
例えば、上記のようなリア配置型のリレー系の場合、第２群のアナモフィックコンバーターの挿入時と退避時とで光路長が変化するため、投写光学系として用いると、第２群の進退によって物体面と像面との結像関係が崩れてしまう可能性があり、第２群の進退の影響が生じないような投写光学系の設計は容易でない。
【０００７】
また、特許文献１等に記載の撮像光学系では、例えばアスペクト比の変換に際して特許文献２のようなフランジバック調整等が重要となり得る。一方、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ためのフランジバック調整の機能を確保する必要はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２２１５９７号公報
【特許文献２】特開２００５−３００９０２号公報
【発明の概要】
【０００９】
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、結像面を調節可能な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。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る投写光学系は、（ａ）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、（ｂ）被投写面側から順に、ズーム動作をするズーム光学系を含む第１群と、光変調素子の縦方向と横方向とで異なるパワーを持つとともに光路上に進退可能なアナモフィック光学系を含む第２群と、正のパワーを持つ第３群とから実質的になり、（ｃ）第３群が、第２群の進退動作に連動して光軸方向に動く。ここで、「から実質的になる」とは、上記投写光学系において、第１群、第２群及び第３群のほかに実質的にパワーを持たないレンズを追加する場合を含むことを意味する。
【００１１】
上記投写光学系によれば、第２群が光路上に進退可能であり、第２群が光路上にあり横縦比を変換して投写する第１動作状態において、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、第２群を光路上から退避させて横縦比を変換しないで投写する第２動作状態において、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等しいものにできる。つまり、本投写光学系により、幅と高さとの比を変換することなくそのまま保つことも可能である。以上のような被投写面への投写状態の切替すなわち投写光学系での第１動作状態と第２動作状態との切替に際して、第３群が第２群の進退動作に連動して位置を変更することで、本投写光学系による結像面を同一位置に保つことができる。この際、例えば第３群が正のパワーを持つことで、第３群の通過を想定して第２群に入射する光を比較的平行化した状態にできるので、第２群の径が大きくなることを抑制できるとともに、第２群の構成レンズの位置精度の要求を低くしつつ精度を確保することができる。
【００１２】
本発明の別の側面によれば、第１群が、第３群とともに、第２群の進退動作に連動して光軸方向に動く。この場合、第３群のみならず第１群が第２群の進退動作に連動して位置を変更することで、第１動作状態及び第２動作状態のいずれにおいても、本投写光学系による結像面が適した位置にある状態を簡易に確保することができる。
【００１３】
本発明の別の側面によれば、第１群が、第２群の進退動作に連動して光軸方向に沿って第３群と同じ向きに同じ量だけ動く。この場合、第１群と第３群との位置の変更を一体的に行うことができるので、移動の動作が行いやすい。
【００１４】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群の進退動作に伴う第１群および第３群のうち少なくとも第３群の連動を行うための連動駆動機構をさらに有する。この場合、連動駆動機構により、第２群の進退動作に応じて、必要な移動量の分だけ確実に第３群等を光軸方向に沿って移動させることができる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面によれば、第１群が、第２群の進退動作に対して実質的に固定され、第３群のみが第２群の進退動作に連動して光軸方向に沿って所定の移動量だけ移動する。この場合、第３群のみを、第２群の進退動作に連動して位置を所定の移動量だけ変更させることで、第２群を光路上に配置させた第１動作状態及び第２群を光路上から退避させた第２動作状態のいずれにおいても、本投写光学系による結像面が適した位置にある状態を確保することができる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面によれば、第３群が、非球面レンズ群を含む。この場合、収差補正をより容易にすることができる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面によれば、第１群が、フォーカス動作をするフォーカス光学系を含む。この場合、例えば第１群を全体として移動させた後に、第１群の一部の光学系をフォーカス動作させれば、フォーカスの微調整だけで容易にピント合わせができる。
【００１８】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群が、光変調素子の縦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画像を縦方向に圧縮又は短縮することができる。被投写面の横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。
【００１９】
本発明のさらに別の側面によれば、第２群が、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画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。
【００２０】
本発明に係るプロジェクターは、上述の投写光学系と、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、被投写面と結像面との調節がなされるので、画像を良好な状態で投写することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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斜視図である。
【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、投写光学系の第１動作状態における横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の第１動作状態における縦断面の構成を示す。
【図５】（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６】（Ａ）は、投写光学系の第１動作状態におけるスクリーンへの投写状態を示す図であり、（Ｂ）は、投写光学系の第２動作状態におけるスクリーンへの投写状態を示す図であり、（Ｃ）は、比較例の投写光学系の第２動作状態におけるスクリーンへの投写状態を示す図である。
【図７】投写光学系の一実施例について、第１動作状態における横断面の構成を示す図である。
【図８】投写光学系の一実施例について、第１動作状態における縦断面の構成を示す図である。
【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】投写光学系の一実施例について、第２動作状態における縦断面の構成を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る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１２】投写光学系の一実施例について、第１動作状態における横断面の構成を示す図である。
【図１３】投写光学系の一実施例について、第１動作状態における縦断面の構成を示す図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１３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１５】投写光学系の一実施例について、第２動作状態における縦断面の構成を示す図である。
【図１６】（Ａ）は、変形例の投写光学系の第１動作状態における横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の第１動作状態における縦断面の構成を示す。
【図１７】（Ａ）は、別の変形例の投写光学系の第１動作状態における横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の第１動作状態における縦断面の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
〔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、互いに異なるものとすることができるが、同一の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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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と異なるものとしたり、この横縦比ＡＲ０と等しいものとすることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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が画像の縦横比又は横縦比（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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を構成する絞りを含む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等により、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アオリの調整により、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。
【００３５】
以下、図３、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）等を参照して、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第１、第２、第３及び第４駆動機構６１，６２，６３，６４とを備える。
【００３６】
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、第３群６０とからなる。第１、第２、第３及び第４駆動機構６１，６２，６３，６４のうち、第１駆動機構６１は、第１群３０及び第３群６０を移動させ、第２及び第３駆動機構６２，６３は、第２群４０を移動させ、第４駆動機構６４は、投写光学系２０全体を一体的に移動させる。
【００３７】
第１群３０は、第１レンズ部３１と、第２レンズ部３２と、第３レンズ部３３とを有する。第１群３０全体は、後述する第２群４０の光路上への進退に応じて必要となる投写光学系２０による結像面の位置の微調整をするために、第１駆動機構６１に駆動されて、光軸ＯＡの方向すなわちＺ方向に沿ってスライド移動可能すなわち位置調整可能となっている。この第１群３０は、たとえば、第２群４０の光路上への進退に伴う微調整がなされた後に、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、プロジェクター２によるスクリーンＳＣへ向けての投写時に通常行われる本体部分２０ａのフォーカス状態の調整を可能にしている。つまり、第１レンズ部３１は、通常のフォーカス動作を行うフォーカス光学系として機能する。また、第２レンズ部３２は、固定されたレンズである。また、第３レンズ部３３は、１枚以上のレンズで構成されており、第１駆動機構６１に駆動されて、本体部分２０ａによる投写倍率を変更することができる。つまり、第３レンズ部３３は、ズーム動作を行うズーム光学系として機能する。
【００３８】
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つ調整光学要素であり、結果的に第１群３０及び第３群６０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、第２群４０が光路上に存在することにより、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つ以上の調整用の光学要素を含み、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。
【００３９】
このように、アナモフィック光学系である第２群４０を、縦断面に関して、正の屈折力を持つ第１の光学要素群４１と負の屈折力を持つ第２の光学要素群４２との組合せとすることにより、第２群をアフォーカル系のように機能させることができ、簡易に変倍すなわちズーミングを行なうことができる。
【００４０】
さらに、第２群４０は、進退駆動機構である第１アナモフィック駆動機構６２（第２駆動機構）により一体として光軸ＯＡ上すなわち光路上に進退可能となっている。これにより、投写光学系２０による画像の横縦比の切替が可能となる。画像の切替について詳しくは、後述する。
【００４１】
第３群６０は、回転対称な光学要素回転対称レンズ群を有する。第３群６０全体は、第１群３０と同じく、第２群４０の進退に応じて必要となる投写光学系２０による結像面の位置を調整するために、第１駆動機構６１に駆動されて、光軸ＯＡの方向すなわちＺ方向に沿ってスライド移動可能すなわち位置調整可能となっている。特に、第３群６０は、第１群３０と同期してスライド移動するものとなっている。また、第３群６０を構成する回転対称な光学要素回転対称レンズには、横方向及び縦方向にパワーを持つレンズが１枚以上含まれている。第３群６０は、正のパワーを有するため光変調素子から射出した光の広がりを抑えることができる。そのため、第２群４０へ入射する光の角度を抑えることができ、第２群４０で発生する収差を抑えることができる。結果的に、第３群６０は、投写光学系２０全体の収差を抑える役割があり、第３群６０は補正光学要素として複数のレンズを有し、それらのレンズ中に正のパワーを有するものとし、必要であれば、非球面のものを含めるものとする。
【００４２】
上述のように、第１群３０及び第３群６０は、光路上に配置されたままとされているが、第２群４０は、第２駆動機構である第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する。これにより、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。
【００４３】
具体的には、図５（Ａ）に示すように、第２群４０を光路上に配置した第１動作状態とすることにより、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像を縦方向に圧縮した横縦比（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。あるいは、図５（Ｂ）に示すように、第２群４０を光路上から退避させた第２動作状態とすることにより、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。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による横縦比だけの変更が可能になる。
【００４４】
図５（Ｂ）に示すように投写光学系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は第１群３０と第３群６０とが協働して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。さらに、第２群４０を退避させた際には、第２群４０が光路上にある場合に比較して透過率が向上し、画像を明るくできる。
【００４５】
以上のような、第２群４０の進退による第１動作状態と第２動作状態との切替えがなされる場合、一般的には進退に伴って、投写光学系２０の全系としての結像状態が変化することになる。本実施形態では、このような観点を考慮して、第１駆動機構６１により第１群３０及び第３群６０の位置を微調整することで、第２群４０の進退の動作があっても投写光学系２０による結像面を同一位置に保つことを可能にしている。
【００４６】
ここで、図３に示すように、第１、第２、第３及び第４駆動機構６１，６２，６３，６４のうち、第１群３０及び第３群６０用の第１駆動機構６１は、主要部分である位置調整駆動機構６１ａと、ズームフォーカス駆動機構６１ｂとを有する。位置調整駆動機構６１ａは、第１群３０全体及び第３群６０全体を光軸ＯＡの方向に沿ってスライド移動させるための機構である。具体的には、位置調整駆動機構６１ａは、第２駆動機構である第１アナモフィック駆動機構６２による第２群４０の進退動作に伴って、規定の量だけ第１群３０及び第３群６０を光軸ＯＡに沿って移動させる。つまり、位置調整駆動機構６１ａは、第２群４０の進退動作に対する第１群３０及び第３群６０の連動を行うための連動駆動機構である。これにより、第２群４０の有無によって結像状態が変化しても、結像面を同一位置に保つことを可能にしている。ズームフォーカス駆動機構６１ｂは、ズーミング及びフォーカシングを行うために第１群３０のレンズ群３１等の一部を移動させる機構である。
【００４７】
以下、図３に示す第１駆動機構６１による第２群４０の進退に伴う第１群３０及び第３群６０の光軸方向に関する位置調整の一例について説明する。まず、ユーザーが第１動作状態から第２動作状態への切替えを行う、又は逆の切替えを行うために、第１アナモフィック駆動機構６２による第２群４０の進退動作がなされると、第１駆動機構６１のうち位置調整駆動機構６１ａは、第１アナモフィック駆動機構６２の動作に応じて第１群３０及び第３群６０を移動させる。つまり、位置調整駆動機構６１ａにより、第１群３０及び第３群６０の配置が、第２群４０を光路上に配置する第１動作状態であるか第２群４０を光路上から退避させた第２動作状態であるかに応じて変更される。なお、このような位置調整駆動機構６１ａの動作は、例えばカムを用いたメカ的機構やモータ等を用いた電気的機構等によって実現できる。
【００４８】
ここで、位置調整駆動機構６１ａによる第１群３０及び第３群６０の光軸方向の移動量について説明する。ここでは、一例として、第１群３０と第３群６０とは、同じ方向に同じ移動量ＤＡだけ動くものとする。つまり、第１群３０から第３群６０までの距離は不変となっている。この移動量ＤＡは、例えば光学的なシミュレーションや測定等により適切な数値を算出することができ、第１群３０、第３群６０等の各光学要素の配置関係等を考慮して結像面の位置が適切に調整されるように固定的に定められる。位置調整駆動機構６１ａは、第１動作状態から第２動作状態へ切り替わるのに合わせて、この移動量ＤＡの分だけ第１群３０及び第３群６０を光軸ＯＡに沿って−Ｚ側へ移動させる。また、逆に、位置調整駆動機構６１ａは、第２動作状態から第１動作状態へ切り替わるのに合わせて、この移動量の分だけ第１群３０及び第３群６０を光軸ＯＡに沿って＋Ｚ側へ移動させる。この結果として、第２群４０の有無によって結像状態が変化しても投写光学系２０の結像面の位置を一定に保つことができる。なお、本実施形態では、位置調整駆動機構６１ａによって結像面の位置調整がなされるので、例えば第１群３０及び第３群６０を位置調整駆動機構６１ａにより移動させた後に、フォーカス動作させれば、フォーカスの微調整だけで容易により正確なピント合わせができる。位置調整駆動機構６１ａによる調整のみでピントが合っている場合には、このフォーカス動作は不要となる。
【００４９】
図６（Ａ）及び６（Ｂ）は、第１動作状態と第２動作状態とにおいて、被投写面であるスクリーンＳＣへの投写状態をそれぞれ示す図である。本実施形態では、上述のように、第１群３０及び第３群６０を光軸ＯＡに沿って移動可能とすることで、図６（Ａ）に示す第１動作状態の場合に画像光がスクリーンＳＣ上で結像するのみならず、図６（Ｂ）に示す第２動作状態の場合においてもスクリーンＳＣ上で結像するようになっている。より具体的には、図６（Ａ）に示す第１動作状態では、第１及び第３群３０、６０は、それらの後端面である第１基準面Ｓ１，Ｓ２を基準位置としてそれぞれ配置されていたものが、図６（Ｂ）に示す第２動作状態では、第１基準面Ｓ１，Ｓ２から移動量ＤＡの分だけずれた第２基準面Ｓ１ａ，Ｓ２ａにそれぞれ移動している。この移動により、第１及び第２動作状態のいずれにおいても、投写光学系２０の結像面の位置は、固定位置であるスクリーンＳＣの位置に適応したものとなっている。これに対して、図６（Ｃ）に示す比較例のように、第１群３０や第３群６０が固定されたままであると、仮に第１動作状態の場合には図６（Ａ）のようにスクリーンＳＣ上で結像していても、第２群４０を退避させた第２動作状態となった場合には、光路長が変化することになるので、スクリーンＳＣ上で結像しなくなり、画像が劣化する可能性がある。特に、第２群４０の進退に伴う変化が大きい場合、第１群３０のフォーカス機能のみでは、結像のズレを修正しきれない場合がある。これに対して、本実施形態では、第２群４０の進退に伴って第１群３０及び第３群６０を適切な量だけ光軸ＯＡに沿って移動させることで、結像面の位置がずれるという事態を回避することができる。なお、第１群３０及び第３群６０の具体的な移動量については、上記のように、第１群３０、第３群６０等の構成次第ではあるが、通常の構成では、多くても１ｍｍ〜数ｍｍ程度であると考えられる。また、第１群３０と第３群６０とを同じ量だけ同じ方向に移動させる場合、位置調整駆動機構６１ａ（図３参照）は、第１群３０と第３群６０との双方を含む１つの鏡筒（不図示）を動かすだけで所期の動作を達成できるので、比較的簡易な構造にできる。
【００５０】
また、図３に示すように、実施形態の投写光学系２０では、第４駆動機構である全系駆動機構６４によって本体部分２０ａ全体を光軸ＯＡに垂直な方向に移動させてシフト量（光軸のズレ量）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。
【００５１】
また、上記のような第１駆動機構６１の位置調整駆動機構６１ａと第２駆動機構６２とによる連動の場合以外にも、各駆動機構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、複合的にも動作する。例えば、第１駆動機構６１の動作に合わせて第４駆動機構である全系駆動機構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もできる。
【００５２】
以下、図３等に示す投写光学系２０のその他の光学的特性について説明する。この投写光学系２０の場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に比較的近い位置で第２群４０が光線上に進退可能であるため、各像高の光線は比較的像高に近い経路に沿って第２群４０を通過し、光線のコントロールがしやすくなる。このため第２群４０の光路上への進退動作による収差の発生を抑えることができる。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）に近いほど光線の広がりが少なく調整光学要素としての第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。さらに、投写光学系２０は、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に最も近い第３群６０を有することで、比較的簡単な光学系によって効率的で無理のない収差の補正を可能としている。このような第３群６０の存在によって、さらに著しい性能向上を図ることができる。具体的には、この第３群６０により、第２群４０に入射するマージナル光を略平行にできる。つまり、第２群４０内での光束の広がりをより確実に抑えることができ、第２群４０の径が大きくなるのを防ぐことができる。また、アナモフィック型の第２群４０を略アフォーカル系にすることにより、第２群４０の構成レンズの位置精度の要求を低くしつつ精度を確保することができる。
【００５３】
また、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、アオリ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、第１駆動機構６１により第３レンズ部３３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の増加を第４駆動機構である全系駆動機構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、第１駆動機構６１と第４駆動機構である全系駆動機構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。
【００５４】
上記実施形態の投写光学系２０の場合、調整光学要素である第２群４０を構成する光学要素群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。
【００５５】
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、他の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。
【００５６】
以上において、第２群４０を構成するシリンドリカル型又はアナモフィックレンズ型の光学要素群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。
【００５７】
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、Ｙ方向及びＸ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。
【００５８】
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力
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。
【００５９】
また、例えば、図３等に示す第１群３０において、固定されたレンズとしている第２レンズ部３２は、省略した構成とすることも可能である。
【００６０】
また、図３等では、第１レンズ部３１がフォーカス機能を有し、第３レンズ部３３がズーム機能を有するものとしているが、第１レンズ部３１と第３レンズ部３３とが協働してフォーカス機能とズーム機能とを担うものとすることもできる。
【００６１】
また、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とを第３駆動機構である第２アナモフィック駆動機構６３により個別に又は一体的に光軸ＯＡ方向に移動させることもできる。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）又は縦横比を連続的に増減させることができる。
【実施例１】
【００６２】
図７及び図８は、第１実施形態の投写光学系２０の一実施例を示す図であり、第２群４０が挿入された第１動作状態を示しており、図７は、投写光学系２０の横断面を示し、図８は、縦断面を示している。
【００６３】
投写光学系２０は、レンズＬ１〜Ｌ１９と絞り７０とからなり、このうちレンズＬ１〜Ｌ１３によって第１群３０が構成され、レンズＬ１４〜Ｌ１７によって第２群４０が構成され、レンズＬ１８，Ｌ１９によって第３群６０が構成されている。第１群３０を構成するレンズＬ１〜Ｌ１３のうち、レンズＬ１〜Ｌ４は、第１レンズ部３１を構成し、レンズＬ５〜Ｌ７は、第２レンズ部３２を構成し、レンズＬ８〜Ｌ１３は、第３レンズ部３３を構成している。これらのうち、レンズＬ８，Ｌ９は、第１部分レンズ群３３ａを構成し、レンズＬ１０〜Ｌ１３は、第２部分レンズ群３３ｂを構成している。なお、絞り７０は、第３レンズ部３３を構成するレンズＬ９とレンズＬ１０との間に配置されている。つまり、第１部分レンズ群３３ａと第２部分レンズ群３３ｂとの間に配置されている。第２群４０のうち、接合レンズＬ１４，Ｌ１５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Ｌ１６，Ｌ１７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。第３群６０に含まれるレンズＬ１８，Ｌ１９は、メニスカスレンズであり、全体として正のパワーを持っている。なお、レンズＬ１８，Ｌ１９のうち少なくとも一方は、非球面レンズである。つまり、第３群６０は非球面レンズ群を含んでいる。非球面式について具体的には、上述した多項式ｈで表される形状が同様に適用される。
【００６４】
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、例えば第３レンズ部３３を構成する各レンズ群が部分レンズ群３３ａ，３３ｂ単位で光軸ＯＡの方向に沿って個別に動き、また、絞り７０が動くことによって、ズーミングの動作がなされる。
【００６５】
以下の表１に、実施例１の第１動作状態におけるレンズデータ等を示す。この表１の最上欄である第１欄において、「面番号」は、像面側から順に各レンズの面に付した番号である。また、「Ｒｙ」、「Ｒｘ」は、Ｙ及びＸ曲率半径をそれぞれ示し、「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】
表１の第２欄は、ズーミング動作時の一群のレンズＬ１〜Ｌ７の位置と、次の一群のレンズＬ８，Ｌ９すなわち第１部分レンズ群３３ａの位置と、絞り７０及び一群のレンズＬ１０〜Ｌ１３すなわち第２部分レンズ群３３ｂの位置とを示している。なお、表１の第３欄は、ズーミング動作時の投写光学系２０のＸ方向及びＹ方向の焦点距離を示している。また、表１の第４欄は、ズーミング動作時の投写光学系２０のＸ方向及びＹ方向の明るさ（Ｆ値）を示している。
【００６６】
また、実施例１のレンズＬ１８は、非球面で形成されている。これらの非球面形状の光軸ＯＡ方向の面頂点からの変位量ｈは、上述した非球面式又は多項式で表される。実施例１の場合、レンズＬ１８に対応する各面番号の面での上記非球面式における各係数ｋ、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・の値については、表１の第５欄（最下欄）に示す通りである。
【００６７】
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。本実施形態の場合、矢印ＡＷ１で示すように、投写光学系２０の全体が−Ｚ方向すなわちクロスダイクロイックプリズム１９寄りにスライド移動することで、第１動作状態に比べて、第３群６０からクロスダイクロイックプリズム１９までの距離ＳＤが縮まった状態となる。なお、以下の表２に、実施例１の第２動作状態におけるレンズデータ等を示す。表２の各記号については表１と同様であるが、Ｙ及びＸ曲率半径については、対称性があるので１つの記号「Ｒ」によって示している。表１の面番号３４での「Ｄ」の値とこれに対応する表２の面番号２８での「Ｄ」の値とが異なっている。これが、距離ＳＤが縮まったことに相当する。
【表２】
【００６８】
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）の縦方向と横方向とで異なるパワーを持つので、全系の投写光学系２０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、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。つまり、本投写光学系２０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。この際、第１駆動機構６１によって、第１群３０及び第３群６０が、第２群４０の進退動作に連動して位置を変更することで、結像位置を調整できるので、第１動作状態及び第２動作状態のいずれにおいても、結像面を同一の位置に保つことで、スクリーンＳＣの配置に対して適したものにできる。
【００６９】
〔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。
【００７０】
図１１は、本実施形態に係る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り、第１実施形態の図３に対応するものである。本実施形態の投写光学系１２０の場合、図示のように、第１駆動機構１６１を構成する位置調整駆動機構１６１ａが、第３群６０にのみ接続しており、第２群４０の進退に伴って、第３群６０のみが連動して光軸ＯＡに沿ってスライド移動し、第１群３０は、第２群４０に連動せず、実質的に固定されたものとなっている。なお、第１群３０は、第２群４０の進退との関係では固定的な状態であるが、ズーミングやフォーカシングについては、ズームフォーカス駆動機構１６１ｂによってなされる。つまり、第１群３０を構成する個々のレンズ等は、ズームやフォーカスに際して光軸ＯＡに沿って移動可能となっている。
【００７１】
本実施形態の場合、第２群４０の光路上への進退動作に対する第１群３０の連動を行うための連動駆動機構である位置調整駆動機構１６１ａによって、第３群６０のみを移動させて、投写光学系１２０としての結像面の調整が可能となっている。この場合、第３群６０の位置調整に伴い、第１群３０と第３群６０との相対的な位置が変動することになる。これに対して、例えば第３群６０の移動量ＤＡは、第１実施形態の場合と同様、例えば光学的なシミュレーションや測定等により適切な数値を算出することができる。これにより、投写光学系１２０の結像面の位置を一定に保つことができる。位置調整駆動機構１６１ａは、第１動作状態から第２動作状態へ切り替わるのに合わせて、この移動量ＤＡの分だけ第３群６０を光軸ＯＡに沿って−Ｚ側に移動させ、逆に、位置調整駆動機構１６１ａは、第２動作状態から第１動作状態へ切り替わるのに合わせて、この移動量の分だけ第３群６０を光軸ＯＡに沿って＋Ｚ側へ移動させる。
【実施例２】
【００７２】
図１２及び図１３は、第１実施形態の投写光学系２０の一実施例を示す図であり、第２群４０が挿入された第１動作状態を示しており、図１２は、投写光学系２０の横断面を示し、図１３は、縦断面を示している。
【００７３】
投写光学系２０は、レンズＬ１〜Ｌ１９と絞り７０とからなり、このうちレンズＬ１〜Ｌ１３によって第１群３０が構成され、レンズＬ１４〜Ｌ１７によって第２群４０が構成され、レンズＬ１８，Ｌ１９によって第３群６０が構成されている。第１群３０を構成するレンズＬ１〜Ｌ１３のうち、レンズＬ１〜Ｌ４は、第１レンズ部３１を構成し、レンズＬ５〜Ｌ７は、第２レンズ部３２を構成し、レンズＬ８〜Ｌ１３は、第３レンズ部３３を構成している。なお、絞り７０は、第３レンズ部３３を構成するレンズＬ９とレンズＬ１０との間に配置されている。第２群４０のうち、接合レンズＬ１４，Ｌ１５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Ｌ１６，Ｌ１７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。第３群６０に含まれるレンズＬ１８，Ｌ１９は、メニスカスレンズであり、全体として正のパワーを持っている。なお、レンズＬ１８，Ｌ１９のうち少なくとも一方は、非球面レンズである。つまり、第３群６０は非球面レンズ群を含んでいる。非球面式について具体的には、上述した多項式ｈで表される形状が同様に適用される。
【００７４】
図１４（Ａ）〜１４（Ｃ）は、ズーミングの動作を説明するものであり、図１４（Ａ）は、図１３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１４（Ｂ）は、「中間」の状態の場合を示し、図１４（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、例えば第３レンズ部３３を構成する各レンズ群が部分レンズ群３３ａ，３３ｂ単位で光軸ＯＡの方向に沿って個別に動き、また、絞り７０が動くことによって、ズーミングの動作がなされる。
【００７５】
以下の表３に、実施例２の第１動作状態におけるレンズデータ等を示す。この表３の各欄においての記載は、表１の場合と同様である。
【表３】
【００７６】
図１５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。本実施形態の場合、矢印ＡＷ２で示すように、第３群６０が−Ｚ方向すなわちクロスダイクロイックプリズム１９寄りにスライド移動することで、第１動作状態に比べて、第２群４０が退避した後の第１群３０から第３群６０までの距離ＳＤ１がさらに延びる一方、第３群６０からクロスダイクロイックプリズム１９までの距離ＳＤ２が縮まった状態となる。なお、以下の表４に、実施例１の第２動作状態におけるレンズデータ等を示す。表４の各記号については表３と同様であるが、Ｙ及びＸ曲率半径については、対称性があるので１つの記号「Ｒ」によって示している。表３の面番号３４での「Ｄ」の値とこれに対応する表４の面番号２８での「Ｄ」の値とが異なっている。これが、距離ＳＤ２が縮まっていることを示すものである。なお、距離ＳＤ１の変化については、表３と表４とのうち可変である面番号３４での「Ｄ」の値の変化に含まれている。
【表４】
【００７７】
本実施形態においても、第３群６０が、第２群４０の光路上への進退に伴って、第２群４０を構成するレンズの構成に応じで予め定められた量だけ光軸ＯＡに沿ってスライド移動することで、結像位置を調整できるので、第１動作状態及び第２動作状態のいずれにおいても、結像面を同一の位置に保つことで、スクリーンＳＣの配置に対して適したものにできる。
【００７８】
特に、第３群６０とズーム光学系である第１群３０との間に着脱可能な第２群４０があり、第３群６０を第１群３０と別鏡筒で作ることは、比較的容易である。そのため、例えば第３群６０に、第１群３０とは別個に独自の駆動機構として位置調整駆動機構１６１ａを付けることが可能となる。また、第３群６０は、主として収差補正等を担うものであり、ズーミングやフォーカシング等の動作に寄与しないものである。従って、第３群６０を結像位置の調整のためにスライド移動させても、これに伴う投写光学系１２０全体への光学的な影響が極力抑えられる。また、位置調整駆動機構１６１ａは、ズーミングやフォーカシングのための機構を要しないため、比較的簡易な構造で所期の動作を達成できる。
【００７９】
〔その他〕
図１６（Ａ）及び１６（Ｂ）は、図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示す第１実施形態に示す投写光学系２０又は第２実施形態に示す投写光学系１２０の変形例を説明する図である。投写光学系２２０の第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２２０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。図１６（Ｂ）に示すように、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。また、図１６（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横方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。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（第３駆動機構）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又は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。
【００８０】
図１７（Ａ）及び１７（Ｂ）は、図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示す第１実施形態に示す投写光学系２０又は第１実施形態に示す投写光学系１２０の別の変形例を説明する図である。投写光学系３２０の第２群２４０は、縦方向（Ｙ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２４１と、正のパワーを持つ第２の光学要素群２４２とで構成されている。この場合、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成される画像を横方向に縮小した横縦比でスクリーンＳＣ上に映像を投写することができる。
【００８１】
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。
【００８２】
まず、第１実施形態では、第１群３０及び第３群６０の双方が移動するものであるのに対して、第２実施形態では、第３群６０のみが移動するものとなっているが、どちらのタイプを採用するかは、全体の光学設計に対する利便性によって適宜選択することができる。例えば、第３群６０の移動のみでは結像面の調節が十分に行えない場合には、第１実施形態の投写光学系２０のようにさらに第１群３０も動かす構成とすることができる。逆に、例えば第１群３０全体を光軸方向にあまり動かすことができない設計となっている場合には、第２実施形態の投写光学系１２０のように第１群３０を動かさない構成とすることができる。
【００８３】
また、第１実施形態において、第１群３０と第３群６０とは、同じ方向に同じ量だけ動くものとしているが、移動量は、第１群３０と第３群６０とで異なるものとすることも可能である。
【００８４】
また、第３群６０や第１群３０の移動量は、第２群４０の配置状態のみならず、例えば投写距離に応じて定めるものとすることも可能である。
【００８５】
また、第２群４０を回転非対称型の光学要素群４１，４２のみで構成する必要はなく、第２群４０中に非対称型の光学要素群を追加することもできる。
【００８６】
液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ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。
【００８７】
以上のプロジェクター２では、複数の液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂで形成された各色の画像を合成しているが、単一の光変調素子であるカラー又はモノクロの液晶パネルで形成された画像を投写光学系２０で拡大投写することもできる。この場合、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２０の光学設計上の自由度が高まる。
【００８８】
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。
【００８９】
液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ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。
【００９０】
また、上記実施形態において、各群３０，４０，６０等を構成するレンズの前後又は間に１つ以上の実質的にパワーを持たないレンズを追加することができる。
【符号の説明】
【００９１】
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，１８Ｒ…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（フォーカス光学系）、 ３２…第２レンズ部、 ３３…第３レンズ部（ズーム光学系）、 ４０…第２群（アナモフィック光学系）、 ４１，４２，１４１，１４２…光学要素群（第１の光学要素群、第２の光学要素群）、 ６０…第３群（非球面レンズ群）、 ５０…光学系部分、 ６１…第１駆動機構、 ６１ａ，１６１ａ…位置調整駆動機構（連動駆動機構）、 ６１ｂ，１６１ｂ…ズームフォーカス駆動機構、 ６２…第１アナモフィック駆動機構（第２駆動機構）、 ６３…第２アナモフィック駆動機構（第３駆動機構）、 ６４…全系駆動機構（第４駆動機構）、 ７０…絞り、 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、 ＡＸ…中心軸、 Ｌ１-Ｌ１９…レンズ、 ＯＡ…光軸、 ＰＬ…画像光、 ＳＣ…スクリーン（被投写面）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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、ズーム動作をするズーム光学系を含む第１群と、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つとともに光路上に進退可能なアナモフィック光学系を含む第２群と、正のパワーを持つ第３群とから実質的になり、
前記第３群は、前記第２群の進退動作に連動して光軸方向に動く、
投写光学系。
【請求項２】
前記第１群は、前記第３群とともに、前記第２群の進退動作に連動して光軸方向に動く、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項３】
前記第１群は、前記第２群の進退動作に連動して光軸方向に沿って前記第３群と同じ向きに同じ量だけ動く、請求項２に記載の投写光学系。
【請求項４】
前記第２群の進退動作に伴う前記第１群および前記第３群のうち少なくとも前記第３群の連動を行うための連動駆動機構をさらに有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項５】
前記第１群は、前記第２群の進退動作に対して実質的に固定され、前記第３群のみが前記第２群の進退動作に連動して光軸方向に沿って所定の移動量だけ移動する、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項６】
前記第３群は、非球面レンズ群を含む、請求項１から５までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項７】
前記第１群は、フォーカス動作をするフォーカス光学系を含む、請求項１から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７までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項９】
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７までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１０】
請求項１から９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】
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、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、ズーム動作をするズーム光学系を含む第１群と、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つとともに光路上に進退可能なアナモフィック光学系を含む第２群と、正のパワーを持つ第３群とから実質的になり、
前記第３群は、前記第２群の進退動作に連動して光軸方向に動く、
投写光学系。
【請求項２】
前記第１群は、前記第３群とともに、前記第２群の進退動作に連動して光軸方向に動く、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項３】
前記第１群は、前記第２群の進退動作に連動して光軸方向に沿って前記第３群と同じ向きに同じ量だけ動く、請求項２に記載の投写光学系。
【請求項４】
前記第２群の進退動作に伴う前記第１群および前記第３群のうち少なくとも前記第３群の連動を行うための連動駆動機構をさらに有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項５】
前記第１群は、前記第２群の進退動作に対して実質的に固定され、前記第３群のみが前記第２群の進退動作に連動して光軸方向に沿って所定の移動量だけ移動する、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項６】
前記第３群は、非球面レンズ群を含む、請求項１から５までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項７】
前記第１群は、フォーカス動作をするフォーカス光学系を含む、請求項１から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７までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項９】
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７までのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項１０】
請求項１から９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】
【公開番号】特開２０１３−５７８５２（Ｐ２０１３−５７８５２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６８９１（Ｐ２０１１−１９６８９１）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【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３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【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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