JP2013029569A - 投写光学系及びこれを備えるプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率をバランスよく高めた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】光変調素子側レンズ群２０ｂ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、絞り７０と光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の最端面２０ｆとの距離ｐ及び距離ｐ'が所定の条件式を満たすので、第１動作状態と第２動作状態との双方で一定以上のテレセントリック性を確保することができる。
【選択図】図３

Description

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。

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。

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。

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、２参照）。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。

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。

例えば、上記のようなリア配置型のリレー系の場合、テレセントリック性について考慮されていない。かかるリレー系では、原理的に、横断面でのテレセントリック性と縦断面でのテレセントリック性とを両立することができない。そのため、Ｘ断面又はＹ断面のいずれか一方でテレセントリック性を厳密に確保すると他方でテレセントリック性が大きく崩れてしまい、光の利用効率が低下し或いは方向によって偏ったものとなる。

また、特許文献１等に記載の撮像光学系では、レンズ交換できることが基本的前提となっており、リア配置型のリレー系を使用しない場合、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、リア配置型のリレー系が長くなってしまう。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汎用リレー系又は汎用コンバーターとしての機能は不要となる。

特開２００５−２２１５９７号公報 特開２００５−３００９２８号公報

本発明は、光の利用効率をバランスよく高めた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。

上記目的を達成するため、本発明に係る投写光学系は、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、光束の通過を制限する絞りと、光変調素子から絞りまでの間に配置され、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調整光学要素を含む光変調素子側レンズ群とを有し、絞りが、光変調素子側レンズ群の調整光学要素の進退動作に連動して、光軸方向の異なる位置において光束の通過を制限する。

上記投写光学系によれば、光変調素子側レンズ群のうち調整光学要素が光路上に進退可能であり、調整光学要素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、調整光学要素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。以上のような投写状態の切替に際して、絞りが、調整光学要素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、比較的高いテレセントリック性を保たせることができる。

本発明の具体的な側面によれば、上記投写光学系において、絞りと光変調素子側レンズ群の被投写面側の最端面との距離をｐとして、光変調素子側レンズ群の横断面において、被投写面側の焦点と被投写面側の最端面との距離をＦＦＰｘとし、光変調素子側レンズ群の縦断面において、被投写面側の焦点と被投写面側の最端面との距離をＦＦＰｙとし、
ＦＦＰｘ＜ＦＦＰｙのとき、絞りは、光変調素子側レンズ群の調整光学要素が光路上にある状態において
ＦＦＰｘ＜ｐ＜ＦＦＰｙ （１）
となる位置にあり、
ＦＦＰｙ＜ＦＦＰｘのとき、絞りは、光変調素子側レンズ群の調整光学要素が光路上にある状態において
ＦＦＰｙ＜ｐ＜ＦＦＰｘ （１）'
となる位置にある。この場合、調整光学要素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、絞りと光変調素子側レンズ群の被投写面側の最端面との距離ｐが上記条件式（１）、（１）'を満たすので、縦方向と横方向との双方で一定以上のテレセントリック性を確保することができる。たとえば、ＦＦＰｘ＜ｐ＜ＦＦＰｙの場合、縦方向の主光線は被投写面に向けて内向きに傾き、横方向の主光線は被投写面に向けて外向きに傾くが、全体としてテレセントリック性は保たれる。逆に、ＦＦＰｙ＜ｐ＜ＦＦＰｘの場合、縦方向の主光線は被投写面に向けて外向きに傾き、横方向の主光線は被投写面に向けて内向きに傾くが、全体としてテレセントリック性は保たれる。

本発明の別の側面によれば、絞りと物体側レンズ群の被投写面側の最端面との距離ｐと調整光学要素群が光路上から退避した状態の物体側レンズ群における投写面側の焦点と被投写面側の最端面との距離ＦＦＰＬとは略等しい。この場合、テレセントリック性を実現させるために適した状態とすることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、上記投写光学系において、
ＦＦＰｘ＜ＦＦＰｙのとき、光変調素子側レンズ群の調整光学要素が光路上にある状態において
ＦＦＰｘ＜ｐ≦（ＦＦＰｙ＋ＦＦＰｘ）／２ （２）
であり、
ＦＦＰｙ＜ＦＦＰｘのとき、光変調素子側レンズ群の調整光学要素が光路上にある状態において
ＦＦＰｙ＜ｐ≦（ＦＦＰｙ＋ＦＦＰｘ）／２ （２）'
である。この場合、横方向と縦方向との中間方向におけるテレセントリック性を比較的高くすることができ、テレセントリック性の方向的な偏りを低減することができ、観察方向等に依存してムラの生じにくい明るい画像を投写することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、被投写面側から順に、拡大用の第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調整光学要素である第２群と、正のパワーを持つ第３群とから実質的になる。この場合、正のパワーを持つ第３群によって、第２群へ入射する光の入射角度を抑えることができ、第２群で発生する収差を抑えることができ、結像性能の向上が可能となる。また、第３群によって光の広がりを抑えることができるため、第２群の口径が小さくなるため、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。また、光変調素子に近い位置で第２群が光線上に進退可能であるため、第２群が光線上に挿入された場合にも、各像高の光線は比較的像高に近い経路に沿って第２群を通過するため、光線のコントロールがしやすくなる。このため第２群の光路上への進退動作による収差の発生を押させることができ、第２群が光線上に挿入された場合の結像性能の劣化を防ぐことができる。つまり、進退可能な第２群を光変調素子に近い位置に置くことで、収差の発生を抑えることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、被投写面側から順に、拡大用の第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調整光学要素である第２群とから実質的になる。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。

本発明のさらに別の側面によれば、投写光学系が、第２群を進退させる進退駆動機構と、進退駆動機構に連動して絞りを動作させる絞り駆動機構と、をさらに備える。この場合、進退駆動機構により第２群を進退させるとともに、絞り駆動機構により第２群の進退に応じて絞りを光軸方向に関して異なる位置に配置させることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、絞り駆動機構が、第２群の進退に伴って絞りを光軸方向に沿ってスライド移動させる。この場合、絞りを光軸方向に沿ってスライド移動させることで、絞りを光軸方向に関して異なる位置に配置させることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、絞りが、光軸方向について異なる位置に複数配置され、絞り駆動機構が、第２群の進退に伴って前記絞りの口径を変化させる。この場合、複数の絞りの口径を変化させること、つまり、異なる位置に配置された絞りの開閉状態を変えることで、絞りを光軸方向に関して異なる位置に配置させることと同等の効果を達成できる。

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。

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。

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、観察方向等に依存してムラの生じにくい明るい画像を投写することができる。

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１のプロジェクターの概略構成を示す図である。 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。 （Ａ）は、第１動作状態における投写光学系の横断面の構成を示し、（Ｂ）は、第１動作状態における投写光学系の縦断面の構成を示す。 （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。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１動作状態における焦点の位置及び絞りの位置を説明する縦断面及び横断面の図であり、（Ｃ）は、第２動作状態における焦点の位置及び絞りの位置を説明する縦断面の図である。 （Ａ）は、液晶パネルの表示領域上の位置を説明する図であり、（Ｂ）は、液晶パネルの斜め断面における主光線角度と絞りの位置との関係を示す図であり、（Ｃ）は、液晶パネルの縦横断面における主光線角度と絞りの位置との関係を示す図である。 （Ａ）は、図３等に示す投写光学系の変形例の横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の縦断面の構成を示す。 第１実施形態の実施例１の光学系の第１動作状態における縦断面について説明する図である。 図９の光学系をワイド端とした場合の縦断面について説明する図である。 第２動作状態における縦断面について説明する図である。 図１１の光学系をワイド端とした場合の縦断面について説明する図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の第１動作状態における光学系ズーミングの動作を説明する図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の第２動作状態における光学系ズーミングの動作を説明する図である。 （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。 （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横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の縦断面の構成を示す。 （Ａ）は、第４実施形態に係るプロジェクターの投写光学系の横断面の構成を示し、（Ｂ）は、投写光学系の縦断面の構成を示す。

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。

〔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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（縦横比）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。

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。

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。

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。

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、絞り７０とからなる。

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は、図４（Ａ）に示すように第１、第２及び第３レンズ群３２ａ，３２ｂ，３２ｃ等で構成され、各レンズ群３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、１枚以上のレンズで構成されている。これらのレンズ群３２ａ，３２ｂ，３２ｃ等又はこれらを構成する少なくとも１枚のレンズを、図３の駆動機構６１に内蔵されるズーム駆動機構６１ａ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。

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。

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。

第２群４０を図３に示す進退駆動機構である第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による投写距離等を変えずに横縦比だけの変更が可能になる。なお、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。

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。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。

また、図３に示すように、投写光学系２０では、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。

第３群６０は、横方向及び縦方向にパワーを持つ回転対称な光学要素回転対称レンズを１枚以上含む。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。その結果として第３群６０は全体の収差を抑えることができため、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。

絞り７０は、例えば第１群３０の第２レンズ部３２を構成するいずれかのレンズに隣接して位置変更可能な状態で配置される。図４（Ａ）に示す例では、第２レンズ部３２の第１及び第２レンズ群３２ａ，３２ｂの間に絞り７０を配置している。絞り７０は、第１群３０を通過する光束すなわち画像光を部分的に遮光することで、画像光の状態を調整する機能を有する。具体的には、絞り７０は、第１群３０を通過する光束の断面を光軸ＯＡ上の対応位置で規定のサイズ及び形状とする。これにより、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）から射出される画像光の射出状態を調整することができ、その主光線の射出角度や方向を調整することができる。つまり、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の画面の各位置における主光線の射出角度等を調整することができる。ここで、絞り７０は、駆動機構６１に内蔵される絞り駆動機構６１ｂにより、第２群４０の進退に連動して光軸ＯＡに沿ってスライド移動する。つまり、駆動機構６１の絞り駆動機構６１ｂは、第２群４０を光路上に配置する第１動作状態と第２群４０を光路上から退避させた第２動作状態とに応じて絞り７０の配置を変更する。また、絞り７０は、駆動機構６１に内蔵されるズーム駆動機構６１ａにより、第１動作状態及び第２動作状態のいずれにおいても、第１群３０の第２レンズ部３２のズーム動作に連動して光軸ＯＡに沿って移動する。つまり、駆動機構６１のズーム駆動機構６１ａは、絞り７０を光軸ＯＡに沿って移動させることにより、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）から射出される画像光の射出状態をズーミングすなわち投写倍率に応じて適切な状態にできる。以上のように、駆動機構６１は、ズーム駆動機構６１ａとしてズーム動作に応じて絞り７０を光軸ＯＡの方向に沿った位置に関して連続的に動かし、かつ、絞り駆動機構６１ｂとして第１及び第２動作状態に応じて絞り７０を光軸ＯＡの方向に沿った位置に関して段階的に切り替えるように動かす。なお、このような駆動機構６１の動作は、例えば２種類のカムを組み合わせること等によって実現できる。

以上のズーム駆動機構６１ａ及び絞り駆動機構６１ｂとしての駆動機構６１、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。特に、駆動機構６１は、絞り駆動機構６１ｂとして、第１動作状態であるか第２動作状態であるかに応じて絞り７０の位置を変更するにあたって、第２群４０を進退させる進退駆動機構である第１アナモフィック駆動機構６２と連動している。このほか、例えば、ズーム駆動機構６１ａとしての駆動機構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。

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郡を通過するため、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。

図６（Ａ）及び６（Ｂ）は、第２群４０を光路上に配置する第１動作状態の投写光学系２０における絞り７０の配置を説明する図であり、図６（Ｃ）は、第２群４０を光路上から退避させた第２動作状態の投写光学系２０における絞り７０の配置を説明する図である。ここでは、投写光学系２０のうち、物体側のテレセントリック性に影響する部分として、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）から絞り７０までの間に配置される光変調素子側レンズ群２０ｂについて考える。図示の場合、光変調素子側レンズ群２０ｂは、第１群３０のうち第２レンズ部３２の第２及び第３レンズ群３２ｂ，３２ｃと、第２群４０と、第３群６０とからなる。つまり、絞り７０の物体側に、第１群３０中の第３レンズ群３２ｃと、第２群４０と、第３群６０とが配置されている。

まず、図６（Ａ）及び６（Ｂ）に示す第１動作状態において、絞り７０と光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の最端面２０ｆとの距離をｐとする。図６（Ａ）に示す光変調素子側レンズ群２０ｂの縦断面すなわちＹＺ断面において、光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の焦点ＦＰｙと、光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の最端面２０ｆとの距離をＦＦＰｙとする。さらに、図６（Ｂ）に示す光変調素子側レンズ群２０ｂの横断面すなわちＸＺ断面において、光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の焦点ＦＰｘと、光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の最端面２０ｆとの距離をＦＦＰｘとする。この場合、最端面２０ｆから絞り７０までの距離ｐは、距離ＦＦＰｘと距離ＦＦＰｙとの間に設定されている。つまり、ＦＦＰｘ＜ＦＦＰｙであるとき、距離ｐは、下記条件（１）の範囲内で設定される。
ＦＦＰｘ＜ｐ＜ＦＦＰｙ （１）
また、ＦＦＰｙ＜ＦＦＰｘであるとき、距離ｐは、下記条件（１）'の範囲内で設定される。
ＦＦＰｙ＜ｐ＜ＦＦＰｘ （１）'
ここで、図６（Ａ）及び６（Ｂ）に例示する投写光学系２０は、横断面の焦点ＦＰｘの方が縦断面の焦点ＦＰｙよりも最端面２０ｆに近くなってＦＦＰｘ＜ＦＦＰｙとなっており、横方向に相対的に大きな拡大率を有し画像のアスペクト比を増大させるものとなっている。この場合、距離ｐは、条件（１）の範囲内に設定され、下限のＦＦＰｘよりも大きく、上限のＦＦＰｙよりも小さくなる。

以上の条件（１）、（１）'は、画角の方向も考慮して投写光学系２０のテレセントリック性を良好に保つための絞り７０の配置範囲を規定している。条件（１）、（１）'の範囲内で絞り７０を配置する場合、テレセントリック性を高めて光の利用効率を確保することができるので、プロジェクター２の性能を高めることができる。たとえば、縦に画像を圧縮するタイプの投写光学系２０の場合、一般にＦＦＰｘ＜ＦＦＰｙとなり、光変調素子側レンズ群２０ｂの液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）側の最端面２０ｒまでにかけての光束のうち最大画角に対応する光束が光軸ＯＡに対して平行でなく傾きを有することになる。具体的には、縦断面の周辺画像に対応する主光線ＰＬ１はスクリーンＳＣに向けて内向きに傾き、横断面の周辺画像に対応する主光線ＰＬ２はスクリーンＳＣに向けて外向きに傾く。結果的に、投写光学系２０は、厳密な意味では縦横のいずれにもテレセントリックでなくなるが、縦方向と横方向とに関してバランスよくテレセントリック性を高めたものとなっている。なお、条件（１）の上限を超えてスクリーンＳＣ側に絞り７０を配置すると、横断面及び縦断面の周辺画像に対応する主光線はいずれもスクリーンＳＣに向かって光軸ＯＡから離れる外向きに傾き、投写光学系２０のテレセン性が大きく崩れることになる。逆に、条件（２）の上限を超えてスクリーンＳＣ側に絞り７０を配置すると、横断面及び縦断面の周辺画像に対応する主光線はいずれもスクリーンＳＣに向かって光軸ＯＡに近づく内向きに傾き、投写光学系２０のテレセン性が大きく崩れることになる。

絞り７０のより好ましい配置は、光変調素子側レンズ群２０ｂの縦断面での焦点ＦＰｙと光変調素子側レンズ群２０ｂの横断面での焦点ＦＰｘとの中間位置から、最端面２０ｆ側又は物体側の焦点位置までの範囲内とする。つまり、ＦＦＰｘ＜ＦＦＰｙであるとき、距離ｐは、下記条件（２）の範囲内で設定される。
ＦＦＰｘ＜ｐ≦（ＦＦＰｙ＋ＦＦＰｘ）／２ （２）
また、ＦＦＰｙ＜ＦＦＰｘであるとき、距離ｐは、下記条件（２）'の範囲内で設定される。
ＦＦＰｙ＜ｐ≦（ＦＦＰｙ＋ＦＦＰｘ）／２ （２）'
ここで、図６（Ａ）及び６（Ｂ）に例示する投写光学系２０は、ＦＦＰｘ＜ＦＦＰｙとなっており、横方向に相対的に大きな拡大率を有し画像のアスペクト比を増大させるものとなっている。この場合、距離ｐは、条件（２）の範囲内に設定され、下限のＦＦＰｘよりも大きく、上限の（ＦＦＰｙ＋ＦＦＰｘ）／２よりも小さくなる。これにより、横方向と縦方向との中間方向におけるテレセントリック性を比較的高くすることができ、テレセントリック性の方向的な偏りを低減することができ、観察方向等に依存してムラの生じにくい明るい画像を投写することができる。

次に、図６（Ｃ）に示す第２動作状態において、絞り７０と光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の最端面２０ｆとの距離をｐ'とする。図６（Ｃ）に示す光変調素子側レンズ群２０ｂの縦断面すなわちＹＺ断面において、光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の焦点ＦＰＬと、光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の最端面２０ｆとの距離をＦＦＰＬとする。この場合、最端面２０ｆから絞り７０までの距離ｐ'は、距離ＦＦＰＬと略等しくなるように設定されている。つまり、距離ｐ'は、
ｐ'≒ＦＦＰＬ （３）
となるように、絞り７０は、絞り駆動機構としての駆動機構６１（図３参照）によって光軸ＯＡの延びる方向に沿って移動する。この場合、第２動作状態においても、テレセントリック性の方向的な偏りを低減することができる。なお、正確にｐ'＝ＦＦＰＬとなっている場合、テレセントリック性を実現させるために最適な状態となる。ただし、実際にはレンズの収差を考慮する必要があり、その上で可能な限りｐ'の値をＦＦＰＬに近づけることが望ましい。

以下、図７（Ａ）を参照して、第１動作状態での絞り７０の位置について考察するための前提として、液晶パネル１８Ｇの表示領域Ａ０の座標について考える。ここでは、光軸ＯＡを基準として横のＸ方向に対応するｘ軸と縦のＹ方向に対応するｙ軸とを定めている。縦横で非対称なアナモフィック型レンズ系を備える投写光学系２０において、液晶パネル１８Ｇからの主光線の射出角度を考えるとき、ｘ軸に沿った横軸位置やｙ軸に沿った縦軸位置だけを考えるだけでは足りず、斜め方向の位置を考える必要があることが分かった。つまり、図中に斜めベクトルＶＳで示す方向についても、主光線の射出角度（主光線角度）を考えるものとする。ここで、ｘ軸に沿った横軸位置とこれの点からの主光線角度とは、近似的に略線形であるものとし、ｙ軸に沿った縦軸位置とこれの点からの主光線角度とは、近似的に略線形であるものとする。同様に、ベクトルＶＳに平行な斜め位置Ｅｓとこれの点からの主光線角度とも、略線形であるとして取り扱うことができる。

図７（Ｂ）は、ベクトルＶＳの先端の斜め位置Ｅｓにおける主光線角度を、絞り７０の位置を変化させつつ計算したシミュレーション結果の一例を示している。

チャートからも明らかなように、光変調素子側レンズ群２０ｂの縦断面の焦点ＦＰｙと横断面の焦点ＦＰｘとの間に主光線角度の極小値が存在する。つまり、絞り７０の位置が縦断面の焦点ＦＰｙと横断面の焦点ＦＰｘとの間に設定された場合、主光線角度の増加を全体的に抑え得ることが分かる。換言すれば、光変調素子側レンズ群２０ｂの最端面２０ｆから絞り７０までの距離ｐは、距離ＦＦＰｘと距離ＦＦＰｙとの間に設定されることが望ましい。つまり、距離ｐは、上記条件（１）の範囲内で設定されることが望ましい。

さらに、より細かく観察すると、縦断面の焦点ＦＰｙと横断面の焦点ＦＰｘとの中間位置と、横断面の焦点ＦＰｘとの間に主光線角度の極小値が存在する。つまり、絞り７０の位置が一対の焦点ＦＰｙ，ＦＰｘの中間位置と横断面の焦点ＦＰｘとの間に設定された場合、主光線角度の増加を全体的に抑え得るものと考えられる。換言すれば、光変調素子側レンズ群２０ｂの最端面２０ｆから絞り７０までの距離ｐは、距離ＦＦＰｘと距離ＦＦＰｙとの平均値以下であって距離ＦＦＰｘ以上であることが望ましいと考えられる。つまり、距離ｐは、上記条件（２）の範囲内で設定されることが望ましい。

図７（Ｃ）は、横のｘ軸に沿った位置Ｅｘと縦のｙ軸に沿った位置Ｅｙとにおける主光線角度を、絞り７０の位置を変化させつつ計算したシミュレーション結果の一例を示している。チャートからも明らかなように、横軸位置Ｅｘでは、絞り７０が横断面の焦点ＦＰｘに配置される場合に主光線角度がゼロとなる。一方、縦軸位置Ｅｙでも、絞り７０が縦断面の焦点ＦＰｙに配置される場合に主光線角度がゼロとなる。

以上のように、本実施形態の投写光学系２０の場合、第１動作状態では画角の方向も考慮して、アナモフィック光学系が挿入された第１動作状態とアナモフィック光学系が退避した第２動作状態とのいずれにおいても、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）からの光線が縦断面、横断面、及び斜め断面で光軸ＯＡに平行に近い状態にされている。これにより、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。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。また、略テレセントリックな状態にすることで、３板式の光変調素子を用いる場合、色むらの低減ができるため画質の向上につながる。

また、本実施形態の投射光学系２０の場合、図５（Ｂ）に示すように第２動作状態において、第１群３０と第３群６０とを光路上に固定的に設置して第２群４０を光路上に進退させる。この点が従来のリア配置型のリレー系（特開２００４−０２７４９６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、従来のリア配置型のリレー系では、リア配置型のリレー系を取り外した場合は、おおよそリア配置型のリレー系分だけ、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や第３群６０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や第３群６０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、従来のリア配置型のリレー系を投写系に流用する場合、リア配置型のリレー系の一部である第２群４０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、従来のリア配置型のリレー系は、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る。このため、従来のリア配置型のリレー系の場合、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、従来のリア配置型のリレー系とは異なり、第１群３０及び第３群６０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及び第３群６０への偏芯等の影響を少なくでき、さらに機構的にも比較的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をユニットとして別体の第１群３０及び第３群６０間への組付精度を考慮すればよく、組立性向上が望める。

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、駆動機構６１に内蔵されるズーム駆動機構６１ａ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６１ａ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。

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。

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。

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。

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。

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。

図８（Ａ）及び８（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。図８（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８（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。

以上のように本実施形態の投写光学系２０によれば、光変調素子側レンズ群２０ｂ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、絞り７０と光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の最端面２０ｆとの距離ｐが第２群４０を光路上に配置した第１動作状態において上記条件式（１）、（１）'を満たすので、縦方向と横方向との双方で一定以上のテレセントリック性を確保することができる。また、距離ｐが光変調素子側レンズ群２０ｂに含まれる第２群４０を光路上から退避させた第２動作状態において上記条件式（３）を満たすので、第２動作状態においてもテレセントリック性を確保することができる。

図９及び１０は、第１実施形態の投写光学系２０の具体的な実施例１を説明する図であり、第１動作状態での投写光学系２０を示すものである。図９は、比較的拡大率の低い「テレ端」の状態を示し、図１０は、比較的拡大率の高い「ワイド端」の状態を示している。

投写光学系２０は、レンズＬ１〜Ｌ１９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に含まれるレンズＬ１〜Ｌ１３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Ｌ１４，Ｌ１６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は、負のメニスカスレンズであり、レンズＬ１９は、正のメニスカスレンズである。なお、第１群３０のうち、レンズＬ８，Ｌ９で構成される第１レンズ群３２ａと、レンズＬ１０，Ｌ１１で構成される第２レンズ群３２ｂと、レンズＬ１２，Ｌ１３で構成される第３レンズ群３２ｃとは、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。なお、レンズＬ１８は、非球面レンズである。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。すなわち、

に適宜数値を入れることで、形状が特定される。

また、図１１及び１２は、第１実施形態の投写光学系２０の具体的な実施例１を説明する図であり、第２動作状態での投写光学系２０を示すものである。図１１は、比較的拡大率の低い「テレ端」の状態を示し、図１２は、比較的拡大率の高い「ワイド端」の状態を示している。

以下の表１及び表２に、実施例１のレンズデータ等を示す。表１は、第１動作状態での投写光学系２０に関するものであり、表２は、第２動作状態での投写光学系２０に関するものである。これらの表１及び表２の上欄において、「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、「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。なお、実施例１の場合、レンズＬ１８以外のすべての面が球面又はシリンドリカル面となっている。また、非球面レンズであるレンズＬ１８については、上述した多項式ｈに表１及び表２の下欄の値を適用したものとなる。

図９〜図１２に示すように、第２レンズ部３２に含まれる各レンズ群３２ａ，３２ｂ，３２ｃ及び絞り７０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第１及び第２動作状態においてそれぞれなされる。

図１３（Ａ）〜１３（Ｃ）は、第１動作状態におけるズーミングの動作を説明するものであり、及び図１４（Ａ）〜１４（Ｃ）は、第２動作状態におけるズーミングの動作を説明するものである。図１３（Ａ）は、第１動作状態のうち図１０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１３（Ｂ）は、「中間」の状態の場合を示し、図１３（Ｃ）は、図９の状態を示し、拡大率の小さな「テレ端」の場合を示している。同様に、図１４（Ａ）は、第２動作状態の「ワイド端」の場合を示し、図１４（Ｂ）は、「中間」の状態の場合を示し、図１４（Ｃ）は、「テレ端」の場合を示している。図示のように、ズーミングの動作に伴って、絞り７０の位置が変化している。つまり、絞り７０は、第１動作状態と第２動作状態とで異なる位置に配置されるのみならずズーミングの動作によっても移動する。ただし、絞り７０は、縦断面の焦点ＦＰｙと横断面の焦点ＦＰｘとの間であって、縦断面の焦点ＦＰｙと横断面の焦点ＦＰｘとの中間位置よりも物体側すなわち焦点ＦＰｘ側に配置されている。

以下の表３及び表４の上欄に、図１３（Ａ）〜１３（Ｃ）及び図１４（Ａ）〜１４（Ｃ）に示すズーミング動作時の第２レンズ部３２の各レンズ群３２ａ，３２ｂ，３２ｃ及び絞り７０の位置を示している。具体的には、レンズ群３２ａのレンズＬ８の像側面が第１３面になっており、レンズ群３２ｂのレンズＬ１０の像側面が第１６面になっており、レンズ群３２ｃのレンズＬ１２の像側面が第２４面になっている。

なお、表３及び表４の中欄は、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３及び表４の下欄は、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。

〔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。

図１５（Ａ）及び１５（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。投写光学系２０は、光軸ＯＡの延びる方向について互いに異なる位置に配置される複数の絞りを有している。つまり、本実施形態の投写光学系２０は、相対的にスクリーン側に配置される第１絞り１７０ａと物体側に配置される第２絞り１７０ｂとを有している。これらの絞り１７０ａ，１７０ｂは、駆動機構６１に内蔵される絞り駆動機構６１ｂ（図３参照）によって、第２群４０の進退に伴って絞りの口径が変化するものとなっている。具体的には、まず、第１動作状態においては、図１５（Ａ）に示すように第１絞り１７０ａが閉じた状態となり、かつ、第２絞り１７０ｂが開いた状態となることで、両者のうち第１絞り１７０ａが実質的な絞りとしての機能を果たす。一方、第２動作状態においては、図１５（Ｂ）に示すように第２絞り１７０ｂが閉じた状態となり、かつ、第１絞り１７０ａが開いた状態となることで、両者のうち第２絞り１７０ｂが実質的な絞りとしての機能を果たす。以上のように、本実施形態の投写光学系２０は、異なる位置に配置された絞り１７０ａ，１７０ｂの開閉状態を変えることで、絞りを光軸ＯＡの方向に関して異なる位置に配置させることができる。なお、ズーム動作を行う場合には、駆動機構６１に内蔵されるズーム駆動機構６１ａ（図３参照）により両絞り１７０ａ，１７０ｂを光軸ＯＡの方向について連続的に移動させるものとなっている。

〔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。

図１６（Ａ）及び１６（Ｂ）は、第３実施形態に係る投写光学系２０を説明する図である。投写光学系２０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。

図１６（Ａ）等に示す投写光学系２０の場合、一般に、縦断面の焦点ＦＰｙの方が横断面の焦点ＦＰｘよりも液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に近くなってＦＦＰｙ＜ＦＦＰｘとなる。この場合、距離ｐは、条件（１）'
ＦＦＰｙ＜ｐ＜ＦＦＰｘ （１）'
の範囲内に設定され、下限のＦＦＰｙよりも大きく、上限のＦＦＰｘよりも小さくなる。これにより、横方向と縦方向との双方におけるテレセントリック性を高くすることができる。

また、図１６（Ａ）等に示す投写光学系２０の場合、距離ｐは、条件（２）'
ＦＦＰｙ＜ｐ≦（ＦＦＰｙ＋ＦＦＰｘ）／２ （２）'
の範囲内に設定され、下限のＦＦＰｙよりも大きく、上限の（ＦＦＰｙ＋ＦＦＰｘ）／２よりも小さくなる。これにより、横方向と縦方向との中間方向におけるテレセントリック性を比較的高くすることができる。

〔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。

図１７（Ａ）及び１７（Ｂ）は、第４実施形態に係る投写光学系３２０を説明する図である。この投写光学系３２０は、第１群３０と第２群４０とからなり、第１実施形態の投写光学系２０のような第３群６０を有しない。この場合、絞り７０の位置は、光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の最端面を基準として、横断面の焦点と縦断面の焦点との間となっており、光変調素子側レンズ群２０ｂのスクリーンＳＣ側の最端面から絞り７０までの距離ｐは、距離ＦＦＰｙと距離ＦＦＰｘとの間となっている。さらに、この投写光学系３２０の場合、絞り７０の位置は、光変調素子側レンズ群２０ｂの横断面での焦点と縦断面の焦点との中間位置から、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）側の焦点位置までの範囲内とする。

図１７（Ａ）等に示す第２群４０は、図８（Ａ）等に示す第２群１４０と同様の構成とすることができる。さらに、図１７（Ａ）等に示す第２群４０は、図１６（Ａ）等に示す第２群２４０と同様の構成とすることができる。

第３実施形態に係る投写光学系３２０において、第２群４０に正のパワーを有するレンズ群を追加することもできる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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…液晶パネル、 １９…クロスダイクロイックプリズム、 ２０，３２０…投写光学系、 ２０ａ…本体部分、２０ｂ…光変調素子側レンズ群、２０ｆ…スクリーン側の最端面、 ３０…第１群、 ３１…第１レンズ部、 ３２…第２レンズ部、 ４０，２４０，４０…第２群（調整光学要素）、 ４１，４２，１４１，１４２…光学要素群、 ６０…第３群、 ５０…光学系部分、 ６１…駆動機構、 ６１ａ…ズーム駆動機構、 ６１ｂ…絞り駆動機構、 ６２…第１アナモフィック駆動機構（進退駆動機構）、 ６３…第２アナモフィック駆動機構、 ６４…全系駆動機構、 ７０，１７０ａ，１７０ｂ…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

Claims (12)

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、
   光束の通過を制限する絞りと、
   前記光変調素子から前記絞りまでの間に配置され、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調整光学要素を含む光変調素子側レンズ群とを有し、
   前記絞りは、前記光変調素子側レンズ群の前記調整光学要素の進退動作に連動して、光軸方向の異なる位置において光束の通過を制限する、
   投写光学系。
2. 前記絞りと前記光変調素子側レンズ群の前記被投写面側の最端面との距離をｐとして、
   前記光変調素子側レンズ群の横断面において、前記被投写面側の焦点と前記被投写面側の最端面との距離をＦＦＰｘとし、
   前記光変調素子側レンズ群の縦断面において、前記被投写面側の焦点と前記被投写面側の最端面との距離をＦＦＰｙとし、
   ＦＦＰｘ＜ＦＦＰｙのとき、前記絞りは、前記光変調素子側レンズ群の前記調整光学要素が光路上にある状態においてＦＦＰｘ＜ｐ＜ＦＦＰｙとなる位置にあり、
   ＦＦＰｙ＜ＦＦＰｘのとき、前記絞りは、前記光変調素子側レンズ群の前記調整光学要素が光路上にある状態においてＦＦＰｙ＜ｐ＜ＦＦＰｘとなる位置にある、請求項１に記載の投写光学系。
3. 前記絞りと前記物体側レンズ群の前記被投写面側の最端面との距離ｐと前記調整光学要素群が光路上から退避した状態の前記物体側レンズ群における前記投写面側の焦点と前記被投写面側の最端面との距離ＦＦＰＬとは略等しい、請求項２に記載の投写光学系。
4. ＦＦＰｘ＜ＦＦＰｙのとき、前記光変調素子側レンズ群の前記調整光学要素が光路上にある状態においてＦＦＰｘ＜ｐ≦（ＦＦＰｙ＋ＦＦＰｘ）／２であり、
   ＦＦＰｙ＜ＦＦＰｘのとき、前記光変調素子側レンズ群の前記調整光学要素が光路上にある状態においてＦＦＰｙ＜ｐ≦（ＦＦＰｙ＋ＦＦＰｘ）／２である、請求項２及び３のいずれか一項に記載の投写光学系。
5. 前記被投写面側から順に、拡大用の第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前記調整光学要素である第２群と、正のパワーを持つ第３群とからなる、請求項１から４までのいずれか一項に記載の投写光学系。
6. 前記被投写面側から順に、拡大用の第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前記調整光学要素である第２群とからなる、請求項１から４までのいずれか一項に記載の投写光学系。
7. 前記第２群を進退させる進退駆動機構と、前記進退駆動機構に連動して前記絞りを動作させる絞り駆動機構と、をさらに備える請求項５及び６のいずれか一項に記載の投写光学系。
8. 前記絞り駆動機構は、前記第２群の進退に伴って前記絞りを光軸方向に沿ってスライド移動させる、請求項７に記載の投写光学系。
9. 前記絞りは、光軸方向について異なる位置に複数配置され、前記絞り駆動機構は、前記第２群の進退に伴って前記絞りの口径を変化させる、請求項７に記載の投写光学系。
10. 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５から９までのいずれか一項に記載の投写光学系。
11. 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５から９までのいずれか一項に記載の投写光学系。
12. 請求項１から１１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。

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