(57)【要約】【課題】簡易な構成によって大幅な画面サイズの切り換えが可能であって、かつ十分な光学性能を備える投写光学系、及びその投写光学系を用いるプロジェクタを提供すること。【解決手段】光を投写させる投写光学系１３であって、第１の系と、第１の系とは異なる焦点距離の第２の系とに互いに切換可能であって、第１の系及び第２の系は、第１の系を構成する第１光学素子群である第１レンズ群と、第２の系を構成する第２光学素子群である第２レンズ群とを入れ換えることにより切り換えられる。【選択図】図１
2008139530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を投写させる投写光学系であって、第１の系と、前記第１の系とは異なる焦点距離の第２の系とに互いに切換可能であることを特徴とする投写光学系。
【請求項２】
前記第１の系及び前記第２の系は、前記第１の系を構成する第１光学素子群と、前記第２の系を構成する第２光学素子群とを入れ換えることにより切り換えられることを特徴とする請求項１に記載の投写光学系。
【請求項３】
前記第１の系及び前記第２の系は、前記第１の系の一部を構成する少なくとも１つの光学素子と、前記第２の系の一部を構成する少なくとも１つの光学素子とを入れ換えることにより切り換えられることを特徴とする請求項１に記載の投写光学系。
【請求項４】
光軸から特定の側へシフトさせて光を投写させ、
前記第１の系は、絞りより出射側に設けられた光学素子のうち前記光軸を含む面に関して一方の側である第１部分を用いて構成され、
前記第２の系は、前記光学素子のうち前記光軸を含む面に関して前記第１部分とは異なる側である第２部分を用いて構成されることを特徴とする請求項１に記載の投写光学系。
【請求項５】
前記光学素子は、前記第１部分と前記第２部分とで、互いに異なる光学特性を備えることを特徴とする請求項４に記載の投写光学系。
【請求項６】
前記第１の系及び前記第２の系は、絞りより出射側に設けられた少なくとも１つの光学素子を、前記光軸を中心として回転させることにより切り換えられることを特徴とする請求項４又は５に記載の投写光学系。
【請求項７】
前記光軸に対して前記特定の側とは反対側の位置からの光を前記特定の側へシフトさせて投写させ、
前記第１の系及び前記第２の系は、前記投写光学系を構成する光学素子群を、前記光軸を中心として回転させることにより切り換えられることを特徴とする請求項４又は５に記載の投写光学系。
【請求項８】
画像信号に応じて光を変調する空間光変調装置と、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の投写光学系と、を有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項９】
前記投写光学系は、第１の系と、前記第１の系とは異なる焦点距離の第２の系とに互いに切換可能であって、前記第１の系と前記第２の系との間の切換がなされる間、前記画像信号に応じた光の出射を停止させることを特徴とする請求項８に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写光学系及びプロジェクタ、特に、フロント投写型のプロジェクタに用いられる投写光学系の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来普及しているフロント投写型のプロジェクタの多くは、投写距離を確保するために、ある程度スクリーンから離れた位置に設置される。スクリーンから離れた位置にプロジェクタを設置する場合、プロジェクタからスクリーンまでの光路中に光を遮る障害物が存在しないような場所の確保が必要となる。このようなプロジェクタの設置位置の制約は、表示画面が大きくなるほど顕著となる。特に、狭い室内の場合は大画面を表示することが難しくなる。近年、フロント投写型のプロジェクタにより近接投写を行う技術が提案されている。近接投写を可能とすることで、例えば壁面に近い位置にプロジェクタを配置することが可能となる。壁面に近い位置、例えば壁面から数十ｃｍ以内の位置にプロジェクタを配置可能とすることで、プロジェクタの設置位置の制約を少なくでき、省スペース化も可能となる。また、狭い室内であっても大画面の表示が可能となる。
【０００３】
従来普及しているフロント投写型のプロジェクタの多くは、画面サイズを調節するためのズーム機能を備えている。一般に、ズーム機能は、光学系を構成する光学素子の位置調整等によって実現される。例えば特許文献１には、光学素子であるレンズを移動させるズームレンズの技術が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１９１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、より小さな画面とより大きな画面とを表示可能とするために、高変倍率を実現可能とする投写光学系が望まれている。しかし、高変倍率を可能とするための投写光学系の設計は難しく、高変倍率かつ十分な光学性能を備える投写光学系を実現することは非常に困難である。また、近接投写を行うプロジェクタには、超短焦点の投写光学系が採用される。超短焦点の光学系の場合、大きな広角化を可能とする設計に関して非常に高い難易度が求められることになる。このため、大きな広角化を可能とする構成に、さらにズーム機能を盛り込むような設計は非常に困難となる。このように、従来の技術によると、簡易な構成によって容易に画面サイズを切り換え可能とし、十分な光学性能を得ることが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって大幅な画面サイズの切り換えが可能であって、かつ十分な光学性能を備える投写光学系、及びその投写光学系を用いるプロジェクタ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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光を投写させる投写光学系であって、第１の系と、第１の系とは異なる焦点距離の第２の系とに互いに切換可能であることを特徴とする投写光学系を提供することができる。
【０００７】
第１の系と第２の系とで異なる構成を持たせることが可能であるため、光学素子の位置調整のみによりズーム機能を実現する場合と比較して、投写光学系の設計を容易にし、投写光学系を簡易な構成にできる。また、十分な光学性能を容易に実現できる。超短焦点の投写光学系においてもズーム機能を盛り込むような設計を不要とすることで、設計の困難性や構成の複雑化を助長させること無く画面サイズの調節が可能となる。これにより、簡易な構成によって大幅な画面サイズの調節が可能であって、かつ十分な光学性能を備える投写光学系を得られる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、第１の系及び第２の系は、第１の系を構成する第１光学素子群と、第２の系を構成する第２光学素子群とを入れ換えることにより切り換えられることが望ましい。これにより、互いに異なる焦点距離を持つ第１の系と第２の系とを切り換えることができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、第１の系及び第２の系は、第１の系の一部を構成する少なくとも１つの光学素子と、第２の系の一部を構成する少なくとも１つの光学素子とを入れ換えることにより切り換えられることが望ましい。これにより、さらに簡易な構成により、互いに異なる焦点距離を持つ第１の系と第２の系とを切り換えることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、光軸から特定の側へシフトさせて光を投写させ、第１の系は、絞りより出射側に設けられた光学素子のうち光軸を含む面に関して一方の側である第１部分を用いて構成され、第２の系は、光学素子のうち光軸を含む面に関して第１部分とは異なる側である第２部分を用いて構成されることが望ましい。シフト光学系を採用する場合、例えば円形状のレンズのうち光の偏向に利用されるのは、円形状を直径により２等分した一方の半円部分となる。そのため、光学素子のうち第１部分のみを用いて第１の系を構成し、光学素子のうち第２部分のみを用いて第２の系を構成することができる。光学素子のうち光を入射させる部分を第１部分と第２部分とに入れ換えることで、簡易な構成により第１の系と第２の系とを切り換えることが可能となる。また、第１部分及び第２部分を備える光学素子は１つの鏡筒に収めることができ、省スペース化を図れる。これにより、さらに簡易かつ小型な構成により、大幅な画面サイズの調節を可能とし、かつ十分な光学性能の実現ができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、第１部分と第２部分とで、互いに異なる光学特性を備えることが望ましい。これにより、同じ光学素子を用いて第１の系と第２の系とを構成可能にできる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、第１の系及び第２の系は、絞りより出射側に設けられた少なくとも１つの光学素子を、光軸を中心として回転させることにより切り換えられることが望ましい。これにより、互いに異なる焦点距離を持つ第１の系と第２の系とを切り換えることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、光軸に対して特定の側とは反対側の位置からの光を特定の側へシフトさせて投写させ、第１の系及び第２の系は、投写光学系を構成する光学素子群を、光軸を中心として回転させることにより切り換えられることが望ましい。これにより、互いに異なる焦点距離を持つ第１の系と第２の系とを切り換えることができる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、画像信号に応じて光を変調する空間光変調装置と、上記の投写光学系と、を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の投写光学系を用いることで、簡易な構成によって大幅な画面サイズの調節が可能であって、かつ十分な光学性能を得られる。これにより、簡易な構成によって大幅な画面サイズの調整が可能であって、かつ高品質な画像を表示可能なプロジェクタを得られる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、投写光学系は、第１の系と、第１の系とは異なる焦点距離の第２の系とに互いに切換可能であって、第１の系と第２の系との間の切換がなされる間、画像信号に応じた光の出射を停止させることが望ましい。第１の系と第２の系との間の切換中は、画像信号に関係無く画像が変化することとなる。第１の系と第２の系との間の切換中において光の出射を停止させることで、観察者へ与える不快感を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１０の概略構成を示す。プロジェクタ１０は、画像信号に応じた光を投写させるフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ１０は、壁面Ｗ近くのキャビネットＣ上に配置されている。プロジェクタ１０は、被照射面に近い位置、例えばスクリーン１６が配置された壁面Ｗから数十ｃｍ程度の位置から近接投写を行う。プロジェクタ１０は、光学エンジン１１を有する。
【００１８】
図２は、光学エンジン１１の概略構成を示す。固体光源である赤色（Ｒ）光用ＬＥＤ２１Ｒは、Ｒ光を供給する光源部である。Ｒ光用ＬＥＤ２１ＲからのＲ光は、コリメータレンズ２２で平行化された後、Ｒ光用空間光変調装置２３Ｒへ入射する。Ｒ光用空間光変調装置２３Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置２３Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２４へ入射する。
【００１９】
固体光源である緑色（Ｇ）光用ＬＥＤ２１Ｇは、Ｇ光を供給する光源部である。Ｇ光用ＬＥＤ２１ＧからのＧ光は、コリメータレンズ２２で平行化された後、Ｇ光用空間光変調装置２３Ｇへ入射する。Ｇ光用空間光変調装置２３Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置２３Ｇで変調されたＧ光は、Ｒ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム２４へ入射する。
【００２０】
固体光源である青色（Ｂ）光用ＬＥＤ２１Ｂは、Ｂ光を供給する光源部である。Ｂ光用ＬＥＤ２１ＢからのＢ光は、コリメータレンズ２２で平行化された後、Ｂ光用空間光変調装置２３Ｂへ入射する。Ｂ光用空間光変調装置２３Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置２３Ｂで変調されたＢ光は、Ｒ光、Ｇ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム２４へ入射する。なお、光学エンジン１１は、光束の強度分布を均一化させる均一化光学系、例えば、ロッドインテグレータやフライアイレンズ、重畳レンズを用いる構成としても良い。
【００２１】
クロスダイクロイックプリズム２４は、互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜２５、２６を有する。第１ダイクロイック膜２５は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜２６は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム２４は、それぞれ異なる側から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。
【００２２】
透過型液晶表示装置としては、例えば高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High  Temperature  Polysilicon；ＨＴＰＳ）を用いることができる。光学エンジン１１は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid  Crystal  On  Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）、ＧＬＶ（Grating  Light  Valve）等を用いても良い。プロジェクタ１０は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタ１０は、一の空間光変調装置により２つ又は３つの色光を変調する構成としても良い。また、光学エンジン１１は、光源部としてＬＥＤを用いる場合に限られない。光源部としては、例えば、ＬＥＤ以外の他の固体光源や、超高圧水銀ランプ等のランプを用いても良い。
【００２３】
図１に戻って、投写光学系１３は、光学エンジン１１の出射側に設けられている。投写光学系１３は、透過により光を偏向させる光学素子であるレンズを備える投写レンズである。非球面ミラー１４は、反射により投写光学系１３からの光を広角化させる広角化反射部であって、非球面形状の曲面を有する。非球面ミラー１４は、投写光学系１３からの光を広角化させる機能、及び投写光学系１３からの光を折り曲げてスクリーン１６の方向へ進行させる機能を有する。プロジェクタ１０は、投写光学系１３からの光を非球面ミラー１４で広角化させることにより超短焦点を可能とする。これにより、近接投写が可能となる。
【００２４】
非球面ミラー１４は、例えば、樹脂部材等を有する基材上に反射膜を形成することにより構成できる。反射膜としては、高反射性の部材の層、例えばアルミニウム等の金属部材の層や誘電体多層膜等を用いることができる。また、反射膜の上には、透明部材を有する保護膜を形成することとしても良い。非球面ミラー１４は、曲面形状とすることで、光の折り曲げと広角化とを同時に行うことが可能となる。
【００２５】
投写光学系１３のみならず非球面ミラー１４によっても光を広角化させることで、投写光学系１３のみにより光を広角化させる場合よりも投写光学系１３を小型にすることができる。投写光学系１３及び非球面ミラー１４は、画像の拡大とスクリーン１６における結像とを行っている。投写光学系１３は、画像の拡大及びスクリーン１６における結像の機能を果たす。非球面ミラー１４は、画像の拡大の機能を果たす。非球面ミラー１４は、画像の歪みを補正できるように適宜変形させても良い。
【００２６】
筐体１７は、光学エンジン１１、投写光学系１３及び非球面ミラー１４を収納する。出射部１５は、画像信号に応じて変調された光を筐体１７からスクリーン１６へ向けて出射させる。出射部１５は、筐体１７に設けられた開口を透明部材により覆うことで構成されている。スクリーン１６は、出射部１５からの光を反射させる反射型のスクリーンである。スクリーン１６は、観察者が存在する所望の範囲において光を拡散可能とすることで、良好な視野角特性を持たせることが可能となる。
【００２７】
プロジェクタ１０は、キャビネットＣの他、例えば床面、机、ラック等に設置することとしても良い。プロジェクタ１０はコンパクトな構成であるため、容易に設置場所を確保することができる。壁面Ｗ近くにプロジェクタ１０を設置可能とすることで、狭い室内であっても大画面を表示することができる。プロジェクタ１０は、非球面ミラー１４を筐体１７からはみ出させることとしても良い。この場合、筐体１７には、出射部１５に代えて、非球面ミラー１４へ入射させる光を通過させる開口が形成される。
【００２８】
プロジェクタ１０は、投写光学系１３と非球面ミラー１４との間に、光路を折り曲げるためのミラーを設けることとしても良い。ミラーで約９０度光路を折り曲げる構成とする場合、光学エンジン１１及び投写光学系１３は、図１の紙面上下方向或いは紙面奥行き方向へ光を出射させるように配置される。これにより、光学エンジン１１から非球面ミラー１４までの各部をさらに壁面Ｗの近くに配置することが可能となる。
【００２９】
図３は、プロジェクタ１０の光学系を模式的に表したものである。投写光学系１３及び非球面ミラー１４は、光軸が略一致するように配置されている。スクリーン１６の法線Ｎは、投写光学系１３の光軸及び非球面ミラー１４の光軸と略平行である。投写光学系１３、非球面ミラー１４及びスクリーン１６は、いずれも共通の光軸ＡＸを持つ、いわゆる共軸光学系を構成している。プロジェクタ１０は、画像信号に応じて変調された光を光軸ＡＸに対して特定の側へシフトさせて進行させる、いわゆるシフト光学系を構成している。
【００３０】
具体的には、画像信号に応じて変調された光を光軸ＡＸに対して図３の紙面上側へシフトさせて進行させている。一方、光学エンジン１１中のクロスダイクロイックプリズム２４の出射面に仮想的に形成される像面の中心法線は、光軸ＡＸに対して平行であり、かつ特定の側とは反対側、即ち光軸ＡＸに対して図３における紙面下側にシフトしている。かかる構成により、プロジェクタ１０は、スクリーン１６に対して大きな入射角をなす光を入射させる。入射角は、スクリーン１６の法線Ｎと入射光線とがなす角度である。
【００３１】
共軸光学系を採用することにより、通常の共軸系の設計手法を採用することが可能である。よって、光学系の設計工数を少なくし、かつ収差が少ない光学系を実現することができる。非球面ミラー１４は、光軸ＡＸに関して略回転対称な形状、例えば、円錐形状のうち頂点部以外の一部を切り取った形状とすることができる。非球面ミラー１４を光軸ＡＸに関して略回転対称な形状とすることで、非球面ミラー１４の光軸と他の構成の光軸とを容易に一致させることが可能となる。非球面ミラー１４は軸対称の非球面形状となることから、旋盤等の簡易な手法により加工を行うことができる。よって、非球面ミラー１４を容易かつ高い精度で製造することができる。
【００３２】
プロジェクタ１０は、投写光学系１３及び非球面ミラー１４を用いることで、画角θを少なくとも１５０度以上、例えば１６０度とする超広角光学系を採用している。さらに、超広角化させたうちの一部の角度範囲のみを使用するシフト光学系を採用することで、光の進行方向を揃えることが可能である。本実施例の場合、例えば、スクリーン１６における最小入射角は７０度、最大入射角は８０度となる。シフト光学系を採用することにより、スクリーン１６へ入射する光の角度差を１０度程度以内とすることが可能となる。
【００３３】
図４は、投写光学系１３の断面構成を示す。図５は、投写光学系１３の入射側平面構成を示す。投写光学系１３は、第１レンズ群３１と第２レンズ群３２とを有する。第１レンズ群３１は、第１鏡筒３３により固定された４つのレンズＬＮを備える第１光学素子群であって、第１の系を構成する。第２レンズ群３２は、第１鏡筒３３より長い第２鏡筒３４により固定された６つのレンズＬＮを備える第２光学素子群であって、第２の系を構成する。第１レンズ群３１の焦点距離は、第２レンズ群３２の焦点距離よりも長い。
【００３４】
第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２は、いずれも回転基板３０に固定されている。回転基板３０には、第１レンズ群３１、第２レンズ群３２のいずれも入射側部分が固定されている。回転基板３０は、回転軸ＴＸを中心として回転可能に設けられた円形状の板状部材である。第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２は、回転基板３０のうち互いに回転軸ＴＸに関して対称な位置に配置されている。光軸ＡＸと第１レンズ群３１の光軸とが一致するように第１レンズ群３１が配置されるとき、第２レンズ群３２は、光軸ＡＸとは異なる位置に配置される。第１の系である第１レンズ群３１が光軸ＡＸ上にあるとき、プロジェクタ１０は、対角方向の長さが例えば４０インチの画面をスクリーン１６に表示する（図６中白抜き両矢印の左側参照）。
【００３５】
図４及び図５に示す状態から回転基板３０を略１８０度回転させると、第１レンズ群３１と第２レンズ群３２とが入れ換わる。回転基板３０は、第２レンズ群３２が光軸ＡＸ上に到達したときに第２レンズ群３２の位置を固定させるための構成を備えることとしても良い。光軸ＡＸと第２レンズ群３２の光軸とが一致するように第２レンズ群３２が配置されるとき、第１レンズ群３１は、光軸ＡＸとは異なる位置に配置される。
【００３６】
第２レンズ群３２の焦点距離は第１レンズ群３１の焦点距離よりも短いため、第２レンズ群３２を用いる場合、第１レンズ群３１を用いる場合よりも大型な画面が表示される。第２の系である第２レンズ群３２が光軸ＡＸ上にあるとき、プロジェクタ１０は、例えば８０インチの画面をスクリーン１６に表示する（図６中白抜き両矢印の右側参照）。投写光学系１３における第１の系及び第２の系の切り換えによって、図６に示すように、大幅な画面サイズの切り換えを実現できる。
【００３７】
投写光学系１３は、第１レンズ群３１と第２レンズ群３２とを入れ換えることにより、第１の系と、第１の系とは異なる焦点距離の第２の系とに互いに切り換えることができる。例えば民生用のプロジェクタ１０であれば、通常のテレビ番組については小画面、映画等の臨場感を得たい場合には大画面と、コンテンツに応じた観賞を楽しむことを可能とする。なお、プロジェクタ１０は、４０インチと８０インチとについて画面サイズを切り換える場合に限られない。プロジェクタ１０は、例えば、第１の系により３０〜４０インチの画面、第２の系により８０〜１００インチの画面を表示することができる。プロジェクタ１０により表示可能な画像サイズは、プロジェクタ１０の構成に応じて適宜設定することができる。
【００３８】
第１の系と第２の系とで異なる構成を持たせることが可能であるため、光学素子の位置調整のみによりズーム機能を実現する場合と比較して、投写光学系１３の設計を容易にし、投写光学系１３を簡易な構成にできる。投写光学系１３は、例えば、第２の系の場合は高解像度、例えばフルハイビジョンを可能とし、第１の系の場合は第２の系の場合より低解像度とする等、画像サイズやコンテンツに応じた設計が可能となる。よって、十分な光学性能を容易に実現できる。
【００３９】
超短焦点の光学系においてはズーム機能を盛り込むような設計を不要とすることで、設計の困難性や構成の複雑化を助長させること無く画面サイズの調節が可能となる。設計工数の減少やレンズ構成の単純化によって、コストダウンも図れる。これにより、簡易な構成によって大幅な画面サイズの調節が可能であって、かつ十分な光学性能を得られるという効果を奏する。プロジェクタ１０は、簡易な構成によって大幅な画面サイズの調整が可能であって、かつ高品質な画像を表示することが可能となる。
【００４０】
第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２は、回転基板３０の回転によって入れ換えられる場合に限られない。例えば、第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２を並列させて設け、第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２を平行移動させることにより入れ換え可能としても良い。また、第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２は、光軸ＡＸ方向についてレンズＬＮを移動させることでズーム調整やフォーカス調整を行う構成としても良い。第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２のいずれか一方が投写のために光軸ＡＸ上に配置されるときに、投写に使用されるもののみならず、投写に使用されないものも筐体１７内に収納された状態であることが望ましい。これにより、ユーザがレンズＬＮに直接触れることによる破損等を無くし、また防塵、傷防止を可能にできる。
【００４１】
第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２は、いずれも図示する構成である場合に限られず、レンズＬＮの位置、形状、数等を適宜設定することができる。投写光学系１３は、レンズＬＮからなる第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２を入れ換える構成に限られない。第１の系と第２の系との切換において入れ換えられる第１光学素子群及び第２光学素子群は、レンズＬＮ以外の光学素子、例えばミラーを備える構成であっても良い。
【００４２】
投写光学系１３は、互いに異なる焦点距離の２つの系の間で切換可能である場合に限られない。投写光学系１３は、互いに異なる焦点距離の３つ以上の系の間で切換可能な構成であっても良い。投写光学系１３において切換可能な系を多くするほど、プロジェクタ１０は、多くの画面サイズによる表示を可能とし、多彩なコンテンツや要望に対応することが可能となる。
【００４３】
第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２の入れ換えは、画面サイズを変更する旨の入力操作に応じて自動により行うこととしても良く、手動により行うこととしても良い。例えば、図７に示す操作部３５において画面サイズを変更する旨の入力操作を行ったとすると、制御部３６は、投写光学系１３における第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２の入れ換えを行う。さらに、制御部３６は、操作部３５への入力に応じて、光源駆動部３７の制御を行う。
【００４４】
光源駆動部３７は、第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２の入れ換えが行われている間、制御部３６による制御により各色光用ＬＥＤ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの光の供給を停止させる。投写光学系１３における第１の系と第２の系との間の切換がなされている間、画像信号に応じた光の出射を停止させる。第１の系と第２の系との間の切換中は、画像信号に関係無く画像が変化することとなる。第１の系と第２の系との間の切換中において光の出射を停止させることで、観察者へ与える不快感を低減させることができる。
【００４５】
なお、制御部３６は、光源駆動部３７の制御により光の出射を停止させる場合に限られない。例えば、制御部３６は、各色光用ＬＥＤ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから出射部１５までの光路中で光を遮蔽させる構成の制御により、画像信号に応じた光の出射を停止させることとしても良い。また、第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２を手動により入れ換える場合も、画像信号に応じた光の出射を停止させる構成にできる。この場合、回転基板３０の回転を検知するとともに光の供給を停止させる。また、回転基板３０を回転させ第１レンズ群３１と第２レンズ群３２との入れ換えが完了したことを検知するとともに画像信号に応じた光の出射を再開させることができる。
【００４６】
図８は、本実施例の変形例に係る投写光学系４０の断面構成を示す。図９は、本変形例の投写光学系４０の入射側平面構成を示す。投写光学系４０は、鏡筒４４により固定された複数のレンズＬＮを有する。第１切換レンズ４１及び第２切換レンズ４２は、鏡筒４４内のレンズＬＮ間において互いに入れ換え可能に設けられている。光軸ＡＸ上に第１切換レンズ４１があるとき、投写光学系４０は、第１の系となる。第１切換レンズ４１は、第１の系の一部を構成する光学素子である。光軸ＡＸ上に第２切換レンズ４２があるとき、投写光学系４０は、第２の系となる。第２切換レンズ４２は、第２の系の一部を構成する光学素子である。
【００４７】
第１切換レンズ４１及び第２切換レンズ４２は、いずれも回転基板４３に固定されている。第１切換レンズ４１及び第２切換レンズ４２は、回転軸ＴＸを中心として回転基板４３を回転させることにより、互いに入れ換えられる。投写光学系４０は、第１切換レンズ４１と第２切換レンズ４２とを入れ換えることにより、第１の系と、第１の系とは異なる焦点距離の第２の系とに互いに切り換えることができる。
【００４８】
投写光学系４０は、単独のレンズ４１、４２を入れ換えることで第１の系と第２の系とを切り換えることができる。鏡筒に収められたレンズ群ごとを入れ換える場合と比較して、部品点数を少なくし、コストダウンも図れる。これにより、さらに簡易な構成により、互いに異なる焦点距離を持つ第１の系と第２の系とを切り換えることができる。なお、第１切換レンズ４１及び第２切換レンズ４２は、図示する位置にて入れ換え可能である場合に限られず、投写光学系４０中のいずれの位置で入れ換え可能としても良い。
【００４９】
また、投写光学系４０は、単独のレンズ４１、４２を互いに入れ換え可能とする構成に限られない。投写光学系４０は、第１の系の一部を構成する少なくとも１つの光学素子と、第２の系の一部を構成する少なくとも１つの光学素子を入れ換え可能であれば良い。第１の系と第２の系とで入れ換えられる光学素子の位置、数、形状も同一である場合に限られず、異ならせることとしても良い。
【実施例２】
【００５０】
図１０は、本発明の実施例２に係る投写光学系５０の断面構成を示す。本実施例の投写光学系５０は、前群レンズ５１を回転させることで第１の系と第２の系とを切り換えることを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。前群レンズ５１は、絞り５３より出射側に設けられた光学素子である４つのレンズＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＮ４により構成されている。
【００５１】
図１１は、前群レンズ５１のうち最も出射側に配置されたレンズＬＮ１の平面構成を示す。レンズＬＮ１は、円形状をなしている。レンズＬＮ１は、第１部分５４と第２部分５５とで、互いに異なる屈折率を有する。第１部分５４は、レンズＬＮ１のうち、光軸ＡＸを含む面Ｓに関して一方の側である。なお、図１１において、面Ｓは光軸ＡＸを含み、かつ紙面に略垂直な面である。第２部分５５は、面Ｓに関して第１部分５４とは異なる側である。第１部分５４及び第２部分５５は、平面構成において略同じ半円形状をなしている。レンズＬＮ１のうち第１部分５４と第２部分５５とでは、第１部分５４の屈折率と第２部分５５の屈折率とを異ならせることで、互いに異なる方向へ光を進行させる。このように、レンズＬＮ１は、第１部分５４と第２部分５５とで、互いに異なる光学特性を備える。
【００５２】
図１０に戻って、前群レンズ５１のうち最も出射側のレンズＬＮ１以外の３つのレンズＬＮ２、ＬＮ３、ＬＮ４は、最も出射側のレンズＬＮ１と同様に、第１部分５４と第２部分５５とで、互いに異なる光学特性を備える。投写光学系５０の第１の系は、前群レンズ５１のうち第１部分５４を用いて構成される。投写光学系５０の第２の系は、前群レンズ５１のうち第２部分５５を用いて構成される。
【００５３】
クロスダイクロイックプリズム２４からの光は、光軸ＡＸから特定の側である紙面上側へシフトすることにより、前群レンズ５１のうち光軸ＡＸから上半分のみを通過する。このとき前群レンズ５１のうち光軸ＡＸから下半分は利用されないこととなる。図示する投写光学系５０は、前群レンズ５１のうち第１部分５４を用いて光を通過させる第１の系である。かかる状態から光軸ＡＸを中心として前群レンズ５１を略１８０度回転させると、第１部分５４と第２部分５５の位置が入れ換わる。前群レンズ５１のうち第２部分５５を用いて光を通過させるとき、投写光学系５０は、第２の系となる。第１の系及び第２の系は、光軸ＡＸを中心として前群レンズ５１を回転させることにより切り換えられる。前群レンズ５１は、例えば、鏡筒のうち各レンズＬＮ１〜４を支持する部分ごと光軸ＡＸ回りに回転可能な構成とすることができる。
【００５４】
このように、シフト光学系を採用することにより、第１部分５４については第１の系の光学特性、第２部分５５については第２の系の光学特性をそれぞれ持つ光学素子を使用することができる。光学素子のうち光を入射させる部分を第１部分５４と第２部分５５とに入れ換えることで、簡易な構成により第１の系と第２の系とを切り換えることが可能となる。また、第１部分５４及び第２部分５５を備える光学素子は１つの鏡筒（不図示）に収めることができ、省スペース化を図れる。部品点数を少なくできることで、さらにコストダウンも図れる。これにより、さらに簡易かつ小型な構成により、大幅な画面サイズの調節を可能とし、かつ十分な光学性能の実現ができるという効果を奏する。
【００５５】
レンズＬＮ１〜４は、樹脂、ガラス等への金型による型転写によって容易に形成することができる。第１部分５４と第２部分５５とで互いに異なる光学特性を持たせるには、第１部分５４の屈折率と第２部分５５の屈折率とを異ならせる場合に限られない。第１部分５４の曲面の曲率と第２部分５５の曲面の曲率とを異ならせることで、互いに異なる光学特性を持たせることとしても良い。
【００５６】
また、第１部分５４と第２部分５５とで異なるコーティングを施す場合や、第１部分５４と第２部分５５とで厚みを異ならせることによっても、互いに異なる光学特性を持たせることができる。かかる構成のレンズＬＮ１〜４は、型転写によって形成する他、それぞれ別途成形された第１部分５４と第２部分５５とを貼り合わせることにより形成しても良い。
【００５７】
さらに前群レンズ５１は、第１部分５４と第２部分５５とで、レンズＬＮ１〜４の位置、枚数、形状を異ならせることとしても良い。この場合も、第１部分５４と第２部分５５とで互いに異なる光学特性を持たせることが可能となる。なお、前群レンズ５１は、いずれのレンズＬＮ１〜４も第１部分５４と第２部分５５とで異なる光学特性を持たせる構成に限られない。一部のレンズについては、第１部分５４、第２部分５５のいずれも同じ光学特性を持たせることとしても良い。
【００５８】
投写光学系５０は、前群レンズ５１を構成する全てのレンズＬＮ１〜４を回転させることで第１の系と第２の系とを切り換える構成に限られない。前群レンズ５１を構成する光学素子であるレンズＬＮ１〜４のうちの少なくとも１つを回転させる構成であれば良い。この場合、回転させるレンズ以外のレンズは、全体を均一な光学特性で構成できる。
【００５９】
図１２は、本実施例の変形例に係る投写光学系６０の断面構成を示す。本変形例の投写光学系６０は、投写光学系６０を構成する光学素子群である全てのレンズＬＮを回転させることで第１の系と第２の系とを切り換えることを特徴とする。前群レンズ６１は、絞り６３より出射側に設けられた光学素子である３つのレンズＬＮにより構成されている。後群レンズ６２は、絞り６３より入射側に設けられた光学素子である５つのレンズＬＮにより構成されている。
【００６０】
クロスダイクロイックプリズム２４からの光は、光軸ＡＸから特定の側とは反対側である紙面下側へシフトした位置から投写光学系６０へ入射する。投写光学系６０へ入射した光は、後群レンズ６２のうち光軸ＡＸから下半分のみを通過する。このとき後群レンズ６２のうち光軸ＡＸから上半分は利用されないこととなる。後群レンズ６２からの光線は、レンズＬＮ外であって絞り６３付近の位置で光軸ＡＸと交わり、光軸ＡＸから特定の側である紙面上側へシフトした位置から前群レンズ６１へ入射する。前群レンズ６１へ入射した光は、前群レンズ６１のうち光軸ＡＸから上半分のみを通過する。このとき前群レンズ６１のうち光軸ＡＸから下半分は利用されないこととなる。
【００６１】
図示する投写光学系６０は、前群レンズ６１のうち第１部分６４、及び後群レンズ６２のうち第２部分６７を用いて光を通過させる第１の系である。かかる状態から光軸ＡＸを中心として投写光学系６０を略１８０度回転させると、前群レンズ６１の第１部分６４と第２部分６５の位置が入れ換わる。また、後群レンズ６２の第２部分６７と第１部分６６の位置が入れ換わる。前群レンズ６１のうち第２部分６５、及び後群レンズ６２のうち第１部分６６を用いて光を通過させるとき、投写光学系６０は、第２の系となる。第１の系及び第２の系は、光軸ＡＸを中心として全てのレンズＬＮを一括して回転させることにより切り換えられる。
【００６２】
前群レンズ６１の各レンズＬＮは、第１部分６４と第２部分６５とで、互いに異なる光学特性を備える。後群レンズ６２の各レンズＬＮは、第１部分６６と第２部分６７とで、互いに異なる光学特性を備える。互いに異なる光学特性を持たせるための構成については、上記の投写光学系５０（図１０参照）の場合と同様である。この場合も、上記の投写光学系５０（図１０参照）の場合と同様に、さらに簡易かつ小型な構成により、大幅な画面サイズの調節を可能とし、かつ十分な光学性能の実現ができる。
【００６３】
投写光学系６０は、前群レンズ６１及び後群レンズ６２のいずれも第１部分６４、６６と第２部分６５、６７とで異なる光学特性を持たせる構成に限られない。例えば、前群レンズ６１のみについて第１部分６４と第２部分６５の光学特性を異ならせることとしても良い。また、前群レンズ６１を構成するレンズＬＮ、及び後群レンズ６２を構成するレンズＬＮのうちの一部のレンズＬＮについてのみ、第１部分６４、６６と第２部分６５、６７とで光学特性を異ならせることとしても良い。
【００６４】
前群レンズ６１及び後群レンズ６２は、第１部分６４、６６と第２部分６５、６７とでレンズＬＮの位置、枚数、形状を異ならせても良い。投写光学系６０は、レンズＬＮ外の位置で光線と光軸ＡＸとが交わる場合の他、レンズＬＮ内で光線と光軸ＡＸとが交わる場合であっても、第１の系と第２の系とを切り換えることが可能である。本実施例の投写光学系５０、６０の構成は、本実施例で説明するものに限られず、レンズの位置、形状、数等を適宜設定することができる。上記各実施例の投写光学系は、撮像装置に用いられる撮像光学系に適用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明に係る投写光学系は、近接投写を行うプロジェクタに用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図２】光学エンジンの概略構成を示す図。
【図３】プロジェクタの光学系を模式的に表した図。
【図４】投写光学系の断面構成を示す図。
【図５】投写光学系の入射側平面構成を示す図。
【図６】画面サイズの切り換えについて説明する図。
【図７】投写光学系及び光学駆動部を制御するための構成を示す図。
【図８】実施例１の変形例に係る投写光学系の断面構成を示す図。
【図９】投写光学系の入射側平面構成を示す図。
【図１０】本発明の実施例２に係る投写光学系の断面構成を示す図。
【図１１】前群レンズを構成するレンズの平面構成を示す図。
【図１２】実施例２の変形例に係る投写光学系の断面構成を示す図。
【符号の説明】
【００６７】
１０  プロジェクタ、１１  光学エンジン、１３  投写光学系、１４  非球面ミラー、１５  出射部、１６  スクリーン、１７  筐体、Ｃ  キャビネット、Ｗ  壁面、２１Ｒ  Ｒ光用ＬＥＤ、２１Ｇ  Ｇ光用ＬＥＤ、２１Ｂ  Ｂ光用ＬＥＤ、２２  コリメータレンズ、２３Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、２３Ｇ  Ｇ光用空間光変調装置、２３Ｂ  Ｂ光用空間光変調装置、２４  クロスダイクロイックプリズム、２５  第１ダイクロイック膜、２６  第２ダイクロイック膜、ＡＸ  光軸、Ｎ  法線、３０  回転基板、３１  第１レンズ群、３２  第２レンズ群、３３  第１鏡筒、３４  第２鏡筒、ＬＮ  レンズ、ＴＸ  回転軸、３５  操作部、３６  制御部、３７  光源駆動部、４０  投写光学系、４１  第１切換レンズ、４２  第２切換レンズ、４３  回転基板、４４  鏡筒、５０  投写光学系、５１  前群レンズ、５３  絞り、５４  第１部分、５５  第２部分、ＬＮ１〜４  レンズ、Ｓ  面、６０  投写光学系、６１  前群レンズ、６２  後群レンズ、６３  絞り、６４  第１部分、６５  第２部分、６６  第１部分、６７  第２部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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