(57)【要約】  本技術の一形態に係る画像表示装置は、光源と、画像生成部と、投射光学系とを具備する。前記画像生成部は、前記光源からの光束を変調して画像光を生成する。前記投射光学系は、前記生成された画像光の光軸上に配置された第１の屈折力を持つ第１のレンズ群と、前記光軸上に配置された第２の屈折力を持つ第２のレンズ群と、前記第１のレンズ群を移動させる第１の移動機構と、前記第１の屈折力、前記第２の屈折力、及び前記第１のレンズ群の移動に応じて、前記第２のレンズ群を移動させる第２の移動機構とを有する。
2018042865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光束を変調して画像光を生成する画像生成部と、
前記生成された画像光の光軸上に配置された第１の屈折力を持つ第１のレンズ群と、
前記光軸上に配置された第２の屈折力を持つ第２のレンズ群と、
前記第１のレンズ群を移動させる第１の移動機構と、
前記第１の屈折力、前記第２の屈折力、及び前記第１のレンズ群の移動に応じて、前記第２のレンズ群を移動させる第２の移動機構と
を有する投射光学系と
を具備する画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第１の移動機構は、前記光軸と略垂直な方向に沿って第１の向きに前記第１のレンズ群を移動させ、
前記第２の移動機構は、前記光軸と略垂直な方向に沿って、前記第１の屈折力、前記第２の屈折力、及び前記第１の向きに応じた第２の向きに、前記第２のレンズ群を移動させる
画像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像表示装置であって、
前記第２の向きは、前記第１及び前記第２の屈折力が互いに同じ符号である場合には、前記第１の向きと逆の向きである
画像表示装置。
【請求項４】
請求項２に記載の画像表示装置であって、
前記第２の向きは、前記第１及び前記第２の屈折力が互いに異なる符号である場合には、前記第１の向きと同じ向きである
画像表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、前記第１及び前記第２のレンズ群を有する全体で正の屈折力を持つ第１の光学系と、前記第１の光学系から出射された前記画像光を反射する凹面反射面を有する第２の光学系とを含む
画像表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、前記第１の屈折力φｐ１と、前記第２の屈折力φｐ２と、前記第１の光学系の基準投射時の屈折力φ１と、前記第１のレンズ群の移動量Ｍｐ１と、前記第２のレンズ群の移動量Ｍｐ２とが、
（１）  ０．１＜｜φｐ１／φｐ２｜＜５．０
（２）  ０．１＜｜Ｍｐ１／Ｍｐ２｜＜２０
（３）  ０．１＜｜φｐ１／φ１｜＜５．０
（４）  ０．１＜｜φｐ２／φ１｜＜５．０
の関係を満たすように構成される
画像表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像表示装置であって、
前記第１のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って最も大きく移動し、
前記第２のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って２番目に大きく移動する
画像表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の移動機構は、互いに連動して前記第１及び前記第２のレンズ群を移動させる
画像表示装置。
【請求項９】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第１の光学系は、前記光軸と略平行な方向に沿って移動する少なくとも１つのレンズ群を有し、
前記第１及び第２の移動機構は、前記光軸と略平行な方向に沿った前記レンズ群の移動に連動して、前記第１及び前記第２のレンズ群を移動させる
画像表示装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、前記第１の光学系に含まれる第３の屈折力を持つ第３のレンズ群と、前記第３のレンズ群を移動させる第３の移動機構とを有する
画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、前記第１の屈折力φｐ１と、前記第３の屈折力φｐ３と、前記第１のレンズ群の移動量Ｍｐ１と、前記第３のレンズ群の移動量Ｍｐ３とが、
（５）  ０．１＜｜φｐ１／φｐ３｜＜５．０
（６）  ０．１＜｜Ｍｐ１／Ｍｐ３｜＜２０
の関係を満たすように構成される
画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像表示装置であって、
前記第１のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って最も大きく移動し、
前記第２のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って２番目に大きく移動する
前記第３のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って３番目に大きく移動する
画像表示装置。
【請求項１３】
投射光学系
光源からの光束が変調された画像光を投射する投射光学系であって、
前記画像光の光軸上に配置された第１の屈折力を持つ第１のレンズ群と、
前記光軸上に配置された第２の屈折力を持つ第２のレンズ群と、
前記第１のレンズ群を移動させる第１の移動機構と、
前記第１の屈折力、前記第２の屈折力、及び前記第１のレンズ群の移動に応じて、前記第２のレンズ群を移動させる第２の移動機構と
を具備する投射光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、例えばプロジェクタ等の画像表示装置及び投射光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクリーン上に投射画像を表示する投射型の画像表示装置として、プロジェクタが広く知られている。最近では、投射空間が小さくても大画面を表示できる超広角のフロント投射型プロジェクタの需要が高まってきている。このプロジェクタを用いれば、スクリーンに対して斜めかつ広角に打ち込むことで、限定された空間において大画面を投射することが可能となる。【０００３】
一方で、超広角の投射型プロジェクタを使用する際には、プロジェクタとスクリーンとの間の距離がほんの少し変化するだけで、スクリーン上における画像位置や画像サイズ等が大きく変化してしまうことが多い。従って画像を投射する際に、画像位置等の微調整を行うことが難しいという側面がある。【０００４】
特許文献１に記載の超広角の投射型プロジェクタでは、投射光学系に含まれる一部の光学部品を移動させることで、スクリーン上に投射される投射画像を移動させる画面シフトが可能となっている。この画面シフトを用いることで、画像位置等の微調整が容易に実行可能となっている（特許文献１の明細書段落［００２３］［００２４］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３６５１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今後とも超広角に対応したプロジェクタは普及していくものと考えられる。高輝度、高解像度の画像を投射する際に、画像を劣化させることなく画像位置の微調整等を可能とする技術が求められている。【０００７】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、画像を劣化させることなく画像位置を調整することが可能な画像表示装置、及び投射光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、光源と、画像生成部と、投射光学系とを具備する。
前記画像生成部は、前記光源からの光束を変調して画像光を生成する。
前記投射光学系は、前記生成された画像光の光軸上に配置された第１の屈折力を持つ第１のレンズ群と、前記光軸上に配置された第２の屈折力を持つ第２のレンズ群と、前記第１のレンズ群を移動させる第１の移動機構と、前記第１の屈折力、前記第２の屈折力、及び前記第１のレンズ群の移動に応じて、前記第２のレンズ群を移動させる第２の移動機構とを有する。【０００９】
この画像表示装置では、光源からの光束を変調して生成された画像光が、第１の屈折力を持つ第１のレンズ群と、第２の屈折力を持つ第２のレンズ群を経て投射光学系から投射される。このとき第２のレンズ群は、第１の屈折力、第２の屈折力、及び第１の移動機構による第１のレンズ群の移動に応じて、第２の移動機構により移動される。これにより画像を劣化させることなく画像位置を調整することが可能である。【００１０】
前記第１の移動機構は、前記光軸と略垂直な方向に沿って第１の向きに前記第１のレンズ群を移動させてもよい。この場合、前記第２の移動機構は、前記光軸と略垂直な方向に沿って、前記第１の屈折力、前記第２の屈折力、及び前記第１の向きに応じた第２の向きに、前記第２のレンズ群を移動させてもよい。
これにより投射される画像を２段階で調節することが可能である。これにより画像を劣化させることなく画像位置をシフトすることが可能である。【００１１】
前記第２の向きは、前記第１及び前記第２の屈折力が互いに同じ符号である場合には、前記第１の向きと逆の向きであってもよい。
これにより一方のレンズ群の移動による画像の劣化を、他のレンズ群の移動により適正に補正可能である。これにより画像の劣化を抑制することが可能である。【００１２】
前記第２の向きは、前記第１及び前記第２の屈折力が互いに異なる符号である場合には、前記第１の向きと同じ向きであってもよい。
これにより一方のレンズ群の移動による画像の劣化を、他のレンズ群の移動により適正に補正可能である。これにより画像の劣化を抑制することが可能である。【００１３】
前記投射光学系は、前記第１及び前記第２のレンズ群を有する全体で正の屈折力を持つ第１の光学系と、前記第１の光学系から出射された前記画像光を反射する凹面反射面を有する第２の光学系とを含んでもよい。
これにより超広角で画像光を投射することが可能である。これにより、例えばプロジェクタとスクリーンとの距離が短い場合でも大画面を表示することが可能である。【００１４】
前記投射光学系は、前記第１の屈折力φｐ１と、前記第２の屈折力φｐ２と、前記第１の光学系の基準投射時の屈折力φ１と、前記第１のレンズ群の移動量Ｍｐ１と、前記第２のレンズ群の移動量Ｍｐ２とが、
（１）  ０．１＜｜φｐ１／φｐ２｜＜５．０
（２）  ０．１＜｜Ｍｐ１／Ｍｐ２｜＜２０
（３）  ０．１＜｜φｐ１／φ１｜＜５．０
（４）  ０．１＜｜φｐ２／φ１｜＜５．０
の関係を満たすように構成されてもよい。
これにより画像の劣化を十分に抑制して画像位置を調整することが可能である。【００１５】
前記第１のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って最も大きく移動してもよい。この場合、前記第２のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って２番目に大きく移動してもよい。
これにより画像の劣化を抑制しつつ、画像位置を効率的に調整することが可能である。【００１６】
前記第１及び前記第２の移動機構は、互いに連動して前記第１及び前記第２のレンズ群を移動させてもよい。
これにより各レンズ群の移動量等を適正に制御することが可能である。これにより画像を劣化させることなく容易に画像位置を調整することが可能である。【００１７】
前記第１の光学系は、前記光軸と略平行な方向に沿って移動する少なくとも１つのレンズ群を有してもよい。この場合、前記第１及び第２の移動機構は、前記光軸と略平行な方向に沿った前記レンズ群の移動に連動して、前記第１及び前記第２のレンズ群を移動させてもよい。
これにより画像位置をずらすことなく、画像の拡大・縮小を行うことが可能である。【００１８】
前記投射光学系は、前記第１の光学系に含まれる第３の屈折力を持つ第３のレンズ群と、前記第３のレンズ群を移動させる第３の移動機構とを有してもよい。
これにより投射される画像を３段階で調節することが可能である。これにより例えば、画像位置のシフト範囲を広げることが可能である。【００１９】
前記投射光学系は、前記第１の屈折力φｐ１と、前記第３の屈折力φｐ３と、前記第１のレンズ群の移動量Ｍｐ１と、前記第３のレンズ群の移動量Ｍｐ３とが、
（５）  ０．１＜｜φｐ１／φｐ３｜＜５．０
（６）  ０．１＜｜Ｍｐ１／Ｍｐ３｜＜２０
の関係を満たすように構成されてもよい。
これにより画像の劣化を十分に抑制して画像位置を調整することが可能である。【００２０】
前記第１のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って最も大きく移動してもよい。この場合、前記第２のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って２番目に大きく移動してもよい。また前記第３のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って３番目に大きく移動してもよい。
これにより画像の劣化を抑制しつつ、画像位置を効率的に調整することが可能である。【００２１】
本技術の一形態に係る投射光学系は、光源からの光束が変調された画像光を投射する投射光学系であって、第１のレンズ群と、第２のレンズ群と、第１の移動機構と、第２の移動機構とを具備する。
前記第１のレンズ群は、前記画像光の光軸上に配置され第１の屈折力を持つ。
前記第２のレンズ群は、前記光軸上に配置され第２の屈折力を持つ。
前記第１の移動機構は、前記第１のレンズ群を移動させる。
前記第２の移動機構は、前記第１の屈折力、前記第２の屈折力、及び前記第１のレンズ群の移動に応じて、前記第２のレンズ群を移動させる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本技術によれば、画像を劣化させることなく画像位置を調整することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】超広角対応の液晶プロジェクタの他の利点を説明するための概略図である。
【図２】第１の実施形態に係る投射型の画像表示装置の構成例を示す概略図である。
【図３】第１の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。
【図４】投射光学系の画像投影に関するパラメータの一例を示す表である。
【図５】画像変調素子に関するパラメータの一例を示す表である。
【図６】画像表示装置のレンズデータである。
【図７】投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。
【図８】画面シフト機能を用いたときのパラメータの一例を示す表である。
【図９】変倍機能を用いたときのパラメータの一例を示す表である。
【図１０】画面シフトに関するパラメータの一例を示す表である。
【図１１】画面シフトに関するパラメータの条件の一例を示す表である。
【図１２】投射光学系による基準投射時の横収差図の一例を示すグラフである。
【図１３】第１のレンズ群が偏心した場合の横収差図の一例を示すグラフである。
【図１４】第２のレンズ群が偏心した場合の横収差図の一例を示すグラフである。
【図１５】第１及び第２のレンズ群が偏心した場合の横収差図の一例を示すグラフである。
【図１６】投射光学系による基準投射時の投影画像の一例を示す模式図である。
【図１７】第１のレンズ群が偏心した場合の画像シフトの一例を示す模式図である。
【図１８】第２のレンズ群が偏心した場合の画像シフトの一例を示す模式図である。
【図１９】第１及び第２のレンズ群が偏心した場合の画像シフトの一例を示す模式図である。
【図２０】スクリーン上での画像のずれの一例を説明するための模式図である。
【図２１】スクリーン上の画像をシフトする技術の一例を説明するための模式図である。
【図２２】第２の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。
【図２３】画像表示装置のレンズデータである。
【図２４】投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。
【図２５】画面シフト機能を用いたときのパラメータの一例を示す表である。
【図２６】画面シフトに関するパラメータの一例を示す表である。
【図２７】画面シフトに関するパラメータの条件の一例を示す表である。
【図２８】第３の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。
【図２９】画像表示装置のレンズデータである。
【図３０】投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。
【図３１】画面シフト機能を用いたときのパラメータの一例を示す表である。
【図３２】画面シフトに関するパラメータの一例を示す表である。
【図３３】画面シフトに関するパラメータの条件の一例を示す表である。
【図３４】各実施形態に係る画面シフトに関するパラメータの一例を示す表である。
【図３５】各実施形態に係る画面シフトに関する条件の一例を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
［投射型画像表示装置の概要］
投射型の画像表示装置の概要について、液晶プロジェクタを例に挙げて簡単に説明する。液晶プロジェクタは、光源から照射される光を空間的に変調することで、映像信号に応じた光学像（画像光）を形成する。光の変調には、画像変調素子である液晶表示素子等が用いられる。例えばＲＧＢのそれぞれに対応するパネル状の液晶表示素子（液晶パネル）を備えた、三板式の液晶プロジェクタが用いられる。
【００２６】
光学像は、投射光学系により拡大投影され、スクリーン上に表示される。ここでは投射光学系が、例えば半画角が７０°近辺となる超広角に対応しているものとして説明を行う。もちろんこの角度に限定される訳ではない。
【００２７】
超広角に対応する液晶プロジェクタでは、小さい投射空間であっても大画面を表示することが可能である。すなわち液晶プロジェクタとスクリーンとの距離が短い場合でも、拡大投影が可能である。これにより以下のような利点が発揮される。
【００２８】
液晶プロジェクタをスクリーンに近接して配置することができるので、液晶プロジェクタからの光が人間の目に直接入る可能性を十分に抑制することが可能であり、高い安全性が発揮される。
画面（スクリーン）に人間等の影が映らないため、効率的なプレゼンテーションが可能である。
設置場所の選択の自由度が高く、狭い設置空間や障害物が多い天井等にも、簡単に設置可能である。
壁に設置して使用することで、天井に設置する場合と比べてケーブルの引き回し等のメンテナンスが容易である。
例えば打ち合わせスペース、教室、及び会議室等のセッティングの自由度を増やすことが可能である。
【００２９】
図１は、超広角対応の液晶プロジェクタの他の利点を説明するための概略図である。図１に示すように、テーブル上に超広角対応の液晶プロジェクタ１を設置することで、同じテーブル上に、拡大された画像２を投影することが可能となる。このような使い方も可能であり、空間を効率的に利用することができる。
【００３０】
最近では、学校や職場等での電子黒板（Interactive White Board）等の普及に伴い、超広角対応の液晶プロジェクタの需要が高まっている。またデジタルサイネージ（電子広告）等の分野でも同様の液晶プロジェクタが使われている。なお電子黒板としては、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）といった技術を用いることも可能である。これらと比較して、超広角対応の液晶プロジェクタを用いることで、コストを抑えて大画面を提供することが可能となる。なお超広角対応の液晶プロジェクタは、短焦点プロジェクタや超短焦点プロジェクタ等とも呼ばれる。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
［画像表示装置］
図２は、本技術の第１の実施形態に係る投射型の画像表示装置の構成例を示す概略図である。画像表示装置１００は、光源１０、照明光学系２０、及び投射光学系３０を含む。
【００３２】
光源１０は、照明光学系２０に対して光束を発するように配置される。光源１０としては、例えば高圧水銀ランプ等が使用される。その他、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ(Laser Diode)等の固体光源が用いられてもよい。
【００３３】
照明光学系２０は、光源１０から発せられた光束を、１次像面となる画像変調素子(液晶パネルＰ)の面上に均一照射するようになっている。照明光学系２０では、光源１０からの光束が、２つのフライアイレンズＦＬと、偏光変換素子ＰＳと、集光レンズＬとを順に通り、偏光の揃った均一な光束に変換される。
【００３４】
集光レンズＬを通った光束は、特定の波長帯域の光だけを反射するダイクロイック・ミラーＤＭによって、ＲＧＢの各色成分光にそれぞれ分離される。ＲＧＢの各色成分光は、全反射ミラーＭやレンズＬ等を介して、ＲＧＢの各色に対応して設けられた液晶パネルＰ（画像変調素子）に入射される。そして、各液晶パネルＰにより、映像信号に応じた光変調が行われる。光変調された各色成分光がダイクロイック・プリズムＰＰによって合成され、画像光が生成される。そして生成された画像光が投射光学系３０に向けて出射される。
【００３５】
照明光学系２０を構成する光学部品等は限定されず、上で述べた光学部品とは異なる光学部品が用いられてもよい。例えば画像変調素子として、透過型の液晶パネルＰに代えて、反射型の液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等が用いられてもよい。また例えば、ダイクロイック・プリズムＰＰに代えて、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、ＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、又はＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム等が用いられてもよい。本実施形態において、照明光学系２０は、画像生成部に相当する。
【００３６】
投射光学系３０は、照明光学系２０から出射された画像光を調節し、２次像面となるスクリーン上への拡大投影を行う。すなわち、投射光学系３０により、１次像面（液晶パネルＰ）の画像情報が調節され、２次像面（スクリーン）に拡大投影される。
【００３７】
図３は、第１の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。ここでは、基準投射時の光路が示されている。なお図３では、照明光学系２０の液晶パネルＰ及びダイクロイック・プリズムＰＰが模式的に図示されている。
【００３８】
投射光学系３０は、第１の光学系Ｌ１と、第２の光学系Ｌ２とを含む。第１の光学系Ｌ１は、全体で正の屈折力を持つ。以下では、第１の光学系Ｌ１に含まれる全ての光学部品が基準位置にある場合、すなわち基準投射時の、第１の光学系Ｌ１全体の屈折力をφ１と記載する。また、第１の光学系Ｌ１に含まれる全ての光学部品は、共通の光軸Ｏに対して回転対称面を持つように構成される。
【００３９】
第１の光学系Ｌ１は、第１のレンズ群ｐ１と、第２のレンズ群ｐ２と、その他のレンズ群とを有する。また第１の光学系Ｌ１は、第１の移動機構ｍ１と、第２の移動機構ｍ２とを有する。図３では、各移動機構が矢印にて模式的に図示されている。なお本実施形態において、レンズ群は１以上のレンズで構成される。
【００４０】
第１のレンズ群ｐ１は、第１の屈折力φｐ１を持つレンズ群である。第１のレンズ群ｐ１は、光軸Ｏと略垂直な方向に沿って、第１の移動機構ｍ１により移動される。また第１のレンズ群ｐ１は、第１の移動機構ｍ１により、光軸と略平行な方向に沿って移動される。
【００４１】
第２のレンズ群ｐ２は、第２の屈折力φｐ２を持つレンズ群である。第２のレンズ群ｐ２は、光軸Ｏと略垂直な方向に沿って、第２の移動機構ｍ２により移動される。なお第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２として用いられるレンズ群は限定されない。
【００４２】
第１及び第２の移動機構ｍ１及びｍ２の具体的な構成は限定されない。例えばモータ等のアクチュエータやガイドレール等により構成されてもよいし、その他の公知の技術が使われてもよい。例えば各移動機構として、撮像装置等で用いられる光学系の防振技術等が利用されてもよい。
【００４３】
第１及び第２の移動機構ｍ１及びｍ２は、互いに連動して第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２を移動させる。そのために典型的には、各移動機構を構成するアクチュエータ等を統括して制御するコントローラ（制御部）が、画像表示装置１００内に構成される。これにより各レンズ群を電気的に連動して移動させることが可能である。その他、例えば第１及び第２の移動機構ｍ１及びｍ２を互いに連動させる機械的な構成によって、各レンズ群が機構的に連動されてもよい。
【００４４】
第２の光学系Ｌ２は、前記第１の光学系Ｌ１から出射された画像光を反射する凹面反射面Ｍ３０を有する。凹面反射面Ｍ３０は、回転対称非球面で構成され、第１の光学系と共通の光軸Ｏ上に配置される。凹面反射面Ｍ３０で反射された画像光は、スクリーン上に投影される。これにより超広角で画像光を投射することが可能である。これにより、例えばプロジェクタとスクリーンとの距離が短い場合でも大画面を表示することが可能である。
【００４５】
第１の光学系Ｌ１に含まれる光学部品を光軸Ｏと略垂直な方向に移動させる、すなわち光軸Ｏに対して光学部品を偏心させると、画像光の進行方向を変化させることが可能である。従って投射光学系３０から出射される画像光のスクリーン上での結像位置を移動させることができる。これによりスクリーンに投影される画像全体をシフトする画面シフト機能を実現することができる。
【００４６】
本実施形態では、第１のレンズ群ｐ１が第１の移動機構ｍ１により移動されることで、画面シフト機能１が実現される。また第２のレンズ群ｐ２が第２の移動機構ｍ２により移動されることで、画面シフト機能２が実現される。
【００４７】
画面シフト機能１では、光軸Ｏと略垂直な方向に沿って第１の向きに第１のレンズ群ｐ１が移動される。第１の向きは、例えばユーザが画面を移動させたい向きに応じて設定される。また第１のレンズ群の移動量は、例えばユーザが画面を移動させたい量に応じて、所定の移動範囲内で設定される。
【００４８】
画面シフト機能２では、光軸Ｏと略垂直な方向に沿って第２の向きに第２のレンズ群ｐ２が移動される。第２の向きは、第１のレンズ群ｐ１の第１の屈折力φｐ１、第２のレンズ群ｐ２の第２の屈折力φｐ２、及び画面シフト機能１での第１の向きに応じて設定される。
【００４９】
例えば第２の向きは、第１及び第２の屈折力φｐ１及びφｐ２が互いに同じ符号である場合には、第１の向きと逆の向きとなる。一方、第１及び第２の屈折力φｐ１及びφｐ２が互いに異なる符号である場合には、第１の向きと同じ向きとなる。本実施形態では、第１及び第２の屈折力φｐ１及びφｐ２がともに正であるとして説明を行う。
【００５０】
また画面シフト機能２では、画面シフト機能１での第１のレンズ群ｐ１の移動量に応じた移動量で、第２のレンズ群ｐ２が移動される。
【００５１】
このように本実施形態では、画面シフト機能１及び２により、スクリーンに投影される画像全体の移動（シフト）が実現される。すなわち、第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２を、光軸Ｏに対して偏心することで、２段階に分けて画像光の進行方向を変化させることが可能となる。
【００５２】
なお光学部品を偏心させると、光学部品に入射する光の入射位置や入射角等が変化して、偏心収差が発生する場合が有り得る。偏心収差により、例えば光の波長、入射位置、及び入射角等に応じた結像位置のずれが発生する。従って、例えば投射光学系３０のスクリーン上への結像性能が劣化し、適正に画像を表示することが難しくなる場合も起こり得る。
【００５３】
そこで本実施形態では、第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２の偏心に伴う各偏心収差を、互いに補正するように各レンズ群が適宜移動される。
【００５４】
本発明者は、各レンズ群の移動量を含む、投射光学系３０の構成について、以下の条件式（１）〜（４）を見出した。
【００５５】
すなわち、投射光学系３０は、第１の屈折力φｐ１と、第２の屈折力φｐ２と、第１の光学系の基準投射時の屈折力φ１と、第１のレンズ群の移動量Ｍｐ１と、第２のレンズ群の移動量Ｍｐ２とが、
０．１＜｜φｐ１／φｐ２｜＜５．０・・・（１）
０．１＜｜Ｍｐ１／Ｍｐ２｜＜２０・・・（２）
０．１＜｜φｐ１／φ１｜＜５．０・・・（３）
０．１＜｜φｐ２／φ１｜＜５．０・・・（４）
の関係を満たすように構成される。
この条件が満たされる場合に、画面シフトに伴う偏心収差の補正が十分に実現されることが分かった。
【００５６】
なお上記の条件式（１）は、画面シフト機能１及び２を実現する第１及び第２の屈折力φｐ１及びφｐ２を適切に定めたものである。条件式（１）に既定する下限に満たない場合、画面シフト機能２による偏心収差の補正が過剰となり、結像性能の劣化を招く。また条件式（１）に既定する上限を超えた場合、画面シフト機能２による補正が十分に出来ないため、結像性能の劣化が生じる。
【００５７】
上記の条件式（２）は、画面シフト機能１及び２を実現する第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２の光軸Ｏと略垂直方向への各移動量Ｍｐ１及びＭｐ２を適切に定めたものである。条件式（２）に既定する下限に満たない場合、画面シフト機能２による偏心収差の補正が過剰となり、結像性能の劣化を招く。また条件式（２）に既定する上限を超えた場合、画面シフト機能２による補正が十分に出来ないため、結像性能の劣化が生じる。
【００５８】
上記の条件式（３）及び（４）は、第１及び第２の屈折力φｐ１及びφｐ２と、第１の光学系Ｌ１の屈折力φ１とを適切に定めたものである。例えば、各レンズ群の屈折力が条件式（３）及び（４）に既定する下限に満たない場合、偏心収差の発生は小さくなる一方で、同時に画面シフト量も小さくなる。また条件式（３）及び（４）に既定する上限を超えた場合、偏心収差の発生が大きくなり、結像性能を含む光学性能の劣化を招く。
【００５９】
なお画面シフトに伴う偏心収差の補正を実現するための条件は、上に挙げたものに限定される訳ではない。例えば第１のレンズ群ｐ１を光軸Ｏと略垂直な方向に沿って最も大きく移動させ、第２のレンズ群ｐ２を光軸Ｏと略垂直な方向に沿って２番目に大きく移動させる、という条件が加えられてもよい（この場合、条件式（２）の下限値が１となる）。この場合でも、画面シフトに伴う偏心収差を十分に補正可能であった。
【００６０】
また例えば各条件式（１）〜（４）の範囲が狭められてもよい。すなわち所望の特性が発揮されるように、各条件式（１）〜（４）の下限値及び上限値が、各条件式の範囲内の任意の数値に変更されてもよい。そのような条件式も、本技術に係る新規なパラメータとなる。
【００６１】
なお第１の光学系Ｌ１に含まれる少なくとも１つのレンズ群を、光軸Ｏと略平行な方向に沿って移動させることで、スクリーンに投影される画像の表示サイズを変更することができる。従って投影される画像を拡大及び縮小する変倍機能を実現することが可能である。
【００６２】
図３に示すように、本実施形態では、第１の移動機構ｍ１により、第１のレンズ群ｐ１が光軸Ｏと略平行な方向に沿って移動される。第１のレンズ群ｐ１の第１の屈折力φｐ１は正であるので、第１のレンズ群ｐ１を１次及び２次像面側にそれぞれ移動することで、画像の拡大及び縮小が実現される（図３の「拡」及び「縮」参照）。
【００６３】
本実施形態では、画像シフト機能１及び２が、変倍機能と連動して実行される。すなわち第１のレンズ群ｐ１の光軸Ｏと略平行な方向に沿った移動に連動して、第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２の、光軸Ｏと略垂直な方向に沿った移動が実行される。
【００６４】
これにより、例えば変倍機能によって生じた投射位置のずれを、画面シフト機能１及び２により適宜補正することができる。従って投射位置をずらすことなく画像の拡大や縮小を行うことが可能となる。
【００６５】
なお変倍機能を実現するために移動されるレンズ群は限定されない。例えば、第１のレンズ群ｐ１に代えて、第１の光学系Ｌ１に含まれる他のレンズ群が光軸と略平行に移動されてもよい。また複数のレンズ群が移動されて、変倍機能が実現されてもよい。
【００６６】
変倍機能とともに他の機能が実現されてもよい。例えば、画像を投射する距離が近距離から遠距離に切替えられる際には、焦点を投射距離に応じて合わせる合焦が行われる。このとき、結像性能及び画像の歪み等の光学性能を補正するフローティング機能が用いられる。例えば、第１のレンズ群ｐ１を光軸Ｏと略平行な方向に沿って移動することで、フローティング機能と変倍機能とがともに実現されてもよい。
【００６７】
ここで、以上のように構成された投射光学系３０について、具体的な数値例を挙げて簡単な説明を行う。
【００６８】
図４は、投射光学系の画像投影に関するパラメータの一例を示す表である。投射光学系３０の１次像面側の開口数ＮＡは０．１６３である。また基準投射距離時の最大半画角ωは７６°であり、最大の１次像面高さｙは１３．６ｍｍである。
【００６９】
図５は、画像変調素子に関するパラメータの一例を示す表である。ここに示す例では、画像変調素子（液晶パネルＰ）は、横方向及び縦方向の長さが１６．６ｍｍ及び８．７ｍｍの矩形形状である。また画像変調素子は、光軸Ｏから垂直方向に６．４ｍｍずれた位置に画面中心位置を有する。
【００７０】
図６は、画像表示装置のレンズデータである。図６には、１次像面側から２次像面側に向かって配置されるｓ１〜ｓ２８の光学部品（レンズ）についてのデータが示されている。各光学部品のデータとして、曲率半径ｒ（ｍｍ）と、部品間隔及び芯厚ｄ（ｍｍ）と、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）での屈折率ｎｄと、ｄ線でのアッベ数νｄとが記載されている。
【００７１】
また｛印で纏められたレンズ群は、画面シフト機能１及び２（図中ではＳＦと表記）と、変倍機能（図中ではＭＦと表記）とに関係するレンズ群である。すなわち第１のレンズ群ｐ１として、ｓ１４〜ｓ１７が用いられ、第２のレンズ群ｐ２としてｓ１８及びｓ１９が用いられる。データ中のｄ１及びｄ２は、変倍機能及びフローティング機能を実現する際に変動するレンズ間隔である。なお＊印は、非球面を有する光学部品であることを示している。非球面を有する光学部品は、以下の式に従う。
【００７２】
【数１】
2018042865.tif 000003
【００７３】
図７は、投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。図７には、図６で＊印を付加された非球面の各光学部品、ｓ２０、ｓ２１、ｓ２６、ｓ２７及びｓ２８についての非球面係数がそれぞれ示されている。図例の非球面係数は上記の式（数１）に対応したものである。
【００７４】
図８は、画面シフト機能を用いたときのパラメータの一例を示す表である。図８には、スクリーン等に投影される画面を下側、上側、左側、左下側、及び左上側の各方向にシフトさせる場合の第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２の移動量（偏心量）及び移動方向（正負は向き）の一例が示されている。ここで画面の左右方向はｘ軸、上下方向はｙ軸に対応している。例えば、画面を上側にシフトする場合、第１のレンズ群ｐ１はｙ軸方向に−１．８１ｍｍ移動され、第２のレンズ群ｐ２はｙ軸方向に０．７４ｍｍ移動される。
【００７５】
図９は、変倍機能を用いたときのパラメータの一例を示す表である。図９には、拡大側、中間位置、及び縮小側での第１のレンズ群ｐ１の前後の間隔（ｄ１及びｄ２）が示されている。また図９には、各変倍位置に応じた第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２の、ｙ軸方向への偏心量が示されている。例えば各レンズ群が拡大側にあるとき、ｄ１は１４．４ｍｍであり、ｄ２は４１．２ｍｍである。このとき第１のレンズ群ｐ１はｙ軸方向に０．３ｍｍ移動され、第２のレンズ群ｐ２はｙ軸方向に−０．１ｍｍ移動される。
【００７６】
図１０は、画面シフトに関するパラメータの一例を示す表である。第１の光学系Ｌ１の屈折力φ１は０．０３２であり、第１及び第２の屈折力φｐ１及びφｐ２はそれぞれ０．０１０及び０．０１４である。また第１のレンズ群ｐ１の移動量Ｍｐ１は、ｙ方向に−１．８１ｍｍであり、第２のレンズ群ｐ２の移動量Ｍｐ２は、ｙ方向に０．７４ｍｍである。図１０では、各レンズ群の移動量としてｙ方向の移動量が示されているが、光軸Ｏに垂直な方向であればいずれの方向に移動されてもよい。なお図１０に示した値は、図８における上側への画面シフトを行う場合に相当する。
【００７７】
図１１は、画面シフトに関するパラメータの条件の一例を示す表である。上記の条件式（１）と関連するφｐ１／φｐ２は、０．７６である。上記の条件式（２）と関連するＭｐ１／Ｍｐ２は、−２．４３である。また上記の条件式（３）及び（４）と関連するφｐ１／φ１及びφｐ２／φ１は、それぞれ０．３３及び０．４３である。このように図１１に示された値は、条件式（１）〜（４）を満たしている。
【００７８】
図１２は、投射光学系による基準投射時の横収差図の一例を示すグラフである。図１２には、第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２の偏心量がゼロである場合の横収差が示されている。像面でのずれ（縦軸）は一目盛りが５ｍｍとなっている。実線、点線及び１点鎖線で書かれたグラフは、５５０ｎｍ、６２０ｎｍ、及び４６０ｎｍの波長にそれぞれ対応している。また像高が１．０Ｈ、０．４７Ｈ、及び０．１５Ｈ（Ｈは最大像高）のそれぞれの条件ごとに、メリディオナル像面（左側）及びサジタル像面（右側）での収差がそれぞれ示されている。
【００７９】
図１３は、第１のレンズ群が偏心した場合の横収差図の一例を示すグラフである。図１３には、第１のレンズ群ｐ１がｙ軸方向に−１．８１ｍｍ偏心した場合の横収差が示されている。基準投射時の横収差（図１２参照）と比べて、各グラフは横軸から大きく離れる傾向にあり、像面でのずれが顕著になっている。特に拡大図のグラフに示すように、最周縁の光束に関しては大きく結像性能が劣化しており、５０ｍｍ以上のずれが生じている。また波長ごとにずれる方向や大きさが異なり、収差の波長依存性が大きく現れていることがわかる。
【００８０】
図１４は、第２のレンズ群が偏心した場合の横収差図の一例を示すグラフである。図１４には、第２のレンズ群ｐ２がｙ軸方向に０．７４ｍｍ偏心した場合の横収差が示されている。各グラフから、偏心収差が大きく表れていることがわかる。
【００８１】
図１５は、第１及び第２のレンズ群が偏心した場合の横収差図の一例を示すグラフである。図１５には、第１のレンズ群ｐ１がｙ軸方向に−１．８１ｍｍ偏心し、第２のレンズ群ｐ２がｙ軸方向に０．７４ｍｍ偏心した場合の横収差が示されている。第１及び第２のレンズ群の一方だけを偏心させた場合（図１３及び図１４参照）と比較すると、収差に伴う各像面でのずれが小さくなっている。また図１５に示された各グラフは、基準投射時の横収差の各グラフ（図１２参照）と似通った形状になっていることがわかる。すなわち、図１５では、結像性能が図１２に示した基準投射時の設計値に近づいており、偏心収差が補正されている。
【００８２】
図１６は、投射光学系による基準投射時の投影画像の一例を示す模式図である。図１６では、投影画像４０が太線で示されており、スクリーン４１での座標（０，１０００）が投影画像４１の中心となっている。スクリーン４１の横軸及び縦軸が、上記したｘ軸及びｙ軸に対応する。
【００８３】
図１７は、第１のレンズ群が偏心した場合の画像シフトの一例を示す模式図である。図１７には、第１のレンズ群ｐ１がｙ軸方向に−１．８１ｍｍ偏心した場合（図１３と同様）の投影画像４０が模式的に示されている。第１のレンズ群ｐ１の偏心により、投影画像４０は基準投射時よりも上側にシフトされる。
【００８４】
図１８は、第２のレンズ群が偏心した場合の画像シフトの一例を示す模式図である。図１８には、第２のレンズ群ｐ２がｙ軸方向に０．７４ｍｍ偏心した場合（図１４と同様）の投影画像４０が模式的に示されている。第２のレンズ群ｐ２の偏心により、投影画像４０は基準投射時よりも下側にシフトされる。また第１のレンズ群ｐ１が偏心した場合（図１７参照）と比較して、投影画像４０がシフトした量は小さい。
【００８５】
図１９は、第１及び第２のレンズ群が偏心した場合の画像シフトの一例を示す模式図である。図１９には、第１のレンズ群ｐ１がｙ軸方向に−１．８１ｍｍ偏心し、第２のレンズ群ｐ２がｙ軸方向に０．７４ｍｍ偏心した場合（図１５と同様）の投影画像４０が模式的に示されている。各レンズ群の偏心により、投影画像４０は基準投射時よりも上側にシフトしている。すなわち、第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２を偏心させることで、最終的にスクリーンに投影される画像がシフトされる。
【００８６】
以上、本実施形態に係る画像表示装置１００では、第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２が偏心することより、照明光学系２０で生成された画像光の進行方向等が調節され、スクリーン上での画像位置が移動される。このとき第２のレンズ群ｐ１は、各レンズ群の屈折力と、第１のレンズ群ｐ１の偏心量とに応じて移動され、スクリーン上の画像を補正する。これにより画像を劣化させることなく画像位置を調整することが可能である。
【００８７】
本実施形態で説明した投射型の画像表示装置では、画像が表示されるスクリーン等と画像表示装置とが別々に配置される。このため画像表示装置を設置する位置等がずれると、スクリーン上での画像もずれてしまう。
【００８８】
図２０は、スクリーン上での画像のずれの一例を説明するための模式図である。スクリーンに対して入射角θで光線（入射光）が入射する。スクリーンの位置がスクリーン面と垂直な方向に距離Ｌだけ変化した場合、スクリーン上での光線の入射位置が変移量ｘだけ変化する。このとき、変移量ｘはｔａｎθに比例する。
【００８９】
例えば、超広角に対応した液晶プロジェクタ等を使って光線が入射される場合、入射角θは７０°近辺となる。超広角に対応した装置では、非対応の場合（入射角が２０°近辺）と比較して、距離Ｌの変化に伴う変移量ｘの値が約７．５倍（＝ｔａｎ７０°／ｔａｎ２０°）になる。従って、超広角に対応している場合には、液晶プロジェクタ等とスクリーンとの距離が変化すると、スクリーン上での画像が大きく移動してしまう。このような画像位置等の変化に対して、スクリーン上の画像をシフトする技術が提案されている。
【００９０】
図２１は、スクリーン上の画像をシフトする技術の一例を説明するための模式図である。図２１には、一次像面Ｐと、投射光学系ＰＪと、スクリーンＳＣＲとが示されている。例えば図２１Ａでは、投射光学系ＰＪの光軸が、一次像面Ｐの中心を通るように配置されている。一次像面Ｐに対して投射光学系ＰＪ全体を平行に移動した場合（図２１Ｂ）、スクリーン上での画像位置がシフトされる。他にも、投射光学系に含まれる一部の光学部品を光軸と垂直に移動させることで、画像位置をシフトする技術が考案されている。
【００９１】
投射光学系全体を移動する場合には、例えば、筐体等を含む投射光学系全体の重量に耐えることが可能な大型の移動機構が必要となる。このため、装置の大型化や複雑化につながり、大幅なコストアップを招く恐れがある。
【００９２】
また、投射光学系に含まれる一部の光学部品を移動する場合には、当該光学部品の偏心に伴い偏心収差が発生する。このため、例えばスクリーンに対して画像が傾いて投影されるといった像面湾曲や歪曲等の収差が生じる。また画像を大きくシフトさせる場合や、高輝度・高解像度な画像を投影するために深度等が浅くなる場合には、偏心収差の影響が大きくなり画像の劣化が避けられない。
【００９３】
本実施形態に係る画像表示装置１００では、第１の光学系Ｌ１に含まれるレンズ群のうち、第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２を光軸Ｏから偏心させることで、画像のシフトが行われる。すなわち投射光学系３０に含まれる一部の光学部品を移動することで、画面シフト機能が実現される。これにより、各レンズ群を移動する第１及び第２の移動機構ｍ１及びｍ２として、軽量でコンパクトな移動機構を用いることが可能となる。これにより、画面シフト機能を実現する上で、コストアップにつながる装置の大型化や複雑化を回避することが可能である。従って、画面シフト機能を安価かつ小型な構成によって実現することが可能である。
【００９４】
また本実施形態では、第１及び第２の移動機構ｍ１及びｍ２が連動することで、第１のレンズ群ｐ１の偏心に伴う偏心収差等を補正するように、第２のレンズ群ｐ２が偏心される。すなわち、２つのレンズ群を用いて画面シフトと偏心収差等の補正とが連動して実行される。これにより、光学部品の偏心に伴う偏心収差等の影響を抑制することが可能となり、画像形状の変形等を含む結像性能の劣化を抑制できる。これにより、超広角に対応する場合であっても、画像を劣化させることなく画像位置の調節を容易かつ確実に行うことが可能である。
【００９５】
また例えば、単一のレンズ群では収差等の影響が出てしまうような距離をシフトさせる場合であっても、２つのレンズ群を使うことで対応することが可能である。すなわち、広い範囲にわたって適正に画面シフトを行うことが可能である。従って、例えば簡易的に装置を設置した場合であっても、画像位置を十分に補正可能であり、適正な位置に画像を表示することが可能である。これにより簡便に装置を取り扱うことが可能となり、ユーザの負担を減らすことができる。
【００９６】
また偏心収差を補正して適正な投射位置に各画素を表示することが可能であので、高輝度・高解像度なコンテンツ等を表示する場合であっても、画質を劣化させることなく画像位置を調節できる。これにより高品質な映像体験を提供することが可能である。
【００９７】
本実施形態では、第１のレンズ群ｐ１及び第１の移動機構ｍ１を使って変倍機能とフローティング機能とが実現される。これにより、画像の拡大・縮小に加え投射距離のモード変更といった機能を発揮することが可能である。また画面シフト機能と共通のレンズ群等を使用するため、安価かつ小型に複数の機能を拡充することができる。
【００９８】
また、変倍機能に応じて、第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２の偏心が連動して実行される。これにより、例えば画像位置を保持しつつ画像の拡大等を実行することが可能である。従って、超広角に対応した場合であっても、スクリーン等の大きさに合わせて画像サイズ等を適切に調節することが可能である。
【００９９】
＜第２の実施形態＞
本技術に係る第２の実施形態の投射型の画像表示装置について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した画像表示装置１００における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
【０１００】
第１の実施形態では、投射光学系に含まれる第１及び第２のレンズ群が、互いに同じ符号の屈折力を持っていた。第１及び第２のレンズ群が、互いに異なる符号の屈折力を持っている場合でも、本技術は適用可能である。
【０１０１】
図２２は、第２の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。図２２に示す投射光学系５０では、第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２の構成が、上記の実施形態とは異なる。
【０１０２】
本実施形態では、第１のレンズ群ｐ１は、正の屈折力である第１の屈折力φｐ１を持つ。また、第２のレンズ群ｐ２は、負の屈折力である第２の屈折力φｐ２を持つ。すなわち、第１及び第２の屈折力φｐ１及びφｐ２は互いに異なる符号である。
【０１０３】
各レンズ群は、第１及び第２の移動機構ｍ１及びｍ２により、光軸Ｏと略垂直な方向に沿って移動される。各レンズ群を移動するための機構等は限定されない。また所定のレンズ群を光軸Ｏと平行に移動する移動機構等が設けられ、変倍機能等が実現されてもよい。
【０１０４】
ここで、以上のように構成された投射光学系５０について、具体的な数値例を挙げて簡単な説明を行う。
【０１０５】
投射光学系５０の画像投影に関するパラメータは、上記した実施形態と同様である（図４参照）。すなわち１次像面側の開口数ＮＡは０．１６３であり、基準投射距離時の最大半画角ωは７６°であり、最大の１次像面高さｙは１３．６ｍｍである。
【０１０６】
また図２２に示す液晶パネルＰ（画像変調素子）に関するパラメータも、上記した実施形態と同様である（図５参照）。すなわち液晶パネルＰは、横方向及び縦方向の長さが１６．６ｍｍ及び８．７ｍｍの矩形形状であり、光軸Ｏから垂直方向に６．４ｍｍずれた位置に画面中心位置を有する。
【０１０７】
図２３は、画像表示装置のレンズデータである。図２３には、１次像面側から２次像面側に向かって配置されるｓ１〜ｓ２８の光学部品についてのデータが示されている。第１のレンズ群ｐ１として、ｓ１４〜ｓ１７が用いられ、第２のレンズ群ｐ２としてｓ２０及びｓ２１が用いられる。
【０１０８】
図２４は、投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。
【０１０９】
図２５は、画面シフト機能を用いたときのパラメータの一例を示す表である。図２５には、スクリーン等に投影される画面を下側、上側、左側、左下側、及び左上側の各方向にシフトさせる場合の第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２の移動量及び移動方向（正負は向き）の一例が示されている。例えば、画面を下側にシフトする場合、第１のレンズ群ｐ１はｙ軸方向に２．２４ｍｍ移動され、第２のレンズ群ｐ２はｙ軸方向に０．９７ｍｍ移動される。各レンズ群の屈折力が互いに同じ符号であった場合（例えば図８参照）とは異なり、ここでは各レンズ群が互いに同じ向きに移動される。
【０１１０】
図２６は、画面シフトに関するパラメータの一例を示す表である。第１の光学系Ｌ１の屈折力φ１は０．０３２であり、第１及び第２の屈折力φｐ１及びφｐ２はそれぞれ０．０１０及び−０．１１である。また第１のレンズ群ｐ１の移動量Ｍｐ１は、ｙ方向に２．２４ｍｍであり、第２のレンズ群ｐ２の移動量Ｍｐ２は、ｙ方向に０．９７ｍｍである。図２６では、各レンズ群の移動量としてｙ方向の移動量が示されているが、光軸Ｏに垂直な方向であればいずれの方向に移動されてもよい。なお図２６に示した値は、図２５における下側への画面シフトを行う場合に相当する。
【０１１１】
図２７は、画面シフトに関するパラメータの条件の一例を示す表である。上記の条件式（１）と関連するφｐ１／φｐ２は、−１．０６である。上記の条件式（２）と関連するＭｐ１／Ｍｐ２は、２．３０である。また上記の条件式（３）及び（４）と関連するφｐ１／φ１及びφｐ２／φ１は、それぞれ０．３６及び−０．３６である。このように図２７に示された値は、条件式（１）〜（４）を満たしている。
【０１１２】
このように、本実施形態では光軸に対して偏心する２つのレンズ群の屈折力が異符号であった。こうした場合であっても、２つのレンズ群をそれぞれ連動して偏心させることにより、画像の劣化を抑制しつつ画像位置の調節等を行うことが可能である。これにより、例えば画面シフト機能等を投射光学系に組み込む場合に、自由度の高い設計を行うことが可能である。
【０１１３】
＜第３の実施形態＞
図２８は、第３の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。図２８に示すように、本実施形態に係る投射光学系６０では、第１及び第２のレンズ群ｐ１及びｐ２に加えて、第３のレンズ群ｐ３が光軸Ｏに対し偏心される。
【０１１４】
第３のレンズ群ｐ３は、第３の屈折力φｐ３を有し、第３の移動機構ｍ３により光軸Ｏと略垂直な方向に沿って移動される。これにより画面シフト機能３が実現される。すなわち本実施形態では、第１〜第３のレンズ群ｐ１〜ｐ３の各移動による画面シフト機能１〜３により、投影される画像全体が移動される。これにより投射位置を３段階で調節することが可能である。
【０１１５】
また第１、第２、及び第３のレンズ群ｐ１、ｐ２、及びｐ３は、各レンズ群の偏心に伴う各偏心収差を互いに補正するように移動される。本発明者は、そのための条件として、以下の条件式（５）及び（６）を見出した。
【０１１６】
すなわち、投射光学系６０は、第１の屈折力φｐ１と、第３の屈折力φｐ３と、第１のレンズ群の移動量Ｍｐ１と、第３のレンズ群の移動量Ｍｐ３とが、
（５）  ０．１＜｜φｐ１／φｐ３｜＜５．０
（６）  ０．１＜｜Ｍｐ１／Ｍｐ３｜＜２０
の関係を満たすように構成される。
【０１１７】
上記の条件式（５）は、画面シフト機能１及び３を実現する第１及び第３の屈折力φｐ１及びφｐ３を適切に定めたものである。条件式（５）に既定する下限に満たない場合、画面シフト機能３による偏心収差の補正が過剰となり、結像性能の劣化を招く。また条件式（５）に既定する上限を超えた場合、画面シフト機能３による補正が十分に出来ないため、結像性能の劣化が生じる。
【０１１８】
上記の条件式（６）は、画面シフト機能１及び３を実現する第１及び第３のレンズ群ｐ１及びｐ３の光軸Ｏと略垂直方向への各移動量Ｍｐ１及びＭｐ３を適切に定めたものである。条件式（６）に既定する下限に満たない場合、画面シフト機能３による偏心収差の補正が過剰となり、結像性能の劣化を招く。また条件式（６）に既定する上限を超えた場合、画面シフト機能３による補正が十分に出来ないため、結像性能の劣化が生じる。
【０１１９】
なお偏心収差の補正を実現するための条件は、上に挙げたものに限定される訳ではない。例えば第１のレンズ群ｐ１を光軸Ｏと略垂直な方向に沿って最も大きく移動させ、第２のレンズ群ｐ２を光軸Ｏと略垂直な方向に沿って２番目に大きく移動させる。さらに第３のレンズ群ｐ３を光軸Ｏと略垂直な方向に沿って３番目に大きく移動させる。これらの条件が加えられる場合でも、画面シフトに伴う偏心収差を十分に補正可能であった。
【０１２０】
また例えば各条件式（５）及び（６）の範囲が狭められてもよい。すなわち所望の特性が発揮されるように、各条件式（５）及び（６）の下限値及び上限値が、各条件式の範囲内の任意の数値に変更されてもよい。
【０１２１】
ここで、以上のように構成された投射光学系６０について、具体的な数値例を挙げて簡単な説明を行う。
【０１２２】
投射光学系６０の画像投影に関するパラメータは、上記した実施形態と同様である（図４参照）。すなわち１次像面側の開口数ＮＡは０．１６３であり、基準投射距離時の最大半画角ωは７６°であり、最大の１次像面高さｙは１３．６ｍｍである。
【０１２３】
また図２８に示す液晶パネルＰ（画像変調素子）に関するパラメータも、上記した実施形態と同様である（図５参照）。すなわち液晶パネルＰは、横方向及び縦方向の長さが１６．６ｍｍ及び８．７ｍｍの矩形形状であり、光軸Ｏから垂直方向に６．４ｍｍずれた位置に画面中心位置を有する。
【０１２４】
図２９は、画像表示装置のレンズデータである。図２９には、１次像面側から２次像面側に向かって配置されるｓ１〜ｓ２８の光学部品についてのデータが示されている。第１のレンズ群ｐ１として、ｓ１４〜ｓ１７が用いられ、第２のレンズ群ｐ２としてｓ１８及びｓ１９が用いられる。また第３のレンズ群ｐ３としてｓ２０及びｓ２１が用いられる。
【０１２５】
図３０は、投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。
【０１２６】
図３１は、画面シフト機能を用いたときのパラメータの一例を示す表である。図３１には、スクリーン等に投影される画面を下側、上側、左側、左下側、及び左上側の各方向にシフトさせる場合の第１、第２、及び第３のレンズ群ｐ１、ｐ２、及びｐ３の移動量及び移動方向（正負は向き）の一例が示されている。例えば、画面を下側にシフトする場合、第１のレンズ群ｐ１はｙ軸方向に１．９９ｍｍ移動され、第２のレンズ群ｐ２はｙ軸方向に−０．７６ｍｍ移動され、第３のレンズ群ｐ３はｙ軸方向に０．２０ｍｍ移動される。
【０１２７】
図３２は、画面シフトに関するパラメータの一例を示す表である。基準投射時の第１の光学系Ｌ１の屈折力φ１は０．０３５であり、第１、第２、及び第３の屈折力φｐ１、φｐ２、及びφｐ３はそれぞれ０．０１１、０．０１５及び−０．０２０である。また第１のレンズ群ｐ１の移動量Ｍｐ１はｙ方向に１．９９ｍｍであり、第２のレンズ群ｐ２の移動量Ｍｐ２はｙ方向に−０．７６ｍｍであり、第３のレンズ群ｐ３の移動量Ｍｐ３はｙ方向に０．２０ｍｍである。図３２では、各レンズ群の移動量としてｙ方向の移動量が示されているが、光軸Ｏに垂直な方向であればいずれの方向に移動されてもよい。なお図３２に示した値は、図３１における下側への画面シフトを行う場合に相当する。
【０１２８】
図３３は、画面シフトに関するパラメータの条件の一例を示す表である。図３３には、上記の実施形態で説明した条件式（１）〜（４）と関連するパラメータが記載されている。条件式（１）と関連するφｐ１／φｐ２は、０．７６である。条件式（２）と関連するＭｐ１／Ｍｐ２は、−２．６１である。また条件式（３）及び（４）と関連するφｐ１／φ１及びφｐ２／φ１は、それぞれ０．３３及び０．４３である。このように図３３に示された値は、条件式（１）〜（４）を満たしている。
【０１２９】
また図３３には、上記した条件式（５）及び（６）と関連するパラメータが記載されている。条件式（５）と関連するφｐ１／φｐ３は、−０．５８である。条件式（６）と関連するＭｐ１／Ｍｐ３は、９．７６である。このように図３３に示された値は、条件式（５）及び（６）を満たしている。
【０１３０】
このように、本実施形態では３つのレンズ群が光軸と略垂直に連動して移動されることにより、投影される画像の調節が行われる。これにより、例えば第３のレンズ群ｐ３を用いて、他のレンズ群により画像位置等が調節された画像に対して、偏心収差の補正等を行うことが可能である。これにより、画像の劣化を十分に抑制しつつ、スクリーンでの画面シフト等を行うことが可能である。なお移動されるレンズ群の数は限定されず、４つ以上のレンズ群が互いに連動して偏芯されてもよい。
【０１３１】
図３４は、各実施形態に係る画面シフトに関するパラメータの一例を示す表である。図３４には、第１、第２、及び第３の実施形態で説明した、第１の光学系の屈折力と、各レンズ群の屈折力及び偏心量とが記載されている。
【０１３２】
図３５は、各実施形態に係る画面シフトに関する条件の一例を示す表である。図３５には、上記した条件式（１）〜（６）とそれぞれ関連するパラメータが、対応する下限値及び上限値とともに記載されている。また図３５には、図３４に記載された値に基づいて算出された条件式（１）〜（６）に対応する具体的な数値が、実施形態ごとに記載されている。
【０１３３】
例えば、｜Ｍｐ１／Ｍｐ２｜については、下限値が０．１であり、上限値が２０である（条件式（２））。また第１、第２、及び第３の実施形態での各Ｍｐ１／Ｍｐ２の値は、それぞれ−２．４３、２．３０、−２．６１である。各値の絶対値は、下限値（０．１）より大きくかつ上限値（２０）より小さいという条件を満たしている。
【０１３４】
このように、本技術に係る画像表示装置では、画面シフト等の機能を発揮するために、各パラメータが適切に定められる。例えば、条件式（１）、（３）、及び（４）を満たすように第１及び第２のレンズ群が適宜選択される。また例えば、条件式（２）を満たすように、第１のレンズ群の偏心量に応じて第２のレンズ群が偏心される。これにより、偏心収差等により結像性能の劣化を適正に補正しつつ、画面シフト等の機能を十分に発揮することが可能である。
【０１３５】
以上に説明した第１〜第３の実施形態のいずれかの構成を備えることで、半画角が７０°以上となる超広角に対応した場合であっても、画像を劣化させることのない高性能な画面シフト機能等を搭載させることができる。しかも、このような機能を小型で、かつ、安価に実現することが可能である。
【０１３６】
＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【０１３７】
超広角に対応した液晶プロジェクタ等は、設置環境に非常に敏感となる。例えば、超広角に非対応な装置では気にならなかった振動等に反応し、投影された画面が揺れるといった事態が想定される。
【０１３８】
このため、上記した投射光学系を備える画像表示装置では、設置環境の振動等を検出する機構が備えられてもよい。例えば、画面の振動を検出する赤外線センサ等や、装置自体の振動を検出する振動センサ等が設けられる。そして、これらのセンサによって検出された振動の周期や振幅等に基づいて、画像表示装置の画面シフト機能が実行される。これにより、設置環境の振動に同期して、当該振動を打ち消すように画面シフトを行うことが可能である。これにより、投影される画面の振動を補正することが可能となり、質の高い画像表示を維持することが可能である。
【０１３９】
振動を検出するセンサや、画面シフト機能との同期方法等は限定されない。例えば、デジタルカメラ等の撮像系で用いられる手振れ補正技術等を利用して、画面シフト機能が同期されてもよい。
【０１４０】
以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
【０１４１】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）光源と、
前記光源からの光束を変調して画像光を生成する画像生成部と、
前記生成された画像光の光軸上に配置された第１の屈折力を持つ第１のレンズ群と、
前記光軸上に配置された第２の屈折力を持つ第２のレンズ群と、
前記第１のレンズ群を移動させる第１の移動機構と、
前記第１の屈折力、前記第２の屈折力、及び前記第１のレンズ群の移動に応じて、前記第２のレンズ群を移動させる第２の移動機構と
を有する投射光学系と
を具備する画像表示装置。
（２）（１）に記載の画像表示装置であって、
前記第１の移動機構は、前記光軸と略垂直な方向に沿って第１の向きに前記第１のレンズ群を移動させ、
前記第２の移動機構は、前記光軸と略垂直な方向に沿って、前記第１の屈折力、前記第２の屈折力、及び前記第１の向きに応じた第２の向きに、前記第２のレンズ群を移動させる
画像表示装置。
（３）（２）に記載の画像表示装置であって、
前記第２の向きは、前記第１及び前記第２の屈折力が互いに同じ符号である場合には、前記第１の向きと逆の向きである
画像表示装置。
（４）（２）に記載の画像表示装置であって、
前記第２の向きは、前記第１及び前記第２の屈折力が互いに異なる符号である場合には、前記第１の向きと同じ向きである
画像表示装置。
（５）（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、前記第１及び前記第２のレンズ群を有する全体で正の屈折力を持つ第１の光学系と、前記第１の光学系から出射された前記画像光を反射する凹面反射面を有する第２の光学系とを含む
画像表示装置。
（６）（５）に記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、前記第１の屈折力φｐ１と、前記第２の屈折力φｐ２と、前記第１の光学系の基準投射時の屈折力φ１と、前記第１のレンズ群の移動量Ｍｐ１と、前記第２のレンズ群の移動量Ｍｐ２とが、
（１）  ０．１＜｜φｐ１／φｐ２｜＜５．０
（２）  ０．１＜｜Ｍｐ１／Ｍｐ２｜＜２０
（３）  ０．１＜｜φｐ１／φ１｜＜５．０
（４）  ０．１＜｜φｐ２／φ１｜＜５．０
の関係を満たすように構成される
画像表示装置。
（７）（６）に記載の画像表示装置であって、
前記第１のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って最も大きく移動し、
前記第２のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って２番目に大きく移動する
画像表示装置。
（８）（１）から（７）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の移動機構は、互いに連動して前記第１及び前記第２のレンズ群を移動させる
画像表示装置。
（９）（１）から（８）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１の光学系は、前記光軸と略平行な方向に沿って移動する少なくとも１つのレンズ群を有し、
前記第１及び第２の移動機構は、前記光軸と略平行な方向に沿った前記レンズ群の移動に連動して、前記第１及び前記第２のレンズ群を移動させる
画像表示装置。
（１０）（５）から（９）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、前記第１の光学系に含まれる第３の屈折力を持つ第３のレンズ群と、前記第３のレンズ群を移動させる第３の移動機構とを有する
画像表示装置。
（１１）（１０）に記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、前記第１の屈折力φｐ１と、前記第３の屈折力φｐ３と、前記第１のレンズ群の移動量Ｍｐ１と、前記第３のレンズ群の移動量Ｍｐ３とが、
（５）  ０．１＜｜φｐ１／φｐ３｜＜５．０
（６）  ０．１＜｜Ｍｐ１／Ｍｐ３｜＜２０
の関係を満たすように構成される
画像表示装置。
（１２）（１１）に記載の画像表示装置であって、
前記第１のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って最も大きく移動し、
前記第２のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って２番目に大きく移動する
前記第３のレンズ群は、前記光軸と略垂直な方向に沿って３番目に大きく移動する
画像表示装置。
【符号の説明】
【０１４２】
ｐ１…第１のレンズ群
ｐ２…第２のレンズ群
ｐ３…第３のレンズ群
φｐ１…第１の屈折力
φｐ２…第２の屈折力
φｐ３…第３の屈折力
ｍ１…第１の移動機構
ｍ２…第２の移動機構
ｍ３…第３の移動機構
Ｌ１…第１の光学系
Ｌ２…第２の光学系
φ１…第１の光学系の基準投射時の屈折力
Ｍ３０…凹面反射面
Ｏ…光軸
１０…光源
２０…照明光学系
３０、５０、６０…投射光学系
１００…画像表示装置
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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