JPWO2017163627A1 - 光学装置及び光学変換器 - Google Patents

Abstract

光学系を除く光学装置本体部（２）と、この光学装置本体部（２）から出射する出射光を被投射面部に投射して画像を表示する投射レンズ部（３）を有する光学系とを備え、特に、光学装置本体部（２）からの出射光（Ｃｏ）に係わる所定角度の画像を、光軸を回転中心にして少なくとも直角方向に回転させた画像に変換する画像角度変換部（８）と、この画像角度変換部（８）の光進方向（Ｆｃ）前方に配した投射レンズ部（３）と、この投射レンズ部（３）を支持して当該投射レンズ部（３）を縦方向及び／又は横方向（Ｆｈ）に変位させるレンズシフト機構部（７）とを有する光学系（５）を備える。

Description

本発明は、光学系を除く光学装置本体部から出射する出射光を被投射面部に投射して画像を表示する投射レンズ部を備える光学装置及びこの投射レンズ部に組合わせて使用する光学変換器に関する。

一般に、プロジェクタ本体部から出射する出射光を、投射レンズ部を通してスクリーン部に投射し、当該スクリーン部に画像を表示するプロジェクタ（光学機器）は広く知られている。また、この種のプロジェクタの設置方式としては、据置き式と天吊り式が知られており、通常、天吊り式は、特許文献１及び２等に開示されるように、天井に吊金具を固定し、この吊金具の下端にプロジェクタを取付けている。

天吊り式は、プロジェクタの置き場所を確保する必要がないため、例えば、図５に示すようなファッションショー等が行われる発表会場１００でも採用されている。図５中、符号（１０１）は、吊金具１０２を介して天井１０３に取付けられたプロジェクタを示す。そして、このような発表会場１００では、ビデオカメラ（不図示）により被写体となるステージ上の人物１０４をポートレート撮影し、プロジェクタ（１０１）によりステージ後方壁面に設けたスクリーン部１０５に拡大表示している。

特開２０１０−０１４７６６号公報 特開２０１１−１８０４０７号公報

しかし、上述した天吊り式により設置する従来のプロジェクタ（光学装置）は、次のような解決すべき課題も存在した。

即ち、通常、プロジェクタ（１０１）は、正面視の長手方向が左右に位置する横置状態に設置するため、画面形状は横長となる。したがって、人物１０４を撮影し、人物１０４のみを縦長のスクリーン部１０５に拡大表示するためには、画像処理等により人物１０４に対するトリミングを行う必要があるなど、煩雑な処理が必要になる。しかも、有効に使用できる画素数の減少を招くため、拡大表示する画像（映像）の画質（解像度等）を低下させる要因ともなる。

一方、ビデオカメラを横にし、縦長の画面に人物１０４の全体が入るポートレート撮影を行うとともに、図５に仮想線で示すプロジェクタ１０１ｖのように、正面視の長手方向が上下に位置する縦置状態に設置すれば、画像処理等を行うことなくそのまま拡大表示可能になるが、反面、プロジェクタ（１０１）にとっては、変則的な設置方法となるため、画像を表示する画面に対するレンズシフト機構によるシフト範囲や台形補正範囲が十分に確保できなくなり、図５に仮想線で示すように、プロジェクタ１０１ｖを、天井１０３から下方に離れた位置、即ち、より低い高さに設置せざるを得ない。

結局、従来のプロジェクタ（１０１）を使用してポートレート画像を拡大表示する場合、プロジェクタ１０１ｖのように、設置姿勢を縦置状態にする必要があるとともに、天井に対してより低い位置に設置する必要があり、プロジェクタが観客の視界に入り易い目障りな存在になるなど、特に一部の用途によっては設置性に難点があった。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した光学装置及び光学変換器の提供を目的とするものである。

本発明に係る光学装置Ｐは、上述した課題を解決するため、光学系を除く光学装置本体部２と、この光学装置本体部２から出射する出射光を被投射面部４に投射して画像を表示する投射レンズ部３を有する光学系とを備える光学装置を構成するに際して、光学装置本体部２からの出射光Ｃｏに係わる所定角度の画像Ｖｓを、光軸を回転中心にして少なくとも直角方向に回転させた画像Ｖｔに変換する画像角度変換部８と、この画像角度変換部８の光進方向Ｆｃ前方に配した投射レンズ部３と、この投射レンズ部３を支持して当該投射レンズ部３を縦方向Ｆｖ及び／又は横方向Ｆｈに変位させるレンズシフト機構部７とを有する光学系５を備えてなることを特徴とする。

一方、本発明に係る光学変換器１は、上述した課題を解決するため、光学系を除く光学装置本体部２に対して着脱し、当該光学装置本体部２から出射する出射光を被投射面部４に投射して画像を表示する投射レンズ部３に組合わせることにより所定の光学系を構成する光学変換器であって、光学装置本体部２からの出射光Ｃｏに係わる所定角度の画像Ｖｓを、光軸を回転中心にして少なくとも直角方向に回転させた画像Ｖｔに変換する画像角度変換部８と、この画像角度変換部８の光進方向Ｆｃ前方に配した投射レンズ部３を支持して当該投射レンズ部３を縦方向Ｆｖ及び／又は横方向Ｆｈに変位させるレンズシフト機構部７とを備えてなることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、光学系５には、光学装置本体部２に内蔵する表示パネル部Ｐｐｐの実際の配設位置Ｘｓに対して当該表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖを光進方向Ｆｃ前方に変移させ、この表示パネル部Ｐｐｐからの出射光Ｃｏを画像角度変換部８に入光させるリレーレンズ部６を設けることができ、このリレーレンズ部６には、実際の配設位置Ｘｓにおける表示パネル部Ｐｐｐからの出射光Ｃｏにより表示される画像に対して実質的位置Ｘｖにおける表示パネル部からの出射光により表示される画像を任意の倍率により縮小させる変倍特性を持たせることが望ましい。また、画像角度変換部８は、複数の反射面８ａｍ，８ｂｍ，８ｃｍの組合わせ、例えば、複数のプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃを組合わせたプリズムユニット８ｕにより構成することができ、このプリズムユニット８ｕとしては、光路に沿って配した三つのプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃにより構成することができる。一方、このプリズムユニット８ｕには、プリズムメンバ８ａ…の少なくとも一部を、光軸を回転中心にして回動させることにより画像Ｖｓの角度を任意の角度に変更可能な画像角度変更機能を設けることも可能である。さらに、画像角度変換部８には、出射側に、光学装置本体部２に対するバックフォーカスを調整可能なバックフォーカス調整機構部１２を設けることができる。なお、レンズシフト機構部７には、出射側に、投射レンズ部３を一体に設けてもよい。

このような構成を有する本発明に係る光学装置Ｐ及び光学変換器１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 光学装置本体部２からの出射光Ｃｏに係わる所定角度の画像Ｖｓを、光軸を回転中心にして少なくとも直角方向に回転させた画像Ｖｔに変換する画像角度変換部８と、この画像角度変換部８の光進方向Ｆｃ前方に配した投射レンズ部３を支持して当該投射レンズ部３を縦方向Ｆｖ及び／又は横方向Ｆｈに変位させるレンズシフト機構部７とを備えてなるため、ビデオカメラを、例えば、縦画面にしてポートレート撮影を行った場合であっても、プロジェクタ等の光学装置Ｐを一般的な横置状態のまま、ビデオカメラにより撮影した画像をそのまま表示できるとともに、このような表示を行う場合であっても画質が無用に低下する不具合を回避できる。

（２） 光学変換器１は、光学系を除く光学装置本体部２に対して着脱し、当該光学装置本体部２から出射する出射光Ｃｏを被投射面部４に投射して画像を表示する投射レンズ部３に組合わせることにより所定の光学系５を構成するようにしたため、光学変換器１は、独立した単体ユニットとして構成できる。したがって、交換式の投射レンズ部３を備える既存のプロジェクタ等の光学装置Ｐに対して後付けすることにより利用できるなど、汎用性及び発展性に優れる。

（３） 好適な態様により、光学系５に、光学装置本体部２に内蔵する表示パネル部Ｐｐｐの実際の配設位置Ｘｓに対して当該表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖを光進方向Ｆｃ前方に変移させ、この表示パネル部Ｐｐｐからの出射光Ｃｏを画像角度変換部８に入光させるリレーレンズ部６を設ければ、表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖを光学機器本体部２の前方、特に、光学機器本体部２の外部にまで変移させることが可能になるため、レンズシフト機構部７と組合わせた場合であっても、レンズシフト機構部７の大型化を伴うことなく、レンズシフト機構部７の配設位置の選定或いはシフト範囲（シフト率）の選定等に対しても容易かつ柔軟に対応できる。

（４） 好適な態様により、リレーレンズ部６に、実際の配設位置Ｘｓにおける表示パネル部Ｐｐｐからの出射光Ｃｏにより表示される画像に対して実質的位置Ｘｖにおける表示パネル部からの出射光により表示される画像を任意の倍率により縮小させる変倍特性を持たせれば、被投射面部４に投射する画像（画面）のシフト範囲（シフト率）を、レンズシフト機構部７の変更を伴うことなく容易に拡大できるため、プロジェクタ等の光学装置Ｐを被投射面部４に対して、より高い（より低い）高さに設置したり、より左右の離れた位置に設置できるとともに、被投射面部４に対して、より近い位置に設置できるなど、光学装置Ｐの設置性（設置の柔軟性）を飛躍的に高めることができる。

（５） 好適な態様により、画像角度変換部８を、複数の反射面８ａｍ，８ｂｍ，８ｃｍの組合わせにより構成すれば、複数のプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃや複数のミラーメンバを組合わせて構成できるなど、特定の部品に限定されることなく、汎用性及び発展性に優れた画像角度変換部８として利用できる。

（６） 好適な態様により、画像角度変換部８を、複数のプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃを組合わせたプリズムユニット８ｕにより構成すれば、目的とする画像角度変換部８を容易に得ることができるとともに、精度の高い安定した画像角度変換部８を構成可能となる。

（７） 好適な態様により、プリズムユニット８ｕを、光路に沿って配した三つのプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃにより構成すれば、低コスト性，軽量性，小型コンパクト性，透光性等の観点から最も有利な構成にできるため、本発明を実施する際における最も望ましい形態として実施できる。

（８） 好適な態様により、プリズムユニット８ｕに、プリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃの少なくとも一部を、光軸を回転中心にして回転させることにより画像Ｖｓの角度を任意の角度に変更可能な画像角度変更機能を設ければ、プリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃによりプリズムユニット８ｕを構成する際に、少なくとも一部のプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃを、光軸を回転中心にして回動可能に組付けるなどにより実現できるため、光学機器Ｐの様々な設置場所や被投射面部４の形態、更には投射画像に対する様々なパフォーマンス等に対しても、柔軟かつ臨機応変に対応できるとともに、比較的容易に実施できる。

（９） 好適な態様により、画像角度変換部８に、出射側に、光学装置本体部２に対するバックフォーカスを調整可能なバックフォーカス調整機構部１２を設ければ、バックフォーカスの異なる様々な光学装置本体部２に対しても、光学変換器１側でバックフォーカスを容易に調整できるため、汎用性の高い光学変換器１として構築できるとともに、装着した光学装置本体部２に対して、精度の高い最適なバックフォーカスを設定することができる。

（１０） 好適な態様により、レンズシフト機構部７の出射側に、投射レンズ部３を一体に設ければ、投射レンズ部３を、光学変換器１に対する専用の投射レンズとして設計可能になるため、投射レンズ部３を、リレーレンズ部６とレンズシフト機構部７等にマッチングさせた最適な光学変換器１を構築できるなど、光学変換器１の最適化を図ることができる。

本発明の好適実施形態に係る光学変換器の外観平面図、 同光学変換器を光学装置であるプロジェクタに装着した状態を示す外観平面図、 同光学変換器を装着したプロジェクタの一部を示す正面図、 同光学変換器の外観斜視図、 同光学変換器を装着したプロジェクタの天吊り式を用いた設置例を示す概要図、 同光学変換器に備えるリレーレンズ部のレンズデータ表、 同光学変換器に備える画像角度変換部の斜視図、 同画像角度変換部の分解斜視図、 同光学変換器に備えるバックフォーカス調整機構部の上半部を示す側面断面図、 同光学変換器を装着できるプロジェクタの一例を示す外観斜視図、 同光学変換器を装着できるプロジェクタの光学系統及び信号系統の一例を示すブロック構成図、 同光学変換器を装着できるプロジェクタの内部の光学系の一例を示す概略構成図、 同光学変換器の各部の機能を順を追って示すフローチャート、 同光学変換器に備えるリレーレンズ部の機能説明図、 同光学変換器に備える画像角度変換部の機能説明図、 同光学変換器を含む光学系の作用を説明するための模式的構成図、

１：光学変換器，２：光学装置本体部，３：投射レンズ部，４：被投射面部，５：光学系，６：リレーレンズ部，７：レンズシフト機構部，８：画像角度変換部，８ａ：プリズムメンバ，８ｂ：プリズムメンバ，８ｃ：プリズムメンバ，８ｕ：プリズムユニット，８ａｍ：反射面，８ｂｍ：反射面，８ｃｍ：反射面，１２：バックフォーカス調整機構部，Ｐ：光学装置，Ｐｐ：プロジェクタ，Ｐｐｐ：表示パネル部，Ｖｈ：画像，Ｖｓ：横方向の画像，Ｖｔ：縦方向の画像，Ｃｏ：出射光，Ｆｃ：光進方向，Ｆｖ：縦方向，Ｆｈ：横方向，Ｘｓ：配設位置，Ｘｖ：実質的位置

次に、本発明に係る最良実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

最初に、本発明に係る光学変換器１の理解を容易にするため、光学変換器１を用いることができる光学装置Ｐの概要について、図１，図１０〜図１２を参照して説明する。なお、実施形態では、光学装置Ｐの一例として汎用的なプロジェクタＰｐを示す。

図１０に示すように、プロジェクタＰｐは、光学装置本体部２を構成するプロジェクタ本体部２ｐを備える。例示するプロジェクタ本体部２ｐは、比較的高さが低い直方体状のキャビネット２１に覆われ、このキャビネット２１の前面プレート２１ｆには、レンズ装着用開口２１ｈを有する。また、３は交換レンズ方式の投射レンズ部であり、図１に示すように、この投射レンズ部３の後端に備えるマウント部３ｍを、レンズ装着用開口２１ｈからキャビネット２１の内部に挿入し、プロジェクタ本体部２ｐ側のマウント部２ｍ（図１）に装着する。以上が、プロジェクタＰｐ全体の外観構成となる。図１０中、点線で示すＰｐｐは、プロジェクタ本体部２ｐに内蔵するＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）や液晶パネル等の表示パネル部を示し、投射レンズ部３に対して適切なバックフォーカスが確保される所定の配設位置Ｘｓに固定状態に実装されている。

一方、図１１は、プロジェクタ本体部２ｐにおける光学系統及び信号系統のブロック構成を示す。なお、図１１中、２１は上述したキャビネット、３は上述した投射レンズ部、Ｐｐｐは上述した表示パネル部、をそれぞれ示している。プロジェクタ本体部２ｐは、投射レンズ部３に対して光進方向上流側に配した表示パネル部Ｐｐｐを含む照明光学部３１を備え、この照明光学部３１の上流源には光源部３２を配設する。この光源部３２から投射レンズ部３までは、プロジェクタ本体部２ｐにおける光学系を構成する。なお、３３は表示パネル部Ｐｐｐに接続したパネル駆動部を示すとともに、３４は光源部３２を含む必要各部に電力を供給するための電源部を示す。

図１２に、プロジェクタ本体部２ｐにおける光学系の構成例を示す。図１２に例示する光学系は、照明光学系５１，色分離光学系５２，リレー光学系５３を備えるとともに、二枚のコンデンサレンズ５４，５５、三枚の液晶パネル５６，５７，５８、色合成プリズム５９、投射レンズ３とを備える。この場合、照明光学系５１は、リフレクタ３２ｒ内に白色ランプ３２ｏを収納した光源部３２を備えるとともに、光源部３２の光進方向下流側には、第一アレイレンズ６１，第二アレイレンズ６２，偏光変換素子６３，集光レンズ６４を順次配設して構成する。また、色分離光学系５２は、集光レンズ６４の下流側に配してＲ光を反射し、かつＧ光及びＢ光が透過するダイクロイックミラー６５，このダイクロイックミラー６５の反射光（Ｒ光）が反射する反射ミラー６６を備え、この反射ミラー６６を反射したＲ光はコンデンサレンズ５５を透過する。さらに、色分離光学系５２は、ダイクロイックミラー６５の透過光であるＧ光を反斜し、かつＢ光が透過するダイクロイックミラー６７を備え、ダイクロイックミラー６７の反射光（Ｇ光）は、コンデンサレンズ５４を透過する。一方、リレー光学系５３は、ダイクロイックミラー６５の下流側に配した、このダイクロイックミラー６５の透過光であるＢ光が透過する第一リレーレンズ６８，この第一リレーレンズ６８を透過したＢ光が反射する反射ミラー６９，反射ミラー６９を反射したＢ光が透過する第二リレーレンズ７０，この第二リレーレンズ７０を透過したＢ光が反射する反射ミラー７１，この反射ミラー７１を反射したＢ光が透過する第三リレーレンズ７２を順次配設して構成する。

また、コンデンサレンズ５５を透過したＲ光は、Ｒ光用液晶パネル５６を通して色合成プリズム５９のＲ光入光面に入光するとともに、コンデンサレンズ５４を透過したＧ光は、Ｇ光用液晶パネル５７を通して色合成プリズム５９のＧ光入光面に入光し、さらに、第三リレーレンズ７２を透過したＢ光は、Ｂ光用液晶パネル５８を通して色合成プリズム５９のＢ光入光面に入光する。そして、Ｒ光，Ｇ光及びＢ光は、色合成プリズム５９により合成され、色合成プリズム５９の出射面から投射レンズ部３に入光する。したがって、Ｒ光用液晶パネル５６，Ｇ光用液晶パネル５７及びＢ光用液晶パネル５８の三つの液晶パネルが表示パネル部Ｐｐｐを構成する。以上、例示した光学系は、公知の一般的なプロジェクタ要素を構成している。なお、図１２において、光源部３２及び投射レンズ部３を除く光学系は、前述した照明光学部３１を構成する。また、図１２中、４は平面スクリーンを用いた被投射面部を示す。

さらに、プロジェクタ本体部２ｐは、図１１に示すように、光源部３３を含むキャビネット２１内部を冷却する冷却部（冷却ファン等）３５、映像信号の入力部及び出力部を備える映像信号入出力部３６、音声信号の入力部及び出力部を備える音声信号入出力部３７、外部との通信の授受を行う通信部３８、ＣＰＵを含み各種制御処理を行う制御部３９、不揮発性メモリ及びＲＡＭ等を含む内部メモリ４０、外部に望む操作パネル等から各種入力を行うための操作部４１、画像に関係する各種調整を行うことができる画像調整部４２、ストレージ部４３等を備え、これらは、バスライン，信号ライン，電源ライン等を含む各種接続ライン４４を介して接続することにより、公知の一般的なプロジェクタ要素を構成している。

次に、本実施形態に係る光学変換器１の構成について、図１〜図９及び図１５を参照して具体的に説明する。

図１及び図２に示すように、光学変換器１は、大別して、光進方向Ｆｃ前方における後側から前側へ、リレーレンズ部６，画像角度変換部８，レンズシフト機構部７を順次配して構成する。例示する、リレーレンズ部６，画像角度変換部８，レンズシフト機構部７は、それぞれ別体のユニットとして構成するとともに、前後に設けたフランジ部６ｆ，８ｆｆ，８ｆｒ，７ｆを用いて連結し、全体を一体の光学変換器１として構成する。

この場合、リレーレンズ部６は、図１に示すプロジェクタ本体部２ｐに内蔵する液晶パネル等の表示パネル部Ｐｐｐの実際の配設位置Ｘｓに対して、当該表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖを、光進方向Ｆｃの前方へ変移させる機能、即ち、リレー機能を備える。さらに、例示のリレーレンズ部６は、当該リレー機能に加え、実際の配設位置Ｘｓにおける表示パネル部Ｐｐｐからの出射光Ｃｏにより表示される画像を、当該リレーレンズ部６に入光する画像に対して、任意の倍率により縮小させる変倍特性（変倍機能）を持たせている。

このように、リレーレンズ部６に、実際の配設位置Ｘｓにおける表示パネル部Ｐｐｐからの出射光Ｃｏにより表示される画像に対して実質的位置Ｘｖにおける表示パネル部からの出射光により表示される画像を任意の倍率により縮小させる変倍特性を持たせれば、被投射面部４に投射する画像（画面）のシフト範囲（シフト率）を、レンズシフト機構部７の変更を伴うことなく容易に拡大できるため、プロジェクタ等の光学装置Ｐを被投射面部４に対して、より高い（より低い）高さに設置したり、より左右の離れた位置に設置できるとともに、被投射面部４に対して、より近い位置に設置できるなど、光学装置Ｐの設置性（設置の柔軟性）を飛躍的に高めることができる。

また、リレーレンズ部６は、外郭となるレンズ鏡筒６ｃを備え、このレンズ鏡筒６ｃの後端に、プロジェクタ本体部２ｐに対して着脱するレンズ側のマウント部６ｍを有するとともに、前端に、フランジ部６ｆを有する。このレンズ鏡筒６ｃは、複数のレンズを配したレンズ群を内蔵させて構成する。例示するリレーレンズ部６のレンズデータを図６に示す。このリレーレンズ部６は、倍率を０．５倍に設定している。なお、図６中、ｎｄは屈折率、νｄはアッベ数である。また、図６中、面番号における「物体面」が再結合面となる。

したがって、図１に示すように、プロジェクタ本体部２ｐ内部の配設位置Ｘｓにおける表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖ（結像点に相当する位置）は、リレーレンズ部６によりプロジェクタＰｐの外部にまで変移させることが可能となる。

画像角度変換部８は、光軸を支点として、横方向の画像を縦方向の画像に変換する機能を備える。例示する画像角度変換部８の構成を、図２，図７〜図８及び図１５に示す。画像角度変換部８は、外郭となるハウジング８ｈを備え、図１に示すように、ハウジング８ｈの後端には、レンズ鏡筒６ｃに設けたフランジ部６ｆに結合するフランジ部８ｆｒを有するとともに、前端には、フランジ部８ｆｆを有する。また、ハウジング８ｈには、図８に示す三つのプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃを組合わせて構成した図７に示すプリズムユニット８ｕを内蔵する。これにより、図１５に示すように、プリズムユニット８ｕに入光する横方向の画像Ｖｓ（横Ｒ）を縦方向の画像Ｖｔ（縦Ｒ）に変換し、プリズムユニット８ｕから出射させることができる。三つのプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃにおいて、８ａｍ，８ｂｍ，８ｃｍは、各プリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃの反射面をそれぞれ示している。

このように、リレーレンズ部６とレンズシフト機構部７間に、光軸を支点として、横方向の画像Ｖｓを縦方向の画像Ｖｔに変換する画像角度変換部８を設ければ、ビデオカメラを縦画面にしてポートレート撮影を行った場合であっても、プロジェクタＰｐを一般的な横置状態にしたまま、ビデオカメラにより撮影した画像をそのまま表示できるとともに、画質が低下する不具合を回避できる。さらに、画像角度変換部８を構成するに際し、複数のプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃを組合わせたプリズムユニット８ｕにより構成すれば、目的とする画像角度変換部８を容易に得ることができるとともに、精度の高い安定した画像角度変換部８を構成できる利点がある。特に、例示のように、プリズムユニット８ｕを、光路に沿って配した三つのプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃにより構成すれば、低コスト性，軽量性，小型コンパクト性，透光性等の観点から最も有利な構成にできるため、本発明を実施する際における最も望ましい形態として実施できる。

ところで、画像角度変換部８は、図８に示すように、複数のプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃを組合わせることによりプリズムユニット８ｕを構成するため、画像角度変換部８には、プリズムメンバ８ａ…の少なくとも一部、即ち、プリズムメンバ８ａ…の一部又は全部を、光軸を回転中心にして回動させることにより、画像Ｖｓの角度を任意の角度に変更可能な画像角度変更機能を設けることもできる。この場合、各プリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃ同士の当接面を接着等により固定することなく、各プリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃに対して相対的に回動可能となる支持構造を付設すればよい。このような画像角度変更機能を設ければ、光学機器Ｐの様々な設置場所や被投射面部４の形態、更には投射画像に対する様々なパフォーマンス等に対しても柔軟かつ臨機応変に対応できるとともに、比較的容易に実施できる利点がある。

一方、レンズシフト機構部７は、後端に、ハウジング８ｈに設けたフランジ部８ｆｆに結合するフランジ部７ｆを兼ねる支持盤７ｓを備え、この支持盤７ｓの前面に、不図示の操作機構（駆動機構）によりＸ方向に変位するＸ方向可動盤７ｘを支持するとともに、Ｘ方向可動盤７ｘの前面に、不図示の操作機構（駆動機構）によりＹ方向に変位するＹ方向可動盤７ｙを支持する。そして、このＹ方向可動盤７ｙの前面には、投射レンズ部３が着脱するマウント部７ｍを一体に備える。

さらに、図１に示すように、画像角度変換部８の出射側（レンズシフト機構部７に対する入光側）には、プロジェクタ本体部２ｐに対するバックフォーカスを調整することができるバックフォーカス調整機構部１２を設ける。図９に、バックフォーカス調整機構部１２の上半部の断面構造を示す。このバックフォーカス調整機構部１２は、画像角度変換部８側に設けた第一固定筒部８１とレンズシフト機構部７側に設けた第二固定筒部８２を備え、第一固定筒部８１の外周面を第二固定筒部８２の内周面に挿入するとともに、第二固定筒部８２に、前後（光軸方向）に長い複数（例示は、周方向等間隔位置に三つ）のガイド孔８３…設け、かつ第一固定筒部８１に、当該ガイド孔８３…に係合してガイドされる回動ローラ８４…を設ける。これにより、第二固定筒部８２は第一固定筒部８１に対して前後方向（光軸方向）変位のみ許容される。

また、第一固定筒部８１及び第二固定筒部８２には、それぞれ大径をなすヘリコイドねじを用いた雄ねじ部８１ｐ及び８２ｎを設けるとともに、第一固定筒部８１及び第二固定筒部８２間に跨がり、かつ各雄ねじ部８１ｐ及び８２ｎに螺合するヘリコイドねじを用いた雌ねじ部８５ｐ及び８５ｎを内周面に形成した調整リング８５を装着する。この場合、雄ねじ部８１ｐと８２ｎのねじ形成方向は正逆関係にあるため、調整リング８５を、正方向に回動操作すれば、第一固定筒部８１と第二固定筒部８２は相対的に離れる方向に変位し、逆方向に回動操作すれば、第一固定筒部８１と第二固定筒部８２は相対的に近付く方向に変位する。このように、調整リング８５の操作によりバックフォーカスの調整を容易に行うことができる。特に、バックフォーカス調整機構部１２を画像角度変換部８の出射側に配設することにより、画像角度変換部８の出射側から表示パネル部Ｐｐｐ間における全体距離に対する修正を行うことができる。

したがって、このようなバックフォーカス調整機構部１２を設ければ、バックフォーカスの異なる様々なプロジェクタ本体部２ｐ…に対しても、光学変換器１側でバックフォーカスを容易に調整できるため、汎用性の高い光学変換器１として構築できるとともに、装着したプロジェクタ本体部２ｐ…に対して、精度の高い最適なバックフォーカスを設定できる利点がある。

次に、本実施形態に係る光学変換器１の使用方法及び機能について、図１〜図１６を参照して説明する。

最初に、光学変換器１の使用方法について、図１〜図３を参照して説明する。光学変換器１は、プロジェクタ本体部２ｐ及びこのプロジェクタ本体部２ｐから出射する出射光Ｃｏをスクリーン部４に投射して画像を表示する投射レンズ部３を備える一般的なプロジェクタＰｐ、特に、このプロジェクタＰｐに備える投射レンズ部３と組合わせて使用することができる。

使用に際しては、まず、図１に示すように、プロジェクタＰｐにおけるプロジェクタ本体部２ｐから、このプロジェクタ本体部２ｐに装着されている投射レンズ部３を取り外す。そして、取り外した投射レンズ部３のマウント部３ｍを、予め用意した光学変換器１の前端におけるマウント部７ｍに装着する。図４はこの状態を示すとともに、図１中、矢印Ｄ１は、この操作のイメージを示している。なお、図１〜図３において、２１はプロジェクタ本体部２ｐのキャビネットであり、２１ｆはキャビネット２１における前面プレート、２１ｈはこの前面プレート２１ｆに設けたレンズ装着用開口を示す。

一方、投射レンズ部３を装着した光学変換器１は、後端に設けたマウント部６ｍを、プロジェクタ本体部２ｐのマウント部２ｍに装着する。図２及び図３はこの状態を示す。したがって、投射レンズ部３及び光学変換器１を含む光学系が、プロジェクタＰｐにおける全体の光学系５を構成する。図１中、矢印Ｄ２は、この操作のイメージを示している。これにより、既に設置されているプロジェクタＰｐを、本実施形態に係る光学変換器１を装着したプロジェクタＰｐに変更することができ、特に、ポートレート画像を投射して表示するためのプロジェクタＰｐとして使用できる。

次に、光学変換器１を備えるプロジェクタＰｐの全体の機能（作用）について、図１〜図１６を参照して説明する。なお、全体の機能は、一例として示した図５のファッションショー会場に設置されたプロジェクタＰｐについて、図１３に示すフローチャートを参照しつつ順を追って説明する。

この場合、プロジェクタＰｐは、図５に示すように、会場１０１の天井１０３に、吊金具１０２を介して横置状態に取付けられ、ステージ後方の壁面における縦長のスクリーン部４にポートレート画像により拡大表示する機能を発揮する。また、ステージ上の被写体（人物１０４）は、９０〔°〕横にした不図示のビデオカメラにより縦長画像、即ち、縦長画面として撮影されるものとする。なお、スクリーン部４は、壁面に対して別途のスクリーンを設置する場合であってもよいし、白色の壁面をそのままスクリーンとして使用する場合であってもよい。

まず、ビデオカメラにより縦長画像（縦画面）が撮影される（ステップＳ１）。したがって、縦長画像となる被写体の画像データは、被写体の向きが９０〔°〕回転した横向きとなる。一方、撮影に基づく画像データはプロジェクタＰｐに送信され、このプロジェクタＰｐ（プロジェクタ本体部２ｐ）の入力部に付与される（ステップＳ２）。これにより、プロジェクタ本体部２ｐからは、被写体が横向きとなる画像Ｖｈに基づく出射光が出射する。

また、プロジェクタ本体部２ｐから出射した出射光Ｃｏは、本実施形態に係る光学変換器１におけるリレーレンズ部６に入光し、このリレーレンズ部６を透過する（ステップＳ３）。リレーレンズ部６は、図６に示したレンズデータに基づき、表示パネル部Ｐｐｐの実際の配設位置Ｘｓに対して、当該表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖが光進方向Ｆｃ前方に変移されるとともに、さらに、表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖから出射される出射光により表示される画像を、実際の配設位置Ｘｓにおける表示パネル部Ｐｐｐから出射される出射光Ｃｏにより表示される画像に対して、任意の倍率（例示は、０．５倍）により縮小させる。

図１４（ｂ）に、プロジェクタ本体部２ｐから出射した出射光Ｃｏに基づく画像を所定の倍率により縮小された画像Ｖｓをイメージ的に示している。この場合、画像Ｖｓにおける被写体の向きは、図１５に示す「横Ｒ」の文字のように９０〔°〕回転した横向きとなる。なお、図１４（ａ）には、縮小後の画像Ｖｓと対比するため、縮小前の画像Ｖｈをイメージ的に示す。

さらに、リレーレンズ部６から出射した画像Ｖｓは、画像角度変換部８を構成するプリズムユニット８ｕに入光する。そして、このプリズムユニット８ｕ（画像角度変換部８）を透過することにより、図１５に示すように、横方向の画像Ｖｓは、光軸を支点として９０〔°〕回転し、縦方向の画像Ｖｔに変換される（ステップＳ４）。即ち、図１５に示すように、プリズムメンバ８ａに対して水平方向に入光する横方向の画像Ｖｓは、プリズムメンバ８ａの反射面８ａｍにより反射し、入光方向に対して直角方向上方に出射し、画像Ｖｍ１として次のプリズムメンバ８ｂに入光する。プリズムメンバ８ｂは、プリズムメンバ８ａに対して向きが異なるため、プリズムメンバ８ｂに入光した入射光は、プリズムメンバ８ｂの反射面８ｂｍにより水平方向右方に反射する。また、反射面８ｂｍにより反射した画像Ｖｓは、縦方向の画像Ｖｍ２として次のプリズムメンバ８ｃに入光する。プリズムメンバ８ｃは、プリズムメンバ８ｂに対して向きが異なるため、プリズムメンバ８ｃに入光した入射光は、プリズムメンバ８ｃの反射面８ｃｍにより水平方向前方に反射するとともに、縦方向に変換された「Ｒ」に係る画像Ｖｔは、プリズムメンバ８ｃから出射する。このように、プリズムユニット８ｕに入光する横方向の画像Ｖｓは、このプリズムユニット８ｕにより、光軸を支点として９０〔°〕回転し、縦方向の画像Ｖｔに変換されることになる。

次いで、プリズムユニット８ｕ（画像角度変換部８）から出射した出射光（画像Ｖｔ）は、レンズシフト機構部７を通過する（ステップＳ５）。このレンズシフト機構部７により、Ｘ方向（横方向）及びＹ方向（縦方向）に対する画像を表示する画面位置に対するシフト調整が行われる。

ところで、この場合、リレーレンズ部６により、画像Ｖｈは所定の倍率（例示は、０．５倍）により縮小されているため、縮小した画像Ｖｔ（Ｖｓ）のシフト範囲は大幅に拡大される。図１４に示す（ａ）は画像（画面）Ｖｈの場合のシフト範囲、（ｂ）は画像（画面）Ｖｓの場合のシフト範囲をそれぞれ示している。なお、符号Ａは有効像円である。画像Ｖｈの場合、（ａ）に示すように、Ｘ方向のシフト範囲は、画像Ｖｈｐ，Ｖｈｑで示す範囲となり、Ｙ方向のシフト範囲は、画像Ｖｈｕ，Ｖｈｄで示す範囲となる。これに対して、画像Ｖｓの場合、（ｂ）に示すように、Ｘ方向のシフト範囲は、画像Ｖｓｐ，Ｖｓｑで示す範囲となり、Ｙ方向のシフト範囲は、画像Ｖｓｕ，Ｖｓｄで示す範囲となる。このように、縮小した画像Ｖｓのシフト範囲は、縮小前の画像Ｖｈに対して大きく拡大させることができる。

一方、レンズシフト機構部７を通過した画像Ｖｔ（プリズムユニット８ｕの出射光）は、投射レンズ部３に入光し、この投射レンズ部３を透過する（ステップＳ６）。投射レンズ部３を透過した画像Ｖｔは、スクリーン部４に投射される。この際、画像Ｖｔに対しては、投射レンズ部３に備えるズーミング調整機構やフォーカシング調整機構を含む各種調整機構により調整が行われる。これにより、スクリーン部４には、最適に調整された画像Ｖｔが表示される。

なお、図１６は、特に、光学系５に着目した光学変換器１を含む全体の構成を模式的イメージにより示したものである。

同図に示すように、表示パネル部Ｐｐｐから出射した出射光Ｃｏによる横長の画面イメージＶ１（画像は横向）は、前述したリレーレンズ部６を介してプリズムユニット８ｕに入射し、プリズムユニット８ｕ内において、一旦、結像する。この結像は、第一結像面となり、第一結像面における画面イメージＶ２は、図１６に示すように、縦長となり、９０〔°〕回転した画面となる。

この画面イメージＶ２は、リレーレンズ部６の変倍機能により縮小（例示は、０．５）されている。この縮小率は、レンズシフト機構部７の縦シフトに対応させることができる。なお、このときの画面イメージＶ２は、スクリーン部４に拡大投射される最終画面（画面イメージＶ３）に対して上下反転した画面となる。

そして、プリズムユニット８ｕ内に結像した画面イメージＶ２は、投射レンズ部３を通して、第二結像面となるスクリーン部４に拡大投射される。スクリーン部４に拡大投射された画面イメージは、図１６中のＶ３、即ち、縦長の正式な画面イメージＶ３となる。なお、図１６に示した投射レンズ部３及びリレーレンズ部６をはじめとする各種レンズ群におけるレンズの枚数，曲率，構成等は模式的に例示したものであり、各種態様により適宜設定可能である。

このように、本実施形態に係る光学変換器１は、基本的な構成として、プロジェクタ本体部２ｐからの出射光Ｃｏに係わる所定角度の画像Ｖｓを、光軸を回転中心にして少なくとも直角方向に回転させた画像Ｖｔに変換する画像角度変換部８と、この画像角度変換部８の光進方向Ｆｃ前方に配した投射レンズ部３を支持して当該投射レンズ部３を縦方向Ｆｖ及び／又は横方向Ｆｈに変位させるレンズシフト機構部７とを備えてなるため、ビデオカメラを、例えば、縦画面にしてポートレート撮影を行った場合であっても、プロジェクタ等の光学装置Ｐを一般的な横置状態のまま、ビデオカメラにより撮影した画像をそのまま表示できるとともに、このような表示を行う場合であっても画質が無用に低下する不具合を回避できる。

また、光学変換器１は、光学系を除くプロジェクタ本体部２ｐに対して着脱し、当該プロジェクタ本体部２ｐから出射する出射光Ｃｏを被投射面部４に投射して画像を表示する投射レンズ部３に組合わせることにより所定の光学系５を構成するようにしたため、光学変換器１は、独立した単体ユニットとして構成できる。したがって、交換式の投射レンズ部３を備える既存のプロジェクタ等の光学装置Ｐに対して後付けすることにより利用できるなど、汎用性及び発展性に優れる。

次に、本発明に係る光学変換器１の変更実施形態について、図１，図４，図１３〜図１６を参照して説明する。

最初に、第一の変更実施形態について説明する。図１に示した光学変換器１は、プロジェクタ本体部２ｐと投射レンズ部３を備える一般的なプロジェクタＰｐと組合わせて使用する形態となり、特に、このプロジェクタＰｐに装着されている投射レンズ部３をそのまま使用する形態となる。これに対して、第一の変更実施形態は、プロジェクタＰｐに備える投射レンズ部３を利用しない光学変換器１としたものである。即ち、図１に示した光学変換器１に備えるレンズシフト機構部７の出射側に、専用の投射レンズ部３を設けて構成したものであり、全体の構成は、図４に示した形態となる。したがって、第一の変更実施形態に係る光学変換器１によれば、プロジェクタＰｐに装着されている投射レンズ部３と、第一の変更実施形態に係る光学変換器１を交換するのみで使用することができる。このように構成する第一の変更実施形態によれば、投射レンズ部３を、光学変換器１に対する専用の投射レンズとして設計可能になるため、投射レンズ部３を、リレーレンズ部６とレンズシフト機構部７等にマッチングさせた最適な光学変換器１を構築できるなど、光学変換器１の最適化を図れる利点がある。

次に、第二の変更実施形態について説明する。第二の変更実施形態は、予め、光学変換器１をプロジェクタＰｐに一体に組込んで構成したものである。したがって、第二の変更実施形態における光学変換器１を一体に備えるプロジェクタは、本発明に係るプロジェクタＰｐを構成する。即ち、第二の変更実施形態として構成するプロジェクタＰｐは、光学系を除くプロジェクタ本体部２ｐと、このプロジェクタ本体部２ｐから出射する出射光をスクリーン部４に投射して画像を表示する投射レンズ部３を有する光学系とを備えるプロジェクタを構成するに際し、プロジェクタ本体部２ｐに内蔵する表示パネル部Ｐｐｐの実際の配設位置Ｘｓに対して、当該表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖを光進方向Ｆｃ前方に変移させるリレーレンズ部６と、このリレーレンズ部６の光進方向Ｆｃ前方に配した投射レンズ部３と、この投射レンズ部３を支持して当該投射レンズ部３を縦方向Ｆｖ及び／又は横方向Ｆｈに変位させるレンズシフト機構部７とを有する光学系５を備えて構成したものである。

以上、最良実施形態（変更実施形態）について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、画像角度変換部８として、複数のプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃの組合わせにより構成した場合を例示したが、複数のミラーメンバを組合わせて構成するなど、同様の機能を発揮する他の手段により置換することができる。したがって、画像角度変換部８は、複数の反射面８ａｍ，８ｂｍ，８ｃｍにより構成することにより、複数のプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃや複数のミラーメンバを組合わせて構成できるなど、特定の部品に限定されることなく、汎用性及び発展性に優れた画像角度変換部８として利用可能である。また、リレーレンズ部６は、プロジェクタ本体部２ｐに内蔵する表示パネル部Ｐｐｐの実際の配設位置Ｘｓに対して、当該表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖを光進方向Ｆｃ前方へ変移させるリレー機能を有すれば足り、例示のように、変倍機能を持たせるか否かは任意である。この際、変倍機能を持たせる場合、任意の倍率により縮小させることが望ましいが、等倍又は拡大させる場合を排除するものでない。なお、縮小させる倍率として、０．５倍を例示したが、０，３倍，０．８倍…等、各種倍率により実施可能である。一方、レンズシフト機構部７は、縦方向Ｆｖ及び横方向Ｆｈの双方に変位させる構成を示したが、縦方向Ｆｖ又は横方向Ｆｈのいずれか一方のみに変位させる構成を排除するものではない。また、表示パネル部Ｐｐｐとしては、ＤＭＤ方式に基づく表示パネル，液晶方式に基づく液晶パネル，ＤＬＰ方式に基づく表示パネル等、各種表示方式に基づく表示パネルを適用することができる。

本発明に係る光学変換器は、着脱可能な投射レンズ部を備える各種プロジェクタをはじめ、同様な表示機能を有する各種光学装置に利用できるとともに、光学装置は、ポートレート撮影した人物等の縦長の被写体（画像）を投射して表示する場合をはじめ、各種の表示用途に利用できる。

Claims (16)

1. 光学系を除く光学装置本体部と、この光学装置本体部から出射する出射光を被投射面部に投射して画像を表示する投射レンズ部を有する光学系とを備える光学装置において、前記光学装置本体部からの出射光に係わる所定角度の画像を、光軸を回転中心にして少なくとも直角方向に回転させた画像に変換する画像角度変換部と、この画像角度変換部の光進方向前方に配した前記投射レンズ部と、この投射レンズ部を支持して当該投射レンズ部を縦方向及び／又は横方向に変位させるレンズシフト機構部とを有する光学系を備えてなることを特徴とする光学装置。
2. 前記光学系は、前記光学装置本体部に内蔵する表示パネル部の実際の配設位置に対して当該表示パネル部の実質的位置を光進方向前方に変移させ、この表示パネル部からの出射光を前記画像角度変換部に入光させるリレーレンズ部を備えることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
3. 前記リレーレンズ部は、前記実際の配設位置における表示パネル部からの出射光により表示される画像に対して前記実質的位置における表示パネル部からの出射光により表示される画像を任意の倍率により縮小させる変倍特性を備えることを特徴とする請求項２記載の光学装置。
4. 前記画像角度変換部は、複数の反射面の組合わせにより構成することを特徴とする請求項１又は２記載の光学装置。
5. 前記画像角度変換部は、複数のプリズムメンバを組合わせたプリズムユニットを備えることを特徴とする請求項４記載の光学装置。
6. 前記プリズムユニットは、光路に沿って配した三つのプリズムメンバにより構成することを特徴とする請求項５記載の光学装置。
7. 前記プリズムユニットは、前記プリズムメンバの少なくとも一部を、光軸を回転中心にして回動させることにより、画像の角度を任意の角度に変更可能な画像角度変更機能を備えることを特徴とする請求項５又は６記載の光学装置。
8. 光学系を除く光学装置本体部に対して着脱し、当該光学装置本体部から出射する出射光を被投射面部に投射して画像を表示する投射レンズ部に組合わせることにより所定の光学系を構成する光学変換器であって、前記光学装置本体部からの出射光に係わる所定角度の画像を、光軸を回転中心にして少なくとも直角方向に回転させた画像に変換する画像角度変換部と、この画像角度変換部の光進方向前方に配した前記投射レンズ部を支持して当該投射レンズ部を縦方向及び／又は横方向に変位させるレンズシフト機構部とを備えてなることを特徴とする光学変換器。
9. 前記光学系は、前記光学装置本体部に内蔵する表示パネル部の実際の配設位置に対して当該表示パネル部の実質的位置を光進方向前方に変移させ、この表示パネル部からの出射光を前記画像角度変換部に入光させるリレーレンズ部を備えることを特徴とする請求項８記載の光学変換器。
10. 前記リレーレンズ部は、前記実際の配設位置における表示パネル部からの出射光により表示される画像に対して前記実質的位置における表示パネル部からの出射光により表示される画像を任意の倍率により縮小させる変倍特性を備えることを特徴とする請求項９記載の光学変換器。
11. 前記画像角度変換部は、複数の反射面の組合わせにより構成することを特徴とする請求項８又は９記載の光学変換器。
12. 前記画像角度変換部は、複数のプリズムメンバを組合わせたプリズムユニットを備えることを特徴とする請求項１１記載の光学変換器。
13. 前記プリズムユニットは、光路に沿って配した三つのプリズムメンバにより構成することを特徴とする請求項１２記載の光学変換器。
14. 前記プリズムユニットは、前記プリズムメンバの少なくとも一部を、光軸を支点に回動させることにより、画像の角度を変更可能な画像角度変更機能を備えることを特徴とする請求項１２又は１３記載の光学変換器。
15. 前記画像角度変換部は、出射側に、前記光学装置本体部に対するバックフォーカスを調整可能なバックフォーカス調整機構部を備えることを特徴とする請求項８又は９記載の光学変換器。
16. 前記レンズシフト機構部は、出射側に前記投射レンズ部を一体に備えることを特徴とする請求項８記載の光学変換器。

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