WO2018042891A1

WO2018042891A1 - 光学装置及び光学変換器

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Publication number: WO2018042891A1
Application number: PCT/JP2017/025222
Authority: WO
Inventors: 角田隆史; 鋪田和夫; 中山啓; 土屋道彦
Original assignee: マクセル株式会社; 株式会社コシナ
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2018-03-08
Also published as: JPWO2018042891A1; JP6882739B2

Abstract

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）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）前方に配する投射レンズ部（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）を備える。

Description

光学装置及び光学変換器

　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。

　従来、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は、通常、投射レンズ部を支持し、この投射レンズ部を上下及び左右にシフトさせることにより、スクリーン部に表示する画像の位置を調整するレンズシフト機構を備えており、この種のレンズシフト機構としては、既に、本出願人が提案した特許文献１で開示される光学機器のレンズシフト装置が知られている。

　このレンズシフト装置は、装置を支持する固定支持盤部における必要十分な機械的強度を確保し、かつ全体の軽量化，コストダウン，寸法精度の向上を実現するとともに、熱伸縮によるレンズ位置やフォーカス位置の無用な変動を回避することを目的としたものであり、基本構成として、レンズユニット（投射レンズ部）を装着する光学機器側に備えるレンズ装着盤部を水平方向へ変位可能に支持する可動支持盤部と、レンズ装着盤部を水平方向へ移動させる水平移動機構部と、可動支持盤部を垂直方向へ変位可能に支持する固定支持盤部と、可動支持盤部を垂直方向へ移動させる垂直移動機構部とを備えるとともに、特に、固定支持盤部を、レンズユニット側から、プラスチック素材により形成した基体盤部と、断熱素材によりシート状に形成した断熱盤部と、伝熱性を有する金属素材により形成した補強盤部とを、順次重ね合わせた三層のハイブリッド構造により一体に構成したものである。

特開２０１２－２５５９１１号公報

　しかし、上述した従来における光学機器のレンズシフト装置は、次のような解決すべき課題も存在した。

　即ち、この種のレンズシフト装置（レンズシフト機構）は、投射レンズを、光軸方向に対して直角方向となる上下及び左右へスライド移動させることにより、スクリーン部に表示する画像の位置を調整する機能を備えるため、画像のシフト範囲が大きいほど、光学機器を、スクリーン部に対して、より高い（より低い）高さに設置したり、より左右に離れた位置に設置できるとともに、スクリーン部に対して、より近い位置に設置できるなど、光学機器の設置性（設置の融通性）を高めることができる。

　したがって、光学機器の設置性を高める観点からは、シフト範囲をより大きくすることが望ましいが、通常、シフト範囲は、投射レンズの特性や光学機器全体のサイズ等に制約されるため、シフト範囲を拡大させるには限界がある。結局、光学機器の設置性を高めるにも投射レンズや光学機器による制約下では限界があった。

　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前方に配する投射レンズ部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。

　また、本発明は、好適な態様により、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Ｃｓ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できる。さらに、光学系５には、リレーレンズ部６から出射する出射光に係わる所定角度の画像Ｖｓを、光軸を回転中心にして回転させた画像Ｖｔに変換する画像角度変換部８を設けることができ、この画像角度変換部８は、複数の反射面８ａｍ，８ｂｍ，８ｃｍの組合わせにより構成、望ましくは、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により構成できる。このプリズムユニット８ｕは、光路に沿って配した三つのプリズムメンバ８ａ，８ｂ，８ｃにより構成できる。加えて、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は、出射側に投射レンズ部３を一体に設けることもできる。

　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を備えるため、表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖを光学装置本体部２の前方、特に、光学装置本体部２の外部にまで変移させることが可能となり、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することができる。

　（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、独立した単体器（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に対しても、後付け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、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Ｃｓ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。

　（４）　好適な態様により、光学系５に、リレーレンズ部６から出射する出射光に係わる所定角度の画像Ｖｓを、光軸を回転中心にして回転させた画像Ｖｔに変換する画像角度変換部８を設ければ、ビデオカメラを横にしてポートレート撮影を行った場合であっても、例えば、プロジェクタ（光学装置Ｐ）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。しかも、この場合、プロジェクタを、高い位置にある天井に対して天吊り式に設置する場合であっても、天井に対して最も近い位置に設置できる。

　（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、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。

　（９）　好適な態様により、レンズシフト機構部７を構成するに際し、出射側に投射レンズ部３を一体に設けて構成すれば、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として構築できるなど、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、同光学変換器の外観平面図、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、同光学変換器に備える画像角度変換部の斜視図、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、同光学変換器における各部の機能を順を追って示すフローチャート、同光学変換器を装着したプロジェクタを天吊り式に設置した設置例を示す概要図、同光学変換器を備えるレンズシフト機構の機能説明図、同光学変換器を備えていないレンズシフト機構の機能説明図、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、本発明の変更実施形態に係る光学変換器における各部の機能を順を追って示すフローチャート、

　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，１２：バックフォーカス調整機構部，Ｐ：光学装置，Ｐｐｐ：表示パネル部，Ｘｓ：実際の配設位置，Ｘｖ：実質的位置，Ｆｃ：光進方向，Ｆｖ：縦方向，Ｆｈ：横方向，Ｃｏ：出射光，Ｃｓ：出射光，Ｖｓ：画像，Ｖｔ：画像

　次に、本発明に係る最適実施形態を挙げ、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２，図９～図１１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９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２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２）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２及び図９中、点線で示すＰｐｐは、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１０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１０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１１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１１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１１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１１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１０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８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前方に変移させる機能（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Ｃｓ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（変倍機能）を持たせている。

　リレーレンズ部６を、このような変倍特性を持たせて構成すれば、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利点がある。

　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５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５中、ｎｄは屈折率、νｄはアッベ数である。また、図５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１～図２，図７及び図８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２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７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プリズムユニット８ｕを内蔵する。これにより、図８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、光軸を回転中心にして、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７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…の全部又は一部を、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６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１５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４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２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２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１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２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の全体の機能について、図１～図１５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１３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１２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１３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被投射面部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。このように、本実施形態に係る光学変換器１を備えるプロジェクタＰｐは、高い位置にある天井１０３に対して天吊り式に設置する場合であっても、天井１０３に対して最も近い位置に設置できる利点がある。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、被投射面部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）の入力部に入力する（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５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８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１５には、縮小後の画像Ｖｓと対比するため、縮小前の画像Ｖｈ、即ち、本実施形態に係る光学変換器１を使用しない場合の画像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８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８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は画像（画面）Ｖｓの場合のシフト範囲を示すとともに、図１５は画像（画面）Ｖｈの場合のシフト範囲を示している。なお、符号Ａは有効像円を示す。画像Ｖｓの場合、図１４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。画像Ｖｈの場合、図１５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。これより明らかなように、縮小した画像Ｖｓのシフト範囲（シフト率）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、被投射面部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、被投射面部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を支持して当該投射レンズ部３を縦方向Ｆｖ及び横方向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を備えるため、表示パネル部Ｐｐｐの実質的位置Ｘｖをプロジェクタ本体部２ｐの前方、特に、プロジェクタ本体部２ｐの外部にまで変移させることが可能となり、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することができる。

　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、独立した単体器（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Ｐｐ等の光学装置Ｐに対しても、後付け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及び光学装置Ｐの変更実施形態について、図１，図４，図１３～図１７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。第一の変更実施形態に係る光学変換器１は、画像角度変換部８を除いた形態となる。即ち、図２に示した光学変換器１は、基本的構成として、レンズシフト機構部７，画像角度変換部８及びリレーレンズ部６を備えて構成するが、第一の変更実施形態は、図２に示した光学変換器１から画像角度変換部８を除き、レンズシフト機構部７のフランジ部７ｆをリレーレンズ部６のフランジ部６ｆに直接結合した形態となる。したがって、第一の変更実施形態に係る光学変換器１であっても、レンズシフト機構部７を変更することなく、図２に示した光学変換器１と同様、図１４に示したように、画像Ｖｓを表示する画面のシフト範囲（シフト率）を、縦方向Ｆｖ及び横方向Ｆｈに大幅に拡大することができる。

　この第一の変更実施形態に係る光学変換器１の機能について、図１７に示すフローチャートを参照して説明する。図１７のフローチャートは、図１２で示したフローチャートから画像角度変換部８による処理（機能）を除いた処理手順を示している。画像角度変換部８を除いた図１７に示すフローチャートであっても、基本的なステップは、図１２に示したフローチャートと同じになるが、画像角度変換部８を除いたため、画像角度の変換に関係する要素は不要となる。

　即ち、図１７のステップＳ１１は、図１２のステップＳ１に対応するが、ビデオカメラにより撮影される画像は、必ずしも縦長画面で撮影する必要はなく、通常の横長画面であってもよい。また、図１７のステップＳ１２は、図１２のステップＳ２に対応するが、必ずしもプロジェクタＰを横置状態に設置する場合に特定されるものではない。一方、図１７のステップＳ１３は、図１２のステップＳ３にそのまま対応するとともに、さらに、図１７のステップＳ１４，Ｓ１５は、図１２のステップＳ５，Ｓ６にそれぞれそのまま対応する。他方、図１７のステップＳ１６は、図１２のステップＳ７に対応するが、被投射面部４に投射される画像を表示する画面は、ビデオカメラにより撮影される画像と同じ向きとなるため、縦長表示に限定されるものではない。

　次に、第二の変更実施形態について説明する。図２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、第二の変更実施形態は、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２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、第二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、第二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二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、第三の変更実施形態について説明する。第三の変更実施形態は、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、第三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、本発明に係る光学装置ＰとなるプロジェクタＰｐを構成する。即ち、第三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（光学装置本体部２）と、このプロジェクタ本体部２ｐ（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、プロジェクタ本体部２ｐ（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、最適実施形態（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、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、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、液晶方式に基づく液晶パネルを用いた例を示したが、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可能である。さらに、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可能である。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。

　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、一例として挙げた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

　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るリレーレンズ部と、このリレーレンズ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。
　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１記載の光学装置。
　前記光学系は、前記リレーレンズ部から出射する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回転させた画像に変換する画像角度変換部を備えることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
　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３記載の光学装置。
　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。
　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。
　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るリレーレンズ部と、このリレーレンズ部の光進方向前方に配する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有する光学系を備えてなることを特徴とする光学変換器。
　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７記載の光学変換器。
　前記光学系は、前記リレーレンズ部から出射する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回転させた画像に変換する画像角度変換部を備えることを特徴とする請求項７記載の光学変換器。
　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９記載の光学変換器。
　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９又は１０記載の光学変換器。
　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１１記載の光学装置。
　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９記載の光学変換器。
　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７記載の光学変換器。