專利名稱：投影光學系統及具備該投影光學系統的投影機的制作方法
技術領域：
本發明涉及能切換投影像的橫縱比(aspect ratio)的投影光學系統及具備該投影光學系統的投影機。
背景技術：
作為投影機的投影光學系統中使用的橫縱比變換用的轉換器，存在可進退地配置于本來的投影光學系統的前面位置即像側正面的前配置型的轉換器。然而，這種轉換器被設置為從投影機主體獨立的外置的光學部，使投影機大型化，
同時，將包含轉換器的全體投影光學系統的調整變復雜，或者使圖像顯著劣化。此外，如果不是投影機的投影光學系統，而作為照相機等的拍攝光學系統中使用的橫縱比變換用的轉換器，存在可裝卸地配置于成像光學系統的像側的后配置型的中繼(relay)系統(參照專利文獻1、2)。這個中繼系統包括第I組、第2組和第3組，其中的中央的第2組是變形轉換器(anamorphic converter),成為在第I組和第3組之間可插拔。然而，專利文獻I等中公開的中繼系統或變形轉換器用于拍攝光學系統，在投影光學系統中原樣使用時，產生各種制約。例如，在如上述的后配置型的中繼系統的場合，未考慮遠心(telecentric)性。這樣的中繼系統中，原理上，在橫斷面的遠心性和在縱斷面的遠心性無法并存。為此，在X斷面或Y斷面的任意一方嚴格確保遠心性時，大大地破壞在另一方的遠心性，所以光的利用效率下降，或根據方向而偏差。另外，在專利文獻I等記載的拍攝光學系統中，可進行透鏡更換成為基本的前提，在不使用后配置型的中繼系統的場合，成像光學系統直接固定在拍攝部，并單獨被使用。為此，在要維持成像光學系統的性能時，后配置型的中繼系統有利。另一方面，在投影光學系統中，一般不進行透鏡更換，所以不需要作為可安裝各種更換透鏡的通用中繼系統或通用轉換器的功能。
現有技術文獻專利文獻專利文獻I特開2005-221597號公報
專利文獻2特開2005-300928號公報
發明內容
本發明的目的在于，提供平衡性好地提高光的利用效率的投影光學系統及組裝其的投影機。為了達成上述目的，本發明涉及的投影光學系統，在被投影面上放大投影圖像時，使光調制元件的圖像的橫縱比與在被投影面上投影的圖像的橫縱比成為不同，上述投影光學系統包括光圈，限制光束的通過；光調制元件側透鏡組，配置在從光調制元件到光圈之間，包含在光調制元件的縱方向和橫方向有不同的放大率并且在光路上可以進退的調整光學要素；光圈，與光調制元件側透鏡組的調整光學要素的進退工作聯動，在光軸方向的不同的位置限制光束的通過。根據上述投影光學系統，光調制元件側透鏡組中的調整光學要素在光路上可以進退，在調整光學要素在光路上、變換橫縱比而投影的第I工作狀態，在縱橫方向有不同的焦點距離，縱橫方向的放大倍率也變為不同，光調制元件的圖像的橫縱比和在被投影面上投影的圖像的橫縱比可不同。也就是說，通過本投影光學系統，可以變換寬度和高度的比即橫縱比。此外，在使調整光學要素從光路上避開不變換橫縱比而投影的第2工作狀態，能夠將光調制元件的圖像的橫縱比和在被投影面上投影的圖像的橫縱比設定為相等。也就是說，通過本投影光學系統，也 可不變換寬度和高度的比而保持原樣。通過如上的投影狀態的切換時，光圈，與調整光學要素的進退工作聯動，變更位置，在第I工作狀態及第2工作狀態的任一個，都可保持比較高的遠心性。根據本發明的具體方面，上述投影光學系統中，將光圈和光調制元件側透鏡組的被投影面側的最端面的距離設為P，將在光調制元件側透鏡組的橫斷面中，被投影面側的焦點和被投影面側的最端面的距離設為FFPX，將在光調制元件側透鏡組的縱斷面中，被投影面側的焦點和被投影面側的最端面的距離設為FFPy，在FFPx〈FFPy時，光圈，在光調制元件側透鏡組的調整光學要素在光路上的狀態，處于成為FFPx<p<FFPy (I)的位置，在FFPy〈FFPx時，光圈，在光調制元件側透鏡組的調整光學要素在光路上的狀態，處于成為FFPy<p<FFPx (I)，的位置。在這個場合，在調整光學要素在光路上、變換橫縱比而投影的第I工作狀態，光圈和光調制元件側透鏡組的被投影面側的最端面的距離P滿足上述條件表達式(I)，
(I)’，所以在縱方向和橫方向的雙方可確保一定以上的遠心性。例如，在FFPx〈p〈FFPy的場合，縱方向的主光線朝向被投影面向內傾斜，橫方向的主光線朝向被投影面向外傾斜，但是作為全體保持遠心性。相反，在FFPy〈p〈FFPX的場合，縱方向的主光線朝向被投影面向外傾斜，橫方向的主光線朝向被投影面向內傾斜，但是作為全體保持遠心性。根據本發明另外的方面，光圈和光調制元件側透鏡組的被投影面側的最端面的距離P大致等于調整光學要素組從光路上避開的狀態的光調制元件側透鏡組的投影面側的焦點和被投影面側的最端面的距離FFPL。這個場合，成為使遠心性實現的適合的狀態。根據本發明又另外的方面，上述投影光學系統中，在FFPx〈FFPy時，在光調制元件側透鏡組的調整光學要素在光路上的狀態，為FFPx〈p ( (FFPy+FFPx) /2 (2)；在FFPy〈FFPx時，在光調制元件側透鏡組的調整光學要素在光路上的狀態，為FFPy<p ( (FFPy+FFPx) /2 (2)，。這個場合，可相對提高橫方向和縱方向的中間方向的遠心性，可降低遠心性的方向性的偏倚，可依據觀察方向等投影難以生成不均的明亮的圖像。根據本發明又另外的方面，從被投影面側按順序，實際包括放大用的第I組、作為在光調制元件的縱方向和橫方向有不同的放大率并且在光路上可以進退的調整光學要素的第2組、有正放大率的第3組。這個場合，通過有正放大率的第3組，可抑制向第2組入射的光的入射角度，可抑制在第2組發生的像差，成像性能的提高成為可能。此外，由于通過第3組可抑制光的擴散，第2組的口徑變小，所以可期待高精度的透鏡加工，在性能提高的同時，也可以降低成本。此外，在靠近光調制元件的位置第2組在光路上可以進退，在光路上插入第2組的場合，各像高的光線都沿著比較靠近像高的路徑通過第2組，所以光線的控制變得容易。因此，可抑制由于第2組的向光路上的進退工作引起的像差的發生，可防止在光路上插入第2組的場合的成像性能的退化。也就是說，通過將可以進退的第2組置于靠近光調制元件的位置，可抑制像差的發生。根據本發明又另外的方面，從被投影面側按順序，實際包括放大用的第I組、作為在光調制元件的縱方向和橫方向有不同的放大率并且在光路上可以進退的調整光學要素的第2組。一般地，旋轉非對稱的光學要素的制造很難，為了提高精度小型化是必要條件。上述投影光學系統的場合，在靠近光調制元件的位置，光線的擴散少，透鏡成為小型，所以可期待高精度的透鏡加工，在性能提高的同時，也可以降低成為。根據本發明又另外的方面，投影光學系統還包括使第2組進退的進退驅動機構、與進退驅動機構聯動使光圈工作的光圈驅動機構。這個場合，在通過進退驅動機構使第2 組進退的同時，通過光圈驅動機構根據第2組的進退使光圈關于光軸方向配置在不同的位置。根據本發明又另外的方面，光圈驅動機構隨著第2組的進退沿著光軸方向使光圈滑行移動。這個場合，沿著光軸方向使光圈滑行移動，所以可使光圈關于光軸方向配置在不同的位置。根據本發明又另外的方面，光圈在關于光軸方向不同的位置配置多個，光圈驅動機構隨著第2組的進退使上述光圈的口徑變化。這個場合，使多個光圈的口徑變化，即改變配置在不同位置的光圈的開閉狀態，由此可實現與使光圈關于光軸方向配置在不同的位置相同的效果。根據本發明又另外的方面，第2組，在光調制元件的縱方向的斷面，從被投影面側按順序，包括有正放大率的第I光學要素組、有負放大率的第2光學要素組。這個場合，可在縱方向壓縮或縮短在被投影面上投影的圖像。在固定被投影面的橫尺寸的場合，可不改變投影距離而變更橫縱比。根據本發明又另外的方面，第2組，在光調制元件的橫方向的斷面，從被投影面側按順序，包括有負放大率的第I光學要素組、有正放大率的第2光學要素組。這個場合，可在橫方向伸展或放大在被投影面上投影的圖像。在固定被投影面的縱尺寸的場合，可不改變投影距離而變更橫縱比。本發明涉及的投影機具備上述的投影光學系統和光調制元件。根據本投影機，可在被投影面上投影與光調制元件的圖像的橫縱比不同的橫縱比的圖像。這時，根據特別的投影光學系統，可依據觀察方向等投影難以生成不均的明亮的圖像。
圖I是說明第I實施方式涉及的投影機的使用狀態的立體圖。圖2是表示圖I的投影機的概略構成的圖。圖3是說明圖I的投影機中投影光學系統的結構的圖。
圖4(A)表示在第I工作狀態的投影光學系統的橫斷面的構成，⑶表示在第I工作狀態的投影光學系統的縱斷面的構成。圖5 (A)表示投影光學系統的第I工作狀態，(B)表示投影光學系統的第2工作狀態。圖6(A)及(B)是說明在第I工作狀態的焦點的位置及光圈的位置的縱斷面及橫斷面的圖，(C)是說明在第2工作狀態的焦點的位置及光圈的位置的縱斷面的圖。圖7(A)是說明液晶面板的顯示區域上的位置的圖，⑶是表示在液晶面板的斜斷面的主光線角度和光圈的位置的關系的圖，(C)是表示在液晶面板的縱橫斷面的主光線角度和光圈的位置的關系的圖。圖8(A)表示圖3(A)等表示的投影光學系統的變形例的橫斷面的構成，(B)表示投影光學系統的縱斷面的構成。 圖9是說明第I實施方式的實施例I的光學系統的第I工作狀態的縱斷面的圖。圖10是說明將圖9的光學系統設定為寬端場合的縱斷面的圖。圖11是說明第2工作狀態的縱斷面的圖。圖12是說明將圖11的光學系統設定為寬端場合的縱斷面的圖。圖13(A) (C)是說明實施例I的在第I工作狀態的光學系統縮放的工作的圖。圖14(A) (C)是說明實施例I的在第2工作狀態的光學系統縮放的工作的圖。圖15 (A)表示第2實施方式涉及的投影機的投影光學系統的第I工作狀態，(B)表示投影光學系統的第2工作狀態。圖16 (A)表示第3實施方式涉及的投影機的投影光學系統的橫斷面的構成，⑶表示投影光學系統的縱斷面的構成。圖17(A)表示第4實施方式涉及的投影機的投影光學系統的橫斷面的構成，(B)表示投影光學系統的縱斷面的構成。符號的說明2…投影機，10…光源，15、21…分色鏡，17B、17G、17R…場透鏡，18B、18G、18G…液晶面板，19…交叉分色棱鏡,20、320…投影光學系統,20a…主體部分,20b…光調制兀件側透鏡組，20f…屏幕側的最端面，30···第I組，31···第I透鏡部，32···第2透鏡部，40、240、40…第2組(調整光學要素)，41、42、141、142吣光學要素組，60...第3組，50…光學系統部分,61···驅動機構,6Ia…縮放驅動機構,6Ib…光圈驅動機構,62···第I變形驅動機構(進退驅動機構)，63···第2變形驅動機構,64···全體系統驅動機構,70、170a、170b…光圈,80…電路裝置，81···圖像處理部，83···透鏡驅動部，88···主控制部，AO…顯示區域，A2…顯示區域，ARO…橫縱比，AR2…橫縱比，AX…中心軸，L1-L19…透鏡，OA…光軸，PL···圖像光，SC…屏幕
具體實施例方式以下參照附圖，詳細地說明本發明的實施方式涉及的投影機及投影光學系統。第I實施方式如圖I所示，本發明的第I實施方式涉及的投影機2，根據圖像信號形成圖像光PL，將該圖像光PL朝向屏幕SC等的被投影面投影。投影機2的投影光學系統20，在屏幕(被投影面)SC上放大投影內置于投影機2內的光調制元件即液晶面板18G(18R、18B)的圖像時，相對于液晶面板18G(18R、18B)的圖像的橫縱比(aspect比)ARO，能夠將在屏幕SC上投影的圖像的橫縱比(aspect比)AR2設定得不同。也就是說，液晶面板18G的顯示區域AO的橫縱比ARO和屏幕SC的顯示區域A2的橫縱比AR2能夠設定得不同，但是也能夠設定得相同。具體地，液晶面板18G的顯示區域AO的橫縱比ARO例如是I. 78:1，屏幕SC的顯示區域A2的橫縱比AR2，例如可被設定為1.78:1,1.85:1,2. 35:1，2.4:1等。如圖2所示，投影機2具備投影圖像光的光學系統部分50、控制光學系統部分50的工作的電路裝置80。在光學系統部分50，光源10是例如超高壓水銀燈，射出含有R光、G光、和B光的光。在這里，光源10也可以是超高壓水銀燈以外的放電光源，也可以是LED、激光器這樣的固體光源。第I積分透鏡11及第2積分透鏡12，具有以陣列狀排列的多個透鏡元件。第I積分透鏡11，將來自光源10的光束分割為多條。第I積分透鏡11的各透鏡元件，使來自光源10的光束在第2積分透鏡12的透鏡元件附近會聚。第2積分透鏡12的透鏡元件，與 重疊透鏡14協作，在液晶面板18R、18G、18B形成第I積分透鏡11的透鏡元件的像。通過這樣的構成，來自光源10的光以大致上均一的亮度照明液晶面板18R、18G、18B的顯示區域(圖I的顯示區域A0)全部。偏振變換元件13，使來自第2積分透鏡12的光變換成預定的直線偏振光。重疊透鏡14，使第I積分透鏡11的各透鏡元件的像，經由第2積分透鏡12在液晶面板18R、18G、18B的顯示區域上重疊。第I分色鏡15，使從重疊透鏡14入射的R光反射，使G光及B光透過。在第I分色鏡15反射的R光，經過反射鏡16及場透鏡17R，向作為光調制元件的液晶面板18R入射。液晶面板18R，通過根據圖像信號調制R光，形成R色的圖像。第2分色鏡21，使來自第I分色鏡15的G光反射，使B光透過。在第2分色鏡21反射的G光，經過場透鏡17G，向作為光調制元件的液晶面板18G入射。液晶面板18G，通過根據圖像信號調制G光，形成G色的圖像。透過第2分色鏡21的B光，經過中繼透鏡22、24，反射鏡23、25，和場透鏡17B，向作為光調制元件的液晶面板18B入射。液晶面板18B，通過根據圖像信號調制B光，形成B色的圖像。交叉分色棱鏡19是光合成用的棱鏡，合成在各液晶面板18R、18G、18B調制的光，作為圖像光，使其向投影光學系統20行進。投影光學系統20，在圖I的屏幕SC上放大投影通過各液晶面板18G、18R、18B調制并在交叉分色棱鏡19合成的圖像光PL。這時，投影光學系統20，能夠將在屏幕SC上投影的圖像的橫縱比AR2設為與液晶面板18G、18R、18B的圖像的橫縱比ARO不同，或設定為與這個橫縱比ARO相等。電路裝置80具備輸入視頻信號等外部圖像信號的圖像處理部81，基于圖像處理部81的輸出驅動在光學系統部分50設置的液晶面板18G、18R、18B的顯示驅動部82，通過使設置于投影光學系統20的驅動機構(未圖示)工作而調整投影光學系統20的狀態的透鏡驅動部83，總體控制這些電路部分81、82、83等的工作的主控制部88。圖像處理部81，將輸入的外部圖像信號變換為包含各顏色的灰度等的圖像信號。圖像處理部81，在投影光學系統20變換圖像的橫縱比或aspect比(縱橫比)并投影的第I工作狀態的場合，預先進行與由投影光學系統20進行的橫縱比的變換相反的圖像的縱橫比變換，而不使屏幕SC上顯示的圖像縱橫伸縮。具體地，在由投影光學系統20以從例如I. 78:1變為例如2.4:1的方式在橫方向進行圖像的伸展的場合，預先在橫方向進行O. 742=1. 78/2. 4倍的圖像的壓縮，或者，在縱方向進行I. 35=2. 4/1. 78倍的圖像的伸展。另一方面，在投影光學系統20不變換圖像的橫縱比或縱橫比而投影的第2工作狀態的場合，圖像處理部81，不進行如上述的圖像的橫縱比變換。此外，圖像處理部81，也可對外部圖像信號進行失真修正、顏色修正等各種圖像處理。顯示驅動部82，可基于從圖像處理部81輸出的圖像信號使液晶面板18G、18R、18B工作，可在液晶面板18G、18R、18B形成與該圖像信號對應的圖像或與對該圖像信號實施了圖像處理后的圖像信號對應的圖像。透鏡驅動部83，在主控制部88的控制下工作，通過沿著光軸OA使例如構成投影光學系統20的、包含光圈的一部分光學要素適當地移動，可使由投影光學系統20形成的向圖I的屏幕SC上的圖像的投影倍率變化。另外，透鏡驅動部83，通過在光軸OA即光路上使構成投影光學系統20的另外的一部分光學要素進退，可使在圖I的屏幕SC上投影的圖像的·橫縱比AR2變化。透鏡驅動部83，通過使投影光學系統20全體在與光軸OA垂直的上下方向移動的仰投(AbD)的調整，可使在圖I的屏幕SC上投影的圖像的縱向位置變化。以下，參照圖3，關于實施方式的投影光學系統20進行說明。投影光學系統20具備將透鏡等多個光學要素組合而成的主體部分20a，通過使主體部分20a的一部分或全體移動而調整其成像狀態的驅動機構61、62、63、64。主體部分20a，從屏幕SC側按順序，包括第I組30、第2組40、第3組60、光圈70。第I組30具有第I透鏡部31，第2透鏡部32。例如，通過手動等使構成第I透鏡部31的至少I個透鏡沿著光軸OA微動，由此可調整主體部分20a的焦點狀態。另外，第2透鏡部32，如圖4(A)所示由第I、第2及第3透鏡組32a、32b、32c等構成，各透鏡組32a、32b,32c由I個以上的透鏡構成。通過內置于圖3的驅動機構61的縮放驅動機構61a使這些透鏡組32a、32b、32c等或構成它們的至少一個透鏡沿著光軸OA移動，由此可變更由主體部分20a形成的投影倍率。第2組40是在橫方向(X方向)和縱方向(Y方向)有不同的焦點距離的調整光學要素，結果，作為還包含第I組30的投影光學系統20的全體系統，在縱方向和橫方向也有不同的焦點距離。即，由主體部分20a形成的縱方向和橫方向的放大倍率也成為不同，可在屏幕SC上投影與在液晶面板18G(18R、18B)顯示的圖像的橫縱比ARO不同的橫縱比AR2的圖像。第2組40包含相對于光軸OA有旋轉非對稱的面的I個以上的調整用的光學要素，具體地，關于圖4(B)表示的縱方向(Y方向)的斷面，從屏幕SC側按順序，由有正放大率的第I光學要素組41、和有負放大率的第2光學要素組42構成。此外，第I光學要素組41和第2光學要素組42,關于圖4(A)表不的橫方向(X方向)的斷面，沒有放大率。由此，通過將作為變形光學系統的第2組40，關于縱斷面，設定為有正折射率的第I光學要素組41和有負折射率的第2光學要素組42的組合，可使第2組以無焦點(afocal)系統的方式作用，可簡單地進行倍率變換即縮放。通過作為如圖3所示的進退驅動機構的第I變形驅動機構62，使第2組40作為一體在光路上進退，可按期望的定時切換在屏幕SC上投影的圖像的橫縱比(aspect比)。具體地，如圖5(A)所示，通過設定為在光路上配置第2組40的第I工作狀態，可按在縱方向壓縮在液晶面板18G(18R、18B)形成的圖像的橫縱比(例如2.4:1)在屏幕SC上投影圖像。或者，如圖5(B)所示，通過設定為從光路上使第2組40避開的第2工作狀態，可按在液晶面板18G(18R、18B)形成的圖像的原樣橫縱比(例如1.78:1)在屏幕SC上投影圖像。由第2組40在縱方向壓縮在屏幕SC上投影的圖像的構成，在使用固定橫尺寸的屏幕SC時有效。也就是說，對這樣的屏幕SC可以不改變由投影光學系統20形成的投影距離等，僅變更橫縱t匕。再者，也可通過第2變形驅動機構63在光軸OA方向使構成第2組40的第I光學要素組41和第2光學要素組42移動。通過調整它們的間隔，可連續地增減在屏幕SC上投影的圖像的橫縱比(aspect比)或縱橫比。在如圖5(B)所示使投影光學系統20的第2組40向光路外避開的第2工作狀態的場合，在投影光學系統20中的第2組40的位置，什么都不配置。即，在使第2組40避開時，投影光學系統20的第I組30和第3組60協作，僅以旋轉對稱的光學要素構成，所以液晶面板18G(18R、18B)的顯示區域AO的橫縱比(aspect比)和屏幕SC的顯示區域A2的橫縱比(aspect比)一致。在這里，第I組30擔任與一般的投影光學系統相同的放大光學系統及變倍光學系統的功能，可僅用第I組30在屏幕SC上使液晶面板18G的像成像。并且， 在使第2組40避開時，透射率提高，可使圖像明亮。另外，如圖3所示，在投影光學系統20，通過由全體系統驅動機構64使主體部分20a全部在與光軸OA垂直的方向移動而調整移動量，可使屏幕SC上投影的圖像的從光軸OA的偏移量增減。也就是說，將主體部分20a的光軸OA保持為與液晶面板18G的中心軸AX平行的狀態，并且使主體部分20a的光軸OA相對于液晶面板18G的中心軸AX移動適當的移動量SF，可在從光軸OA例如在上方向(+Y方向)離開的位置投影圖像，可通過移動量SF的調整使圖像的投影位置在縱方向上下移動。此外，主體部分20a的光軸OA的、以液晶面板18G的中心軸AX為基準的偏離量即移動量SF，不一定必需為可變，而也能夠例如以非零的值來固定。另外，也可通過全體系統驅動機構64，使主體部分20a全部在沿著光軸OA的方向適當地移動。第3組60包括I個以上在橫方向及縱方向有放大率的旋轉對稱的光學要素旋轉對稱透鏡。第3組60由于具有正放大率，所以能夠抑制從光調制元件射出的光的擴散。為此，可抑制向第2組40入射的光的角度，可抑制在第2組40發生的像差。作為其結果，第3組60可抑制全體的像差，所以第3組60作為修正光學要素具有多個透鏡，那些透鏡中設定有正放大率的透鏡，如果必需，則包含非球面的透鏡。光圈70，鄰接例如構成第I組30的第2透鏡部32的某一個透鏡而配置為可以位置變更的狀態。在如圖4(A)表示的例子，在第2透鏡部32的第I及第2透鏡組32a、32b之間配置光圈70。光圈70，具有將通過第I組30的光束即圖像光部分地遮光、由此調整圖像光的狀態的功能。具體地，光圈70，將通過第I組30的光束的斷面在光軸OA上的對應位置設定為規定的尺寸及形狀。由此，可調制從液晶面板18G(18R、18B)射出的圖像光的射出狀態，可調整其主光線的射出角度和/或方向。也就是說，可調整在液晶面板18G (18R、18B)的畫面的各位置的主光線的射出角度等。另外，光圈70，通過內置于驅動機構61的光圈驅動機構61b，與第2組40的進退聯動，沿著光軸OA進行滑行移動。也就是說，驅動機構61的光圈驅動機構61b，對應在光路上配置第2組40的第I工作狀態和從光路上使第2組40避開的第2工作狀態而變更光圈70的配置。此外，光圈70，通過內置于驅動機構61的縮放驅動機構61a，在第I工作狀態及第2工作狀態的任一個，都與第I組30的第2透鏡部32的縮放工作聯動，沿著光軸OA移動。也就是說，驅動機構61的縮放驅動機構61a，通過沿著光軸OA使光圈70移動，可將液晶面板18G(18R、18B)射出的圖像光的射出狀態對應于縮放即投影倍率設定為適當的狀態。如上所述，驅動機構61，作為縮放驅動機構61a，對應于縮放工作，將光圈70關于沿著光軸OA的方向的位置連續地運動，并且，作為光圈驅動機構61b，對應于第I及第2工作狀態，使光圈70關于沿著光軸OA的方向的位置以階段性地切換的方式運動。再者，這樣的驅動機構61的工作，可通過例如組合2種類型的凸輪等來實現。作為以上的縮放驅動機構61a和光圈驅動機構61b的驅動機構61、作為進退驅動機構的第I變形驅動機構62、第2變形驅動機構63、和全體系統驅動機構64具有電動機、機械的傳達機構、傳感器等，根據來自圖2的透鏡驅動部83的驅動信號工作。這些驅動機構61、62、63、64，通過來自透鏡驅動部83的驅動信號不僅僅單獨工作，還復合地工作。特別地，驅動機構61，作為光圈驅動機構61b，在根據是第I工作狀態還是第2工作狀態變更光圈70的位置時，與作為使第2組40進退的進退驅動機構的第I變形驅動機構62聯動。此 夕卜,例如,通過與作為縮放驅動機構61a的驅動機構61的工作配合地使全體系統驅動機構64工作，可抑制在縮放時圖像移動的現象等。在這里，關于圖3等所示的投影光學系統20的功能更詳細地說明。在這個投影光學系統20的場合，在比較靠近液晶面板18G(18R、18B)的位置第2組40可在光線上進退，各像高的光線沿著比較靠近像高的路徑通過第2組40，所以光線的控制變得容易。由此，可抑制由于第2組40的向光路上的進退工作引起的像差的發生。一般地，旋轉非對稱的光學要素的制造很難，為了提高精度第2組40的小型化是必要條件。在這一點，第2組40越靠近液晶面板18G(18R、18B)，光線的擴散越少，越能夠將構成作為調整光學要素的第2組40的第I光學要素組41和第2光學要素組42設定為小型，所以對這些光學要素組41、42可期待高精度的透鏡加工，引起投影光學系統20的性能提高，并且也可以降低成本。并且，由于投影光學系統20具有最靠近液晶面板18G(18R、18B)的第3組60，通過比較簡單的光學系統可以實現有效且合理的像差的修正。通過這樣的第3組60的存在，還可實現顯著的性能提高。具體地，由這個第3組60，可將在第2組40入射的邊緣光大致平行。也就是說，可抑制在第2組40內的光束的擴散，可防止第2組40的直徑變大。另外，通過將變形型的第2組40設定為基本無焦點(afocal)系統，可降低第2組40的構成透鏡的位置精度的要求并確保精度。圖6 (A)及6 (B)是說明在光路上配置第2組40的第I工作狀態的投影光學系統20的光圈70的配置的圖，圖6 (C)是說明從光路上使第2組40避開的第2工作狀態的投影光學系統20的光圈70的配置的圖。在這里，投影光學系統20中，作為影響物體側的遠心性的部分，考慮從液晶面板18G(18R、18B)到光圈70之間配置的光調制元件側透鏡組20b。在圖示的場合，光調制元件側透鏡組20b包括第I組30中第2透鏡部32的第2及第3透鏡組32b、32c，第2組40，和第3組60。也就是說，在光圈70的物體側，配置第I組30中的第3透鏡組32c、第2組40、第3組60。首先，在圖6 (A)及6⑶所示的第I工作狀態，設定光圈70和光調制元件側透鏡組20b的屏幕SC側的最端面20f的距離為p。在圖6(A)所示的光調制元件側透鏡組20b的縱斷面即YZ斷面，設定光調制元件側透鏡組20b的屏幕SC側的焦點FPy和光調制元件側透鏡組20b的屏幕SC側的最端面20f的距離為FFPy。并且，在圖6(B)所示的光調制元件側透鏡組20b的橫斷面即XZ斷面，設定光調制元件側透鏡組20b的屏幕SC側的焦點FPx和光調制元件側透鏡組20b的屏幕SC側的最端面20f的距離為FFPx。這個場合，從最端面20f到光圈70的距離p，設定在距離FFPx和距離FFPy之間。也就是說，在FFPx〈FFPy時，距離P設定在下列條件(I)的范圍內。FFPx<p<FFPy (I)此外，在FFPy〈FFPx時，距離p設定在下列條件(I) ’的范圍內。FFPy<p<FFPx (I)，在這里，圖6 (A)及6 (B)例示的投影光學系統20，橫斷面的焦點FPx比縱斷面的焦點FPy靠近最端面20f，成為FFPx〈FFPy，在橫方向相對地有大的放大率，使圖像的橫縱比增大。這個場合，距離P設定在條件⑴的范圍內，成為比下限的FFPx大，比上限的FFPy小。·以上的條件(I)、(I) ’還可考慮視場角的方向，規定用于良好地保持投影光學系統20的遠心性的光圈70的配置范圍。在條件(1)，(I)’的范圍內配置光圈70的場合，可提高遠心性并確保光的利用效率，所以可提高投影機2的性能。例如，在縱向壓縮圖像的類型的投影光學系統20的場合，一般成為FFPx〈FFPy，直到光調制元件側透鏡組20b的液晶面板18G(18R、18B)側的最端面20r的光束中與最大視場角對應的光束相對于光軸OA不平行，有傾斜度。具體地，與縱斷面的周邊圖像相對應的主光線PLl朝向屏幕SC向內傾斜，與橫斷面的周邊圖像相對應的主光線PL2朝向屏幕SC向外傾斜。結果，投影光學系統20在嚴格的意義上在縱橫都不是遠心的，但是關于縱方向和橫方向平衡性好地提高遠心性。此外，在超過條件(I)的上限在屏幕SC側配置光圈70時，與橫斷面及縱斷面的周邊圖像相對應的主光線都朝向屏幕SC向從光軸OA離開的外向傾斜,大大破壞投影光學系統20的遠心性。相反，在超過條件(2)的下限在屏幕SC側配置光圈70時，與橫斷面及縱斷面的周邊圖像相對應的主光線都朝向屏幕SC向接近光軸OA的向內傾斜，大大地破壞投影光學系統20的遠心性。光圈70的更好的配置，設定為從光調制元件側透鏡組20b的縱斷面中的焦點FPy和光調制元件側透鏡組20b的橫斷面中的焦點FPx的中間位置，到最端面20f側或物體側的焦點位置為止的范圍內。也就是說，在FFPx〈FFPy時，距離P設定在下列條件(2)的范圍內。FFPx〈p ( (FFPy+FFPx) /2 (2)另外，在FFPy〈FFPx時，距離p設定在下列條件(2) ’的范圍內。FFPy<p ( (FFPy+FFPx) /2 (2) ’在這里，圖6(A)及6(B)例示的投影光學系統20，成為FFPx〈FFPy，在橫方向相對地有大的放大率并使圖像的橫縱比增大。這個場合，距離P設定在條件⑵的范圍內，成為比下限的FFPx大，比上限的(FFPy+FFPx)/2小。由此，可相對提高橫方向和縱方向的中間方向的遠心性，可降低遠心性的方向性的偏倚，可依據觀察方向等投影難以生成不均的明売的圖像。其次，在如圖6(C)表示的第2工作狀態，光圈70和光調制元件側透鏡組20b的屏幕SC側的最端面20f的距離為P’。在如圖6(C)表示的光調制元件側透鏡組20b的縱斷面即YZ斷面，光調制元件側透鏡組20b的屏幕SC側的焦點FPL和光調制元件側透鏡組20b的屏幕SC側的最端面20f的距離為FFPL。這個場合，從最端面20f到光圈70的距離p’，以與距離FFPL大致相等的方式來設定。也就是說，以距離P’成為
權利要求
1.一種投影光學系統，其特征在于，在被投影面上放大投影圖像時，使上述光調制元件的圖像的橫縱比與在上述被投影面上投影的圖像的橫縱比成為不同，上述投影光學系統包括: 光圈，限制光束的通過； 光調制元件側透鏡組，配置在從上述光調制元件到上述光圈之間，包含在上述光調制元件的縱方向和橫方向有不同的放大率并且在光路上可以進退的調整光學要素； 上述光圈，與上述光調制元件側透鏡組的上述調整光學要素的進退工作聯動，在光軸方向的不同的位置限制光束的通過。
2.如權利要求I所述的投影光學系統，其特征在于， 將上述光圈和上述光調制元件側透鏡組的上述被投影面側的最端面的距離設為P，將在上述光調制元件側透鏡組的橫斷面中，上述被投影面側的焦點和上述被投影面側的最端面的距離設為FFPx， 將在上述光調制元件側透鏡組的縱斷面中，上述被投影面側的焦點和上述被投影面側的最端面的距離設為FFPy， 在FFPx〈FFPy時，上述光圈，在上述光調制元件側透鏡組的上述調整光學要素在光路上的狀態，處于成為FFPX〈p〈FFPy的位置， 在FFPy〈FFPx時，上述光圈，在上述光調制元件側透鏡組的上述調整光學要素在光路上的狀態，處于成為FFPy〈p〈FFPx的位置。
3.如權利要求2所述的投影光學系統，其特征在于， 上述光圈和上述光調制元件側透鏡組的上述被投影面側的最端面的距離P大致等于在上述調整光學要素組從光路上避開的狀態的上述光調制元件側透鏡組的上述投影面側的焦點和上述被投影面側的最端面的距離FFPL。
4.如權利要求2及3的任意一項所述的投影光學系統，其特征在于， 在FFPx〈FFPy時，在上述光調制元件側透鏡組的上述調整光學要素在光路上的狀態，為 FFPx〈p ( (FFPy+FFPx)/2 ； 在FFPy〈FFPx時，在上述光調制元件側透鏡組的上述調整光學要素在光路上的狀態，為 FFPy〈p ( (FFPy+FFPx)/2。
5.如權利要求I至4的任意一項所述的投影光學系統，其特征在于， 從上述被投影面側按順序，包括放大用的第I組、作為在上述光調制元件的縱方向和橫方向有不同的放大率并且在光路上可以進退的上述調整光學要素的第2組、有正放大率的第3組。
6.如權利要求I至4的任意一項所述的投影光學系統，其特征在于， 從上述被投影面側按順序，包括放大用的第I組、作為在上述光調制元件的縱方向和橫方向有不同的放大率并且在光路上可以進退的上述調整光學要素的第2組。
7.如權利要求5及6的任意一項所述的投影光學系統，其特征在于， 還包括使上述第2組進退的進退驅動機構、與上述進退驅動機構聯動使上述光圈工作的光圈驅動機構。
8.如權利要求7所述的投影光學系統，其特征在于， 上述光圈驅動機構隨著上述第2組的進退沿著光軸方向使上述光圈滑行移動。
9.如權利要求7所述的投影光學系統，其特征在于， 上述光圈在關于光軸方向不同的位置配置多個，上述光圈驅動機構隨著上述第2組的進退使上述光圈的口徑變化。
10.如權利要求5至9的任意一項所述的投影光學系統，其特征在于， 上述第2組，在上述光調制元件的縱方向的斷面，從上述被投影面側按順序，包括有正放大率的第I光學要素組、有負放大率的第2光學要素組。
11.如權利要求5至9的任意一項所述的投影光學系統，其特征在于， 上述第2組，在上述光調制元件的橫方向的斷面，從上述被投影面側按順序，包括有負放大率的第I光學要素組、有正放大率的第2光學要素組。
12.一種投影機，其特征在于，包括 權利要求I至11的任意一項所述的投影光學系統； 上述光調制元件。
全文摘要
提供平衡性好地提高光的利用效率的投影光學系統及組裝其的投影機。光調制元件側透鏡組20b在液晶面板18G(18R、18B)的縱方向和橫方向有不同的放大率，所以作為投影光學系統20的全體系統，在縱橫方向有不同的焦點距離，縱橫方向的放大倍率也變為不同，液晶面板18G(18R、18B)的圖像的橫縱比和在屏幕SC上投影的圖像的橫縱比可不同。也就是說，通過本投影光學系統20，可以變換寬度和高度的比即橫縱比。這時，光圈70和光調制元件側透鏡組20b的屏幕SC側的最端面20f的距離p和距離p’滿足預定的條件式，所以在第1工作狀態和第2工作狀態的雙方可確保一定以上的遠心性。
文檔編號G03B21/00GK102902046SQ20121026552
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者大谷信, 守國榮時 申請人:精工愛普生株式會社