CN110944162B - 成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种小型且具备广视角，并且各像差得到适当的校正的具有高光学性能的成像光学系统、具备该成像光学系统的投射型显示装置及具备该成像光学系统的摄像装置。本发明的成像光学系统沿光轴从放大侧依次包括第1透镜组和第2透镜组，在光轴上的第1透镜组与第2透镜组之间形成有中间像，第1透镜组及第2透镜组中的至少一个透镜组具备折弯光轴的反射部件，第2透镜组具备变倍时移动的移动透镜组，该成像光学系统满足规定的条件式。

Description

成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置
技术领域
本公开涉及一种成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置。
背景技术
以往，使用液晶显示元件或DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件：注册商标)显示元件等光阀的投射型显示装置被广泛使用。
在这种投射型显示装置中，要求提高至屏幕为止的距离设定的自由度，并进一步提高室内空间中的设置性。因此，欲将具备变倍功能且结构紧凑但性能更高且更为广角的通用性高的成像光学系统搭载于投射型显示装置中这一要求越发强烈。
为了应对这种要求，提出了一种成像光学系统，其为形成中间像的中继类型的成像光学系统，且在中继透镜部分具备变倍时移动的移动透镜组。(例如，专利文献1)。
专利文献1：日本特开2015-152890号公报
在专利文献1的成像光学系统中，若欲扩展视角，则会导致透镜总长度、透镜直径均变大，但由于在光学系统内没有插入折弯光轴的反射镜等反射部件的空间，因此存在难以小型化这一问题。并且，由于具备变倍时移动的移动透镜组的中继透镜部分的透镜直径大，因此在包括用于移动移动透镜组的机构的情况下则存在导致大型化这一问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种小型且具备广视角，并且各像差得到适当的校正的具有高光学性能的成像光学系统、具备该成像光学系统的投射型显示装置及具备该成像光学系统的摄像装置。
用于解决上述问题的具体方法包括以下方式。
<1>一种成像光学系统，其沿光轴从放大侧依次包括第1透镜组和第2透镜组，且在光轴上的第1透镜组与第2透镜组之间形成中间像，第1透镜组及第2透镜组中的至少一个透镜组具备折弯光轴的反射部件，第2透镜组具备变倍时移动的移动透镜组，在将广角端下的第2透镜组的缩小侧的最大像高的畸变像差设为Dr、将广角端下的第2透镜组的缩小侧的最大像高的近轴像面与子午像面之间的光轴方向上的差设为Tr、将广角端下的第2透镜组的缩小侧的最大像高的近轴像面与弧矢像面之间的光轴方向上的差设为Sr、将广角端下的整个系统的焦距设为fw时，
所述成像光学系统满足以下表示的条件式(1)及(2)，
-1＜Dr＜1 (1)；
-5＜(Tr+Sr)/|fw|＜-0.5 (2)。
<2>根据<1>所述的成像光学系统，其在将广角端下的第2透镜组的焦距设为fr时，
满足以下表示的条件式(3)，
5＜fr/|fw|＜100 (3)。
<3>根据<1>或<2>所述的成像光学系统，其在将广角端下的移动透镜组内的透镜面上的主光线高度的最大值设为Hzmax、将整个系统的缩小侧的最大像高设为Imax时，
满足以下表示的条件式(4)，
Hzmax/Imax＜1.5 (4)。
<4>根据<1>至<3>中任一项所述的成像光学系统，其中，
反射部件沿光轴从放大侧依次具备90°折弯光轴的第1反射部件和90°折弯光轴的第2反射部件。
<5>根据<4>所述的成像光学系统，其在将从最靠放大侧的透镜面至第1反射部件为止的光轴上的距离设为La、将从第1反射部件至第2反射部件为止的光轴上的距离设为Lb、将从第2反射部件至最靠缩小侧的透镜面为止的光轴上的距离设为Lc时，
满足以下表示的条件式(5)及(6)，
1＜Lc/La＜2 (5)；
1.2＜Lb/La＜2.5 (6)。
<6>根据<1>至<5>中任一项所述的成像光学系统，其缩小侧为远心。
<7>根据<1>所述的成像光学系统，其满足以下表示的条件式(1-1)，
-0.5＜Dr＜0.5 (1-1)。
<8>根据<1>所述的成像光学系统，其满足以下表示的条件式(2-1)，
-3＜(Tr+Sr)/|fw|＜-1 (2-1)。
<9>根据<2>所述的成像光学系统，其满足以下表示的条件式(3-1)，
10＜fr/|fw|＜30 (3—1)。
<10>根据<3>所述的成像光学系统，其满足以下表示的条件式(4-1)，
0≤Hzmax/Imax＜1 (4-1)。
<11>一种投射型显示装置，其具备：光阀，输出基于图像数据的光学像；及<1>至<10>中任一项所述的成像光学系统，成像光学系统将从光阀输出的光学像投射到屏幕上。
<12>一种摄像装置，其具备<1>至<10>中任一项所述的成像光学系统。
本说明书的“包括～”、“包括～的”表示，除了所举出的构成要件以外，还可以包括：实质上不具有屈光力的透镜；光圈、滤波器及盖玻璃等透镜以外的光学要件；以及透镜法兰、镜筒、成像元件及手抖校正机构等机构部分等。
并且，“透镜组”表示，除了透镜以外，还可以包括光圈、掩模、盖玻璃、滤波器、反射镜及棱镜等透镜以外的光学要件等。
并且，在各条件式的记号中，焦距为近轴焦距。各条件式以系统整体的缩小侧为远心而进行计算。第2透镜组的像差量在对齐整个系统的缩小侧的像位置和第2透镜组的缩小侧的像位置的状态下进行评价。在条件式中使用的值为以d线为基准时的值。若无特别说明，则与非球面相关的屈光力的符号及面形状是在近轴区域考虑的。本说明书中记载的“d线”、“C线”及“F线”为明线，d线的波长为587.56nm(纳米)、C线的波长为656.27nm(纳米)、F线的波长为486.13nm(纳米)。
发明效果
根据本发明的一实施方式，能够提供一种小型且具备广视角，并且各像差得到适当的校正的具有高光学性能的成像光学系统、具备该成像光学系统的投射型显示装置及具备该成像光学系统的摄像装置。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的成像光学系统(与实施例1相同)的透镜结构的剖视图。
图2是表示本发明的一实施方式所涉及的成像光学系统(与实施例1的变形例相同)的透镜结构的剖视图。
图3是表示本发明的实施例2的成像光学系统的透镜结构的剖视图。
图4是表示本发明的实施例2的成像光学系统的变形例的透镜结构的剖视图。
图5是表示本发明的实施例3的成像光学系统的透镜结构的剖视图。
图6是表示本发明的实施例3的成像光学系统的变形例的透镜结构的剖视图。
图7是表示本发明的实施例4的成像光学系统的透镜结构的剖视图。
图8是表示本发明的实施例4的成像光学系统的变形例的透镜结构的剖视图。
图9是本发明的实施例1的成像光学系统的各像差图。
图10是本发明的实施例2的成像光学系统的各像差图。
图11是本发明的实施例3的成像光学系统的各像差图。
图12是本发明的实施例4的成像光学系统的各像差图。
图13是本发明的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图14是本发明的另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图15是本发明的又一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图16是本发明的一实施方式所涉及的摄像装置的前侧的立体图。
图17是图16所示的摄像装置的背面侧的立体图。
符号说明
10、210、310-成像光学系统，11a～11c-透射型显示元件，12、13、32、33-分色镜，14、34-十字分色棱镜，15、215、315-光源，16a～16c-聚光透镜，18a～18c、38-全反射镜，21a～21c-DMD元件，24a～24c-TIR棱镜，25、35a～35c-偏振光分离棱镜，31a～31c-反射型显示元件，41-相机主体，42-快门按钮，43-电源按钮，44、45-操作部，46-显示部，47-卡口，48-可换镜头，49-成像光学系统，100、200、300-投射型显示装置，105、205、305-屏幕，400-相机，A-最小视角的光束，B-最大视角的光束，G1-第1透镜组，G2-第2透镜组，L1a～L2i-透镜，M-中间像，PP-光学部件，R1-第1反射部件，R2-第2反射部件，Sim-图像显示面，St-孔径光圈，Z-光轴。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的一实施方式进行详细说明。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的成像光学系统的透镜结构的剖视图。图1所示的结构例与后述的实施例1的成像光学系统的结构相同。在图1中，示出了广角端状态，当以放大侧的光轴为基准来展开光轴时，记载成左侧为放大侧，右侧为缩小侧。并且，所图示的孔径光圈St表示光轴Z上的位置，而不一定表示大小或形状。并且，作为光束，一并记入了轴上光束A及最大视角的光束B。
该成像光学系统例如搭载于投射型显示装置，能够用作将显示于光阀的图像信息投射到屏幕的光学系统。在图1中，设想成搭载于投射型显示装置的情况，还一并图示了设想成用于颜色合成部或照明光分离部的滤波器或棱镜等的光学部件PP和光阀的图像显示面Sim。在投射型显示装置中，被配置于图像显示面Sim的图像显示元件赋予图像信息的光束经由光学部件PP而入射于该成像光学系统，并通过该成像光学系统而投射到未图示的屏幕上。
如图1所示，本实施方式的成像光学系统为，沿光轴Z从放大侧朝向缩小侧依次包括第1透镜组G1和第2透镜组G2，且在光轴Z上的第1透镜组G1与第2透镜组G2之间形成中间像M的中继类型的成像光学系统。另外，在图1中示意地示出了中间像M，而未示出实际的形状。
如此，在形成中间像M的成像光学系统中，能够确保适当长度的后焦距，并且能够减小放大侧的透镜直径，能够成为适于广角化的结构。
并且，第1透镜组G1及第2透镜组G2中的至少一个透镜组具备折弯光轴的反射部件。作为反射部件，能够使用反射镜或棱镜等具有反射面的光学元件。在本实施方式的成像光学系统中，作为反射部件，示出了在第1透镜组G1中具备第1反射部件R1，且在第2透镜组G2中具备第2反射部件R2的例子。关于中继类型的成像光学系统，一般透镜系统的总长度会变长，但通过设置反射部件来折弯光轴，能够使成像光学系统小型化。另外，反射部件并不限定于在透镜组中夹在透镜与透镜之间的方式，也可以设为配置于透镜组的最靠放大侧或最靠缩小侧的方式。
并且，中继透镜组即第2透镜组G2具备变倍时移动的移动透镜组。在本实施方式的成像光学系统中，示出了在第2透镜组G2中，由透镜L2b构成第1移动透镜组，由透镜L2c至L2h这6片透镜构成第2移动透镜组的例子。变倍时，第1移动透镜组及第2移动透镜组以改变与相邻的组之间的光轴方向上的间隔的方式沿光轴移动。如此，通过中继透镜组即第2透镜组G2具备移动透镜组，而不是广角的第1透镜组G1，能够减少像面弯曲及畸变像差的变动。
并且，在将广角端下的第2透镜组G2的缩小侧的最大像高的畸变像差(单位设为％)设为Dr、将广角端下的第2透镜组G2的缩小侧的最大像高的近轴像面与子午像面之间的光轴方向上的差设为Tr、将广角端下的第2透镜组G2的缩小侧的最大像高的近轴像面与弧矢像面之间的光轴方向上的差设为Sr、将广角端下的整个系统的焦距设为fw时，构成为满足条件式(1)及(2)。
-1＜Dr＜1 (1)
-5＜(Tr+Sr)/|fw|＜-0.5 (2)
在广角的成像光学系统中，在放大侧大多使用负透镜，因此第1透镜组G1容易产生负畸变像差。因此，若在第2透镜组G2中产生大的负畸变像差，则难以校正组合第1透镜组G1和第2透镜组G2而成的整个系统的畸变像差。综上所述，通过不成为条件式(1)的下限以下而使第2透镜组G2的负畸变像差不过于变大，能够抑制整个系统的畸变像差。
在中继透镜组即第2透镜组G2中，以比孔径光圈St更靠放大侧的正透镜抵消在比孔径光圈St(当孔径光圈存在于第1透镜组G1中时，在第2透镜组G2中与孔径光圈具有共轭关系的位置)更靠缩小侧的正透镜中产生的负畸变像差。并且，如上所述，在广角的成像光学系统中，第1透镜组G1容易产生负畸变像差，且若为了抵消在第1透镜组G1中产生的负畸变像差而欲在第2透镜组G2中产生正畸变像差，则需要在比孔径光圈St更靠放大侧设置正透镜。因此，需要在中间像M附近设置正透镜，且增大中间像M附近的光束直径，因此中继透镜组即第2透镜组G2的直径趋于变大。综上所述，通过不成为条件式(1)的上限以上而使第2透镜组G2的正畸变像差不过于变大，能够防止第2透镜组G2的直径变大。另外，上述中，记载了孔径光圈St作为实际的零件而存在的情况，但即使不存在作为实际的零件的孔径光圈St的情况下，在光学上主光线与光轴的交点的位置也相当于孔径光圈St，从而可发挥与上述相同的效果。
另外，若满足条件式(1-1)，则能够成为更良好的特性。
-0.5＜Dr＜0.5 (1-1)
在广角的成像光学系统中，在放大侧大多使用负透镜，因此第1透镜组G1的佩兹伐和数为负，容易产生大的正像面弯曲。因此，通过在第2透镜组G2产生适当量的负像面弯曲而以第1透镜组G1和第2透镜组G2来抵消两者的像面弯曲，能够校正整个系统的像面弯曲。通过不成为条件式(2)的下限以下而在第2透镜组G2中不产生抵消在第1透镜组G1中产生的正像面弯曲以上的过度的负像面弯曲，能够抑制整个系统的像面弯曲。通过不成为条件式(2)的上限以上而在第2透镜组G2中产生用于抵消在第1透镜组G1中产生的正像面弯曲的负像面弯曲，能够抑制整个系统的像面弯曲。另外，若满足条件式(2-1)，则能够成为更良好的特性。
-3＜(Tr+Sr)/|fw|＜-1 (2—1)
在本实施方式的成像光学系统中，在将广角端下的第2透镜组G2的焦距设为fr、将广角端下的整个系统的焦距设为fw时，优选满足条件式(3)。
通过满足条件式(3)且中继透镜组即第2透镜组G2具有正屈光力，能够使从第1透镜组G1朝向第2透镜组G2的周边的光束变窄，因此能够减小第2透镜组G2的透镜直径。通过不成为条件式(3)的下限以下，能够防止第2透镜组G2的屈光力过于变强，因此能够适当地进行第2透镜组G2内的球面像差及轴上色差等像差的校正。通过不成为条件式(3)的上限以上，能够防止第2透镜组G2的屈光力过于变弱，因此能够抑制第2透镜组G2的透镜直径的扩大。另外，若满足条件式(3-1)，则能够成为更良好的特性。
5＜fr/|fw|＜100 (3)
10＜fr/|fw|＜30 (3-1)
并且，在将广角端下的移动透镜组内的透镜面上的主光线高度的最大值设为Hzmax、将整个系统的缩小侧的最大像高设为Imax时，优选满足条件式(4)。通过不成为条件式(4)的上限以上，能够抑制移动透镜组的透镜直径的扩大，因此有利于成像光学系统的小型化。另外，若满足条件式(4-1)，则能够成为更良好的特性。
Hzmax/Imax＜1.5 (4)
0≤Hzmax/Imax＜1 (4-1)
并且，优选反射部件沿光轴从放大侧依次具备90°折弯光轴的第1反射部件R1和90°折弯光轴的第2反射部件R2。如此，通过具备2个反射部件，能够缩短成像光学系统的总长度。并且，通过2个反射部件均90°折弯光轴，有利于成像光学系统的小型化。此时，可以如图1所示2个反射部件均向相同的方向90°折弯光轴，也可以如图2所示2个反射部件彼此向相反的方向90°折弯光轴。
在作为反射部件沿光轴从放大侧依次设置有90°折弯光轴的第1反射部件R1和90°折弯光轴的第2反射部件R2的情况下，在将从最靠放大侧的透镜面至第1反射部件R1为止的光轴上的距离设为La、将从第1反射部件R1至第2反射部件R2为止的光轴上的距离设为Lb、将从第2反射部件R2至最靠缩小侧的透镜面为止的光轴上的距离设为Lc时，优选满足条件式(5)及(6)。通过均不成为条件式(5)及(6)的下限以下，当将成像光学系统搭载于投射型显示装置时，能够防止配置于成像光学系统的缩小侧的光阀等影像引擎部与第1透镜组G1之间的干涉。通过均不成为条件式(5)及(6)的上限以上，当将成像光学系统搭载于投射型显示装置时，能够防止配置于成像光学系统的缩小侧的光阀等影像引擎部与第1透镜组G1之间的间隔过大，因此有利于装置整体的小型化。
1＜Lc/La＜2 (5)
1.2＜Lb/La＜2.5 (6)
并且，在投射高清图像的投射型显示装置中，大多采用根据RGB(红、绿、蓝)各个波长设置图像显示元件的所谓的3板方式。为了应对这种方式，优选缩小侧为远心。另外，缩小侧为远心是指，在汇聚于缩小侧的图像显示面Sim的任意的点上的光束的截面上，上侧的最大光线和下侧的最大光线的二等分角线几乎与光轴平行的状态，其并不限定于完全远心的情况、即上述二等分角线与光轴Z完全平行的情况，可包括存在些许误差的情况。在此，存在些许误差的情况是指，相对于光轴的上述二等分角线的倾斜度在±3°的范围内的情况。
接着，对本发明的成像光学系统的数值实施例进行说明。
[实施例1]
将表示实施例1的成像光学系统的结构的剖视图示于图1，将表示实施例1的成像光学系统的变形例的剖视图示于图2。图1的图示方法如上所述，且对图2也是与图1相同的图示方法，因此在此省略一部分重复说明。并且，关于图示方法，对实施例2～4也基本相同。
图1所示的实施例1的成像光学系统为，沿光轴Z从放大侧朝向缩小侧依次包括第1透镜组G1和第2透镜组G2，且在光轴Z上的第1透镜组G1与第2透镜组G2之间形成中间像M的中继类型的成像光学系统。
第1透镜组G1由透镜L1a至L1n这14片透镜和配置于L1h与L1i之间且90°折弯光轴Z的第1反射部件R1构成。
第2透镜组G2由透镜L2a至L2i这9片透镜和配置于L2a的放大侧且90°折弯光轴Z的第2反射部件R2构成。在第2透镜组G2中，由透镜L2b构成第1移动透镜组，由透镜L2c至L2h这6片透镜构成第2移动透镜组。变倍时，第1移动透镜组及第2移动透镜组以改变与相邻的组之间的光轴方向上的间隔的方式沿光轴Z移动。
第1反射部件R1及第2反射部件R2均以向相同的方向90°折弯光轴的方式配置。
在图2所示的实施例1的成像光学系统的变形例中，第1反射部件R1及第2反射部件R2以彼此向相反的方向90°折弯光轴的方式配置。
将实施例1的成像光学系统的基本透镜数据示于表1，将与规格相关的数据示于表2，将与可变面间隔相关的数据示于表3，将与非球面系数相关的数据示于表4。以下，以实施例1为例对表中的记号的含义进行说明，但对实施例2～4也基本相同。
在表1的透镜数据中，在面编号栏中示出以最靠放大侧的构成要件的面为第1个而随着朝向缩小侧依次增加的面编号，在曲率半径栏中示出各面的曲率半径，在面间隔栏中示出各面与其下一个面之间的光轴Z上的间隔。并且，在n栏中示出各光学要件的d线下的折射率，在ν栏中示出各光学要件的d线下的色散系数。并且，关于曲率半径的符号，将面形状凸向放大侧的情况设为正，将凸向缩小侧的情况设为负。在基本透镜数据中，还一并示出了孔径光圈St及光学部件PP。在相当于孔径光圈St的面的面编号栏中，与面编号一并记载了(光圈)这一术语。并且，在表1的透镜数据中，在对焦时间隔发生变化的面间隔栏中分别记载了DD[面编号]。将与该DD[面编号]对应的数值示于表3。
在与表2的规格相关的数据中，示出变焦倍率、焦距的绝对值f、后焦距Bf、F值FNo.、全视角2ω[°]的值。
在表1的透镜数据中，在非球面的面编号上标注了*记号，作为非球面的曲率半径示出了近轴曲率半径的数值。在表4的与非球面系数相关的数据中，示出非球面的面编号及与这些非球面相关的非球面系数。表4的非球面系数的数值的“E±n”(n：整数)表示“×10±n”。非球面系数是由下述式表示的非球面式中的各系数KA、Am的值。
Zd＝C·h2/{1+(1-KA·C2·h2)1/2}+∑Am·hm
其中，
Zd：非球面深度(从高度h的非球面上的点下垂至与非球面顶点相切且与光轴垂直的平面的垂线的长度)；
h：高度(距光轴的距离)；
C：近轴曲率半径的倒数；
KA、Am：非球面系数，
非球面深度Zd中的∑表示与m相关的总和。
在基本透镜数据及与规格相关的数据中，示出了以广角端的焦距标准化的值。作为角度的单位使用了°。
[表1]
实施例1·透镜数据(n、ν为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 -4.1545 0.7999 1.53158 55.08
*2 -10.6553 0.5600
3 9.1859 0.3600 1.77250 49.62
4 5.0305 1.0131
5 7.4758 0.2600 1.84666 23.78
6 3.9905 1.2632
7 10.3971 0.2200 1.71300 53.94
8 3.2212 3.0822
9 -4.3318 1.0998 1.48749 70.44
10 -15.4301 0.2090
11 -7.8593 1.4941 1.51742 52.43
12 -5.6609 0.5386
13 13.8954 0.8753 1.80610 33.27
14 -102.4289 2.9835
15 42.9097 0.5993 1.74950 35.28
16 -18.5900 4.3215
第1反射部件 ∞ 3.8647
17 10.5567 2.5084 1.49700 81.61
18 -5.7610 0.2820 1.84666 23.78
19 -13.0118 0.0722
20 ∞ 0.2800 1.84666 23.78
21 5.9750 3.1496 1.49700 81.61
22 -8.5088 0.2737
*23 -4.8146 0.6800 1.51007 56.24
*24 -4.2455 6.0218
25 10.8969 1.5566 1.80518 25.46
26 46.3502 10.3125
第2反射部件 ∞ 6.6398
*27 -5.2628 0.6999 1.51007 56.24
*28 -5.6967 DD[28]
29 8.6244 0.9926 1.77250 49.62
30 270.4297 DD[30]
31 22.0413 0.2000 1.84666 23.78
32 4.4142 0.9776 1.51680 64.20
33 -33.1623 0.9953
34 18.0318 0.5380 1.80518 25.46
35 -36.5595 1.0531
36(光圈) ∞ 2.7843
37 -3.6089 0.2000 1.77250 49.62
38 5.4293 1.3198 1.49700 81.61
39 -5.4293 0.5908
40 32.4635 1.6690 1.49700 81.61
41 -4.5285 DD[41]
42 27.8016 0.7396 1.84666 23.78
43 -27.8016 2.5446
44 ∞ 5.2096 1.51633 64.14
45 ∞
[表2]
实施例1·规格(d线)
广角端 长焦端
变焦倍率 1.00 1.10
|f| 1.00 1.10
Bf 5.97 5.97
FNo. 2.40 2.49
2ω[°] 137.0 133.2
[表3]
实施例1·可变面间隔
广角端 长焦端
DD[28] 2.4044 1.0863
DD[30] 2.5800 2.9950
DD[41] 0.4000 1.3030
[表4]
实施例1·非球面系数
Figure BDA0002209365540000131
将实施例1的成像光学系统的各像差图示于图9。在图9中，从左起依次示出球面像差、像散、畸变像差及倍率色差。在图9中，在上排示出在广角端将放大侧成像面至第1透镜组G1的最靠放大侧的面为止的距离设为图中记载的距离(在实施例1中为151)的状态的各像差图，在中排示出在长焦端将放大侧成像面至第1透镜组G1的最靠放大侧的面为止的距离设为图中记载的距离(在实施例1中为151)的状态的各像差图，在下排仅示出广角端下的第2透镜组G2的各像差图。
在球面像差图中，分别以实线、长虚线及短虚线示出d线、C线及F线下的像差。在像散图中，以实线示出弧矢方向的d线下的像差，以短虚线示出子午方向的d线下的像差。在畸变像差图中，以实线示出d线下的像差。在倍率色差图中，分别以长虚线及短虚线示出C线及F线下的像差。球面像差图的FNo.表示F值，其他像差图的ω表示半视角。
[实施例2]
接着，对实施例2的成像光学系统进行说明。将表示实施例2的成像光学系统的结构的剖视图示于图3，将表示实施例2的成像光学系统的变形例的剖视图示于图4。实施例2的成像光学系统的结构与实施例1的成像光学系统的结构相同。并且，将实施例2的成像光学系统的基本透镜数据示于表5，将与规格相关的数据示于表6，将与可变面间隔相关的数据示于表7，将与非球面系数相关的数据示于表8，将各像差图示于图10。
[表5]
实施例2·透镜数据(n、ν为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 -5.9079 1.0788 1.53158 55.08
*2 -25.4736 0.5890
3 9.7505 0.3596 1.77250 49.60
4 4.7786 1.0706
5 7.3025 0.2597 1.84666 23.78
6 3.7145 1.0392
7 7.0365 0.2199 1.71300 53.94
8 2.9665 2.9612
9 -4.1804 1.0989 1.48749 70.44
10 -17.9678 0.1660
11 -8.7274 1.4976 1.51742 52.43
12 -5.7455 0.6047
13 14.6763 0.9824 1.80610 33.27
14 -61.1918 2.1942
15 ∞ 0.5491 1.74950 35.28
16 -12.7883 4.1328
第1反射部件 ∞ 3.8817
17 9.5882 2.5766 1.49700 81.54
18 -5.8250 0.2817 1.84666 23.78
19 -13.8999 0.0198
20 ∞ 0.2797 1.84666 23.78
21 5.9495 3.1498 1.49700 81.54
22 -8.4749 0.2428
*23 -4.9040 0.6793 1.51007 56.24
*24 -4.3065 5.7618
25 10.7729 1.5956 1.80518 25.46
26 46.2731 10.4459
第2反射部件 ∞ 6.3542
*27 -7.9915 0.6993 1.51007 56.24
*28 -8.6678 DD[28]
29 8.2588 1.6388 1.77250 49.60
30 ∞ DD[30]
31 34.0741 0.1998 1.84666 23.78
32 4.3536 0.9561 1.51680 64.20
33 -33.8351 0.0801
34 16.2834 0.5492 1.80518 25.46
35 -34.9191 1.4025
36(光圈) ∞ 2.7898
37 -3.2753 0.1998 1.77250 49.60
38 5.3721 1.5291 1.49700 81.54
39 -5.3721 0.0821
40 25.6310 1.7951 1.49700 81.54
41 -4.3429 DD[41]
42 26.1649 0.7180 1.84666 23.78
43 -26.1649 2.5419
44 ∞ 5.2045 1.51633 64.14
45 ∞
[表6]
实施例2·规格(d线)
广角端 长焦端
变焦倍率 1.00 1.10
|f| 1.00 1.10
Bf 5.97 5.97
FNo. 2.40 2.49
2ω[°] 137.0 133.2
[表7]
实施例2·可变面间隔
广角端 长焦端
DD[28] 2.8812 1.6538
DD[30] 2.1201 2.4791
DD[41] 0.3994 1.2678
[表8]
实施例2·非球面系数
Figure BDA0002209365540000171
[实施例3]
接着，对实施例3的成像光学系统进行说明。将表示实施例3的成像光学系统的结构的剖视图示于图5，将表示实施例3的成像光学系统的变形例的剖视图示于图6。在第2透镜组G2中，由透镜L2a至L2b这2片透镜构成第1移动透镜组，由透镜L2c至L2h这6片透镜构成第2移动透镜组，除此之外，实施例3的成像光学系统的结构与实施例1的成像光学系统的结构相同。并且，将实施例3的成像光学系统的基本透镜数据示于表9，将与规格相关的数据示于表10，将与可变面间隔相关的数据示于表11，将与非球面系数相关的数据示于表12，将各像差图示于图11。
[表9]
实施例3·透镜数据(n、ν为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 -6.4992 1.1189 1.53158 55.08
*2 -80.6860 0.7184
3 9.6798 0.3596 1.77250 49.60
4 4.6597 1.0320
5 7.0230 0.2498 1.84666 23.78
6 3.6203 0.9385
7 6.2157 0.2198 1.77250 49.60
8 2.8299 3.3271
9 -3.9797 1.3704 1.48749 70.44
10 -14.4610 0.0864
11 -9.6753 1.5042 1.51742 52.43
12 -6.1983 0.5060
13 17.0509 0.4524 1.80518 25.45
14 -77.0485 0.3472
15 ∞ 2.2863 1.77250 49.60
16 -11.5596 4.7366
第1反射部件 ∞ 3.7745
17 8.0765 2.4741 1.49700 81.54
18 -6.3664 0.2597 1.84666 23.78
19 -19.2198 0.0436
20 ∞ 0.2498 1.84666 23.78
21 5.7933 3.0712 1.49700 81.54
22 -8.2588 0.6370
*23 -4.2540 0.6793 1.51007 56.24
*24 -3.9026 5.4671
25 13.9738 1.7250 1.80518 25.45
26 -96.4104 10.8579
第2反射部件 ∞ DD[26]
27 9.4762 0.1998 1.84666 23.78
28 4.8980 1.7003 1.80610 33.27
29 ∞ DD[29]
30 35.8629 0.1998 1.84666 23.78
31 5.0353 1.8454 1.48749 70.44
32 -16.8042 0.1638
33 11.8313 0.4924 1.80518 25.45
34 ∞ 0.0000
35(光圈) ∞ 3.7897
36 -3.9288 0.1998 1.77250 49.60
37 5.9500 1.5626 1.49700 81.54
38 -5.9500 0.0800
39 19.5907 1.6550 1.49700 81.54
40 -4.9591 DD[40]
41 28.6953 0.7469 1.84666 23.78
42 -28.6953 2.5458
43 ∞ 5.2049 1.51633 64.14
44 ∞
[表10]
实施例3·规格(d线)
广角端 长焦端
变焦倍率 1.00 1.10
|f| 1.00 1.10
Bf 5.97 5.97
FNo. 2.40 2.49
2ω[°] 136.8 133.2
[表11]
实施例3·可变面间隔
广角端 长焦端
DD[26] 8.6773 7.3160
DD[29] 3.1043 3.5351
DD[40] 0.4055 1.3360
[表12]
实施例3·非球面系数
面编号 1 2 23 24
KA -7.61482686E-01 -3.48820069E-02 -1.01012276E+00 -1.40818506E+00
A3 4.51236196E-02 5.29493625E-02 0.00000000E+00 0.00000000E+00
A4 -1.26832345E-02 -2.37174957E-02 5.56563185E-03 4.29582309E-03
A5 1.18649237E-03 6.16545515E-03 -1.65861101E-03 -4.31415588E-04
A6 1.02575200E-03 -3.50714107E-04 2.60607923E-03 2.36523159E-04
A7 -4.79061453E-04 -1.96325530E-04 -1.63344667E-03 4.00351000E-04
A8 5.43139003E-05 5.35497728E-06 9.36743510E-05 -3.56136045E-04
A9 1.68123648E-05 2.42704660E-05 2.48664590E-04 1.31786922E-06
A10 -5.47284336E-06 -5.52289167E-06 -8.09740850E-05 6.22012977E-05
A11 1.04638970E-07 -4.28367780E-07 -7.32412644E-06 1.18625104E-05
A12 1.61246044E-07 2.82413489E-07 8.90299508E-06 -3.73526892E-06
A13 -1.79799994E-08 -1.49899687E-08 -1.14608865E-06 1.27405227E-06
A14 -1.89259270E-09 -5.75522421E-09 -3.59823820E-07 5.91018853E-08
A15 4.20390648E-10 6.94734821E-10 1.05132658E-07 -5.70456948E-08
A16 7.54048375E-13 4.37519396E-11 2.20234253E-09 2.58032203E-09
A17 -4.17610873E-12 -1.02641668E-11 -3.28323187E-09 1.20000939E-09
A18 1.61892939E-13 1.33001883E-13 1.96286547E-10 1.13308152E-10
A19 1.56801092E-14 5.29763279E-14 3.61083968E-11 -9.79537045E-12
A20 -9.58584130E-16 -2.50709553E-15 -3.55947028E-12 1.25650796E-12
[实施例4]
接着，对实施例4的成像光学系统进行说明。将表示实施例4的成像光学系统的结构的剖视图示于图7，将表示实施例4的成像光学系统的变形例的剖视图示于图8。在第2透镜组G2中，由透镜L2a至L2b这2片透镜构成第1移动透镜组，由透镜L2c至L2e这3片透镜构成第2移动透镜组，由透镜L2f至L2h这3片透镜构成第3移动透镜组，除此之外，实施例4的成像光学系统的结构与实施例1的成像光学系统的结构相同。并且，将实施例4的成像光学系统的基本透镜数据示于表13，将与规格相关的数据示于表14，将与可变面间隔相关的数据示于表15，将与非球面系数相关的数据示于表16，将各像差图示于图12。
[表13]
实施例4·透镜数据(n、ν为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 -6.2359 0.8486 1.53158 55.08
*2 -28.2241 1.1732
3 8.6363 0.3519 1.89190 37.13
4 4.8875 1.3519
5 8.7563 0.2542 1.84666 23.78
6 3.7666 1.6261
7 27.1732 0.2150 1.62041 60.29
8 4.8844 3.7608
9 -4.3942 1.0672 1.48749 70.44
10 -7.7489 0.4679
11 -8.2994 1.4574 1.77250 49.60
12 -7.2011 2.2771
13 446.1962 1.3573 1.53996 59.46
14 -9.3869 0.2900
15 14.9691 0.5872 1.84666 23.78
16 32.7596 6.6295
第1反射部件 ∞ 5.1313
17 9.1455 3.1607 1.49700 81.61
18 -6.4930 0.2757 1.84666 23.78
19 -8.9219 0.4432
20 -11.2173 0.2737 1.84666 23.78
21 6.4125 2.8660 1.49700 81.61
22 -10.2691 2.9067
*23 -12.6928 0.7289 1.51007 56.24
*24 -7.4063 4.8880
25 15.7427 2.0255 1.77250 49.60
26 -63.6096 10.4431
第2反射部件 ∞ DD[26]
27 10.2332 0.4204 1.84666 23.78
28 5.5256 1.6492 1.74950 35.28
29 -62.6221 DD[29]
30 10.5774 0.1955 1.84666 23.78
31 4.1526 0.7980 1.51823 58.90
32 -67.8958 0.4102
33 -4.8371 0.4580 1.58913 61.13
34 -4.9465 DD[34]
35(光圈) ∞ 3.9364
36 -4.0669 0.1975 1.62041 60.29
37 6.7511 1.3081 1.49700 81.61
38 -7.6316 0.1490
39 26.1405 1.6069 1.49700 81.61
40 -5.8720 DD[40]
41 14.9937 0.8491 1.84666 23.78
42 -43.6490 2.8269
43 ∞ 5.8658 1.74320 49.34
44 ∞ 0.2053 1.51633 64.14
45 ∞
[表14]
实施例4·规格(d线)
广角端 长焦端
变焦倍率 1.00 1.10
|f| 1.00 1.10
Bf 6.32 6.32
FNo. 2.40 2.51
2ω[°] 137.0 133.4
[表15]
实施例4·可变面间隔
广角端 长焦端
DD[26] 13.8495 12.3362
DD[29] 4.1887 4.8168
DD[34] 0.6458 0.3625
DD[40] 0.0724 1.2409
[表16]
实施例4·非球面系数
面编号 1 2 23 24
KA -5.96892783E-01 -1.95896304E+00 -4.76816872E+00 4.30022869E-01
A3 2.94096605E-02 3.94646509E-02 -2.82131063E-17 -3.12244935E-17
A4 2.54314952E-03 -9.89086482E-03 1.74094669E-03 4.46947708E-03
A5 -2.99093675E-03 4.09481963E-03 -3.58482466E-03 -4.73744684E-03
A6 6.90203693E-04 -1.21561661E-03 3.81306340E-03 2.94648417E-03
A7 -2.75622057E-06 1.94759505E-04 -5.82333466E-04 6.33671754E-04
A8 -3.03379197E-05 -8.62176632E-06 -6.11459156E-04 -8.98804578E-04
A9 4.32859625E-06 -2.57358698E-06 1.53749482E-04 2.41996323E-05
A10 4.93579158E-07 3.61666513E-07 7.82158145E-05 1.40479541E-04
A11 -1.57177494E-07 1.52636607E-08 -2.76661632E-05 -2.38947838E-05
A12 6.01711640E-10 -3.83523428E-09 -4.15138861E-06 -9.73823293E-06
A13 2.67116714E-09 -3.12298347E-10 2.34864643E-06 2.74866904E-06
A14 -1.29189951E-10 5.22161852E-11 2.36691118E-08 2.62258605E-07
A15 -2.47313806E-11 1.69771022E-12 -9.84899610E-08 -1.35268198E-07
A16 1.83026221E-12 -1.67572897E-13 5.39474271E-09 1.34869421E-09
A17 1.21478425E-13 -3.75983735E-14 2.02156259E-09 3.10562024E-09
A18 -1.11469981E-14 3.16409257E-15 -1.83699968E-10 -1.89593945E-10
A19 -2.50421544E-16 -2.55888051E-17 -1.63045515E-11 -2.73373080E-11
A20 2.62384910E-17 -2.14529058E-18 1.85130929E-12 2.47453151E-12
将与实施例1～4的成像光学系统的条件式(1)～(6)中包括的记号对应的值示于表17，将与实施例1～4的成像光学系统的条件式(1)～(6)对应的值示于表18。
另外，所有实施例均以d线为基准波长，下述表17及18所示的值为该基准波长下的值。
[表17]
记号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
|fw| 1.000 1.000 1.000 1.000
Dr 0.415 0.182 0.236 -0.023
Tr -1.022 -1.055 -1.042 -0.788
Sr -0.669 -0.673 -0.664 -0.539
Imax 2.600 2.597 2.597 2.542
Hzmax 2.283 2.275 2.387 2.553
fr 13.830 13.322 14.157 15.848
La 19.680 18.804 19.254 23.715
Lb 29.002 28.915 29.239 33.143
Lc 24.784 24.395 24.823 30.735
[表18]
式编号 条件式 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
(1) Dr 0.415 0.182 0.236 -0.023
(2) (Tr+Sr)/|fw| -1.691 —1.728 -1.706 -1.327
(3) fr/|fw| 13.830 13.322 14.157 15.848
(4) Hzmax/Imax 0.878 0.876 0.919 1.004
(5) Lc/La 1.259 1.297 1.289 1.296
(6) Lb/La 1.474 1.538 1.519 1.398
从以上数据可知，实施例1～4的成像光学系统均满足条件式(1)～(6)，且为小型且全视角为120°以上的具备广视角，并且各像差得到适当的校正的具有高光学性能的成像光学系统。
接着，对本发明的实施方式所涉及的投射型显示装置进行说明。图13是本发明的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图13所示的投射型显示装置100具有本发明的实施方式所涉及的成像光学系统10、光源15、与各色光对应的作为光阀的透射型显示元件11a～11c、用于分色的分色镜12、13、用于颜色合成的十字分色棱镜14、聚光透镜16a～16c及用于偏转光轴的全反射镜18a～18c。另外，在图13中示意地图示了成像光学系统10。并且，在光源15与分色镜12之间配置有积分器，但在图13中省略了其图示。
来自光源15的白色光在分色镜12、13中分解成3个色光光束(绿光、蓝光、红光)之后，分别经过聚光透镜16a～16c入射于分别与各色光光束对应的透射型显示元件11a～11c而被光调制，并通过十字分色棱镜14进行颜色合成之后，入射于成像光学系统10。成像光学系统10将基于被透射型显示元件11a～11c光调制的光的光学像投射到屏幕105上。
图14是本发明的另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图14所示的投射型显示装置200具有本发明的实施方式所涉及的成像光学系统210、光源215、与各色光对应的作为光阀的DMD元件21a～21c、用于分色及颜色合成的TIR(Total InternalReflection，全内反射)棱镜24a～24c、分离照明光和投射光的偏振光分离棱镜25。另外，在图14中示意地图示了成像光学系统210。并且，在光源215与偏振光分离棱镜25之间配置有积分器，但在图14中省略了其图示。
来自光源215的白色光在偏振光分离棱镜25内部的反射面进行反射之后，通过TIR棱镜24a～24c分解成3个色光光束(绿光、蓝光、红光)。分解后的各色光光束入射于分别所对应的DMD元件21a～21c而被光调制，并再次在TIR棱镜24a～24c中向相反方向行进而进行颜色合成之后，透射偏振光分离棱镜25而入射于成像光学系统210。成像光学系统210将基于被DMD元件21a～21c光调制的光的光学像投射到屏幕205上。
图15是本发明的又一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图15所示的投射型显示装置300具有本发明的实施方式所涉及的成像光学系统310、光源315、与各色光对应的作为光阀的反射型显示元件31a～31c、用于分色的分色镜32、33、用于颜色合成的十字分色棱镜34、用于偏转光轴的全反射镜38及偏振光分离棱镜35a～35c。另外，在图15中示意地图示了成像光学系统310。并且，在光源315与分色镜32之间配置有积分器，但在图15中省略了其图示。
来自光源315的白色光通过分色镜32、33分解成3个色光光束(绿光、蓝光、红光)。分解后的各色光光束分别经过偏振光分离棱镜35a～35c，入射于分别与各色光光束对应的反射型显示元件31a～31c而被光调制，并通过十字分色棱镜34进行颜色合成之后，入射于成像光学系统310。成像光学系统310将基于被反射型显示元件31a～31c光调制的光的光学像投射到屏幕305上。
图16、图17是本发明的一实施方式所涉及的摄像装置即相机400的外观图。图16表示从前侧观察相机400的立体图，图17表示从背面侧观察相机400的立体图。相机400是以拆卸自如的方式安装有可换镜头48的不带反光式取景器的单反式数码相机。可换镜头48在镜筒内容纳有本发明的实施方式所涉及的光学系统即成像光学系统49。
该相机400具备相机主体41，且在相机主体41的上表面设置有快门按钮42及电源按钮43。并且，在相机主体41的背面设置有操作部44、45和显示部46。显示部46用于显示所拍摄的图像和/或存在于拍摄之前的视角内的图像等。
在相机主体41的前表面中央部设置有来自摄影对象的光所入射的摄影开口，在与该摄影开口对应的位置设置有卡口47，可换镜头48经由卡口47安装于相机主体41。
在相机主体41内设置有输出与通过可换镜头48形成的被摄体像相应的摄像信号的CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)或CMOS(Complemen tary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)等成像元件(未图示)、处理由该成像元件输出的摄像信号并生成图像的信号处理电路及用于记录该生成的图像的记录介质等。在该相机400中，能够通过按压快门按钮42来拍摄静态图像或动态图像，通过该拍摄而得的图像数据记录在上述记录介质中。
以上，举出实施方式及实施例对本发明进行了说明，但本发明的成像光学系统并不限于上述实施例，能够进行各种方式的变更，例如能够适当变更各透镜的曲率半径、面间隔、折射率及色散系数。
并且，本发明的投射型显示装置也不限于上述结构，例如所使用的光阀及用于光束分离或光束合成的光学部件并不限定于上述结构，能够进行各种方式的变更。光阀并不限定于通过图像显示元件空间调制来自光源的光而作为基于图像数据的光学像输出的方式，也可以是将从自发光型图像显示元件输出的光本身作为基于图像数据的光学像输出的方式。作为自发光型图像显示元件，例如可举出LED(Light Emitting Diode，发光二极管)或OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管)等发光元件二维排列而成的图像显示元件。
并且，本发明的摄像装置也不限于上述结构，例如也能够适用于单反式相机、胶卷相机及视频摄像机等中。

Claims (12)

1.一种成像光学系统，其特征在于，沿光轴从放大侧依次包括第1透镜组和第2透镜组，
在光轴上的所述第1透镜组与所述第2透镜组之间形成中间像，
所述第1透镜组及所述第2透镜组中的至少一个透镜组具备折弯光轴的反射部件，
所述第2透镜组具备变倍时移动的移动透镜组，
在将广角端下的所述第2透镜组的缩小侧的最大像高的畸变像差设为Dr、
将广角端下的所述第2透镜组的缩小侧的最大像高的近轴像面与子午像面之间的光轴方向上的差设为Tr、
将广角端下的所述第2透镜组的缩小侧的最大像高的近轴像面与弧矢像面之间的光轴方向上的差设为Sr、
将广角端下的整个系统的焦距设为fw时，
所述成像光学系统满足以下表示的条件式(1)及(2)，
-1＜Dr＜1 (1)；
-5＜(Tr+Sr)/|fw|＜-0.5 (2)。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
在将广角端下的所述第2透镜组的焦距设为fr时，
满足以下表示的条件式(3)，
5＜fr/|fw|＜100 (3)。
3.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
在将广角端下的所述移动透镜组内的透镜面上的主光线高度的最大值设为Hzmax、
将整个系统的缩小侧的最大像高设为Imax时，
满足以下表示的条件式(4)，
Hzmax/Imax＜1.5 (4)。
4.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
所述反射部件沿光轴从放大侧依次具备90°折弯光轴的第1反射部件和90°折弯光轴的第2反射部件。
5.根据权利要求4所述的成像光学系统，其中，
在将从最靠放大侧的透镜面至所述第1反射部件为止的光轴上的距离设为La、
将从所述第1反射部件至所述第2反射部件为止的光轴上的距离设为Lb、
将从所述第2反射部件至最靠缩小侧的透镜面为止的光轴上的距离设为Lc时，
满足以下表示的条件式(5)及(6)，
1＜Lc/La＜2 (5)；
1.2＜Lb/La＜2.5 (6)。
6.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
缩小侧为远心。
7.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
满足以下表示的条件式(1-1)，
-0.5＜Dr＜0.5 (1-1)。
8.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
满足以下表示的条件式(2-1)，
-3＜(Tr+Sr)/|fw|＜-1 (2-1)。
9.根据权利要求2所述的成像光学系统，其中，
满足以下表示的条件式(3-1)，
10＜fr/|fw|＜30 (3-1)。
10.根据权利要求3所述的成像光学系统，其中，
满足以下表示的条件式(4-1)，
0≤Hzmax/Imax＜1 (4-1)。
11.一种投射型显示装置，其特征在于，具备：
光阀，输出基于图像数据的光学像；及
权利要求1至10中任一项所述的成像光学系统，
所述成像光学系统将从所述光阀输出的所述光学像投射到屏幕上。
12.一种摄像装置，其特征在于，具备权利要求1至10中任一项所述的成像光学系统。
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