CN112444945B - 成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置 - Google Patents

成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在具有宽视角的同时较小地抑制光学元件的直径、具有良好的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。成像光学系统形成位于与放大侧成像面共轭的位置的第1中间像和位于比第1中间像更靠缩小侧的光路上且位于与第1中间像共轭的位置的第2中间像，从放大侧向缩小侧沿光路依次包括第1光学系统、第2光学系统及第3光学系统，缩小侧以远心的方式构成。成像光学系统满足预先确定的条件式。

Description

成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置
技术领域
本发明的技术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，将显示于液晶显示元件或DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件：注册商标)等光阀上的图像放大投射到屏幕等的投射型显示装置被广泛使用。作为能够适用于投射型显示装置的光学系统，例如已知下述专利文献1、下述专利文献2及下述专利文献3中记载的光学系统。
专利文献1中记载了一种成像光学系统，其能够将显示于配置在缩小侧共轭面上的图像显示元件上的图像投射到放大侧共轭面上作为放大像，并且实质上从放大侧依次包括第1光学系统和第2光学系统。该成像光学系统构成为，第2光学系统使图像显示元件上的图像成像作为中间像，第1光学系统使该中间像成像于放大侧共轭面上。
专利文献2及专利文献3中记载了一种系统，其构成为从缩小侧的第1像面向放大侧的第2像面进行投射，并且使2个中间像成像，在比其中的放大侧的中间像更靠放大侧包括正光焦度的反射面。
专利文献1：日本特开2017-211477号公报
专利文献2：国际公开第2014/103324号
专利文献3：国际公开第2016/068269号
投射型显示装置要求具有宽视角，近年来还要求能够应对更大的图像显示元件。专利文献1的成像光学系统为仅使中间像成像1次的结构，因此若欲适用于更大的图像显示元件，则最靠放大侧的透镜直径变大，变得难以制造，并且导致装置的大型化。
在专利文献2及专利文献3的系统中，放大侧的中间像上的光线在发散方向上扩展，因此比该中间像更靠放大侧的光学元件的直径变大，导致装置的大型化。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种在具有宽视角的同时较小地抑制光学元件的直径、具有良好的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。
本发明的技术的一方式所涉及的成像光学系统使放大侧成像面和缩小侧成像面共轭，上述成像光学系统形成位于与放大侧成像面共轭的位置的第1中间像和位于比第1中间像更靠缩小侧的光路且位于与第1中间像共轭的位置的第2中间像，缩小侧以远心的方式构成，从放大侧向缩小侧沿光路依次包括第1光学系统、第2光学系统及第3光学系统，第1光学系统的所有透镜的放大侧的面位于比第1中间像更靠放大侧的光路上，第2光学系统的所有透镜的放大侧的面位于比第1中间像更靠缩小侧且比第2中间像更靠放大侧的光路上，第3光学系统的所有透镜的放大侧的面位于比第2中间像更靠缩小侧的光路上，在将缩小侧成像面上的最大像高设为Ymax、使光线从缩小侧成像面与光轴平行地以距光轴Ymax的高度入射于成像光学系统的情况下，在第1中间像位于空气间隔的内部时，将第1中间像所处的空气间隔设为第1空气间隔，在第1中间像位于透镜的内部时，将与第1中间像所处的透镜的放大侧相邻的空气间隔设为第1空气间隔，将延长第1空气间隔内的光线而得的第1延长线与光轴所成的角度设为θ，将第1延长线与光轴的交点即第1交点位于比第1中间像更靠放大侧时的θ的符号设为负，将第1交点位于比第1中间像更靠缩小侧时的θ的符号设为正，θ的单位设为度，在这种情况下，
该成像光学系统满足下述条件式(1)，
-15＜θ＜13 (1)
而且，
在将成像光学系统的焦距设为f的情况下，
该成像光学系统满足下述条件式(2)，
2.15＜|Ymax/f|＜5 (2)。
上述方式的成像光学系统优选满足下述条件式(1-1)及(2-1)中的至少一个条件式。
-15＜θ＜10 (1-1)
2.15＜|Ymax/f|＜3.8 (2-1)
在使光线从缩小侧成像面与光轴平行地以距光轴Ymax的高度入射于成像光学系统的情况下，将第2光学系统的最靠放大侧的透镜面上的光线距光轴的高度设为h1，将第1交点与第2光学系统的最靠放大侧的透镜面在光轴上的距离设为dd1，将第3光学系统的最靠放大侧的透镜面上的光线距光轴的高度设为h2，在第2中间像位于空气间隔的内部时，将第2中间像所处的空气间隔设为第2空气间隔，在第2中间像位于透镜的内部时，将第2中间像所处的透镜的放大侧相邻的空气间隔设为第2空气间隔，将延长第2空气间隔内的光线而得的第2延长线与光轴的交点设为第2交点，将第2交点与第3光学系统的最靠放大侧的透镜面在光轴上的距离设为dd2，将|h1/dd1|及|h2/dd2|中大的值设为hdA，将小的值设为hdB，在这种情况下，上述成像光学系统优选满足下述条件式(3)及(4)。并且，上述方式的成像光学系统优选在满足条件式(3)及(4)的基础上满足条件式(3-1)及(4-1)中的至少一个条件式。
0.1＜hdA＜1 (3)
0.03＜hdB＜0.3 (4)
0.1＜hdA＜0.85 (3-1)
0.1＜hdB＜0.3 (4-1)
在将成像光学系统的缩小侧的后焦距设为Bf、将成像光学系统的焦距设为f的情况下，上述方式的成像光学系统优选满足下述条件式(5)，更优选满足下述条件式(5-1)。
5＜|Bf/f| (5)
6＜|Bf/f|＜20 (5-1)
上述方式的成像光学系统优选不包括具有光焦度的反射部件。
在将第1光学系统的焦距设为f1、将成像光学系统的焦距设为f的情况下，上述方式的成像光学系统优选满足下述条件式(6)，更优选满足下述条件式(6-1)。
1＜|f1/f|＜5 (6)
1.5＜|f1/f|＜3 (6-1)
在将第1光学系统和第2光学系统的合成焦距设为f12、将成像光学系统的焦距设为f的情况下，上述方式的成像光学系统优选满足下述条件式(7)，更优选满足下述条件式(7-1)。
0.8＜|f12/f|＜3 (7)
1＜|f12/f|＜2 (7-1)
包括在上述方式的成像光学系统中的所有光学元件优选具有共同的光轴。
上述方式的成像光学系统可以构成为包括使光路弯曲的2个以上的光路偏转部件。
本发明的技术的另一方式所涉及的投射型显示装置具备：光阀，输出光学像；及上述方式的成像光学系统，上述方式的成像光学系统将从光阀输出的光学像投射到屏幕上。
本发明的技术的又一方式所涉及的摄像装置具备上述方式的成像光学系统。
另外，本说明书的“包括～”、“包括～的”表示，除所举出的构成要件以外，还可以包括：实质上不具有光焦度的透镜；光圈、滤波器及盖玻璃等除透镜以外的光学要件；以及透镜凸缘、镜筒、成像元件及手抖校正机构等机构部分等。
关于与包括非球面的透镜相关的光焦度的符号及面形状，若无特别说明，则设为在近轴区域中考虑。在条件式中使用的“焦距”为近轴焦距。若无特别说明，则在条件式中使用的值为在对焦于无限远物体的状态下以d线为基准时的值。本说明书中记载的“像圈”表示最大有效像圈。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
根据本发明的技术，能够提供一种在具有宽视角的同时较小地抑制光学元件的直径、具有良好的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与本发明的实施例1的成像光学系统对应，是表示本发明的实施方式的一例的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图2是表示条件式中的记号的一例的主要部分放大图。
图3是表示条件式中的记号的一例的主要部分放大图。
图4是表示作为比较例的包括具有光焦度的反射部件的系统中的像圈的可用区域及不可用区域的图。
图5是本发明的实施例1的成像光学系统的各像差图。
图6是表示本发明的实施例1的变形例1-1的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图7是表示本发明的实施例1的变形例1-2的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图8是表示本发明的实施例2的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图9是本发明的实施例2的成像光学系统的各像差图。
图10是表示本发明的实施例2的变形例2-1的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图11是表示本发明的实施例3的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图12是本发明的实施例3的成像光学系统的各像差图。
图13是表示本发明的实施例3的变形例3-1的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图14是表示本发明的实施例3的变形例3-2的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图15是表示本发明的实施例3的变形例3-3的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图16是表示本发明的实施例4的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图17是本发明的实施例4的成像光学系统的各像差图。
图18是表示本发明的实施例4的变形例4-1的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图19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20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21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22是本发明的一实施方式所涉及的摄像装置的正面侧的立体图。
图23是图22所示的摄像装置的背面侧的立体图。
符号说明
2-轴上光束，3-最大像高的光束，3c-光线，4-第1延长线，5-第2延长线，10、49、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，100、200、300-投射型显示装置，105、205、305-屏幕，400-相机，dd1-第1交点与第2光学系统的最靠放大侧的透镜面之间的光轴上的距离，dd2-第2交点与第3光学系统的最靠放大侧的透镜面之间的光轴上的距离，G1-第1光学系统，G2-第2光学系统，G3-第3光学系统，h1-第2光学系统的最靠放大侧的透镜面上的光线3c距光轴的高度，h2-第3光学系统的最靠放大侧的透镜面上的光线3c距光轴的高度，IC-像圈，L1a～L1n、L2a～L2k、L3a～L3n-透镜，MI1-第1中间像，MI2-第2中间像，P1-第1交点，P2-第2交点，PP-光学部件，R1-第1光路偏转部件，R2-第2光路偏转部件，R3-第3光路偏转部件，R4-第4光路偏转部件，Scr-屏幕，Sim-图像显示面，St-孔径光圈，Ymax-最大像高，Z-光轴，θ-角度。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的技术所涉及的实施方式的一例进行详细说明。图1中示出本发明的一实施方式所涉及的成像光学系统的包括光轴Z的截面的结构。图1所示的结构例与后述的实施例1对应。在图1中，将左侧设为放大侧，将右侧设为缩小侧，还一并示出了轴上光束2及最大像高的光束3。
本发明的技术所涉及的成像光学系统可以为搭载于投射型显示装置的投射光学系统，并且，也可以为搭载于数码相机等的摄像光学系统。以下，设想成用于投射光学系统的用途的情况对本发明的技术所涉及的成像光学系统进行说明。
设想成成像光学系统搭载于投射型显示装置，在图1中示出了在成像光学系统的缩小侧配置光学部件PP的例子。光学部件PP为设想成各种滤波器、盖玻璃及彩色合成棱镜等的部件。光学部件PP为不具有光焦度的部件，也可以为省略光学部件PP的结构。
并且，图1中，设想成像光学系统搭载于投射型显示装置，还图示了屏幕Scr及光阀的图像显示面Sim。在投射型显示装置中，在图像显示面Sim被赋予图像信息的光束经由光学部件PP入射于成像光学系统，并通过成像光学系统投射到屏幕Scr上。在以下说明中，“放大侧”表示屏幕Scr侧，“缩小侧”表示图像显示面Sim侧。屏幕Scr为本发明的“放大侧成像面”的一例，图像显示面Sim为本发明的“缩小侧成像面”的一例。成像光学系统具有使放大侧成像面和缩小侧成像面共轭的作用。
成像光学系统从放大侧向缩小侧沿光路依次包括第1光学系统G1、第2光学系统G2及第3光学系统G3。作为一例，在图1的成像光学系统中，第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1f，第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2k，第3光学系统G3从放大侧向缩小侧依次包括透镜L3a～L3g、孔径光圈St及透镜L3h～L3n。
成像光学系统为中继型光学系统，形成位于与放大侧成像面共轭的位置的第1中间像MI1和位于比第1中间像MI1更靠缩小侧的光路上且位于与第1中间像MI1共轭的位置的第2中间像MI2。即，放大侧成像面、第1中间像MI1、第2中间像MI2及缩小侧成像面均位于共轭的位置。
第1光学系统G1的所有透镜的放大侧的面位于比第1中间像MI1更靠放大侧的光路上。第2光学系统G2的所有透镜的放大侧的面位于比第1中间像MI1更靠缩小侧且比第2中间像MI2更靠放大侧的光路上。第3光学系统G3的所有透镜的放大侧的面位于比第2中间像MI2更靠缩小侧的光路上。即，某一透镜包括于第1光学系统G1还是包括于第2光学系统G2是由该透镜的放大侧的面与第1中间像MI1的位置关系决定的。因此，在第1中间像MI1位于某一透镜的内部的情况下，该透镜将包括于第1光学系统G1，而不是第2光学系统G2。但是，上述各透镜的放大侧的面与各中间像的位置关系为光轴上的位置关系。例如，第1光学系统G1的“所有透镜的放大侧的面位于比第1中间像MI1更靠放大侧的光路上”表示第1光学系统G1的所有透镜的放大侧的面的光轴上的位置位于比第1中间像MI1的光轴上的位置更靠放大侧的光路上。这对第2光学系统G2及第3光学系统G3也相同。另外，关于接合透镜，1个接合透镜内的所有透镜优选包括在同一光学系统中，因此将接合透镜的最靠放大侧的面作为上述“放大侧的面”来考虑上述“位置”。
在图1的例子中，第1光学系统G1与第2光学系统G2之间形成有第1中间像MI1，第2光学系统G2与第3光学系统G3之间形成有第2中间像MI2。图1所示的第1中间像MI1及第2中间像MI2仅以虚线简单地示出了包括光轴附近的一部分，以知晓各中间像的光轴上的位置，并不表示准确的形状。
形成中间像的系统能够在确保宽视角的同时抑制放大侧的透镜的大径化，因此适用于要求宽视角的投射型显示装置。尤其，与仅形成1次中间像的系统相比，形成2次中间像的系统更容易在确保宽视角的同时减小放大侧的透镜直径，并且，每一像高的光束分离的部位增加，因此有利于轴外像差的校正。因此，形成2次中间像的成像光学系统有利于实现在减小放大侧的透镜直径的同时具有宽视角和较大的像圈且畸变像差及像面弯曲得到良好的校正的光学系统。
并且，图1的成像光学系统中，缩小侧以远心的方式构成。在投射型显示装置中，关于配置于成像光学系统与光阀之间的彩色合成棱镜，分光特性根据入射光的角度而发生变化。与具有这种入射角依赖性的部件同时使用的成像光学系统优选缩小侧以远心的方式构成。另外，在此所说的“缩小侧以远心的方式构成”并不限定于主光线相对于光轴Z的倾斜度为0度的情况，允许±3度的误差。在不同于图1的例子而不包括孔径光圈的系统中，在沿从放大侧朝向缩小侧的方向观察光束的情况下，可以用会聚于缩小侧成像面即图像显示面Sim的任意点上的光束的截面中上侧的最大光线与下侧的最大光线的角平分线代替主光线来判断远心性。
在将缩小侧成像面上的最大像高设为Ymax、使光线3c从缩小侧成像面与光轴Z平行地以距光轴Z为Ymax的高度入射于成像光学系统的情况下，关于下述θ，本发明的技术所涉及的成像光学系统满足下述条件式(1)。在局部放大图1的成像光学系统而得的图2中示出θ的一例。如下定义θ。将第1中间像MI1所在的空气间隔设为第1空气间隔。延长第1空气间隔内的光线3c而得的图2的双点划线所示的第1延长线4与光轴Z所成的角度为θ。θ的单位设为度。关于θ的符号，在第1延长线4与光轴Z的交点即第1交点P1位于比第1中间像MI1更靠放大侧时设为负，在第1交点P1位于比第1中间像MI1更靠缩小侧时设为正。在图2的例子中，透镜L1f与透镜L2a之间为第1空气间隔。在图2中，为了避免图的复杂化，省略了一部分透镜的符号。另外，将在此使用的第1中间像MI1的位置设为光轴上的第1中间像MI1的位置。并且，在第1中间像MI1不同于图2的例子而位于透镜的内部或透镜面上的情况下，将与第1中间像MI1所在的透镜的放大侧相邻的空气间隔设为第1空气间隔。
-15＜θ＜13 (1)
-15＜θ＜10 (1-1)
-10＜θ＜10 (1-2)
通过设成不成为条件式(1)的下限以下，第1中间像MI1不会过于变小，即合成第2光学系统G2及第3光学系统G3而得的光学系统的中继倍率不会过于减小，因此能够在确保整个成像光学系统的放大倍率的同时，减小第1光学系统G1所担负的倍率及性能的负担，因此容易进行第1光学系统G1中的像差校正。假设，若欲在第1光学系统G1所担负的倍率及性能的负担大的情况下良好地校正像差，则第1光学系统G1的总长度变长或第1光学系统G1的最靠放大侧的透镜面至第1光学系统G1的放大侧光瞳位置为止的距离变长，导致放大侧的透镜大径化。通过设成不成为条件式(1)的上限以上，第1中间像MI1不会过于变大，因此为了收敛光线而赋予到第1光学系统G1的正光焦度不会过于变强，有利于在抑制比第1中间像M11更靠放大侧的透镜的大径化的同时获得宽视角。而且，若设为满足上述条件式(1-1)的结构，则能够成为更良好的特性，若设为满足上述条件式(1-2)的结构，则能够成为进一步更良好的特性。
并且，在将缩小侧成像面上的最大像高设为Ymax、将成像光学系统的焦距设为f的情况下，本发明的技术所涉及的成像光学系统满足下述条件式(2)。通过设成不成为条件式(2)的下限以下，有利于确保宽视角。通过设成不成为条件式(2)的上限以上，容易在抑制第1光学系统G1的透镜的大径化的同时进行像差校正。而且，若设为满足下述条件式(2-1)的结构，则能够成为更良好的特性，若设为满足下述条件式(2-2)的结构，则能够成为进一步更良好的特性。
2.15＜|Ymax/f|＜5 (2)
2.15＜|Ymax/f|＜3.8 (2-1)
2.15＜|Ymax/f|＜3 (2-2)
接着，对本发明的技术所涉及的成像光学系统的优选结构进行说明。在将缩小侧成像面上的最大像高设为Ymax、使光线3c从缩小侧成像面与光轴Z平行地以距光轴Z为Ymax的高度入射于成像光学系统的情况下，关于下述|h1/dd1|，成像光学系统优选满足下述条件式(8)。图2中示出h1及dd1的一例。如下定义h1及dd1。将第2光学系统G2的最靠放大侧的透镜面上的光线3c距光轴Z的高度设为h1。将在条件式(1)的说明中定义的第1交点P1与第2光学系统G2的最靠放大侧的透镜面之间的光轴上的距离设为dd1。
0.03＜|h1/dd1|＜1 (8)
0.03＜|h1/dd1|＜0.85 (8-1)
0.1＜|h1/dd1|＜0.85 (8-2)
通过设成不成为条件式(8)的下限以下，第1中间像MI1附近的光线3c相对于光轴Z的倾角不会过于变小，因此能够抑制第1中间像MI1附近的透镜的大径化。并且，通过设成不成为条件式(8)的上限以上，合成第2光学系统G2及第3光学系统G3而得的光学系统的中继倍率不会过于减小，因此能够在确保整个成像光学系统的放大倍率的同时，减小第1光学系统G1所担负的倍率及性能的负担，因此容易进行第1光学系统G1中的像差校正。假设，若欲在第1光学系统G1所担负的倍率增加的情况下良好地校正像差，则会导致透镜的大径化。而且，若设为满足上述条件式(8-1)的结构，则能够成为更良好的特性，若设为满足上述条件式(8-2)的结构，则能够成为进一步更良好的特性。
并且，在将缩小侧成像面上的最大像高设为Ymax、使光线3c从缩小侧成像面与光轴Z平行地以距光轴Z为Ymax的高度入射于成像光学系统的情况下，关于下述|h2/dd2|，成像光学系统优选满足下述条件式(9)。在局部放大图1的成像光学系统而得的图3中示出h2及dd2的一例。如下定义h2及dd2。将第3光学系统G3的最靠放大侧的透镜面上的光线3c距光轴Z的高度设为h2。将第2中间像MI2所在的空气间隔设为第2空气间隔。将延长第2空气间隔内的光线3c而得的图3的双点划线所示的第2延长线5与光轴Z的交点设为第2交点P2。将第2交点P2与第3光学系统G3的最靠放大侧的透镜面之间的光轴上的距离设为dd2。在图3的例子中，透镜L2k与透镜L3a之间为第2空气间隔。在图3中，为了避免图的复杂化，省略了一部分透镜的符号。另外，将在此使用的第2中间像MI2的位置设为光轴上的第2中间像MI2的位置。并且，在第2中间像MI2不同于图3的例子而位于透镜的内部或透镜面上的情况下，将与第2中间像MI2所在的透镜的放大侧相邻的空气间隔设为第2空气间隔。
0.03＜|h2/dd2|＜1 (9)
0.03＜|h2/dd2|＜0.85 (9-1)
0.1＜|h2/dd2|＜0.85 (9-2)
通过设成不成为条件式(9)的下限以下，第2中间像MI2附近的光线3c相对于光轴Z的倾角不会过于变小，因此能够抑制第2中间像MI2附近的透镜的大径化。并且，通过设成不成为条件式(9)的上限以上，第3光学系统G3的中继倍率不会过于减小，因此能够在确保整个成像光学系统的放大倍率的同时减小比第2中间像MI2更靠放大侧的光学系统所担负的倍率及性能的负担，因此容易进行这些光学系统中的像差校正。假设，若欲在比第2中间像MI2更靠放大侧的光学系统所担负的倍率增加的情况下良好地校正像差，则会导致透镜的大径化。而且，若设为满足上述条件式(9-1)的结构，则能够成为更良好的特性，若设为满足上述条件式(9-2)的结构，则能够成为进一步更良好的特性。
成像光学系统优选满足条件式(8)及(9)。并且，优选在满足条件式(8)及(9)的基础上满足条件式(8-1)、(8-2)、(9-1)及(9-2)中的至少1个条件式。
在将上述|h1/dd1|及|h2/dd2|中大的值设为hdA、将小的值设为hdB的情况下，成像光学系统优选满足下述条件式(3)及(4)。在图2及图3所示的例子中，|h1/dd1|＝0.16、|h2/dd2|＝0.813，因此hdA＝|h2/dd2|、hdB＝|h1/dd1|。
0.1＜hdA＜1 (3)
0.1＜hdA＜0.85 (3-1)
0.03＜hdB＜0.3 (4)
0.1＜hdB＜0.3 (4-1)
在hdA＝|h2/dd2|、hdB＝|h1/dd1|的情况下，通过设成不成为条件式(3)的下限以下，第2中间像MI2附近的光线3c相对于光轴Z的倾角不会过于变小，因此能够抑制第2中间像MI2附近的透镜的大径化。并且，通过设成不成为条件式(3)的上限以上，第3光学系统G3的中继倍率不会过于减小，因此能够在确保整个成像光学系统的放大倍率的同时减小比第2中间像MI2更靠放大侧的光学系统所担负的倍率及性能的负担，因此容易进行这些光学系统中的像差校正。假设，若欲在比第2中间像MI2更靠放大侧的光学系统所担负的倍率增加的情况下良好地校正像差，则会导致透镜的大径化。而且，若设为满足上述条件式(3-1)的结构，则能够成为更良好的特性。
在hdA＝|h2/dd2|、hdB＝|h1/dd1|的情况下，通过设成不成为条件式(4)的下限以下，第1中间像MI1附近的光线3c相对于光轴Z的倾角不会过于变小，因此能够抑制第1中间像MI1附近的透镜的大径化。并且，通过设成不成为条件式(4)的上限以上，合成第2光学系统G2及第3光学系统G3而得的光学系统的中继倍率不会过于减小，因此能够在确保整个成像光学系统的放大倍率的同时，减小比第1中间像MI1更靠放大侧的光学系统所担负的倍率及性能的负担，因此容易进行这些光学系统中的像差校正。假设，若欲在比第1中间像MI1更靠放大侧的光学系统所担负的倍率增加的情况下良好地校正像差，则会导致透镜的大径化。而且，若设为满足上述条件式(4-1)的结构，则能够成为更良好的特性。另外，在hdA＝|h1/dd1|、hdB＝|h2/dd2|的情况下，上述条件式(3)的效果和条件式(4)的效果将互换。
并且，在将成像光学系统的缩小侧的后焦距设为Bf、将成像光学系统的焦距设为f的情况下，成像光学系统优选满足下述条件式(5)。“缩小侧的后焦距”为最靠缩小侧的透镜面至成像光学系统的缩小侧的焦点位置为止的光轴上的空气换算距离。通过设成不成为条件式(5)的下限以下，能够确保足以插入在投射型显示装置中使用的彩色合成棱镜等的长度的后焦距。进一步优选满足下述条件式(5-1)。通过设成不成为条件式(5-1)的下限以下，能够确保更长的后焦距。通过设成不成为条件式(5-1)的上限以上，能够抑制光学系统的大型化。
5＜|Bf/f| (5)
6＜|Bf/f|＜20 (5-1)
在将第1光学系统G1的焦距设为f1、将成像光学系统的焦距设为f的情况下，成像光学系统优选满足下述条件式(6)。条件式(6)为与第1中间像MI1的中继倍率相关的式。通过设成不成为条件式(6)的下限以下，容易校正球面像差、像面弯曲及像散。通过设成不成为条件式(6)的上限以上，容易减小第1中间像MI1的附近的透镜的直径。而且，若设为满足下述条件式(6-1)的结构，则能够成为更良好的特性。
1＜|f1/f|＜5 (6)
1.5＜|f1/f|＜3 (6-1)
在将第1光学系统G1与第2光学系统G2的合成焦距设为f12、将成像光学系统的焦距设为f的情况下，成像光学系统优选满足下述条件式(7)。条件式(7)为与第2中间像MI2的中继倍率相关的式。通过设成不成为条件式(7)的下限以下，容易校正球面像差、像面弯曲及像散。通过设成不成为条件式(7)的上限以上，容易减小第2中间像MI2的附近的透镜的直径。而且，若设为满足下述条件式(7-1)的结构，则能够成为更良好的特性。
0.8＜|f12/f|＜3 (7)
1＜|f12/f|＜2 (7-1)
成像光学系统优选构成为不包括具有光焦度的反射部件。在这种情况下，光轴附近的光束也能够用于在屏幕Scr上形成像。参考图4所示的比较例对这一点进行说明。图4是表示在如专利文献2中记载的包括具有光焦度的反射面的系统中在像圈内配置图像显示面Sim时的可用区域和不可用区域的图。在包括具有光焦度的反射面的系统中，无法使用光轴Z附近的光束，因此在图4中作为阴影部示出那样，像圈IC中一半以上成为无法配置图像显示面Sim的不可用区域。在该系统中，能够配置图像显示面Sim的区域仅为图4的白色所示的区域，仅能够使用像圈IC中小于一半的狭窄区域。
相对于此，在成像光学系统不包括具有光焦度的反射部件的情况下，还能够使用光轴附近的光束，能够使用像圈中包括光轴部分的一半以上的区域。图1的成像光学系统不包括具有光焦度的反射部件，能够使用整个像圈区域的光束。在图1的例子中，整个像圈区域成为能够用于配置图像显示面Sim的区域。不包括具有光焦度的反射部件的成像光学系统具有如此高的设计自由度，因此不仅适用于图像显示面Sim的中心位于光轴上的结构，还适用于将图像显示面Sim的中心相对于光轴Z移位配置的结构。
包括在成像光学系统中的所有光学元件优选具有共同的光轴Z。在这种情况下，更有利于成为能够使用整个像圈区域的结构，并且，能够简化结构，因此能够实现低成本化。
成像光学系统内的各光学系统例如能够如下构成。第1光学系统G1可以构成为在最靠放大侧具备负弯月形透镜，在这种情况下，有利于广角化。第1光学系统G1可以构成为从最靠放大侧依次连续地具备多片负弯月形透镜，在这种情况下，更有利于广角化。第1光学系统G1的最靠缩小侧的透镜可以为正透镜，在这种情况下，有利于透镜的小径化。第2光学系统G2的最靠放大侧的透镜可以为正透镜，在这种情况下，有利于透镜的小径化。第2光学系统G2的最靠放大侧的透镜面可以为凸面，在这种情况下，有利于透镜的小径化。第3光学系统G3的最靠缩小侧的透镜可以为正透镜，在这种情况下，有利于以远心的方式构成缩小侧。
包括在各光学系统中的透镜的片数可以不同于图1所示的例子。包括在成像光学系统中的具有光焦度的光学元件均可以构成为透镜。包括在成像光学系统中的所有透镜优选相对于d线的折射率为2.2以下，若考虑当前的透镜材料的获取性，则更优选为2以下。成像光学系统可以构成为包括衍射光学面。在某一透镜的面上设置有衍射光学面的情况下，为了方便起见，能够将该衍射光学面也视为透镜面而适用本发明的技术。成像光学系统优选全视角大于120度，更优选大于125度，更进一步优选大于130度。成像光学系统优选F值为3以下。成像光学系统优选将畸变像差抑制在-2％以上且+2％以下的范围内。
图1中示出了光路为直线状的成像光学系统的例子，但并不限定于此，成像光学系统也可以构成为具备用于弯曲光路的光路偏转部件来弯曲光路。作为光路偏转部件，例如能够使用反射镜等具有反射面的部件。通过弯曲光路，能够成为有利于小型化的结构。例如，如在后面作为变形例叙述的图6所示的成像光学系统那样，可以构成为包括使光路弯曲90度的第1光路偏转部件R1和使光路弯曲90度的第2光路偏转部件R2，使光路弯曲2次。使光路弯曲的角度并不限于严格的90度，例如可以为包括±3度的误差的角度。由于在组装、制造方面成为簡单的结构，因此优选将弯曲角度设为90度，但并不一定需要为90度。
作为配置光路偏转部件的部位，优选选择在光路偏转部件的放大侧及缩小侧与光路偏转部件相邻的2个透镜面的光轴上的距离成为这2个透镜面的有效直径中大的有效直径的60％以上的长度的空气间隔。通过在这种部位配置光路偏转部件，能够在可使用像圈中包括光轴附近的一半以上的区域的状态下弯曲光路，能够实现装置的紧凑化及设置性的提高。更优选在光路偏转部件的放大侧及缩小侧与光路偏转部件相邻的2个透镜面的光轴上的距离长于这2个透镜面的有效直径中大的有效直径的空气间隔配置光路偏转部件。通过在这种部位配置光路偏转部件，能够在不损害可使用整个像圈区域的状态的情况下弯曲光路，能够实现装置的紧凑化及设置性的进一步提高。
只要为如上所述的适合于弯曲光路的部位，则能够根据该部位的数量光路任意设定弯曲次数。在弯曲光路的次数为2次的情况下，可以构成为2次均向相同的方向弯曲光路，也可以在第1次和第2次向彼此相反的方向弯曲光路。并且，在图6所示的例子中，构成为光轴Z在通过2个光路偏转部件弯曲光路前后位于图纸内，但并不限定于此，也可以向与图纸垂直的方向弯曲光路。但是，弯曲光路的方向优选考虑像圈的可用区域而适当设定。
另外，本发明的技术所涉及的“放大侧”及“缩小侧”是沿光路确定的，这对形成弯曲的光路的成像光学系统也相同。例如，形成弯曲的光路的成像光学系统中的“透镜A位于比透镜B更靠放大侧”与“透镜A位于比透镜B更靠放大侧的光路”含义相同。因此，形成弯曲的光路的成像光学系统中的“最靠放大侧的～”表示作为光路上的排列顺序而最靠放大侧，而不表示在距离上最靠近屏幕Scr。
上述优选结构及可能的结构能够任意进行组合，优选根据所要求的规格适当选择采用。根据本实施方式，能够实现在具有宽视角的同时较小地抑制透镜等光学元件的直径、具有良好的光学性能的成像光学系统。
接着，对本发明的技术所涉及的成像光学系统的数值实施例进行说明。
[实施例1]
实施例1的成像光学系统的透镜结构和光束的剖视图示于图1，其构成及图示方法如上所述，因此在此省略一部分重复说明。实施例1的成像光学系统从放大侧向缩小侧依次包括第1光学系统G1、第2光学系统G2及第3光学系统G3。第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1f。第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2k。第3光学系统G3从放大侧向缩小侧依次包括透镜L3a～L3g、孔径光圈St及透镜L3h～L3n。第1光学系统G1与第2光学系统G2之间形成有第1中间像MI1，第2光学系统G2与第3光学系统G3之间形成有第2中间像MI2。
关于实施例1的成像光学系统，将基本透镜数据示于表1A及表1B，将规格示于表2，将非球面系数示于表3。在此，为了避免1个表变长，将基本透镜数据分成表1A及表1B这2个表来显示。表1A中示出第1光学系统G1及第2光学系统G2，表1B中示出第3光学系统G3及光学部件PP。表1A及表1B中示出放大侧成像面至最靠放大侧的透镜面为止的距离为1550时的值。
在表1A及表1B中，在Sn栏中示出将最靠放大侧的面设为第1面而随着朝向缩小侧逐一增加编号时的面编号，在R栏中示出各面的曲率半径，在D栏中示出各面和与其缩小侧相邻的面在光轴上的面间隔。并且，在Nd栏中示出各构成要件相对于d线的折射率，在vd栏中示出各构成要件的d线基准的色散系数。
在表1A及表1B中，将凸面朝向放大侧的形状的面的曲率半径的符号设为正，将凸面朝向缩小侧的形状的面的曲率半径的符号设为负。在表1B中，相当于孔径光圈St的面的面编号栏中记载了面编号和(St)这一术语。表1的D的最下栏的值为表中的最靠缩小侧的面与图像显示面Sim之间的间隔。
表2中以d线基准示出焦距的绝对值|f|、F值FNo.及最大全视角2ω的值。2ω栏的(°)表示单位为度。
在基本透镜数据中，对非球面的面编号标注了*标记，在非球面的曲率半径栏中示出了近轴的曲率半径的数值。在表3中，在Sn栏中示出非球面的面编号，在KA及Am栏中示出关于各非球面的非球面系数的数值。m为3以上的整数，例如在实施例1的非球面中m＝4、6、8、10。表3的非球面系数的数值的“E±n”(n：整数)表示“×10±n”。KA及Am为由下式表示的非球面式中的非球面系数。
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(光轴至透镜面为止的距离)；
C：近轴曲率；
KA、Am：非球面系数，
非球面式的∑表示与m相关的总和。
在各表的数据中，作为角度的单位使用了度，作为长度的单位使用了mm(毫米)，光学系统既可以放大比例使用，也可以缩小比例来使用，因此能够使用其他适当的单位。并且，以下所示的各表中记载了以规定位数舍入的数值。
[表1A]
实施例1
Sn R D Nd vd
1 147.7946 10.7403 1.72916 54.68
2 44.7071 4.8034
*3 133.3356 5.8435 1.58573 59.70
*4 38.1485 34.1834
5 132.4823 30.0007 1.80610 33.27
6 -135.1744 5.9796
7 -138.6883 29.9992 1.84666 23.78
8 225.1860 6.7570
9 -80.4586 14.9991 1.77250 49.60
10 -37.9774 0.2001
11 323.9486 12.6694 1.77250 49.60
12 -111.0361 73.0244
13 104.3289 24.9992 1.80400 46.58
14 -473.5056 34.1860
15 -68.6404 25.0007 1.51742 52.43
16 104.6105 6.2112
17 216.2068 16.0801 1.80400 46.58
18 -143.5173 50.0335
19 286.2820 12.3016 1.72916 54.68
20 -181.1906 101.9231
21 166.2958 10.1691 1.49700 81.61
22 -99.7880 0.1991
23 70.0990 15.3975 1.60311 60.64
24 -69.6824 0.3780
25 -66.9256 1.8005 1.74000 28.30
26 48.6288 24.1060
27 -33.5706 1.7991 1.68893 31.07
28 -43.7213 0.1991
29 178.0573 16.5633 1.59522 67.73
30 -100.4780 69.2758
31 101.4829 19.2790 1.80100 34.97
32 -1641.9796 0.1996
33 45.9542 16.0916 1.80610 33.27
34 61.4489 19.9997
[表1B]
实施例1
Sn R D Nd vd
35 409.0962 8.1298 1.80518 25.42
36 48.2416 10.9665
37 -192.0879 1.7991 1.80518 25.42
38 82.2784 19.9195
39 -32.3837 2.9422 1.60562 43.71
40 -235.4556 5.0655
41 -94.9332 17.8968 1.80518 25.42
42 -48.7815 0.2006
43 513.9702 20.6740 1.77250 49.60
44 -85.3754 0.2000
45 53.1373 20.0005 1.80400 46.58
46 1986.4668 1.2195
47 -1350.6512 25.0009 1.67270 32.10
48 25.1241 28.4952
49(St) ∞ 2.3266
50 -34.6262 8.1495 1.84666 23.78
51 96.9027 0.1006
52 89.2564 9.1530 1.49700 81.61
53 -40.9579 2.1969
54 64.9451 22.9578 1.49700 81.61
55 -70.8361 0.2008
56 127.6592 13.1233 1.49700 81.61
57 -47.1138 0.6331
58 -44.7589 2.2620 1.74950 35.33
59 79.6891 4.3197
60 662.8004 8.2456 1.49700 81.61
61 -88.5837 6.1239
62 160.3263 12.3154 1.89286 20.36
63 -111.9534 34.0000
64 ∞ 61.8380 1.51633 64.14
65 ∞ 3.9696
[表2]
实施例1
[表3]
实施例1
Sn 3 4
KA 1.000000000000E+00 1.000000000000E+00
A4 9.002568559587E-06 7.969564472748E-06
A6 -3.654621931458E-09 2.033232540435E-09
A8 1.753195342563E-12 -8.742653059749E-13
A10 -4.942672948841E-16 -2.950185751031E-15
图5中示出放大侧成像面至最靠放大侧的透镜面为止的距离为1550时的实施例1的成像光学系统的各像差图。在图5中，从左起依次示出球面像差、像散、畸变像差及倍率色差。在球面像差图中，分别以实线、长虚线及短虚线示出与d线、C线及F线相关的像差。在像散图中，以实线示出弧矢方向的与d线相关的像差，以短虚线示出子午方向的与d线相关的像差。在畸变像差图中，以实线示出与d线相关的像差。在倍率色差图中，分别以长虚线及短虚线示出与C线及F线相关的像差。球面像差图的FNo.表示F值，其他像差图的ω表示半视角。
若无特别说明，则与上述实施例1相关的各数据的记号、含义、记载方法及图示方法在以下实施例中也基本相同，因此以下省略重复说明。
作为实施例1的变形例，图6及图7中示出弯曲光路的例子。图6所示的变形例1-1的成像光学系统构成为在实施例1的成像光学系统中追加2个光路偏转部件而使光路弯曲2次。在变形例1-1的成像光学系统中，在第1光学系统G1的最靠缩小侧配置有使光路弯曲90度的第1光路偏转部件R1，在第2光学系统G2的内部配置有使光路弯曲90度的第2光路偏转部件R2。
图7所示的变形例1-2的成像光学系统构成为在实施例1的成像光学系统中追加3个光路偏转部件而使光路弯曲3次。在变形例1-2的成像光学系统中，在第1光学系统G1的最靠缩小侧配置有使光路弯曲90度的第1光路偏转部件R1，在第2光学系统G2的内部配置有使光路弯曲90度的第2光路偏转部件R2及使光路弯曲90度的第3光路偏转部件R3。
[实施例2]
将实施例2的成像光学系统的透镜结构和光束的剖视图示于图8。实施例2的成像光学系统从放大侧向缩小侧依次包括第1光学系统G1、第2光学系统G2及第3光学系统G3。第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1f。第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2k。第3光学系统G3从放大侧向缩小侧依次包括透镜L3a～L3e、孔径光圈St及透镜L3f～L3k。第1光学系统G1与第2光学系统G2之间形成有第1中间像MI1，第2光学系统G2与第3光学系统G3之间形成有第2中间像MI2。
关于实施例2的成像光学系统，将基本透镜数据示于表4A及表4B，将规格示于表5，将非球面系数示于表6，将各像差图示于图9。表4A、表4B及图9中示出放大侧成像面至最靠放大侧的透镜面为止的距离为1240时的数据。
[表4A]
实施例2
Sn R D Nd vd
1 110.0108 9.0653 1.79952 42.22
2 35.8446 4.8514
*3 153.0777 7.7445 1.58573 59.70
*4 28.2131 13.3733
5 77.0917 29.2470 1.80518 25.42
6 -205.6838 0.8240
7 734.2256 30.0009 1.84666 23.78
8 140.6855 5.4176
9 -48.9301 14.9991 1.80400 46.58
10 -27.7925 0.1991
11 228.5134 11.1523 1.80400 46.58
12 -89.1338 50.1719
13 100.2827 15.0009 1.80400 46.58
14 -347.9671 18.2872
15 -68.6332 25.0009 1.48749 70.24
16 90.4136 6.0677
17 207.7558 24.5838 1.80400 46.58
18 -158.7402 43.9574
19 177.4103 10.9172 1.80400 46.58
20 -230.8068 87.5080
21 130.8111 7.5659 1.49700 81.61
22 -68.6306 0.1991
23 46.2773 11.4335 1.62041 60.29
24 -52.3695 0.3259
25 -49.6806 2.9844 1.69895 30.13
26 29.1728 17.9692
27 -21.9108 1.7991 1.63980 34.47
28 -28.4264 0.2007
29 119.2657 11.7135 1.59522 67.73
30 -75.7122 13.6272
31 73.6064 9.6885 1.65160 58.55
32 755.8900 14.6069
33 39.6778 18.8055 1.80400 46.58
34 57.5965 20.0004
[表4B]
实施例2
Sn R D Nd vd
35 -41.2495 8.7787 1.80518 25.42
36 119.5109 11.5764
37 -30.7289 18.0009 1.80518 25.42
38 -37.2140 0.1997
39 822.5438 25.0008 1.80400 46.58
40 -71.6238 0.1991
41 44.1462 14.4031 1.80400 46.58
42 240.1845 1.3997
43 480.6323 25.0005 1.60342 38.03
44 20.0724 20.1133
45(St) ∞ 2.0999
46 -23.0813 12.6801 1.84666 23.78
47 126.1208 0.2938
48 156.6799 9.2612 1.49700 81.61
49 -33.8103 0.2006
50 98.4338 12.2403 1.49700 81.61
51 -47.2195 0.2000
52 63.5145 14.4539 1.53775 74.70
53 -50.3723 0.2882
54 -49.1451 22.7135 1.62004 36.26
55 48.8188 11.2145
56 98.5649 10.4245 1.89286 20.36
57 -107.0048 27.2000
58 ∞ 49.4704 1.51633 64.14
59 ∞ 3.9794
[表5]
实施例2
|f| 9.05
FNo. 1.90
2ω(°) 132.8
[表6]
实施例2
Sn 3 4
KA 1.000000000000E+00 1.000000000000E+00
A4 1.795009521615E-05 1.692067099568E-05
A6 -1.206387019591E-08 1.283455322420E-08
A8 9.228349235864E-12 -1.290444635484E-11
A10 -3.386182101615E-15 -3.569131609040E-14
作为实施例2的变形例，图10中示出弯曲光路的例子。图10所示的变形例2-1的成像光学系统构成为在实施例2的成像光学系统中追加2个光路偏转部件而使光路弯曲2次。在变形例2-1的成像光学系统中，在第1光学系统G1的最靠缩小侧配置有使光路弯曲90度的第1光路偏转部件R1，在第2光学系统G2的内部配置有使光路弯曲90度的第2光路偏转部件R2。
[实施例3]
将实施例3的成像光学系统的透镜结构和光束的剖视图示于图11。实施例3的成像光学系统从放大侧向缩小侧依次包括第1光学系统G1、第2光学系统G2及第3光学系统G3。第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1m。第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2g。第3光学系统G3从放大侧向缩小侧依次包括透镜L3a～L3e、孔径光圈St及透镜L3f～L3h。第1光学系统G1与第2光学系统G2之间形成有第1中间像MI1，第2光学系统G2与第3光学系统G3之间形成有第2中间像MI2。
关于实施例3的成像光学系统，将基本透镜数据示于表7A及表7B，将规格示于表8，将非球面系数示于表9，将各像差图示于图12。表7A、表7B及图12中示出放大侧成像面至最靠放大侧的透镜面为止的距离为752.7时的数据。
[表7A]
实施例3
Sn R D Nd vd
*1 -22.7843 5.6000 1.53158 55.08
*2 -68.8174 3.3431
3 48.8035 1.8000 1.80518 25.45
4 23.7632 3.9001
5 34.3699 1.2500 1.83481 42.72
6 17.0998 6.1047
7 48.9982 1.1000 1.80400 46.58
8 13.8324 10.7228
9 -29.7983 4.6993 1.48749 70.44
10 -53.1681 2.9867
11 -16.6862 7.9991 1.80400 46.58
12 -22.1270 2.5505
13 84.2628 4.4797 1.80518 25.45
14 -64.7206 48.0472
15 58.3901 13.6132 1.49700 81.54
16 -30.3703 1.3000 1.84666 23.78
17 -59.1878 11.1667
18 2765.7781 1.2500 1.84666 23.78
19 31.5564 16.3416 1.49700 81.54
20 -44.7293 2.4799
*21 -31.0853 3.4000 1.51007 56.24
*22 -25.9322 34.9993
23 46.7960 6.9686 1.80518 25.45
24 97.3830 112.7394
[表7B]
实施例3
Sn R D Nd vd
25 44.8980 4.4354 1.80610 33.27
26 839.7577 16.4661
27 30.4016 1.0000 1.84666 23.78
28 15.4624 12.0100 1.48749 70.44
29 31.2381 2.8305
30 86.8437 2.8840 1.80518 25.45
31 -109.2009 1.9812
32 -21.2884 1.0000 1.80400 46.58
33 33.5958 8.2385 1.49700 81.54
34 -28.1427 6.9325
35 215.9032 9.0712 1.49700 81.54
36 -27.4504 99.9996
37 -110.6783 5.7145 1.80400 46.58
38 -54.4489 51.0291
39 59.0752 7.0694 1.77250 49.60
40 571.2532 35.2280
41 39.5448 6.4823 1.65160 58.55
42 -57.3008 0.6032
43 -58.2157 1.5009 1.69895 30.13
44 16.6240 0.2965
45 16.3633 5.7278 1.48749 70.44
46 491.9133 9.9226
47(St) ∞ 23.0015
48 -73.8866 1.2006 1.69680 55.53
49 38.6457 8.2694 1.49700 81.54
50 -32.4219 0.0991
51 87.1598 6.3766 1.80518 25.45
52 -55.0585 15.0000
53 ∞ 26.5000 1.51633 64.14
54 ∞ 0.0272
[表8]
实施例3
|f| 4.99
FNo. 2.40
2ω(°) 137.4
[表9]
实施例3
Sn 1 2
KA -5.597980971211E-01 -4.999999975361E+00
A3 2.510527488313E-03 3.511312067244E-03
A4 -1.901423833968E-04 -5.073029345472E-04
A5 7.051527070619E-06 3.974540261671E-05
A6 7.320901751491E-07 2.926027718482E-07
A7 -9.000228854029E-08 -2.248533865896E-07
A8 1.745592655144E-09 5.594011711523E-09
A9 1.877123657031E-10 7.632343116156E-10
A10 -9.445042960744E-12 -4.130878196081E-11
A11 -9.160768598151E-14 -7.475692751605E-13
A12 1.493926764218E-14 9.428499585636E-14
A13 -1.641905181353E-16 -7.266782652020E-16
A14 -1.063461588948E-17 -9.788147593542E-17
A15 2.565553020076E-19 2.139519194424E-18
A16 2.788561638688E-21 4.142815385452E-20
A17 -1.357808923286E-22 -1.668598940299E-21
A18 3.914311817552E-25 1.636063361795E-24
A19 2.579676897797E-26 4.470899908167E-25
A20 -2.415121388499E-28 -4.325012213072E-27
Sn 21 22
KA -4.412426730387E-02 -5.000001485776E+00
A3 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00
A4 1.236272319287E-06 -3.235177460791E-05
A5 1.308961841058E-06 1.010155737305E-06
A6 -9.703753150598E-08 1.902681194240E-07
A7 -7.530963486608E-09 -3.119941449663E-08
A8 9.245238660380E-10 1.562633441153E-09
A9 -2.678558217279E-12 7.225915475510E-11
A10 -2.507458899939E-12 -1.102175853423E-11
A11 5.386762800825E-14 1.916807594066E-13
A12 3.231219979512E-15 2.591030249581E-14
A13 -1.047614970529E-16 -1.149510133027E-15
A14 -2.040188178055E-18 -2.185050991658E-17
A15 9.047059636809E-20 2.026604453705E-18
A16 4.936010295720E-22 -6.148676968192E-21
A17 -3.738620671792E-23 -1.570948110067E-21
A18 5.073597545492E-26 1.927806181798E-23
A19 6.017302786605E-27 4.583452067695E-25
A20 -3.123098946881E-29 -7.842909191608E-27
作为实施例3的变形例，图13、图14及图15中示出弯曲光路的例子。图13所示的变形例3-1的成像光学系统构成为在实施例3的成像光学系统中追加2个光路偏转部件而使光路弯曲2次。在变形例3-1的成像光学系统中，在第2光学系统G2的最靠放大侧配置有使光路弯曲90度的第1光路偏转部件R1，在第2光学系统G2的最靠缩小侧配置有使光路弯曲90度的第2光路偏转部件R2。
图14所示的变形例3-2的成像光学系统构成为在实施例3的成像光学系统中追加2个光路偏转部件而使光路弯曲2次。在变形例3-2的成像光学系统中，在第1光学系统G1的内部配置有使光路弯曲90度的第1光路偏转部件R1，在第2光学系统G2的最靠放大侧配置有使光路弯曲90度的第2光路偏转部件R2。
图15所示的变形例3-3的成像光学系统构成为在实施例3的成像光学系统中追加4个光路偏转部件而使光路弯曲4次。在变形例3-3的成像光学系统中，在第1光学系统G1的内部配置有使光路弯曲90度的第1光路偏转部件R1，在第2光学系统G2的最靠放大侧配置有使光路弯曲90度的第2光路偏转部件R2，在第2光学系统G2的最靠缩小侧配置有使光路弯曲90度的第3光路偏转部件R3，在第3光学系统G3的内部配置有使光路弯曲90度的第4光路偏转部件R4。
[实施例4]
关于实施例4的成像光学系统，将透镜结构和光束的剖视图示于图16。实施例4的成像光学系统从放大侧向缩小侧依次包括第1光学系统G1、第2光学系统G2及第3光学系统G3。第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1n。第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2h。第3光学系统G3从放大侧向缩小侧依次包括透镜L3a～L3f、孔径光圈St及透镜L3g～L3k。第1光学系统G1与第2光学系统G2之间形成有第1中间像MI1，第2光学系统G2与第3光学系统G3之间形成有第2中间像MI2。
关于实施例4的成像光学系统，将基本透镜数据示于表10A及表10B，将规格示于表11，将非球面系数示于表12，将各像差图示于图17。表10A、表10B及图17中示出放大侧成像面至最靠放大侧的透镜面为止的距离为752.7时的数据。
[表10A]
实施例4
Sn R D Nd vd
*1 -23.4002 5.6000 1.53158 55.08
*2 -67.4066 2.9737
3 50.2132 1.8000 1.77250 49.60
4 21.1622 4.3629
5 30.5740 1.2500 1.84666 23.78
6 16.7031 4.5068
7 30.0574 1.1000 1.77250 49.60
8 13.8399 14.0250
9 -21.2316 7.8883 1.48749 70.44
10 -72.8075 1.1582
11 -29.1761 7.9388 1.51742 52.43
12 -26.8894 2.4254
13 98.5362 2.4578 1.80518 25.45
14 -131.0927 13.6633
15 -274.1587 3.7214 1.77250 49.60
16 -56.5163 30.2783
17 46.3619 12.8813 1.49700 81.54
18 -33.4651 1.3000 1.84666 23.78
19 -97.4449 6.8150
20 -254.1227 1.2500 1.84666 23.78
21 31.8864 16.0184 1.49700 81.54
22 -43.1246 4.5068
*23 -45.7465 3.4000 1.51007 56.24
*24 -40.5167 31.1565
25 67.8839 10.7414 1.80518 25.45
26 -256.5697 86.3175
[表10B]
实施例4
Sn R D Nd vd
27 35.6505 4.4354 1.80610 33.27
28 434.1509 13.5330
29 145.0938 1.0000 1.84666 23.78
30 16.9932 4.2289 1.48749 70.44
31 -48.4652 0.7719
32 33.3611 2.9569 1.80518 25.45
33 71.0231 13.1476
34 -17.1088 1.0000 1.77250 49.60
35 27.3353 6.6474 1.49700 81.54
36 -21.5932 2.3361
37 120.6863 10.5218 1.49700 81.54
38 -23.7460 5.6358
39 42.9176 4.5218 1.84666 23.78
40 109.5455 33.1011
41 -20.7702 2.2073 1.76182 26.52
42 273.0566 1.4042
43 -476.8238 18.2064 1.80400 46.58
44 -33.3866 1.0686
45 256.8037 7.6457 1.80400 46.58
46 -80.6379 38.0040
47 43.9334 6.4580 1.58913 61.13
48 -130.5795 6.9138
49 25.2060 7.8524 1.80610 33.27
50 49.6192 1.0626
51 557.5986 3.0000 1.69895 30.13
52 11.7201 4.6807
53(St) ∞ 2.6807
54 -21.7843 3.0109 1.49700 81.54
55 -9.8082 1.9332 1.75520 27.51
56 -17.4515 5.0898
57 332.8753 1.8851 1.59551 39.24
58 32.9615 9.6900 1.49700 81.54
59 -19.4105 14.9786
60 60.8421 5.3043 1.80518 25.42
61 -241.8781 13.0006
62 ∞ 26.5000 1.51633 64.14
63 ∞ 0.0393
[表11]
实施例4
|f| 4.99
FNo. 2.40
2ω(°) 137.0
[表12]
实施例4
Sn 1 2
KA -9.257099336489E-01 -4.999990881777E+00
A3 1.985136918204E-03 2.385259309972E-03
A4 -9.578192696406E-05 -2.404768263625E-04
A5 1.615430177955E-06 1.733287951793E-05
A6 3.124939881493E-07 -2.842529868774E-07
A7 -2.887647319497E-08 -4.385675485220E-08
A8 5.107902220288E-10 1.383172920372E-09
A9 4.632774338826E-11 1.499498500746E-10
A10 -2.209061867475E-12 -8.812217716797E-12
A11 -1.345795100928E-14 -9.830322949355E-14
A12 2.683547704222E-15 1.723698034612E-14
A13 -3.099849783220E-17 -1.977208609514E-16
A14 -1.450454609593E-18 -1.495435830036E-17
A15 3.409823417801E-20 3.787207224236E-19
A16 2.756947013206E-22 4.931843191971E-21
A17 -1.364363093674E-23 -2.437393418552E-22
A18 4.129821538406E-26 6.670674082221E-25
A19 1.989627169765E-27 5.565234378128E-26
A20 -1.679492947259E-29 -5.576486086969E-28
Sn 23 24
KA -1.598772035783E+00 -4.999992219558E+00
A3 0.000000000000E+00 0.000000000000E+00
A4 4.123953593132E-05 3.966469406399E-05
A5 2.150026343229E-06 1.722377142344E-06
A6 -2.897355240011E-07 -2.323836721419E-07
A7 -9.942402280972E-09 -6.268137348279E-10
A8 3.842042238064E-09 1.951943307926E-09
A9 -1.506297631693E-10 -5.030379238303E-11
A10 -1.509011702469E-11 -9.515825735045E-12
A11 1.056541347725E-12 2.763491459111E-13
A12 2.270120616023E-14 2.916285110467E-14
A13 -2.885638796700E-15 -8.294096726983E-16
A14 1.623687403355E-18 -5.208265921899E-17
A15 3.929917370535E-18 1.361275593330E-18
A16 -4.193482420055E-20 5.227627291260E-20
A17 -2.647759191289E-21 -1.112433404036E-21
A18 4.302554608484E-23 -2.750189344529E-23
A19 7.038183986554E-25 3.533591422182E-25
A20 -1.384413304729E-26 5.954593142748E-27
作为实施例4的变形例，图18中示出弯曲光路的例子。图18所示的变形例4-1的成像光学系统构成为在实施例4的成像光学系统中追加2个光路偏转部件而使光路弯曲2次。在变形例4-1的成像光学系统中，在第1光学系统G1的内部配置有使光路弯曲90度的第1光路偏转部件R1，在第2光学系统G2的最靠放大侧配置有使光路弯曲90度的第2光路偏转部件R2。
表13中示出实施例1～4的成像光学系统的条件式(1)～(9)的对应值，表14中示出与条件式相关的数值。实施例1～4以d线为基准波长，表13及表14中示出d线基准下的值。
[表13]
式编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
(1) θ -8.87 -7.32 9.56 12.44
(2) |Ymax/f| 2.27 2.27 2.60 2.60
(3) hdA 0.813 0.394 0.125 0.215
(4) hdB 0.162 0.132 0.166 0.047
(5) |Bf/f| 6.95 7.04 6.51 6.11
(6) |f1/f| 2.43 2.29 1.81 2.08
(7) |f12/f| 1.70 1.21 1.56 1.15
(8) |h1/dd1| 0.162 0.132 0.166 0.215
(9) |h2/dd2| 0.813 0.394 0.125 0.047
[表14]
由以上数据可知，实施例1～4的成像光学系统具有2.4以下的小的F值，在较小地抑制透镜直径的同时，确保了全视角为130度以上的宽视角，各像差得到良好的校正而实现了高光学性能。并且，实施例1～4的成像光学系统能够使用包括光轴附近的整个像圈区域的光束，并且缩小侧以远心的方式构成。
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19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19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、用于彩色合成的十字分色棱镜14、聚光透镜16a～16c及用于偏转光路的全反射镜18a～18c。另外，在图19中概略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19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(绿色光、蓝色光、红色光)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而被调制，并通过十字分色棱镜14进行彩色合成之后，入射于成像光学系统10。成像光学系统10将基于由透射型显示元件11a～11c调制的调制光的光学像投射到屏幕105上。
图20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20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、用于分色及彩色合成的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20中概略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20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内部的反射面反射之后，通过TIR棱镜24a～24c分解成3个色光光束(绿色光、蓝色光、红色光)。分解后的各色光光束分别入射于对应的DMD元件21a～21c而被调制，并再次在TIR棱镜24a～24c中向相反方向行进而进行彩色合成之后，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将基于由DMD元件21a～21c调制的调制光的光学像投射到屏幕205上。
图21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21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、用于彩色合成的十字分色棱镜34、用于偏转光路的全反射镜38及偏振光分离棱镜35a～35c。另外，在图21中概略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21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(绿色光、蓝色光、红色光)。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而被调制，并通过十字分色棱镜34进行彩色合成之后，入射于成像光学系统310。成像光学系统310将基于由反射型显示元件31a～31c调制的调制光的光学像投射到屏幕305上。
图22及图23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22表示从正面侧观察相机400的立体图，图23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镜头式数码相机。可换镜头48在镜筒内容纳有本发明的实施方式所涉及的成像光学系统49。
相机400具备相机主体41，并且在相机主体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、操作部45及显示部46。显示部46显示所拍摄的图像及拍摄前的视角内存在的图像。
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形成的被摄体像对应的摄像信号的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(未图示)及用于记录该生成的图像的记录介质(未图示)等。在相机400中，通过按压快门按钮42，能够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于上述记录介质中。
以上，举出实施方式及实施例对本发明的技术进行了说明，但本发明的技术并不限定于上述实施方式及实施例，能够进行各种变形。例如，各透镜的曲率半径、面间隔、折射率、色散系数及非球面系数等并不限定于上述各数值实施例中示出的值，能够采用其他值。
并且，本发明的技术所涉及的投射型显示装置也不限定于上述结构，例如用于光束分离或光束合成的光学部件及光阀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(OrganicLight 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，本发明的技术所涉及的摄像装置也不限定于上述结构，例如能够设为除无反式以外的相机、胶片相机、摄像机及电影摄影机等各种方式。

Claims (16)

1.一种成像光学系统，其使放大侧成像面和缩小侧成像面共轭，
所述成像光学系统形成位于与所述放大侧成像面共轭的位置的第1中间像和位于比所述第1中间像更靠缩小侧的光路且位于与所述第1中间像共轭的位置的第2中间像，
缩小侧以远心的方式构成，
从放大侧向缩小侧沿光路依次包括第1光学系统、第2光学系统及第3光学系统，
所述成像光学系统不包括具有光焦度的反射部件，
所述第1光学系统的所有透镜的放大侧的面位于比所述第1中间像更靠放大侧的光路上，
所述第2光学系统的所有透镜的放大侧的面位于比所述第1中间像更靠缩小侧且比所述第2中间像更靠放大侧的光路上，
所述第3光学系统的所有透镜的放大侧的面位于比所述第2中间像更靠缩小侧的光路上，
在将所述缩小侧成像面上的最大像高设为Ymax、使光线从所述缩小侧成像面与光轴平行地以距光轴Ymax的高度入射于所述成像光学系统的情况下，
在所述第1中间像位于空气间隔的内部时，将所述第1中间像所处的空气间隔设为第1空气间隔，在所述第1中间像位于透镜的内部时，将与所述第1中间像所处的透镜的放大侧相邻的空气间隔设为第1空气间隔，
将延长了所述第1空气间隔内的所述光线而得的第1延长线与光轴所成的角度设为θ，
将所述第1延长线与光轴的交点即第1交点位于比所述第1中间像更靠放大侧时的θ的符号设为负，将所述第1交点位于比所述第1中间像更靠缩小侧时的θ的符号设为正，将θ的单位设为度，在这种情况下，
所述成像光学系统满足下述条件式(1)，
-15＜θ＜13 (1)
而且，
在将所述成像光学系统的焦距设为f的情况下，
所述成像光学系统满足下述条件式(2)，
2.15＜|Ymax/f|＜5 (2)。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
在使所述光线从所述缩小侧成像面与光轴平行地以距光轴Ymax的高度入射于所述成像光学系统的情况下，
将所述第2光学系统的最靠放大侧的透镜面上的所述光线距光轴的高度设为h1，
将所述第1交点与所述第2光学系统的最靠放大侧的透镜面在光轴上的距离设为dd1，
将所述第3光学系统的最靠放大侧的透镜面上的所述光线距光轴的高度设为h2，
在所述第2中间像位于空气间隔的内部时，将所述第2中间像所处的空气间隔设为第2空气间隔，在所述第2中间像位于透镜的内部时，将与所述第2中间像所处的透镜的放大侧相邻的空气间隔设为第2空气间隔，
将延长了所述第2空气间隔内的所述光线而得的第2延长线与光轴的交点设为第2交点，
将所述第2交点与所述第3光学系统的最靠放大侧的透镜面在光轴上的距离设为dd2，
将|h1/dd1|及|h2/dd2|中大的值设为hdA，将小的值设为hdB，在这种情况下，
所述成像光学系统满足下述条件式(3)及(4)，
0.1＜hdA＜1 (3)
0.03＜hdB＜0.3 (4)。
3.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
在将所述成像光学系统的缩小侧的后焦距设为Bf的情况下，
所述成像光学系统满足下述条件式(5)，
5＜|Bf/f| (5)。
4.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
在将所述第1光学系统的焦距设为f1的情况下，
所述成像光学系统满足下述条件式(6)，
1＜|f1/f|＜5 (6)。
5.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
在将所述第1光学系统和所述第2光学系统的合成焦距设为f12的情况下，
所述成像光学系统满足下述条件式(7)，
0.8＜|f12/f|＜3 (7)。
6.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
在所述成像光学系统中包括的所有光学元件具有共同的光轴。
7.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统包括使光路弯曲的2个以上的光路偏转部件。
8.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(1-1)，
-15＜θ＜10 (1-1)。
9.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(2-1)，
2.15＜|Ymax/f|＜3.8 (2-1)。
10.根据权利要求2所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(3-1)，
0.1＜hdA＜0.85 (3-1)。
11.根据权利要求2所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(4-1)，
0.1＜hdB＜0.3 (4-1)。
12.根据权利要求3所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(5-1)，
6＜|Bf/f|＜20 (5-1)。
13.根据权利要求4所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(6-1)，
1.5＜|f1/f|＜3 (6-1)。
14.根据权利要求5所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(7-1)，
1<f12/f<2(7-1)。
15.一种投射型显示装置，具备：
光阀，输出光学像；及
权利要求1至14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。
16.一种摄像装置，具备权利要求1至14中任一项所述的成像光学系统。
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