CN206818966U - 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

本实用新型提供一种搭载于投射型显示装置的情况下无需将投射型显示装置倾斜90度而能够简单地切换横向或竖向投射的成像光学系统、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。所述成像光学系统从放大侧依次包括：包括第1透镜组(G1a)、第1光路折弯机构(R1)及第2透镜组(G1b)的第1光学系统(G1)；第2光路折弯机构(R2)；以及第2光学系统(G2)，第1光路折弯机构(R1)和/或第2光路折弯机构(R2)配置成将光路折弯90度的朝向，能够使第1光学系统(G1)以第2透镜组(G1b)的光轴作为旋转轴而旋转，并且满足规定的条件式(1)：|tan(θ)|＜0.15……(1)。

Description

成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置
技术领域
本实用新型尤其涉及一种适合用于液晶显示元件及DMD(Digital MicromirrorDevice：注册商标)等搭载有光阀的投射型显示装置的成像光学系统、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。
背景技术
近年来，广泛普及液晶显示元件及DMD等搭载有光阀的投射型显示装置(也称为投影仪)，且逐渐高性能化。
并且，受到近年来的光阀性能提高的影响，与光阀组合的成像光学系统中要求与光阀的分辨率相称的良好的像差校正。而且，考虑到展示用等比较狭窄的室内空间中使用的情况，强烈要求更为广角的成像光学系统。
为了响应这种要求，提出有在包括多片透镜的缩小侧光学系统中形成中间像，并在同样包括多片透镜的放大侧光学系统中再次成像的成像光学系统。(参考专利文献1、2)
仅以通常的不生成中间像的光学系统构成的成像光学系统若要缩短焦距来进行广角化，则无论怎样放大侧的透镜也会变得过大，但如上所述，在进行中间成像的方式的成像光学系统中，能够缩短放大侧光学系统的后焦距，并且能够缩小放大侧光学系统的放大侧的透镜直径，从而也适合缩短焦距来进行广角化。
专利文献1：日本特开2006-330410号公报
专利文献2：日本特开2015-152764号公报
然而，投射型显示装置的用途也逐渐多样化，尤其在公告牌用途等中，要求将以往的投射方向倾斜90度的方式配置的竖向投射。相应于此，采取将投射型显示装置旋转90度配置而投射等对策，但投射型显示装置中所使用的光源通常使用放电灯，因此放电电极轴将会朝向与重力方向平行的方向，从而存在可能会影响光源寿命等问题，因此并不是说简单地将投射型显示装置旋转90度即可。
实用新型内容
本实用新型是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种搭载于投射型显示装置的情况下无需将投射型显示装置倾斜90度而能够简单地切换横向或竖向投射的成像光学系统、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。
本实用新型的成像光学系统是能够将配置在缩小侧共轭面上的图像显示元件中所显示的图像作为放大像而投射在放大侧共轭面上的成像光学系统，其特征在于，所述成像光学系统从放大侧依次包括：第1光学系统；在反射面中折弯光路的第2光路折弯机构；以及由多个透镜构成的第2光学系统，该第1光学系统包括第1透镜组、在反射面中折弯光路的第1光路折弯机构及第2透镜组，第2光学系统将图像显示元件上的图像作为中间像来成像，第1光学系统将中间像成像在放大侧共轭面上，第1光路折弯机构和/或第2光路折弯机构配置成将光路折弯90度的朝向，能够使第1光学系统以第2透镜组的光轴作为旋转轴而旋转，并且满足下述条件式(1)。
|tan(θ)|＜0.15……(1)
其中，设为
θ：从第2光学系统朝向第2光路折弯机构的各主光线与缩小侧共轭面的法线所成的角度中成为最大的角度。
在本实用新型的成像光学系统中，优选满足下述条件式(1-1)
|tan(θ)|＜0.10……(1-1)
并且，优选满足下述条件式(2)，更优选满足下述条件式(2-1)。
0.02＜|Imφ/exP|+|tan(θ)|＜0.20……(2)
0.04＜|Imφ/exP|+|tan(θ)|＜0.18……(2-1)
其中，设为
Imφ：缩小侧的有效像圆直径；
exP：将缩小侧设为射出侧时的从缩小侧共轭面至近轴射出光瞳位置的光轴上的距离。
并且，优选满足下述条件式(3)，更优选满足下述条件式(3-1)。
8.0＜D12/|f|＜30.0……(3)
10.0＜D12/|f|＜25.0……(3-1)
其中，设为
D12：第1光学系统与第2光学系统的光轴上的间隔；
f：整个系统的焦距。
并且，优选满足下述条件式(4)，更优选满足下述条件式(4-1)。
1.2＜f1/|f|＜2.8……(4)
1.4＜f1/|f|＜2.2……(4-1)
其中，设为
f1：第1光学系统的焦距；
f：整个系统的焦距。
并且，优选满足下述条件式(5)，更优选满足下述条件式(5-1)。
4.0＜Bf/|f|……(5)
5.0＜Bf/|f|＜20.0……(5-1)
其中，设为
Bf：整个系统的后焦距；
f：整个系统的焦距。
并且，在本实用新型的第1成像光学系统及第2成像光学系统中，第1光学系统与第2光学系统优选具有通用光轴。
并且，在本实用新型的第1成像光学系统及第2成像光学系统中，优选与中间像的光轴中心相比，中间像的周边部向第2光学系统侧发生像面弯曲。
本实用新型的投射型显示装置的特征在于，具备光源、供来自光源的光入射的光阀、及作为将基于被光阀光调制的光的光学像投射在屏幕上的成像光学系统的上述本实用新型的成像光学系统。
本实用新型的摄像装置的特征在于，具备上述所记载的本实用新型的成像光学系统。
另外，上述“放大侧”表示被投射侧(屏幕侧)，方便起见，进行缩小投射时将屏幕侧也称为放大侧。另一方面，上述“缩小侧”表示图像显示元件侧(光阀侧)，方便起见，进行缩小投射时将光阀侧也称为缩小侧。
并且，上述“包括～”表示除了包括作为构成要件所举出的构件以外，还可以包括实际上没有光焦度的透镜、没有光焦度的反射镜或光圈或掩模或盖玻璃或滤光片等透镜以外的光学要件等。
并且，上述“透镜组”并不一定是指由多个透镜构成的透镜组，还可以包括仅由1片透镜构成的透镜组。
并且，关于“后焦距”，将放大侧、缩小侧分别作为相当于一般的成像透镜的物体侧、图像侧来考虑，并且将放大侧、缩小侧分别设为正面侧、后面侧。
并且，关于上述透镜的面形状及屈光力的符号，当包括非球面时，设为在近轴区域中考虑。
并且，上述条件式的计算中，“整个系统的焦距f”被设成将投射距离设为无限远时的值。
实用新型效果
本实用新型的成像光学系统是能够将配置在缩小侧共轭面上的图像显示元件中所显示的图像作为放大像而投射在放大侧共轭面上的成像光学系统，且设成所述成像光学系统从放大侧依次包括：包括第1透镜组、在反射面中折弯光路的第1光路折弯机构及第2透镜组的第1光学系统；在反射面中折弯光路的第2光路折弯机构；以及由多个透镜构成的第2光学系统，第2光学系统将图像显示元件上的图像作为中间像来成像，第1光学系统将中间像成像在放大侧共轭面上，第1光路折弯机构和/或第2光路折弯机构配置成将光路折弯90度的朝向，将第2透镜组的光轴作为旋转轴能够使第1光学系统旋转，并且满足下述条件式(1)，因此能够设成搭载于投射型显示装置的情况下无需将投射型显示装置倾斜90度而能够简单地切换横向或竖向投射的成像光学系统。
|tan(θ)|＜0.15……(1)
本实用新型的投射型显示装置具备本实用新型的成像光学系统，因此能够设成无需将投射型显示装置倾斜90度而能够简单地切换横向或竖向投射。
本实用新型的摄像装置通过具备本实用新型的成像光学系统，能够以高自由度变更摄像装置内的成像光学系统的设置形状及光轴方向，因此能够提高摄像装置的设计自由度。
附图说明
图1是表示本实用新型的一实施方式所涉及的成像光学系统(与实施例1通用)的结构的剖视图。
图2是表示本实用新型的实施例2的成像光学系统的结构的剖视图。
图3是表示本实用新型的实施例3的成像光学系统的结构的剖视图。
图4是表示本实用新型的实施例4的成像光学系统的结构的剖视图。
图5是本实用新型的实施例1的成像光学系统的各像差图。
图6是本实用新型的实施例2的成像光学系统的各像差图。
图7是本实用新型的实施例3的成像光学系统的各像差图。
图8是本实用新型的实施例4的成像光学系统的各像差图。
图9是本实用新型的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图10是本实用新型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11是本实用新型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12是本实用新型的一实施方式所涉及的摄像装置的前侧的立体图。
图13是图12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-照相机主体，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-照相机，G1-第1光学系统，G2-第2光学系统，L1a～L2h-透镜，PP-光学部件，R1-第1光路折弯机构，R2-第2光路折弯机构，Sim-图像显示面，St-孔径光圈，wa-轴上光束，wb-最大视角的光束，Z-光轴。
具体实施方式
以下，参考附图对本实用新型的实施方式进行详细的说明。图1是表示本实用新型的一实施方式所涉及的成像光学系统的结构的剖视图。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通用。图1中，图像显示面Sim侧为缩小侧，第1光学系统G1的透镜L1a侧为放大侧，所图示的孔径光圈St并不一定表示大小及形状，而是表示光轴Z上的位置。并且，在图1中一并示出了轴上光束wa及最大视角的光束wb。
该成像光学系统例如能够用作搭载于投射型显示装置而将显示在光阀中的图像信息向屏幕投射的光学系统。设想搭载于投射型显示装置的情况而在图1中一并示出了设想了用于彩色合成部或照明光分离部的滤光片及棱镜等光学部件PP、及位于光学部件PP的缩小侧的面的光阀的图像显示面Sim。在投射型显示装置中，在图像显示元件上的图像显示面Sim中赋予了图像信息的光束经由光学部件PP入射于该成像光学系统并通过该成像光学系统投射在未图示的屏幕上。
如图1所示，本实施方式的成像光学系统以如下方式构成：从放大侧依次包括：包括第1透镜组G1a、在反射面中折弯光路的第1光路折弯机构R1及第2透镜组G1b的第1光学系统G1；在反射面中折弯光路的第2光路折弯机构R2；以及由多个透镜构成的第2光学系统G2，第2光学系统G2将图像显示面Sim上的图像作为中间像来成像，第1光学系统G1将中间像成像在放大侧共轭面上。
仅由通常的不生成中间像的光学系统构成的投射用光学系统若要缩短焦距来进行广角化，则无论怎样放大侧的透镜也会变得过大，但如本实施方式进行中间成像的方式的投射用光学系统中，能够缩短第1光学系统G1的后焦距，并且能够缩小第1光学系统G1的放大侧的透镜直径，从而适合缩短焦距来进行广角化。
并且，以如下方式构成：第1光路折弯机构R1和/或第2光路折弯机构R2配置成将光路倾斜90度的朝向，将第2透镜组G1b的光轴作为旋转轴能够使第1光学系统G1旋转。
通过设为这种结构，仅以成像光学系统的设计，便能够设成投射型显示装置中不发生对光源寿命的影响等问题而能够切换横向投射与竖向投射。并且，通过在成像光学系统的中间位置配置光路折弯机构R1及R2，与在成像光学系统的放大侧配置光路折弯机构的情况相比，能够将光路折弯机构设为小型。并且，通过在成像光学系统中设置2个光路折弯机构，整个成像光学系统的小型化及投射方向的控制变得容易。
并且，以满足下述条件式(1)的方式构成。
|tan(θ)|＜0.15……(1)
|tan(θ)|＜0.10……(1-1)
其中，设为
θ：从第2光学系统朝向第2光路折弯机构的各主光线与缩小侧共轭面的法线所成的角度中成为最大的角度。
在如此使第1光学系统G1的至少一部分旋转的情况下，认为因由旋转轴与第2透镜组G1b的光轴偏离而产生的轴偏离的影响和/或由旋转而产生的松动引起的轴偏离的影响等，在切换横向投射与竖向投射时，投射性能上发生变化。条件式(1)是用于良好地校正由该旋转引起的投射性能变化的条件式。θ是从第2光学系统G2朝向第2光路折弯机构R1的各主光线与缩小侧共轭面(图像显示面Sim)的法线所成的角度中成为最大的角度，通过以不成为条件式(1)的上限以上的方式进行设定，能够抑制相对于第1光学系统G1的轴偏离的性能变化(由偏心引起的图像分裂和/或单边模糊)。另外，若设为满足上述条件式(1-1)，则能够设为更良好的特性。
如此，通过将成像光学系统的构成要件以上述的方式配置，并且满足条件式(1)，能够保持较高的光学性能，并且能够设为投射型显示装置中不发生对光源寿命的影响等问题而能够切换横向投射与竖向投射。
在本实施方式的成像光学系统中，优选满足下述条件式(2)。条件式(2)是用于获得所希望的有效像圆直径的大小并且确保远心特性的条件式，是确保缩小侧的远心特性，并且不加大从第2光学系统G2入射于第2光路折弯机构R2的入射角，即在第2光学系统G2中用于维持接近两侧远心的状态的条件式。通过满足条件式(2)，能够确保缩小侧的远心特性，并且能够抑制从第2光学系统G2入射于第2光路折弯机构R2的入射角，其结果能够抑制相对于第1光学系统G1的轴偏离的性能变化(由偏心引起的图像分裂和/或单边模糊)。另外，若设为满足下述条件式(2-1)，则能够设为更良好的特性。
0.02＜|Imφ/exP|+|tan(θ)|＜0.20……(2)
0.04＜|Imφ/exP|+|tan(θ)|＜0.18……(2-1)
其中，设为
Imφ：缩小侧的有效像圆直径；
exP：将缩小侧设为射出侧时的从缩小侧共轭面至近轴射出光瞳位置的光轴上的距离。
并且，优选满足下述条件式(3)。条件式(3)是规定整个系统的焦距与从第1光学系统G1至第2光学系统G2的间隔之比的条件式，通过以不成为条件式(3)的上限以上的方式进行设定，防止第1光学系统G1与第2光学系统G2的间隔变得过大，从而有助于小型化。通过以不成为条件式(3)的下限以下的方式进行设定，能够确保放入第2光路折弯机构R2的空间，并且能够在远离中间像的成像面附近的位置配置第2光路折弯机构R2，因此能够降低第2光路折弯机构R2上的垃圾和/或伤痕等映射在屏幕上的可能性。即，通过满足条件式(3)，无需大型化即可适当地确保从第1光学系统G1至第2光学系统G2的间隔，从而牵涉到限制从第2光学系统G2入射于第2光路折弯机构R2的主光线的射出角，其结果牵涉到抑制相对于第1光学系统G1的轴偏离的性能变化(由偏心引起的图像分裂和/或单边模糊)。另外，若设为满足下述条件式(3-1)，则能够设为更良好的特性。
8.0＜D12/|f|＜30.0……(3)
10.0＜D12/|f|＜25.0……(3-1)
其中，设为
D12：第1光学系统与第2光学系统的光轴上的间隔；
f：整个系统的焦距。
并且，优选满足下述条件式(4)。条件式(4)是规定整个系统的焦距与第1光学系统的焦距之比的条件式，这相当于形成中间像的第2光学系统G2的中继倍率。通过以不成为条件式(4)的上限以上的方式进行设定，能够抑制第2光学系统G2的中继倍率而防止中间像的尺寸变得过大，因此能够防止第1光学系统G1的透镜直径的大型化，并且能够容易校正第1光学系统G1中的畸变像差和/或像面弯曲。通过以不成为条件式(4)的下限以下的方式进行设定，能够适当地设定以中继方式实现广角化所需的中继倍率，由此既能够实现广角化，还能够适当地校正广角化中成为问题的各像差。另外，若设为满足下述条件式(4-1)，则能够设为更良好的特性。
1.2＜f1/|f|＜2.8……(4)
1.4＜f1/|f|＜2.2……(4-1)
其中，设为
f1：第1光学系统的焦距；
f：整个系统的焦距。
并且，优选满足下述条件式(5)。条件式(5)是规定整个系统的焦距与整个系统的后焦距之比的条件式，通过以不成为条件式(5)的上限以上的方式进行设定，能够防止包括后焦距的透镜整个系统的大型化。通过以不成为条件式(5)的下限以下的方式进行设定，能够防止后焦距变得过短而难以配置彩色合成棱镜等。另外，若设为满足下述条件式(5-1)，则能够设为更良好的特性。
4.0＜Bf/|f|……(5)
5.0＜Bf/|f|＜20.0……(5-1)
其中，设为
Bf：整个系统的后焦距；
r：整个系统的焦距。
并且，在第1及第2实施方式的成像光学系统中，第1光学系统G1与第2光学系统G2优选具有通用光轴。通过设为这种结构，能够简化整个光学系统的结构，从而能够有助于低成本化。
并且，在第1及第2实施方式的成像光学系统中，中间像优选与光轴中心相比周边部向第2光学系统G2侧发生像面弯曲。如此，不是第1光学系统G1与第2光学系统G2独立进行像差校正，而是以在第2光学系统G2中留存畸变像差、像散等而在第1光学系统G1中将其相互抵消的方式进行像差校正，由此即使以较少的透镜片数也能够实现广角化并且使各像差良好。
接着，对本实用新型的成像光学系统的数值实施例进行说明。
首先，对实施例1的成像光学系统进行说明。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中。另外，与图1及后述的实施例2～4对应的图2～4中，图像显示面Sim侧为缩小侧，第1光学系统G1的透镜L1a侧为放大侧，所图示的孔径光圈St并不一定表示大小及形状，而是表示光轴Z上的位置。并且，在图1～4中一并示出了轴上光束wa及最大视角的光束wb。
实施例1的成像光学系统从放大侧依次由包括第1光路折弯机构R1的第1光学系统G1、第2光路折弯机构R2及第2光学系统G2构成。第1光学系统G1由透镜L1a～L11这12片透镜构成，第2光学系统G2由透镜L2a～L2h这8片透镜构成。
将实施例1的成像光学系统的透镜数据示于表1中，将聚焦时间隔发生变化的与面间隔相关的数据示于表2中，将与规格相关的数据示于表3中，将与非球面系数相关的数据示于表4中。以下，关于表中的记号的含义，以实施例1为例子进行说明，但关于实施例2～4也基本上相同。
表1的透镜数据中，在面编号的栏中示出将最靠放大侧的构成要件的面设为第1个而随着向缩小侧逐渐增加的面编号，在曲率半径的栏中示出各面的曲率半径，在面间隔的栏中示出各面与其下一个面的光轴Z上的间隔。并且，在n的栏中示出各光学要件的相对于d线(波长587.6nm)的折射率，在ν的栏中示出各光学要件的相对于d线(波长587.6nm)的色散系数。在此，关于曲率半径的符号，将面形状凸向放大侧的情况设为正，凸向缩小侧的情况设为负。所示出的透镜数据中也包括孔径光圈St及光学部件PP。在相当于孔径光圈St的面的面编号的栏中与面编号一同记载有(光圈)这一术语。并且，透镜数据中，在聚焦时间隔发生变化的面间隔的栏中分别记载有DD[面编号]。与该DD[面编号]对应的数值示于表2中。
表3的与规格相关的数据中示出将投射距离设为193.406时的焦距f′、后焦距Bf′、F值FNo及全视角2ω值。
另外，基本透镜数据及与规格相关的数据中示出的数值是以规格的投射距离时的使整个系统的焦距成为-1的方式进行标准化的数值。并且，各表的数值是舍入为规定位数的数值。
表1的透镜数据中，在非球面的面编号上标注有*记号，作为非球面的曲率半径表示近轴的曲率半径的数值。表4的与非球面系数相关的数据中示出了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(m＝3～20)的值。
Zd＝C·h2/{1+(1-KA·C2·h2)1/2}+∑Am·hm
其中，设为
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的光轴垂直的平面的垂线的长度)；
h：高度(从光轴的距离)；
C：近轴曲率半径的倒数；
KA、Am：非球面系数(m＝3～20)。
[表1]
实施例1·透镜数据(n、v为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 -5.2258 0.7360 1.53158 55.08
*2 -14.4830 1.6688
3 10.9737 0.3937 1.83481 42.72
4 5.6865 1.4329
5 10.0545 0.2995 1.91082 35.25
6 4.2275 2.5121
7 -15.2778 0.2311 1.72916 54.68
8 7.6744 5.2322
9 28.2991 1.2357 1.80610 33.27
10 -13.1238 DD[10]
11 12.6584 0.4655 1.84666 23.78
12 19.8736 DD[12]
13 12.0143 1.7218 1.49700 81.61
14 -12.0143 0.2516
15 24.8613 2.3517 1.67790 55.34
16 -4.8915 0.2311 1.80518 25.46
17 4.8915 2.4852 1.49700 81.61
18 -12.0513 0.7514
*19 -7.1510 0.9414 1.51007 56.24
*20 -5.3495 4.4056
21 22.9057 1.3282 1.84666 23.78
22 -34.7748 17.5452
23 -64.7115 0.3252 1.80610 33.27
24 9.2416 3.0414 1.63854 55.38
25 -12.6122 0.1712
26 8.7758 2.0539 1.69680 55.53
27 ∞ 4.7924
28 4.6731 0.1729 1.59270 35.31
29 3.4032 1.9837
30(光圈) ∞ 1.8913
31 -3.0344 0.1712 1.80518 25.46
32 12.6113 1.1057 1.59282 68.62
33 -4.8375 0.0342
34 -57.4762 2.2421 1.49700 81.61
35 -4.7173 1.1502
36 13.8428 0.9568 1.92286 20.88
37 -27.2944 3.2889
38 ∞ 6.7786 1.51633 64.14
39 ∞
第1光路折弯机构：从13面向放大侧4.6212的位置
第2光路折弯机构：从23面向放大侧7.3597的位置
[表2]
实施例1·面间隔
投射距离 193.406 121.521 468.967 ∞
DD[10] 0.6421 0.8789 0.3986 0.2225
DD[12] 9.2180 8.9812 9.4615 9.6376
[表3]
实施例1·规格(d线)
f’ -1.00
Bf′ 7.76
FNo. 1.91
2ω[°] 138.0
[表4]
实施例1·非球面系数
将实施例1的成像光学系统的各像差图示于图5中。另外，图5中示出了3种投射距离的像差图，图5中分别从左侧依次表示球面像差、像散、畸变像差及倍率色差。在表示球面像差、像散及畸变像差的各像差图中示出将d线(波长587.6nm)设为基准波长的像差。在球面像差图中，将相对于d线(波长587.6nm)、C线(波长656.3nm)及F线(波长486.1nm)的像差分别以实线、长虚线及短虚线来示出。在像散图中，将弧矢方向及子午方向的像差分别以实线及短虚线来示出。在倍率色差图中，将相对于C线(波长656.3nm)及F线(波长486.1nm)的像差分别以长虚线及短虚线来示出。球面像差图的FNo.表示F值，其他像差图的ω表示半视角。
在上述实施例1的说明中叙述的各数据的记号、含义及记载方法，若无特别说明，对于以下的实施例也相同，因此以下省略重复说明。
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2中。实施例2的成像光学系统除了第1光学系统G1由透镜L1a～L1m这13片透镜构成以外，是与实施例1相同的透镜片数结构。并且，将实施例2的成像光学系统的透镜数据示于表5中，将聚焦时间隔发生变化的与面间隔相关的数据示于表6中，将与规格相关的数据(投射距离193.295)示于表7中，将与非球面系数相关的数据示于表8中，将各像差图示于图6中。
[表5]
实施例2·透镜数据(n、v为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 -5.8964 0.7697 1.53158 55.08
*2 -19.0272 1.7458
3 10.5522 0.4275 1.83481 42.72
4 5.9178 1.3190
5 9.2704 0.3079 1.91082 35.25
6 4.4226 2.4107
7 -27.0447 0.2736 1.72916 54.68
8 6.0293 8.5528
9 39.7995 0.8362 1.85478 24.80
10 -18.8770 DD[10]
11 12.1277 1.0582 1.67270 32.10
12 17.7260 DD[12]
13 10.2472 0.9655 1.59282 68.62
14 -33.5356 2.5904
15 -12.5421 0.2222 1.84666 23.78
16 5.5094 2.2232 1.59282 68.62
17 -7.4156 0.0343
18 12.7105 0.2310 1.80610 33.27
19 4.8440 2.4475 1.49700 81.61
20 -13.1174 1.7674
*21 -5.2479 1.0265 1.49100 57.58
*22 -4.2922 3.0320
23 13.7187 0.9529 1.60311 60.64
24 248.4579 15.7258
25 887.4293 0.5473 1.80610 33.27
26 9.2682 3.0347 1.63854 55.38
27 -12.1294 0.1709
28 8.0168 2.0069 1.69680 55.53
29 95.7147 4.8487
30 4.8446 0.2347 1.51823 58.90
31 2.9545 1.5201
32(光圈) ∞ 1.4622
33 -2.6701 0.1711 1.80518 25.46
34 15.8216 1.1524 1.59282 68.62
35 -4.1529 0.0343
36 -103.6182 1.3648 1.49700 81.61
37 -4.3229 3.1657
38 21.2137 0.9847 1.89286 20.36
39 -15.6497 2.9778
40 ∞ 6.7747 1.51633 64.14
41 ∞
第1光路折弯机构：从9面向放大侧3.8000的位置
第2光路折弯机构：从25面向放大侧7.3597的位置
[表6]
实施例2·面间隔
投射距离 193.295 121.451 468.698 ∞
DD[10] 0.7737 1.1055 0.4276 0.2351
DD[12] 5.2162 4.8844 5.5622 5.7548
[表7]
实施例2·规格(d线)
f’ -1.00
Bf′ 7.44
FNo. 1.90
2ω[°] 138.0
[表8]
实施例2·非球面系数
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3中。实施例3的成像光学系统是与实施例1相同的透镜片数结构。并且，将实施例3的成像光学系统的透镜数据示于表9中，将聚焦时间隔发生变化的与面间隔相关的数据示于表10中，将与规格相关的数据(投射距离193.671)示于表11中，将与非球面系数相关的数据示于表12中，将各像差图示于图7中。
[表9]
实施例3·透镜数据(n、v为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n v
*1 -5.2679 0.7886 1.53158 55.08
*2 -14.4837 1.6094
3 14.4269 0.4283 1.80400 46.58
4 5.3246 1.4216
5 9.9512 0.3085 1.77250 49.60
6 4.0739 2.5062
7 -10.2914 0.2399 1.65160 58.55
8 9.3608 3.7475
9 37.0181 2.3995 1.80400 46.58
10 -11.0039 DD[10]
11 11.0652 0.5429 1.84666 23.78
12 18.7534 DD[12]
13 21.8698 1.1159 1.49700 81.61
14 -9.9062 0.7627
15 12.5838 2.2148 1.69680 55.53
16 -4.6116 0.4839 1.80518 25.46
17 6.0895 0.3177
18 8.6388 2.5000 1.43700 95.10
19 -7.9833 0.7952
*20 -9.6064 1.0218 1.49100 57.58
*21 -6.4360 2.4281
22 22.5414 1.2808 1.84666 23.78
23 -30.7133 17.3990
24 -71.4789 0.5486 1.80518 25.46
25 10.9590 3.0029 1.54814 45.78
26 -10.9703 0.0343
27 9.9129 1.8354 1.77250 49.60
28 -198.7757 6.3127
29 3.9214 0.3132 1.59270 35.31
30 2.9492 0.6395
31(光圈) ∞ 2.2905
32 -2.8164 0.1712 1.80518 25.46
33 12.1319 1.1510 1.59282 68.62
34 -4.6750 0.0341
35 -55.9787 1.8633 1.49700 81.61
36 -4.4699 0.7306
37 17.3160 1.1278 1.80809 22.76
38 -13.9766 2.9848
39 ∞ 6.7879 1.51633 64.14
40 ∞
第1光路折弯机构：从13面向放大侧4.0000的位置
第2光路折弯机构：从24面向放大侧7.3597的位置
[表10]
实施例3·面间隔
投射距离 193.671 121.687 469.609 ∞
DD[10] 0.3071 0.4716 0.1391 0.0247
DD[12] 8.1439 7.9794 8.3119 8.4263
[表11]
实施例3·规格(d线)
f’ -1.00
Bf′ 7.46
FNo. 1.90
2ω[°] 138.2
[表12]
实施例3·非球面系数
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4中。实施例4的成像光学系统是与实施例4相同的透镜片数结构。并且，将实施例4的成像光学系统的透镜数据示于表13中，将聚焦时间隔发生变化的与面间隔相关的数据示于表14中，将与规格相关的数据(投射距离218.526)示于表15中，将与非球面系数相关的数据示于表16中，将各像差图示于图8中。
[表13]
实施例4·透镜数据(n、v为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 -5.2611 0.7159 1.49100 57.58
*2 -23.2691 0.7687
3 13.8526 0.5759 1.80400 46.58
4 6.3768 1.8739
5 14.1436 0.4171 1.83400 37.16
6 4.4561 2.3492
7 -40.3818 0.3177 1.67790 55.34
8 6.7298 DD[8]
*9 -53.7443 1.0874 1.49100 57.58
*10 165.9761 DD[10]
11 24.9817 1.9866 1.72825 28.46
12 -9.4218 8.9432
13 16.0529 1.4018 1.59282 68.62
14 -10.8960 1.9895
15 14.7193 2.3635 1.67790 55.34
16 -5.1814 0.4769 1.80518 25.42
17 6.7146 0.4155
18 10.2639 1.9082 1.49700 81.61
19 -8.1363 1.7222
*20 -10.8826 0.9865 1.49100 57.58
*21 -7.3100 1.8762
22 37.0896 1.1785 1.84666 23.78
23 -26.6303 17.4730
24 -69.8886 0.4172 1.80518 25.46
25 10.3042 3.4185 1.65412 39.68
26 -13.7004 0.0399
27 10.8976 2.0532 1.80400 46.58
28 -128.0519 6.6040
29 4.0970 0.3764 1.59551 39.24
30 2.9427 0.6475
31(光圈) ∞ 1.2913
32 -2.9434 0.3508 1.80518 25.46
33 11.3463 1.1823 1.59282 68.62
34 -4.6691 0.1888
35 576.6335 1.3327 1.49700 81.61
36 -4.6531 2.7712
37 14.2916 1.2849 1.80809 22.76
38 -17.7908 3.2827
39 ∞ 4.9665 1.51633 64.14
40 ∞
第1光路折弯机构：从13面向放大侧4.0000的位置
第2光路折弯机构：从24面向放大侧7.3597的位置
[表14]
实施例4·面间隔
投射距离 218.526 139.062 496.650 ∞
DD[8] 2.1515 2.1004 2.2023 2.2360
DD[10] 0.5617 0.6128 0.5109 0.4772
[表15]
实施例4·规格(d线)
f’ -1.00
Bf′ 6.56
FNo. 2.00
2ω[°] 141.4
[表16]
实施例4·非球面系数
将与实施例1～4的成像光学系统的条件式(1)～(5)对应的值示于表17中。另外，所有实施例均以d线为基准波长，下述表17所示的值是该基准波长时的值。
[表17]
式编号 条件式 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
(1) |tan(θ)| 0.059 0.022 0.054 0.026
(2) |Imφ/exP|+|tan(θ)| 0.132 0.087 0.101 0.099
(3) D12/|f| 17.38 15.58 17.26 17.48
(4) f1/|f| 1.83 1.49 1.73 1.65
(5) Bf/|f| 7.68 7.37 7.40 6.56
从以上数据可知，实施例1～4的成像光学系统是均满足条件式(1)～(5)，且具有良好的光学特性，并且搭载于投射型显示装置的情况下无需将投射型显示装置倾斜90度而能够简单地切换横向或竖向投射的成像光学系统。
接着，对本实用新型的实施方式所涉及的投射型显示装置进行说明。图9是本实用新型的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图9所示的投射型显示装置100具有本实用新型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9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9中省略了其图示。
来自光源15的白光在分色镜12、13中分解成3个色光光束(G光、B光、R光)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彩色合成后，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在屏幕105上。
图10是本实用新型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10所示的投射型显示装置200具有本实用新型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(TotalInternal Reflection)棱镜24a～24c以及分离照明光与投射光的偏振光分离棱镜25。另外，在图10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10中省略了其图示。
来自光源215的白光在偏振光分离棱镜25内部的反射面被反射后，通过TIR棱镜24a～24c分解成3个色光光束(G光、B光、R光)。分解后的各色光光束分别入射于所对应的DMD元件21a～21c而被光调制，并再次向反方向行进TIR棱镜24a～24c而彩色合成后，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在屏幕205上。
图11是本实用新型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11所示的投射型显示装置300具有本实用新型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11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11中省略了其图示。
来自光源315的白光通过分色镜32、33分解成3个色光光束(G光、B光、R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彩色合成后，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在屏幕305上。
图12及图13是本实用新型的一实施方式所涉及的摄像装置即照相机400的外观图。图12表示从前侧观察照相机400的立体图，图13表示从背面侧观察照相机400的立体图。照相机400是装卸自如地安装可换镜头48的不带反光式取景器的单反式数码相机。可换镜头48在镜筒内容纳有本实用新型的实施方式所涉及的光学系统即成像光学系统49。
该照相机400具备照相机主体41，且在照相机主体41的上面设置有快门按钮42及电源按钮43。并且在照相机主体41的背面设置有操作部44、45及显示部46。显示部46用于显示所拍摄的图像及拍摄之前的视角内存在的图像。
在照相机主体41的前面中央部设置有来自摄影对象的光入射的摄影开口，在与其摄影开口对应的位置设置有卡口47，经由卡口47可换镜头48安装在照相机主体41上。
在照相机主体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)等成像元件(未图示)、处理由该成像元件输出的摄像信号而生成图像的信号处理电路、及用于记录该已生成的图像的记录介质等。该照相机400中，通过按压快门按钮42能够摄影静态图像或动态图像，通过该摄影所得到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实用新型进行了说明，但本实用新型的成像光学系统并不限定于上述实施例，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，本实用新型的投射型显示装置并不限定于上述结构，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。
并且，本实用新型的摄像装置并不限定于上述结构，例如，也能够适用于单反式照相机、胶卷相机及摄像机等中。

Claims (14)

1.一种成像光学系统，其能够将配置在缩小侧共轭面上的图像显示元件中所显示的图像作为放大像而投射在放大侧共轭面上，所述成像光学系统的特征在于，
所述成像光学系统从放大侧依次包括：第1光学系统；在反射面中折弯光路的第2光路折弯机构；以及由多个透镜构成的第2光学系统，该第1光学系统包括第1透镜组、在反射面中折弯光路的第1光路折弯机构及第2透镜组，
所述第2光学系统将所述图像显示元件上的图像作为中间像来成像，
所述第1光学系统将所述中间像成像在所述放大侧共轭面上，
所述第1光路折弯机构和/或所述第2光路折弯机构配置成将光路折弯90度的朝向，
能够使所述第1光学系统以所述第2透镜组的光轴作为旋转轴而旋转，
并且满足下述条件式(1)：
|tan(θ)|＜0.15……(1)
其中，设为
θ：从所述第2光学系统朝向所述第2光路折弯机构的各主光线与所述缩小侧共轭面的法线所成的角度中成为最大的角度。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
满足下述条件式(2)：
0.02＜|Imφ/exP|+|tan(θ)|＜0.20……(2)
其中，设为
Imφ：缩小侧的有效像圆直径；
exP：将缩小侧设为射出侧时的从所述缩小侧共轭面至近轴射出光瞳位置的光轴上的距离。
3.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
满足下述条件式(3)：
8.0＜D12/|f|＜30.0……(3)
其中，设为
D12：所述第1光学系统与所述第2光学系统的光轴上的间隔；
f：整个系统的焦距。
4.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
满足下述条件式(4)：
1.2＜f1/|f|＜2.8……(4)
其中，设为
f1：所述第1光学系统的焦距；
f：整个系统的焦距。
5.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
满足下述条件式(5)：
4.0＜Bf/|f|……(5)
其中，设为
Bf：整个系统的后焦距；
f：整个系统的焦距。
6.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
所述第1光学系统与所述第2光学系统具有通用光轴。
7.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
与所述中间像的光轴中心相比，所述中间像的周边部向所述第2光学系统侧发生像面弯曲。
8.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
满足下述条件式(1-1)：
|tan(θ)|＜0.10……(1-1)。
9.根据权利要求2所述的成像光学系统，其中，
满足下述条件式(2-1)：
0.04＜|Imφ/exP|+|tan(θ)|＜0.18……(2-1)。
10.根据权利要求3所述的成像光学系统，其中，
满足下述条件式(3-1)：
10.0＜D12/|f|＜25.0……(3-1)。
11.根据权利要求4所述的成像光学系统，其中，
满足下述条件式(4-1)：
1.4＜f1/|f|＜2.2……(4-1)。
12.根据权利要求5所述的成像光学系统，其中，
满足下述条件式(5-1)：
5.0＜Bf/|f|＜20.0……(5-1)。
13.一种投射型显示装置，其特征在于，具备光源；供来自该光源的光入射的光阀；及权利要求1至12中任一项所述的成像光学系统，其作为将基于被该光阀光调制的光的光学像投射在屏幕上的成像光学系统。
14.一种摄像装置，其具备权利要求1至12中任一项所述的成像光学系统。
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