CN206906679U - 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具有广视角并且适当校正各像差且将透镜直径控制为较小的成像光学系统、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第1光学系统(G1)及第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，在各透镜面中的最大视角的主光线高度中，整个系统的最靠放大侧的透镜面上的最大视角的主光线高度成为最大，并且满足规定的条件式(1)及(2)：0.03＜H×|f|/(L×I)＜0.09……(1)，0.35＜I/d1……(2)。

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 Micromi rrorDevice：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1～3)
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2014-029392号公报
专利文献2：日本特开2015-060062号公报
专利文献3：日本特开2005-128286号公报
然而，专利文献1的实施例3、5的成像光学系统的视角较窄，除此以外的实施例的成像光学系统的视角较广，但存在透镜直径较大这一问题。并且，专利文献2的成像光学系统存在透镜直径较大这一问题。并且，专利文献3的成像光学系统存在畸变像差较大且成像性能不充分的问题。
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具有广视角并且适当校正各像差且将透镜直径控制为较小的成像光学系统、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由多个透镜构成的第1光学系统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，在各透镜面中的最大视角的主光线高度中，整个系统的最靠放大侧的透镜面上的最大视角的主光线高度成为最大，并且满足下述条件式(1)及(2)。
0.03＜H×|f|/(L×I)＜0.09……(1)
0.35＜I/d1……(2)
其中，设为
H：通过最靠放大侧的透镜面与光轴的交点且与光轴正交的平面上的最大视角的主光线的高度；
f：整个系统的焦距；
L：最靠放大侧的透镜面与最靠缩小侧的透镜面的光轴上的距离；
I：缩小侧的最大像高；
d1：系统内的光轴上的最大空气间隔。
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)和/或(2-1)。
0.04＜H×|f|/(L×I)＜0.08……(1-1)
0.38＜I/d1＜0.55……(2-1)
并且，优选满足下述条件式(3)，更优选满足下述条件式(3-1)。
4＜b/a＜10……(3)
5＜b/a＜8……(3-1)
其中，设为
b：设计F值的5倍的F值时的最大像高的子午方向的光束直径；
a：设计F值的5倍的F值时的轴上光束直径。
另外，a、b的光束直径设为将投射距离设成无限远时的比最靠放大侧的透镜面更靠放大侧的光束直径。并且，计算a、b时用于确定F值的光圈的位置设为在第2光学系统内主光线与光轴交叉的位置。并且，b的光束直径设为与主光线垂直的方向上的光束直径。
并且，优选满足下述条件式(4)，更优选满足下述条件式(4-1)。
0.8＜H×f2/(fo×I2)＜1.3……(4)
0.84＜H×f2/(fo×I2)＜1.2……(4-1)
其中，设为
H：通过最靠放大侧的透镜面与光轴的交点且与光轴正交的平面上的最大视角的主光线的高度；
f：整个系统的焦距；
fo：第1光学系统的焦距；
I：缩小侧的最大像高。
并且，优选满足下述条件式(5)。
1＜fo/|f|＜1.8……(5)
其中，设为
fo：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(6)。
1＜enp/I＜2……(6)
其中，设为
enp：从最靠放大侧的透镜面至放大侧的光瞳位置的光轴上的距离；
I：缩小侧的最大像高。
另外，光瞳位置设为由最大视角的主光线确定。
并且，与中间像的成像位置的放大侧或缩小侧相邻而具有将凹面朝向缩小侧的正新月形透镜，与该正新月形透镜的缩小侧相邻而具有将凹面朝向放大侧的负透镜，并且优选满足下述条件式(7)，更优选满足下述条件式(7-1)。
0＜(Rpr+Rmf)/(Rpr-Rmf)＜0.8……(7)
0.2＜(Rpr+Rmf)/(Rpr-Rmf)＜0.6……(7-1)
其中，设为
Rpr：正新月形透镜的缩小侧的面的曲率半径；
Rmf：负透镜的放大侧的面的曲率半径。
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起见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，还可以包括实际上不具有光焦度的透镜、不具有光焦度的反射镜或光圈或俺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。
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由多个透镜构成的第1光学系统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，在各透镜面中的最大视角的主光线高度中，整个系统的最靠放大侧的透镜面上的最大视角的主光线高度成为最大，并且满足下述条件式(1)及(2)，因此能够设为具有广视角并且适当校正各像差且将透镜直径控制为较小的成像光学系统。
0.03＜H×|f|/(L×I)＜0.09……(1)
0.35＜I/d1……(2)
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，因此能够投射广视角且高像素的图像，并且能够实现装置的小型化。
本实用新型的摄像装置具备本实用新型的成像光学系统，因此能够获得广视角且高像素的图像，并且能够实现装置的小型化。
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～L2j-透镜，PP-光学部件，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装置。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：从放大侧依次包括由多个透镜构成的第1光学系统G1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：在各透镜面中的最大视角的主光线高度中，整个系统的最靠放大侧的透镜面上的最大视角的主光线高度成为最大。由此，能够保持广视角，并且缩小透镜外径。
并且，以满足下述条件式(1)及(2)的方式构成。通过以不成为条件式(1)的下限以下的方式进行设定，尤其适当校正畸变像差及像散，从而能够容易兼顾光学性能及广视角化。通过以不成为条件式(1)的上限以上的方式进行设定，能够抑制放大侧的透镜直径变大。通过以不成为条件式(2)的下限以下的方式进行设定，能够抑制总长度变长。另外，若设为满足下述条件式(1-1)和/或(2-1)，则能够设为更良好的特性。通过以不成条件式(2-1)的上限以上为的方式进行设定，能够确保适当的透镜间隔而容易校正倍率色差及像面弯曲。
0.03＜H×|f|/(L×I)＜0.09……(1)
0.04＜H×|f|/(L×I)＜0.08……(1-1)
0.35＜I/d1……(2)
0.38＜I/d1＜0.55……(2-1)
其中，设为
H：通过最靠放大侧的透镜面与光轴的交点且与光轴正交的平面上的最大视角的主光线的高度；
f：整个系统的焦距；
L：最靠放大侧的透镜面与最靠缩小侧的透镜面的光轴上的距离；
I：缩小侧的最大像高；
d1：系统内的光轴上的最大空气间隔。
在本实施方式的成像光学系统中，优选满足下述条件式(3)。通过以不成为条件式(3)的下限以下的方式进行设定，即使设为视角广且各像差得到良好校正的透镜的情况下，也能够确保相对照度。通过以不成为条件式(3)的上限以上的方式进行设定，能够抑制透镜直径变大。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。
4＜b/a＜10……(3)
5＜b/a＜8……(3-1)
其中，设为
b：设计F值的5倍的F值时的最大像高的子午方向的光束直径；
a：设计F值的5倍的F值时的轴上光束直径。
并且，优选满足下述条件式(4)。通过以不成为条件式(4)的下限以下的方式进行设定，尤其适当校正畸变像差及像散，从而能够容易兼顾光学性能及广视角化。通过以不成为条件式(4)的上限以上的方式进行设定，能够抑制放大侧的透镜直径变大。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。
0.8＜H×f2/(fo×I2)＜1.3……(4)
0.84＜H×f2/(fo×I2)＜1.2……(4-1)
其中，设为
H：通过最靠放大侧的透镜面与光轴的交点且与光轴正交的平面上的最大视角的主光线的高度；
f：整个系统的焦距；
fo：第1光学系统的焦距；
I：缩小侧的最大像高。
并且，优选满足下述条件式(5)。通过以不成为条件式(5)的下限以下的方式进行设定，能够容易地校正球面像差、像面弯曲及像散。通过以不成为条件式(5)的上限以上的方式进行设定，能够抑制中间像成像位置附近的透镜直径变大。
1＜fo/|f|＜1.8……(5)
其中，设为
fo：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(6)。通过以不成为条件式(6)的下限以下的方式进行设定，能够容易校正畸变像差及像散。通过以不成为条件式(6)的上限以上的方式进行设定，能够抑制放大侧的透镜直径变大。
1＜enp/I＜2……(6)
其中，设为
enp：从最靠放大侧的透镜面至放大侧的光瞳位置的光轴上的距离；
I：缩小侧的最大像高。
并且，与中间像的成像位置的放大侧或缩小侧相邻而具有将凹面朝向缩小侧的正新月形透镜，与该正新月形透镜的缩小侧相邻而具有将凹面朝向放大侧的负透镜，并且优选满足下述条件式(7)。通过以不成为条件式(7)的下限以下的方式进行设定，能够抑制第2光学系统G2的中间的透镜外径变大。通过以不成为条件式(7)的上限以上的方式进行设定，能够抑制中间像成像位置附近的透镜外径变大。另外，若设为满足下述条件式(7-1)，则能够设为更良好的特性。
0＜(Rpr+Rmf)/(Rpr-Rmf)＜0.8……(7)
0.2＜(Rpr+Rmf)/(Rpr-Rmf)＜0.6……(7-1)
其中，设为
Rpr：正新月形透镜的缩小侧的面的曲率半径；
Rmf：负透镜的放大侧的面的曲率半径。
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第1光学系统G1及第2光学系统G2构成。第1光学系统G1由透镜L1a～L1k这11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，将与规格相关的数据示于表2中，将与非球面系数相关的数据示于表3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，将面形状朝向放大侧为凸的情况设为正，朝向缩小侧为凸的情况设为负。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。
表2的与规格相关的数据中示出焦距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。
在表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3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3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～最大18)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～最大18)。
[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 -11.9824 0.5912 1.58313 59.46
*2 4.2802 2.0112
3 11.3341 0.4223 1.83481 42.72
4 2.0637 1.8461
5 -2.3698 1.6063 1.83481 42.72
6 -3.4655 0.0050
7 4.6700 0.8559 1.77250 49.60
8 -25.2694 0.7514
9 -3.7273 1.2782 1.80610 33.27
10 -4.1602 1.3117
11 7.5741 1.4296 1.59282 68.62
12 -2.7352 0.1828 1.71736 29.52
13 -73.2107 1.3385
14 7.8650 1.6911 1.49700 81.61
15 -2.8675 0.2051 1.80518 25.46
16 -42.3621 1.8543
*17 6.4852 1.3101 1.58313 59.46
*18 -4.8774 1.0238
19 3.9852 0.7768 1.84666 23.78
20 6.2029 3.2834
21 -3.0932 1.0135 1.51742 52.43
22 12.9587 0.3367
23 -346.6075 1.3162 1.80000 29.84
24 -4.7977 4.2562
25 7.7867 1.0402 1.59282 68.62
26 -11.6091 3.8300
27(光圈) ∞ 0.4856
28 2.6531 0.1534 1.51742 52.43
29 2.2689 1.0210
30 -2.2729 0.1454 1.84666 23.78
31 10.1197 0.7284 1.59282 68.62
32 -3.8164 0.0051
33 45.4997 0.8863 1.59282 68.62
34 -3.6908 2.3577
35 12.0795 0.8812 1.89286 20.36
36 -15.0017 3.0406
37 ∞ 4.2230 1.51633 64.14
38 ∞ 0.0030
[表2]
实施例1·规格
f’ -1.00
Bf’ 5.82
FNo. 2.05
2ω[°] 126.6
[表3]
实施例1·非球面系数
面编号 1 2
KA -3.22710352E-01 -5.12420208E+00
A3 2.77841807E-02 4.78947876E-02
A4 2.85276272E-04 -2.60866800E-02
A5 -1.03627997E-03 3.33058901E-02
A6 1.08380363E-04 -2.57078731E-02
A7 1.62391178E-05 1.42004634E-02
A8 -3.01306781E-06 -5.56679848E-03
A9 1.84123627E-08 1.57318981E-03
A10 3.91729924E-08 -3.26527884E-04
A11 -3.75509981E-09 4.96148861E-05
A12 -1.82713607E-10 -5.48184635E-06
A13 3.00357220E-11 4.27780457E-07
A14 -2.54501112E-12 -2.38316223E-08
A15 1.10646340E-12 2.96299823E-10
A16 1.15328327E-13 -2.06984108E-10
A17 0.00000000E+00 0.00000000E+00
A18 0.00000000E+00 0.00000000E+00
面编号 17 18
KA 1.45666692E-01 -1.49999945E+01
A3 -4.10191592E-03 -1.22975751E-02
A4 8.80229915E-03 1.47531149E-02
A5 -6.87678586E-03 -3.26414061E-03
A6 3.65219363E-03 -2.33907692E-03
A7 -4.01407946E-03 1.26837185E-03
A8 2.63264761E-03 -3.92634934E-04
A9 -8.32233769E-04 1.25241685E-04
A10 6.89229504E-05 -2.49278838E-05
A11 1.78029344E-05 4.39416157E-07
A12 5.19477138E-06 5.36948473E-08
A13 -5.40371430E-06 2.52132806E-07
A14 1.25757478E-06 -7.98650726E-08
A15 -1.11289734E-07 8.69366896E-09
A16 2.06167105E-09 -5.41667909E-10
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表示规定投射距离(图中显示)时的像差图，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。在实施例2的成像光学系统中，第1光学系统G1由透镜L1a～L1j这10片透镜构成，第2光学系统G2由透镜L2a～L2i这9片透镜构成。并且，将实施例2的成像光学系统的透镜数据示于表4中，将与规格相关的数据示于表5中，将与非球面系数相关的数据示于表6中，将各像差图示于图6中。
[表4]
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 -28.4161 0.5914 1.58313 59.46
*2 3.1877 1.9307
3 9.5077 0.4223 1.80400 46.58
4 2.1215 1.4840
5 -3.1760 1.6897 1.60311 60.64
6 -4.3955 0.0051
7 5.0478 0.5524 1.83481 42.72
8 44.6210 0.9073
9 -2.8724 1.2679 1.80000 29.84
10 -3.5729 2.0894
11 9.8123 1.5594 1.59282 68.62
12 -3.1684 0.2067 1.71736 29.52
13 -6.0100 0.9589
14 5.5703 1.6775 1.49700 81.61
15 -3.6845 0.1990 1.80518 25.46
16 8.6544 2.2997
*17 6.9267 1.1768 1.58313 59.46
*18 -5.2010 3.6773
19 4.4395 1.0397 1.84666 23.78
20 10.9265 2.3957
21 -4.6100 1.0138 1.51742 52.43
22 6.4147 0.6609
23 -99.7684 0.8315 1.80000 29.84
24 -6.1678 2.3912
25 5.6136 1.0559 1.59282 68.62
26 -17.1210 3.5400
27(光圈) ∞ 0.4475
28 2.6166 0.1477 1.51742 52.43
29 2.2266 0.8724
30 -2.1642 0.1433 1.84666 23.78
31 10.5923 0.7858 1.59282 68.62
32 -3.4882 0.0049
33 48.6216 0.8672 1.59282 68.62
34 -3.7327 2.4441
35 10.5646 0.9083 1.89286 20.36
36 -17.5673 3.0415
37 ∞ 4.2243 1.51633 64.14
38 ∞ 0.0029
[表5]
实施例2·规格
f’ -1.00
Bf’ 5.82
FNo. 2.06
2ω[°] 126.2
[表6]
实施例2·非球面系数
面编号 1 2
KA -7.62985147E-06 -1.59640105E+00
A3 1.91408828E-02 3.78525744E-02
A4 7.79071137E-04 -2.63303267E-02
A5 -9.89629774E-04 3.31670557E-02
A6 1.08015681E-04 -2.57447646E-02
A7 1.63122617E-05 1.41563539E-02
A8 -2.93147023E-06 -5.55663212E-03
A9 2.66031250E-08 1.56846843E-03
A10 3.80339069E-08 -3.25360687E-04
A11 -4.11032685E-09 4.96325958E-05
A12 -3.02625387E-10 -5.34511402E-06
A13 1.33747722E-11 4.22571950E-07
A14 -3.90030584E-12 -2.06020966E-08
A15 1.54060542E-12 2.09403135E-10
A16 4.04930765E-13 -4.16926444E-10
A17 0.00000000E+00 0.00000000E+00
A18 0.00000000E+00 0.00000000E+00
面编号 17 18
KA 4.72767629E-01 -1.34228925E+01
A3 -4.91751518E-03 -1.11356946E-02
A4 1.05764524E-02 1.61799985E-02
A5 -6.54558089E-03 -3.04716398E-03
A6 3.64498152E-03 -2.31918247E-03
A7 -4.01192533E-03 1.26375715E-03
A8 2.62506077E-03 -3.95728833E-04
A9 -8.30106731E-04 1.25063790E-04
A10 6.87459767E-05 -2.49054453E-05
A11 1.77334354E-05 4.56941844E-07
A12 5.18467948E-06 6.99499362E-08
A13 -5.38536547E-06 2.54779603E-07
A14 1.25242824E-06 -7.88546454E-08
A15 -1.10682377E-07 9.04308229E-09
A16 2.23983419E-09 -6.33101039E-10
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2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7中，将与规格相关的数据示于表8中，将与非球面系数相关的数据示于表9中，将各像差图示于图7中。
[表7]
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 52.5341 0.5972 1.58313 59.46
*2 2.8027 2.3214
3 11.3237 0.4264 1.80400 46.58
4 2.1599 1.6802
5 -2.7245 1.5025 1.60311 60.64
6 -3.5451 0.0051
7 5.3883 0.5966 1.83481 42.72
8 -793.2892 1.5071
9 -2.8089 1.3992 1.80000 29.84
10 -3.6006 1.1288
11 10.4608 1.4124 1.59282 68.62
12 -3.1453 0.1986 1.71736 29.52
13 -5.4261 0.7023
14 5.8797 1.5715 1.49700 81.61
15 -3.3228 0.1902 1.80518 25.46
16 7.8400 2.2877
*17 7.0627 1.2200 1.58313 59.46
*18 -5.6310 3.6208
19 4.8027 1.0728 1.84666 23.78
20 15.3423 2.1318
21 -5.1283 0.9577 1.51742 52.43
22 6.6360 0.7944
23 -80.2773 0.8284 1.80000 29.84
24 -6.5675 2.9250
25 6.6107 1.0225 1.59282 68.62
26 -14.3055 3.7544
27(光圈) ∞ 0.5019
28 2.8482 0.1521 1.51742 52.43
29 2.3826 0.8867
30 -2.2616 0.1453 1.84666 23.78
31 15.2410 0.7502 1.59282 68.62
32 -3.4929 0.0049
33 84.7093 0.8300 1.59282 68.62
34 -3.7833 2.6338
35 10.1154 0.8983 1.89286 20.36
36 -20.1689 3.0713
37 ∞ 4.2658 1.51633 64.14
38 ∞ 0.0027
[表8]
实施例3·规格
f’ -1.00
Bf’ 5.88
FNo. 2.12
2ω[°] 126.6
[表9]
实施例3·非球面系数
面编号 1 2
KA -7.62987440E-06 -4.50211776E-01
A3 1.45528522E-02 3.31761059E-02
A4 7.71878026E-04 -2.54782717E-02
A5 -9.34295098E-04 3.18914598E-02
A6 1.03352289E-04 -2.45305383E-02
A7 1.54271141E-05 1.33484956E-02
A8 -2.72924766E-06 -5.19201669E-03
A9 2.70844544E-08 1.45117474E-03
A10 3.52166938E-08 -2.97939276E-04
A11 -3.70029058E-09 4.50197003E-05
A12 -2.74795466E-10 -4.80144694E-06
A13 1.37169643E-11 3.75865268E-07
A14 -5.25704973E-12 -1.79165936E-08
A15 1.27601696E-12 1.82308650E-10
A16 3.55604225E-13 -3.60177701E-10
A17 0.00000000E+00 0.00000000E+00
A18 0.00000000E+00 0.00000000E+00
面编号 17 18
KA 4.61874658E-01 -1.35252030E+01
A3 -6.99253997E-03 -1.42198197E-02
A4 1.04169830E-02 1.59684585E-02
A5 -6.31224549E-03 -2.95889409E-03
A6 3.46931526E-03 -2.21595129E-03
A7 -3.78428599E-03 1.18999835E-03
A8 2.45175777E-03 -3.69946897E-04
A9 -7.67949673E-04 1.15769453E-04
A10 6.29630174E-05 -2.27571703E-05
A11 1.60409670E-05 3.67481869E-07
A12 4.65681099E-06 5.89317440E-08
A13 -4.79058121E-06 2.26529118E-07
A14 1.10328635E-06 -6.94965844E-08
A15 -9.64617926E-08 7.89814479E-09
A16 1.93108926E-09 -5.73561631E-10
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。在实施例4的成像光学系统中，第1光学系统G1由透镜L1a～L1j这10片透镜构成，第2光学系统G2也由透镜L2a～L2j这10片透镜构成。并且，将实施例4的成像光学系统的透镜数据示于表10中，将与规格相关的数据示于表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8中。
[表10]
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
*1 198.7971 0.6451 1.58313 59.46
*2 3.1209 1.8593
3 10.5146 0.4608 1.80400 46.58
4 2.5757 2.1612
5 -2.9608 1.5682 1.60311 60.64
6 -3.5387 0.0055
7 6.2008 1.3089 1.83481 42.72
8 82.8756 0.8117
9 -3.0657 1.7106 1.80000 29.84
10 -3.9061 1.1792
11 12.1231 1.8450 1.59282 68.62
12 -3.3382 1.8432 1.71736 29.52
13 -5.7610 0.4147
14 6.4969 1.8450 1.49700 81.61
15 -3.6997 0.4489 1.80518 25.46
16 8.5451 2.3338
*17 8.6197 1.1889 1.58313 59.46
*18 -5.7503 4.1673
19 6.1652 1.7301 1.84666 23.78
20 13.9977 1.6516
21 -6.3486 1.0462 1.51742 52.43
22 11.0818 0.9082
23 -38.6161 1.8434 1.80000 29.84
24 -7.4256 5.3454
25 9.0376 1.8432 1.59282 68.62
26 665.2770 1.4221
27 -585.3151 1.8432 1.59282 68.62
28 -20.2843 5.1440
29(光圈) ∞ 0.2013
30 3.1704 0.2903 1.51742 52.43
31 2.6705 0.9468
32 -2.6031 0.1549 1.84666 23.78
33 14.1022 0.7217 1.59282 68.62
34 -4.0685 0.0056
35 1211.7848 1.4617 1.59282 68.62
36 -4.1344 3.0837
37 12.3683 1.8434 1.89286 20.36
38 -18.2321 3.3178
39 ∞ 4.6081 1.51633 64.14
40 ∞ 0.0026
[表11]
实施例4·规格
f’ -1.00
Bf’ 6.35
FNo. 2.17
2ω[°] 130.0
[表12]
实施例4·非球面系数
面编号 1 2
KA -7.77493017E-06 -5.23511927E-01
A3 1.32196373E-02 2.80785720E-02
A4 6.13630662E-04 -2.02040065E-02
A5 -6.87983406E-04 2.34216287E-02
A6 7.01982015E-05 -1.66758562E-02
A7 9.70393322E-06 8.39995040E-03
A8 -1.59016534E-06 -3.02460050E-03
A9 1.44785309E-08 7.82593934E-04
A10 1.75375194E-08 -1.48736890E-04
A11 -1.71111872E-09 2.08051966E-05
A12 -1.17316670E-10 -2.05399365E-06
A13 5.27972831E-12 1.48847046E-07
A14 -1.82635827E-12 -6.56854664E-09
A15 4.32080585E-13 5.56961180E-11
A16 1.12386413E-13 -1.13146905E-10
A17 0.00000000E+00 0.00000000E+00
A18 0.00000000E+00 0.00000000E+00
面编号 17 18
KA 4.09177993E-01 -1.33610231E+01
A3 -5.67176323E-03 -1.17220410E-02
A4 8.08616925E-03 1.28762295E-02
A5 -4.65084992E-03 -2.16166099E-03
A6 2.35698666E-03 -1.50656379E-03
A7 -2.38156340E-03 7.48518482E-04
A8 1.42823954E-03 -2.15480139E-04
A9 -4.14113147E-04 6.24176095E-05
A10 3.14291163E-05 -1.13583105E-05
A11 7.41161846E-06 1.72108112E-07
A12 1.99157681E-06 2.43105207E-08
A13 -1.89706362E-06 8.97111371E-08
A14 4.04449444E-07 -2.54737911E-08
A15 -3.27328612E-08 2.67893276E-09
A16 6.06547139E-10 -1.80665828E-10
将与实施例1～4的成像光学系统的条件式(1)～(7)对应的值示于表13中。另外，所有实施例均以d线为基准波长，下述表13所示的值是该基准波长下的值。
[表13]
式编号 条件式 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
(1) H*|f|/(L*I) 0.065 0.065 0.075 0.052
(2) I/dl 0.456 0.494 0.467 0.402
(3) b/a 5.61 5.62 5.72 6.01
(4) H*f2/(fo*I2) 1.090 0.998 1.144 0.851
(5) fo/|f| 1.29 1.41 1.41 1.62
(6) enp/I 1.39 1.40 1.61 1.38
(7) (Rpr+Rmf)/(Rpr-Rmf) 0.33 0.41 0.50 0.38
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)～(7)，是具有全视角为100°以上的广视角并且适当校正各像差且将透镜直径控制为较小的成像光学系统。
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的上表面设置有快门按钮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 (13)

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由多个透镜构成的第1光学系统及由多个透镜构成的第2光学系统，
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，
在各透镜面中的最大视角的主光线高度中，整个系统的最靠放大侧的透镜面上的最大视角的主光线高度成为最大，
并且满足下述条件式(1)及(2)：
0.03＜H×|f|/(L×I)＜0.09……(1)
0.35＜I/d1……(2)
其中，设为
H：通过最靠放大侧的透镜面与光轴的交点且与光轴正交的平面上的最大视角的主光线的高度；
f：整个系统的焦距；
L：最靠放大侧的透镜面与最靠缩小侧的透镜面的光轴上的距离；
I：缩小侧的最大像高；
d1：系统内的光轴上的最大空气间隔。
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(3)：
4＜b/a＜10……(3)
其中，设为
b：设计F值的5倍的F值时的最大像高的子午方向的光束直径；
a：设计F值的5倍的F值时的轴上光束直径。
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(4)：
0.8＜H×f2/(fo×I2)＜1.3……(4)
其中，设为
fo：所述第1光学系统的焦距。
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(5)：
1＜fo/|f|＜1.8……(5)
其中，设为
fo：所述第1光学系统的焦距。
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(6)：
1＜enp/I＜2……(6)
其中，设为
enp：从最靠放大侧的透镜面至放大侧的光瞳位置的光轴上的距离。
6.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
与所述中间像的成像位置的放大侧或缩小侧相邻而具有将凹面朝向缩小侧的正新月形透镜，
与该正新月形透镜的缩小侧相邻而具有将凹面朝向放大侧的负透镜，
并且满足下述条件式(7)：
0＜(Rpr+Rmf)/(Rpr-Rmf)＜0.8……(7)
其中，设为
Rpr：所述正新月形透镜的缩小侧的面的曲率半径；
Rmf：所述负透镜的放大侧的面的曲率半径。
7.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)：
0.04＜H×|f|/(L×I)＜0.08……(1-1)。
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(2-1)：
0.38＜I/d1＜0.55……(2-1)。
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(3-1)：
5＜b/a＜8……(3-1)。
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(4-1)：
0.84＜H×f2/(fo×I2)＜1.2……(4-1)。
11.根据权利要求6所述的成像光学系统，其中，
满足下述条件式(7-1)：
0.2＜(Rpr+Rmf)/(Rpr-Rmf)＜0.6……(7-1)。
12.一种投射型显示装置，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11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。
13.一种摄像装置，其具备权利要求1至11中任一项所述的成像光学系统。
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