JP2017211478A - 結像光学系、投写型表示装置、および、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い画角を有しつつ、諸収差を適切に補正し、かつレンズ径を小さく抑えた結像光学系、この結像光学系を備えた投写型表示装置、および、この結像光学系を備えた撮像装置を提供する。【解決手段】拡大側から順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなり、第２光学系Ｇ２は、画像表示面Ｓｉｍ上の画像を中間像として結像させ、第１光学系Ｇ１は、中間像を拡大側共役面上に結像させ、各レンズ面での最大画角の主光線高さの中で、全系の最も拡大側のレンズ面において最大画角の主光線高さが最大になり、所定の条件式（１）および（２）を満足するものとする。【選択図】図１

Description

本発明は、特に、液晶表示素子やＤＭＤ（ Digital Micromirror Device：登録商標）などのライトバルブを搭載した投写型表示装置に用いられるのに好適な結像光学系、この結像光学系を備えた投写型表示装置、および、この結像光学系を備えた撮像装置に関するものである。

近年、液晶表示素子やＤＭＤなどのライトバルブを搭載した投写型表示装置（プロジェクタともいう）が広く普及し、かつ高性能化してきている。

また、近年のライトバルブの性能向上を受けて、ライトバルブと組み合わされる結像光学系には、ライトバルブの解像度に見合った良好な収差補正が求められている。さらに、プレゼンテーション用など比較的狭い室内空間で使用されることを考慮して、より広角な結像光学系が強く要望されるようになっている。

このような要望に応えるべく、複数枚のレンズからなる縮小側光学系で中間像を形成し、同じく複数枚のレンズからなる拡大側光学系で再結像させる結像光学系が提案されている。（特許文献１〜３参照）

通常の中間像を結ばない光学系のみで構成された結像光学系は、焦点距離を短くして広角化をしようとすると、どうしても拡大側のレンズが大きくなりすぎてしまうが、上記のように中間結像させる方式の結像光学系では、拡大側光学系のバックフォーカスを短縮できるとともに、拡大側光学系の拡大側のレンズ径を小さくすることが可能であり、焦点距離を短くして広角化するのにも適している。

特開２０１４−０２９３９２号公報 特開２０１５−０６００６２号公報 特開２００５−１２８２８６号公報

しかしながら、特許文献１の実施例３、５の結像光学系は、画角が狭く、それ以外の実施例の結像光学系は、画角は広いがレンズ径が大きいという問題がある。また、特許文献２の結像光学系は、レンズ径が大きいという問題がある。また、特許文献３の結像光学系は、歪曲収差が大きく結像性能が十分でないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、広い画角を有しつつ、諸収差を適切に補正し、かつレンズ径を小さく抑えた結像光学系、この結像光学系を備えた投写型表示装置、および、この結像光学系を備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の結像光学系は、縮小側共役面上に配置された画像表示素子に表示された画像を、拡大側共役面上に拡大像として投写可能な結像光学系であって、拡大側から順に、複数のレンズにより構成された第１光学系と、複数のレンズにより構成された第２光学系とから実質的になり、第２光学系は、画像表示素子上の画像を中間像として結像させ、第１光学系は、中間像を拡大側共役面上に結像させ、各レンズ面での最大画角の主光線高さの中で、全系の最も拡大側のレンズ面において最大画角の主光線高さが最大になり、下記条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする。
０．０３＜Ｈ×｜ｆ｜／（Ｌ×Ｉ）＜０．０９ …（１）
０．３５＜Ｉ／ｄｌ …（２）
ただし、
Ｈ：最も拡大側のレンズ面と光軸との交点を通り、光軸に直交する平面上での最大画角の主光線の高さ
ｆ：全系の焦点距離
Ｌ：最も拡大側のレンズ面と最も縮小側のレンズ面との光軸上の距離
Ｉ：縮小側の最大像高
ｄｌ：系内における光軸上の最大の空気間隔
とする。

本発明の結像光学系においては、下記条件式（１−１）および／または（２−１）を満足することが好ましい。
０．０４＜Ｈ×｜ｆ｜／（Ｌ×Ｉ）＜０．０８ …（１−１）
０．３８＜Ｉ／ｄｌ＜０．５５ …（２−１）

また、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
４＜ｂ／ａ＜１０ …（３）
５＜ｂ／ａ＜８ …（３−１）
ただし、
ｂ：設計Ｆ値の５倍のＦ値における最大像高の子午方向の光束径
ａ：設計Ｆ値の５倍のＦ値における軸上光束径
とする。
なお、ａ、ｂの光束径は、投写距離を無限遠としたときの、最も拡大側のレンズ面より拡大側の光束径とする。また、ａ、ｂを計算する際にＦ値を決めるための絞りの位置は、第２光学系内で主光線と光軸が交わる位置とする。また、ｂの光束径は、主光線に垂直な方向での光束径とする。

また、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
０．８＜Ｈ×ｆ^２／（ｆｏ×Ｉ^２）＜１．３ …（４）
０．８４＜Ｈ×ｆ^２／（ｆｏ×Ｉ^２）＜１．２ …（４−１）
ただし、
Ｈ：最も拡大側のレンズ面と光軸との交点を通り、光軸に直交する平面上での最大画角の主光線の高さ
ｆ：全系の焦点距離
ｆｏ：第１光学系の焦点距離
Ｉ：縮小側の最大像高
とする。

また、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
１＜ｆｏ／｜ｆ｜＜１．８ …（５）
ただし、
ｆｏ：第１光学系の焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
１＜ｅｎｐ／Ｉ＜２ …（６）
ただし、
ｅｎｐ：最も拡大側のレンズ面から拡大側の瞳位置までの光軸上の距離
Ｉ：縮小側の最大像高
とする。
なお、瞳位置は、最大画角の主光線で決めるものとする。

また、中間像の結像位置の拡大側または縮小側に隣接して、縮小側に凹面を向けた正メニスカスレンズを有し、この正メニスカスレンズの縮小側に隣接して、拡大側に凹面を向けた負レンズを有し、下記条件式（７）を満足することが好ましく、下記条件式（７−１）を満足することがより好ましい。
０＜（Ｒｐｒ＋Ｒｍｆ）／（Ｒｐｒ−Ｒｍｆ）＜０．８ …（７）
０．２＜（Ｒｐｒ＋Ｒｍｆ）／（Ｒｐｒ−Ｒｍｆ）＜０．６ …（７−１）
ただし、
Ｒｐｒ：正メニスカスレンズの縮小側の面の曲率半径
Ｒｍｆ：負レンズの拡大側の面の曲率半径
とする。

本発明の投写型表示装置は、光源と、光源からの光が入射するライトバルブと、ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する結像光学系としての上記本発明の結像光学系とを備えたことを特徴とする。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の結像光学系を備えたことを特徴とする。

なお、上記「拡大側」とは、被投写側（スクリーン側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にスクリーン側を拡大側と称するものとする。一方、上記「縮小側」とは、画像表示素子側（ライトバルブ側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。

また、上記「〜から実質的になる」とは、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、パワーを有さないミラーや絞りやマスクやカバーガラスやフィルタなどのレンズ以外の光学要素などを含んでもよいことを意図するものである。

また、上記「レンズ群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。

また、上記のレンズの面形状や屈折力の符号は、非球面が含まれている場合は近軸領域で考えるものとする。

本発明の結像光学系は、縮小側共役面上に配置された画像表示素子に表示された画像を、拡大側共役面上に拡大像として投写可能な結像光学系であって、拡大側から順に、複数のレンズにより構成された第１光学系と、複数のレンズにより構成された第２光学系とから実質的になり、第２光学系は、画像表示素子上の画像を中間像として結像させ、第１光学系は、中間像を拡大側共役面上に結像させ、各レンズ面での最大画角の主光線高さの中で、全系の最も拡大側のレンズ面において最大画角の主光線高さが最大になり、下記条件式（１）および（２）を満足するものとしたので、広い画角を有しつつ、諸収差を適切に補正し、かつレンズ径を小さく抑えた結像光学系とすることができる。
０．０３＜Ｈ×｜ｆ｜／（Ｌ×Ｉ）＜０．０９ …（１）
０．３５＜Ｉ／ｄｌ …（２）

本発明の投写型表示装置は、本発明の結像光学系を備えているため、広画角で高画質の画像を投射できるとともに、装置を小型化することができる。

本発明の撮像装置は、本発明の結像光学系を備えているため、広画角で高画質の画像を取得できるとともに、装置を小型化することができる。

本発明の一実施形態にかかる結像光学系（実施例１と共通）の構成を示す断面図 本発明の実施例２の結像光学系の構成を示す断面図 本発明の実施例３の結像光学系の構成を示す断面図 本発明の実施例４の結像光学系の構成を示す断面図 本発明の実施例１の結像光学系の各収差図 本発明の実施例２の結像光学系の各収差図 本発明の実施例３の結像光学系の各収差図 本発明の実施例４の結像光学系の各収差図 本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図 本発明の別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図 本発明のさらに別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図 本発明の一実施形態に係る撮像装置の前側の斜視図 図１２に示す撮像装置の背面側の斜視図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる結像光学系の構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１の結像光学系の構成と共通である。図１においては、画像表示面Ｓｉｍ側が縮小側、第１光学系Ｇ１のレンズＬ１ａ側が拡大側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、図１では軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。

この結像光学系は、例えば投写型表示装置に搭載されて、ライトバルブに表示された画像情報をスクリーンへ投写するものとして使用可能である。図１では、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、色合成部または照明光分離部に用いられるフィルタやプリズムなどを想定した光学部材ＰＰと、光学部材ＰＰの縮小側の面に位置するライトバルブの画像表示面Ｓｉｍも合わせて図示している。投写型表示装置においては、画像表示素子上の画像表示面Ｓｉｍで画像情報を与えられた光束が、光学部材ＰＰを介して、この結像光学系に入射され、この結像光学系により不図示のスクリーン上に投写されるようになる。

図１に示す通り、本実施形態の結像光学系は、拡大側から順に、複数のレンズにより構成された第１光学系Ｇ１と、複数のレンズにより構成された第２光学系Ｇ２とから実質的になり、第２光学系Ｇ２は、画像表示面Ｓｉｍ上の画像を中間像として結像させ、第１光学系Ｇ１は、中間像を拡大側共役面上に結像させるように構成されている。

通常の中間像を結ばない光学系のみで構成された投写用光学系は、焦点距離を短くして広角化をしようとすると、どうしても拡大側のレンズが大きくなりすぎてしまうが、本実施形態のように中間結像させる方式の投写用光学系では、第１光学系Ｇ１のバックフォーカスを短縮できるとともに、第１光学系Ｇ１の拡大側のレンズ径を小さくすることが可能であり、焦点距離を短くして広角化するのに適している。

また、各レンズ面での最大画角の主光線高さの中で、全系の最も拡大側のレンズ面において最大画角の主光線高さが最大になるように構成されている。これにより、広い画角を保ちつつ、レンズ外径を小さくすることができる。

また、下記条件式（１）および（２）を満足するように構成されている。条件式（１）の下限以下とならないようにすることで、特に歪曲収差および非点収差を適切に補正し、光学性能と広画角化の両立を容易にすることができる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることで、拡大側のレンズ径が大きくなるのを抑えることができる。条件式（２）の下限以下とならないようにすることで、全長が長くなるのを抑えることができる。なお、下記条件式（１−１）および／または（２−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。条件式（２−１）の上限以上とならないようにすることで、適切なレンズ間隔を確保して倍率色収差および像面湾曲の補正を容易にすることができる。
０．０３＜Ｈ×｜ｆ｜／（Ｌ×Ｉ）＜０．０９ …（１）
０．０４＜Ｈ×｜ｆ｜／（Ｌ×Ｉ）＜０．０８ …（１−１）
０．３５＜Ｉ／ｄｌ …（２）
０．３８＜Ｉ／ｄｌ＜０．５５ …（２−１）
ただし、
Ｈ：最も拡大側のレンズ面と光軸との交点を通り、光軸に直交する平面上での最大画角の主光線の高さ
ｆ：全系の焦点距離
Ｌ：最も拡大側のレンズ面と最も縮小側のレンズ面との光軸上の距離
Ｉ：縮小側の最大像高
ｄｌ：系内における光軸上の最大の空気間隔
とする。

本実施形態の結像光学系においては、下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）の下限以下とならないようにすることで、画角が広く諸収差が良好に補正されたレンズとした場合においても、周辺光量比を確保することができる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることで、レンズ径が大きくなるのを抑えることができる。なお、下記条件式（３−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
４＜ｂ／ａ＜１０ …（３）
５＜ｂ／ａ＜８ …（３−１）
ただし、
ｂ：設計Ｆ値の５倍のＦ値における最大像高の子午方向の光束径
ａ：設計Ｆ値の５倍のＦ値における軸上光束径
とする。

また、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）の下限以下とならないようにすることで、特に歪曲収差および非点収差を適切に補正し、光学性能と広画角化の両立を容易にすることができる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、拡大側のレンズ径が大きくなるのを抑えることができる。なお、下記条件式（４−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０．８＜Ｈ×ｆ^２／（ｆｏ×Ｉ^２）＜１．３ …（４）
０．８４＜Ｈ×ｆ^２／（ｆｏ×Ｉ^２）＜１．２ …（４−１）
ただし、
Ｈ：最も拡大側のレンズ面と光軸との交点を通り、光軸に直交する平面上での最大画角の主光線の高さ
ｆ：全系の焦点距離
ｆｏ：第１光学系の焦点距離
Ｉ：縮小側の最大像高
とする。

また、下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）の下限以下とならないようにすることで、球面収差、像面湾曲、および、非点収差の補正を容易にすることができる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることで、中間結像位置付近のレンズ径が大きくなるのを抑えることができる。
１＜ｆｏ／｜ｆ｜＜１．８ …（５）
ただし、
ｆｏ：第１光学系の焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）の下限以下とならないようにすることで、歪曲収差および非点収差の補正を容易にすることができる。条件式（６）の上限以上とならないようにすることで、拡大側のレンズ径が大きくなるのを抑えることができる。
１＜ｅｎｐ／Ｉ＜２ …（６）
ただし、
ｅｎｐ：最も拡大側のレンズ面から拡大側の瞳位置までの光軸上の距離
Ｉ：縮小側の最大像高
とする。

また、中間像の結像位置の拡大側または縮小側に隣接して、縮小側に凹面を向けた正メニスカスレンズを有し、この正メニスカスレンズの縮小側に隣接して、拡大側に凹面を向けた負レンズを有し、下記条件式（７）を満足することが好ましい。条件式（７）の下限以下とならないようにすることで、第２光学系Ｇ２の中間のレンズ外径が大きくなるのを抑えることができる。条件式（７）の上限以上とならないようにすることで、中間像結像位置付近のレンズ外径が大きくなるのを抑えることができる。なお、下記条件式（７−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０＜（Ｒｐｒ＋Ｒｍｆ）／（Ｒｐｒ−Ｒｍｆ）＜０．８ …（７）
０．２＜（Ｒｐｒ＋Ｒｍｆ）／（Ｒｐｒ−Ｒｍｆ）＜０．６ …（７−１）
ただし、
Ｒｐｒ：正メニスカスレンズの縮小側の面の曲率半径
Ｒｍｆ：負レンズの拡大側の面の曲率半径
とする。

次に、本発明の結像光学系の数値実施例について説明する。
まず、実施例１の結像光学系について説明する。実施例１の結像光学系の構成を示す断面図を図１に示す。なお、図１および後述の実施例２〜４に対応した図２〜４においては、画像表示面Ｓｉｍ側が縮小側、第１光学系Ｇ１のレンズＬ１ａ側が拡大側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、図１〜４では軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。

実施例１の結像光学系は、拡大側から順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とから構成されている。第１光学系Ｇ１は、レンズＬ１ａ〜Ｌ１ｋの１１枚のレンズから構成されている。第２光学系Ｇ２は、レンズＬ２ａ〜Ｌ２ｈの８枚のレンズから構成されている。

実施例１の結像光学系のレンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に、非球面係数に関するデータを表３に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜４についても基本的に同様である。

表１のレンズデータにおいて、面番号の欄には最も拡大側の構成要素の面を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加する面番号を示し、曲率半径の欄には各面の曲率半径を示し、面間隔の欄には各面とその次の面との光軸Ｚ上の間隔を示す。また、ｎの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示す。ここで、曲率半径の符号は、面形状が拡大側に凸の場合を正、縮小側に凸の場合を負としている。レンズデータには、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載している。

表２の諸元に関するデータに、焦点距離ｆ´、バックフォーカスＢｆ´、Ｆ値ＦＮｏ、および、全画角２ωの値を示す。

なお、基本レンズデータおよび諸元に関するデータに示す数値は、全系の焦点距離が−１となるように規格化されたものである。また、各表の数値は、所定の桁でまるめたものである。

表１のレンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表３の非球面係数に関するデータには、非球面の面番号と、これら非球面に関する非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味する。非球面係数は、下記式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３〜最大１８）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３〜最大１８）
とする。

実施例１の結像光学系の各収差図を図５に示す。なお、図５は所定投写距離（図中表示）における収差図を示しており、左側から順に球面収差、非点収差、歪曲収差、および、倍率色収差を示す。球面収差、非点収差、および、歪曲収差を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線(波長６５６．３ｎｍ)、および、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)についての収差をそれぞれ実線、長破線、および、短破線の実線で示す。非点収差図にはサジタル方向およびタンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線および短破線で示す。倍率色収差図にはＣ線(波長６５６．３ｎｍ)およびＦ線(波長４８６．１ｎｍ)についての収差をそれぞれ長破線および短破線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦ値、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

次に、実施例２の結像光学系について説明する。実施例２の結像光学系の構成を示す断面図を図２に示す。実施例２の結像光学系では、第１光学系Ｇ１は、レンズＬ１ａ〜Ｌ１ｊの１０枚のレンズから構成されており、第２光学系Ｇ２は、レンズＬ２ａ〜Ｌ２ｉの９枚のレンズから構成されている。また、実施例２の結像光学系のレンズデータを表４に、諸元に関するデータを表５に、非球面係数に関するデータを表６に、各収差図を図６に示す。

次に、実施例３の結像光学系について説明する。実施例３の結像光学系の構成を示す断面図を図３に示す。実施例３の結像光学系は、実施例２と同様のレンズ枚数構成である。また、実施例３の結像光学系のレンズデータを表７に、諸元に関するデータを表８に、非球面係数に関するデータを表９、各収差図を図７に示す。

次に、実施例４の結像光学系について説明する。実施例４の結像光学系の構成を示す断面図を図４に示す。実施例４の結像光学系では、第１光学系Ｇ１は、レンズＬ１ａ〜Ｌ１ｊの１０枚のレンズから構成されており、第２光学系Ｇ２も、レンズＬ２ａ〜Ｌ２ｊの１０枚のレンズから構成されている。また、実施例４の結像光学系のレンズデータを表１０に、諸元に関するデータを表１１に、非球面係数に関するデータを表１２、各収差図を図８に示す。

実施例１〜４の結像光学系の条件式（１）〜（７）に対応する値を表１３に示す。なお、全実施例ともｄ線を基準波長としており、下記の表１３に示す値はこの基準波長におけるものである。

以上のデータから、実施例１〜４の結像光学系は全て、条件式（１）〜（７）を満たしており、全画角が１００°以上と広い画角を有しつつ、諸収差を適切に補正し、かつレンズ径を小さく抑えた結像光学系であることが分かる。

次に、本発明の実施形態に係る投写型表示装置について説明する。図９は、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図９に示す投写型表示装置１００は、本発明の実施形態に係る結像光学系１０と、光源１５と、各色光に対応したライトバルブとしての透過型表示素子１１ａ〜１１ｃと、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４と、コンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃと、光路を偏向するための全反射ミラー１８ａ〜１８ｃとを有する。なお、図９では、結像光学系１０は概略的に図示している。また、光源１５とダイクロイックミラー１２の間にはインテグレーターが配されているが、図９ではその図示を省略している。

光源１５からの白色光は、ダイクロイックミラー１２、１３で３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解された後、それぞれコンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型表示素子１１ａ〜１１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成された後、結像光学系１０に入射する。結像光学系１０は、透過型表示素子１１ａ〜１１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン１０５上に投写する。

図１０は、本発明の別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図１０に示す投写型表示装置２００は、本発明の実施形態に係る結像光学系２１０と、光源２１５と、各色光に対応したライトバルブとしてのＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃと、色分解および色合成のためのＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム２４ａ〜２４ｃと、照明光と投写光を分離する偏光分離プリズム２５とを有する。なお、図１０では結像光学系２１０を概略的に図示している。また、光源２１５と偏光分離プリズム２５の間にはインテグレーターが配されているが、図１０ではその図示を省略している。

光源２１５からの白色光は、偏光分離プリズム２５内部の反射面で反射された後、ＴＩＲプリズム２４ａ〜２４ｃにより３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ対応するＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃに入射して光変調され、再びＴＩＲプリズム２４ａ〜２４ｃを逆向きに進行して色合成された後、偏光分離プリズム２５を透過して、結像光学系２１０に入射する。結像光学系２１０は、ＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン２０５上に投写する。

図１１は、本発明のさらに別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図１１に示す投写型表示装置３００は、本発明の実施形態に係る結像光学系３１０と、光源３１５と、各色光に対応したライトバルブとしての反射型表示素子３１ａ〜３１ｃと、色分離のためのダイクロイックミラー３２、３３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム３４と、光路偏向のための全反射ミラー３８と、偏光分離プリズム３５ａ〜３５ｃとを有する。なお、図１１では、結像光学系３１０は概略的に図示している。また、光源３１５とダイクロイックミラー３２の間にはインテグレーターが配されているが、図１１ではその図示を省略している。

光源３１５からの白色光はダイクロイックミラー３２、３３により３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ偏光分離プリズム３５ａ〜３５ｃを経て、各色光光束それぞれに対応する反射型表示素子３１ａ〜３１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム３４により色合成された後、結像光学系３１０に入射する。結像光学系３１０は、反射型表示素子３１ａ〜３１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン３０５上に投写する。

図１２、図１３は、本発明の一実施形態に係る撮像装置であるカメラ４００の外観図である。図１２は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図１３は、カメラ４００を背面側から見た斜視図を示す。カメラ４００は、交換レンズ４８が取り外し自在に装着される、レフレックスファインダーを持たない一眼形式のデジタルカメラである。交換レンズ４８は、本発明の実施形態にかかる光学系である結像光学系４９を鏡筒内に収納したものである。

このカメラ４００はカメラボディ４１を備え、カメラボディ４１の上面にはシャッターボタン４２と電源ボタン４３とが設けられている。またカメラボディ４１の背面には、操作部４４、４５と表示部４６とが設けられている。表示部４６は、撮像された画像や、撮像される前の画角内にある画像を表示するためのものである。

カメラボディ４１の前面中央部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口が設けられ、その撮影開口に対応する位置にマウント４７が設けられ、マウント４７を介して交換レンズ４８がカメラボディ４１に装着されるようになっている。

カメラボディ４１内には、交換レンズ４８によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子（図示せず）、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路、およびその生成された画像を記録するための記録媒体などが設けられている。このカメラ４００では、シャッターボタン４２を押すことにより静止画または動画の撮影が可能であり、この撮影で得られた画像データが上記記録媒体に記録される。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明の結像光学系は、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、および、アッベ数を適宜変更することが可能である。

また、本発明の投写型表示装置も、上記構成のものに限られるものではなく、例えば、用いられるライトバルブおよび光束分離または光束合成に用いられる光学部材は、上記構成に限定されず、種々の態様の変更が可能である。

また、本発明の撮像装置も、上記構成のものに限られるものではなく、例えば、一眼レフ形式のカメラや、フィルムカメラ、および、ビデオカメラなどに適用することも可能である。

１０、２１０、３１０ 結像光学系
１１ａ〜１１ｃ 透過型表示素子
１２、１３、３２、３３ ダイクロイックミラー
１４、３４ クロスダイクロイックプリズム
１５、２１５、３１５ 光源
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ、３８ 全反射ミラー
２１ａ〜２１ｃ ＤＭＤ素子
２４ａ〜２４ｃ ＴＩＲプリズム
２５、３５ａ〜３５ｃ 偏光分離プリズム
３１ａ〜３１ｃ 反射型表示素子
４１ カメラボディ
４２ シャッターボタン
４３ 電源ボタン
４４、４５ 操作部
４６ 表示部
４７ マウント
４８ 交換レンズ
４９ 結像光学系
１００、２００、３００ 投写型表示装置
１０５、２０５、３０５ スクリーン
４００ カメラ
Ｇ１ 第１光学系
Ｇ２ 第２光学系
Ｌ１ａ〜Ｌ２ｊ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 画像表示面
Ｓｔ 開口絞り
ｗａ 軸上光束
ｗｂ 最大画角の光束
Ｚ 光軸

Claims (13)

1. 縮小側共役面上に配置された画像表示素子に表示された画像を、拡大側共役面上に拡大像として投写可能な結像光学系であって、
   拡大側から順に、複数のレンズにより構成された第１光学系と、複数のレンズにより構成された第２光学系とから実質的になり、
   前記第２光学系は、前記画像表示素子上の画像を中間像として結像させ、
   前記第１光学系は、前記中間像を前記拡大側共役面上に結像させ、
   各レンズ面での最大画角の主光線高さの中で、全系の最も拡大側のレンズ面において最大画角の主光線高さが最大になり、
   下記条件式（１）および（２）を満足する
   ことを特徴とする結像光学系。
   ０．０３＜Ｈ×｜ｆ｜／（Ｌ×Ｉ）＜０．０９ …（１）
   ０．３５＜Ｉ／ｄｌ …（２）
   ただし、
   Ｈ：最も拡大側のレンズ面と光軸との交点を通り、光軸に直交する平面上での最大画角の主光線の高さ
   ｆ：全系の焦点距離
   Ｌ：最も拡大側のレンズ面と最も縮小側のレンズ面との光軸上の距離
   Ｉ：縮小側の最大像高
   ｄｌ：系内における光軸上の最大の空気間隔
   とする。
2. 下記条件式（３）を満足する
   請求項１記載の結像光学系。
   ４＜ｂ／ａ＜１０ …（３）
   ただし、
   ｂ：設計Ｆ値の５倍のＦ値における最大像高の子午方向の光束径
   ａ：設計Ｆ値の５倍のＦ値における軸上光束径
   とする。
3. 下記条件式（４）を満足する
   請求項１または２記載の結像光学系。
   ０．８＜Ｈ×ｆ^２／（ｆｏ×Ｉ^２）＜１．３ …（４）
   ただし、
   ｆｏ：前記第１光学系の焦点距離
   とする。
4. 下記条件式（５）を満足する
   請求項１から３のいずれか１項記載の結像光学系。
   １＜ｆｏ／｜ｆ｜＜１．８ …（５）
   ただし、
   ｆｏ：前記第１光学系の焦点距離
   とする。
5. 下記条件式（６）を満足する
   請求項１から４のいずれか１項記載の結像光学系。
   １＜ｅｎｐ／Ｉ＜２ …（６）
   ただし、
   ｅｎｐ：最も拡大側のレンズ面から拡大側の瞳位置までの光軸上の距離
   とする。
6. 前記中間像の結像位置の拡大側または縮小側に隣接して、縮小側に凹面を向けた正メニスカスレンズを有し、
   該正メニスカスレンズの縮小側に隣接して、拡大側に凹面を向けた負レンズを有し、
   下記条件式（７）を満足する
   請求項１から５のいずれか１項記載の結像光学系。
   ０＜（Ｒｐｒ＋Ｒｍｆ）／（Ｒｐｒ−Ｒｍｆ）＜０．８ …（７）
   ただし、
   Ｒｐｒ：前記正メニスカスレンズの縮小側の面の曲率半径
   Ｒｍｆ：前記負レンズの拡大側の面の曲率半径
   とする。
7. 下記条件式（１−１）を満足する
   請求項１記載の結像光学系。
   ０．０４＜Ｈ×｜ｆ｜／（Ｌ×Ｉ）＜０．０８ …（１−１）
8. 下記条件式（２−１）を満足する
   請求項１記載の結像光学系。
   ０．３８＜Ｉ／ｄｌ＜０．５５ …（２−１）
9. 下記条件式（３−１）を満足する
   請求項２記載の結像光学系。
   ５＜ｂ／ａ＜８ …（３−１）
10. 下記条件式（４−１）を満足する
    請求項３記載の結像光学系。
    ０．８４＜Ｈ×ｆ^２／（ｆｏ×Ｉ^２）＜１．２ …（４−１）
11. 下記条件式（７−１）を満足する
    請求項６記載の結像光学系。
    ０．２＜（Ｒｐｒ＋Ｒｍｆ）／（Ｒｐｒ−Ｒｍｆ）＜０．６ …（７−１）
12. 光源と、該光源からの光が入射するライトバルブと、該ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する結像光学系としての請求項１から１１のいずれか１項記載の結像光学系とを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
13. 請求項１から１１のいずれか１項記載の結像光学系を備えた撮像装置。