JP2019061190A - 結像光学系、投写型表示装置、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広角で、レンズ外径が抑えられて低コスト化が図られ、良好な性能を有する結像光学系、この結像光学系を備えた投写型表示装置、この結像光学系を備えた撮像装置を提供する。【解決手段】結像光学系は、拡大側から順に、中間像ＭＩを形成する第１光学系Ｇ１、中間像ＭＩを再結像させる第２光学系Ｇ２からなり、縮小側がテレセントリックに構成される。第２光学系Ｇ２の最も拡大側のレンズ面での光線高さ、第１光学系Ｇ１の最も縮小側のレンズ面での光線高さ、最大画角の主光線が第２光学系内で光軸Ｚと交わる位置での光線の高さに関する所定の条件式を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、結像光学系、投写型表示装置、及び撮像装置に関する。

従来、液晶表示素子又はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：登録商標）等のライトバルブに表示した画像をスクリーン等に拡大投写する投写型表示装置が広く用いられている。投写型表示装置においてライトバルブと併用される投写用の結像光学系には、近年のライトバルブの性能向上を受けてライトバルブの解像度に見合った良好な収差補正がなされていることが要望されている。

従来知られている投写型表示装置に適用可能な結像光学系としては、例えば下記特許文献１に記載の光学系を挙げることができる。特許文献１には、複数枚のレンズからなる縮小側の第２光学系で中間像を形成し、複数枚のレンズからなる拡大側の第１光学系で中間像を拡大投写する光学系が記載されている。

特開２０１６−１４３０３２号公報

近年では、プレゼンテーション用途など比較的狭い室内空間で投写型表示装置を使用することを考慮して、より広い画角を有する投写用の結像光学系が要望されている。この要望がある一方で、投写型表示装置の低廉化に対する要望もあり、それに伴い投写型表示装置に搭載される結像光学系の低廉化に対する要求が強くなってきている。

しかしながら、特許文献１に記載の光学系は、第１光学系の中間像の近傍に外径の大きなレンズが多く配置されており、コストが高い構成となっている。

本発明は、中間像を形成するタイプの光学系において、広い画角を有しながらも、レンズ外径が抑えられてコストダウンが図られ、良好な光学性能を有する結像光学系、この結像光学系を備えた投写型表示装置、及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。

上記課題を解決するために、本発明の結像光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、少なくとも１枚のレンズを有し拡大側結像面と共役な位置に中間像を形成する第１光学系と、少なくとも１枚のレンズを有し中間像を縮小側結像面に再結像させる第２光学系とからなり、縮小側がテレセントリックに構成されており、第２光学系の最も拡大側のレンズ面での最大画角の主光線の高さをｈｋｃ２、第１光学系の最も縮小側のレンズ面での最大画角の主光線の高さをｈｒｃ１、第２光学系の最も拡大側のレンズ面での軸上マージナル光線の高さをｈｋｍ２、最大画角の主光線が第２光学系内で光軸と交わる位置での軸上マージナル光線の高さをｈｓとした場合、
１．５＜ｈｋｃ２／ｈｒｃ１ （１）
ｈｋｍ２／ｈｓ＜０．８ （２）
で表される条件式（１）及び（２）を満足する。

本発明の結像光学系においては、下記条件式（１−１）及び（２−１）の少なくとも一方を満足することが好ましい。
１．８＜ｈｋｃ２／ｈｒｃ１＜２．５ （１−１）
０．４＜ｈｋｍ２／ｈｓ＜０．７ （２−１）

本発明の結像光学系においては、第２光学系の最も拡大側のレンズへ入射する最大画角の主光線と、第２光学系の最も拡大側のレンズから射出する最大画角の主光線とのなす角の絶対値をθとし、θの単位を度とした場合、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。
１４＜θ （３）
１６＜θ＜２０ （３−１）

本発明の結像光学系においては、第１光学系の最も縮小側のレンズが非球面レンズであり、この非球面レンズについて、非球面レンズの拡大側の面での最大画角の主光線の高さをｙｋ、非球面レンズの縮小側の面での最大画角の主光線の高さをｙｒ、非球面レンズの拡大側の面とこの面の近軸球面との高さｙｋにおける光軸方向のずれ量をＸｋ（ｙｋ）、非球面レンズの縮小側の面とこの面の近軸球面との高さｙｒにおける光軸方向のずれ量をＸｒ（ｙｒ）とし、Ｘｋ（ｙｋ）の符号は、高さｙｋにおいて非球面レンズの拡大側の面がこの面の近軸球面より拡大側にあれば負、縮小側にあれば正とし、Ｘｒ（ｙｒ）の符号は、高さｙｒにおいて非球面レンズの縮小側の面がこの面の近軸球面より拡大側にあれば負、縮小側にあれば正とし、全系の焦点距離をｆとした場合、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＜［Ｘｒ（ｙｒ）−Ｘｋ（ｙｋ）］／｜ｆ｜ （４）
０．３＜［Ｘｒ（ｙｒ）−Ｘｋ（ｙｋ）］／｜ｆ｜＜１ （４−１）

本発明の結像光学系においては、縮小側結像面での最大像高をＹｍａｘ、第１光学系の最も縮小側のレンズ面での最大画角の主光線の高さをｈｒｃ１とした場合、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
０．８＜Ｙｍａｘ／ｈｒｃ１＜１．５ （５）

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、本発明の結像光学系とを備え、上記結像光学系は、ライトバルブにより変調された変調光による光学像をスクリーン上に投写する。

本発明の撮像装置は、本発明の結像光学系を備えている。

なお、本発明の結像光学系が投写型表示装置に適用される場合は、上記「拡大側」は、被投写側（スクリーン側）を意味し、上記「縮小側」は、原画像表示領域側（ライトバルブ側）を意味する。

なお、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」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、並びに、絞り、フィルタ、及びカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、及び手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図する。

なお、本明細書における屈折力の符号は、特に断りがない限り近軸領域で考えることにする。また、上記条件式で用いている値は、拡大側結像面から最も拡大側のレンズ面までの距離を無限遠とし、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））を基準とした場合の値である。

本発明によれば、中間像を形成するタイプの光学系において、所定の条件式を満足するように構成することによって、広い画角を有しながらも、レンズ外径が抑えられてコストダウンが図られ、良好な光学性能を有する結像光学系、この結像光学系を備えた投写型表示装置、及びこの結像光学系を備えた撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る結像光学系（本発明の実施例１の結像光学系）の構成と光束を示す断面図である。 条件式（１）及び（２）の記号を説明するための部分拡大図である。 Ｘｋ（ｙｋ）を説明するための概念図である。 本発明の実施例２の結像光学系の構成と光束を示す断面図である。 本発明の実施例３の結像光学系の構成と光束を示す断面図である。 本発明の実施例１の結像光学系の各収差図である。 本発明の実施例２の結像光学系の各収差図である。 本発明の実施例３の結像光学系の各収差図である。 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。 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。 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。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の正面側の斜視図である。 図１２に示す撮像装置の背面側の斜視図である。

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係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に対応している。図１では、左側を拡大側、右側を縮小側としており、軸上光束２及び最大画角の光束３も合わせて示している。

この結像光学系は、縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、この中間像を拡大側結像面に再結像させる光学系である。この結像光学系は、投写型表示装置に用いられる投写光学系、及びデジタルカメラ等に用いられる撮像光学系として好適な光学系である。

図１では、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、スクリーンＳｃｒと、光学部材ＰＰと、ライトバルブの画像表示面Ｓｉｍも図示している。光学部材ＰＰは、入射面と出射面が平行な部材である。光学部材ＰＰは、フィルタ、カバーガラス、及び色合成プリズム等を想定した部材である。光学部材ＰＰは必須の構成要素ではなく、光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。また、図１では光学部材ＰＰの縮小側の面の位置と画像表示面Ｓｉｍの位置とが一致した構成例を示しているが、これらの位置が異なる構成も可能である。

投写型表示装置においては、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スクリーンＳｃｒ上に投写される。すなわち、図１の例では、画像表示面Ｓｉｍが縮小側結像面に対応し、スクリーンＳｃｒが拡大側結像面に対応する。

この結像光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、少なくとも１枚のレンズを有し拡大側結像面と共役な位置に中間像ＭＩを形成する第１光学系Ｇ１と、少なくとも１枚のレンズを有し中間像ＭＩを縮小側結像面に再結像させる第２光学系Ｇ２とからなる。すなわち、この結像光学系は、中間像ＭＩの形成位置を挟んで、拡大側に配置された第１光学系Ｇ１と、縮小側に配置された第２光学系Ｇ２とからなる。なお、図１では中間像ＭＩのうち光軸近傍を含む一部のみを概念的に点線で示しており、その光軸方向の位置は光軸近傍での位置を基に示している。

中間像ＭＩを形成する結像光学系では、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、全系の焦点距離を短くして広角化に適した構成とすることができる。したがって、中間像ＭＩを形成する結像光学系では、広い画角を有する光学系でも拡大側のレンズ径を小さくすることが可能である。

この結像光学系は、縮小側がテレセントリックに構成されている。投写型表示装置において結像光学系と色合成プリズムとを組み合わせて使用する場合、色合成プリズムは入射光の角度によって分光特性が変化するため、結像光学系は縮小側がテレセントリックに構成されていることが望まれる。

ここで、上記「縮小側がテレセントリック」は、拡大側から縮小側へ向かう方向に光束を見たとき、縮小側結像面である画像表示面Ｓｉｍの任意の点に集光する光束の断面において上側の最大光線と下側の最大光線との二等分角線が光軸Ｚと略平行の状態を指す。ここでいう略平行の状態とは、光軸Ｚに対する上記二等分角線の傾きが−３°以上かつ＋３°以下の範囲内にある状態である。

この結像光学系は、第２光学系Ｇ２の最も拡大側のレンズ面での最大画角の主光線の高さをｈｋｃ２、第１光学系Ｇ１の最も縮小側のレンズ面での最大画角の主光線の高さをｈｒｃ１、第２光学系Ｇ２の最も拡大側のレンズ面での軸上マージナル光線の高さをｈｋｍ２、最大画角の主光線が第２光学系Ｇ２内で光軸Ｚと交わる位置での軸上マージナル光線の高さをｈｓとした場合、下記条件式（１）及び（２）を満足するように構成される。
１．５＜ｈｋｃ２／ｈｒｃ１ （１）
ｈｋｍ２／ｈｓ＜０．８ （２）
なお、図２に、図１の結像光学系の部分拡大図を示す。図２には、軸上マージナル光線２ｍ、及び最大画角の主光線３ｃが例示されている。また、図２には、上記ｈｋｃ２、ｈｒｃ１、ｈｋｍ２、及びｈｓが例示されている。

条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、第１光学系Ｇ１の中間像ＭＩ近傍のレンズの径が大型化するのを防ぎ、コストダウンを図ることができる。さらに下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。条件式（１−１）の下限以下とならないようにすることによって、条件式（１）に関する効果を高めることができる。条件式（１−１）の上限以上とならないようにすることによって、第２光学系Ｇ２の全長が長くなるのを抑制することができる。
１．８＜ｈｋｃ２／ｈｒｃ１＜２．５ （１−１）

条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、球面収差、及び軸上色収差が大きくなるのを抑制することができる。さらに下記条件式（２−１）を満足することが好ましい。条件式（２−１）の上限以上とならないようにすることによって、条件式（２）に関する効果を高めることができる。条件式（２−１）の下限以下とならないようにすることによって、全長が長くなるのを抑制することができる。
０．４＜ｈｋｍ２／ｈｓ＜０．７ （２−１）

また、この結像光学系は、第２光学系Ｇ２の最も拡大側のレンズへ入射する最大画角の主光線と、第２光学系Ｇ２の最も拡大側のレンズから射出する最大画角の主光線とのなす角の絶対値をθとし、このθの単位を度とした場合、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
１４＜θ （３）

条件式（３）の下限以下とならないようにすることによって、第１光学系Ｇ１のレンズ径が大型化するのを防ぎ、コストダウンを図ることができる。さらに下記条件式（３−１）を満足することが好ましい。条件式（３−１）の下限以下とならないようにすることによって、条件式（３）に関する効果を高めることができる。条件式（３−１）の上限以上とならないようにすることによって、球面収差の発生を抑制することができる。
１６＜θ＜２０ （３−１）

また、この結像光学系は、第１光学系Ｇ１の最も縮小側のレンズが少なくとも１面の非球面を有する非球面レンズであることが好ましい。このようにした場合は、中間像ＭＩの像面近くに非球面を配置することによって、広角レンズで問題になる歪曲収差及び像面湾曲の補正に高い効果を得ることができる。また、この結像光学系は、中間像ＭＩを形成し条件式（１）及び（２）を満足する構成を有しているため、上述したように第１光学系Ｇ１の中間像ＭＩ近傍のレンズの径を大型化しないように抑制することができる。したがって、第１光学系Ｇ１の最も縮小側のレンズを非球面レンズとした場合、この非球面レンズの径を大型化しないように抑制することができ、その結果、非球面径を大型化しないように抑制できるので、収差を補正しつつ安価な非球面レンズとすることができ。

第１光学系Ｇ１の最も縮小側のレンズを非球面レンズとし、全系の焦点距離をｆ、この非球面レンズの拡大側の面での最大画角の主光線の高さをｙｋ、この非球面レンズの縮小側の面での最大画角の主光線の高さをｙｒ、この非球面レンズの拡大側の面とこの面の近軸球面との高さｙｋにおける光軸方向のずれ量をＸｋ（ｙｋ）、この非球面レンズの縮小側の面とこの面の近軸球面との高さｙｒにおける光軸方向のずれ量をＸｒ（ｙｒ）とした場合、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
０＜［Ｘｒ（ｙｒ）−Ｘｋ（ｙｋ）］／｜ｆ｜ （４）
ここで、Ｘｋ（ｙｋ）の符号は、高さｙｋにおいて非球面レンズの拡大側の面がこの面の近軸球面より拡大側にある場合を負、縮小側にある場合を正としており、Ｘｒ（ｙｒ）の符号は、高さｙｒにおいて非球面レンズの縮小側の面がこの面の近軸球面より拡大側にある場合を負、縮小側にある場合を正としている。

条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、上記非球面レンズの周辺部での屈折力が強くなりすぎないため、像面湾曲、及び非点収差の補正が容易になる。さらに下記条件式（４−１）を満足することが好ましい。条件式（４−１）の下限以下とならないようにすることによって、条件式（４）に関する効果を高めることができる。条件式（４−１）の上限以上とならないようにすることによって、上記非球面レンズの周辺部での屈折力が弱くなりすぎないため、第１光学系Ｇ１内の拡大側のレンズが大径化するのを防ぎ、コストダウンを図ることができる。
０．３＜［Ｘｒ（ｙｒ）−Ｘｋ（ｙｋ）］／｜ｆ｜＜１ （４−１）

なお、理解を助けるため、図３に拡大側の面が非球面の場合のＸｋ（ｙｋ）を説明するための概念図を示す。図３には、非球面レンズの拡大側の面Ｓａと、面Ｓａの近軸球面Ｓｐとの高さｙｋにおける光軸方向のずれ量をＸｋ（ｙｋ）の一例として示す。ここで、面Ｓａの近軸球面Ｓｐとは、面Ｓａの近軸曲率半径Ｒｐを半径とし、面Ｓａと光軸Ｚとの交点を通る球面である。図３では、近軸球面Ｓｐの中心Ｏも図示している。図３は拡大側の面が凸面の場合を図示しているが凹面の場合も同様に考えることができる。また、縮小側の面のＸｒ（ｙｒ）についても同様に考えることができる。

また、この結像光学系は、縮小側結像面での最大像高をＹｍａｘ、第１光学系Ｇ１の最も縮小側のレンズ面での最大画角の主光線の高さをｈｒｃ１とした場合、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によって、第１光学系Ｇ１のレンズ径が大型化するのを防ぎ、コストダウンを図ることができる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることによって、球面収差、像面湾曲、及び非点収差の補正が容易になる。
０．８＜Ｙｍａｘ／ｈｒｃ１＜１．５ （５）

また、結像光学系は、図１に示すような直線状の光路を有する構成に限定されない。結像光学系は、その光路中にミラー及び／又はプリズム等の光路折り曲げ部材を配置して屈曲光路を有する構成としてもよい。

上述した好ましい構成及び可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、中間像を形成するタイプの光学系において、広い画角を有しながらも、レンズ外径が抑えられてコストダウンが図られ、良好な光学性能を有する結像光学系を実現することが可能である。なお、ここでいう「広い画角」とは全画角が１３０度より大きいことを意味する。

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。以下に示す実施例の数値データは全て、全系の焦点距離の絶対値が１．００となるように規格化されたものであり、所定の桁でまるめたものである。

［実施例１］
実施例１の結像光学系のレンズ構成と光束は図１に示したものであり、その構成及び図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１の結像光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。第１光学系Ｇ１は、拡大側から縮小側へ向かって順に、レンズＬ１ａ〜レンズＬ１ｆ、光学部材Ｐｒ、及びレンズＬ１ｈ〜レンズＬ１ｍからなる。第２光学系Ｇ２は、拡大側から縮小側へ向かって順に、レンズＬ２ａ〜レンズＬ２ｉからなる。なお、光学部材Ｐｒは入射面と出射面が平行なプリズム等を想定した部材であり、この点は後述の実施例２、及び実施例３における光学部材Ｐｒも同様である。

実施例１の結像光学系の基本レンズデータを表１に、諸元を表２に、非球面係数を表３に示す。表１において、面番号の欄には最も拡大側の面を第１面とし縮小側に向かうに従い１つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、Ｒの欄には各面の曲率半径を示し、Ｄの欄には各面とその縮小側に隣接する面との光軸上の面間隔を示す。また、Ｎｄの欄には各構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））に対する屈折率を示し、νｄの欄には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。ここで、曲率半径の符号は、拡大側に凸面を向けた面形状のものを正、縮小側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には光学部材ＰＰも合わせて示している。

表２に、結像光学系の諸元として、焦点距離の絶対値｜ｆ｜、縮小側をバック側とした場合の空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ωの各値をｄ線基準で示す。２ωの欄の［°］は単位が度であることを意味する。

表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３に、非球面の面番号と各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、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…、又はｍ＝４、６、８、…）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（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面式のΣはｍに関する総和を意味する。

図６に左から順に、実施例１の結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率色収差の各収差図を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、及びＦ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差をそれぞれ実線、長破線、及び短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線に関する収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、及びＦ線に関する収差をそれぞれ長破線、及び短破線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。図６に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの光軸上の距離が２０１の場合のものである。

上記の実施例１に関する各データの記号、意味、記載方法、及び図示方法は、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。

［実施例２］
実施例２の結像光学系のレンズ構成と光束の断面図を図２に示す。実施例２の結像光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。第１光学系Ｇ１は、拡大側から縮小側へ向かって順に、レンズＬ１ａ〜レンズＬ１ｅ、光学部材Ｐｒ、及びレンズＬ１ｇ〜レンズＬ１ｋからなる。第２光学系Ｇ２は、拡大側から縮小側へ向かって順に、レンズＬ２ａ〜レンズＬ２ｇからなる。

実施例２の結像光学系の基本レンズデータを表４に、諸元を表５に、非球面係数を表６に、各収差図を図７に示す。図７に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの光軸上の距離が２０１の場合のものである。

［実施例３］
実施例３の結像光学系のレンズ構成と光束の断面図を図３に示す。実施例３の結像光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。第１光学系Ｇ１は、拡大側から縮小側へ向かって順に、レンズＬ１ａ〜レンズＬ１ｅ、光学部材Ｐｒ、及びレンズＬ１ｇ〜レンズＬ１ｋからなる。第２光学系Ｇ２は、拡大側から縮小側へ向かって順に、レンズＬ２ａ〜レンズＬ２ｇからなる。

実施例３の結像光学系の基本レンズデータを表７に、諸元を表８に、非球面係数を表９に、各収差図を図８に示す。図８に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの光軸上の距離が２０１の場合のものである。

表１０に実施例１〜３の結像光学系の条件式（１）〜（５）の対応値を示す。実施例１〜３の結像光学系はｄ線を基準波長としており、表１０に示す値はｄ線を基準としている。

以上のデータからわかるように、実施例１〜３の結像光学系は、全画角が１３５°以上あり広角に構成され、レンズ外径が抑えられており、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。

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（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ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により変調された変調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、色分解及び色合成のための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（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ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により変調された変調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（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ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により変調された変調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を正面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係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及び電源ボタン４３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、操作部４５、及び表示部４６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。

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）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子（不図示）、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（不図示）、及びその生成された画像を記録するための記録媒体（不図示）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又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、実施形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、及び非球面係数等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

また、本発明の投写型表示装置も、上記構成のものに限定されず、例えば、光束分離又は光束合成に用いられる光学部材、及びライトバルブは、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定されない。例えば、本発明をノンレフレックス方式以外のカメラ、フィルムカメラ、ビデオカメラ、及び映画撮影用カメラ等などに適用することも可能である。

２ 軸上光速
２ｍ 軸上マージナル光線
３ 最大画角の光束
３ｃ 最大画角の主光線
１０、４９、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
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
ｈｋｃ２ 第２光学系の最も拡大側のレンズ面での最大画角の主光線の高さ
ｈｋｍ２ 第２光学系の最も拡大側のレンズ面での軸上マージナル光線の高さ
ｈｒｃ１ 第１光学系の最も縮小側のレンズ面での最大画角の主光線の高さ
ｈｓ 最大画角の主光線が第２光学系内で光軸と交わる位置での軸上マージナル光線の高さ
Ｌ１ａ〜Ｌ１ｍ、Ｌ２ａ〜Ｌ２ａｉ レンズ
ＭＩ 中間像
Ｏ 中心
ＰＰ、Ｐｒ 光学部材
Ｒｐ 近軸曲率半径
Ｓｃｒ スクリーン
Ｓｉｍ 画像表示面
Ｓｐ 近軸球面
Ｓａ 面
Ｘｋ（ｙｋ） 非球面レンズの拡大側の面とこの面の近軸球面との高さｙｋにおける光軸方向のずれ量
ｙｋ 非球面レンズの拡大側の面での最大画角の主光線の高さ
Ｚ 光軸

Claims (10)

1. 拡大側から縮小側へ向かって順に、少なくとも１枚のレンズを有し拡大側結像面と共役な位置に中間像を形成する第１光学系と、少なくとも１枚のレンズを有し前記中間像を縮小側結像面に再結像させる第２光学系とからなり、
   縮小側がテレセントリックに構成されており、
   前記第２光学系の最も拡大側のレンズ面での最大画角の主光線の高さをｈｋｃ２、
   前記第１光学系の最も縮小側のレンズ面での最大画角の主光線の高さをｈｒｃ１、
   前記第２光学系の最も拡大側のレンズ面での軸上マージナル光線の高さをｈｋｍ２、
   最大画角の主光線が前記第２光学系内で光軸と交わる位置での軸上マージナル光線の高さをｈｓとした場合、
   １．５＜ｈｋｃ２／ｈｒｃ１ （１）
   ｈｋｍ２／ｈｓ＜０．８ （２）
   で表される条件式（１）及び（２）を満足する結像光学系。
2. 前記第２光学系の最も拡大側のレンズへ入射する最大画角の主光線と、前記第２光学系の最も拡大側のレンズから射出する最大画角の主光線とのなす角の絶対値をθとし、該θの単位を度とした場合、
   １４＜θ （３）
   で表される条件式（３）を満足する請求項１記載の結像光学系。
3. 前記第１光学系の最も縮小側のレンズが非球面レンズであり、
   全系の焦点距離をｆ、
   前記非球面レンズの拡大側の面での最大画角の主光線の高さをｙｋ、
   前記非球面レンズの縮小側の面での最大画角の主光線の高さをｙｒ、
   前記非球面レンズの拡大側の面と該面の近軸球面との高さｙｋにおける光軸方向のずれ量をＸｋ（ｙｋ）、
   前記非球面レンズの縮小側の面と該面の近軸球面との高さｙｒにおける光軸方向のずれ量をＸｒ（ｙｒ）とし、
   Ｘｋ（ｙｋ）の符号は、高さｙｋにおいて前記非球面レンズの拡大側の面が該面の近軸球面より拡大側にあれば負、縮小側にあれば正とし、Ｘｒ（ｙｒ）の符号は、高さｙｒにおいて前記非球面レンズの縮小側の面が該面の近軸球面より拡大側にあれば負、縮小側にあれば正とした場合、
   ０＜［Ｘｒ（ｙｒ）−Ｘｋ（ｙｋ）］／｜ｆ｜ （４）
   で表される条件式（４）を満足する請求項１又は２記載の結像光学系。
4. 前記縮小側結像面での最大像高をＹｍａｘとした場合、
   ０．８＜Ｙｍａｘ／ｈｒｃ１＜１．５ （５）
   で表される条件式（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。
5. １．８＜ｈｋｃ２／ｈｒｃ１＜２．５ （１−１）
   で表される条件式（１−１）を満足する請求項１記載の結像光学系。
6. ０．４＜ｈｋｍ２／ｈｓ＜０．７ （２−１）
   で表される条件式（２−１）を満足する請求項１記載の結像光学系。
7. １６＜θ＜２０ （３−１）
   で表される条件式（３−１）を満足する請求項２記載の結像光学系。
8. ０．３＜［Ｘｒ（ｙｒ）−Ｘｋ（ｙｋ）］／｜ｆ｜＜１ （４−１）
   で表される条件式（４−１）を満足する請求項３記載の結像光学系。
9. 光源と、
   該光源からの光が入射するライトバルブと、
   請求項１から８のいずれか１項記載の結像光学系とを備え、
   該結像光学系は、前記ライトバルブにより変調された変調光による光学像をスクリーン上に投写する投写型表示装置。
10. 請求項１から８のいずれか１項記載の結像光学系を備えた撮像装置。