JP6595405B2 - 結像光学系、投写型表示装置、および、撮像装置 - Google Patents

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（ Digital Micromirror Device：登録商標）等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。特に、ライトバルブの解像度が向上したことに伴い、結像光学系の解像性能に対しても高度な要望がなされるようになってきている。

また、スクリーンまでの距離設定の自由度を高めることや室内空間での設置性を考慮して、コンパクトな構成でありながら、より高性能で、より広角化の図られた汎用性の高い結像光学系を投写型表示装置に搭載したいという要望も強くなっている。

このような要望に応えるべく、複数枚のレンズからなる第１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第２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、２参照）

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、第２光学系のバックフォーカスを短縮できるとともに、第２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。

国際公開第０９／１０７５５３号 特開２００６−３３０４１０号公報

しかしながら、特許文献１は、第２光学系が魚眼レンズであり、最終像面で歪曲収差が大きく残存してしまうため、通常の結像光学系としては適さない。また、特許文献２は、中間像を境に第１光学系、第２光学系で独立して収差補正を行っているため、昨今要求されているレベルの広角化には達しきれていない。さらに、特許文献１，２とも一度中間像を結ぶため、どうしてもレンズ全長が大きくなってしまっている。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、中間像を形成する結像光学系において、小型化を達成しつつ、広角で諸収差が良好に補正された高い投写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、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１光学系は、拡大側から順に、第１ａレンズ群と、反射面で光路を折り曲げる第１光路折り曲げ手段と、第１ｂレンズ群とから実質的になり、第２光学系は、拡大側から順に、第２ａレンズ群と、反射面で光路を折り曲げる第２光路折り曲げ手段と、第２ｂレンズ群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、下記条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする。
３＜ｄ／Ｉ …（１）
４＜ｂ／ａ＜１０ …（２）
ただし、
ｄ：第２ａレンズ群の最も縮小側の面から第２ｂレンズ群の最も拡大側の面までの光軸上の距離
Ｉ：縮小側の最大像高
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。

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。
５＜ｄ／Ｉ＜１５ …（１−１）
５＜ｂ／ａ＜８ …（２−１）

また、全画角が１２０°以上であることが好ましい。

また、第２ａレンズ群は、正の屈折力を有することが好ましい。

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。
１＜ｆ１／｜ｆ｜＜２．５ …（３）
１．３＜ｆ１／｜ｆ｜＜２ …（３−１）
ただし、
ｆ１：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（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。
５＜ｆ２ａ／｜ｆ｜＜６０ …（４）
１０＜ｆ２ａ／｜ｆ｜＜４０ …（４−１）
ただし、
ｆ２ａ：第２ａレンズ群の焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（５）および（６）を満足することが好ましい。
１＜Ｌａ／Ｌｃ＜３ …（５）
１．２＜Ｌｂ／Ｌｃ＜４ …（６）
ただし、
Ｌａ：第２ｂレンズ群の最も縮小側の面から第２光路折り曲げ手段までの光軸上の距離
Ｌｂ：第２光路折り曲げ手段から第１光路折り曲げ手段までの光軸上の距離
とする。
Ｌｃ：第１光路折り曲げ手段から第１ａレンズ群の最も拡大側の面までの光軸上の距離
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１光学系は、拡大側から順に、第１ａレンズ群と、反射面で光路を折り曲げる第１光路折り曲げ手段と、第１ｂレンズ群とから実質的になり、第２光学系は、拡大側から順に、第２ａレンズ群と、反射面で光路を折り曲げる第２光路折り曲げ手段と、第２ｂレンズ群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、下記条件式（１）を満足するものとしたので、小型化を達成しつつ、広角で諸収差が良好に補正された高い投写性能を有する結像光学系とすることができる。
３＜ｄ／Ｉ …（１）

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１０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１光学系Ｇ１は、拡大側から順に、第１ａレンズ群Ｇ１ａと、反射面で光路を折り曲げる第１光路折り曲げ手段Ｒ１と、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂとから実質的になり、第２光学系Ｇ２は、拡大側から順に、第２ａレンズ群Ｇ２ａと、反射面で光路を折り曲げる第２光路折り曲げ手段Ｒ２と、第２ｂレンズ群Ｇ２ｂ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。

第１光路折り曲げ手段Ｒ１および第２光路折り曲げ手段Ｒ２としては、例えばミラーもしくはプリズムを用いることができる。

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、中間像の縮小側直近に光路折り曲げ手段ではなく第２ａレンズ群Ｇ２ａを配置することで、最大像高近辺の光線を効率よく曲げることができる。

また、下記条件式（１）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、第２ａレンズ群Ｇ２ａと第２ｂレンズ群Ｇ２ｂの間隔が小さくなり過ぎないようにできるため、光路折り曲げ手段を配置する十分な間隔を確保できる。なお、下記条件式（１−１）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（１−１）の上限以上とならないようにすることで、第２ａレンズ群Ｇ２ａと第２ｂレンズ群Ｇ２ｂの間隔が大きくなり過ぎないようにできるため、結像光学系全体の小型化に寄与する。
３＜ｄ／Ｉ …（１）
５＜ｄ／Ｉ＜１５ …（１−１）
ただし、
ｄ：第２ａレンズ群の最も縮小側の面から第２ｂレンズ群の最も拡大側の面までの光軸上の距離
Ｉ：縮小側の最大像高
とする。

本実施形態の結像光学系においては、下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）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（２）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防ぐことができる。なお、下記条件式（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。
４＜ｂ／ａ＜１０ …（２）
５＜ｂ／ａ＜８ …（２−１）
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、第２ａレンズ群Ｇ２ａは、正の屈折力を有することが好ましい。このような構成とすることで、第２ａレンズ群Ｇ２ａから第２ｂレンズ群Ｇ２ｂへ向かう光束を収束させることができるため、第２ｂレンズ群Ｇ２ｂのレンズ径を小さくできる。

また、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、第１光学系Ｇ１の屈折力が強くなり過ぎるのを抑えることができるため、広角化しつつ諸収差を補正するのが容易となる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることで、第１光学系Ｇ１の焦点距離が長くなり過ぎるのを抑えることができるため、結像光学系全体の小型化に寄与する。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。
１＜ｆ１／｜ｆ｜＜２．５ …（３）
１．３＜ｆ１／｜ｆ｜＜２ …（３−１）
ただし、
ｆ１：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（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、第２ａレンズ群Ｇ２ａの屈折力が強くなり過ぎるのを抑えることができるため、レンズ周辺の光線が急激に変化するのを防いで、非点収差が大きくなるのを抑えることができる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、第２ａレンズ群Ｇ２ａの屈折力が弱くなり過ぎるのを抑えることができるため、第２光学系Ｇ２の全長が長くなるのを防ぎ、結像光学系全体の小型化に寄与する。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。
５＜ｆ２ａ／｜ｆ｜＜６０ …（４）
１０＜ｆ２ａ／｜ｆ｜＜４０ …（４−１）
ただし、
ｆ２ａ：第２ａレンズ群の焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（５）および（６）を満足することが好ましい。条件式（５）および（６）の下限以下とならないようにすることで、２つの光路折り曲げ手段により折り曲げられる結像光学系の内側の空間が小さくなり過ぎるのを抑えることができるため、例えば投写型表示装置に搭載する際に第２ｂレンズ群Ｇ２ｂのみを装置本体内に収容するような場合でも、結像光学系と装置本体との干渉を防ぐのが容易になる。条件式（５）および（６）の上限以上とならないようにすることで、２つの光路折り曲げ手段により折り曲げられる結像光学系の内側の空間が大きくなり過ぎるのを抑えることができるため、結像光学系全体の小型化に寄与する。
１＜Ｌａ／Ｌｃ＜３ …（５）
１．２＜Ｌｂ／Ｌｃ＜４ …（６）
ただし、
Ｌａ：第２ｂレンズ群の最も縮小側の面から第２光路折り曲げ手段までの光軸上の距離
Ｌｂ：第２光路折り曲げ手段から第１光路折り曲げ手段までの光軸上の距離
とする。
Ｌｃ：第１光路折り曲げ手段から第１ａレンズ群の最も拡大側の面までの光軸上の距離
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２〜３に対応した図２〜３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１〜３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、拡大側から順に、レンズＬ１ａ〜Ｌ１ｇの７枚のレンズからなる第１ａレンズ群Ｇ１ａと、第１光路折り曲げ手段Ｒ１と、レンズＬ１ｈ〜Ｌ１ｍの６枚のレンズからなる第１ｂレンズ群Ｇ１ｂとから構成されている。第２光学系Ｇ２は、拡大側から順に、レンズＬ２ａのみからなる第２ａレンズ群Ｇ２ａと、第２光路折り曲げ手段Ｒ２と、レンズＬ２ｂ〜Ｌ２ｈの７枚のレンズからなる第２ｂレンズ群Ｇ２ｂと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２〜３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´、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１９）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１９）
とする。

実施例１の結像光学系の各収差図を図４に示す。なお、図４は投写距離１７７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の結像光学系は、第１光学系Ｇ１のレンズ枚数構成以外は、実施例１と同様のレンズ枚数構成である。実施例２の結像光学系の第１光学系Ｇ１は、拡大側から順に、レンズＬ１ａ〜Ｌ１ｈの８枚のレンズからなる第１ａレンズ群Ｇ１ａと、第１光路折り曲げ手段Ｒ１と、レンズＬ１ｉ〜Ｌ１ｎの６枚のレンズからなる第１ｂレンズ群Ｇ１ｂと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５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、第１光学系Ｇ１のレンズ枚数構成以外は、実施例１と同様のレンズ枚数構成である。実施例３の結像光学系の第１光学系Ｇ１は、拡大側から順に、レンズＬ１ａ〜Ｌ１ｅの５枚のレンズからなる第１ａレンズ群Ｇ１ａと、第１光路折り曲げ手段Ｒ１と、レンズＬ１ｆ〜Ｌ１ｍの８枚のレンズからなる第１ｂレンズ群Ｇ１ｂとから構成されている。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６に示す。

実施例１〜３の結像光学系の条件式（１）〜（６）に対応する値を表１０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１０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１〜３の結像光学系は全て、条件式（１）〜（６）を満たしており、小型化を達成しつつ、全画角が１２０°以上と広角で諸収差が良好に補正された高い投写性能を有する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７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７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７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７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８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８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８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８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９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９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９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９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１０、図１１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１０は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図１１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
Ｇ１ａ 第１ａレンズ群
Ｇ１ｂ 第１ｂレンズ群
Ｇ２ 第２光学系
Ｇ２ａ 第２ａレンズ群
Ｇ２ｂ 第２ｂレンズ群
Ｌ１ａ〜Ｌ２ｈ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｒ１ 第１光路折り曲げ手段
Ｒ２ 第２光路折り曲げ手段
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 (12)

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１光学系は、拡大側から順に、第１ａレンズ群と、反射面で光路を折り曲げる第１光路折り曲げ手段と、第１ｂレンズ群とから実質的になり、
   前記第２光学系は、拡大側から順に、第２ａレンズ群と、反射面で光路を折り曲げる第２光路折り曲げ手段と、第２ｂレンズ群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、
   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。
   ３＜ｄ／Ｉ …（１）
   ４＜ｂ／ａ＜１０ …（２）
   ただし、
   ｄ：前記第２ａレンズ群と前記第２ｂレンズ群の光軸上の間隔
   Ｉ：縮小側の最大像高
   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
2. 前記第２ａレンズ群は、正の屈折力を有する
   請求項１記載の結像光学系。
3. 下記条件式（３）を満足する
   請求項１または２記載の結像光学系。
   １＜ｆ１／｜ｆ｜＜２．５ …（３）
   ただし、
   ｆ１：前記第１光学系の焦点距離
   ｆ：全系の焦点距離
4. 下記条件式（４）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＜ｆ２ａ／｜ｆ｜＜６０ …（４）
   ただし、
   ｆ２ａ：前記第２ａレンズ群の焦点距離
   ｆ：全系の焦点距離
5. 下記条件式（５）および（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＜Ｌａ／Ｌｃ＜３ …（５）
   １．２＜Ｌｂ／Ｌｃ＜４ …（６）
   ただし、
   Ｌａ：前記第２ｂレンズ群の最も縮小側の面から前記第２光路折り曲げ手段までの光軸上の距離
   Ｌｂ：前記第２光路折り曲げ手段から前記第１光路折り曲げ手段までの光軸上の距離
   Ｌｃ：前記第１光路折り曲げ手段から前記第１ａレンズ群の最も拡大側の面までの光軸上の距離
6. 下記条件式（１−１）を満足する
   請求項１記載の結像光学系。
   ５＜ｄ／Ｉ＜１５ …（１−１）
7. 下記条件式（２−１）を満足する
   請求項１記載の結像光学系。
   ５＜ｂ／ａ＜８ …（２−１）
8. 下記条件式（３−１）を満足する
   請求項３記載の結像光学系。
   １．３＜ｆ１／｜ｆ｜＜２ …（３−１）
9. 下記条件式（４−１）を満足する
   請求項４記載の結像光学系。
   １０＜ｆ２ａ／｜ｆ｜＜４０ …（４−１）
10. 全画角が１２０°以上である
    請求項１から９のいずれか１項記載の結像光学系。
11. 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１０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。
12. 請求項１から１０のいずれか１項記載の結像光学系を備えた撮像装置。