JP6847071B2 - 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、中間像を形成する結像光学系、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に関するものである。

従来、液晶表示素子やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：登録商標）表示素子等のライトバルブを用いた投写型表示装置が広く用いられている。

この種の投写型表示装置では、スクリーンまでの距離設定の自由度を高め、さらに室内空間での設置性を向上させることが要求されている。そのため、小型の構成でありながら、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が強くなっている。

このような要望に応えるべく、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結像光学系が提案されている。（例えば、特許文献１、２）

特許第５９７８１２１号公報 特開２０１６−１５６９８６号公報

上記の通り投写型表示装置では小型化が求められているため、特許文献１および２の結像光学系では、結像光学系内にミラー等の光軸折り曲げ手段を２つ設けて、結像光学系の光軸を１８０°折り曲げている。

特許文献１の結像光学系では、同じレンズ間の空間に２枚のミラーを配置しているため、結像光学系を通る光束に対して十分な大きさのミラーを配置することが難しく、光軸を挟む片側の領域の光束しか画像の投写に使用できない構成となっている。そのため、投写型表示装置において、投写範囲の調整幅が狭くなってしまうという問題が生じる。

また、特許文献２の結像光学系では、中間像の位置より拡大側にミラーを配置しているため、このミラーを含む中間像より拡大側の光学系のサイズが大きくなっている。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、中間像を形成する方式の結像光学系において、小型でありながら、光軸を挟む両側の領域の光束が利用可能な結像光学系、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、拡大側結像面と共役な位置に中間像を形成し、中間像を縮小側結像面に再結像させる結像光学系であって、光軸に沿って拡大側から順に、第１レンズ群と、光軸を折り曲げる第１光軸折り曲げ手段と、第２レンズ群と、光軸を折り曲げる第２光軸折り曲げ手段と、第３レンズ群とからなり、第１レンズ群の最も拡大側の面から第１レンズ群の最も縮小側の面の間に中間像を形成する。

本発明の結像光学系において、第２レンズ群は、正の屈折力を有することが好ましい。

また、全系の焦点距離をｆ、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とした場合、条件式（１）を満足することが好ましい。なお、下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
０＜｜ｆ｜／ｆ２＜０．１ …（１）
０．０２＜｜ｆ｜／ｆ２＜０．０７ …（１−１）

また、第１レンズ群の最も拡大側の面から第１光軸折り曲げ手段までの光軸上の距離をＬａ、第２光軸折り曲げ手段から第３レンズ群の最も縮小側の面までの光軸上の距離をＬｂとした場合、条件式（２）を満足することが好ましい。なお、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
１．２＜Ｌａ／Ｌｂ＜５ …（２）
１．５＜Ｌａ／Ｌｂ＜４ …（２−１）

また、第３レンズ群の光軸は、第１レンズ群の光軸に対して１８０°折り曲げられていることが好ましい。

この場合、第３レンズ群の光軸を回転軸とし、第１レンズ群、第１光軸折り曲げ手段、第２レンズ群、および、第２光軸折り曲げ手段が一体的に回転可能であることが好ましい。

また、第１光軸折り曲げ手段および第２光軸折り曲げ手段は、光軸を９０°折り曲げることが好ましい。

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記載の本発明の結像光学系とを備える。

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る。

なお、上記「〜からなる」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、絞りやマスクやカバーガラスやフィルタやミラーやプリズム等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構等の機構部分、等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、レンズ以外にも、絞りやマスクやカバーガラスやフィルタやミラーやプリズム等のレンズ以外の光学要素等を含んでもよいことを意図するものである。

また、各条件式の記号のうち、焦点距離については、拡大側結像面から第１レンズ群までの距離が無限遠の場合の焦点距離とする。

本発明の結像光学系は、拡大側結像面と共役な位置に中間像を形成し、中間像を縮小側結像面に再結像させる結像光学系であって、光軸に沿って拡大側から順に、第１レンズ群と、光軸を折り曲げる第１光軸折り曲げ手段と、第２レンズ群と、光軸を折り曲げる第２光軸折り曲げ手段と、第３レンズ群とからなり、第１レンズ群の最も拡大側の面から第１光軸折り曲げ手段の間に中間像を形成するようにしたので、小型でありながら、光軸を挟む両側の領域の光束が利用可能な結像光学系、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を提供することができる。

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）のレンズ構成を示す断面図 実施例１の結像光学系における光束利用範囲の例を示す断面図 実施例１の結像光学系における光束利用範囲の例を示す断面図 実施例１の結像光学系における光束利用範囲の例を示す断面図 本発明の実施例２の結像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３の結像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４の結像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例５の結像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例６の結像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例７の結像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例８の結像光学系のレンズ構成を示す断面図 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 本発明の実施例５の結像光学系の各収差図 本発明の実施例６の結像光学系の各収差図 本発明の実施例７の結像光学系の各収差図 本発明の実施例８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２３に示す撮像装置の背面側の斜視図

以下、本発明の一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レンズ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、光軸を展開したときに、左側が拡大側、右側が縮小側となるように記載している。また、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、光束として軸上光束Ａおよび最大画角の光束Ｂを併せて記入している。

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、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、画像表示面Ｓｉｍに配された画像表示素子により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、拡大側結像面と共役な位置に中間像ＭＩを形成し、中間像ＭＩを縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に再結像させる結像光学系であって、光軸Ｚに沿って拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第１レンズ群Ｇ１側から第２レンズ群Ｇ２側へ向けて光軸を折り曲げる第１光軸折り曲げ手段Ｒ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第２レンズ群Ｇ２側から第３レンズ群側へ向けて光軸を折り曲げる第２光軸折り曲げ手段Ｒ２と、第３レンズ群Ｇ３とからなり、第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側の面から第１光軸折り曲げ手段Ｒ１の間に中間像ＭＩを形成するように構成されている。

なお、図１中において中間像ＭＩは模式的に示されたものであり、実際の形状を示したものではない。また、２つの光軸折り曲げ手段Ｒ１，Ｒ２は、例えばミラーまたはプリズム等の、光軸を折り曲げ可能な光学部材を用いることができる。

このように、中間像ＭＩを形成する結像光学系では、適切な長さのバックフォーカスを確保できるとともに、拡大側のレンズ径を小さくすることが可能であり、広角化に適した構成とすることができる。

また、２つの光軸折り曲げ手段Ｒ１，Ｒ２を持つ事によって、結像光学系のサイズを小型化することができる。

また、結像光学系において、中間像ＭＩよりも拡大側を投写レンズ部、中間像ＭＩよりも縮小側をリレーレンズ部としたとき、２つの光軸折り曲げ手段Ｒ１，Ｒ２はリレーレンズ部に配置されることになる。そのため、拡大側に配置されてサイズが大型化する傾向にある投写レンズ部について、小型化を図ることができる

結像光学系中に２つの光軸折り曲げ手段を配置する場合に、同じレンズ間の空間に２つの光軸折り曲げ手段を配置すると、結像光学系を通る光束に対して十分な大きさの光軸折り曲げ手段を配置することが難しく、光軸の光線を画像の投写に使用することが困難となる。また、同じレンズ間の空間に２つの光軸折り曲げ手段を配置する場合には、長い空気間隔が必要となるため、結像光学系が大型化するという問題が生じる。

これに対して、本実施形態の結像光学系は、２つの光軸折り曲げ手段Ｒ１，Ｒ２の間に第２レンズ群Ｇ２を配置し、２つの光軸折り曲げ手段Ｒ１，Ｒ２を異なるレンズ間の空間に配置することによって、結像光学系を通る光束に対して十分な大きさの光軸折り曲げ手段Ｒ１，Ｒ２を配置することが可能となる。そのため、この結像光学系を搭載した投写型表示装置において、投写範囲の調整幅を広くすることができる。

図２〜４は、本実施形態の結像光学系における光束利用範囲の例を示す断面図である。これらの図では、画像表示面Ｓｉｍに画像表示素子を配した状態を示しており、画像表示素子中心位置からの光束Ｐａ、画像表示素子上端位置からの光束Ｐｂ、画像表示素子下端位置からの光束Ｐｃを併せて記入している。

本実施形態の結像光学系を投写型表示装置に搭載し、画像表示面Ｓｉｍにおいて画像表示素子を図中上下方向にシフトさせることにより、図２に示すように光軸Ｚの上下方向に画像を投写する態様から、図３に示すように光軸Ｚと画像表示素子上端とを一致させて画像を投写する態様、そして図４に示すように光軸Ｚの上方向のみに画像を投写する態様まで、投写範囲の調整幅を広くすることができる。

本実施形態の結像光学系において、第２レンズ群Ｇ２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によって、第２光軸折り曲げ手段Ｒ２側から第１光軸折り曲げ手段Ｒ１に入射する光線を集束させることができるため、第２レンズ群Ｇ２前後の２つの光軸折り曲げ手段Ｒ１，Ｒ２のサイズを小さくできる。

また、中間像ＭＩの形成位置については、第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側の面から第１レンズ群Ｇ１の最も縮小側の面の間に中間像ＭＩを形成してもよいし、第１レンズ群Ｇ１の最も縮小側の面から第１光軸折り曲げ手段Ｒ１の間に中間像を形成してもよい。

第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側の面から第１レンズ群Ｇ１の最も縮小側の面の間に中間像ＭＩを形成することによって、第１レンズ群Ｇ１の長さを長くできるため、結像光学系を投写型表示装置に搭載し、光軸Ｚより下側に画像を投写する際に、投写型表示装置本体の光束が遮られにくくなるため、投写範囲の調整幅を広くするのに有利となる。この態様は、後述の実施例１〜６に相当する。

第１レンズ群Ｇ１の最も縮小側の面から第１光軸折り曲げ手段Ｒ１の間に中間像を形成することによって、第１レンズ群Ｇ１の長さを短くできるため、結像光学系を投写型表示装置に搭載して画像を投写する際に、投写型表示装置からスクリーンを含めたサイズを小さくできる。この態様は、後述の実施例７，８に相当する。

また、全系の焦点距離をｆ、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とした場合、条件式（１）を満足することが好ましい。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２レンズ群Ｇ２の屈折力を正とし、第２光軸折り曲げ手段Ｒ２側から第１光軸折り曲げ手段Ｒ１に入射する光線を集束させることができるため、第２レンズ群Ｇ２前後の２つの光軸折り曲げ手段Ｒ１，Ｒ２のサイズを小さくできる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力が強くなり過ぎるのを防ぐことができるため、球面収差の補正に有利となる。なお、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）の下限以下とならないようにすることによって、第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力が弱くなり過ぎるのを防ぐことができるため、第１レンズ群Ｇ１の小型化に有利となる。
０＜｜ｆ｜／ｆ２＜０．１ …（１）
０．０２＜｜ｆ｜／ｆ２＜０．０７ …（１−１）

また、第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側の面から第１光軸折り曲げ手段Ｒ１までの光軸Ｚ上の距離をＬａ、第２光軸折り曲げ手段Ｒ２から第３レンズ群Ｇ３の最も縮小側の面までの光軸Ｚ上の距離をＬｂとした場合、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によって、画像表示面Ｓｉｍの位置を基準として、第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側の面をよりスクリーンに近づけることができるため、結像光学系を投写型表示装置に搭載し、光軸Ｚより下側に画像を投写する際に、投写型表示装置本体に光束が遮られにくくなるため、投写範囲の調整幅を広くするのに有利となる。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、第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側の面が、画像表示面Ｓｉｍの位置よりもスクリーンに近づき過ぎるのを防ぐことができるため、結像光学系を投写型表示装置に搭載して画像を投写する際に、投写型表示装置からスクリーンを含めたサイズを小さくできる。なお、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。
１．２＜Ｌａ／Ｌｂ＜５ …（２）
１．５＜Ｌａ／Ｌｂ＜４ …（２−１）

また、第３レンズ群Ｇ３の光軸は、第１レンズ群Ｇ１の光軸に対して１８０°折り曲げられていることが好ましい。このような構成とすることによって、結像光学系を投写型表示装置に搭載して画像を投写する際に、投写型表示装置からスクリーンを含めたサイズを小さくできる。

この場合、第３レンズ群Ｇ３の光軸Ｚを回転軸とし、第１レンズ群Ｇ１、第１光軸折り曲げ手段Ｒ１、第２レンズ群Ｇ２、および、第２光軸折り曲げ手段Ｒ２が一体的に回転可能であることが好ましい。このような構成とすることによって、画像表示素子の表示領域の縦横比が異なる場合に、４５°回転毎に縦長画面と横長画面の切替えが可能となる。

また、第１光軸折り曲げ手段Ｒ１および第２光軸折り曲げ手段Ｒ２は、光軸を９０°折り曲げることが好ましい。このような構成とすることによって、結像光学系の小型化に有利となる。

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の結像光学系のレンズ構成を示す断面図を図１に示す。図１および後述の実施例２〜８に対応した図５〜１１においては、光軸を展開したときに、左側が拡大側、右側が縮小側となるように記載している。また、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、光束として軸上光束Ａおよび最大画角の光束Ｂを併せて記入している。なお、実施例１〜８のうち、実施例１〜６は本発明の実施例であるが、実施例７、８は本発明に含まれない参考例である。

実施例１の結像光学系は、光軸に沿って拡大側から順に、レンズＬ１ａ〜レンズＬ１ｋの１１枚のレンズからなる第１レンズ群Ｇ１と、第１光軸折り曲げ手段Ｒ１と、レンズＬ２ａのみの１枚のレンズからなる第２レンズ群Ｇ２と、第２光軸折り曲げ手段Ｒ２と、レンズＬ３ａ〜レンズＬ３ｅの５枚のレンズからなる第３レンズ群Ｇ３とから構成される。

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１ａのものを例にとり説明するが、実施例２〜８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（ナノメートル））における屈折率を示し、νの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））におけるアッベ数を示す。また、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。基本レンズデータには、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ナンバーＦＮｏ．、全画角２ω（°）の値を示す。

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
であり、非球面深さＺｄにおけるΣはｍに関する総和を意味する。

基本レンズデータおよび諸元に関するデータにおいて、角度の単位としては°を用い、長さの単位としてはｍｍ（ミリメートル）を用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。

実施例１の結像光学系の各収差図を図１２に示す。なお、図１２の左側から順に、拡大側結像面から第１レンズ群Ｇ１までの距離を１．５ｍとした場合の球面収差、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（ナノメートル））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（ナノメートル））、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））、およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））についての収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。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（ナノメートル））およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））についての収差をそれぞれ長破線および短破線で示す。なお、球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。

次に、実施例２の結像光学系について説明する。実施例２の結像光学系のレンズ構成を示す断面図を図５に示す。実施例２の結像光学系は、実施例１の結像光学系のレンズ枚数の構成と比較して、第３レンズ群Ｇ３がレンズＬ３ａ〜レンズＬ３ｆの６枚のレンズからなる点が異なる。また、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、拡大側結像面から第１レンズ群Ｇ１までの距離を１．５ｍとした場合の各収差図を図１３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の結像光学系のレンズ構成を示す断面図を図６に示す。実施例３の結像光学系は、実施例１の結像光学系と同じレンズ枚数の構成である。また、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に、拡大側結像面から第１レンズ群Ｇ１までの距離を１．５ｍとした場合の各収差図を図１４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の結像光学系のレンズ構成を示す断面図を図７に示す。実施例４の結像光学系は、実施例１の結像光学系と同じレンズ枚数の構成である。また、実施例４の結像光学系の基本レンズデータを表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に、拡大側結像面から第１レンズ群Ｇ１までの距離を１．５ｍとした場合の各収差図を図１５に示す。

次に、実施例５の結像光学系について説明する。実施例５の結像光学系のレンズ構成を示す断面図を図８に示す。実施例５の結像光学系は、実施例１の結像光学系のレンズ枚数の構成と比較して、第３レンズ群Ｇ３がレンズＬ３ａ〜レンズＬ３ｆの６枚のレンズからなる点が異なる。また、実施例５の結像光学系の基本レンズデータを表１３に、諸元に関するデータを表１４に、非球面係数に関するデータを表１５に、拡大側結像面から第１レンズ群Ｇ１までの距離を１．５ｍとした場合の各収差図を図１６に示す。

次に、実施例６の結像光学系について説明する。実施例６の結像光学系のレンズ構成を示す断面図を図９に示す。実施例６の結像光学系は、実施例１の結像光学系と同じレンズ枚数の構成である。また、実施例６の結像光学系の基本レンズデータを表１６に、諸元に関するデータを表１７に、非球面係数に関するデータを表１８に、拡大側結像面から第１レンズ群Ｇ１までの距離を１．５ｍとした場合の各収差図を図１７に示す。

次に、実施例７の結像光学系について説明する。実施例７の結像光学系のレンズ構成を示す断面図を図１０に示す。実施例７の結像光学系は、光軸に沿って拡大側から順に、レンズＬ１ａ〜レンズＬ１ｊの１０枚のレンズからなる第１レンズ群Ｇ１と、第１光軸折り曲げ手段Ｒ１と、レンズＬ２ａ〜レンズＬ２ｂの２枚のレンズからなる第２レンズ群Ｇ２と、第２光軸折り曲げ手段Ｒ２と、レンズＬ３ａ〜レンズＬ３ｅの５枚のレンズからなる第３レンズ群Ｇ３とから構成される。また、実施例７の結像光学系の基本レンズデータを表１９に、諸元に関するデータを表２０に、非球面係数に関するデータを表２１に、拡大側結像面から第１レンズ群Ｇ１までの距離を１．５ｍとした場合の各収差図を図１８に示す。

次に、実施例８の結像光学系について説明する。実施例８の結像光学系のレンズ構成を示す断面図を図１１に示す。実施例８の結像光学系は、実施例７の結像光学系と同じレンズ枚数の構成である。また、実施例８の結像光学系の基本レンズデータを表２２に、諸元に関するデータを表２３に、非球面係数に関するデータを表２４に、拡大側結像面から第１レンズ群Ｇ１までの距離を１．５ｍとした場合の各収差図を図１９に示す。

実施例１〜８の結像光学系の条件式（１）および（２）に対応する値を表２５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２５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１〜８の結像光学系は全て、条件式（１）および（２）を満たしており、小型でありながら、光軸を挟む両側の領域の光束が利用可能な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２０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２０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、光軸を偏向するための全反射ミラー１８ａ〜１８ｃとを有する。なお、図２０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２０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２１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２１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２１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２１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２２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２２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、光軸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２２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２２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２３、図２４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２３は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図２４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）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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
Ａ 軸上光束
Ｂ 最大画角の光束
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｌ１ａ〜Ｌ３ｆ レンズ
ＭＩ 中間像
Ｐａ 画像表示素子中心位置からの光束
Ｐｂ 画像表示素子上端位置からの光束
Ｐｃ 画像表示素子下端位置からの光束
ＰＰ 光学部材
Ｒ１ 第１光軸折り曲げ手段
Ｒ２ 第２光軸折り曲げ手段
Ｓｉｍ 画像表示面
Ｚ 光軸

Claims (11)

1. 拡大側結像面と共役な位置に中間像を形成し、前記中間像を縮小側結像面に再結像させる結像光学系であって、
   光軸に沿って拡大側から順に、第１レンズ群と、光軸を折り曲げる第１光軸折り曲げ手段と、第２レンズ群と、光軸を折り曲げる第２光軸折り曲げ手段と、第３レンズ群とからなり、
   前記第１レンズ群の最も拡大側の面から前記第１レンズ群の最も縮小側の面の間に前記中間像を形成する結像光学系。
2. 前記第２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. 全系の焦点距離をｆ、
   前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とした場合、
   ０＜｜ｆ｜／ｆ２＜０．１ …（１）
   で表される条件式（１）を満足する
   請求項１または２記載の結像光学系。
4. 前記第１レンズ群の最も拡大側の面から前記第１光軸折り曲げ手段までの光軸上の距離をＬａ、
   前記第２光軸折り曲げ手段から前記第３レンズ群の最も縮小側の面までの光軸上の距離をＬｂとした場合、
   １．２＜Ｌａ／Ｌｂ＜５ …（２）
   で表される条件式（２）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. 前記第３レンズ群の光軸は、前記第１レンズ群の光軸に対して１８０°折り曲げられている
   請求項１から４のいずれか１項記載の結像光学系。
6. 前記第３レンズ群の光軸を回転軸とし、前記第１レンズ群、前記第１光軸折り曲げ手段、前記第２レンズ群、および、前記第２光軸折り曲げ手段が一体的に回転可能である
   請求項５記載の結像光学系。
7. 前記第１光軸折り曲げ手段および前記第２光軸折り曲げ手段は、光軸を９０°折り曲げる
   請求項１から６のいずれか１項記載の結像光学系。
8. ０．０２＜｜ｆ｜／ｆ２＜０．０７ …（１−１）
   で表される条件式（１−１）を満足する
   請求項３記載の結像光学系。
9. １．５＜Ｌａ／Ｌｂ＜４ …（２−１）
   で表される条件式（２−１）を満足する
   請求項４記載の結像光学系。
10. 光源と、前記光源からの光が入射するライトバルブと、前記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９のいずれか１項記載の結像光学系とを備えた投写型表示装置。
11. 請求項１から９のいずれか１項記載の結像光学系を備えた撮像装置。

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