(57)【要約】【課題】小型でありながら、広角で、かつ諸収差が良好に補正された高い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および撮像装置を提供する。【解決手段】拡大側から順に、反射光学系と、複数のレンズを含む屈折光学系とからなり、屈折光学系は光路上における屈折光学系と反射光学系との間でかつ縮小側結像面と共役な位置に第１中間像を形成し、反射光学系は第１中間像を拡大側結像面に再結像させる。反射光学系は、拡大側から光路に沿って順に、正のパワーを有する第１反射面と、曲面形状を有する第２反射面と、正のパワーを有する第３反射面とからなる。【選択図】図１
2020024359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、反射光学系と、複数のレンズを含む屈折光学系とからなり、
前記屈折光学系は光路上における前記屈折光学系と前記反射光学系との間でかつ縮小側結像面と共役な位置に第１中間像を形成し、前記反射光学系は前記第１中間像を拡大側結像面に再結像させ、
前記反射光学系は、拡大側から光路に沿って順に、正のパワーを有する第１反射面と、曲面形状を有する第２反射面と、正のパワーを有する第３反射面とからなる結像光学系。
【請求項２】
光路上における前記第１反射面と前記第２反射面の間でかつ前記第１中間像と共役な位置に第２中間像を形成する請求項１記載の結像光学系。
【請求項３】
前記第１反射面から拡大側に向かう光線は、前記反射光学系内で前記縮小側結像面から前記拡大側結像面に向かう光線と２回交わる請求項１または２記載の結像光学系。
【請求項４】
前記第２反射面は、負のパワーを有する請求項１から３のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項５】
前記反射光学系の全ての光学面は、前記反射光学系の光軸を中心とする回転対称面により構成され、
前記屈折光学系の全ての光学面は、前記屈折光学系の光軸を中心とする回転対称面により構成される請求項１から４のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項６】
前記反射光学系の光軸と前記屈折光学系の光軸とは共通である請求項５記載の結像光学系。
【請求項７】
前記第１反射面の焦点距離をｆ１、
前記第３反射面の焦点距離をｆ３とした場合、
｜ｆ１｜＜｜ｆ３｜    （１）
で表される条件式（１）を満足する請求項１から６のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項８】
全系の焦点距離をｆ、
前記屈折光学系の焦点距離をｆＬとした場合、
−０．１５＜｜ｆ｜／ｆＬ＜０．３    （２）
で表される条件式（２）を満足する請求項１から７のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項９】
前記反射光学系の焦点距離をｆＲ、
全系の焦点距離をｆとした場合、
０．８＜｜ｆＲ／ｆ｜＜１．８    （３）
で表される条件式（３）を満足する請求項１から８のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項１０】
全系のバックフォーカスをＢｆ、
全系の焦点距離をｆとした場合、
２＜Ｂｆ／｜ｆ｜    （４）
で表される条件式（４）を満足する請求項１から９のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項１１】
合焦時に、前記第１反射面、前記第２反射面、および前記第３反射面の中で前記屈折光学系に最も近い反射面と、前記屈折光学系の一部とを移動する請求項１から１０のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項１２】
−０．１＜｜ｆ｜／ｆＬ＜０．２    （２−１）
で表される条件式（２−１）を満足する請求項８記載の結像光学系。
【請求項１３】
１＜｜ｆＲ／ｆ｜＜１．５    （３−１）
で表される条件式（３−１）を満足する請求項９記載の結像光学系。
【請求項１４】
４＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜１５    （４−１）
で表される条件式（４−１）を満足する請求項１０記載の結像光学系。
【請求項１５】
画像データに基づく光学像を出力するライトバルブと、
請求項１から１４のいずれか１項記載の結像光学系とを備え、
前記結像光学系は、前記ライトバルブから出力された前記光学像をスクリーン上に投写する投写型表示装置。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれか１項記載の結像光学系を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、結像光学系、投写型表示装置、および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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搭載した投写型表示装置が広く普及し、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、投写用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。
【０００３】
また、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考慮して、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投写用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。
【０００４】
このような要望に応えるべく、屈折光学系により縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、この中間像を反射光学系により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）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５０２９６号公報
【特許文献２】特開２０１７−４０８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の結像光学系は、屈折光学系と、反射光学系として１枚の非球面反射面とを用いた光学系であるが、中間像を再結像させる非球面反射面が１枚であるため、広角化を実現するためには反射面を大きくする必要がある。また、特許文献１の結像光学系において、反射面を小型化しようとすると、屈折光学系の負担が大きくなってレンズ枚数が増えてしまう。すなわち、特許文献１の結像光学系は、小型化が難しいという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２の結像光学系は、屈折光学系と、反射光学系として３枚の非球面反射面とを用いた光学系であり、屈折光学系の負担を減らしてレンズ枚数の削減を図っているが、最も拡大側の反射面が大きいため、小型化が難しいという問題がある。
【０００８】
本開示は、上記事情に鑑みなされたものであり、屈折光学系により縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、この中間像を反射光学系により拡大側結像面に再結像させる結像光学系において、小型でありながら、広角で、かつ諸収差が良好に補正された高い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、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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
【００１０】
＜１＞  拡大側から順に、反射光学系と、複数のレンズを含む屈折光学系とからなり、屈折光学系は光路上における屈折光学系と反射光学系との間でかつ縮小側結像面と共役な位置に第１中間像を形成し、反射光学系は第１中間像を拡大側結像面に再結像させ、反射光学系は、拡大側から光路に沿って順に、正のパワーを有する第１反射面と、曲面形状を有する第２反射面と、正のパワーを有する第３反射面とからなる結像光学系。
【００１１】
＜２＞  光路上における第１反射面と第２反射面の間でかつ第１中間像と共役な位置に第２中間像を形成する＜１＞の結像光学系。
【００１２】
＜３＞  第１反射面から拡大側に向かう光線は、反射光学系内で縮小側結像面から拡大側結像面に向かう光線と２回交わる＜１＞または＜２＞の結像光学系。
【００１３】
＜４＞  第２反射面は、負のパワーを有する＜１＞から＜３＞のいずれかの結像光学系。
【００１４】
＜５＞  反射光学系の全ての光学面は、反射光学系の光軸を中心とする回転対称面により構成され、屈折光学系の全ての光学面は、屈折光学系の光軸を中心とする回転対称面により構成される＜１＞から＜４＞のいずれかの結像光学系。
【００１５】
＜６＞  反射光学系の光軸と屈折光学系の光軸とは共通である＜５＞の結像光学系。
【００１６】
＜７＞  第１反射面の焦点距離をｆ１、第３反射面の焦点距離をｆ３とした場合、
｜ｆ１｜＜｜ｆ３｜    （１）
で表される条件式（１）を満足する＜１＞から＜６＞のいずれかの結像光学系。
【００１７】
＜８＞  全系の焦点距離をｆ、屈折光学系の焦点距離をｆＬとした場合、
−０．１５＜｜ｆ｜／ｆＬ＜０．３    （２）
で表される条件式（２）を満足する＜１＞から＜７＞のいずれかの結像光学系。
【００１８】
＜９＞  反射光学系の焦点距離をｆＲ、全系の焦点距離をｆとした場合、
０．８＜｜ｆＲ／ｆ｜＜１．８    （３）
で表される条件式（３）を満足する＜１＞から＜８＞のいずれかの結像光学系。
【００１９】
＜１０＞  全系のバックフォーカスをＢｆ、全系の焦点距離をｆとした場合、
２＜Ｂｆ／｜ｆ｜    （４）
で表される条件式（４）を満足する＜１＞から＜９＞のいずれかの結像光学系。
【００２０】
＜１１＞  合焦時に、第１反射面、第２反射面、および第３反射面の中で屈折光学系に最も近い反射面と、屈折光学系の一部とを移動する＜１＞から＜１０＞のいずれかの結像光学系。
【００２１】
＜１２＞  −０．１＜｜ｆ｜／ｆＬ＜０．２    （２−１）
で表される条件式（２−１）を満足する＜８＞の結像光学系。
【００２２】
＜１３＞  １＜｜ｆＲ／ｆ｜＜１．５    （３−１）
で表される条件式（３−１）を満足する＜９＞の結像光学系。
【００２３】
＜１４＞  ４＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜１５    （４−１）
で表される条件式（４−１）を満足する＜１０＞の結像光学系。
【００２４】
＜１５＞  画像データに基づく光学像を出力するライトバルブと、＜１＞から＜１４＞のいずれかの結像光学系とを備え、結像光学系は、ライトバルブから出力された光学像をスクリーン上に投写する投写型表示装置。
【００２５】
＜１６＞  ＜１＞から＜１４＞のいずれかの結像光学系を備えた撮像装置。
【００２６】
なお、上記「反射光学系」とは、反射面以外にも、絞り、フィルタ、およびカバーガラス等のレンズ以外の光学要素が含まれていてもよいことを意図する。
【００２７】
上記「屈折光学系」とは、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、カバーガラス、ミラー、およびプリズム等のレンズ以外の光学要素が含まれていてもよいことを意図する。
【００２８】
本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」は、挙げられた構成要素以外に、反射光学系および屈折光学系の各々について、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、合焦機構、および手振れ補正機構等の機構部分等の部材を含んでもよいことを意図するものである。
【００２９】
条件式で用いている「焦点距離」は、近軸焦点距離である。条件式で用いている「バックフォーカス」は、縮小側をバック側とした場合の値である。条件式で用いている値は、ｄ線を基準とした場合の値である。非球面に関するパワー（屈折力を含む）の符号および面形状は、特に断りが無い限り近軸領域で考えることにする。本明細書に記載の「ｄ線」、「Ｃ線」、および「Ｆ線」は輝線であり、ｄ線の波長は５８７．５６ｎｍ（ナノメートル）、Ｃ線の波長は６５６．２７ｎｍ（ナノメートル）、Ｆ線の波長は４８６．１３ｎｍ（ナノメートル）、ｇ線の波長は４３５．８４ｎｍ（ナノメートル）である。
【発明の効果】
【００３０】
本開示によれば、小型でありながら、広角で、かつ諸収差が良好に補正された高い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、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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】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
【図２】本発明の実施例１の結像光学系の変形例を示す断面図
【図３】本発明の実施例１の結像光学系を筐体に収納した状態を示す断面図
【図４】本発明の実施例２の結像光学系の構成を示す断面図
【図５】本発明の実施例２の結像光学系の変形例１を示す断面図
【図６】本発明の実施例２の結像光学系の変形例２示す断面図
【図７】本発明の実施例２の結像光学系の変形例３示す断面図
【図８】本発明の実施例２の変形例２の結像光学系を筐体に収納した状態を示す断面図
【図９】本発明の実施例３の結像光学系の構成を示す断面図
【図１０】本発明の実施例４の結像光学系の構成を示す断面図
【図１１】本発明の実施例５の結像光学系の構成を示す断面図
【図１２】本発明の実施例６の結像光学系の構成を示す断面図
【図１３】本発明の実施例７の結像光学系の構成を示す断面図
【図１４】本発明の実施例１の結像光学系の各収差図
【図１５】本発明の実施例２の結像光学系の各収差図
【図１６】本発明の実施例３の結像光学系の各収差図
【図１７】本発明の実施例４の結像光学系の各収差図
【図１８】本発明の実施例５の結像光学系の各収差図
【図１９】本発明の実施例６の結像光学系の各収差図
【図２０】本発明の実施例７の結像光学系の各収差図
【図２１】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
【図２２】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
【図２３】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
【図２４】本発明の一実施形態に係る撮像装置の前側の斜視図
【図２５】図２４に示す撮像装置の背面側の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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構成を示す断面図、図３は上記結像光学系を筐体に収納した状態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、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、光束として最小画角の光束Ａおよび最大画角の光束Ｂを併せて記入している。図３の図示方法は、図１と同様である。
【００３３】
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（拡大側結像面）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等を想定した光学部材ＰＰと、ライトバルブの画像表示面（縮小側結像面）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。
【００３４】
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、反射光学系ＧＲと、複数のレンズを含む屈折光学系ＧＬとからなり、屈折光学系ＧＬは光路上における屈折光学系ＧＬと反射光学系ＧＲとの間でかつ縮小側結像面と共役な位置に第１中間像Ｍ１を形成し、反射光学系ＧＲは第１中間像Ｍ１を拡大側結像面に再結像させるように構成されている。
【００３５】
このように、中間像Ｍ１を形成する結像光学系では、反射光学系ＧＲ内の各反射面のサイズを小さくすることができるとともに、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。    
【００３６】
反射光学系ＧＲは、拡大側から光路に沿って順に、正のパワーを有する第１反射面Ｒ１と、曲面形状を有する第２反射面Ｒ２と、正のパワーを有する第３反射面Ｒ３とからなる。
【００３７】
このように、３枚の反射面により光を複数回反射させて実質的な光路長を長くすることによって、小型化を図りつつ、各反射面のパワーを低く抑えることが可能となる。その結果、屈折光学系ＧＬの負担が減り、屈折光学系ＧＬのレンズ枚数を少なくすることができるため、結像光学系全体の小型化を図ることができる。
【００３８】
また、色収差の発生しない３枚の反射面を設けることによって、光学系全体での色収差の発生を低減することが可能になる。
【００３９】
さらに、最も拡大側にある第１反射面Ｒ１を収束作用のある凹面とすることによって、第１反射面Ｒ１を小型化できるとともに、図３に示すように、結像光学系を筐体１に収納した場合に、光線を外部に出射するため光学窓２のサイズを小さくでき、外部から筐体１内に入射する迷光を少なくすることができるため、表示品質を向上させることができる。
【００４０】
本実施形態の結像光学系においては、光路上における第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２の間でかつ第１中間像Ｍ１と共役な位置に第２中間像Ｍ２を形成することが好ましい。このような態様とすることによって、第１反射面Ｒ１の焦点距離を短くできるため、第１反射面Ｒ１の小型化が可能であり、さらに広角化にも有利となる。
【００４１】
なお、第２反射面Ｒ２と第３反射面Ｒ３の間に中間像を形成した場合、光路長確保のために第３反射面Ｒ３と屈折光学系ＧＬの間の間隔を大きく取らざるを得ず、必然的に第３反射面Ｒ３が大型化してしまうため、第３反射面Ｒ３の小型化のみならず、結像光学系全体の小型化の観点で好ましくない。従って、第１中間像Ｍ１とは別に第２中間像Ｍ２を形成する場合には、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２の間に第２中間像Ｍ２を形成することが好ましい。
【００４２】
また、第１反射面Ｒ１から拡大側に向かう光線は、反射光学系ＧＲ内で縮小側結像面から拡大側結像面に向かう光線と２回交わることが好ましい。このような態様とすることによって、反射光学系ＧＲ全体を小型化しつつ、広角化に伴う収差補正（特に、歪曲収差、像面湾曲）が可能となる。
【００４３】
また、第２反射面Ｒ２は、負のパワーを有することが好ましい。このような態様とすることによって、反射光学系ＧＲ全体のパワーを適切に保ちつつ、広角化と小型化の両立が可能となる。
【００４４】
また、反射光学系ＧＲの全ての光学面は、反射光学系ＧＲの光軸を中心とする回転対称面により構成され、屈折光学系ＧＬの全ての光学面は、屈折光学系ＧＬの光軸を中心とする回転対称面により構成されることが好ましい。このような態様とすることによって、反射光学系ＧＲおよび屈折光学系ＧＬともに構造が簡略化できるため、低コスト化に有利となる。さらに、反射光学系ＧＲの光軸と屈折光学系ＧＬの光軸とを共通とすることによって、設計を容易にすることができるため、より低コスト化に有利となる。なお、図１に示す本実施形態の結像光学系は、反射光学系ＧＲと屈折光学系ＧＬとで共通の光軸Ｚとした例を示している。
【００４５】
また、第１反射面Ｒ１の焦点距離をｆ１、第３反射面Ｒ３の焦点距離をｆ３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）は、反射光学系ＧＲ内のパワーバランスを維持するための式である。条件式（１）を満足することによって、第３反射面Ｒ３のパワーが第１反射面Ｒ１より弱くなるため、第１反射面Ｒ１が大型化するのを防ぐことができ、これに伴って第２反射面Ｒ２についても大型化するのを防ぐことができるため、反射光学系ＧＲ全体を小型化するのに有利となる。
｜ｆ１｜＜｜ｆ３｜    （１）
【００４６】
また、全系の焦点距離をｆ、屈折光学系ＧＬの焦点距離をｆＬ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、屈折光学系ＧＬの負のパワーが強くなり過ぎるのを防ぎ、反射光学系ＧＲに入射する光線高さが低くなり過ぎるのを防ぐことができるため、第１反射面Ｒ１と第３反射面Ｒ３とが干渉するのを防ぎ、第１反射面Ｒ１および第３反射面Ｒ３を適切に配置することが可能となる。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、屈折光学系ＧＬの正のパワーが強くなり過ぎるのを防ぐことができるため、諸収差の補正が容易となり、屈折光学系ＧＬのレンズ枚数を少なくするのに有利となる。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。
−０．１５＜｜ｆ｜／ｆＬ＜０．３    （２）
−０．１＜｜ｆ｜／ｆＬ＜０．２    （２−１）
【００４７】
また、反射光学系ＧＲの焦点距離をｆＲ、全系の焦点距離をｆとした場合、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によって、反射光学系ＧＲとしてはＦナンバーが大きいレンズにも対応可能となるため、広角化に伴う球面収差や非点収差の補正に有利となる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、中間像Ｍ１のサイズが大きくなり過ぎるのを防ぐことができるため、反射光学系ＧＲの小型化と、反射光学系ＧＲにおける歪曲収差および像面湾曲の補正に有利となる。なお、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。
０．８＜｜ｆＲ／ｆ｜＜１．８    （３）
１＜｜ｆＲ／ｆ｜＜１．５    （３−１）
【００４８】
また、全系のバックフォーカスをＢｆ、全系の焦点距離をｆとした場合、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によって、バックフォーカスが短くなり過ぎるのを防ぐことができるため、色合成プリズム等の光学部材ＰＰの配置が容易となる。なお、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。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、バックフォーカスも含めたレンズ全系の小型化に有利となる。
２＜Ｂｆ／｜ｆ｜    （４）
４＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜１５    （４−１）
【００４９】
また、合焦時に、第１反射面Ｒ１、第２反射面Ｒ２、および第３反射面Ｒ３の中で屈折光学系ＧＬに最も近い反射面と、屈折光学系ＧＬの一部とを移動することが好ましい。広角レンズは、光軸近傍での深い被写界深度によって投写距離変化に対する焦点変動が鈍いのに対して、投写画像の周辺部においては投写距離変化に対する像面湾曲の変動が大きいという特徴がある。そのため、屈折光学系ＧＬの一部に加えて、屈折光学系ＧＬに最も近い反射面も合わせて移動させることによって、投写距離変化に対する像面湾曲の変動を抑制する事が可能となり、良好な性能を維持することができる。また、屈折光学系ＧＬの一部に加えて、屈折光学系ＧＬに最も近い反射面を移動させることによって、これらの部材を移動させるための機構を集中的に配置できるため、設計および製造を容易にすることができる。
【００５０】
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。
【００５１】
［実施例１］
実施例１の結像光学系の構成を示す断面図を図１に、実施例１の結像光学系の変形例を示す断面図を図２に、実施例１の結像光学系を筐体に収納した状態を示す断面図を図３に示す。図１の図示方法は上述しており、図２および図３についても図１と同じ図示方法であるため、ここでは重複説明を一部省略する。また、図示方法については、実施例２〜７についても基本的に同様である。
【００５２】
図１に示す実施例１の結像光学系は、拡大側から光路に沿って順に、反射面Ｒ１〜Ｒ３の３枚の反射面からなる反射光学系ＧＲと、レンズＬ１〜レンズＬ７の７枚のレンズおよび開口絞りＳｔからなる屈折光学系ＧＬとから構成される。合焦時に、第２反射面Ｒ２、レンズＬ１、およびレンズＬ２が互いに独立して移動する。
【００５３】
図２に示す実施例１の結像光学系の変形例は、屈折光学系ＧＬ内に反射面Ｒ４（面番号９の面頂点より拡大側に距離２２．４の位置に配置）を追加して、屈折光学系ＧＬ内で光軸Ｚが９０°折り曲げられるように構成したものである。
【００５４】
図３は、図１に示す実施例１の結像光学系を、光学窓２を備えた筐体１に収納した状態を示している。
【００５５】
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、可変面間隔に関するデータを表３に、非球面係数に関するデータを表４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２〜７についても基本的に同様である。
【００５６】
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線における屈折率を示し、νの欄には各光学要素のｄ線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。また、表１のレンズデータにおいて、合焦時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤＤ[面番号]と記載している。このＤＤ[面番号]に対応する数値は表３に示している。
【００５７】
表２の諸元に関するデータに、焦点距離の絶対値｜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。
【００５８】
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４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４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・ｈ２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ２・ｈ２）１/２｝＋ΣＡｍ・ｈｍ
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。
【００５９】
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。
【００６０】
【表１】
2020024359.tif 000003
【００６１】
【表２】
2020024359.tif 000004
【００６２】
【表３】
2020024359.tif 000005
【００６３】
【表４】
2020024359.tif 000006
【００６４】
実施例１の結像光学系の各収差図を図１４に示す。図１４では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。図１４では、上段に拡大側結像面から第１反射面Ｒ１までの距離を５０１とした状態を示し、中段に拡大側結像面から第１反射面Ｒ１までの距離を４１０とした状態を示し、下段に拡大側結像面から第１反射面Ｒ１までの距離を６６６とした状態を示す。球面収差図では、ｄ線、Ｃ線、およびＦ線における収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線およびＦ線における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。
【００６５】
［実施例２］
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４に、実施例２の結像光学系の変形例１を示す断面図を図５に、実施例２の結像光学系の変形例２を示す断面図を図６に、実施例２の結像光学系の変形例３を示す断面図を図７に、実施例２の変形例２の結像光学系を筐体に収納した状態を示す断面図を図８に示す。
【００６６】
図４に示す実施例２の結像光学系は、拡大側から光路に沿って順に、反射面Ｒ１〜Ｒ３の３枚の反射面からなる反射光学系ＧＲと、レンズＬ１〜レンズＬ７の７枚のレンズおよび開口絞りＳｔからなる屈折光学系ＧＬとから構成される。合焦時に、第２反射面Ｒ２、レンズＬ１、およびレンズＬ２が互いに独立して移動する。
【００６７】
図５に示す実施例２の結像光学系の変形例１は、屈折光学系ＧＬ内に反射面Ｒ４（面番号１６の面頂点より拡大側に距離１７の位置に配置）を追加して、屈折光学系ＧＬ内で光軸Ｚが９０°折り曲げられるように構成したものである。
【００６８】
図６に示す実施例２の結像光学系の変形例２は、屈折光学系ＧＬ内に反射面Ｒ４（面番号９の面頂点より拡大側に距離２２．４の位置に配置）および反射面Ｒ５（面番号１６の面頂点より拡大側に距離１７の位置に配置）を追加して、屈折光学系ＧＬ内で光軸Ｚが同じ方向に２回９０°折り曲げられるように構成したものである。
【００６９】
図７に示す実施例２の結像光学系の変形例３は、屈折光学系ＧＬ内に反射面Ｒ４（面番号９の面頂点より拡大側に距離２２．４の位置に配置）および反射面Ｒ５（面番号１６の面頂点より拡大側に距離１７の位置に配置）を追加して、屈折光学系ＧＬ内で光軸Ｚが逆方向に２回９０°折り曲げられるように構成したものである。
【００７０】
図８は、図６に示す実施例２の変形例２の結像光学系を、光学窓２を備えた筐体１に収納した状態を示している。
【００７１】
また、実施例２の結像光学系の基本レンズデータを表５に、諸元に関するデータを表６に、可変面間隔に関するデータを表７に、非球面係数に関するデータを表８に、各収差図を図１５に示す。
【００７２】
【表５】
2020024359.tif 000007
【００７３】
【表６】
2020024359.tif 000008
【００７４】
【表７】
2020024359.tif 000009
【００７５】
【表８】
2020024359.tif 000010
【００７６】
［実施例３］
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９に示す。実施例３の結像光学系は、拡大側から光路に沿って順に、反射面Ｒ１〜Ｒ３の３枚の反射面からなる反射光学系ＧＲと、レンズＬ１〜レンズＬ７の７枚のレンズおよび開口絞りＳｔからなる屈折光学系ＧＬとから構成される。合焦時に、第２反射面Ｒ２、レンズＬ１、およびレンズＬ２が互いに独立して移動する。また、実施例３の結像光学系の基本レンズデータを表９に、諸元に関するデータを表１０に、可変面間隔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、各収差図を図１６に示す。
【００７７】
【表９】
2020024359.tif 000011
【００７８】
【表１０】
2020024359.tif 000012
【００７９】
【表１１】
2020024359.tif 000013
【００８０】
【表１２】
2020024359.tif 000014
【００８１】
［実施例４］
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１０に示す。実施例４の結像光学系は、拡大側から光路に沿って順に、反射面Ｒ１〜Ｒ３の３枚の反射面からなる反射光学系ＧＲと、レンズＬ１〜レンズＬ６の６枚のレンズおよび開口絞りＳｔからなる屈折光学系ＧＬとから構成される。合焦時に、第２反射面Ｒ２と、レンズＬ１およびレンズＬ２からなる群とが、独立して移動する。また、実施例４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、可変面間隔に関するデータを表１５に、非球面係数に関するデータを表１６に、各収差図を図１７に示す。
【００８２】
【表１３】
2020024359.tif 000015
【００８３】
【表１４】
2020024359.tif 000016
【００８４】
【表１５】
2020024359.tif 000017
【００８５】
【表１６】
2020024359.tif 000018
【００８６】
［実施例５］
次に、実施例５の結像光学系について説明する。実施例５の結像光学系の構成を示す断面図を図１１に示す。実施例５の結像光学系は、拡大側から光路に沿って順に、反射面Ｒ１〜Ｒ３の３枚の反射面からなる反射光学系ＧＲと、レンズＬ１〜レンズＬ６の６枚のレンズおよび開口絞りＳｔからなる屈折光学系ＧＬとから構成される。なお、第２反射面Ｒ２とレンズＬ１は一つの光学素子であり、レンズＬ１の拡大側の面の図中下半分を第２反射面Ｒ２としている。合焦時に、レンズＬ１（第２反射面Ｒ２）とレンズＬ２とが独立して移動する。また、実施例５の結像光学系の基本レンズデータを表１７に、諸元に関するデータを表１８に、可変面間隔に関するデータを表１９に、非球面係数に関するデータを表２０に、各収差図を図１８に示す。
【００８７】
【表１７】
2020024359.tif 000019
【００８８】
【表１８】
2020024359.tif 000020
【００８９】
【表１９】
2020024359.tif 000021
【００９０】
【表２０】
2020024359.tif 000022
【００９１】
［実施例６］
次に、実施例６の結像光学系について説明する。実施例６の結像光学系の構成を示す断面図を図１２に示す。実施例６の結像光学系は、拡大側から光路に沿って順に、反射面Ｒ１〜Ｒ３の３枚の反射面からなる反射光学系ＧＲと、レンズＬ１〜レンズＬ６の６枚のレンズからなる屈折光学系ＧＬとから構成される。合焦時に、第２反射面Ｒ２、レンズＬ１、およびレンズＬ２が互いに独立して移動する。また、実施例６の結像光学系の基本レンズデータを表２１に、諸元に関するデータを表２２に、可変面間隔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、各収差図を図１９に示す。
【００９２】
【表２１】
2020024359.tif 000023
【００９３】
【表２２】
2020024359.tif 000024
【００９４】
【表２３】
2020024359.tif 000025
【００９５】
【表２４】
2020024359.tif 000026
【００９６】
［実施例７］
次に、実施例７の結像光学系について説明する。実施例７の結像光学系の構成を示す断面図を図１３に示す。実施例７の結像光学系は、拡大側から光路に沿って順に、反射面Ｒ１〜Ｒ３の３枚の反射面からなる反射光学系ＧＲと、レンズＬ１〜レンズＬ５の５枚のレンズからなる屈折光学系ＧＬとから構成される。合焦時に、第２反射面Ｒ２、レンズＬ１、およびレンズＬ２が互いに独立して移動する。また、実施例７の結像光学系の基本レンズデータを表２５に、諸元に関するデータを表２６に、可変面間隔に関するデータを表２７に、非球面係数に関するデータを表２８に、各収差図を図２０に示す。
【００９７】
【表２５】
2020024359.tif 000027
【００９８】
【表２６】
2020024359.tif 000028
【００９９】
【表２７】
2020024359.tif 000029
【０１００】
【表２８】
2020024359.tif 000030
【０１０１】
実施例１〜７の結像光学系の条件式（１）〜（４）に対応する値を表２９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２９に示す値はこの基準波長におけるものである。
【０１０２】
【表２９】
2020024359.tif 000031
【０１０３】
以上のデータから、実施例１〜７の結像光学系は全て、条件式（１）〜（４）を満たしており、小型でありながら、全画角が１３０°以上と広角で、かつ諸収差が良好に補正された高い光学性能を有する結像光学系であることが分かる。
【０１０４】
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２１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２１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２１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２１ではその図示を省略している。
【０１０５】
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。
【０１０６】
図２２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２２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２２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２２ではその図示を省略している。
【０１０７】
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。
【０１０８】
図２３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２３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２３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２３ではその図示を省略している。
【０１０９】
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。
【０１１０】
図２４、図２５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２４は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図２５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。
【０１１１】
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、撮像された画像およびまたは撮像される前の画角内にある画像等を表示するためのものである。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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）等の撮像素子（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等が設けられている。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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。ライトバルブは、光源からの光を画像表示素子により空間変調して、画像データに基づく光学像として出力する態様に限定されず、自発光型の画像表示素子から出力された光自体を、画像データに基づく光学像として出力する態様であってもよい。自発光型の画像表示素子としては、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）またはＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子が２次元配列された画像表示素子が挙げられる。
【０１１６】
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等に適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１    筐体
２    光学窓
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    最小画角の光束
Ｂ    最大画角の光束
ＧＬ    屈折光学系
ＧＲ    反射光学系
Ｌ１〜Ｌ７    レンズ
Ｍ１、Ｍ２    中間像
ＰＰ    光学部材
Ｒ１〜Ｒ５    反射面
Ｓｉｍ    画像表示面
Ｓｔ    開口絞り
Ｚ    光軸
【図１】
2020024359.tif 000032
【図２】
2020024359.tif 000033
【図３】
2020024359.tif 000034
【図４】
2020024359.tif 000035
【図５】
2020024359.tif 000036
【図６】
2020024359.tif 000037
【図７】
2020024359.tif 000038
【図８】
2020024359.tif 000039
【図９】
2020024359.tif 000040
【図１０】
2020024359.tif 000041
【図１１】
2020024359.tif 000042
【図１２】
2020024359.tif 000043
【図１３】
2020024359.tif 000044
【図１４】
2020024359.tif 000045
【図１５】
2020024359.tif 000046
【図１６】
2020024359.tif 000047
【図１７】
2020024359.tif 000048
【図１８】
2020024359.tif 000049
【図１９】
2020024359.tif 000050
【図２０】
2020024359.tif 000051
【図２１】
2020024359.tif 000052
【図２２】
2020024359.tif 000053
【図２３】
2020024359.tif 000054
【図２４】
2020024359.tif 000055
【図２５】
2020024359.tif 000056