(57)【要約】【課題】高さ方向を抑えつつ小型化を達成し、広角で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。【解決手段】拡大側から順に、拡大側結像面と共役な位置に中間像ＭＩを形成する第１結像光学系Ｇ１と、中間像ＭＩを縮小側結像面Ｓｉｍに再結像させる第２結像光学系Ｇ２とからなり、第１結像光学系Ｇ１は、拡大側から順に、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと、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、光路を折り曲げる第２光路折り曲げ手段Ｒ２とからなり、第２光路折り曲げ手段Ｒ２と第２結像光学系Ｇ２との間に中間像ＭＩが形成されるものとする。【選択図】図１
2019095788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、拡大側結像面と共役な位置に中間像を形成する第１結像光学系と、前記中間像を縮小側結像面に再結像させる第２結像光学系とからなり、
前記第１結像光学系は、拡大側から順に、第１Ａレンズ群と、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、光路を折り曲げる第２光路折り曲げ手段とからなり、
前記第２光路折り曲げ手段と前記第２結像光学系との間に前記中間像が形成される結像光学系。
【請求項２】
前記第１結像光学系のバックフォーカスをＢｆ１、
全系の焦点距離をｆとした場合、
５＜Ｂｆ１／｜ｆ｜＜１５  …（１）
で表される条件式（１）を満足する
請求項１記載の結像光学系。
【請求項３】
全系の焦点距離をｆ、
前記第２結像光学系の焦点距離をｆ２とした場合、
−０．１＜｜ｆ｜／ｆ２≦０  …（２）
で表される条件式（２）を満足する
請求項１または２記載の結像光学系。
【請求項４】
前記第１結像光学系の焦点距離をｆ１、
全系の焦点距離をｆとした場合、
１．５＜ｆ１／｜ｆ｜＜２．５  …（３）
で表される条件式（３）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。
【請求項５】
前記第１Ｂレンズ群を構成する各レンズの中心厚の和をΣｔ１Ｂ、
前記第１Ｂレンズ群の最も拡大側の面から最も縮小側の面までの光軸上の距離をＴＬ１Ｂとした場合、
０．８＜Σｔ１Ｂ／ＴＬ１Ｂ＜１  …（４）
で表される条件式（４）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。
【請求項６】
前記第２結像光学系の最も拡大側のレンズの焦点距離をｆＬ２ａ、
全系の焦点距離をｆとした場合、
１０＜ｆＬ２ａ／｜ｆ｜＜５０  …（５）
で表される条件式（５）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。
【請求項７】
前記第１Ｂレンズ群の最も縮小側のレンズの焦点距離をｆＬＢＬ、
全系の焦点距離をｆとした場合、
１０＜ｆＬＢＬ／｜ｆ｜＜６０  …（６）
で表される条件式（６）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】
前記第２結像光学系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をＬａ、
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をＬｂ、
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をＬｃとした場合、
１＜Ｌａ／Ｌｃ＜３  …（７）
０．２＜Ｌｂ／Ｌｃ＜２  …（８）
で表される条件式（７）および（８）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】
７＜Ｂｆ１／｜ｆ｜＜１２  …（１−１）
で表される条件式（１−１）を満足する
請求項２記載の結像光学系。
【請求項１０】
−０．０６＜｜ｆ｜／ｆ２＜０  …（２−１）
で表される条件式（２−１）を満足する
請求項３記載の結像光学系。
【請求項１１】
１．８＜ｆ１／｜ｆ｜＜２．３  …（３−１）
で表される条件式（３−１）を満足する
請求項４記載の結像光学系。
【請求項１２】
０．９＜Σｔ１Ｂ／ＴＬ１Ｂ＜１  …（４−１）
で表される条件式（４−１）を満足する
請求項５記載の結像光学系。
【請求項１３】
１５＜ｆＬ２ａ／｜ｆ｜＜３５  …（５−１）
で表される条件式（５−１）を満足する
請求項６記載の結像光学系。
【請求項１４】
２０＜ｆＬＢＬ／｜ｆ｜＜４５  …（６−１）
で表される条件式（６−１）を満足する
請求項７記載の結像光学系。
【請求項１５】
１．４＜Ｌａ／Ｌｃ＜２．５  …（７−１）
で表される条件式（７−１）を満足する
請求項８記載の結像光学系。
【請求項１６】
０．４＜Ｌｂ／Ｌｃ＜１．１５  …（８−１）
で表される条件式（８−１）を満足する
請求項８記載の結像光学系。
【請求項１７】
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１６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１８】
請求項１から１６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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
この種の投写型表示装置に用いら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。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、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も強くなっている。
【０００４】
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）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１５２７６４号公報
【特許文献２】特開２０１６−１５６９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のレンズは、レンズ全長が長くなってしまっており、レンズ系および装置全体の小型化には至っていない。また、特許文献２のレンズは、光路折り曲げ手段を光学系内に配置することで小型化を達成しているが、この構成ではどうしても高さ方向に大きくなってしまうという問題がある。
【０００７】
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、高さ方向を抑えつつ小型化を達成し、広角で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】
【０００８】
本発明の結像光学系は、拡大側から順に、拡大側結像面と共役な位置に中間像を形成する第１結像光学系と、中間像を縮小側結像面に再結像させる第２結像光学系とからなり、第１結像光学系は、拡大側から順に、第１Ａレンズ群と、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、光路を折り曲げる第２光路折り曲げ手段とからなり、第２光路折り曲げ手段と第２結像光学系との間に中間像が形成される。
【０００９】
本発明の結像光学系においては、第１結像光学系のバックフォーカスをＢｆ１、全系の焦点距離をｆとした場合、条件式（１）を満足することが好ましく、条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
５＜Ｂｆ１／｜ｆ｜＜１５  …（１）
７＜Ｂｆ１／｜ｆ｜＜１２  …（１−１）
【００１０】
また、全系の焦点距離をｆ、第２結像光学系の焦点距離をｆ２とした場合、条件式（２）を満足することが好ましく、条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
−０．１＜｜ｆ｜／ｆ２≦０  …（２）
−０．０６＜｜ｆ｜／ｆ２＜０  …（２−１）
【００１１】
また、第１結像光学系の焦点距離をｆ１、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く、条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
１．５＜ｆ１／｜ｆ｜＜２．５  …（３）
１．８＜ｆ１／｜ｆ｜＜２．３  …（３−１）
【００１２】
また、第１Ｂレンズ群を構成する各レンズの中心厚の和をΣｔ１Ｂ、第１Ｂレンズ群の最も拡大側の面から最も縮小側の面までの光軸上の距離をＴＬ１Ｂとした場合、条件式（４）を満足することが好ましく、条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
０．８＜Σｔ１Ｂ／ＴＬ１Ｂ＜１  …（４）
０．９＜Σｔ１Ｂ／ＴＬ１Ｂ＜１  …（４−１）
【００１３】
また、第２結像光学系の最も拡大側のレンズの焦点距離をｆＬ２ａ、全系の焦点距離をｆとした場合、条件式（５）を満足することが好ましく、条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
１０＜ｆＬ２ａ／｜ｆ｜＜５０  …（５）
１５＜ｆＬ２ａ／｜ｆ｜＜３５  …（５−１）
【００１４】
また、第１Ｂレンズ群の最も縮小側のレンズの焦点距離をｆＬＢＬ、全系の焦点距離をｆとした場合、条件式（６）を満足することが好ましく、条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
１０＜ｆＬＢＬ／｜ｆ｜＜６０  …（６）
２０＜ｆＬＢＬ／｜ｆ｜＜４５  …（６−１）
【００１５】
また、第２結像光学系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をＬａ、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をＬｂ、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をＬｃとした場合、条件式（７）および（８）を満足することが好ましく、条件式（７）および（８）を満足した上で条件式（７−１）および／または（８−１）を満足することがより好ましい。
１＜Ｌａ／Ｌｃ＜３  …（７）
１．４＜Ｌａ／Ｌｃ＜２．５  …（７−１）
０．２＜Ｌｂ／Ｌｃ＜２  …（８）
０．４＜Ｌｂ／Ｌｃ＜１．１５  …（８−１）
【００１６】
本発明の投写型表示装置は、画像データに基づく光学像を出力するライトバルブと、上記記載の本発明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前記光学像をスクリーン上に投写する。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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結像光学系までの距離が無限遠の場合の焦点距離を意味する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の結像光学系は、拡大側から順に、拡大側結像面と共役な位置に中間像を形成する第１結像光学系と、中間像を縮小側結像面に再結像させる第２結像光学系とからなり、第１結像光学系は、拡大側から順に、第１Ａレンズ群と、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、光路を折り曲げる第２光路折り曲げ手段とからなり、第２光路折り曲げ手段と第２結像光学系との間に中間像が形成されるようにしたので、高さ方向を抑えつつ小型化を達成し、広角で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】
【００２１】
【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）のレンズ構成を示す断面図
【図２】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
【図３】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
【図４】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
【図５】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
【図６】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
【図７】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
【図８】本発明の実施例１の結像光学系の各収差図
【図９】本発明の実施例２の結像光学系の各収差図
【図１０】本発明の実施例３の結像光学系の各収差図
【図１１】本発明の実施例４の結像光学系の各収差図
【図１２】本発明の実施例５の結像光学系の各収差図
【図１３】本発明の実施例６の結像光学系の各収差図
【図１４】本発明の実施例７の結像光学系の各収差図
【図１５】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１６】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１７】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１８】本発明の一実施形態に係る撮像装置の前側の斜視図
【図１９】図１８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】
【００２２】
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、左側が拡大側、右側が縮小側である。また、図１は、拡大側結像面から第１結像光学系までの距離が無限遠の状態を示しており、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、拡大側結像面と共役な位置に中間像ＭＩを形成する第１結像光学系Ｇ１と、中間像ＭＩを縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に再結像させる第２結像光学系Ｇ２とから構成されている。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。
【００２５】
このように、中間像ＭＩを形成する結像光学系では、第１結像光学系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。      
【００２６】
第１結像光学系Ｇ１は、拡大側から順に、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａから入射した光線の光路を第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂ方向に折り曲げる第１光路折り曲げ手段Ｒ１と、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂと、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂから入射した光線の光路を第２結像光学系Ｇ２方向に折り曲げる第２光路折り曲げ手段Ｒ２とからなり、第２光路折り曲げ手段Ｒ２と第２結像光学系Ｇ２との間に中間像ＭＩが形成されるように構成されている。
【００２７】
第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂと第２光路折り曲げ手段Ｒ２の間に中間像ＭＩが形成される構成にして高さ方向（図１中上下方向）のサイズを抑えようとすると、どうしても中間像ＭＩ付近もしくは中間像ＭＩの結像点に、レンズもしくは第２光路折り曲げ手段Ｒ２を配置することになり、レンズもしくは第２光路折り曲げ手段Ｒ２の表面でのゴミおよび／またはキズ等のスクリーン面への映り込みの影響等が無視し得ないため、場合によっては光学性能に大きな影響を及ぼすことになる。
【００２８】
これに対して、本実施形態の結像光学系においては、第２光路折り曲げ手段Ｒ２と第２結像光学系Ｇ２との間に中間像ＭＩが形成されるように構成しているため、高さ方向（図１中上下方向）のサイズを抑えつつ、ゴミおよび／またはキズ等のスクリーン面への映り込みによる光学性能への影響をなくしつつ、高さ方向を抑えた配置とすることが可能となる。
【００２９】
本実施形態の結像光学系においては、第１結像光学系Ｇ１のバックフォーカスをＢｆ１、全系の焦点距離をｆ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１結像光学系Ｇ１の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、中間像ＭＩを第２光路折り曲げ手段Ｒ２と第２結像光学系Ｇ２との間に配置し易くできるため、小型化および光学性能に有利となる。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１結像光学系Ｇ１のバックフォーカスが長くなり過ぎるのを防ぐことができるため、第２結像光学系Ｇ２の拡大側のレンズ径を小さく抑えることができるとともに、第１結像光学系Ｇ１の拡大側のレンズ径も小さく抑えることができ、小型化に有利となる。また、軸外収差の補正についても有利となる。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。
５＜Ｂｆ１／｜ｆ｜＜１５  …（１）
７＜Ｂｆ１／｜ｆ｜＜１２  …（１−１）
【００３０】
また、全系の焦点距離をｆ、第２結像光学系Ｇ２の焦点距離をｆ２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、第２結像光学系Ｇ２の負の屈折力が強くなり過ぎるのを防ぐことができ、第２結像光学系Ｇ２へ入射する軸外主光線の光軸Ｚに対する角度が大きくなり過ぎるのを防ぐことができるため、第２光路折り曲げ手段Ｒ２を配置するための空間の確保と第２結像光学系Ｇ２の拡大側のレンズ径の小型化の両立に有利となり、また像面湾曲の補正にも有利となる。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２結像光学系Ｇ２の負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結像光学系Ｇ１の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。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。
−０．１＜｜ｆ｜／ｆ２≦０  …（２）
−０．０６＜｜ｆ｜／ｆ２＜０  …（２−１）
【００３１】
また、第２結像光学系Ｇ２の屈折力を負とすることによって、第１結像光学系Ｇ１のバックフォーカスを確保しつつ、広角化で問題となる像面湾曲の補正を行う事が可能となる。
【００３２】
また、第１結像光学系Ｇ１の焦点距離をｆ１、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、第１結像光学系Ｇ１に要求される明るさ（Ｆナンバー）を抑えることができるため、広角化と、球面収差および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、リレー倍率が大きくなり過ぎるのを防ぐことができるため、第１結像光学系Ｇ１のレンズ径の大型化を防ぎ、第１結像光学系Ｇ１での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。
１．５＜ｆ１／｜ｆ｜＜２．５  …（３）
１．８＜ｆ１／｜ｆ｜＜２．３  …（３−１）
【００３３】
また、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂを構成する各レンズの中心厚の和をΣｔ１Ｂ、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの最も拡大側の面から最も縮小側の面までの光軸上の距離をＴＬ１Ｂ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、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂにおける空気間隔の割合が増え過ぎるのを防ぐことができるため、結像光学系全体の高さが大きくなるのを防ぐことができるとともに、第１結像光学系Ｇ１のバックフォーカスと第１結像光学系Ｇ１の拡大側のレンズ径とのバランスを保ち、広角化と小型化の両立に有利となる。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。
０．８＜Σｔ１Ｂ／ＴＬ１Ｂ＜１  …（４）
０．９＜Σｔ１Ｂ／ＴＬ１Ｂ＜１  …（４−１）
【００３４】
また、第２結像光学系Ｇ２の最も拡大側のレンズＬ２ａの焦点距離をｆＬ２ａ、全系の焦点距離をｆとした場合、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２結像光学系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、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を小さくすることができる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることによって、第２結像光学系Ｇ２の正の屈折力が弱くなり過ぎるのを防ぐことができ、レンズＬ２ａよりも縮小側のレンズ径を小さくできるため、小型化に有利となる。なお、条件式（５−１）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。
１０＜ｆＬ２ａ／｜ｆ｜＜５０  …（５）
１５＜ｆＬ２ａ／｜ｆ｜＜３５  …（５−１）
【００３５】
また、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの最も縮小側のレンズの焦点距離をｆＬＢＬ、全系の焦点距離をｆとした場合、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によって、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの最も縮小側のレンズの屈折力が強くなり過ぎるのを防ぐことができるため、第１結像光学系Ｇ１のバックフォーカスの確保と球面収差の補正に有利となる。条件式（６）の上限以上とならないようにすることによって、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの最も縮小側のレンズの屈折力が弱くなり過ぎるのを防ぐことができるため、軸外収差、特に像面湾曲の補正に有利となる。なお、条件式（６−１）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。
１０＜ｆＬＢＬ／｜ｆ｜＜６０  …（６）
２０＜ｆＬＢＬ／｜ｆ｜＜４５  …（６−１）
【００３６】
また、第２結像光学系Ｇ２の最も縮小側の面から第２光路折り曲げ手段Ｒ２までの光軸上の距離をＬａ、第２光路折り曲げ手段Ｒ２から第１光路折り曲げ手段Ｒ１までの光軸上の距離をＬｂ、第１光路折り曲げ手段Ｒ１から第１Ａレンズ群Ｇ１Ａの最も拡大側の面までの光軸上の距離をＬｃとした場合、条件式（７）および（８）を満足することが好ましい。条件式（７）および（８）の下限以下とならないようにすることによって、２つの光路折り曲げ手段Ｒ１およびＲ２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防ぐことができるため、結像光学系を構成する各光学素子を配置する十分な空間を確保することができる。条件式（７）および（８）の上限以上とならないようにすることによって、２つの光路折り曲げ手段Ｒ１およびＲ２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防ぐことができるため、小型化に有利となる。なお、条件式（７）および（８）を満足した上で条件式（７−１）および／または（８−１）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＜Ｌａ／Ｌｃ＜３  …（７）
１．４＜Ｌａ／Ｌｃ＜２．５  …（７−１）
０．２＜Ｌｂ／Ｌｃ＜２  …（８）
０．４＜Ｌｂ／Ｌｃ＜１．１５  …（８−１）
【００３７】
また、図１に示す例では、レンズ系と画像表示面Ｓｉｍとの間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等をレンズ系と画像表示面Ｓｉｍとの間に配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。
【００３８】
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２〜７に対応した図２〜７においては、左側が拡大側、右側が縮小側である。また、図１〜７は、拡大側結像面から第１結像光学系までの距離が無限遠の状態を示しており、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。
【００３９】
実施例１の結像光学系は、拡大側から順に、第１結像光学系Ｇ１と、第２結像光学系Ｇ２とから構成されている。第１結像光学系Ｇ１は、拡大側から順に、レンズＬ１ａ〜レンズＬ１ｆの６枚のレンズから構成される第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａから入射した光線の光路を第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂ方向に折り曲げる第１光路折り曲げ手段Ｒ１と、レンズＬ１ｇ〜レンズＬ１ｋの５枚のレンズから構成される第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂと、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂから入射した光線の光路を第２結像光学系Ｇ２方向に折り曲げる第２光路折り曲げ手段Ｒ２とから構成されている。第２結像光学系Ｇ２は、レンズＬ２ａ〜レンズＬ２ｈの８枚のレンズおよび開口絞りＳｔから構成されている。さらに、第２光路折り曲げ手段Ｒ２と第２結像光学系Ｇ２との間に中間像ＭＩが形成されるように構成されている。
【００４０】
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。
【００４１】
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、光学部材ＰＰも含めて示している。
【００４２】
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。
【００４３】
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・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。
【００４４】
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度を用い、長さについては焦点距離｜ｆ｜＝１で規格化した数値を記載している。
【００４５】
【表１】
2019095788.tif 000003
【００４６】
【表２】
2019095788.tif 000004
【００４７】
【表３】
2019095788.tif 000005
【００４８】
実施例１の結像光学系の各収差図を図８に示す。なお、図８の左側から順に、拡大側結像面から第１結像光学系までの距離を１１４．８２０７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。
【００４９】
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２に示す。実施例２の結像光学系の群構成は、実施例１の結像光学系と同じである。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結像光学系までの距離を１１５．０１０１とした場合の各収差図を図９に示す。
【００５０】
【表４】
2019095788.tif 000006
【００５１】
【表５】
2019095788.tif 000007
【００５２】
【表６】
2019095788.tif 000008
【００５３】
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３に示す。実施例３の結像光学系の群構成は、第１Ｂレンズ群Ｇ１ＢをレンズＬ１ｇ〜レンズＬ１ｊの４枚のレンズから構成されるものとした以外は、実施例１の結像光学系と同じである。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結像光学系までの距離を１１４．９９７２とした場合の各収差図を図１０に示す。
【００５４】
【表７】
2019095788.tif 000009
【００５５】
【表８】
2019095788.tif 000010
【００５６】
【表９】
2019095788.tif 000011
【００５７】
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４に示す。実施例４の結像光学系の群構成は、第１Ａレンズ群Ｇ１ＡをレンズＬ１ａ〜レンズＬ１ｅの５枚のレンズから構成されるものとし、第１Ｂレンズ群Ｇ１ＢをレンズＬ１ｆ〜レンズＬ１ｉの４枚のレンズから構成されるものとし、第２結像光学系Ｇ２を、レンズＬ２ａ〜レンズＬ２ｉの９枚のレンズおよび開口絞りＳｔから構成されるものとした以外は、実施例１の結像光学系と同じである。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結像光学系までの距離を１１４．８７６０とした場合の各収差図を図１１に示す。
【００５８】
【表１０】
2019095788.tif 000012
【００５９】
【表１１】
2019095788.tif 000013
【００６０】
【表１２】
2019095788.tif 000014
【００６１】
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５に示す。実施例５の結像光学系の群構成は、第１Ａレンズ群Ｇ１ＡをレンズＬ１ａ〜レンズＬ１ｅの５枚のレンズから構成されるものとし、第１Ｂレンズ群Ｇ１ＢをレンズＬ１ｆ〜レンズＬ１ｉの４枚のレンズから構成されるものとし、第２結像光学系Ｇ２を、レンズＬ２ａ〜レンズＬ２ｊの１０枚のレンズおよび開口絞りＳｔから構成されるものとした以外は、実施例１の結像光学系と同じである。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結像光学系までの距離を１１５．１１８６とした場合の各収差図を図１２に示す。
【００６２】
【表１３】
2019095788.tif 000015
【００６３】
【表１４】
2019095788.tif 000016
【００６４】
【表１５】
2019095788.tif 000017
【００６５】
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６に示す。実施例６の結像光学系の群構成は、第１Ａレンズ群Ｇ１ＡをレンズＬ１ａ〜レンズＬ１ｅの５枚のレンズから構成されるものとし、第１Ｂレンズ群Ｇ１ＢをレンズＬ１ｆ〜レンズＬ１ｉの４枚のレンズから構成されるものとし、第２結像光学系Ｇ２を、レンズＬ２ａ〜レンズＬ２ｉの９枚のレンズおよび開口絞りＳｔから構成されるものとした以外は、実施例１の結像光学系と同じである。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結像光学系までの距離を１１５．１１１９とした場合の各収差図を図１３に示す。
【００６６】
【表１６】
2019095788.tif 000018
【００６７】
【表１７】
2019095788.tif 000019
【００６８】
【表１８】
2019095788.tif 000020
【００６９】
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７に示す。実施例７の結像光学系の群構成は、第１Ａレンズ群Ｇ１ＡをレンズＬ１ａ〜レンズＬ１ｆの６枚のレンズから構成されるものとし、第１Ｂレンズ群Ｇ１ＢをレンズＬ１ｇ〜レンズＬ１ｊの４枚のレンズから構成されるものとし、第２結像光学系Ｇ２を、レンズＬ２ａ〜レンズＬ２ｉの９枚のレンズおよび開口絞りＳｔから構成されるものとした以外は、実施例１の結像光学系と同じである。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結像光学系までの距離を１１５．３２３７とした場合の各収差図を図１４に示す。
【００７０】
【表１９】
2019095788.tif 000021
【００７１】
【表２０】
2019095788.tif 000022
【００７２】
【表２１】
2019095788.tif 000023
【００７３】
実施例１〜７の結像光学系の条件式（１）〜（８）に対応する値を表２２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２２に示す値はこの基準波長におけるものである。
【００７４】
【表２２】
2019095788.tif 000024
【００７５】
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）〜（８）を満たしており、高さ方向を抑えつつ小型化を達成し、全画角が１３０°以上と広角で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。
【００７６】
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１５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１５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１５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１５ではその図示を省略している。
【００７７】
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。
【００７８】
図１６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１６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１６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１６ではその図示を省略している。
【００７９】
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。
【００８０】
図１７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１７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１７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１７ではその図示を省略している。
【００８１】
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。
【００８２】
図１８、図１９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１８は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図１９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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【符号の説明】
【００８９】
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結像光学系
Ｇ１Ａ    第１Ａレンズ群
Ｇ１Ｂ    第１Ｂレンズ群
Ｇ２    第２結像光学系
Ｌ１ａ〜Ｌ２ｊ    レンズ
ＭＩ    中間像
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
ａ    軸上光束
ｂ    最大画角の光束
Ｚ    光軸
【図１】
2019095788.tif 000025
【図２】
2019095788.tif 000026
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019095788.tif 000029
【図６】
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【図７】
2019095788.tif 000031
【図８】
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【図９】
2019095788.tif 000033
【図１０】
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【図１１】
2019095788.tif 000035
【図１２】
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【図１３】
2019095788.tif 000037
【図１４】
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【図１５】
2019095788.tif 000039
【図１６】
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【図１７】
2019095788.tif 000041
【図１８】
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【図１９】
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