(57)【要約】【課題】短い距離から大画面投影可能な短焦点投影装置に設けられても、周辺部まで解像力の十分確保される撮像装置を提供すること。【解決手段】被投影面ＳＣの近接位置から投影を行う投影装置１００に組み付けられる撮像装置６０であって、投影装置１００に備わり反射光学系１２を有する投影光学系１０とは別に設けられ、撮像レンズ６１を有し、撮像レンズ６１の光軸ＡＸは、被投影面ＳＣに対して垂直な方向から所定角度δ１だけ投影方向に傾いている。【選択図】図２
2016114644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被投影面の近接位置から投影を行う投影装置に組み付けられる撮像装置であって、
前記投影装置に備わり反射光学系を有する投影光学系とは別に設けられ、
撮像レンズを有し、
前記撮像レンズの光軸は、前記被投影面に対して垂直な方向から所定角度だけ投影方向に傾いていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像レンズによって形成された像が投影される撮像素子を有し、
前記撮像素子は、前記撮像レンズの前記光軸に対して傾いていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子の光軸は、前記被投影面に対して垂直な方向から前記撮像レンズより大きな角度だけ傾いている請求項１及び２のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記被投影面のうち撮像可能な面積は、前記被投影面のうち前記投影光学系で投影可能な面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像レンズは、少なくとも４枚以上のレンズを有し、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。
２．４０＜ｆ／Ｄ＜５．６０    …    （１）
ただし、
ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
Ｄ：前記撮像レンズの入射瞳直径
【請求項６】
台形歪みを補正するための画像処理部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６までのいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置に付随させた前記投影装置と、
を備えることを特徴とする光学システム。
【請求項８】
前記撮像装置は、前記撮像レンズの物体側に偏光フィルターを有し、
前記投影装置は前記被投影面の直下に配置されることを特徴とする請求項７に記載の光学システム。
【請求項９】
前記投影装置は前記被投影面よりも天井側に配置されることを特徴とする請求項７に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被投影面の近接位置から投影を行う投影装置に付随させた撮像装置及び当該撮像装置を組み込んだ光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像表示素子に表示された画像を投影光学系によってスクリーン上に拡大投影する投影装置には、小型軽量でありながら、短い投影距離でも大画面に映し出せる広角な投影光学系が望まれている。そのような中で、スクリーンの真下や真上等、スクリーンに近接した位置に配置できる短焦点投影装置が登場してきた。このような短焦点投影装置用の投影レンズとしては、例えば特許文献１に記載のような、複数のレンズ群を有する屈折光学系と、ミラーを含む反射光学系とを組み合わせた構成の光学系が開示されている。
【０００３】
また、投影装置には、単にＰＣ画面をスクリーン等に投影するだけでなく、ホワイトボード等にＰＣ画面を投影しながら、そこに手書きの文字を書き込み、その情報を画像として記録したり、発表者の動きを感知して投影画面のページを進ませたりする等の、インタラクティブな機能の付いたものが出てきている。また、これを実現する投影装置には投影画像の台形歪み補正や周辺環境に合わせた明るさ補正等の使用状況に応じた各種補正処理が必要となってくる。そういった用途として、投影装置の投影光学系とは別に、投影像を画像として記録するための撮像光学系を備えた投影装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。ここで、単純な台形歪み補正や明るさ補正を行う、または人物の単純な動きを検出するだけであれば、撮像装置はＶＧＡ程度の画素数で十分であるが、手書きの文字を投影画像に重畳させて画像データとして取り込むためには、メガクラスの解像度が必要となる。そのため、撮影に用いられる撮像レンズも高性能であることが望まれてくる。
【０００４】
前述のようなスクリーンに近接した位置に配置する短焦点投影装置に、上記撮像装置を組み込もうとすると、撮像レンズが非常に広角である必要が出てくる。そのため、投影面の周辺部の解像力を十分に確保するのが難しくなるおそれがある。また、周辺部での歪曲収差が大きくなり、取り込まれる画像に歪曲補正を行うことで、結果として周辺部の解像力低下を引き起こしてしまうおそれがある。
【０００５】
一方で、投影光学系と別体で撮像装置としての撮像光学系を具備するのではなく、投影光学系の一部の光路を分岐して、投影光学系の一部、または全てを共通で撮像光学系として使用する投影装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献３の撮像装置では、画像表示素子から出射される非常に強い強度の光が、画像表示素子の近くに置かれた撮像素子に迷光として入射してしまう可能性が非常に高い。これにより、その迷光がフレアーとして撮影画像に入り込み、結果として撮影画像の画質低下を招くおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−６１６０４号公報
【特許文献２】特開２００８−１２２７４９号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５４１５９号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、短い距離から大画面投影可能な短焦点投影装置に設けられても、様々なインタラクティブ機能に対応した周辺部まで解像力の十分確保される撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、上記撮像装置を組み込んだ光学システムを提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置は、被投影面の近接位置から投影を行う投影装置に組み付けられる撮像装置であって、投影装置に備わり反射光学系を有する投影光学系とは別に設けられ、撮像レンズを有し、撮像レンズの光軸は、被投影面に対して垂直な方向から所定角度だけ投影方向に傾いている。
【００１１】
上記撮像装置によれば、反射光学系を有する投影光学系を有し、被投影面に近接した位置から投影を行う所謂短焦点投影装置であっても、上記のように撮像レンズの光軸を投影方向にチルトさせることで、過度に広画角な撮像レンズを用いることなく、撮影したい範囲が全画角になる程度の画角の撮像レンズで対応することができる。これにより、画像周辺部の解像力の劣化や、画像周辺部の歪曲収差の増大を抑えることができる。
【００１２】
本発明の具体的な側面では、上記撮像装置において、撮像レンズによって形成された像が投影される撮像素子を有し、撮像素子は、撮像レンズの光軸に対して傾いている。撮像装置の光軸を投影方向にチルトさせてしまうと、撮影したい被投影体が撮像レンズに対して傾くことになるため、被投影体の上端部と下端部とのいずれかで片ボケが生じてしまうこととなる。そこで、撮像素子をさらにチルトさせることで、被投影体の片ボケを小さく抑えることができる。
【００１３】
本発明の別の側面では、撮像素子の光軸は、被投影面に対して垂直な方向から撮像レンズより大きな角度だけ傾いている。
【００１４】
本発明の別の側面では、被投影面のうち撮像可能な面積は、被投影面のうち投影光学系で投影可能な面積よりも大きい。この場合、投影している範囲外の画像も撮影することができる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、撮像レンズは、少なくとも４枚以上のレンズを有し、以下の条件式を満足する。
２．４０＜ｆ／Ｄ＜５．６０    …    （１）
ただし、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離であり、Ｄは撮像レンズの入射瞳直径である。撮像レンズが４枚以上で構成されることにより、解像度を高性能にすることができる。条件式（１）は、焦点距離を入射瞳直径で割った値、すなわち撮像レンズのＦナンバーを規定するものである。下限値を上回ることで、過度にＦナンバーが明るくなりすぎず、撮像レンズの光軸をチルトさせた場合でも、適度な焦点深度を確保することで、片ボケの影響を小さく抑えることができる。一方、上限値を下回ることで、必要以上にＦナンバーが暗くなりすぎず、回折限界による解像度劣化を小さく抑えることができる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、台形歪みを補正するための画像処理部を有する。撮像装置を被投影面に対してチルトさせると、前述の片ボケ以外にも台形歪みが発生するが、撮像した画像に対して台形歪み補正を加えるような画像処理部を有することで、歪みのない高解像度の撮影画像を得ることができる。なお、画像処理部は、撮像レンズ及び撮像素子を含むカメラの外部にあるシステムに設けられていてもよい。
【００１７】
本発明に係る光学システムは、上述の撮像装置と、撮像装置に付随させた投影装置と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
上記光学システムは、反射光学系を有する投影光学系を有し被投影面に近接した位置から投影を行う所謂短焦点投影装置を組み込んだようなものとできるが、このような場合において上記撮像レンズの光軸を投影方向にチルトさせることで、広画角な撮像レンズを用いることなく、撮影したい範囲が全画角になる程度の画角の撮像レンズで、画像周辺部の解像力の劣化や、画像周辺部の歪曲収差の増大を抑えることができる。
【００１９】
本発明の具体的な側面では、上記光学システムにおいて、撮像装置は、撮像レンズの物体側に偏光フィルターを有し、投影装置は被投影面の直下に配置される。この場合、光学システムを床や机等の上に置くことができるので、設置が容易となり投影までの時間短縮ができる。なお、被投影面がホワイトボード等の光沢面であると、天井にある蛍光灯等の照明が被投影面で反射され、白飛びを起こしてしまい、被投影面に書かれた文字等が認識できなくなってしまう。そこで、撮像素子が偏光フィルターを備えることで、撮像素子に入射する光線の偏光状態を揃えることができ、天井の蛍光灯等の不要光をカットして文字認識精度を向上させることができる。
【００２０】
本発明の別の側面では、投影装置は被投影面よりも天井側に配置される。この場合、天井にある蛍光灯等の映り込みを避けて、高解像度な撮影画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の光学システムの構造を説明する図である。
【図２】図１に示す光学システムの設置状態の一例を説明する概念図である。
【図３】図１の光学システムに組み込まれる撮像装置の概念図である。
【図４】実施例１の撮像装置のうち撮像レンズ等の断面図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、図４の撮像素子をチルトさせた状態の撮像装置の性能を示すＭＴＦ特性図である。
【図６】被投影面上のＭＴＦ評価位置を説明する図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、図４の撮像素子をチルトさせない状態の撮像装置の性能を示すＭＴＦ特性図である。
【図８】実施例２の撮像装置のうち撮像レンズ等の断面図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、図８の撮像素子をチルトさせた状態の撮像装置の性能を示すＭＴＦ特性図である。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は、図８の撮像素子をチルトさせない状態の撮像装置の性能を示すＭＴＦ特性図である。
【図１１】第２実施形態の光学システムの設置状態を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る撮像装置及び光学システムについて説明する。
【００２３】
図１及び図２に示すように、光学システム２００は、画像の投影に際して撮像を可能にするものであり、投影装置１００と、撮像装置６０とを有する。撮像装置６０は、投影装置１００に付随して組み付けられて外観的に一体化されており、後述する投影装置１００内の投影光学系１０等とは別に設けられている。本実施形態の投影装置１００は、被投影体ＳＢ、すなわち被投影面ＳＣの直下に配置されており、床や机等の上に置くことができるので、設置が容易となり投影までの時間短縮が可能となっている。
【００２４】
投影装置１００は、被投影面ＳＣの近接位置から投影を行うものであり、投影光学系１０、照明光学系２０、偏光ビームスプリッター３０、反射型液晶素子４０、画像駆動回路５０、及び制御回路９０を備える。
【００２５】
投影光学系１０は、画像表示素子である反射型液晶素子４０から得られる像を拡大してスクリーンその他の被投影体ＳＢに投影する。投影光学系１０は、複数のレンズ群１１と、反射光学系１２とを有する。複数のレンズ群１１のうち一部のレンズ群を光軸ＯＡ方向に移動させることにより、フォーカシングや変倍を行わせることができる。反射光学系１２は、射出側に平面ミラー１２ａと湾曲ミラー１２ｂとを有する。反射光学系１２は、レンズ群１１から射出された投影光を反射させて被投影体ＳＢに導くものである。
【００２６】
照明光学系２０は、光源２１、均一化光学系２２等を備える。均一化光学系２２は、光源２１から射出された光の分割及び重畳によって、反射型液晶素子４０上に照射する光の照度を光軸ＯＡに垂直な断面に関して２次元的に均一化する。
【００２７】
偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３０は、一対の直角プリズムを貼り合わせたものであり、貼合わせ面において、一方の直角プリズムの斜面には、照明光学系２０から入射した所定方向の直線偏光を反射させる偏光分離膜からなる偏光分離面３１が形成されている。これにより、照明光学系２０から射出された照明光を反射させ、後述する反射型液晶素子４０に入射させることができる。また、この反射型液晶素子４０から射出された変調光を透過させ、投影光学系１０に入射させることができる。
【００２８】
反射型液晶素子４０は、映像光を形成する表示素子（画像表示素子）であり、特に空間的な反射率を変化させることによって照明光から映像光を形成する点で光変調素子と言える。反射型液晶素子（画像表示素子）３０は、板状の電子部品である画像表示パネルからなる。この反射型液晶素子４０は、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）とも称されるマイクロディスプレイであり、シリコンチップの表面に直接回路が形成され対向基板との間に液晶層を挟み込んだものである。反射型液晶素子４０は、液晶層に対し駆動信号に応じた電圧が画素毎に印加されると、液晶分子の配列を変化させることで照明光を変調し、所望の画像を表示するものである。
【００２９】
画像駆動回路５０は、画像信号に基づいて反射型液晶素子４０を動作させる回路部分である。画像駆動回路５０は、後述する制御回路９０からの制御信号に基づいて動作し、反射型液晶素子４０に画像信号に対応する駆動信号を出力し画像の表示動作を行わせる。
【００３０】
制御回路９０は、これに組み込まれたプログラムや不図示の操作部からの指示に基づいて、画像駆動回路５０、後述する撮像装置６０等を適宜動作させることができる。制御回路９０は、例えば外部から入力されたビデオ信号その他の信号に基づいて画像駆動回路５０に対して駆動信号や画像信号を出力し、反射型液晶素子４０に表示動作を行わせる。また、制御回路９０は、インターフェース７０を介して撮像装置６０と通信可能に接続されており、撮像駆動回路６３（図３参照）を動作させて撮像装置６０に撮像動作を行わせることができるとともに、制御信号や画像データの授受が可能となっている。制御回路９０は、撮像装置６０による撮像後には、撮像装置６０からインターフェース７０を介して画像信号を受け取る。この画像信号は、投影画像だけでなく、例えば手書き文字等の追加画像を含む。制御回路９０は、受け取った画像信号から投影画像の状態を最適化することができるだけでなく、追加画像を抽出することができ、その抽出によって投影画像に追加画像を重畳させて記録することができる。
【００３１】
図２及び図３に示すように、撮像装置６０は、被投影面ＳＣ及びその周辺（矩形の外側領域）を撮影するものであり、撮像レンズ６１と、撮像素子６２と、偏光フィルターＰＦと、平行平板Ｆと、撮像駆動回路６３と、画像処理部６４とを有する。
【００３２】
撮像レンズ６１は、複数のレンズ、具体的には４枚以上のレンズで構成される。つまり、撮像レンズ６１は、物体側から順に、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４とを有する。撮像レンズ６１が４枚以上で構成されれば、解像度が比較的高くなり、例えば３Ｍピクセル〜５Ｍピクセル以上の解像度が要求される手書き文字認識用途にも対応することができる。なお、撮像レンズ６１において、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、開口絞りＳが設けられている。
【００３３】
撮像レンズ６１の光軸ＡＸは、被投影面ＳＣに対して垂直な方向から所定角度δ１だけ投影方向に傾いている。本実施形態で想定している短焦点型の投影装置１００の投影光学系１０は、被投影面ＳＣに対しての奥行き方向のサイズが小さく抑えられており、撮像装置６０をこのような投影装置１００と同じ筐体内に配置しようとすると、被投影面ＳＣの近接位置から被投影面ＳＣの所望の範囲を撮像する必要があるため、一般的に撮像レンズには非常に広角なレンズが要求される。しかし、広画角な撮像レンズでは、周辺部の解像力が劣化したり、周辺部の歪曲収差が非常に大きくなったりする問題がある。そこで、上述のように撮像レンズ６１の光軸ＡＸを投影方向（投影装置１００が被投影面ＳＣの直下に置かれている場合には、垂直上方向）に所定角度チルトさせることで、撮影したい範囲が全画角になる程度の画角（広角の撮像レンズの場合の半分以下の画角）の撮像レンズ６１で対応することが可能となる。なお、撮像レンズ６１の光軸ＡＸは、被投影面ＳＣの画像を取り込む中心（撮像装置６０から見た撮像角度θの二分の一で規定される）と一致している。ただし、光軸ＡＸと被投影面ＳＣの中心とは、撮像領域ＳＣ２を広めにとっていれば若干ずれてもよい。
【００３４】
また、撮像レンズ６１は、焦点距離を入射瞳直径で割った値、すなわち撮像レンズのＦナンバーを規定する以下の条件式（１）を満足する。
２．４０＜ｆ／Ｄ＜５．６０    …    （１）
ただし、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離であり、Ｄは撮像レンズ６１の入射瞳直径である。条件式（１）の下限値を上回ることで、過度にＦナンバーが明るくなりすぎず、撮像レンズ６１の光軸ＡＸをチルトさせた場合でも、適度な焦点深度を確保することで、片ボケの影響を小さく抑えることができる。一方、条件式（１）の上限値を下回ることで、必要以上にＦナンバーが暗くなりすぎず、回折限界による解像度劣化を小さく抑えることができる。
【００３５】
撮像素子６２は、被投影体像を検出するＣＭＯＳ型のイメージセンサーである。撮像素子６２の光電変換部又は撮像面Ｉ上には、撮像レンズ６１によって形成された像が投影される。つまり、撮像素子６２の撮像面Ｉ上には、ホワイトボードその他の被投影体ＳＢの画像が縮小投影される。なお、撮像素子６２は、上述のＣＭＯＳ型のイメージセンサーに限るものでなく、ＣＣＤ等の他のものを適用したものであってもよい。
【００３６】
撮像素子６２は、撮像レンズ６１の光軸ＡＸに対して所定角度δ２傾いている。撮像素子６２の光軸ＢＸは、被投影面ＳＣに対して垂直な方向から撮像レンズ６１より大きな角度δ３だけ撮像レンズ６１の光軸ＡＸと同じ方向に傾いている。撮像レンズ６１の光軸ＡＸを投影方向にチルトさせてしまうと、撮影したい被投影体ＳＢ（被投影面ＳＣに投影している画像、又は被投影面ＳＣに書かれた文字等）が撮像レンズ６１に対して傾くことになるため、被投影体ＳＢの上端部と下端部とのいずれかで片ボケが生じてしまうこととなる。特に、投影装置１００が被投影面ＳＣの直下に置かれている場合、撮像レンズ６１の光軸ＡＸを垂直上方向にチルトさせると、撮像レンズ６１に対しては、被投影面ＳＣがチルトしている状態となる。そのため、被投影面ＳＣの上端部はより遠方被投影体に、被投影面ＳＣの下端部は近距離被投影体となり、被投影面ＳＣの上端部と下端部とでピント位置の変動、所謂片ボケ現象が発生してしまう。そこで、図３に示すように相対的に撮像面Ｉのみを撮像レンズ６１よりさらにチルトさせる（撮像面Ｉが、撮像レンズ６１の光軸ＡＸを基準として被投影面ＳＣのチルト方向と逆方向にチルトする）ことで、片ボケを低減させることができる。なお、図３において、撮像レンズ６１の光軸ＡＸと撮像素子６２の光軸ＢＸとの角度差は誇張して示しており、実際には０．５°程度の差となっている。
【００３７】
偏光フィルターＰＦは、撮像レンズ６１の物体側に設けられている。本実施形態の投影装置１００は被投影面ＳＣの直下に配置されているため、被投影面ＳＣがホワイトボード等の光沢面であると、天井にある蛍光灯等の照明が被投影面ＳＣで反射され、白飛びを起こしてしまい、被投影面ＳＣに書かれた文字等が認識できなくなってしまう。撮像装置６０に偏光フィルターＰＦを設けることで、撮像素子６２に入射する光線の偏光状態を揃えることができ、天井の蛍光灯等の不要光をカットして文字認識精度を向上させることができる。
【００３８】
撮像駆動回路６３は、ＹＵＶその他のデジタル画素信号を外部回路へ出力したり、撮像装置６０内の制御部（不図示）から撮像装置６０を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたりすることによって、撮像装置６０に像検出動作を行わせている。また、撮像駆動回路６３は、撮像レンズ６１の合焦動作等も行わせている。
【００３９】
画像処理部６４は、撮像駆動回路６３を介して得た撮像データに対して色補正、階調補正、圧縮等の画像処理を行うことができ、取得した撮像データ又は処理後のデータを保管することができる。また、画像処理部６４は、撮像素子６２で取得した被投影像の台形歪みを補正する。画像処理部６４では、不図示のデータ保管部から読み出されたレンズ補正データに基づいて画像信号に対して歪み補正処理を実行する。撮像装置６０を被投影面ＳＣに対してチルトさせると、被投影体の距離が変わることで、前述の片ボケ以外にも台形歪みが発生するが、画像処理部６４を用いることにより台形歪みが補正され、歪みのない高解像度の撮影画像を得ることができる。
【００４０】
以下、光学システム２００の使用状態について説明する。図２に示すように、投影装置１００からの投影光ＰＬは、被投影面ＳＣのうち投影領域ＳＣ１に投影される。一方、被投影面ＳＣからの画像である反射光ＩＡは、撮像装置６０に入射する。撮像装置６０に入射する反射光ＩＡは、投影領域ＳＣ１より面積が大きい撮像領域ＳＣ２（撮像装置６０から見て撮像角度θ内の領域）において反射された光となっている。光学システム２００は、インタラクティブな機能を有するプロジェクター用途を想定しており、インタラクティブ機能の１つに、手書き文字の画像認識が挙げられる。例えば、ホワイトボードへ資料を投影しつつ、投影像に手書きでコメント等を追記する場合がある。本実施形態の光学システム２００において、被投影面ＳＣのうち撮像可能な面積が、被投影面ＳＣのうち投影光学系１０で投影可能な面積よりも大きくなっているため、投影している範囲外の画像も撮影することができる。
【００４１】
以上で説明した実施形態の撮像装置６０及び光学システム２００では、反射光学系１２を有する投影光学系１０を有し、被投影面ＳＣに近接した位置から投影を行う、所謂短焦点投影装置であっても、撮像レンズ６１の光軸ＡＸを投影方向にチルトさせることで、広画角な撮像レンズを用いることなく、撮影したい範囲が全画角になる程度の画角の撮像レンズ６１で対応することができる。これにより、画像周辺部の解像力の劣化や、画像周辺部の歪曲収差の増大を抑えることができる。
【００４２】
〔実施例〕
以下、本発明に係る撮像装置及び光学システムの実施例を示す。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
ｆ：撮像レンズの焦点距離
Ｆｎｏ：Ｆナンバー
Ｒ：近軸曲率半径
Ｄ：軸上面間隔
Ｎｄ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ：レンズ材料のアッベ数
Ｔｉ：チルト量
その他、記号Surf.Nは、面番号を意味し、記号INFは、無限大又は∞を意味し、記号P-Surf.は、被投影面を意味し、記号I-Surf.は、撮像面を意味し、記号STOPは、絞りを意味する。
各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。
【数１】
2016114644.tif 000003
ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ  ：曲率半径
Ｋ  ：円錐定数
【００４３】
〔実施例１〕
実施例１の撮像レンズの光学諸元値を以下に示す。
f:2.35mm
Fno:4.0
【００４４】
実施例１の撮像レンズのレンズ面等のデータを以下の表１に示す。
〔表１〕
Surf.N       R [mm]     D [mm]     Nd     νd     Ti [°]
P-Surf.                328.000                      0.00
1*          1.756       0.410   1.5447   56.2    -40.34
2*          9.218       0.030                    -40.34
3(STOP)      INF        0.416                    -40.34
4*         -8.252       0.257   1.6347   23.9    -40.34
5*        -55.414       0.139                    -40.34
6*         -1.863       0.790   1.5447   56.2    -40.34
7*         -0.642       0.076                    -40.34
8*          1.063       0.326   1.6347   23.9    -40.34
9*          0.509       0.600                    -40.34
10            INF        0.265   1.5163   64.1    -40.34
11            INF        0.415                    -40.34
12(I-Surf.)                                       -40.84
【００４５】
実施例１の撮像レンズの非球面係数を以下の表２に示す。なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（例えば２．５×１０−０２）をＥ（例えば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。
〔表２〕
第1面
K=-9.74915E-01, A4=-1.29828E-02, A6=4.85644E-03, 
A8=-1.23308E-01, A10=-1.57026E-01, A12=0.00000E+00
第2面
K=8.35656E+01, A4=-7.67588E-02, A6=-2.87555E-01, 
A8=5.55785E-02, A10=-4.56480E-03, A12=0.00000E+00
第4面
K=9.00000E+01, A4=-3.07698E-01, A6=-1.56469E+00, 
A8=5.61917E+00, A10=-1.29006E+01, A12=9.36623E+00
第5面
K=-9.00000E+01, A4=-5.24988E-02, A6=-8.35117E-01, 
A8=1.73585E+00, A10=-2.28020E+00, A12=1.16583E+00
第6面
K=-3.36459E+01, A4=-5.21707E-02, A6=1.89937E-01, 
A8=-3.76810E-01, A10=4.23409E-01, A12=-1.58236E-01
第7面
K=-4.29020E+00, A3=-1.80436E-02, A4=-4.78241E-01, 
A5=1.26171E-02, A6=8.12845E-01, A7=0.00000E+00, 
A8=-1.12730E+00, A9=0.00000E+00, A10=8.90188E-01, 
A11=0.00000E+00, A12=-2.44986E-01, A13=0.00000E+00, 
A14=0.00000E+00
第8面
K=-5.14823E+00, A3=-5.80929E-02, A4=-9.83837E-02, 
A5=1.71146E-02, A6=3.04842E-02, A7=0.00000E+00, 
A8=-3.72946E-02, A9=0.00000E+00, A10=1.90371E-02, 
A11=0.00000E+00, A12=-3.61193E-03, A13=0.00000E+00, 
A14=2.06446E-04
第9面
K=-3.38957E+00, A3=-1.36955E-01, A4=3.67240E-02, 
A5=-1.32983E-02, A6=-1.96723E-03, A7=0.00000E+00, 
A8=4.78307E-04, A9=0.00000E+00, A10=-2.00915E-04, 
A11=0.00000E+00, A12=1.07078E-04, A13=0.00000E+00, 
A14=-1.51729E-05
【００４６】
図４は、既に説明したが、実施例１の撮像レンズ６１等の断面図である。撮像レンズ６１は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４とを有する。撮像レンズ６１において、開口絞りＳは、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に設けられている。第４レンズＬ４と撮像素子６２との間には、光学的ローパスフィルター、ＩＲカットフィルター、撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板Ｆが設けられている。なお、符号ＰＦは、偏光フィルターを示し、符号Ｉは、撮像素子６２の撮像面を示す（実施例２も同様）。本実施例では、投影装置１００は被投影面ＳＣの直下に置かれていることを想定しており、撮像レンズ６１の光軸ＡＸが被投影面ＳＣに対して上方向にチルトしている。
【００４７】
図５（Ａ）及び５（Ｂ）は、撮像素子６２を０．５°チルトさせた場合の被投影面ＳＣ上でのＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性図である。図５（Ａ）は、図６に示す投影領域ＳＣ１のうち下端部Ｆ１及び上端部Ｆ２のＭＴＦ特性図であり、図５（Ｂ）は、図６に示す撮像領域ＳＣ２のうち下端部Ｆ３及び上端部Ｆ４のＭＴＦ特性図である。なお、投影領域ＳＣ１は、実際に投影画像が映る範囲である。また、図７（Ａ）及び７（Ｂ）は、撮像素子６２をチルトさせていない場合の被投影面ＳＣ上でのＭＴＦ特性図である。図７（Ａ）及び７（Ｂ）において、ＭＴＦ評価位置は、図５（Ａ）及び５（Ｂ）と同様である（実施例２も同様）。図５（Ａ）、５（Ｂ）、７（Ａ）、及び７（Ｂ）中のＦｉ−Ｓ（ｉ＝１〜４）は、Ｆｉの位置でのサジタル解像力を示し、Ｆｉ−Ｍ（ｉ＝１〜４）は、Ｆｉの位置でのメリディオナル解像力を示す。ＭＴＦを計算する上での波長ウェイトは以下の通りである（以降の実施例も同様）。
〔波長ウェイト〕
波長        重み
650nm        107
610nm        503
555nm        1000
510nm        503
470nm        91
図５（Ａ）、５（Ｂ）、７（Ａ）、及び７（Ｂ）からわかるように、撮像レンズ６１の光軸ＡＸに対してさらに撮像面Ｉをチルトさせることで、被投影面ＳＣでの上端部と下端部の片ボケが低減されている。
【００４８】
（実施例２）
実施例２の撮像レンズの光学諸元値を以下に示す。
f:3.17mm
Fno:2.5
【００４９】
実施例２の撮像レンズのレンズ面等のデータを以下の表３に示す。
〔表３〕
Surf.N       R [mm]     D [mm]     Nd     νd     Ti [°]
P-Surf.                335.243                      0.00
1(STOP)      INF       -0.113                    -41.78
2*          1.625       0.321   1.5447   56.2    -41.78
3*          7.614       0.178                    -41.78
4*          9.031       0.232   1.6347   23.9    -41.78
5*          2.166       0.195                    -41.78
6*          3.263       0.418   1.5447   56.2    -41.78
7*        -17.665       0.696                    -41.78
8*         -5.916       0.547   1.5447   56.2    -41.78
9*         -0.746       0.213                    -41.78
10*         -2.009       0.370   1.5305   56.0    -41.78
11*          1.001       0.575                    -41.78
12            INF        0.110   1.5163   64.1    -41.78
13            INF        0.285                    -41.78
14(I-Surf.)                                       -42.28
【００５０】
実施例２の撮像レンズの非球面係数を以下の表４に示す。
〔表４〕
第2面
K=-1.39179E-01, A4=2.04748E-02, A6=4.14650E-02, 
A8=5.19108E-03, A10=7.13163E-02, A12=2.46450E-02, 
A14=1.44040E-01
第3面
K=4.69025E+00, A4=-3.10944E-03, A6=8.71639E-02, 
A8=1.43582E-01, A10=-2.38011E-01, A12=6.79836E-03, 
A14=6.93692E-01
第4面
K=2.99873E+01, A4=-1.75628E-01, A6=3.00821E-01, 
A8=-1.35075E-01, A10=-3.41545E-01, A12=2.99856E-01, 
A14=8.61184E-02
第5面
K=-1.85279E+01, A4=1.33407E-03, A6=1.27512E-01, 
A8=-5.96120E-02, A10=-5.11598E-02, A12=-5.83554E-02, 
A14=8.54596E-02
第6面
K=-1.74355E+01, A4=-6.07645E-02, A6=3.09586E-02, 
A8=-3.68090E-02, A10=4.02364E-02, A12=3.64533E-02, 
A14=-3.01631E-02
第7面
K=-9.70039E+00, A4=-4.91077E-02, A6=-3.77018E-02,
A8=-4.85075E-03, A10=1.46911E-03, A12=-6.16318E-03, 
A14=2.62237E-02
第8面
K=0.00000E+00, A4=-8.34072E-02, A6=4.06740E-02, 
A8=-1.34964E-02, A10=5.67201E-03, A12=-1.24767E-02, 
A14=3.85524E-03
第9面
K=-3.56484E+00, A4=-1.30391E-01, A6=7.60659E-02, 
A8=1.23021E-03, A10=-3.51037E-03, A12=-1.92712E-03, 
A14=5.30830E-04
第10面
K=-2.19317E+01, A4=-6.91038E-02, A6=1.90441E-02, 
A8=4.25803E-04, A10=-5.69734E-04, A12=4.98399E-05, 
A14=1.41608E-07
第11面
K=-7.98634E+00, A4=-5.12750E-02, A6=1.43814E-02, 
A8=-3.20524E-03, A10=3.84110E-04, A12=-3.57605E-05, 
A14=2.53368E-06
【００５１】
図８は、実施例２の撮像レンズ６１等の断面図である。撮像レンズ６１は、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、及び第５レンズＬ５を有する。撮像レンズ６１において、開口絞りＳは、第１レンズＬ１の物体側に設けられている。図９（Ａ）及び９（Ｂ）は、撮像素子６２を０．５°チルトさせた場合の被投影面ＳＣ上でのＭＴＦ特性図である。また、図１０（Ａ）及び１０（Ｂ）は、撮像素子６２をチルトさせていない場合の被投影面ＳＣ上でのＭＴＦ特性図である。
【００５２】
以下の表５は、参考のため、条件式（１）に対応する各実施例１及び２の値をまとめたものである。
〔表５〕
2016114644.tif 000004
【００５３】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る撮像装置等について説明する。なお、第２実施形態の撮像装置等は第１実施形態の撮像装置等を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
【００５４】
図１１に示すように、本実施形態において、投影装置１００は被投影面ＳＣよりも天井側に配置される。これにより、光学システム２００は、天井にある蛍光灯等の映り込みを避けて、高解像度な撮影画像を得ることができる。なお、本実施形態の撮像装置６０は、偏光フィルターを有していなくてもよい。
【００５５】
以上、実施形態に係る投影装置１００について説明したが、本発明に係る撮像装置及び光学システムは、上記のものには限られない。例えば、投影光学系１０や照明光学系２０の具体的な構成は、図示のものに限らず用途等に応じて適宜変更することができる。
【００５６】
また、上記実施形態において、画像表示素子としては、ＬＣＯＳ等の反射型液晶素子４０に限らず、マイクロミラーからなるマイクロミラーデバイス、透過型のＬＣＤ等を用いることができる。この場合、偏光ビームスプリッター３０は、それぞれに適合する光学系に変更する。
【００５７】
また、上記実施形態において、照明光学系２０の光源としては、ＬＥＤに限らず、水銀ランプ、レーザー等を用いることができ、これらの光源を同種又は異種で組み合わせることもできる。特に、ＬＥＤやレーザーを光源とする場合、赤色・緑色・青色の光源数は出力に合わせ任意に組み合わせても良い。また、合波するための光学系を追加し、白色又は特定色に関して複数の光源を配置することで明るさを上げることもできる。
【００５８】
また、上記実施形態において、撮像装置６０を投影装置１００の投影光学系１０より被投影面ＳＣ側に設けたが、投影光学系１０を撮像装置６０より被投影面ＳＣ側に設けてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０…投影光学系、  １１…レンズ群、  １２…反射光学系、  １２ａ…平面ミラー、  １２ｂ…湾曲ミラー、  ２０…照明光学系、  ３０…偏光ビームスプリッター、  ４０…反射型液晶素子、  ５０…画像駆動回路、  ６０…撮像装置、  ６１…撮像レンズ、  ６２…撮像素子、  ６３…撮像駆動回路、  ６４…画像処理部、  ９０…制御回路、  １００…投影装置、  ２００…光学システム、  ＡＸ，ＢＸ，ＯＡ…光軸、  Ｆ…平行平板、  Ｉ…撮像面、  Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５…レンズ、  ＰＦ…偏光フィルター、  ＳＣ…被投影面
【図１】
2016114644.tif 000005
【図２】
2016114644.tif 000006
【図３】
2016114644.tif 000007
【図４】
2016114644.tif 000008
【図５】
2016114644.tif 000009
【図６】
2016114644.tif 000010
【図７】
2016114644.tif 000011
【図８】
2016114644.tif 000012
【図９】
2016114644.tif 000013
【図１０】
2016114644.tif 000014
【図１１】
2016114644.tif 000015