特許 6982016 結像光学系、投写型表示装置、および撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6982016

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】結像光学系、投写型表示装置、および撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 15/20 20060101AFI20211206BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20211206BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20211206BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   G02B15/20

   G02B13/18

   G03B21/00 D

   G03B21/14 D

【請求項の数】12

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2019-21042(P2019-21042)

(22)【出願日】2019年2月7日

(65)【公開番号】特開2020-52385(P2020-52385A)

(43)【公開日】2020年4月2日

【審査請求日】2020年7月28日

(31)【優先権主張番号】特願2018-179426(P2018-179426)

(32)【優先日】2018年9月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永利 由紀子

【審査官】 岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５３６１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０４５５９６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００−１７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２−２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光軸に沿って拡大側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群とからなり、
光軸上において前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に中間像が形成され、
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群の少なくとも一方は、光軸を折り曲げる反射部材を備え、
前記第２レンズ群は、変倍の際に移動する移動レンズ群を備え、
前記第２レンズ群は、開口絞りと、前記開口絞りより拡大側に配置された正レンズと、前記開口絞りより縮小側に配置された正レンズとを備え、
広角端での前記第２レンズ群の縮小側における最大像高の前記第２レンズ群の歪曲収差をＤｒ、
広角端での前記第２レンズ群の縮小側における最大像高の近軸像面と前記第２レンズ群のタンジェンシャル像面との光軸方向の差をＴｒ、
広角端での前記第２レンズ群の縮小側における最大像高の近軸像面と前記第２レンズ群のサジタル像面との光軸方向の差をＳｒ、
広角端での全系の焦点距離をｆｗとした場合、
−１＜Ｄｒ＜１ …（１）
−５＜（Ｔｒ＋Ｓｒ）／｜ｆｗ｜＜−０．５ …（２）
で表される条件式（１）および（２）を満足し、
全画角が１２０°以上である結像光学系。

【請求項2】

広角端での前記第２レンズ群の焦点距離をｆｒとした場合、
５＜ｆｒ／｜ｆｗ｜＜１００ …（３）
で表される条件式（３）を満足する
請求項１記載の結像光学系。

【請求項3】

広角端での前記移動レンズ群内のレンズ面における主光線高さの最大値をＨｚｍａｘ、
全系の縮小側における最大像高をＩｍａｘとした場合、
Ｈｚｍａｘ／Ｉｍａｘ＜１．５ …（４）
で表される条件式（４）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】

前記反射部材は、光軸に沿って拡大側から順に、光軸を９０°折り曲げる第１反射部材と、光軸を９０°折り曲げる第２反射部材とを備える
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】

最も拡大側のレンズ面から前記第１反射部材までの光軸上の距離をＬａ、
前記第１反射部材から前記第２反射部材までの光軸上の距離をＬｂ、
前記第２反射部材から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をＬｃとした場合、
１＜Ｌｃ／Ｌａ＜２ …（５）
１．２＜Ｌｂ／Ｌａ＜２．５ …（６）
で表される条件式（５）および（６）を満足する
請求項４記載の結像光学系。

【請求項6】

縮小側がテレセントリックである
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】

−０．５＜Ｄｒ＜０．５ …（１−１）
で表される条件式（１−１）を満足する
請求項１記載の結像光学系。

【請求項8】

−３＜（Ｔｒ＋Ｓｒ）／｜ｆｗ｜＜−１ …（２−１）
で表される条件式（２−１）を満足する
請求項１記載の結像光学系。

【請求項9】

１０＜ｆｒ／｜ｆｗ｜＜３０ …（３−１）
で表される条件式（３−１）を満足する
請求項２記載の結像光学系。

【請求項10】

０≦Ｈｚｍａｘ／Ｉｍａｘ＜１ …（４−１）
で表される条件式（４−１）を満足する
請求項３記載の結像光学系。

【請求項11】

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１０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。

【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】

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、変倍機能を備えるとともに、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。

【0004】

このような要望に応えるべく、中間像を形成するリレータイプの結像光学系であって、リレーレンズ部分に変倍の際に移動する移動レンズ群を備える結像光学系が提案されている。（例えば、特許文献１）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−１５２８９０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の結像光学系では、画角を広げようとすると、レンズ全長、レンズ径ともに大きくなってしまうが、光軸を折り曲げるミラー等の反射部材を光学系内に挿入する空間が無いため、小型化が難しいという問題がある。また、変倍の際に移動する移動レンズ群を備えるリレーレンズ部分のレンズ径が大きいため、移動レンズ群を移動させるための機構を含めた場合に、大型化してしまうという問題がある。

【0007】

本開示は、上記事情に鑑みなされたものであり、小型で、広い画角を備えつつ、諸収差が適切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】

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。

【0009】

＜１＞ 光軸に沿って拡大側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群とからなり、光軸上において第１レンズ群と第２レンズ群との間に中間像が形成され、第１レンズ群および第２レンズ群の少なくとも一方は、光軸を折り曲げる反射部材を備え、第２レンズ群は、変倍の際に移動する移動レンズ群を備え、広角端での第２レンズ群の縮小側における最大像高の歪曲収差をＤｒ、広角端での第２レンズ群の縮小側における最大像高の近軸像面とタンジェンシャル像面との光軸方向の差をＴｒ、広角端での第２レンズ群の縮小側における最大像高の近軸像面とサジタル像面との光軸方向の差をＳｒ、広角端での全系の焦点距離をｆｗとした場合、
−１＜Ｄｒ＜１ …（１）
−５＜（Ｔｒ＋Ｓｒ）／｜ｆｗ｜＜−０．５ …（２）
で表される条件式（１）および（２）を満足する結像光学系。

【0010】

＜２＞ 広角端での第２レンズ群の焦点距離をｆｒとした場合、
５＜ｆｒ／｜ｆｗ｜＜１００ …（３）
で表される条件式（３）を満足する＜１＞の結像光学系。

【0011】

＜３＞ 広角端での移動レンズ群内のレンズ面における主光線高さの最大値をＨｚｍａｘ、全系の縮小側における最大像高をＩｍａｘとした場合、
Ｈｚｍａｘ／Ｉｍａｘ＜１．５ …（４）
で表される条件式（４）を満足する＜１＞または＜２＞の結像光学系。

【0012】

＜４＞ 反射部材は、光軸に沿って拡大側から順に、光軸を９０°折り曲げる第１反射部材と、光軸を９０°折り曲げる第２反射部材とを備える＜１＞から＜３＞のいずれかの結像光学系。

【0013】

＜５＞ 最も拡大側のレンズ面から第１反射部材までの光軸上の距離をＬａ、第１反射部材から第２反射部材までの光軸上の距離をＬｂ、第２反射部材から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をＬｃとした場合、
１＜Ｌｃ／Ｌａ＜２ …（５）
１．２＜Ｌｂ／Ｌａ＜２．５ …（６）
で表される条件式（５）および（６）を満足する＜４＞の結像光学系。

【0014】

＜６＞ 縮小側がテレセントリックである＜１＞から＜５＞のいずれかの結像光学系。

【0015】

＜７＞ −０．５＜Ｄｒ＜０．５ …（１−１）
で表される条件式（１−１）を満足する＜１＞の結像光学系。

【0016】

＜８＞ −３＜（Ｔｒ＋Ｓｒ）／｜ｆｗ｜＜−１ …（２−１）
で表される条件式（２−１）を満足する＜１＞の結像光学系。

【0017】

＜９＞ １０＜ｆｒ／｜ｆｗ｜＜３０ …（３−１）
で表される条件式（３−１）を満足する＜２＞の結像光学系。

【0018】

＜１０＞ ０≦Ｈｚｍａｘ／Ｉｍａｘ＜１ …（４−１）
で表される条件式（４−１）を満足する＜３＞の結像光学系。

【0019】

＜１１＞ 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＜１０＞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。

【0020】

＜１２＞ ＜１＞から＜１０＞のいずれかの結像光学系を備えた撮像装置。

【0021】

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、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、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、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、および手振れ補正機構等の機構部分等が含まれていてもよいことを意図する。

【0022】

また、「レンズ群」は、レンズ以外にも、絞り、マスク、カバーガラス、フィルタ、ミラー、および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。

【0023】

また、各条件式の記号のうち、焦点距離については、近軸焦点距離である。各条件式は、系全体の縮小側をテレセントリックとして計算する。第２レンズ群の収差量は、全系の縮小側の像位置と第２レンズ群の縮小側の像位置とを合わせた状態で評価する。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。非球面に関する屈折力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）である。

【発明の効果】

【0024】

本発明の一実施形態によれば、小型で、広い画角を備えつつ、諸収差が適切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】

【0025】

【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である。

【図2】本発明の一実施形態にかかる結像光学系（実施例１の変形例と共通）のレンズ構成を示す断面図である。

【図3】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である。

【図4】本発明の実施例２の結像光学系の変形例のレンズ構成を示す断面図である。

【図5】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である。

【図6】本発明の実施例３の結像光学系の変形例のレンズ構成を示す断面図である。

【図7】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である。

【図8】本発明の実施例４の結像光学系の変形例のレンズ構成を示す断面図である。

【図9】本発明の実施例１の結像光学系の各収差図である。

【図10】本発明の実施例２の結像光学系の各収差図である。

【図11】本発明の実施例３の結像光学系の各収差図である。

【図12】本発明の実施例４の結像光学系の各収差図である。

【図13】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14】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15】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16】本発明の一実施形態に係る撮像装置の前側の斜視図である。

【図17】図１６に示す撮像装置の背面側の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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、広角端状態を示し、拡大側の光軸を基準として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。

【0027】

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。

【0028】

図１に示す通り、本実施形態の結像光学系は、光軸Ｚに沿って拡大側から縮小側に向かって順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とからなり、光軸Ｚ上において第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に中間像Ｍが形成されるリレータイプの結像光学系である。なお、図１中において中間像Ｍ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。

【0029】

このように、中間像Ｍ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。

【0030】

また、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２の少なくとも一方は、光軸を折り曲げる反射部材を備える。反射部材としては、ミラーまたはプリズム等の反射面を有する光学素子を用いることができる。本実施形態の結像光学系では、反射部材として、第１レンズ群Ｇ１に第１反射部材Ｒ１を備え、第２レンズ群Ｇ２に第２反射部材Ｒ２を備えた例を示している。リレータイプの結像光学系は、一般的にレンズ系の全長が長くなるが、反射部材を設けて光軸を折り曲げることによって、結像光学系を小型化することができる。なお、反射部材は、レンズ群においてレンズとレンズの間に挟まれている態様に限らず、レンズ群の最も拡大側もしくは最も縮小側に配されている態様としてもよい。

【0031】

また、リレーレンズ群である第２レンズ群Ｇ２は、変倍の際に移動する移動レンズ群を備える。本実施形態の結像光学系では、第２レンズ群Ｇ２中において、レンズＬ２ｂにより第１移動レンズ群が構成され、レンズＬ２ｃからＬ２ｈの６枚のレンズにより第２移動レンズ群が構成された例を示している。変倍の際に、第１移動レンズ群および第２移動レンズ群は、隣接する群との光軸方向の間隔を変化させるように光軸に沿って移動する。このように、広角の第１レンズ群Ｇ１ではなく、リレーレンズ群である第２レンズ群Ｇ２が移動レンズ群を備えることによって、像面湾曲および歪曲収差の変動を少なくすることができる。

【0032】

また、広角端での第２レンズ群Ｇ２の縮小側における最大像高の歪曲収差（単位は％とする）をＤｒ、広角端での第２レンズ群Ｇ２の縮小側における最大像高の近軸像面とタンジェンシャル像面との光軸方向の差をＴｒ、広角端での第２レンズ群Ｇ２の縮小側における最大像高の近軸像面とサジタル像面との光軸方向の差をＳｒ、広角端での全系の焦点距離をｆｗとした場合、条件式（１）および（２）を満足するように構成されている。
−１＜Ｄｒ＜１ …（１）
−５＜（Ｔｒ＋Ｓｒ）／｜ｆｗ｜＜−０．５ …（２）

【0033】

広角の結像光学系では、拡大側に負レンズを多く使用するため、第１レンズ群Ｇ１は負の歪曲収差が発生しやすい。そのため、第２レンズ群Ｇ２で負の大きな歪曲収差を発生させると、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２を合わせた全系の歪曲収差の補正が困難になる。以上のことから、条件式（１）の下限以下とならないようにして、第２レンズ群Ｇ２の負の歪曲収差が大きくなり過ぎないようにすることによって、全系の歪曲収差を抑えることができる。

【0034】

リレーレンズ群である第２レンズ群Ｇ２では、開口絞りＳｔ（第１レンズ群Ｇ１に開口絞りがある場合は、第２レンズ群Ｇ２中において開口絞りと共役関係にある位置）より縮小側の正レンズで発生した負の歪曲収差を、開口絞りＳｔより拡大側の正レンズで打ち消している。また、上記の通り広角の結像光学系では、第１レンズ群Ｇ１は負の歪曲収差が発生しやすく、第１レンズ群Ｇ１で発生する負の歪曲収差を打ち消すために、第２レンズ群Ｇ２で正の歪曲収差を発生させようとすると、開口絞りＳｔより拡大側に正レンズが必要となる。そのため、中間像Ｍ付近に正レンズが必要となり、中間像Ｍ付近の光束径が大きくなるため、リレーレンズ群である第２レンズ群Ｇ２の径が大きくなる傾向にある。以上のことから、条件式（１）の上限以上とならないようにして、第２レンズ群Ｇ２の正の歪曲収差が大きくなり過ぎないようにすることによって、第２レンズ群Ｇ２の径が大きくなるのを防ぐことができる。なお、上記においては、実際の部品として開口絞りＳｔが存在する場合について記載したが、開口絞りＳｔが実際の部品として存在しない場合であっても、光学的には主光線と光軸との交点の位置が開口絞りＳｔに相当し、上記と同様の効果を奏する。

【0035】

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。
−０．５＜Ｄｒ＜０．５ …（１−１）

【0036】

広角の結像光学系では、拡大側に負レンズを多く使用するため、第１レンズ群Ｇ１はペッツバール和が負となり、正の大きな像面湾曲が発生しやすい。そのため、第２レンズ群Ｇ２に適切な量の負の像面湾曲を発生させて、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とで両者の像面湾曲を打ち消すことによって、全系の像面湾曲を補正することができる。条件式（２）の下限以下とならないようにして、第２レンズ群Ｇ２において、第１レンズ群Ｇ１で発生する正の像面湾曲を打ち消す以上の過剰な負の像面湾曲を発生させないようにすることによって、全系の像面湾曲を抑えることができる。条件式（２）の上限以上とならないようにして、第２レンズ群Ｇ２において、第１レンズ群Ｇ１で発生する正の像面湾曲を打ち消すための負の像面湾曲を発生させることによって、全系の像面湾曲を抑えることができる。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。
−３＜（Ｔｒ＋Ｓｒ）／｜ｆｗ｜＜−１ …（２−１）

【0037】

本実施形態の結像光学系においては、広角端での第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆｒ、広角端での全系の焦点距離をｆｗ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）を満足し、リレーレンズ群である第２レンズ群Ｇ２が正の屈折力をもつことによって、第１レンズ群Ｇ１から第２レンズ群Ｇ２に向かう周辺の光束を狭くすることができるため、第２レンズ群Ｇ２のレンズ径を小さくすることができる。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２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなりすぎるのを防ぐことができるため、第２レンズ群Ｇ２内における球面収差および軸上色収差等の収差補正を適切に行うことができる。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、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が弱くなりすぎるのを防ぐことができるため、第２レンズ群Ｇ２のレンズ径の拡大を抑えることができる。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。
５＜ｆｒ／｜ｆｗ｜＜１００ …（３）
１０＜ｆｒ／｜ｆｗ｜＜３０ …（３−１）

【0038】

また、広角端での移動レンズ群内のレンズ面における主光線高さの最大値をＨｚｍａｘ、全系の縮小側における最大像高をＩｍａｘ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）の上限以上とならないようにすることによって、移動レンズ群のレンズ径の拡大を抑えることができるため、結像光学系の小型化に有利となる。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。
Ｈｚｍａｘ／Ｉｍａｘ＜１．５ …（４）
０≦Ｈｚｍａｘ／Ｉｍａｘ＜１ …（４−１）

【0039】

また、反射部材は、光軸に沿って拡大側から順に、光軸を９０°折り曲げる第１反射部材Ｒ１と、光軸を９０°折り曲げる第２反射部材Ｒ２とを備えることが好ましい。このように、２つの反射部材を備えることによって、結像光学系の全長を短縮することができる。また、２つの反射部材がいずれも光軸を９０°折り曲げるものとすることによって、結像光学系の小型化に有利となる。この場合、図１に示すように、２つの反射部材がいずれも同じ方向に光軸を９０°折り曲げるようにしてもよいし、図２に示すように、２つの反射部材が互いに反対の方向に光軸を９０°折り曲げるようにしてもよい。

【0040】

反射部材として、光軸に沿って拡大側から順に、光軸を９０°折り曲げる第１反射部材Ｒ１と、光軸を９０°折り曲げる第２反射部材Ｒ２とを設けた場合、最も拡大側のレンズ面から第１反射部材Ｒ１までの光軸上の距離をＬａ、第１反射部材Ｒ１から第２反射部材Ｒ２までの光軸上の距離をＬｂ、第２反射部材Ｒ２から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をＬｃとした場合、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）ともに下限以下とならないようにすることによって、結像光学系を投写型表示装置に搭載にした際に、結像光学系の縮小側に配されるライトバルブなどの映像エンジン部と第１レンズ群Ｇ１との干渉を防ぐことができる。条件式（５）および（６）ともに上限以上とならないようにすることによって、結像光学系を投写型表示装置に搭載した際に、結像光学系の縮小側に配されるライトバルブなどの映像エンジン部と第１レンズ群Ｇ１との間隔が開きすぎるのを防ぐことができるため、装置全体の小型化に有利となる。
１＜Ｌｃ／Ｌａ＜２ …（５）
１．２＜Ｌｂ／Ｌａ＜２．５ …（６）

【0041】

また、高精細な画像を投写する投写型表示装置では、ＲＧＢ（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）各々の波長に対応して画像表示素子が設けられた、いわゆる３板方式が採用されることが多い。このような方式に対応するため、縮小側がテレセントリックであることが好ましい。なお、縮小側がテレセントリックであるとは、縮小側の画像表示面Ｓｉｍの任意の点に集光する光束の断面において、上側の最大光線と下側の最大光線との２等分角線が光軸と平行に近い状態を指すものであり、完全にテレセントリックな場合、すなわち上記２等分角線が光軸Ｚに対して完全に平行な場合に限るものではなく、多少の誤差がある場合を含む。ここで多少の誤差がある場合とは、光軸に対する上記２等分角線の傾きが±３°の範囲内の場合を意味する。

【0042】

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。

【0043】

［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に示す。図１の図示方法は上述しており、図２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２〜４についても基本的に同様である。

【0044】

図１に示す実施例１の結像光学系は、光軸Ｚに沿って拡大側から縮小側に向かって順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とからなり、光軸Ｚ上において第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に中間像Ｍが形成されるリレータイプの結像光学系である。

【0045】

第１レンズ群Ｇ１は、レンズＬ１ａからＬ１ｎの１４枚のレンズと、Ｌ１ｈとＬ１ｉの間に配され光軸Ｚを９０°折り曲げる第１反射部材Ｒ１とから構成される。

【0046】

第２レンズ群Ｇ２は、レンズＬ２ａからＬ２ｉの９枚のレンズと、Ｌ２ａの拡大側に配され光軸Ｚを９０°折り曲げる第２反射部材Ｒ２とから構成される。第２レンズ群Ｇ２中においては、レンズＬ２ｂにより第１移動レンズ群が構成され、レンズＬ２ｃからＬ２ｈの６枚のレンズにより第２移動レンズ群が構成される。変倍の際に、第１移動レンズ群および第２移動レンズ群は、隣接する群との光軸方向の間隔を変化させるように光軸Ｚに沿って移動する。

【0047】

第１反射部材Ｒ１および第２反射部材Ｒ２は、いずれも同じ方向に光軸を９０°折り曲げるように配されている。

【0048】

図２に示す実施例１の結像光学系の変形例においては、第１反射部材Ｒ１および第２反射部材Ｒ２は、互いに反対の方向に光軸を９０°折り曲げるように配されている。

【0049】

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２〜４についても基本的に同様である。

【0050】

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。

【0051】

表２の諸元に関するデータに、ズーム倍率、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。

【0052】

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・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。

【0053】

基本レンズデータおよび諸元に関するデータにおいては、広角端の焦点距離で規格化した値を示している。角度の単位としては°を用いている。

【0054】

【表1】

【0055】

【表2】

【0056】

【表3】

【0057】

【表4】

【0058】

実施例１の結像光学系の各収差図を図９に示す。図９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９では、上段に広角端において拡大側結像面から第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側の面までの距離を図中記載の距離（実施例１では１５１）とした状態の各収差図を示し、中段に望遠端において拡大側結像面から第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側の面までの距離を図中記載の距離（実施例１では１５１）とした状態の各収差図を示し、下段に広角端における第２レンズ群Ｇ２のみの各収差図を示す。

【0059】

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。

【0060】

［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３に、実施例２の結像光学系の変形例を示す断面図を図４に示す。実施例２の結像光学系は、実施例１の結像光学系と同様の構成である。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１０に示す。

【0061】

【表5】

【0062】

【表6】

【0063】

【表7】

【0064】

【表8】

【0065】

［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５に、実施例３の結像光学系の変形例を示す断面図を図６に示す。実施例３の結像光学系は、第２レンズ群Ｇ２中において、Ｌ２ａからＬ２ｂの２枚のレンズにより第１移動レンズ群が構成され、レンズＬ２ｃからＬ２ｈの６枚のレンズにより第２移動レンズ群が構成される以外は、実施例１の結像光学系と同様の構成である。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１１に示す。

【0066】

【表9】

【0067】

【表10】

【0068】

【表11】

【0069】

【表12】

【0070】

［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７に、実施例４の結像光学系の変形例を示す断面図を図８に示す。実施例４の結像光学系は、第２レンズ群Ｇ２中において、Ｌ２ａからＬ２ｂの２枚のレンズにより第１移動レンズ群が構成され、レンズＬ２ｃからＬ２ｅの３枚のレンズにより第２移動レンズ群が構成され、レンズＬ２ｆからＬ２ｈの３枚のレンズにより第３移動レンズ群が構成される以外は、実施例１の結像光学系と同様の構成である。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１２に示す。

【0071】

【表13】

【0072】

【表14】

【0073】

【表15】

【0074】

【表16】

【0075】

実施例１〜４の結像光学系の条件式（１）〜（６）に含まれる記号に対応する値を表１７に、実施例１〜４の結像光学系の条件式（１）〜（６）に対応する値を表１８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１７および１８に示す値はこの基準波長におけるものである。

【0076】

【表17】

【0077】

【表18】

【0078】

以上のデータから、実施例１〜４の結像光学系は全て、条件式（１）〜（６）を満たしており、小型で、全画角が１２０°以上と広い画角を備えつつ、諸収差が適切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。

【0079】

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１３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１３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１３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１３ではその図示を省略している。

【0080】

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。

【0081】

図１４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１４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１４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１４ではその図示を省略している。

【0082】

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。

【0083】

図１５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１５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１５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１５ではその図示を省略している。

【0084】

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。

【0085】

図１６、図１７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１６は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図１７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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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】

【0092】

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
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｌ１ａ〜Ｌ２ｉ レンズ
Ｍ 中間像
ＰＰ 光学部材
Ｒ１ 第１反射部材
Ｒ２ 第２反射部材
Ｓｉｍ 画像表示面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】