JP6735716B2 - 結像光学系、投写型表示装置、及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、結像光学系、投写型表示装置、及び撮像装置に関する。

従来、液晶表示素子又はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：登録商標）等のライトバルブに表示した画像をスクリーン等に拡大投写する投写型表示装置が広く用いられている。投写型表示装置においてライトバルブと併用される投写用の結像光学系には、近年のライトバルブの性能向上を受けてライトバルブの解像度に見合った良好な収差補正がなされていることが要望されている。また、プレゼンテーション用途など比較的狭い室内空間で投写型表示装置を使用することを考慮して、より広角な投写用の結像光学系が要望されている。

従来知られている投写型表示装置に適用可能な結像光学系としては、例えば下記特許文献１、２に記載の光学系を挙げることができる。特許文献１、２には、複数枚のレンズからなる縮小側光学系で中間像を形成し、複数枚のレンズからなる拡大側光学系で中間像を再結像させる光学系が記載されている。

特開２０１４−０２９３９２号公報 特開２０１６−１４３０３２号公報

上記要望がある一方で、投写型表示装置の低廉化に対する要望もあり、それに伴い投写型表示装置に搭載される結像光学系の低廉化に対する要求が強くなってきている。しかしながら、特許文献１、２に記載の光学系は、レンズ枚数が多く、近年の低廉化の要求に応えるものではない。

本発明は、中間像を形成するタイプの光学系において、レンズ枚数を抑えながら、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有する結像光学系、並びにこの結像光学系を備えた投写型表示装置、及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。

上記課題を解決するために、本発明の結像光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、複数のレンズを含む第１光学系と、複数のレンズを含む第２光学系とからなり、第２光学系は縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、第１光学系は中間像を拡大側結像面に再結像させ、第１光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、全体として正の屈折力を有する第１Ａレンズ群と、第１光学系におけるレンズ面間の光軸上の最大空気間隔によって第１Ａレンズ群と隔てられた正の屈折力を有する第１Ｂレンズ群とからなり、第２光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、全体として正の屈折力を有する第２Ａレンズ群と、第２光学系におけるレンズ面間の光軸上の最大空気間隔によって第２Ａ群と隔てられた正の屈折力を有する第２Ｂレンズ群とからなり、第１Ｂレンズ群が含む負レンズは第１Ｂレンズ群の最も拡大側に配置されたレンズのみであり、第２Ａレンズ群が含む負レンズは第２Ａレンズ群の最も拡大側に配置されたレンズのみであり、第２Ｂレンズ群が含む負レンズは第２Ｂレンズ群の最も拡大側に配置されたレンズのみとなるように構成されている。

本発明の結像光学系においては、結像光学系の焦点距離をｆ、第１Ｂレンズ群の最も拡大側に配置された負レンズの焦点距離をｆｎ１Ｂ、第２Ａレンズ群の最も拡大側に配置された負レンズの焦点距離をｆｎ２Ａ、第２Ｂレンズ群の最も拡大側に配置された負レンズの焦点距離をｆｎ２Ｂとしたとき、下記条件式（１）〜（３）全てを満足することが好ましい。その際に、条件式（１）に代わり下記条件式（１−１）を満足することがより好ましく、条件式（２）に代わり下記条件式（２−１）を満足することがより好ましく、条件式（３）に代わり下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
−１２＜ｆｎ１Ｂ／｜ｆ｜＜−２ （１）
−１２＜ｆｎ２Ａ／｜ｆ｜＜−２ （２）
−１２＜ｆｎ２Ｂ／｜ｆ｜＜−２ （３）
−８＜ｆｎ１Ｂ／｜ｆ｜＜−３ （１−１）
−８＜ｆｎ２Ａ／｜ｆ｜＜−３ （２−１）
−８＜ｆｎ２Ｂ／｜ｆ｜＜−３ （３−１）

また、結像光学系の焦点距離をｆ、第１光学系の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
１＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．５ （４）
１．３＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．２ （４−１）

また、第１Ａレンズ群の焦点距離をｆ１Ａ、第１Ｂレンズ群の焦点距離をｆ１Ｂとしたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましく、下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
０．１＜ｆ１Ｂ／ｆ１Ａ＜０．９ （５）
０．２＜ｆ１Ｂ／ｆ１Ａ＜０．７ （５−１）

また、結像光学系の焦点距離をｆ、縮小側をバック側とした場合の結像光学系の空気換算距離でのバックフォーカスをＢｆとしたとき、下記条件式（６）を満足することが好ましく、下記条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
４＜Ｂｆ／｜ｆ｜ （６）
７＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜１５ （６−１）

また、第１Ｂレンズ群の最も拡大側の負レンズの縮小側にこの負レンズに隣接して正レンズが配置されており、この正レンズと第１Ｂレンズ群の最も拡大側の負レンズとは互いに接合されていることが好ましい。

また、第１Ｂレンズ群は、１枚の負レンズと３枚の正レンズとからなる４枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備えることが好ましい。

また、第２Ａレンズ群は、１枚の負レンズと２枚の正レンズとからなる３枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備えることが好ましい。

また、第２Ｂレンズ群は、１枚の負レンズと３枚の正レンズとからなる４枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備えることが好ましい。

また、第１Ａレンズ群の拡大側から１番目、２番目、３番目のレンズは全て負レンズであることが好ましい。

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、本発明の結像光学系とを備え、上記結像光学系は、ライトバルブにより変調された変調光による光学像をスクリーン上に投写する。

本発明の撮像装置は、本発明の結像光学系を備えている。

なお、本発明の結像光学系が投写型表示装置に適用される場合は、上記「拡大側」は、被投写側（スクリーン側）を意味し、上記「縮小側」は、原画像表示領域側（ライトバルブ側）を意味する。

なお、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」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、並びに、絞り、フィルタ、及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、及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。

なお、本明細書における屈折力の符号は、特に断りがない限り近軸領域で考えることにする。また、上記条件式で用いている値は、拡大側結像面から最も拡大側のレンズ面までの距離を無限遠とし、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））を基準とした場合の値である。

本発明によれば、中間像を形成するタイプの光学系において、レンズ枚数を抑えながら、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有する結像光学系、並びにこの結像光学系を備えた投写型表示装置、及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。

本発明の実施例１の結像光学系の構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２の結像光学系の構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例３の結像光学系の構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例１の結像光学系の各収差図である。 本発明の実施例２の結像光学系の各収差図である。 本発明の実施例３の結像光学系の各収差図である。 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。 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。 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。 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１０に示す撮像装置の背面側の斜視図である。

以下、本発明の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係る結像光学系の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に対応している。図１では、左側を拡大側、右側を縮小側としており、軸上光束ｋ０及び最大画角の光束ｋ１も合わせて示している。

この結像光学系は、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光学系である。この結像光学系は、投写型表示装置に用いられる投写光学系、及びデジタルカメラ等に用いられる撮像光学系として好適な光学系である。

図１では、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、スクリーンＳｃｒと、光学部材ＰＰ１と、光学部材ＰＰ２と、ライトバルブの画像表示面Ｓｉｍも図示している。光学部材ＰＰ１と光学部材ＰＰ２は、入射面と出射面が平行な部材である。光学部材ＰＰ１は、色合成部又は照明光分離部に用いられるプリズム等を想定した部材であり、光学部材ＰＰ２は、フィルタ又はカバーガラス等を想定した部材である。光学部材ＰＰ１と光学部材ＰＰ２は、必須の構成要素ではなく、これらのうちの少なくとも一方を省略した構成も可能である。また、図１では光学部材ＰＰの縮小側の面の位置と画像表示面Ｓｉｍの位置とが一致した構成例を示しているが、これらの位置が異なる構成も可能である。

投写型表示装置においては、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スクリーンＳｃｒ上に投写される。すなわち、図１の例では、画像表示面Ｓｉｍが縮小側結像面に対応し、スクリーンＳｃｒが拡大側結像面に対応する。

この結像光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、複数のレンズを含む第１光学系Ｇ１と、複数のレンズを含む第２光学系Ｇ２とからなる。第２光学系Ｇ２は縮小側結像面と共役な位置に中間像ＭＩを形成し、第１光学系Ｇ１は中間像ＭＩを拡大側結像面に再結像させる。すなわち、この結像光学系は、中間像ＭＩの形成位置を挟んで、拡大側に配置された第１光学系Ｇ１と、縮小側に配置された第２光学系Ｇ２とからなる。なお、図１では中間像ＭＩを概念的に示しており、その光軸方向の位置は光軸近傍での位置を基に示している。

中間像を形成する結像光学系では、第１光学系Ｇ１のバックフォーカスを短縮できるとともに、第１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。

第１光学系Ｇ１は、拡大側から縮小側へ向かって順に、全体として正の屈折力を有する第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと、第１光学系Ｇ１におけるレンズ面間の光軸上の最大空気間隔によって第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと隔てられた正の屈折力を有する第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂとからなる。すなわち、第１光学系Ｇ１は、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂとからなり、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの間には、第１光学系Ｇ１においてレンズ面とレンズ面の間の光軸上の空気間隔が最大となる空気間隔が存在している。

第２光学系Ｇ２は、拡大側から縮小側へ向かって順に、全体として正の屈折力を有する第２Ａレンズ群Ｇ２Ａと、第２光学系Ｇ２におけるレンズ面間の光軸上の最大空気間隔によって第２Ａレンズ群Ｇ２Ａと隔てられた正の屈折力を有する第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂとからなる。すなわち、第２光学系Ｇ２は、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａと、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂとからなり、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａと第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの間には、第２光学系Ｇ２においてレンズ面とレンズ面の間の光軸上の空気間隔が最大となる空気間隔が存在している。

第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂ、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａ、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂはいずれも、全体として正の屈折力を有するレンズ群であり、それぞれ負レンズを１枚のみ含む。第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂが含む負レンズは、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの最も拡大側に配置された１枚のレンズのみである。第２Ａレンズ群Ｇ２Ａが含む負レンズは、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａの最も拡大側に配置された１枚のレンズのみである。第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂが含む負レンズは、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの最も拡大側に配置された１枚のレンズのみである。

図１に示す例では、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａは拡大側から順に、レンズＬ１ａ１〜Ｌ１ａ５の５枚のレンズからなり、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂは拡大側から順に、レンズＬ１ｂ１〜Ｌ１ｂ４の４枚のレンズからなり、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａは拡大側から順に、レンズＬ２ａ１〜Ｌ２ａ３の３枚のレンズからなり、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂは拡大側から順に、開口絞りＳｔと、レンズＬ２ｂ１〜Ｌ２ｂ４の４枚のレンズからなる。図１に示す例では、レンズＬ１ａ１〜Ｌ１ａ３、Ｌ１ｂ１、Ｌ２ａ１、Ｌ２ｂ１が負レンズであり、その他のレンズは正レンズである。

中間像ＭＩを形成する結像光学系では、結像光学系内部で１度中間結像させる必要があるため収束作用のある正レンズを多く使うこと、及び収差補正の観点から負レンズを適切に配置することが重要となる。正レンズと組み合わせて負レンズを多く使えば、色消しや収差補正には有利ではあるが、低廉化を目指す上では、必要最低限の負レンズを使うことが望ましい。そこで、本実施形態の結像光学系では、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂ、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａ、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂ各々において、各群の最も拡大側のレンズのみを負レンズとすることによって、必要最低限の負レンズを用いながらも収差補正を良好に補正することが可能となる。

具体的には、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの最も拡大側に負レンズを配置することによって、非点収差の補正に有利となる。また、この負レンズと、この負レンズより縮小側の正レンズとを協働させることによって倍率色収差の補正にも有利となる。

第２Ａレンズ群Ｇ２Ａの最も拡大側に負レンズを配置することによって、第１光学系Ｇ１で発生した歪曲収差をキャンセルすることができるため、敢えて第１光学系Ｇ１に歪曲収差の補正のために多くのレンズを設ける必要が無く、レンズ枚数の削減に寄与することができる。

第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの最も拡大側に負レンズを配置することによって、球面収差の補正に有利となる。また、この負レンズと、この負レンズより縮小側の正レンズとを協働させることによって軸上色収差の補正にも有利となる。

以上述べたように、適切な位置に負レンズを配置することによって、レンズ枚数を必要最低限の枚数としながら、良好な光学性能を維持することが可能となる。

第１Ａレンズ群Ｇ１Ａの拡大側から１番目、２番目、３番目のレンズは全て負レンズであることが好ましい。最も拡大側から順に連続して３枚の負レンズを配置することによって、広角化に有利となり、また、広角化に伴う歪曲収差及び像面湾曲の補正に有利となる。なお、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａは、拡大側から順に、３枚の負レンズと、２枚の正レンズとからなる構成とすることができる。あるいは、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａは、拡大側から順に、３枚の負レンズと、１枚の正レンズとからなる構成とすることができる。

第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂは正の屈折力を有するレンズ群であるから、少なくとも１枚の正レンズを有する。第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの最も拡大側の負レンズの縮小側にはこの負レンズに隣接して正レンズが配置されている。第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの最も拡大側の負レンズと、この負レンズの縮小側にこの負レンズに隣接して配置された正レンズとは互いに接合されていることが好ましく、このようにした場合は倍率色収差の補正に有利となる。

第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂは、１枚の負レンズと３枚の正レンズとからなる４枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備える構成としてもよい。すなわち、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂは、拡大側から順に、負レンズと、正レンズと、正レンズと、正レンズとからなる構成としてもよい。このようにした場合は少ないレンズ枚数で構成しながらも非点収差を良好に補正することができる。

第２Ａレンズ群Ｇ２Ａは、１枚の負レンズと２枚の正レンズとからなる３枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備える構成としてもよい。すなわち、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａは、拡大側から順に、負レンズと、正レンズと、正レンズとからなる構成としてもよい。このようにした場合は、最も拡大側の負レンズが歪曲収差の補正に寄与することができる。また、負レンズによって広がった光を２枚の正レンズによって収束させて第２Ａレンズ群Ｇ２Ａのレンズの小径化とともにレンズ全長の抑制を行うことが可能となる。

第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂは、１枚の負レンズと３枚の正レンズとからなる４枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備える構成としてもよい。このようにした場合は、少ないレンズ枚数でありながらも十分なバックフォーカスを確保しつつ、球面収差を良好に補正することが可能となる。

以下に、条件式に関する好ましい構成について述べる。結像光学系の焦点距離をｆ、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの最も拡大側に配置された負レンズの焦点距離をｆｎ１Ｂとしたとき、下記条件式（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１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの負レンズの屈折力を確保することができ、非点収差の補正に有利となる。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１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの負レンズの屈折力が強くなりすぎないようにすることができ、補正過剰となるのを防ぐことができる。その結果、この負レンズより縮小側に配置する正レンズの枚数の抑制に寄与することができる。なお、条件式（１）に代わり下記条件式（１−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−１２＜ｆｎ１Ｂ／｜ｆ｜＜−２ （１）
−８＜ｆｎ１Ｂ／｜ｆ｜＜−３ （１−１）

結像光学系の焦点距離をｆ、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａの最も拡大側に配置された負レンズの焦点距離をｆｎ２Ａとしたとき、下記条件式（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２Ａレンズ群Ｇ２Ａの負レンズの屈折力を確保することができ、歪曲収差の補正に有利となるとともに、第１光学系Ｇ１に設けるレンズの枚数の削減に寄与することができる。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２Ａレンズ群Ｇ２Ａの負レンズの屈折力が強くなりすぎないようにすることができ、補正過剰となるのを防ぐことができる。その結果、この負レンズより縮小側に配置する正レンズの枚数の抑制に寄与することができる。なお、条件式（２）に代わり下記条件式（２−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−１２＜ｆｎ２Ａ／｜ｆ｜＜−２ （２）
−８＜ｆｎ２Ａ／｜ｆ｜＜−３ （２−１）

結像光学系の焦点距離をｆ、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの最も拡大側に配置された負レンズの焦点距離をｆｎ２Ｂとしたとき、下記条件式（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２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの負レンズの屈折力を確保することができ、球面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、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの負レンズの屈折力が強くなりすぎないようにすることができ、補正過剰となるのを防ぐことができる。その結果、この負レンズより縮小側に配置する正レンズの枚数の抑制に寄与することができる。なお、条件式（３）に代わり下記条件式（３−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−１２＜ｆｎ２Ｂ／｜ｆ｜＜−２ （３）
−８＜ｆｎ２Ｂ／｜ｆ｜＜−３ （３−１）

なお、条件式（１）〜（３）全てを満足することが好ましく、条件式（１）〜（３）全てを満足した場合には、レンズ枚数を必要最低限の枚数としながら、良好な光学性能を維持することにより有利となる。

結像光学系の焦点距離をｆ、第１光学系Ｇ１の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）はリレー倍率に関する条件式である。条件式（４）の下限以下になるとリレー倍率が小さくなり、第１光学系Ｇ１のＦナンバーが小さくなる傾向となる。Ｆナンバーが小さな光学系で広角化と高性能を達成しようとすると、そのような光学系に対応させた収差の補正、例えば球面収差及び非点収差の補正をしなくてはならない。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１光学系Ｇ１のＦナンバーが小さくなりすぎないようにすることができるので、広角化を図りながら球面収差及び非点収差の補正を行うことに有利となる。条件式（４）の上限以上になるとリレー倍率が大きくなり中間像ＭＩのサイズが大きくなる傾向となる。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、中間像ＭＩのサイズを抑えることができるので、第１光学系Ｇ１のレンズ径の大型化を抑制することができる。また、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、第１光学系Ｇ１での歪曲収差及び像面湾曲の補正が容易となる。なお、条件式（４）に代わり下記条件式（４−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
１＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．５ （４）
１．３＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．２ （４−１）

第１Ａレンズ群Ｇ１Ａの焦点距離をｆ１Ａ、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの焦点距離をｆ１Ｂとしたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）は第１光学系Ｇ１における第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの屈折力の配分に関する式である。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１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂの屈折力が強くなりすぎないようにすることができ、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂで歪曲収差を補正することが容易となる。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１Ａレンズ群Ｇ１Ａの屈折力が強くなりすぎないようにすることができる。これによって、第１光学系Ｇ１から第２光学系Ｇ２へ入射する軸外光線の主光線と光軸Ｚとがなす角度を抑えることができ、第２光学系Ｇ２での収差補正が容易となる。なお、条件式（５）に代わり下記条件式（５−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．１＜ｆ１Ｂ／ｆ１Ａ＜０．９ （５）
０．２＜ｆ１Ｂ／ｆ１Ａ＜０．７ （５−１）

結像光学系の焦点距離をｆ、縮小側をバック側とした場合の結像光学系の空気換算距離でのバックフォーカスをＢｆとしたとき、下記条件式（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、バックフォーカスを確保することができ、投写型表示装置において結像光学系と組み合わせて使用される色合成プリズム等を配置することが容易となる。なお、下記条件式（６−１）を満足することが好ましい。条件式（６−１）の下限以下とならないようにすることによって、上記の条件式（６）に関する効果をより高めることができる。条件式（６−１）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大型化を抑制することができる。
４＜Ｂｆ／｜ｆ｜ （６）
７＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜１５ （６−１）

上述した好ましい構成及び可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、レンズ枚数を極力抑えて少ない枚数のレンズで構成しながら、広い画角を有し、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有する結像光学系を実現することが可能である。なお、ここでいう「少ない枚数のレンズで構成」とは全系のレンズ枚数の総数が１６枚以下であることを意味し、「広角」とは全画角が１３０度より大きいことを意味する。

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。なお、以下に示す実施例の数値データは全て、全系の焦点距離が１．００となるように規格化されたものであり、所定の桁でまるめたものである。

［実施例１］
実施例１の結像光学系のレンズ構成と光路は図１に示したものであり、その構成及び図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１の結像光学系は、拡大側から順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。第１光学系Ｇ１は、拡大側から順に、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂとからなる。第２光学系Ｇ２は、拡大側から順に、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａと、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂとからなる。第１Ａレンズ群Ｇ１Ａは拡大側から順に、負のレンズＬ１ａ１と、負のレンズＬ１ａ２と、負のレンズＬ１ａ３と、正のレンズＬ１ａ４と、正のレンズＬ１ａ５とからなる。第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂは拡大側から順に、負のレンズＬ１ｂ１と、正のレンズＬ１ｂ２と、正のレンズＬ１ｂ３と、正のレンズＬ１ｂ４とからなる。第２Ａレンズ群Ｇ２Ａは拡大側から順に、負のレンズＬ２ａ１と、正のレンズＬ２ａ２と、正のレンズＬ２ａ３とからなる。第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂは拡大側から順に、開口絞りＳｔと、負のレンズＬ２ｂ１と、正のレンズＬ２ｂ２と、正のレンズＬ２ｂ３と、正のレンズＬ２ｂ４とからなる。

実施例１の結像光学系の基本レンズデータを表１に、諸元を表２に、非球面係数を表３に示す。表１において、面番号の欄には最も拡大側の面を第１面とし縮小側に向かうに従い１つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、Ｒの欄には各面の曲率半径を示し、Ｄの欄には各面とその縮小側に隣接する面との光軸上の面間隔を示す。また、Ｎｄの欄には各構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））に対する屈折率を示し、νｄの欄には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。ここで、曲率半径の符号は、拡大側に凸面を向けた面形状のものを正、縮小側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には開口絞りＳｔ及び光学部材ＰＰ１、ＰＰ２も合わせて示している。表１では、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。表１に示す最も縮小側のレンズ面から画像表示面Ｓｉｍまでの距離は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの距離が有限距離の場合のものである。

表２に、結像光学系の諸元として、焦点距離の絶対値｜ｆ｜、縮小側をバック側とした場合の空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ωの各値をｄ線基準で示す。２ωの欄の［°］は単位が度であることを意味する。

表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３に、非球面の面番号と各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、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）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（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面式のΣはｍに関する総和を意味する。

図４に左から順に、実施例１の結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率色収差の各収差図を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、及びＦ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差をそれぞれ実線、長破線、及び短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線に関する収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、及びＦ線に関する収差をそれぞれ長破線、及び短破線で示す。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。図４に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの光軸上の距離が７９．８１９５の場合のものである。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、及び記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２の結像光学系のレンズ構成と光路の断面図を図２に示す。実施例２の結像光学系は、拡大側から順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。第１光学系Ｇ１は、拡大側から順に、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂとからなる。第２光学系Ｇ２は、拡大側から順に、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａと、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂとからなる。第１Ａレンズ群Ｇ１Ａは拡大側から順に、負のレンズＬ１ａ１と、負のレンズＬ１ａ２と、負のレンズＬ１ａ３と、正のレンズＬ１ａ４と、正のレンズＬ１ａ５とからなる。第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂは拡大側から順に、負のレンズＬ１ｂ１と、正のレンズＬ１ｂ２と、正のレンズＬ１ｂ３と、正のレンズＬ１ｂ４とからなる。第２Ａレンズ群Ｇ２Ａは拡大側から順に、負のレンズＬ２ａ１と、正のレンズＬ２ａ２と、正のレンズＬ２ａ３とからなる。第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂは拡大側から順に、開口絞りＳｔと、負のレンズＬ２ｂ１と、正のレンズＬ２ｂ２と、正のレンズＬ２ｂ３と、正のレンズＬ２ｂ４とからなる。

実施例２の結像光学系の基本レンズデータを表４に、諸元を表５に、非球面係数を表６に、各収差図を図５に示す。図５に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの光軸上の距離が７９．９４７５の場合のものである。

［実施例３］
実施例３の結像光学系のレンズ構成と光路の断面図を図３に示す。実施例３の結像光学系は、拡大側から順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。第１光学系Ｇ１は、拡大側から順に、第１Ａレンズ群Ｇ１Ａと、第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂとからなる。第２光学系Ｇ２は、拡大側から順に、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａと、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂとからなる。第１Ａレンズ群Ｇ１Ａは、は拡大側から順に、負のレンズＬ１ａ１と、負のレンズＬ１ａ２と、負のレンズＬ１ａ３と、正のレンズＬ１ａ４とからなる。第１Ｂレンズ群Ｇ１Ｂは拡大側から順に、負のレンズＬ１ｂ１と、正のレンズＬ１ｂ２と、正のレンズＬ１ｂ３と、正のレンズＬ１ｂ４とからなる。第２Ａレンズ群Ｇ２Ａは拡大側から順に、負のレンズＬ２ａ１と、正のレンズＬ２ａ２と、正のレンズＬ２ａ３とからなる。第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂは拡大側から順に、開口絞りＳｔと、負のレンズＬ２ｂ１と、正のレンズＬ２ｂ２と、正のレンズＬ２ｂ３と、正のレンズＬ２ｂ４とからなる。

実施例３の結像光学系の基本レンズデータを表７に、諸元を表８に、非球面係数を表９に、各収差図を図６に示す。図６に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの光軸上の距離が７９．９８７６の場合のものである。

表１０に実施例１〜３の結像光学系の条件式（１）〜（６）の対応値を示す。実施例１〜３はｄ線を基準波長としており、表１０に示す値はｄ線を基準としている。

以上のデータからわかるように、実施例１〜３の結像光学系は、全系を構成するレンズの枚数が１５枚もしくは１６枚であり、全画角が１３５°以上あり広角に構成され、Ｆナンバーが２．４であり、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。

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７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７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７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７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（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ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により変調された変調光による光学像をスクリーン１０５上に投写する。

図８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８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、色分解及び色合成のための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８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８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（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ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により変調された変調光による光学像をスクリーン２０５上に投写する。

図９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９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９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９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（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ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により変調された変調光による光学像をスクリーン３０５上に投写する。

図１０、図１１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１０は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図１１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係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。

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）などの撮像素子（不図示）、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、及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又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、実施形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、及び非球面係数等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

また、本発明の投写型表示装置も、上記構成のものに限定されず、例えば、光束分離又は光束合成に用いられる光学部材、及びライトバルブは、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定されない。例えば、本発明を一眼レフ形式のカメラ、フィルムカメラ、及びビデオカメラなどに適用することも可能である。

１０、４９、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
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光学系
Ｇ１Ａ 第１Ａレンズ群
Ｇ１Ｂ 第１Ｂレンズ群
Ｇ２ 第２光学系
Ｇ２Ａ 第２Ａレンズ群
Ｇ２Ｂ 第２Ｂレンズ群
ｋ０ 軸上光束
ｋ１ 最大画角の光束
Ｌ１ａ１〜Ｌ１ａ５、Ｌ１ｂ１〜Ｌ１ｂ４、レンズＬ２ａ１〜Ｌ２ａ３、Ｌ２ｂ１〜Ｌ２ｂ４ レンズ
ＭＩ 中間像
ＰＰ１、ＰＰ２ 光学部材
Ｓｃｒ スクリーン
Ｓｉｍ 画像表示面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (18)

1. 拡大側から縮小側へ向かって順に、複数のレンズを含む第１光学系と、複数のレンズを含む第２光学系とからなり、
   前記第２光学系は縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、前記第１光学系は前記中間像を拡大側結像面に再結像させ、
   前記第１光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、全体として正の屈折力を有する第１Ａレンズ群と、前記第１光学系におけるレンズ面間の光軸上の最大空気間隔によって該第１Ａレンズ群と隔てられた正の屈折力を有する第１Ｂレンズ群とからなり、
   前記第２光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、全体として正の屈折力を有する第２Ａレンズ群と、前記第２光学系におけるレンズ面間の光軸上の最大空気間隔によって該第２Ａレンズ群と隔てられた正の屈折力を有する第２Ｂレンズ群とからなり、
   前記第１Ｂレンズ群が含む負レンズは該第１Ｂレンズ群の最も拡大側に配置されたレンズのみであり、
   前記第２Ａレンズ群が含む負レンズは該第２Ａレンズ群の最も拡大側に配置されたレンズのみであり、
   前記第２Ｂレンズ群が含む負レンズは該第２Ｂレンズ群の最も拡大側に配置されたレンズのみである結像光学系。
2. 前記結像光学系の焦点距離をｆ、前記第１Ｂレンズ群の最も拡大側に配置された負レンズの焦点距離をｆｎ１Ｂ、前記第２Ａレンズ群の最も拡大側に配置された負レンズの焦点距離をｆｎ２Ａ、前記第２Ｂレンズ群の最も拡大側に配置された負レンズの焦点距離をｆｎ２Ｂとしたとき、
   −１２＜ｆｎ１Ｂ／｜ｆ｜＜−２ （１）
   −１２＜ｆｎ２Ａ／｜ｆ｜＜−２ （２）
   −１２＜ｆｎ２Ｂ／｜ｆ｜＜−２ （３）
   で表される条件式（１）〜（３）全てを満足する請求項１記載の結像光学系。
3. 前記結像光学系の焦点距離をｆ、前記第１光学系の焦点距離をｆ１としたとき、
   １＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．５ （４）
   で表される条件式（４）を満足する請求項１又は２記載の結像光学系。
4. 前記第１Ａレンズ群の焦点距離をｆ１Ａ、前記第１Ｂレンズ群の焦点距離をｆ１Ｂとしたとき、
   ０．１＜ｆ１Ｂ／ｆ１Ａ＜０．９ （５）
   で表される条件式（５）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. 前記結像光学系の焦点距離をｆ、縮小側をバック側とした場合の前記結像光学系の空気換算距離でのバックフォーカスをＢｆとしたとき、
   ４＜Ｂｆ／｜ｆ｜ （６）
   で表される条件式（６）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。
6. 前記第１Ｂレンズ群の最も拡大側の前記負レンズの縮小側に該負レンズに隣接して正レンズが配置されており、該正レンズと前記第１Ｂレンズ群の最も拡大側の前記負レンズとは互いに接合されている請求項１から５のいずれか１項記載の結像光学系。
7. 前記第１Ｂレンズ群は、１枚の負レンズと３枚の正レンズとからなる４枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備える請求項１から６のいずれか１項記載の結像光学系。
8. 前記第２Ａレンズ群は、１枚の負レンズと２枚の正レンズとからなる３枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備える請求項１から７のいずれか１項記載の結像光学系。
9. 前記第２Ｂレンズ群は、１枚の負レンズと３枚の正レンズとからなる４枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備える請求項１から８のいずれか１項記載の結像光学系。
10. 前記第１Ａレンズ群の拡大側から１番目、２番目、３番目のレンズは全て負レンズである請求項１から９のいずれか１項記載の結像光学系。
11. −８＜ｆｎ１Ｂ／｜ｆ｜＜−３ （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。
12. −８＜ｆｎ２Ａ／｜ｆ｜＜−３ （２−１）
    で表される条件式（２−１）を満足する請求項２記載の結像光学系。
13. −８＜ｆｎ２Ｂ／｜ｆ｜＜−３ （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。
14. １．３＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．２ （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。
15. ０．２＜ｆ１Ｂ／ｆ１Ａ＜０．７ （５−１）
    で表される条件式（５−１）を満足する請求項４記載の結像光学系。
16. ７＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜１５ （６−１）
    で表される条件式（６−１）を満足する請求項５記載の結像光学系。
17. 光源と、
    該光源からの光が入射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、
    該結像光学系は、前記ライトバルブにより変調された変調光による光学像をスクリーン上に投写する投写型表示装置。
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。