CN111221116B - 成像光学***、投射型显示装置及摄像装置 - Google Patents

成像光学***、投射型显示装置及摄像装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在形成中间像的成像光学***中，小型、广角且与以往相比，零件数量也少、制造性良好、光学性能也良好的成像光学***、具备该成像光学***的投射型显示装置及摄像装置。成像光学***从放大侧依次包括反射光学***和折射光学***，该折射光学***包括多个透镜，折射光学***在光路上的折射光学***与反射光学***之间的与缩小侧成像面共轭的位置形成第1中间像，反射光学***使第1中间像再成像于放大侧成像面。反射光学***从放大侧沿光路依次包括第1反射面、第2反射面及第3反射面。第1反射面和第3反射面形成在1个部件上，并且具有相同的面形状。

Description

成像光学***、投射型显示装置及摄像装置
技术领域
本发明涉及一种成像光学***、投射型显示装置及摄像装置。
背景技术
近年来，搭载有包括液晶显示元件或DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件：注册商标)显示元件等光阀的投射型显示装置广泛普及并且日益高性能化。尤其，随着光阀的分辨率提高，对投射用光学***的分辨性能的要求也变高。
并且，为了提高至屏幕为止的距离设定的自由度，而且考虑到在室内空间中的设置性，欲将结构小、性能更高且更为广角的通用性高的投射用光学***搭载于投射型显示装置这一要求也越发强烈。
为了满足这种要求，提出了一种通过折射光学***在与缩小侧成像面共轭的位置形成中间像，并通过反射光学***使该中间像再成像于放大侧成像面的成像光学***。(例如，专利文献1、2)。
专利文献1：日本特开2008-250296号公报
专利文献2：日本特开2017-040849号公报
专利文献1的成像光学***为使用折射光学***和1片非球面反射面作为反射光学***的光学***，但由于使中间像再成像的非球面反射面为1片，因此为了实现广角化需要扩大反射面。并且，在专利文献1的成像光学***中，若欲缩小反射面，则折射光学***的负担变大，导致透镜片数增加。即，专利文献1的成像光学***存在难以小型化这一问题。
并且，专利文献2的成像光学***为使用折射光学***和3片非球面反射面作为反射光学***的光学***，其减小折射光学***的像差校正量的负担而减少了透镜片数。然而，专利文献2的成像光学***中，最靠放大侧的反射面大，因此存在难以小型化这一问题。
并且，专利文献2的成像光学***中，在反射光学***中，3片反射面分别由不同的部件构成。因此，除了零件数量增加以外，难以对准3个反射面彼此，在制造性上尚有改善的余地。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种在形成中间像的成像光学***中，小型、广角且与与以往相比，零件数量也少、制造性良好、光学性能也良好的成像光学***、具备该成像光学***的投射型显示装置及具备该成像光学***的摄像装置。
用于解决上述问题的具体方法包括以下方式。
本发明的成像光学***从放大侧依次包括反射光学***和折射光学***，该折射光学***包括多个透镜，折射光学***在光路上的折射光学***与反射光学***之间的与缩小侧成像面共轭的位置形成第1中间像，反射光学***使第1中间像再成像于放大侧成像面，反射光学***从放大侧沿光路依次包括第1反射面、第2反射面及第3反射面，第1反射面和第3反射面形成在1个部件上，并且具有相同的面形状。
第1反射面和第3反射面优选为相同的非球面或相同的自由曲面。
第1反射面及第3反射面优选为凹面形状。
优选在光路上的第1反射面与第2反射面之间的与第1中间像共轭的位置形成第2中间像。
从第1反射面往放大侧去的最大视角的主光线优选在反射光学***内与最大视角的主光线交叉2次。
第2反射面优选为凸面形状。
折射光学***的所有光学面优选由以折射光学***的光轴为中心的旋转对称面构成。
在对焦时，优选第1反射面、第2反射面及第3反射面中的至少1个和折射光学***的一部分移动。
在对焦时，优选第1反射面、第2反射面及第3反射面中的最靠近折射光学***的反射面和折射光学***的一部分移动。
本发明的投射型显示装置具备：光阀，输出基于图像数据的光学像；及本发明的成像光学***，成像光学***将从光阀输出的光学像投射到屏幕上。
本发明的摄像装置具备本发明的成像光学***。
另外，上述“反射光学***”表示，除了反射面以外，还可以包括光圈、滤光片及盖玻璃等透镜以外的光学要件。
上述“折射光学***”表示，还可以包括实质上不具有屈光力的透镜以及光圈、滤光片、盖玻璃、反射镜及棱镜等透镜以外的光学要件。
本说明书中的“包括～”、“包括～的”表示，除了所举出的构成要件以外，反射光学***及折射光学***分别还可以包括透镜凸缘、镜筒、成像元件、对焦机构及手抖校正机构等机构部分等部件。
若无特别说明，则与非球面相关的面形状设为在近轴区域考虑。本说明书中记载的“d线”、“C线”及“F线”为明线，d线的波长为587.56nm(纳米)、C线的波长为656.27nm(纳米)、F线的波长为486.13nm(纳米)。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在形成中间像的成像光学***中，小型、广角且零件数量也少、制造性良好、光学性能也良好的成像光学***、具备该成像光学***的投射型显示装置及具备该成像光学***的摄像装置。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的成像光学***(与实施例1相同)的结构的剖视图。
图2是表示本发明的实施例2的成像光学***的结构的剖视图。
图3是表示本发明的实施例3的成像光学***的结构的剖视图。
图4是表示本发明的实施例4的成像光学***的结构的剖视图。
图5是表示将本发明的实施例4的成像光学***容纳于框体的状态的剖视图。
图6是表示本发明的实施例4的变形例1的成像光学***的结构的剖视图。
图7是表示本发明的实施例4的变形例2的成像光学***的结构的剖视图。
图8是表示将本发明的实施例4的变形例2的成像光学***容纳于框体中的状态的剖视图。
图9是表示本发明的实施例4的变形例3的成像光学***的结构的剖视图。
图10是表示本发明的实施例4的变形例4的成像光学***的结构的剖视图。
图11是本发明的实施例1的成像光学***的像差图。
图12是本发明的实施例2的成像光学***的像差图。
图13是本发明的实施例3的缩小侧成像面上的目标的位置的说明图。
图14是本发明的实施例3的物体距离为580mm(毫米)时的点列图。
图15是本发明的实施例3的物体距离为465.7mm(毫米)时的点列图。
图16是本发明的实施例3的物体距离为768.7mm(毫米)时的点列图。
图17是本发明的实施例4的成像光学***的像差图。
图18是本发明的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图19是本发明的另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图20是本发明的又一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图21是本发明的一实施方式所涉及的摄像装置的前侧的立体图。
图22是图21所示的摄像装置的背面侧的立体图。
具体实施方式
以下，参考附图对与本发明的技术相关的实施方式进行详细说明。图1是表示一实施方式所涉及的成像光学***的结构的剖视图。图1所示的结构例与后述的实施例1的成像光学***的结构相同。在图1中，以左侧成为放大侧、右侧成为缩小侧的方式进行了记载。并且，所图示的孔径光圈St表示光轴Z上的位置，并不一定表示大小或形状。并且，作为光束，一并记入了最小视角的光束A及最大视角的光束B。
该成像光学***例如能够用作搭载于投射型显示装置并将光阀输出的光学像投射到屏幕(放大侧成像面)上的成像光学***。成像光阀具有根据图像数据输出光学像且形成有图像显示面Sim的图像显示元件。在图1中，设想成搭载于投射型显示装置的情况，还一并图示出设想成用于颜色合成部或照明光分离部的滤光片及棱镜等的光学部件PP和光阀的图像显示面(缩小侧成像面)Sim。在投射型显示装置中，包含从图像显示面Sim输出的图像信息的光束经由光学部件PP入射于该成像光学***，并通过该成像光学***投射到屏幕(例如参考图18的符号105)上。
如图1所示，本实施方式的成像光学***从放大侧依次包括反射光学***GR和包括多个透镜的折射光学***GL。折射光学***GL在光路上的折射光学***GL与反射光学***GR之间的与缩小侧成像面共轭的位置形成第1中间像M1。反射光学***GR构成为使第1中间像M1再成像于放大侧成像面。
如此，在形成第1中间像M1的成像光学***中，能够缩小反射光学***GR内的各反射面的尺寸，并且能够缩短整个***的焦距而实现适于广角化的结构。也就是说，在将成像光学***搭载于投射侧显示装置的情况下，为了确保配置棱镜等光学部件PP的空间，需要增加后焦距。通常，后焦距长的光学***中，整个***的焦距会变长，但通过设为形成第1中间像M1的结构，能够缩短比第1中间像M1更靠放大侧的光学***的后焦距，因此容易缩短比第1中间像M1更靠放大侧的光学***的焦距。由此，与不形成第1中间像M1的情况相比，能够缩短整个***的焦距。在此，广角是指，全视角为130°以上的情况。
反射光学***GR从放大侧沿光路依次包括第1反射面R1、第2反射面R2及第3反射面R3。
如此，通过3片反射面使光多次反射而使实质上的光路长度变长，由此能够在实现小型化的同时将各反射面的每1面的光焦度抑制得较低。若反射面的每1面的光焦度被抑制得较低，则也可减少像差的产生量。其结果，折射光学***GL的像差校正量的负担减少，能够减少折射光学***GL的透镜片数，因此能够实现成像光学***整体的小型化。
并且，通过设置不产生色差的3片反射面，能够减少光学***整体产生色差。
第1反射面R1和第3反射面R3形成在1个部件RP上，并且具有相同的面形状。由此，具有如下优点。首先，第1，通过在1个部件RP上形成多个反射面，与将各自的反射面形成在不同的部件上的情况相比，零件数量减少。
并且，第2，不需要组装时的第1反射面R1及第3反射面R3的相对对准操作。第1反射面R1至第3反射面R3这3个反射面彼此的相对位置关系对光学性能(主要为畸变像差及像面弯曲等像差)带来影响，因此3个反射面的对准精度要求高精度。在将各反射面形成在分别不同的部件的情况下，需要在组装时进行3个反射面彼此的对准操作。然而，组装时进行的对准操作花费劳力和时间。在本实施方式的反射光学***GR中，在1个部件RP上形成有第1反射面R1及第3反射面R3，因此在组装时不需要3个反射面中的第1反射面R1及第3反射面R3这2个反射面彼此的对准操作。因此，与进行3个反射面彼此的对准操作的情况相比，本实施方式的成像光学***能够在维持良好的光学性能的同时使制造性良好。并且，第3，第1反射面R1及第3反射面R3具有相同的面形状，因此制造性进一步良好。
并且，在本实施方式中，第1反射面R1和第3反射面R3为相同的非球面或相同的自由曲面。在此，相同的非球面或相同的自由曲面是指，定义非球面或自由曲面的式及系数相同。通过将第1反射面R1和第3反射面R3设为相同的非球面或相同的自由曲面，与不同的情况相比，设定于加工部件RP的加工装置中的参数的相同部分增加等有利于制造。
并且，在本实施方式中，第1反射面R1及第3反射面R3为凹面形状。通过将位于最靠放大侧的第1反射面R1设为具有收敛作用的凹面，与设为光线发散的凸面的情况相比，能够小型化第1反射面R1。此外，通过将第1反射面R1及第3反射面R3设为凹面，能够在将成像光学***容纳于框体中的情况下减小用于将光线射出到框体的外部的光学窗(参考图5所示的光学窗2)的尺寸。并且，若光学窗的尺寸减小，则能够减少从外部入射于框体内的杂散光，因此能够提高显示质量。
在本实施方式的成像光学***中，优选在光路上的第1反射面R1与第2反射面R2之间的与第1中间像M1共轭的位置形成第2中间像M2。通过设为这种方式，能够缩短第1反射面R1的焦距，因此能够小型化第1反射面R1，而且还有利于广角化。
并且，通过使形成第2中间像M2的位置位于第1反射面R1与第2反射面R2之间，具有如下优点。即，在第2反射面R2与第3反射面R3之间形成中间像的情况下，为了确保光路长度不得不较大地采用第3反射面R3与折射光学***GL之间的间隔，必然地导致第3反射面R3大型化。从成像光学***整体的小型化的观点考虑，也不优选第3反射面R3的大型化。通过在第1反射面R1与第2反射面R2之间形成第2中间像M2，能够小型化第3反射面R3及成像光学***整体。
并且，从第1反射面R1往放大侧去的最大视角的主光线优选在反射光学***GR内与从缩小侧成像面往放大侧成像面去的最大视角的主光线交叉2次。通过设为这种方式，能够小型化反射光学***GR整体。在此，反射光学***GR内表示从折射光学***GL射出之后往放大侧去的光线的光路内。另外，在没有孔径光圈的光学***中，将最小视角的光束的上侧的最大光线和最小视角的光束的下侧的最大光线的二等分角线视为主光线。
并且，第2反射面R2优选为凸面形状。在第1反射面R1及第3反射面R3为凹面形状的情况下，通过将第2反射面R2设为凸面形状，反射光学***GR的各反射面的形状的配置成为凹面、凸面、凹面。由此，能够在适当地保持反射光学***GR整体的光焦度的同时兼顾广角化和小型化。
并且，折射光学***GL的所有光学面优选由以折射光学***GL的光轴为中心的旋转对称面构成。通过设为这种方式，能够简化折射光学***GL的结构，因此有利于低成本化。
并且，在对焦时，优选第1反射面R1、第2反射面R2及第3反射面R3中的至少1个和折射光学***GL的一部分移动。也就是说，广角的光学***具有如下特征：因在光轴附近的较深的景深而相对于物体距离变化的焦点变动较慢，相对于此，在投射图像的周边部相对于物体距离变化的像面弯曲的变动较大。因此，除了折射光学***GL的一部分以外，还使反射光学***GR的至少1个反射面一并移动，由此能够抑制相对于物体距离变化的像面弯曲的变动，能够维持良好的性能。
在本例中，第1反射面R1和第3反射面R3形成在部件RP上，因此移动部件PR或第2反射面R2中的任一个。
在此，物体距离是指，放大侧成像面(例如投射光学像的屏幕)至成像光学***的最靠放大侧的面(例如在图1中为第1反射面R1)为止的距离。物体距离相当于投射距离。
并且，在对焦时，优选第1反射面R1、第2反射面R2及第3反射面R3中的最靠近折射光学***GL的反射面和折射光学***GL的一部分移动。除了折射光学***GL的一部分以外，还使最靠近折射光学***GL的反射面移动，由此能够集中配置用于移动这些部件的机构，因此能够容易设计及制造。在本例中，与折射光学***GL之间的物理距离最近的反射面为第2反射面R2，因此移动第2反射面R2。
接着，对本发明的成像光学***的数值实施例进行说明。
[实施例1]
将表示实施例1的成像光学***的结构的剖视图示于图1。
图1所示的实施例1的成像光学***从放大侧沿光路依次由包括第1反射面R1～第3反射面R3这3片反射面的反射光学***GR和包括透镜L1～透镜L5这5片透镜及孔径光圈St的折射光学***GL构成。在对焦时，第2反射面R2及透镜L1彼此独立移动。
将实施例1的成像光学***的基本透镜数据示于表1，将与规格相关的数据示于表2，将与可变面间隔相关的数据示于表3，将与非球面系数相关的数据示于表4。以下，以实施例1为例对表中的记号的含义进行说明，这对实施例2～4也基本相同。
在表1所示的透镜数据中，在引栏中示出了以最靠放大侧的光学要件的放大侧的面为第1个而随着往缩小侧去依次增加的方式标注符号的第i个面的编号。在近轴曲率半径Ri栏中示出从放大侧起第i个面的近轴曲率半径的值(mm(毫米))。关于面间隔Di栏，也同样地示出从放大侧起第i个面Si与第i+1个面Si+1之间的光轴Z上的间隔(mm(毫米))。在Ndj栏中示出从放大侧起第j个光学要件的相对于d线(波长587.6nm(纳米))的折射率的值。在vdj栏中示出从放大侧起第j个光学要件的相对于d线的色散系数的值。另外，关于曲率半径的符号，将面形状凸向放大侧的情况设为正，将凸向缩小侧的情况设为负。表1中一并示出了孔径光圈St和光学部件PP，在相当于孔径光圈St的面的面编号栏中与面编号一并记载了(St)这一术语。并且，在表1的透镜数据中，在对焦时间隔发生变化的面间隔栏中分别记载了DD[i]。与该DD[i]对应的数值示于表3。
在与表2的规格相关的数据中，示出整个***的焦距的绝对值f、整个***的后焦距Bf、F值、全视角2ω的值。另外，在表2等本说明书中，FNo.表示F值。另外，该后焦距Bf表示空气换算的值。
在表1的透镜数据中，在非球面的面编号上标注了*记号，作为非球面的曲率半径示出了近轴曲率半径的数值。在表4的与非球面系数相关的数据中，示出非球面的面编号及与这些非球面相关的非球面系数。表4的非球面系数的数值的“E±n”(n：整数)表示“×10±n”。非球面系数是由下述式表示的非球面式中的各系数KA、Am(m为3以上的整数且每个面各不相同)的值。
Zd＝C·h2/{1+(1-KA·C2·h2)1/2}+∑Am·hm
其中，
Zd：非球面深度(从高度h的非球面上的点下垂至与非球面顶点相切且与光轴垂直的平面的垂线的长度)；
h：高度(距光轴的距离)；
C：近轴曲率半径的倒数；
KA、Am：非球面系数(m为3以上的整数且每个面各不相同)；
非球面深度Zd中的∑表示与m相关的总和。
在透镜数据及与规格相关的数据中，作为角度的单位使用了度(°)，作为长度的单位使用了mm(毫米)，但光学***既可以放大比例使用也可以缩小比例使用，因此还能够使用其他适当的单位。
[表1]
实施例1·透镜数据
[表2]
实施例1·规格(d线)
|f| 4.32
Bf 29.38
FNo. 2.42
2ω[°] 142.4
[表3]
实施例1·可变面间隔
物体距离 580 465.7 768.7
DD[1] 61.722 61.9333 61.5121
DD[2] 61.722 61.9333 61.5121
DD[3] 77.8314 77.8453 77.8172
DD[5] 5.0184 5.0044 5.0325
[表4]
实施例1·非球面系数
将实施例1的成像光学***的各像差图示于图11。从图11的左侧依次示出球面像差、像散、畸变像差及倍率色差。在图11中，上排示出将物体距离设为580mm(毫米)时的像差图，中排示出将物体距离设为465.7mm(毫米)时的像差图，下排示出将物体距离设为768.7mm(毫米)时的像差图。在球面像差图中，分别以实线、长虚线及短虚线示出关于d线(波长587.6nm(纳米))、C线(波长656.3nm(纳米))及F线(波长486.1nm(纳米))的像差。在像散图中，以实线示出弧矢方向的d线下的像差，以短虚线示出子午方向的d线下的像差。在畸变像差图中，以实线示出d线下的像差。在倍率色差图中，分别以长虚线及短虚线示出关于C线(波长656.3nm(纳米))及F线(波长486.1nm(纳米))的像差。球面像差图的FNo.表示F值，其他像差图的ω表示半视角。
[实施例2]
接着，对实施例2的成像光学***进行说明。将表示实施例2的成像光学***的结构的剖视图示于图2。另外，由于与上述图1相同，因此省略对图2以下的各实施例的图示方法的说明。
图2所示的实施例2的成像光学***从放大侧沿光路依次由包括第1反射面R1～第3反射面R3这3片反射面的反射光学***GR和包括透镜L1～透镜L6这6片透镜及孔径光圈St的折射光学***GL构成。在实施例2的成像光学***中，在对焦时，第2反射面R2和透镜L1、透镜L2及透镜L3这3片透镜组彼此独立移动。
并且，将实施例2的成像光学***的基本透镜数据示于表5，将与规格相关的数据示于表6，将与可变面间隔相关的数据示于表7，将与非球面系数相关的数据示于表8，将各像差图示于图12。
[表5]
实施例2·透镜数据
[表6]
实施例2·规格(d线)
f’ 4.31
Bf’ 29.36
FNo. 2.40
2ω[°] 142.6
[表7]
实施例2·可变面间隔
物体距离 580 465.7 768.7
DD[1] 64.3685 64.6623 64.0776
DD[2] 64.3685 64.6623 64.0776
DD[3] 82.4967 82.409 82.5849
DD[10] 4.269 4.3568 4.1808
[表8]
实施例2·非球面系数
Si *1，*3 *2
KA 3.779687455564E-01 4.202280804167E+00
A3 -2.667241776747E-06 2.968641047861E-05
A4 7.770521214669E-07 -1.773442406997E-05
A5 -7.124291038889E-08 9.169489138115E-07
A6 3.429422457431E-09 -1.510055323918E-07
A7 -5.631547824549E-11 1.590177957984E-08
A8 -1.181267721498E-12 -4.514706827564E-10
A9 5.454391476735E-14 -5.155147614990E-11
A10 -2.407555008628E-16 3.519594675817E-12
A11 -1.467562525986E-17 2.494268998731E-14
A12 1.692365486226E-19 -6.174030209701E-15
A13 1.518392901347E-21 5.249593013026E-17
A14 -2.704228514735E-23 4.147393823072E-18
A15 -4.131284955710E-26 -4.602491487081E-20
A16 1.392059836099E-27 -8.637143700878E-22
[实施例3]
接着，对实施例3的成像光学***进行说明。将表示实施例3的成像光学***的结构的剖视图示于图3。实施例3的成像光学***从放大侧沿光路依次由包括第1反射面R1～第3反射面R3这3片反射面的反射光学***GR和包括透镜L1～透镜L6这6片透镜的折射光学***GL构成。在实施例3的成像光学***中，在对焦时，第2反射面R2及透镜L1彼此独立移动。
并且，在实施例3的成像光学***中，第2反射面R2以非球面的方式形成，第1反射面R1及第3反射面R3以不具有轴对称性的旋转不对称的自由曲面的方式形成。第1反射面R1及第3反射面R3以相对于光轴Z偏心(Y方向位移)及倾斜(X轴旋转)的方式配置。若在图3中以上方为正方向、以下方为负方向，则沿Y方向的位移量为向负方向17.3235mm(毫米)。绕X轴的倾斜量为向逆时针方向17.1861°。并且，将实施例3的成像光学***的基本透镜数据示于表9，将与规格相关的数据示于表10，将与可变面间隔相关的数据示于表11，将与非球面系数相关的数据示于表12。
并且，在表9的透镜数据中，在自由曲面的面编号上标注了料记号，自由曲面的曲率半径由无限大(∞)表示。将与自由曲面相关的数据示于表13。在表13的与自由曲面相关的数据中，示出自由曲面的面编号和与自由曲面相关的自由曲面系数。表13的自由曲面系数的数值的“E±n”(n：整数)表示“×10±n”。表13所示的自由曲面系数为由下述式表示的自由曲面式中的旋转不对称自由曲面系数C(i，j)的值。
Z＝∑∑C(i，j)·Xi·Yj
在此，
X、Y、Z为以面顶点为原点的各坐标。
并且，在上述式中，X的值为绝对值。
并且，在上述式中，第1个∑为与i相关的总和，第2个∑为与j相关的总和。
[表9]
实施例3·透镜数据
[表10]
实施例3·规格(d线)
Bf’ 29.39
FNo. 2.40
2ω[°] 142.0
[表11]
实施例3·可变面间隔
物体距离 580 465.7 768.7
DD[1] 58.8408 59.1223 58.5518
DD[2] -58.8408 -59.1223 -58.5518
DD[3] 75.4318 75.4625 75.3982
DD[5] 6.1288 6.0981 6.1623
[表12]
实施例3·非球面系数
Si *2
KA 3.364555012630E+00
A3 4.783977250778E-04
A4 -1.151413777505E-04
A5 8.650255816510E-06
A6 1.097205914881E-07
A7 -5.736370398905E-08
A8 2.025454108394E-09
A9 1.178216334947E-10
A10 -8.211042222998E-12
A11 -3.165825233105E-14
A12 1.17477E-14
A13 -1.55249E-16
A14 -5.600776672226E-18
A15 1.224866653374E-19
A16 -9.641261544125E-23
[表13]
实施例3·自由球面系数
并且，关于实施例3的成像光学***，第1反射面R1及第3反射面R3的形状为自由曲面，因此如图14至图16所示，示出从放大侧往缩小侧去进行光线追踪时的点列图来代替像差图。图13中示出成为从放大侧进行光线追踪时的点像的成像位置的缩小侧成像面(图像显示面Sim)。图14至图16中示出表示图13的缩小侧成像面的编号1至编号9的各格点处的9个点像的点列图。
如图13所示，缩小侧成像面呈横宽的矩形状，其尺寸为横14.52mm(毫米)×纵8.16mm(毫米)。在图13中，为了方便起见，缩小侧成像面的内部利用方格划分成8个格而示出，并且在从X方向上的中心位置起右半部分，设定有编号1至编号9的格点。缩小侧成像面的中心为编号1的格点，编号1的格点为以光轴Z为原点的XY坐标上(X＝0mm(毫米)，Y＝-6.08mm(毫米))的位置。以编号1的格点为基点，向横向隔开3.63mm(毫米)、向纵向隔开4.08mm(毫米)的间隔而设定有编号2至编号9的各格点。
图14至图16的各点列图中示出以图13所示的缩小侧成像面的编号1至编号9的各格点为目标而进行光线追踪时的各格点处的点像。图14中示出物体距离为580mm(毫米)时的点列图，图15中示出物体距离为467.7mm(毫米)时的点列图，图16中示出物体距离为768.7mm(毫米)时的点列图。图14至图16所示的30μm(微米)的缩尺为表示各点像的大小的缩尺，而不是表示各点像的间隔的缩尺。各点像的中心位置与各格点对应，关于各格点的间隔，如上所述，横向为3.63mm(毫米)、纵向为4.08mm(毫米)。
[实施例4]
接着，对实施例4的成像光学***进行说明。将表示实施例4的成像光学***的结构的剖视图示于图4。实施例4的成像光学***从放大侧沿光路依次由包括第1反射面R1～第3反射面R3这3片反射面的反射光学***GR和包括透镜L1～透镜L6这6片透镜及孔径光圈St的折射光学***GL构成。在对焦时，第2反射面R2和包括透镜L1及透镜L2的组独立移动。并且，将实施例4的成像光学***的基本透镜数据示于表14，将与规格相关的数据示于表15，将与可变面间隔相关的数据示于表16，将与非球面系数相关的数据示于表17，将各像差图示于图17。
[表14]
实施例4·透镜数据
[表15]
实施例4·规格(d线)
|f| 4.30
Bf 29.30
FNo. 2.40
2ω[°] 142.6
[表16]
实施例4·可变面间隔
物体距离 580 465.7 768.7
DD[1] 64.474 64.679 64.276
DD[2] -64.474 -64.679 -64.276
DD[3] 77.509 77.68 77.342
DD[5] 25.171 25.001 25.338
[表17]
实施例4·非球面系数
Si *1，*3 *2
KA 3.923304604182E-01 3.450658405341E+00
A3 -3.944221210267E-07 5.339668838777E-05
A4 4.169951992823E-07 -3.720560525009E-05
A5 -5.393468241614E-08 5.450647646924E-06
A6 3.634259326094E-09 -5.773152441655E-07
A7 -9.643643063214E-11 2.130869205051E-08
A8 -4.286587913897E-13 1.329825716005E-09
A9 7.044195654675E-14 -1.484226598521E-10
A10 -7.819964846115E-16 1.829715792622E-12
A11 -1.582026378980E-17 2.642303629467E-13
A12 3.080992623918E-19 -8.270732942295E-15
A13 1.133238595536E-21 -1.817034929865E-16
A14 -4.180920329573E-23 8.658387209083E-18
A15 1.172837576461E-26 3.592032671207E-20
A16 1.889932186530E-27 -2.945041037161E-21
图5所示的实施例4A为将图4所示的实施例4的成像光学***容纳于具备光学窗2的框体1中的例子。
图6所示的实施例4的变形例1的成像光学***构成为在折射光学***GL内追加1片反射面R4，并且光轴Z在折射光学***GL内被90°折弯。在图6中，反射面R4配置在透镜L2与透镜L3之间的从透镜L3的放大侧的面编号8的面的顶点向放大侧位移14mm(毫米)的位置。
图7所示的实施例4的变形例2的成像光学***构成为在折射光学***GL内追加反射面R4及反射面R5这2片反射面，并且光轴Z在折射光学***GL内被90°折弯2次。在图7中，从反射面R4往放大侧去的光轴Z的方向和从反射面R5往缩小侧去的光轴Z的方向为相同的方向。并且，在图7中，反射面R4配置在从透镜L3的放大侧的面编号8的面的顶点向放大侧位移14mm(毫米)的位置。并且，在图7中，反射面R5配置在从透镜L6的放大侧的面编号14的面的顶点向放大侧位移10mm(毫米)的位置。
图8所示的实施例4的变形例2A为将图7所示的实施例4的变形例2的成像光学***容纳于具备光学窗2的框体1中的例子。
与图7所示的变形例2相同地，图9所示的实施例4的变形例3的成像光学***构成为在折射光学***GL内追加反射面R4及反射面R5这2片反射面，并且光轴Z在折射光学***GL内被90°折弯2次。在图9所示的变形例3中，反射面R5的朝向与图7所示的变形例2不同，从反射面R4往放大侧去的光轴Z的方向与从反射面R5往缩小侧去的光轴Z的方向反转了180°。在图9中，与图7相同地，反射面R4配置在从透镜L3的放大侧的面编号8的面的顶点向放大侧位移14mm(毫米)的位置。并且，在图9中，反射面R5配置在从透镜L6的放大侧的面编号14的面的顶点向放大侧位移17mm(毫米)的位置。
与图6所示的变形例1相同地，图10所示的实施例4的变形例4的成像光学***构成为在折射光学***GL内追加1片反射面R4，并且光轴Z在折射光学***GL内被90°折弯。图10所示的变形例4的反射面R4的配置与图6所示的变形例1不同。在图10中，反射面R4配置在从透镜L6的放大侧的面编号14的面的顶点向放大侧位移17mm(毫米)的位置。
接着，对本发明的实施方式所涉及的投射型显示装置进行说明。图18是本发明的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图18所示的投射型显示装置100具有本发明的实施方式所涉及的成像光学***10、光源15、与各色光对应的作为光阀的透射型显示元件11a～11c、用于分色的分色镜12、13、用于颜色合成的十字分色棱镜14、聚光透镜16a～16c及用于偏转光轴的全反射镜18a～18c。另外，在图18中示意地图示了成像光学***10。并且，在光源15与分色镜12之间配置有积分器，但在图18中省略了其图示。
来自光源15的白色光在分色镜12、13中分解成3个色光光束(G光、B光、R光)之后，分别经过聚光透镜16a～16c入射于分别与各色光光束对应的透射型显示元件11a～11c而被光调制，并通过十字分色棱镜14进行颜色合成之后，入射于成像光学***10。成像光学***10将基于被透射型显示元件11a～11c调制的光的光学像投射到屏幕105上。
图19是本发明的另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图19所示的投射型显示装置200具有本发明的实施方式所涉及的成像光学***210、光源215、与各色光对应的作为光阀的DMD元件21a～21c、用于分色及颜色合成的TIR(Total InternalReflection，全内反射)棱镜24a～24c、分离照明光和投射光的偏振光分离棱镜25。另外，在图22中示意地图示了成像光学***210。并且，在光源215与偏振光分离棱镜25之间配置有积分器，但在图19中省略了其图示。
来自光源215的白色光在偏振光分离棱镜25内部的反射面反射之后，通过TIR棱镜24a～24c分解成3个色光光束(G光、B光、R光)。分解后的各色光光束分别入射于对应的DMD元件21a～21c而被光调制，并再次在TIR棱镜24a～24c中向相反方向行进而进行颜色合成之后，透射偏振光分离棱镜25而入射于成像光学***210。成像光学***210将基于被DMD元件21a～21c调制的光的光学像投射到屏幕205上。
图20是本发明的又一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图20所示的投射型显示装置300具有本发明的实施方式所涉及的成像光学***310、光源315、与各色光对应的作为光阀的反射型显示元件31a～31c、用于分色的分色镜32、33、用于颜色合成的十字分色棱镜34、用于偏转光轴的全反射镜38及偏振光分离棱镜35a～35c。另外，在图20中示意地图示了成像光学***310。并且，在光源315与分色镜32之间配置有积分器，但在图20中省略了其图示。
来自光源315的白色光通过分色镜32、33分解成3个色光光束(G光、B光、R光)。分解后的各色光光束分别经过偏振光分离棱镜35a～35c，入射于分别与各色光光束对应的反射型显示元件31a～31c而被光调制，并通过十字分色棱镜34进行颜色合成之后，入射于成像光学***310。成像光学***310将基于被反射型显示元件31a～31c调制的光的光学像投射到屏幕305上。
图21、图22是本发明的一实施方式所涉及的摄像装置即相机400的外观图。图21表示从前侧观察相机400的立体图，图22表示从背面侧观察相机400的立体图。相机400是以拆卸自如的方式安装有可换镜头48的不带反光式取景器的单镜头式数码相机。可换镜头48在镜筒内容纳有本发明的实施方式所涉及的光学***即成像光学***49。
该相机400具备相机主体41，并且在相机主体41的上表面设置有快门按钮42和电源按钮43。并且，在相机主体41的背面设置有操作部44、45和显示部46。显示部46用于显示所拍摄的图像和/或存在于拍摄之前的视角内的图像等。
在相机主体41的前表面中央部设置有来自摄影对象的光所入射的摄影开口，在与该摄影开口对应的位置设置有卡口47，可换镜头48经由卡口47安装于相机主体41。
在相机主体41内设置有输出与通过可换镜头48形成的被摄体像相应的摄像信号的CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)或CMOS(Complemen tary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)等成像元件(未图示)、处理由该成像元件输出的摄像信号并生成图像的信号处理电路及用于记录该生成的图像的记录介质等。在该相机400中，通过按压快门按钮42，能够拍摄静态图像或动态图像，通过该拍摄而得的图像数据记录于上述记录介质中。
以上，举出实施方式及实施例对本发明进行了说明，但本发明的成像光学***并不限定于上述实施例，能够进行各种方式的变更，例如能够适当变更各透镜的曲率半径、面间隔、折射率及色散系数。
并且，在上述各实施例中，以非球面形状或自由曲面形状的例子对第1反射面R1及第3反射面R3和第2反射面R2各自的面形状进行了说明，但也可以将至少一个反射面设为球面形状。
并且，本发明的投射型显示装置也不限定于上述结构，例如所使用的光阀及用于光束分离或光束合成的光学部件并不限定于上述结构，能够进行各种方式的变更。
并且，本发明的投射型显示装置也不限定于上述结构，例如用于光束分离或光束合成的光学部件及光阀能够进行各种方式的变更。光阀并不限定于通过图像显示元件空间调制来自光源的光而作为基于图像数据的光学像输出的方式，也可以是将从自发光型图像显示元件输出的光本身作为基于图像数据的光学像输出的方式。作为自发光型图像显示元件，例如可举出LED(Light Emitt ing Diode，发光二极管)或OLED(Organic LightEmitting Diode，有机发光二极管)等发光元件二维排列而成的图像显示元件。
并且，本发明的摄像装置也不限定于上述结构，例如也能够适用于单反式相机、胶卷相机及视频摄像机等中。
符号说明
1-框体，2-光学窗，10、210、310-成像光学***，11a～11c-透射型显示元件，12、13、32、33-分色镜，14、34-十字分色棱镜，15、215、315-光源，16a～16c-聚光透镜，18a～18c、38-全反射镜，21a～21c-DMD元件，24a～24c-TIR棱镜，25、35a～35c-偏振光分离棱镜，31a～31c-反射型显示元件，41-相机主体，42-快门按钮，43-电源按钮，44、45-操作部，46-显示部，47-卡口，48-可换镜头，49-成像光学***，100、200、300-投射型显示装置，105、205、305-屏幕，400-相机，A-最小视角的光束，B-最大视角的光束，GL-折射光学***，GR-反射光学***，L1～L6-透镜，M1-第1中间像，M2-第2中间像，PP-光学部件，R1～R5-反射面，RP-部件，Sim-图像显示面，St-孔径光圈，Z-光轴。

Claims (10)

1.一种成像光学***，其从放大侧依次包括反射光学***和折射光学***，该折射光学***包括多个透镜，
所述折射光学***在光路上的所述折射光学***与所述反射光学***之间的与缩小侧成像面共轭的位置形成第1中间像，所述反射光学***使所述第1中间像再成像于放大侧成像面，
所述反射光学***从放大侧沿光路依次包括第1反射面、第2反射面及第3反射面，
所述第1反射面和所述第3反射面形成在1个部件上，并且具有相同的面形状，
所述第1反射面和所述第3反射面为相同的非球面或相同的自由曲面，
相同的非球面或相同的自由曲面是指，定义非球面或自由曲面的式及系数相同。
2.根据权利要求1所述的成像光学***，其中，
所述第1反射面及所述第3反射面为凹面形状。
3.根据权利要求1所述的成像光学***，其中，
在光路上的所述第1反射面与所述第2反射面之间的与所述第1中间像共轭的位置形成第2中间像。
4.根据权利要求3所述的成像光学***，其中，
从所述第1反射面往放大侧去的最大视角的主光线在所述反射光学***内与所述最大视角的主光线交叉2次。
5.根据权利要求2所述的成像光学***，其中，
所述第2反射面为凸面形状。
6.根据权利要求1所述的成像光学***，其中，
所述折射光学***的所有光学面由以所述折射光学***的光轴为中心的旋转对称面构成。
7.根据权利要求1所述的成像光学***，其中，
在对焦时，所述第1反射面、所述第2反射面及所述第3反射面中的至少1个和所述折射光学***的一部分移动。
8.根据权利要求1所述的成像光学***，其中，
在对焦时，所述第1反射面、所述第2反射面及所述第3反射面中的最靠近所述折射光学***的反射面和所述折射光学***的一部分移动。
9.一种投射型显示装置，其具备：
光阀，输出基于图像数据的光学像；及
权利要求1至8中任一项所述的成像光学***，
所述成像光学***将从所述光阀输出的所述光学像投射到屏幕上。
10.一种摄像装置，其具备权利要求1至8中任一项所述的成像光学***。
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