JP2018036390A - 広角レンズ、投写型表示装置、および、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ系および装置全体の小型化を達成しつつ、広角で諸収差が良好に補正された広角レンズ、この広角レンズを備えた投写型表示装置、および、この広角レンズを備えた撮像装置を提供する。【解決手段】縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、中間像を拡大側結像面に再結像させる広角レンズにおいて、中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系Ｇ１、縮小側は第２光学系Ｇ２からなり、第１光学系Ｇ１は、所定の条件式を満足する光軸偏向プリズムＰＰ１を有するものとする。【選択図】図１

Description

本発明は、中間像を形成する広角レンズ、この広角レンズを備えた投写型表示装置、および、この広角レンズを備えた撮像装置に関するものである。

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。特に、ライトバルブを３枚用いて赤・緑・青の３原色の照明光に各々対応させ、個々のライトバルブで変調された光をプリズム等で合成し、広角レンズを介してスクリーンに画像を表示する構成をとるものが広く利用されている。

このような、３枚のライトバルブからの各変調光を色合成光学系で合成して投写するタイプの投写型表示装置に使用される広角レンズでは、上述したように、色合成を行なうプリズム等を配置するため、また、熱的な問題を回避するため、長いバックフォーカスが必要となる。さらに、色合成プリズムは入射光の角度によって分光特性が変化するため、投写用レンズは縮小側を入射側としたときの入射瞳が十分遠方に位置するという特性、すなわち縮小側のテレセントリック性を持つことが必要となる。

また、この種の広角レンズには、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。さらに、設置性の観点から高い変倍機能を有していること、また、大型スクリーンに近距離から投影したいという要望に応えるため、より広画角であることが要求される。

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リレータイプの広角レンズが提案されている。（例えば、特許文献１、２）

通常の中間像を形成しない方式の広角レンズは、焦点距離を短くして広角化をしようとすると、拡大側のレンズが大きくなりすぎてしまうが、上記のようなリレータイプの広角レンズでは、中間像よりも拡大側のレンズ系のバックフォーカスを短縮できるとともに、拡大側のレンズ径を小さくすることが可能であり、焦点距離を短くして広角化するのに適している。

特開２０１４−０２９３９２号公報 特開２０１５−０６００６２号公報

特許文献１、２に記載されたレンズ系は、いずれもリレータイプであり、画角に対してレンズの径を小さくできている。しかしながら、特許文献１，２とも一度中間像を結ぶため、どうしても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。

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広角レンズにおいて、レンズ系および装置全体の小型化を達成しつつ、広角で諸収差が良好に補正された広角レンズ、この広角レンズを備えた投写型表示装置、および、この広角レンズ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。

本発明の広角レンズは、縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、中間像を拡大側結像面に再結像させる広角レンズであって、中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系、縮小側は第２光学系からなり、第１光学系は、下記条件式（１）〜（３）を満足する光軸偏向プリズムを有することを特徴とする。
０．１＜ｘｆ／Ｌ１＜０．６ …（１）
０．２＜ｘｒ／Ｌ１＜０．８ …（２）
２．５＜ｄ／｜ｆ｜ …（３）
ただし、
ｘｆ：第１光学系の最も拡大側のレンズの拡大側面から光軸偏向プリズムの拡大側面までの光軸上の距離
ｘｒ：第１光学系の最も拡大側のレンズの拡大側面から光軸偏向プリズムの縮小側面までの光軸上の距離
Ｌ１：第１光学系の最も拡大側のレンズの拡大側面から中間像までの光軸上の距離
ｄ：光軸偏向プリズム内の光軸長
ｆ：全系の焦点距離
とする。

なお、光軸偏向プリズム内の光軸長については、光軸偏向プリズムの拡大側面および縮小側面を空気とし、光軸偏向プリズムについてプリズムにレンズを接合したものとした場合は、それらを一体的にして光軸長を測定するものとする。この光軸長は、広角レンズの光軸を直線に展開したときの、光軸偏向プリズムの拡大側面から縮小側面までの光軸上の距離に相当する。
また、全系の焦点距離については、広角レンズが変倍機能を有する場合には、広角端での全系の焦点距離とする。

本発明の広角レンズにおいては、下記条件式（１−１）〜（３−１）の少なくとも１つ以上を満足することが好ましい。
０．１５＜ｘｆ／Ｌ１＜０．５ …（１−１）
０．３＜ｘｒ／Ｌ１＜０．７ …（２−１）
３＜ｄ／｜ｆ｜＜８ …（３−１）

また、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。
３＜ｂ／ａ＜１２ …（４）
５＜ｂ／ａ＜８ …（４−１）
ただし、
ｂ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での最大像高の子午面内の光束径
ａ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での軸上光線の光束径
とする。
なお、ａ、ｂの光束径は、投写距離を無限遠としたときの、最も拡大側のレンズ面より拡大側の光束径とする。また、ａ、ｂを計算する際にＦ値を決めるための絞りの位置は、第２光学系内で最大像高の主光線と光軸が交わる位置とする。また、ｂの光束径は、主光線に垂直な方向での光束径とする。

また、光軸偏向プリズムは、光軸を９０°偏向させるプリズムであることが好ましい。この場合、光軸偏向プリズムは、直角プリズムとしてもよいし、直角プリズムにレンズを接合したものとしてもよい。

また、光軸偏向プリズムより縮小側に、さらに光軸を９０°偏向させる反射部材を有するものとしてもよい。

また、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。
０．８＜ｆ１／｜ｆ｜＜２ …（５）
１＜ｆ１／｜ｆ｜＜１．７ …（５−１）
ただし、
ｆ１：第１光学系の焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。
なお、第１光学系の焦点距離については、広角レンズが変倍機能を有する場合には、広角端での第１光学系の焦点距離とする。
また、全系の焦点距離についても、広角レンズが変倍機能を有する場合には、広角端での全系の焦点距離とする。

また、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。
３０＜νｄ …（６）
４５＜νｄ＜６５ …（６−１）
ただし、
νｄ：光軸偏向プリズムのｄ線基準のアッベ数
とする。
なお、光軸偏向プリズムのｄ線基準のアッベ数については、光軸偏向プリズムが複数の光学部材からなる場合は、下記式で表される数値とする。
νｄ＝１／ｄ×Σ（ｄｉ×νｄｉ）
ただし、
ｄ：光軸偏向プリズム内の光軸長
ｄｉ：ｉ番目の光学部材内の光軸長
νｄｉ：ｉ番目の光学部材のｄ線基準のアッベ数
とする。

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、ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する広角レンズとしての上記本発明の広角レンズとを備えたことを特徴とする。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の広角レンズを備えたことを特徴とする。

なお、上記「拡大側」とは、被投写側（スクリーン側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にスクリーン側を拡大側と称するものとする。一方、上記「縮小側」とは、画像表示素子側（ライトバルブ側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。

また、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、パワーを有さないミラーや絞りやマスクやカバーガラスやフィルタなどのレンズ以外の光学要素などを含んでもよいことを意図するものである。

また、「バックフォーカス」については、拡大側、縮小側をそれぞれ一般的な撮像レンズの物体側、像側に相当するものとして考え、拡大側、縮小側それぞれをフロント側、バック側とするものとする。

本発明によれば、縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、中間像を拡大側結像面に再結像させる広角レンズにおいて、中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系、縮小側は第２光学系からなり、第１光学系は、下記条件式（１）〜（３）を満足する光軸偏向プリズムを有するものとしたので、レンズ系および装置全体の小型化を達成しつつ、広角で諸収差が良好に補正された小型の広角レンズ、この広角レンズを備えた投写型表示装置、および、この広角レンズを備えた撮像装置を提供することができる。
０．１＜ｘｆ／Ｌ１＜０．６ …（１）
０．２＜ｘｒ／Ｌ１＜０．８ …（２）
２．５＜ｄ／｜ｆ｜ …（３）

本発明の一実施形態にかかる広角レンズ（実施例１と共通）の光路展開状態の構成を示す断面図 上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図 上記広角レンズに反射部材を追加した状態の構成を示す断面図 本発明の実施例２の広角レンズの光路展開状態の構成を示す断面図 上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図 本発明の実施例３の広角レンズの光路展開状態の構成を示す断面図 上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図 本発明の実施例４の広角レンズの光路展開状態の構成を示す断面図 上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図 本発明の実施例５の広角レンズの光路展開状態の構成を示す断面図 上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図 本発明の実施例１の広角レンズの各収差図 本発明の実施例２の広角レンズの各収差図 本発明の実施例３の広角レンズの各収差図 本発明の実施例４の広角レンズの各収差図 本発明の実施例５の広角レンズの各収差図 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 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 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 本発明の一実施形態に係る撮像装置の前側の斜視図 図２０に示す撮像装置の背面側の斜視図

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かかる広角レンズの光路展開状態の構成を示す断面図、図２は上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図である。図１、２に示す構成例は、後述の実施例１の広角レンズの構成と共通である。図１、２は、画像表示面Ｓｉｍ側が縮小側、第１光学系Ｇ１のレンズＬ１１ａ側が拡大側であり、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、図１では軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。

この広角レンズは、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、２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ＰＰ２と、光学部材ＰＰ２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ＰＰ２を介して、この広角レンズに入射され、この広角レンズにより不図示のスクリーン上に投写されるようになる。

図１、２に示す通り、本実施形態の広角レンズは、縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）と共役な位置に中間像を形成し、中間像を拡大側結像面に再結像させる広角レンズであって、中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系Ｇ１、縮小側は第２光学系Ｇ２からなる構成となっている。

通常の中間像を形成しない方式の広角レンズは、焦点距離を短くして広角化をしようとすると、拡大側のレンズが大きくなりすぎてしまうが、本実施形態のように中間像を形成する方式の広角レンズでは、中間像よりも拡大側の第１光学系Ｇ１のバックフォーカスを短縮できるとともに、拡大側のレンズ径を小さくすることが可能であり、焦点距離を短くして広角化するのに適している。

また、第１光学系Ｇ１は、下記条件式（１）〜（３）を満足する光軸偏向プリズムＰＰ１を有する構成となっている。
０．１＜ｘｆ／Ｌ１＜０．６ …（１）
０．２＜ｘｒ／Ｌ１＜０．８ …（２）
２．５＜ｄ／｜ｆ｜ …（３）
ただし、
ｘｆ：第１光学系の最も拡大側のレンズの拡大側面から光軸偏向プリズムの拡大側面までの光軸上の距離
ｘｒ：第１光学系の最も拡大側のレンズの拡大側面から光軸偏向プリズムの縮小側面までの光軸上の距離
Ｌ１：第１光学系の最も拡大側のレンズの拡大側面から中間像までの光軸上の距離
ｄ：光軸偏向プリズム内の光軸長
ｆ：全系の焦点距離
とする。

本実施形態のように中間像を形成する方式だと、どうしてもレンズ全長が長くなってしまうが、第１光学系Ｇ１内に光軸偏向プリズムＰＰ１を配置し、広角レンズの光軸を折り曲げることで、装置全体の小型化を図ることができる。また、本実施形態の広角レンズを投写型表示装置に搭載した場合は、画像の投写方向に対して広角レンズの光軸を折り曲げることができるため、スクリーンから投写型表示装置の端までを短くすることが可能となり、スクリーンから投写型表示装置を含めたシステム全体のサイズを小型化することができる。

条件式（１）の下限以下とならないようにすることで、広角レンズの場合でも画角周辺の光の入射角が抑えられ、非点収差の発生を抑える事ができる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることで、装置の小型化に有利となる。なお、下記条件式（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。
０．１５＜ｘｆ／Ｌ１＜０．５ …（１−１）

条件式（２）の下限以下とならないようにすることで、広角レンズの場合でも画角周辺の光の入射角が抑えられ、非点収差の発生を抑える事ができる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることで、装置の小型化に有利となる。なお、下記条件式（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。
０．３＜ｘｒ／Ｌ１＜０．７ …（２−１）

条件式（３）の下限以下とならないようにすることで、広角レンズに光軸偏向プリズムＰＰ１を適用したとき、光軸偏向に十分な厚さとすることができる。なお、下記条件式（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。条件式（３−１）の上限以上とならないようにすることで、光軸偏向プリズムＰＰ１の厚みを抑え、コスト低下や重量減に有利となる。
３＜ｄ／｜ｆ｜＜８ …（３−１）

本発明の広角レンズにおいては、下記条件式（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で、画角が広く、諸収差が良好に補正され、かつ周辺光量比が確保されたレンズとすることができる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、レンズ外径が大きくなるのを防ぐことができる。なお、下記条件式（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。
３＜ｂ／ａ＜１２ …（４）
５＜ｂ／ａ＜８ …（４−１）
ただし、
ｂ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での最大像高の子午面内の光束径
ａ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での軸上光線の光束径
とする。

また、装置の小型化には、光軸の偏向角を９０°にすることが最も望ましいため、光軸偏向プリズムＰＰ１は、光軸を９０°偏向させるプリズムであることが好ましい。この場合、光軸偏向プリズムＰＰ１は、直角プリズムとしてもよい。このように直角プリズムを用いることで、最も効率よく光軸を９０°偏向させることが可能である。また、光軸偏向プリズムＰＰ１は、直角プリズムにレンズを接合したものとしてもよい。このように直角プリズムにレンズを接合することで、空気との界面を減らし、透過率を向上させることができる。

また、図３に示すように、光軸偏向プリズムＰＰ１より縮小側に、さらに光軸を９０°偏向させる反射部材Ｒを有するものとしてもよい。このような態様として、光軸を２回折り曲げることで、さらに効率的に広角レンズ全体の小型化を図ることができる。

また、下記条件式（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で、球面収差、像面湾曲、非点収差の補正に有利となる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることで、中間結像位置付近のレンズ径を小さく抑えることができる。なお、下記条件式（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。
０．８＜ｆ１／｜ｆ｜＜２ …（５）
１＜ｆ１／｜ｆ｜＜１．７ …（５−１）
ただし、
ｆ１：第１光学系の焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、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で、軸上色収差の発生を抑えることができる。なお、下記条件式（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。アッベ数の大きな材料は材料費が高いため、条件式（６−１）の上限以上とならないようにすることで、低コスト化に寄与する。
３０＜νｄ …（６）
４５＜νｄ＜６５ …（６−１）
ただし、
νｄ：光軸偏向プリズムのｄ線基準のアッベ数
とする。

次に、本発明の広角レンズの数値実施例について説明する。
まず、実施例１の広角レンズについて説明する。実施例１の広角レンズの光路展開状態の構成を示す断面図を図１に、上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図を図２に示す。なお、図１，２および後述の実施例２〜５に対応した図４〜１１においては、画像表示面Ｓｉｍ側が縮小側、第１光学系Ｇ１のレンズＬ１１ａ側が拡大側であり、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、図１，４，６，８，１０では軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。

実施例１の広角レンズは、中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系Ｇ１、縮小側は第２光学系Ｇ２から構成され、第１光学系Ｇ１は、第１−１レンズ群Ｇ１１のみから構成され、第２光学系Ｇ２も、第２−１レンズ群Ｇ２１のみから構成されている。

第１−１レンズ群Ｇ１１は光軸偏向プリズムＰＰ１とレンズＬ１１ａ〜Ｌ１１ｌの１２枚のレンズから構成され、第２−１レンズ群Ｇ２１はレンズＬ２１ａ〜Ｌ２１ｈの８枚のレンズから構成されている。

実施例１の広角レンズのレンズデータを表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２〜５についても基本的に同様である。

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）に対する屈折率を示し、νの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示す。ここで、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。レンズデータには、開口絞りＳｔ、光軸偏向プリズムＰＰ１、および、光学部材ＰＰ２も含めて示している。

なお、後述の実施例では変倍機能を有する広角レンズがあり、その場合にはレンズデータにおいて、変倍の際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、別途表に示している。

表２の諸元に関するデータに、ズーム倍率、焦点距離ｆ´、バックフォーカスＢｆ´、Ｆ値ＦＮｏ、および、全画角２ωの値を示す。

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（ｍ＝３〜最大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（光軸からの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３〜最大２０）
とする。

実施例１の広角レンズの各収差図を図１２に示す。図１２中の左側から順に球面収差、非点収差、歪曲収差、および、倍率色収差を示す。なお、後述の実施例では変倍機能を有する広角レンズがあり、その場合には各収差図において、広角端での各収差図を上段に、望遠端での各収差図を下段に示す。これらの収差図は、投写距離を収差図中に記載の距離としたときの状態を示す。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）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）、Ｃ線(波長６５６．３ｎｍ)、および、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)についての収差をそれぞれ実線、長破線、および、短破線の実線で示す。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)およびＦ線(波長４８６．１ｎｍ)についての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値、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、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。

次に、実施例２の広角レンズについて説明する。実施例２の広角レンズの光路展開状態の構成を示す断面図を図４に、上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図を図５に示す。

実施例２の広角レンズは、変倍機能を有する広角レンズであり、中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系Ｇ１、縮小側は第２光学系Ｇ２から構成され、第１光学系Ｇ１は、第１−１レンズ群Ｇ１１のみから構成され、第２光学系Ｇ２は、第２−１レンズ群Ｇ２１、第２−２レンズ群Ｇ２２、第２−３レンズ群Ｇ２３、および、第２−４レンズ群Ｇ２４から構成されている。

第１−１レンズ群Ｇ１１、第２−２レンズ群Ｇ２２、および、第２−４レンズ群Ｇ２４は、変倍の際に縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に対して固定され、第２−１レンズ群Ｇ２１および第２−３レンズ群Ｇ２３は、変倍の際に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動するように構成されている。

第１−１レンズ群Ｇ１１は光軸偏向プリズムＰＰ１とレンズＬ１１ａ〜Ｌ１１ｌの１２枚のレンズから構成され、第２−１レンズ群Ｇ２１はレンズＬ２１ａのみの１枚のレンズから構成され、第２−２レンズ群Ｇ２２はレンズＬ２２ａ、Ｌ２２ｂの２枚のレンズから構成され、第２−３レンズ群Ｇ２３はレンズＬ２３ａ〜Ｌ２３ｅの５枚のレンズから構成され、第２−４レンズ群Ｇ２４はレンズＬ２４ａのみの１枚のレンズから構成されている。

また、実施例２の広角レンズのレンズデータを表４に、諸元に関するデータを表５に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表６に、非球面係数に関するデータを表７に、各収差図を図１３に示す。

次に、実施例３の広角レンズについて説明する。実施例３の広角レンズの光路展開状態の構成を示す断面図を図６に、上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図を図７に示す。実施例３の広角レンズは、変倍機能を有する広角レンズであり、実施例２と同様のレンズ群およびレンズ枚数構成である。また、実施例３の広角レンズのレンズデータを表８に、諸元に関するデータを表９に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表１０に、非球面係数に関するデータを表１１に、各収差図を図１４に示す。

次に、実施例４の広角レンズについて説明する。実施例４の広角レンズの光路展開状態の構成を示す断面図を図８に、上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図を図９に示す。実施例４の広角レンズは、実施例１と同様のレンズ群およびレンズ枚数構成である。また、実施例４の広角レンズのレンズデータを表１２に、諸元に関するデータを表１３に、非球面係数に関するデータを表１４に、各収差図を図１５に示す。

次に、実施例５の広角レンズについて説明する。実施例５の広角レンズの光路展開状態の構成を示す断面図を図１０に、上記広角レンズの実際の状態の構成を示す断面図を図１１に示す。実施例５の広角レンズは、変倍機能を有する広角レンズであり、第１−１レンズ群Ｇ１１が光軸偏向プリズムＰＰ１とレンズＬ１１ａ〜Ｌ１１ｋの１１枚のレンズから構成されている以外は、実施例２と同様のレンズ群およびレンズ枚数構成である。また、実施例５の広角レンズのレンズデータを表１５に、諸元に関するデータを表１６に、変倍の際に変化する面間隔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、各収差図を図１６に示す。

実施例１〜５の広角レンズの条件式（１）〜（６）に対応する値を表１９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１９に示す値はこの基準波長におけるものである。

以上のデータから、実施例１〜５の広角レンズは全て、条件式（１）〜（６）を満たしており、レンズ系および装置全体の小型化を達成しつつ、全画角（変倍機能を有する場合は広角端の全画角）で１３０°以上と広角で諸収差が良好に補正された広角レンズであることが分かる。

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１７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１７に示す投写型表示装置１００は、本発明の実施形態に係る広角レンズ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１７では、広角レンズ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１７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（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、広角レンズ１０に入射する。広角レンズ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。

図１８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１８に示す投写型表示装置２００は、本発明の実施形態に係る広角レンズ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１８では広角レンズ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１８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（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、広角レンズ２１０に入射する。広角レンズ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。

図１９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１９に示す投写型表示装置３００は、本発明の実施形態に係る広角レンズ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１９では、広角レンズ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１９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（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、広角レンズ３１０に入射する。広角レンズ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。

図２０、図２１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２０は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図２１は、カメラ４００を背面側から見た斜視図を示す。このデジタルスチルカメラ４００は、その前面側の中央上部に、ストロボ光を照射するストロボ発光部４１を備えている。また、その前面側においてストロボ発光部４１の側方部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口４２が設けられている。このデジタルスチルカメラ４００はまた、上面側に、レリーズボタン４３と電源ボタン４４とを備えている。このデジタルスチルカメラ４００はまた、背面側に、表示部４５と操作部４６，４７とを備えている。表示部４５は、撮像された画像を表示するためのものである。このデジタルスチルカメラ４００では、レリーズボタン４３を押圧操作することにより、１フレーム分の静止画または動画の撮影が行われ、この撮影で得られる画像データがデジタルスチルカメラ４００に装着されたメモリカード（図示せず）に記録される。

このデジタルスチルカメラ４００は、筐体内部に広角レンズ４１０を備えている。広角レンズ４１０は、前面側に設けられた撮影開口４２に、最も物体側のレンズＬ１１ａが位置するように配置されている。広角レンズ４１０は、光軸偏向プリズムによる折り曲げ後（光軸偏向プリズムよりも縮小側）の光軸がカメラボディの縦方向と一致するようにして、デジタルスチルカメラ４００の内部に全体として縦方向に組み込まれている。なお、広角レンズ４１０は、折り曲げ後の光軸がカメラボディの横方向となるようにして、デジタルスチルカメラ４００の内部に全体として横方向に組み込まれていてもよい。

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、本発明の広角レンズは、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。

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。

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。

１０、２１０、３１０、４１０ 広角レンズ
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 ストロボ発光部
４２ 撮影開口
４３ レリーズボタン
４４ 電源ボタン
４５ 表示部
４６、４７ 操作部
１００、２００、３００ 投写型表示装置
１０５、２０５、３０５ スクリーン
４００ デジタルスチルカメラ
Ｇ１ 第１光学系
Ｇ１１ 第１−１レンズ群
Ｇ２ 第２光学系
Ｇ２１ 第２−１レンズ群
Ｇ２２ 第２−２レンズ群
Ｇ２３ 第２−３レンズ群
Ｇ２４ 第２−４レンズ群
Ｌ１１ａ〜Ｌ２４ａ レンズ
ＰＰ１ 光軸偏向プリズム
ＰＰ２ 光学部材
Ｒ 反射部材
Ｓｉｍ 画像表示面
Ｓｔ 開口絞り
ｗａ 軸上光束
ｗｂ 最大画角の光束
Ｚ 光軸

Claims (16)

1. 縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、該中間像を拡大側結像面に再結像させる広角レンズであって、
   前記中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系、縮小側は第２光学系からなり、
   前記第１光学系は、下記条件式（１）〜（３）を満足する光軸偏向プリズムを有する
   ことを特徴とする広角レンズ。
   ０．１＜ｘｆ／Ｌ１＜０．６ …（１）
   ０．２＜ｘｒ／Ｌ１＜０．８ …（２）
   ２．５＜ｄ／｜ｆ｜ …（３）
   ただし、
   ｘｆ：前記第１光学系の最も拡大側のレンズの拡大側面から前記光軸偏向プリズムの拡大側面までの光軸上の距離
   ｘｒ：前記第１光学系の最も拡大側のレンズの拡大側面から前記光軸偏向プリズムの縮小側面までの光軸上の距離
   Ｌ１：前記第１光学系の最も拡大側のレンズの拡大側面から前記中間像までの光軸上の距離
   ｄ：前記光軸偏向プリズム内の光軸長
   ｆ：全系の焦点距離
   とする。
2. 下記条件式（４）を満足する
   請求項１記載の広角レンズ。
   ３＜ｂ／ａ＜１２ …（４）
   ただし、
   ｂ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での最大像高の子午面内の光束径
   ａ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での軸上光線の光束径
   とする。
3. 前記光軸偏向プリズムは、光軸を９０°偏向させるプリズムである
   請求項１または２記載の広角レンズ。
4. 前記光軸偏向プリズムは、直角プリズムである
   請求項３記載の広角レンズ。
5. 前記光軸偏向プリズムは、直角プリズムにレンズを接合したものである
   請求項３記載の広角レンズ。
6. 前記光軸偏向プリズムより縮小側に、さらに光軸を９０°偏向させる反射部材を有する
   請求項１から５のいずれか１項記載の広角レンズ。
7. 下記条件式（５）を満足する
   請求項１から６のいずれか１項記載の広角レンズ。
   ０．８＜ｆ１／｜ｆ｜＜２ …（５）
   ただし、
   ｆ１：前記第１光学系の焦点距離
   とする。
8. 下記条件式（６）を満足する
   請求項１から７のいずれか１項記載の広角レンズ。
   ３０＜νｄ …（６）
   ただし、
   νｄ：前記光軸偏向プリズムのｄ線基準のアッベ数
   とする。
9. 下記条件式（１−１）を満足する
   請求項１記載の広角レンズ。
   ０．１５＜ｘｆ／Ｌ１＜０．５ …（１−１）
10. 下記条件式（２−１）を満足する
    請求項１記載の広角レンズ。
    ０．３＜ｘｒ／Ｌ１＜０．７ …（２−１）
11. 下記条件式（３−１）を満足する
    請求項１記載の広角レンズ。
    ３＜ｄ／｜ｆ｜＜８ …（３−１）
12. 下記条件式（４−１）を満足する
    請求項２記載の広角レンズ。
    ５＜ｂ／ａ＜８ …（４−１）
13. 下記条件式（５−１）を満足する
    請求項７記載の広角レンズ。
    １＜ｆ１／｜ｆ｜＜１．７ …（５−１）
14. 下記条件式（６−１）を満足する
    請求項８記載の広角レンズ。
    ４５＜νｄ＜６５ …（６−１）
15. 光源と、該光源からの光が入射するライトバルブと、該ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する広角レンズとしての請求項１から１４のいずれか１項記載の広角レンズとを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
16. 請求項１から１４のいずれか１項記載の広角レンズを備えた撮像装置。