CN114488495A - 成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有宽视角、实现小型化、制造性及组装性优异、保持良好的光学性能的成像光学系统、具备该成像光学系统的投射型显示装置及具备该成像光学系统的摄像装置。成像光学系统从放大侧依次包括第1光学系统和第2光学系统。在第1光学系统与第2光学系统之间形成中间像。第1光学系统中所包括的非球面透镜中在光路上最靠近中间像的非球面透镜即特定透镜在近轴区域具有凸面朝向缩小侧的弯月形状。成像光学系统满足与最大像高、焦距及特定透镜相关的预先设定的条件式。

Description

成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置
技术领域
本发明的技术涉及一种成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置。
背景技术
作为能够适用于投射型显示装置及摄像装置的成像光学系统，例如已知下述专利文献1中记载的光学系统。
专利文献1：日本特开2017-211479号公报
近年来，要求一种具有宽视角、结构小、制造性及组装性优异、各像差得到适当的校正而具有良好的光学性能的成像光学系统。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种具有宽视角、实现小型化、制造性及组装性优异、保持良好的光学性能的成像光学系统、具备该成像光学系统的投射型显示装置及具备该成像光学系统的摄像装置。
本发明的技术的一方式所涉及的成像光学系统从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1光学系统和第2光学系统，在第1光学系统与第2光学系统之间的光路上形成中间像，第1光学系统包括至少一片非球面透镜，第1光学系统中所包括的非球面透镜中在光路上最靠近中间像的非球面透镜即特定透镜在近轴区域具有凸面朝向缩小侧的弯月形状，将透镜面上的某个点P处的法线与光轴的交点至点P为止的距离设为点P处的局部曲率半径，关于局部曲率半径的符号，在交点比点P更靠放大侧时设为负，将交点比点P更靠缩小侧时设为正，在这种情况下，特定透镜的缩小侧的面的有效直径内的任意点处的局部曲率半径的符号为负，将成像光学系统的缩小侧的最大像高设为Ymax，将成像光学系统的焦距设为f，将特定透镜的焦距设为fA，将特定透镜的放大侧的面的近轴曲率半径设为Ra1，将特定透镜的缩小侧的面的近轴曲率半径设为Ra2，将从成像光学系统的缩小侧的像面与光轴平行地以距光轴2.5×|f|的高度入射于成像光学系统的光线与特定透镜的放大侧的面的交点处的局部曲率半径设为Rb1，将光线与特定透镜的缩小侧的面的交点处的局部曲率半径设为Rb2，将特定透镜的缩小侧的面上的光线距光轴的高度设为H2，在成像光学系统为变倍光学系统时，将f、Rb1、Rb2及H2设为广角端的各值，在这种情况下，
该成像光学系统满足下述条件式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)及(6)，
2.5≤Ymax/|f|≤2.9 (1)
-0.01＜|f|/fA＜0.03 (2)
|Ra1|＜|Rb1| (3)
|Ra2|＜|Rb2| (4)
|Rb1|＜|Rb2| (5)
1.65＜|Ra2/H2|＜3 (6)。
上述方式的成像光学系统优选满足下述条件式(1-1)、(2-1)及(6-1)中的至少一个条件式。
2.5≤Ymax/f≤2.7 (1-1)
-0.01＜|f|/fA＜0.025 (2-1)
1.75＜|Ra2/H2|＜3 (6-1)
上述方式的成像光学系统优选满足下述条件式(7)，更优选满足下述条件式(7-1)。
-0.1＜(1/Rb1-1/Rb2)×|f|＜-0.015 (7)
-0.1＜(1/Rb1-1/Rb2)×|f|＜-0.02 (7-1)
优选，将特定透镜的放大侧的面上的光线距光轴的高度设为H1，在成像光学系统为变倍光学系统时，将H1设为广角端的值，在这种情况下，距光轴半径|H1|内的特定透镜的放大侧的面在光轴外位于比半径为|Ra1|、在光轴上具有中心且穿过特定透镜的放大侧的面与光轴的交点的球面更靠缩小侧的位置，距光轴半径|H2|内的特定透镜的缩小侧的面在光轴外位于比半径为|Ra2|、在光轴上具有中心且穿过特定透镜的缩小侧的面与光轴的交点的球面更靠缩小侧的位置。
上述方式的成像光学系统优选满足下述条件式(8)，更优选满足下述条件式(8-1)。
1.35＜|H2/(2.5×f)|＜1.8 (8)
1.45＜|H2/(2.5×f)|＜1.8 (8-1)
在将一个透镜成分设为一个接合透镜或一个单透镜时，将第1光学系统的最靠缩小侧的透镜成分的与光轴相交的两个空气接触面上的光线距光轴的高度、及第2光学系统的最靠放大侧的透镜成分的与光轴相交的两个空气接触面上的光线距光轴的高度中最大的高度设为Hmax，在成像光学系统为变倍光学系统时，将Hmax设为广角端的值，在这种情况下，上述方式的成像光学系统优选满足下述条件式(9)，更优选满足下述条件式(9-1)。
1＜|Hmax/H2|＜1.8 (9)
1＜|Hmax/H2|＜1.5 (9-1)
优选，特定透镜的放大侧的面的有效直径内的任意点处的局部曲率半径的符号为负。
可以构成为在上述方式的成像光学系统的内部配置有至少一个将光路折弯的光路偏转部件。
上述方式的成像光学系统优选为变焦光学系统。在该情况下，优选，第2光学系统包括变倍时移动的透镜组。
上述方式的成像光学系统优选缩小侧以远心的方式构成。
本发明的技术的另一方式所涉及的投射型显示装置具备：光阀，输出光学像；及上述方式的成像光学系统，上述方式的成像光学系统将从光阀输出的光学像投射到屏幕上。
本发明的技术的又一方式所涉及的摄像装置具备上述方式的成像光学系统。
另外，本说明书的“包括～”、“包括～的”表示，除所举出的构成要件以外，还可以包括：实质上不具有光焦度的透镜；光圈、滤波器及盖玻璃等除透镜以外的光学要件；以及透镜凸缘、镜筒、成像元件及手抖校正机构等机构部分等。
在条件式中使用的值为以d线为基准时的值。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
根据本发明的技术，能够提供一种具有宽视角、实现小型化、制造性及组装性优异、保持良好的光学性能的成像光学系统、具备该成像光学系统的投射型显示装置及具备该成像光学系统的摄像装置。
附图说明
图1与实施例1的成像光学系统对应，是表示本发明的实施方式的一例的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图2是用于说明局部曲率半径的图。
图3是用于说明H1、H2及Hmax的局部放大图。
图4是用于说明特定透镜的面形状的图。
图5是实施例1的成像光学系统的各像差图。
图6是表示实施例1的第1变形例的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图7是表示实施例1的第2变形例的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图8是表示实施例2的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图9是实施例2的成像光学系统的各像差图。
图10是表示实施例3的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图11是实施例3的成像光学系统的各像差图。
图12是表示实施例4的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图13是实施例4的成像光学系统的各像差图。
图14是表示实施例5的成像光学系统的结构和光束的剖视图。
图15是实施例5的成像光学系统的各像差图。
图16是一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图17是另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图18是又一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图19是一实施方式所涉及的摄像装置的正面侧的立体图。
图20是图19所示的摄像装置的背面侧的立体图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的技术所涉及的实施方式的一例进行详细说明。图1中示出本发明的一实施方式所涉及的成像光学系统1的包括光轴Z的截面的结构。图1所示的结构例与后述的实施例1对应。在图1中，将左侧设为放大侧，将右侧设为缩小侧，还一并示出了轴上光束2及最大像高Ymax的光束3。
成像光学系统1可以作为搭载于投射型显示装置的投射光学系统，并且也可以作为搭载于摄像装置的摄像光学系统。以下，假设成像光学系统1以投射光学系统的用途使用来进行说明。
假设成像光学系统1搭载于投射型显示装置，在图1中示出了在成像光学系统1的缩小侧配置光学部件PP的例子。光学部件PP为设想成滤波器、盖玻璃及彩色合成棱镜等的部件。光学部件PP为不具有光焦度的部件，也可以为省略光学部件PP的结构。
并且，图1中，假设成像光学系统1搭载于投射型显示装置，还示出了屏幕Scr及光阀的图像显示面Sim。在投射型显示装置中，在图像显示面Sim处被赋予图像信息的光束经由光学部件PP入射于成像光学系统1，并通过成像光学系统1投射到屏幕Scr上。在图1的例子中，图像显示面Sim与缩小侧的像面对应，屏幕Scr与放大侧的像面对应。在以下说明中，“放大侧”表示光路上的屏幕Scr侧，“缩小侧”表示光路上的图像显示面Sim侧。
成像光学系统1从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1光学系统G1和第2光学系统G2。作为一例，在图1的成像光学系统1中，第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1m，第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2d、孔径光圈St及透镜L2e～L2k。
成像光学系统1为中继型光学系统，其在成像光学系统1的内部形成显示于图像显示面Sim的图像的中间像MI，并将该中间像MI投射到屏幕Scr上来形成投射像。形成中间像MI的系统能够在确保宽视角的同时抑制放大侧的透镜的大径化，因此适合要求宽视角的投射型显示装置。在成像光学系统1中，中间像MI形成于第1光学系统G1与第2光学系统G2之间的光路上。在图1中，仅将中间像MI的包括光轴Z附近的一部分用点线简单地示出，以便知晓光轴Z上的中间像MI的位置。图1的中间像MI并不表示准确的形状。
在将缩小侧的最大像高设为Ymax、将成像光学系统1的焦距设为f的情况下，成像光学系统1构成为满足下述条件式(1)。通过设成不成为条件式(1)的下限以下，有利于确保宽视角。通过设成不成为条件式(1)的上限以上，有利于抑制系统的大型化。为了获得更良好的特性，成像光学系统1更优选满足下述条件式(1-1)。
2.5≤Ymax/|f|≤2.9 (1)
2.5≤Ymax/|f|≤2.7 (1-1)
第1光学系统G1包括至少一片非球面透镜。通过包括非球面透镜，有利于小的F值、宽视角化及良好的像差校正。尤其，在宽视角的光学系统中，对畸变像差的校正发挥较大的效果。在图1的例子中，透镜L1a及透镜L1l为非球面透镜。
以下，为了便于说明，将第1光学系统G1中所包括的非球面透镜中在光路上最靠近中间像MI的非球面透镜称为特定透镜LS。即，特定透镜LS为第1光学系统G1中所包括的非球面透镜中在光路上最靠缩小侧的非球面透镜。在图1的例子中，透镜L1]为特定透镜LS。
在将特定透镜LS的焦距设为fA的情况下，关于fA及上述f，成像光学系统1构成为满足下述条件式(2)。另外，在本说明书中，条件式中使用的“焦距”均表示近轴区域的焦距。通过设成不成为条件式(2)的下限以下，特定透镜LS不会具有过强的负屈光力，因此配置于中间像MI附近的特定透镜LS以外的正透镜的屈光力不会变得过强，有利于良好地校正畸变像差及像面弯曲。通过设成不成为条件式(2)的上限以上，能够抑制相对于误差的灵敏度变大，因此有利于提高制造性及组装性。为了获得更良好的特性，成像光学系统1优选满足下述条件式(2-1)。
-0.01＜|f|/fA＜0.03 (2)
-0.01＜|f|/fA＜0.025 (2-1)
并且，特定透镜LS构成为在近轴区域具有凸面朝向缩小侧的弯月形状。通过设为这种形状，有利于良好地校正畸变像差及像面弯曲。
特定透镜LS构成为，在放大侧的面及缩小侧的面上均具有非球面形状，关于面形状，满足预先设定的条件式。以下，参考图2、图3及图4对与这些条件式相关的术语及记号进行说明。
在非球面透镜中，近轴曲率半径(即，近轴区域的曲率半径)和近轴区域外的点处的曲率半径并不一定一致。因此，在本发明的技术中，如图2所示，将透镜面SA上的某个点P处的法线Np与光轴Z的交点OP至点P为止的距离定义为点P处的局部曲率半径Rbp。法线Np为与点P处的透镜面SA的切面垂直且穿过点P的线。在图2中，将连接交点OP和点P的线段的长度表示为局部曲率半径Rbp的绝对值|Rbp|。为了便于理解，在图2中还示出半径为|Rbp|且以交点OP为中心而穿过点P的球面Cp的截面。另外，图2是示出一个说明用示例的图。局部曲率半径可以在任意形状的透镜面上的任意点处计算。
关于局部曲率半径的符号，将交点OP比点P更靠放大侧的情况设为负，将交点OP比点P更靠缩小侧的情况设为正。在图2中，将图的左侧设为放大侧，将右侧设为缩小侧，从而在图2的例子中，点P处的局部曲率半径的符号为负。
在成像光学系统1中，构成为特定透镜LS的缩小侧的面的有效直径内的任意点处的局部曲率半径的符号为负。通过设为这种形状，能够减小相对于误差的灵敏度，因此有利于提高制造性及组装性。另外，在考虑有助于成像的所有光线与透镜面的相交的点时，有效直径表示由径向上的最远离光轴Z的点构成的圆的直径。
并且，在成像光学系统1中，优选将特定透镜LS的放大侧的面的有效直径内的任意点处的局部曲率半径的符号也设为负。在这种情况下，能够进一步减小相对于误差的灵敏度，因此进一步有利于提高制造性及组装性。
在后述的条件式中，在规定特定透镜LS的局部曲率半径时，使用从成像光学系统1的缩小侧的像面与光轴Z平行地以距光轴Z2.5×|f|的高度入射于成像光学系统1的光线4。图3中示出光线4所入射的成像光学系统1的局部放大图。在图3中，为了避免图的复杂化，省略了一部分符号及孔径光圈St的图示。如图3所示，将光线4与特定透镜LS的放大侧的面的交点设为点P1，将光线4与特定透镜LS的缩小侧的面的交点设为点P2。将点P1处的局部曲率半径设为Rb1，将点P1距光轴Z的高度设为H1。将点P2处的局部曲率半径设为Rb2，将点P2距光轴Z的高度设为H2。
图4中示出与图1的特定透镜LS的放大侧的面的近轴曲率半径Ra1及该特定透镜LS的缩小侧的面的近轴曲率半径Ra2相关的图。在图4中，为了便于理解，用双点划线示出半径为|Ra1|、在光轴Z上具有中心01且穿过特定透镜LS的放大侧的面与光轴Z的交点的球面C1的截面，用虚线示出半径为|Ra2|、在光轴Z上具有中心02且穿过特定透镜LS的缩小侧的面与光轴Z的交点的球面C2的截面。图4中还示出上述点P1、点P2、高度H1及高度H2。
如图4所示，距光轴Z半径|H1|内的特定透镜LS的放大侧的面优选在光轴Z外位于比球面C1更靠缩小侧的位置，距光轴Z半径|H2|内的特定透镜LS的缩小侧的面优选在光轴Z外比更靠球面C2缩小侧的位置。在这种情况下，赋予特定透镜LS非球面的效果，有利于良好地校正畸变像差及像面弯曲。另外，在图4中，仅在比光轴Z更靠下方的位置示出了H1，但上述“距光轴Z半径|H1|内”并不限于比光轴Z更靠下方的位置，可表示径向上的所有范围。即，上述“距光轴Z半径|H1|内的特定透镜LS的放大侧的面在光轴Z外位于比球面C1更靠缩小侧的位置”表示，特定透镜LS的放大侧的面中，除光轴Z上的点以外的距光轴Z半径|H1|内的整个区域位于比球面C1更靠缩小侧的位置。同样地，上述“距光轴Z半径|H2|内的特定透镜LS的缩小侧的面在光轴Z外位于比球面C2更靠缩小侧的位置”表示，特定透镜LS的缩小侧的面中，除光轴Z上的点以外的距光轴Z半径|H2|内的整个区域位于比球面C2更靠缩小侧的位置。
关于上述Ra1、Ra2、Rb1及Rb2，特定透镜LS构成为满足下述条件式(3)、(4)及(5)。通过满足条件式(3)、(4)及(5)，有利于良好地校正畸变像差及像面弯曲。
|Ra1|＜|Rb1| (3)
|Ra2|＜|Rb2| (4)
|Rb1|＜|Rh2| (5)
并且，关于上述Ra1及H2，特定透镜LS构成为满足下述条件式(6)。通过设成不成为条件式(6)的下限以下，能够抑制相对于误差的灵敏度变大，因此有利于提高制造性及组装性。通过设成不成为条件式(6)的上限以上，在获得非球面的效果的同时，容易维持局部曲率半径的符号不会在径向上反转的形状。通过维持该形状，有利于提高制造性及组装性。为了获得更良好的特性，特定透镜LS更优选满足下述条件式(6-1)，进一步优选满足下述条件式(6-2)。
1.65＜|Ra2/H2|＜3 (6)
1.75＜|Ra2/H2|＜3 (6-1)
1.95＜|Ra2/H2|＜3 (6-2)
关于上述Rb1及Rb2，特定透镜LS优选满足下述条件式(7)。通过设成不成为条件式(7)的下限以下，能够抑制壁厚比(即，透镜周边部的厚度与透镜中心部的厚度之比)及相对于误差的灵敏度变大，因此有利于提高制造性及组装性。通过设成不成为条件式(7)的上限以上，有利于在抑制透镜直径的大径化的同时，获得良好的像差校正的效果。为了获得更良好的特性，特定透镜LS更优选满足下述条件式(7-1)。
-0.1＜(1/Rb1-1/Rb2)×|f|＜-0.015 (7)
-0.1＜(1/Rb1-1/Rb2)×|f|＜-0.02 (7-1)
关于上述H2及f，成像光学系统1优选满足下述条件式(8)。通过设成不成为条件式(8)的下限以下，有利于良好地校正畸变像差及像面弯曲。通过设成不成为条件式(8)的上限以上，能够抑制透镜直径的大径化。为了获得更良好的特性，成像光学系统1更优选满足下述条件式(8-1)，进一步优选满足下述条件式(8-2)。
1.35＜|H2/(2.5×f)|＜1.8 (8)
1.45＜|H2/(2.5×f)|＜1.8 (8-1)
1.45＜|H2/(2.5×f)|＜1.65 (8-2)
并且，关于上述H2及下述Hmax，成像光学系统1优选满足下述条件式(9)。Hmax为第1光学系统G1的最靠缩小侧的透镜成分的与光轴Z相交的两个空气接触面上的光线4距光轴Z的高度及第2光学系统G2的最靠放大侧的透镜成分的与光轴Z相交的两个空气接触面上的光线4距光轴Z的高度中最大的高度。在此，一个透镜成分表示一个接合透镜或一个单透镜。一个透镜成分的与光轴Z相交的两个空气接触面是指该透镜成分的放大侧的面及该透镜成分的缩小侧的面。
图3中示出Hmax的一例。在图3的例子中，透镜L1m的放大侧的面、透镜L1m的缩小侧的面、透镜L2a的放大侧的面及透镜L2b的缩小侧的面这四个面上的光线4距光轴Z的高度中最大的高度为Hmax。在图3的例子中，透镜L1m的放大侧的面上的光线4距光轴Z的高度为Hmax。
通过满足条件式(9)，特定透镜LS不会过于远离中间像MI，因此有利于良好地校正畸变像差及像面弯曲。并且，通过设成不成为条件式(9)的上限以上，能够抑制在中间像MI的放大侧或缩小侧最靠近中间像MI的透镜成分的大径化。为了获得更良好的特性，成像光学系统1更优选满足下述条件式(9-1)。
1＜|Hmax/H2|＜1.8 (9)
1＜|Hmax/H2|＜1.5 (9-1)
成像光学系统1优选缩小侧以远心的方式构成。在投射型显示装置中，关于配置于成像光学系统1与光阀之间的彩色合成棱镜，分光特性根据入射光的角度而发生变化。与具有这种入射角依赖性的部件同时使用的成像光学系统1优选缩小侧以远心的方式构成。另外，在此所说的“缩小侧以远心的方式构成”并不限定于主光线相对于光轴Z的倾斜度为0度的情况，允许-3度以上且+3度以下的误差。在不包括孔径光圈St的光学系统的情况下，也可以用沿着从放大侧朝向缩小侧的方向观察光束时会聚于缩小侧的像面的任意点上的光束的截面中上侧的最大光线和下侧的最大光线的角平分线代替主光线来判断远心性。
成像光学系统1也可以为变倍光学系统。在成像光学系统1为变倍光学系统时，上述条件式中使用的记号均为广角端的值。
在成像光学系统1为变倍光学系统时，成像光学系统1优选为变焦光学系统。在这种情况下，能够实现便利性及通用性高的光学系统。尤其，在成像光学系统1以投射光学系统的用途使用的情况下，在具有宽视角的投射光学系统中，由设置距离(即，屏幕Scr与投射光学系统之间的距离)的误差引起的投射像的尺寸的变动较大，因此若能够进行变焦调整，则会变得容易设置。在成像光学系统1为变焦光学系统时，变焦比优选为1.05倍以上，更优选为1.1倍以上。
在成像光学系统1为变焦光学系统时，优选第2光学系统G2构成为包括变倍时移动的透镜组。与配置于放大侧的第1光学系统G1相比，第2光学系统G2容易将透镜直径小径化，因此通过移动第2光学系统G2内的透镜组，有利于减少驱动机构的负荷及装置的小型化。另外，透镜组并不限于包括多个透镜的结构，也可以为仅包括一片透镜的结构。
图1的例子的成像光学系统1为变焦透镜。如图1所示，第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括第2A透镜组G2A、第2B透镜组G2B及第2C透镜组G2C。变倍时，第2A透镜组G2A及第2B透镜组G2B改变相互间隔而移动，第1光学系统G1及第2C透镜组G2C相对于像面固定。第2A透镜组G2A从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2b。第2B透镜组G2B从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2c～L2d、孔径光圈St及透镜L2e～L2j。第2C透镜组G2C包括透镜L2k。另外，图1的成像光学系统1仅为一例，在本发明的技术中，第1光学系统G1及第2光学系统G2中所包括的透镜的数量也可以为与图1所示的例子不同的数量。
并且，图1中示出了光路为直线状的成像光学系统1的例子，但本发明的技术并不限定于此。如后述的变形例所示，本发明的技术的成像光学系统也可以构成为，在其内部配置至少一个折弯光路的光路偏转部件，从而具有弯曲光路。形成中间像MI的类型的系统尽管光学系统总长度容易变长，但通过折弯光路，能够使装置变得紧凑。作为光路偏转部件，例如可以使用反射镜等反射部件。
若折弯光路的角度为90度，则结构会变得简单，因此从制造性及组装性的观点出发是优选的，但也可以为90度以外的角度。并且，即使在设为90度的情况下，也不限于严格的90度，可以允许-3度以上且+3度以下的误差。
折弯光路的次数可以任意设定。在折弯光路的次数为两次的情况下，可以构成为两次均向相同的方向折弯光路，也可以在第一次和第二次向彼此相反的方向折弯光路。并且，在折弯光路的次数为两次的情况下，可以构成为光轴Z在折弯光路之前和之后在同一平面内，也可以构成为在不同的平面内。
另外，本发明的技术所涉及的“放大侧”及“缩小侧”是沿着光路确定的，这对具有弯曲光路的成像光学系统也相同。例如具有弯曲光路的成像光学系统中的“透镜LA位于比透镜LB更靠放大侧”的含义与“透镜LA位于比透镜LB更靠放大侧的光路上”的含义相同。
包括在成像光学系统1中的具有光焦度的光学元件可以构成为均为透镜。包括在成像光学系统1中的所有透镜优选相对于d线的折射率为2.2以下，若考虑当前的透镜材料的获取性，则更优选为2以下。成像光学系统1优选F值为3以下。成像光学系统1优选将畸变像差抑制在-3％以上且+3％以下的范围内。成像光学系统1优选全视角大于120度，更优选大于125度，更进一步优选大于130度。
包括与条件式相关的结构在内，上述优选结构及允许的结构可以任意进行组合，优选根据所要求的规格适当选择性地采用。另外，作为允许的条件式的范围，并不限定于以式的形式记载的条件式，还包括从优选、更优选及进一步优选的条件式中任意组合下限和上限而得的范围。
接着，对本发明的技术所涉及的成像光学系统的实施例及变形例进行说明。另外，关于标注在各例的剖视图的透镜上的参考符号，为了避免参考符号的位数的增加导致的说明的复杂化，针对每个例子独立地进行了使用。因此，即使在不同的例子的附图中标注有相同的参考符号，也不一定限于是相同的结构。
[实施例1]
实施例1的成像光学系统1的透镜结构和光束的剖视图示于图1，其结构及图示方法如上所述，因此在此省略一部分重复说明。实施例1的成像光学系统1为变焦透镜，其从放大侧向缩小侧依次包括第1光学系统G1和第2光学系统G2。在第1光学系统G1与第2光学系统G2之间形成有中间像MI。第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1m。第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括第2A透镜组G2A、第2B透镜组G2B及第2C透镜组G2C。变倍时，第2A透镜组G2A及第2B透镜组G2B改变相互间隔而移动，第1光学系统G1及第2C透镜组G2C相对于像面固定。第2A透镜组G2A从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2b。第2B透镜组G2B从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2c～L2d、孔径光圈St及透镜L2e～L2j。第2C透镜组G2C包括透镜L2k。在对焦时，包括透镜L1e～L1f的聚焦组沿光轴Z移动，其他透镜相对于缩小侧的像面固定。
关于实施例1的成像光学系统1，将基本透镜数据示于表1A及表1B，将规格及可变面间隔示于表2，将非球面系数示于表3。在此，为了避免一个表变长，将基本透镜数据分成表1A及表1B这两个表来显示。表1A中示出第1光学系统G1，表1B中示出第2光学系统G2及光学部件PP。
在表1A及表1B中，在Sn栏中示出将最靠放大侧的面设为第1面而随着朝向缩小侧逐一增加编号时的面编号，在R栏中示出各面的曲率半径，在D栏中示出各面和与其缩小侧相邻的面在光轴Z上的面间隔。并且，在Nd栏中示出各构成要件相对于d线的折射率，在vd栏中示出各构成要件的d线基准的色散系数。表1B的最下栏的面与缩小侧的像面对应。
在表1A及表1B中，将凸面朝向放大侧的形状的面的曲率半径的符号设为正，将凸面朝向缩小侧的形状的面的曲率半径的符号设为负。在表1B中，在相当于孔径光圈St的面的面编号栏中记载了面编号和(St)这一术语。在表1B中，关于变倍时的可变面间隔使用了DD[]这一记号，在[]中标注该间隔的放大侧的面编号并记入于D栏中。
表2中，以d线基准对成像光学系统1示出变焦比Zr、焦距的绝对值f、F值FNo.、最大全视角2ω及变倍时的可变面间隔。2ω栏的(°)表示单位为度。在表2中，在标记为WIDE及TELE的栏中分别示出了广角端及长焦端的各值。基本透镜数据以及f是从放大侧的像面至成像光学系统1的最靠放大侧的面为止在光轴Z上的距离为无限远时的值。
在基本透镜数据中，对非球面的面编号标注了*标记，在非球面的曲率半径栏中示出了近轴曲率半径的数值。在表3中，在Sn栏中示出非球面的面编号，在KA及Am栏中示出关于各非球面的非球面系数的数值。m为3以上的整数，例如在实施例1的非球面中m＝3、4、5、……20。表3的非球面系数的数值的“E±n”(n：整数)表示“×10±n”。KA及Am为由下式表示的非球面式中的非球面系数。
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Z垂直的平面的垂线的长度)；
H：高度(光轴Z至透镜面为止的距离)；
C：近轴曲率半径的倒数；
KA、Am：非球面系数，
非球面式的∑表示与m相关的总和。
[表1A]
实施例1
Figure BDA0003345230070000131
Figure BDA0003345230070000141
[表1B]
实施例1
Sn R D Nd vd
25 9.6679 0.2002 1.84666 23.78
26 4.4636 1.5707 1.80610 33.27
27 -99.8276 DD[27]
28 97.0505 0.1802 1.84666 23.78
29 4.2798 0.9630 1.51633 64.14
30 ∞ 1.3725
31(St) ∞ 0.3531
32 8.8092 0.6701 1.76182 26.52
33 -13.7746 2.4160
34 -4.5369 0.1802 1.71700 47.93
35 -21.6574 0.8410 1.65160 58.55
36 -3.6512 0.4890
37 -3.2573 0.2002 1.83481 42.72
38 7.2958 1.3105 1.49700 81.61
39 -6.1809 0.2269
40 28.5795 1.5595 1.49700 81.54
41 -4.7364 DD[41]
42 64.7900 0.6898 1.84666 23.78
43 -19.4998 2.5720
44 ∞ 4.6050 1.51633 64.14
45 ∞ 0.6007 1.48749 70.44
46 ∞
[表2]
实施例1
WIDE TELE
Zr 1.0 1.1
|f| 1.000 1.100
FNo. 2.30 2.38
2ω(°) 137.2 133.6
DD[24] 19.0617 17.7617
DD[27] 2.6127 3.0748
DD[41] 0.4426 1.2805
[表3]
实施例1
Sn 1 2
KA -2.25113994612245E-01 -6.47601359626826E-06
A3 4.07820697097093E-02 4.56291385703400E-02
A4 -1.02961158626068E-02 -1.76829623195184E-02
A5 1.21913660244827E-03 4.23978747286798E-03
A6 7.71434877471797E-04 -2.03627699473945E-04
A7 -4.38122087406164E-04 -1.04380737289444E-04
A8 6.69583610052507E-05 -3.38844702398967E-06
A9 1.28900915712556E-05 1.09163856110535E-05
A10 -5.70813217355186E-06 -2.16282711490742E-06
A11 2.76782846533546E-07 -5.97080831712408E-08
A12 1.57589174447525E-07 8.77965352699082E-08
A13 -2.21743036470519E-08 -1.09363908694566E-08
A14 -1.63202535191520E-09 -9.54710531054472E-10
A15 4.78713273802462E-10 3.35123065819151E-10
A16 -4.34652847029548E-12 -9.88266069380760E-12
A17 -4.60964313942135E-12 -3.99751461455583E-12
A18 2.07643395672007E-13 2.91177525631466E-13
A19 1.70177902446752E-14 1.73111565762657E-14
A20 -1.11904479182324E-15 -1.69787371388083E-15
Sn 21 22
KA 1.00000000000000E+00 1.00000000000000E+00
A3 0.00000000000000E+00 7.43261655379117E-19
A4 5.00413657325837E-03 6.87509251212724E-03
A5 6.85153398980399E-04 -6.08113438489169E-04
A6 -5.55650257986923E-04 4.66212531256906E-04
A7 -8.97945683841331E-05 -1.89505283015383E-04
A8 6.14882344357291E-05 -1.21634400771562E-04
A9 -7.93984313777561E-06 5.71021842433635E-05
A10 -2.71968914947713E-06 6.03448951783510E-06
A11 2.52223365845534E-06 -5.50872703116652E-06
A12 -3.21411840306941E-07 7.74239281142069E-08
A13 -2.28273365273995E-07 2.64048631989447E-07
A14 4.94146542273399E-08 -1.58002360123244E-08
A15 1.00087639483409E-08 -6.74095180747535E-09
A16 -2.63585604000512E-09 5.01032254796139E-10
A17 -2.15597506458187E-10 8.61249729908062E11
A18 6.44880989685393E-11 -5.68711680070542E-12
A19 1.82093161166729E-12 -4.18568787419823E-13
A20 -6.07314324627465E-13 1.19368340709713E-14
图5中示出放大倍率为150倍时的实施例1的成像光学系统1的各像差图。在图5中，在标有“WIDE”的上段示出广角端的各像差图，在标有“TELE”的下段示出长焦端的各像差图。在图5中，从左起依次示出球面像差、像散、畸变像差及倍率色差。在球面像差图中，分别以实线、长虚线及短虚线示出与d线、C线及F线相关的像差。在像散图中，以实线示出弧矢方向的与d线相关的像差，以短虚线示出子午方向的与d线相关的像差。在畸变像差图中，以实线示出与d线相关的像差。在倍率色差图中，分别以长虚线及短虚线示出与C线及F线相关的像差。球面像差图的FNo.表示F值，其他像差图的ω表示半视角。
另外，在上述各表中记载了按规定的位数舍入的数值。并且，上述各表的值为在广角端从放大侧的像面至成像光学系统1的最靠放大侧的面为止在光轴Z上的距离为无限远的状态下将成像光学系统1的焦距的绝对值标准化为1时的数据。若无特别说明，则与上述实施例1相关的各数据的记号、含义、记载方法及图示方法对以下例子也基本上相同。
[第1变形例]
图6中示出第1变形例的成像光学系统的透镜结构和光束的剖视图。图6的例子具有在实施例1的成像光学系统上追加两个光路偏转部件而成的结构。在图6的例子中，将反射镜R1及反射镜R2用作光路偏转部件来分别90度折弯光路，由此形成了整体呈大致U字状的弯曲光路。图6的成像光学系统从放大侧向缩小侧依次包括第1光学系统G1和第2光学系统G2。第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1h、反射镜R1及透镜L1i～L1m。第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括反射镜R2、透镜L2a～L2d、孔径光圈St及透镜L2e～L2k。
[第2变形例]
图7中示出第2变形例的成像光学系统的透镜结构和光束的剖视图。与图6的例子相比，图7的例子中，折弯反射镜R2处的光路的方向不同，其他结构与图6的例子相同。
[实施例2]
将实施例2的成像光学系统的透镜结构和光束的剖视图示于图8。实施例2的成像光学系统为变焦透镜，其从放大侧向缩小侧依次包括第1光学系统G1和第2光学系统G2。在第1光学系统G1与第2光学系统G2之间形成有中间像MI。第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1m。第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括第2A透镜组G2A、第2B透镜组G2B及第2C透镜组G2C。变倍时，第2A透镜组G2A及第2B透镜组G2B改变相互间隔而移动，第1光学系统G1及第2C透镜组G2C相对于像面固定。第2A透镜组G2A从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2b。第2B透镜组G2B从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2c～L2d、孔径光圈St及透镜L2e～L2i。第2C透镜组G2C包括透镜L2j。在对焦时，包括透镜L1e～L1f的聚焦组沿光轴Z移动，其他透镜相对于缩小侧的像面固定。
关于实施例2的成像光学系统，将基本透镜数据示于表4A及表4B，将规格及可变面间隔示于表5，将非球面系数示于表6，将放大倍率为150倍时的各像差图示于图9。
[表4A]
实施例2
Sn R D Nd vd
*1 -6.8855 1.1207 1.53158 55.08
*2 -116.6671 0.8436
3 9.6495 0.3602 1.77250 49.60
4 4.8145 0.9983
5 7.2425 0.2502 1.84666 23.78
6 3.6787 1.0012
7 6.6646 0.2201 1.77250 49.60
8 2.9050 3.4082
9 -4.0598 1.3636 1.48749 70.44
10 -13.5331 0.0821
11 -9.7629 1.4920 1.51742 52.43
12 -6.3859 0.4480
13 17.7308 0.9969 1.80518 25.45
14 -63.0826 0.7237
15 ∞ 0.9640 1.77250 49.60
16 -11.8063 8.7657
17 7.5722 2.5109 1.49700 81.61
18 -7.5722 0.2602 1.84666 23.78
19 5.9857 3.2424 1.59282 68.62
20 -8.6865 0.7441
*21 -14.2751 0.8005 1.51633 64.06
*22 -9.4643 5.2866
23 12.8331 1.6965 1.84666 23.78
24 -2161.2830 DD[24]
[表4B]
实施例2
Sn R D Nd vd
25 10.7580 0.2001 1.84666 23.78
26 4.8489 1.5972 1.80610 33.27
27 -41.8260 DD[27]
28 -69.1947 0.1801 1.84666 23.78
29 4.1228 0.9922 1.51633 64.14
30 ∞ 0.9241
31(St) ∞ 0.1205
32 9.3787 0.6609 1.80518 25.42
33 -14.7696 2.8534
34 -5.0032 0.5421 1.71300 53.87
35 -3.7019 0.5905
36 -3.1420 0.2001 1.79952 42.22
37 6.6287 1.3838 1.49700 81.61
38 -7.2179 0.1853
39 27.1496 1.6390 1.49700 81.54
40 -4.7038 DD[40]
41 53.6276 1.0001 1.84666 23.78
42 -19.7826 2.5705
43 ∞ 4.6031 1.51633 64.14
44 ∞ 0.6004 1.48749 70.44
45 ∞
[表5]
实施例2
WIDE TELE
Zr 1.0 1.1
|f| 1.000 1.100
FNo. 2.39 2.47
2ω(°) 136.8 133.0
DD[24] 19.5952 18.3401
DD[27] 2.7914 3.2528
DD[40] 0.4142 1.2079
[表6]
实施例2
Sn 1 2
KA -8.30027821569107E-01 -5.00000005665530E+00
A3 2.86937489077105E-02 2.96265447374858E-02
A4 -3.29992974657717E-03 -5.86841467348837E-03
A5 8.16601215301301E-04 2.46120301873704E-03
A6 -3.11271928059041E-05 -1.03446165478823E-03
A7 -2.37480189728121E-04 1.06690256892135E-04
A8 8.75434319592270E-05 5.45219594290493E-05
A9 -3.26931365442002E-08 -9.27055924220208E-06
A10 -5.02107092597380E-06 -2.99680430278195E-06
A11 6.06446805309123E-07 6.39987908640128E-07
A12 1.10017138503887E-07 7.33389489836210E-08
A13 -2.45318756811168E-08 -2.13380644352866E-08
A14 -6.79255921967215E-10 -6.23749194759365E-10
A15 4.33089041373058E-10 3.66685920340150E-10
A16 -1.12175874171959E-11 -4.78959384998437E-12
A17 -3.68850843872321E-12 -3.19720138191849E-12
A18 1.98497326488603E-13 1.22869638460357E-13
A19 1.23766649646723E-14 1.11476203073967E-14
A20 -8.82300284285872E-16 -6.15558109261630E-16
Sn 23 24
KA 1.00000000000000E+00 1.00000000000000E+00
A3 -4.18881105695739E-19 1.25646409406062E-18
A4 4.07855070799401E-03 6.17611783963509E-03
A5 -8.47002334647723E-04 -1.92323800389436E-03
A6 3.29209729555419E-04 8.29178393432841E-04
A7 1.30322403569717E-04 1.92248332971358E-04
A8 -1.44310372310190E-04 -2.46344603563535E-04
A9 -1.61671131618798E-05 3.79287751156682E-06
A10 2.08152222627235E-05 2.56224505379419E-05
A11 1.58458907925285E-06 -1.27716691013976E-06
A12 -1.83389583887279E-06 -1.61734856826677E-06
A13 -1.10141090452668E-07 6.27141010605085E-08
A14 1.05529039250712E-07 7.10417208242781E-08
A15 4.57150399496241E-09 -1.05311309294541E-09
A16 -3.78533494274017E-09 -2.13601817684698E-09
A17 -9.79005535273583E-11 -1.83629693992993E-12
A18 7.55539095394374E11 3.82847081286521E11
A19 8.23236920341447E-13 1.54631236610245E-13
A20 -6.35087931229575E-13 -2.98739191017816E-13
[实施例3]
将实施例3的成像光学系统的透镜结构和光束的剖视图示于图10。实施例3的成像光学系统为变焦透镜，其从放大侧向缩小侧依次包括第1光学系统G1和第2光学系统G2。在第1光学系统G1与第2光学系统G2之间形成有中间像MI。第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1m。第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括第2A透镜组G2A、第2B透镜组G2B及第2C透镜组G2C。变倍时，第2A透镜组G2A及第2B透镜组G2B改变相互间隔而移动，第1光学系统G1及第2C透镜组G2C相对于像面固定。第2A透镜组G2A从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2b。第2B透镜组G2B从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2c～L2d、孔径光圈St及透镜L2e～L2i。第2C透镜组G2C包括透镜L2j。在对焦时，包括透镜L1e～L1f的聚焦组沿光轴Z移动，其他透镜相对于缩小侧的像面固定。
关于实施例3的成像光学系统，将基本透镜数据示于表7A及表7B，将规格及可变面间隔示于表8，将非球面系数示于表9，将放大倍率为150倍时的各像差图示于图11。
[表7A]
实施例3
Sn R D Nd vd
*1 -6.8896 1.1208 1.53158 55.08
*2 -115.9852 0.8488
3 9.6318 0.3603 1.77250 49.60
4 4.8172 0.9955
5 7.2434 0.2502 1.84666 23.78
6 3.6775 1.0029
7 6.6702 0.2202 1.77250 49.60
8 2.9042 3.4089
9 -4.0577 1.3618 1.48749 70.44
10 -13.5204 0.0819
11 -9.7773 1.4911 1.51742 52.43
12 -6.3920 0.4484
13 17.6262 1.0004 1.80518 25.45
14 -64.0709 0.7458
15 ∞ 0.9356 1.77250 49.60
16 -11.8235 8.7708
17 7.5776 2.5095 1.49700 81.61
18 -7.5776 0.2602 1.84666 23.78
19 5.9843 3.2402 1.59282 68.62
20 -8.6573 0.7438
*21 -14.2617 0.8006 1.51633 64.06
*22 -9.4806 5.2899
23 12.7876 1.6962 1.84666 23.78
24 ∞ DD[24]
[表7B]
实施例3
Sn R D Nd vd
25 10.7425 0.2001 1.84666 23.78
26 4.8597 1.5346 1.80610 33.27
27 -41.2062 DD[27]
28 -67.9167 0.1801 1.84666 23.78
29 4.1247 1.0073 1.51633 64.14
30 ∞ 0.9006
31(St) ∞ 0.1363
32 9.4289 0.6434 1.80518 25.42
33 -14.8126 2.8544
34 -4.9948 0.5411 1.71300 53.87
35 -3.7011 0.5904
36 -3.1425 0.2001 1.79952 42.22
37 6.6324 1.3907 1.49700 81.61
38 -7.1929 0.1769
39 27.0480 1.6356 1.49700 81.54
40 -4.7036 DD[40]
41 53.4429 1.0687 1.84666 23.78
42 -19.7608 2.5674
43 ∞ 4.6032 1.51633 64.14
44 ∞ 0.6004 1.48749 70.44
45 ∞
[表8]
实施例3
WIDE TELE
Zr 1.0 1.1
|f| 1.000 1.100
FNo. 2.39 2.47
2ω(°) 136.8 133.0
DD[24] 19.5897 18.3388
DD[27] 2.7933 3.2513
DD[40] 0.4156 1.2085
[表9]
实施例3
Sn 1 2
KA -8.32134248148113E-01 -5.00000611834901E+00
A3 2.90677620147017E-02 3.01974176150159E-02
A4 -3.26941833062451E-03 -6.02494815967902E-03
A5 7.22587436512917E-04 2.38007561087221E-03
A6 -3.82225870559143E-05 -1.01060616874497E-03
A7 -2.26072998546171E-04 1.11136922306827E-04
A8 8.85519332888574E-05 5.36471861279951E-05
A9 -1.04142912197001E-06 -9.35123103229330E-06
A10 -5.04664662066249E-06 -3.02628290060371E-06
A11 6.57825746912823E-07 6.37919253518892E-07
A12 1.08751353455239E-07 7.67069208536808E-08
A13 -2.60050102443747E-08 -2.12171938589964E-08
A14 -5.96274344825609E-10 -7.37579764474334E-10
A15 4.56709802068118E-10 3.64474983980394E-10
A16 -1.30343904157748E-11 -2.87260515001081E-12
A17 -3.88652832533741E-12 -3.17886639644375E-12
A18 2.16551849912005E-13 1.06509140686731E-13
A19 1.30530262721347E-14 1.10897221183732E-14
A20 -9.51088899628957E-16 -5.59102954685875E-16
Sn 21 22
KA 1.00000000000000E+00 1.00000000000000E+00
A3 8.38082190789966E-19 -2.38871709869917E-18
A4 4.82627093873977E-03 7.04083511945269E-03
A5 -1.20937872377020E-03 -2.51063298603793E-03
A6 7.95641419412736E-05 7.46364597777118E-04
A7 2.84968430234922E-04 3.31911248558360E-04
A8 -1.09632962890329E-04 -2.54349717214323E-04
A9 -4.55314482686805E-05 -1.04625077116178E-05
A10 1.91425294953281E-05 2.75618903368725E-05
A11 4.58766200058006E-06 -5.84612358464615E-07
A12 -1.90796459779882E-06 -1.74877251955991E-06
A13 -2.87482219103590E-07 5.05210756562753E-08
A14 1.18144385380296E-07 7.45493765842238E-08
A15 1.06283384139496E-08 -1.27234127354267E-09
A16 -4.39233163726374E-09 -2.13884839458125E-09
A17 -2.09059134002855E-10 9.79437020707889E-12
A18 8.88505342705927E11 3.67669068741630E11
A19 1.67193512333768E-12 2.83220997221260E-14
A20 -7.48079430326800E-13 -2.78919639793520E-13
[实施例4]
将实施例4的成像光学系统的透镜结构和光束的剖视图示于图12。实施例4的成像光学系统为变焦透镜，其从放大侧向缩小侧依次包括第1光学系统G1和第2光学系统G2。在第1光学系统G1与第2光学系统G2之间形成有中间像MI。第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1n。第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括第2A透镜组G2A、第2B透镜组G2B及第2C透镜组G2C。变倍时，第2A透镜组G2A及第2B透镜组G2B改变相互间隔而移动，第1光学系统G1及第2C透镜组G2C相对于像面固定。第2A透镜组G2A从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2b。第2B透镜组G2B从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2c～L2d、孔径光圈St及透镜L2e～L2j。第2C透镜组G2C包括透镜L2k。在对焦时，包括透镜L1e～L1f的聚焦组沿光轴Z移动，其他透镜相对于缩小侧的像面固定。
关于实施例4的成像光学系统，将基本透镜数据示于表10A及表10B，将规格及可变面间隔示于表11，将非球面系数示于表12，将放大倍率为150倍时的各像差图示于图13。
[表10A]
实施例4
Sn R D Nd vd
*1 -6.5174 1.1220 1.53158 55.08
*2 -80.9120 0.7204
3 9.7069 0.3607 1.77250 49.62
4 4.6728 1.0349
5 7.0426 0.2505 1.84666 23.78
6 3.6305 0.9412
7 6.2331 0.2204 1.77250 49.62
8 2.8379 3.4364
9 -3.9908 1.3742 1.48749 70.42
10 -14.5015 0.0866
11 -9.7024 1.5084 1.51742 52.19
12 -6.2157 0.4074
13 17.0987 0.4537 1.80518 25.46
14 -77.2644 0.3481
15 ∞ 2.2927 1.77249 49.58
16 -11.5920 8.5350
17 8.1972 2.4164 1.49700 81.61
18 -6.8302 0.2605 1.84666 23.78
19 -84.5777 0.3106
20 ∞ 0.2505 1.84666 23.78
21 6.1517 3.1537 1.59282 68.62
22 -8.4172 0.5510
*23 -10.5813 0.8015 1.51649 64.00
*24 -8.0156 5.5260
25 13.7089 1.6570 1.84666 23.79
26 -257.5877 DD[26]
[表10B]
实施例4
Sn R D Nd vd
27 9.0401 0.2004 1.84666 23.78
28 4.1389 1.6670 1.80610 33.27
29 ∞ DD[29]
30 28.0617 0.1803 1.84666 23.79
31 4.0750 0.0210
32 4.2124 0.9617 1.51680 64.21
33 ∞ 1.3164
34(St) ∞ 0.6612
35 7.4977 0.6973 1.80518 25.45
36 -12.8277 1.7011
37 -5.2953 0.1803 1.91083 35.26
38 16.5075 0.0262
39 21.5621 1.2743 1.48749 70.42
40 -3.1501 0.4448
41 -3.0305 0.2004 1.80401 46.57
42 10.4311 0.0202
43 11.3321 1.2723 1.49700 81.59
44 -4.9854 0.0801
45 23.3113 1.5929 1.49700 81.59
46 -5.0487 DD[46]
47 40.8512 0.6492 1.84666 23.79
48 -23.8677 2.5736
49 ∞ 4.6084 1.51633 64.14
50 ∞ 0.6011 1.48749 70.44
51 ∞
[表11]
实施例4
WIDE TELE
Zr 1.0 1.1
|f| 1.000 1.100
FNo. 2.30 2.39
2ω(°) 137.4 133.6
DD[26] 19.1962 17.8597
DD[29] 2.7430 3.2211
DD[46] 0.4007 1.2591
[表12]
实施例4
Sn 1 2
KA -7.61482685625062E-01 -3.48820069068000E-02
A3 4.48718620163584E-02 5.26539429009046E-02
A4 -1.25772376578764E-02 -2.35192827713908E-02
A5 1.17328974454347E-03 6.09684940425733E-03
A6 1.01150440615941E-03 -3.45842722148364E-04
A7 -4.71087645667198E-04 -1.93057761376087E-04
A8 5.32606619184818E-05 5.25113521330363E-06
A9 1.64402892568592E-05 2.37333347730899E-05
A10 -5.33677323459338E-06 -5.38557720854881E-06
A11 1.01752307653625E-07 -4.16550452563486E-07
A12 1.56359748385448E-07 2.73855412981765E-07
A13 -1.73864392822687E-08 -1.44951161570651E-08
A14 -1.82500146779321E-09 -5.54968462788549E-09
A15 4.04244560136768E-10 6.68051901507013E-10
A16 7.23061816136780E-13 4.19540150418387E11
A17 -3.99331066614575E-12 -9.81488014276557E-12
A18 1.54374047192545E-13 1.26824795376705E-13
A19 1.49100996101607E-14 5.03747976356693E-14
A20 -9.08964200558995E-16 -2.37731880897422E-15
Sn 23 24
KA 1.00000000000000E+00 1.00000000000000E+00
A3 0.00000000000000E+00 0.00000000000000E+00
A4 7.15591450372122E-03 9.08219004449408E-03
A5 -7.28524932121258E-04 -2.16902335677088E-03
A6 -2.09657235618946E-04 7.63384665063739E-04
A7 1.17197447730854E-04 1.12209225993568E-04
A8 -8.32628208165924E-05 -2.81537578189635E-04
A9 -1.03924089404257E-05 4.03326112910139E-05
A10 1.53231447272433E-05 2.80828926771231E-05
A11 6.23607845585638E-07 -6.42560572520872E-06
A12 -1.42481529337400E-06 -1.40429736602950E-06
A13 -3.64647242255253E-08 4.20407043947482E-07
A14 8.32111465848716E-08 3.71655073382448E-08
A15 1.64435005616520E-09 -1.43756290825877E-08
A16 -3.00484641194511E-09 -4.48943083704988E-10
A17 -3.92053540813775E-11 2.53144261697222E-10
A18 6.02641609392248E11 4.34490124357363E-13
A19 3.53747727584050E-13 -1.81671241627088E-12
A20 -5.08288253295518E-13 2.64222121888157E-14
[实施例5]
将实施例5的成像光学系统的透镜结构和光束的剖视图示于图14。实施例5的成像光学系统为变焦透镜，其从放大侧向缩小侧依次包括第1光学系统G1和第2光学系统G2。在第1光学系统G1与第2光学系统G2之间形成有中间像MI。第1光学系统G1从放大侧向缩小侧依次包括透镜L1a～L1n。第2光学系统G2从放大侧向缩小侧依次包括第2A透镜组G2A、第2B透镜组G2B及第2C透镜组G2C。变倍时，第2A透镜组G2A及第2B透镜组G2B改变相互间隔而移动，第1光学系统G1及第2C透镜组G2C相对于像面固定。第2A透镜组G2A从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2a～L2b。第2B透镜组G2B从放大侧向缩小侧依次包括透镜L2c～L2d、孔径光圈St及透镜L2e～L2j。第2C透镜组G2C包括透镜L2k。在对焦时，包括透镜L1e～L1f的聚焦组沿光轴Z移动，其他透镜相对于缩小侧的像面固定。
关于实施例5的成像光学系统，将基本透镜数据示于表13A及表13B，将规格及可变面间隔示于表14，将非球面系数示于表15，将放大倍率为150倍时的各像差图示于图15。
[表13A]
实施例5
Sn R D Nd vd
*1 -6.3776 1.1213 1.53158 55.08
*2 -66.0156 0.7540
3 9.9130 0.3604 1.77250 49.60
4 4.7233 1.0153
5 6.9529 0.2503 1.84666 23.78
6 3.7029 1.0288
7 6.9047 0.2203 1.77250 49.60
8 2.8722 3.2221
9 -4.2714 1.4054 1.48749 70.44
10 -17.4782 0.1412
11 -9.4135 1.4689 1.51742 52.43
12 -6.0983 0.3843
13 18.1137 0.6406 1.80518 25.45
14 -64.7909 1.7173
15 ∞ 2.1128 1.77250 49.60
16 -11.5214 9.0373
17 8.6480 2.1030 1.49700 81.61
18 -8.6478 0.2603 1.84666 23.78
19 -144.7073 0.2703
20 108.9318 0.2503 1.84666 23.78
21 5.6141 3.3583 1.59282 68.62
22 -8.6386 0.1001
*23 -10.7269 0.8009 1.51633 64.06
*24 -11.0126 5.6053
25 12.3472 1.6685 1.84666 23.78
26 182.4267 DD[26]
[表13B]
实施例5
Sn R D Nd vd
27 9.6676 0.2002 1.84666 23.78
28 4.4854 1.5066 1.80610 33.27
29 -106.2914 DD[29]
30 25.1177 0.1802 1.84666 23.78
31 4.0649 0.0200
32 4.1974 0.9611 1.51633 64.14
33 ∞ 1.3951
34(St) ∞ 0.6581
35 7.5593 0.6392 1.80518 25.46
36 -13.7539 1.5774
37 -6.1630 0.1802 1.91082 35.25
38 12.1599 0.0227
39 14.2825 1.4015 1.48749 70.44
40 -3.1590 0.3921
41 -2.9758 0.2002 1.80400 46.58
42 9.9854 0.0206
43 10.8574 1.2472 1.49700 81.61
44 -4.9723 0.1191
45 20.2892 1.6008 1.49700 81.54
46 -5.1198 DD[46]
47 40.2369 0.6614 1.84666 23.78
48 -23.8510 2.5516
49 ∞ 4.6053 1.51633 64.14
50 ∞ 0.6007 1.48749 70.44
51 ∞
[表14]
实施例5
WIDE TELE
Zr 1.0 1.1
|f| 1.000 1.100
FNo. 2.30 2.38
2ω(°) 136.8 133.0
DD[26] 18.9861 17.6674
DD[29] 2.6768 3.1313
DD[46] 0.4154 1.2796
[表15]
实施例5
Sn 1 2
KA -7.15470538502235E-01 -4.56118921079977E+00
A3 4.10323205834210E-02 4.62472289173492E-02
A4 -1.10384947754803E-02 -1.94926336851639E-02
A5 1.18913447850064E-03 4.40829250667600E-03
A6 8.20104189028415E-04 -1.64148225673701E-04
A7 -4.32143042120906E-04 -3.64071229376077E-05
A8 6.66278123522852E-05 -1.53716983422264E-05
A9 1.16391301909143E-05 4.84520522952626E-06
A10 -5.73083981809694E-06 -1.41712735308070E-06
A11 3.68934465172774E-07 3.59442604243119E-07
A12 1.54984972722772E-07 3.91431527699028E-08
A13 -2.54284422747766E-08 -2.75299856754701E-08
A14 -1.43776887285310E-09 1.16650541540924E-09
A15 5.39034050058256E-10 6.91105991870856E-10
A16 -9.16925988338114E-12 -5.98489640942480E-11
A17 -5.17699658569321E-12 -7.91501770391064E-12
A18 2.60832568970038E-13 8.83592527581799E-13
A19 1.91567367350475E-14 3.45177029879595E-14
A20 -1.34084259768630E-15 -4.46897149939444E-15
Sn 23 24
KA 1.00000000000000E+00 1.00000000000000E+00
A3 4.26081546872723E-19 -1.27394241987954E-18
A4 1.27411628761839E-02 1.42640155482926E-02
A5 -4.58484415197001E-03 -5.74120819153891E-03
A6 -1.24148699741969E-03 -2.51150236039116E-04
A7 1.26901730758177E-03 1.10032828584663E-03
A8 -9.33972818151575E-05 -2.66544756320036E-04
A9 -1.66452551610536E-04 -8.98012672474095E-05
A10 3.38471766885409E-05 4.11446892500570E-05
A11 1.21241947942342E-05 2.88784685612592E-06
A12 -3.50510327169632E-06 -2.95600431778249E-06
A13 -5.22196488260713E-07 4.52487192926233E-08
A14 1.94311333436455E-07 1.19072109386391E-07
A15 1.32100575840902E-08 -6.17613520402756E-09
A16 -6.24243689970706E-09 -2.72290594172356E-09
A17 -1.79441333595573E-10 1.69443784624048E-10
A18 1.10101765933267E-10 3.23937952575278E11
A19 9.84166157100602E-13 -1.58382732848104E-12
A20 -8.28474968053203E-13 -1.49618331491770E-13
表16中示出实施例1～5的成像光学系统的条件式(1)、(2)及(6)～(9)的对应值，表17中示出与条件式相关的数值。表16及表17中示出广角端的d线基准下的值。表16及表17所示的值为按规定的位数舍入的值。
[表16]
式编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
(1) Ymax/|f| 2.60 2.60 2.63 2.60 2.60
(2) |f|/fA 0.0217 0.0194 0.0193 0.0173 -0.0001
(6) |Ra2/H2| 2.04 2.47 2.46 2.10 2.87
(7) (1/Rb1-1/Rb2)×|f| -0.037 -0.037 -0.035 -0.031 -0.051
(8) |H2/(2.5×f) 1.53 1.53 1.54 1.52 1.53
(9) |Hmax/H2| 1.36 1.36 1.35 1.36 1.37
[表17]
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
|f| 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
Ymax 2.60 2.60 2.63 2.60 2.60
fA 46.09 51.47 51.82 57.85 -17604
Ra1 -11.2155 -14.2751 -14.2617 -10.5813 -10.7269
Ra2 -7.8084 -9.4643 -9.4806 -8.0156 -11.0126
|H1| 3.72 3.72 3.74 3.70 3.70
|H2| 3.83 3.83 3.85 3.81012 3.83
Rb1 -25.128 -24.708 -26.909 -28.843 -19.180
Rb2 -343.465 -260.673 -549.211 -241.143 -794.019
|Hmax| 5.21 5.21 5.19 5.17 5.267
由以上数据可知，实施例1～5的成像光学系统的广角端的F值为2.4以下，广角端的全视角为130度以上，结构小，具有优异的制造性及组装性，各像差得到良好的校正而实现了高光学性能。
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16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16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系统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、用于彩色合成的十字分色棱镜14、聚光透镜16a～16c及用于偏转光路的全反射镜18a～18c。另外，在图16中概略地图示了成像光学系统10。并且，在光源15与分色镜12之间配置有积分器，但在图16中省略了其图示。
来自光源15的白色光在分色镜12、13中分解成三个色光光束(绿色光、蓝色光、红色光)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而被调制，并通过十字分色棱镜14进行彩色合成之后，入射于成像光学系统10。成像光学系统10将基于由透射型显示元件11a～11c调制的调制光的光学像投射到屏幕105上。
图17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17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系统210、光源215、与各色光对应的作为光阀的DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件：注册商标)元件21a～21c、用于分色及彩色合成的TIR(Total Internal Reflection，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17中概略地图示了成像光学系统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17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分解成三个色光光束(绿色光、蓝色光、红色光)。分解后的各色光光束分别入射于对应的DMD元件21a～21c而被调制，并再次在TIR棱镜24a～24c中向相反方向行进而进行彩色合成之后，透射偏振光分离棱镜25而入射于成像光学系统210。成像光学系统210将基于由DMD元件21a～21c调制的调制光的光学像投射到屏幕205上。
图18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18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系统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、用于彩色合成的十字分色棱镜34、用于偏转光路的全反射镜38及偏振光分离棱镜35a～35c。另外，在图18中概略地图示了成像光学系统310。并且，在光源315与分色镜32之间配置有积分器，但在图18中省略了其图示。
来自光源315的白色光通过分色镜32、33分解成三个色光光束(绿色光、蓝色光、红色光)。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而被调制，并通过十字分色棱镜34进行彩色合成之后，入射于成像光学系统310。成像光学系统310将基于由反射型显示元件31a～31c调制的调制光的光学像投射到屏幕305上。
图19及图20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19表示从正面侧观察相机400的立体图，图20表示从背面侧观察相机400的立体图。相机400可装卸自如地安装可换镜头48，是无反射镜型单镜头式数码相机。可换镜头48在镜筒内容纳有本发明的实施方式所涉及的成像光学系统49。
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及电源按钮43。并且，在相机主体41的背面设置有操作部44、操作部45及显示部46。显示部46显示所拍摄的图像及拍摄前的视角内存在的图像。
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形成的被摄体像对应的摄像信号的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(未图示)及用于记录该生成的图像的记录介质(未图示)等。在相机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的技术进行了说明，但本发明的技术并不限定于上述实施方式及实施例，可以进行各种变形。例如，各透镜的曲率半径、面间隔、折射率、色散系数及非球面系数等并不限定于上述各数值实施例中示出的值，可以采用其他值。
并且，本发明的技术所涉及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可以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 Emitting Diode，发光二极管)或OLED(OrganicLight Emitting 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，本发明的技术所涉及的摄像装置也不限定于上述结构，例如可以设为无反射镜型以外的相机、胶片相机、摄像机及电影摄影机等各种方式。
符号说明
1、10、49、210、310-成像光学系统，2-轴上光束，3-最大像高的光束，4-光线，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，100、200、300-投射型显示装置，105、205、305-屏幕，400-相机，C1-球面，C2-球面，Cp-球面，f-焦距，G1-第1光学系统，G2-第2光学系统，G2A-第2A透镜组，G2B-第2B透镜组，G2C-第2C透镜组，H1-高度，H2-高度，Hmax-高度，L1a～L1n、L2a～L2k-透镜，LS-特定透镜，MI-中间像，Np-法线，O1-中心，O2-中心，OP-交点，P-点，P1-点，P2-点，PP-光学部件，R1-反射镜，R2-反射镜，Ra1-近轴曲率半径，Ra2-近轴曲率半径，Rbp-局部曲率半径，SA-透镜面，Scr-屏幕，Sim-图像显示面，St-孔径光圈，Ymax-最大像高，Z-光轴。

Claims (18)

1.一种成像光学系统，其从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1光学系统和第2光学系统，
在所述第1光学系统与所述第2光学系统之间的光路上形成中间像，
所述第1光学系统包括至少一片非球面透镜，
所述第1光学系统中所包括的非球面透镜中在光路上最靠近所述中间像的非球面透镜即特定透镜在近轴区域具有凸面朝向缩小侧的弯月形状，
将透镜面上的某个点P处的法线与光轴的交点至所述点P为止的距离设为所述点P处的局部曲率半径，并且关于所述局部曲率半径的符号，在所述交点比所述点P更靠放大侧时设为负，在所述交点比所述点P更靠缩小侧时设为正，在这种情况下，
所述特定透镜的缩小侧的面的有效直径内的任意点处的局部曲率半径的符号为负，
将所述成像光学系统的缩小侧的最大像高设为Ymax，
将所述成像光学系统的焦距设为f，
将所述特定透镜的焦距设为fA，
将所述特定透镜的放大侧的面的近轴曲率半径设为Ra1，
将所述特定透镜的缩小侧的面的近轴曲率半径设为Ra2，
将从所述成像光学系统的缩小侧的像面与光轴平行地以距光轴2.5×|f|的高度入射于所述成像光学系统的光线与所述特定透镜的放大侧的面的交点处的局部曲率半径设为Rb1，
将所述光线与所述特定透镜的缩小侧的面的交点处的局部曲率半径设为Rb2，
将所述特定透镜的缩小侧的面上的所述光线距光轴的高度设为H2，
在所述成像光学系统为变倍光学系统时，将f、Rb1、Rb2及H2设为广角端的各值，在这种情况下，
所述成像光学系统满足下述条件式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)及(6)，
2.5≤Ymax/|f|≤2.9 (1)
-0.01＜|f|/fA＜0.03 (2)
|Ra1|＜|Rb1| (3)
|Ra2|＜|Rb2| (4)
|Rb1|＜|Rb2| (5)
1.65＜|Ra2/H2|＜3 (6)。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(7)，
-0.1＜(1/Rb1-1/Rb2)×|f|＜-0.015 (7)。
3.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
将所述特定透镜的放大侧的面上的所述光线距光轴的高度设为H1，
在所述成像光学系统为变倍光学系统时，将H1设为广角端的值，在这种情况下，
距光轴半径|H1|内的所述特定透镜的放大侧的面在光轴外位于比半径为|Ra1|、在光轴上具有中心且穿过所述特定透镜的放大侧的面与光轴的交点的球面更靠缩小侧的位置，
距光轴半径|H2|内的所述特定透镜的缩小侧的面在光轴外位于比半径为|Ra2|、在光轴上具有中心且穿过所述特定透镜的缩小侧的面与光轴的交点的球面更靠缩小侧的位置。
4.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(8)，
1.35＜|H2/(2.5×f)|＜1.8 (8)。
5.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
在将一个透镜成分设为一个接合透镜或一个单透镜时，
将所述第1光学系统的最靠缩小侧的透镜成分的与光轴相交的两个空气接触面上的所述光线距光轴的高度、及所述第2光学系统的最靠放大侧的透镜成分的与光轴相交的两个空气接触面上的所述光线距光轴的高度中最大的高度设为Hmax，
在所述成像光学系统为变倍光学系统时，将Hmax设为广角端的值，在这种情况下，
所述成像光学系统满足下述条件式(9)，
1＜|Hmax/H2|＜1.8 (9)。
6.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
所述特定透镜的放大侧的面的有效直径内的任意点处的局部曲率半径的符号为负。
7.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
在所述成像光学系统的内部配置有至少一个将光路折弯的光路偏转部件。
8.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统为变焦光学系统。
9.根据权利要求8所述的成像光学系统，其中，
所述第2光学系统包括变倍时移动的透镜组。
10.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，
缩小侧以远心的方式构成。
11.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(1-1)，
2.5≤Ymax/|f|≤2.7 (1-1)。
12.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(2-1)，
-0.01＜|f|/fA＜0.025 (2-1)。
13.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(6-1)，
1.75＜|Ra2/H2|＜3 (6-1)。
14.根据权利要求2所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(7-1)，
-0.1＜(1/Rb1-1/Rb2)×|f|＜-0.02 (7-1)。
15.根据权利要求4所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(8-1)，
1.45＜|H2/(2.5×f)|＜1.8 (8-1)。
16.根据权利要求5所述的成像光学系统，其中，
所述成像光学系统满足下述条件式(9-1)，
1＜|Hmax/H2|＜1.5 (9-1)。
17.一种投射型显示装置，其具备：
光阀，输出光学像；及
权利要求1至16中任一项所述的成像光学系统，
所述成像光学系统将从所述光阀输出的所述光学像投射到屏幕上。
18.一种摄像装置，其具备权利要求1至16中任一项所述的成像光学系统。
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