JP2017032927A - 結像光学系、画像投射装置、および、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカシングの際に、歪曲収差の変動を低減しつつ像面湾曲を補正可能な結像光学系を提供する。【解決手段】拡大共役側から縮小共役側へ順に、第１群と、第２群と、第３群と、正のパワーを有する第４群とから構成される結像光学系であって、結像光学系は中間実像を形成するように構成されており、第１群と、第２群と、第３群と、第４群とのうち隣接する各群の間隔はフォーカシングの際に変化し、フォーカシングに際し、第１群は固定であり、少なくとも第２群および第３群は移動する。【選択図】図１

Description

本発明は、結像光学系に係り、特に画角の広い結像光学系に関する。

近年、画像投射装置の設置スペースの制約やプレゼンテータが投写光を気にせずにプレゼンテーションを行うため、広角短投写の画像投射装置が要求されている。

特許文献１には、屈折光学系内に中間実像を形成する赤外線ズームレンズが開示されている。特許文献２には、広い画角を有しつつ、歪曲収差を良好に補正可能な、中間実像を形成する結像光学系が開示されている。

特許第５１２６６６９号 特開２０１４−２９３９２号公報

しかしながら、特許文献１の赤外線ズームレンズでは、最も拡大共役側に配された第１レンズ群を移動させることにより合焦を行う。このような合焦方式では、画角の広いレンズにおいてズーミングを行う場合、移動群内における軸外主光線の高さ変動が大きいことにより、歪曲収差の変動を低減しつつ合焦することは困難である。

特許文献２の結像光学系は、中間実像と縮小共役面との間のレンズを移動させることにより合焦を行う。このような合焦方式では、リレー部にのみ移動群を設けることにより、像面湾曲の補正の際における歪曲収差の変動を低減可能であるが、中間実像に対する広角部のバックフォーカスが変動する。この結果、広角部で像面湾曲が発生し、リレー部のみで像面湾曲を良好に補正することは困難である。

そこで本発明は、フォーカシングの際に、歪曲収差の変動を低減しつつ像面湾曲を補正可能な結像光学系、画像投射装置、および、撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての結像光学系は、拡大共役側から縮小共役側へ順に、第１群と、第２群と、第３群と、正のパワーを有する第４群とから構成される結像光学系であって、前記結像光学系は、中間実像を形成するように構成されており、前記第１群と、前記第２群と、前記第３群と、前記第４群とのうち隣接する各群の間隔は、フォーカシングの際に変化し、前記フォーカシングに際し、前記第１群は固定であり、少なくとも前記第２群および前記第３群は移動する。

本発明の他の側面としての画像投射装置は、光を変調する光変調素子と、前記光変調素子からの光を被投射面に投射する前記結像光学系とを有する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、前記結像光学系と、前記結像光学系を介して形成された光学像を光電変換して画像データを出力する撮像素子とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、フォーカシングの際に、歪曲収差の変動を低減しつつ像面湾曲を補正可能な結像光学系、画像投射装置、および、撮像装置を提供することができる。

実施例１における結像光学系の断面図である。 実施例１における結像光学系の収差図（物体距離：３６０ｍｍ）である。 実施例１における結像光学系の収差図（物体距離：２００ｍｍ）である。 実施例１における結像光学系の収差図（物体距離：１０００ｍｍ）である。 実施例２における結像光学系の断面図である。 実施例２における結像光学系の収差図（物体距離：３６０ｍｍ）である。 実施例２における結像光学系の収差図（物体距離：２００ｍｍ）である。 実施例２における結像光学系の収差図（物体距離：１０００ｍｍ）である。 実施例３における結像光学系の断面図である。 実施例３における結像光学系の収差図（物体距離：３６０ｍｍ）である。 実施例３における結像光学系の収差図（物体距離：１８０ｍｍ）である。 実施例３における結像光学系の収差図（物体距離：２０００ｍｍ）である。 実施例４における結像光学系の断面図である。 実施例４における結像光学系の収差図（物体距離：３６８．５ｍｍ）である。 実施例４における結像光学系の収差図（物体距離：２７０ｍｍ）である。 実施例４における結像光学系の収差図（物体距離：１０００ｍｍ）である。 実施例５における画像投射装置の概略図である。 実施例６における撮像装置の概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態の結像光学系は、拡大共役側から縮小共役側へ順に、凸面鏡、第１光学系、中間実像、および、第２光学系からなる光学系であって、適切なフォーカス群を選定することにより、遠方端から至近端にかけて良好に歪曲収差を低減しつつ像面湾曲を補正する。また本実施形態の結像光学系は、再結像型屈折光学系であり、中間実像を挟み拡大共役側に配される第１光学系と縮小共役側に配される第２光学系とで収差補正の分担を行う。このとき、遠方端（無限端）から至近端にかけて合焦する際、像面湾曲調整群として群内に中間実像を有するようフォーカス群を選定することにより、歪曲収差を低減しつつ像面湾曲調整を行う。

従来の広角系においては、合焦時の像面湾曲補正を、前球の負レンズを用いて行う方式が多い。しかし、この方式では、軸外主光線の高さ変動が大きく発生し、歪曲収差の変化が大きく発生してしまう。

また、再結像型屈折光学系において、合焦時の像面湾曲補正を、中間実像付近のレンズを移動させて行うと、第１光学系が有する画角に対し第２光学系の画角を小さくすることができる。このため、歪曲収差を良好に低減しつつ像面湾曲を補正することが可能となる。しかしながら、この移動群を第２光学系のみで構成する場合、中間実像に最も近いレンズに正レンズを配すると、合焦時の歪曲収差変動を低減することはできるが、軸外主光線が良好に分離されていない位置に非球面の負レンズを配する必要がある。このため、基準位置における歪曲収差の除去が困難である。

中間実像に最も近い位置に負レンズを配する場合、第２光学系の有する画角を低画角化することにより、合焦時の歪曲収差変動を低減することができる。しかしながら、この方法を採用すると、基準位置において歪曲収差補正を行うため、中間実像の近傍に配された負レンズを強パワー化することが必要である。このため、中間実像と第２光学系の絞りとの間に配される正レンズが大径化または多数化するという問題がある。

そこで本実施形態の結像光学系は、遠方から至近にかけての合焦時において、群内に中間実像を形成するフォーカス群を設ける。この結果、基準位置における歪曲収差を良好に除去し、かつ、合焦時の歪曲収差変動を低減しつつ像面湾曲を補正する合焦方式を提供することができる。

以下、各実施例において具体的に説明する。

まず、図１乃至図４を参照して、本発明の実施例１における結像光学系について説明する。図１は、本実施例における結像光学系１（広角レンズ）の断面図である。図２は、結像光学系１の収差図（物体距離：３６０ｍｍ）である。図３は、結像光学系１の収差図（物体距離：２００ｍｍ）である。図４は、結像光学系１の収差図（物体距離：１０００ｍｍ）である。図２乃至図４の各収差図において、ＦｎｏはＦ値、ωは画角である。各図の左側からそれぞれ、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差（倍率色収差）を示している。球面収差に関して、実線は波長５２５ｎｍ、一点鎖線は６２０ｎｍ、破線は４５０ｎｍの収差を示している。横軸のスケールはデフォーカス量であり、−０．１０〜＋０．１０［ｍｍ］である。非点収差に関して、実線はサジタル面、破線はメリディオナル面における像面湾曲をそれぞれ示している。横軸は、球面収差と同様である。歪曲収差に関しては、横軸のスケールが−１．０〜＋１．０［％］で示されている。倍率色収差に関して、波長５２５ｎｍに対して、６２０ｎｍと４５０ｎｍの倍率色収差を示しており、横軸は−０．０１〜＋０．０１［ｍｍ］である。この点は、後述の各実施例の収差図に関しても同様である。

本実施例の結像光学系１は、主に、画像投射装置（プロジェクタ）用の投写光学系として設計されている。ただし、本実施例の結像光学系は、これに限定されるものではなく、撮像装置などの他の光学系にも適用可能である。この結像光学系において、縮小共役面から出射した光は、第２光学系および第１光学系の順で通過し、凸面鏡ＭＲ（ミラー）で反射され、拡大共役面に向かう。本実施例において、最も凸面鏡ＭＲ側に配置されたレンズから順に（拡大共役側から縮小共役側へ順に）、第１レンズ、第２レンズ、…第Ｎレンズという。本実施例の結像光学系は、第１〜第１７レンズで構成されているが、これに限定されるものではない。

本実施例において、凸面鏡ＭＲから第８レンズにより第１光学系が構成され、第９レンズから第１７レンズにより第２光学系が構成される。また本実施例の結像光学系は、第８レンズと第９レンズとの間に中間実像ＩＲＩを形成するように構成されている。すなわち、第１光学系は中間実像ＩＲＩよりも拡大共役側に配置された光学系であり、第２光学系は中間実像ＩＲＩよりも縮小共役側に配置された光学系である。

本実施例において、凸面鏡ＭＲおよび第１レンズから第７レンズにより第１群（第１レンズ群）が構成される。なお本実施例の結像光学系において、凸面鏡ＭＲは第１群に含まれるが、凸面鏡ＭＲを第１群とは別に設けてもよい。同様に、本実施例において、第８レンズから第１０レンズにより第２群（第２レンズ群）、第１１レンズから第１５レンズ（絞りＳＴＯを含む）により第３群（第３レンズ群）、第１６レンズおよび第１７レンズにより第４群（第４レンズ群）が構成される。第１群から第４群は、隣接する各群の光軸ＯＡに沿った方向（光軸方向）における間隔が合焦（フォーカシング）の際に変化する群として定義される。

以下、本実施例における数値実施例１を示す。数値実施例１において、面番号は、拡大共役側から縮小共役側へ順に、凸面鏡ＭＲ（ミラー）と各レンズの面に付される番号を示している。ｒは曲率半径、ｄは面間隔（次の面との実空間距離）、ｎ_ｄ、ν_ｄはガラス材料のｄ線の屈折率およびアッベ数を示している。これらは、後述の数値実施例２、３に関しても同様である。また、面番号の左側に「＊」印が付記されている面は、以下の関数に従った非球面形状であることを示す。関数の各係数は、数値実施例１に示されている。また、ｙは径方向の座標、ｘは光軸方向の座標を示す。

ｘ＝（ｙ²／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ²／Ｒ²）｝^1/2］＋Ａｙ⁴＋Ｂｙ⁶＋Ｃｙ⁸＋Ｄｙ¹⁰＋Ｅｙ¹²＋Ｆｙ¹⁴＋Gｙ¹⁶

（数値実施例１）

本実施例の結像光学系１は、屈折光学系内に中間実像ＩＲＩを形成することにより、広角レンズにおいても最も拡大共役側に配されるレンズを小径化可能な光学系である。高画角の光学系では、遠方から至近への距離変化の際に像面湾曲が大きく発生するため、この像面湾曲を良好に補正することが必要である。

そこで本実施例の結像光学系１は、拡大共役側から縮小共役側へ向けて、正のパワーを有する第１群Ｂ１、正のパワーを有する第２群Ｂ２、正のパワーを有する第３群Ｂ３、および、正のパワーを有する第４群Ｂ４から構成される。また本実施例の結像光学系１は、遠方から至近への合焦（フォーカシング）に際し、第１群Ｂ１は固定であり、少なくとも第２群Ｂ２および第３群Ｂ３は移動するように構成されている。

第１群Ｂ１は、最も拡大共役側に設けられているため、群の移動による軸外主光線の高さ変動が大きい。そこで本実施例では、大きな歪曲収差の発生を低減するため、フォーカシングの際に第１群は固定される。一方、第２群Ｂ２および第３群Ｂ３は、遠方（無限）から至近へのフォーカシングの際、縮小共役側へ移動することにより、物体距離の変化に応じて発生する像面湾曲の補正と、光軸のピント移動とを補正することが可能となる。

本実施例の結像光学系１は、第２群Ｂ２の内部（本実施例では、第８レンズと第９レンズとの間）に中間実像ＩＲＩを形成する。また本実施例において、中間実像ＩＲＩの近傍に非球面の負レンズ（本実施例では、第９レンズ）を配置して移動させることにより、像面湾曲の補正を良好に行うことができる。ここで、第２群Ｂ２を、第１光学系の一部を含むように構成することにより、基準位置における歪曲収差補正、合焦時における歪曲収差変動低減、および、合焦時における像面湾曲補正を達成することができる。

仮に、第２光学系のうち最も中間実像ＩＲＩの近傍に正レンズを配置すると、軸外主光線が良好に分離されていない位置に非球面の負レンズを配置する必要がある。その結果、基準位置における歪曲収差補正を良好に行うことができない。また、第２光学系のうち最も中間実像ＩＲＩの近傍に非球面の負レンズを配置すると、合焦時における歪曲収差変動低減のために第２光学系の画角を低画角化する必要がある。しかし、ここに配置される非球面の負レンズは、第１光学系で発生した歪曲収差を補正するために強パワー化しなければならない。このため、以降の第２光学系の絞りＳＴＯまでに配置される正レンズが大径化または多数化してしまう。

本実施例の結像光学系１は、第３群Ｂ３の内部に絞りＳＴＯを含む。また結像光学系１は、絞りＳＴＯと縮小共役面との間（絞りＳＴＯよりも縮小共役側）において、少なくとも一つの負のパワーを有するレンズを含む。第３群Ｂ３の内部において、軸外主光線の高さ位置が絞りＳＴＯを挟み正負逆転することにより、合焦時の距離変動における軸外主光線の高さ変化の影響を低減することができる。また、絞りＳＴＯと縮小共役面との間に負のパワーを有するレンズを配置することにより、第２群により十分に補正できない像面湾曲を良好に補正することが可能となる。

仮に、第３群Ｂ３の内部に絞りＳＴＯが設けられてない場合、距離変動における軸外主光線の対称性の崩れにより、歪曲収差などが大きくなってしまう。また、絞りＳＴＯと縮小共役面との間に負のパワーを有するレンズが配置されていない場合、第２群Ｂ２のみで像面湾曲を補正する必要があるため、像面湾曲補正を良好に行うことが難しい。

好ましくは、本実施例の結像光学系１は、以下の条件式（１）を満たす。

０．０１０＜｜ｆ／ｆ＿Ｂ３｜＜０．５００ … （１）
より好ましくは、本実施例の結像光学系１は、以下の条件式（１ａ）を満たす。

０．０５０＜｜ｆ／ｆ＿Ｂ３｜＜０．２００ … （１ａ）
条件式（１）、（１ａ）において、ｆは結像光学系１の全系の焦点距離、ｆ＿Ｂ３は第３群Ｂ３の焦点距離である。条件式（１）の下限値を下回ると、第３群Ｂ３のパワーが弱くなりすぎるため、合焦機能が殆ど失われてしまうか、または、第３群Ｂ３の移動距離が長距離化して第２光学系の全長が伸びてしまう。また、条件式（１）の上限値を上回ると、第３群Ｂ３のパワーが強すぎて軸上色収差が大きくなってしまう。

好ましくは、本実施例の結像光学系１は、以下の条件式（２）を満たす。

０．０１０＜｜ｆ＿Ｂ３／ｆ＿Ｂ２｜＜１．０００ … （２）
より好ましくは、本実施例の結像光学系１は、以下の条件式（２ａ）を満たす。

０．０１０＜｜ｆ＿Ｂ３／ｆ＿Ｂ２｜＜０．６００ … （２ａ）
条件式（２）、（２ａ）において、ｆ＿Ｂ２は第２群Ｂ２の焦点距離である。条件式（２）の上限値を上回ると、第２群Ｂ２のパワーが強くなりすぎるため、合焦時の軸外主光線の高さ変化による歪曲収差の変動が大きくなってしまう。また、条件式（２）の下限値を下回ると、第３群Ｂ３のパワーが強くなりすぎるため、軸上色収差が大きくなってしまう。

好ましくは、本実施例の結像光学系１は、以下の条件式（３）を満たす。

１．０００＜｜ｆ＿Ｂ３／ｆ＿Ｂ４｜＜５．０００ … （３）
より好ましくは、本実施例の結像光学系１は、以下の条件式（３ａ）を満たす。

１．５００＜｜ｆ＿Ｂ３／ｆ＿Ｂ４｜＜４．０００ … （３ａ）
条件式（３）、（３ａ）において、ｆ＿Ｂ４は第４群Ｂ４の焦点距離である。条件式（３）の下限値を下回ると、第３群Ｂ３のパワーが強すぎて軸上色収差が大きなってしまう。また、条件式（３）の上限値を上回ると、第３群Ｂ３のパワーが弱くなりすぎるため、合焦機能が低下し第３群Ｂ３の移動距離が長距離化して、第２光学系の全長が伸びてしまう。

好ましくは、本実施例の結像光学系１は、以下の条件式（４）を満たす。

０．５００＜｜ｆ＿ＡＳＰＨ１／ｆ＿ＡＳＰＨ２｜＜２．０００ … （４）
より好ましくは、本実施例の結像光学系１は、以下の条件式（４ａ）を満たす。

０．８００＜｜ｆ＿ＡＳＰＨ１／ｆ＿ＡＳＰＨ２｜＜１．６００ … （４ａ）
条件式（４）、（４ａ）において、ｆ＿ＡＳＰＨ１は、第１群Ｂ１において最も拡大共役側に配置された非球面形状を有する負レンズ（本実施例では第１レンズ）である。また、ｆ＿ＡＳＰＨ２は、第２群Ｂ２において最も強いパワーかつ非球面形状を有する負レンズ（本実施例では第９レンズ）の焦点距離である。本実施例の結像光学系１は、第１群Ｂ１に配置された負レンズと第２群Ｂ２に配置された負レンズとにより、歪曲収差を打ち消すように構成されている。条件式（４）の上限値を上回る場合、または、条件式（４）の下限値を下回る場合、歪曲収差が大きなってしまう。

以下、本実施例の結像光学系１に関する各条件式の数値（数値実施例１ａ）を示す。

（数値実施例１ａ）

本実施例の結像光学系１において、フォーカシングの際に、第４群Ｂ４は固定されていても移動してもよい。第３群Ｂ３および第４群Ｂ４が移動する場合、第４群Ｂ４に合焦機能の一部を負担させることにより、球面収差の変動を低減したフォーカシングが可能となる。

また本実施例において、最も拡大共役側に凸面鏡ＭＲを配置しているが、鏡の面形状は限定されるものではなく（凹面でも平面でも良い）、反射面を有さない場合にも、本実施例は適用可能である。凸面鏡ＭＲを設けない場合、第１群Ｂ１は最も拡大共役側に配置されたレンズ（第１レンズ）から第７レンズにより構成されるレンズ群となる。また、本実施例１及び後述する実施例においても、絞りＳＴＯはいずれのレンズ面とも異なる位置に配置されており、レンズを保持する鏡筒の一部がこの絞りＳＴＯを構成している。しかしながら、この限りではなく、第３群Ｂ３に設けられる絞りＳＴＯに代えて、レンズの保持部が絞りの機能を有する（レンズ面と同じ位置に絞りが存在する）ように構成してもよい。

次に、図５乃至図８を参照して、本発明の実施例２における結像光学系について説明する。図５は、本実施例における結像光学系１ａの断面図である。図６は、結像光学系の収差図（物体距離：３６０ｍｍ）である。図７は、結像光学系の収差図（物体距離：２００ｍｍ）である。図８は、結像光学系の収差図（物体距離：１０００ｍｍ）である。

本実施例の結像光学系１ａは、実施例１の結像光学系１に比べて、画角が６３．６度に広がっている。これにより、結像光学系とスクリーンとの間の距離をより近づけて、実施例１と同サイズの画像投影や画像読み取りを行うことができ、画像投射装置や画像読み取り装置などの設置スペースを節約することが可能である。

以下、本実施例における数値実施例２を示す。

（数値実施例２）

次に、図９乃至図１２を参照して、本発明の実施例３における結像光学系について説明する。図９は、本実施例における結像光学系１ｂの断面図である。図１０は、結像光学系１ｂの収差図（物体距離：３６０ｍｍ）である。図１１は、結像光学系１ｂの収差図（物体距離：１８０ｍｍ）である。図１２は、結像光学系１ｂの収差図（物体距離：２０００ｍｍ）である。

本実施例の結像光学系１ｂは、実施例１の結像光学系１と比べて、合焦範囲が広がっている。遠方端では物体距離が２０００ｍｍ、至近端では物体距離が１８０ｍｍとなっている。合焦範囲を広げることにより、画像投射装置や画像読み取り装置などの設置可能領域を広げることができる。その結果、様々な設置状況に対応可能となる。

以下、本実施例における数値実施例３を示す。

（数値実施例３）

次に、図１３乃至図１６を参照して、本発明の実施例４における結像光学系について説明する。図１３は、本実施例における結像光学系１ｃの断面図である。図１４は、結像光学系１ｃの収差図（物体距離：３６８．５ｍｍ）である。図１５は、結像光学系１ｃの収差図（物体距離：２７０ｍｍ）である。図１６は、結像光学系１ｃの収差図（物体距離：１０００ｍｍ）である。

本実施例の結像光学系１ｃは、実施例１〜３のそれぞれの結像光学系に比べて、絞り値（Ｆ値）が小さい。例えば、実施例１〜３におけるＦ値（＝２．３）を、２．０に変更している。これにより、光源からの光の取り込み効率を向上させている。この結果、実施例１〜３の場合と同一の光源を用いて投射する場合、または、同一の被写体を撮影する場合、明るさを向上させることができる。

以下、本実施例における数値実施例４を示す。数値実施例４において、面番号の左側に「＊」印が付記されている面は、以下の関数に従った非球面形状であることを示している。関数の各係数は、数値実施例４に示されている。また、ｙは径方向の座標、ｘは光軸方向の座標を示す。

ｘ＝（ｙ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ^２／Ｒ^２）｝^１／２］＋Ｃ_３ｙ^３＋Ｃ_４ｙ^４＋Ｃ_５ｙ^５＋Ｃ_６ｙ^６＋Ｃ_７ｙ^７＋Ｃ_８ｙ^８＋Ｃ_９ｙ^９＋Ｃ_１０ｙ^１０＋Ｃ_１１ｙ^１１＋Ｃ_１２ｙ^１２＋Ｃ_１３ｙ^１３＋Ｃ_１４ｙ^１４＋Ｃ_１５ｙ^１５＋Ｃ_１６ｙ^１６

（数値実施例４）

次に、図１７を参照して、実施例１〜４のいずれかの結像光学系を備えた画像投射装置について説明する。図１７は、本実施例における画像投射装置（プロジェクタ１００）の概略図である。図１７は、各実施例の結像光学系をプロジェクタ１００（３板式のカラー液晶プロジェクタ）に適用した例を示している。

図１７に示されるように、プロジェクタ１００は、光を変調して原画を形成する複数の液晶表示素子（Ｒ、Ｇ、Ｂの３枚のパネル）を有する。液晶表示素子は、画像表示素子または光変調素子である。またプロジェクタ１００は、複数の液晶表示素子からの複数の色光（画像情報）を合成する色合成手段としてのプリズム２００を有する。そしてプロジェクタ１００は、プリズム２００により１つの光路に合成された画像情報を、各実施例の結像光学系からなる投射レンズ３００を用いてスクリーン４００（被投射面）上に投影（拡大投射）する。

このように、各実施例の結像光学系をプロジェクタなどに適用することにより、高い光学性能を有する画像投射装置を実現することができる。

次に、図１８を参照して、実施例１〜４のいずれかの結像光学系を備えた撮像装置について説明する。図１８は、本実施例の撮像装置（一眼レフカメラ）の概略構成図である。図１８において、１０は、実施例１〜４のいずれかの結像光学系（撮像レンズ１）を有するレンズ装置である。撮影レンズ１は、保持部材である鏡筒２に保持されている。２０はカメラ本体である。カメラ本体２０は、レンズ装置１０からの光束を上方に反射するクイックリターンミラー３、レンズ装置１０の像形成位置に配置された焦点板４、および、焦点板４に形成された逆像を正立像に変換するペンタダハプリズム５を有する。またカメラ本体２０は、その正立像を観察するための接眼レンズ６などを備えている。

７は撮像面であり、撮像面７には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子（光電変換素子）が配置される。撮影時にはクイックリターンミラー３が光路から退避し、撮像面７上にレンズ装置１０によって像が形成される。このように撮像素子は、撮影レンズ１（結像光学系）を介して形成された光学像を光電変換して画像データを出力する。
なお、本実施例の撮影レンズ１はクイックリターンミラー３のない撮像装置にも適用可能である。このように、各実施例の結像光学系を、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置に適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現することができる。

このように各実施例において、結像光学系は、拡大共役側から縮小共役側へ順に、第１群Ｂ１と、第２群Ｂ２と、第３群Ｂ３と、正のパワーを有する第４群Ｂ４とから構成される。また結像光学系は、中間実像ＩＲＩを形成するように構成されている。また、第１群Ｂ１と、第２群Ｂ２と、第３群Ｂ３と、第４群Ｂ４とのうち隣接する各群の間隔は、フォーカシングの際に変化する。フォーカシングに際し、第１群Ｂ１は固定であり、少なくとも第２群Ｂ２および第３群Ｂ３は移動する。

好ましくは、結像光学系は、第２群Ｂ２の内部に中間実像ＩＲＩを形成する。また好ましくは、第１光学系において最も中間実像ＩＲＩの近傍に配置された第１光学素子（例えば第８レンズ）、または、第２光学系において最も中間実像ＩＲＩの近傍に配置された第２光学素子（例えば第９レンズ）のうち少なくとも一つは非球面形状を有する。また好ましくは、第２群Ｂ２は、少なくとも一つの負のパワーを有するレンズ（例えば、第９レンズ）を含み、中間実像ＩＲＩよりも拡大共役側において、少なくとも一つの正のパワーを有するレンズ（例えば第８レンズ）を含む。

好ましくは、結像光学系は、第３群Ｂ３の内部に絞りＳＴＯを含む。より好ましくは、結像光学系は、絞りＳＴＯよりも縮小共役側において、少なくとも一つの負のパワーを有するレンズ（例えば第１２レンズ）を含む。また好ましくは、結像光学系は、絞りＳＴＯよりも縮小共役側において、少なくとも一つの正のパワーを有するレンズ（例えば第１３レンズ）を含む。また好ましくは、結像光学系は、絞りＳＴＯと中間実像ＩＲＩとの間に、少なくとも一つの正のパワーを有するレンズ（例えば第１０レンズ）を含む。

好ましくは、第２群Ｂ２および第３群Ｂ３は、無限から至近へのフォーカシングの際に、縮小共役側へ移動する。また好ましくは、第２群Ｂ２および第３群Ｂ３は、無限から至近へのフォーカシングの際に、第２群Ｂ２と第３群Ｂ３との間隔が狭くなるように移動する。

好ましくは、第１群Ｂ１において最も拡大共役側に配置された第１負レンズ（例えば第１レンズ）は、非球面形状を有し、第１負レンズよりも縮小共役側に配置されて第１負レンズに最も近い凸レンズ（例えば第３レンズ）は、非球面形状を有する。より好ましくは、第１群Ｂ１は、第１負レンズと凸レンズとの間に第２負レンズ（例えば第２レンズ）を有する。また好ましくは、第２群Ｂ２は、非球面形状を有する第３負レンズ（例えば第９レンズ）を有する。また好ましくは、第１群Ｂ１は、最も拡大共役側にミラー（凸面鏡ＭＲ）を有する。

各実施例によれば、フォーカシングの際に、歪曲収差の変動を低減しつつ像面湾曲を補正可能な結像光学系、画像投射装置、および、撮像装置を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ 結像光学系
Ｂ１ 第１群
Ｂ２ 第２群
Ｂ３ 第３群
Ｂ４ 第４群

Claims (20)

1. 拡大共役側から縮小共役側へ順に、第１群と、第２群と、第３群と、正のパワーを有する第４群とから構成される結像光学系であって、
   前記結像光学系は、中間実像を形成するように構成されており、
   前記第１群と、前記第２群と、前記第３群と、前記第４群とのうち隣接する各群の間隔は、フォーカシングの際に変化し、
   前記フォーカシングに際し、前記第１群は固定であり、少なくとも前記第２群および前記第３群は移動する、ことを特徴とする結像光学系。
2. 前記結像光学系は、前記第２群の内部に前記中間実像を形成することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 前記結像光学系は、
   前記第１群と、前記第２群と、前記第３群と、前記第４群とのうち、前記中間実像よりも前記拡大共役側に配置された光学系を第１光学系、該中間実像よりも前記縮小共役側に配置された光学系を第２光学系とするとき、
   前記第１光学系において最も前記中間実像の近傍に配置された第１光学素子、または、前記第２光学系において最も該中間実像の近傍に配置された第２光学素子のうち少なくとも一つは非球面形状を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の結像光学系。
4. 前記第２群は、
   少なくとも一つの負のパワーを有するレンズを含み、
   前記中間実像よりも前記拡大共役側において、少なくとも一つの正のパワーを有するレンズを含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の結像光学系。
5. 前記結像光学系は、前記第３群の内部に絞りを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の結像光学系。
6. 前記結像光学系は、前記絞りよりも前記縮小共役側において、少なくとも一つの負のパワーを有するレンズを含む、ことを特徴とする請求項５に記載の結像光学系。
7. 前記結像光学系は、前記絞りよりも前記縮小共役側において、少なくとも一つの正のパワーを有するレンズを含む、ことを特徴とする請求項５または６に記載の結像光学系。
8. 前記結像光学系は、前記絞りと前記中間実像との間に、少なくとも一つの正のパワーを有するレンズを含む、ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の結像光学系。
9. 前記結像光学系の全系の焦点距離をｆ、および、前記第３群の焦点距離をｆ＿Ｂ３とするとき、
   ０．０１０＜｜ｆ／ｆ＿Ｂ３｜＜０．５００
   を満たす、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の結像光学系。
10. 前記第２群の焦点距離をｆ＿Ｂ２、および、前記第３群の焦点距離をｆ＿Ｂ３とするとき、
    ０．０１０＜｜ｆ＿Ｂ３／ｆ＿Ｂ２｜＜１．０００
    を満たす、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の結像光学系。
11. 前記第３群の焦点距離をｆ＿Ｂ３、および、前記第４群の焦点距離をｆ＿Ｂ４とするとき、
    １．０００＜｜ｆ＿Ｂ３／ｆ＿Ｂ４｜＜５．０００
    を満たす、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の結像光学系。
12. 前記第２群および前記第３群は、無限から至近への前記フォーカシングの際に、前記縮小共役側へ移動する、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の結像光学系。
13. 前記第２群および前記第３群は、無限から至近への前記フォーカシングの際に、該第２群と該第３群との間隔が狭くなるように移動する、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の結像光学系。
14. 前記第１群において最も前記拡大共役側に配置された第１負レンズは、非球面形状を有し、
    前記第１負レンズよりも前記縮小共役側に配置されて該第１負レンズに最も近い凸レンズは、非球面形状を有する、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の結像光学系。
15. 前記第１群は、前記第１負レンズと前記凸レンズとの間に第２負レンズを有する、ことを特徴とする請求項１４に記載の結像光学系。
16. 前記第２群は、非球面形状を有する第３負レンズを有する、ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の結像光学系。
17. 前記第１群において最も前記拡大共役側に配置された非球面形状を有する負レンズの焦点距離をｆ＿ＡＳＰＨ１、および、前記第２群において最も強いパワーかつ非球面形状を有する負レンズの焦点距離をｆ＿ＡＳＰＨ２とするとき、
    ０．５００＜｜ｆ＿ＡＳＰＨ１／ｆ＿ＡＳＰＨ２｜＜２．０００
    を満たす、ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の結像光学系。
18. 前記第１群は、最も前記拡大共役側にミラーを有する、ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の結像光学系。
19. 光を変調する光変調素子と、
    前記光変調素子からの光を被投射面に投射する請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の結像光学系と、を有することを特徴とする画像投射装置。
20. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の結像光学系と、
    前記結像光学系を介して形成された光学像を光電変換して画像データを出力する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。