JP6198862B2 - 結像光学系、及びそれを用いた投射型画像表示装置、撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像レンズやプロジェクター投射レンズなどの結像光学系に関し、特に画角の広い広角レンズに好適な結像レンズに関するものである。

従来、カメラであれば雄大な風景写真を撮影する場合、プロジェクターであればより近い距離で大画面を投射したい場合などには、広い画角を持った広角レンズが用いられている。一般的に、一眼レフカメラや色合成系を有したプロジェクターなど、縮小側結像面から該縮小側結像面に最も近いレンズ端までの距離が長い装置において用いられる広角レンズには、所謂レトロフォーカスタイプのレンズユニットが用いられる。レトロフォーカスタイプとは、絞りよりも拡大側結像面に強い負の屈折力のレンズを配置したレンズユニットである。以下、縮小側結像面側を縮小側、拡大側結像面側を拡大側と記す。

しかし、レトロフォーカスタイプのレンズユニットは、広角になればなるほど拡大側のレンズ径が大きくなってしまう。この問題を解決するべく特許文献１および特許文献２の発明が提案されている。

特許文献１は、物体の中間像をレンズユニット内で形成し、これを像面に再結像する光学系である。ここで混乱を避けるために本明細書では以後、レンズユニット内において中間像が形成されるレンズ内共役点を境に拡大側のレンズユニットを第１レンズユニット、縮小側のレンズユニットを第２レンズユニットと記す。

特許文献１のレンズユニットの第１レンズユニットは、縮小光学系で物体の縮小像を中間像として形成する。第２レンズユニットは、中間像を像面（撮像素子の撮像面）に結像するリレー系となっている。これにより、第１レンズユニットのバックフォーカスを短縮し、第１レンズユニットの拡大側のレンズ径を小型化している。

特許文献２のレンズユニットは、プロジェクター用の投射レンズであり、光変調素子の像を中間像として形成し、それを拡大して被投射面に投射している。これも、特許文献１と同様に第１レンズユニットの拡大側のレンズ径を小型化している。

特許文献３は、広角レンズではないが、中間像を形成する露光装置の投影光学系を開示している。

特開平０４−３５６００８号公報 特開２００５−１５７１５３号公報 特開２００１−２３８８７号公報

しかし、特許文献１のレンズユニットは、所謂、魚眼レンズであり、最終像面において歪曲収差が大きく残存してしまうので、歪曲収差が十分に補正されている必要がある一般的な写真撮影用の広角レンズやプロジェクター用の投射レンズとしては適していない。

一方、特許文献２のレンズユニットは、歪曲収差は補正されているが、レンズ内共役点を境に配置された第１、第２レンズユニットにおいて独立して収差補正がなされているため、拡大側のレンズ径は小型になっているものの、全長が長くなってしまう。すなわち、特許文献１、２はいずれも、歪曲収差の補正と光軸方向の小型化を両立できていない。

そこで本発明は、中間像を形成する結像光学系において、歪曲収差を十分に補正しつつも、小型化された結像光学系を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の結像光学系は、
拡大側結像面と中間像とを共役にする正の屈折力を有する第１光学系と、前記中間像と縮小側結像面とを共役にする正の屈折力を有する第２光学系とからなり、
前記第２光学系の最も拡大側に位置するレンズが負レンズであり、
前記第１光学系の焦点距離をｆＦ、前記第２光学系の焦点距離をｆＲ、前記負レンズの焦点距離をｆ１とするとき、
０＜ｆＦ／ｆＲ＜０．５
−１２＜ｆ１／ｆＦ≦−２．４８０
を満足することを特徴とする。

なお、上記結像光学系が一体に設けられた又は取り外し可能に装着される投射型画像表示装置、又は、撮像装置も本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、中間像を形成する結像光学系において、歪曲収差を十分に補正しつつ、小型化された結像光学系、それを用いた投射型画像表示装置、及び撮像装置を提供することができる。

本発明の第１実施例で示す光学系の断面図 本発明の第１実施例で示す光学系の縦収差図 本発明の第１実施例で示す光学系内の共役点における縦収差図 本発明の第１実施例で示す光学系を投射型画像表示装置に用いた場合の断面図 本発明の第２実施例で示す光学系の断面図 本発明の第２実施例で示す光学系の縦収差図 本発明の第３実施例で示す光学系の断面図 本発明の第３実施例で示す光学系の縦収差図 本発明の第４実施例で示す光学系の断面図 本発明の第４実施例で示す光学系の縦収差図 本発明の第５実施例で示す光学系の断面図 本発明の第５実施例で示す光学系の縦収差図

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の結像レンズ（結像光学系）を含む構成の断面図である。これは、主にプロジェクター用（投射型画像表示装置用）に設計された投射光学系である。そして、液晶パネル５（光変調素子）によって変調された光を不図示のスクリーン（被投射面）に投射する広角レンズである。図１の紙面左側が拡大側、紙面右側が縮小側であり、図１の広角レンズは、拡大側より順に、第１レンズユニット１（第１光学系）、第２レンズユニット２（第２光学系）を有する。スクリーン面が拡大側結像面、液晶パネル５が縮小側結像面である。

本実施例の広角レンズは、全部で２０枚のレンズが使用されている。最も縮小側のレンズＬ２０と液晶パネル５との間には、屈折力を持たないプリズムガラス４が配置されている。プリズムガラス４は、プロジェクターにおいて色合成などの用途で必要となる。

図１の一点鎖線は、広角レンズの光軸である。光軸上のレンズ内共役点３（中間像点）は、第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１の間に位置している。レンズ内共役点３を境に、第１レンズＬ１から第１０レンズＬ１０までが第１レンズユニット１、第１１レンズＬ１１から最終レンズＬ２０までが第２レンズユニット２である。

第１レンズユニット１は、スクリーン（拡大側結像面）とレンズ内共役点３とを共役な関係とし、第２レンズユニット２は、レンズ内共役点３と液晶パネル５（縮小側結像面）とを共役な関係としている。液晶パネル５を基準とすれば、第１レンズユニット１と第２レンズユニット２は、液晶パネル５とスクリーンとを共役な関係としているので、拡大側結像面は拡大側共役面と言い換えることができる。逆に、スクリーンを基準とすれば、縮小側結像面は縮小側共役面と言い換えることができる。

本実施例の数値実施例を下記数値実施例１に記載した。面番号は拡大側より順に各レンズの面に付した番号であり、Ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは面間隔、ｎ_ｄ、ν_ｄは、ガラス材料のｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数である。面番号の右側に＊（アスタリスク）が付記されているレンズ面は、以下の関数に従った非球面形状であることを示し、数値実施例にその係数を示している。ｙはレンズ面の面頂点を基準としたときの径方向の座標、ｘはレンズ面の面頂点を基準としたときの光軸方向の座標を示す。物体距離は無限遠方である。
ｘ＝（ｙ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ^２／Ｒ^２）｝^１／２］
＋Ａｙ^４＋Ｂｙ^６＋Ｃｙ^８＋Ｄｙ^１０＋Ｅｙ^１２＋Ｆｙ^１４

なお、以下の数値実施例において、広角レンズ全系の焦点距離を絶対値｜ｆ｜で示している。これは、レンズユニット内で共役点を形成するため、最終像面における像は正立像になる。このため、全系の焦点距離が定義によっては負の値になる場合がある。しかし、全系の屈折力は正なので、絶対値で焦点距離を表わした。これは、他の実施例に関しても同様である。

（数値実施例１）
｜ｆ｜＝6.90 ω＝62.2° F/3.0 有効像円径φ26.2

面番号 Ｒ d nd vd
OBJ ∞ ∞
1* 63.814 3.92 1.820 42.7
2* 13.659 4.35
3 16.654 3.61 1.772 49.5
4 8.111 5.77
5 1050.049 1.00 1.805 25.4
6 13.303 1.48
7 31.609 1.87 1.772 49.5
8 -295.242 0.50
9 31.218 13.76 1.772 49.5
10 -15.179 0.62
11 139.551 1.49 1.696 55.5
12 -15.540 1.24 1.805 25.4
13 10.662 3.23 1.563 60.6
14 -26.383 17.09
15 38.949 4.50 1.805 25.4
16 -107.135 0.29
17 18.445 6.02 1.805 25.4
18 40.195 19.01
19 -11.729 1.50 1.834 37.1
20 -166.339 2.55
21 -26.706 3.98 1.805 25.4
22 -20.649 0.50
23 -77.267 5.00 1.834 37.1
24 -20.071 0.50
25 64.062 2.16 1.834 37.1
26 2887.146 0.50
27 25.054 2.97 1.805 25.4
28 46.969 20.16
29 -13.250 2.00 1.487 70.2
30 -10.532 1.87
31 -10.068 2.26 1.805 25.4
32 25.857 6.75 1.651 58.5
33 -27.304 1.27
34 -213.988 5.78 1.487 70.2
35 -29.328 0.50
36* -625.000 10.00 1.755 51.1
37* -22.190 2.00
38 ∞ 30.00 1.516 64.1
39 ∞ 19.00 1.805 25.4
40 ∞
IMG

面番号 K A B C D E F
1 0 6.371e-005 -2.364e-007 5.192e-010 -3.710e-013 -3.717e-016 9.1204e-019
2 0 1.631e-005 2.296e-007 -5.662e-009 5.797e-012 1.637e-013 -6.2823e-016
36 0 -2.317e-005 -4.911e-009 6.517e-011 -1.291e-013 -2.623e-016 7.3652e-019
37 0 1.296e-006 -1.537e-008 8.563e-011 -1.961e-013 2.242e-016 -1.5633e-019

本実施例の広角レンズの結像性能を示した縦収差図を図２に示す。紙面左側からそれぞれ、球面収差、非点収差、歪曲収差図を示している。球面収差において、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はＦ線（４８６．１３ｎｍ）、点線はＣ線（６５６．２７ｎｍ）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、−０．１５〜＋０．１５［ｍｍ］である。非点収差図において、実線がサジタル像面、点線がメリジオナル像面の像面湾曲を示している。横軸は球面収差と同じである。歪曲収差においては、横軸のスケールが−０．５〜＋０．５［％］で示されている。

図２に示すとおり、歪曲収差が良好に補正されていることがわかる。さらに、球面収差と非点収差に関しても良好に補正されている。

本実施例の広角レンズは、レンズ内共役点３において球面収差、像面湾曲、歪曲収差をあえて残存させている。図３は、本実施例のレンズ内共役点３における縦収差図であり、見方は図２と同じであるが、スケールが異なる。球面収差、非点収差は、横軸のスケールが、−１．０〜＋１．０［ｍｍ］になっており、歪曲収差は−５．０〜＋５．０［％］である。図３から、レンズ内共役点３において大きな像面湾曲、歪曲収差が残存していることが分かる。逆に軸上色収差に関しては過補正になっていることが分かる。

リレーレンズユニットである第２レンズユニット２の最も拡大側のレンズを負レンズにすることで、この残存している収差と逆向きの収差を発生させることで収差をキャンセルし、最終像面においては図２に示す良好な結像性能を達成している。また、レンズ内共役点３において像面湾曲、歪曲収差を敢えて残存させることで、第１レンズユニット１において収差補正のためのレンズを設ける必要がないので、少ないレンズ枚数とすることができる。また、光軸方向の小型化を可能とする。

さらに、第１レンズユニット１において、特に負の歪曲収差を残存させることで、歪曲収差を補正するためにレンズ径（レンズの直径）を大きくする必要がないので、拡大側のレンズ径の大幅な小径化を達成することができる。また、最も縮小側のレンズ面と液晶パネル５との間隔を短縮することができる。

上記のとおり、本実施例の広角レンズは、第２レンズユニット２によって、レンズ内共役点３に形成された中間像の収差の補正を行う。このとき、広角になればなるほど、負の歪曲収差が大きく発生し、特に高い像高になるほど図３に示したように高次の負の歪曲収差が発生する。よって、第２レンズユニット２は、正の歪曲収差を強く発生させなければならない。

そこで本発明の結像レンズは、より広角となっても、あるいは、高い像高においても上記効果を得るために、第２レンズユニット２の最もレンズ内共役点３側（拡大側）の負レンズの拡大側の第１屈折面ｓｆに強い負の屈折力を有する面を配した。この強い負の屈折力を有する面は、第１レンズユニット１で大きく内側に曲げられた光線を大きく外側に曲げる（はね上げる）作用があり、特に高い像高の光線に対しては、強く外側に曲げる作用があるので、高次の正の歪曲収差を発生させることができる。

つまり、物体の中間像を形成する正の屈折力を有する第１光学系と、中間像を像面に結像する正の屈折力を有する第２光学系とからなる。そして、第２光学系の最も拡大側に位置するレンズが負レンズであることで、歪曲収差を十分に補正しつつも、小型化された結像レンズを提供することができる。

また、本実施例の広角レンズは、第１レンズユニット１の焦点距離をｆＦ、第２レンズユニット２の焦点距離をｆＲとするとき、
０＜ｆＦ／ｆＲ＜０．８ ・・・（Ａ１）
を満足する。

より好ましくは、条件式（Ａ１）に代えて、
０＜ｆＦ／ｆＲ＜０．５ ・・・（Ａ２）
を満足するとよい。

ここで、上記第１屈折面ｓｆは、下式のいずれかを満足するのが好ましい。

−５＜ｆ１／ｆＲ＜−０．０５ ・・・（１ａ）
０＜ｆ１／ｆ＜２０ ・・・（２ａ）
−１２＜ｆ１／ｆＦ＜０ ・・・（３ａ）
０．１＜ｒ／ｆ＜３ ・・・（４ａ）
−１．５＜ｒ／ｆＲ１（ｎ−１）＜−０．５ ・・・（５ａ）

式１ａは、第２レンズユニット２の最も拡大側に配置された負レンズＬ１１の焦点距離ｆ１と、第２レンズユニット２の焦点距離ｆＲの比である。

式２ａは、上記焦点距離ｆ１と広角レンズの全系（第１レンズユニット１と第２レンズユニット２からなる全系）の焦点距離ｆの比である。

式３ａは、上記焦点距離ｆ１と第１レンズユニット１の焦点距離ｆＦの比である。

式４ａは、第２レンズユニット２の最も拡大側に配置された負レンズＬ１１の拡大側の第１屈折面ｓｆの曲率半径ｒと広角レンズ全系の焦点距離ｆの比である。

式５ａは、第２レンズユニット２の第１屈折面ｓｆの屈折力ｒ／（ｎ−１）と第２レンズユニットの第１群の焦点距離ｆＲ１の比である。ここで、第２レンズユニット２の第１群とは、第２レンズユニット２において最も大きいレンズ面間隔を挟んで拡大側に配置されたレンズあるいはレンズ群である。

式１ａから式５ａまでの数値範囲において、下限値を下回る、あるいは、上限値を上回ってしまうと歪曲収差を高次まで含めて適正に補正できない。

上記式１ａ〜式５ａに代えて、下式のいずれかを満足することが好ましい。
−３＜ｆ１／ｆＲ＜−０．１ ・・・（１ｂ）
１＜ｆ１／ｆ＜１０ ・・・（２ｂ）
−９＜ｆ１／ｆＦ＜−２ ・・・（３ｂ）
０．５＜ｒ／ｆ＜２ ・・・（４ｂ）
−１．４＜ｒ／ｆＲ１（ｎ−１）＜−０．６ ・・・（５ｂ）

各実施例における上記数値の値は、条件式数値表にまとめて記載した。

さらに好ましくは、軸外の主光線が光軸に近づきながら第１屈折面ｓｆに入射するように設定されていると良い。これによって、より効果的に高次の正の歪曲収差を発生させられるとともに、第２レンズユニット２の拡大側のレンズの径が大きくなってしまうことを抑制することができる。

さらに、第１屈折面ｓｆを有する負レンズＬ１１の縮小側に、他の負レンズを挟まずに、正レンズＬ１２を配置し、正レンズＬ１２が縮小側に凸形状を有するメニスカスレンズであるとよい。これにより、第１屈折面ｓｆで発生させた歪曲収差を残存させつつ、発散した光線を収束させる方向に戻すことができる。

さらに好ましくは、特に広角度合いの大きい結像レンズにおいて（実施例１から実施例３）、屈折面ｓｆを有する負レンズＬ１１の焦点距離をｆ１、正レンズＬ１２の焦点距離をｆ２とするとき、式６ａを満足するのがよい。
−１＜ｆ１／ｆ２＜−０．０５ ・・・（６ａ）

さらに好ましくは式６ａに代えて、式６ｂを満足するのがよい。
−０．８＜ｆ１／ｆ２＜−０．１ ・・・（６ｂ）

式６ａ、式６ｂにおいて上限値を上回ると負レンズＬ１１の焦点距離に対する正レンズＬ１２の焦点距離が大きくなりすぎる（負レンズに対する正レンズの屈折力が弱まる）ため、正レンズＬ１２の光線を収束させる効果が得られない。一方で、式６ａ、式６ｂにおいて下限値を下回ると、負レンズＬ１１で意図的に発生させた歪曲収差の効果が得られない。

各実施例における上記数値の値は、条件式数値表にまとめて記載した。

さらに好ましくは、収差補正効果がより得られるので、屈折面ｓｆを有する負レンズＬ１１の縮小側の面と正レンズＬ１２の拡大側の面の間隔が空気間隔であるとよい。即ち、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２が隣り合うことが好ましい。

さらに好ましくは、第２レンズユニット２は、できるだけ等倍に近い倍率であることが好ましい。なぜなら、等倍であれば、絞り、あるいは実質的に絞りとして機能するレンズのコバ部の拡大側、縮小側で軸外主光線の通り方が対象になるため、コマ収差、像面湾曲などの軸外収差の補正が容易になるからである。

また本実施例においては、第１レンズユニット１に３枚のレンズＬ６、Ｌ７、Ｌ８を接合した接合レンズＳＬ１を配置している。２回結像するレンズユニットでは、軸上色収差が１回のみ結像するレンズユニットと比べると大きく発生する。これを解決するために、上記のとおり拡大側から順に正、負、正の３枚接合レンズを用いることは、軸上色収差を低減する上で非常に効果的である。

本実施例のように第１レンズユニットに３枚接合レンズを用いる場合は、負レンズＬ７を高分散ガラス、正レンズＬ６、Ｌ８を低分散ガラスとするのがよい。接合レンズＳＬ１において、負レンズＬ７のガラス材料に正レンズＬ６、Ｌ８よりも低いアッベ数（高い分散）のガラス材料が用いられている。これにより、軸上色収差を良好に低減することができる。

図４は、本実施例の広角レンズを投射型画像表示装置の投射レンズＰＬとして用いた場合において、スクリーンに投射される投射像４７（投射画像）をシフト（移動）させる際の説明図である。投射型画像表示装置は、スクリーンに投射された投射像４７の投射位置を動かすために、投射レンズＰＬを投射レンズの光軸と垂直な成分をもつ方向に移動させる駆動手段（不図示）を有する。スクリーンに投射される投射像４７をシフトさせるためには、第１レンズユニット１または第２レンズユニット２を単独で移動させるのではなく、レンズ系全体をシフトさせる。また、投射レンズＰＬの移動方向は、投射像の移動方向とは反対の方向である。これにより、適切に投射像をシフトさせることができる。これは、液晶パネル４６（光変調素子）のシフト方向を、投射像４７のシフト方向と同じにすると言い換えることもできる。

（実施例２）
図５は本発明の第２の実施例の広角レンズの構成断面図である。一眼レフカメラなどの撮像装置の撮像レンズ（撮像光学系）としての使用を想定した設計になっている。第１レンズユニット１は、第１レンズＬ１から第１１レンズＬ１１で構成されており、第２レンズユニット２は、第１２レンズＬ１２から最終レンズＬ２０で構成されている。実施例２において実施例１の負レンズＬ１１に相当するレンズは、レンズＬ１２である。

図２の紙面左側が拡大側、紙面右側が縮小側であり、図２の広角レンズは、拡大側より順に、第１レンズユニット１（第１光学系）、第２レンズユニット２（第２光学系）を有する。物体面が拡大側結像面、像面が縮小側結像面である。

撮像装置は撮像素子を有し、撮像装置における像面とは、被写体（物体）からの光を広角レンズを介して受光し、該受光した光を光電変換することにより画像を生成する撮像素子の撮像面である。

第１レンズユニット１は、物体面とレンズ内共役点３とを共役な関係とし、第２レンズユニット２は、レンズ内共役点３と撮像素子とを共役な関係としている。

また、撮像装置のバックフォーカスの領域は、実施例１と異なり、跳ね上げミラーの可動領域であり、プリズムガラスは配置されない。数値実施例２に本実施例の数値実施例を記載する。物体距離は無限遠方である。

実施例２の撮像レンズも、実施例１において記載した条件式（Ａ１）を満足し、第２レンズユニットの最も拡大側に位置するレンズを負レンズとすることで、歪曲収差を十分に補正しつつも、小型化された撮像レンズを提供することができる。

さらに、実施例２の撮像レンズも、実施例１に記載したより好ましい条件式を満足することで、実施例１の各条件式において記載した効果と同様の効果を得ることができる。

（数値実施例２）
｜ｆ｜＝10 ω＝65.2° F/3.0 有効像円径φ43.28
Ｒ d nd vd
OBJ ∞ ∞
1* 82.062 6.54 1.820 42.7
2* 25.431 8.37
3 34.122 6.50 1.834 42.7
4 9.881 7.99
5 -281.802 1.65 1.583 59.3
6 21.303 1.72
7 141.145 6.25 1.805 25.4
8 -51.360 5.59
9 -53.433 3.62 1.696 55.5
10 -15.998 0.50
11 62.078 3.46 1.677 55.3
12 -13.466 1.65 1.805 25.4
13 15.441 3.88 1.563 60.6
14 -29.361 13.34
15 29.411 8.28 1.696 55.5
16 -47.572 0.20
17 15.310 7.16 1.808 22.7
18 117.677 1.14
19 -96.471 4.69 1.805 25.4
20 16.052 5.54
21 -13.428 1.50 1.737 32.2
22 -249.273 2.41
23 -16.967 8.05 1.805 25.4
24 -15.696 0.20
25 287.024 7.51 1.834 42.7
26 -27.300 0.20
27 27.696 6.14 1.834 37.1
28 355.764 1.00
29 18.817 2.00 1.698 30.1
30 13.870 5.36
31 -20.188 2.48 1.720 34.7
32 13.455 6.35 1.496 81.5
33 -49.220 0.20
34 16.251 5.67 1.496 81.5
35 -27.774 1.96
36* -20.455 1.89 1.497 81.5
37* -18.954
IMG

面番号 K A B C D E F
1 0 2.082e-005 -2.462e-008 2.015e-011 -7.073e-015 -3.932e-018 2.9057e-021
2 0 2.018e-005 3.638e-008 -2.757e-010 3.566e-014 7.412e-016 -7.2652e-019
36 0 7.359e-005 1.620e-006 -3.839e-009 -6.492e-011 1.915e-013 0
37 0 1.433e-004 1.592e-006 1.125e-009 -6.884e-011 5.055e-013 0

本実施例の結像性能を示した縦収差図を図６に図示する。実施例１と同様に、非常に広角ながら高性能が達成できている。

（実施例３）
図７は本発明の第３の実施例の広角レンズの構成断面図である。本実施例は画角を少し抑えた代わりにＦナンバーを明るくし、バックフォーカスを長くした構成となっている。数値実施例３に本実施例の数値実施例を記載する。物体距離は無限遠方である。

実施例３において実施例１における負レンズＬ１１に相当するレンズは、レンズＬ９である。

実施例３の広角レンズも、実施例１において記載した条件式（Ａ１）を満足し、第２レンズユニットの最も拡大側に位置するレンズを負レンズとすることで、歪曲収差を十分に補正しつつも、小型化された撮像レンズを提供することができる。

さらに、実施例３の広角レンズも、実施例１に記載したより好ましい条件式を満足することで、実施例１の各条件式において記載した効果と同様の効果を得ることができる。

（数値実施例３）
｜ｆ｜＝12.4 ω＝37.2° F/2.0 有効像円径φ18.8
Ｒ d nd vd
OBJ ∞ ∞
1* 23.948 4.85 1.693 53.2
2* 7.010 3.30
3 13.156 2.21 1.805 25.4
4 24.194 1.38
5 -227.645 6.00 1.688 31.0
6 10.261 4.33 1.788 47.3
7 -18.411 9.56
8 -11.847 1.48 1.805 25.4
9 708.273 1.90
10 -22.312 3.73 1.772 49.5
11 -12.013 0.50
12 -81.905 3.83 1.772 49.5
13 -22.103 0.50
14 55.880 3.97 1.696 55.5
15 -69.760 35.78
16 -13.289 7.00 1.772 49.5
17 -19.179 1.23
18 -67.392 5.14 1.696 55.5
19 -29.305 0.50
20 26.402 6.13 1.834 42.7
21 78.428 28.29
22 -12.813 4.78 1.805 25.4
23 107.016 0.85
24 -53.535 3.24 1.805 25.4
25 29.655 7.80 1.487 70.2
26 -9.547 1.10 1.755 27.5
27 -17.122 0.50
28 -80.069 4.88 1.595 67.7
29 -17.861 2.49
30 46.209 3.72 1.808 22.7
31 -148.016 1.50
32 ∞ 31.74 1.516 64.1
33 ∞ 7.50 1.516 64.1
34 ∞ 19.50 1.805 25.4
35 ∞
IMG

面番号 K A B C D E
1 -5.609e+000 3.441e-005 -3.798e-007 9.898e-010 -6.188e-012 1.010e-014
2 -4.544e-001 8.402e-005 -1.196e-007 -1.241e-008 4.265e-010 -9.531e-012

本実施例の結像性能を示した縦収差図を図８に図示する。

本実施例においては第２レンズユニットに３枚接合のレンズＳＬ２を配置している。この３枚接合レンズＳＬ２は、低分散の負レンズを高分散の正レンズで挟んだ構成になっており、強い色消し効果を有している。さらには、３枚接合レンズＳＬ２は、拡大側から順に、両側凹面の負レンズ、両側凸面の正レンズ、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズで構成されていることが好ましい。

（実施例４）
図９は本発明の第４実施例の広角レンズの構成断面図である。実施例１と異なる点は、第２レンズユニット２の拡大側から６つめの第６レンズ９１をフォーカスレンズとして移動させて合焦を行っている点である。第６レンズ９１は、弱い負の屈折力を持ち、遠方から至近に合焦する際に縮小側から拡大側に光軸に沿って移動する。合焦を行うために移動するフォーカスレンズは、単レンズであってもよいし、複数のレンズを有するレンズ群（フォーカス群）であってもよい。

数値実施例４に本実施例の数値実施例を記載する。面間隔の数値にｚが付けられているものは、物体距離が変化するのに応じて面間隔が変化することを示している。数値実施例の最後に物体距離の変化したときの面間隔の数値が記載されている。

実施例４において実施例１の負レンズＬ１１に相当するレンズは、レンズＬ１１である。

実施例４の広角レンズも、実施例１において記載した条件式（Ａ１）を満足し、第２レンズユニットの最も拡大側に位置するレンズを負レンズとすることで、歪曲収差を十分に補正しつつも、小型化された撮像レンズを提供することができる。

さらに、実施例４の広角レンズも、実施例１に記載したより好ましい条件式を満足することで、実施例１の各条件式において記載した効果と同様の効果を得ることができる。

（数値実施例４）
｜ｆ｜＝6.89 ω＝62.1° F/3.0 有効像円径φ26.2
Ｒ d nd vd
OBJ ∞ 667.00z
1* 83.035 3.33 1.768 49.2
2* 13.997 4.90
3 18.992 3.23 1.799 29.8
4 8.723 5.55
5 -237.318 1.01 1.784 26.2
6 14.347 1.41
7 41.907 1.70 1.772 49.5
8 -726.137 0.50
9 28.677 12.60 1.772 49.5
10 -15.734 1.56
11 79.794 1.61 1.696 55.5
12 -10.728 1.00 1.805 25.4
13 10.306 1.94 1.563 60.6
14 -34.894 11.00
15 -184.875 2.53 1.799 29.8
16 -28.022 0.20
17 20.765 4.02 1.805 25.4
18 390.472 7.06
19 ∞ 9.19
20 -12.985 1.50 1.805 25.4
21 -99.493 5.10
22 -17.029 5.07 1.805 25.4
23 -15.357 0.50
24 457.856 6.09 1.772 49.5
25 -35.370 1.52
26 944.629 2.95 1.805 25.4
27 -75.396 0.50
28 62.959 3.27 1.805 25.4
29 1070.925 23.01
30 ∞ 3.66z
31 -87.951 1.00 1.487 70.2
32 -162.164 7.82z
33 -12.686 2.36 1.799 29.8
34 39.274 5.46 1.772 49.5
35 -31.754 0.50
36 67.885 7.51 1.496 81.5
37 -32.069 0.50
38* -625.000 7.32 1.677 54.8
39* -22.773 2.00
40 ∞ 30.00 1.516 64.1
41 ∞ 19.00 1.805 25.4
42 ∞
IMG

面番号 K A B C D E F
1 0 6.893e-005 -2.472e-007 5.381e-010 -3.802e-013 -4.379e-016 7.3562e-019
2 0 1.807e-006 3.830e-007 -5.955e-009 3.466e-012 1.604e-013 -5.7934e-016
38 0 -1.890e-005 -1.774e-008 2.406e-011 -2.501e-014 7.008e-017 0
39 0 7.924e-006 -2.017e-008 7.022e-011 -1.408e-013 3.292e-016 0

至近 中間 遠方
OBJ 667.00 400.00 1000.00
d30 3.66 9.39 0.85
d32 7.82 2.10 10.64

本実施例のように非常に広角なレンズでは、被写体距離（物体距離）、投射レンズの場合は投射距離に応じて光線の通り方が大きく変化するため合焦（フォーカシング）に伴う諸収差の変動が問題となる。収差の変動をできるだけ抑えて合焦するためには、複数のレンズユニットを合焦の際に動かす所謂フローティングを行わなければならないが、それでも収差の変動を抑えきれないという課題があった。

本発明のレンズ内共役点３を形成するタイプのレンズにおける合焦を検討したところ、第１レンズユニット全体または第２レンズユニット全体を移動させる方法は収差変動が大きかった。このタイプのレンズは、第１レンズユニット１、第２レンズユニット２で互いに逆方向に収差を発生させ、収差補正を行っているため、各々が個別に移動すると収差の変動が抑えられない。一方、第１レンズユニット１は、レトロフォーカスタイプのレンズユニットなので、上述のフローティングと呼ばれる複数群を同時移動させる方法を用いることで収差変動をある程度抑えられる。しかし、歪曲収差は変動してしまうので、本発明の課題である歪曲収差の十分な補正が行えない。

よって、本実施例のように、第２レンズユニット２の一部のレンズを移動させて合焦を行う方法は、効果的に歪曲収差を含む収差の変動が抑えられ。特に第２レンズユニット２において、全像高の光線の高さが最も低くなる付近で弱い屈折力を有するレンズを移動させることが好ましい。これは、光線の高さが低い位置のレンズを移動させることで、移動に伴う軸外諸収差の変動が抑えられるからである。これにより像面湾曲や歪曲収差の変動をほぼゼロまで抑えることができた。即ち、第２レンズユニット２の一部のレンズを移動させて合焦を行うことで、合焦に伴う収差変動を大きく改善することができた。

ここで、フォーカスレンズ（複数枚の場合はフォーカスレンズ群全系）の焦点距離をｆ_ｆｏとしたとき、下式を満足すると良い。
１＜｜ｆ_ｆｏ／ｆ｜＜２００ ・・・（７ａ）

式７ａは、より好ましくは下式を満足するとよい。
２０＜｜ｆ_ｆｏ／ｆ｜＜１００ ・・・（７ｂ）

式７ａ、式７ｂにおいて、数値範囲の下限を下回ると、フォーカスレンズの屈折力が強くなるため収差変動が抑えにくくなる。上限を超えると逆に屈折力が弱くなるため、合焦時の移動量が大きくなり、レンズの大型化を招いてしまう。本実施例におけるフォーカスレンズの焦点距離ｆは、−３９４．８［ｍｍ］であり、｜ｆ_ｆｏ／ｆ｜＝５７．３である。

本実施例の結像性能を示した縦収差図を図１０に図示する。至近から遠方まで全ての収差変動が極小に抑えられていることがわかる。本実施例においては、単一のフォーカスレンズを移動させる例を説明したが、これに限られず、複数のレンズからなるフォーカスレンズ群を動かしてもよい。この場合、本実施例における説明のフォーカスレンズをフォーカスレンズ群とすれば、本実施例と同様の効果を得ることができる。

（実施例５）
図１１は本発明の第５実施例の広角レンズの構成断面図である。本実施例において実施例３と異なる点は、ズームレンズであって、ズーミングの際に互いの間隔を変えながら移動するレンズ群が５つある、所謂、５群構成とした点である。本実施例では、ズーミングのためには、第１レンズ群Ｂ１と第５レンズ群Ｂ５は固定であり、ズーミングのために移動する第２レンズ群Ｂ２、第３レンズ群Ｂ３、第４レンズ群Ｂ４を有する。

数値実施例５に本実施例の数値実施例を記載する。面間隔にｚを付記されているものはズームに応じて変化する間隔であり、数値実施例の最後にズームに応じた面間隔の数値が記載されている。

実施例５において実施例１の負レンズＬ１１に相当するレンズは、レンズＬ９である。

実施例５の広角レンズも、実施例１において記載した条件式（Ａ１）を満足し、第２レンズユニットの最も拡大側に位置するレンズを負レンズとすることで、歪曲収差を十分に補正しつつも、小型化された撮像レンズを提供することができる。

さらに、実施例５の広角レンズも、実施例１に記載したより好ましい条件式を満足することで、実施例１の各条件式において記載した効果と同様の効果を得ることができる。

（数値実施例５）
｜ｆ｜＝12.5〜13.9 ω＝37〜34° F/2.0〜2.1 有効像円径φ18.8
Ｒ d nd vd
OBJ ∞ ∞
1* 11.731 2.38 1.677 54.8
2* 6.147 5.37
3 16.570 5.21 1.799 29.8
4 130.697 1.42
5 -39.422 6.00 1.612 37.0
6 11.401 5.65 1.772 49.5
7 -28.798 2.24z
8 ∞ 1.47
9 ∞ 4.47
10 -9.175 1.86 1.698 30.1
11 -236.127 1.49
12 -28.694 4.52 1.772 49.5
13 -11.784 0.50
14 -150.946 4.33 1.772 49.5
15 -23.677 1.63z
16 44.020 4.01 1.696 55.5
17 -154.312 12.60
18 ∞ 15.55
19 ∞ 8.78
20 -12.964 6.30 1.805 25.4
21 -20.184 0.50
22 -79.437 6.31 1.772 49.5
23 -26.803 5.84z
24 25.089 5.79 1.733 51.4
25 94.021 11.28
26 ∞ 11.15
27 -17.106 4.02 1.805 25.4
28 39.895 1.07
29 -51.285 6.30 1.799 29.8
30 23.544 7.78 1.487 70.2
31 -10.252 1.60 1.761 26.5
32 -16.281 3.53
33 -576.999 5.72 1.595 67.7
34 -21.736 0.50z
35 33.403 2.85 1.808 22.7
36 73.744 3.00
37 ∞ 31.74 1.516 64.1
38 ∞ 7.50 1.516 64.1
39 ∞ 19.50 1.805 25.4
40 ∞
IMG

面番号 K A B C D E
1 -2.685e+000 -2.336e-005 -1.960e-007 3.509e-009 -2.113e-011 4.005e-014
2 -7.281e-001 -1.890e-004 -4.630e-010 -1.110e-009 7.618e-011 -9.632e-013

広角端 望遠端
d 7 2.24 4.27
d15 1.63 0.50
d23 5.84 0.50
d34 0.50 4.93

本発明のレンズ内共役点３を形成するレンズタイプでは、実施例４でも述べたとおり、レンズ内共役点３の前後の光学系で収差が相殺関係にある。このため、変倍に際して一方の光学系のみ移動させると収差のバランスが変化するため、収差変動が大きくなる。このため、本実施例では第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３を同時に移動させることで収差のバランスを維持しているのである。さらに第３レンズ群Ｂ３を移動させているのは、第３レンズ群Ｂ３に変倍に伴う像面位置の変動を抑える機能を持たせているためで、変倍の機能は主に第２レンズ群Ｂ２、第４レンズ群Ｂ４が行っている。

本実施例の結像性能を示した縦収差図を図１２に図示する。変倍しても基本的な像性能は維持されていることが分かる。

最後に以上のすべての実施例の数値条件式の値を記載する。条件式６に関して、実施例４と実施例５は広角度合いが小さいため記載していない。

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 第１レンズユニット
２ 第２レンズユニット
３ レンズ内共役点
Ｌ１１ 負レンズ

Claims (21)

1. 拡大側結像面と中間像とを共役にする正の屈折力を有する第１光学系と、前記中間像と縮小側結像面とを共役にする正の屈折力を有する第２光学系とからなり、
   前記第２光学系の最も拡大側に位置するレンズが負レンズであり、
   前記第１光学系の焦点距離をｆＦ、前記第２光学系の焦点距離をｆＲ、前記負レンズの焦点距離をｆ１とするとき、
   ０＜ｆＦ／ｆＲ＜０．５
   −１２＜ｆ１／ｆＦ≦−２．４８０
   を満足することを特徴とする結像光学系。
2. 前記負レンズの焦点距離をｆ１、前記第２光学系の焦点距離をｆＲとするとき、
   −５＜ｆ１／ｆＲ＜−０．０５
   を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 前記負レンズの焦点距離をｆ１、前記第１光学系と前記第２光学系からなる全系の焦点距離をｆとするとき、
   ０＜ｆ１／ｆ＜２０
   を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
4. 前記負レンズの拡大側の面は縮小側に凸形状であり、
   前記負レンズの拡大側の面の曲率半径をｒ、前記第１光学系と前記第２光学系からなる全系の焦点距離をｆとするとき、
   ０．１＜ｒ／ｆ＜３
   を満足することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の結像光学系。
5. 前記負レンズの拡大側の面は縮小側に凸形状であり、
   前記負レンズの拡大側の面の曲率半径をｒ、前記負レンズの屈折率をｎ、前記第２光学系において最も大きい面間隔を挟んで拡大側に配置されたレンズあるいはレンズ群の焦点距離をｆＲ１とするとき、
   −１．５＜ｒ／ｆＲ１（ｎ−１）＜−０．５
   を満足することを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項に記載の結像光学系。
6. 前記第２光学系の一部をフォーカス群として移動させることで合焦を行うことを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項に記載の結像光学系。
7. 前記フォーカス群の焦点距離をｆｆｏ、前記第１光学系と前記第２光学系からなる全系の焦点距離をｆとするとき、
   １＜｜ｆｆｏ／ｆ｜＜２００
   を満足することを特徴とする請求項６に記載の結像光学系。
8. 前記フォーカス群は、前記第２光学系の最も小さい径のレンズを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の結像光学系。
9. 前記フォーカス群は、無限遠から至近への合焦に際して、縮小側から拡大側に移動することを特徴とする請求項６乃至８いずれか一項に記載の結像光学系。
10. ズーミングのために、前記第１光学系と前記第２光学系の各々で、少なくとも１つのレンズが移動することを特徴とする請求項１乃至９いずれか一項に記載の結像光学系。
11. 前記負レンズの拡大側の面には軸外光束の主光線が光軸に近づきながら入射することを特徴とする請求項１乃至１０いずれか一項に記載の結像光学系。
12. 前記負レンズの縮小側に正レンズを有し、
    前記負レンズと隣り合う位置に前記正レンズが配置されることを特徴とする請求項１乃至１１いずれか一項に記載の結像光学系。
13. 前記正レンズは、縮小側に凸形状を有するメニスカスレンズであることを特徴とする請求項１２に記載の結像光学系。
14. 前記負レンズの焦点距離をｆ１、前記正レンズの焦点距離をｆ２とするとき、
    −１＜ｆ１／ｆ２＜−０．０５
    を満足することを特徴とする請求項１２または１３に記載の結像光学系。
15. 拡大側結像面と中間像とを共役にする正の屈折力を有する第１光学系と、前記中間像と縮小側結像面とを共役にする正の屈折力を有する第２光学系とからなり、
    前記第２光学系の最も拡大側に位置するレンズが負レンズであり、
    前記第１光学系の焦点距離をｆＦ、前記第２光学系の焦点距離をｆＲとするとき、０＜ｆＦ／ｆＲ＜０．８
    を満足し、
    前記第１光学系は、３枚のレンズを接合した接合レンズを有することを特徴とする結像光学系。
16. 前記接合レンズは、前記３枚のレンズとして、拡大側から縮小側へ順に正レンズ、負レンズ、正レンズを有することを特徴とする請求項１５に記載の結像光学系。
17. 前記結像光学系は、光変調素子からの光を被投射面に投射することにより、画像を投射する投射光学系であることを特徴とする請求項１乃至１６いずれか一項に記載の結像光学系。
18. 光変調素子と、
    請求項１７に記載の結像光学系を有することを特徴とする投射型画像表示装置。
19. 前記投射光学系は、投射画像を移動させるため、該投射光学系の光軸に垂直な方向の成分を持つ方向に移動させることが可能であり、
    前記投射光学系の移動方向は、前記投射された画像の移動方向とは反対の方向であることを特徴とする請求項１８に記載の投射型画像表示装置。
20. 前記結像光学系は、物体からの光を撮像素子に結像する撮像光学系であることを特徴とする請求項１乃至１６いずれか一項に記載の結像光学系。
21. 撮像素子と、
    請求項２０に記載の結像光学系を有することを特徴とする撮像装置。