JP6253437B2 - 結像光学系及びそれを有する画像投射装置 - Google Patents

結像光学系及びそれを有する画像投射装置 Download PDF

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Description

本発明は、拡大共役側の一点から出射した光束が中間結像位置で結像し、その後縮小共役側で再結像する光学作用を有する結像光学系及びそれを有する画像投射装置に関する。
近年、デジタルカメラ等の撮像装置やプロジェクター等の画像投射装置に用いられる結像光学系には全系が小型であること、広画角であること、そして全物体距離にわたり高精度な光学性能を有すること等が要求されている。これらの要求を満足する結像光学系として、拡大共役側（物体側）の拡大共役点（物点）を縮小共役側（像側）に結像させる際に拡大共役点を光学系の内部の中間結像位置に一度結像する。その後に縮小共役点に再結像するようにした中間結像方式（再結像方式）を利用した結像光学系が知られている（特許文献１乃至３）。
特許文献１は前群レンズにより被写体の第１次像を形成し、次にフィールドレンズを介して後群レンズにより被写体の第２次像を形成する構成の内視鏡用対物レンズを開示している。特許文献１では後群レンズを２つのレンズ位置間で切り換えることにより観察視野角を変化させている。
特許文献２は被写体を対物レンズ群により視野絞り近傍の１次結像面に形成し、１次結像面に形成した像をリレーレンズ群により再結像面（撮像素子面）に再結像する超広角レンズを開示している。特許文献２では、対物レンズとリレーレンズ群の一部又は全部を移動してフォーカシングを行っている。この他、撮像素子を移動してフォーカシングを行っている。
特許文献３は結像光学系の物体側にアフォーカル光学系を着脱可能に装着した撮像装置を開示している。アフォーカル光学系は物体側から順に対物光学系、フィールドレンズ、補正レンズ群を有している。
物体側からの光束を対物光学系によってフィールドレンズ近傍に結像した後に、補正レンズ群で平行光として結像光学系に導光している。そしてフィールドレンズ近傍に結像した像を結像光学系によって結像面に再結像している。補正レンズ群と結像光学系の一部のレンズ群の移動によって焦点調節（フォーカス）を行っている。
特開平０８−０５４５６１号公報 特開２００５−１２８２８６号公報 特開２０１１−１７９８４号公報
デジタルカメラ等の撮像装置に用いる撮影光学系において、再結像方式を利用すると広画角及び全系の小型化を図るのが容易になる。しかしながら遠方から至近に至るフォーカシングに際して収差変動が大きくなり、全物体距離にわたり、高い光学性能を得ることが難しい。
一方、液晶等の画像表示素子に基づく画像をスクリーン面上に拡大投射する画像投射装置（プロジェクター）に用いる投射光学系（結像光学系）において、再結像方式を用いると、全系の小型化及び広い投射角度での投射が容易になる。しかしながら遠方から至近まで種々と投射距離を変えると（フォーカシングを行うと）それに伴って収差変動が増大し、全投射距離において高い光学性能を得ることが難しい。
このため再結像方式を利用した結像光学系においては、レンズ構成及び遠方から至近へフォーカシング（合焦）するときのフォーカス方式等を適切に設定することが重要になってくる。例えば、結像光学系のレンズ群の数や、それらの屈折力、光路中に再結像するときの中間結像位置の設定、フォーカシングする際に移動するレンズ群の選定などを適切に設定することが重要になってくる。これらの構成が不適切であるとフォーカシングに際して収差変動が増大し、この結果、全系の小型化を図りつつ、広画角で全物体距離にわたり高い光学性能を得るのが困難になってくる。
本発明は、再結像方式を利用し、広画角で全物体距離にわたり高い光学性能を有し、全系の小型化が容易な結像光学系及びそれを有する画像投射装置の提供を目的とする。
本発明の結像光学系は、拡大共役側より縮小共役側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、拡大共役側の拡大共役点及び縮小共役側の縮小共役点の両者と、内部の中間結像位置とを共役にする結像光学系であって、前記第１レンズ群と前記第５レンズ群はフォーカシングのためには不動で、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が互いに異なった軌跡で移動することを特徴としている。
本発明によれば、再結像方式を利用し、広画角で全物体距離にわたり高い光学性能を有し、全系の小型化が容易な結像光学系が得られる。
本発明の実施例１の結像光学系のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 本発明の実施例１の結像光学系の物体距離４８０ｍｍ，８４０ｍｍ，３６００ｍｍのときの収差図 本発明の実施例２の結像光学系のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 本発明の実施例２の結像光学系の物体距離４８０ｍｍ，８４０ｍｍ，３６００ｍｍのときの収差図 本発明の実施例３の結像光学系のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 本発明の実施例３の結像光学系の物体距離４８０ｍｍ，８４０ｍｍ，３６００ｍｍのときの収差図 本発明の画像投射装置の要部概略図
以下に本発明の結像光学系の各実施例について説明する。本発明の結像光学系は、拡大共役側より縮小共役側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成されている。そして、拡大共役側の拡大共役点が中間結像位置で結像し、中間結像位置に結像した像が縮小共役側の縮小共役点に再結像する光学作用を有する。
即ち、拡大共役側の拡大共役点及び縮小共役側の縮小共役点の両者と、内部の中間結像位置とを共役にする結像光学系である。拡大共役点の遠方から至近へのフォーカシングに際して第１レンズ群と第５レンズ群はフォーカシングのためには不動で、第２レンズ群と第３レンズ群と前記第４レンズ群が互いに異なった軌跡で移動する。
以下各実施例の結像光学系を液晶等の画像表示素子に表示された原画をスクリーンに投射するプロジェクター（画像投射装置）に用いる投射光学系に適用した場合について説明する。
図１は本発明の結像光学系の実施例１のレンズ断面図である。図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は各々本発明の結像光学系の実施例１の投射距離が４８０ｍｍ，８４０ｍｍ，３６００ｍｍのときの収差図である。ここで投射距離とは後述する数値実施例をｍｍ単位で表したときの画像表示素子からスクリーン面までの距離である。このことは以下の実施例において同じである。
図３は本発明の結像光学系の実施例２のレンズ断面図である。図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は各々本発明の結像光学系の実施例２の投射距離が４８０ｍｍ，８４０ｍｍ，３６００ｍｍのときの収差図である。図５は本発明の結像光学系の実施例３のレンズ断面図である。図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は各々本発明の結像光学系の実施例３の投射距離が４８０ｍｍ，８４０ｍｍ，３６００ｍｍのときの収差図である。図７は本発明の結像光学系を有する画像投射装置の要部概略図である。
各実施例に示した結像光学系は、画像投射装置（プロジェクター）に用いられる投射レンズ（投射光学系）である。レンズ断面図において、左方が拡大共役側（スクリーン）（前方）で、右方が縮小共役側（画像表示素子側）（後方）である。ＬＡは結像光学系である。ｉを拡大共役側から数えたレンズ群の順番とするとき、Ｂｉは第ｉレンズ群である。ＳＰは開口絞りである。ＩＥは液晶パネル（画像表示素子）等の原画像（被投射画像）であり、縮小共役側の縮小共役点に相当している。
Ｓはスクリーン面であり、拡大共役側の拡大共役点に相当する。Ｐｒは色分解、色合成用のプリズム、光学フィルター、フェースプレート（平行平板ガラス）、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＭＩは拡大共役点が１次結像する中間結像位置である。矢印は拡大共役点が遠方から至近へフォーカシングする際の各レンズ群の移動方向（移動軌跡）を示している。
収差図において、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（度）である。球面収差図において２点鎖線は、波長４３５．８ｎｍ、破線は波長４８６．１ｎｍ、実線は波長５８７．８ｎｍ、点線は波長６５６．２７ｎｍである。非点収差図において、点線は波長５８７．８ｎｍのメリディオナル像面、実線は波長５８７．７ｎｍのサジタル像面を示す。歪曲収差図は波長５８７．６ｎｍについて示している。球面収差と非点収差は０．１５ｍｍのスケールで、歪曲収差は０．５％のスケールで示している。
各実施例の結像光学系ＬＡは拡大共役側より縮小共役側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｂ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｂ５より構成されている。フォーカシングに際し、第１レンズ群Ｂ１、第５レンズ群Ｂ５はフォーカシングのためには不動で、第２レンズ群Ｂ２、第３レンズ群Ｂ３、第４レンズ群Ｂ４が移動する。ここで中間結像位置ＭＩは第３レンズ群Ｂ３内に存在する。第３レンズ群Ｂ３は中間結像の前後で周辺光線を縮小共役側へ導光するフィールドレンズの光学作用を有している。
第１レンズ群Ｂ１は最も拡大共役側で光軸に対する光線角度が大きいため、フォーカシングの際の各レンズ群の移動によって周辺光量が変化し、歪曲が変化する。このため第１レンズ群Ｂ１は不動であるのが良い。また第５レンズ群Ｂ５はフォーカシングの際の各レンズ群の移動によって像側のテレセントリック性が変化し、周辺光量が変化する。このため第５レンズ群Ｂ５は不動であるのが良い。
第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４は遠方から至近へのフォーカシングに際し、縮小共役側へ移動する。これにより、遠方から至近へのフォーカシングに伴う像面湾曲の変動を補正している。また、第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４を移動すると球面収差・コマ収差が発生するが、これらの諸収差は第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４を同方向に移動することで打ち消しあい全体として収差変化を軽減している。第２レンズ群Ｂ２は拡大共役側からの軸外主光線が光軸と交わる位置の近傍に配置している。
各実施例では、中間結像位置ＭＩより拡大共役側に開口絞りＳＰを配置しない。このため、第２レンズ群Ｂ２を通過する中間像高と周辺像高の主光線高さを第２レンズ群Ｂ２の位置によって調整している。フォーカシングの際の各レンズ群の移動の際に生ずる中間像高と周辺像高の相対的な像面湾曲の変動を第２レンズ群Ｂ２で補正している。遠方から至近へのフォーカシングの際の第２レンズ群Ｂ２の移動方向は第３レンズ群Ｂ３、第４レンズ群Ｂ４のピント移動量・中間像高の像面湾曲変動・周辺像高の像面湾曲変動の補正量に従って、拡大共役側に移動してもよいし、縮小共役側へ移動してもよい。
次に各実施例の好ましい構成について説明する。拡大共役点の遠方から至近へのフォーカシングに際しての、第２レンズ群Ｂ２の移動量をＡ２、第３レンズ群Ｂ３の移動量をＡ３、第４レンズ群Ｂ４の移動量をＡ４とする。第３レンズ群Ｂ３は中間結像位置ＭＩを挟んで拡大共役側に１つ以上の正レンズを含み、縮小共役側に１つ以上の正レンズを含み、第３レンズ群Ｂ３の焦点距離をｆ３、全系の焦点距離をｆとする。
中間結像位置ＭＩより拡大共役側で軸外光束の主光線と光軸が交わる位置と第２レンズ群Ｂ２の拡大共役側の主点位置との距離（差）をＸ２とする。中間結像位置ＭＩより縮小共役側で軸外光束の主光線と光軸が交わる位置と、第４レンズ群Ｂ４の拡大共役側の主点位置との距離（差）をＸ４とする。光学全長をＬとする。ここで光学全長とは最も拡大共役側のレンズ面から最も縮小共役側のレンズ面までの距離である。
第１レンズ群Ｂ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｂ２の焦点距離をｆ２、第４レンズ群Ｂ４の焦点距離をｆ４、第５レンズ群Ｂ５の焦点距離をｆ５とする。このとき、次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。
−０．４＜Ａ２／Ａ４＜０．４ ・・・（１）
０．２＜Ａ３／Ａ４＜０．９ ・・・（２）
１０．０＜ｆ３／｜ｆ｜＜５００．０ ・・・（３）
Ｘ２／Ｌ＜０．１５ ・・・（４）
Ｘ４／Ｌ＜０．１５ ・・・（５）
−１５．０＜ｆ１／｜ｆ｜＜−１．０ ・・・（６）
２．０＜ｆ２／｜ｆ｜＜７．０ ・・・（７）
−１５．０＜ｆ４／｜ｆ｜＜−４．０ ・・・（８）
２．０＜ｆ５／｜ｆ｜＜１０．０ ・・・（９）
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
条件式（１）は第４レンズ群Ｂ４の移動量に対する第２レンズ群Ｂ２の移動量の比に関する。条件式（２）は第４レンズ群Ｂ４の移動量に対する第３レンズ群Ｂ３の移動量との比に関する。
第４レンズ群Ｂ４は中間結像位置ＭＩより縮小共役側で開口絞りＳＰの近傍に配置しており、周辺像高と中間像高の主光線の入射高さが低い。このため、フォーカシングに際して各レンズ群の移動によって歪曲が変化しにくい。このためフォーカシングに際して第４レンズ群のＢ４の移動量Ａ４を最も大きくとるのが好ましい。第３レンズ群Ｂ３は第４レンズ群Ｂ４で発生する球面収差・コマ収差等の補正を行うとともに、像面湾曲の発生を少なくするために第３レンズ群Ｂ３は移動量Ａ３を条件式（２）の範囲内で移動するのが好ましい。
第２レンズ群Ｂ２は第３レンズ群Ｂ３の移動により発生する像面湾曲の変動量と相関して移動し、像高毎の像面湾曲の変動量の差を打ち消すため、第２レンズ群Ｂ２は移動量Ａ２を条件式（１）の範囲で移動するのが好ましい。第３レンズ群Ｂ３は中間結像位置ＭＩを挟んで拡大共役側に少なくとも１つの正レンズを含み、縮小共役側に少なくとも１つの正レンズを含んでいる。条件式（３）は全系の焦点距離に対する第３レンズ群Ｂ３の焦点距離との比に関する。
第３レンズ群Ｂ３はフィールドレンズの光学作用を有するため、周辺像高の光線がより大きく曲げられる。ここで第３レンズ群Ｂ３の近軸の屈折力を条件式（３）の範囲のように小さく設定することで、第３レンズ群Ｂ３の移動に際しフォーカシングには殆ど影響を与えず、周辺像高の像面湾曲の変化を大きくすることが容易となる。これにより、像面湾曲の調整を容易に行っている。
条件式（４）は光学全長に対する中間結像位置ＭＩより拡大共役側の主光線と光軸が交わる位置と第２レンズ群Ｂ２の拡大共役側の主点位置との距離（差）の比に関する。条件式（５）は光学全長に対する中間結像位置ＭＩより縮小共役側の主光線と光軸が交わる位置と第４レンズ群Ｂ４の拡大共役側主点位置との距離（差）の比に関する。ここで拡大共役側主点は、レンズ群に対して縮小共役側より平行光を入射したとき、横倍率が１となる共役点である。
第２レンズ群Ｂ２を条件式（４）の範囲に配置することで、第２レンズ群Ｂ２の位置で周辺像高と中間像高からの光束とが集まる。このため、第２レンズ群Ｂ２の移動によって、中間像高と周辺像高の像面湾曲を第３レンズ群Ｂ３と異なる状態で変化させることが容易になる。第４レンズ群Ｂ４を条件式（５）の範囲に配置することで、第４レンズ群Ｂ４は実質的に開口絞りＳＰの近傍に配置される。これにより第４レンズ群Ｂ４を開口絞りＳＰに対してコンセントリックな形状として、第４レンズＢ４の移動による歪曲収差の変化を軽減している。
条件式（６）は全系の焦点距離に対する第１レンズ群Ｂ１の焦点距離の比に関する。条件式（７）は全系の焦点距離に対する第２レンズ群Ｂ２の焦点距離の比に関する。条件式（８）は全系の焦点距離に対する第４レンズ群Ｂ４の焦点距離の比に関する。条件式（９）は全系の焦点距離に対する第５レンズ群Ｂ５の焦点距離の比に関する。
条件式（６）の上限超えると高画角化を図ることが困難になる。条件式（６）の下限、もしくは条件式（７）の上限を超えると、中間結像位置ＭＩより拡大共役側に位置する第２レンズ群Ｂ２の正の屈折力が強くなりすぎて軸上色収差の補正が難しくなる。また条件式（７）の下限を超えると光学全長が長くなりすぎてしまう。
条件式（８）の下限を超えて第４レンズ群Ｂ４の負の屈折力が強く（負の屈折力の絶対値が大きく）なるとフォーカシングに際して球面収差と歪曲が増大してくる。条件式（８）の上限を超えると、フォーカシングに際しての第４レンズ群Ｂ４の移動量が増大し、光学全長が長くなってしまう。
条件式（９）の上限を超えると第５レンズ群Ｂ５の正の屈折力が増大してしまい、所定のバックフォーカスの確保が困難になる。条件式（９）の下限を超えると中間結像位置ＭＩよりも縮小共役側の光学全長が長くなりすぎてしまう。
各実施例において更に好ましくは条件式（１）乃至（９）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−０．３＜Ａ２／Ａ４＜０．３ ・・・（１ａ）
０．３＜Ａ３／Ａ４＜０．８ ・・・（２ａ）
２０．０＜ｆ３／｜ｆ｜＜３００．０ ・・・（３ａ）
Ｘ２／Ｌ＜０．１０ ・・・（４ａ）
Ｘ４／Ｌ＜０．１０ ・・・（５ａ）
−１４．０＜ｆ１／｜ｆ｜＜−１．５ ・・・（６ａ）
３．０＜ｆ２／｜ｆ｜＜６．０ ・・・（７ａ）
−１４．０＜ｆ４／｜ｆ｜＜−６．０ ・・・（８ａ）
３．０＜ｆ５／｜ｆ｜＜８．０ ・・・（９ａ）
中間結像方式を有する結像光学系では、中間結像位置ＭＩの前後で縦収差が加算関係となる。このため、特に軸上色収差の色消しが困難になる。そこで、第２レンズ群Ｂ２、第４レンズ群Ｂ４、第５レンズ群Ｂ５はいずれも拡大共役側から縮小共役側に順に、負レンズと正レンズとを接合した接合レンズを少なくとも１つ有し、これによって色収差を補正するのが良い。
中間結像位置ＭＩの前後で周辺像高の収差補正を良好に行う。このため、第３レンズ群Ｂ３は拡大共役側より縮小共役側へ順に、少なくとも１枚の拡大共役側に凸面を向けた正レンズと少なくとも１枚の負レンズと少なくとも１枚の縮小共役側に凸面を向けた正レンズを含むようにするとよい。第１レンズ群Ｂ１は拡大共役側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズを１つ以上有するのが収差補正に好ましい。
各実施例はレンズ全体を５つのレンズ群の構成で説明したが、適宜変更が可能である。たとえば所定のレンズ群を分割し、フォーカシングに際してほぼ同軌跡にて移動させても良い。このときの移動の目安は分割したレンズ群の相対的な移動比Ｂが−０．１＜Ｂ＜０．１程度とするのが良い。
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。
次に各実施例の前述した以外の特徴について説明する。実施例１では拡大共役点が遠方から至近に変化したときのフォーカシングに際して第２レンズ群Ｂ２、第３レンズ群Ｂ３、第４レンズ群Ｂ４はともに縮小共役側へ移動し、第１レンズ群Ｂ１と第５レンズ群Ｂ５は不動である。
実施例２では拡大共役点が遠方から至近に変化したときのフォーカシングに際して第２レンズ群Ｂ２、第３レンズ群Ｂ３、第４レンズ群Ｂ４はともに縮小共役側へ移動し、第１レンズ群Ｂ１と第５レンズ群Ｂ５は不動である。また、実施例１で第１レンズ群Ｂ１に含んでいたメニスカス形状で非球面を有する負レンズを第２レンズ群Ｂ２に含むことで、非球面内の光線高さの変化を利用して中間像高と周辺像高の像面湾曲差を低減している。
実施例３では屈折力配置とフォーカシングに際しての第２レンズ群Ｂ２の移動方向を実施例１，２に比べて変更している。拡大共役点が遠方から至近に変化したときのフォーカシングに際して第３レンズ群Ｂ３、第４レンズ群Ｂ４はともに縮小共役側へ移動し、第２レンズ群Ｂ２は拡大共役側に移動する構成である。本実施例のように、条件式の範囲内で屈折力配置とレンズ群の移動を変更しても、良好な光学性能が確保できる。
次に本発明の結像光学系を画像投射装置に用いる投射光学系に適用した図７の実施例を説明する。
図７において４１は光源である。４２は画像表示素子に対してむらの少ない照明を実現し、出射される光の偏光方向をＰ偏光またはＳ偏光の任意の方向にそろえる機能を有する照明光学系である。４３は照明光学系４２からの光を画像表示素子に対応した任意の色に分解する色分離光学系である。
４７，４８，４９は入射した偏光を電気信号に応じて変調する反射型の液晶よりなる画像を形成する画像表示素子である。４４，４５は画像表示素子４７，４８，４９で変調に応じて、光を透過または反射させる偏光ビームスプリッタである。４６は各画像表示素子４７，４８，４９からの光を１つに合成する色合成光学系である。５０は色合成光学系４６で合成された光をスクリーン５１などの被投射物に投射する投射光学系である。
投射光学系５０に本発明の結像光学系を用いている。これにより、広い投射距離範囲において諸収差の変化が良好に補正され、画面全体にわたり光学性能が良好な画像投射装置を得ている。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
次に各実施例の結像光学系の数値実施例を示す。数値実施例のレンズ構成中の面番号は、拡大共役側から縮小共役側に順に各レンズ面に付した番号である。Ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄはレンズ面ｉとレンズ面（ｉ＋１）との間の光軸上での間隔（物理的間隔）を示す。面番号の右側にｓが付記されているレンズ面は、開口絞りの位置を示している。
また、ｎｄ，νｄはそれぞれ、各レンズを構成する材料のｄ線に対する屈折率とアッベ数を示している。glassは硝材（商品名）である。φｅａは各レンズ面の有効径である。また各数値実施例の全系の焦点距離（絶対値）、開口比（Ｆナンバー）、半画角ωを示す。
なお、各数値実施例において、レンズ全系の焦点距離の値を絶対値｜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ためである。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。
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す。非球面形状は光軸方向にｘ軸、光軸と垂直方向にｙ軸、光の進行方向を正とし、ｒを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ・・・を非球面係数、Ｅ−Ｘは１０−Ｘとするとき、次のとおりである。
ｘ＝（ｙ２/Ｒ）/[１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ２/Ｒ２）｝１/２]＋Ａｙ４＋Ｂｙ６＋Ｃ
ｙ８＋Ｄｙ１０＋Ｅｙ１２＋Ｆｙ１４＋Ｇｙ１６
円錐定数，非球面係数においてNOiは面番号ｉを示す。また前述の各実施例と数値との関係を表１に示す。
（数値実施例１）
｜ｆ｜＝8.745 Ｆｎｏ＝2.80 Φ＝28 ω＝57.9
no Φea R d glass Nd νd
OBJ 840.00
1 63.1 71.350 3.50 STIH6 1.8118 25.4
2 48.7 31.307 4.50
3* 46.5 62.073 3.20 LBAL42 1.5852 59.4
4* 35.2 12.344 34.27
5 12.2 274.905 2.00 SLAH60 1.8388 37.2
6 13.6 19.301 5.60 SFPM2 1.5971 67.7
7 15.2 -15.621 0.95
8 15.4 -13.472 1.50 STIH6 1.8118 25.4
9 19.6 50.336 5.83 SFPM2 1.5971 67.7
10 21.9 -22.244 0.50
11 26.9 94.153 7.71 SFPL53 1.4397 94.9
12 28.2 -23.340 28.48
13 41.0 56.441 6.02 SNPH1 1.8155 22.8
14 40.7 -1222.548 0.50
15 38.1 26.686 7.38 STIH6 1.8118 25.4
16 35.2 44.485 19.75
17 24.7 -51.973 2.00 SBAL35 1.5912 61.1
18 24.2 28.216 9.36
19* 27.8 -341.604 3.00 SBSL7 1.5181 64.1
20* 28.9 48.327 8.43
21 33.0 -330.075 8.22 FDS90 1.8542 23.8
22 34.4 -28.872 0.50
23 30.4 26.139 5.90 SLAH66 1.7758 49.6
24 28.5 69.577 16.92
25s 11.7 0.000 7.49（開口絞り）
26 11.9 -19.728 1.50 STIM35 1.7038 30.1
27 13.8 27.913 3.90 SFPM2 1.5971 67.7
28 15.4 -28.950 3.54
29 17.8 -22.342 1.50 SLAH60 1.8388 37.2
30 22.1 40.198 6.62 SFPM2 1.5971 67.7
31 24.6 -26.299 0.50
32 33.3 47.508 11.13 SFPM2 1.5971 67.7
33 34.6 -34.679 0.50
34* 34.4 -110.021 4.78 SLAM60 1.7464 49.3
35* 35.4 -42.937 2.50
36 40.0 ∞ 32.00 SBSL7 1.5181 64.1
37 40.0 ∞ 2.00
38 40.0 ∞ 18.00 SF6 1.8119 25.4
39 40.0 ∞ 5.50
IMG
1/ｒ NO 3= 1.6110E-02 NO 4= 8.1008E-02 NO19=-2.9274E-03 NO20= 2.0692E-02
NO34=-9.0892E-03 NO35=-2.3290E-02
K NO 3= 0.0000E+00 NO 4=-6.2208E-01 NO19= 0.0000E+00 NO20= 0.0000E+00
NO34= 0.0000E+00 NO35= 0.0000E+00
A NO 3= 2.5934E-05 NO 4=-4.8889E-05 NO19= 7.9382E-05 NO20= 9.0390E-05
NO34=-1.9458E-05 NO35=-1.0980E-05
B NO 3=-5.3719E-08 NO 4= 1.9998E-07 NO19=-1.6312E-07 NO20=-5.0593E-07
NO34=-4.5035E-08 NO35=-2.4944E-08
C NO 3= 1.3976E-10 NO 4=-1.1098E-09 NO19=-8.4439E-10 NO20= 1.5511E-09
NO34= 2.2329E-10 NO35= 6.7109E-11
D NO 3=-2.5252E-13 NO 4= 5.2350E-12 NO19=-5.2043E-12 NO20=-1.2019E-11
NO34=-7.2439E-13 NO35= 3.9244E-13
E NO 3= 2.1773E-16 NO 4=-2.5752E-14 NO19= 9.4747E-14 NO20= 8.8554E-14
NO34= 1.5090E-15 NO35=-2.9530E-15
F NO 3=-5.1783E-21 NO 4= 6.6032E-17 NO19=-3.9802E-16 NO20=-3.0403E-16
NO34= 2.3613E-18 NO35= 9.8048E-18
G NO 3=-8.5250E-23 NO 4=-6.8633E-20 NO19= 5.8023E-19 NO20= 3.9255E-19
NO34=-7.3025E-21 NO35=-1.0669E-20
（数値実施例2）
｜ｆ｜＝8.750 Ｆｎｏ＝2.8 Φ＝28 ω＝57.8
no Φea R d glass Nd νd
OBJ 840.00
1 60.6 61.901 4.00 STIH6 1.8118 25.4
2* 44.7 27.254 4.64
3* 40.7 31.258 3.20 LBAL42 1.5852 59.4
4* 31.6 10.158 30.70
5 10.6 610.053 5.00 FDS90 1.8542 23.8
6 13.1 23.547 4.70 SFPM2 1.5971 67.7
7 14.6 -16.537 1.06
8 14.9 -13.418 1.20 FDS90 1.8542 23.8
9 18.4 110.863 5.80 SFPM2 1.5971 67.7
10 21.1 -19.228 0.96
11 26.7 131.346 9.70 SFPL53 1.4397 94.9
12 29.6 -26.221 27.59
13 44.2 94.117 6.30 SNPH1 1.8155 22.8
14 44.2 -147.450 0.50
15 42.1 29.437 7.80 STIH6 1.8118 25.4
16 39.4 51.717 23.98
17 25.3 -45.558 1.50 SNBH8 1.7249 34.7
18 25.3 42.334 6.74
19* 28.1 500.000 3.00 STIM28 1.6936 31.1
20* 28.8 66.463 12.60
21 36.6 -125.583 8.50 FDS90 1.8542 23.8
22 38.4 -30.360 4.15
23 35.7 47.555 6.10 SLAH71 1.8558 32.3
24 34.5 -2769.749 23.26
25s 12.4 0.000 7.19（開口絞り）
26 12.1 -37.669 2.50 SLAH71 1.8558 32.3
27 13.2 46.020 4.00 SFPM2 1.5971 67.7
28 14.9 -39.203 3.44
29 17.4 -36.974 1.50 SNBH53 1.7428 32.3
30 20.8 21.682 6.80 SFPM2 1.5971 67.7
31 22.6 -30.892 0.50
32 25.1 -76000.000 2.50 LBSL7 1.5181 64.1
33* 26.3 -98.967 7.79
34 34.4 -1088.623 8.80 SLAH66 1.7758 49.6
35 35.9 -29.670 2.50
36 40.0 ∞ 32.00 SBSL7 1.5181 64.1
37 40.0 ∞ 2.00
38 40.0 ∞ 18.00 SF6 1.8119 25.4
39 40.0 ∞ 5.50
IMG
1/ｒ NO 2= 3.6692E-02 NO 3= 3.1992E-02 NO 4= 9.8444E-02 NO19= 2.0000E-03
NO20= 1.5046E-02 NO34=-1.0104E-02
K NO 2= 0.0000E+00 NO 3= 0.0000E+00 NO 4=-6.9922E-01 NO19= 0.0000E+00
NO20= 0.0000E+00 NO34= 0.0000E+00
A NO 2= 1.0672E-05 NO 3= 4.0941E-05 NO 4=-5.3674E-05 NO19= 4.2257E-05
NO20= 7.2790E-05 NO34= 1.3948E-05
B NO 2=-1.4531E-08 NO 3=-8.7913E-08 NO 4= 2.8073E-07 NO19= 2.2724E-08
NO20=-3.6838E-07 NO34= 1.0937E-08
C NO 2=-1.6255E-11 NO 3= 1.1724E-10 NO 4=-1.8800E-09 NO19=-1.1234E-09
NO20= 1.3362E-09 NO34=-1.3559E-10
D NO 2= 2.6540E-14 NO 3=-2.2828E-13 NO 4= 4.1721E-12 NO19=-4.9883E-12
NO20=-1.2455E-11 NO34= 1.1651E-12
E NO 2=-1.6977E-17 NO 3= 1.8589E-16 NO 4=-7.1972E-15 NO19= 9.3183E-14
NO20= 8.9472E-14 NO34=-5.7383E-15
F NO 2= 0.0000E+00 NO 3= 0.0000E+00 NO 4= 0.0000E+00 NO19=-3.9797E-16
NO20=-3.0403E-16 NO34= 9.9706E-18
G NO 2= 0.0000E+00 NO 3= 0.0000E+00 NO 4= 0.0000E+00 NO19= 5.8023E-19
NO20= 3.9255E-19 NO34= 0.0000E+00
（数値実施例３）
|ｆ|＝8.794 Ｆｎｏ＝2.80 Φ＝28 ω＝57.7
no Φea R d glass Nd νd
OBJ 840.00
1 64.9 45.972 4.00 STIH6 1.812 25.4
2* 49.7 29.724 6.00
3* 46.0 43.878 3.50 SBSL7 1.518 64.1
4* 33.6 11.246 29.77
5 8.6 -105.952 2.00 FDS90 1.854 23.8
6 9.8 25.424 3.46 SFPM2 1.597 67.7
7 11.2 -16.525 0.91
8 11.5 -12.828 2.00 FDS90 1.854 23.8
9 15.1 54.446 6.74 SFPM2 1.597 67.7
10 19.2 -16.459 0.67
11 25.1 101.319 9.20 SFPL53 1.440 94.9
12 28.1 -24.889 25.42
13 44.3 95.263 6.26 SNPH1 1.816 22.8
14 44.4 -115.913 0.50
15 41.5 27.076 7.74 STIH6 1.812 25.4
16 38.8 44.805 20.83
17 25.8 -37.907 1.50 SBAL35 1.591 61.1
18 25.4 52.144 26.73
19 29.9 -135.773 2.00 SNBH5 1.658 39.7
20 30.8 93.142 2.48
21 31.1 -174.924 5.27 FDS90 1.854 23.8
22 32.2 -39.130 0.50
23 32.5 43.367 6.02 SLAH71 1.856 32.3
24 31.7 -349.973 24.49
25s 14.5 ∞ 13.85（開口絞り）
26 15.6 -27.767 2.00 STIH14 1.768 26.5
27 17.6 66.244 4.06 SFPM2 1.597 67.7
28 19.1 -31.732 3.94
29 20.6 -19.383 1.50 SNBH8 1.725 34.7
30 25.8 95.059 6.37 SFPM2 1.597 67.7
31 28.1 -30.892 0.50
32 31.0 -85.334 3.54 SFPM2 1.597 67.7
33 32.6 -46.532 0.50
34 38.1 67.107 9.34 SFPM2 1.597 67.7
35 38.6 -42.842 0.50
36* 37.8 ∞ 3.40 SBAL42 1.585 59.4
37 37.8 -112.400 2.50
38 40.0 ∞ 32.00 SBSL7 1.518 64.1
39 40.0 ∞ 2.00
40 40.0 ∞ 18.00 SF6 1.812 25.4
41 40.0 ∞ 13.46
IMG
no 2 3 4 37
1/ｒ 3.3643E-02 2.2790E-02 8.8921E-02 0.0000E+00
K 0.0000E+00 0.0000E+00 -7.3246E-01 0.0000E+00
A 2.0288E-06 2.7333E-05 9.8048E-06 -4.7344E-06
B -4.8136E-10 -3.8931E-08 1.5646E-07 -3.7650E-10
C 1.0203E-11 3.0928E-11 -1.3118E-09 -6.8090E-12
D -1.2931E-14 4.9010E-14 1.4005E-12 1.0441E-14
E 1.6020E-17 -7.9231E-17 2.2631E-17 -1.2792E-17
F 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
G 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
Ｂ１ 第１レンズ群 Ｂ２ 第２レンズ群 Ｂ３ 第３レンズ群
Ｂ４ 第４レンズ群 Ｂ５ 第５レンズ群

Claims (11)

  1. 拡大共役側より縮小共役側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、
    拡大共役側の拡大共役点及び縮小共役側の縮小共役点の両者と、内部の中間結像位置とを共役にする結像光学系であって、
    前記第１レンズ群と前記第５レンズ群はフォーカシングのためには不動で、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が互いに異なった軌跡で移動することを特徴とする結像光学系。
  2. 中間結像位置は前記第３レンズ群内の光路中に位置することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
  3. 前記拡大共役点の遠方から至近へのフォーカシングに際して、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群は縮小共役側に移動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. 前記拡大共役点の遠方から至近へのフォーカシングに際しての、前記第２レンズ群の移動量をＡ２、前記第３レンズ群の移動量をＡ３、前記第４レンズ群の移動量をＡ４とするとき、
    −０．４＜Ａ２／Ａ４＜０．４
    ０．２＜Ａ３／Ａ４＜０．９
    なる条件式を満たす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. 前記中間結像位置は前記第３レンズ群内の光路中に位置し、前記第３レンズ群は前記中間結像位置を挟んで拡大共役側に１つ以上の正レンズを含み、縮小共役側に１つ以上の正レンズを含み、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、全系の焦点距離をｆとするとき、
    １０．０＜ｆ３／｜ｆ｜＜５００．０
    なる条件式を満たす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. 前記中間結像位置より拡大共役側で軸外光束の主光線と光軸が交わる位置と前記第２レンズ群の拡大共役側の主点位置との距離をＸ２、前記中間結像位置より縮小共役側で軸外光束の主光線と光軸が交わる位置と、前記第４レンズ群の拡大共役側の主点位置との距離をＸ４、光学全長をＬとするとき、
    Ｘ２／Ｌ＜０．１５
    Ｘ４／Ｌ＜０．１５
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の結像光学系。
  7. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５、全系の焦点距離をｆとするとき、
    −１５．０＜ｆ１／｜ｆ｜＜−１．０
    ２．０＜ｆ２／｜ｆ｜＜７．０
    −１５．０＜ｆ４／｜ｆ｜＜−４．０
    ２．０＜ｆ５／｜ｆ｜＜１０．０
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の結像光学系。
  8. 前記第１レンズ群は拡大共役側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズを１つ以上有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の結像光学系。
  9. 前記第２レンズ群と前記第４レンズ群と前記第５レンズ群はいずれも拡大共役側から縮小共役側へ順に、負レンズと正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３レンズ群は拡大共役側より縮小共役側へ順に、拡大共役側に凸面を向けた正レンズを１以上、負レンズを１つ以上、縮小共役側に凸面を向けた正レンズを有する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. 請求項１乃至１０のいずれか１項の結像光学系と、原画を形成する画像表示素子とを有し、前記画像表示素子によって形成された原画を前記結像光学系によって投射することを特徴とする画像投射装置。
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