JP6383214B2 - 結像光学系及びそれを備えた光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、結像光学系及びそれを備えた光学装置に関する。

６０°前後から５０°前後の画角を有する撮影レンズとして、広角レンズや標準レンズ（以下、「広角撮影レンズ」という）がある。広角撮影レンズの光学系には、従来、レトロフォーカスタイプの光学系又はガウスタイプの光学系が広く用いられてきた。

レトロフォーカスタイプの光学系は、負の屈折力を有する前群と正の屈折力を有する後群とから構成されている。レトロフォーカスタイプの光学系は、十分な長さのバックフォーカスが確保できるという特徴を有している。

一方、ガウスタイプの光学系は、特徴的な一組の接合レンズを有する。一方の接合レンズは、最も像側に負レンズを有し、最も像側の面が像側に凹面を向けている。また、他方の接合レンズは、最も物体側の面が物体側に凹面を向けている。

ガウスタイプの光学系を２つの群に分けると、一方の接合レンズから物体側の群（以下、「物体側群」という）と他方の接合レンズから像側の群（以下、「像側群」という）とに分けることができる。

なお、ガウスタイプの光学系では、屈折力の重心が光学系の像側寄りにある。すなわち、ガウスタイプの光学系では、物体側群の屈折力と像側群の屈折力は共に正の屈折力であるが、物体側群よりも像側群の方で屈折力が大きくなっている。

従来の広角撮影レンズの光学系では、画角が広くなるほど、屈折力配置が非対称になる傾向が強くなる。そのため、従来の広角撮影レンズの光学系では、画角が広くなるほど、コマ収差、非点収差及び倍率色収差が悪化し易い。なお、屈折力配置とは、正の屈折力と負の屈折力の並び方のことである。

また、従来の広角撮影レンズの光学系では、Ｆナンバーが小さくなるほど、相対的にレンズ面の曲率が大きくなる。そのため、従来の広角撮影レンズの光学系では、Ｆナンバーが小さくなるほど、球面収差、コマ収差及び軸上色収差が多く発生する傾向があった。

また、従来の広角撮影レンズの光学系では、正の屈折力を有する後群の有効口径が大型化するといった問題もあった。

これらの問題を解決した広角撮影レンズが、各種提案されている。提案されている広角撮影レンズでは、Ｆナンバーが１．４程度になっている。画角が広くＦナンバーが小さい広角撮影レンズの光学系として、特許文献１〜６に開示された光学系がある。

特開２０１２−２２６３０９号公報 特開２００４−１０１８８０号公報 特開２００９−１０９７２３号公報 特開２０１０−０３９３４０号公報 特開２０１０−０９７２０７号公報 特開２０１１−０５９２９０号公報

特許文献１や特許文献２の光学系ではＦナンバーが１．２４であるため、Ｆナンバーが小さい光学系が実現できている。しかしながら、画角が６３．６°であるため、特許文献１や特許文献２の光学系では、画角が十分に広い光学系が実現できていない。

また、特許文献３、特許文献４、特許文献５及び特許文献６の光学系では、Ｆナンバーが１．４であるが、これ以上Ｆナンバーを小さくしようとするか、又は画角を広くしようとすると、上述した諸収差の補正がさらに困難となる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、広い画角と小さいＦナンバーを有しながらも、諸収差が良好に補正された結像光学系及びそれを備えた光学装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の結像光学系は、
距離が長い方の拡大側の共役点と距離が短い方の縮小側の共役点との共役関係を形成する結像光学系であって、
結像光学系は、拡大側から順に、
負の屈折力を有する第１レンズ群と、
正の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
第４レンズ群と、
第５レンズ群と、から構成され、
第２レンズ群内に、開口絞りを有し、
第１レンズ群は、最も拡大側に位置する第１の負レンズと、最も縮小側に位置する第１の接合レンズと、を有し、
第２レンズ群は、拡大側から順に、第２の接合レンズと、１枚又は複数枚の正レンズ成分と、を有し、
第３レンズ群は、拡大側から順に、１枚又は複数枚の正レンズ成分と、第３の接合レンズと、を有し、
レンズ成分は、光路中にて拡大側面と縮小側面のみが空気に接するレンズブロックであって、
第１の接合レンズは最も縮小側に負レンズを有し、最も縮小側の面が縮小側に凹面を向けており、
第２の接合レンズは正の屈折力を有し、最も拡大側の面が拡大側に凹面を向けており、
第３の接合レンズは正の屈折力を有し、縮小側に負レンズを有し、
フォーカスの際、第１レンズ群、第２レンズ群及び第５レンズ群は静止し、第３レンズ群と第４レンズ群が移動し、
第２レンズ群と第３レンズ群との間の距離、第３レンズ群と第４レンズ群との間の距離及び第４レンズ群と第５レンズ群との間の距離が変化することを特徴とする。

また、本発明の光学装置は、
光学系と、縮小側に配置された撮像素子と、を有し、
撮像素子は撮像面を有し、且つ光学系によって撮像面上に形成された像を電気信号に変換し、
光学系が上述の結像光学系であることを特徴とする。

また、本発明の光学装置は、
光学系と、縮小側に配置された表示素子と、を有し、
表示素子は表示面を有し、
表示面上に表示された画像は、光学系によって拡大側に投影され、
光学系が上述の結像光学系であることを特徴とする。

本発明によれば、広い画角と小さいＦナンバーを有しながらも、諸収差が良好に補正された結像光学系及びそれを備えた光学装置を提供することができる。

実施例１に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、無限遠物体合焦時のレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、無限遠物体合焦時の収差図である。 実施例２に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、無限遠物体合焦時のレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、無限遠物体合焦時の収差図である。 撮像装置の断面図である。 撮像装置の外観を示す前方斜視図である。 撮像装置の後方斜視図である。 撮像装置の主要部の内部回路の構成ブロック図である。 投影装置の断面図である。

以下に、本発明に係る結像光学系及びそれを備えた光学装置の実施形態及び実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本実施形態の結像光学系は、距離が長い方の拡大側の共役点と距離が短い方の縮小側の共役点との共役関係を形成する結像光学系であって、結像光学系は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、第４レンズ群と、第５レンズ群と、から構成され、第２レンズ群内に、開口絞りを有し、第１レンズ群は、最も拡大側に位置する第１の負レンズと、最も縮小側に位置する第１の接合レンズと、を有し、第２レンズ群は、拡大側から順に、第２の接合レンズと、１枚又は複数枚の正レンズ成分と、を有し、第３レンズ群は、拡大側から順に、１枚又は複数枚の正レンズ成分と、第３の接合レンズと、を有し、レンズ成分は、光路中にて拡大側面と縮小側面のみが空気に接するレンズブロックであって、第１の接合レンズは最も縮小側に負レンズを有し、最も縮小側の面が縮小側に凹面を向けており、第２の接合レンズは正の屈折力を有し、最も拡大側の面が拡大側に凹面を向けており、第３の接合レンズは正の屈折力を有し、縮小側に負レンズを有することを特徴とする。なお、レンズ成分の概念には、単レンズ、接合レンズ、複合レンズが含まれる。

本実施形態の結像光学系の説明では、所定のレンズ群を用いて説明する。所定のレンズ群は、負の屈折力を有し、最も拡大側に位置するレンズから第１の接合レンズまでの間にあるすべてのレンズで構成されている。よって、所定のレンズ群は第１レンズ群に対応する。

本願実施形態の結像光学系とガウスタイプの光学系とを比較しながら、本願実施形態の結像光学系について説明する。以下の説明では、拡大側に物体側が対応し、縮小側に像側が対応する。

上述のように、ガウスタイプの光学系は、特徴的な一組の接合レンズを備えている。ここで、一方の接合レンズは、最も像側に負レンズを有し、最も像側の面が像側に凹面を向けている。

一方、本実施形態の結像光学系も、特徴的な一組の接合レンズ、すなわち、第１の接合レンズと第２の接合レンズとを備えている。ここで、第１の接合レンズは最も縮小側に負レンズを有し、最も縮小側の面が縮小側に凹面を向けている。よって、第１の接合レンズが一方の接合レンズに対応する。

また、ガウスタイプの光学系では、物体側群が一方の接合レンズを含んでいる。これに対して、本実施形態の結像光学系では、所定のレンズ群が第１の接合レンズを含んでいる。よって、所定のレンズ群が物体側群に対応する。

上述のように、ガウスタイプの光学系では、物体側群よりも像側群の方で屈折力が大きくなっている。ただし、物体側群の屈折力も像側群の屈折力も、共に正の屈折力である。

これに対して、本実施形態の結像光学系では、所定のレンズ群は負の屈折力を有している。屈折力の配分状態をガウスタイプの光学系で例えると、本実施形態の結像光学系では、物体側群に負の屈折力が配分されている状態になっている。

このように、所定のレンズ群は、ガウスタイプの光学系において、正の屈折力から負の屈折力に屈折力をシフトさせたときの物体側群ということができる。なお、シフトさせる屈折力は、弱い正の屈折力であっても良い。但し、この場合の屈折力は、ガウスタイプの光学系における物体側群の屈折力よりも弱い屈折力である。

また、ガウスタイプの光学系は、画角が５０°程度までであれば、Ｆナンバーが１．４程度であっても収差補正のポテンシャルが極めて高い光学系である。この収差補正に対するポテンシャルの高さは、特徴的な一組の接合レンズに基づいている。

ここで、本実施形態の結像光学では、ガウスタイプの光学系に対して、物体側群における屈折力シフトと像側群における正の屈折力の増大を行った構成を採用している。そのため、本実施形態の結像光学はガウスタイプの光学系とは異なる。

しかしながら、本実施形態の結像光学系も、特徴的な一組の接合レンズを備えている。よって、本実施形態の結像光学系は、収差補正のポテンシャルが極めて高い光学系をベースにしている。そのため、本実施形態の結像光学系では、諸収差を良好に補正しつつ、（Ｉ）Ｆナンバーを小さくすること、すなわち、光学系において十分な明るさを確保すること、（ＩＩ）十分な長さのバックフォーカスを確保しつつ、結像光学系全系の焦点距離を短くすること、（ＩＩＩ）十分な広さの画角を確保すること、ができる。

なお、物体側群における屈折力シフトとは、ガウスタイプの光学系において、物体側群の屈折力を、本来の正の屈折力から負の屈折力にシフトさせることである。また、像側群における正の屈折力の増大とは、ガウスタイプの光学系において、像側群の正の屈折力を本来の屈折力より大きくすることである。

また、物体側群における屈折力シフトを実施すると、像側群で主光線の高さが著しく高くなる。その結果、像側群での収差が悪化する。この収差の悪化を避けるためには、他方の接合レンズよりも像側に、開口絞りを移動させることが好ましい。

上述のように、本実施形態の結像光学系でも、所定のレンズ群が負の屈折力を有している。そこで、像側群での収差が悪化を避けるために、本実施形態の結像光学系においても、第２の接合レンズよりも縮小側に、開口絞りを位置させることが好ましい。

上述のように、本実施形態の結像光学系は、ガウスタイプの光学系をベースにしている。よって、本実施形態の結像光学系も、収差補正のポテンシャルが極めて高い光学系になっている。このようなことから、第２の接合レンズよりも縮小側に開口絞りを位置させても、収差の悪化をある程度は防ぐことができる。

しかしながら、第２の接合レンズよりも縮小側に開口絞りを位置させると、特徴的な一組の接合レンズに対する開口絞りの位置が、ガウスタイプの光学系と異なってしまう。そのため、第２の接合レンズよりも縮小側に開口絞りを位置させた場合、収差をより高いレベルで補正することは難しい。

そこで、本実施形態の結像光学系では、第３の接合レンズを新たに設けている。この第３の接合レンズは、縮小側に負レンズを有する。例えば、この負レンズに正レンズを組み合わせることで、第３の接合レンズにアプラナティック色消しレンズの役目を持たせることができる。

このように、第１の接合レンズと第２の接合レンズに加え、第３の接合レンズを設けることで、本実施形態の結像光学系では、特に収差補正が困難となる球面収差、コマ収差、軸上色収差及び倍率色収差を、満足できるレベルまで補正することができる。

その結果、本実施形態の結像光学系によれば、広い画角と小さいＦナンバーを有しながらも、諸収差が良好に補正された結像光学系を実現することができる。なお、広い画角とは、例えば７０°以上の画角で、小さいＦナンバーとは、例えば、１．２程度である。

なお、上述のように、本実施形態の結像光学系は、収差補正のポテンシャルが極めて高い光学系である。本実施形態の結像光学系では、以下の構成を備えることで、この極めて高い収差補正のポテンシャルを得ている。第１レンズ群は、最も拡大側に位置する第１の負レンズと、最も縮小側に位置する第１の接合レンズと、を有する。第２レンズ群は、拡大側から順に、第２の接合レンズと、１枚又は複数枚の正レンズ成分と、を有する。第３レンズ群は、拡大側から順に、１枚又は複数枚の正レンズ成分と、第３の接合レンズと、を有する。

また、本実施形態の結像光学系では、第２の接合レンズよりも縮小側に、開口絞りを位置させている。具体的には、開口絞りを第２レンズ群内に配置している。

また、本実施形態の結像光学系のより具体的な構成は以下のようになる。結像光学系は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、第４レンズ群と、第５レンズ群と、から構成されている。そして、第１レンズ群の屈折力を、ガウスタイプの光学系における正の屈折力から負の屈折力にシフトさせる一方で、第２レンズ群と第３レンズ群に、ガウスタイプの光学系に比べて、より大きな正の屈折力を与えている。

また、第１の接合レンズは最も縮小側に負レンズを有し、最も縮小側の面が縮小側に凹面を向けている。また、第２の接合レンズは正の屈折力を有し、最も拡大側の面が拡大側に凹面を向けている。また、第３の接合レンズは正の屈折力を有し、縮小側に負レンズを有する。また、レンズ成分は、光路中にて拡大側面と縮小側面のみが空気に接するレンズブロックである。

なお、各接合レンズのより好ましい構成は、次のとおりである。第１の接合レンズは、拡大側から順に、正レンズと負レンズとで構成され、最も縮小側の面が縮小側に凹面を向けている。第２の接合レンズは、負レンズと正レンズとで構成され、最も拡大側の面が拡大側に凹面を向けている。また、第３の接合レンズは、拡大側から順に、正レンズと負レンズとで構成されている。

また、本実施形態の結像光学系では、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
０．１＜Ｍ_{5_3G}／Ｍ_{5_4G}＜５ （１）
ここで、
Ｍ_{5_3G}は、第３レンズ群の無限遠物体合焦時の横倍率、
Ｍ_{5_4G}は、第４レンズ群の無限遠物体合焦時の横倍率、
である。

上述のように、本実施形態の結像光学では、ガウスタイプの光学系に対して、物体側群における屈折力シフトと像側群における正の屈折力の増大を行った構成を採用している。ここで、特に、口径比が大きい光学系ならではの要求として、球面収差、コマ収差および非点収差に関する高いレベルでの補正がある。

そこで、この高いレベルでの収差補正を実現するために、所定のレンズ群よりも縮小側を、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、負の屈折力を有する第５レンズ群とで構成している。このように、最も縮小側のレンズ群が明確な負の屈折力を有する、という形に分割している。

そして、光学系全体として、負の屈折力、正の屈折力、正の屈折力、正の屈折力及び負の屈折力の５つのレンズ群からなる構成をとっている。その結果、広い画角と小さいＦナンバーを有しながらも、諸収差が良好に補正された結像光学系を実現できる。

そして、負の屈折力を有する第３レンズ群と正の屈折力を有する第４レンズ群との関係において、条件式（１）を満足することが好ましい。

条件式（１）の上限値を上回ると、球面収差、コマ収差及び非点収差のそれぞれを、満足できるレベルまで補正することが困難になる。一方、条件式（１）の下限値を下回ると、必要な長さのバックフォーカスを確保することが困難になる。

なお、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’）を満足すると良い。
０．２＜Ｍ_{5_3G}／Ｍ_{5_4G}＜２ （１’）
さらに、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’’）を満足するとなお良い。
０．４＜Ｍ_{5_3G}／Ｍ_{5_4G}＜１ （１’’）

また、本実施形態の結像光学系では、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
−１０＜（Ｒ_2GF＋Ｒ_2GR）／（Ｒ_2GF−Ｒ_2GR）＜−０．１ （２）
ここで、
Ｒ_2GFは、第２レンズ群において最も拡大側に位置する面の近軸曲率半径、
Ｒ_2GRは、第２レンズ群において最も縮小側に位置する面の近軸曲率半径、
である。

所定のレンズ群よりも縮小側に、ガウスタイプの光学系に比べて、より大きな正の屈折力を与えると、所定のレンズ群よりも縮小側での球面収差やコマ収差の補正が困難になる。

そこで、所定のレンズ群よりも縮小側を、第２レンズ群から第５レンズ群までの４つのレンズ群で構成する。そして、第２レンズ群が、拡大側から順に、第２の接合レンズと、１枚又は複数枚の正レンズ成分と、を含むようにする。更に、ガウスタイプの光学系において、他方の接合レンズに対して像側へ開口絞りを移動させた場合と同じになるように、第２の接合レンズよりも縮小側に、開口絞りを位置させると良い。

そして、条件式（２）を満たすことが好ましい。条件式（２）を満足することで、軸上収差の悪化と軸外収差の悪化を防止することができる。

条件式（２）の上限値を上回ると、球面収差やコマ収差が悪化し易い。よって、条件式（２）の上限値を上回ることは好ましくない。一方、条件式（２）の下限値を下回ると、非点収差が悪化し易い。

なお、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２’）を満足すると良い。
−８＜（Ｒ_2GF＋Ｒ_2GR）／（Ｒ_2GF−Ｒ_2GR）＜−１ （２’）
さらに、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２’’）を満足するとなお良い。
−４．５＜（Ｒ_2GF＋Ｒ_2GR）／（Ｒ_2GF−Ｒ_2GR）＜−３．５ （２’’）

また、本実施形態の結像光学系では、第２の接合レンズに対して最も近くに位置する第１の正レンズを有し、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．００１＜（Ｒ_P1F＋Ｒ_P1R）／（Ｒ_P1F−Ｒ_P1R）＜５ （３）
ここで、
Ｒ_P1Fは、第１の正レンズの拡大側面の近軸曲率半径、
Ｒ_P1Rは、第１の正レンズの縮小側面の近軸曲率半径、
である。

所定のレンズ群よりも縮小側に、ガウスタイプの光学系に比べて、より大きな正の屈折力を与えると、所定のレンズ群よりも縮小側での球面収差やコマ収差の補正が困難になる。

そこで、所定のレンズ群よりも縮小側を、第２レンズ群から第５レンズ群までの４つのレンズ群で構成する。そして、第２レンズ群が、拡大側から順に、第２の接合レンズと、１枚又は複数枚の正レンズ成分と、を含むようにする。更に、ガウスタイプの光学系において、他方の接合レンズ対して像側へ開口絞りを移動させた場合と同じになるように、第２の接合レンズよりも縮小側に、開口絞りを位置させると良い。

そして、条件式（３）を満たすことが好ましい。条件式（３）を満足することで、軸上収差の悪化と軸外収差の悪化を防止することができる。

条件式（３）の上限値を上回ると、球面収差とコマ収差が悪化しやすい。よって、条件式（３）の上限値を上回ることは好ましくない。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、非点収差が悪化し易い。

なお、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’）を満足すると良い。
０．０１＜（Ｒ_P1F＋Ｒ_P1R）／（Ｒ_P1F−Ｒ_P1R）＜１ （３’）
さらに、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’’）を満足するとなお良い。
０．０５＜（Ｒ_P1F＋Ｒ_P1R）／（Ｒ_P1F−Ｒ_P1R）＜０．６ （３’’）

なお、本実施形態の結像光学系は、ガウスタイプの光学系を原形としている。そして、仕様に合わせて、物体側群や像側群において、屈折力の正負や屈折力の絶対値を変化させ、高い結像性能を確保すべく詳細な構成を変えることを行なっている。

ここで、ガウスタイプの光学系は、物体側群と像側群からなり、全体として６枚のレンズ又は７枚のレンズで構成されている。その構成は、例えば、物体側から順に、正・正負・Ｓ・負正・正、もしくは、正・正負・Ｓ・負正・正・正で表される。ここで、「正」は正レンズ、「負」は負レンズ、「正負」と「負正」は接合レンズ、「Ｓ」は開口絞り、「・」は空気間隔を表している。また、開口絞りＳを境にして、物体側群と像側群に分けることができる。また、像側群に、更に正レンズを配置する構成もある。

また、本実施形態の結像光学系では、フォーカスの際、第３レンズ群から第５レンズ群までの間の空気間隔が変化することが好ましい。

フォーカスを行なうと光学系の中での光線の通り方が変わるため、通常は収差が変化する。特に、大口径比で高い光学性能を持つ光学系の場合、球面収差、コマ収差及び非点収差については、その変動が像面で生じることはほとんど許容できない。したがって、インナーフォーカスを用いる場合、フォーカスの際の空気間隔の変化は、各収差の変動が小さい部位で行なうことになる。

本実施形態の結像光学系では、各収差の変動が小さい部位は、第３レンズ群から第５レンズ群までの間の空気間隔である。そこで、フォーカスの際、第３レンズ群から第５レンズ群までの間の空気間隔を変化させることで、球面収差、コマ収差及び非点収差について、像面で生じる変動を許容できるレベルに抑えることができる。

また、本実施形態の結像光学系では、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
−８＜（Ｒ_5GF＋Ｒ_5GR）／（Ｒ_5GF−Ｒ_5GR）＜−０．１ （４）
ここで、
Ｒ_5GFは、第５レンズ群において最も拡大側に位置する面の近軸曲率半径、
Ｒ_5GRは、第５レンズ群において最も縮小側に位置する面の近軸曲率半径、
である。

ガウスタイプの光学系の像側群に相当する部分、すなわち、所定のレンズ群よりも縮小側を、本実施形態の結像光学系では４つのレンズ群で構成している。そして、屈折力配置を、拡大側から順に、正の屈折力、正の屈折力、正の屈折力、負の屈折力としている。ただし、このような屈折力配置だけでは、口径比が大きい光学系では、残存する球面収差、コマ収差及び非点収差を、同時に、満足できるレベルまで補正することは困難である。

そこで、条件式（４）を満足することで、残存する球面収差、コマ収差及び非点収差を、同時に、満足できるレベルに補正することができる。なお、条件式（４）は最も縮小側に位置するレンズ群の条件式である。本実施形態の結像光学系では、最も縮小側に位置するレンズ群が第５レンズ群なので、条件式（４）は第５レンズ群に関する条件式になっている。

条件式（４）の上限値を上回ると、非点収差が大きくなり易い。よって、条件式（４）の上限値を上回ることは好ましくない。一方、条件式（４）の下限値を下回ると、球面収差とコマ収差が悪化し易い。

なお、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４’）を満足すると良い。
−４＜（Ｒ_5GF＋Ｒ_5GR）／（Ｒ_5GF−Ｒ_5GR）＜−０．５ （４’）
さらに、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４’’）を満足するとなお良い。
−２．５＜（Ｒ_5GF＋Ｒ_5GR）／（Ｒ_5GF−Ｒ_5GR）＜−１．７ （４’’）

また、本実施形態の結像光学系では、第４レンズ群は１枚のレンズで構成され、１枚のレンズは、第２の正レンズであって、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
０．０１＜（Ｒ_P2F＋Ｒ_P2R）／（Ｒ_P2F−Ｒ_P2R）＜２ （５）
ここで、
Ｒ_P2Fは、第２の正レンズの拡大側面の近軸曲率半径、
Ｒ_P2Rは、第２の正レンズの縮小側面の近軸曲率半径、
である。

ガウスタイプの光学系の像側群に相当する部分、すなわち、所定のレンズ群よりも縮小側を、本実施形態の結像光学系では４つのレンズ群で構成している。そして、屈折力配置を、拡大側から順に、正の屈折力、正の屈折力、正の屈折力、負の屈折力としている。ただし、このような屈折力配置だけでは、口径比が大きい光学系では、残存する球面収差、コマ収差及び非点収差を、同時に、満足できるレベルまで補正することは困難である。

そこで、第４レンズ群を１枚のレンズで構成すると共に、条件式（５）を満足することで、残存する球面収差、コマ収差及び非点収差を、同時に、満足できるレベルに補正することができる。

条件式（５）の上限値を上回ると、球面収差とコマ収差が悪化し易い。一方、条件式（５）の下限値を下回ると、非点収差が大きくなり易い。よって、条件式（５）の下限値を下回ることは好ましくない。

なお、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５’）を満足すると良い。
０．１＜（Ｒ_P2F＋Ｒ_P2R）／（Ｒ_P2F−Ｒ_P2R）＜１ （５’）
さらに、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５’’）を満足するとなお良い。
０．２５＜（Ｒ_P2F＋Ｒ_P2R）／（Ｒ_P2F−Ｒ_P2R）＜０．５ （５’’）

また、本実施形態の結像光学系では、第１の負レンズはメニスカスレンズであることが好ましい。

上述のように、本実施形態の結像光学系では、所定のレンズ群に負の屈折力を持たせている。そのためには、特に最も拡大側に位置するレンズを負レンズにすることが好ましい。ただし、最も拡大側に配置した負レンズは、他の位置に配置した負レンズに比べて、軸外収差の発生量に対する影響が大きい。そこで、負レンズの形状をメニスカス形状にすることで、軸外収差の悪化を防止することができる。その結果、広い画角と小さいＦナンバーを有しながらも、諸収差が良好に補正された結像光学系を実現できる。

また、本実施形態の結像光学系では、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
０．１＜（Ｒ_N1F＋Ｒ_N1R）／（Ｒ_N1F−Ｒ_N1R）＜６ （６）
ここで、
Ｒ_N1Fは、第１の負レンズの拡大側面の近軸曲率半径、
Ｒ_N1Rは、第１の負レンズの縮小側面の近軸曲率半径、
である。

条件式（６）を満足することで、軸外収差の悪化を防止することができる。

条件式（６）の上限値を上回ると、非点収差又はコマ収差が悪化し易い。一方、条件式（６）の下限値を下回ると、樽型歪曲収差が大きくなり易い。よって、条件式（６）の下限値を下回ることは好ましくない。

なお、条件式（６）に代えて、以下の条件式（６’）を満足すると良い。
１＜（Ｒ_N1F＋Ｒ_N1R）／（Ｒ_N1F−Ｒ_N1R）＜４ （６’）
さらに、条件式（６）に代えて、以下の条件式（６’’）を満足するとなお良い。
２．１５＜（Ｒ_N1F＋Ｒ_N1R）／（Ｒ_N1F−Ｒ_N1R）＜２．７５ （６’’）

また、本実施形態の結像光学系では、第３レンズ群は、第３の接合レンズよりも縮小側に負レンズ成分を有し、第４レンズ群は正の屈折力を有すると共に、正レンズ成分を有し、第５レンズ群は負の屈折力を有すると共に、負レンズ成分を有することが好ましい。

結像光学系をこのように構成することで、広い画角と小さいＦナンバーを有しながらも、諸収差が良好に補正された結像光学系を実現することができる。加えて、光学性能を向上させるためにレンズ枚数を増やした場合であっても、適切な主点位置を確保することができる。また、所定のレンズ群よりも縮小側に、ガウスタイプの光学系に比べて、より大きな正の屈折力を与えても、球面収差、コマ収差、軸上色収差及び倍率色収差満足できるレベルまで補正することができる。

また、本実施形態の結像光学系では、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
０．１＜Ｄ_3G／Ｄ_4G＜４．５ （７）
ここで、
Ｄ_3Gは、フォーカスの際の第３レンズ群の移動量、
Ｄ_4Gは、フォーカスの際の第４レンズ群の移動量、
である。

フォーカスを行なうと光学系の中での光線の通り方が変わるため、通常は収差が変化する。特に、大口径比で高い光学性能を持つ光学系の場合、球面収差、コマ収差及び非点収差については、その変動が像面で生じることはほとんど許容できない。したがって、インナーフォーカスを用いる場合、フォーカスの際の空気間隔の変化は、各収差の変動が小さい部位で行なうことになる。

本実施形態の結像光学系では、各収差の変動が小さい部位は、第３レンズ群から第５レンズ群までの間の空気間隔である。そこで、フォーカスの際、第３レンズ群から第５レンズ群までの間の空気間隔を変化させることで、球面収差、コマ収差及び非点収差について、像面で生じる変動を許容できるレベルに抑えることができる。

さらに、条件式（７）を満足することで、球面収差、コマ収差及び非点収差について、像面で生じる変動を、より抑えることができる。

条件式（７）の上限値を上回るか、又は下限値を下回ると、球面収差、コマ収差及び非点収差について、像面で生じる変動を許容できるレベルに抑えることが困難となる。

なお、条件式（７）に代えて、以下の条件式（７’）を満足すると良い。
０．５＜Ｄ_3G／Ｄ_4G＜３．５ （７’）
さらに、条件式（７）に代えて、以下の条件式（７’’）を満足するとなお良い。
０．７＜Ｄ_3G／Ｄ_4G＜３．２ （７’’）

また、本実施形態の結像光学系では、第３レンズ群は、拡大側から順に、正レンズ成分と、第３の接合レンズと、負レンズ成分と、からなり、第３の接合レンズは、拡大側から順に、正レンズと負レンズとで構成され、第３レンズ群の負レンズ成分の形状が、両凹形状であることが好ましい。

第３レンズ群をこのように構成することで、広い画角と小さいＦナンバーを有しながらも、諸収差が良好に補正された結像光学系を実現することができる。加えて、光学性能を向上させるためにレンズ枚数を増やした場合であっても、適切な主点位置を確保することができる。また、所定のレンズ群よりも縮小側に、ガウスタイプの光学系に比べて、より大きな正の屈折力を与えても、球面収差、コマ収差、軸上色収差及び倍率色収差満足できるレベルまで補正することができる。

また、本実施形態の結像光学系では、以下の条件式（Ａ）を満足することが好ましい。
０＜ｆ／ｅ_N1F＜２ （Ａ）
ここで、
ｆは、無限遠物体合焦時の結像光学系全系の焦点距離、
ｅ_N1Fは、第１の負レンズの拡大側面の最大有効口径、
である。

条件式（Ａ）の上限値を上回ると、画角を広げることが困難になる。すなわち、画角を広げようとすると、球面収差、歪曲収差及び非点収差が発生し易い。一方、条件式（Ａ）の下限値を下回ると、光学系が径方向に大型化し易い。

なお、条件式（Ａ）に代えて、以下の条件式（Ａ’）を満足すると良い。
０．１＜ｆ／ｅ_N1F＜１．５ （Ａ’）
さらに、条件式（Ａ）に代えて、以下の条件式（Ａ’’）を満足するとなお良い。
０．２＜ｆ／ｅ_N1F＜１ （Ａ’’）

また、本実施形態の結像光学系では、以下の条件式（Ｂ）を満足することが好ましい。
０＜（ｆ／ｅ_AS）／Ｆｎｏ＜２ （Ｂ）
ここで、
ｆは、無限物体合焦時の結像光学系全系の焦点距離、
ｅ_ASは、開口絞りの最大直径、
Ｆｎｏは、無限物体合焦時の結像光学系全系のＦナンバー、
である。

条件式（Ｂ）の上限値を上回ると、画角を広くすることが困難になる。すなわち、画角を広げようとすると、球面収差と色収差の補正が困難になる。一方、条件式（Ｂ）の下限値を下回ると、光学系が径方向に大型化し易い。

なお、条件式（Ｂ）に代えて、以下の条件式（Ｂ’）を満足すると良い。
０．２＜（ｆ／ｅ_AS）／Ｆｎｏ＜１ （Ｂ’）
さらに、条件式（Ｂ）に代えて、以下の条件式（Ｂ’’）を満足するとなお良い。
０．３＜（ｆ／ｅ_AS）／Ｆｎｏ＜０．９ （Ｂ’’）

また、本実施形態の結像光学系では、以下の条件式（Ｃ）を満足することが好ましい。
０＜Ｔ_{air_max}／Σｄ≦０．２７ （Ｃ）
ここで、
Ｔ_{air_max}は、結像光学系の最も拡大側に位置する面から最も縮小側に位置する面までの間で最も大きい軸上空気間隔、
Σｄは、結像光学系の最も拡大側に位置する面から最も縮小側に位置する面までの軸上間隔、
である。

条件式（Ｃ）は、高い光学性能の確保、光学系の全長の短縮化及び結像学系の外径の小径化に有利となる条件式である。

レンズ同士の空気間隔を適度に広くすることは、光学性能の向上に繋がる。ただし、Σｄ、すなわち、結像光学系の最も拡大側に位置するレンズ面から最も縮小側に位置するレンズ面までの軸上間隔に対して、レンズ同士の空気間隔を過剰に広げて光学性能を確保することは、光学系の全長の増加と光学系の大口径化につながり易い。

そこで、条件式（Ｃ）を満足することで、光学系の全長の短縮化と小径化を行いつつ、高い光学性能の実現に必要なレンズ枚数の確保に有利となる。

なお、条件式（Ｃ）に代えて、以下の条件式（Ｃ’）を満足すると良い。
０．０３＜Ｔ_{air_max}／Σｄ≦０．２（Ｃ’）
さらに、条件式（Ｃ）に代えて、以下の条件式（Ｃ’’）を満足するとなお良い。
０．０７＜Ｔ_{air_max}／Σｄ≦０．１６（Ｃ’’）

また、本実施形態の光学装置は、光学系と、縮小側に配置された撮像素子と、を有し、撮像素子は撮像面を有し、且つ光学系によって撮像面上に形成された像を電気信号に変換し、光学系が上述の結像光学系であることを特徴とする。

本実施形態の光学装置によれば、広い撮影範囲を、低ノイズ、高解像度で撮像することができる。

また、本実施形態の光学装置は、光学系と、縮小側に配置された表示素子と、を有し、表示素子は表示面を有し、表示面上に表示された画像は、光学系によって拡大側に投影され、光学系が上述の結像光学系であることを特徴とする。

本実施形態の光学装置によれば、広い投影範囲に、低ノイズ、高解像度で像を投影することができる。

なお、上述の結像光学系や光学装置は、複数の構成を同時に満足してもよい。このようにすることが、良好な結像光学系や光学装置を得る上で好ましい。また、好ましい構成の組み合わせは任意である。また、各条件式について、より限定した条件式の数値範囲の上限値又は下限値のみを限定しても構わない。

以下に、結像光学系の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

以下、結像光学系の実施例１、２を図面に基づいて説明する。実施例１、２の結像光学系は、いずれもＦナンバーが１．５を下回る結像光学系である。

図１（ａ）、図２（ａ）は、各実施例の結像光学系におけるレンズ断面図を示している。なお、レンズ断面図は、無限遠物体合焦時のレンズ断面図である。

また、図１（ｂ）、図２（ｂ）は、各実施例の結像光学系における球面収差（ＳＡ）を示し、図１（ｃ）、図２（ｃ）は非点収差（ＡＳ）を示し、図１（ｄ）、図２（ｄ）は歪曲収差（ＤＴ）を示し、図１（ｅ）、図２（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。なお、各収差図は、無限遠物体合焦時の収差図である。また“ω”は半画角を表している。

また、各実施例のレンズ断面図では、第１レンズ群をＧ１、第２レンズ群をＧ２、第３レンズ群をＧ３、第４レンズ群をＧ４、第５レンズ群をＧ５、カバーガラスをＣ、像面をＩで示してある。なお、各実施例の結像光学系は、前群と後群とに分けることができる。この場合、第１レンズ群Ｇ１が前群に対応し、残りのレンズ群が後群に対応する。

また、図示しないが、第５レンズ群Ｇ５と像面Ｉとの間に、ローパスフィルタを構成する平行平板が配置されていても良い。なお、平行平板の表面に、赤外光を制限する波長域制限コートを施しても良い。また、カバーガラスＣの表面に波長域制限用の多層膜を施してもよい。また、そのカバーガラスＣにローパスフィルタ作用を持たせるようにしてもよい。

また、結像光学系を撮像に用いる場合、像面Ｉには撮像素子が配置される。一方、結像光学系を投影に用いる場合、像面Ｉには表示素子が配置される。各実施例の構成の説明では、結像光学系を撮像に用いることを前提に説明する。よって、拡大側を物体側、縮小側を像側とする。

実施例１に係る結像光学系について説明する。図１（ａ）は、実施例１に係る結像光学系のレンズ断面図である。図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は実施例１に係る結像光学系の収差図である。

実施例１に係る結像光学系は、図１（ａ）に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、で構成されている。第２レンズ群Ｇ２は開口絞りＳを含んでいる。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、両凹負レンズＬ６と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ５と両凹負レンズＬ６とが接合されている。

第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズＬ７と、両凸正レンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、で構成されている。ここで、両凹負レンズＬ７と両凸正レンズＬ８とが接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１０と、両凸正レンズＬ１１と、両凹負レンズＬ１２と、両凹負レンズＬ１３と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ１１と両凹負レンズＬ１２とが接合されている。

第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズＬ１４で構成されている。

第５レンズ群Ｇ５は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５で構成されている。

ここで、第１レンズ群Ｇ１が所定のレンズ群である。また、両凸正レンズＬ５と両凹負レンズＬ６とで、第１の接合レンズが構成されている。また、両凹負レンズＬ７と両凸正レンズＬ８とで、第２の接合レンズが構成されている。また、両凸正レンズＬ１１と両凹負レンズＬ１２とで、第３の接合レンズが構成されている。

また、無限遠物体から近距離物体への合焦時に、正メニスカスレンズＬ１０、両凸正レンズＬ１１、両凹負レンズＬ１２及び両凹負レンズＬ１３が一体となって光軸に沿って物体側に移動すると共に、両凸正レンズＬ１４が光軸に沿って物体側へ移動する。

非球面は、負メニスカスレンズＬ２の両面と、正メニスカスレンズＬ１０の両面と、両凹負レンズＬ１３の像側面と、の合計５面に設けられている。

次に、実施例２に係る結像光学系について説明する。図２（ａ）は、実施例２に係る結像光学系のレンズ断面図である。図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は実施例２に係る結像光学系の収差図である。

実施例２に係る結像光学系は、図２（ａ）に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、で構成されている。第２レンズ群Ｇ２は開口絞りＳを含んでいる。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、両凹負レンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、両凹負レンズＬ５と、で構成されている。ここで、両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３とが接合されている。また、両凸正レンズＬ４と両凹負レンズＬ５とが接合されている。

第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、両凸正レンズＬ８と、で構成されている。ここで、両凹負レンズＬ６と両凸正レンズＬ７とが接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、両凹負レンズＬ１１と、両凹負レンズＬ１２と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ１０と両凹負レンズＬ１１とが接合されている。

第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズＬ１３で構成されている。

第５レンズ群Ｇ５は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４で構成されている。

ここで、第１レンズ群Ｇ１が所定のレンズ群である。また、両凸正レンズＬ４と両凹負レンズＬ５とで、第１の接合レンズが構成されている。また、両凹負レンズＬ６と両凸正レンズＬ７とで、第２の接合レンズが構成されている。また、両凸正レンズＬ１０と両凹負レンズＬ１１とで、第３の接合レンズが構成されている。

また、無限遠物体から近距離物体への合焦時に、正メニスカスレンズＬ９、両凸正レンズＬ１０、両凹負レンズＬ１１及び両凹負レンズＬ１２が一体となって光軸に沿って物体側に移動すると共に、両凸正レンズＬ１３が光軸に沿って物体側へ移動する。

非球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面と、正メニスカスレンズＬ９の両面と、両凹負レンズＬ１２の像側面と、の合計５面に設けられている。

次に、上記各実施例の結像光学系を構成する光学部材の数値データを掲げる。なお、各実施例の数値データにおいて、ｒ１、ｒ２、…は各レンズ面の曲率半径、ｄ１、ｄ２、…は各レンズの肉厚または空気間隔、ｎｄ１、ｎｄ２、…は各レンズのｄ線での屈折率、νｄ１、νｄ２、…は各レンズのアッベ数、＊印は非球面である。また、各種データにおいて、ｆは結像光学系全系の焦点距離、ＦＮＯ．はＦナンバー、ωは半画角、ＩＨは像高、ＦＢはバックフォーカスである。なお、全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。バックフォーカスは、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。また、角度の単位は°（度）である。また、無限遠は無限遠物体合焦時、近距離は近距離物体合焦時である。また、近距離における値は、物体から像までの距離である。

また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ４ｙ⁴＋Ａ６ｙ⁶＋Ａ８ｙ⁸＋Ａ１０ｙ¹⁰
また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０^−ｎ」を示している。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。

数値実施例１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1 80.982 1.55 1.48749 70.23
2 31.093 11.04
3* 70.066 2.06 1.49700 81.61
4* 23.874 20.90
5 -44.198 2.00 1.58267 46.42
6 -364.034 0.41
7 121.274 10.00 1.84666 23.78
8 -143.318 4.33
9 53.195 8.29 1.69680 55.53
10 -49.889 1.51 1.80518 25.42
11 231.869 5.78
12 -45.268 1.52 1.69895 30.13
13 46.454 8.54 1.49700 81.61
14 -77.694 0.40
15 90.149 8.00 1.84666 23.78
16 -78.759 1.20
17(絞り) ∞ 可変
18* 29.688 9.46 1.49700 81.61
19* 155.316 0.40
20 32.436 9.37 1.43875 94.93
21 -61.296 1.50 1.64769 33.79
22 31.260 4.02
23 -106.774 1.50 1.88202 37.22
24* 543.118 可変
25 54.280 12.50 1.43875 94.93
26 -30.008 可変
27 -41.745 2.00 1.68893 31.07
28 -130.259 6.91
29 ∞ 2.40 1.51633 64.14
30 ∞ 1.00
像面 ∞

非球面データ
第３面
k=0.000
A4=-5.73100e-07,A6=7.04995e-10,A8=-1.97070e-13,A10=2.50300e-16
第４面
k=-0.552
第１８面
k=0.000
A4=8.41210e-07,A6=-6.21950e-10,A8=2.00464e-12,A10=-4.10109e-17
第１９面
k=0.000
A4=-2.36410e-07,A6=-7.81928e-09,A8=9.23546e-12,A10=-3.63943e-15
第２４面
k=0.000
A4=2.16711e-05,A6=2.40883e-08,A8=5.51538e-11,A10=-1.85095e-13

各種データ
ｆ 24.48
ＦＮＯ． 1.41
２ω 91.37
ＩＨ 22.50
ＦＢ (in air) 9.49
全長 (in air) 154.18

無限遠 近距離（１４５ｍｍ）
ｄ17 6.06 3.30
ｄ24 4.81 4.50
ｄ26 5.54 8.61

群焦点距離
f1=-172.31 f2=97.49 f3=412.37 f4=46.13 f5=-90.00

数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物面 ∞ ∞
1* 72.832 2.06 1.51633 64.14
2* 33.439 16.38
3 -53.919 2.00 1.64769 33.79
4 83.979 8.11 2.00069 25.46
5 -107.153 1.97
6 58.391 11.82 1.69680 55.53
7 -43.427 1.50 1.74077 27.79
8 97.492 10.12
9 -40.473 1.50 1.69895 30.13
10 82.697 8.74 1.43875 94.93
11 -70.821 0.76
12 221.816 8.63 1.84666 23.78
13 -65.844 1.20
14(絞り) ∞ 可変
15* 35.187 12.00 1.49700 81.61
16* 157.338 0.44
17 32.095 12.00 1.43875 94.93
18 -270.555 2.59 1.64769 33.79
19 37.108 4.29
20 -140.818 2.00 1.88202 37.22
21* 282.542 可変
22 178.092 5.96 1.65160 58.55
23 -63.320 可変
24 -50.420 2.00 1.84666 23.78
25 -126.917 13.95
26 ∞ 2.40 1.51633 64.14
27 ∞ 1.00
像面 ∞

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=1.16574e-06,A6=-1.51769e-09,A8=1.19325e-12
第２面
k=0.000
A4=7.45073e-07,A6=-1.98214e-09,A8=5.16275e-13
第１５面
k=0.000
A4=1.21497e-06,A6=3.62905e-10,A8=1.07171e-12
第１６面
k=0.000
A4=1.75742e-07,A6=-1.99527e-09,A8=5.36732e-13
第２１面
k=0.000
A4=1.26443e-05,A6=1.21726e-08,A8=1.20869e-11,A10=2.14183e-14

各種データ
ｆ 49.00
ＦＮＯ． 1.41
２ω 48.78
ＩＨ 22.50
ＦＢ (in air) 16.53
全長 (in air) 154.18

無限遠 近距離（２９５ｍｍ）
ｄ14 12.67 3.30
ｄ21 4.50 10.72
ｄ23 4.43 7.58

群焦点距離
f1=-1257.02 f2=158.49 f3=170.47 f4=72.39 f5=-100.00

次に、各実施例における条件式（１）〜（７）、（Ａ）〜（Ｃ）の値を掲げる。
条件式 実施例１ 実施例２
(1)M_{5_3G}/M_{5_4G} 0.927 0.537
(2)(R_2GF+R_2GR)/(R_2GF-R_2GR) -3.703 -4.191
(3)(R_P1F+R_P1R)/(R_P1F-R_P1R) 0.067 0.542
(4)(R_5GF+R_5GR)/(R_5GF-R_5GR) -1.943 -2.318
(5)(R_P2F+R_P2R)/(R_P2F-R_P2R) 0.288 0.475
(6)(R_N1F+R_N1R)/(R_N1F-R_N1R) 2.247 2.698
(7)D_3G/D_4G 0.899 2.972
(A)f/e_N1F 0.366 0.913
(B)(f/e_AS)/Fno 0.40 0.67
(C)T_{air_max}/Σd 0.14 0.12

本実施形態の光学装置としては、例えば、撮像装置や投影装置がある。以下、撮像装置と投影装置の具体例を説明する。

図３は、撮像装置としての一眼ミラーレスカメラの断面図である。図３において、一眼ミラーレスカメラ１の鏡筒内には撮影光学系２が配置される。マウント部３は、撮影光学系２を一眼ミラーレスカメラ１のボディに着脱可能とする。マウント部３としては、スクリュータイプのマウントやバヨネットタイプのマウント等が用いられる。この例では、バヨネットタイプのマウントを用いている。また、一眼ミラーレスカメラ１のボディには、撮像素子面４、バックモニタ５が配置されている。なお、撮像素子としては、小型のＣＣＤ又はＣＭＯＳ等が用いられている。

そして、一眼ミラーレスカメラ１の撮影光学系２として、例えば上記実施例１、２に示した結像光学系が用いられる。

図４、図５は、撮像装置の構成の概念図を示す。図４は撮像装置としての一眼ミラーレスカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図５は同後方斜視図である。この一眼ミラーレスカメラ４０の撮影光学系４１に、上記実施例１、２に示した結像光学系が用いられている。

この実施形態の一眼ミラーレスカメラ４０は、撮影用光路４２上に位置する撮影光学系４１、シャッターボタン４５、液晶表示モニター４７等を含み、一眼ミラーレスカメラ４０の上部に配置されたシャッターボタン４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１の結像光学系を通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、結像面近傍に設けられた撮像素子（光電変換面）上に形成される。この撮像素子で受光された物体像は、処理手段によって電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示される。また、撮影された電子画像は記憶手段に記録することができる。

図６は、一眼ミラーレスカメラ４０の主要部の内部回路を示すブロック図である。なお、以下の説明では、前述した処理手段は、例えばＣＤＳ／ＡＤＣ部２４、一時記憶メモリ１７、画像処理部１８等で構成され、記憶手段は、記憶媒体部１９等で構成される。

図６に示すように、一眼ミラーレスカメラ４０は、操作部１２と、この操作部１２に接続された制御部１３と、この制御部１３の制御信号出力ポートにバス１４及び１５を介して接続された撮像駆動回路１６並びに一時記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１を備えている。

上記の一時記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１は、バス２２を介して相互にデータの入力、出力が可能とされている。また、撮像駆動回路１６には、ＣＣＤ４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部２４が接続されている。

操作部１２は、各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部１３に通知する。制御部１３は、例えばＣＰＵなどからなる中央演算処理装置であって、不図示のプログラムメモリを内蔵し、プログラムメモリに格納されているプログラムにしたがって、一眼ミラーレスカメラ４０全体を制御する。

ＣＣＤ４９は、撮像駆動回路１６により駆動制御され、撮影光学系４１を介して形成された物体像の画素ごとの光量を電気信号に変換し、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４に出力する撮像素子である。

ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４は、ＣＣＤ４９から入力する電気信号を増幅し、かつ、アナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時記憶メモリ１７に出力する回路である。

一時記憶メモリ１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４から出力されるＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。画像処理部１８は、一時記憶メモリ１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１３にて指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。

記憶媒体部１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記録媒体を着脱自在に装着して、これらのフラッシュメモリに、一時記憶メモリ１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１８で画像処理された画像データを記録して保持する。

表示部２０は、液晶表示モニター４７などにて構成され、撮影したＲＡＷデータ、画像データや操作メニューなどを表示する。設定情報記憶メモリ部２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、操作部１２の入力操作によってＲＯＭ部から読み出された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。

このように構成された一眼ミラーレスカメラ４０では、撮影光学系４１として本発明の結像光学系を採用することで、広い撮影範囲を、低ノイズ、高解像度で撮像することができる。なお、本発明の結像光学系は、クイックリターンミラーを持つタイプの撮像装置にも用いることができる。

図７は、投影装置としてのプロジェクタの断面図である。図７に示すように、プロジェクタ１００は、光源部１１０と、照明部１２０と、画像形成部１３０と、投射部１４０と、を有する。

光源部１１０は、光源１１１と反射部材１１２とを有する。光源１１１からは照明光が出射する。照明光は白色光である。照明光は反射部材１１２で反射され、照明部１２０に入射する。

照明部１２０は、第１のダイクロイックミラー１２１と、第２のダイクロイックミラー１２２と、第３のダイクロイックミラー１２３と、第１の反射部材１２４と、第２の反射部材１２５と、を有する。

第１のダイクロイックミラー１２１では、赤色の波長域の光（以下、「赤色光」という）が透過され、それ以外の波長域の光は反射される。第２のダイクロイックミラー１２２では、緑色の波長域の光（以下、「緑色光」という）が反射され、それ以外の波長域の光は透過される。第３のダイクロイックミラー１２３では、青色の波長域の光（以下、「青色光」という）が反射され、それ以外の波長域の光は透過される。赤色光、緑色光および青色光は、画像形成部１３０に入射する。なお、第３のダイクロイックミラー１２３の代わりに、通常の平面反射鏡を用いても良い。

画像形成部１３０は、第１の表示素子１３１と、第２の表示素子１３２と、第３の表示素子１３３と、を有する。

第１の表示素子１３１には、第１の反射部材１２４を介して赤色光が照射される。第２の表示素子１３２には緑色光が照射される。第３の表示素子１３３には、第２の反射部材１２５を介して青色光が照射される。

ここで、第１の表示素子１３１、第２の表示素子１３２及び第３の表示素子１３３には、同じ画像が表示されている。よって、第１の表示素子１３１では赤色の画像が表示され、第２の表示素子１３２では緑色の画像が表示され、第３の表示素子１３３では青色の画像が表示される。

第１の表示素子１３１、第２の表示素子１３２及び第３の表示素子１３３から出射した光は、投射部１４０に入射する。

投射部１４０は、ダイクロイックプリズム１４１と、投影光学系１４２と、を有する。

第１の表示素子１３１、第２の表示素子１３２及び第３の表示素子１３３から出射した光は、ダイクロイックプリズム１４１で合成される。上述のように、画像形成部１３０では、赤色の画像、緑色の画像及び青色の画像が表示されている。ダイクロイックプリズム１４１によって、３つの画像が合成される。

投影光学系１４２は、合成された３つの画像を所定の位置に投影する。この投影光学系１４２に、例えば上記実施例１、２に示した結像光学系が用いられている。

なお、画像形成部１３０は、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）等のライトバルブとしても良い。この場合、光源部１１０からの光をライトバルブで反射させ、ライトバルブからの画像を、投射部１４０にて拡大投影するように構成すれば良い。

このように構成されたプロジェクタ１００では、投影光学系１４２として本発明の結像光学系を採用することで、広い投影範囲に、低ノイズ、高解像度で像を投影することができる。

以上のように、本発明に係る結像光学系は、広い画角と小さいＦナンバーを有しながらも、諸収差が良好に補正された結像光学系に適している。また、本発明に係る光学装置は、広い撮影範囲を、低ノイズ、高解像度で撮像する撮像装置や、広い投影範囲に、低ノイズ、高解像度で像を投影する投影装置に適している。

Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群
Ｓ 明るさ（開口）絞り
Ｉ 像面
１ 一眼ミラーレスカメラ
２ 撮影光学系
３ 鏡筒のマウント部
４ 撮像素子面
５ バックモニタ
１２ 操作部
１３ 制御部
１４、１５ バス
１６ 撮像駆動回路
１７ 一時記憶メモリ
１８ 画像処理部
１９ 記憶媒体部
２０ 表示部
２１ 設定情報記憶メモリ部
２２ バス
２４ ＣＤＳ／ＡＤＣ部
４０ 一眼ミラーレスカメラ
４１ 撮影光学系
４２ 撮影用光路
４５ シャッターボタン
４７ 液晶表示モニター
４９ ＣＣＤ
１００ プロジェクタ
１１０ 光源部
１１１ 光源
１１２ 反射部材
１２０ 照明部
１２１ 第１のダイクロイックミラー
１２２ 第２のダイクロイックミラー
１２３ 第３のダイクロイックミラー
１２４ 第１の反射部材
１２５ 第２の反射部材
１３０ 画像形成部
１３１ 第１の表示素子
１３２ 第２の表示素子
１３３ 第３の表示素子
１４０ 投射部
１４１ ダイクロイックプリズム
１４２ 投影光学系

Claims (17)

1. 距離が長い方の拡大側の共役点と距離が短い方の縮小側の共役点との共役関係を形成する結像光学系であって、
   前記結像光学系は、拡大側から順に、
   負の屈折力を有する第１レンズ群と、
   正の屈折力を有する第２レンズ群と、
   正の屈折力を有する第３レンズ群と、
   第４レンズ群と、
   第５レンズ群と、から構成され、
   前記第２レンズ群内に、開口絞りを有し、
   前記第１レンズ群は、最も拡大側に位置する第１の負レンズと、最も縮小側に位置する第１の接合レンズと、を有し、
   前記第２レンズ群は、拡大側から順に、第２の接合レンズと、１枚又は複数枚の正レンズ成分と、を有し、
   前記第３レンズ群は、拡大側から順に、１枚又は複数枚の正レンズ成分と、第３の接合レンズと、を有し、
   前記レンズ成分は、光路中にて拡大側面と縮小側面のみが空気に接するレンズブロックであって、
   前記第１の接合レンズは最も縮小側に負レンズを有し、最も縮小側の面が縮小側に凹面を向けており、
   前記第２の接合レンズは正の屈折力を有し、最も拡大側の面が拡大側に凹面を向けており、
   前記第３の接合レンズは正の屈折力を有し、縮小側に負レンズを有し、
   フォーカスの際、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記第５レンズ群は静止し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が移動し、
   前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の距離、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間の距離及び前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との間の距離が変化することを特徴とする結像光学系。
2. 前記開口絞りが、前記第２レンズ群中の最も縮小側に配置され、
   前記第４レンズ群は１つのレンズ成分からなり、
   前記第５レンズ群は１つのレンズ成分からなることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 以下の条件式（１）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。
   ０．１＜Ｍ _{5_3G} ／Ｍ _{5_4G} ＜５ （１）
   ここで、
   Ｍ _{5_3G} は、前記第３レンズ群の無限遠物体合焦時の横倍率、
   Ｍ _{5_4G} は、前記第４レンズ群の無限遠物体合焦時の横倍率、
   である。
4. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の結像光学系。
   −１０＜（Ｒ _2GF ＋Ｒ _2GR ）／（Ｒ _2GF −Ｒ _2GR ）＜−０．１ （２）
   ここで、
   Ｒ _2GF は、前記第２レンズ群において最も拡大側に位置する面の近軸曲率半径、
   Ｒ _2GR は、前記第２レンズ群において最も縮小側に位置する面の近軸曲率半径、
   である。
5. 前記第２の接合レンズに対して最も近くに位置する第１の正レンズを有し、
   以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の結像光学系。
   ０．００１＜（Ｒ _P1F ＋Ｒ _P1R ）／（Ｒ _P1F −Ｒ _P1R ）＜５ （３）
   ここで、
   Ｒ _P1F は、前記第１の正レンズの拡大側面の近軸曲率半径、
   Ｒ _P1R は、前記第１の正レンズの縮小側面の近軸曲率半径、
   である。
6. 以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の結像光学系。
   −８＜（Ｒ_5GF＋Ｒ_5GR）／（Ｒ_5GF−Ｒ_5GR）＜−０．１ （４）
   ここで、
   Ｒ_5GFは、前記第５レンズ群において最も拡大側に位置する面の近軸曲率半径、
   Ｒ_5GRは、前記第５レンズ群において最も縮小側に位置する面の近軸曲率半径、
   である。
7. 前記第４レンズ群は１枚のレンズで構成され、
   前記１枚のレンズは、第２の正レンズであって、
   以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の結像光学系。
   ０．０１＜（Ｒ_P2F＋Ｒ_P2R）／（Ｒ_P2F−Ｒ_P2R）＜２ （５）
   ここで、
   Ｒ_P2Fは、前記第２の正レンズの拡大側面の近軸曲率半径、
   Ｒ_P2Rは、前記第２の正レンズの縮小側面の近軸曲率半径、
   である。
8. 前記第１の負レンズはメニスカスレンズであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の結像光学系。
9. 以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の結像光学系。
   ０．１＜（Ｒ_N1F＋Ｒ_N1R）／（Ｒ_N1F−Ｒ_N1R）＜６ （６）
   ここで、
   Ｒ_N1Fは、前記第１の負レンズの拡大側面の近軸曲率半径、
   Ｒ_N1Rは、前記第１の負レンズの縮小側面の近軸曲率半径、
   である。
10. 前記第３レンズ群は、前記第３の接合レンズよりも縮小側に負レンズ成分を有し、
    前記第４レンズ群は正の屈折力を有すると共に、正レンズ成分を有し、
    前記第５レンズ群は負の屈折力を有すると共に、負レンズ成分を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の結像光学系。
11. 以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の結像光学系。
    ０．１＜Ｄ_3G／Ｄ_4G＜４．５ （７）
    ここで、
    Ｄ_3Gは、フォーカスの際の前記第３レンズ群の移動量、
    Ｄ_4Gは、フォーカスの際の前記第４レンズ群の移動量、
    である。
12. 前記第３レンズ群は、拡大側から順に、前記正レンズ成分と、前記第３の接合レンズと、負レンズ成分と、からなり、
    前記第３の接合レンズは、拡大側から順に、正レンズと前記負レンズとで構成され、
    前記第３レンズ群の前記負レンズ成分の形状が、両凹形状であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の結像光学系。
13. 以下の条件式（Ａ）を満足することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の結像光学系。
    ０＜ｆ／ｅ_N1F＜２ （Ａ）
    ここで、
    ｆは、無限遠物体合焦時の前記結像光学系全系の焦点距離、
    ｅ_N1Fは、前記第１の負レンズの拡大側面の最大有効口径、
    である。
14. 以下の条件式（Ｂ）を満足することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の結像光学系。
    ０＜（ｆ／ｅ_AS）／Ｆｎｏ＜２ （Ｂ）
    ここで、
    ｆは、無限物体合焦時の前記結像光学系全系の焦点距離、
    ｅ_ASは、前記開口絞りの最大直径、
    Ｆｎｏは、無限物体合焦時の前記結像光学系全系のＦナンバー、
    である。
15. 以下の条件式（Ｃ）を満足することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の結像光学系。
    ０＜Ｔ_{air_max}／Σｄ≦０．２７ （Ｃ）
    ここで、
    Ｔ_{air_max}は、前記結像光学系の最も拡大側に位置する面から最も縮小側に位置する面までの間で最も大きい軸上空気間隔、
    Σｄは、前記結像光学系の最も拡大側に位置する面から最も縮小側に位置する面までの軸上間隔、
    である。
16. 光学系と、縮小側に配置された撮像素子と、を有し、
    前記撮像素子は撮像面を有し、且つ前記光学系によって前記撮像面上に形成された像を電気信号に変換し、
    前記光学系が請求項１から１５のいずれか１項に記載の結像光学系であることを特徴とする光学装置。
17. 光学系と、縮小側に配置された表示素子と、を有し、
    前記表示素子は表示面を有し、
    前記表示面上に表示された画像は、前記光学系によって拡大側に投影され、
    前記光学系が請求項１から１５のいずれか１項に記載の結像光学系であることを特徴とする光学装置。

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