JP7398671B2

JP7398671B2 - 光学系、画像投写装置および撮像装置

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Publication number: JP7398671B2
Application number: JP2020076873A
Authority: JP
Inventors: 卓也今岡; 慶華趙; 克山田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2023-12-15
Anticipated expiration: 2040-04-23
Also published as: JP2021173845A

Description

本開示は、中間像を形成する光学系に関する。また本開示は、こうした光学系を用いたレンズ鏡筒、画像投写装置および撮像装置に関する。

中間結像方式の光学系は、短焦点で大画面の広角投写を実現できるという利点を有するが、広角になるほど物体距離に応じてフォーカシングした際に像面湾曲や非点収差などの収差変動が大きく、光学性能が低下する可能性がある。また、光学系の全長が大きくなる傾向がある。そのため光学系が重くなり、光学系の一部を画像投写装置本体の筐体の外に搭載した場合、重心に作用するモーメントにより光学系が装置本体に対して傾斜し、光学性能が低下する可能性がある。

フォーカシングした際の収差を低減するために、特許文献１及び特許文献２の光学系は、フォーカス群を複数用いてバックフォーカスの変動と収差の変動を抑えるように構成されている。しかし、特許文献１及び特許文献２の光学系は、収差の変動を抑えるには不十分であった。また、フォーカス群を構成するレンズ素子やフォーカス群を駆動するアクチュエータが光学系の拡大側に配置されて、光学系の重心が拡大側になりやすい構成である。さらに、フォーカス群が３つ以上になるとアクチュエータを含む駆動部材も複雑、かつ、重量が重くなっていた。

特許文献１は、広角の結像光学系を開示しており、中間結像より拡大側の２つのフォーカス群でフォーカシングしている。そのため、この結像光学系は、フォーカス群を構成するアクチュエータを含む駆動部材により重心が光学系の拡大側になっている。また、この結像光学系は、フォーカシングの際に軸外における像面湾曲の変動が０．０５ｍｍ程度発生している。

特許文献２は、広角の結像光学系を開示しており、２つあるいは３つのフォーカス群でフォーカシングを行っている。２つのフォーカス群の場合は、最軸外で至近側と遠方側のメリディオナルの像面湾曲変化が０．１ｍｍ以上発生しており光学性能が不十分である。また、３つのフォーカス群の場合は、最軸外で至近側と遠方側のメリディオナルの像面湾曲変化は小さく、光学特性は良好であるが、フォーカス群を３つ移動させなければならず、アクチェーターの重量が重くなっている。

特開２０１８－９７０４６号公報特開２０１９－１３２９０４号公報

本開示は、フォーカシングした際の収差変動を低減し重心に作用するモーメントを低減できる光学系を提供する。また本開示は、こうした光学系を用いたレンズ鏡筒、画像投写装置および撮像装置を提供する。

本開示の一態様の光学系は、拡大側の拡大共役点及び縮小側の縮小共役点とそれぞれ共役である中間結像位置を内部に有する光学系であって、前記中間結像位置の拡大側に隣接した第１フォーカス群と、前記中間結像位置の縮小側に隣接した第２フォーカス群と、を備え、フォーカシングに際して、前記第１フォーカス群より拡大側のレンズ素子と、前記第２フォーカス群より縮小側のレンズ素子とが固定され、前記第１フォーカス群と前記第１フォーカス群の拡大側のレンズ素子との第１空気間隔、前記第1フォーカス群と前記第２フォーカス群との間の第２空気間隔、および、前記第２フォーカス群と前記第２フォーカス群の縮小側のレンズ素子との第３空気間隔が各々変化する。

また本開示に係るレンズ鏡筒は、上記光学系を備え、フォーカシングは、前記第１フォーカス群と前記第２フォーカス群が一緒に稼働する第１フォーカシングと、前記第１フォーカス群を構成するレンズが移動する第２フォーカシングを行う。

また本開示に係る画像投写装置は、上記光学系と、該光学系を経由してスクリーンに投写する画像を生成する画像形成素子と、を備える。

また本開示に係る撮像装置は、上記光学系と、該光学系が形成する光学像を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備える。

本開示に係る光学系によると、２つのフォーカス群で、フォーカス時の光学性能を良好にすることができる。特に、像面湾曲や非点収差の発生を小さくすることができる。

実施例１のズームレンズの物体距離１１００ｍｍにおける広角端の光路を示す配置図実施例１のズームレンズの物体距離１１００ｍｍにおける広角端の配置図実施例１のズームレンズの物体距離１１００ｍｍにおける縦収差図実施例１のズームレンズの物体距離７１０ｍｍにおける縦収差図実施例１のズームレンズの物体距離２８４０ｍｍにおける縦収差図実施例１のズームレンズの物体距離でバックフォーカス誤差が＋０．０２ｍｍ発生し、バックフォーカス調整群で調整したときの１１００ｍｍにおける縦収差図実施例１のズームレンズの物体距離でバックフォーカス誤差が－０．０２ｍｍ発生し、バックフォーカス調整群で調整したときの１１００ｍｍにおける縦収差図実施例２のズームレンズの物体距離１１００ｍｍにおける広角端の光路を示す配置図実施例２のズームレンズの物体距離１１００ｍｍにおける広角端の配置図実施例２のズームレンズの物体距離１１００ｍｍにおける縦収差図実施例２のズームレンズの物体距離７１０ｍｍにおける縦収差図実施例２のズームレンズの物体距離２８４０ｍｍにおける縦収差図実施例２のズームレンズの物体距離でバックフォーカス誤差が＋０．０２ｍｍ発生し、バックフォーカス調整群で調整したときの１１００ｍｍにおける縦収差図実施例２のズームレンズの物体距離でバックフォーカス誤差が－０．０２ｍｍ発生し、バックフォーカス調整群で調整したときの１１００ｍｍにおける縦収差図実施例３のズームレンズの物体距離１１００ｍｍにおける広角端の光路を示す配置図実施例３のズームレンズの物体距離１１００ｍｍにおける広角端の配置図実施例３のズームレンズの物体距離１１００ｍｍにおける縦収差図実施例３のズームレンズの物体距離７１０ｍｍにおける縦収差図実施例３のズームレンズの物体距離２８４０ｍｍにおける縦収差図実施例３のズームレンズの物体距離でバックフォーカス誤差が＋０．０２ｍｍ発生し、バックフォーカス調整群で調整したときの１１００ｍｍにおける縦収差図実施例３のズームレンズの物体距離でバックフォーカス誤差が－０．０２ｍｍ発生し、バックフォーカス調整群で調整したときの１１００ｍｍにおける縦収差図実施例１～３の第１フォーカス群、第２フォーカス群の広角端の光路を示す配置図実施例における条件（１）、条件（２）と光学特性の関係図本開示に係るレンズ鏡筒の一例を示すブロック図本開示に係る画像投写装置の一例を示すブロック図本開示に係る撮像装置の一例を示すブロック図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、あるいは実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものでない。

以下に、本開示に係る光学系１の各実施例について説明する。各実施例では、光学系１が、画像信号に基づき液晶やＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等の画像形成素子によって入射光を空間変調した原画像Ｓの画像光を、スクリーンに投写するプロジェクタ（画像投写装置の一例）に用いられる場合について説明する。即ち、本開示に係る光学系１は、拡大側の延長線上に図示しないスクリーンを配置して、縮小側に配置された画像形成素子上の原画像Ｓを拡大してスクリーンに投写するために利用できる。

また、本開示に係る光学系１は、拡大側の延長線上に位置する物体から放射される光を集光し、縮小側に配置された撮像素子の撮像面に物体の光学像を形成するためにも利用できる。

（実施形態１）
以下、図１～図１９を用いて本開示の実施形態１を説明する。ここでは、光学系１の一例としてズームレンズ系について説明する。

図１、図８、図１５は、実施例１～３に係るズームレンズ系の物体距離１１００ｍｍにおける広角端の光路を示す配置図である。図２、図９、図１６は、実施例１～３に係るズームレンズ系の物体距離１１００ｍｍにおける配置図である。図２（ａ）、図９（ａ）、図１６（ａ）は、ズームレンズ系の広角端におけるレンズ配置図を示す。図２（ｂ）、図９（ｂ）、図１６（ｂ）は、ズームレンズ系の中間位置におけるレンズ配置図を示す。図２（ｃ）、図９（ｃ）、図１６（ｃ）は、ズームレンズ系の望遠端におけるレンズ配置図を示す。

広角端は、全系が最短の焦点距離ｆｗを有する最短焦点距離状態である。中間位置は、広角端と望遠端との間の中間焦点距離状態である。望遠端は、全系が最長の焦点距離ｆｔを有する最長焦点距離状態である。広角端の焦点距離ｆｗと望遠端の焦点距離ｆｔとに基づき、中間位置の焦点距離ｆｍ＝√（ｆｗ×ｆｔ）が規定される。

実施例１～３に係るズームレンズ系は、拡大光学系Ｏｐ、リレー光学系Ｏｌと光学素子Ｐを含む。拡大光学系Ｏｐは、第１レンズ群Ｇ１の拡大側のレンズ素子を含み、リレー光学系Ｏｌは、第１レンズ群Ｇ１の縮小側のレンズ素子と、第２レンズ群Ｇ２～第４レンズ群Ｇ４とを含む。拡大光学系Ｏｐは、第１レンズ素子Ｌ１から第１２レンズ素子Ｌ１２で構成され、面１から面２４を含む（後述する数値実施例を参照）。リレー光学系Ｏｌは、第１３レンズ素子Ｌ１３から第２５レンズ素子Ｌ２５で構成され、面２５から面５１を含む。第１０レンズ素子Ｌ１０から第１２レンズ素子Ｌ１２が第１フォーカ群ＦＧ１、第１３レンズ素子Ｌ１３が第２フォーカス群ＦＧ２を含む。

第１レンズ群Ｇ１は、正のパワーを有し、第１レンズ素子Ｌ１から第１５レンズ素子Ｌ１５で構成され、面１から面３０を含む。第２レンズ群Ｇ２は、正のパワーを有し、第１６レンズ素子Ｌ１６から第１８レンズ素子Ｌ１８で構成され、面３１から面３６を含む。第３レンズ群Ｇ３は、負のパワーを有し、第１９レンズ素子Ｌ１９から第２２レンズ素子Ｌ２２で構成され、面３７から面４５を含む。第４レンズ群Ｇ４は、正のパワーを有し、第２３レンズ素子Ｌ２３から第２５レンズ素子Ｌ２５で構成され、面４６から面５１を含む。光学素子Ｐは、面５２から面５３を含む。

第１フォーカス群ＦＧ１は、第１０レンズ素子Ｌ１０から第１２レンズ素子Ｌ１２、第２フォーカス群ＦＧ２は、第１３レンズ素子Ｌ１３からなる。フォーカシングに際して、第１フォーカス群ＦＧ１の拡大側のレンズ素子Ｌ１～Ｌ９と、第２フォーカス群ＦＧ２の縮小側のレンズ素子Ｌ１４～Ｌ２５とが固定されている。そして、第１フォーカス群ＦＧ１と第１フォーカス群ＦＧ１の拡大側の第９レンズ素子Ｌ９との第１空気間隔、第1フォーカス群ＦＧ１と第２フォーカス群ＦＧ２との間の第２空気間隔、および、第２フォーカス群ＦＧ２と第２フォーカス群ＦＧ２の縮小側の第１４レンズ素子Ｌ１４との第３空気間隔が各々変化する。

具体的には、フォーカシングの際に、第１レンズ素子Ｌ１から第９レンズ素子Ｌ９及び第１４レンズ素子Ｌ１４から第２５レンズ素子Ｌ２５は固定されている。物体距離が遠側から近側へ近づくにつれて、第１フォーカス群ＦＧ１および第２フォーカス群ＦＧ２は図１の矢印のように縮小側へと移動される。この時、第１フォーカス群ＦＧ１と第２フォーカス群ＦＧ２が一緒に移動する第１フォーカシングでメインのフォーカス調整を行われる。そして、第１フォーカシングとは独立して、第１フォーカス群ＦＧ１のみの移動する第２フォーカシングで微調なフォーカス調整を行われる。

また、フォーカシングの際、第1フォーカス群ＦＧ１の移動量に対して、第２フォーカス群ＦＧ２の移動量が大きくする。そのため、第１フォーカス群ＦＧ１と第１フォーカス群ＦＧ１の拡大側の第９レンズ素子Ｌ９との第１空気間隔の変化Δｄ１と、第1フォーカス群ＦＧ１と第２フォーカス群ＦＧ２との間の第２空気間隔の変化Δｄ２、および、第２フォーカス群ＦＧ２と第２フォーカス群ＦＧ２の縮小側の第１４レンズ素子Ｌ１４との第３空気間隔の変化Δｄ３は、Δｄ３＜０＜Δｄ１＜Δｄ２となる。

バックフォーカス調整群ＢＦＧについて説明する。バックフォーカス調整群ＢＦＧは、第２フォーカス群ＦＧ２と第２フォーカス群ＦＧ２より縮小側でズーミング時に稼働する最も拡大側の群である第２レンズ群Ｇ２との間に配置されている。実施例１及び実施例３の光学系において、バックフォーカス調整群ＢＦＧは第１４レンズ素子Ｌ１４であり、第２レンズ群Ｇ２は第１６レンズ素子Ｌ１６～第１８レンズ素子Ｌ１８である。実施例１及び３の光学系は、バックフォーカス誤差を調整する際、バックフォーカス誤差がプラス方向に発生した場合は縮小側へ移動し、バックフォーカス誤差がマイナス方向に発生した場合は拡大側へ移動する。また、実施例２の光学系において、バックフォーカス調整群ＢＦＧは第１５レンズ素子Ｌ１５であり、第２レンズ群Ｇ２は、第１６レンズ素子Ｌ１６～第１８レンズ素子Ｌ１８である。実施例２の光学系は、バックフォーカス誤差を調整する際、バックフォーカス誤差がプラス方向に発生した場合は拡大側へ移動し、バックフォーカス誤差がマイナス方向に発生した場合は縮小側へ移動する。

図２、図９、図１６の各図（ａ）と各図（ｂ）との間に図示した折れ線の矢印は、図中の上から順に、広角端、中間位置及び望遠端の各状態における第１レンズ群Ｇ１～第４レンズ群Ｇ４の位置を結んで得られる直線である。広角端と中間位置との間、中間位置と望遠端との間は、単純に直線で接続されているだけであり、実際の各レンズ群Ｇ１～Ｇ４の動きとは異なる。また、各々のレンズ群Ｇ１～Ｇ４の符号に付した記号（＋），（－）は、各レンズ群Ｇ１～Ｇ４のパワーの正負を示す。

各図において、左側に拡大側の結像位置（即ち、拡大共役点）、右側に縮小側の結像位置（即ち、縮小共役点）が位置する。また各図において、最も縮小側に記載された直線は、原画像Ｓの位置を表し、原画像Ｓの拡大側には光学素子Ｐが位置する。光学素子Ｐは、色分解、色合成用のプリズム、光学フィルタ、平行平板ガラス、水晶ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等の光学素子を表している。

実施例１～３に係るズームレンズ系は、拡大側の拡大共役点及び縮小側の縮小共役点とそれぞれ共役である中間結像位置ＭＩを内部に有する。また各図において、中間結像位置ＭＩより拡大側に拡大光学系Ｏｐが配置され、中間結像位置ＭＩより縮小側にリレー光学系Ｏｌが配置される。

図３、図１０、図１７は、実施例１～３に係るズームレンズ系の物体距離１１００ｍｍにおける縦収差図である。各図における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ズームレンズ系の広角端、中間位置および望遠端における縦収差図を示す。

図４、図１１、図１８は、実施例１～３に係るズームレンズ系の物体距離７１０ｍｍにおける縦収差図である。各図における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ズームレンズ系の広角端、中間位置および望遠端における縦収差図を示す。

図５、図１２、図１９は、実施例１～３に係るズームレンズ系の物体距離２８４０ｍｍにおける縦収差図である。各図における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ズームレンズ系の広角端、中間位置および望遠端における縦収差図を示す。

図６、図１３、図２０は、実施例１～３に係るズームレンズ系のバックフォーカス誤差＋０．０２ｍｍ発生し、バックフォーカス調整群ＢＦＧで調整した時の物体距離１１００ｍｍにおける縦収差図である。各図における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ズームレンズ系の広角端、中間位置および望遠端における縦収差図を示す。

図７、図１４、図２１は、実施例１～３に係るズームレンズ系のバックフォーカス誤差－０．０２ｍｍ発生し、バックフォーカス調整群ＢＦＧで調整した時の物体距離１１００ｍｍにおける縦収差図である。各図における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ズームレンズ系の広角端、中間位置および望遠端における縦収差図を示す。

各縦収差図は、左側から順に、球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。球面収差図において、縦軸は瞳の高さを表し、実線はｄ線（ｄ－ｌｉｎｅ）、短破線はＦ線（Ｆ－ｌｉｎｅ）、長破線はＣ線（Ｃ－ｌｉｎｅ）の特性である。非点収差図において、縦軸は像高を表し、実線はサジタル平面（図中、ｓで示す）、破線はメリディオナル平面（図中、ｍで示す）の特性である。歪曲収差図において、縦軸は像高を表す。また、歪曲収差は等距離射影に対する歪曲収差を表す。

（実施例１）
図１、図２に示すように、実施例１に係るズームレンズ系は、拡大光学系Ｏｐとリレー光学系Ｏｌとを備える。拡大光学系Ｏｐは、第１レンズ素子Ｌ１から第１２レンズ素子Ｌ１２で構成される。

拡大光学系Ｏｐは、拡大側から縮小側へと順に、第１レンズ素子Ｌ１から第１２レンズ素子Ｌ１２で構成される。第１レンズ素子Ｌ１は、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第２レンズ素子Ｌ２は、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第３レンズ素子Ｌ３は、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第４レンズ素子Ｌ４は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第５レンズ素子Ｌ５は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第６レンズ素子Ｌ６は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第７レンズ素子Ｌ７は、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第８レンズ素子Ｌ８は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第９レンズ素子Ｌ９は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第１０レンズ素子Ｌ１０は、両凸形状を有する。第１１レンズ素子Ｌ１１は、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第１２レンズ素子Ｌ１２は、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。

リレー光学系Ｏｌは、拡大側から縮小側へと順に、第１３レンズ素子Ｌ１３から第２５レンズ素子Ｌ２５で構成される。第１３レンズ素子Ｌ１３は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第１４レンズ素子Ｌ１４は、両凹形状を有する。第１５レンズ素子Ｌ１５は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第１６レンズ素子Ｌ１６は、両凸形状を有する。第１７レンズ素子Ｌ１７は、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第１８レンズ素子Ｌ１８は、両凸形状を有する。第１９レンズ素子Ｌ１９は、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第２０レンズ素子Ｌ２０は、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第２１レンズ素子Ｌ２１は、縮小側が平面の平凹形状を有する。第２２レンズ素子Ｌ２２は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス状を有する。第２３レンズ素子Ｌ２３は、両凸形状を有する。第２４レンズ素子Ｌ２４は、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第２５レンズ素子Ｌ２５は、両凸形状を有する。

拡大側から縮小側へと順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２、負のパワーを有する第３レンズ群Ｇ３、および正のパワーを有する第４レンズ群Ｇ４からなる。ズーミングの際に、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は固定され、第２レンズ群Ｇ２および第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って移動し、広角端から望遠端にズーミングする際に、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ２は拡大側へ移動する。

フォーカシングの際に、物体距離が遠側から近側へ近づくにつれて第１フォーカス群ＦＧ１および第２フォーカス群ＦＧ２は図１の矢印のように縮小側へと移動する。

バックフォーカス調整の際に、バックフォーカス誤差がプラス側に発生した場合、バックフォーカス調整群ＢＦＧは図１の矢印のように縮小側へと移動する。また、バックフォーカス誤差がマイナス側に発生した場合、バックフォーカス調整群ＢＦＧは拡大側へと移動する。

第１２レンズ素子Ｌ１２と第１３レンズ素子Ｌ１３の間に中間結像位置ＭＩがある。また、第１９レンズ素子Ｌ１９と第２０レンズ素子Ｌ２０の間に絞りＡが配置される。リレー光学系Ｏｌの縮小側には、光学パワーがゼロである光学素子Ｐが配置される。

（実施例２）
図８、図９に示すように、実施例２に係るズームレンズ系は、拡大光学系Ｏｐとリレー光学系Ｏｌとを備える。拡大光学系Ｏｐは、第１レンズ素子Ｌ１から第１２レンズ素子Ｌ１２で構成される。

リレー光学系Ｏｌは、拡大側から縮小側へと順に、第１３レンズ素子Ｌ１３から第２５レンズ素子Ｌ２５で構成される。第１３レンズ素子Ｌ１３は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第１４レンズ素子Ｌ１４は、両凹形状を有する。第１５レンズ素子Ｌ１５は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第１６レンズ素子Ｌ１６は、両凸形状を有する。第１７レンズ素子Ｌ１７は、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第１８レンズ素子Ｌ１８は、両凸形状を有する。第１９レンズ素子Ｌ１９は、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第２０レンズ素子Ｌ２０は、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第２１レンズ素子Ｌ２１は、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第２２レンズ素子Ｌ２２は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス状を有する。第２３レンズ素子Ｌ２３は、両凸形状を有する。第２４レンズ素子Ｌ２４は、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第２５レンズ素子Ｌ２５は、両凸形状を有する。

拡大側から縮小側へと順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２、負のパワーを有する第３レンズ群Ｇ３、および正のパワーを有する第４レンズ群Ｇ４からなる。ズーミングの際に、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は固定され、第２レンズ群Ｇ２および第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って移動し、広角端から望遠端にズーミングする際に、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４は拡大側へ移動する。

フォーカシングの際に、物体距離が遠側から近側へ近づくにつれて第１フォーカス群ＦＧ１および第２フォーカス群ＦＧ２は図８の矢印のように縮小側へと移動する。

バックフォーカス調整の際に、バックフォーカス誤差がプラス側に発生した場合、バックフォーカス調整群ＢＦＧは図８の矢印のように拡大側へと移動する。また、バックフォーカス誤差がマイナス側に発生した場合、バックフォーカス調整群ＢＦＧは縮小側へと移動する。

（実施例３）
図１５、図１６に示すように、実施例３に係るズームレンズ系は、拡大光学系Ｏｐとリレー光学系Ｏｌとを備える。拡大光学系Ｏｐは、第１レンズ素子Ｌ１から第１２レンズ素子Ｌ１２で構成される。

リレー光学系Ｏｌは、拡大側から縮小側へと順に、第１３レンズ素子Ｌ１３から第２５レンズ素子Ｌ２５で構成される。第１３レンズ素子Ｌ１３は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第１４レンズ素子Ｌ１４は、両凹形状を有する。第１５レンズ素子Ｌ１５は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第１６レンズ素子Ｌ１６は、両凸形状を有する。第１７レンズ素子Ｌ１７は、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第１８レンズ素子Ｌ１８は、両凸形状を有する。第１９レンズ素子Ｌ１９は、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状を有する。第２０レンズ素子Ｌ２０は、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第２１レンズ素子Ｌ２１は、両凹形状を有する。第２２レンズ素子Ｌ２２は、両凸形状を有する。第２３レンズ素子Ｌ２３は、両凸形状を有する。第２４レンズ素子Ｌ２４は、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状を有する。第２５レンズ素子Ｌ２５は、両凸形状を有する。

フォーカシングの際に、物体距離が遠側から近側へ近づくにつれて第１フォーカス群ＦＧ１および第２フォーカス群ＦＧ２は図１５の矢印のように縮小側へと移動する。

バックフォーカス調整の際に、バックフォーカス誤差がプラス側に発生した場合、バックフォーカス調整群ＢＦＧは図１５の矢印のように縮小側へと移動する。また、バックフォーカス誤差がマイナス側に発生した場合、バックフォーカス調整群ＢＦＧは拡大側へと移動する。

なお、実施例１～３に係るズームレンズ系は、光学パワーを有するレンズ素子だけでなく、光学パワーがゼロまたは実質的にゼロである素子、例えば、ミラー、絞り、マスク、カバーガラス、フィルタ、プリズム、波長板、偏光素子などの光学要素などを含んでもよい。

次に、本実施形態に係るズームレンズ系が満足し得る条件を説明する。なお、各実施例に係るズームレンズ系に対して、複数の条件が規定されるが、これら複数の条件すべてを満足してもよく、あるいは個別の条件を満足することにより、それぞれ対応する効果が得られる。

実施例１～３に係る光学系は、拡大側の拡大共役点及び縮小側の縮小共役点とそれぞれ共役である中間結像位置を内部に有する光学系であって、前記中間結像位置の拡大側に隣接した第１フォーカス群と、前記中間結像位置の縮小側に隣接した第２フォーカス群と、を備え、フォーカシングに際して、前記第１フォーカス群より拡大側のレンズ素子と、前記第２フォーカス群より縮小側のレンズ素子とが固定され、前記第１フォーカス群と前記第１フォーカス群の拡大側のレンズ素子との第１空気間隔、前記第１フォーカス群と前記第２フォーカス群との間の第２空気間隔、および、前記第２フォーカス群と前記第２フォーカス群の縮小側のレンズ素子との第３空気間隔が各々変化する。

こうした構成によると、フォーカス時の性能変化、主に像面湾曲や非点収差の発生を小さくすることができる。また中間結像を挟んで隣接してフォーカス群を構成しているのでフォーカスレンズ構成が簡単にでき、フォーカスを構成する部材が拡大側に配置されないので重心が拡大側になることを防ぐことができる。

また実施例１～３に係る光学系は、拡大側の像面とレンズの距離が近づく場合は、第１フォーカス群は縮小側へ、第２フォーカス群は縮小側へ移動し、拡大側の像面とレンズの距離が遠ざかる場合は、第１フォーカス群は拡大側へ、第２フォーカス群は拡大側へ移動する
ことを特徴とする。

こうした構成によると、フォーカス時の性能変化、主に像面湾曲や非点収差の発生を小さくすることができる。

また実施例１～３に係る光学系は、第２フォーカス群より縮小側の群でズーミングを行う。

こうした構成によると、フォーカスとズームを構成する構成が簡単にできるので、軽量化することができる。

また、図２２に、実施例１～３の第１フォーカス群、第２フォーカス群の広角端の光路を示す配置図を示す。図２２は、広角端での第１フォーカス群ＦＧ１の最拡大側の面（第１０レンズ素子Ｌ１０の拡大側の面）における軸上光線の上光線の高さｈ１と最軸外の主光線高さＨ１、広角端での第２フォーカス群ＦＧ２の最縮小側の面（第１３レンズ素子Ｌ１３の縮小側の面）における軸上光線の上光線の高さｈ２と最軸外の主光線高さＨ２を示す。実施例１～３に係る光学系は、条件（１）、条件（２）を満足する。
｜Ｈ１／ｈ１｜＞３．１・・・（１）
｜Ｈ２／ｈ２｜＞３．１・・・（２）
ここで、
ｈ１：広角端での第１フォーカス群の最拡大側の面における軸上光線の上光線の高さ
Ｈ１：広角端での第１フォーカス群の最拡大側の面における最軸外の主光線高さ
ｈ２：広角端での第２フォーカス群の最縮小側の面における軸上光線の上光線の高さ
Ｈ２：広角端での第２フォーカス群の最縮小側の面における最軸外の主光線高さである。

条件（１）は、広角端での第１フォーカス群の最拡大側の面における軸上光線の上光線高さと最軸外の主光線高さとの関係を規定するための条件式である。
条件（２）は、広角端での第２フォーカス群の最縮小側の面における軸上光線の上光線高さと最軸外の主光線高さとの関係を規定するための条件式である。
これらを満足することで、フォーカス時の性能変化、主に像面湾曲や非点収差の発生を小さくする光学系を実現できる。
条件（１）及び条件（２）において、下限を下回るとフォーカス時の性能変化主に像面湾曲や非点収差の補正を行うことが困難になる。また、第１フォーカス群及び第２フォーカス群のレンズ素子に付着した異物がした場合、条件（１）または条件（２）が大きくなるほど、その異物がスクリーン上で目立ちやすくなる。そのため、条件（１）及び条件（２）は、例えば、１５．０以下がよい。

また実施例１～３に係る光学系は、条件（３）を満足してもよい。
０．２５＜｜β１／β２｜＜０．５０・・・（３）
ここで、
β１：広角端での第１フォーカス群の横倍率
β２：広角端での第２フォーカス群の横倍率
である。

条件（３）は、広角端での第１フォーカス群と第２フォーカス群の横倍率を規定するための条件式である。これを満足することでフォーカス時の性能変化を小さくする光学系を実現できる。
条件（３）の上限を上回るとフォーカス時に像面湾曲及び非点収差の変動が大きくなる。逆に条件（３）の下限を下回るとフォーカス時に周辺部でコマ収差が発生する。

なお、条件（３）に加え、さらに以下の条件（３Ａ）を満足することにより、より有利な効果が得られる。
０．３０＜｜β１／β２｜＜０．４５・・・（３Ａ）

また実施例１～３に係る光学系は、条件を（４）を満足してもよい。
０．０２＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．２０・・・（４）
ここで、
ｆ１：広角端での第１フォーカス群の焦点距離
ｆ２：広角端での第２フォーカス群の焦点距離
である。

条件（４）は、広角端での第１フォーカス群の焦点距離と第２フォーカス群の焦点距離との関係を規定する条件式である。条件（４）を満足することで、フォーカス時の性能変化を小さくすることができる。条件（４）の上限を上回ると、フォーカス時に、周辺部でコマ収差が発生する。逆に条件（４）の下限を下回ると、フォーカス時に像面湾曲及び非点収差の変動が大きくなる。

なお、条件（４）に加え、さらに以下の条件（４Ａ）を満足することにより、より有利な効果が得られる。
０．０４＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．１０・・・（４Ａ）

また実施例１～３に係る光学系は、条件を（５）を満足してもよい。
ω＞６５° ・・・（５）
ここで、
ω：広角端の最大の半画角
である。

条件（５）は、広角端での最大半画角を規定する条件式である。条件（５）を満足することで、ワーキングディスタンス（作動距離）を短くすることが可能になる。

実施例１～３に係る光学系は、以下の条件式（６）を満足してもよい。
２＜ｎｄ２／ｆｗ＜１０・・・（６）
ここで、
ｎｄ２：第２フォーカス群を構成するレンズの光路長の総和
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
である。

条件（６）は、第２フォーカス群を構成するレンズの光路長の総和と広角端での全系の焦点距離との関係を規定する条件式である。条件（６）を満足することで、透過率が高く、フォーカス時の性能変化が小さくできる。条件（６）の上限を上回ると、透過率が下がる。逆に条件（６）の下限を下回るとフォーカス時の性能変化主に像面湾曲や非点収差の補正を行うことが困難になる。

なお、条件（６）に加え、さらに以下の条件（６Ａ）を満足することにより、より有利な効果が得られる。
２．５＜ Σ（ｎｄ２×ｔ２）／ｆｗ＜４．０・・・（６Ａ）

実施例１～３に係る光学系は、以下の条件式（７）を満足してもよい。
１０＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）＜５０・・・（７）
ここで、
Ｒ１：第２フォーカス群の最も拡大側の面の曲率半径
Ｒ２：第２フォーカス群の最も縮小側の面の曲率半径
である。

条件（７）は、第２フォーカス群の最拡大側の面の曲率半径と最縮小側の面の曲率半径との関係を規定する条件式である。条件（７）を満足することでフォーカス時の性能変化を小さくすることができる。条件（７）の上限を上回ると、フォーカス時に、像面湾曲及び非点収差の変動が大きくなる。逆に下限を下回ると、フォーカス時に周辺部でコマ収差が発生する。

なお、条件（７）に加え、さらに以下の条件（７Ａ）を満足することにより、より有利な効果が得られる。
２０＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）＜４０・・・（７Ａ）

実施例１～３に係るズームレンズ系は、以下の条件式（８）を満足してもよい。
０．１＜ |ΔＴ１／ΔＴ２| ＜０．５・・・（８）
ここで、
ΔＴ１：広角端での第１フォーカス群の拡大側の空気間隔の変化量
ΔＴ２：広角端での第２フォーカス群の縮小側の空気間隔の変化量
である。

条件（８）は、広角端での第１フォーカス群の拡大側の空気間隔の変化量と第２フォーカス群の縮小側の空気間隔の変化量との関係を規定する条件式である。条件（８）を満足することで、フォーカス時の性能変化を小さくすることができる。条件（８）の上限を上回ると、フォーカス時に、周辺部でコマ収差が発生する。逆に条件（８）の下限を下回ると、フォーカス時に像面湾曲及び非点収差の変動が大きくなる。

なお、条件（８）に加え、さらに以下の条件（８Ａ）を満足することにより、より有利な効果が得られる。
０．２＜ |ΔＴ１／ΔＴ２| ＜０．４・・・（８Ａ）

また実施例１～３に係る光学系において、以下の条件（９）を満足してもよい。
０．１＜ｆｐ／ｆｒ＜０．５・・・（９）
ここで、
ｆｐ：拡大光学系の焦点距離
ｆｒ：広角端のリレー光学系の焦点距離
である。

条件（９）は、拡大光学系の焦点距離と、広角団でのリレー光学系の焦点距離との関係を規定する条件式である。条件（９）を満足することで、光学系を軽量化することができる。条件（９）の上限を上回ると、最も拡大側にあるレンズの有効径が大きくなりすぎてしまい、レンズが重くなる。逆に、条件（９）の下限を下回ると、拡大光学系後群の口径が大きくなりすぎてしまし、レンズが重くなる。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、幾つかの実施例を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。

以下、実施例１～３に係るズームレンズ系の数値実施例を説明する。なお、各数値実施例において、表中の長さの単位はすべて「ｍｍ」であり、画角の単位はすべて「°」である。また、各数値実施例において、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄはｄ線に対する屈折率、ｖｄはｄ線に対するアッベ数である。また、各数値実施例において、＊印を付した面は非球面であり、非球面形状は次式で定義している。

ここで、
Ｚ：光軸からの高さがｈの非球面上の点から、非球面頂点の接平面までの距離、
ｈ：光軸からの距離、
ｒ：頂点曲率半径、
κ：円錐定数、
Ａｎ：ｎ次の非球面係数
である。

（数値実施例１）
数値実施例１（実施例１に対応）のズームレンズ系について、面データを表１に示し、各種データを表２に示し、フォーカスデータを表３に示し、バックフォーカス誤差（＋０．０２ｍｍ）のデータを表４に示し、単レンズデータを表５に示す（単位はｍｍ）。

[表１]
面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞
1* 452.25470 9.97980 1.50940 56.5
2* 45.46300 20.03240
3 57.22120 3.50000 1.80420 46.5
4 36.53930 10.21150
5 66.75510 2.50020 1.83481 42.7
6 26.30500 17.59170
7 -63.95790 9.66570 1.80420 46.5
8 -60.26320 16.20300
9* -27.99860 9.20010 1.51633 64.1
10* -18.86490 0.20000
11 -51.99300 6.27780 1.49700 81.6
12 -22.48210 0.20000
13 -23.70240 2.50000 1.86966 20.0
14 -247.18210 0.20000
15 -279.04200 10.04150 1.49700 81.6
16 -31.13040 0.46290
17 -276.11640 10.04530 1.49700 81.6
18 -44.26060 56.94970
19 121.93610 12.80040 1.92286 20.9
20 -255.67270 0.20000
21 39.64970 11.59430 1.92286 20.9
22 59.76100 7.30610
23 216.37310 2.01010 1.80420 46.5
24 46.40270 31.20080
25 -41.15430 11.00000 1.92286 20.9
26 -44.34940 4.31010
27 -71.05640 11.00000 1.73800 32.3
28 139.50440 14.31700
29 -158.02340 10.36460 1.86966 20.0
30 -53.70530 可変
31 279.48050 15.00000 1.59282 68.6
32 -72.34400 8.87850
33 -64.51890 1.50000 1.59270 35.4
34 -393.54720 0.21360
35 153.53140 5.81100 1.49700 81.6
36 -148.20130 可変
37 38.58500 4.75840 1.59270 35.4
38 76.00830 5.72820
39(絞り) ∞ 6.62870
40 72.62970 1.50000 1.51680 64.2
41 25.80070 20.13520
42 -32.88020 1.50000 1.73800 32.3
43 ∞ 0.34980
44 -998.53280 6.63540 1.43700 95.1
45 -36.01100 可変
46 80.71450 10.04660 1.49700 81.6
47 -67.79750 6.97170
48 53.25370 2.50000 1.67300 38.3
49 39.56000 1.63560
50 45.56310 12.69040 1.43700 95.1
51 -100.43260 可変
52 ∞ 41.77900 1.51680 64.2
53 ∞ BF
像面 ∞

非球面データ
第1面
K= 0.00000E+00, A3= 1.09497E-04, A4=-7.36797E-08, A5=-6.70816E-08
A6= 1.77535E-09, A7=-1.52814E-11, A8=-6.27859E-14, A9= 2.03341E-15
A10=-1.02968E-17
第2面
K=-8.98226E-01, A3= 1.59187E-04, A4=-3.92038E-06, A5= 1.53429E-09
A6= 6.99059E-11, A7=-1.24735E-12, A8= 3.79176E-14, A9= 6.92346E-16
A10=-1.01588E-17
第9面
K= 0.00000E+00, A3= 0.00000E+00, A4=-1.93660E-05, A5= 0.00000E+00
A6=-5.98186E-08, A7= 0.00000E+00, A8= 9.79624E-11, A9= 0.00000E+00
A10=-2.41926E-12
第10面
K= 0.00000E+00, A3= 0.00000E+00, A4= 5.24287E-06, A5= 0.00000E+00
A6= 6.99090E-09, A7= 0.00000E+00, A8=-1.06906E-11, A9= 0.00000E+00
A10= 0.00000E+00

[表２]
各種データ
ズーム比 1.07126
広角中間望遠
焦点距離 -7.2456 -7.4833 -7.7619
Ｆナンバー -1.90003 -1.90049 -1.90181
画角 -66.8485 -66.1803 -65.3981
像高 17.2650 17.2650 17.2650
レンズ全長 565.7938 565.8090 565.8126
ＢＦ 1.00719 1.02243 1.02612
d30 88.7046 85.1485 81.1352
d36 2.0679 5.6240 9.6372
d45 2.5519 2.5370 2.4614
d51 15.3351 15.3500 15.4256
入射瞳位置 39.7083 39.7258 39.7494
射出瞳位置 -638.2310 -635.7508 -623.4664
前側主点位置 32.3806 32.1546 31.8910
後側主点位置 572.9933 573.2432 573.5216

[表３]
フォーカスデータ
広角中間望遠
物体距離 1100 1100 1100
d18 56.9497 56.9497 56.9497
d24 31.2008 31.2008 31.2008
d26 4.3101 4.3101 4.3101
物体距離 710 710 710
d18 57.6749 57.6477 57.6204
d24 32.7858 32.7740 32.7621
d26 2.0000 2.0390 2.0781
物体距離 2840 2840 2840
d18 56.1841 56.1640 56.1438
d24 29.3258 29.3254 29.3250
d26 6.9507 6.9713 6.9919

［表４］
バックフォーカス誤差（+0.02mm）のデータ
広角中間望遠
物体距離 1100 1100 1100
d26 4.37010 4.35510 4.35010
d28 14.25700 14.27200 14.27700
バックフォーカス誤差:-0.02mm
広角中間望遠
物体距離 1100 1100 1100
d26 4.25010 4.26510 4.27010
d28 14.37700 14.36200 14.35700

[表５]
単レンズデータ
レンズ始面焦点距離
1 1 -100.0513
2 3 -135.9643
3 5 -53.5062
4 7 598.8627
5 9 83.3959
6 11 74.4403
7 13 -30.3030
8 15 69.5668
9 17 104.5527
10 19 90.9416
11 21 99.9992
12 23 -73.8424
13 25 948.8911
14 27 -62.4063
15 29 89.4143
16 31 98.5029
17 33 -130.4220
18 35 152.7069
19 37 126.2472
20 40 -78.2845
21 42 -44.5531
22 44 85.3090
23 46 75.8429
24 48 -246.7159
25 50 73.6716

（数値実施例２）
数値実施例２（実施例２に対応）のズームレンズ系について、面データを表６に示し、各種データを表７に示し、フォーカスデータを表８に示し、バックフォーカス誤差（＋０．０２ｍｍ）のデータを表９に示し、単レンズデータを表１０に示す（単位はｍｍ）。

[表６]
面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞
1* 433.85850 10.00000 1.50940 56.5
2* 46.57770 19.95490
3 56.50630 3.50000 1.80420 46.5
4 35.48260 10.66940
5 64.63900 2.51860 1.83481 42.7
6 25.80280 16.68680
7 -63.38610 9.32160 1.80420 46.5
8 -59.70140 16.56870
9* -28.13730 9.29080 1.51633 64.1
10* -18.90000 0.40890
11 -51.44790 6.49720 1.49700 81.6
12 -22.29350 0.28710
13 -23.92610 2.50000 1.86966 20.0
14 -249.51550 0.26740
15 -257.73000 9.90410 1.49700 81.6
16 -31.41150 0.35370
17 -387.21570 10.26460 1.49700 81.6
18 -46.06360 56.60240
19 120.90680 13.11790 1.92286 20.9
20 -257.05690 0.20000
21 39.57960 11.61910 1.92286 20.9
22 59.80760 7.21620
23 212.46790 2.07520 1.80420 46.5
24 45.71580 30.82490
25 -41.72870 11.98630 1.92286 20.9
26 -44.98660 4.19510
27 -74.95330 11.79560 1.73800 32.3
28 138.95130 14.33780
29 -142.02190 9.80090 1.86966 20.0
30 -53.35540 可変
31 327.40660 14.66910 1.59282 68.6
32 -71.59150 8.06600
33 -65.59920 1.50000 1.59270 35.4
34 -306.52690 0.20120
35 159.47210 5.27650 1.49700 81.6
36 -156.02150 可変
37 38.76130 4.93440 1.59270 35.4
38 78.32560 5.58990
39(絞り) ∞ 6.76080
40 70.79320 1.50320 1.51680 64.2
41 25.60040 21.09650
42 -31.93630 1.53850 1.73800 32.3
43 -4094.19290 0.24170
44 -1953.29690 7.13440 1.43700 95.1
45 -35.22950 可変
46 83.84450 9.84940 1.49700 81.6
47 -66.13390 6.88870
48 56.20900 2.50000 1.67300 38.3
49 40.12340 1.36020
50 45.57140 12.65510 1.43700 95.1
51 -100.03650 可変
52 ∞ 41.77900 1.51680 64.2
53 ∞ BF
像面 ∞

非球面データ
第1面
K= 0.00000E+00, A3= 1.11830E-04, A4=-1.74949E-07, A5=-6.50639E-08
A6= 1.75530E-09, A7=-1.52795E-11, A8=-5.86522E-14, A9= 1.96702E-15
A10=-9.96760E-18
第2面
K=-9.00523E-01, A3= 1.60992E-04, A4=-3.91387E-06, A5= 2.12542E-09
A6= 7.27085E-11, A7=-1.28083E-12, A8= 3.85219E-14, A9= 6.59928E-16
A10=-9.94357E-18
第9面
K= 0.00000E+00, A3= 0.00000E+00, A4=-1.95126E-05, A5= 0.00000E+00
A6=-6.81554E-08, A7= 0.00000E+00, A8= 1.38734E-10, A9= 0.00000E+00
A10=-2.51651E-12
第10面
K= 0.00000E+00, A3= 0.00000E+00, A4= 4.99965E-06, A5= 0.00000E+00
A6= 5.89996E-09, A7= 0.00000E+00, A8=-1.10658E-11, A9= 0.00000E+00
A10= 0.00000E+00

[表７]
各種データ
ズーム比 1.07108
広角中間望遠
焦点距離 -7.2642 -7.5015 -7.7805
Ｆナンバー -1.97518 -1.97598 -1.97787
画角 -66.8075 -66.1385 -65.3538
像高 17.2650 17.2650 17.2650
レンズ全長 566.0138 566.0234 566.0245
ＢＦ 1.01382 1.02338 1.02455
d30 88.6503 85.1351 81.1517
d36 2.1599 5.6751 9.6585
d45 2.5458 2.5161 2.4271
d51 15.3342 15.3639 15.4529
入射瞳位置 39.9559 39.9721 39.9940
射出瞳位置 -722.8349 -716.6598 -698.7858
前側主点位置 32.6188 32.3921 32.1270
後側主点位置 573.2317 573.4755 573.7519

[表８]
フォーカスデータ
広角中間望遠
物体距離 1100 1100 1100
d18 56.6024 56.6024 56.6024
d24 30.8249 30.8249 30.8249
d26 4.1951 4.1951 4.1951
物体距離 710 710 710
d18 57.3236 57.3024 57.2811
d24 32.2988 32.2795 32.2602
d26 2.0000 2.0405 2.0811
物体距離 2840 2840 2840
d18 55.8064 55.7896 55.7728
d24 29.1128 29.0924 29.0718
d26 6.7031 6.7404 6.7778

［表９］
バックフォーカス誤差（+0.02mm）のデータ
広角中間望遠
物体距離 1100 1100 1100
d28 14.2878 14.2978 14.3028
d30 88.7003 85.1751 81.1867
バックフォーカス誤差:-0.02mm
広角中間望遠
物体距離 1100 1100 1100
d28 14.3878 14.3778 14.3728
d30 88.6003 85.0951 81.1167

[表１０]
単レンズデータ
レンズ始面焦点距離
1 1 -103.3342
2 3 -128.0931
3 5 -53.0084
4 7 600.2291
5 9 83.0543
6 11 73.7036
7 13 -30.5875
8 15 70.9439
9 17 104.1579
10 19 90.6127
11 21 99.4024
12 23 -72.8352
13 25 815.3477
14 27 -64.4651
15 29 93.4649
16 31 100.4699
17 33 -141.1402
18 35 159.5669
19 37 123.7253
20 40 -78.4870
21 42 -43.6213
22 44 82.0045
23 46 76.0483
24 48 -222.2232
25 50 73.5896

（数値実施例３）
数値実施例３（実施例３に対応）のズームレンズ系について、面データを表１１に示し、各種データを表１２に示し、フォーカスデータを表１３に示し、バックフォーカス誤差（＋０．０２ｍｍ）のデータを表１４に示し、単レンズデータを表１５に示す（単位はｍｍ）。

[表１１]
面データ
面番号 r d nd vd
物面 ∞
1* 446.99740 10.00000 1.50940 56.5
2* 44.96700 19.91880
3 56.94540 3.50000 1.80420 46.5
4 36.51650 10.12180
5 65.65190 2.78430 1.83481 42.7
6 26.33400 18.69430
7 -61.23090 9.65440 1.80420 46.5
8 -57.17200 14.10190
9* -26.98430 9.32640 1.51633 64.1
10* -18.32810 0.20000
11 -52.46740 6.76380 1.49700 81.6
12 -22.54880 0.20000
13 -24.89650 2.50000 1.86966 20.0
14 -636.98820 0.20000
15 -540.41750 9.88320 1.49700 81.6
16 -34.45760 0.20700
17 -373.38310 10.97530 1.49700 81.6
18 -43.48000 58.27160
19 122.73580 13.93710 1.92286 20.9
20 -242.86300 0.20000
21 40.37140 11.73850 1.92286 20.9
22 60.90960 7.54220
23 223.27480 2.00000 1.80420 46.5
24 46.62140 31.20910
25 -41.52400 12.00000 1.92286 20.9
26 -44.83970 4.12100
27 -76.85740 12.00000 1.73800 32.3
28 132.79270 14.35910
29 -140.78560 9.66310 1.86966 20.0
30 -53.70130 可変
31 542.40150 14.92350 1.59282 68.6
32 -66.84530 5.69430
33 -64.60030 1.50000 1.59270 35.4
34 -219.57060 0.20000
35 132.94910 4.62840 1.49700 81.6
36 -237.93030 可変
37 37.58450 5.03300 1.59270 35.4
38 75.34840 5.33370
39(絞り) ∞ 6.59950
40 69.70260 1.50000 1.51680 64.2
41 25.40560 22.08960
42 -33.35690 1.50000 1.73800 32.3
43 740.40520 0.20000
44 626.34240 7.14550 1.43700 95.1
45 -37.65500 可変
46 86.24470 9.81310 1.49700 81.6
47 -65.43030 5.44380
48 54.74490 2.50000 1.67300 38.3
49 38.92500 1.07350
50 42.32310 12.99070 1.43700 95.1
51 -112.69750 可変
52 ∞ 41.77900 1.51680 64.2
53 ∞ BF
像面 ∞

非球面データ
第1面
K= 0.00000E+00, A3= 1.13424E-04, A4=-2.48963E-07, A5=-6.49550E-08
A6= 1.78254E-09, A7=-1.55412E-11, A8=-6.20449E-14, A9= 2.02840E-15
A10=-1.01926E-17
第2面
K=-9.09367E-01, A3= 1.56572E-04, A4=-3.92942E-06, A5= 1.83529E-09
A6= 8.06909E-11, A7=-1.31510E-12, A8= 3.83003E-14, A9= 6.58784E-16
A10=-9.85095E-18
第9面
K= 0.00000E+00, A3= 0.00000E+00, A4=-2.25211E-05, A5= 0.00000E+00
A6=-5.21075E-08, A7= 0.00000E+00, A8=-3.65572E-10, A9= 0.00000E+00
A10=-5.14641E-13
第10面
K= 0.00000E+00, A3= 0.00000E+00, A4= 5.08223E-06, A5= 0.00000E+00
A6= 6.05609E-09, A7= 0.00000E+00, A8=-1.48810E-11, A9= 0.00000E+00
A10= 0.00000E+00

[表１２]
各種データ
ズーム比 1.07128
広角中間望遠
焦点距離 -7.2210 -7.4569 -7.7358
Ｆナンバー -1.89742 -1.89800 -1.89931
画角 -66.8583 -66.1917 -65.4066
像高 17.2650 17.2650 17.2650
レンズ全長 566.0108 566.0177 566.0190
ＢＦ 1.01081 1.01765 1.01904
d30 88.9191 85.4307 81.4569
d36 2.1659 5.6544 9.6281
d45 2.5745 2.5510 2.4734
d51 15.3200 15.3435 15.4211
入射瞳位置 39.5046 39.5185 39.5378
射出瞳位置 -638.4337 -634.5343 -621.9987
前側主点位置 32.2021 31.9741 31.7060
後側主点位置 573.1861 573.4259 573.7023

[表１３]
フォーカスデータ
広角中間望遠
物体距離 1100 1100 1100
d18 58.2716 58.2716 58.2716
d24 31.2091 31.2091 31.2091
d26 4.1210 4.1210 4.1210
物体距離 710 710 710
d18 58.9927 58.9715 58.9502
d24 32.6476 32.6476 32.6475
d26 2.0000 2.0043 2.0086
物体距離 2840 2840 2840
d18 57.4756 57.4588 57.4419
d24 29.4606 29.4611 29.4616
d26 6.6880 6.6874 6.6868

［表１４］
バックフォーカス誤差（+0.02mm）のデータ
広角中間望遠
物体距離 1100 1100 1100
d26 4.1710 4.1610 4.1560
d28 14.3091 14.3191 14.3241
バックフォーカス誤差:-0.02mm
広角中間望遠
物体距離 1100 1100 1100
d26 4.0710 4.0810 4.0860
d28 14.4091 14.3991 14.3941

[表１５]
単レンズデータ
レンズ始面焦点距離
1 1 -98.9792
2 3 -137.0377
3 5 -54.4264
4 7 520.5581
5 9 80.9552
6 11 74.0094
7 13 -29.8489
8 15 73.5761
9 17 97.9340
10 19 89.9936
11 21 101.8092
12 23 -73.6440
13 25 825.6513
14 27 -64.3990
15 29 94.9284
16 31 101.3095
17 33 -154.9852
18 35 172.3263
19 37 120.5442
20 40 -78.2569
21 42 -43.2149
22 44 81.5472
23 46 76.5021
24 48 -213.7363
25 50 72.2489

以下の表１６に、各数値実施例における各条件式の対応値を示す。
［表１６］

以下の表１７に、各数値実施例における各条件式（１）～（９）の変数の値及び各群の焦点距離を示す。
［表１７］

ｈ１：広角端での第１フォーカス群の最拡大側の面における軸上光線の上光線の高さ
Ｈ１：広角端での第１フォーカス群の最拡大側の面における最軸外の主光線高さ
ｈ２：広角端での第２フォーカス群の最縮小側の面における軸上光線の上光線の高さ
Ｈ２：広角端での第２フォーカス群の最縮小側の面における最軸外の主光線高さである。
β１：広角端での第１フォーカス群の横倍率
β２：広角端での第２フォーカス群の横倍率
ｆ１：広角端での第１フォーカス群の焦点距離
ｆ２：広角端での第２フォーカス群の焦点距離
ω：広角端の最大の半画角
ｎｄ２：第２フォーカス群を構成する第ｎレンズの屈折率
ｔ２：第２フォーカス群を構成する第ｎレンズの光軸上の厚み
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ΔＴ１：広角端での第１フォーカス群の拡大側の空気間隔の変化量
ΔＴ２：広角端での第２フォーカス群の縮小側の空気間隔の変化量
ｆｐ：拡大光学系の焦点距離
ｆｒ：広角端のリレー光学系の焦点距離

実施例１～３は、第１フォーカス群と第２フォーカス群の２つのフォーカス群でも、例えば広角端における最軸外のサジタル像面およびメリディオナル像面の最至近と最遠方の差は０．０４ｍｍ以下になる。

条件（１）及び条件（２）について、｜Ｈ１／ｈ１｜及び｜Ｈ２／ｈ２｜の値を変えて、シミュレーション検証を行った。図２３は、実施例における条件（１）及び条件（２）と光学特性の関係図を示す。図２３は、横軸に条件（１）または条件（２）の｜Ｈ１／ｈ１｜または｜Ｈ２／ｈ２｜の値を示し、縦軸に光学性能の指標としてよく用いられるＭＴＦを示している。ＭＴＦの計算条件は、空間周波数８０ｌｐ／ｍｍで、広角端及び望遠端での各最遠方及び各最至近で各像高における最低の値を示している。｜Ｈ１／ｈ１｜または｜Ｈ２／ｈ２｜の値が３．１以上でＭＴＦが２５以上となり、条件（１）及び条件（２）適していることが確認できた。また、｜Ｈ１／ｈ１｜または｜Ｈ２／ｈ２｜が３．０より小さいとき、レンズ面における各像高の光線の分離が不十分であるため、像面湾曲、非点収差の変動が大きい最大像高付近の収差性能を補正すると、中間像高以下では前記収差が過補正となり、ＭＴＦが５．０％以下まで低下する。

（実施形態２）
以下、図２４を用いて本開示の実施形態２を説明する。図２４は、本開示に係る画像投写装置の一例を示すブロック図である。レンズ鏡筒３０は、実施形態１で開示した光学系１を備える。レンズ鏡筒３０のフォーカシングは、光学系１の第１フォーカス群ＦＧ１と第２フォーカス群ＦＧ２が一定の比率で移動（フローティング）することでフォーカス調整を行う。そして、第２フォーカス群ＦＧ２と第２フォーカス群ＦＧ２より縮小側でズーミング時に稼働する最も拡大側の群である第２レンズ群Ｇ２との間に配置されたバックフォーカス調整群ＢＦＧが、製造誤差で生じたレンズのバックフォーカス誤差や本体のフランジバック誤差を補正する。

以上のレンズ鏡筒３０は、物体距離の変化に伴うフォーカス調整は、第１フォーカス群ＦＧ１と第２フォーカス群ＦＧ２のフローティングにより調整することができる。特に、超広角の光学系は物体距離の変化により大きな像面湾曲収差が発生するので、第１フォーカス群と第２フォーカス群をフローティングさせることで、像面湾曲収差を補正することができる。しかし、レンズの製造誤差やフランジバック誤差などで発生する光学系におけるバックフォーカス誤差を、第１フォーカス群ＦＧ１と第２フォーカス群ＦＧ２で補正しようとすると、像面湾曲収差が発生する。そこで第1フォーカス群ＦＧ１と第２フォーカス群ＦＧ２に加え、バックフォーカス調整群ＢＦＧを設ける。バックフォーカス誤差や被写体の移動が両方同時に起こるので、バックフォーカス調整群ＢＦＧによりバックフォーカス誤差などを補正する。つまり、第１フォーカス群ＦＧ１と第２フォーカス群ＦＧ２のフローティングで像面湾曲収差を補正し、バックフォーカス調整群ＢＦＧで画面全体のフォーカスずれを調整する。

（実施形態３）
以下、図２５を用いて本開示の実施形態３を説明する。図２５は、本開示に係る画像投写装置の一例を示すブロック図である。画像投写装置１００は、実施形態１で開示した光学系１と、画像形成素子１０１と、光源１０２と、制御部１１０などを備える。画像形成素子１０１は、液晶、ＤＭＤなどで構成され、光学系１を経由してスクリーンＳＲに投写する画像を生成する。光源１０２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザなどで構成され、画像形成素子１０１に光を供給する。制御部１１０は、ＣＰＵまたはＭＰＵなどで構成され、装置全体および各コンポーネントを制御する。光学系１は、画像投写装置１００に対して着脱自在に取付け可能な交換レンズとして構成してもよい。この場合、画像投写装置１００から光学系１を取り外した装置が本体装置の一例である。

以上の画像投写装置１００は、実施形態１に係る光学系１により、光学系１の重心に作用するモーメントを低減でき、熱の影響を軽減しつつ、広角のズーム機能を実現することができる。

（実施形態４）
以下、図２６を用いて本開示の実施形態４を説明する。図２６は、本開示に係る撮像装置の一例を示すブロック図である。撮像装置２００は、実施形態１で開示した光学系１と、撮像素子２０１と、制御部２１０などを備える。撮像素子２０１は、ＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどで構成され、光学系１が形成する物体ＯＢＪの光学像を受光して電気的な画像信号に変換する。制御部１１０は、ＣＰＵまたはＭＰＵなどで構成され、装置全体および各コンポーネントを制御する。光学系１は、撮像装置２００に対して着脱自在に取付け可能な交換レンズとして構成してもよい。この場合、撮像装置２００から光学系１を取り外した装置が本体装置の一例である。

以上の撮像装置２００は、実施形態１に係る光学系１により、光学系１の重心に作用するモーメントを低減でき、熱の影響を軽減しつつ、広角のズーム機能を実現することができる。

以上のように、本開示における技術の開示として、実施の形態を説明した。そのために添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面または詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきでない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、種々の変更、置換、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイなどの画像投写装置、およびデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視システムにおける監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、車載カメラ等の撮像装置に適用可能である。特に本開示は、プロジェクタ、デジタルスチルカメラシステム、デジタルビデオカメラシステムといった高画質が要求される光学系に適用可能である。

Ｇｎ第ｎレンズ群（ｎ：１～４の整数）
Ｌｎ第ｎレンズ素子（ｎ：１～２５の整数）
Ａ絞り
ＭＩ中間結像位置
Ｏｌリレー光学系
Ｏｐ拡大光学系
ＦＧ１第１フォーカス群
ＦＧ２第２フォーカス群
Ｐ光学素子
Ｓ原画像
１光学系
３０レンズ鏡筒
１００画像投写装置
２００撮像装置

Claims

拡大側の拡大共役点及び縮小側の縮小共役点とそれぞれ共役である中間結像位置を内部に有する光学系であって、
前記中間結像位置の拡大側に隣接した第１フォーカス群と、
前記中間結像位置の縮小側に隣接した第２フォーカス群と、
を備え、
フォーカシングに際して、
前記第１フォーカス群より拡大側のレンズ素子と、前記第２フォーカス群より縮小側のレンズ素子とが固定され、
前記第１フォーカス群と前記第２フォーカス群が一緒に移動する第１フォーカス調整と、前記第１フォーカス調整とは独立して、前記第１フォーカス群のみが移動する第２フォーカス調整と、が行われ、
前記第１フォーカス群と前記第１フォーカス群の拡大側のレンズ素子との第１空気間隔、前記第1フォーカス群と前記第２フォーカス群との間の第２空気間隔、および、前記第２フォーカス群と前記第２フォーカス群の縮小側のレンズ素子との第３空気間隔が各々変化する光学系。
以下の条件を満足する請求項１記載の光学系。
｜Ｈ１／ｈ１｜＞３．１・・・（１）
｜Ｈ２／ｈ２｜＞３．１・・・（２）
ここで、
ｈ１：広角端での前記第１フォーカス群の最拡大側の面における軸上光線の上光線の高さ
Ｈ１：広角端での前記第１フォーカス群の最拡大側の面における最軸外の主光線高さ
ｈ２：広角端での前記第２フォーカス群の最縮小側の面における軸上光線の上光線の高さ
Ｈ２：広角端での前記第２フォーカス群の最縮小側の面における最軸外の主光線高さ
である。
以下の条件を満足する請求項１記載の光学系。
０．２５＜｜β１／β２｜＜０．５０・・・（３）
ここで
β１：広角端での前記第１フォーカス群の横倍率
β２：広角端での前記第２フォーカス群の横倍率
である。
以下の条件を満足する請求項１記載の光学系。
０．０２＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．２０・・・（４）
ここで、
ｆ１：広角端での前記第１フォーカス群の焦点距離
ｆ２：広角端での前記第２フォーカス群の焦点距離
である。
前記フォーカシングの際、前記第1フォーカス群の移動量に対して、前記第２フォーカス群の移動量を大きくし、
前記第１空気間隔の変化Δｄ１、前記第２空気間隔の変化Δｄ２、および、前記第３空気間隔の変化Δｄ３の関係をΔｄ３＜０＜Δｄ１＜Δｄ２とする、
ことを特徴とする請求項１記載の光学系。
以下の条件を満足する請求項１記載の光学系。
ω＞６５° ・・・（５）
ここで、
ω：広角端の最大の半画角
である。
以下の条件を満足する請求項１記載の光学系。
２＜ｎｄ２／ｆｗ＜１０・・・（６）
ここで、

ｎｄ２：第２フォーカス群を構成するレンズの光路長の総和
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
である。
拡大側の拡大共役点及び縮小側の縮小共役点とそれぞれ共役である中間結像位置を内部に有する光学系であって、
前記中間結像位置の拡大側に隣接した第１フォーカス群と、
前記中間結像位置の縮小側に隣接した第２フォーカス群と、
を備え、
フォーカシングに際して、
前記第１フォーカス群より拡大側のレンズ素子と、前記第２フォーカス群より縮小側のレンズ素子とが固定され、
前記第１フォーカス群と前記第１フォーカス群の拡大側のレンズ素子との第１空気間隔、前記第１フォーカス群と前記第２フォーカス群との間の第２空気間隔、および、前記第２フォーカス群と前記第２フォーカス群の縮小側のレンズ素子との第３空気間隔が各々変化し、以下の条件を満足する光学系。
１０＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）＜５０・・・（７）
ここで、
Ｒ１：前記第２フォーカス群の最も拡大側の面の曲率半径
Ｒ２：前記第２フォーカス群の最も縮小側の面の曲率半径
である。
以下の条件を満足する請求項１記載の光学系
０．１＜ |ΔＴ１／ΔＴ２| ＜０．５・・・（８）
ここで、
ΔＴ１：広角端での前記第１フォーカス群の拡大側の空気間隔の変化量
ΔＴ２：広角端での前記第２フォーカス群の縮小側の空気間隔の変化量
である。
前記中間結像位置より拡大側に位置する拡大光学系と、前記中間結像位置より縮小側に位置するリレー光学系と、を備え、
以下の条件を満足する請求項１記載の光学系
０．１＜ｆｐ／ｆｒ＜０．５・・・（９）
ここで、
ｆｐ：前記拡大光学系の焦点距離
ｆｒ：広角端での前記リレー光学系の焦点距離
である。
前記第１フォーカス調整でメインのフォーカス調整が行われ、前記第２フォーカス調整で微調なフォーカス調整が行われる請求項１記載の光学系。
前記第２フォーカス群と前記第２フォーカス群より縮小側でズーミング時に可動する最も拡大側の群との間に、バックフォーカス調整群を有する請求項１記載の光学系。
請求項１２に記載の光学系を備え、
前記第１フォーカス群と前記第２フォーカス群が一定の比率で移動することでフォーカス調整を行い、バックフォーカス調整群がバックフォーカス誤差を調整するレンズ鏡筒。
請求項１から１２いずれか記載の光学系と、
該光学系を経由してスクリーンに投写する画像を生成する画像形成素子と、を備える画像投写装置。
請求項１から１２いずれか記載の光学系と、
該光学系が形成する光学像を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備える撮像装置。