JPWO2017195857A1 - 結像光学系及び画像投写装置 - Google Patents

Abstract

結像光学系は、１枚以上のレンズを含みズーム時に互いの間隔が変化するように移動する複数のレンズ群を有する。結像光学系は、拡大側の拡大共役点と結像光学系の内部の中間結像位置とを共役にする。結像光学系は、縮小側の縮小共役点と結像光学系の内部の中間結像位置とを共役にする。結像光学系は、拡大側から縮小側へと順に、第１レンズ群と、後群と、を備える。第１レンズ群は結像光学系において最も拡大側に位置する。第１レンズ群は、像面湾曲補正レンズ群と、フォーカスレンズ群とを有する。像面湾曲補正レンズ群は、像面湾曲量を変化させる際に光軸に沿って移動する。フォーカスレンズ群は、無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカシングの際に光軸に沿って移動する。さらに、結像光学系は、下記の条件式を満足する。｜｛（１−βｃｗ２）×βｃｒｗ２）｝／｛（１−βｆｗ２）×βｆｒｗ２｝｜＜０．２

Description

本開示は、複数のレンズ素子を有するレンズ系によって結像させる結像光学系及びそれを有する画像投写装置に関する。

特許文献１は、入力側からの光を中間結像して出力側に最終像として結像するレンズシステムを開示する。このレンズシステムは、第１の光学系を有し、第１の光学系が合焦を行う第１のサブシステムを備える。第１のサブシステムは、第１のレンズと、第２のレンズとを含む。第１のレンズは、中間像の入力側に最も接近した位置に配置され、フォーカシングの際に動く。第２のレンズは、中間像の出力側に最も接近した位置に配置され、フォーカシングの際に動く。これにより、優れたフォーカス性能を実現することができる。

特開２０１５−１７９２７０号公報

本開示は、結像性能に優れた結像光学系及びそれを有する画像投写装置を提供する。

本開示に係る結像光学系は、１枚以上のレンズを含みズーム時に互いの間隔が変化するように移動する複数のレンズ群を有する結像光学系である。結像光学系は、拡大側の拡大共役点と結像光学系の内部の中間結像位置とを共役にする。さらに、結像光学系は、拡大側の拡大共役点と結像光学系の内部の中間結像位置とを共役にする。結像光学系は、拡大側から縮小側へと順に、正のパワーの第１レンズ群と、正のパワーの第２レンズ群と、正のパワーの第３レンズ群と、正のパワーの第４レンズ群と、を備え、以下の条件（７）を満足する。

３．０＜ｆｌ／ｆｐ＜１５．０ ・・・（７）
ここで、
ｆｌ：中間結像位置よりも拡大側にあるレンズ系の合成焦点距離
ｆｐ：中間結像位置よりも縮小側にあるレンズ系の合成焦点距離
である。

本開示における結像光学系によれば、結像性能の優れた像を形成することができる。

図１は、実施例１の結像光学系の無限遠合焦状態を示す広角端のレンズ配置図である。 図２は、実施例１の結像光学系の光路を示す広角端のレンズ配置図である。 図３は、実施例１の結像光学系の物体距離が無限遠における縦収差図である。 図４は、実施例１の結像光学系の投写サイズ２００インチにおける縦収差図である。 図５は、実施例１の結像光学系の投写サイズ７０インチにおける縦収差図である。 図６は、実施例２の結像光学系の無限遠合焦状態を示す広角端のレンズ配置図である。 図７は、実施例２の結像光学系の光路を示す広角端のレンズ配置図である。 図８は、実施例２の結像光学系の物体距離が無限遠における縦収差図である。 図９は、実施例２の結像光学系の投写サイズ２００インチにおける縦収差図である。 図１０は、実施例２の結像光学系の投写サイズ７０インチにおける縦収差図である。 図１１は、実施例３の結像光学系の無限遠合焦状態を示す広角端のレンズ配置図である。 図１２は、実施例３の結像光学系の光路を示す広角端のレンズ配置図である。 図１３は、実施例３の結像光学系の物体距離が無限遠における縦収差図である。 図１４は、実施例３の結像光学系の投写サイズ２００インチにおける縦収差図である。 図１５は、実施例３の結像光学系の投写サイズ７０インチにおける縦収差図である。

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や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、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

図１は、実施例１に係る結像光学系のレンズ配置図である。図６は、実施例２に係る結像光学系のレンズ配置図である。図１１は、実施例３に係る結像光学系のレンズ配置図である。各図において、レンズ群の記号の下の片側矢印はフォーカスレンズ群であることを示しており、矢印の方向は無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスレンズ群の移動方向を表している。また各図において、左側を拡大側、右側が縮小側である。また各図において、各レンズ群の符号に付された記号（＋）及び記号（−）は、各レンズ群のパワーの符号に対応する。また各図において、最も右側に記載された直線は、原画像Ｓの位置を表す。原画像Ｓの左側のＰは、色分解、色合成用のプリズム、光学フィルター、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の光学素子を表している。

図２は、実施例１に係る結像光学系の光路を示す光学断面図である。図７は、実施例２に係る結像光学系の光路を示す光学断面図である。図１２は、実施例３に係る結像光学系の光路を示す光学断面図である。中間結像位置ＭＩを境に、拡大側が拡大光学系Ｏｐ、縮小側がリレー光学系Ｏｌである。拡大光学系Ｏｐは、拡大側の拡大共役点（投写像）と結像光学系の内部の中間結像位置ＭＩとを共役にする。リレー光学系Ｏｌは、縮小側の縮小共役点（原画像Ｓ）と結像光学系の内部の中間結像位置ＭＩとを共役にする。

図３は、実施例１に係る結像光学系の物体距離が無限遠における縦収差図である。図８は、実施例２に係る結像光学系の物体距離が無限遠における縦収差図である。図１３は、実施例３に係る結像光学系の物体距離が無限遠における縦収差図である。各図における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本開示の結像光学系の焦点距離が、広角端、中間位置、望遠端のときの収差図である。ここで、広角端とは最短焦点距離状態を指す。また、中間位置とは中間焦点距離状態を指す。望遠端とは最長焦点距離状態を指す。最短焦点距離状態における焦点距離をｆ_Ｗ、最長焦点距離状態における焦点距離はｆ_Ｔとすると、中間焦点距離状態における焦点距離ｆｍは以下の数式［数１］で規定される。

図４は、実施例１に係る結像光学系の投写サイズ２００インチ（１４５．１倍）における縦収差図である。図９は、実施例２に係る結像光学系の投写サイズ２００インチ（１４５．１倍）における縦収差図である。図１４は、実施例３に係る結像光学系の投写サイズ２００インチ（１４５．１倍）における縦収差図である。各図における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本開示の結像光学系の焦点距離が、広角端、中間位置、望遠端のときの収差図である。

図５は、実施例１に係る結像光学系の投写サイズ７０インチ（５０．８倍）における縦収差図である。図１０は、実施例２に係る結像光学系の投写サイズ７０インチ（５０．８倍）における縦収差図である。図１５は、実施例３に係る結像光学系の投写サイズ７０インチ（５０．８倍）における縦収差図である。各図における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本開示の結像光学系の焦点距離が、広角端、中間位置、望遠端のときの収差図である。

各縦収差図には、左側から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図が示されている。球面収差図において、横軸は球面収差（ＳＡ（ｍｍ））を表し、縦軸はＦナンバー（図中、Ｆで示す）を表す。球面収差図において、実線はｄ線（ｄ−ｌｉｎｅ）、短破線はＦ線（Ｆ−ｌｉｎｅ）、長破線はＣ線（Ｃ−ｌｉｎｅ）の特性を示す。非点収差図において、横軸は非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））を表し、縦軸は像高（図中、Ｈで示す）を表す。非点収差図において、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）の特性を示す。歪曲収差図において、横軸は歪曲収差（ＤＩＳ（％））を表し、縦軸は像高（図中、Ｈで示す）を表す。

また、以下の実施の形態では、結像光学系を液晶やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等の画像形成素子によって形成された原画をスクリーンに投写するプロジェクター（画像投写装置）に用いた場合について説明する。本開示の実施の形態においては、図示しないスクリーンが拡大側の延長線上に配置されている。結像光学系は、縮小側に配置される液晶パネル等の原画像Ｓを拡大してスクリーンに投写する。

本開示の結像光学系は、拡大側から縮小側へと順に正のパワーの第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーの第２レンズ群Ｇ２と、正のパワーの第３レンズ群Ｇ３と、正のパワーの第４レンズ群Ｇ４とを備える。

第１レンズ群Ｇ１は、第１前側サブレンズ群Ｇ１ｆと、第１後側サブレンズ群Ｇ１ｒとからなる。第１レンズ群Ｇ１は、第１レンズＬ１から第１６レンズＬ１６までのレンズから構成される。第１前側サブレンズ群Ｇ１ｆは、最も拡大側に配置される非球面レンズの第３レンズＬ３から拡大側に配置されるレンズで構成される。第１後側サブレンズ群Ｇ１ｒは、最も拡大側に配置される非球面レンズ第３レンズＬ３よりも縮小側に配置されるレンズで構成される。

第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から縮小側へと順に、負の第１レンズＬ１と、拡大側に凸を向けた正のメニスカスの第２レンズＬ２と、拡大側に凸を向けた負のメニスカスの第３レンズＬ３と、拡大側に凸を向けた正のメニスカスの第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、縮小側に凸を向けた正のメニスカスの第６レンズＬ６と、両凸レンズの第７レンズＬ７と、両凸レンズの第８レンズＬ８と、縮小側に凸を向けた負のメニスカスの第９レンズＬ９と、両凸レンズの第１０レンズＬ１０と、正の第１１レンズＬ１１と、拡大側に凸を向けた正のメニスカスの第１２レンズＬ１２と、負の第１３レンズＬ１３と、縮小側に凸を向けた負のメニスカスの第１４レンズＬ１４と、縮小側に凸を向けた正のメニスカスの第１５レンズＬ１５と、縮小側に凸を向けた正のメニスカスの第１６レンズＬ１６レンズとを備える。

第３レンズＬ３の縮小側の面は非球面である。第３レンズＬ３の拡大側には、球面の負のパワーの第１レンズＬ１と球面の正のパワーの第２レンズＬ２とが位置する。非球面レンズは有効径が大きいほど製造が難しくなる。本開示の結像光学系においては、非球面を第３レンズＬ３に形成することで、像面湾曲と歪曲収差が低減される。さらに、拡大側に隣接する第２レンズＬ２が正のパワーであるため非球面レンズの有効径を小さくできる。第１６レンズＬ１６は、正のパワーを有し、フォーカシングの際に光軸に沿って移動するフォーカスレンズ群である。

また、第１レンズ群Ｇ１は、正のパワーの第８レンズＬ８と負のパワーの第９レンズＬ９を含む像面湾曲補正レンズ群を有している。像面湾曲補正レンズ群は、フォーカシングの際の各レンズ群の移動にともない生ずる像面湾曲の変動を補正する。その際、第８レンズＬ８と第９レンズＬ９は光軸に沿って移動する。第８レンズＬ８と第９レンズＬ９は、フォーカシングレンズ群である第１６レンズＬ１６のピント移動量、像面湾曲変動の補正量に従って、拡大側に移動してもよいし、縮小側へ移動してもよい。像面湾曲補正レンズ群を１枚の負のレンズと１枚の正のレンズで構成することにより、簡素な構成で像面湾曲を補正しつつ、ピント感度を抑えることができる。

第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズの第１７レンズＬ１７からなる。

第３レンズ群Ｇ３は、第１８レンズＬ１８から第２２レンズＬ２２までのレンズで構成される。第３レンズ群Ｇ３は、拡大側から縮小側へと順に、縮小側に凸を向けた負のメニスカスの第１８レンズＬ１８と、負の第１９レンズＬ１９と、両凸レンズの第２０レンズＬ２０と、両凸レンズの第２１レンズＬ２１と、拡大側に凸を向けた正のメニスカスの第２２レンズＬ２２とを備える。なお、第１６レンズＬ１６と第１７レンズＬ１７との間には、フレアカット絞りＡｆが配置される。

第４レンズ群Ｇ４は、絞りＡと第２３レンズＬ２３から第２９レンズＬ２９までのレンズとプリズムＰによって構成される。第４レンズ群Ｇ４は、拡大側から縮小側へと順に、両凹レンズの第２３レンズＬ２３と、両凸レンズの第２４レンズＬ２４と、両凹レンズの第２５レンズＬ２５と、両凹レンズの第２６レンズＬ２６と、両凸レンズの第２７レンズＬ２７と、両凸レンズの第２８レンズＬ２８と、両凸レンズの第２９レンズＬ２９と、プリズムＰが配置される。

第５レンズＬ５は、アッベ数が３０未満で透過光の波長が４００ｎｍにおける吸収係数が０．００８未満の低アッベ数で高透過率のレンズであればよい。ここで、吸収係数は、−１／ｔ×ｌｎ（Ｉ／Ｉ_０）で求められる値であり、ｔは光がレンズを通過する距離、Ｉ_０はレンズに入射する前の光の強度、Ｉはレンズに入射した光が距離ｔだけ進んだ後の光の強度である。

また、上記第５レンズＬ５の拡大側に配置される負のパワーの第１レンズＬ１、第３レンズＬ３は、アッベ数が３０以上、もしくは、透過光の波長が４００ｎｍにおける吸収係数が０．００８以上であればよい。

広角端から望遠端までのズーミングするとき、第１レンズ群Ｇ１は、原画像Ｓの像面に対して相対的に固定されている。第２レンズ群Ｇ２は、原画像Ｓの像面に対して拡大側に単調に移動する。第３レンズ群Ｇ３は原画像Ｓの像面に対して拡大側に単調に移動する。第４レンズ群Ｇ４は、原画像Ｓの像面に対して相対的に固定されている。

ここで第１レンズ群Ｇ１内の中間結像位置ＭＩにおいて、中間像が結像される。具体的には、第１３レンズＬ１３と第１４レンズＬ１４との間に中間結像位置ＭＩが存在する。第１レンズ群Ｇ１は中間結像の前後で周辺光線を縮小側へ導光するフィールドレンズの光学作用と投写レンズの作用の両方を兼ねている。

本実施の形態に係る結像光学系は、１枚以上のレンズを含みズーム時に互いの間隔が変化するように移動する複数のレンズ群を有する結像光学系である。結像光学系は、結像光学系の拡大側の共役点と結像光学系内部の中間結像位置とを共役にする。結像光学系は、結像光学系の縮小側の共役点と結像光学系内部の中間結像位置とを共役にする。結像光学系は、拡大側から縮小側へと順に、第１レンズ群と、後群と、を備える。第１レンズ群は、結像光学系において最も拡大側に位置する。第１レンズ群は、像面湾曲補正レンズ群と、フォーカスレンズ群とを有する。像面湾曲補正レンズ群は、像面湾曲量を変化させるために光軸に沿って移動するフォーカスレンズ群。フォーカスレンズ群は、無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカシングの際に光軸に沿って移動するフォーカスレンズ群とを有する。さらに、結像光学系が満足する条件を以下に示す。

本開示の結像光学系の第１レンズ群は、以下の条件（１）を満足する。

１．５＜ｆ１ｂ／ｆ１＜４．０ ・・・（１）
ここで、
ｆ１ｂ：第１レンズ群の内、最も拡大側に配置される非球面レンズよりも縮小側に位置する第１後側サブレンズ群の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
である。

条件（１）は、第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側に配置される非球面レンズよりも縮小側に位置する第１後側サブレンズ群Ｇ１ｆと、第１レンズ群Ｇ１との関係を規定する条件式である。条件（１）を満足することで、非球面の第３レンズＬ３の有効径を小さくしつつ、像面湾曲と歪曲収差の補正を容易にすることができる。条件（１）の下限値を下回ると、第１レンズ群Ｇ１内の非球面の第３レンズＬ３よりも縮小側に位置する第１後側サブレンズ群のパワーが強くなり過ぎるため、像面湾曲と歪曲収差の補正後が困難となる。また、条件（１）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１内の非球面の第３レンズＬ３よりも縮小側に位置する第１後側サブレンズ群のパワーが弱くなり過ぎるため、第１後側サブレンズ群に隣接する非球面の第３レンズＬ３の有効径が大きくなり、製造コストが高くなる。

更に、以下の条件（１ａ）を満足することで上記効果を更に奏功させることができる。

２．０＜ｆ１ｂ／ｆ１＜３．５ ・・・（１ａ）
本開示の結像光学系は、以下の条件（２）を満足する。

０．０１＜｜ｄ／ｆｗ｜＜１．５０ ・・・（２）
ここで、
ｄ：第１レンズ群内の最も拡大側に配置される非球面レンズよりも拡大側に位置する負のパワーのレンズと正のパワーのレンズとの光軸上の間隔
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
である。

条件（２）は、第１レンズ群Ｇ１における非球面レンズよりも拡大側にあるレンズ素子の間隔を規定する条件式である。条件（２）を満足することで、像面湾曲と歪曲収差を良好に補正しつつ、非球面レンズとそれよりも拡大側に配置されたレンズの有効径を小さくできる。条件（２）の下限値を下回ると、非球面レンズよりも拡大側に配置される負レンズと正レンズとの間隔が短くなり過ぎるため、像面湾曲と歪曲収差の補正が十分でなくなる。反対に、上限値を上回ると、非球面レンズと拡大側にあるレンズの有効径が大きくなってしまう。

更に、以下の条件（２ａ）を満足することで上記効果を更に奏功させることができる。

０．０５＜｜ｄ／ｆｗ｜＜１．００ ・・・（２ａ）
本開示の結像光学系は、以下の条件（３）を満足する。

０．５＜（Ｒ１ｆ＋Ｒ１ｒ）／（Ｒ１ｆ−Ｒ１ｒ）＜５.０ ・・・（３）
ここで、
Ｒ１ｆ：最も拡大側に配置される非球面レンズよりも拡大側に位置する球面の負のパワーのレンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒ１ｒ：最も拡大側に配置される非球面レンズよりも拡大側に位置する球面の負のパワーのレンズの縮小側の面の曲率半径
である。

条件（３）は、非球面レンズよりも拡大側に配置される球面の負レンズのシェーピングファクターを規定する条件式である。条件（３）を満足することで、像面湾曲と歪曲収差を補正しつつ、レンズの有効径を小さくできる。条件（３）の下限値を下回ると、像面湾曲と歪曲収差を十分に補正することができなくなる。一方、上限値を上回ると、非球面レンズよりも拡大側に位置するレンズの有効径が大きくなってしまう。

以下の条件（３ａ）を満足することで上記効果を更に奏功させることができる。

０．７＜（Ｒ１ｆ＋Ｒ１ｒ）／（Ｒ１ｆ−Ｒ１ｒ）＜３．５ ・・・（３ａ）
本開示の結像光学系は、以下の条件（４）を満足する。

｜｛（１−βｃｗ^２）×βｃｒｗ^２）｝／｛（１−βｆｗ^２）×βｆｒｗ^２｝｜＜０．２ ・・・（４）
ここで、
βｃｗ：像面湾曲量を変化させる際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群の広角端における近軸横倍率
βｃｒｗ：像面湾曲量を変化させる際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群よりも縮小側に位置する全てのレンズの広角端における近軸横倍率
βｆｗ：フォーカシングの際に光軸に沿って移動するフォーカスレンズ群の広角端における近軸横倍率
βｆｒｗ：フォーカシングの際に光軸に沿って移動するフォーカスレンズ群より縮小側に位置する全てのレンズの広角端における近軸横倍率
である。

条件（４）は、像面湾曲補正レンズ群とフォーカスレンズ群のピント感度に関する条件式である。条件（４）を満足することで、像面湾曲量を調整する際に像面湾曲補正レンズ群を移動させた場合であってもフォーカスがずれてしまうことを抑制できる。条件（４）の上限値を上回ると、像面湾曲補正レンズ群を移動させた際に、フォーカスがずれてしまい、像面湾曲の補正とフォーカシングが困難となる。

以下の条件（４ａ）を満足することで上記効果を更に奏功させることができる。

｜｛（１−βｃｗ^２）×βｃｒｗ^２）｝／｛（１−βｆｗ^２）×βｆｒｗ^２｝｜＜０．１５ ・・・（４ａ）
本開示の結像光学系は、以下の条件（５）を満足する。

｜ｆｆ／ｆｃ｜＜０．８ ・・・（５）
ここで、
ｆｆ：フォーカシングの際に光軸に沿って移動するフォーカスレンズ群の焦点距離
ｆｃ：像面湾曲量を変化させる際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群の焦点距離
である。

条件（５）は、フォーカスレンズ群の焦点距離に対する像面湾曲補正レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。条件（５）を満足することで、像面湾曲補正レンズ群のピント感度に対する影響を小さくできる。条件（５）の上限値を上回ると、像面湾曲補正レンズ群のパワーが強くなるため、像面湾曲補正レンズ群を移動したときに、フォーカスがずれてしまう。

以下の条件（５ａ）を満足することで上記効果を更に奏功させることができる。

｜ｆｆ／ｆｃ｜＜０．６ ・・・（５ａ）
第１レンズ群Ｇ１は、以下の条件（６）を満足する。

｜ｆｃ／ｆ１｜＜０．３ ・・・（６）
ここで、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
である。

条件（６）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離に対する像面湾曲補正レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。条件（６）を満足することで、像面湾曲補正レンズ群の移動量に対するピントの変化を小さくすることができるため、像面湾曲の補正の為に移動する場合であっても、フォーカスがずれることを抑制できる。条件（６）の上限値を上回ると、像面湾曲補正レンズ群を移動させた時にフォーカスがずれてしまい、像面湾曲補正とフォーカスの調整が難しくなる。

以下の条件（６ａ）を満足することで上記効果を更に奏功させることができる。

｜ｆｃ／ｆ１｜＜０．２ ・・・（６ａ）
本開示の結像光学系は、以下の条件（７）を満足する。

３．０＜ｆｌ／ｆｐ＜１５．０ ・・・（７）
ここで、
ｆｌ：中間結像位置よりも縮小側にあるリレー光学系の広角端における合成焦点距離
ｆｐ：中間結像位置よりも拡大側にある拡大光学系の広角端における合成焦点距離
である。

条件（７）は、拡大光学系とリレー光学系とを規定する条件式である。条件（７）を満足することで、結像光学系の諸収差を抑制しつつ小型化できる。条件（７）の下限値を下回ると、縮小側の結像面から出る光のうち、主光線と主光線以外の光とを略平行とすることが困難になる。また、上限値を上回ると、拡大側のレンズの有効径を小さくすることが困難となる。

以下の条件（７ａ）を満足することで上記効果を更に奏功させることができる。

４．０＜ｆｌ／ｆｐ＜１２．０ ・・・（７ａ）
本開示の結像光学系は、以下の条件（８）を満足する。

２．０＜｜ｆ４／ｆｔ｜＜１０．０ ・・・（８）
ここで、
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
である。

条件（８）は、第４レンズ群Ｇ４のパワーを規定する条件式である。条件（８）を満足することで、全長を短くしつつ、縮小側の結像面から出る軸外の光を光軸と略平行にすることができる。条件（８）の下限値を下回ると、縮小側の結像面から出る軸外の光の主光線を平行にできなくなる。また、上限値を上回ると、全長の短縮が困難となる。

以下の条件（８ａ）を満足することで、上記効果を更に奏功させることができる。

３．０＜｜ｆ４／ｆｔ｜＜６．５ ・・・（８ａ）
本開示の結像光学系は、以下の条件（９）を満足する。

０．４＜ｆ４／ｂｆ＜１．０ ・・・（９）
ここで、
ｂｆ：最も縮小側にあるレンズ面から縮小側の結像面までの距離
である。

条件（９）は、バックフォーカスを規定する条件式である。条件（９）を満足することで、全長を短縮化しつつ、縮小側の結像面から出る軸外の光の主光線を平行にできる。条件（９）の下限値を下回ると、バックフォーカスが長くなり全長の短縮化が困難となる。また、上限値を上回ると、縮小側の結像面から出る軸外の光の主光線を平行にできなくなる。

以下の条件（９ａ）を満足することで上記効果を更に奏功させることができる。

０．５５＜ｆ４／ｂｆ＜０．８ ・・・（９ａ）
本開示の結像光学系は以下の条件（１０）を満足する。

Φｈｔ／Φｓ＜０．９ ・・・（１０）
ここで、
Φｈｔ：アッベ数が３０未満で４００ｎｍの光の吸収率が０．００８未満のレンズの有効径
Φｓ；開口絞りの絞り径
である。

条件（１０）は、有効径が絞り径よりも小さいレンズを規定する条件式である。条件（１０）を満足することで、入射瞳位置の付近に配置される有効径が小さいレンズが集光された光によって温度上昇することを抑制することができる。条件（１０）の上限値を上回ると、レンズの有効径が大きくなりコストが増大する。

以下の条件（１０ａ）を満足することで上記効果を更に奏功させることができる。

Φｈｔ／Φｓ＜０．６ ・・・（１０ａ）
本開示の結像光学系は、以下の条件（１１）を満足する。

０．１＜｜ｆｈｔ／ｆｗ｜＜１００．０ ・・・（１１）
ここで、
ｆｈｔ：高透過率レンズの焦点距離
である。

条件（１１）は、アッベ数が３０未満で４００ｎｍの光の吸収率が０．０８未満のレンズの焦点距離を規定する条件式である。条件（１１）を満足することで、色収差の補正を良好に行うことができる。条件（１１）の下限値を下回ると、色収差の補正効果が弱くなる。また、上限値を上回ると、色収差の発生が顕著になる。

以下の条件（１１ａ）を満足することで上記効果を更に奏功させることができる。

０．８＜｜ｆｈｔ／ｆｗ｜＜５０．０ ・・・（１１ａ）
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、実施の形態を説明した。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の結像光学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［数２］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：光軸からの高さ、
ｒ：頂点曲率半径、
κ：円錐定数、
Ａ_ｎ：ｎ次の非球面係数
である。

（数値実施例１）
実施例１における結像光学系のスローレシオは、広角端で０．７、望遠端で０．９である。なお、スローレシオは、投写距離をスクリーンに投影された画像の水平方向のサイズで除した値である。投写距離は、結像光学系の最も拡大側（スクリーン側）のレンズ面からスクリーンまでの投写方向の距離である。

なお、下記のデータ中の像高は、画像形成素子の対角方向のサイズである１７．５ｍｍよりも大きい値を用いている。これは、結像光学系の光軸を画像形成素子に対してシフトさせた設計を想定しているためである。

実施例１のレンズデータを表１〜１０に示す。表２と表３は、一連の面データである。なお、開口絞りの有効径は、４３．３１８ｍｍである。

（数値実施例２）
実施例２における結像光学系のスローレシオは、広角端で０．５、望遠端で０．６である。

実施例２のレンズデータを表１１〜２０に示す。表１２と表１３は、一連の面データである。なお、開口絞りの有効径は、４５．４４４ｍｍである。

（数値実施例３）
実施例３における結像光学系のスローレシオは、広角端で０．９、望遠端で１．１である。

実施例３のレンズデータを表２１〜３０に示す。表２２と表２３は、一連の面データである。なお、開口絞りの有効径は、４３．５７０ｍｍである。

以下の表３１に、各数値実施例のレンズ系における各要件の対応値を示す。ただし、条件（１０）と条件（１１）の値については、有効径が最小のレンズのみを表３１に記載しており、他の有効径のレンズの値は、表１〜３０を参照されたい。

本開示は、プロジェクターなどの画像投写装置や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、車載カメラ等に適用可能である。特に本開示は、プロジェクターや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撮影光学系に適用可能である。

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
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｌ６ 第６レンズ
Ｌ７ 第７レンズ
Ｌ８ 第８レンズ
Ｌ９ 第９レンズ
Ｌ１０ 第１０レンズ
Ｌ１１ 第１１レンズ
Ｌ１２ 第１２レンズ
Ｌ１３ 第１３レンズ
Ｌ１４ 第１４レンズ
Ｌ１５ 第１５レンズ
Ｌ１６ 第１６レンズ
Ｌ１７ 第１７レンズ
Ｌ１８ 第１８レンズ
Ｌ１９ 第１９レンズ
Ｌ２０ 第２０レンズ
Ｌ２１ 第２１レンズ
Ｌ２２ 第２２レンズ
Ｌ２３ 第２３レンズ
Ｌ２４ 第２４レンズ
Ｌ２５ 第２５レンズ
Ｌ２６ 第２６レンズ
Ｌ２７ 第２７レンズ
Ｌ２８ 第２８レンズ
Ｌ２９ 第２９レンズ
Ａ 開口絞り
Ａｆ フレアカット絞り
ＭＩ 中間結像位置
Ｏｌ リレー光学系
Ｏｐ 拡大光学系
Ｐ プリズム
Ｓ 原画像

Claims (19)

1. １枚以上のレンズを含みズーム時に互いの間隔が変化するように移動する複数のレンズ群を有する結像光学系であって、
   前記結像光学系は、
   前記結像光学系の拡大側の共役点と、前記結像光学系内部の中間結像位置とを共役にし、
   前記結像光学系の縮小側の共役点と、前記中間結像位置とを共役にし、
   前記結像光学系は、拡大側から縮小側へと順に、
   最も拡大側に位置する第１レンズ群と、
   後群と、を備え、
   前記第１レンズ群は、像面湾曲量を変化させる際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群と、無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカシングの際に光軸に沿って移動するフォーカスレンズ群とを有し、
   以下の条件（４）を満足する、結像光学系：
   ｜｛（１−βｃｗ^２）×βｃｒｗ^２）｝／｛（１−βｆｗ^２）×βｆｒｗ^２｝｜＜０．２ ・・・（４）
   ここで、
   βｃｗ：像面湾曲量を変化させる際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群の広角端における近軸横倍率
   βｃｒｗ：像面湾曲量を変化させる際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群よりも縮小側に位置する全てのレンズの広角端における近軸横倍率
   βｆｗ：フォーカシングの際に光軸に沿って移動するフォーカスレンズ群の広角端における近軸横倍率
   βｆｒｗ：フォーカシングの際に光軸に沿って移動するフォーカスレンズ群より縮小側に位置する全てのレンズの広角端における近軸横倍率
   である。
2. 以下の条件（５）を満足する、請求項１に記載の結像光学系：
   ｜ｆｆ／ｆｃ｜＜０．８ ・・・（５）
   ここで、
   ｆｆ：フォーカシングの際に光軸に沿って移動するフォーカスレンズ群の焦点距離
   ｆｃ：像面湾曲量を変化させる際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群の焦点距離
   である。
3. 前記像面湾曲補正レンズ群は、１枚の負レンズと１枚の正レンズとからなる、
   請求項１に記載の結像光学系。
4. 以下の条件（６）を満足する、請求項１記載の結像光学系：
   ｜ｆｃ／ｆ１｜＜０．３ ・・・（６）
   ここで、
   ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
   ｆｃ：像面湾曲量を変化させる際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群の焦点距離
   である。
5. 前記第１レンズ群は、非球面レンズを含み、最も拡大側に配置される前記非球面レンズから拡大側のレンズ素子で構成される第１前側サブレンズ群と、最も拡大側に配置される前記非球面レンズよりも縮小側の第１後側サブレンズ群とからなり、
   前記第１前側サブレンズ群は、負のパワーの球面レンズである第１負レンズと、正のパワーの球面レンズである第１正レンズとを有する、
   請求項１に記載の結像光学系。
6. 以下の条件（１）を満足する、請求項５に記載の結像光学系：
   １．５＜ｆ１ｂ／ｆ１＜４．０ ・・・（１）
   ここで、
   ｆ１ｂ：第１レンズ群の内、最も拡大側に配置される非球面レンズよりも縮小側に位置する第１後側サブレンズ群の焦点距離
   ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
   である。
7. 前記第１前側サブレンズ群は、拡大側から縮小側へと順に、前記第１負レンズと、前記第１正レンズとを有する、
   請求項５に記載の結像光学系。
8. 以下の条件（２）を満足する、請求項５に記載の結像光学系：
   ０．０１＜｜ｄ／ｆｗ｜＜１．５０ ・・・（２）
   ここで、
   ｄ：最も拡大側に配置される非球面レンズよりも拡大側に位置する負のパワーのレンズと正のパワーのレンズとの光軸上の間隔
   ｆｗ：広角端における全系の合成焦点距離
   である。
9. 前記第１負レンズは、前記最も拡大側に配置される非球面レンズよりも拡大側に位置し、
   以下の条件（３）を満足する、請求項５に記載の結像光学系：
   ０．５＜（Ｒ１ｆ＋Ｒ１ｒ）／（Ｒ１ｆ−Ｒ１ｒ）＜５.０ ・・・（３）
   ここで、
   Ｒ１ｆ：前記第１負レンズの拡大側の面の曲率半径
   Ｒ１ｒ：前記第１負レンズの縮小側の面の曲率半径
   である。
10. 前記第１レンズ群は、正のパワーを有し、
    前記後群は、拡大側から縮小側へと順に、
    正のパワーの第２レンズ群と、
    正のパワーの第３レンズ群と、
    正のパワーの第４レンズ群と、を備え、
    以下の条件（７）を満足する、請求項１に記載の結像光学系：
    ３．０＜ｆｌ／ｆｐ＜１５．０ ・・・（７）
    ここで、
    ｆｌ：中間結像位置よりも縮小側にあるリレー光学系の合成焦点距離
    ｆｐ：中間結像位置よりも拡大側にある拡大光学系の合成焦点距離
    である。
11. 以下の条件（８）を満足する、請求項１０に記載の結像光学系：
    ２．０＜｜ｆ４／ｆｔ｜＜１０．０ ・・・（８）
    ここで、
    ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
    ｆｔ：望遠端における全系の合成焦点距離
    である。
12. 以下の条件（９）を満足する、請求項１０に記載の結像光学系：
    ０．４＜ｆ４／ｂｆ＜１．０ ・・・（９）
    ここで、
    ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
    ｂｆ：最も縮小側にあるパワーを有するレンズの縮小側の面より縮小側の結像位置までの距離
    である。
13. 前記第１レンズ群は、
    アッベ数が３０未満かつ、透過光の波長が４００ｎｍにおける吸収係数が０．００８未満である高透過率レンズと、
    前記高透過率レンズの拡大側に少なくとも１枚の負のパワーのレンズを有する、
    請求項１に記載の結像光学系。
14. 前記高透過率レンズの拡大側に位置する負のパワーのレンズは、アッベ数が３０以上である、
    請求項１３に記載の結像光学系。
15. 前記高透過率レンズの拡大側に位置する負のパワーのレンズは、透過光の波長が４００ｎｍにおける吸収係数が０．００８以上である、
    請求項１３に記載の結像光学系。
16. 開口絞りをさらに備え、
    以下の条件（１０）を満足する、請求項１３に記載の結像光学系：
    Φｈｔ／Φｓ＜０．９ ・・・（１０）
    ここで、
    Φｈｔ：前記高透過率レンズの有効径
    Φｓ；開口絞りの絞り径
    である。
17. 以下の条件（１１）を満足する、請求項１３に記載の結像光学系：
    ０．１＜｜ｆｈｔ／ｆｗ｜＜１００．０ ・・・（１１）
    ここで、
    ｆｈｔ：前記高透過率レンズの焦点距離
    ｆｗ：広角端における全系の合成焦点距離
    である。
18. 前記第１レンズ群内で中間像を結像する、
    請求項１に記載の結像光学系。
19. 請求項１に記載の結像光学系と、
    スクリーンに投写する画像を生成する画像形成素子と、を備えた、
    画像投写装置。

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