JP7045611B2

JP7045611B2 - レンズ系、レンズ系を有する画像投写装置及び撮像装置

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Publication number: JP7045611B2
Application number: JP2018029418A
Authority: JP
Inventors: 卓也今岡
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2038-02-22
Also published as: JP2018169609A

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レンズ系及びそれを有する画像投写装置及び撮像装置に関する。

特許文献１は、スクリーン側から光軸に沿って順番に配列された投影光学系、リレー光学系、及び表示素子を備え、投影光学系は、リレー光学系により１次結像された画像をスクリーンに拡大投影するものであり、スクリーン側から順番に配列された、負の光学的パワーを有する負の群と、正の光学的パワーを有する正の群とを含む拡大投影光学系を開示する。これにより、焦点距離が短いにも関わらず、非常に長いバックフォーカスを確保することができ、且つ、色収差の小さい拡大投影光学系を実現する。

国際公開第２００９／１０７５５３号

本開示は、諸収差を抑えつつレンズ径の小さいレンズ系、当該レンズ系を有する画像投写装置及び撮像装置を提供する。

本開示におけるレンズ系は、拡大側の拡大共役点及び縮小側の縮小共役点のそれぞれとレンズ系の内部の中間結像位置とを共役に結像するレンズ系であって、複数のレンズ素子を有し、中間結像位置より拡大側に位置する正のパワーの拡大光学系と、複数のレンズ素子を有し、中間結像位置より縮小側に位置する正のパワーのリレー光学系と、を備え、以下の条件（１）および（２）を満足する。

０．０８≦ｆｐ／ｆｒ≦０．８・・・（１）
｛Ｙｍａｘ－ｆｔ・ｔａｎ（ωｍａｘ）｝/｛ｆｔ・ｔａｎ（ωｍａｘ）｝≦－０．３
・・・（２）
ここで、
ｆｒ：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
Ｙｍａｘ：有効像円径の半径
ωｍａｘ：最大半画角
ｆｔ：レンズ系全体の焦点距離
である。

また、本開示に係る画像投写装置は、上記レンズ系と、スクリーンに投写する画像を生成する画像形成素子と、を備える。

また、本開示に係る撮像装置は、上記レンズ系と、レンズ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。

本開示によれば、諸収差を抑えつつレンズ径の小さいレンズ系を実現することができる。

実施例１のレンズ系の投写距離４０００ｍｍの合焦状態を示すレンズ配置図実施例１のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例１のレンズ系における縦収差図実施例２のレンズ系の投写距離４０００ｍｍの合焦状態を示すレンズ配置図実施例２のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例２のレンズ系における縦収差図実施例３のレンズ系の投写距離４０００ｍｍの合焦状態を示すレンズ配置図実施例３のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例３のレンズ系における縦収差図実施例４のレンズ系の投写距離４０００ｍｍの合焦状態を示すレンズ配置図実施例４のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例４のレンズ系における縦収差図実施例５のレンズ系の投写距離４０００ｍｍの合焦状態を示すレンズ配置図実施例５のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例５のレンズ系における縦収差図実施例６のレンズ系の投写距離４０００ｍｍの合焦状態を示すレンズ配置図実施例６のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例６のレンズ系における縦収差図実施例７のレンズ系の投写距離４０００ｍｍの合焦状態を示すレンズ配置図実施例７のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例７のレンズ系における縦収差図実施例８のレンズ系の無限遠の合焦状態を示すレンズ配置図実施例８のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例８のレンズ系における縦収差図実施例９のレンズ系の無限遠の合焦状態を示すレンズ配置図実施例９のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例９のレンズ系における縦収差図実施例１０のレンズ系の無限遠の合焦状態を示すレンズ配置図実施例１０のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例１０のレンズ系における縦収差図実施例１１のレンズ系の無限遠の合焦状態を示すレンズ配置図実施例１１のレンズ系の光路を示すレンズ配置図実施例１１のレンズ系における縦収差図

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、これらにより特許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、４、７、１０、１３、１６、１９、２２、２５、２８及び３１は、各々実施例１～１１に係るレンズ系のレンズ配置図である。フォーカシングの際にはレンズ系全体が光軸方向に移動する。また、図１、４、７、１０、１３、１６、１９において、レンズ群の記号の下の矢印は、像面湾曲量を調整する際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群であることを示しており、物体距離及びスクリーン面の曲率半径により、拡大側あるいは縮小側へと移動する。

また各図において、左側に拡大側の結像位置、右側に縮小側の結像位置が位置する。また各図において、最も右側（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の左側（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。なお、負のパワーを有するレンズ素子と正のパワーを有するレンズ素子が接合している場合は、接合レンズのトータルのパワーで正のパワー、負のパワーを判断する。

図２、５、８，１１，１４，１７，２０，２３，２６、２９及び３２は、各々実施例１～１１に係るレンズ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。なお、中間結像位置ＭＩがレンズ素子の内部にある場合は、中間結像位置ＭＩにあるレンズ素子を含めてリレー光学系Ｏｌとしている。本開示に係るレンズ系は、拡大側の拡大共役点（投写像）及び縮小側の縮小共役点（原画像Ｓ）のそれぞれと、レンズ系の内部の中間結像位置ＭＩとを共役にする。

拡大光学系Ｏｐは、最も拡大側にある正のパワーを有するレンズ素子より拡大側にあるレンズ群を拡大光学系の前群Ｏｐｆとし、最も拡大側にある正のパワーのレンズ素子を含み、縮小側にあるレンズ群を拡大光学系の後群Ｏｐｒとして備えて構成される。なお、前群Ｏｐｆと後群Ｏｐｒとの境界に、接合レンズが位置する場合、トータルパワーが正の場合はその接合レンズは後群Ｏｐｒ、負の場合はその接合レンズは前群Ｏｐｆとする。

図３、６、９、１２、１５、１８及び２１は、各々実施例１～７に係るレンズ系の縦収差図である。各図における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本開示のレンズ系の物体距離が、４０００ｍｍ、２０００ｍｍ、７０００ｍｍのときの縦収差図である。

図２４、２７、３０及び３３は、各々実施例８～１１に係るレンズ系の無限遠合焦状態における縦収差図である。

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Ｆナンバー（図中、Ｆで示す）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。

また、以下の実施の形態のレンズ系は、画像信号に基づき液晶やＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ－ＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）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ー（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。本開示のレンズ系は、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。

（実施の形態１～２）
図１、２、４及び５を用いて、実施の形態１及び２に係るレンズ系の構成を説明する。実施の形態１及び２に係るレンズ系は、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１１レンズ素子Ｌ１１で構成される。拡大光学系Ｏｐは、前群Ｏｐｆと後群Ｏｐｒとからなる。拡大光学系Ｏｐの前群Ｏｐｆは、拡大側から縮小側へと順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２とからなる。拡大光学系Ｏｐの後群Ｏｐｒは、拡大側から縮小側へと順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、両凹形状の第５レンズ素子Ｌ５と、両凸形状の第６レンズ素子Ｌ６と、両凸形状の第７レンズ素子Ｌ７と、両凹形状の第８レンズ素子Ｌ８と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凸形状の第１０レンズ素子Ｌ１０と、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１１レンズ素子Ｌ１１とからなる。第７レンズ素子Ｌ７と第８レンズ素子Ｌ８は、像面湾曲量を調整する際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群である。

リレー光学系Ｏｌは、拡大側から縮小側へと順に、正のパワーを有する第１２レンズ素子Ｌ１２と、両凹形状の第１３レンズ素子Ｌ１３と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１４レンズ素子Ｌ１４と、両凸形状の第１５レンズ素子Ｌ１５と、両凹形状の第１６レンズ素子Ｌ１６と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１７レンズ素子Ｌ１７と、両凸形状の第１８レンズ素子Ｌ１８と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１９レンズ素子Ｌ１９と、両凸形状の第２０レンズ素子Ｌ２０と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２１レンズ素子Ｌ２１と、両凸形状の第２２レンズ素子Ｌ２２とからなる。第１１レンズ素子Ｌ１１と第１２レンズ素子Ｌ１２の間に中間結像位置ＭＩがある。また、第１６レンズ素子Ｌ１６と第１７レンズ素子Ｌ１７の間に絞りＡが配置される。

（実施の形態３～４）
図７、８、１０及び１１を用いて、実施の形態３及び４に係るレンズ系の構成を説明する。実施の形態３及び４に係るレンズ系は、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、前群Ｏｐｆと後群Ｏｐｒとからなる。拡大光学系Ｏｐの前群Ｏｐｆは、拡大側から縮小側へと順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、両凹形状の第３レンズ素子からなる。拡大光学系Ｏｐの後群Ｏｐｒは、拡大側から縮小側へと順に、両凸形状の第４レンズ素子Ｌ４と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５と、両凹形状の第６レンズ素子Ｌ６と、両凸形状の第７レンズ素子Ｌ７と、両凸形状の第８レンズ素子Ｌ８と、両凹形状の第９レンズ素子Ｌ９と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１０レンズ素子Ｌ１０と、両凸形状の第１１レンズ素子Ｌ１１と、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１２レンズ素子Ｌ１２とからなる。

像面湾曲量を調整する際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群は、実施の形態３に係るレンズ系では、図７に示すように、第９レンズ素子Ｌ９と第１０レンズ素子Ｌ１０と第１１レンズ素子Ｌ１１であり、実施の形態４に係るレンズ系では、図１０に示すように、第８レンズ素子Ｌ８と第９レンズ素子Ｌ９である。

リレー光学系Ｏｌは、拡大側から縮小側へと順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１３レンズ素子Ｌ１３と、両凹形状の第１４レンズ素子Ｌ１４と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１５レンズ素子Ｌ１５と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１６レンズ素子Ｌ１６と、両凸形状の第１７レンズ素子Ｌ１７と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１８レンズ素子Ｌ１８と、両凸形状の第１９レンズ素子Ｌ１９と、両凹形状の第２０レンズ素子Ｌ２０と、両凸形状の第２１レンズ素子Ｌ２１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２２レンズ素子Ｌ２２と、両凸形状の第２３レンズ素子Ｌ２３とからなる。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１７レンズ素子Ｌ１７と第１８レンズ素子Ｌ１８の間に絞りＡが配置される。

（実施の形態５～７）
図１３、１４、１６、１７、１９及び２０を用いて、実施の形態５、６及び７に係るレンズ系の構成を説明する。実施の形態５、６及び７に係るレンズ系は、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、前群Ｏｐｆと後群Ｏｐｒとからなる。拡大光学系Ｏｐの前群Ｏｐｆは、拡大側から縮小側へと順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第３レンズ素子からなる。拡大光学系Ｏｐの後群Ｏｐｒは、拡大側から縮小側へと順に、両凸形状の第４レンズ素子Ｌ４と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５と、両凹形状の第６レンズ素子Ｌ６と、両凸形状の第７レンズ素子Ｌ７と、両凸形状の第８レンズ素子Ｌ８と、両凹形状の第９レンズ素子Ｌ９と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１０レンズ素子Ｌ１０と、両凸形状の第１１レンズ素子Ｌ１１と、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１２レンズ素子Ｌ１２とからなる。第８レンズ素子Ｌ８と第９レンズ素子Ｌ９は、像面湾曲量を調整する際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正レンズ群である。

リレー光学系Ｏｌは、拡大側から縮小側へと順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１３レンズ素子Ｌ１３と、両凹形状の第１４レンズ素子Ｌ１４と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１５レンズ素子Ｌ１５と、両凸形状の第１６レンズ素子Ｌ１６と、両凹形状の第１７レンズ素子Ｌ１７と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１８レンズ素子Ｌ１８と、両凸形状の第１９レンズ素子Ｌ１９と、両凹形状の第２０レンズ素子Ｌ２０と、両凸形状の第２１レンズ素子Ｌ２１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２２レンズ素子Ｌ２２と、両凸形状の第２３レンズ素子Ｌ２３とからなる。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１７レンズ素子Ｌ１７と第１８レンズ素子Ｌ１８の間に絞りＡが配置される。

（実施の形態８～９）
図２２、２３、２５及び２６を用いて、実施の形態８及び９に係るレンズ系の構成を説明する。実施の形態８及び９に係るレンズ系は、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１０レンズ素子Ｌ１０で構成される。拡大光学系Ｏｐは、前群Ｏｐｆと後群Ｏｐｒとからなる。拡大光学系Ｏｐの前群Ｏｐｆは、拡大側から縮小側へと順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２とからなる。拡大光学系Ｏｐの後群Ｏｐｒは、拡大側から縮小側へと順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第８レンズ素子Ｌ８と、両凸形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凸形状の第１０レンズ素子Ｌ１０とからなる。第３レンズ素子Ｌ３と第４レンズ素子Ｌ４は接合しており、トータルで正のパワーを有する。

リレー光学系Ｏｌは、拡大側から縮小側へと順に、負のパワーを有する第１１レンズ素子Ｌ１１と、縮小側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第１２レンズ素子Ｌ１２と、両凹形状の第１３レンズ素子Ｌ１３と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１４レンズ素子Ｌ１４と、両凸形状の第１５レンズ素子Ｌ１５と、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１６レンズ素子Ｌ１６と、両凹形状の第１７レンズ素子Ｌ１７と、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１８レンズ素子Ｌ１８と、両凸形状の第１９レンズ素子Ｌ１９と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２０レンズ素子Ｌ２０と、両凸形状の第２１レンズ素子Ｌ２１と、両凹形状の第２２レンズ素子Ｌ２２と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２３レンズ素子Ｌ２３と、両凸形状の第２４レンズ素子Ｌ２４と、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状の第２５レンズ素子Ｌ２５からなる。第１７レンズ素子Ｌ１７と第１８レンズ素子Ｌ１８、第２１レンズ素子Ｌ２１と第２２レンズ素子Ｌ２２、第２３レンズ素子Ｌ２３と第２４レンズ素子Ｌ２４はそれぞれ接合されている。また、第１１レンズ素子Ｌ１１の中に中間結像位置ＭＩがある。また、第２２レンズ素子Ｌ２２と第２３レンズ素子Ｌ２３の間に絞りＡが配置される。

（実施の形態１０～１１）
図２８、２９、３１及び３２を用いて、実施の形態１０及び１１に係るレンズ系の構成を説明する。実施の形態１０及び１１に係るレンズ系は、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８レンズ素子Ｌ８で構成される。拡大光学系Ｏｐは、前群Ｏｐｆと後群Ｏｐｒとからなる。拡大光学系Ｏｐの前群Ｏｐｆは、拡大側から縮小側へと順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２とからなる。拡大光学系Ｏｐの後群Ｏｐｒは、拡大側から縮小側へと順に、両凸形状の第３レンズ素子Ｌ３と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７と、両凸形状の第８レンズ素子Ｌ８とからなる。第３レンズ素子Ｌ３と第４レンズ素子Ｌ４は接合しており、トータルで正のパワーを有する。

リレー光学系Ｏｌは、拡大側から縮小側へと順に、両凸形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凹形状の第１０レンズ素子Ｌ１０と、両凸形状の第１１レンズ素子Ｌ１１と、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１２レンズ素子Ｌ１２と、両凹形状の第１３レンズ素子Ｌ１３と、両凸形状の第１４レンズ素子Ｌ１４と、縮小側に凹面を向けた負メニスカス形状の第１５レンズ素子Ｌ１５と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１６レンズ素子Ｌ１６と、両凸形状の第１７レンズ素子Ｌ１７と、拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１８レンズ素子Ｌ１８とからなる。第１０レンズ素子Ｌ１０と第１１レンズ素子Ｌ１１、第１４レンズ素子Ｌ１４と第１５レンズ素子Ｌ１５、第１６レンズ素子Ｌ１６と第１７レンズ素子Ｌ１７はそれぞれ接合されている。また、第８レンズ素子Ｌ８と第９レンズ素子Ｌ９の間に中間結像位置ＭＩがある。また、第１５レンズ素子Ｌ１５と第１６レンズ素子Ｌ１６の間に絞りＡが配置される。

実施の形態１～１１に係るレンズ系は、拡大側の拡大共役点及び縮小側の縮小共役点のそれぞれとレンズ系の内部の中間結像位置とを共役に結像する。また、実施の形態１～１１に係るレンズ系は、中間結像位置より拡大側にあるレンズ素子で構成される拡大光学系と、中間結像位置から縮小側にあるレンズ素子で構成されるリレー光学系とを備える。なお、中間結像位置がレンズ素子内部にある場合は、そのレンズ素子よりも拡大側にあるレンズ群が拡大光学系、中間結像位置にあるレンズ素子から縮小側にあるレンズ群がリレー光学系である。リレー光学系により原画像を中間結像することで、諸収差を補正しやすく、特に倍率色収差などの補正が容易になる。

実施の形態１～１１に係るレンズ系は、拡大光学系Ｏｐの最も拡大側に配置される正のパワーのレンズ素子よりも拡大側のレンズ素子で構成される前群Ｏｐｆと、拡大光学系Ｏｐの最も拡大側に配置される正のパワーのレンズ素子から縮小側のレンズ素子で構成される後群Ｏｐｒと、から構成される拡大光学系Ｏｐを備える。これにより、拡大側のレンズに入射する光線が入射面及び射出面に対して、斜入射になりすぎず入射させることができ、反射による光量の損失低減や、像面湾曲の収差を抑えることができる。

実施の形態１～１１に係るレンズ系は、拡大光学系Ｏｐにおいて拡大側から縮小側へと順に、拡大側が凸形状の負のメニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、拡大側が凸形状の負のメニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２とを有する前群Ｏｐｆを備える。これにより、いわゆる魚眼レンズのように広画角で拡大側のレンズに入射する光線が入射面及び射出面に対して、斜入射になりすぎず入射させることができ、反射による光量の損失低減や、像面湾曲の収差が低減できる。

実施の形態１～１１に係るレンズ系は、拡大光学系Ｏｐにおいて、像面湾曲量を調整する際に光軸方向に移動する像面湾曲補正レンズ群を有する後群を備える。これにより、物体距離や透写するスクリーン面の曲率半径に応じて最適な像面湾曲量を設定することができる。

以下、例えば実施の形態１～１１に係るレンズ系のごときレンズ系が満足することが好ましい条件を説明する。なお、各実施の形態に係るレンズ系に対して、複数の好ましい条件が規定されるが、これら複数の条件すべてを満足するレンズ系の構成が最も望ましい。しかしながら、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を奏するレンズ系を得ることも可能である。

実施の形態１～１１に係るレンズ系は、拡大側の拡大共役点及び縮小側の縮小共役点のそれぞれとレンズ素子の内部の中間結像位置とを共役に結像するレンズ系であって、複数のレンズ素子を有し中間結像位置より拡大側にある正のパワーの拡大光学系と、複数のレンズ素子を有し中間結像位置より縮小側にある正のパワーのリレー光学系とから構成される（以下、このレンズ構成を実施の形態の基本構成という）。レンズ系は、以下の条件（１）および（２）を満足することが好ましい。

条件（１）は、拡大光学系とリレー光学系の合成焦点距離との関係を規定するための条件式であり、これを満足することで、広角でありながらレンズ径の小さいレンズ系を実現できる。条件（１）の上限値を上回ると、最も拡大側にあるレンズ素子の有効径が大きくなりすぎてしまう。逆に下限値を下回ると、中間結像位置よりも拡大側にあり、中間結像位置から最も近い正のパワーのレンズ素子の有効径が大きくなりすぎてしまう。すなわち、条件（１）の範囲で設計することで魚眼レンズにおいて大きくなりがちな拡大光学系Ｏｐのレンズ素子の有効径を小さくすることができる。

なお、さらに以下の条件（１Ａ）及び（１Ｂ）の少なくとも一つを満足することにより、上記効果をさらに奏功させることができる。

０．１５≦ｆｐ／ｆｒ・・・（１Ａ）
ｆｐ／ｆｒ≦０．７・・・（１Ｂ）
さらに、以下の条件（１Ｃ）及び（１Ｄ）の少なくとも一つを満足することで、上記効果をさらに奏功させることができる。

０．１８≦ｆｐ／ｆｒ・・・（１Ｃ）
ｆｐ／ｆｒ≦０．６・・・（１Ｄ）
条件（２）は、有効像円径に対する、通常の光学系における歪曲収差を表している。この条件を満足することで、広角なレンズ系を実現することができる。条件（２）の上限を上回ると、広角化することが困難になる。

例えば実施の形態１～１１に係るレンズ系のように、基本構成を有するレンズ系は、以下の条件（３）を満足することが好ましい。

０．４≦ｆｐｆ／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）≦１．８・・・（３）
ここで、
ｆｐｆ：拡大光学系の前群の合成焦点距離
である。

条件（３）は、拡大光学系の合成焦点距離と等距離射影における理想像高との関係を規定したものである。この条件を満足することで、倍率色収差を抑制することができる。条件（３）の上限を上回ると、倍率色収差が増大し、逆に下限を下回ると、同様に倍率色収差が増大してしまう。

なお、さらに以下の条件（３Ａ）及び（３Ｂ）の少なくとも一つを満足することにより、上記効果をさらに奏功させることができる。

０．６≦ｆｐｆ／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）・・・（３Ａ）
ｆｐｆ／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）≦１．６・・・（３Ｂ）
例えば実施の形態１～１１に係るレンズ系のように、基本構成を有するレンズ系は、以下の条件（４）を満足することが好ましい。

６０＜｜（Ｌｔ・ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）／ｆｔ^２｜＜２００・・・（４）
ここで、
Ｌｔ：レンズ系の光学全長
である。

条件（４）は、レンズ系の全長を焦点距離で規格化した値と、等距離射影における理想像高を焦点距離で規格化した値との関係を規定する条件式である。条件（４）の上限を上回ると、全長が長くなりすぎてしまう、逆に下限を下回ると、倍率色収差が増大してしまう。

なお、さらに以下の条件（４Ａ）及び（４Ｂ）の少なくとも一つを満足することにより、上記効果をさらに奏功させることができる。

７０＜｜（Ｌｔ・ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）／ｆｔ^２｜・・・（４Ａ）
｜（Ｌｔ・ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）／ｆｔ^２｜＜１６０・・・（４Ｂ）
例えば実施の形態１～１１に係るレンズ系のように、基本構成を有するレンズ系は、以下の条件（５）を満足することが好ましい。

｜ｔ／ｆｔ｜≦３．０・・・（５）
ここで、
ｔ：拡大光学系の前群の最も縮小側のレンズ面と拡大光学系の後群の最も拡大側のレンズ面との光軸上の距離
である。

条件（５）は、拡大光学系の前群の最も縮小側のレンズ面と拡大光学系の後群の最も拡大側のレンズ面との光軸上の距離と、レンズ系全体の焦点距離との関係を規定する条件式である。この関係を満足することで、最も拡大側に位置するレンズ素子の有効径を小型化できる。上限を上回ると、最も拡大側のレンズ素子の有効径が大きくなりすぎてしまう。

なお、さらに以下の条件（５Ａ）を満足することにより、上記効果をさらに奏功させることができる。

｜ｔ／ｆｔ｜≦２．５・・・（５Ａ）
例えば実施の形態１～１１に係るレンズ系のように、基本構成を有するレンズ系は、以下の条件（６）を満足することが好ましい。

３６＜｜（Ｌｒ・ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）／ｆｔ^２｜＜１５０・・・（６）
ここで、
Ｌｒ：中間結像位置から縮小側の結像位置までの光軸上の距離
である。

条件（６）は、中間結像位置から縮小側の結像位置までの光軸上の距離を焦点距離で規格化した値と、等距離射影における理想像高を焦点距離出で規格化した値との関係を規定した条件式である。この条件を満足することで、全長を小型にしながら倍率色収差を抑制することができる。条件（６）の上限を上回ると、全長が長くなりすぎてしまう、逆に下限を下回ると、倍率色収差が増大してしまう。

なお、さらに以下の条件（６Ａ）及び（６Ｂ）の少なくとも一つを満足することにより、上記効果をさらに奏功させることができる。

４０＜｜（Ｌｒ・ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）／ｆｔ^２｜・・・（６Ａ）
｜（Ｌｒ・ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）／ｆｔ^２｜＜１２０・・・（６Ｂ）
例えば実施の形態１～１１に係るレンズ系のように、基本構成を有するレンズ系は、以下の条件（７）を満足することが好ましい。

２．９＜ＳＦＬ１＜５．０・・・（７）
ここで、
ＳＦＬ１：レンズ系で最も拡大側にあるレンズ素子のシェープファクター
である。

条件（７）は、レンズ系の最も拡大側にあるレンズ素子のシェープファクターを規定したものである。条件（７）の上限を上回ると、最も拡大側にあるレンズ素子の有効径が大きくなってしまう、逆に下限を下回ると、最も拡大側にあるレンズ素子の製造が困難な形状になってしまう。

なお、さらに以下の条件（７Ａ）及び（７Ｂ）の少なくとも一つを満足することにより、上記効果をさらに奏功させることができる。

３．０＜ＳＦＬ１・・・（７Ａ）
ＳＦＬ１＜４．５・・・（７Ｂ）
例えば実施の形態１～７に係るレンズ系のように、基本構成を有し、拡大光学系の後群に像面湾曲量を調整する際に光軸に沿って移動する像面湾曲補正群を有するレンズ系は、以下の条件（８）を満足することが好ましい。

１０＜｜ｆａｓ／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）｜＜１０００・・・（８）
ここで、
ｆａｓ：像面湾曲補正レンズ群の合成焦点距離
である。

条件（８）は像面湾曲補正群の合成焦点距離と等距離射影における理想像高との関係を規定するものである。この条件を満足することで、小型でありながらバックフォーカスの変化を抑えつつ像面湾曲量の補正をすることができる。条件（８）の上限を上回ると、像面湾曲の補正のために、像面湾曲補正群の移動量が大きくなりすぎて、全長が大きくなってしまう、逆に下限を下回ると、像面湾曲補正群の移動でバックフォーカスが変化し、像面湾曲補正群の移動に伴い、バックフォーカスの調整が必要になり、像面湾曲補正に手間がかかってしまう。

なお、さらに以下の条件（８Ａ）及び（８Ｂ）の少なくとも一つを満足することにより、上記効果をさらに奏功させることができる。

３０＜｜ｆａｓ／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）｜・・・（８Ａ）
｜ｆａｓ／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）｜＜７００・・・（８Ｂ）
例えば実施の形態１～１１に係るレンズ系のように、基本構成を有するレンズ系は、以下の条件（９）を満足することが好ましい。

２＜｜ｆ１／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）｜＜１０・・・（９）
ここで、
ｆ１：レンズ系で最も拡大側にあるレンズ素子の焦点距離
である。

条件（９）は、レンズ系において最も拡大側にあるレンズ素子の焦点距離と、等距離射影における理想像高との関係を規定するものである。この条件を満足することで、広い画角でありながら最も拡大側に位置するレンズ素子の大型化を抑制することができる。条件（９）の上限を上回ると、最も拡大側にあるレンズ素子の有効径が大きくなってしまう、逆に下限を下回ると、最も拡大側にあるレンズ素子のパワーが弱くなりすぎ、広角化を達成させるために製造が困難なレンズ形状になってしまう。

なお、さらに以下の条件（９Ａ）及び（９Ｂ）の少なくとも一つを満足することにより、上記効果をさらに奏功させることができる。

３＜｜ｆ１／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）｜・・・（９Ａ）
｜ｆ１／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）｜＜８・・・（９Ｂ）
例えば実施の形態１～１１に係るレンズ系のように、基本構成を有するレンズ系は、以下の条件（１０）を満足することが好ましい。
０．８＜φｐｆｍａｘ／φｐｒｍａｘ＜１．３・・・（１０）
ここで、
φｐｆｍａｘ：拡大光学系の前群にあるレンズ素子の最大のレンズ有効径
φｐｒｍａｘ：拡大光学系の後群にあるレンズ素子の最大のレンズ有効径
である。

条件（１０）は、拡大光学系の前群にあるレンズ素子の最大のレンズ有効径と、拡大光学系の後群にあるレンズ素子の最大のレンズ有効径の比を規定するための条件式である。上限を上回ると、最も拡大側にあるレンズ素子の有効径が大きくなりすぎてしまう、逆に下限を下回ると、中間結像位置により拡大側にあり、中間結像位置に近いレンズ素子の有効径が大きくなりすぎてしまう。

なお、さらに以下の条件（１０Ａ）及び（１０Ｂ）の少なくとも一つを満足することにより、上記効果をさらに奏功させることができる。

０．９＜φｐｆｍａｘ／φｐｒｍａｘ・・・（１０Ａ）
φｐｆｍａｘ／φｐｒｍａｘ＜１．２・・・（１０Ｂ）
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１～１１の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。

（数値実施例１）
以下、数値実施例１（実施の形態１に対応）のレンズ系について、面データを表１に、各種データを表２に、単レンズデータを表３に示す。

（数値実施例２）
以下、数値実施例２（実施の形態２に対応）のレンズ系について、面データを表４に、各種データを表５に、単レンズデータを表６に示す。

（数値実施例３）
以下、数値実施例３（実施の形態３に対応）のレンズ系について、面データを表７に、各種データを表８に、単レンズデータを表９に示す。

（数値実施例４）
以下、数値実施例４（実施の形態４に対応）のレンズ系について、面データを表１０に、各種データを表１１に、単レンズデータを表１２に示す。

（数値実施例５）
以下、数値実施例５（実施の形態５に対応）のレンズ系について、面データを表１３に、各種データを表１４に、単レンズデータを表１５に示す。

（数値実施例６）
以下、数値実施例６（実施の形態６に対応）のレンズ系について、面データを表１６に、各種データを表１７に、単レンズデータを表１８に示す。

（数値実施例７）
以下、数値実施例７（実施の形態７に対応）のレンズ系について、面データを表１９に、各種データを表２０に、単レンズデータを表２１に示す。

（数値実施例８）
以下、数値実施例８（実施の形態８に対応）のレンズ系について、面データを表２２に、各種データを表２３に、単レンズデータを表２４に示す。

（数値実施例９）
以下、数値実施例９（実施の形態９に対応）のレンズ系について、面データを表２５に、各種データを表２６に、単レンズデータを表２７に示す。

（数値実施例１０）
以下、数値実施例１０（実施の形態１０に対応）のレンズ系について、面データを表２８に、各種データを表２９に、単レンズデータを表３０に示す。

（数値実施例１１）
以下、数値実施例１１（実施の形態１１に対応）のレンズ系について、面データを表３１に、各種データを表３２に、単レンズデータを表３３に示す。

以下の表３４に、各数値実施例のレンズ系における各条件の対応値を示す。

（他の実施の形態）
上記実施の形態１～１１では、本開示のレンズ系がプロジェクターに用いられる場合について説明したが、本開示のレンズ系は、レンズ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組み合わせることにより、撮像装置に用いることができる。

本開示は、プロジェクターやヘッドアップディスプレイ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。

Ｌ１第１レンズ素子
Ｌ２第２レンズ素子
Ｌ３第３レンズ素子
Ｌ４第４レンズ素子
Ｌ５第５レンズ素子
Ｌ６第６レンズ素子
Ｌ７第７レンズ素子
Ｌ８第８レンズ素子
Ｌ９第９レンズ素子
Ｌ１０第１０レンズ素子
Ｌ１１第１１レンズ素子
Ｌ１２第１２レンズ素子
Ｌ１３第１３レンズ素子
Ｌ１４第１４レンズ素子
Ｌ１５第１５レンズ素子
Ｌ１６第１６レンズ素子
Ｌ１７第１７レンズ素子
Ｌ１８第１８レンズ素子
Ｌ１９第１９レンズ素子
Ｌ２０第２０レンズ素子
Ｌ２１第２１レンズ素子
Ｌ２２第２２レンズ素子
Ｌ２３第２３レンズ素子
Ｌ２４第２４レンズ素子
Ｌ２５第２５レンズ素子
Ａ絞り
ＭＩ中間結像位置
Ｏｌリレー光学系
Ｏｐ拡大光学系
Ｏｐｆ拡大光学系の前群
Ｏｐｒ拡大光学系の後群
Ｐ光学素子
Ｓ原画像

Claims

拡大側の拡大共役点及び縮小側の縮小共役点のそれぞれとレンズ系の内部の中間結像位置とを共役に結像するレンズ系であって、
複数のレンズ素子を有し、前記中間結像位置より拡大側に位置する正のパワーの拡大光学系と、
複数のレンズ素子を有し、前記中間結像位置より縮小側に位置する正のパワーのリレー光学系と、を備え、
以下の条件（１）及び（２）を満足する、レンズ系：
０．０８≦ｆｐ／ｆｒ≦０．８・・・（１）
｛Ｙｍａｘ－ｆｔ・ｔａｎ（ωｍａｘ）｝/｛ｆｔ・ｔａｎ（ωｍａｘ）｝≦－０．３
・・・（２）
ここで、
ｆｒ：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
Ｙｍａｘ：有効像円径の半径
ωｍａｘ：最大半画角
ｆｔ：レンズ系全系の焦点距離
である。
前記拡大光学系は、正のパワーのレンズ素子を含み、前記拡大光学系の最も拡大側に配置される前記正のパワーのレンズ素子から縮小側のレンズ素子で構成される前記拡大光学系の後群と、前記拡大光学系の最も拡大側に配置される前記正のパワーのレンズ素子よりも拡大側のレンズ素子で構成される前記拡大光学系の前群と、から構成され、
以下の条件（３）を満足する、請求項１に記載のレンズ系：
０．４≦ｆｐｆ／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）≦１．８・・・（３）
ここで、
ｆｐｆ：拡大光学系の前群の合成焦点距離
である。
以下の条件（４）を満足する、請求項１または２のいずれかに記載のレンズ系：
６０＜｜（Ｌｔ・ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）／ｆｔ２｜＜２００・・・（４）
ここで、
Ｌｔ：レンズ系の光学全長
である。
前記拡大光学系は、正のパワーのレンズ素子を含み、前記拡大光学系の最も拡大側に配置される前記正のパワーのレンズ素子から縮小側のレンズ素子で構成される前記拡大光学系の後群と、前記拡大光学系の最も拡大側に配置される前記正のパワーのレンズ素子よりも拡大側のレンズ素子で構成される前記拡大光学系の前群と、から構成され、
以下の条件（５）を満足する、請求項１から３のいずれかに記載のレンズ系：
｜ｔ／ｆｔ｜≦３．０・・・（５）
ここで、
ｔ：拡大光学系の前群の最も縮小側のレンズ面と拡大光学系の後群の最も拡大側のレンズ面との光軸上の距離
である。
以下の条件（６）を満足する、請求項１から４のいずれかに記載のレンズ系：
３６＜｜（Ｌｒ・ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）／ｆｔ２｜＜１５０・・・（６）
ここで、
Ｌｒ：中間結像位置から縮小側の結像位置までの光軸上の距離
である。
前記拡大光学系の前群は、拡大側から縮小側へと順に、拡大側に凸面を有する負のメニスカス形状の第１レンズ素子と、拡大側に凸面を有する負のメニスカス形状の第２レンズ素子とを有する、
請求項１から５のいずれかに記載のレンズ系。
以下の条件（７）を満足する、請求項１から６のいずれかに記載のレンズ系：
２．９＜ＳＦＬ１＜５．０・・・（７）
ここで、
ＳＦＬ１：レンズ系で最も拡大側にあるレンズ素子のシェープファクター
である。
前記拡大光学系は、正のパワーのレンズ素子を含み、前記拡大光学系の最も拡大側に配置される前記正のパワーのレンズ素子から縮小側のレンズ素子で構成される前記拡大光学系の後群と、前記拡大光学系の最も拡大側に配置される前記正のパワーのレンズ素子よりも拡大側のレンズ素子で構成される前記拡大光学系の前群と、から構成され、
前記拡大光学系の後群は、像面湾曲量を調整する際に光軸方向に移動する像面湾曲補正レンズ群を有し、
以下の条件（８）を満足する、請求項１から７のいずれかに記載のレンズ系：
１０＜｜ｆａｓ／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）｜＜１０００・・・（８）
ここで、
ｆａｓ：像面湾曲補正レンズ群の合成焦点距離
である。
以下の条件（９）を満足する、請求項１から８のいずれかに記載のレンズ系：
２＜｜ｆ１／（ｆｔ・ωｍａｘ・π／１８０）｜＜１０・・・（９）
ここで、
ｆ１：レンズ系で最も拡大側にあるレンズ素子の焦点距離
である。
前記拡大光学系は、正のパワーのレンズ素子を含み、前記拡大光学系の最も拡大側に配置される前記正のパワーのレンズ素子から縮小側のレンズ素子で構成される前記拡大光学系の後群と、前記拡大光学系の最も拡大側に配置される前記正のパワーのレンズ素子よりも拡大側のレンズ素子で構成される前記拡大光学系の前群と、から構成され、
以下の条件（１０）を満足する、請求項１から９のいずれかに記載のレンズ系：
０．８＜φｐｆｍａｘ／φｐｒｍａｘ＜１．３・・・（１０）
ここで、
φｐｆｍａｘ：拡大光学系の前群にあるレンズ素子の最大のレンズ有効径
φｐｒｍａｘ：拡大光学系の後群にあるレンズ素子の最大のレンズ有効径
である。
請求項１から１０のいずれかに記載のレンズ系と、
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。
請求項１から１０のいずれかに記載のレンズ系と、
前記レンズ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、を備えた、
撮像装置。