(57)【要約】【課題】高精度の温度補償と高い光学性能を両立した結像光学系、この結像光学系を備えた投写型表示装置、および、この結像光学系を備えた撮像装置を提供する。【解決手段】複数のレンズを備えた結像光学系であって、近接する２枚のレンズからなり、２枚のレンズの互いに近接する２つの面の曲率半径が近く、所定の条件式を満足するレンズ対を備える。【選択図】図１
2020052386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズを備えた結像光学系であって、
近接する２枚のレンズからなり、前記２枚のレンズの互いに近接する２つの面の曲率半径が近いレンズ対を備え、
前記レンズ対の前記２枚のレンズのうち、レンズ材料の屈折率の温度係数が小さい方をレンズａ、大きい方をレンズｂとし、
前記レンズａの２０〜４０℃における屈折率の温度係数を（ｄＮａ／ｄＴ）×１０−６、
前記レンズｂの２０〜４０℃における屈折率の温度係数を（ｄＮｂ／ｄＴ）×１０−６、
前記レンズａのｄ線における屈折率をＮａ、
前記レンズｂのｄ線における屈折率をＮｂ、
前記レンズａのｄ線におけるアッベ数をνａ、
前記レンズｂのｄ線におけるアッベ数をνｂとした場合、
２＜（ｄＮｂ／ｄＴ−ｄＮａ／ｄＴ）／（Ｎａ−１）  …（１）
｜Ｎｂ−Ｎａ｜×１０５＜１００  …（２）
｜νｂ−νａ｜＜０．８  …（３）
で表される条件式（１）、（２）、および（３）を満足する結像光学系。
【請求項２】
前記レンズ対の有効径内の光軸方向の厚さの最小値をＤ、
前記レンズ対の拡大側の面および縮小側の面の有効半径の最大値をＨとした場合、
０．０５＜Ｄ／Ｈ  …（４）
で表される条件式（４）を満足する
請求項１記載の結像光学系。
【請求項３】
変倍機能を備え、
広角端における前記レンズ対の拡大側の面および縮小側の面の近軸光線高さの最大値をｈｐｗ、
広角端における全系のレンズ面の近軸光線高さの最大値をｈｍａｘｗとした場合、
０．３＜｜ｈｐｗ／ｈｍａｘｗ｜  …（５）
で表される条件式（５）を満足する
請求項１または２記載の結像光学系。
【請求項４】
変倍機能を備え、
望遠端における前記レンズ対の拡大側の面および縮小側の面の近軸光線高さの最大値をｈｐｔ、
望遠端における全系のレンズ面の近軸光線高さの最大値をｈｍａｘｔとした場合、
０．３＜｜ｈｐｔ／ｈｍａｘｔ｜  …（６）
で表される条件式（６）を満足する
請求項１から３のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項５】
単焦点光学系であり、
前記レンズ対の拡大側の面および縮小側の面の近軸光線高さの最大値をｈｐ、
全系のレンズ面の近軸光線高さの最大値をｈｍａｘとした場合、
０．３＜｜ｈｐ／ｈｍａｘ｜  …（７）
で表される条件式（７）を満足する
請求項１または２記載の結像光学系。
【請求項６】
前記レンズ対を２つ備える
請求項１から５のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項７】
４＜（ｄＮｂ／ｄＴ−ｄＮａ／ｄＴ）／（Ｎａ−１）＜２０  …（１−１）
で表される条件式（１−１）を満足する
請求項１記載の結像光学系。
【請求項８】
０≦｜Ｎｂ−Ｎａ｜×１０５＜５０  …（２−１）
で表される条件式（２−１）を満足する
請求項１記載の結像光学系。
【請求項９】
０≦｜νｂ−νａ｜＜０．５  …（３−１）
で表される条件式（３−１）を満足する
請求項１記載の結像光学系。
【請求項１０】
０．１＜Ｄ／Ｈ＜５  …（４−１）
で表される条件式（４−１）を満足する
請求項２記載の結像光学系。
【請求項１１】
０．５＜｜ｈｐｗ／ｈｍａｘｗ｜＜１  …（５−１）
で表される条件式（５−１）を満足する
請求項３記載の結像光学系。
【請求項１２】
０．５＜｜ｈｐｔ／ｈｍａｘｔ｜＜１  …（６−１）
で表される条件式（６−１）を満足する
請求項４記載の結像光学系。
【請求項１３】
０．５＜｜ｈｐ／ｈｍａｘ｜＜１  …（７−１）
で表される条件式（７−１）を満足する
請求項５記載の結像光学系。
【請求項１４】
画像データに基づく光学像を出力するライトバルブと、
請求項１から１３のいずれか１項記載の結像光学系とを備え、
前記結像光学系は、前記ライトバルブから出力された前記光学像をスクリーン上に投写する投写型表示装置。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか１項記載の結像光学系を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、結像光学系、投写型表示装置、および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラまたはプロジェクター等の光学装置に好適な結像光学系としては、例えば下記特許文献１に記載のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１４２８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
結像光学系において温度変動が生じると、ピント位置に変動が生じる、いわゆる温度ドリフトが発生する。結像光学系の温度ドリフトの程度は、レンズの材料および形状、並びに、レンズ保持枠の材料等によって決まるが、特にレンズに依るところが大きい。
【０００５】
この温度ドリフトを抑えるため、通常はレンズ材料を変化させたりレンズ形状を変化させたりして、温度ドリフトを抑えた設計を行う。例えば、温度上昇時にピントが伸びる方向に変化する場合、正レンズにレンズ材料の屈折率の温度係数が正の材料を使用し、負レンズにレンズ材料の屈折率の温度係数が負の材料を使用して、温度上昇時のピントが縮むように補正する設計を行う。逆に、温度上昇時にピントが縮む方向に変化する場合は、正レンズにレンズ材料の屈折率の温度係数が負の材料を使用し、負レンズにレンズ材料の屈折率の温度係数が正の材料を使用して、温度上昇時のピントが伸びるように補正する設計を行う。
【０００６】
温度によるピント位置の変動を細かく補正するには、レンズ形状を制御する必要があるが、温度補償のためにレンズ形状を変えると、収差性能が悪くなってしまい、温度補償と光学性能の両立が困難となる。
【０００７】
特許文献１には、接合レンズを用いて温度特性の改善を行うことが記載されている。この設計例では、温度補償ができているが、違う諸元に活用しようとすると、上記問題のために、温度補償と光学性能の両立が困難である。
【０００８】
また、結像光学系をデジタルカメラに組み込んだ際には、デジタルカメラの撮像素子から発せられる熱の影響で、結像光学系内の撮像素子近傍で温度が上昇し易くなり、結像光学系をプロジェクターに組み込んだ際には、結像光学系内の絞りで光源からの強い光が吸収され、結像光学系内の絞り近傍で温度が上昇し易くなる等、結像光学系を光学装置に組み込んで使用する際に、結像光学系内に温度分布が生じる事がある。その場合、結像光学系全体が均一に温度上昇するのとは異なるピント位置の変動が起きてしまう。     このような温度分布は正確に予測することが難しいため、設計段階では温度によるピント位置の変動を正確に補正できない。
【０００９】
近年、光学装置に搭載される画像表示素子の高画素化に伴って、結像光学系についても高解像度化が要求されている。そのため、温度ドリフトの影響が目立ちやすくなっており、高精度の温度補償が要求されている。
【００１０】
本開示は、上記事情に鑑みなされたものであり、高精度の温度補償と高い光学性能を両立した結像光学系、この結像光学系を備えた投写型表示装置、および、この結像光学系を備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
【００１２】
＜１＞  複数のレンズを備えた結像光学系であって、近接する２枚のレンズからなり、２枚のレンズの互いに近接する２つの面の曲率半径が近いレンズ対を備え、レンズ対の２枚のレンズのうち、レンズ材料の屈折率の温度係数が小さい方をレンズａ、大きい方をレンズｂとし、レンズａの２０〜４０℃における屈折率の温度係数を（ｄＮａ／ｄＴ）×１０−６、レンズｂの２０〜４０℃における屈折率の温度係数を（ｄＮｂ／ｄＴ）×１０−６、レンズａのｄ線における屈折率をＮａ、レンズｂのｄ線における屈折率をＮｂ、レンズａのｄ線におけるアッベ数をνａ、レンズｂのｄ線におけるアッベ数をνｂとした場合、
２＜（ｄＮｂ／ｄＴ−ｄＮａ／ｄＴ）／（Ｎａ−１）  …（１）
｜Ｎｂ−Ｎａ｜×１０５＜１００  …（２）
｜νｂ−νａ｜＜０．８  …（３）
で表される条件式（１）、（２）、および（３）を満足する結像光学系。
【００１３】
＜２＞  レンズ対の有効径内の光軸方向の厚さの最小値をＤ、レンズ対の拡大側の面および縮小側の面の有効半径の最大値をＨとした場合、
０．０５＜Ｄ／Ｈ  …（４）
で表される条件式（４）を満足する＜１＞の結像光学系。
【００１４】
＜３＞  変倍機能を備え、広角端におけるレンズ対の拡大側の面および縮小側の面の近軸光線高さの最大値をｈｐｗ、広角端における全系のレンズ面の近軸光線高さの最大値をｈｍａｘｗとした場合、
０．３＜｜ｈｐｗ／ｈｍａｘｗ｜  …（５）
で表される条件式（５）を満足する＜１＞または＜２＞の結像光学系。
【００１５】
＜４＞  変倍機能を備え、望遠端におけるレンズ対の拡大側の面および縮小側の面の近軸光線高さの最大値をｈｐｔ、望遠端における全系のレンズ面の近軸光線高さの最大値をｈｍａｘｔとした場合、
０．３＜｜ｈｐｔ／ｈｍａｘｔ｜  …（６）
で表される条件式（６）を満足する＜１＞から＜３＞のいずれかの結像光学系。
【００１６】
＜５＞  単焦点光学系であり、レンズ対の拡大側の面および縮小側の面の近軸光線高さの最大値をｈｐ、全系のレンズ面の近軸光線高さの最大値をｈｍａｘとした場合、
０．３＜｜ｈｐ／ｈｍａｘ｜  …（７）
で表される条件式（７）を満足する＜１＞または＜２＞の結像光学系。
【００１７】
＜６＞  レンズ対を２つ備える＜１＞から＜５＞のいずれかの結像光学系。
【００１８】
＜７＞  ４＜（ｄＮｂ／ｄＴ−ｄＮａ／ｄＴ）／（Ｎａ−１）＜２０  …（１−１）
で表される条件式（１−１）を満足する＜１＞の結像光学系。
【００１９】
＜８＞  ０≦｜Ｎｂ−Ｎａ｜×１０５＜５０  …（２−１）
で表される条件式（２−１）を満足する＜１＞の結像光学系。
【００２０】
＜９＞  ０≦｜νｂ−νａ｜＜０．５  …（３−１）
で表される条件式（３−１）を満足する＜１＞の結像光学系。
【００２１】
＜１０＞  ０．１＜Ｄ／Ｈ＜５  …（４−１）
で表される条件式（４−１）を満足する＜２＞の結像光学系。
【００２２】
＜１１＞  ０．５＜｜ｈｐｗ／ｈｍａｘｗ｜＜１  …（５−１）
で表される条件式（５−１）を満足する＜３＞の結像光学系。
【００２３】
＜１２＞  ０．５＜｜ｈｐｔ／ｈｍａｘｔ｜＜１  …（６−１）
で表される条件式（６−１）を満足する＜４＞の結像光学系。
【００２４】
＜１３＞  ０．５＜｜ｈｐ／ｈｍａｘ｜＜１  …（７−１）
で表される条件式（７−１）を満足する＜５＞の結像光学系。
【００２５】
＜１４＞  画像データに基づく光学像を出力するライトバルブと、＜１＞から＜１３＞のいずれかの結像光学系とを備え、結像光学系は、ライトバルブから出力された光学像をスクリーン上に投写する投写型表示装置。
【００２６】
＜１５＞  ＜１＞から＜１３＞のいずれかの結像光学系を備えた撮像装置。
【００２７】
本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、およびカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、および手振れ補正機構等の機構部分等が含まれていてもよいことを意図する。
【００２８】
また、各条件式における「近軸光線高さ」は、最大像高を１０として規格化した場合に、拡大側から光軸に平行で高さ１の光線を入射させて計算を行う。各条件式で用いている値は、ｄＮａ／ｄＴおよびｄＮｂ／ｄＴに関してはｅ線を基準とした場合の値であり、それ以外についてはｄ線を基準とした場合の値である。非球面に関する屈折力の符号および面形状は、特に断りが無い限り近軸領域で考えることにする。本明細書に記載の「Ｃ線」、「ｄ線」、「ｅ線」、および「Ｆ線」は輝線であり、Ｃ線の波長は６５６．２７ｎｍ（ナノメートル）、ｄ線の波長は５８７．５６ｎｍ（ナノメートル）、ｅ線の波長は５４６．０７ｎｍ（ナノメートル）、Ｆ線の波長は４８６．１３ｎｍ（ナノメートル）である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、高精度の温度補償と高い光学性能を両立した結像光学系、この結像光学系を備えた投写型表示装置、および、この結像光学系を備えた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる結像光学系（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２の結像光学系のレンズ構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例３の結像光学系のレンズ構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例４の結像光学系のレンズ構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例１の結像光学系の各収差図である。
【図６】本発明の実施例２の結像光学系の各収差図である。
【図７】本発明の実施例３の結像光学系の各収差図である。
【図８】本発明の実施例４の結像光学系の各収差図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る撮像装置の前側の斜視図である。
【図１３】図１２に示す撮像装置の背面側の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる結像光学系のレンズ構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１の結像光学系の構成と共通である。図１においては、上段は広角端状態を示し、下段は望遠端状態を示し、左側が拡大側、右側が縮小側となるように記載している。また、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、光束として軸上光束Ａおよび最大画角の光束Ｂを併せて記入している。
【００３２】
この結像光学系は、例えば投写型表示装置に搭載されて、ライトバルブに表示された画像情報をスクリーンへ投写するものとして使用可能である。図１では、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、色合成部または照明光分離部に用いられるフィルタやプリズムなどを想定した光学部材ＰＰと、ライトバルブの画像表示面Ｓｉｍも合わせて図示している。投写型表示装置においては、画像表示面Ｓｉｍに配された画像表示素子により画像情報を与えられた光束が、光学部材ＰＰを介して、この結像光学系に入射され、この結像光学系により不図示のスクリーン上に投写されるようになる。
【００３３】
本実施形態の結像光学系は、複数のレンズを備えた結像光学系であって、近接する２枚のレンズからなり２枚のレンズの互いに近接する２つの面の曲率半径が近いレンズ対を備える。図１に示す本実施形態の結像光学系は、一例として、レンズＬ１８およびＬ１９からなる第１レンズ対ＬＣ１と、レンズＬ２１およびＬ２２からなる第２レンズ対ＬＣ２の２つのレンズ対を備える。
【００３４】
ここで、「近接する２枚のレンズ」とは、２枚のレンズ間の光軸上の距離が、２枚のレンズの有効径のうち大きい方の有効径の１割以内であることを意味し、２枚のレンズが接合されている場合も含む。また、「２枚のレンズの互いに近接する２つの面の曲率半径が近い」とは、２つの面の曲率半径の差が、２つの面の曲率半径のうち大きい方の曲率半径の１割以内であることを意味し、２つの面の曲率半径が完全に等しい場合も含む。
【００３５】
レンズ対の２枚のレンズのうち、レンズ材料の屈折率の温度係数が小さい方をレンズａ、大きい方をレンズｂとし、レンズａの２０〜４０℃における屈折率の温度係数を（ｄＮａ／ｄＴ）×１０−６、レンズｂの２０〜４０℃における屈折率の温度係数を（ｄＮｂ／ｄＴ）×１０−６、レンズａのｄ線における屈折率をＮａ、レンズｂのｄ線における屈折率をＮｂ、レンズａのｄ線におけるアッベ数をνａ、レンズｂのｄ線におけるアッベ数をνｂとした場合、条件式（１）、（２）、および（３）を満足するように構成されている。
２＜（ｄＮｂ／ｄＴ−ｄＮａ／ｄＴ）／（Ｎａ−１）  …（１）
｜Ｎｂ−Ｎａ｜×１０５＜１００  …（２）
｜νｂ−νａ｜＜０．８  …（３）
【００３６】
このように、条件式（１）、（２）、および（３）を満足する第１レンズ対ＬＣ１および第２レンズ対ＬＣ２を設けることによって、高精度の温度補償と高い光学性能を両立した結像光学系とすることができる。また、結像光学系の試作後に温度ドリフトを補正する場合でも、２枚のレンズの材料の配置順と、２枚のレンズの互いに近接する２つの面の曲率半径とを調整するだけで、常温での光学性能に影響を与えることなく、温度ドリフトを補正できる。
【００３７】
条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、温度補償できる範囲を広くでき、レンズ対における温度ドリフト補正を容易にすることができる。なお、条件式（１−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。条件式（１−１）の上限以上とならないようにすることによって、レンズ材料として光学ガラスが選択されることになるため、温度変化時のレンズ形状の変形を抑えることができる。
４＜（ｄＮｂ／ｄＴ−ｄＮａ／ｄＴ）／（Ｎａ−１）＜２０  …（１−１）
【００３８】
条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、レンズ対における温度ドリフト補正時の球面収差および像面湾曲の変動を抑えることができる。なお、条件式（２−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０≦｜Ｎｂ−Ｎａ｜×１０５＜５０  …（２−１）
【００３９】
条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、レンズ対における温度ドリフト補正時の軸上色収差および倍率色収差の変動を抑えることができる。なお、条件式（３−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０≦｜νｂ−νａ｜＜０．５  …（３−１）
【００４０】
本実施形態の結像光学系においては、レンズ対の有効径内の光軸方向の厚さの最小値をＤ、レンズ対の拡大側の面および縮小側の面の有効半径の最大値をＨとした場合、条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、２枚のレンズの互いに近接する２つの面の曲率半径の自由度を確保することができるため、レンズ対における温度ドリフト補正を容易にすることができる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、レンズ対の厚さが大きくなり過ぎるのを防ぐことができるため、結像光学系中にレンズ対を設けることが容易になる。なお、条件式（４−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０．０５＜Ｄ／Ｈ  …（４）
０．１＜Ｄ／Ｈ＜５  …（４−１）
【００４１】
また、結像光学系が変倍機能を備えている場合においては、広角端におけるレンズ対の拡大側の面および縮小側の面の近軸光線高さの最大値をｈｐｗ、広角端における全系のレンズ面の近軸光線高さの最大値をｈｍａｘｗとした場合、条件式（５）を満足することが好ましい。後述の実施例１および４が、結像光学系が変倍機能を備えている場合の実施例となる。条件式（５）の下限以下とならないようにすることによって、広角端において、軸上光線高さが低くなり過ぎるのを防ぐことができるため、十分な温度補償を行うことができる。なお、条件式（５−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０．３＜｜ｈｐｗ／ｈｍａｘｗ｜  …（５）
０．５＜｜ｈｐｗ／ｈｍａｘｗ｜＜１  …（５−１）
【００４２】
また、結像光学系が変倍機能を備えている場合においては、望遠端におけるレンズ対の拡大側の面および縮小側の面の近軸光線高さの最大値をｈｐｔ、望遠端における全系のレンズ面の近軸光線高さの最大値をｈｍａｘｔとした場合、件式（６）を満足することが好ましい。後述の実施例１および４が、結像光学系が変倍機能を備えている場合の実施例となる。条件式（６）の下限以下とならないようにすることによって、望遠端において、軸上光線高さが低くなり過ぎるのを防ぐことができるため、十分な温度補償を行うことができる。なお、条件式（６−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０．３＜｜ｈｐｔ／ｈｍａｘｔ｜  …（６）
０．５＜｜ｈｐｔ／ｈｍａｘｔ｜＜１  …（６−１）
【００４３】
また、結像光学系が単焦点光学系である場合においては、レンズ対の拡大側の面および縮小側の面の近軸光線高さの最大値をｈｐ、全系のレンズ面の近軸光線高さの最大値をｈｍａｘとした場合、条件式（７）を満足することが好ましい。後述の実施例２および３が、結像光学系が単焦点光学系である場合の実施例となる。条件式（７）の下限以下とならないようにすることによって、軸上光線高さが低くなり過ぎるのを防ぐことができるため、十分な温度補償を行うことができる。なお、条件式（７−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０．３＜｜ｈｐ／ｈｍａｘ｜  …（７）
０．５＜｜ｈｐ／ｈｍａｘ｜＜１  …（７−１）
【００４４】
また、レンズ対を２つ備えることが好ましい。図１に示す本実施形態の結像光学系は、一例として、レンズＬ１８およびＬ１９からなる第１レンズ対ＬＣ１と、レンズＬ２１およびＬ２２からなる第２レンズ対ＬＣ２の２つのレンズ対を備える。このような態様とすることによって、さらに細かい温度補償を行うことができる。
【００４５】
次に、本発明の結像光学系の数値実施例について説明する。
【００４６】
［実施例１］
実施例１の結像光学系の構成を示す断面図を図１に示す。図１の図示方法は上述しているため、ここでは重複説明を一部省略する。また、図示方法については、実施例２〜４についても基本的に同様である。
【００４７】
実施例１の結像光学系は、変倍機能を備え、光軸Ｚに沿って拡大側から縮小側に向かって順に、レンズＬ１からＬ２５の２５枚のレンズからなり、レンズＬ１４とＬ１５の間に中間像Ｍが形成されるリレータイプの結像光学系である。なお、図１中において中間像Ｍは模式的に示されたものであり、実際の形状を示したものではない。
【００４８】
実施例１の結像光学系は、レンズＬ１８およびＬ１９からなる第１レンズ対ＬＣ１と、レンズＬ２１およびＬ２２からなる第２レンズ対ＬＣ２の２つのレンズ対を備える。
【００４９】
また、レンズＬ１５およびＬ１６の２枚のレンズにより第１移動レンズ群が構成され、レンズＬ１７からＬ２０の４枚のレンズにより第２移動レンズ群が構成され、レンズＬ２１からＬ２４の４枚のレンズにより第３移動レンズ群が構成される。変倍の際に、第１移動レンズ群、第２移動レンズ群、および第３移動レンズ群は、隣接する群との光軸方向の間隔を変化させるように光軸Ｚに沿って移動する。
【００５０】
実施例１の結像光学系の基本レンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に、可変面間隔に関するデータを表３に、非球面係数に関するデータを表４に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜４についても基本的に同様である。
【００５１】
表１のレンズデータにおいて、面番号の欄には最も拡大側の構成要素の面を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加する面番号を示し、曲率半径の欄には各面の曲率半径を示し、面間隔の欄には各面とその次の面との光軸Ｚ上の間隔を示す。また、ｎの欄には各光学要素のｄ線における屈折率を示し、νの欄には各光学要素のｄ線におけるアッベ数を示し、材料名の欄には各光学要素の材料名および製造会社名を示し、ｄＮ／ｄＴの欄には各光学要素の材料の屈折率の温度係数（×１０−６）を示す。また、曲率半径の符号は、面形状が拡大側に凸の場合を正、縮小側に凸の場合を負としている。基本レンズデータには、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載している。また、表１のレンズデータにおいて、合焦時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤＤ[面番号]と記載している。このＤＤ[面番号]に対応する数値は表３に示している。
【００５２】
表２の諸元に関するデータに、ズーム倍率、焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、全画角２ω［°］の値を示す。
【００５３】
表１のレンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表４の非球面係数に関するデータには、非球面の面番号と、これら非球面に関する非球面係数を示す。表４の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０±ｎ」を意味する。非球面係数は、下記式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍの値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ２・ｈ２）１/２｝＋ΣＡｍ・ｈｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面深さＺｄにおけるΣはｍに関する総和を意味する。
【００５４】
基本レンズデータおよび諸元に関するデータにおいては、最大像高を１０として規格化した値を示している。角度の単位としては、°を用いている。
【００５５】
また、第１レンズ対ＬＣ１のみが＋２０℃温度変化したときの、屈折率変化による全系のピント移動量を表５に、第２レンズ対ＬＣ２のみが＋２０℃温度変化したときの、屈折率変化による全系のピント移動量を表６に示す。なお、実施例で示すこれらのピント移動量は、温度変化によりレンズ対の形状が変化した場合の影響は除き、温度変化によりレンズ対の屈折率のみが変化した場合のピント移動量を示している。
【００５６】
第１レンズ対ＬＣ１の２枚のレンズのうち、レンズ材料の屈折率の温度係数が小さい方をレンズａ、大きい方をレンズｂとした場合、表１に示す通り、レンズＬ１８がレンズｂ（材料ｂ：ＢＡＣ４．ＨＯＹＡ）、レンズＬ１９がレンズａ（材料ａ：Ｓ−ＢＡＬ１４．ＯＨＡＲＡ）となる。
【００５７】
表５に示す通り、第１レンズ対ＬＣ１の２枚のレンズの材料について、レンズＬ１８を材料ｂ、レンズＬ１９を材料ａとした場合、第１レンズ対ＬＣ１のみが＋２０℃温度変化すると、−１３．０００のピント移動が発生する。第１レンズ対ＬＣ１の２枚のレンズの材料について、レンズＬ１８を材料ａ、レンズＬ１９を材料ｂとした場合、第１レンズ対ＬＣ１のみが＋２０℃温度変化すると、６．０００のピント移動が発生する。第１レンズ対ＬＣ１の２枚のレンズの材料について、レンズＬ１８およびＬ１９ともに材料ｂとした場合、第１レンズ対ＬＣ１のみが＋２０℃温度変化すると、−７．０００のピント移動が発生する。第１レンズ対ＬＣ１の２枚のレンズの材料について、レンズＬ１８およびＬ１９ともに材料ａとした場合、第１レンズ対ＬＣ１のみが＋２０℃温度変化すると、−１．０００のピント移動が発生する。
【００５８】
すなわち、第１レンズ対ＬＣ１の２枚のレンズの材料について、材料ａと材料ｂの２種類の材料を用いるとともに、第１レンズ対ＬＣ１の２枚のレンズの材料の配置順と、２枚のレンズの互いに近接する２つの面の曲率半径とを調整することによって、第１レンズ対ＬＣ１のみが＋２０℃温度変化したときの全系のピント移動量を、−１３．０００から６．０００の範囲で変化させることができる。
【００５９】
そのため、結像光学系の試作後に温度ドリフトを補正する場合でも、第１レンズ対ＬＣ１の２枚のレンズの材料の配置順と、２枚のレンズの互いに近接する２つの面の曲率半径とを調整するだけで、全系の常温での光学性能に影響を与えることなく、温度ドリフトを補正できる。
【００６０】
第２レンズ対ＬＣ２についても、表６に示すように、２枚のレンズの材料について、材料ａと材料ｂの２種類の材料を用いるとともに、２枚のレンズの材料の配置順と、２枚のレンズの互いに近接する２つの面の曲率半径とを調整することによって、第２レンズ対ＬＣ２のみが＋２０℃温度変化したときの全系のピント移動量を、−５．０００から１２．０００の範囲で変化させることができる。
【００６１】
【表１】
2020052386.tif 000003
【００６２】
【表２】
2020052386.tif 000004
【００６３】
【表３】
2020052386.tif 000005
【００６４】
【表４】
2020052386.tif 000006
【００６５】
【表５】
2020052386.tif 000007
【００６６】
【表６】
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【００６７】
実施例１の結像光学系の各収差図を図５に示す。図５では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。図９では、上段に広角端において拡大側結像面からレンズＬ１の拡大側の面までの距離を５２１とした状態の各収差図を示し、下段に望遠端において拡大側結像面からレンズＬ１の拡大側の面までの距離を５２１とした状態の各収差図を示す。
【００６８】
球面収差図では、ｄ線、Ｃ線、およびＦ線における収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線およびＦ線における収差をそれぞれ長破線、および短破線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。
【００６９】
［実施例２］
次に、実施例２の結像光学系について説明する。実施例２の結像光学系の構成を示す断面図を図２に示す。実施例２の結像光学系は、単焦点光学系であって、光軸Ｚに沿って拡大側から縮小側に向かって順に、レンズＬ１からＬ１０の１０枚のレンズからなる。実施例２の結像光学系は、レンズＬ８およびＬ９からなる第１レンズ対ＬＣ１を備える。また、実施例２の結像光学系の基本レンズデータを表７に、諸元に関するデータを表８に、第１レンズ対ＬＣ１のみが＋２０℃温度変化したときの、屈折率変化による全系のピント移動量を表９に、拡大側結像面からレンズＬ１の拡大側の面までの距離を３００とした状態の各収差図を図６に示す。
【００７０】
【表７】
2020052386.tif 000009
【００７１】
【表８】
2020052386.tif 000010
【００７２】
【表９】
2020052386.tif 000011
【００７３】
［実施例３］
次に、実施例３の結像光学系について説明する。実施例３の結像光学系の構成を示す断面図を図３に示す。実施例３の結像光学系は、単焦点光学系であって、光軸Ｚに沿って拡大側から縮小側に向かって順に、レンズＬ１からＬ１０の１０枚のレンズからなる。実施例３の結像光学系は、レンズＬ４およびＬ５からなる第１レンズ対ＬＣ１を備える。また、実施例３の結像光学系の基本レンズデータを表１０に、諸元に関するデータを表１１に、第１レンズ対ＬＣ１のみが＋２０℃温度変化したときの、屈折率変化による全系のピント移動量を表１２に、拡大側結像面からレンズＬ１の拡大側の面までの距離を１２９９とした状態の各収差図を図７に示す。
【００７４】
【表１０】
2020052386.tif 000012
【００７５】
【表１１】
2020052386.tif 000013
【００７６】
【表１２】
2020052386.tif 000014
【００７７】
［実施例４］
次に、実施例４の結像光学系について説明する。実施例４の結像光学系の構成を示す断面図を図４に示す。実施例４の結像光学系は、変倍機能を備え、光軸Ｚに沿って拡大側から縮小側に向かって順に、レンズＬ１からＬ３１の３１枚のレンズからなる。実施例４の結像光学系は、レンズＬ３およびＬ４からなる第１レンズ対ＬＣ１と、レンズＬ２１およびＬ２２からなる第２レンズ対ＬＣ２の２つのレンズ対を備える。また、レンズＬ１１のみの１枚のレンズにより第１移動レンズ群が構成され、レンズＬ１２からＬ１６の５枚のレンズにより第２移動レンズ群が構成され、レンズＬ１７からＬ１８の２枚のレンズにより第３移動レンズ群が構成される。変倍の際に、第１移動レンズ群、第２移動レンズ群、および第３移動レンズ群は、隣接する群との光軸方向の間隔を変化させるように光軸Ｚに沿って移動する。
【００７８】
また、実施例４の結像光学系の基本レンズデータを表１３ａおよび１３ｂに、諸元に関するデータを表１４に、可変面間隔に関するデータを表１５に、非球面係数に関するデータを表１６に、第１レンズ対ＬＣ１のみが＋２０℃温度変化したときの、屈折率変化による全系のピント移動量を表１７に、第２レンズ対ＬＣ２のみが＋２０℃温度変化したときの、屈折率変化による全系のピント移動量を表１８に、拡大側結像面からレンズＬ１の拡大側の面までの距離を２２２１とした状態の各収差図を図８に示す。
【００７９】
【表１３ａ】
2020052386.tif 000015
【００８０】
【表１３ｂ】
2020052386.tif 000016
【００８１】
【表１４】
2020052386.tif 000017
【００８２】
【表１５】
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【００８３】
【表１６】
2020052386.tif 000019
【００８４】
【表１７】
2020052386.tif 000020
【００８５】
【表１８】
2020052386.tif 000021
【００８６】
実施例１〜４の結像光学系の条件式（１）〜（７）に含まれる記号に対応する値を表１９に、実施例１〜４の結像光学系の条件式（１）〜（７）に対応する値を表２０に示す。なお、全実施例ともｄＮａ／ｄＴおよびｄＮｂ／ｄＴに関してはｅ線を基準とした場合の値であり、それ以外についてはｄ線を基準とした場合の値である。
【００８７】
【表１９】
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【００８８】
【表２０】
2020052386.tif 000023
【００８９】
以上のデータから、実施例１〜４の結像光学系は全て、条件式（１）〜（７）の該当項目を満たしており、高精度の温度補償と高い光学性能を両立した結像光学系であることが分かる。
【００９０】
次に、本発明の実施形態に係る投写型表示装置について説明する。図９は、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図９に示す投写型表示装置１００は、本発明の実施形態に係る結像光学系１０と、光源１５と、各色光に対応したライトバルブとしての透過型表示素子１１ａ〜１１ｃと、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４と、コンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃと、光軸を偏向するための全反射ミラー１８ａ〜１８ｃとを有する。なお、図９では、結像光学系１０は概略的に図示している。また、光源１５とダイクロイックミラー１２の間にはインテグレーターが配されているが、図９ではその図示を省略している。
【００９１】
光源１５からの白色光は、ダイクロイックミラー１２、１３で３つの色光光束（Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）光、Ｂ（Ｂｌｕｅ）光、Ｒ（Ｒｅｄ）光）に分解された後、それぞれコンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型表示素子１１ａ〜１１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成された後、結像光学系１０に入射する。結像光学系１０は、透過型表示素子１１ａ〜１１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン１０５上に投写する。
【００９２】
図１０は、本発明の別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図１０に示す投写型表示装置２００は、本発明の実施形態に係る結像光学系２１０と、光源２１５と、各色光に対応したライトバルブとしてのＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃと、色分解および色合成のためのＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム２４ａ〜２４ｃと、照明光と投写光を分離する偏光分離プリズム２５とを有する。なお、図１０では結像光学系２１０を概略的に図示している。また、光源２１５と偏光分離プリズム２５の間にはインテグレーターが配されているが、図１０ではその図示を省略している。
【００９３】
光源２１５からの白色光は、偏光分離プリズム２５内部の反射面で反射された後、ＴＩＲプリズム２４ａ〜２４ｃにより３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ対応するＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃに入射して光変調され、再びＴＩＲプリズム２４ａ〜２４ｃを逆向きに進行して色合成された後、偏光分離プリズム２５を透過して、結像光学系２１０に入射する。結像光学系２１０は、ＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン２０５上に投写する。
【００９４】
図１１は、本発明のさらに別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図１１に示す投写型表示装置３００は、本発明の実施形態に係る結像光学系３１０と、光源３１５と、各色光に対応したライトバルブとしての反射型表示素子３１ａ〜３１ｃと、色分離のためのダイクロイックミラー３２、３３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム３４と、光軸偏向のための全反射ミラー３８と、偏光分離プリズム３５ａ〜３５ｃとを有する。なお、図１１では、結像光学系３１０は概略的に図示している。また、光源３１５とダイクロイックミラー３２の間にはインテグレーターが配されているが、図１１ではその図示を省略している。
【００９５】
光源３１５からの白色光はダイクロイックミラー３２、３３により３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ偏光分離プリズム３５ａ〜３５ｃを経て、各色光光束それぞれに対応する反射型表示素子３１ａ〜３１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム３４により色合成された後、結像光学系３１０に入射する。結像光学系３１０は、反射型表示素子３１ａ〜３１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン３０５上に投写する。
【００９６】
図１２、図１３は、本発明の一実施形態に係る撮像装置であるカメラ４００の外観図である。図１２は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図１３は、カメラ４００を背面側から見た斜視図を示す。カメラ４００は、交換レンズ４８が取り外し自在に装着される、レフレックスファインダーを持たない一眼形式のデジタルカメラである。交換レンズ４８は、本発明の実施形態にかかる光学系である結像光学系４９を鏡筒内に収納したものである。
【００９７】
このカメラ４００はカメラボディ４１を備え、カメラボディ４１の上面にはシャッターボタン４２と電源ボタン４３とが設けられている。またカメラボディ４１の背面には、操作部４４、４５と表示部４６とが設けられている。表示部４６は、撮像された画像およびまたは撮像される前の画角内にある画像等を表示するためのものである。
【００９８】
カメラボディ４１の前面中央部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口が設けられ、その撮影開口に対応する位置にマウント４７が設けられ、マウント４７を介して交換レンズ４８がカメラボディ４１に装着されるようになっている。
【００９９】
カメラボディ４１内には、交換レンズ４８によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子（図示せず）、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路、およびその生成された画像を記録するための記録媒体等が設けられている。このカメラ４００では、シャッターボタン４２を押すことにより静止画または動画の撮影が可能であり、この撮影で得られた画像データが上記記録媒体に記録される。
【０１００】
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明の結像光学系は、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、およびアッベ数を適宜変更することが可能である。また、レンズ対について、上記実施形態および実施例ではレンズ対の拡大側の面および縮小側の面が曲率を有する例を示したが、レンズ対の拡大側の面および縮小側の面が平面で、かつ２枚のレンズの互いに近接する２つの面に曲率を持たせた場合でも、温度補償効果を得ることができる。
【０１０１】
また、本発明の投写型表示装置も、上記構成のものに限られるものではなく、例えば、用いられるライトバルブおよび光束分離または光束合成に用いられる光学部材は、上記構成に限定されず、種々の態様の変更が可能である。ライトバルブは、光源からの光を画像表示素子により空間変調して、画像データに基づく光学像として出力する態様に限定されず、自発光型の画像表示素子から出力された光自体を、画像データに基づく光学像として出力する態様であってもよい。自発光型の画像表示素子としては、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）またはＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子が２次元配列された画像表示素子が挙げられる。
【０１０２】
また、本発明の撮像装置も、上記構成のものに限られるものではなく、例えば、一眼レフ形式のカメラ、フィルムカメラ、およびビデオカメラ等に適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０、２１０、３１０    結像光学系
１１ａ〜１１ｃ    透過型表示素子
１２、１３、３２、３３    ダイクロイックミラー
１４、３４    クロスダイクロイックプリズム
１５、２１５、３１５    光源
１６ａ〜１６ｃ    コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ、３８    全反射ミラー
２１ａ〜２１ｃ    ＤＭＤ素子
２４ａ〜２４ｃ    ＴＩＲプリズム
２５、３５ａ〜３５ｃ    偏光分離プリズム
３１ａ〜３１ｃ    反射型表示素子
４１    カメラボディ
４２    シャッターボタン
４３    電源ボタン
４４、４５    操作部
４６    表示部
４７    マウント
４８    交換レンズ
４９    結像光学系
１００、２００、３００    投写型表示装置
１０５、２０５、３０５    スクリーン
４００    カメラ
Ａ    軸上光束
Ｂ    最大画角の光束
Ｌ１〜Ｌ３１    レンズ
ＬＣ１    第１レンズ対
ＬＣ２    第２レンズ対
Ｍ    中間像
ＰＰ    光学部材
Ｓｉｍ    画像表示面
Ｓｔ    開口絞り
Ｚ    光軸
【図１】
2020052386.tif 000024
【図２】
2020052386.tif 000025
【図３】
2020052386.tif 000026
【図４】
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【図５】
2020052386.tif 000028
【図６】
2020052386.tif 000029
【図７】
2020052386.tif 000030
【図８】
2020052386.tif 000031
【図９】
2020052386.tif 000032
【図１０】
2020052386.tif 000033
【図１１】
2020052386.tif 000034
【図１２】
2020052386.tif 000035
【図１３】
2020052386.tif 000036