(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小側共役点および拡大側共役点の両者と、内部の中間像の位置とを共役にする結像光学系であって、
最も拡大側から順に連続して、３枚以上の負レンズからなる負レンズ群と、正レンズとを有し、
前記中間像に最も近いレンズ成分であり、１枚の負レンズおよび該負レンズよりｄ線基準のアッベ数が小さい１枚の正レンズを拡大側から順に接合してなる第１の接合レンズと、
前記第１の接合レンズの縮小側に該第１の接合レンズに連続して配置され、全体として正の屈折力を有する第２の接合レンズと、
最も拡大側の前記正レンズと前記第１の接合レンズとの間に配置された少なくとも１組の接合レンズとを含むことを特徴とする結像光学系。
【請求項２】
前記第２の接合レンズは最も拡大側から順に連続して１枚の負レンズおよび１枚の正レンズを有し、
下記条件式（１）を満足する請求項１記載の結像光学系。
−９＜νｄｎ−νｄｐ＜−２    （１）
ただし、
νｄｎ：前記第２の接合レンズの前記負レンズのｄ線基準のアッベ数
νｄｐ：前記第２の接合レンズの前記正レンズのｄ線基準のアッベ数
【請求項３】
下記条件式（２）を満足する請求項１または２記載の結像光学系。
−０．０８＜｜ｆ｜／Ｒｐｒ＜−０．０３    （２）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒｐｒ：最も拡大側の前記正レンズの縮小側の面の曲率半径
【請求項４】
最も拡大側の前記正レンズと前記第１の接合レンズとの間に配置された前記接合レンズの少なくとも１組は下記条件式（３）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。
０＜｜ｆ｜／Ｒ３ｃｒ＜０．２    （３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒ３ｃｒ：最も拡大側の前記正レンズと前記第１の接合レンズとの間に配置された接合レンズの最も縮小側の面の曲率半径
【請求項５】
下記条件式（４）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載の結像光学系。
−０．０５＜｜ｆ｜／Ｒ２ｃｒ＜−０．０１    （４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒ２ｃｒ：前記第２の接合レンズの最も縮小側の面の曲率半径
【請求項６】
前記第２の接合レンズより縮小側にレンズを有し、下記条件式（５）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載の結像光学系。
０．９＜ｄ１２／ｄ２ｒ＜１．８    （５）
ただし、
ｄ１２：前記第１の接合レンズと前記第２の接合レンズとの光軸上の間隔
ｄ２ｒ：前記第２の接合レンズの縮小側に該第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、前記第２の接合レンズとの光軸上の間隔 
【請求項７】
前記第２の接合レンズより縮小側にレンズを有し、下記条件式（６）を満足する請求項１から６のいずれか１項記載の結像光学系。
３＜ｄ２ｒ／Ｙｍａｘ＜９    （６）
ただし、
ｄ２ｒ：前記第２の接合レンズの縮小側に該第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、前記第２の接合レンズとの光軸上の間隔
Ｙｍａｘ：縮小側の最大像高
【請求項８】
前記第１の接合レンズの最も拡大側のレンズ面は、光軸近傍が凸形状であり周辺部にいくに従い正の屈折力が減少する非球面形状を有する請求項１から７のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項９】
前記負レンズ群は３枚以上かつ６枚以下の負レンズからなる請求項１から８のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項１０】
前記負レンズ群の最も縮小側の負レンズの拡大側の面は凹面である請求項１から９のいずれか１項記載の結像光学系。
【請求項１１】
下記条件式（７）を満足する請求項１０記載の結像光学系。
０＜｜Ｒｎｆ｜／｜Ｒｎｒ｜＜０．１    （７）
ただし、
Ｒｎｆ：前記負レンズ群の最も縮小側の前記負レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒｎｒ：前記負レンズ群の最も縮小側の前記負レンズの縮小側の面の曲率半径
【請求項１２】
下記条件式（８）を満足する請求項１から１１のいずれか１項記載の結像光学系。
０．２＜｜ｆ｜／ｆＡ＜０．５    （８）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆＡ：最も拡大側のレンズから前記第１の接合レンズまでの合成焦点距離
【請求項１３】
下記条件式（１−１）を満足する請求項２記載の結像光学系。
−８＜νｄｎ−νｄｐ＜−３    （１−１）
【請求項１４】
下記条件式（２−１）を満足する請求項３記載の結像光学系。
−０．０７＜｜ｆ｜／Ｒｐｒ＜−０．０４    （２−１）
【請求項１５】
下記条件式（３−１）を満足する請求項４記載の結像光学系。
０＜｜ｆ｜／Ｒ３ｃｒ＜０．１    （３−１）
【請求項１６】
下記条件式（４−１）を満足する請求項５記載の結像光学系。
−０．０４＜｜ｆ｜／Ｒ２ｃｒ＜−０．０１    （４−１）
【請求項１７】
下記条件式（５−１）を満足する請求項６記載の結像光学系。
１＜ｄ１２／ｄ２ｒ＜１．７    （５−１）
【請求項１８】
光源と、
該光源からの光が入射するライトバルブと、
該ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する結像光学系としての請求項１から１７のいずれか１項記載の結像光学系とを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１９】
請求項１から１７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】
本発明は、投写型表示装置に用いられる投写光学系またはデジタルカメラ等に用いられる撮像光学系として好適な結像光学系、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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、投写型表示装置では、縮小側に配置された液晶表示素子またはＤＭＤ（Digital Micromirror Device：登録商標）等のライトバルブで変調された光による光学像を拡大側に投写する投写光学系が用いられている。また、従来、上記分野のカメラでは拡大側の被写体を撮像して縮小側の撮像素子上に結像させる撮像光学系が用いられている。これらの投写光学系および撮像光学系に使用可能な結像光学系として、結像光学系の内部で中間像を形成し、この中間像を再結像させる結像光学系が提案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、物体側から順に、対物レンズと、２枚の単レンズからなる第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群前群と、正立プリズムと、正の屈折力を有する第２レンズ群後群とを備え、対物レンズにより形成された第１の像を所望のサイズの第２の像に再結像する光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０７−１１９８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年のライトバルブの性能向上を受けて、ライトバルブと組み合わされる結像光学系には、ライトバルブの解像度に見合った良好な収差補正が求められており、特に色収差が良好に補正されていることが求められている。また、投写型表示装置を用いて大ホールや展示会等で大画面に投写する場面、あるいはプレゼンテーション用など比較的狭い室内空間で使用される場面を考慮して、より広角な結像光学系が強く要望されるようになっている。さらに、Ｆナンバーが小さい結像光学系であることも求められている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の結像光学系は、色収差が十分小さいとは言えず、また、近年の要望に応えるためには画角とＦナンバーの点でも改善が求められる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、Ｆナンバーが小さく、広角で、色収差が良好に補正されて高い光学性能を有する結像光学系、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】
【０００８】
本発明の結像光学系は、縮小側共役点および拡大側共役点の両者と、内部の中間像の位置とを共役にする結像光学系であって、最も拡大側から順に連続して、３枚以上の負レンズからなる負レンズ群と、正レンズとを有し、中間像に最も近いレンズ成分であり、１枚の負レンズおよびこの負レンズよりｄ線基準のアッベ数が小さい１枚の正レンズを拡大側から順に接合してなる第１の接合レンズと、第１の接合レンズの縮小側に第１の接合レンズに連続して配置され、全体として正の屈折力を有する第２の接合レンズと、最も拡大側の正レンズと第１の接合レンズとの間に配置された少なくとも１組の接合レンズとを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の結像光学系においては、第２の接合レンズは最も拡大側から順に連続して１枚の負レンズおよび１枚の正レンズを有し、これら負レンズおよび正レンズについて下記条件式（１）を満足することが好ましく、下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
−９＜νｄｎ−νｄｐ＜−２    （１）
−８＜νｄｎ−νｄｐ＜−３    （１−１）
ただし、
νｄｎ：第２の接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数
νｄｐ：第２の接合レンズの正レンズのｄ線基準のアッベ数
【００１０】
本発明の結像光学系においては、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
−０．０８＜｜ｆ｜／Ｒｐｒ＜−０．０３    （２）
−０．０７＜｜ｆ｜／Ｒｐｒ＜−０．０４    （２−１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒｐｒ：最も拡大側の正レンズの縮小側の面の曲率半径
【００１１】
本発明の結像光学系においては、最も拡大側の正レンズと第１の接合レンズとの間に配置された接合レンズの少なくとも１組は下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
０＜｜ｆ｜／Ｒ３ｃｒ＜０．２    （３）
０＜｜ｆ｜／Ｒ３ｃｒ＜０．１    （３−１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒ３ｃｒ：最も拡大側の正レンズと第１の接合レンズとの間に配置された接合レンズの最も縮小側の面の曲率半径
【００１２】
本発明の結像光学系においては、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
−０．０５＜｜ｆ｜／Ｒ２ｃｒ＜−０．０１    （４）
−０．０４＜｜ｆ｜／Ｒ２ｃｒ＜−０．０１    （４−１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒ２ｃｒ：第２の接合レンズの最も縮小側の面の曲率半径
【００１３】
本発明の結像光学系においては、第２の接合レンズより縮小側にレンズを有し、下記条件式（５）を満足することが好ましく、下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
０．９＜ｄ１２／ｄ２ｒ＜１．８    （５）
１＜ｄ１２／ｄ２ｒ＜１．７    （５−１）
ただし、
ｄ１２：第１の接合レンズと第２の接合レンズとの光軸上の間隔
ｄ２ｒ：第２の接合レンズの縮小側に第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、第２の接合レンズとの光軸上の間隔
【００１４】
本発明の結像光学系においては、第２の接合レンズより縮小側にレンズを有し、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
３＜ｄ２ｒ／Ｙｍａｘ＜９    （６）
ただし、
ｄ２ｒ：第２の接合レンズの縮小側に第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、第２の接合レンズとの光軸上の間隔
Ｙｍａｘ：縮小側の最大像高
【００１５】
本発明の結像光学系においては、第１の接合レンズの最も拡大側のレンズ面は、光軸近傍が凸形状であり周辺部にいくに従い正の屈折力が減少する非球面形状を有することが好ましい。
【００１６】
本発明の結像光学系においては、負レンズ群は３枚以上かつ６枚以下の負レンズからなることが好ましい。
【００１７】
本発明の結像光学系においては、負レンズ群の最も縮小側の負レンズの拡大側の面は凹面であることが好ましい。その場合、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
０＜｜Ｒｎｆ｜／｜Ｒｎｒ｜＜０．１    （７）
ただし、
Ｒｎｆ：負レンズ群の最も縮小側の負レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒｎｒ：負レンズ群の最も縮小側の負レンズの縮小側の面の曲率半径
【００１８】
本発明の結像光学系においては、下記条件式（８）を満足することが好ましい。
０．２＜｜ｆ｜／ｆＡ＜０．５    （８）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆＡ：最も拡大側のレンズから第１の接合レンズまでの合成焦点距離
【００２０】
本発明の投写型表示装置は、光源と、この光源からの光が入射するライトバルブと、このライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する結像光学系としての上記本発明の結像光学系を備えたものである。
【００２１】
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の結像光学系を備えたものである。
【００２２】
なお、上記「拡大側」は、被投写側（スクリーン側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にスクリーン側を拡大側と称するものとする。一方、上記「縮小側」は、原画像表示領域側（ライトバルブ側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。
【００２３】
なお、上記の「〜からなる」は、実質的なことを意図するものであり、挙げられた構成要素以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、実質的にパワーを有さない反射部材、絞り、フィルタ、および／またはカバーガラス等のレンズ以外の光学要素が含まれていてもよい。
【００２４】
なお、上記の「連続して」は、レンズおよび実質的にパワーを有する光学部材に関することであり、実質的にパワーを有さない反射部材は対象外とする。
【００２５】
なお、上記の「中間像に最も近い」は光軸上で考えるものとし、「中間像に最も近いレンズ成分」は中間像と離隔しているレンズ成分に限定されず、レンズ成分の内部に中間像が位置するものでもよい。
【００２６】
なお、上記の「レンズ成分」とは、光軸上での空気接触面が拡大側の面と縮小側の面の２つのみのものであり、１つのレンズ成分とは１つの単レンズあるいは１組の接合レンズを意味する。
【００２７】
なお、上記のレンズ群の屈折力の符号、レンズの屈折力の符号、レンズの面形状、および面の曲率半径は、非球面が含まれているものは特に断りがない限り近軸領域で考えることとする。
【００２８】
なお、上記の各条件式の値は、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準としたものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、内部に中間像を形成する結像光学系において、拡大側に配置するレンズの構成を好適に設定し、また、３組以上の接合レンズを有し、これら接合レンズの位置および／または構成を好適に設定しているため、Ｆナンバーが小さく、広角で、色収差が良好に補正されて高い光学性能を有する結像光学系、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】本発明の実施例１の結像光学系の構成と光路を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２の結像光学系の構成と光路を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例３の結像光学系の構成と光路を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１の結像光学系の各収差図である。
【図５】本発明の実施例２の結像光学系の各収差図である。
【図６】本発明の実施例３の結像光学系の各収差図である。
【図７】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８】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９】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１０】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１１】図１０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では、左側を拡大側、右側を縮小側としている。図１に示す結像光学系は、光軸Ｚに沿って拡大側から順に、レンズＬ１〜Ｌ２２の２２枚のレンズからなる。また、図１では軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。
【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、スクリーンＳｃｒと、色合成部または照明光分離部に用いられるフィルタおよびプリズム等を想定した光学部材ＰＰと、光学部材ＰＰの縮小側に配置されたライトバルブの画像表示面Ｓｉｍとを合わせて図示している。この結像光学系は中間像を１つのみ形成する光学系であり、投写型表示装置においては、画像表示素子上の画像表示面Ｓｉｍに表示された画像をこの結像光学系内部で中間像として一次結像させ、この中間像をスクリーンＳｃｒに投写して拡大像として二次結像させる。
【００３３】
この結像光学系は、縮小側共役点および拡大側共役点の両者と、内部の中間像の位置とを共役にする光学系である。光軸方向において、画像表示面Ｓｉｍの位置が縮小側共役面の位置に対応し、スクリーンＳｃｒの位置が拡大側共役面の位置に対応する。図１では、縮小側共役面と光軸Ｚの交点である縮小側共役点Ｐ０、光軸上の中間像の位置Ｐ１、および拡大側共役面と光軸Ｚの交点である拡大側共役点Ｐ２も示している。
【００３４】
通常の中間像を結ばない光学系は、焦点距離を短くして広角化をしようとすると、どうしても拡大側のレンズ径が大きくなるが、本実施形態のように中間像を形成し、さらにこの中間像をスクリーンに再結像させる方式の光学系では、拡大側のレンズ径を小さくすることが可能であり、焦点距離を短くして広角化するのに適している。
【００３５】
この結像光学系は、最も拡大側から順に連続して、３枚以上の負レンズからなる負レンズ群ＧＮと、正レンズとを有する。負レンズ群ＧＮにより像面湾曲を抑えることが容易となる。また、負レンズ群ＧＮの縮小側に負レンズ群ＧＮに連続して配置された正レンズにより歪曲収差を抑えることが容易となる。図１の例では、レンズＬ７がこの正レンズに対応する。図１のレンズＬ７は全系の中で最も拡大側の正レンズとなる。
【００３６】
図１の例では、負レンズ群ＧＮはレンズＬ１〜Ｌ６から構成されている。負レンズ群ＧＮは、歪曲収差と倍率色収差の補正を有利に行うためには３枚以上の負レンズからなることが好ましく、光学系の小型化を図るためには６枚以下の負レンズからなることが好ましい。また、負レンズ群ＧＮの最も縮小側の負レンズの拡大側の面は凹面であることが好ましく、このようにした場合は球面収差を抑えることに有利となる。
【００３７】
この結像光学系は、中間像に最も近いレンズ成分として、１枚の負レンズと１枚の正レンズを拡大側から順に接合してなる第１の接合レンズＣＥ１を有する。第１の接合レンズＣＥ１を構成する負レンズと正レンズは、負レンズのｄ線基準のアッベ数より正レンズのｄ線基準のアッベ数が小さくなるように構成される。中間像に最も近いレンズ成分として上記構成の接合レンズを配置することで、倍率色収差および軸上色収差を良好に補正することが容易となる。中間像に最も近いレンズ成分では軸外光線の光線高が高いため、このレンズ成分を正負のレンズからなる接合レンズとし、これら正負のレンズのアッベ数を上記のように設定することで、倍率色収差の補正を効果的に行うことができ、広角化に有利となる。なお、図１の例では、負のレンズＬ１３と正のレンズＬ１４が接合レンズＣＥ１を構成しており、第１の接合レンズＣＥ１内に中間像の位置Ｐ１がある。
【００３８】
また、この結像光学系は、第１の接合レンズＣＥ１の縮小側に第１の接合レンズＣＥ１に連続して配置され、全体として正の屈折力を有する第２の接合レンズＣＥ２を有する。第２の接合レンズＣＥ２は第１の接合レンズＣＥ１に連続して配置されるものであるため、第２の接合レンズＣＥ２における軸外光線の光線高は比較的高いものとなる。また、第２の接合レンズＣＥ２は中間像の縮小側に配置される正の屈折力を有するレンズ成分であるため第２の接合レンズＣＥ２において軸上光束は広がりをもつこととなる。第２の接合レンズＣＥ２によって、倍率色収差および軸上色収差を良好に補正することが容易となる。
【００３９】
さらに、この結像光学系は、最も拡大側の正レンズと第１の接合レンズＣＥ１との間に配置された少なくとも１組の接合レンズを有する。これにより、軸上色収差および倍率色収差を良好に補正することが容易となる。図１の例では、最も拡大側の正のレンズＬ７と第１の接合レンズＣＥ１との間に、レンズＬ１０とレンズＬ１１が接合されてなる第３の接合レンズＣＥ３が配置されている。このように、第１の接合レンズＣＥ１の縮小側に第２の接合レンズＣＥ２、拡大側に第３の接合レンズＣＥ３を有することで、軸上色収差および倍率色収差のバランスを良好にとりながら色収差を補正することが容易になる。
【００４０】
一般に、Ｆナンバーを小さくするほど、また、画角を広くするほど、色収差の補正が困難になる。しかし、本実施形態の結像光学系は、少なくとも３組の接合レンズを有し、各接合レンズを好適に配置し、第１の接合レンズＣＥ１ではレンズ構成も好適に設定しているため、軸上色収差と倍率色収差の良好な補正が容易となり、Ｆナンバーが小さく広角のレンズ系を実現することに有利となる。
【００４１】
次に、本実施形態の結像光学系の条件式に関する好ましい構成およびその効果について説明する。結像光学系は、以下に述べる各条件式のいずれか１つ、または任意の組合せを満足することが好ましい。
【００４２】
上記の第２の接合レンズＣＥ２は、最も拡大側から順に連続して１枚の負レンズおよび１枚の正レンズを有することが好ましく、その場合はこれら負レンズおよび正レンズについて下記条件式（１）を満足することが好ましい。なお、ここでいう「最も拡大側」は、第２の接合レンズＣＥ２内で最も拡大側という意味である。
−９＜νｄｎ−νｄｐ＜−２    （１）
ただし、
νｄｎ：第２の接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数
νｄｐ：第２の接合レンズの正レンズのｄ線基準のアッベ数
【００４３】
条件式（１）を満足するように構成することで、軸上色収差および倍率色収差を良好に補正することができる。条件式（１）に関する効果を高めるためには下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
−８＜νｄｎ−νｄｐ＜−３    （１−１）
【００４４】
最も拡大側の正レンズについて、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
−０．０８＜｜ｆ｜／Ｒｐｒ＜−０．０３    （２）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒｐｒ：最も拡大側の正レンズの縮小側の面の曲率半径
【００４５】
条件式（２）を満足するように構成することで、歪曲収差を抑えることができる。条件式（２）に関する効果を高めるためには下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
−０．０７＜｜ｆ｜／Ｒｐｒ＜−０．０４    （２−１）
【００４６】
また、最も拡大側の正レンズと第１の接合レンズＣＥ１との間に配置された接合レンズの少なくとも１組は下記条件式（３）を満足することが好ましい。
０＜｜ｆ｜／Ｒ３ｃｒ＜０．２    （３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒ３ｃｒ：最も拡大側の正レンズと第１の接合レンズとの間に配置された接合レンズの最も縮小側の面の曲率半径
【００４７】
条件式（３）を満足するように構成することで、非点収差を抑えることができる。条件式（３）の下限に関する効果を得ながら条件式（３）の上限に関する効果を高めるためには下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
０＜｜ｆ｜／Ｒ３ｃｒ＜０．１    （３−１）
【００４８】
第２の接合レンズＣＥ２は、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
−０．０５＜｜ｆ｜／Ｒ２ｃｒ＜−０．０１    （４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒ２ｃｒ：第２の接合レンズの最も縮小側の面の曲率半径
【００４９】
条件式（４）の下限以下とならないようにすることで、像面湾曲を抑えることができる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、全長の短縮化に有利となる。条件式（４）の上限に関する効果を得ながら条件式（４）の下限に関する効果を高めるためには下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
−０．０４＜｜ｆ｜／Ｒ２ｃｒ＜−０．０１    （４−１）
【００５０】
また、この結像光学系は、第２の接合レンズＣＥ２より縮小側にレンズを有することが好ましく、その場合、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
０．９＜ｄ１２／ｄ２ｒ＜１．８    （５）
ただし、
ｄ１２：第１の接合レンズと第２の接合レンズとの光軸上の間隔
ｄ２ｒ：第２の接合レンズの縮小側に第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、第２の接合レンズとの光軸上の間隔
【００５１】
条件式（５）を満足するように構成することで、歪曲収差を抑えることができる。条件式（５）に関する効果を高めるためには下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
１＜ｄ１２／ｄ２ｒ＜１．７    （５−１）
【００５２】
この結像光学系が第２の接合レンズＣＥ２より縮小側にレンズを有する場合、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
３＜ｄ２ｒ／Ｙｍａｘ＜９    （６）
ただし、
ｄ２ｒ：第２の接合レンズの縮小側に第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、第２の接合レンズとの光軸上の間隔
Ｙｍａｘ：縮小側の最大像高
【００５３】
条件式（６）を満足するように構成することで、歪曲収差を抑えることができる。条件式（６）に関する効果を高めるためには下記条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
４＜ｄ２ｒ／Ｙｍａｘ＜８    （６−１）
【００５４】
負レンズ群ＧＮの最も縮小側の負レンズの拡大側の面を凹面とした場合は、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
０＜｜Ｒｎｆ｜／｜Ｒｎｒ｜＜０．１    （７）
ただし、
Ｒｎｆ：負レンズ群の最も縮小側の負レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒｎｒ：負レンズ群の最も縮小側の負レンズの縮小側の面の曲率半径
【００５５】
条件式（７）を満足するように構成することで、球面収差を抑えることができる。条件式（７）に関する効果を高めるためには下記条件式（７−１）を満足することがより好ましい。
０．００５＜｜Ｒｎｆ｜／｜Ｒｎｒ｜＜０．０９５    （７−１）
【００５６】
また、この結像光学系は、下記条件式（８）を満足することが好ましい。
０．２＜｜ｆ｜／ｆＡ＜０．５    （８）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆＡ：最も拡大側のレンズから第１の接合レンズまでの合成焦点距離
【００５７】
条件式（８）の下限以下とならないようにすることで、全長の短縮化に有利となる。条件式（８）の上限以上とならないようにすることで、像面湾曲を抑えることができる。条件式（８）に関する効果を高めるためには下記条件式（８−１）を満足することがより好ましい。
０．２７＜｜ｆ｜／ｆＡ＜０．４３    （８−１）
【００６０】
なお、図１の結像光学系は２２枚のレンズからなるが、結像光学系を構成するレンズ枚数は図１の例とは異なる枚数を採ることも可能である。
【００６１】
上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、Ｆナンバーが小さく、広角で、色収差が良好に補正されて高い光学性能を有する結像光学系を実現することが可能である。なお、ここでいう「Ｆナンバーが小さく」とはＦナンバーが２．４より小さいことを意味し、「広角」とは全画角が１２０°より大きいことを意味する。
【００６２】
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。なお、図１〜図３で用いている符号Ｌ１〜Ｌ２３は、符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各図ごとに独立に用いており、そのため他の図のものと共通の符号を付していても、それらは必ずしも共通の構成とは限らない。
【００６３】
［実施例１］
実施例１の結像光学系のレンズ構成と光路は図１に示したものであり、その図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。実施例１の結像光学系は、拡大側から順に、負のレンズＬ１〜Ｌ６、正のレンズＬ７〜Ｌ１０、負のレンズＬ１１、正のレンズＬ１２、負のレンズＬ１３、正のレンズＬ１４、負のレンズＬ１５、正のレンズＬ１６〜Ｌ１７、負のレンズＬ１８〜Ｌ１９、正のレンズＬ２０〜Ｌ２２からなる。レンズＬ１０とレンズＬ１１は接合されて第３の接合レンズＣＥ３を構成している。レンズＬ１３とレンズＬ１４は接合されて第１の接合レンズＣＥ１を構成している。レンズＬ１５とレンズＬ１６は接合されて第２の接合レンズＣＥ２を構成している。レンズＬ１９とレンズＬ２０は接合されている。
【００６４】
実施例１の結像光学系の基本レンズデータを表１に、諸元を表２に、非球面係数を表３に示す。表１のＳｉの欄には最も拡大側の構成要素の拡大側の面を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付した場合のｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔を示す。表１のＮｄｊの欄には最も拡大側の構成要素を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に関する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。
【００６５】
ここで、曲率半径の符号は、拡大側に凸面を向けた面形状のものを正とし、縮小側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には光学部材ＰＰも合わせて示している。
【００６６】
表２に、全系の焦点距離の絶対値｜ｆ｜、縮小側をバック側とした場合の空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、および最大全画角２ωの値をｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。
【００６７】
表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３に、実施例１の各非球面の非球面係数を示す。表３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、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。
【００６８】
【数１】
0006576299.tif 000002
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（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
【００６９】
各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。
【００７０】
【表１】
0006576299.tif 000003
【００７１】
【表２】
0006576299.tif 000004
【００７２】
【表３】
0006576299.tif 000005
【００７３】
図４に左から順に、実施例１の結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、および倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ）に関す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線に関する収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、およびＦ線に関す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。図４に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側共役点までの光軸上の距離が０．４２９５ｍの場合のものである。
【００７４】
上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。
【００７５】
［実施例２］
実施例２の結像光学系のレンズ構成と光路の断面図を図２に示す。実施例２の結像光学系は、拡大側から順に、負のレンズＬ１〜Ｌ６、正のレンズＬ７〜Ｌ８、負のレンズＬ９、正のレンズＬ１０〜Ｌ１１、負のレンズＬ１２、正のレンズＬ１３、負のレンズＬ１４、正のレンズＬ１５、負のレンズＬ１６、正のレンズＬ１７〜Ｌ１８、負のレンズＬ１９〜Ｌ２０、正のレンズＬ２１〜Ｌ２３からなる。レンズＬ８とレンズＬ９は接合されて第４の接合レンズＣＥ４を構成している。レンズＬ１１レンズＬ１２は接合されて第３の接合レンズＣＥ３を構成している。レンズＬ１４とレンズＬ１５は接合されて第１の接合レンズＣＥ１を構成している。レンズＬ１６とレンズＬ１７は接合されて第２の接合レンズＣＥ２を構成している。レンズＬ２０とレンズＬ２１は接合されている。
【００７６】
実施例２の結像光学系の基本レンズデータを表４に、諸元を表５に、非球面係数を表６に、各収差図を図５に示す。図５に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側共役点までの光軸上の距離が０．４２９５ｍの場合のものである。
【００７７】
【表４】
0006576299.tif 000006
【００７８】
【表５】
0006576299.tif 000007
【００７９】
【表６】
0006576299.tif 000008
【００８０】
［実施例３］
実施例３の結像光学系のレンズ構成と光路の断面図を図３に示す。実施例３の結像光学系は、拡大側から順に、負のレンズＬ１〜Ｌ５、正のレンズＬ６〜Ｌ９、負のレンズＬ１０、正のレンズＬ１１、負のレンズＬ１２、正のレンズＬ１３、負のレンズＬ１４、正のレンズＬ１５〜Ｌ１６、負のレンズＬ１７〜Ｌ１８、正のレンズＬ１９〜Ｌ２１からなる。レンズＬ９とレンズＬ１０は接合されて第３の接合レンズＣＥ３を構成している。レンズＬ１２とレンズＬ１３は接合されて第１の接合レンズＣＥ１を構成している。レンズＬ１４とレンズＬ１５は接合されて第２の接合レンズＣＥ２を構成している。レンズＬ１８とレンズＬ１９は接合されている。
【００８１】
実施例３の結像光学系の基本レンズデータを表７に、諸元を表８に、非球面係数を表９に、各収差図を図６に示す。図６に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側共役点までの光軸上の距離が０．４２９５ｍの場合のものである。
【００８２】
【表７】
0006576299.tif 000009
【００８３】
【表８】
0006576299.tif 000010
【００８４】
【表９】
0006576299.tif 000011
【００８５】
表１０に実施例１〜３の結像光学系の条件式（１）〜（８）の対応値を示す。実施例２の条件式（３）の対応値は第３の接合レンズＣＥ３に関するものである。また、表１０に示す値はｄ線を基準とするものである。
【００８６】
【表１０】
0006576299.tif 000012
【００８７】
以上のデータからわかるように、実施例１〜３の結像光学系は、全画角が１５４°以上あり広角に構成され、Ｆナンバーが２．４未満であり小さなＦナンバーを有し、色収差を含む諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。
【００８８】
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７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７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、光路を偏向するための全反射ミラー１８ａ〜１８ｃとを有する。なお、図７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７ではその図示を省略している。
【００８９】
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光、Ｂ光、Ｒ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。
【００９０】
図８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８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８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８ではその図示を省略している。
【００９１】
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。
【００９２】
図９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９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、光路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９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９ではその図示を省略している。
【００９３】
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。
【００９４】
図１０、図１１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１０は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図１１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。
【００９５】
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、撮像された画像や、撮像される前の画角内にある画像を表示するためのものである。
【００９６】
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。
【００９７】
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）などの撮像素子（不図示）、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などが設けられている。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。
【００９８】
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、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
【００９９】
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。
【０１００】
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などに適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０、４９、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
１００、２００、３００    投写型表示装置
１０５、２０５、３０５    スクリーン
４００    カメラ
ＣＥ１    第１の接合レンズ
ＣＥ２    第２の接合レンズ
ＣＥ３    第３の接合レンズ
ＧＮ    負レンズ群
Ｌ１〜Ｌ２３    レンズ
Ｐ０    縮小側共役点
Ｐ１    中間像の位置
Ｐ２    拡大側共役点
ＰＰ    光学部材
Ｓｃｒ    スクリーン
Ｓｉｍ    画像表示面
ｗａ    軸上光束
ｗｂ    最大画角の光束
Ｚ    光軸
【図１】
0006576299.tif 000013
【図２】
0006576299.tif 000014
【図３】
0006576299.tif 000015
【図４】
0006576299.tif 000016
【図５】
0006576299.tif 000017
【図６】
0006576299.tif 000018
【図７】
0006576299.tif 000019
【図８】
0006576299.tif 000020
【図９】
0006576299.tif 000021
【図１０】
0006576299.tif 000022
【図１１】
0006576299.tif 000023