(57)【要約】【課題】周辺部まで解像力が十分確保され、低歪みでありながら超広角な撮像レンズを提供すること。【解決手段】物体側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、開口絞りＳと、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇｒ２と、を備え、結像領域ＣＡは、光軸ＡＸに対してシフトしており、第１レンズ群Ｇｒ１は、結像領域ＣＡが光軸ＡＸに対してシフトしている方向に関して非軸対称な形状を有する非対称レンズＮＳを少なくとも１枚含む。【選択図】図１
2016126254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、
全体で負の屈折力を有する第１レンズ群と、
開口絞りと、
全体で正の屈折力を有する第２レンズ群と、
を備え、
結像領域は、光軸に対してシフトしており、
前記第１レンズ群は、前記結像領域が光軸に対してシフトしている方向に関して非軸対称な形状を有する非対称レンズを少なくとも１枚含むことを特徴とする撮像レンズ。
【請求項２】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
−４．０＜ＦＧ１／ｆ＜−２．０
ただし、
ＦＧ１：前記第１レンズ群の焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
【請求項３】
前記第１レンズ群において、最も物体側に配置される第１レンズは、回転対称な形状を有し、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
−５５．０＜ＦＬ１／ｆ＜−１０．０
ただし、
ＦＬ１：前記第１レンズの焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
【請求項４】
前記第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の回転対称な形状を有し、ガラス球面レンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
【請求項５】
前記第１レンズ群は、少なくとも２枚以上の負レンズを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
【請求項６】
前記第１レンズ群は、外形の一部を直線としたＤカット形状を有するレンズを少なくとも１枚含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
【請求項７】
前記第２レンズ群は、全て回転対称なレンズで構成されており、前記光軸を中心として対称であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
【請求項８】
前記第２レンズ群は、１枚の正レンズと１枚の負レンズとを貼り合せた接合レンズを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
【請求項９】
前記非対称レンズは、自由曲面形状を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
【請求項１０】
前記非対称レンズは、回転対称な形状を有し、前記光軸に対して偏芯させて配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の撮像レンズと、
撮像素子と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の撮像レンズと、
前記撮像レンズの結像位置に配置される画像表示素子と、
を備え、
前記画像表示素子で形成された画像を、前記撮像レンズを用いて拡大投影することを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被投影面の近接位置から投影を行う投影装置に組み込み可能な撮像レンズ、並びに当該撮像レンズを組み込んだ撮像装置及び投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像を投影光学系によって被投影面であるスクリーン上に拡大投影する投影装置には、小型軽量でありながら、短い投影距離でも大画面に映し出せる広角な投影光学系が望まれている。そのような中で、スクリーンの真下や真上等、スクリーンに近接した位置に配置できる短焦点投影装置が登場してきた。
【０００３】
また、投影装置には、単にＰＣ画面をスクリーン等に投影するだけでなく、ホワイトボード等にＰＣ画面を投影しながら、そこに手書きの文字を書き込み、その情報を画像として記録したり、発表者の動きを感知して投影画面のページを進ませたりする等の、インタラクティブな機能の付いたものが出てきている。また、これを実現する投影装置には投影画像の台形歪み補正や周辺環境に合わせた明るさ補正等の使用状況に応じた各種補正処理が必要となってくる。ここで、単純な台形歪み補正や明るさ補正を行う、または人物の単純な動きを検出するだけであれば、撮像装置はＶＧＡ（Video Graphics Array）程度の画素数で十分であるが、手書きの文字を投影画像に重畳させて画像データとして取り込むためには、メガクラスの解像度が必要となる。そのため、投影像の撮影に用いられる撮像レンズもさらに高性能であることが望まれる。
【０００４】
前述のようなスクリーンに近接した位置に配置する短焦点投影装置に、上記撮像装置を組み込もうとすると、撮像レンズが非常に広角である必要が出てくる。そのため、投影面の周辺部の解像力を十分に確保することが難しくなるおそれがある。また、周辺部での歪曲収差が大きくなり、取り込まれる画像に歪曲補正を行うことで、結果として周辺部の解像力低下を引き起こしてしまうおそれがある。したがって、超広角でありながら広角レンズに発生しがちな樽型の歪曲収差を極力抑えた光学系が必要となってくる。
【０００５】
特許文献１には、回転非対称なアナモルフィック非球面を使用することで、広角であるものの樽型の歪曲収差を極力抑えた光学系が提案されている。また、特許文献２には、リレー光学系とすることで、広角であるものの歪曲収差を非常に小さく抑えた光学系が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の光学系は車載用途を想定しているため、水平方向の画角は十分広角であるが、垂直方向の画角が１３０°前後であり、超至近距離から広範囲を撮像する用途としては不十分である。また、特許文献２の光学系は歪曲収差が非常に小さく抑えられているが、画角が９０°前後で不十分であり、リレー光学系を使用しているため光学全長が非常に大きくなってしまっており、撮像装置の大型化を免れない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１０９２６８号公報
【特許文献２】米国特許第７７６８７１５号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、周辺部まで解像力が十分確保され、低歪みでありながら超広角な撮像レンズを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、上記撮像レンズを組み込んだ撮像装置及び投影装置を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る撮像レンズは、物体側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群と、開口絞りと、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群と、を備え、結像領域は、光軸に対してシフトしており、第１レンズ群は、結像領域が光軸に対してシフトしている方向に関して非軸対称な形状を有する非対称レンズを少なくとも１枚含む。ここで、光軸とは、開口絞りの中心を通り、開口絞りの断面に垂直な軸のことを意味する。
【００１１】
上記撮像レンズは、物体側から順に負レンズ群、正レンズ群の順に配置する、所謂レトロフォーカスタイプのレンズ構成とすることで、小型でありながら十分に広角なレンズとなる。また、撮像レンズの結像領域が光軸に対してシフトし、光軸を中心として非対称であることにより、被写体の端部側に、つまり周縁又はその外側に対向してその近くに撮像レンズを配置して被写体全体を撮影しても、撮影範囲を効率良く取り込むことができる。また、第１レンズ群が非対称レンズを含むことにより、歪曲収差を小さく抑えつつ、周辺部まで高解像度な画像を得ることができる。
【００１２】
本発明の具体的な側面では、撮像レンズは、以下の条件式を満足する。
−４．０＜ＦＧ１／ｆ＜−２．０    …    （１）
ただし、ＦＧ１は第１レンズ群の焦点距離であり、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離である。
条件式（１）は、撮像レンズの広角化と光学全長の短縮化とを両立するための条件式である。条件式（１）の下限値を上回ることで、第１レンズ群の負の屈折力を適度に維持することができ、より広角なレンズ系を得ることができる。一方、条件式（１）の上限値を下回ることで、第１レンズ群の負の屈折力が必要以上に強くなりすぎず、撮像レンズの光学全長を短くすることができる。
【００１３】
本発明の別の側面では、第１レンズ群において、最も物体側に配置される第１レンズは、回転対称な形状を有し、以下の条件式を満足する。
−５５．０＜ＦＬ１／ｆ＜−１０．０    …    （２）
ただし、ＦＬ１は第１レンズの焦点距離であり、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離である。
条件式（２）は第１レンズの焦点距離を適切に設定するための条件式である。条件式（２）の下限値を上回ることで、第１レンズ群の負の屈折力を適度に維持することができ、より広角なレンズ系を得ることができる。一方、条件式（２）の上限値を下回ることで、第１レンズ群の負の屈折力が必要以上に強くなりすぎず、第１レンズ群で発生する歪曲収差を小さく抑えることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の回転対称な形状を有し、ガラス球面レンズである。この場合、第１レンズの中心部が周辺部より突出していても、ガラス製であることによりレンズ表面を傷つけることを抑制することができる。また、回転対称な球面形状とすることにより、加工コストを低減することができる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、第１レンズ群は、少なくとも２枚以上の負レンズを有する。この場合、非常に広角で入射してくる被写体周辺部の光線を、複数の負レンズで分散して屈折させることができる。そのため、歪曲収差、像面湾曲、及びコマ収差等が発生しにくくなり、結果として、低歪曲で高解像度な撮像レンズとなる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、第１レンズ群は、外形の一部を直線としたＤカット形状を有するレンズを少なくとも１枚含む。この場合、結像領域がシフトして光線がレンズの片側のみ通過することで生じる不使用領域において、不要光が内面反射をして結像面に到達してしまうことを防いだり、撮像レンズの径方向の厚みを小さくしたりすることができる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面では、第２レンズ群は、全て回転対称なレンズで構成されており、光軸を中心として対称である。第２レンズ群は、歪曲収差等の各種収差を補正する効果が少ないため、第２レンズ群を第１レンズ群のように非対称レンズを含むものとしなくてもよい。このように、第２レンズ群を回転対称なレンズで構成することにより、レンズの加工や組み立てを容易にすることができる。
【００１８】
本発明のさらに別の側面では、第２レンズ群は、１枚の正レンズと１枚の負レンズとを貼り合せた接合レンズを有する。この場合、色収差の補正が難しい超広角なレンズ系であっても、接合レンズをレンズ系に入れることにより色収差を補正することができる。なお、第２レンズ群は、レンズ有効径が比較的小さくなる傾向があり、接合レンズの加工難易度やコストを低減することができる。
【００１９】
本発明のさらに別の側面では、非対称レンズは、自由曲面形状を有する。この場合、光線通過領域における形状の自由度が向上し、低歪曲で高解像度な撮像レンズとなる。
【００２０】
本発明のさらに別の側面では、非対称レンズは、回転対称な形状を有し、光軸に対して偏芯させて配置されている。この場合、光線通過領域における形状の自由度が相対的に向上し、低歪曲で高解像度な撮像レンズとなる。また、回転対称な光学面であるため、自由曲面で形成した面よりも加工の難易度が低くなり、面形状の補正も行いやすくなる。そのため、より高精度な面形状とすることができる。
【００２１】
本発明に係る撮像装置は、上述の撮像レンズと、撮像素子と、を備える。
【００２２】
上記撮像装置は、上述のような撮像レンズを組み込むことで、近接距離から広範囲を撮影することができ、かつ周辺部まで良好に収差を補正した画像を得ることができる。
【００２３】
本発明に係る投影装置は、上述の撮像レンズと、撮像レンズの結像位置に配置される画像表示素子と、を備え、画像表示素子で形成された画像を、撮像レンズを用いて拡大投影する。
【００２４】
上記投影装置は、上述の撮像レンズの結像位置に画像表示素子を配置することによって、撮像レンズが画像表示素子で形成された画像を被写体面へ拡大投影するための投影レンズの働きをすることとなる。上述の撮像レンズは、投影レンズとして使用しても何ら問題はなく、上記投影装置は、超至近距離から大画面に対して、歪曲収差が小さく、周辺部まで高解像度な画像を投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の撮像レンズを備える撮像装置等を説明する概念図である。
【図２】図１に示す撮像装置の使用状態の一例を説明する概念図である。
【図３】実施例１の撮像装置のうち撮像レンズ等の断面図である。
【図４】（Ａ）は、実施例１の撮像装置で取得した画像のディストーション格子図であり、（Ｂ）は、比較例の撮像装置で取得した画像のディストーション格子図である。
【図５】比較例の撮像装置の使用状態を説明する概念図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の撮像装置の性能を示すＭＴＦ特性図である。
【図７】被写体面上のＭＴＦ評価位置を説明する図である。
【図８】実施例２の撮像装置のうち撮像レンズ等の断面図である。
【図９】実施例２の撮像装置で取得した画像のディストーション格子図である。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の撮像装置の性能を示すＭＴＦ特性図である。
【図１１】実施例３の撮像装置のうち撮像レンズ等の断面図である。
【図１２】実施例３の撮像装置で取得した画像のディストーション格子図である。
【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３の撮像装置の性能を示すＭＴＦ特性図である。
【図１４】第２実施形態の投影装置を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照して、本発明の第１実施形態である撮像レンズ及び撮像装置について説明する。なお、図１で例示した撮像レンズ１０は、後述する実施例１の撮像レンズ１１と同一の構成となっている。
【００２７】
図１に示すように、撮像装置１００は、被写体像（物体像）を形成する撮像レンズ１０と、撮像レンズ１０によって形成された被写体像を検出する撮像素子５１と、この撮像素子５１を背後から保持するとともに配線等を有する配線基板５２と、撮像レンズ１０等を保持するとともに物体側からの光束を入射させる開口部ＯＰを有する鏡筒部５４とを備える。
【００２８】
撮像レンズ１０は、撮像素子５１の撮像面（結像面）Ｉに被写体像を結像させるものであって、物体側から順に、第１レンズ群Ｇｒ１と、開口絞りＳと、第２レンズ群Ｇｒ２とを備える。
【００２９】
撮像素子５１は、固体撮像素子からなるセンサーチップである。撮像素子５１の光電変換部は、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）からなり、入射光をＲＧＢ毎に光電変換し、そのアナログ信号を出力する。撮像素子５１は、撮像領域ＩＡを撮像レンズ１０に対して大きく偏らせるため、撮像レンズ１０の光軸ＡＸに対してシフトして配置されている。ここで、光軸ＡＸとは、撮像レンズ１０を構成する各レンズの光軸（中心軸）ではなく、開口絞りＳの中心を通り、開口絞りＳの断面に垂直な軸のことを意味する。
【００３０】
配線基板５２は、撮像素子５１を他の部材（例えば鏡筒部５４）に対してアライメントして固定する役割を有する。配線基板５２は、外部回路から撮像素子５１や駆動機構５５ａを駆動するための電圧や信号の供給を受けたり、また、検出信号を上記外部回路へ出力したりすることを可能としている。
【００３１】
撮像素子５１の撮像レンズ１０側には、不図示のホルダー部材によって、赤外線カットフィルターや撮像素子５１のシールガラス等の平行平板Ｆが撮像素子５１等を覆うように配置・固定されている。
【００３２】
鏡筒部５４は、撮像レンズ１０を収納し保持している。鏡筒部５４には、撮像レンズ１０を構成する第１及び第２レンズＧｒ１，Ｇｒ２のうちいずれか１つ以上のレンズを光軸ＡＸに沿って移動させることにより、撮像レンズ１０の合焦の動作を可能にするため、例えば駆動機構５５ａを設けることもできる。
【００３３】
以下、撮像レンズ１０について詳細に説明する。図１に示す撮像レンズ１０は、物体側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、開口絞りＳと、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇｒ２とを備える。第１レンズ群Ｇｒ１は、第２レンズ群Ｇｒ２と比較して開口絞りＳより離れた位置に配置されている。図２に示すように、撮像レンズ１０の結像領域ＣＡは、光軸ＡＸに対してシフトしており、光軸ＡＸを中心として非対称となっている。具体的には、図１のように被写体ＢＳの下端に対向してこれに近接するように撮像装置１００を配置する場合、結像領域ＣＡを光軸ＡＸに対して下方向にシフトさせる。撮像レンズ１０のうち、物体側の第１レンズ群Ｇｒ１は、結像領域ＣＡが光軸ＡＸに対してシフトしている方向に関して非軸対称な形状を有する非対称レンズＮＳを少なくとも１枚含んでいる。なお、非対称レンズＮＳは、光軸ＡＸ及び結像領域ＣＡがシフトしている方向に垂直な方向（紙面に垂直な方向）に関して軸対称となっている。
【００３４】
非対称レンズＮＳは、例えば自由曲面形状を有している。図１の例で言えば、第１レンズ群Ｇｒ１の第２レンズＬ２が自由曲面形状を有している。あるいは、非対称レンズＮＳは、例えば回転対称な形状を有し、光軸ＡＸに対して偏芯させて配置させたものでもよい。ここで、偏芯は、レンズの中心軸を光軸ＡＸに対してシフトさせたり、チルトさせたりして生じさせている。撮像レンズ１０は、以上のような非対称レンズＮＳを含むことにより、光線通過領域における形状の自由度が向上し、低歪曲で高解像度なレンズとなる。なお、後者の非対称レンズＮＳのように、回転対称なレンズを光軸ＡＸに対して偏芯させる場合、回転対称な光学面であるため、自由曲面で形成した面よりも加工の難易度が低くなり、面形状の補正が行いやすくなる。そのため、より高精度な面形状とすることができる。
【００３５】
また、第１レンズ群Ｇｒ１は、外形の一部を直線としたＤカット形状を有するレンズを少なくとも１枚含む構成としてもよい。既に説明したように、第１レンズ群Ｇｒ１は、開口絞りＳから離れた位置にある傾向があり、撮像レンズ１０の結像領域ＣＡが光軸ＡＸに対してシフトしていると、光線が第１レンズ群Ｇｒ１の片側しか通過していかないこととなり、光線が通過していかない片側が不使用領域となる。そのため、第１レンズ群Ｇｒ１が、外形の一部を直線としたＤカット形状を有するレンズを少なくとも１枚含む構成とすると、不要光が内面反射をして結像面に到達してしまうことを防いだり、撮像レンズ１０の径方向の厚みを小さくしたりすることができる。
【００３６】
また、撮像レンズ１０は、以下の条件式を満足する。
−４．０＜ＦＧ１／ｆ＜−２．０    …    （１）
ただし、ＦＧ１は第１レンズ群Ｇｒ１の焦点距離であり、ｆは撮像レンズ１０全系の焦点距離である。
条件式（１）は、撮像レンズ１０の広角化と光学全長の短縮化とを両立するための条件式である。条件式（１）の下限値を上回ることで、第１レンズ群Ｇｒ１の負の屈折力を適度に維持することができ、より広角なレンズ系を得ることができる。一方、条件式（１）の上限値を下回ることで、第１レンズ群Ｇｒ１の負の屈折力が必要以上に強くなりすぎず、撮像レンズ１０の光学全長を短くすることができる。
【００３７】
第１レンズ群Ｇｒ１は、少なくとも２枚以上の負レンズを有している。第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の回転対称形状を有し、ガラス球面レンズとなっている。
【００３８】
なお、第１レンズ群Ｇｒ１において、最も物体側に配置される第１レンズＬ１は、回転対称な形状を有していてもよい。この場合、撮像レンズ１０は、以下の条件式を満足する。
−５５．０＜ＦＬ１／ｆ＜−１０．０    …    （２）
ただし、ＦＬ１は第１レンズＬ１の焦点距離であり、ｆは撮像レンズ１０全系の焦点距離である。
条件式（２）は第１レンズＬ１の焦点距離を適切に設定するための条件式である。条件式（２）の下限値を上回ることで、第１レンズ群Ｇｒ１の負の屈折力を適度に維持することができ、より広角なレンズ系を得ることができる。一方、条件式（２）の上限値を下回ることで、第１レンズ群Ｇｒ１の負の屈折力が必要以上に強くなりすぎず、第１レンズ群Ｇｒ１で発生する歪曲収差を小さく抑えることができる。
【００３９】
第２レンズ群Ｇｒ２は、全て回転対称なレンズで構成されており、光軸ＡＸを中心として対称となっている。被写体ＢＳを撮像する範囲である撮像領域ＩＡからの光線がレンズの同じ部分を通過する傾向にある第２レンズ群Ｇｒ２は、第１レンズ群Ｇｒ１に主に起因する歪曲収差等の各種収差を補正する効果が少ないため、第２レンズ群Ｇｒ２を第１レンズ群Ｇｒ１のように非対称レンズＮＳを含むものとしなくてもよい。このように、第２レンズ群Ｇｒ２を回転対称なレンズで構成することにより、レンズの加工や組み立てを容易にすることができる。
【００４０】
また、第２レンズ群Ｇｒ２は、１枚の正レンズと１枚の負レンズとを貼り合せた接合レンズＣＳを有している。超広角なレンズ系では色収差の補正が難しい傾向にあり、色収差補正のための接合レンズＣＳを撮像レンズ系に入れることが望ましい。その際に、レンズ有効径を比較的小さくできる第２レンズ群Ｇｒ２中に接合レンズＣＳを入れることで、接合レンズＣＳの加工難易度やコストを低減することができる。
【００４１】
以上において、図１に示すように、撮像レンズ１０を被写体ＢＳの下端側に配置した場合を想定しているが、下端側に限らず、上端側、左右端側に配置してもよい。この場合、結像領域ＣＡをそれぞれの撮像領域ＩＡの方向に合わせてシフトさせて配置すればよい。また、第１レンズ群Ｇｒ１を構成する非対称レンズＮＳの光軸ＡＸまわりの角度を例えば９０°単位で回転させればよい。
【００４２】
以下、撮像装置１００の使用状態について説明する。図２に示すように被写体面ＰＳからの画像である光線ＩＲは、撮像装置１００に入射する。撮像装置１００に入射する光線ＩＲは、撮像レンズ１０の第１レンズ群Ｇｒ１を構成するレンズＬ１〜Ｌ３の上側の領域ＡＲ１、つまり光軸ＡＸに対してシフトしている方向に関する偏った領域を順次通過し、第２レンズ群Ｇｒ２等を経て撮像面Ｉに結像する。なお、撮像装置１００において、第１レンズ群Ｇｒ１を構成するレンズＬ１〜Ｌ３の下側の領域ＡＲ２では、光線ＩＲは通過していない。
【００４３】
以上説明した撮像レンズ１０及び撮像装置１００は、物体側から順に負レンズ群、正レンズ群の順に配置する、所謂レトロフォーカスタイプのレンズ構成とすることで、小型でありながら十分に広角なレンズとなる。本実施形態において、撮像レンズ１０に必要な画角は、被写体ＢＳから撮像レンズ１０までの距離（撮影距離）を約２５ｃｍ程度、撮像領域ＩＡの対角線長を約８０ｉｎｃｈと想定している。例えばホワイトボード上に書かれた文字を撮影する場合、ホワイトボード近傍で文字を書いている人物が写りこまないようにしようとすると、上述のように２５ｃｍ程度の至近距離から撮像することが望ましい。また、できるだけ大画面を一度に撮像することが望ましく、上述のように十分な撮像領域ＩＡとして約８０ｉｎｃｈの対角線長を想定している。この条件下では、撮像レンズに要求される画角は約１６０°程度の超広角レンズが必要となってくる。
【００４４】
また、本実施形態では、ある被写体ＢＳに正対させて配置して正面から撮影するわけではなく、被写体ＢＳの端部側から全体を撮影することを想定している。ここで、結像領域ＣＡが撮像レンズ１０の光軸ＡＸを中心として略対称になるように配置されていると、本来必要のない範囲まで写りこんでしまうことになる。そこで、撮像レンズ１０の光軸ＡＸに対して結像領域ＣＡを片側にシフトさせて配置させることにより、撮影範囲を効率よく取り込むことができる。結像領域ＣＡを撮像レンズ１０の光軸ＡＸに対してシフトさせて配置すると、開口絞りＳから離れたレンズ（本実施形態では第１レンズ群Ｇｒ１）では、レンズの一部分しか光線が通過していかないこととなる。したがって、そのようなレンズを回転対称な形状で構成する必要はない。特に開口絞りＳから離れており、歪曲収差の補正に効果の高い、負レンズ群である第１レンズ群Ｇｒ１の少なくとも１枚のレンズを、結像領域ＣＡがシフトした方向に関して非軸対称な形状で構成することで、歪曲収差を小さく抑えつつ、周辺部まで高解像度な画像を得ることができる。不要部（レンズＬ１〜Ｌ３の下側の領域ＡＲ２）については、上述したようにレンズをカットすることができる。上述のような撮像レンズ１０を搭載することで、近接距離から広範囲を撮影可能で、かつ周辺部まで良好に収差補正のされた撮像装置１００を得ることができる。
【００４５】
〔実施例〕
以下、本発明に係る撮像レンズ及び撮像装置の実施例を示す。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
ｆ：撮像レンズの焦点距離
Ｆｎｏ：Ｆナンバー
Ｒ：近軸曲率半径
Ｄ：軸上面間隔
Ｎｄ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ：レンズ材料のアッベ数
Ｓｉ：シフト量
Ｔｉ：チルト量
ここで、シフトとは、被写体に向かって左右方向をＸ軸（右方向が正）、上下方向をＹ軸（上方向が正）とした場合、Ｙ軸方向のシフトである。また、チルトとは、Ｘ軸周りの回転であり、反時計周りを正としている。
その他、記号Surf.Nは、面番号を意味し、記号INFは、無限大又は∞を意味し、記号P-Surf.は、被写体面ＰＳを意味し、記号I-Surf.は、撮像面（結像面）Ｉを意味し、記号STOPは、絞りを意味し、PRは、プリズムを意味する。
【００４６】
各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＺ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。
【数１】
2016126254.tif 000003
ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ  ：曲率半径
Ｋ  ：円錐定数
また、自由曲面形状は、上記非球面形状と同じく、面の頂点を原点とし、光軸方向にＺ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数２」で表す。
【数２】
2016126254.tif 000004
ただし、
Ｃｊ：xmynの係数
Ｒ  ：曲率半径
Ｋ  ：円錐定数
【００４７】
〔実施例１〕
実施例１の撮像レンズの光学諸元値を以下に示す。
Fno：2.80
被写体サイズ：1771mm×1328mm
【００４８】
実施例１の撮像レンズのレンズ面等のデータを以下の表１に示す。
〔表１〕
Surf.N       R [mm]     D [mm]     Nd     νd
P-Surf.                250.000
1*         45.167       2.360   1.5447   56.2
2*         17.235      11.926
3**      -222.750       1.882   1.5447   56.2
4**        11.575       8.480
5          48.320       2.986   1.7241   47.1
6           7.163      20.485
7(STOP)      INF        0.242
8          23.219       5.000   1.9229   18.8
9         -49.368       4.802
10           8.991       3.998   1.7729   49.6
11          -6.184       1.001   1.9229   18.8
12           8.560       0.172
13*          6.313       3.950   1.5447   56.2
14*         -5.712       0.873
15            INF        0.500   1.5163   64.1
16(I-Surf.)   INF
【００４９】
実施例１の撮像レンズの非球面係数を以下の表２に示す。なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（例えば２．５×１０−０２）をＥ（例えば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。
〔表２〕
第1面
K=0.0000E+00, A3=5.4115E-07, A4=-1.7872E-06, A5=1.8317E-09, 
A6=-1.7892E-10, A8=-2.3406E-13, A10=-2.5831E-16, 
A12=5.6916E-19, A14=0.0000E+00
第2面
K=0.0000E+00, A3=1.5830E-05, A4=1.1826E-05, A5=6.4851E-08, 
A6=1.0141E-07, A8=-1.9922E-11, A10=-2.9713E-13, 
A12=-8.1482E-16, A14=0.0000E+00
第13面
K=0.0000E+00, A3=0.0000E+00, A4=-5.5791E-04, A5=0.0000E+00, 
A6=-1.3675E-05, A8=1.0787E-06, A10=-7.9853E-10, 
A12=2.1679E-09, A14=-3.0682E-11
第14面
K=0.0000E+00, A3=0.0000E+00, A4=2.4356E-03, A5=0.0000E+00, 
A6=-3.5043E-05, A8=-4.1868E-07, A10=1.2063E-07, 
A12=7.9500E-10, A14=8.5635E-11
【００５０】
実施例１の撮像レンズの自由曲面係数を以下の表３に示す。
〔表３〕
2016126254.tif 000005
【００５１】
図３は、実施例１の撮像レンズ１１等の断面図である。撮像レンズ１１は、第１レンズ群Ｇｒ１と、開口絞りＳと、第２レンズ群Ｇｒ２とを有する。第１レンズ群Ｇｒ１は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３とで構成される。実施例１において、第１レンズ群Ｇｒ１のうち、第２レンズＬ２が非対称レンズＮＳとなっている。第２レンズＬ２は、自由曲面形状を有しており、回転非対称な形状となっている。具体的には、第２レンズＬ２は、被写体ＢＳから見た水平方向すなわちＸ軸方向（左右方向）に対して軸対称な形状を有するが、結像領域ＣＡがシフトしている垂直方向すなわちＹ軸方向（上下方向）に対して非軸対称な形状を有している。第２レンズ群Ｇｒ２は、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５と、第６レンズＬ６と、第７レンズＬ７とで構成される。第７レンズＬ７と撮像素子５１との間には、光学的ローパスフィルター、ＩＲカットフィルター、撮像素子５１のシールガラス等を想定した平行平板Ｆが設けられている。なお、符号Ｉは、撮像レンズ１１の結像面であり、かつ撮像素子５１の撮像面を示す（以下の実施例も同様）。本実施例では、撮像装置１００は、被写体ＢＳの下端中央部に配置されることを想定しており、結像領域ＣＡが下方へシフトしている。
【００５２】
図４（Ａ）は、実施例１の撮像装置１００で取得した画像のディストーション格子図である。このディストーション格子図は、撮像装置１００を被写体ＢＳの下端側に配置し、例えば約８０ｉｎｃｈの被写体ＢＳを２５ｃｍの距離から撮影して取得している。一方、図４（Ｂ）は、比較例の撮像レンズとして超広角レンズを組み込んだ撮像装置で実施例１と同様の条件下で取得した画像のディストーション格子図である。図５に示すように、比較例の撮像レンズは、上下方向の画角をより小さくするために、撮像レンズＩＬの光軸ＢＸを上方に傾けて配置している。図４（Ａ）からわかるように、実施例１のディストーション格子図は、周辺部の歪曲収差による圧縮度合いが大きく改善されている。一方、図４（Ｂ）に示すように、比較例のディストーション格子図は、光軸ＢＸを上方へ傾けていることによる台形歪みに加え、超広角レンズ起因の樽型の歪曲収差が合わさり、上端部の画像が大きく圧縮されている。この場合、上端部に文字が書かれていたとすると、この画像圧縮によって細かい文字は判別不可能であると考えられる。
【００５３】
図６（Ａ）及び６（Ｂ）は、被写体面ＰＳ上でのＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性図である。図６（Ａ）は、図７に示す撮像領域ＩＡのうち位置Ｆ１〜Ｆ３のＭＴＦ特性図であり、図６（Ｂ）は、図７に示す撮像領域ＩＡのうち位置Ｆ４〜Ｆ６のＭＴＦ特性図である（以降の実施例も同様）。図６（Ａ）及び６（Ｂ）中のＦｉ−Ｘ（ｉ＝１〜６）は、Ｆｉの位置でのＸ方向解像力を示し、Ｆｉ−Ｙ（ｉ＝１〜６）は、Ｆｉの位置でのＹ方向解像力を示す。ＭＴＦを計算する上での波長ウェイトは以下の通りである（以降の実施例も同様）。
〔波長ウェイト〕
波長        重み
650nm        107
610nm        503
555nm        1000
510nm        503
470nm        91
図６（Ａ）及び６（Ｂ）からわかるように、実施例１の撮像装置１００は、周辺部まで十分な解像力を得ている。
【００５４】
（実施例２）
実施例２の撮像レンズの光学諸元値を以下に示す。
Fno：2.80
被写体サイズ：1771mm×1328mm
【００５５】
実施例２の撮像レンズのレンズ面等のデータを以下の表４に示す。
〔表４〕
Surf.N       R [mm]     D [mm]     Nd     νd     Si [mm]   Ti [deg]
P-Surf.                250.000
1*         42.328       2.000   1.5447   56.2     5.34     0.11
2*         15.786      10.678                     5.34     0.11
3**       -69.110       1.530   1.5447   56.2
4**        11.405      11.507
5          36.641       1.743   1.7568   50.2
6           6.521      18.525
7(STOP)      INF        0.150
8          13.399       1.915   1.9229   18.8
9       -4214.430       4.250
10           8.989       3.358   1.7730   49.6
11          -4.632       1.000   1.9229   18.8
12           8.894       0.150
13*          5.794       3.280   1.5447   56.2
14*         -5.188       0.876
15            INF        0.500   1.5163   64.1
16(I-Surf.)   INF
【００５６】
実施例２の撮像レンズの非球面係数を以下の表５に示す。
〔表５〕
第1面
K=0.0000E+00, A3=1.4965E-05, A4=3.4806E-06, A5=7.6703E-09, 
A6=1.5734E-08, A8=-2.4911E-11, A10=4.4122E-16, 
A12=1.0473E-17, A14=0.0000E+00
第2面
K=0.0000E+00, A3=-6.4119E-04, A4=3.5174E-05, A5=-1.2788E-07, 
A6=2.3073E-08, A8=-1.2724E-10, A10=8.0621E-13, 
A12=3.0636E-14, A14=0.0000E+00
第13面
K=0.0000E+00, A3=0.0000E+00, A4=-1.1703E-03, A5=0.0000E+00, 
A6=-2.6058E-05, A8=3.5204E-06, A10=5.2613E-09, 
A12=1.8971E-09, A14=-3.0207E-12
第14面
K=0.0000E+00, A3=0.0000E+00, A4=2.8000E-03, A5=0.0000E+00, 
A6=-6.7766E-05, A8=-9.3277E-07, A10=4.6036E-07, 
A12=-7.5496E-10, A14=-3.3612E-12
【００５７】
実施例２の撮像レンズの自由曲面係数を以下の表６に示す。
〔表６〕
2016126254.tif 000006
【００５８】
図８は、実施例２の撮像レンズ１２等の断面図である。撮像レンズ１２は、第１レンズ群Ｇｒ１と、開口絞りＳと、第２レンズ群Ｇｒ２とを有する。第１レンズ群Ｇｒ１は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３とで構成される。実施例２において、第１レンズ群Ｇｒ１のうち、第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２が非対称レンズＮＳとなっている。第１レンズＬ１は、回転対称形状を有しているが、光軸ＡＸに対してＹ軸方向に偏芯している。そのため、第１レンズＬ１は、被写体ＢＳから見て水平方向すなわちＸ軸方向（左右方向）に対して軸対称な形状を有するが、結像領域ＣＡがシフトしている垂直方向すなわちＹ軸方向（上下方向）に対して非軸対称な形状を有している。第２レンズＬ２は、自由曲面形状を有しており、回転非対称な形状となっている。具体的には、第２レンズＬ２は、被写体ＢＳから見て水平方向（左右方向）に対して軸対称な形状を有するが、結像領域ＣＡがシフトしている垂直方向（上下方向）に対して非軸対称な形状を有している。第２レンズ群Ｇｒ２は、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５と、第６レンズＬ６と、第７レンズＬ７とで構成される。第７レンズＬ７と撮像素子５１との間には、平行平板Ｆが設けられている。
【００５９】
図９は、実施例２の撮像装置１００で取得した画像のディストーション格子図である。図９からわかるように、実施例２の撮像装置１００を用いることにより、周辺部の歪曲収差による圧縮度合いが大きく改善されている。
【００６０】
図１０（Ａ）及び１０（Ｂ）は、被写体面ＰＳ上でのＭＴＦ特性図である。図１０（Ａ）及び１０（Ｂ）からわかるように、実施例２の撮像装置１００は、周辺部まで十分な解像力を得ている。
【００６１】
（実施例３）
実施例３の撮像レンズの光学諸元値を以下に示す。
Fno：2.80
被写体サイズ：1771mm×1328mm
【００６２】
実施例３の撮像レンズのレンズ面等のデータを以下の表７に示す。
〔表７〕
Surf.N       R [mm]     D [mm]     Nd     νd     Si [mm]   Ti [deg]
P-Surf.                250.000
1*         14.968       1.000   1.7207   51.8     1.42     1.02
2*          6.111       4.456                     1.42     1.02
3*        -46.583       1.082   1.5311   55.7     0.07     3.81
4*          4.527       2.528                     0.07     3.81
5           6.356       1.011   1.4958   68.8
6           2.304       1.827
7(PR)        INF        5.000   1.8470   23.8
8(PR)        INF        1.082
9(STOP)      INF        0.150
10          13.399       1.000   1.9229   18.8
11       -4214.430       1.301
12           8.989       1.279   1.7730   49.6
13          -4.632       1.000   1.9229   18.8
14           8.894       0.150
15*          5.794       1.475   1.5311   55.7
16*         -5.188       0.692
17            INF        0.500   1.5163   64.1
18(I-Surf.)   INF
【００６３】
実施例３の撮像レンズの非球面係数を以下の表８に示す。
〔表８〕
第1面
K=4.3250E-01, A3=-3.2968E-05, A4=-1.5673E-05, A5=-8.9319E-07, 
A6=-1.0340E-07, A8=-1.3169E-10, A10=3.2117E-12, 
A12=3.2704E-14, A14=0.0000E+00
第2面
K=3.9469E-02, A3=1.1383E-04, A4=1.0325E-04, A5=2.2657E-06, 
A6=1.2032E-07, A8=-4.6227E-09, A10=3.0461E-13, 
A12=-7.2479E-12, A14=0.0000E+00
第3面
K=0.0000E+00, A3=0.0000E+00, A4=1.7285E-03, A5=0.0000E+00, 
A6=-3.5101E-06, A8=-1.7441E-07, A10=9.5480E-10, 
A12=2.8819E-11, A14=0.0000E+00
第4面
K=0.0000E+00, A3=0.0000E+00, A4=6.3746E-04, A5=0.0000E+00, 
A6=5.7079E-05, A8=1.1191E-05, A10=-1.0380E-06, 
A12=4.3856E-08, A14=0.0000E+00
第15面
K=0.0000E+00, A3=0.0000E+00, A4=-1.0663E-02, A5=0.0000E+00, 
A6=-1.4031E-03, A8=7.6487E-04, A10=-1.1550E-04, 
A12=1.8075E-05, A14=-1.5225E-07
第16面
K=0.0000E+00, A3=0.0000E+00, A4=3.1285E-02, A5=0.0000E+00, 
A6=-3.0311E-03, A8=-4.2725E-04, A10=3.7381E-04, 
A12=-7.1934E-06, A14=-1.6942E-07
【００６４】
図１１は、実施例３の撮像レンズ１３等の断面図である。撮像レンズ１３は、第１レンズ群Ｇｒ１と、開口絞りＳと、第２レンズ群Ｇｒ２とを有する。第１レンズ群Ｇｒ１は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、プリズムＰＲとで構成される。実施例３において、第１レンズ群Ｇｒ１のうち、第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２が非対称レンズＮＳとなっている。第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２は、回転対称形状を有しているが、光軸ＡＸに対してＹ軸方向に偏芯している。そのため、第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２は、被写体ＢＳから見て水平方向すなわちＸ軸方向（左右方向）に対して軸対称な形状を有するが、結像領域ＣＡがシフトしている垂直方向すなわちＹ軸方向（上下方向）に対して非軸対称な形状を有している。プリズムＰＲは、光路を９０°折り曲げるためのプリズムを想定したものである。第２レンズ群Ｇｒ２は、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５と、第６レンズＬ６と、第７レンズＬ７とで構成される。第７レンズＬ７と撮像素子５１との間には、平行平板Ｆが設けられている。
【００６５】
図１２は、実施例３の撮像装置１００で取得した画像のディストーション格子図である。図１２からわかるように、実施例３の撮像装置１００を用いることにより、周辺部の歪曲収差による圧縮度合いが大きく改善されている。
【００６６】
図１３（Ａ）及び１３（Ｂ）は、被写体面ＰＳ上でのＭＴＦ特性図である。図１３（Ａ）及び１３（Ｂ）からわかるように、実施例３の撮像装置１００は、周辺部まで十分な解像力を得ている。
【００６７】
以下の表９は、参考のため、条件式（１）及び（２）に対応する各実施例１〜３の値をまとめたものである。
〔表９〕
2016126254.tif 000007
【００６８】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る撮像レンズ及び投影装置等について説明する。なお、第２実施形態の投影装置等は第１実施形態の撮像レンズに投影レンズとしての機能を持たせており、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
【００６９】
図１４に示すように、本実施形態において、投影装置２００は被投影面ＳＣの下端側に配置される。投影装置２００は、被投影面ＳＣの近接位置から拡大投影を行うものであり、例えばインタラクティブな機能を有するプロジェクター用途を想定している。インタラクティブ機能の１つに、手書き文字の画像認識が挙げられる。投影装置２００は、投影光学系６０、照明光学系７０、画像表示素子８０等を備える。なお、図１４において、投影光学系６０、照明光学系７０、画像表示素子８０等を駆動する制御系を省略している。
【００７０】
投影光学系６０は、詳細な説明を省略するが、画像表示素子８０から得られる像を拡大してスクリーンその他の被投影体ＳＢに投影する。投影光学系６０として、図１等に示す撮像レンズ１０が用いられている。投影光学系６０は、一部のレンズ群を光軸ＡＸ方向に移動させることにより、フォーカシングや変倍を行わせることができる。
【００７１】
照明光学系７０は、図示を省略するが、光源、均一化光学系等を備える。照明光学系７０の光源としては、ＬＥＤ、水銀ランプ、レーザー等を用いることができる。
【００７２】
画像表示素子８０は、映像光を形成する透過型の表示素子であり、照明光学系７０からの照明光を画像信号に応じて変調することにより、画像を形成する。画像表示素子８０は、撮像レンズ１０の結像位置に相当する位置に配置される。また、画像表示素子８０で表示される画像領域ＧＡは、第１実施形態の撮像素子５１上の結像領域ＣＡと同様に、光軸ＡＸに対してシフトしており、光軸ＡＸを中心として非対称となっている。画像表示素子８０は、板状の電子部品である画像表示パネルからなる。なお、画像表示素子８０は、透過型の表示素子に限らず、反射型の表示素子としてもよい。この場合、投影装置２００は、それぞれに適合する光学系に変更する。
【００７３】
本実施形態における投影装置は、撮像レンズ１０を投影レンズとして使用しても何ら問題はなく、超至近距離から大画面に対して、歪曲収差が小さく、周辺部まで高解像度な画像を投影することができる。
【００７４】
なお、本実施形態において、投影光学系６０（撮像レンズ１０）を投影レンズと撮像レンズとを共有した構成としてもよい。
【００７５】
以上、実施形態に係る撮像レンズ等について説明したが、本発明に係る撮像レンズ等は、上記のものには限られない。例えば、撮像レンズ１０等の具体的な構成は、図示のものに限らず用途等に応じて適宜変更することができる。
【００７６】
上記実施形態において、結像領域ＣＡは、光軸ＡＸを避けたものとしたが、光軸ＡＸにまたがったものとしてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０，１１，１２，１３…撮像レンズ、  ５１…撮像素子、  ６０…投影光学系、  ７０…照明光学系、  ８０…画像表示素子、  １００…撮像装置、  ２００…投影装置、  ＣＡ…結像領域、  ＣＳ…接合レンズ、  Ｆ…平行平板、  Ｇｒ１，Ｇｒ２…レンズ群、  Ｉ…撮像面、  Ｌ１〜Ｌ７…レンズ、  ＮＳ…非対称レンズ
【図１】
2016126254.tif 000008
【図２】
2016126254.tif 000009
【図３】
2016126254.tif 000010
【図４】
2016126254.tif 000011
【図５】
2016126254.tif 000012
【図６】
2016126254.tif 000013
【図７】
2016126254.tif 000014
【図８】
2016126254.tif 000015
【図９】
2016126254.tif 000016
【図１０】
2016126254.tif 000017
【図１１】
2016126254.tif 000018
【図１２】
2016126254.tif 000019
【図１３】
2016126254.tif 000020
【図１４】
2016126254.tif 000021