CN113348395B - 光学系统、图像投影装置以及摄像装置 - Google Patents

Abstract

本公开是一种在内部具有分别与放大侧的放大共轭点以及缩小侧的缩小共轭点共轭的中间成像位置(MI)的光学系统，所述光学系统具备：放大光学系统(Op)，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置(MI)更靠所述放大侧的位置；和中继光学系统(Ol)，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置(MI)更靠所述缩小侧的位置。所述放大光学系统从所述放大侧起依次具有第1透镜元件(L1)、第2透镜元件(L2)，该第2透镜元件(L2)具有正的光焦度。该光学系统满足以下的条件(1)。23<|f2/fw|<1000…(1)在此，f2：第2透镜元件(L2)的焦距，fw：广角端的整个系统的焦距。

Description

光学系统、图像投影装置以及摄像装置

技术领域

本公开涉及形成中间像的光学系统。此外，本公开涉及使用了这种光学系统的图像投影装置以及摄像装置。

背景技术

专利文献1公开了一种利用再成像方式、广视角且遍及整个变焦范围而具有高光学性能且容易小型化的变焦光学系统。变焦光学系统从放大共轭侧向缩小共轭侧依次包含第1光学系统和具有变焦功能的第2光学系统，具有如下的光学作用，即放大共轭侧的放大共轭点在第1光学系统与第2光学系统之间的中间成像位置成像，在中间成像位置成像的像在缩小共轭侧的缩小共轭点重新成像。

专利文献2公开了一种广角且小型并且简单的变焦镜头。变焦镜头在与缩小侧成像面共轭的位置形成中间像，使中间像在放大侧成像面重新成像，夹着中间像的形成位置，放大侧包含第1光学系统，缩小侧包含第2光学系统，第2光学系统包含：在变倍时使与相邻的组的光轴方向的间隔变化而移动的两个移动透镜组、和在变倍时相对于缩小侧成像面被固定的两个固定透镜组。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-152890号公报

专利文献2：日本特开2018-036388号公报

发明内容

-发明要解决的课题-

本公开提供一种能够削减广角变焦镜头的制造成本的光学系统。此外，本公开提供一种使用了这种光学系统的图像投影装置以及摄像装置。

-解决课题的手段-

本公开的一方式是一种光学系统，在内部具有分别与放大侧的放大共轭点以及缩小侧的缩小共轭点共轭的中间成像位置，所述光学系统具备：

放大光学系统，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置更靠所述放大侧的位置；和

中继光学系统，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置更靠所述缩小侧的位置，

所述放大光学系统从所述放大侧起依次具有第1透镜元件、第2透镜元件，该第2透镜元件具有正的光焦度，

所述光学系统满足以下的条件(1)，

23＜|f2/fw|＜1000···(1)

在此，

f2：所述第2透镜元件的焦距

fw：广角端的整个系统的焦距。

此外，本公开的另一方式是一种光学系统，在内部具有分别与放大侧的放大共轭点以及缩小侧的缩小共轭点共轭的中间成像位置，所述光学系统具备：

放大光学系统，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置更靠所述放大侧的位置；和

中继光学系统，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置更靠所述缩小侧的位置，

所述放大光学系统包含：相对于最轴外光束的主光线与光轴相交的交叉位置而位于所述放大侧的前组、和相对于该交叉位置而位于所述缩小侧的后组，

所述光学系统包含：

位于从所述放大光学系统的所述放大侧起第一位置的球面透镜；

被配置于所述前组的第1非球面透镜；

被配置于所述后组的第2非球面透镜；和

被配置于所述中继光学系统的第3非球面透镜。

此外，本公开所涉及的图像投影装置具备：上述光学系统；和图像形成元件，生成经由该光学系统而投影至屏幕的图像。

此外，本公开所涉及的摄像装置具备：上述光学系统；和摄像元件，对该光学系统所形成的光学像进行受光并转换为电图像信号。

-发明效果-

通过本公开所涉及的光学系统，能够减少广角透镜的畸变像差。因此，非球面透镜修正的负担减少，能够低价地制造非球面透镜。

此外，通过本公开所涉及的光学系统，能够尽可能地减小非球面透镜的外径，能够尽可能地减小非球面透镜的片数。因此能够削减广角变焦镜头的制造成本。

附图说明

图1是表示实施例1的变焦镜头系统的物体距离900mm处的广角端的光路的配置图。

图2是实施例1的变焦镜头系统的物体距离900mm处的配置图。

图3是实施例1的变焦镜头系统的物体距离900mm处的纵像差图。

图4是实施例1的变焦镜头系统的物体距离600mm处的纵像差图。

图5是实施例1的变焦镜头系统的物体距离2400mm处的纵像差图。

图6是表示实施例2的变焦镜头系统的物体距离900mm处的广角端的光路的配置图。

图7是实施例2的变焦镜头系统的物体距离900mm处的配置图。

图8是实施例2的变焦镜头系统的物体距离900mm处的纵像差图。

图9是实施例2的变焦镜头系统的物体距离600mm处的纵像差图。

图10是实施例2的变焦镜头系统的物体距离2400mm处的纵像差图。

图11是表示实施例3的变焦镜头系统的物体距离900mm处的广角端的光路的配置图。

图12是实施例3的变焦镜头系统的物体距离900mm处的配置图。

图13是实施例3的变焦镜头系统的物体距离900mm处的纵像差图。

图14是实施例3的变焦镜头系统的物体距离600mm处的纵像差图。

图15是实施例3的变焦镜头系统的物体距离2400mm处的纵像差图。

图16是实施例1～3的变焦镜头系统的局部放大图。

图17是表示本公开所涉及的图像投影装置的一个例子的框图。

图18是表示本公开所涉及的摄像装置的一个例子的框图。

具体实施方式

以下，适当地参照附图，对实施方式详细进行说明。但是，可能省略非必要详细的说明。例如，可能省略已知事项的详细说明、或者针对实质相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗余，使本领域技术人员容易理解。

另外，申请人为了本领域技术人员充分理解本公开而提供了附图以及以下的说明，并不意图通过这些来限定权利要求书所述的主题。

以下，对本公开所涉及的光学系统的各实施例进行说明。在各实施例中，对光学系统被用于将基于图像信号并通过液晶、DMD(数字微镜器件)等的图像形成元件而对入射光进行空间调制的原图像S的图像光投影到屏幕的投影仪(图像投影装置的一个例子)的情况进行说明。即，本公开所涉及的光学系统能够利用于在放大侧的延长线上配置未图示的屏幕、将配置于缩小侧的图像形成元件上的原图像S放大并投影到屏幕。

此外，本公开所涉及的光学系统也能够利用于对从位于放大侧的延长线上的物体放射的光进行聚光，在配置于缩小侧的摄像元件的摄像面形成物体的光学像。

(实施方式1)

以下，使用图1～图16来对本公开的实施方式1进行说明。在此，作为光学系统的一个例子，对变焦镜头系统进行说明。

图1、6、11是表示实施例1～3所涉及的变焦镜头系统的物体距离900mm处的广角端的光路的配置图。图2、7、12是实施例1～3所涉及的变焦镜头系统的物体距离900mm处的配置图。图2的(a)、图7的(a)、图12的(a)表示变焦镜头系统的广角端处的透镜配置图。图2的(b)、图7的(b)、图12的(b)表示变焦镜头系统的中间位置处的透镜配置图。图2的(c)、图7的(c)、图12的(c)表示变焦镜头系统的望远端处的透镜配置图。图16是实施例1～3所涉及的变焦镜头系统的局部放大图。

广角端是整个系统具有最短的焦距fw的最短焦距状态。中间位置是广角端与望远端之间的中间焦距状态。望远端是整个系统具有最长的焦距ft的最长焦距状态。基于广角端的焦距fw与望远端的焦距ft，规定中间位置的焦距fm＝√(fw×ft)。

实施例1～3所涉及的变焦镜头系统包含第1透镜组G1～第5透镜组G5。第1透镜组G1包含第1透镜元件L1至第16透镜元件L16，包含面1至面32(参照后述的数值实施例)。第2透镜组G2包含第17透镜元件L17至第19透镜元件L19，包含面33至面38。第3透镜组G3包含第20透镜元件L20至第23透镜元件L23，包含面39面47。第4透镜组G4包含第24透镜元件L24，包含面48至面49。第5透镜组G5包含第25透镜元件L25、第26透镜元件L26以及光学元件P1、P2，包含面50至面57。

各图的(a)与各图的(b)之间图示的折线的箭头是从图中的上方起依次将广角端、中间位置以及望远端的各状态下的第1透镜组G1～第5透镜组G5的位置连结而得到的直线。广角端与中间位置之间、中间位置与望远端之间仅单纯地通过直线连接，与实际的各透镜组G1～G5的移动不同。此外，对各个透镜组G1～G5的符号赋予的记号(+)、(-)表示各透镜组G1～G5的光焦度的正负。

此外，在图1、6、11中，变焦镜头系统包含：在物体距离变化时进行聚焦调整的聚焦调整透镜组FG1、聚焦调整透镜组FG1进行了聚焦调整之后进行像面弯曲像差的修正的像面弯曲修正透镜组FG2。聚焦调整透镜组FG1从放大侧向缩小侧依次包含第1透镜元件L1至第10透镜元件L10，像面弯曲修正透镜组FG2包含第1透镜元件L1和第2透镜元件L2。在聚焦时，聚焦调整透镜组FG1能够沿着光轴移动。聚焦调整透镜组FG1在从投影距离较远的一侧向较近的一侧移动时，向放大侧移动。在对放大侧的放大共轭点处的像面弯曲像差进行修正时，像面弯曲修正透镜组FG2能够沿着光轴移动。图1、图6的像面弯曲修正透镜组FG2在从投影距离较远的一侧向较近的一侧移动时，向缩小侧移动。图11的像面弯曲修正透镜组FG2在从投影距离较远的一侧向较近的一侧移动时，向放大侧以及缩小侧移动。

各图中，放大侧的成像位置(即，放大共轭点)位于左侧，缩小侧的成像位置(即，缩小共轭点)位于右侧。此外，各图中，记载于最缩小侧的直线表示原图像S的位置，光学元件P位于原图像S的放大侧。光学元件P表示颜色分解、颜色合成用的棱镜、光学滤波器、平行平板玻璃、水晶低通滤波器、红外截止滤波器等的光学元件。

实施例1～3所涉及的变焦镜头系统在内部具有分别与放大侧的放大共轭点以及缩小侧的缩小共轭点共轭的中间成像位置MI。此外，各图中，在比中间成像位置MI更靠放大侧的位置配置放大光学系统Op，在比中间成像位置MI更靠缩小侧的位置配置中继光学系统Ol。

放大光学系统Op包含：相对于最轴外光束的主光线与光轴相交的交叉位置Q而位于放大侧的前组Opf、和相对于该交叉位置Q而位于缩小侧的后组Opr。前组Opf以及后组Opr可以具有单一或者多个透镜元件，在透镜元件的内部存在交叉位置Q的情况下，该透镜元件的一个面属于前组Opf，该透镜元件的另一个面属于后组Opr。

图3、8、13是实施例1～3所涉及的变焦镜头系统的物体距离900mm处的纵像差图。图4、9、14是实施例1～3所涉及的变焦镜头系统的物体距离600mm处的纵像差图。图5、10、15是实施例1～3所涉及的变焦镜头的物体距离2400mm处的纵像差图。各图中的(a)、(b)、(c)表示变焦镜头系统的广角端、中间位置以及望远端处的纵像差图。

各纵像差图从左侧起依次表示球面像差(SA(mm))、像散(AST(mm))、畸变像差(DIS(％))。球面像差图中，纵轴表示F值(图中，由F表示)，实线是d线(d-line)，短虚线是F线(F-line)，长虚线是C线(C-line)的特性。像散图中，纵轴表示像高，实线是弧矢平面(图中，由s表示)，虚线是子午平面(图中，由m表示)的特性。畸变像差图中，纵轴表示像高。此外，畸变像差表示相对于等距离投影的畸变像差。

(实施例1～3)

如图1、2、6、7、11、12所示，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统具备放大光学系统Op和中继光学系统Ol。放大光学系统Op包含第1透镜元件L1至第13透镜元件L13。放大光学系统Op包含前组Opf和后组Opr。

放大光学系统Op的前组Opf从放大侧向缩小侧依次包含第1透镜元件L1至第5透镜元件L5、以及第6透镜元件L6的放大侧面。第1透镜元件L1具有将凸面朝向放大侧的负弯月形状。第2透镜元件L2具有将凸面朝向放大侧的正弯月形状。第3透镜元件L3具有将凸面朝向放大侧的负弯月形状。第4透镜元件L4具有将凸面朝向放大侧的负弯月形状。第5透镜元件L5具有将凸面朝向放大侧的正弯月形状。第6透镜元件L6具有将凸面朝向缩小侧的正弯月形状。

放大光学系统Op的后组Opr从放大侧向缩小侧依次包含上述第6透镜元件L6的缩小侧面、以及第7透镜元件L7至第13透镜元件L13。第7透镜元件L7具有双凸形状。第8透镜元件L8具有双凹形状。第9透镜元件L9具有双凸形状。第10透镜元件L10具有将凸面朝向缩小侧的正弯月形状。第11透镜元件L11具有双凸形状。第12透镜元件L12在实施例1、2中具有双凸形状，在实施例3中具有将凸面朝向放大侧的正弯月形状。第13透镜元件L13具有将凸面朝向放大侧的正弯月形状。

在放大光学系统Op中，第1透镜元件L1以及第2透镜元件L2是在修正像面弯曲像差时沿着光轴移动的像面弯曲修正透镜组。此外，第1透镜元件L1～第10透镜元件L10是在调整聚焦时沿着光轴移动的聚焦调整透镜组。

中继光学系统Ol从放大侧向缩小侧依次包含第14透镜元件L14至第26透镜元件L26。第14透镜元件L14具有双凹形状。第15透镜元件L15具有将凸面朝向放大侧的负弯月形状。第16透镜元件L16具有将凸面朝向缩小侧的正弯月形状。第17透镜元件L17具有双凸形状。第18透镜元件L18具有双凹形状。第19透镜元件L19具有双凸形状。第20透镜元件L20具有将凸面朝向放大侧的正弯月形状。第21透镜元件L21具有将凸面朝向放大侧的负弯月形状。第22透镜元件L22具有双凹形状。第23透镜元件L23具有双凸形状。第24透镜元件L24具有双凸形状。第25透镜元件L25具有将凸面朝向放大侧的负弯月形状。第26透镜元件L26具有双凸形状。

作为一个例子，第4透镜元件L4与前述第1非球面透镜对应，第10透镜元件L10与前述第2非球面透镜对应，第15透镜元件L15与前述第3非球面透镜对应。

在第13透镜元件L13与第14透镜元件L14之间存在中间成像位置MI。此外，在第21透镜元件L21与第22透镜元件L22之间配置光圈A。在中继光学系统Ol的缩小侧，配置光学焦度为零的光学元件P1、P2，这些与光学元件P对应。

另外，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统不仅包含具有光学焦度的透镜元件，也可以包含光学焦度为零或者实质为零的元件、例如反光镜、光圈、掩膜、玻璃罩、滤波器、棱镜、波长板、偏振光元件等的光学要素等。

实施例1～3所涉及的变焦镜头系统在内部具有分别与放大侧的放大共轭点以及缩小侧的缩小共轭点共轭的中间成像位置MI。此外，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统具备：位于比中间成像位置MI更靠放大侧的位置的包含多个透镜元件的放大光学系统Op、从中间成像位置MI起位于缩小侧的包含多个透镜元件的中继光学系统Ol。另外，在中间成像位置MI处于透镜元件内部的情况下，处于比该透镜元件更靠放大侧的位置的透镜组为放大光学系统Op，处于从位于中间成像位置的透镜元件更靠缩小侧的透镜组为中继光学系统Ol。通过利用中继光学系统Ol来对原图像进行中间成像，容易修正各像差，特别是倍率色差等的修正变得容易。

在实施例1～3所涉及的变焦镜头系统中，放大光学系统Op包含：相对于最轴外光束的主光线与光轴相交的交叉位置Q而位于放大侧的前组Opf、和相对于该交叉位置Q而位于缩小侧的后组Opr。由此，向放大侧的透镜入射的光线能够不会过于倾斜入射地对入射面以及出射面，能够抑制基于反射的光量的损耗减少、像面弯曲的像差。

接下来，对实施例1～3所涉及的变焦镜头系统能够满足的条件进行说明。另外，虽然对各实施例所涉及的变焦镜头系统规定了多个条件，但即使不全部满足这些多个条件，或者满足个别的条件，也能够分别得到对应的效果。

实施例1～3所涉及的变焦镜头系统也可以是在内部具有分别与放大侧的放大共轭点以及缩小侧的缩小共轭点共轭的中间成像位置MI的光学系统，所述光学系统具备：

放大光学系统Op，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置MI更靠所述放大侧的位置；和

中继光学系统Ol，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置MI更靠所述缩小侧的位置，

所述放大光学系统从所述放大侧起依次具有第1透镜元件L1、第2透镜元件L2，该第2透镜元件L2具有正的光焦度。

光学系统满足以下的条件(1)。

23＜|f2/fw|＜1000···(1)

在此，

f2：第2透镜元件L2的焦距

fw：广角端的整个系统的焦距。

条件(1)是用于对第2透镜元件L2的焦距与广角端的整个系统的焦距的关系进行规定的条件式。通过满足此条件，能够实现广角且透镜直径较小的透镜系统。若超过条件(1)的上限，则畸变修正变得不充分，不能得到良好的画质。相反地若低于下限，则透镜的制造变得困难。

另外，除了条件(1)，还通过满足以下的条件(1A)以及(1B)的至少一个，能够得到更加有利的效果。

|f2/fw|＞25···(1A)

|f2/fw|＜400···(1B)

此外，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统也可以满足以下的条件(2)。

0＜|f1/f2|＜1···(2)

在此，

f1：第1透镜元件的焦距。

条件(2)是用于对第1透镜元件的焦距与第2透镜元件的焦距的关系进行规定的条件式。通过满足此条件，能够实现适当的畸变修正。若超过条件(2)的上限，则畸变修正变得不充分，不能得到良好的画质。相反地若低于下限，则产生像面弯曲，不能得到良好的画质。

另外，除了条件(2)，还通过满足以下的条件(2A)以及(2B)的至少一个，能够得到更加有利的效果。

|f1/f2|＞0.1···(2A)

|f1/f2|＜0.8···(2B)

此外，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统也可以是在内部具有分别与放大侧的放大共轭点以及缩小侧的缩小共轭点共轭的中间成像位置MI的光学系统，所述光学系统具备：

放大光学系统Op，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置MI更靠所述放大侧的位置；和

中继光学系统Ol，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置MI更靠所述缩小侧的位置，

所述放大光学系统Op包含：相对于最轴外光束的主光线与光轴相交的交叉位置Q而位于所述放大侧的前组Opf、和相对于该交叉位置Q而位于所述缩小侧的后组Opr，

所述放大光学系统Op包含：位于从所述放大光学系统的所述放大侧位于第一位置的球面透镜L1；

被配置于所述前组Opf的第1非球面透镜；

被配置于所述后组Opr的第2非球面透镜；和

被配置于所述中继光学系统Ol的第3非球面透镜。

通过这样的结构，能够尽可能地缩小非球面透镜的外径，能够尽可能地缩小非球面透镜的片数。因此能够削减变焦镜头系统的制造成本。

此外，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统也可以满足以下的条件(3)、(4)以及(5)。

0.04＜D1/LT＜0.15···(3)

0.04＜D2/LT＜0.15···(4)

0.01＜D3/LT＜0.20···(5)

在此，如图1和图16所示，

LT：从所述球面透镜的所述放大侧的面到从所述缩小侧起第一个的透镜元件的所述缩小侧的面的距离

D1：从所述球面透镜的所述放大侧的面到所述第1非球面透镜的所述放大侧的面的距离

D2：从所述中间成像位置MI到所述第2非球面透镜的所述缩小侧的面的距离

D3：从所述中间成像位置MI到所述第3非球面透镜的所述放大侧的面的距离。

条件(3)是用于对从最放大侧的面到第1非球面透镜的放大侧的面的距离与从最放大侧的面到最缩小侧的面的距离的关系进行规定的条件式。通过满足此条件，能够实现适当的畸变修正，能够减少第1非球面透镜的尺寸。若超过上限，则畸变修正变得不充分，不能得到良好的画质。相反的若低于下限，则第1非球面透镜变大，制造成本变高。

条件(4)是用于对从中间成像位置到第2非球面透镜的缩小侧的面的距离与从最放大侧的面到最缩小侧的面的距离的关系进行规定的条件式。通过满足此条件，能够实现适当的畸变修正，能够减少第2非球面透镜的尺寸。若超过上限，则畸变修正变得不充分，不能得到良好的画质。相反地若低于下限，则第2非球面透镜变大，制造成本变高。

条件(5)是用于对从中间成像位置到第3非球面透镜的放大侧的面的距离与从最放大侧的面到最缩小侧的面的距离的关系进行规定的条件式。通过满足此条件，能够实现适当的畸变修正，能够减少第3非球面透镜的尺寸。若超过上限，则第3非球面透镜变大，制造成本变高。相反地若低于下限，则畸变修正变得不充分，不能得到良好的画质。

另外，除了条件(3)、(4)以及(5)，还通过满足以下的条件(3A)、(3B)、(4A)、(4B)、(5A)以及(5B)的至少一个，能够得到更加有利的效果。

D1/LT＞0.06···(3A)

D1/LT＜0.12···(3B)

D2/LT＞0.08···(4A)

D2/LT＜0.13···(4B)

D3/LT＞0.02···(5A)

D3/LT＜0.07···(5B)

此外，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统也可以第1非球面透镜、第2非球面透镜以及第3非球面透镜的至少一个的透镜面满足以下的条件(6)。

3＜|H/h|＜20···(6)

在此，

h：透镜面处的轴上光束LA的半径

H：从光轴到透镜面处的最轴外光束LF的主光线LFa的高度。另外，在图16中，对与第1非球面透镜的一个例子即第4透镜元件L4有关的半径h以及高度H进行示例。

条件(6)是用于对透镜面处的轴上光束的半径与从光轴到透镜面处的最轴外光束的主光线的高度的关系进行规定的条件式。通过满足此条件，能够减少非球面透镜的尺寸。若超过上限，则非球面透镜变大，制造成本变高，相反地若低于下限，则畸变修正变得不充分，不能得到良好的画质。

另外，除了条件(6)，还通过满足以下的条件(6A)、(6B)的至少一个，能够得到更加有利的效果。

|H/h|＞4···(6A)

|H/h|＜15···(6B)

此外，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统也可以满足以下的条件(7)。

1＜ff/fw＜3···(7)

在此，

ff：放大光学系统Op的焦距。

条件(7)是用于对放大光学系统Op的焦距与广角端的整个系统的焦距的关系进行规定的条件式。通过满足此条件，能够实现良好的广角变焦镜头。若超过上限，则广角化变得困难。相反地若低于下限，则倍率色差变大，不能得到良好的画质。

此外，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统也可以满足以下的条件(8)。

2＜ff/fw＜4···(8)

在此，

fr：广角端处的中继光学系统Ol的焦距。

条件(8)是用于对广角端处的中继光学系统Ol的焦距与广角端的整个系统的焦距的关系进行规定的条件式。通过满足此条件，能够实现小型的变焦镜头系统。若超过上限，则变焦镜头系统的全长变长。相反地若低于下限，则难以确保后焦距(Back focus)。

此外，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统也可以满足以下的条件(9)。

5＜fb/fw＜30···(9)

在此，

fb：整个系统的后焦距。

条件(9)是用于对整个系统的后焦距与广角端的整个系统的焦距的关系进行规定的条件式。通过满足此条件，能够实现小型的变焦镜头系统。若超过上限，则变焦镜头系统的全长变长。相反地若低于下限，则难以在变焦镜头系统与原图像S之间配置棱镜等的光学元件P。

此外，实施例1～3所涉及的变焦镜头系统也可以满足以下的条件(10)。

|ω|＞60···(10)

在此，

ω：广角端的最大的半视角。

条件(10)是用于对广角端的最大的半视角进行规定的条件式。通过满足此条件，能够缩短从变焦镜头系统到放大侧的放大共轭点的距离。若低于下限，则投影距离变长。

如以上那样，作为本申请中公开的技术示例，说明了几个实施例。但是，本公开中的技术并不局限于此，也能够应用于适当地进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式。

以下，对实施例1～3所涉及的变焦镜头系统的数值实施例进行说明。另外，在各数值实施例中，表中的长度的单位全部为“mm”，视角的单位全部为“°”。此外，在各数值实施例中，r是曲率半径，d是面间隔，nd是相对于d线的折射率，vd是相对于d线的阿贝数。此外，在各数值实施例中，赋予＊记号的面是非球面，非球面形状通过下式来定义。

[式1]

在此，

Z：从距光轴的高度为h的非球面上的点到非球面顶点的切平面的距离，

h：距光轴的高度，

r：顶点曲率半径，

κ：圆锥常量，

An：n次的非球面系数。

(数值实施例1)

关于数值实施例1(与实施例1对应)的变焦镜头系统，表1中表示面数据，表2中表示各种数据，表3中表示单透镜数据，表4中表示变焦透镜组数据。

[表1]

面数据

非球面数据

第7面

K＝0.00000E+00，A4＝7.45268E-07，A6＝-8.14203E-08，A8＝2.53592E-11

A10＝0.00000E+00

第8面

K＝-7.80795E-01，A4＝-7.49465E-06，A6＝-1.35644E-07，A8＝-7.05135E-10

A10＝2.49786E-12

第19面

K＝0.00000E+00，A4＝3.09079E-06，A6＝-7.38164E-08，A8＝-1.02742E-11

A10＝5.47438E-13

第20面

K＝0.00000E+00，A4＝2.18624E-05，A6＝-4.25218E-09，A8＝-1.01342E-10

A10＝4.55335E-13

第29面

K＝0.00000E+00，A4＝6.98228E-05，A6＝-1.75351E-07，A8＝1.04081E-10

A10＝0.00000E+00

第30面

K＝0.00000E+00，A4＝4.87896E-06，A6＝-1.09352E-07，A8＝2.38951E-11

A10＝0.00000E+00

[表2]

各种数据(物体距离900mm)

各种数据(物体距离600mm)

各种数据(物体距离2400mm)

[表3]

单透镜数据

[表4]

变焦透镜组数据

(数值实施例2)

关于数值实施例2(与实施例2对应)的变焦镜头系统，表5中表示面数据，表6中表示各种数据，表7中表示单透镜数据，表8中表示变焦透镜组数据。

[表5]

面数据

非球面数据

第7面

K＝0.00000E+00，A4＝3.30314E-06，A6＝-7.32079E-08，A8＝1.39601E-11

A10＝0.00000E+00

第8面

K＝-7.65051E-01，A4＝4.05865E-06，A6＝-1.41033E-07，A8＝-6.94927E-10

A10＝2.19005E-12

第19面

K＝0.00000E+00，A4＝7.31016E-06，A6＝-7.89825E-08，A8＝-8.76342E-12

A10＝3.54858E-13

第20面

K＝0.00000E+00，A4＝2.21846E-05，A6＝1.25182E-09，A8＝-1.22389E-10

A10＝4.47265E-13

第29面

K＝0.00000E+00，A4＝7.02002E-05，A6＝-1.52154E-07，A8＝6.11032E-11

A10＝0.00000E+00

第30面

K＝0.00000E+00，A4＝7.16074E-06，A6＝-1.07200E-07，A8＝1.68867E-11

A10＝0.00000E+00

[表6]

各种数据(物体距离900mm)

各种数据(物体距离600mm)

各种数据(物体距离900mm)

[表7]

单透镜数据

[表8]

变焦透镜组数据

(数值实施例3)

关于数值实施例3(与实施例3对应)的变焦镜头系统，表9中表示面数据，表10中表示各种数据，表11中表示单透镜数据，表12中表示变焦镜头组数据。

[表9]

面数据

非球面数据

第7面

K＝0.00000E+00，A4＝5.19763E-06，A6＝-6.75733E-08，A8＝4.18012E-12

A10＝0.00000E+00

第8面

K＝-7.63598E-01，A4＝1.18447E-05，A6＝-1.39962E-07，A8＝-7.13018E-10

A10＝1.87538E-12

第19面

K＝0.00000E+00，A4＝1.08134E-05，A6＝-7.71514E-08，A8＝-2.05883E-11

A10＝3.01391E-13

第20面

K＝0.00000E+00，A4＝2.44198E-05，A6＝3.33154E-09，A8＝-1.31420E-10

A10＝4.31940E-13

第29面

K＝0.00000E+00，A4＝7.19251E-05，A6＝-1.28530E-07，A8＝3.19380E-11

A10＝0.00000E+00

第30面

K＝0.00000E+00，A4＝1.13193E-05，A6＝-1.01109E-07，A8＝2.22287E-11

A10＝0.00000E+00

[表10]

各种数据(物体距离900mm)

各种数据(物体距离600mm)

各种数据(物体距离2400mm)

[表11]

单透镜数据

[表12]

变焦镜头组数据

以下的表13中，表示各数值实施例中的各条件式的对应值。

[表13]

条件	实施例1	实施例2	实施例3
				(1)	57.7	26.9	241.2
(2)	0.54	0.75	0.21
				(3)	0.086	0.079	0.091
(4)	0.097	0.102	0.104
				(5)	0.040	0.039	0.035
(6)	5.2～11.4	5.4～11.8	5.3～12.6
				(7)	1.982	2.046	2.091
(8)	3.380	3.174	2.979
				(9)	10.33748	10.3413	10.30648
(10)	70.04	70.22	69.99

(实施方式2)

以下，使用图17来对本公开的实施方式2进行说明。图17是表示本公开所涉及的图像投影装置的一个例子的框图。图像投影装置100具备：实施方式1中公开的光学系统1、图像形成元件101、光源102、控制部110等。图像形成元件101包含液晶、DMD等，生成经由光学系统1而在屏幕SR投影的图像。光源102包含LED(发光二极管)、激光器等，向图像形成元件101提供光。控制部110包含CPU或者MPU等，对装置整体以及各组件进行控制。光学系统1也可以构成为对图像投影装置100能够装卸自如地安装的交换透镜。该情况下，从图像投影装置100取下光学系统1的装置是主体装置的一个例子。

以上的图像投影装置100通过实施方式1所涉及的光学系统1，能够削减成本并实现广角的变焦功能。

(实施方式3)

以下，使用图18来对本公开的实施方式3进行说明。图18是表示本公开所涉及的摄像装置的一个例子的框图。摄像装置200具备：实施方式1中公开的光学系统1、摄像元件201、控制部210等。摄像元件201包含CCD(电荷耦合元件)图像传感器、CMOS图像传感器等，对光学系统1形成的物体OBJ的光学像进行受光并转换为电图像信号。控制部110包含CPU或者MPU等，对装置整体以及各组件进行控制。光学系统1也可以构成为对摄像装置200能够装卸自如地安装的交换透镜。该情况下，从摄像装置200取下光学系统1的装置是主体装置的一个例子。

以上的摄像装置200通过实施方式1所涉及的光学系统1，能够削减成本并且实现广角的变焦功能。

如以上那样，作为本公开中的技术公开，说明了实施方式。为此提供了附图以及详细的说明。

因此，附图以及详细的说明中所述的结构要素之中，不仅包含为了解决课题所必须的结构要素，还为了示例上述技术而能够包含并非为了解决课题所必须的结构要素。因此，即使这些非必须的结构要素被记载于附图或者详细的说明，也不应认定为这些非必须的结构要素是必须的。

此外，上述的实施方式用于示例本公开中的技术，因此在权利要求书或者其等同的范围内能够进行各种变更、置换、附加、省略等。

产业上的可利用性

本公开能够应用于投影仪、平视显示器等的图像投影装置以及数码相机、数字摄影机、监视系统中的监视相机、Web相机、车载相机等的摄像装置。特别地，本公开能够应用于投影仪、数码相机系统、数字摄影机系统这种要求高画质的光学系统。

Claims (10)

1.一种光学系统，在内部具有分别与放大侧的放大共轭点以及缩小侧的缩小共轭点共轭的中间成像位置，所述光学系统具备：

放大光学系统，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置更靠所述放大侧的位置；和

中继光学系统，具有多个透镜元件，位于比所述中间成像位置更靠所述缩小侧的位置，

所述放大光学系统包含：相对于最轴外光束的主光线与光轴相交的交叉位置而位于所述放大侧的前组、和相对于该交叉位置而位于所述缩小侧的后组，

所述光学系统包含：

位于从所述放大光学系统的所述放大侧起第一位置的球面透镜；

被配置于所述前组的第1非球面透镜；

被配置于所述后组的第2非球面透镜；和

被配置于所述中继光学系统的第3非球面透镜，

所述光学系统满足以下的条件(1)、(2)以及(3)，

0.04＜D1/LT＜0.15···(1)

0.04＜D2/LT＜0.15···(2)

0.01＜D3/LT＜0.20···(3)

在此，

LT：从所述球面透镜的所述放大侧的面到所述缩小侧起第一个的透镜元件的所述缩小侧的面的距离，

D1：从所述球面透镜的所述放大侧的面到所述第1非球面透镜的所述放大侧的面的距离，

D2：从所述中间成像位置到所述第2非球面透镜的所述缩小侧的面的距离，

D3：从所述中间成像位置到所述第3非球面透镜的所述放大侧的面的距离。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，

所述第1非球面透镜、所述第2非球面透镜以及所述第3非球面透镜的至少一个的透镜面满足以下的条件(4)，

3＜|H/h|＜20···(4)

在此，

h：所述透镜面处的轴上光束的半径，

H：从所述光轴到所述透镜面处的最轴外光束的主光线为止的高度。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，

所述光学系统满足以下的条件(5)，

1＜ff/fw＜3···(5)

在此，

ff：所述放大光学系统的焦距，

fw：广角端的整个系统的焦距。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，

所述光学系统满足以下的条件(6)，

2＜fr/fw＜4···(6)

在此，

fr：广角端处的所述中继光学系统的焦距，

fw：广角端的整个系统的焦距。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，

所述光学系统满足以下的条件(7)，

5＜fb/fw＜30···(7)

在此，

fb：整个系统的后焦距，

fw：广角端的整个系统的焦距。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，

所述光学系统满足以下的条件(8)，

|ω|＞60···(8)

在此，

ω：广角端的最大的半视角。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，

所述放大光学系统从所述放大侧起依次具有第1透镜元件、第2透镜元件，该第2透镜元件具有正的光焦度，

所述光学系统满足以下的条件(9)，

23＜|f2/fw|＜1000···(9)

在此，

f2：所述第2透镜元件的焦距，

fw：广角端的整个系统的焦距。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其中，

所述光学系统满足以下的条件(10)，

0＜|f1/f2|＜1···(10)

在此，

f1：所述第1透镜元件的焦距。

9.一种图像投影装置，具备：

权利要求1至8的任一项所述的光学系统；和

图像形成元件，生成经由该光学系统而投影至屏幕的图像。

10.一种摄像装置，具备：

权利要求1至8的任一项所述的光学系统；和

摄像元件，对该光学系统所形成的光学像进行受光并转换为电图像信号。

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