JP5930101B1 - 投射光学系及びプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】構成レンズの枚数を抑えたフォーカスレンズ群で、広い変倍範囲をカバーできる投射光学系及び当該投射光学系を備えたプロジェクターを提供すること。【解決手段】フォーカスレンズ群である第１−２レンズ群４２は、１枚の正レンズからなるＦ１レンズ群と、１枚の正レンズ及び１枚の負レンズからなるＦ２レンズ群と、１枚の負レンズからなるＦ３レンズ群を有する。変倍に伴うフォーカスの際に、少なくともレンズ群Ｆ２を移動させる。【選択図】図３

Description

本発明は、画像表示素子の画像を拡大投影するプロジェクターへの組み込みに適した投射光学系及びこれを用いたプロジェクターに関する。
近年、近距離から投射して大画面を得ることが可能なプロジェクター用の投射光学系として、屈折光学系と凹面ミラーとを用いるものが提案されている（例えば特許文献１，２等参照）。
しかしながら、例えば特許文献１（特開２００６−２３５５１６号）では、屈折光学系と凹面ミラーとを用いて、非常に広い画角を実現しているが、曲面ミラーが非常に大きく、また全長も非常に長いものとなっている。また、特許文献２（特開２００７−０７９５２４号）では、例えば第８実施例において画角を６０度程度としながら、凹面ミラーと凸面ミラーとを組み合わせることにより、ミラーサイズを小さくしている。しかし、前述の特許文献１と同様に、全長が非常に長い。また、構成される２枚のミラーは非球面であり、精度、組み立ての観点からも製造が非常に難しいものとなっている。
以上のように、屈折光学系と凹面ミラーとの複合光学系では、超広画角が得られる反面、全長を小さくすることが困難である。そのため、当該複合光学系は、例えばフロントプロジェクターのように可搬性を重視する機器には向いていない。
特開２００６−２３５５１６号公報 特開２００７−０７９５２４号公報
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、比較的少ない枚数のレンズを備えながらも、広い変倍範囲をカバーできる投射光学系、及び当該投射光学系を備えたプロジェクターを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る投射光学系は、縮小側から順に、複数のレンズからなり正のパワーを有する第１光学群と、凹面非球面形状を有する反射面を含む第２光学群とからなる投射光学系であって、第１光学群は、変倍に伴うフォーカスの際に固定で、かつ、正のパワーを有する第１−１レンズ群と、全体として正のパワーを有する第１−２レンズ群とからなり、第１−２レンズ群は、縮小側から順に、１枚の正レンズからなるＦ１レンズ群と、１枚の正レンズ及び１枚の負レンズからなるＦ２レンズ群と、１枚の負レンズからなるＦ３レンズ群との３つのレンズ群を有し、変倍に伴うフォーカスの際に少なくともＦ２レンズ群を移動させることを特徴とする。
上記投射光学系において、第１−２レンズ群は第１光学群のうち拡大側に配置されており、比較的大きなレンズを要する。上記投射光学系では、第１−２レンズ群を比較的少ない枚数のレンズで構成できるため、投射光学系をコンパクトにすることが容易である。また、変倍に伴うフォーカスの際に少なくともＦ２レンズ群を移動させることで、所望の変倍範囲をカバーすることができる。
本発明の具体的な側面によれば、Ｆ３レンズ群は、樹脂で成形された両面非球面レンズからなる。Ｆ３レンズ群のように第１光学群のうち拡大側に配置されるレンズは、大きなものとなる傾向にある。しかし、Ｆ３レンズ群を樹脂で成形することで、両面非球面を作りやすい。また、Ｆ３レンズ群は、第２光学群を構成する反射ミラーで戻ってくる光線と干渉する可能性がある。そのため、Ｆ３レンズ群を構成するレンズの一部を切り欠く必要が生じる場合があるが、樹脂成形とすることで、レンズを非円形形状等にしやすい。
本発明の別の側面によれば、Ｆ１レンズ群は、拡大側に凸面を有する正レンズからなり、Ｆ２レンズ群は、縮小側に凸面を有する正レンズと、縮小側に凹面を有する負レンズと、からなり、Ｆ３レンズ群は、拡大側に凹面を有する負レンズからなり、各レンズ群のパワーを各レンズ群の焦点距離の逆数の絶対値とするとき、Ｆ２レンズ群のパワーは、Ｆ１レンズ群のパワー及びＦ３レンズ群のパワーよりも弱い。変倍の際に近接投射光学系においては、光軸近傍での焦点位置変化が小さく、周辺部の像面湾曲の変化が大きい傾向にある。しかし、レンズ群Ｆ２のパワーを相対的に小さくしておくことで、移動時の光軸近傍での焦点移動を抑えつつ、像面湾曲等を適切に補正することが可能となる。
本発明のさらに別の側面によれば、Ｆ２レンズ群は、接合レンズである。この構成によれば、例えば、Ｆ２レンズ群が非円形形状である場合に、組立てが容易である。
本発明のさらに別の側面によれば、第１−１レンズ群は、第１−１レンズ群の内部に開口絞りを有し、少なくとも１面に非球面形状を有する負レンズを最も拡大側に有している。当該負レンズと第１−２レンズ群とを組み合わせることで、レンズ枚数の増加を抑えつつ、広い変倍域において像面湾曲や非点収差を良好に補正することができる。
本発明のさらに別の側面によれば、第１−１レンズ群は、第１−１レンズ群の内部に開口絞りを有し、開口絞りよりも縮小側に、２枚の正のレンズと、正レンズと負レンズからなる第１の接合レンズと、正レンズと負レンズからなる第２の接合レンズとを含み、全体として９枚以下のレンズで構成される。構成レンズの枚数が比較的少ない第１−１レンズ群によって、色収差を低減することができる。さらに、組立時のバラツキが抑制される。さらに、開口数を大きくすることが可能である。
本発明のさらに別の側面によれば、物体側の開口数は、０．３以上である。この場合、十分に明るい投射画像を形成できる。
本発明のさらに別の側面によれば、縮小側は、略テレセントリックである。
本発明のさらに別の側面によれば、複数のレンズ各々と、反射面とは、共通の光軸に対して回転対称である。
本発明のさらに別の側面によれば、変倍範囲が、１．５倍以上である。
上記目的を達成するため、本発明に係るプロジェクターは、光源からの光を変調して画像光を形成する光変調素子と、光変調素子からの画像光を投射する上記いずれかの投射光学系とを備える。プロジェクターは上記いずれかの投射光学系を備えることで、レンズ枚数を抑えた構成としつつ、所望の変倍範囲をカバーすることができる。
実施形態の投射光学系を組み込んだプロジェクターの概略構成を示す図である。 実施形態又は実施例１の投射光学系における物体面から投射面までの構成および光線図である。 図２のうち、物体面から凹面反射ミラーまでの一部拡大図である。 実施例１の投射光学系の構成を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の投射光学系の縮小側収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図５（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図５（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図５（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。 実施例２の投射光学系の構成を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例２の投射光学系の縮小側収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図１０（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図１０（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図１０（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。 実施例３の投射光学系の構成を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例３の投射光学系の縮小側収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図１５（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図１５（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図１５（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。 実施例４の投射光学系の構成を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例４の投射光学系の縮小側収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図２０（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図２０（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図２０（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。
以下に図面を参照して、本発明の実施形態に係る投射光学系について詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る投射光学系を組み込んだプロジェクター２は、画像光を投射する光学系部分５０と、光学系部分５０の動作を制御する回路装置８０とを備える。
光学系部分５０において、光源１０は、例えば超高圧水銀ランプであって、Ｒ光、Ｇ光、及びＢ光を含む光を射出する。ここで、光源１０は、超高圧水銀ランプ以外の放電光源であってもよいし、ＬＥＤやレーザーのような固体光源であってもよい。第１インテグレーターレンズ１１及び第２インテグレーターレンズ１２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第１インテグレーターレンズ１１は、光源１０からの光束を複数に分割する。第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子は、光源１０からの光束を第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子は、重畳レンズ１４と協働して、第１インテグレーターレンズ１１のレンズ素子の像を液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに形成する。このような構成により、光源１０からの光が液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの表示領域の全体を略均一な明るさで照明する。
偏光変換素子１３は、第２インテグレーターレンズ１２からの光を所定の直線偏光に変換させる。重畳レンズ１４は、第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子の像を、第２インテグレーターレンズ１２を介して液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの表示領域上で重畳させる。
第１ダイクロイックミラー１５は、重畳レンズ１４から入射したＲ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１５で反射されたＲ光は、反射ミラー１６及びフィールドレンズ１７Ｒを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｒへ入射する。液晶パネル１８Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調することにより、Ｒ色の画像を形成する。
第２ダイクロイックミラー２１は、第１ダイクロイックミラー１５からのＧ光を反射させ、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２１で反射されたＧ光は、フィールドレンズ１７Ｇを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｇへ入射する。液晶パネル１８Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調することにより、Ｇ色の画像を形成する。第２ダイクロイックミラー２１を透過したＢ光は、リレーレンズ２２、２４、反射ミラー２３、２５、及びフィールドレンズ１７Ｂを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｂへ入射する。液晶パネル１８Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調することにより、Ｂ色の画像を形成する。
クロスダイクロイックプリズム１９は、光合成用のプリズムであり、各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで変調された光を合成して画像光とし、投射光学系４０へ進行させる。
投射光学系４０は、各液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂによって変調されクロスダイクロイックプリズム１９で合成された画像光を不図示のスクリーン上に拡大投射する投射用ズームレンズである。
回路装置８０は、ビデオ信号等の外部画像信号が入力される画像処理部８１と、画像処理部８１の出力に基づいて光学系部分５０に設けた液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂを駆動する表示駆動部８２と、投射光学系４０に設けた駆動機構（不図示）を動作させて投射光学系４０の状態を調整するレンズ駆動部８３と、これらの回路部分８１，８２，８３等の動作を統括的に制御する主制御部８８とを備える。
画像処理部８１は、入力された外部画像信号を各色の諧調等を含む画像信号に変換する。なお、画像処理部８１は、外部画像信号に対して歪補正や色補正等の各種画像処理を行うこともできる。
表示駆動部８２は、画像処理部８１から出力された画像信号に基づいて液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂを動作させることができ、当該画像信号に対応した画像又はこれに画像処理を施したものに対応する画像を液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂに形成させることができる。
レンズ駆動部８３は、主制御部８８の制御下で動作し、投射光学系４０を構成する一部の光学要素をアクチュエーターＡＣを介して光軸ＯＡに沿って適宜移動させることにより、投射光学系４０によるスクリーン上への画像の投射において変倍に伴うフォーカス（変倍時のフォーカス）を行うことができる。なお、レンズ駆動部８３は、投射光学系４０全体を光軸ＯＡに垂直な上下方向に移動させるアオリの調整により、スクリーン上に投射される画像の縦位置を変化させることもできる。
以下、図２及び図３等を参照して、実施形態の投射光学系４０について具体的に説明する。なお、図２等で例示した投射光学系４０は、後述する実施例１の投射光学系４０と同一の構成となっている。
実施形態の投射光学系４０は、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）に形成された画像を不図示のスクリーン上に投射する。ここで、投射光学系４０と液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）との間には、図１のクロスダイクロイックプリズム１９に相当するプリズムＰＲが配置されている。
投射光学系４０は、縮小側から順に、複数のレンズからなり正のパワーを有する第１光学群４０ａと、凹面非球面形状を有する反射面を含むミラーＭＲで構成される第２光学群４０ｂとからなる。第１光学群４０ａは、縮小側に設けられ、正のパワーを有する第１−１レンズ群４１と、拡大側に設けられ、第１−１レンズ群４１のパワーと比較して弱い正のパワーを有する第１−２レンズ群４２と、からなる。
第１−１レンズ群４１は、第１−１レンズ群４１の内部に開口絞りＳＴを有し、開口絞りＳＴよりも縮小側のレンズ群Ｅ１と、開口絞りＳＴよりも拡大側のレンズ群Ｅ２とからなる。
第１−２レンズ群４２は、縮小側から順に、Ｆ１レンズ群（以下レンズ群Ｆ１）、Ｆ２レンズ群（以下レンズ群Ｆ２）及びＦ３レンズ群（以下レンズ群Ｆ３）を有する。レンズ群Ｆ１、レンズ群Ｆ２、レンズ群Ｆ３はそれぞれ、変倍に伴うフォーカスの際に光軸方向に移動する。レンズ群Ｆ１〜Ｆ３のうち最も縮小側に位置するレンズ群Ｆ１は、１枚の正レンズＬ９から構成されている。レンズ群Ｆ１とレンズ群Ｆ３との間に位置するレンズ群Ｆ２は、１枚の正レンズＬ１０及び１枚の負レンズＬ１１から構成されている。最も拡大側に位置するレンズ群Ｆ３は、両面非球面の１枚の負レンズで構成されている。レンズ群Ｆ３は、樹脂で成形されている。３つのレンズ群Ｆ１〜Ｆ３のうち少なくともレンズ群Ｆ２は、アクチュエーターＡＣにより、変倍時のフォーカスの際に光軸ＯＡに沿った方向Ａ１について移動させられる。ここでは、レンズ群Ｆ１〜Ｆ３の全てが互いに独立してそれぞれ光軸ＯＡに沿った方向Ａ１について移動可能となっている。なお、アクチュエーターＡＣによるレンズ群Ｆ１〜Ｆ３の移動については、変倍時のフォーカスの態様により種々の態様が可能である。例えばレンズ群Ｆ１〜Ｆ３をまったく独立に移動させてもよいし、カム機構等を利用して互いに連動させて移動させてもよい。
以下、各レンズ群を構成するレンズについて縮小側から順に説明する。レンズ群Ｅ１は、レンズＬ１〜Ｌ６を有し、レンズ群Ｅ２は、レンズＬ７，Ｌ８を有する。レンズ群Ｆ１はレンズＬ９を有し、レンズ群Ｆ２はレンズＬ１０，１１を有し、レンズ群Ｆ３はレンズＬ１２を有する。すなわち、第１光学群４０ａは、全体で１２枚のレンズで構成されている。
レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６各々は正レンズであり、レンズＬ３、Ｌ５各々は負レンズである。レンズＬ２とレンズＬ３とは接合レンズとなっており、レンズＬ４とレンズＬ５とは接合レンズとなっている。第１−１レンズ群４１は、開口絞りＳＴよりも縮小側に設けられた、正レンズ及び負レンズからなる少なくとも２組の接合レンズを含む。また、レンズＬ１〜Ｌ６各々は、ガラス製の球面レンズであり、光軸ＯＡについて軸対称な円形状である。
レンズＬ７は正レンズ、レンズＬ８は負レンズである。なお、レンズＬ７，Ｌ８は、ガラス製の球面レンズであり、光軸ＯＡについて軸対称な円形状となっている。
以上のように、第１−１レンズ群４１は全体として８枚、すなわち９枚以下のレンズ（レンズＬ１〜Ｌ８）で構成されている。本実施形態による投射光学系４０は、比較的少ない枚数のレンズによって色収差を低減することができる。また、投射光学系４０は接合レンズを含んでいるため、組立時のバラツキが抑制される。さらに、開口数を大きくすることが可能である。
レンズＬ９は、少なくとも拡大側に凸面を有する正レンズ（図示の例では両凸の正レンズ）である。なお、レンズＬ９は、ガラス製の球面レンズであり、光軸ＯＡについて軸対称な円形状となっている。
レンズＬ１０は、少なくとも縮小側に凸面を有する正レンズ（図示の例では両凸の正レンズ）であり、レンズＬ１１は、少なくとも縮小側に凹面を有する負レンズ（図示の例では負のメニスカスレンズ）である。図示の例では、レンズＬ１０，Ｌ１１は、接合レンズを構成している。言い換えると、レンズ群Ｆ２は、接合レンズである。なお、レンズＬ１０，Ｌ１１は、ともにガラス製の球面レンズであり、光軸ＯＡについて軸対称な円形状となっている。
レンズＬ１２は、上述のように、負のパワーを有する両面非球面レンズであり、樹脂で成形されている。なお、レンズＬ１２は、光軸ＯＡについて軸対称な円形状であってもよいし、非円形形状でもよい。たとえば、光軸ＯＡについて軸対称な円形の上側（映像光が投射される側）の一部を切り欠いた形状でもよい。
第２光学群４０ｂは、既述のように、凹面非球面形状を有するミラーＭＲで構成されている。ミラーＭＲは、第１光学群４０ａから射出された映像光をスクリーンに向けて反射する。
なお、上記のように、第１光学群４０ａを構成するレンズＬ１〜Ｌ１２各々は、光軸ＯＡについて軸対称な円形状であるか、または、少なくともレンズＬ１２が、光軸ＯＡについて軸対称な円形状の一部を切り欠いた形状となっている。また、第２光学群４０ｂを構成するミラーＭＲも、光軸ＯＡについて軸対称な形状の一部を切り欠いた形状となっている。すなわち、レンズＬ１〜Ｌ１２各々と、ミラーＭＲが有する反射面と、は、共通の光軸に対して回転対称である。また、図示のように、投射光学系４０において、縮小側は、略テレセントリックである。これにより、例えば上記のように、クロスダイクロイックプリズム１９において各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで変調された光を合成して画像光とする場合において組み立てのバラツキを吸収しやすいものとすることができる。スクリーンへの投射位置を光軸ＯＡの方向に関して近づける場合、レンズ群Ｆ３（レンズＬ１２）のみならずレンズ群Ｆ２（レンズＬ１０，Ｌ１１）についても非円形形状にする場合がある。その場合、レンズ群Ｆ２を接合レンズとしておくことで枠構造の簡易化、組み立て精度の向上を図ることができる。
近接投射光学系では、一般に、スクリーンまでの距離が非常に近い。投射光学系４０では、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）のパネル面ＰＩに形成された画像を、一旦、第１光学群４０ａによって第２光学群４０ｂのミラーの手前で結像させ、第２光学群４０ｂによって画像をスクリーンに再結像させることで、近接投射が行なわれる。つまり、第１光学群４０ａは、ミラーＭＲの手前で１次像（中間像）を作る。上記のような投射方法では、変倍時のフォーカスによる収差変動が比較的大きいため、あまり変倍範囲を大きく取れない可能性がある。従って、第１光学群４０ａにより形成される１次像は、投射倍率を変化させても、最終的に良好な画像が得られるように最適化されていることが好ましい。また、一般的な近接投射光学系では、像面湾曲、非点収差の変動によるコントラスト低下が大きい。また、フォーカス群の動きによる歪曲収差の変化も通常レンズ系よりも大きくなる傾向が高い。
しかし、本実施形態の投射光学系４０は、上述のように、変倍に伴うフォーカスの際にレンズ群Ｆ１〜Ｆ３を移動させる構成を備えているため、収差変動を小さく抑えることが可能となっている。より具体的に説明すると、まず、正のレンズで構成されるレンズ群Ｆ１は、第１−１レンズ群４１から発散光束として射出された光束を効率よくレンズ群Ｆ２に導く。また、レンズ群Ｆ１及びレンズ群Ｆ３よりもパワーが弱いレンズ群Ｆ２は、フォーカス時に最も多く移動することで、像面湾曲、非点収差、歪曲収差を抑制して良好な１次像を作り出す。さらに、負のパワーを有し、かつ非球面形状を有するレンズ群Ｆ３は、凹面非球面形状を有するミラーＭＲで構成される第２光学群４０ｂと協働して、最終的な収差量の補正を行なう。第１光学群４０ａのうち第２光学群４０ｂの直前に配置されたレンズ群Ｆ３は非球面レンズであるため、各像高に最適の補正を効果的に行うことができる。以上のように、第１−１レンズ群４１を少ないレンズで構成（図示の場合８枚構成）し、かつ、第２光学群４０ｂを１枚のミラーＭＲで構成した場合であっても、４枚のレンズ（正のレンズＬ９、正のレンズＬ１０、負のレンズＬ１１、負のレンズＬ１２）で第１−２レンズ群４２構成することで、１次像に適度な収差を含ませて、第２光学群４０ｂを経てスクリーン上に投影される画像の収差を低減することができる。すなわち、近接型のプロジェクターであるプロジェクター２は、広い変倍範囲をカバーし、かつ、高解像度の画像表示素子にも対応できる。
また、近接投射光学系では、レンズ系全体の焦点距離が非常に短いため、変倍時の投射距離を変化させた場合、光軸近傍での焦点位置の変化は小さいが、周辺部の像面湾曲が大きく変化してしまう。しかし、本実施形態又は本実施例では、像面湾曲等の補正のためのレンズ群Ｆ２のパワーがレンズ群Ｆ１のパワー及びレンズ群Ｆ３のパワーよりも小さいので、レンズ群Ｆ２を移動させたときの光軸近傍での焦点の移動が低減され、かつ像面湾曲等が適切に補正される。なお、仮にレンズ群Ｆ２のパワーを強くした場合、移動量を少なくできる可能性があるものの、ほかのレンズ群Ｆ１，Ｆ３で補正を補うことになり、例えばレンズ群Ｆ１〜Ｆ３を移動させる際の精度を高くする必要が生じてしまう。
また、レンズ群Ｆ２は、変倍に伴って発生する像面の変化や歪曲を良好に補正するとともに、レンズ群Ｆ３に入射する光線の角度を適度な範囲に保つことができる。上記のように、レンズ群Ｆ３を樹脂レンズで構成した場合、面形状の誤差や内部歪に起因するレンズの屈折率の誤差などの影響が出やすいため、レンズ群Ｆ３に入射する光線のレンズ群Ｆ３のレンズ面への入射角度は小さい方がよい。このため、縮小側から順に、正のパワーのレンズ、負のパワーのレンズが配置されたレンズ群Ｆ２をレンズ群Ｆ３の前段に配置することで、レンズ群Ｆ２から射出された光線がレンズ群Ｆ３に対してできるだけ小さい入射角で入射するようにして、レンズ群Ｆ３における上記のような影響を小さくすることも可能である。
さらに、投射光学系４０においては、開口絞りＳＴの縮小側のレンズ群Ｅ１が全て球面レンズで構成され、かつ、第１−１レンズ群４１が、９枚以下という比較的少ない枚数のレンズで構成されているが、物体側の開口数が０．２７以上、すなわちＦナンバーが１．８程度の明るさと、１．５倍以上（さらには１．６倍以上）の高い変倍範囲と、が確保されており、投射光学系４０は高解像度の画像表示素子にも十分対応可能である。なお、実施例３，４において後述するように、開口絞りＳＴの縮小側（レンズ群Ｅ１）にガラス非球面を適切に配置することで、開口数を０．３以上、すなわちＦナンバー１．６程度の明るさとしつつ、フレアーの少ないコントラストの高い画像を得ることも可能である。また、構成レンズの枚数を抑えることで、レンズ全長を短くすることができる。
また、例えば投影する画面の高さをより低くしたい場合には、前述のようにレンズ群Ｆ３を構成する非球面レンズと同様に、レンズ群Ｆ２も一部を切り欠いた非円形形状とする必要が生じる可能性がある。この場合、レンズ群Ｆ２を、上記のように、接合レンズとしたほうが好ましい。
第１−１レンズ群４１は、開口絞りＳＴの拡大側に少なくとも２枚のレンズ（Ｌ７，Ｌ８）を有し、最も拡大側のレンズＬ８は、少なくとも１面に非球面形状を有する負レンズである。なお、ここでの例では、レンズＬ８は、両面に非球面形状を有する。これにより、第１−２レンズ群４２の非球面レンズをレンズＬ１２のみの１枚構成としながら、広い変倍範囲でも良好な性能を維持するものとなっている。
第１−１レンズ群４１は、物体すなわちパネル面ＰＩ（縮小側）から出た光束を効率よく取り込み、第１−２レンズ群４２で構成されるフォーカスレンズ群に送る。広い変倍範囲において第１−２レンズ群４２によって適切な中間像を作れるように、第１−１レンズ群４１における開口絞りＳＴの拡大側に少なくとも２枚のレンズ（レンズＬ７，Ｌ８）を配置することで、良好な画像を得ることが可能となる。さらに、第１−２レンズ群４２において、上記のようにレンズＬ１２のみを非球面レンズとしながらも、広い変倍域で収差補正を容易にするには、第１−１レンズ群４１における開口絞りＳＴの拡大側のレンズのうち、少なくとも１面に非球面を施したレンズを配置することが好ましい。こうすることで、第１−１レンズ群４１のレンズ枚数を増加させることなく、第１−１レンズ群４１をフォーカスレンズ群として機能する第１−２レンズ群４２と組み合わせることで、広い変倍域において良好に像面湾曲、非点収差を補正することができ、安定した性能を得ることが可能となる。
〔実施例〕
以下、投射光学系４０の具体的な実施例について説明する。以下に説明する実施例１〜４に共通する諸元の意義を以下にまとめた。
ｆ 全系の焦点距離
ω 半画角
ＮＡ 開口数
Ｒ 曲率半径
Ｄ 軸上面間隔（レンズ厚又はレンズ間隔）
Ｎｄ ｄ線の屈折率
Ｖｄ ｄ線のアッベ数
非球面は、以下の多項式（非球面式）によって特定される。
Figure 0005930101
ただし、
ｃ： 曲率（１／Ｒ）
ｈ： 光軸からの高さ
ｋ： 非球面の円錐係数
Ａｉ：非球面の高次非球面係数
なお、ＯＢＪは、パネル面ＰＩを意味し、ＳＴＯは開口絞りＳＴを意味し、ＩＭＧは、スクリーン上の像面（被投射面）を意味する。また、面番号の後に「＊」が記載されている面は、非球面形状を有する面である。
（実施例１）
実施例１のレンズ面のデータを以下の表１に示す。
〔表１〕
f 3.709
ω 73.0゜
NA 0.278

R D Nd Vd
OBJ Infinity 9.500
1 Infinity 25.970 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 43.564 8.200 1.61800 63.33
4 -40.412 0.200
5 46.11 7.000 1.49700 81.54
6 -26.518 1.200 1.90366 31.31
7 -81.382 0.200
8 29.954 5.000 1.48749 70.24
9 -32.009 1.200 1.90366 31.31
10 26.176 1.071
11 19.093 3.600 1.53172 48.84
12 -845.915 10.000
STO Infinity 0.100
14 25.212 3.000 1.84666 23.78
15 -334.286 3.844
*16 -74.924 1.200 1.83220 40.10
*17 21.528 可変間隔
18 196.447 5.600 1.85478 24.80
19 -50.587 可変間隔
20 72.126 12.000 1.48749 70.24
21 -32.404 2.000 1.84666 23.78
22 -216.256 可変間隔
*23 -37.853 2.800 1.53116 56.04
*24 44.599 可変間隔
*25 -58.263 可変間隔
IMG Infinity
以上の表１及び以下の表において、１０のべき乗数（例えば１．００×１０＋１８）をＥ（例えば１．００Ｅ＋１８）を用いて表すものとする。
以下の表２は、実施例１のレンズ面の非球面係数である。
〔表２〕
非球面係数
K A04 A06 A08 A10
A12 A14
16 -1.0000 -4.6894E-05 -2.7330E-07 1.6516E-09 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
17 -0.2030 -1.3556E-05 -3.5274E-07 3.1715E-09 -1.1549E-11
0.0000E+00 0.0000E+00
23 -9.0272 -1.1037E-05 1.3936E-08 2.4229E-12 -3.3407E-14
3.0516E-18 0.0000E+00
24 0.0000 -3.0151E-05 3.9325E-08 -5.9215E-11 5.8291E-14
-4.0833E-17 1.1283E-20
25 -0.9579 5.9066E-08 3.3754E-11 -4.3046E-14 1.4013E-17
-2.2285E-21 1.3575E-25
以下の表３は、投射倍率１２５倍、投射倍率１００倍及び投射倍率１６９倍において、表１中の可変間隔１７，１９，２２，２４，２５の値を示している。
〔表３〕
可変間隔
125x 100x 169x
17 11.1011 11.0121 11.3007
19 3.4586 1.5000 5.4505
22 12.0625 13.8356 10.1774
24 117.6929 117.9674 117.3866
25 -501.0000 -408.8256 -666.7629
図４は、実施例１の投射光学系の断面図である。図４の投射光学系は、実施形態１の投射光学系４０に相当する。図４において、投射光学系４０は、パネル面ＰＩ上の像をスクリーンまでの距離に応じた倍率で拡大投射するものである。投射光学系４０は、縮小側から順に、第１−１レンズ群４１のレンズ群Ｅ１を構成するレンズＬ１〜Ｌ６と、レンズ群Ｅ２を構成するレンズＬ７，Ｌ８と、第１−２レンズ群４２のレンズ群Ｆ１を構成するレンズＬ９と、レンズ群Ｆ２を構成するレンズＬ１０，Ｌ１１と、レンズ群Ｆ３を構成するレンズＬ１２との１２枚のレンズＬ１〜Ｌ１２を有する。例えば壁面投射から床面投射に変更する場合のように、投射位置が変わる（投射距離が変わる）ことにより変倍が行なわれる。このような変倍に伴うフォーカスに際して、第１−１レンズ群４１は固定されたままである一方、レンズ群Ｆ１〜Ｆ３はそれぞれ移動する。すなわち、第１−２レンズ群４２は、変倍時に、３つのレンズ群Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を独立に移動させることで合焦を行う。この場合、表３の数値から、変倍に伴うフォーカシングにおいて、レンズ群Ｆ１〜Ｆ３のうち、レンズ群Ｆ２（Ｆ２レンズ群）の移動量が相対的に最も大きいことが分かる。
各レンズＬ１〜Ｌ１２について詳しく説明する。第１レンズであるレンズＬ１は、両凸形状の正レンズであり、第２レンズであるレンズＬ２は、両凸形状の正レンズであり、第３レンズであるレンズＬ３は、縮小側に凹面を有する負のメニスカスレンズであり、第２レンズと第３レンズは接合レンズであり、第４レンズであるレンズＬ４は、両凸形状の正レンズであり、第５レンズであるレンズＬ５は、両凹形状の負レンズであり、第４レンズと第５レンズは接合レンズであり、第６レンズであるレンズＬ６は、両凸形状の正レンズであり、開口絞りＳＴの後段に位置する第７レンズであるレンズＬ７は、両凸形状の正レンズであり、第８レンズであるレンズＬ８は、両面に非球面を施された両凹形状の負レンズである。第９レンズであるレンズＬ９は、両凸形状の正レンズであり、第１０レンズであるレンズＬ１０は、両凸形状の正レンズであり、第１１レンズであるレンズＬ１１は、縮小側に凹面を有する負のメニスカスレンズであり、第１０レンズと第１１レンズは接合レンズであり、第１２レンズであるレンズＬ１２は、負のパワーを有する両面非球面レンズである。レンズＬ１２は、光軸近傍で両凹形状を有する。レンズＬ１２が樹脂で成形されたレンズである。また、第２光学群４０ｂは、１枚の凹面非球面ミラーで構成されている。
図５（Ａ）は、投射倍率１２５倍の時の投射光学系の縮小側収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）であり、図５（Ｂ）は、投射倍率１００倍の時の投射光学系の縮小側収差図であり、図５（Ｃ）は、投射倍率１６９倍の時の投射光学系の縮小側収差図である。また、図６（Ａ）〜６（Ｅ）は、図５（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。図６（Ａ）〜６（Ｅ）はそれぞれ、像高１００％、８０％、６０％、４０％、１５％における横収差を示している。図６（Ａ）は、最大画角の場合に対応する。同様に、図７（Ａ）〜７（Ｅ）は、図５（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図であり、図８（Ａ）〜８（Ｅ）は、図５（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。
（実施例２）
実施例２のレンズ面のデータを以下の表４に示す。
〔表４〕
f 3.700
ω 72.9゜
NA 0.278

R D Nd Vd
OBJ Infinity 9.500
1 Infinity 25.970 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 39.579 8.000 1.61800 63.33
4 -43.561 0.200
5 37.875 8.000 1.49700 81.54
6 -25.657 1.200 1.90366 31.31
7 -509.720 0.200
8 36.328 5.600 1.48749 70.24
9 -29.124 1.200 1.90366 31.31
10 35.096 0.200
11 18.856 4.000 1.53172 48.84
12 -210.721 7.150
STO Infinity 0.000
14 20.622 3.200 1.84666 23.78
15 246.161 3.515
*16 -266.178 1.200 1.80610 40.88
*17 20.008 可変間隔
18 -590.282 6.000 1.63980 34.47
19 -41.561 可変間隔
20 59.920 7.000 1.57501 41.50
21 -609.935 6.012
22 -47.461 2.000 1.84666 23.78
23 -259.213 可変間隔
*24 -45.688 2.800 1.53116 56.04
*25 50.945 可変間隔
*26 -59.444 可変間隔
IMG Infinity
以下の表５は、実施例２のレンズ面の非球面係数である。
〔表５〕
非球面係数
K A04 A06 A08 A10
A12 A14
16 -1.0000 -9.0000E-05 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
17 -0.9033 -1.5170E-05 3.5669E-08 -2.3080E-10 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
24 -14.5312 -5.7790E-06 2.6773E-08 -3.5126E-11 2.1847E-14
-6.3646E-18 0.0000E+00
25 0.0000 -2.5184E-05 3.8089E-08 -5.7101E-11 6.0620E-14
-3.8361E-17 1.0085E-20
26 -0.9377 3.6543E-08 4.4815E-11 -4.9371E-14 1.6311E-17
-2.6339E-21 1.6296E-25
以下の表６は、投射倍率１２５倍、投射倍率１００倍及び投射倍率１６８倍において、表４中の可変間隔１７，１９，２３，２５，２６の値を示している。
〔表６〕
可変間隔
125x 100x 168x
17 18.574 18.393 18.820
19 2.866 1.500 4.214
23 6.346 7.659 5.000
25 117.267 117.501 117.019
26 -501.000 -408.653 -665.822
図９は、実施例２の投射光学系の断面図である。実施例２では、第１光学群４０ａは、縮小側からレンズＬ１（第１レンズ）からレンズＬ１２（第１２レンズ）までの１２枚のレンズで構成されている。第１光学群４０ａは、縮小側に設けられた、正のパワーを有する第１−１レンズ群４１と、拡大側に設けられた、第１−１レンズ群４１のパワーよりも弱い正または負のパワーを有する第１−２レンズ群４２とからなる。第２光学群４０ｂは、１枚の凹面非球面ミラーＭＲで構成されている。なお、レンズＬ１２やミラーＭＲ等について、図９では切り欠かずにそのまま描いているが、実際の光学系では、少なくともミラーＭＲは円形状から一部切り欠いた形状である場合がある。他のレンズ群も円形状から一部切り欠いた形状となる場合がある。
図９において、投射光学系４０は、パネル面ＰＩ上の像をスクリーンまでの距離に応じた倍率で拡大投射するものである。投射光学系４０は、縮小側から順に、第１−１レンズ群４１のレンズ群Ｅ１を構成するレンズＬ１〜Ｌ６と、レンズ群Ｅ２を構成するレンズＬ７，Ｌ８と、第１−２レンズ群４２のレンズ群Ｆ１を構成するレンズＬ９と、レンズ群Ｆ２を構成するレンズＬ１０，Ｌ１１と、レンズ群Ｆ３を構成するレンズＬ１２との１２枚のレンズＬ１〜Ｌ１２を有する。例えば壁面投射から床面投射に変更する場合のように、投射位置が変わる（投射距離が変わる）ことにより変倍が行なわれる。このような変倍時のフォーカスに際して、第１−１レンズ群４１は固定されたままである一方、レンズ群Ｆ１〜Ｆ３はそれぞれ移動する。すなわち、第１−２レンズ群４２は、変倍時に、３つのレンズ群Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を独立に移動させることで合焦を行う。この場合、表６の数値から、変倍に伴うフォーカシングにおいて、レンズ群Ｆ１〜Ｆ３のうち、レンズ群Ｆ２（Ｆ２レンズ群）の移動量が相対的に最も大きいことが分かる。
各レンズＬ１〜Ｌ１２について詳しく説明する。第１レンズであるレンズＬ１は、両凸形状の正レンズであり、第２レンズであるレンズＬ２は、両凸形状の正レンズであり、第３レンズであるレンズＬ３は、縮小側に凹面を有する負のメニスカスレンズであり、第２レンズと第３レンズは接合レンズであり、第４レンズであるレンズＬ４は、両凸形状の正レンズであり、第５レンズであるレンズＬ５は、両凹形状の負レンズであり、第４レンズと第５レンズは接合レンズであり、第６レンズであるレンズＬ６は、両凸形状の正レンズであり、開口絞りＳＴの後段に位置する第７レンズであるレンズＬ７は、縮小側に凸面を有する正のメニスカスレンズであり、第８レンズであるレンズＬ８は、両面に非球面を施された両凹形状の負レンズである。第９レンズであるレンズＬ９は、拡大側に凸面を有する正のメニスカスレンズであり、第１０レンズであるレンズＬ１０は、両凸形状の正レンズであり、第１１レンズであるレンズＬ１１は、縮小側に凹面を有する負のメニスカスレンズであり、第１２レンズであるレンズＬ１２は、負のパワーを有する両面非球面レンズである。レンズＬ１２は、光軸近傍で両凹形状を有する。レンズＬ１２が樹脂で成形されたレンズである。なお、第２光学群４０ｂは、既述のように、１枚の凹面非球面ミラーで構成されている。
図１０（Ａ）は、投射倍率１２５倍の時の投射光学系の縮小側収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）であり、図１０（Ｂ）は、投射倍率１００倍の時の投射光学系の縮小側収差図であり、図１０（Ｃ）は、投射倍率１６８倍の時の投射光学系の縮小側収差図である。また、図１１（Ａ）〜１１（Ｅ）は、図１０（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。図１１（Ａ）〜１１（Ｅ）はそれぞれ、像高１００％、８０％、６０％、４０％、１５％における横収差を示している。図１１（Ａ）は、最大画角の場合に対応する。同様に、図１２（Ａ）〜１２（Ｅ）は、図１０（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図であり、図１３（Ａ）〜１３（Ｅ）は、図１０（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。
（実施例３）
実施例３のレンズ面のデータを以下の表７に示す。本実施例では、開口数ＮＡが０．３以上（すなわちＦナンバー１．６程度）の明るいものとなっている。
〔表７〕
f 3.719
ω 72.9゜
NA 0.313

R D Nd Vd
OBJ Infinity 9.500
1 Infinity 25.910 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 26.305 9.600 1.49700 81.54
4 -124.322 0.200
5 26.243 7.000 1.49700 81.54
6 Infinity 1.200 1.84666 23.78
7 64.519 0.200
8 23.856 10.500 1.48749 70.24
9 -18.490 1.200 1.90366 31.31
10 89.894 0.200
*11 41.453 1.400 1.73077 40.51
*12 27.051 0.200
13 20.658 3.000 1.48749 70.24
14 53.969 5.782
STO Infinity 3.500
16 38.464 4.200 1.84666 23.78
17 -53.454 3.400
*18 1826.548 1.800 1.74320 49.29
*19 22.758 17.366
20 62.006 8.500 1.62041 60.29
21 -162.289 可変間隔
22 65.063 12.500 1.60342 38.03
23 -66.874 2.000 1.84666 23.78
24 117.229 可変間隔
*25 -302.516 2.800 1.53116 56.04
*26 34.186 可変間隔
*27 -55.160 可変間隔
IMG Infinity
以下の表８は、実施例３のレンズ面の非球面係数である。
〔表８〕
非球面係数
K A04 A06 A08 A10
A12 A14
11 1.5680 -1.8462E-04 1.0795E-06 -8.9307E-10 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
12 -1.3000 -1.4552E-04 1.2026E-06 -2.8852E-09 7.1787E-12
0.0000E+00 0.0000E+00
18 -1.0000 -4.9287E-05 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
19 -0.8800 -2.1276E-05 2.3023E-08 3.4187E-11 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
25 90.0000 5.2778E-06 3.5342E-10 6.8860E-12 -1.5465E-14
8.7070E-18 0.0000E+00
26 0.0000 -1.9738E-05 2.4506E-08 -3.2514E-11 3.3868E-14
-2.7739E-17 9.7163E-21
27 -1.0000 1.6556E-07 -7.4646E-11 9.9551E-15 -7.2864E-19
-1.4931E-22 1.8865E-26
以下の表９は、投射倍率１２５倍、投射倍率１００倍及び投射倍率１６９倍において、表７中の可変間隔２１，２４，２６，２７の値を示している。
〔表９〕
可変間隔
125x 100x 169x
21 7.485 4.000 11.432
24 15.115 18.271 11.500
26 114.442 114.771 114.110
27 -501.000 -407.448 -667.954
図１４は、実施例３の投射光学系の断面図である。実施例３では、第１光学群４０ａは、縮小側からレンズＬ１（第１レンズ）からレンズＬ１３（第１３レンズ）までの１３枚のレンズで構成されている。第１光学群４０ａは、縮小側に設けられた、正のパワーを有する第１−１レンズ群４１と、拡大側に設けられた、第１−１レンズ群４１のパワーよりも弱い正または負のパワーを有する第１−２レンズ群４２とからなる。第２光学群４０ｂは、１枚の凹面非球面ミラーＭＲで構成されている。なお、レンズＬ１３やミラーＭＲ等について、図１４では切り欠かずにそのまま描いているが、実際の光学系では、少なくともミラーＭＲは円形状から一部切り欠いた形状である場合がある。他のレンズ群も円形状から一部切り欠いた形状となる場合がある。
図１４において、投射光学系４０は、パネル面ＰＩ上の像をスクリーンまでの距離に応じた倍率で拡大投射するものである。投射光学系４０は、縮小側から順に、第１−１レンズ群４１のレンズ群Ｅ１を構成するレンズＬ１〜Ｌ７と、レンズ群Ｅ２を構成するレンズＬ８，Ｌ９と、第１−２レンズ群４２のレンズ群Ｆ１を構成するレンズＬ１０と、レンズ群Ｆ２を構成するレンズＬ１１，Ｌ１２と、レンズ群Ｆ３を構成するレンズＬ１３との１３枚のレンズＬ１〜Ｌ１３を有する。例えば壁面投射から床面投射に変更する場合のように、投射位置が変わる（投射距離が変わる）ことにより変倍が行なわれる。このような変倍時のフォーカスに際して、第１−１レンズ群４１と、レンズ群Ｆ３とは固定されたままである一方、レンズ群Ｆ１，Ｆ２はそれぞれ移動する。すなわち、第１−２レンズ群４２は、変倍時に２つのレンズ群Ｆ１，Ｆ２を独立に移動させることで合焦を行う。この場合、表９の数値から、変倍に伴うフォーカシングにおいて、レンズ群Ｆ１，Ｆ２のうち、レンズ群Ｆ２（Ｆ２レンズ群）の移動量が相対的に最も大きいことが分かる。
各レンズＬ１〜Ｌ１３について詳しく説明する。第１レンズであるレンズＬ１は、両凸形状の正レンズであり、第２レンズであるレンズＬ２は、縮小側に凸面を有する正の平凸形状の正レンズであり、第３レンズであるレンズＬ３は、縮小側に凹面を有する平凹形状の負レンズであり、第２レンズと第３レンズは接合レンズであり、第４レンズであるレンズＬ４は、両凸形状の正レンズであり、第５レンズであるレンズＬ５は、両凹形状の負レンズであり、第４レンズと第５レンズは接合レンズであり、第６レンズであるレンズＬ６は、両面に非球面を有する負のメニスカスレンズである。レンズＬ６は、縮小側に凸面を有する。第７レンズであるレンズＬ７は、縮小側に凸面を有する正のメニスカスレンズであり、開口絞りＳＴの後段に位置する第８レンズであるレンズＬ８は、両凸形状の正レンズであり、第９レンズであるレンズＬ９は、負のパワーを有する両面非球面レンズである。レンズＬ９は、両凹形状を有する。また、第１０レンズであるレンズＬ１０は、両凸形状の正レンズであり、第１１レンズであるレンズＬ１１は、両凸形状の正レンズであり、第１２レンズであるレンズＬ１２は、両凹形状の負レンズであり、第１３レンズであるレンズＬ１３は、負のパワーを有する両面非球面レンズである。レンズＬ１３は、光軸近傍で両凹形状を有する。レンズＬ１３が樹脂で成形されたレンズである。なお、第２光学群４０ｂは、既述のように、１枚の凹面非球面ミラーで構成されている。
図１５（Ａ）は、投射倍率１２５倍の時の投射光学系の縮小側収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）であり、図１５（Ｂ）は、投射倍率１００倍の時の投射光学系の縮小側収差図であり、図１５（Ｃ）は、投射倍率１６９倍の時の投射光学系の縮小側収差図である。また、図１６（Ａ）〜１６（Ｅ）は、図１５（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。図１６（Ａ）〜１６（Ｅ）はそれぞれ、像高１００％、８０％、６０％、４０％、１５％における横収差を示している。図１６（Ａ）は、最大画角の場合に対応する。同様に、図１７（Ａ）〜１７（Ｅ）は、図１５（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図であり、図１８（Ａ）〜１８（Ｅ）は、図１５（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。
（実施例４）
実施例４のレンズ面のデータを以下の表１０に示す。本実施例では、開口数ＮＡが０．３以上（すなわちＦナンバー１．６程度）の明るいものとなっている。
〔表１０〕
f 3.711
ω 72.8゜
NA 0.313

R D Nd Vd
OBJ Infinity 9.500
1 Infinity 25.910 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 28.524 9.600 1.49700 81.54
4 -72.313 0.200
5 32.478 7.000 1.49700 81.54
6 -87.794 1.200 1.84666 23.78
7 147.781 0.200
8 22.334 10.500 1.48749 70.24
9 -18.208 1.200 1.90366 31.31
10 47.623 0.700
*11 25.698 3.000 1.51633 64.06
*12 35.825 6.000
STO Infinity 0.000
14 28.025 4.200 1.84666 23.78
15 -63.313 3.400
*16 Infinity 1.800 1.80610 40.88
*17 24.186 22.270
18 71.585 8.770 1.51742 52.43
19 -85.996 可変間隔
20 50.146 8.215 1.54072 47.23
21 325.944 5.905
22 -66.464 2.000 1.84666 23.78
23 -5402.499 可変間隔
*24 -302.390 2.800 1.53116 56.04
*25 36.048 115.087
*26 -57.279 可変間隔
IMG Infinity
以下の表１１は、実施例４のレンズ面の非球面係数である。
〔表１１〕
非球面係数
K A04 A06 A08 A10
A12 A14
11 -2.1049 -8.4817E-05 -1.6727E-07 1.8335E-09 4.7369E-12
0.0000E+00 0.0000E+00
12 0.0000 -9.3750E-05 -3.1676E-07 2.4164E-09 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
16 -1.0000 -9.1711E-05 9.9512E-08 2.9916E-10 2.4116E-12
0.0000E+00 0.0000E+00
17 -2.1458 -3.9947E-05 1.8057E-07 1.9727E-10 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
24 90.0000 -1.1945E-06 5.5783E-09 4.3827E-12 -1.3895E-14
8.7070E-18 0.0000E+00
25 0.0000 -2.3623E-05 3.0305E-08 -4.2316E-11 4.4659E-14
-3.2202E-17 1.0593E-20
26 -1.0000 1.1034E-07 -4.4906E-11 -3.6620E-15 3.2666E-18
-7.5941E-22 5.6487E-26
以下の表１２は、投射倍率１２５倍、投射倍率１００倍及び投射倍率１６９倍において、表１０中の可変間隔１９，２３，２６の値を示している。
〔表１２〕
可変間隔
125x 100x 169x
19 5.733 4.000 7.543
23 13.810 15.543 12.000
26 -501.000 -409.575 -663.853
図１９は、実施例４の投射光学系の断面図である。実施例４では、第１光学群４０ａは、縮小側からレンズＬ１（第１レンズ）からレンズＬ１２（第１２レンズ）までの１２枚のレンズで構成されている。第１光学群４０ａは、縮小側に設けられた、正のパワーを有する第１−１レンズ群４１と、拡大側に設けられた、第１−１レンズ群４１のパワーよりも弱い正または負のパワーを有する第１−２レンズ群４２とからなる。第２光学群４０ｂは、１枚の凹面非球面ミラーＭＲで構成されている。なお、レンズＬ１２やミラーＭＲ等について、図１９では切り欠かずにそのまま描いているが、実際の光学系では、少なくともミラーＭＲは円形状から一部切り欠いた形状である場合がある。他のレンズ群も円形状から一部切り欠いた形状となる場合がある。
図１９において、投射光学系４０は、パネル面ＰＩ上の像をスクリーンまでの距離に応じた倍率で拡大投射するものである。投射光学系４０は、縮小側から順に、第１−１レンズ群４１のレンズ群Ｅ１を構成するレンズＬ１〜Ｌ６と、レンズ群Ｅ２を構成するレンズＬ７，Ｌ８と、第１−２レンズ群４２のレンズ群Ｆ１を構成するレンズＬ９と、レンズ群Ｆ２を構成するレンズＬ１０，Ｌ１１と、レンズ群Ｆ３を構成するレンズＬ１２との１２枚のレンズＬ１〜Ｌ１２を有する。例えば壁面投射から床面投射に変更する場合のように、投射位置が変わる（投射距離が変わる）ことにより変倍が行なわれる。このような変倍時のフォーカスに際して、第１−１レンズ群４１と、レンズ群Ｆ２，Ｆ３とは固定されたままである一方、レンズ群Ｆ２は移動する。すなわち、第１−２レンズ群４２は、変倍時に、レンズ群Ｆ２のみを移動させることで合焦を行う。
各レンズＬ１〜Ｌ１２について詳しく説明する。第１レンズであるレンズＬ１は、両凸形状の正レンズであり、第２レンズであるレンズＬ２は、両凸形状の正レンズであり、第３レンズであるレンズＬ３は、両凹形状の負レンズであり、第２レンズと第３レンズは接合レンズであり、第４レンズであるレンズＬ４は、両凸形状の正レンズであり、第５レンズであるレンズＬ５は、両凹形状の負レンズであり、第４レンズと第５レンズは接合レンズであり、第６レンズであるレンズＬ６は、両面に非球面を有する正のメニスカスレンズである。レンズＬ６は、縮小側に凸面を有する。開口絞りＳＴの後段に位置する第７レンズであるレンズＬ７は、両凸形状の正レンズであり、第８レンズであるレンズＬ８は、負のパワーを有する両面非球面レンズである。レンズＬ８は、両凹形状を有する。また、第９レンズであるレンズＬ９は、両凸形状の正レンズであり、第１０レンズであるレンズＬ１０は、縮小側に凸面を有する正のメニスカスレンズであり、第１１レンズであるレンズＬ１１は、縮小側に凹面を有する負のメニスカスレンズであり、第１２レンズであるレンズＬ１２は、負のパワーを有する両面非球面レンズである。レンズＬ１２は、光軸近傍で両凹形状を有する。レンズＬ１２が樹脂で成形されたレンズである。なお、第２光学群４０ｂは、既述のように、１枚の凹面非球面ミラーで構成されている。
図２０（Ａ）は、投射倍率１２５倍の時の投射光学系の縮小側収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）であり、図２０（Ｂ）は、投射倍率１００倍の時の投射光学系の縮小側収差図であり、図２０（Ｃ）は、投射倍率１６９倍の時の投射光学系の縮小側収差図である。また、図２１（Ａ）〜２１（Ｅ）は、図２０（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。図２１（Ａ）〜２１（Ｅ）はそれぞれ、像高１００％、８０％、６０％、４０％、１５％における横収差を示している。図２１（Ａ）は、最大画角の場合に対応する。同様に、図２２（Ａ）〜２２（Ｅ）は、図２０（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図であり、図２３（Ａ）〜２３（Ｅ）は、図２０（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。
〔実施例のまとめ〕
いずれの実施例においても、広角端での半画角７０度以上の広い画角を実現しながらも、フォーカスレンズ群である第１−２レンズ群４２において、樹脂製非球面レンズをレンズ群Ｆ３（Ｆ３レンズ群）の１枚のみとし、第１−２レンズ群４２は、４枚のレンズ（２枚の正のレンズおよび２枚の負のレンズ）で構成する簡易な構成となっている。また、投射光学系４０全体でもレンズ枚数を１２〜１３枚とする少ないレンズ構成となっている。
この発明は、上記の実施形態又は実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
例えば、各実施例において、各レンズ群を構成するレンズの前後又は間に１つ以上の実質的にパワーを持たないレンズを追加することができる。
また、投射光学系４０による拡大投射の対象は、液晶パネルに限らず、マイクロミラーを画素とするデジタル・マイクロミラー・デバイス等の光変調素子によって形成された画像を投射光学系４０によって拡大投射することができる。
２…プロジェクター、 １１，１２…インテグレーターレンズ、 １３…偏光変換素子、 １４…重畳レンズ、 １５…ダイクロイックミラー、 １６…反射ミラー、 １７Ｇ，１７Ｒ，１７Ｂ…フィールドレンズ、 １８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ…液晶パネル、 １９…クロスダイクロイックプリズム、 ２１…ダイクロイックミラー、 ２２…リレーレンズ、 ２３…反射ミラー、 ４０…投射光学系、 ４０ａ…第１光学群、 ４０ｂ…第２光学群、 ４１…レンズ群、 ４２…レンズ群、 ５０…光学系部分、 ７０…半画角、 ８０…回路装置、 ８１…画像処理部、 ８１，８２，８３…回路部分、 ８２…表示駆動部、 ８３…レンズ駆動部、 ８８…主制御部、 Ａ１…方向、 ＡＣ…アクチュエーター、 Ｅ１…レンズ群、 Ｅ２…レンズ群、 Ｆ１…レンズ群（Ｆ１レンズ群）、 Ｆ２…レンズ群（Ｆ２レンズ群）、 Ｆ３…レンズ群（Ｆ３レンズ群）、 Ｌ１-Ｌ１３…レンズ、 ＭＲ…凹面非球面ミラー、 ＯＡ…光軸、 ＰＩ…パネル面、 ＰＲ…プリズム

Claims (11)

  1. 縮小側から順に、複数のレンズからなり正のパワーを有する第１光学群と、凹面非球面形状を有する反射面を含む第２光学群とからなる投射光学系であって、
    前記第１光学群は、縮小側に配置された物体の中間像を前記第２光学群の前記反射面の手前に形成し、
    前記第１光学群は、変倍に伴うフォーカスの際に固定で、かつ、正のパワーを有する第１−１レンズ群と、全体として正のパワーを有する第１−２レンズ群とからなり、
    前記第１−２レンズ群は、縮小側から順に、１枚の正レンズからなるＦ１レンズ群と、１枚の正レンズ及び１枚の負レンズからなるＦ２レンズ群と、１枚の負レンズからなるＦ３レンズ群との３つのレンズ群からなり、少なくともＦ３レンズ群に非球面を含み、変倍に伴うフォーカスの際に少なくとも前記Ｆ２レンズ群を移動させることを特徴とする投射光学系。
  2. 前記Ｆ３レンズ群は、樹脂で成形された両面非球面レンズからなる、請求項１に記載の投射光学系。
  3. 前記Ｆ１レンズ群は、拡大側に凸面を有する正レンズからなり、
    前記Ｆ２レンズ群は、縮小側に凸面を有する正レンズと、縮小側に凹面を有する負レンズと、からなり、
    前記Ｆ３レンズ群は、拡大側に凹面を有する負レンズからなり、
    各レンズ群のパワーを各レンズ群の焦点距離の逆数の絶対値とするとき、前記Ｆ２レンズ群のパワーは、前記Ｆ１レンズ群のパワー及び前記Ｆ３レンズ群のパワーよりも弱い、請求項１又は２に記載の投射光学系。
  4. 前記Ｆ２レンズ群は、接合レンズである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の投射光学系。
  5. 前記第１−１レンズ群は、前記第１−１レンズ群の内部に開口絞りを有し、少なくとも１面に非球面形状を有する負レンズを最も拡大側に有している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の投射光学系。
  6. 前記第１−１レンズ群は、前記第１−１レンズ群の内部に開口絞りを有し、前記開口絞りよりも縮小側に、２枚の正のレンズと、正レンズと負レンズからなる第１の接合レンズと、正レンズと負レンズからなる第２の接合レンズとを含み、全体として９枚以下のレンズで構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の投射光学系。
  7. 物体側の開口数は、０．３以上である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の投射光学系。
  8. 縮小側は、テレセントリックである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の投射光学系。
  9. 前記複数のレンズ各々と、前記反射面とは、共通の光軸に対して回転対称である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の投射光学系。
  10. 変倍範囲が、１．５倍以上である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の投射光学系。
  11. 光源からの光を変調して画像光を形成する光変調素子と、
    前記光変調素子からの画像光を投射する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の投射光学系と
    を備えるプロジェクター。
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