JP2005301074A

JP2005301074A - 投影光学系

Info

Publication number: JP2005301074A
Application number: JP2004119501A
Authority: JP
Inventors: Tomiyoshi Kuwa; 富栄桑
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-10-27
Also published as: US20060176579A1; US7239452B2

Abstract

【課題】良好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利であり、しかも薄型・大画面で光学部品も軽量・コンパクトな投影光学系を提供する。
【解決手段】縮小側の１次像面ＳＯから拡大側の２次像面への拡大投影を行うための投影光学系であって、１次像面ＳＯ側から順に、回転対称軸ＡＸ１を共有し、かつ、パワーを有する２枚以上の屈折レンズを含む屈折レンズ群ＧＵと、正のパワーを有する第１ミラーＭ１と、負のパワーを有する第２ミラーＭ２と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は投影光学系に関するものであり、例えば、反射光学素子と屈折光学素子をリアプロジェクションに好適な光学構成で有する投影光学系に関するものである。

縮小側の１次像面から拡大側の２次像面への広角拡大投影を行うための投影光学系において、光路中で２次像面により近い位置に負ミラーを配置することは色収差と歪曲収差の軽減に有効である。色収差等を軽減するために負ミラーを用いた投影光学系としては、例えば特許文献１〜３で提案されているものが挙げられる。特許文献１で提案されている投影光学系の場合、１次像面側から、屈折レンズ群，平面ミラー，負ミラー，平面ミラーを順に並べることにより、投影光学系の広角化・高性能化と投影装置の薄型化を達成している。また光学性能の向上のために、回転非対称な自由曲面，アナモルフィック非球面，回転対称な非球面等が反射面に用いられている。

特許文献２においては、１次像面側から、屈折レンズ群(２次像面の法線ベクトルに対して垂直な方向に光軸を有する。)，平面ミラー，負ミラー，平面ミラーを順に並べることにより、投影光学系の広角化・高性能化と投影装置の薄型化を達成している。また、屈折レンズ群の絞りより拡大側において、屈折レンズ群の各面における画面全光束を包括する円の半径が一旦広がりその後狭まる構成にすることにより、負ミラーで発生する強い正のペッツバール和を緩和して更なる高性能化を図っている。また光学性能の向上のために、回転非対称な自由曲面が負ミラーの反射面に用いられている。

特許文献３においては、１次像面側から、屈折レンズ群(２次像面の法線ベクトルに対して垂直な方向に光軸を有する。)；平面反射面を有する第４ミラー；負又は正のパワーを有する第３ミラー；負又は正のパワー又は平面反射面を有する第２ミラー；平面反射面を有する第１ミラーを順に並べることにより、投影装置の薄型化を図っている。曲面ミラーを２枚用いた場合、ペッツバール和の低減設計が可能となり、互いのミラーから発生する偏芯収差を補償することも可能となる。また、第３ミラーによって発生する偏芯収差を屈折レンズ群中の偏芯補正レンズで補正しており、光学性能の向上のために非球面又は自由曲面が負ミラーと正ミラーの反射面に用いられている。
特開２００１−２６４６２７号公報特開２００２−１２２７８５号公報特開２００２−３４１４５２号公報

特許文献１，２で提案されている投影光学系は、反射光学素子と屈折光学素子を用いることにより広角化を達成している。ここで、負ミラーのパワーの絶対値を上げることができれば、更なる広角化を達成することが可能である。しかし、負ミラーのパワーの絶対値を上げることは、ペッツバール和がプラス側に片寄る原因となる。したがって、良好な像面性を確保するためにペッツバール和をマイナス方向に寄せ戻す必要があり、どこかで負のパワーを有する屈折レンズのパワーの絶対値を上げなければならない。しかし、そうすることは屈折レンズ群の焦点距離を伸ばすことにつながり、広角化と逆方向の作用をもたらすという矛盾が生じる。またテレセントリック系の場合、光路中で屈折レンズ群の１次像面寄りの位置に、強い正のパワーを有する(つまりペッツバール和をプラスに寄せる)レンズが必要不可欠となるため、それ以上の広角化は困難である。

もう１つの広角化の手段として、反射光学素子のサイズを大きくして、歪曲収差をより容易に軽減可能な構成にする方法が挙げられる。この方法を採用するには、反射光学素子より１次像面側に位置する屈折レンズ群で光束を発散させる必要がある。そのようにするには、屈折レンズ群と反射光学素子との間隔を広げたり、屈折レンズ群の有効径を広げたり、屈折レンズ群のレンズ枚数を増やしたりしなければならず、結果として投影装置の大型化やコストの増大を招くことになる。

また、リアプロジェクション装置として考えた場合、装置全体の厚さを薄く保つために、屈折レンズ群と反射光学素子との間に平面ミラー等を配置して光路を折り曲げる必要が生じる(特許文献１の第００１９段落参照。)。しかし上述したように、反射光学素子サイズの大型化や屈折レンズ群の広角化は、リアプロジェクション装置内に収める光路の取り回しを非常に困難にさせるため、更なる広角化は望めない。また、他の光学素子や光路との干渉なしに平面ミラーを配置するには、屈折レンズ群と負ミラーとの間に大きな空間を確保する必要があるため、投影光学系の光路長が伸びることにもなる。したがって、更なる広角化及び投影装置の薄型化には不向きである。

特許文献１，２で提案されている投影光学系は、負ミラーの光学面に回転非対称な形状を用いることによって収差の軽減を行っている。しかし、その製造時の加工を回転加工で行うことは不可能であり、回転対称形状と比較して加工と評価に高度な技術が必要とされる。したがってコスト高を招くおそれがある。

特許文献３で提案されている投影光学系では、パワーを有する第２，第３ミラーと偏芯補正レンズとで更なる広角化・薄型化を可能にしている。負ミラーでプラス方向に偏ったペッツバール和を正ミラーでマイナス方向に引き戻すことはできるが、その他の構成と制約によりそれらが達成されていない。その第１の理由は、特許文献１，２記載のものと同様、平面ミラーである第４ミラーの存在にある。第４ミラーでの折り返しを干渉無しに実現しようとすると、屈折光学系と第３ミラーとの間に大きな空間を確保する必要が生じる。その結果、光路長が長くなり光学素子が大型化するため、広角化・薄型化には不向きである。第２の理由は、スクリーンに対する第１ミラーの傾斜にある。これは打ち上げ角θ(特許文献３の図２参照。)が小さいことと関係している。つまり、スクリーンの上端・下端(特許文献３の図２の±Ｙ方向の端)における、第３ミラーからスクリーンに到達する主光線の光路長の差が小さいことを意味している。したがって、単に平面反射面で複数回折り返された共軸光学系とあまり変わらないことになるため、広角化・薄型化には不向きである。また、スクリーンに対する第１ミラーの傾斜によりスクリーン上端での光路長が短くなっているため、偏芯度合いやシフト度合いを高めることによる広角化には不向きである。

また特許文献３で提案されている投影光学系では、表示素子や第２，第３ミラーが３次元的に回転偏芯した光学構成になっているため、スクリーンに到達する全光線は、面対称の対称面を１面も持っていない。このため収差補正が困難であり、高性能化に不向きである。また、広角化に伴って投影光学系の拡大倍率が上がると、第２，第３ミラーのＹＺ平面(特許文献３の図２参照。)上での大きさが増大し、製造が困難になる上にコストも上昇する。したがって、広角化・薄型化・低コスト化には不向きである。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、良好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利であり、しかも薄型・大画面で光学部品も軽量・コンパクトな投影光学系を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の投影光学系は、縮小側の１次像面から拡大側の２次像面への拡大投影を行うための投影光学系であって、１次像面側から順に、回転対称軸を共有し、かつ、パワーを有する２枚以上の屈折レンズを含む屈折レンズ群と、正のパワーを有する第１反射光学素子と、負のパワーを有する第２反射光学素子と、を備えたことを特徴とする。

第２の発明の投影光学系は、上記第１の発明において、前記第１反射光学素子が回転対称な面形状の反射面を有することを特徴とする。

第３の発明の投影光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記第２反射光学素子が回転対称な面形状の反射面を有することを特徴とする。

第４の発明の投影光学系は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記屈折レンズ群内に回転非対称レンズを有し、その回転非対称レンズが面対称の対称面を多くとも１面しか持たない回転非対称な面を少なくとも１面有することを特徴とする。

第５の発明の投影光学系は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記屈折レンズ群の光軸が１次像面の法線に対して傾いていることを特徴とする。

第６の発明の投影光学系は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記屈折レンズ群の光路中で最も１次像面側のレンズが回転対称な非球面形状の光学面を有し、その非球面の面頂点をＡｏとし、面頂点Ａｏから非球面の回転対称軸と同レンズのもう一方の面とが交わる点へ向かう方向のベクトルをＡｖｘとし、ベクトルＡｖｘに直交するベクトルをＡｖｙとしたとき、面頂点Ａｏを原点とするベクトルＡｖｘ，Ａｖｙの２次元座標において、ベクトルＡｖｘ方向の値をＡｘとし、Ａｖｙ方向の値をＡｙとして非球面形状をＡｘ＝ｆ(Ａｙ)で定義すると、以下の条件式(FA)を満足する範囲において、ｆ(Ａｙ)の２次微分関数ｆ(Ａｙ)”が極大，極小のうちの少なくとも一方を有することを特徴とする。
０＜Ａｙ＜Ｒｍａｘ …(FA)
ただし、
Ｒｍａｘ：非球面の有効光路半径、
である。

第７の発明の投影光学系は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、１次像面側に非テレセントリックであることを特徴とする。

本発明によれば、屈折レンズ群と共に正・負のパワーを有する第１，第２反射光学素子を備えた特徴的な構成になっているため、良好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利であって、しかも薄型・大画面で光学部品も軽量・コンパクトな投影光学系を実現することができる。

以下、本発明に係る投影光学系の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１〜図４に、投影光学系の第１〜第４の実施の形態における１次像面ＳＯから２次像面ＳＩまでの投影光路全体の光学構成(光学配置，投影光路等)を、１次像面ＳＯの画面長辺方向に沿って見たときの光学断面(すなわち後述するＸＹ断面)でそれぞれ示し、図５〜図８に、図１〜図４の主要部を拡大してそれぞれ示す。各実施の形態の光学構成の上下配置は、図１〜図８に示されているものに限らず、上下反対でもよい。つまり、実際の装置配置や光学系配置等の都合に合わせて、図１〜図８における上側を下側としてもなんら問題はない。なお、図１〜図８中、＊印が付された光学面は回転対称な非球面、＄印が付された光学面は回転非対称な非球面(いわゆる自由曲面)であることを示している。

第１〜第４の実施の形態は、縮小側の１次像面ＳＯから拡大側の２次像面ＳＩへの斜め方向の拡大投影を行う、画像投影装置用の斜め投影光学系である。したがって、１次像面ＳＯは光強度を変調することにより２次元画像を形成するライトバルブの画像形成面(例えば画像表示面)に相当し、２次像面ＳＩは投影像面(例えばスクリーン面)に相当する。１次像面ＳＯの近傍に位置するガラス板ＧＰ(図５〜図８)はライトバルブのカバーガラスであり、各実施の形態ではライトバルブとしてデジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)を想定している。ただし、ライトバルブはこれに限らず、各実施の形態の斜め投影光学系に適した他の非発光・反射型(又は透過型)の表示素子(例えば液晶表示素子)を用いても構わない。ライトバルブとしてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合、それに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(例えば±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に強度変調される。その際、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが斜め投影光学系に入射してスクリーン面に投射される。なお、上記ライトバルブの代わりに自発光型表示素子を用いてもよい。映像表示素子として自発光型表示素子を用いれば、照明用の光源等が不要となるため、光学構成をより軽量で小型にすることができる。

各実施の形態の斜め投影光学系は、背面投写型画像投影装置(リアプロジェクター)に適した光学構成を有しているが、２次像面ＳＩから１次像面ＳＯへの斜め方向の縮小投影を行う斜め投影光学系として、画像読み取り装置に用いることも可能である。その場合、１次像面ＳＯは画像読み取り用の受光素子(例えばＣＣＤ：Charge Coupled Device)の受光面に相当し、２次像面ＳＩは読み取り画像面(つまり原稿面)に相当する。また、いずれの実施の形態も、拡大側の２次像面ＳＩに到達する直前の反射面が平面反射面であるので、それを構成している第３ミラーＭ３を取り除き、その結果得られる２次像面ＳＩの位置にスクリーンを配置すれば、前面投写型画像投影装置(フロントプロジェクター)としての使用も可能である。そして、そのような形態における縮小光学系としても利用可能である。

各実施の形態の斜め投影光学系は、１次像面ＳＯ側から順に、パワーを有する２枚以上の屈折レンズで共軸系を成す屈折レンズ群ＧＵ(ＡＸ１：屈折レンズ群ＧＵの光軸)と、正のパワーを有する第１ミラーＭ１(ＡＸ２：第１ミラーＭ１の反射面形状の回転対称軸)と、負のパワーを有する第２ミラーＭ２(ＡＸ３：第２ミラーＭ２の反射面形状の回転対称軸)と、平面反射面を有する第３ミラーＭ３と、を備えている。１次像面ＳＯ上から射出した光線は、まず１次像面ＳＯを覆っているガラス板ＧＰを通過する。このガラス板ＧＰの面Ｓ１，Ｓ２はノンパワーの光学面であり、屈折レンズ群ＧＵには含まれない。

ガラス板ＧＰを通過した光線は、次に、面Ｓ３〜Ｓ１３から成る屈折レンズ群ＧＵを通過する。この屈折レンズ群ＧＵにおいて、面Ｓ３は回転対称な非球面であり、面Ｓ１２は回転非対称な拡張非球面である。また、面Ｓ４には開口絞りＳＴが設けられており、面Ｓ５〜Ｓ７は接合レンズ群を構成している。屈折レンズ群ＧＵは面Ｓ１２を除き共軸系を成しているが、屈折レンズ群ＧＵの光軸ＡＸ１と１次像面ＳＯの法線とは非平行になっている。このように構成することで、光路の折り曲げに際する干渉を緩和するとともに、像面性を良好に保っている。屈折レンズ群ＧＵから射出した光線は、第１ミラーＭ１の回転対称非球面から成る反射面Ｓ１４で反射され、第２ミラーＭ２の回転対称非球面から成る反射面Ｓ１５で反射され、第３ミラーＭ３の平面反射面Ｓ１６で反射された後、２次像面ＳＩに到達する。

各実施の形態のように、縮小側の１次像面から拡大側の２次像面への拡大投影を行うための投影光学系においては、１次像面側から順に、回転対称軸を共有し、かつ、パワーを有する２枚以上の屈折レンズを含む屈折レンズ群と、正のパワーを有する第１反射光学素子と、負のパワーを有する第２反射光学素子と、を備えることが好ましい。負のパワーを有する反射面を用いると、倍率色収差の低減が可能になるため、歪曲収差の補正が容易になる。しかし、このような作用を有する負のパワーを有するミラーは一般にサイズが大きく製造が難しいため、コストアップや装置の大型化を招くという問題がある。また、広角化したりサイズを小さくしたりするために負のパワーを強くすると、ペッツバール和が正傾向になるため、像面性を良好にするのが難しくなる。それを補正するために配置されるのが正のパワーを有する反射面である。つまり、第１，第２反射光学素子の正・負のパワー配置は、光学性能，小型化及び広角化の両立を達成する上で有効に作用する。そして各実施の形態では、正パワーの第１ミラーＭ１と負パワーの第２ミラーＭ２とでこの構成を具体化している。したがって上記構成により、良好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利であって、しかも薄型・大画面で光学部品も軽量・コンパクトな投影光学系を実現することが可能となる。

各実施の形態では、第３ミラーＭ３として平面ミラーを用いており、第３ミラーＭ３の反射面法線と２次像面ＳＩの法線とが平行に配置されている。反射光学素子を含む投影光学系の広角化は、光路との干渉を避けながら行われる必要があるため、広角化に伴う偏芯量又はシフト量の増加は、投影される全光線の中での最大光路長差を大きくすることを意味する。装置の厚さを２次像面の法線方向にとったとき、投影光学系と２次像面との間に反射面(いわゆる背面ミラーに相当する。)を配置すれば、光路を折り返すことによって装置の厚さを抑えることができる。この反射面が曲面であれば歪曲収差を補正するのに非常に有効であり、良好な光学性能を確保する上では好ましい。しかし、背面ミラーは他の光学素子に比べて非常に大型であるため、その反射面は平面である方が好ましい。つまり、２次像面に対向する反射光学素子は、製造容易で低コスト化が可能な平面反射面を有することが好ましい。また、最大光路長差を大きく維持しつつ装置厚を薄くするために、背面ミラーの反射面法線と２次像面の法線とは平行又は略平行であることが好ましい。

前述したように、負パワーの第２反射光学素子のサイズを小さくすることによって、その低コスト化を達成することができ、第２反射光学素子と向かい合うように正パワーの第１反射光学素子を配置することによって、光路との干渉を避けながら像面性を良好にすることができる。そして、上記コスト，装置厚，画角，光学性能等のバランスを考慮すると、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
0＜(ＲＶ／Ｖ１)×(Ｔ／Ｖ２)＜5 …(1)
ただし、
ＲＶ：第２反射光学素子での有効光路を２次像面の短辺方向に測ったときの大きさ(＞０，ｍｍ)、
Ｖ１：１次像面の短辺方向の大きさ(＞０，ｍｍ)、
Ｔ：２次像面の法線方向の装置の厚さ(＞０，ｍｍ)、
Ｖ２：２次像面の短辺方向の大きさ(＞０，ｍｍ)、
である。

条件式(1)中の(ＲＶ／Ｖ１)は１次像面に対する第２反射光学素子の大きさの比であり、この値が大きいほど第２反射光学素子のサイズが大きいことを意味し、結果として装置はコストアップすることになる。また、条件式(1)中の(Ｔ／Ｖ２)は装置厚の絶対値ではなく、装置の薄さを表現する比率(すなわち２次像面の大きさに対する装置の厚さの比)であり、この値が大きければ装置は薄くないことになる。したがって、条件式(1)の上限を越えると、装置は薄いが第２反射光学素子の反射面サイズは大きくなるか、第２反射光学素子の反射面サイズは小さいが装置は厚くなるか、あるいは装置が厚くなり第２反射光学素子の反射面サイズも大きくなる。

以下の条件式(1a)を満足することが更に望ましい。
3＜(ＲＶ／Ｖ１)×(Ｔ／Ｖ２)＜4.5 …(1a)
この条件式(1a)の上限を上回ると、上記理由により薄型化や低コスト化がより一層困難になる。逆に、条件式(1a)の下限を下回ると、以下のような問題が生じやすくなる。負パワーを有する第２反射光学素子のサイズが小さすぎた場合、第２反射光学素子により発生する正のペッツバール値が大きくなりすぎて像面性が崩れてしまい、その結果、光学性能を良好に保つことが困難になる。また装置が薄くなりすぎると、第１，第２反射光学素子間の光束とその前後の光束とを干渉させずに配置することが困難になる。

一般に反射光学素子を含む投影光学系には、広角化の際の光束と構造部品との干渉を避けるために、全系における回転対称軸基準に対して片寄った部分を用いるシフト系、あるいは全系における回転対称軸が屈曲させられることにより回転対称軸基準を失った形の非軸系であることが要求される。そのシフト量又は偏芯量を増やすことにより更なる広角化が望めるが、光束と構造部品との干渉を効率良く避けるには、第１，第２反射光学素子のうちの少なくとも一方が１次像面の法線に対して偏芯したパワーを有することが好ましい。また、図１〜図８に示す光学断面(すなわち後述するＸＹ断面)内において、２次像面ＳＩの最も下側に到達する光線は、１次像面ＳＯの法線に対して平行な光路を構成するよりも、背面ミラーである第３ミラーＭ３から２次像面ＳＩに向けて斜め上方に傾斜した光路を構成するのが好ましい。十分なシフトによりこのような光路配置にすれば、装置の薄型化を効果的に達成することができる。

各実施の形態において正パワー又は負パワーの反射面を構成している第１，第２反射光学素子(つまり、第１ミラーＭ１，第２ミラーＭ２)は、射出成型，プレス成型，切削成形等により製造された光学部品に反射作用をもたらすコーティング(金属薄膜等)を施すことにより得られる。上記光学部品の材料としては、プラスチック(紫外線硬化型樹脂等)，ガラス，金属等が挙げられる。また反射光学素子として、反射型のホログラム，反射型の回折光学素子，反射型のフレネル素子等を用いてもよい。

投影光学系が開口絞りを有し、光路中の開口絞り近辺に正パワーのレンズと負パワーのレンズとが隣り合わせに配置されていれば、軸上色収差の補正が可能となるため好ましい。さらに、正パワーのレンズと負パワーのレンズとを接合すれば、正・負のレンズ間の空気間隔がなくなるため、これら２つのレンズの相対偏芯誤差感度の低減が可能となる。それに加えて、それぞれのレンズの屈折率の組み合わせによってペッツバール和を調整することも可能となる。しかも開口絞り近辺に接合レンズを配置することは、レンズ鏡胴構成を簡略化する上でも有効である。また光路中の１次像面側から順に、開口絞り，負パワーのレンズ，正パワーのレンズの順に配置すれば、光束を無駄に屈曲させずに済むため、偏芯誤差感度が下がるというメリットもある。各実施の形態では、このような観点から、面Ｓ４に開口絞りＳＴを設けるとともに面Ｓ５〜Ｓ７で負・正の接合レンズ群を構成している。

各実施の形態では、背面ミラーである第３ミラーＭ３のみが、パワーを持たない反射光学素子として用いられている。このように、光路中で最も２次像面側に位置するパワーを有する光学面(各実施の形態では第２ミラーＭ２に相当する。)と１次像面との間では、パワーを持たない反射光学素子(つまり折り返しミラー)を配置しないことが好ましい。折り返しミラーのような反射光学素子は、投影光の光路と構造部品との干渉を避けたり、投影光学系のレイアウトを物理的に可能にしたりするためだけに設けられるため、光学的には不要である。また、折り返しミラーに関係する光束と構造部品との干渉を避けるために、パワーを有する光学素子に余分な光学的負荷(光路長を伸ばす等)をかけてコストアップ等を招くことにもなる。さらに、折り返しミラーには偏芯誤差や面形状誤差が必ず発生するとともに、反射率は１００％未満となるため、光学収差性能及び明るさの低下の原因となる。したがって、光路中で最も２次像面側に位置するパワーを有する光学面と１次像面との間、そのなかでもパワーを有する反射面間やパワーを有する反射面と屈折面との間には、パワーを持たない反射光学素子を配置しないことが好ましい。

１次像面の画面中心と開口絞りの中心とを通過する光線を「中心主光線」とし、正パワーの第１反射光学素子(第１ミラーＭ１に相当する。)に対する中心主光線の入射ベクトル及び射出ベクトルを含む平面をＰＬ１とし、負パワーの第２反射光学素子(第２ミラーＭ２に相当する。)に対する中心主光線の入射光をＭ２ＰＲｉとし、射出光をＭ２ＰＲｆとすると、入射光Ｍ２ＰＲｉ及び射出光Ｍ２ＰＲｆが共に平面ＰＬ１内に含まれることが好ましい。さらに、屈折レンズ群のレンズ光軸(ＡＸ１)が平面ＰＬ１内に含まれることが好ましい。さらに、１次像面ＳＯの法線と屈折レンズ群ＧＵの光軸ＡＸ１とが成す角度θ１の絶対値｜θ１｜が０．５°〜１０°であることが好ましい。この条件の下限を下回ると、偏芯収差補正量が不十分となるため広角化が困難になり、逆に、上限を上回ると、光軸ＡＸ１の過剰偏芯量により、かえって収差補正が困難になる。さらには、｜θ１｜が０．５°〜５°であれば、光学性能と広角度合いのバランスがより良い範囲となる。なお、後述する実施例１〜４では、それぞれの｜θ１｜の値が、２．５°，１．７°，２．１°，３．２°である。これらの条件を満たす投影光学系は、共軸系か、又は１方向にのみ偏芯した光学系であり、これらの条件を満たさない投影光学系は、前述したような光学的に不要な反射光学素子が投影光路中に存在する光学系か、あるいは２方向以上に偏芯した光学系である。したがって、上記条件を満たさない光学系では偏芯収差がより複雑になり、それを補正するために、対称面を持たない複雑な面形状の光学素子や偏芯が２方向以上の光学素子が必要となって、広角化・高性能化・低コスト化が困難になる。ただし、製造上必ず存在する誤差要因により入射光Ｍ２ＰＲｉ，射出光Ｍ２ＰＲｆ及び光軸ＡＸ１は平面ＰＬ１から外れるが、それぞれが平面ＰＬ１と成す角度の絶対値が１°以内であることが好ましい。いずれの実施の形態においても上記条件を満たすことにより、広角化・高性能化・低コスト化を達成している。

図１〜図４から分かるように、各実施の形態では１次像面ＳＯと２次像面ＳＩとの傾き関係が、良好な光学性能を得る上で適した構成になっている。つまり、反射光学素子を有する投影光学系においては、前述した広角化に伴う偏芯量又はシフト量の増加により生じる偏芯収差を緩和するために、１次像面の法線は２次像面の法線に対して傾いていることが好ましい。具体的には、１次像面法線と２次像面法線とが成す角度θ２の絶対値｜θ２｜が１５°〜６０°であることが好ましい。この条件の下限を下回ると、十分な偏芯量が確保できず広角化が困難となることに加え、光路と部品の干渉を避けることが困難になる。逆に、上限を上回ると、偏芯量が大きすぎて光学性能を確保するのが困難になる。更に好ましくは、｜θ２｜が２５°〜４５°であることが好ましい。２５°から４５°までの間は、光学性能と広角度合いのバランスがより良い範囲である。なお、後述する実施例１〜４では、それぞれの｜θ２｜の値が、３４．１°，３４．１°，３６．０°，３６．８°である。また、１方向の偏芯により発生する収差の補正は２方向の偏芯により発生する収差の補正よりも容易であるため、１次像面の法線は前記平面ＰＬ１に垂直な軸回りにのみ傾いていることが更に好ましい。ただし、製造上必ず存在する誤差要因により、１次像面法線は平面ＰＬ１の法線と１°以内の角度を成す軸周りに傾いていることが好ましい。

各実施の形態のように、第１反射光学素子(第１ミラーＭ１に相当する。)は回転対称な面形状の反射面を有することが好ましく、第２反射光学素子(第２ミラーＭ２に相当する。)は回転対称な面形状の反射面を有することが好ましい。また、第１，第２反射光学素子が共に回転対称な面形状の反射面を有することが更に好ましい。偏芯光学系やシフト光学系において回転対称軸を持たない光学面を用いることは、一般に収差補正に対して有効である。しかし、その光学面は形状が複雑であるため、製造や評価が複雑化してしまう。したがって、回転対称軸を持たない光学面は低コスト化に不向きである。第１反射光学素子，第２反射光学素子の一方、好ましくは両方について、その反射面形状を回転対称にすれば、面形状の高精度化が比較的容易になる。したがって、反射光学素子の製造や評価が容易になるため、投影光学系の低コスト化を達成することができる。

反射光学素子を有する投影光学系においては、広角化に伴って偏芯量が増えるのが一般的である。ここでいう「偏芯」とは、１次像面の法線に対して光学素子が平行移動又は傾きを伴うことを指す。反射光学素子が回転対称軸を有する場合、偏芯量が増えるに伴って、その回転対称軸がその面の有効光路領域外に位置することになる場合がある。そのような場合には、反射面の形成を射出成型，プレス成型，切削成形等の回転加工を伴う方法で行い、その性質を活かして反射光学素子の位置決め精度を高める方法を用いることが好ましい。

上記位置決め精度を高める方法としては、例えば、回転対称軸を含む一定の回転対称な突起又は窪みを反射面に形成し、突起の外周部や窪みの内周部を基準面として、回転対称軸方向や回転対称軸に垂直な方向の位置決めに用いる方法が挙げられる。上記突起形状，窪み形状には、少なくとも部分的に円錐形状，円柱形状が存在するため、それを基準面として利用することができる。この方法によると、有効光路領域内の面形状と基準面を同一加工で形成することができるため、光学面形状に対して高精度に位置決めを行うことが可能である。また、射出成型やプレス成型時の金型補正により、前記突起形状や窪み形状に任意の平面部を形成して位置決め精度を追い込む方法を用いてもよい。したがって、突起や窪みの形状は円錐形状や円柱形状に限らない。前記突起又は窪みと、反射光学素子の有効光路領域外の少なくとも１つの点又は少なくとも１つの線と、の組み合わせを位置決めの基準としてもよい。それによって、反射光学素子の傾きを高精度に決めることが可能となる。また、前記少なくとも１つの点又は少なくとも１つの線を回転加工により作製すれば、光学面精度と同等レベルの傾き調整を行うことができる。

前記突起や窪みは回転対称軸を含み、かつ、光学的に集光作用又は発散作用を持った形状を有することが好ましい。このような形状を有する面に光束を入射させ、その光束の反射光又は透過光を用いて反射光学素子の位置や傾きを検出し、その検出結果から反射光学素子の位置や傾きを調整すれば、反射光学素子を更に高精度に位置決めすることが可能である。また、反射光学素子の有効光路領域外に任意の点を中心とした球形状の面を形成すれば、その点を中心に反射光学素子の傾き調整を行うことができる。それが球形状ではなく円柱状であれば、任意の平面内で反射光学素子の傾き調整を行うことが可能である。

前述したように、回転加工が可能な回転対称光学面の製造と評価は、回転対称軸を持たない面形状に比べて容易かつ低コストである。その理由の１つを以下に説明する。回転対称光学面は、２次元運動と１軸に対する回転運動との組み合わせによる加工で製造可能である。回転対称軸を持たない光学面の製造には、２以上の２次元動作の組み合わせ、又は３次元動作が伴うことになるので、高精度化が困難になるとともに加工時間が長くなる。このため、投影光学系において物理的に大きい光学素子ほどコスト増加率が高くなる。したがって、投影光学系において物理的に最も大きい光学素子の光学面形状を回転対称な形状とし、物理的に小さい光学素子ほど光学面に回転非対称なパワーを持たせることが好ましい。

各実施の形態には、回転非対称な非球面を有する回転非対称レンズＡＬが屈折レンズ群ＧＵ内に設けられている。このように、屈折レンズ群内に回転非対称レンズを有し、その回転非対称レンズが面対称の対称面を多くとも１面しか持たない回転非対称な面を少なくとも１面有することが好ましい。前述したように、反射光学素子を有する投影光学系には、その広角化のためにシフト系又は非軸系であることが要求される。いずれの系においても、２次像面上での光学的収差は２次像面中心に対して回転非対称になるため、発生する非軸対称な収差は回転対称な面では補正しきれない。それを補正するには回転非対称な面形状を用いることが好ましく、回転非対称な光学面を投影光学系内に用いることにより、２次像面全域における像面性及び収差バランスを良好にすることができる。また、複数の偏芯した回転対称な光学素子を組み合わせることによっても、同じような効果を得ることができる。そうした場合、回転非対称な光学面を用いた場合に比べ、光学素子数が増えたり、保持構成が複雑化したりする。したがって、共軸系と回転非対称光学面と偏芯した回転対称面とを組み合わせることにより、高性能を維持しつつ低コスト化を達成することが可能となる。

先に述べたように、回転非対称な光学面は大きくなるほどそのコストが高くなる。この観点から言えば、回転非対称な光学面は反射光学素子よりも屈折光学素子に用いることが好ましい。反射面は屈折面よりも面形状に対する誤差感度が一般に高く、その面形状に乗る製造時の誤差は光学性能を著しく悪化させる。一方、屈折光学素子では、一般にその屈折率が１．４台から存在するため、製造誤差の影響を減らすことができ、誤差感度を比較的低く維持することができる。同じ理由から、回転非対称な面形状を有する光学面の光学的なパワーは弱い方が好ましい。

回転非対称レンズの一方の面を回転対称な面形状にすることが好ましい。回転非対称レンズの一方の面を回転対称面とすることにより、両面を回転非対称な面形状とするよりも、製造や評価が単純化されるという効果が得られる。また、一方のレンズ面を構成する回転対称面の曲率と、他方のレンズ面を構成する回転非対称面の曲率と、が同じか又は近いことが好ましい。この構成によると、光学的パワーが小さくなり、誤差感度が小さくなるという効果が得られる。回転非対称レンズに対する前記中心主光線の単位入射ベクトルと単位射出ベクトルとが略一致する構成にすることが好ましい。この構成によると、回転非対称レンズの偏芯誤差感度を小さくすることができる。

図５〜図８から分かるように、各実施の形態では屈折レンズ群ＧＵの光軸ＡＸ１が１次像面ＳＯの法線に対して傾いた光学構成になっている。このように、屈折レンズ群の光軸が１次像面の法線に対して傾いていることが好ましい。前述したように、パワーを有する反射面と屈折面との間に、パワーを持たない反射光学素子を配置しない場合には、光路と構造部品との干渉を避けるために、パワーを有する反射面がその役割を果たさなければならない。例えば、反射面形状が回転対称軸を有する場合、反射面の回転対称軸は１次像面の法線に対して傾く必要がある。これは反射光学素子のパワー分布を１次像面の法線に対して傾けたことになる。これに対応するように屈折レンズ群のパワー分布を傾ければ、投影光学系全体のパワー分布の偏芯を補償することができる。

屈折レンズ群の光路中で最も１次像面側のレンズが回転対称な非球面形状の光学面を有し、その非球面の面頂点をＡｏとし、面頂点Ａｏから非球面の回転対称軸と同レンズのもう一方の面とが交わる点へ向かう方向のベクトルをＡｖｘとし、ベクトルＡｖｘに直交するベクトルをＡｖｙとしたとき、面頂点Ａｏを原点とするベクトルＡｖｘ，Ａｖｙの２次元座標において、ベクトルＡｖｘ方向の値をＡｘとし、Ａｖｙ方向の値をＡｙとして非球面形状をＡｘ＝ｆ(Ａｙ)で定義すると、以下の条件式(FA)を満足する範囲において、ｆ(Ａｙ)の２次微分関数ｆ(Ａｙ)”が極大，極小のうちの少なくとも一方を有することが好ましい。
０＜Ａｙ＜Ｒｍａｘ …(FA)
ただし、
Ｒｍａｘ：非球面の有効光路半径、
である。

瞳近傍に非球面を用いることによりコマ収差等の補正が可能になるので、例えば後ろ絞りの光学構成では、最も１次像面側のレンズに非球面を配置することによりコマ収差等の補正を効果的に行うことが可能になる。このような非球面の形状を表すｆ(Ａｙ)の２次微分関数ｆ(Ａｙ)”が、条件式(FA)の範囲において極大，極小のうちの少なくとも一方を有することにより、高いコマ収差補正能力を得ることが可能となる。２次微分関数ｆ(Ａｙ)”が極大又は極小を持つということは、非球面形状ｆ(Ａｙ)をベクトルＡｖｙ方向に等間隔で分割したとき、分割された各線の長さが条件式(FA)の範囲内で一度最大になり、また減少することを意味する。そのような形状の非球面では、レンズを異なる位置で通過する光線に対してのコマ収差への作用を逆にすることができ、また、斜めから入射する光線に対しても自由度が高いため高いコマ収差補正能力を得ることができる。

さらに、前記条件式(FA)を満足する範囲において、ｆ(Ａｙ)の１次微分関数ｆ(Ａｙ)’が極大と極小を少なくとも１つずつ有することが好ましい。この構成によれば、更に高い自由度の面形状により、高いコマ収差補正能力を得ることができる。

また各実施の形態では、最も１次像面ＳＯ側のレンズ面Ｓ３が非球面から成っており、その裏面が平面又は球面から成っている。このように、最も１次像面側のレンズの１次像面側のレンズ面を非球面とするのが好ましく、その裏側のレンズ面は平面又は球面とするのが好ましい。最も１次像面側のレンズの２次像面側のレンズ面を平面又は球面とすることにより、それを基準面とした非球面の偏芯調整を容易に行うことが可能となる。例えば非球面の裏面が平面であれば、その平面内にレンズ全体を偏芯調整することにより平行偏芯調整を容易に行うことが可能となり、非球面の裏面が球面であれば、その曲率中心で非球面の傾き偏芯調整を容易に行うことが可能となる。したがって、後続するレンズを含めた鏡胴構成を容易に行うことが可能となる。

図５〜図８から分かるように、各実施の形態は１次像面ＳＯ側に非テレセントリックな光学構成になっている。このように、投影光学系は１次像面側に非テレセントリックであることが好ましい。１次像面上から屈折レンズ群に向かう主光線の初期光線が、平行より収束する側の非テレセントリックであれば、負パワーの第２反射光学素子で発生する正符号のペッツバール値を補正するための負パワーの要素を無理に使う必要がなくなるため、少ないレンズ枚数で光学性能を良好にし易くなる。また、光学素子に入射する光束の幅が狭くなるので、光学素子の小型化に向いている。

図５〜図８から分かるように、各実施の形態では開口絞りＳＴが投影光路中の最も１次像面ＳＯ側のレンズ近傍に配置されている。このように、投影光学系の開口絞りは投影光路中の最も１次像面側のレンズ近傍に位置することが好ましい。この構成によると、１次像面を照明する照明光との干渉を考慮したときに、正パワーの光学素子等で光束幅を狭くする必要がなくなる。そして、そのような正パワーのレンズが存在することによる光束との干渉を考慮する必要がなくなる。

以下、本発明を実施した投影光学系を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜４は、前述した第１〜第４の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、各実施の形態を表す光学構成図(図１〜図８)は、対応する実施例の光学配置，投影光路等をそれぞれ示している。

表１〜表１６に実施例１〜４の光学構成を示す。そのなかでも、表１，表２；表５，表６；表９，表１０；表１３，表１４は、縮小側の１次像面(ＳＯ；拡大投影における物面に相当する。)から拡大側の２次像面(ＳＩ；拡大投影における像面に相当する。)までを含めた全系の光学配置をコンストラクションデータで示している。コンストラクションデータ(その１)において、Ｓｎ(ｎ＝１，２，３，．．．)は縮小側から数えてｎ番目の面であり、その面の曲率半径がＣＲ(ｍｍ)、その面から次の拡大側面までの軸上面間隔がＴ(ｍｍ)であり、軸上面間隔Ｔに位置する媒質のｄ線に対する屈折率，アッベ数がＮｄ，νｄである。なお、面Ｓ１と面Ｓ２を構成しているガラス板ＧＰは１次像面ＳＯを覆うカバーガラスであり、開口絞りＳＴに関してはその絞り半径をあわせて示す。

全実施例におけるグローバル座標の原点(Ｇｏ)は１次像面ＳＯ中心に位置し、そのベクトルは直交した単位ベクトルＶＸ(１，０，０)、ＶＹ(０，１，０)、ＶＺ(０，０，１)で定義される。よって、コンストラクションデータ(その２)における１次像面ＳＯ面の原点(ｏ)は原点(Ｇｏ)と同一の点となる。なお、ＶＸは１次像面ＳＯの面法線と平行で、原点(Ｇｏ)を起点として１次像面ＳＯより１つ２次像面ＳＩ側の面の方向をとる単位ベクトルである。ＶＹはＶＸに直交し、原点(Ｇｏ)を起点として１次像面ＳＯの短辺方向で２次像面ＳＩ方向に向く方の単位ベクトルである。ベクトルＶＺは原点(Ｇｏ)を起点とし、ＶＸとＶＹに直交した右手系で定義されるものである。各面の面頂点におけるグローバル座標はコンストラクションデータ(その２)に記載するとおりであり、コンストラクションデータ(その１)における各面の曲率半径ＣＲの符号：＋／−はローカルな直交座標系のｘ軸に対するものであり、正の場合その曲率中心がベクトルｖｘ上の正方向に存在する。共軸系の部分(ブロック)においては、軸上面間隔Ｔを利用して定義する。つまり、共軸ブロック内の特定の面をＳＬｉとし、面ＳＬｉが所属するブロックで最も１次像面ＳＯ側の面をＳＬとし、その面頂点をＬｏとし、面ＳＬのベクトルｖｘ(単位ベクトル)をＬｏｖｘとすると、面ＳＬｉの面頂点の位置は、面頂点Ｌｏから面ＳＬｉの直前までのブロック内の面に付属する軸上面間隔Ｔの和の分ベクトルＬｏｖｘ方向に移動した位置(Ｌｉ)となる。そして面ＳＬｉのグローバル座標は、面ＳＬのグローバル座標の原点であるＬｏをＬｉに置き換えたものとなる。なお、面Ｓ１２は光軸ＡＸ１を回転対称軸としない面であるが、光軸ＡＸ１と面Ｓ１２との交点における面Ｓ１２の接平面が光軸ＡＸ１に対して垂直であるため、共軸レンズとして座標定義が可能であり、共軸系の部分に含めてコンストラクションデータに記載している。

コンストラクションデータ(その１)において、＊印が付された面は回転対称な非球面であり、その面形状は面頂点を原点とするローカルな直交座標系(ｘ，ｙ，ｚ)を用いた以下の式(AS)で定義される。＄印が付された面は回転非対称な拡張非球面であり、その面形状は面頂点を原点とするローカルな直交座標系(ｘ，ｙ，ｚ)を用いた以下の式(BS)で定義される。表３，表７，表１１，表１５に回転対称非球面データを示し、表４，表８，表１２，表１６に拡張非球面データを示す。ただし、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０^-n，Ｅ＋ｎ＝×１０⁺ⁿである。

ｘ＝(Ｃ０・ｈ²)／{１＋√(１−ε・Ｃ０²・ｈ²)}＋Σ(Ａｉ・ｈⁱ) …(AS)
ｘ＝(Ｃ０・ｈ²)／{１＋√(１−ε・Ｃ０²・ｈ²)}＋Σ(Ｂｊｋ・ｙ^j・ｚ^k) …(BS)
ただし、式(AS),(BS)中、
ｘ：高さｈの位置でのｘ軸方向の基準面からの変位量(面頂点基準)、
ｈ：ｘ軸に対して垂直な方向の高さ(ｈ²＝ｙ²＋ｚ²)、
Ｃ０：面頂点での曲率(＝１／ＣＲ)、
ε：２次曲面パラメータ、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数、
Ｂｊｋ：ｙのｊ次、ｚのｋ次の拡張非球面係数、
である。

表１７に、１次像面ＳＯの画面サイズ(ｍｍ)と投影倍率を示す。１次像面ＳＯの画面形状は長方形であり、１次像面ＳＯの±Ｙ方向が画面短辺方向、±Ｚ方向が画面長辺方向である。投影倍率は、１次像面ＳＯの中心と開口絞りＳＴの中心とを通る光線を「中心主光線」とした近軸トレースによる計算結果である。つまり、βｙはＸＹ断面上での近軸トレースにより計算した投影倍率の絶対値、βｚはβｙに直交する方向の投影倍率の絶対値である。また表１８に、条件式(1),(1a)の対応データ及び関連データを各実施例について示す。

図９〜図１２に、実施例１〜４の歪曲収差を歪曲図で示す。各歪曲図は、１次像面ＳＯでの長方形状網目に対応する２次像面ＳＩでの光線位置(波長：５４６ｎｍ)を示している。つまり、１次像面ＳＯの短辺方向と長辺方向にそれぞれ仮想上の直線を等間隔で引き、その交点を２次像面ＳＩ上に投影したときの理想的投影位置からの重心ズレを実線でつないだ歪曲格子を示している。破線は各点の理想的投影位置(歪曲無し)を示しており、その理想的投影位置は１次像面ＳＯのローカル座標(ｙ，ｚ)の値に投影倍率βｙ，βｚをかけた値を、２次像面ＳＩのローカル座標(ｙ，ｚ)上に置いたときの位置となる。図中のｙｍａｘ，ｙｍｉｎ，ｚｍａｘの値は、２次像面ＳＩのローカル座標系におけるｙの最大値，ｙの最小値，ｚの最大値である。つまり、ｙｍａｘは１次像面ＳＯのＹ方向の画面サイズの最大値にβｙをかけた値であり、ｙｍｉｎは１次像面ＳＯのＹ方向の画面サイズの最小値にβｙをかけた値であり、ｚｍａｘは１次像面ＳＯのＺ方向の画面サイズの最大値にβｚをかけた値である。なお、いずれの実施例もグローバルな直交座標系のＸＹ平面に対して対称な光学構成をとっているので、２次像面ＳＩのｚ＝０〜ｚｍａｘの範囲についてのみの歪曲図を示し、ｚ＝０〜ｚｍｉｎの範囲については図示省略してある。

図１３〜図１６に、実施例１〜４の像面カーブを示す。各像面カーブは、２次像面ＳＩから１次像面ＳＯに向けて仮想的に逆トレースしたときの光学シミュレーションの結果を１次像面ＳＯ上で示している。▲印が付された実線は、１次像面ＳＯ上でのＺ方向の線の解像力(水平線の解像力)が１次像面ＳＯの法線方向(Ｘ方向)で最も高い位置をＹとＺの関数でプロットしたものである。一方、●印が付された実線は、１次像面ＳＯ上でのＹ方向の線の解像力(垂直線の解像力)が１次像面ＳＯの法線方向(Ｘ方向)で最も高い位置をＹとＺの関数でプロットしたものである。グラフの縦軸はＹ(ｍｍ)、グラフの横軸は１次像面ＳＯの法線方向(Ｘ方向)のデフォーカス量(ｍｍ)であり、ＹとＺには表１９に示す対応関係がある。

実施例１〜４の第３面Ｓ３を構成している回転対称非球面の２次微分関数を、表２０と表２１にデータで示し、図１７〜図２０にグラフで示す。また、実施例１〜４の第３面Ｓ３を構成している回転対称非球面の１次微分関数を、表２２と表２３にデータで示し、図２１〜図２４にグラフで示す。表２０〜表２３中、極大値には△印を付して示す。

第１の実施の形態(実施例１)の光学構成を示す断面図。第２の実施の形態(実施例２)の光学構成を示す断面図。第３の実施の形態(実施例３)の光学構成を示す断面図。第４の実施の形態(実施例４)の光学構成を示す断面図。図１の要部拡大図。図２の要部拡大図。図３の要部拡大図。図４の要部拡大図。実施例１の歪曲図。実施例２の歪曲図。実施例３の歪曲図。実施例４の歪曲図。実施例１の像面カーブを示すグラフ。実施例２の像面カーブを示すグラフ。実施例３の像面カーブを示すグラフ。実施例４の像面カーブを示すグラフ。実施例１の第３面を構成している回転対称非球面の２次微分関数を示すグラフ。実施例２の第３面を構成している回転対称非球面の２次微分関数を示すグラフ。実施例３の第３面を構成している回転対称非球面の２次微分関数を示すグラフ。実施例４の第３面を構成している回転対称非球面の２次微分関数を示すグラフ。実施例１の第３面を構成している回転対称非球面の１次微分関数を示すグラフ。実施例２の第３面を構成している回転対称非球面の１次微分関数を示すグラフ。実施例３の第３面を構成している回転対称非球面の１次微分関数を示すグラフ。実施例４の第３面を構成している回転対称非球面の１次微分関数を示すグラフ。

符号の説明

ＳＯ１次像面
ＳＩ２次像面
ＧＵ屈折レンズ群
ＡＬ回転非対称レンズ
ＳＴ開口絞り
Ｍ１第１ミラー(第１反射光学素子)
Ｍ２第２ミラー(第２反射光学素子)
Ｍ３第３ミラー
ＡＸ１屈折レンズ群の光軸(回転対称軸)
ＡＸ２第１ミラーの反射面形状の回転対称軸
ＡＸ３第２ミラーの反射面形状の回転対称軸

Claims

縮小側の１次像面から拡大側の２次像面への拡大投影を行うための投影光学系であって、１次像面側から順に、回転対称軸を共有し、かつ、パワーを有する２枚以上の屈折レンズを含む屈折レンズ群と、正のパワーを有する第１反射光学素子と、負のパワーを有する第２反射光学素子と、を備えたことを特徴とする投影光学系。
前記第１反射光学素子が回転対称な面形状の反射面を有することを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
前記第２反射光学素子が回転対称な面形状の反射面を有することを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学系。
前記屈折レンズ群内に回転非対称レンズを有し、その回転非対称レンズが面対称の対称面を多くとも１面しか持たない回転非対称な面を少なくとも１面有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投影光学系。
前記屈折レンズ群の光軸が１次像面の法線に対して傾いていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の投影光学系。
前記屈折レンズ群の光路中で最も１次像面側のレンズが回転対称な非球面形状の光学面を有し、その非球面の面頂点をＡｏとし、面頂点Ａｏから非球面の回転対称軸と同レンズのもう一方の面とが交わる点へ向かう方向のベクトルをＡｖｘとし、ベクトルＡｖｘに直交するベクトルをＡｖｙとしたとき、面頂点Ａｏを原点とするベクトルＡｖｘ，Ａｖｙの２次元座標において、ベクトルＡｖｘ方向の値をＡｘとし、Ａｖｙ方向の値をＡｙとして非球面形状をＡｘ＝ｆ(Ａｙ)で定義すると、以下の条件式(FA)を満足する範囲において、ｆ(Ａｙ)の２次微分関数ｆ(Ａｙ)”が極大，極小のうちの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の投影光学系；
０＜Ａｙ＜Ｒｍａｘ …(FA)
ただし、
Ｒｍａｘ：非球面の有効光路半径、
である。
１次像面側に非テレセントリックであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の投影光学系。