JP2011137876A - 投影光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系において小さなＦナンバーと広い投影角度とを有しつつ良好な光学性能が得られる。
【解決手段】長い共役側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを有する投影光学系１００であって、第１レンズ群Ｇ１は、複数の負レンズと、屈折率が１．９より大きい硝材からなる正レンズ４Ｂと、を備え、第２レンズ群Ｇ２は、絞り８と、少なくとも１面の非球面を有するとともに負の屈折力を有する非球面レンズ９と、を備え、非球面レンズ９は、絞り８に対して短い共役側に隣接して配置された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は投影光学系に関する。

従来、長い共役側から順に負の第１レンズ群、正の第２レンズ群によって構成される、所謂レトロフォーカスタイプの光学系が知られている。このレトロフォーカスタイプの光学系は広角化が容易であることから、例えば、プロジェクターの投影レンズに広く採用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００１−９１８２７号公報 特開２００３−３３７２８３号公報 特開２００６−１１３３００号公報

しかしながら、上記のような従来の投影光学系には、以下のような問題があった。
特許文献１〜３に記載された技術では、いずれもＦナンバーの値をあまり小さくすることができないという問題がある。例えば、特許文献１には、Ｆナンバーが３．０を中心として、３．３から２．８までの投写レンズが記載されている。また、特許文献２には、広角端のＦナンバーが１．７の投射用ズームレンズが記載されている。また、特許文献３には、広角端のＦナンバーが２．４の投射用ズームレンズが記載されている。
このため、投影面の照度アップのために更なる大口径化を図ることができる投影光学系が強く望まれている。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、小さなＦナンバーと広い投影角度とを有しつつ良好な光学性能が得られる投影光学系を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の投影光学系は、長い共役側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群とを有する投影光学系であって、前記第１レンズ群は、複数の負レンズと、屈折率が１．９より大きい硝材からなる正レンズと、を備え、前記第２レンズ群は、絞りと、少なくとも１面の非球面を有するとともに負の屈折力を有する負レンズユニットと、を備え、前記負レンズユニットは、前記絞りに対して短い共役側に隣接して配置された構成とする。
この発明によれば、絞りに対して短い共役側に少なくとも１面の非球面を有するとともに負の屈折力を有する負レンズユニットを隣接して配置することにより、軸外光線による収差の影響を抑えつつ正の球面収差を補正することができる。

本発明の投影光学系によれば、軸外光線による収差の影響を抑えつつ正の球面収差を補正することができるため、小さなＦナンバーと広い投影角度とを有しつつ良好な光学性能が得られるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る投影光学系の構成を示す光軸を含む断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る投影光学系の構成を示す光軸を含む断面図である。 本発明の実施形態に係る投影光学系の数値実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示す収差図である。 本発明の実施形態の変形例に係る投影光学系の数値実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示す収差図である。

以下では、本発明の実施形態に係る投影光学系について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る投影光学系の構成を示す光軸を含む断面図である。

図１に示すように、本実施形態の投影光学系１００は、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、および複数の波長光を合成する色合成プリズム１３を含む色合成素子群ＰＲがこの順に配列されたもので、色合成素子群ＰＲの近傍の一定位置に配置された素子表示面Ｉの像を第１レンズ群Ｇ１から離れた共役位置に配置された投影面であるスクリーン（不図示）に所定の光学倍率で拡大投影する光学系である。投影光学系１００において、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を構成する各レンズのレンズ光軸は同軸上に整列されており、各レンズ光軸と投影光学系１００の光軸とは一致されている。

以下では、投影光学系１００の光軸に沿う方向の位置関係を参照する場合に、投影面寄りの側（図１の図示左側）を「長い共役側」、表示素子面Ｉ寄りの側（図１の図示右側）を「短い共役側」と称する。またレンズ群におけるレンズあるいはレンズ面の位置が「最も長い共役側（短い共役側）」とは、当該レンズ群の他のすべてのレンズあるいはレンズ面の位置よりも、長い共役側（短い共役側）に位置することを意味する。

表示素子面Ｉとしては、例えば、２次元的に配列された空間変調素子が適宜の画像信号によって変調駆動される、透過型もしくは反射型の表示素子の表示面を採用することができる。
透過型の表示素子の例としては、透過型の液晶変調素子を挙げることができる。また、反射型の表示素子の例としては、例えば、可動保持された微小ミラーが配列されたデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ、Digital Micromirror Device）や反射型液晶パネル（ＬＣＯＳ、Liquid Crystal On Silicon）などの表示素子を挙げることができる。
なお、投影光学系１００は、色合成プリズム１３を備えることにより複数の表示素子面Ｉ、例えば、光の３原色に対応する３つの表示素子面Ｉからの光を合成して投影面に投影することができるが、図１では、１つの表示素子面Ｉのみを表示し、他の表示素子面Ｉの図示は省略している。

第１レンズ群Ｇ１は、長い共役側から順に、両凸レンズからなるレンズ１、長い共役側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなるレンズ２、長い共役側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなるレンズ３、接合レンズ４、および長い共役側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなるレンズ５が配置され、全体として負の屈折力を有するように構成されたものである。
接合レンズ４は、両凹レンズである負レンズ４Ａと、長い共役側に凸面を向けた正メニスカスレンズである正レンズ４Ｂとが、長い共役側からこの順に接合されたものであり、全体として正の屈折力を有している。
本実施形態の正レンズ４Ｂは、接合レンズ４の屈折力を高めるため、屈折率が１．９より大きい硝材によって構成されている。

このような構成により、本実施形態の第１レンズ群Ｇ１の全６枚のレンズの屈折力は、長い共役側から順に、正、負、負、負、正、負とされている。なお、本実施形態では、レンズ１は屈折率が１．９以下の硝材によって構成されている。
このように、第１レンズ群Ｇ１は、２枚の正レンズと、４枚の負レンズとを備えている。そして、２枚の正レンズは、屈折率が１．９より大きい硝材からなる正レンズである正レンズ４Ｂが、より短い共役側、すなわち第２レンズ群Ｇ２に近い側となる位置関係に配置されている。

本実施形態の第１レンズ群Ｇ１では、投影光学系１００の全系の焦点距離（ただし、波長５８７．５６ｎｍにおける焦点距離。以下の焦点距離も同様。）を、焦点距離ｆとし、第１レンズ群Ｇ１の合成焦点距離を焦点距離ｆ_１としたとき、次の条件式（１）を満足することが好ましい。

０．８５＜｜ｆ_１｜／ｆ＜１．３ ・・・（１）

第２レンズ群Ｇ２は、長い共役側から順に、両凸レンズからなるレンズ６、長い共役側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなるレンズ７、絞り８、短い共役側の凹面が非球面である両凹レンズからなる非球面レンズ９、接合レンズ１０、長い共役側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなるレンズ１１、および両凸レンズからなるレンズ１２が配置され、全体として正の屈折力を有するように構成されたものである。
接合レンズ１０は、両凹レンズである負レンズ１０Ａと、両凸レンズである正レンズ１０Ｂとが、長い共役側からこの順に接合されたものであり、全体として負の屈折力を有している。

このような構成により、本実施形態の第２レンズ群Ｇ２の全７枚のレンズの屈折力は、長い共役側から順に、正、正、負、負、正、正、正とされている。
本実施形態では、１面の非球面を有するとともに負の屈折力を有する単レンズである非球面レンズ９が、絞り８に対して短い共役側に隣接して設けられている。
ただし、第２レンズ群Ｇ２において絞り８に対して短い共役側に隣接して配置されるレンズは、負の単レンズには限定されず、負レンズユニットであればよい。ここで、負レンズユニットとは、複数枚のレンズ構成により負の屈折力を実現する単レンズまたはレンズ群を意味する。負レンズユニットは、例えば、適宜枚数のレンズが接合され全体として負の屈折力を有する接合レンズでもよい。

本実施形態の第２レンズ群Ｇ２では、２枚の正レンズであるレンズ６、７は、絞りに対して長い共役側に配置された正の屈折力を有するレンズ群である長共役側レンズ群を構成している。
また、非球面レンズ９、負レンズ１０Ａと正レンズ１０Ｂとからなる接合レンズ１０、および２枚の正レンズであるレンズ１１、１２は、絞りに対して短い共役側の位置に配置された、全体として正の屈折力を有するレンズ群である短共役側レンズ群を構成している。

本実施形態の第２レンズ群Ｇ２では、第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離を焦点距離ｆ_２としたとき、次の条件式（２）を満足することが好ましい。

１．２＜ｆ_２／ｆ＜１．９ ・・・（２）

また、第２レンズ群Ｇ２の長共役側レンズ群、短共役側レンズ群の焦点距離を、それぞれ、焦点距離ｆ_２ａ、ｆ_２ｂとしたとき、次の条件式（３）を満足することが好ましい。

０．５２＜ｆ_２ａ／ｆ_２ｂ＜０．８２ ・・・（３）

また、本実施形態の第２レンズ群Ｇ２は、負レンズユニットである非球面レンズ９の焦点距離を焦点距離ｆ_ｎｌ２としたとき、次の条件式（４）を満足することが好ましい。

２．０＜｜ｆ_ｎｌ２｜／ｆ＜４．０ ・・・（４）

色合成素子群ＰＲの色合成プリズム１３は、本実施形態では、直方体状の外形を有するダイクロイックプリズムからなり、異なる３つの入射側面の法線に沿う方向から入射させた赤色光、緑色光、青色光を合成して、これらが入射した入射側面と異なる出射側面１３ａの法線に沿う方向から出射できるようになっている。図１には、出射側面１３ａと対向する入射側面１３ｂのみを示している。色合成プリズム１３は屈折力を有しないため、平行平板と等価である。

色合成素子群ＰＲにおいて、色合成プリズム１３と各表示素子面Ｉとの間には、平行平板１４が配置されている。平行平板１４は、表示素子のカバーガラスもしくは波長フィルタである。なお、平行平板１４の構成は、表示素子に応じて異なるものであり、場合によっては省略することができる。

次に、本実施形態の投影光学系１００の作用について説明する。
一般に大口径の光学系、すなわち、小さなＦナンバーを有する光学系を設計する際は、特に球面収差の補正が課題となる。投影光学系に用いる広角レンズの場合、従来技術の投影光学系では、球面収差が良好になるように補正を行うと像面湾曲などの軸外光線の収差が悪化してしまう問題があった。
本発明者は、絞り近傍のレンズは軸外光線の収差に影響を与えにくいことに着目し、長い共役側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群とを有する投影光学系であって、前記第１レンズ群は、複数の負レンズと、屈折率が１．９より大きい硝材からなる正レンズと、を備え、前記第２レンズ群は、絞りと、少なくとも１面の非球面を有するとともに負の屈折力を有する負レンズユニットと、を備え、前記負レンズユニットは、前記絞りに対して短い共役側に隣接して配置されたことを特徴とする投影光学系の発明に到った。

本実施形態の投影光学系１００では、絞り８に対して、短い共役側に負レンズユニットである非球面レンズ９を隣接して配置しているため、非球面レンズ９によって軸外光線の収差にあまり影響を与えることなく正の球面収差を補正することができる。このような収差補正において、非球面レンズ９は非球面を有するため、球面レンズよりも効果的に収差補正を行うことができる。

第２レンズ群Ｇ２の負レンズユニットは、複数枚のレンズ構成としてもよいが、本実施形態のように１枚の負レンズで構成すると、複数枚のレンズ構成にする場合に比べて第２レンズ群Ｇ２をより小型化することができる。

また、光学系の広角化をおこなうと像面湾曲と歪曲収差との補正が難しくなっていく。
そこで、本実施形態では、第１レンズ群Ｇ１に複数の負レンズを配置することで歪曲収差の補正を容易にしている。
しかしながら、複数の負レンズを配置するとペッツバール和が大きくなりすぎるため、像面湾曲の補正が困難となってしまう。そこで、本実施形態では、第１レンズ群Ｇ１内では最も短い共役側の正レンズである正レンズ４Ｂを屈折率が１．９より大きい硝材によって構成している。これにより、ペッツバール和を抑制することができるため像面湾曲を良好に補正することができる。
第１レンズ群Ｇ１の正レンズが、すべて屈折率１．９以下の硝材で形成されていると、ペッツバール和を抑制することができず、像面湾曲の補正が困難になる。

また、本実施形態の投影光学系１００では、第１レンズ群Ｇ１が、長い共役側から、正レンズであるレンズ１、３枚の負レンズであるレンズ２、３、負レンズ４Ａ、および屈折率が１．９より大きい硝材からなる正レンズ４Ｂを備えるため、３枚の負レンズによって歪曲収差の補正が容易となる。また、像面湾曲も良好に補正することができる。
第１レンズ群Ｇ１において、レンズ１と正レンズ４Ｂとの間の負レンズの枚数は、少なくとも３枚であることが好ましく、４枚以上であってもよい。
また、本実施形態では、第１レンズ群Ｇ１において、２枚の正レンズの間に配置された負レンズのうち、最も短い共役側の負レンズである負レンズ４Ａと正レンズ４Ｂとで接合レンズ４を構成している。このため、倍率色収差の補正が容易となる。
また、本実施形態では、第１レンズ群Ｇ１の最も短い共役側に、長い共役側に凹面を向けた負メニスカスレンズであるレンズ５を配置しているため、コマ収差の補正が容易となる。

また、本実施形態の第２レンズ群Ｇ２は、絞り８を挟んで、長共役側レンズ群と短共役側レンズ群とを有している。そして、長共役側レンズ群は、２枚の正レンズであるレンズ６、７からなり、短共役側レンズ群は、負レンズユニットを構成する非球面レンズ９、負レンズ１０Ａと正レンズ１０Ｂとからなる接合レンズ１０、および２枚の正レンズであるレンズ１２、１３からなる。このため、歪曲収差と像面湾曲との補正が容易となる。

なお、長共役側レンズ群の正レンズは枚数が多いほど収差補正が容易となる。したがって、少なくとも２枚あればよく３枚以上であってもよい。また、短共役側レンズ群の接合レンズを構成しない正レンズも同様に枚数が多いほど収差補正が容易となる。したがって、少なくとも２枚あればよく３枚以上であってもよい。

また、本実施形態の投影光学系１００において、上記条件式（１）、（２）を満足させる場合、光学性能等をさらに向上させることができる。
上記条件式（１）は、投影光学系１００の全系の焦点距離ｆに対する第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ_１の好ましい大きさの範囲を示している。
｜ｆ_１｜／ｆが１．３以上であると前玉径を小径化することが難しくなる。
また、｜ｆ_１｜／ｆが０．８５以下であると歪曲収差の補正が難しくなる。
したがって、条件式（１）の範囲を満足することにより、前玉径を小径化して投影光学系１００の大きさを小型化することができるとともに、歪曲収差をより容易に補正できるようになる。

上記条件式（２）は、投影光学系１００の全系の焦点距離ｆに対する第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ_２の好ましい大きさの範囲を示している。
ｆ_２／ｆが１．９以上であるとバックフォーカスの確保が難しくなる。
また、｜ｆ_１｜／ｆが１．２以下であると像面湾曲の補正が難しくなる。
したがって、条件式（２）の範囲を満足させることにより、バックフォーカスの確保が容易となるため、色合成プリズム１３の配置や投影装置への組み込みが容易となるとともに、像面湾曲をより容易に補正することができるようになる。

なお、｜ｆ_１｜／ｆおよびｆ_２／ｆの値の範囲は、それぞれ、上記条件式（１）、（２）の範囲内でより狭い範囲にあることが望ましい。例えば、｜ｆ_１｜／ｆは、次の条件式（１ａ）に示す範囲とすることが望ましく、ｆ_２／ｆは、次の条件式（２ａ）に示す範囲とすることが望ましい。

１．０＜｜ｆ_１｜／ｆ＜１．３ ・・・（１ａ）
１．３５＜ｆ_２／ｆ＜１．７ ・・・（２ａ）

また、本実施形態の投影光学系１００において、上記条件式（３）を満足させる場合、光学性能をさらに向上させることができる。
上記条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２における短共役側レンズ群の焦点距離ｆ_２ｂに対する長共役レンズ群の焦点距離ｆ_２ａの好ましい大きさの範囲を示している。
ｆ_２ａ／ｆ_２ｂが０．８２以上であると像面湾曲の補正が難しくなる。
また、ｆ_２ａ／ｆ_２ｂが０．５２以下であると球面収差の補正が難しくなる。
したがって、条件式（３）の範囲を満足させることにより、球面収差と像面湾曲とを同時に補正することがより容易となる。

なお、ｆ_２ａ／ｆ_２ｂの値の範囲は、上記条件式（３）の範囲内でより狭い範囲にあることが望ましい。例えば、ｆ_２ａ／ｆ_２ｂは次の条件式（３ａ）に示す範囲とすることが望ましく、ｆ_２／ｆは、次の条件式（３ａ）に示す範囲とすることが望ましい。

０．６０＜ｆ_２ａ／ｆ_２ｂ＜０．７０ ・・・（３ａ）

また、本実施形態の投影光学系１００において、上記条件式（４）を満足させる場合、光学性能をさらに向上させることができる。
上記条件式（４）は、投影光学系１００の全系の焦点距離ｆに対する負レンズユニットの焦点距離をｆ_ｎｌ２の好ましい大きさの範囲を示している。
｜ｆ_ｎｌ２｜／ｆが４．０以上であると球面収差の補正が難しくなる。
また、｜ｆ_ｎｌ２｜／ｆが２．０以下であると軸外光束のサジタルフレアの低減が難しくなる。
したがって、条件式（４）の範囲を満足させることにより、球面収差をより容易に補正できるとともに、軸外光束のサジタルフレアをより容易に低減することができる。

なお、｜ｆ_ｎｌ２｜／ｆの値の範囲は、上記条件式（４）の範囲内でより狭い範囲にあることが望ましい。例えば、｜ｆ_ｎｌ２｜／ｆは次の条件式（４ａ）に示す範囲とすることが望ましい。

２．２＜｜ｆ_ｎｌ２｜／ｆ＜３．５ ・・・（４ａ）

以上に説明したように、本実施形態の投影光学系１００によれば、軸外光線による収差の影響を抑えつつ正の球面収差を補正することができるため、小さなＦナンバーと広い投影画角を有しつつ良好な光学性能が得られる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
本変形例の投影光学系２００は、図２に示すように、上記実施形態の投影光学系１００の第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２に代えて、第１レンズ群Ｇ２１、第２レンズ群Ｇ２２を備える。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

第１レンズ群Ｇ２１は、上記実施形態の第１レンズ群Ｇ１のレンズ１、２、３、接合レンズ４、レンズ５に代えて、それぞれ、レンズ２１、２２、２３、接合レンズ２４、レンズ５を備える。
レンズ２１は、レンズ１と同様に、屈折率１．９以下の硝材で構成されているが、長い共役側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる点が異なる。
レンズ２２、２２は、それぞれレンズ２、３と同様に長い共役側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる。
接合レンズ２４は、接合レンズ４の負レンズ４Ａ、正レンズ４Ｂに代えてそれぞれ負レンズ２４Ａ、正レンズ２４Ｂを備える。負レンズ２４Ａは両凹レンズであり、正レンズ２４Ｂは屈折率が１．９より大きい硝材で構成された長い共役側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。これにより、接合レンズ２４は、接合レンズ４と同様に全体として正の屈折力を有している。

このような構成により、本変形例の第１レンズ群Ｇ２１の全６枚のレンズの屈折力は、上記実施形態の第１レンズ群Ｇ１と同様に、長い共役側から順に、正、負、負、負、正、負とされている。
このため、第１レンズ群Ｇ２１は、第１レンズ群Ｇ１と同様に、２枚の正レンズと、４枚の負レンズとを備えている。また、２枚の正レンズは、屈折率が１．９より大きい硝材からなる正レンズである正レンズ４Ｂが、より短い共役側、すなわち第２レンズ群Ｇ２２に近い側となる位置関係に配置されている。

本変形例の第１レンズ群Ｇ２１では、上記実施形態の第１レンズ群Ｇ１と同様、上記条件式（１）を満足することが好ましく、上記条件式（１ａ）を満足することがさらに望ましい。

第２レンズ群Ｇ２１は、上記実施形態の第２レンズ群Ｇ２のレンズ６、７、絞り８、非球面レンズ９、接合レンズ１０、レンズ１１、１２に代えて、それぞれ、接合レンズ２６、レンズ２７、絞り２８、非球面レンズ２９、接合レンズ３０、レンズ３１、３２を備える。
接合レンズ２６は、両凹レンズである負レンズ２６Ａと、両凸レンズである正レンズ２６Ｂとが、長い共役側からこの順に接合されたものであり、全体として正の屈折力を有している。
レンズ２７は、レンズ７と同様に、長い共役側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。
非球面レンズ２９は、２つの凹面が非球面である両凹レンズである。したがって、非球面レンズ２９は、２面の非球面を備える単レンズからなる負レンズユニットを構成している。
接合レンズ３０は、接合レンズ１０の負レンズ１０Ａ、正レンズ１０Ｂに代えてそれぞれ負レンズ３０Ａ、正レンズ３０Ｂを備え、全体として負の屈折力を有している。
ただし、負レンズ３０Ａは長い共役側に凹面を向けた負メニスカスレンズであり、正レンズ３０Ｂは長い共役側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。
レンズ３１、３２は、レンズ１１、１２と同様に、それぞれ、長い共役側に凹面を向けた正メニスカスレンズ、両凸レンズからなる。

このような構成により、本変形例の第２レンズ群Ｇ２２の全８枚のレンズの屈折力は、長い共役側から順に、負、正、正、負、負、正、正、正とされている。
本変形例では、２面の非球面を有するとともに負の屈折力を有する単レンズである非球面レンズ２９が、絞り２８に対して短い共役側に隣接して設けられている。

本変形例の第２レンズ群Ｇ２２では、１枚の負レンズ２６Ａ、２枚の正レンズである正レンズ２６Ｂおよびレンズ２７は、絞りに対して長い共役側に配置された、全体として正の屈折力を有するレンズ群である長共役側レンズ群を構成している。
また、非球面レンズ２９、負レンズ３０Ａと正レンズ３０Ｂとからなる接合レンズ３０、および２枚の正レンズであるレンズ３１、３２は、絞りに対して短い共役側の位置に配置された、全体として正の屈折力を有するレンズ群である短共役側レンズ群を構成している。

本変形例の第２レンズ群Ｇ２２では、上記実施形態の第２レンズ群Ｇ２２と同様、上記条件式（２）を満足することが好ましく、上記条件式（２ａ）を満足することがさらに望ましい。
また同様に、上記条件式（３）を満足することが好ましく、上記条件式（３ａ）を満足することがさらに望ましい。
また同様に、上記条件式（４）を満足することが好ましく、上記条件式（４ａ）を満足することがさらに望ましい。

このように、本変形例の投影光学系２００は、第１レンズ群Ｇ２１では上記実施形態の第１レンズ群Ｇ１と略同様の構成を有している。また、第２レンズ群Ｇ２２では、長共役側レンズ群に負レンズ２６Ａを最も共役側に追加するとともに、負レンズユニットである非球面レンズ２９の２面を非球面としている。したがって、上記実施形態と同様に、軸外光線による収差の影響を抑えつつ正の球面収差を補正することができるため、小さなＦナンバーと広い投影角度（画角）とを有しつつ良好な光学性能が得られる。
そして、上記実施形態に比べて、球面収差、像面湾曲、歪曲収差をより容易に補正することができる。
また、追加された負レンズ２６Ｂは、正レンズ２６Ｂとの間で接合レンズ２６を構成しており、投影光学系２００合計３組の接合レンズを備えるため、上記実施形態に比べて色収差補正がより容易となる。
また、第１レンズ群Ｇ２１は、最も短い共役側に、長い共役側に凹面を向けた負メニスカスレンズであるレンズ２５が配置されているため、コマ収差の補正が容易となる。
また、本変形例が上記に説明した好ましい形態、あるいはさらに望ましい形態をとる場合には、上記と同様な作用効果が得られる。

なお、上記の説明では、第１レンズ群Ｇ１、２１は、最も短い共役側に、長い共役側に凹面を向けた負メニスカスレンズであるレンズ５、２５をそれぞれ備える場合の例で説明したが、第１レンズ群の最も短い共役側のレンズは、負レンズであれば、メニスカスレンズでなくてもよい。

また、上記の実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。例えば、上記に説明した実施形態および変形例の好ましい形態や、さらに望ましい形態は、適宜組み合わせて実施することができる。

ここで、上記各実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
非球面レンズ９、２９は、それぞれ負レンズユニットの一実施形態である。

次に、上記に説明した実施形態の投影光学系１００に係る第１の数値実施例である実施例１について図１、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本発明の実施形態に係る投影光学系の数値実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示す収差図である。

下表に実施例１の投影光学系１００の構成パラメータを示す。なお、面番号ｉ（ｉは自然数を表す。）は、投影光学系１００を構成する各レンズのうち、最も長い共役側のレンズ面を１番目として、短い共役側に向かうにしたがって番号が増大するように配番している。
また、曲率半径Ｒ_ｉは、各面番号ｉに対応したレンズ面の曲率半径、面間隔Ｄ_ｉは、面番号ｉのレンズ面と面番号ｉ＋１のレンズ面との軸上面間隔であり、単位は（ｍｍ）である。各曲率半径Ｒ_ｉ、面間隔Ｄ_ｉと各レンズとの対応は、図１に符号Ｒ_ｉ、Ｄ_ｉで示している。
また、屈折率Ｎ、ν_ｄは、それぞれ、各レンズの屈折率、アッベ数を示している。また屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記している。

非球面形状は、面の頂点を原点とし、ｈを光軸からの高さとしたとき、光軸に平行な面のサグ量（光軸方向の変位量）ｚとして、次式（５）で与えられる（実施例２も同様）。

ここで、ｃは面頂での曲率、すなわち、近軸曲率半径をｒとしたとき、ｃ＝１／ｒである。また、ｋはコーニック係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊは、それぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次、１８次、２０次の変形係数である。なお、下表に記載なき変形係数は０である。

面番号 曲率半径（Ｒ） 面間隔（Ｄ） 屈折率（Ｎ） アッベ数（ν_ｄ）
1 R₁ = 59.09 D₁ = 4.54 N₁ = 1.713 ν₁ = 53.9
2 R₂ =-3490.92 D₂ = 0.20
3 R₃ = 52.16 D₃ = 1.50 N₂ = 1.487 ν₂ = 70.4
4 R₄ = 17.87 D₄ = 5.54
5 R₅ = 316.76 D₅ = 1.20 N₃ = 1.487 ν₃ = 70.4
6 R₆ = 19.72 D₆ = 4.92
7 R₇ = -54.74 D₇ = 1.00 N₄ = 1.487 ν₄ = 70.4
8 R₈ = 20.65 D₈ = 4.40 N₅ = 1.904 ν₅ = 31.3
9 R₉ = 1678.02 D₉ = 2.94
10 R₁₀= -21.84 D₁₀= 1.65 N₆ = 1.847 ν₆ = 23.8
11 R₁₁= -81.39 D₁₁= 1.83
12 R₁₂= 1120.14 D₁₂= 3.72 N₇ = 1.713 ν₇ = 53.9
13 R₁₃= -31.47 D₁₃= 0.20
14 R₁₄= 21.39 D₁₄= 4.50 N₈ = 1.697 ν₈ = 55.5
15 R₁₅= 303.60 D₁₅= 8.48
16 R₁₆= ∞(絞り) D₁₆= 1.47
17 R₁₇= -52.15 D₁₇= 1.22 N₉ = 1.821 ν₉ = 24.1
18 非球面[1] D₁₈= 2.79
19 R₁₉= -16.41 D₁₉= 1.00 N₁₀= 1.805 ν₁₀= 25.5
20 R₂₀= 263.59 D₂₀= 4.40 N₁₁= 1.713 ν₁₁= 53.9
21 R₂₁= -20.64 D₂₁= 0.20
22 R₂₂= -152.71 D₂₂= 3.44 N₁₂= 1.713 ν₁₂= 53.9
23 R₂₃= -31.38 D₂₃= 0.20
24 R₂₄= 51.34 D₂₄= 4.55 N₁₃= 1.834 ν₁₃= 37.3
25 R₂₅= -62.17 D₂₅= 1.00
26 R₂₆= ∞ D₂₆=21.60 N₁₄= 1.516 ν₁₄= 64.2
27 R₂₇= ∞ D₂₇= 2.10
28 R₂₈= ∞ D₂₈= 2.30 N₁₅= 1.458 ν₁₅= 67.8
29 R₂₉= ∞ D₂₉= 2.10
30 ∞(表示素子面) D₃₀= 0.00
非球面[1]:
ｃ 1/166.14 （r=166.14）
ｋ 0
Ａ 0.5100x10^-4 Ｂ 0.1217x10^-6 Ｃ -0.7743x10^-9
Ｄ 0.4752x10^-11

また、このような構成により、表１に示すように、本実施例の投影光学系１００の全系の焦点距離ｆは１９．０ｍｍ、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ_１は−２０．７ｍｍ、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ_２は２８．０ｍｍ、長共役側レンズ群の焦点距離ｆ_２ａは１８．６ｍｍ、短共役側レンズ群の焦点距離ｆ_２ｂは２７．３ｍｍ、負レンズユニットの焦点距離ｆ_ｎｌ２は−４８．２ｍｍである。また、ＦナンバーＦｎｏは１．５、半画角は２６°である。
したがって、条件式（１）〜（４）に対応する各値は、それぞれ、｜ｆ_１｜／ｆ＝１．０９、ｆ_２／ｆ＝１．４７、ｆ_２ａ／ｆ_２ｂ＝０．６８、｜ｆ_ｎｌ２｜／ｆ＝２．５４である。

また本実施例の投影光学系１００による球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
なお、球面収差図、歪曲収差図（図３（ａ）、（ｃ））では、波長６３８ｎｍ（実線で示す。）、波長５２０ｎｍ（１点鎖線で示す。）、波長４５５ｎｍ（２点鎖線で示す。）の各波長における球面収差、歪曲収差を示している。ただし、本実施例の歪曲収差は３本の曲線がほとんど重なって図示されているため区別できない。
非点収差図（図３（ｂ））は、同様に波長６３８ｎｍ、５２０ｎｍ、４５５ｎｍの各波長におけるサジタル光線に対する非点収差をそれぞれ曲線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３で示し、同様に、タンジェンシャル光線に対する非点収差をそれぞれ曲線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３で示している。

このように、本実施例の投影光学系１００は、表１に示すように、上記条件式（１）〜（４）をすべて満たしている。さらに、上記条件式（１ａ）〜（４ａ）もすべて満たしている。
また、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施例の投影光学系１００は、球面収差、非点収差、および歪曲収差が良好に補正されていることがわかる。
また、半画角ωが２６°と広画角でありながら、Ｆナンバーが１．５と明るい光学系になっている。

次に、上記に説明した実施形態の変形例の投影光学系２００に係る第２の数値実施例である実施例２について図２、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本発明の実施形態の変形例に係る投影光学系の数値実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示す収差図である。

下表に実施例１の投影光学系１００の構成パラメータを示す。下表の見方は、上記実施例１と同様であり、各曲率半径Ｒ_ｉ、面間隔Ｄ_ｉと各レンズとの対応は、図２に符号Ｒ_ｉ、Ｄ_ｉで示している。

面番号 曲率半径（Ｒ） 面間隔（Ｄ） 屈折率（Ｎ） アッベ数（ν_ｄ）
1 R₁ = 58.50 D₁ = 4.30 N₁ = 1.786 ν₁ = 43.9
2 R₂ = 329.16 D₂ = 0.20
3 R₃ = 47.28 D₃ = 1.00 N₂ = 1.487 ν₂ = 70.4
4 R₄ = 15.60 D₄ = 6.63
5 R₅ = 96.37 D₅ = 1.00 N₃ = 1.487 ν₃ = 70.4
6 R₆ = 21.37 D₆ = 4.48
7 R₇ = -80.53 D₇ = 1.00 N₄ = 1.487 ν₄ = 70.4
8 R₈ = 18.71 D₈ = 4.28 N₅ = 1.904 ν₅ = 31.3
9 R₉ = 85.54 D₉ = 3.69
10 R₁₀= -21.70 D₁₀= 1.00 N₆ = 1.762 ν₆ = 26.6
11 R₁₁= -67.89 D₁₁= 2.00
12 R₁₂= -243.54 D₁₂= 1.00 N₇ = 1.847 ν₇ = 23.8
13 R₁₃= 38.56 D₁₃= 5.30 N₈ = 1.786 ν₈ = 43.9
14 R₁₄= -33.65 D₁₄= 0.20
15 R₁₅= 23.62 D₁₅= 4.38 N₉ = 1.786 ν₉ = 43.9
16 R₁₆= 982.39 D₁₆= 7.70
17 R₁₇= ∞(絞り) D₁₇= 3.97
18 非球面[1] D₁₈= 1.45 N₁₀= 1.821 ν₁₀= 24.1
19 非球面[2] D₁₉= 2.84
20 R₂₀= -19.03 D₂₀= 1.00 N₁₁= 1.847 ν₁₁= 23.8
21 R₂₁= -112.36 D₂₁= 3.50 N₁₂= 1.487 ν₁₂= 70.4
22 R₂₂= -25.58 D₂₂= 0.20
23 R₂₃= -326.23 D₂₃= 5.18 N₁₃= 1.697 ν₁₃= 55.5
24 R₂₄= -23.65 D₂₄= 0.20
25 R₂₅= 58.68 D₂₅= 4.41 N₁₄= 1.834 ν₁₄= 37.3
26 R₂₆= -84.66 D₂₆= 1.00
27 R₂₇= ∞ D₂₇=21.60 N₁₅= 1.517 ν₁₅= 64.2
28 R₂₈= ∞ D₂₈= 2.10
29 R₂₉= ∞ D₂₉= 2.30 N₁₆= 1.458 ν₁₆= 67.8
30 R₃₀= ∞ D₃₀= 2.10
31 ∞(表示素子面) D₃₁= 0.00
非球面[1]:
ｃ -1/51.84 （r= -51.84）
ｋ 0
Ａ 0.4039x10^-4 Ｂ -0.5209x10^-6 Ｃ 0.7317x10^-9
Ｄ 0.7128x10^-11
非球面[2]:
ｃ -1/5616.69 （r= -5616.69）
ｋ 0
Ａ 0.8940x10^-4 Ｂ -0.3758x10^-6 Ｃ 0.5783x10^-9
Ｄ 0.5901x10^-11

また、このような構成により、表１に示すように、本実施例の投影光学系２００の全系の焦点距離ｆは１９．０ｍｍ、第１レンズ群Ｇ２１の焦点距離ｆ_１は−２２．２ｍｍ、第２レンズ群Ｇ２２の焦点距離ｆ_２は３０．０ｍｍ、長共役側レンズ群の焦点距離ｆ_２ａは１９．４ｍｍ、短共役側レンズ群の焦点距離ｆ_２ｂは２９．８ｍｍ、負レンズユニットの焦点距離ｆ_ｎｌ２は−６３．７ｍｍである。また、ＦナンバーＦｎｏは１．６、半画角は２８°である。
したがって、条件式（１）〜（４）に対応する各値は、それぞれ、｜ｆ_１｜／ｆ＝１．１７、ｆ_２／ｆ＝１．５８、ｆ_２ａ／ｆ_２ｂ＝０．６５、｜ｆ_ｎｌ２｜／ｆ＝３．３５である。

また本実施例の投影光学系２００による球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
なお、各収差図の見方は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様である。

このように、本実施例の投影光学系２００は、表１に示すように、上記条件式（１）〜（４）をすべて満たしている。さらに、上記条件式（１ａ）〜（４ａ）もすべて満たしている。
また、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施例の投影光学系２００は、球面収差、非点収差、および歪曲収差が良好に補正されていることがわかる。
また、半画角ωが２８°と広画角でありながら、Ｆナンバーが１．６と明るい光学系になっている。

４Ｂ、２４Ｂ 正レンズ（屈折率が１．９より大きい硝材からなる正レンズ）
５、２５ レンズ（長い共役側に凹面を向けた負メニスカスレンズ）
８、２８ 絞り
９、２９ 非球面レンズ（負レンズユニット）
１０、３０ 接合レンズ
１０Ａ、３０Ａ 負レンズ
１０Ｂ，３０Ｂ 正レンズ
１００、２００ 投影光学系
Ｇ１、Ｇ２１ 第１レンズ群
Ｇ２、Ｇ２２ 第２レンズ群
Ｉ 素子表示面

Claims (7)

1. 長い共役側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群とを有する投影光学系であって、
   前記第１レンズ群は、
   複数の負レンズと、屈折率が１．９より大きい硝材からなる正レンズと、を備え、
   前記第２レンズ群は、
   絞りと、少なくとも１面の非球面を有するとともに負の屈折力を有する負レンズユニットと、を備え、
   前記負レンズユニットは、前記絞りに対して短い共役側に隣接して配置されたことを特徴とする投影光学系。
2. 全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ_１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ_２としたとき、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
   ０．８５＜｜ｆ_１｜／ｆ＜１．３ ・・・（１）
   １．２＜ｆ_２／ｆ＜１．９ ・・・（２）
3. 前記第２レンズ群は、
   長い共役側から順に、正の屈折力を有する長共役側レンズ群、絞り、正の屈折力を有する短共役側レンズ群と、を備え、
   前記長共役側レンズ群の焦点距離をｆ_２ａ、前記短共役側レンズ群の焦点距離をｆ_２ｂとしたとき、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。
   ０．５２＜ｆ_２ａ／ｆ_２ｂ＜０．８２ ・・・（３）
4. 前記負レンズユニットの焦点距離をｆ_ｎｌ２としたときに、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の投影光学系。
   ２．０＜｜ｆ_ｎｌ２｜／ｆ＜４．０ ・・・（４）
   ただし、ｆは全系の焦点距離である。
5. 前記第１レンズ群は、
   長い共役側から順に、正レンズ、少なくとも３枚の負レンズ、および前記屈折率が１．９より大きい硝材からなる正レンズを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の投影光学系。
6. 前記第１レンズ群は、
   最も短い共役側に、長い共役側に凹面を向けた負メニスカスレンズを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の投影光学系。
7. 前記長共役側レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズを備え、
   前記短共役側レンズ群は、長い共役側から順に、前記負レンズユニット、負レンズと正レンズとからなる接合レンズ、および少なくとも２枚の正レンズを備えることを特徴とする請求項３に記載の投影光学系。

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