JP6662159B2 - 投射光学系及びプロジェクター - Google Patents

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２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、１枚の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、最も広い空気間隔を境にして、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、変倍に伴うフォーカスの際に移動し、かつ、全体として負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、縮小側に凸面を有する１枚の正レンズからなるＦ１レンズと、拡大側に凸面を有する１枚の負のメニスカスレンズからなるＦ２レンズと、１枚の負レンズからなるＦ３レンズとの３枚のレンズで構成され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レンズ群が、縮小側に凸面を有する１枚の正レンズからなるＦ１レンズと、拡大側に凸面を有する１枚の負のメニスカスレンズからなるＦ２レンズと、１枚の負レンズからなるＦ３レンズとを有することで、所望の変倍範囲をカバーすることができる。かつ、投射光学系全体としてコンパクトなものとすることができる。

本発明の具体的な側面によれば、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、凸面形状の非球面をもつ正レンズを含む。この場合、第１−２レンズ群を３枚のレンズで構成した簡易なものとした場合であっても、フレアーの少ないコントラストの高い画像を得ることが可能となる。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。

本発明の別の側面によれば、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、開口絞りよりも拡大側において、少なくとも１枚の正レンズを含む正のパワーを有するレンズ群を備えている。この場合、物体側から出た光線束（以下、光束とも言うものとする。）を取り込んで第１−２レンズ群に送る役割をする第１−１レンズ群において光線束の状態を調整することにより、広い変倍範囲において第１−２レンズ群で適切な１次像（中間像）を作ることができる。

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む。この場合、第１−１レンズ群において、接合レンズを含むことで、例えば色収差の発生を防ぐことが可能になる。

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、開口絞りの近傍に、少なくとも１面に非球面形状を有する負レンズを配置している。ここで、開口絞りの近傍に配置されるレンズとは、投射光学系を構成するレンズのうち最も開口絞りに近い位置にあるレンズを意味する。この場合、開口絞りの近傍に配置されるレンズを少なくとも１面に非球面形状を有する負レンズとすることで、物体側の開口数を大きくすることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、第１−２レンズ群は、３つのレンズを少なくとも２つのレンズ群に分けてそれぞれ移動させる。この場合、広い変倍域（例えば１．５倍以上）においても、最終的に良好な画像を得られるような１次像（中間像）を作ることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、Ｆ３レンズは、樹脂で成形された両面非球面レンズからなる。この構成によれば、Ｆ３レンズのように、第１光学群のうち拡大側に配置されるため大きくなる傾向にあり、かつ、両面に非球面を有するものであっても作りやすい。また、Ｆ３レンズは、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。

本発明のさらに別の側面によれば、Ｆ３レンズは、光軸近傍で縮小側に凹面形状を有する。この場合、Ｆ２レンズを拡大側に凸面を有する負メニスカスレンズ形状としやすい。

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、第１光学群及び第２光学群を構成する要素が、全て回転対称系である。

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、含まれるレンズ間に形成される空間のうち、最も広い空気間隔ＢＤを境にして、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負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（以下レンズＦ１）、Ｆ２レンズ（以下レンズＦ２）及びＦ３レンズ（以下レンズＦ３）を有する。レンズＦ１、レンズＦ２、レンズ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Ｆ１〜Ｆ３のうち、最も縮小側に位置するレンズＦ１は、縮小側に凸面を有する正レンズ（レンズＬ１２）であり、レンズＦ１とレンズＦ３との間に位置するレンズＦ２は、拡大側に凸面を有する負のメニスカスレンズ（レンズＬ１３）であり、最も拡大側に位置するレンズＦ３は、負レンズ（レンズＬ１４）である。レンズＦ３は、樹脂で成形された両面非球面レンズでもあり、光軸近傍で縮小側に凹面形状を有する。また、レンズＦ１〜Ｆ３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に移動させられる。ここでは、レンズＦ１，Ｆ２が一体で移動可能となっており、レンズＦ３がレンズＦ１，Ｆ２と独立して移動可能となっているものとする。すなわち、レンズＦ１〜Ｆ３は少なくとも２つのレンズ群（レンズＦ１，Ｆ２からなるレンズ群とレンズＦ３からなるレンズ群）に分けられており、それぞれのレンズ群が互いに独立して移動可能である。これにより、広い変倍域においても、最終的に良好な画像を得られるような１次像を作ることができる。なお、アクチュエーターＡＣによるレンズＦ１〜Ｆ３の移動のさせ方については、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〜Ｌ９を有し、レンズ群Ｅ２は、レンズＬ１０，Ｌ１１を有する。レンズＦ１は、レンズＬ１２で構成され、レンズＦ２は、レンズＬ１３で構成され、レンズＦ３は、レンズＬ１４で構成される。すなわち、第１光学群４０ａは、全体で１４枚のレンズＬ１〜Ｌ１４で構成されている。

レンズＬ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７各々は正レンズであり、レンズＬ３、Ｌ５、Ｌ８各々は負レンズである。レンズＬ２とレンズＬ３とは第１の接合レンズであり、レンズＬ４とレンズＬ５とは第２の接合レンズである。レンズＬ６は、凸面形状の非球面をもつ。レンズＬ７とレンズＬ８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（ここでは３組）の接合レンズと、少なくとも１枚の凸面形状の非球面をもつ正レンズとを含む。また、レンズＬ１〜Ｌ９各々は、ガラス製のレンズであり、光軸ＯＡについて軸対称な円形状である。また、レンズＬ６以外は、全て球面レンズである。

負のメニスカスレンズであるレンズＬ１０と、両凸の正レンズであるレンズＬ１１とが接合レンズとなっている。また、見方を変えると、レンズ群Ｅ２は、少なくとも１枚の正レンズ（レンズＬ１１）を含む正のパワーを有するレンズ群であるとも言える。この場合、物体側すなわちパネル面ＰＩから出た光線束を取り込んで第１−２レンズ群に送る役割をする第１−１レンズ群４１において光線束の状態を調整することにより、広い変倍範囲において第１−２レンズ群４２で適切な１次像（中間像）が作れる。なお、レンズＬ１０，Ｌ１１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１１枚のレンズＬ１〜Ｌ１１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。さらに、開口数を大きくすることが可能である。また、組立時のバラツキの影響が小さい。さらに、開口絞りＳＴの縮小側（レンズ群Ｅ１）にガラス製の非球面の正レンズ（Ｌ６）を備えているため、第１−２レンズ群４２を３つのレンズＦ１〜Ｆ３で構成した簡易なものであっても、フレアーの少ないコントラストの高い画像を得ることが可能となる。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。

レンズＬ１２は、少なくとも縮小側に凸面を有する正レンズである。レンズＬ１２は、第１−１レンズ群４１から発散光として射出した光束を、平行光に近い状態に変換して、レンズＬ１３へ導く役割だけでなく、フォーカス時のレンズＬ１３、レンズＬ１４による収差補正を容易にする、という役割を持つ。レンズＬ１２の縮小側の面が平面、あるいは凹面である場合、縮小側の面での収差補正効果が少ないため、レンズＬ１３、レンズＬ１４による収差補正が困難になる。従って、Ｆ１レンズは縮小側に凸面を有する正レンズとすることが好ましい。なお、レンズＬ１２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Ｌ１３は、拡大側に凸面を有する負のメニスカスレンズである。レンズＬ１３は、レンズＬ１２と協同してフォーカス時に良好な１次像を作る。レンズＬ１３が縮小側に凹面からなる発散面を持つことにより、レンズＬ１２とのフォーカス時の収差をバランスよく補正することができる。また、レンズＬ１３が拡大側に凸面からなる集光面を持つことにより、レンズＬ１４に入射する光線の発散を抑えることができ、強い非球面を施されたレンズＬ１４のバラツキなどによる影響を少なくすることが可能となる。なお、レンズＬ１３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Ｌ１４は、上述のように、光軸ＯＡの近傍において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。レンズＬ１４すなわちレンズＦ３が縮小側に凹面を有する形状の非球面レンズであることで、レンズＬ１３すなわちレンズＦ２を拡大側に凸面を有する負メニスカスレンズ形状としやすい。なお、レンズＬ１４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〜Ｌ１４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Ｌ１４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〜Ｌ１４各々と、ミラーＭＲが有する反射面と、は回転対称系である。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。

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。上記のような近接投写光学系では、変倍時の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、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、変倍時の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、フォーカスレンズ群である第１−２レンズ群４２は３枚のレンズ（１枚の正レンズと２枚の負レンズ）で構成され、かつ、非球面レンズは最も拡大側の負レンズ（レンズＬ１４）の１枚のみ、という簡易な構成であるが、第１−２レンズ群４２が光軸ＯＡに沿って移動可能であるため、所望の変倍範囲をカバーすることができる。さらに、投射光学系をコンパクトなものとすることができ、かつ、低コスト化を図ることができる。より具体的には、変倍に伴うフォーカスに際して、広い変倍域において良好な画像を形成させるために、第１−２レンズ群４２を構成する３枚のレンズを少なくとも２つのレンズ群に分けて、少なくとも２つのレンズ群を個別に移動可能なものとしている。なお、第１−２レンズ群４２は、縮小側に配置された正レンズ（レンズＦ１すなわちレンズＬ１２）で、第１−１レンズ群４１からの発散光束の角度を緩くして、次の負レンズ（レンズＦ２すなわちレンズＬ１３）に入射させ、レンズＦ２は良好に補正された収差を悪化させることなくリレーし、拡大側に配置された負レンズ（レンズＦ３すなわちレンズＬ１４）でさらに光束を発散させながら結像させることで、必要な１次像（中間像）を作っている。

本実施形態では、フォーカスの際に移動しない固定群を構成する第１−１レンズ群４１において、例えば開口絞りＳＴの縮小側にガラスで形成された非球面（レンズＬ６のレンズ面）を配置することで、樹脂非球面レンズ（レンズＬ１４）の感度を高くすることなく、広い変倍範囲においても収差変動を少なくしている。より具体的に説明すると、まず、第１−１レンズ群４１の開口絞りＳＴよりも縮小側（レンズ群Ｅ１）に配置された複数のレンズＬ１〜Ｌ９は、既述のように、パネル面ＰＩから出た光線束を効率よく取り込む。ここで、レンズＬ１〜Ｌ９を含む第１−１レンズ群４１を球面レンズのみで構成した場合、レンズの枚数が増加することになる。しかし、投射光学系４０では、レンズ枚数が増えると、透過率が減少するとともにレンズ全長が増加するので、極力最低限のレンズ構成枚数にすることが要求される。さらに、第１−２レンズ群４２を上記のような３枚という最小限の構成枚数で構成する場合、第１−２レンズ群４２に入射させる光線束についても適切な制御が必要である。これに対して、本実施形態では、第１−１レンズ群４１が少なくとも１面の凸面形状の非球面を備えることで、フレアーの発生を抑え、コントラストの高い画像を提供することを可能としている。なお、広い変倍範囲において第１−２レンズ群４２で適切な中間像をより確実に作れるように、第１−１レンズ群４１において開口絞りＳＴの拡大側（レンズ群Ｅ２）には、少なくとも２枚のレンズ（Ｌ１０，Ｌ１１）を配置している。また、第１−２レンズ群４２のうち、負のパワーを有しつつ非球面形状のレンズで構成されるレンズ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２光学群４０ｂは、各像高の光束が分離して入射する反射面であり、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Ｆ３を非球面レンズとすることで、各像高に最適の補正を効果的に行うことができる。以上のような構成とすることで、フォーカスレンズ群を構成する第１−２レンズ群４２を３枚とし、投射光学系４０全体としても１３〜１４枚程度であり、かつ、第２光学群４０ｂが１枚のミラーＭＲで構成されるような場合であっても、１次像に適度な収差を含ませることで、第２光学群４０ｂを経てスクリーン上に投影される画像を収差の少ない良好なものとすることができる。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において、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ものとなっている。

さらに、上記のような構成とすることにより、物体側の開口数を０．２７以上、すなわちＦナンバーが１．８程度の明るさを有しながら、１．５倍以上（さらには１．６倍以上）の高い変倍範囲を確保し、高解像度の画像表示素子にも十分対応可能な性能を有するものとなっている。なお、実施例３において後述するように、ガラス非球面を適切に配置することで、構成レンズの枚数を抑えることができるので、レンズ全長を短くすることができる。また、実施例４において後述するように、開口絞りＳＴの近辺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。

〔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味を以下にまとめた。
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。

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、面番号の前に「＊」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 3.704
ω 73.0゜
NA 0.278

R D Nd Vd
OBJ Infinity 8.700
1 Infinity 26.840 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 37.319 6.138 1.61800 63.39
4 -133.798 0.200
5 23.872 6.923 1.49700 81.54
6 -264.396 1.200 1.80518 25.42
7 36.078 0.200
8 22.107 8.505 1.48749 70.24
9 -21.997 1.200 1.83400 37.16
10 21.503 0.100
*11 15.632 6.259 1.58913 61.15
*12 -37.637 0.100
13 23.994 7.021 1.76182 26.52
14 -13.000 1.100 1.90366 31.31
15 23.666 1.781
16 -178.477 1.200 1.79952 42.22
17 35.531 2.353
STO Infinity 0.000
19 50.623 1.200 1.83400 37.16
20 26.471 4.758 1.68893 31.07
21 -23.883 可変間隔
22 43.859 7.234 1.48749 70.24
23 8927.895 11.507
24 -31.802 2.000 1.80518 25.42
25 -65.670 可変間隔
*26 -37.988 3.080 1.53116 56.04
*27 79.666 可変間隔
*28 -56.904 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
11 -0.3254 -4.0562E-05 -3.8171E-08 1.6672E-09 -5.9264E-12
0.0000E+00 0.0000E+00
12 -1.0000 -3.0034E-06 -1.3441E-07 1.1456E-09 -4.6079E-12
0.0000E+00 0.0000E+00
26 -8.9406 -4.1419E-06 4.2736E-08 -7.7451E-11 7.8109E-14
-3.2998E-17 0.0000E+00
27 0.0000 -2.0077E-05 4.1069E-08 -7.3163E-11 9.4882E-14
-6.5519E-17 1.9494E-20
28 -2.0932 -7.0770E-07 9.1586E-11 -3.1672E-14 7.2156E-18
-9.7659E-22 4.7976E-26

以下の表３は、投射倍率１２５倍、投射倍率１０１倍及び投射倍率１６９倍において、表１中の可変間隔２１，２５，２７，２８の値を示している。
〔表３〕
可変間隔
125x 101x 169x
21 24.547 23.760 25.343
25 4.000 4.520 3.409
27 109.855 110.122 109.650
28 -501.000 -408.310 -665.306

図４は、実施例１の投射光学系４０の断面図である。図４の投射光学系４０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〜Ｌ９と、レンズ群Ｅ２を構成するレンズＬ１０，Ｌ１１と、第１−２レンズ群４２のレンズＦ１を構成するレンズＬ１２と、レンズＦ２を構成するレンズＬ１３と、レンズＦ３を構成するレンズＬ１４との１４枚のレンズＬ１〜Ｌ１４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Ｆ１〜Ｆ３はそれぞれ移動する。ここでは、第１−２レンズ群４２は、変倍時に、３つのレンズＦ１，Ｆ２，Ｆ３のうちレンズＦ１，Ｆ２を一体で移動させ、レンズＦ３をレンズＦ１，Ｆ２と独立して移動させることで合焦を行う。

各レンズＬ１〜Ｌ１４について詳しく説明すると、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、両面に非球面が施された両凸形状の正レンズであり、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、両凹形状の負レンズであり、第７レンズと第８レンズは接合レンズであり、第９レンズであるレンズＬ９は、両凹形状の負レンズであり、開口絞りＳＴの後段に位置する第１０レンズであるレンズＬ１０は、両凹形状の負レンズであり、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１０レンズと第１１レンズは接合レンズである。第１２レンズであるレンズＬ１２は、両凸形状の正レンズ（すなわち少なくとも縮小側に凸面を有する正レンズ）であり、第１３レンズであるレンズＬ１３は、拡大側に凸面を有する負のメニスカスレンズであり、第１４レンズであるレンズＬ１４は、両面に非球面が施され光軸近傍で両凹形状の負レンズである。レンズＬ１４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 3.716
ω 72.8゜
NA 0.278

R D Nd Vd
OBJ Infinity 8.700
1 Infinity 0.000
2 Infinity 26.840 1.51633 64.14
3 Infinity 0.000
4 43.228 6.423 1.61800 63.39
5 -83.194 0.200
6 23.780 7.928 1.49700 81.54
7 -79.179 1.200 1.84666 23.78
8 46.000 0.200
9 35.223 7.666 1.48749 70.24
10 -22.326 1.200 1.83400 37.16
11 41.000 0.100
*12 23.142 5.529 1.58913 61.15
*13 -55.168 0.100
14 33.722 8.100 1.76182 26.52
15 -13.000 1.100 1.90366 31.31
16 33.721 4.731
17 -141.896 2.000 1.84666 23.78
18 -35.107 0.000
STO Infinity 8.500
20 591.882 1.200 1.83400 37.16
21 24.868 4.119 1.68893 31.07
22 -81.476 可変間隔
23 49.060 7.814 1.48749 70.24
24 -200.026 可変間隔
25 -35.027 2.000 1.80518 25.42
26 -83.099 可変間隔
*27 -33.918 3.080 1.53116 56.04
*28 80.282 100.297
*29 -57.462 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
12 1.4552 -3.7373E-05 5.0779E-09 5.0980E-10 -9.2415E-13
0.0000E+00 0.0000E+00
13 -1.0000 -5.4149E-07 -4.3725E-08 6.8720E-10 -1.8348E-12
0.0000E+00 0.0000E+00
27 -7.2727 -3.3388E-06 4.6930E-08 -8.5733E-11 7.7697E-14
-2.6557E-17 0.0000E+00
28 0.0000 -1.4420E-05 2.8803E-08 -4.6804E-11 5.9059E-14
-4.8230E-17 2.1287E-20
29 -1.4486 -4.1373E-07 5.1283E-11 -3.4557E-14 8.4223E-18
-1.0922E-21 4.5356E-26

以下の表６は、投射倍率１２５倍、投射倍率１０１倍及び投射倍率１６９倍において、表４中の可変間隔２２，２４，２６，２９の値を示している。
〔表６〕
可変間隔
125x 101x 169x
22 22.901 22.108 23.764
24 7.775 7.606 7.946
26 12.297 13.260 11.264
29 -501.000 -409.553 -663.904

図９は、実施例２の投射光学系４０の断面図である。実施例２では、第１光学群４０ａは、縮小側から数えてレンズＬ１（第１レンズ）からレンズＬ１４（第１４レンズ）までの１４枚のレンズで構成され、第１光学群４０ａは、最も広い空気間隔ＢＤを境にして、縮小側に正のパワーを有する第１−１レンズ群４１と、拡大側に第１−１レンズ群４１のパワーと比較して弱い負のパワーを有する第１−２レンズ群４２とに分けることができる。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となり、他の光学系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。すなわち、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〜Ｌ９と、レンズ群Ｅ２を構成するレンズＬ１０，Ｌ１１と、第１−２レンズ群４２のレンズＦ１を構成するレンズＬ１２と、レンズＦ２を構成するレンズＬ１３と、レンズＦ３を構成するレンズＬ１４との１４枚のレンズＬ１〜Ｌ１４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、第１−２レンズ群４２を構成するレンズＦ１〜Ｆ３のうちレンズＦ３とは固定されたままである一方、レンズ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３つのレンズＦ１，Ｆ２，Ｆ３のうち、２つのレンズＦ１，Ｆ２を独立にそれぞれ移動させることで合焦を行う。

各レンズＬ１〜Ｌ１４について詳しく説明すると、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、両面に非球面が施された両凸形状の正レンズであり、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、両凹形状の負レンズであり、第７レンズと第８レンズは接合レンズであり、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、開口絞りＳＴの後段に位置する第１０レンズであるレンズＬ１０は、縮小側に凸面を有する負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、両凸形状の正レンズであり、第１０レンズと第１１レンズは接合レンズである。また、第１２レンズであるレンズＬ１２は、両凸形状の正レンズ（すなわち少なくとも縮小側に凸面を有する正レンズ）であり、第１３レンズであるレンズＬ１３は、拡大側に凸面を有する負のメニスカスレンズであり、第１４レンズであるレンズＬ１４は、両面に非球面が施され光軸近傍で両凹形状の負レンズである。このうち、レンズＬ１４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１６９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。特に、本実施例では、第１−１レンズ群４１において、少なくとも１面に非球面形状を有する負レンズ（レンズＬ６，Ｌ９）が配置されていることで、レンズ枚数の増大抑制や装置の小型化を図っている。
〔表７〕
f 3.741
ω 72.7゜
NA 0.278

R D Nd Vd
OBJ Infinity 8.700
1 Infinity 26.840 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 47.695 7.461 1.61800 63.39
4 -59.921 0.200
5 25.323 7.957 1.49700 81.54
6 -99.197 1.200 1.80518 25.42
7 33.769 0.200
8 18.826 10.100 1.48749 70.24
9 -20.890 1.200 1.83400 37.16
10 28.304 0.200
*11 15.298 4.464 1.51633 64.06
*12 32.543 1.036
13 21.116 7.957 1.76182 26.52
14 -13.000 1.100 1.90366 31.31
15 -91.275 0.200
*16 95.123 1.400 1.79952 42.22
*17 33.002 1.325
STO Infinity 11.700
19 228.052 2.200 1.68893 31.07
20 -120.975 可変間隔
21 41.911 7.308 1.59522 67.73
22 389.552 可変間隔
23 -32.143 2.000 1.80518 25.42
24 -50.558 可変間隔
*25 -43.069 3.080 1.53116 56.04
*26 53.557 可変間隔
*27 -51.941 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 0.3636 -6.0523E-05 -2.0810E-07 3.7326E-10 1.7724E-12
0.0000E+00 0.0000E+00
12 -1.0000 -1.5597E-05 -6.3727E-07 6.7222E-10 1.0035E-11
0.0000E+00 0.0000E+00
16 0.0000 4.3352E-05 -2.9757E-06 1.8550E-08 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
17 0.0000 9.9190E-05 -2.7153E-06 1.9674E-08 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
25 -12.4724 -1.0026E-06 4.3380E-08 -8.0926E-11 8.2590E-14
-3.2998E-17 0.0000E+00
26 0.0000 -1.5565E-05 3.1830E-08 -4.2046E-11 4.6170E-14
-3.2438E-17 1.9494E-20
27 -1.77476 -6.65E-07 6.02E-11 -2.82E-14 6.36E-18
-9.52E-22 4.80E-26

以下の表９は、投射倍率１２５倍、投射倍率１０１倍及び投射倍率１６９倍において、表７中の可変間隔２０，２２，２４，２６，２７の値を示している。
〔表９〕
可変間隔
125x 101x 169x
20 18.449 17.497 19.543
22 8.753 8.232 9.325
24 6.887 8.206 5.404
26 98.083 98.236 97.901
27 -501.000 -406.898 -669.193

図１４は、実施例３の投射光学系４０の断面図である。実施例３では、第１光学群４０ａは、縮小側から数えてレンズ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、第１光学群４０ａは、最も広い空気間隔ＢＤを境にして、縮小側に正のパワーを有する第１−１レンズ群４１と、拡大側に第１−１レンズ群４１のパワーと比較して弱い負のパワーを有する第１−２レンズ群４２とに分けることができる。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となり、他の光学系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。すなわち、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〜Ｌ９と、レンズ群Ｅ２を構成するレンズＬ１０と、第１−２レンズ群４２のレンズＦ１を構成するレンズＬ１１と、レンズＦ２を構成するレンズＬ１２と、レンズ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は固定されたままである一方、レンズ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Ｆ１〜Ｆ３を互いに独立に移動させることで合焦を行う。

各レンズＬ１〜Ｌ１３について詳しく説明すると、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、両面に非球面が施され縮小側に凸面を有する正のメニスカスレンズであり、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、拡大側に凸面を有する負のメニスカスレンズであり第７レンズと第８レンズは接合レンズであり、第９レンズであるレンズＬ９は、両面に非球面が施され拡大側に凸面を有する負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１０レンズであるレンズＬ１０は、両凸形状の正レンズである。また、第１１レンズであるレンズＬ１１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１２レンズであるレンズＬ１２は、拡大側に凸面を有する負のメニスカスレンズであり、第１３レンズであるレンズＬ１３は、両面に非球面が施され光軸近傍で両凹形状の負レンズである。このうち、レンズＬ１４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。

本実施例では、第１−１レンズ群４１において、凹面形状の非球面を含むレンズ（レンズＬ６，Ｌ９）を入れることで、レンズ枚数を抑えるとともに、レンズ全長や第２光学群４０ｂのミラー半径を小さくしている。具体的には、例えば上記の実施例１，２と比較して、レンズ枚数を１枚減らして、かつ、レンズ全長として約−５％程度、ミラー半径として約−８％程度の小型化を達成している。

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１０１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。特に、本実施例では、第１−１レンズ群４１において、開口絞りＳＴの近傍に、少なくとも１面に非球面形状を有する負レンズ（レンズＬ９）が配置されている、すなわち各レンズＬ１〜Ｌ１３のうち開口絞りＳＴから最も近い位置にあるレンズ（レンズＬ９）を少なくとも１面に非球面形状を有する負レンズとすることで、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 3.702
ω 72.9゜
NA 0.313

R D Nd Vd
OBJ Infinity 8.700
1 Infinity 26.840 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 40.85 7.059 1.61800 63.39
4 -94.234 0.200
5 32.165 7.172 1.49700 81.54
6 -95.69 1.200 1.80518 25.42
7 67.147 0.200
8 23.795 11.500 1.48749 70.24
9 -18.166 1.200 1.83400 37.16
10 391.997 0.100
*11 29.489 5.020 1.58913 61.15
*12 -73.538 0.100
13 117.61 6.626 1.76182 26.52
14 -13 1.100 1.90366 31.31
15 37.701 2.393
16 -36.192 1.200 1.80610 40.88
*17 -129.646 0.500
STO Infinity 2.370
19 64.407 1.200 1.83400 37.16
20 22.576 5.861 1.68893 31.07
21 -25.412 可変間隔
22 55.01 7.500 1.48749 70.24
23 -152.86 12.859
24 -29.36 2.000 1.80518 25.42
25 -53.839 可変間隔
*26 -33.925 3.080 1.53116 56.04
*27 91.042 可変間隔
*28 -56.001 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 -1.0598 -4.2376E-05 2.8896E-08 5.7752E-10 3.0657E-12
0.0000E+00 0.0000E+00
12 -1.0000 -6.3509E-05 4.1609E-08 6.7459E-10 3.0208E-13
0.0000E+00 0.0000E+00
17 8.1203 3.5595E-05 -4.1043E-08 -2.7722E-10 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
26 -6.1895 1.3952E-06 3.0684E-08 -6.2666E-11 7.2508E-14
-3.2444E-17 0.0000E+00
27 0.0000 -1.7496E-05 3.6163E-08 -6.7128E-11 9.0633E-14
-6.4769E-17 2.3354E-20
28 -2.5709 -9.8518E-07 1.7178E-10 -4.3004E-14 7.5901E-18
-8.8414E-22 4.2007E-26

以下の表１２は、投射倍率１２５倍、投射倍率１０１倍及び投射倍率１６９倍において、表１０中の可変間隔２１，２５，２７，２８の値を示している。
〔表１２〕
可変間隔
125x 101x 169x
21 24.812 24.026 25.590
25 4.000 4.462 3.530
27 115.208 115.533 114.900
28 -501.000 -408.081 -666.083

図１９は、実施例４の投射光学系４０の断面図である。実施例４では、第１光学群４０ａは、縮小側から数えてレンズＬ１（第１レンズ）からレンズＬ１４（第１４レンズ）までの１４枚のレンズで構成され、第１光学群４０ａは、最も広い空気間隔ＢＤを境にして、縮小側に正のパワーを有する第１−１レンズ群４１と、拡大側に第１−１レンズ群４１のパワーと比較して弱い負のパワーを有する第１−２レンズ群４２とに分けることができる。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となり、他の光学系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。すなわち、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〜Ｌ９と、レンズ群Ｅ２を構成するレンズＬ１０，Ｌ１１と、第１−２レンズ群４２のレンズＦ１を構成するレンズＬ１２と、レンズＦ２を構成するレンズＬ１１３と、レンズＦ３を構成するレンズＬ１４との１４枚のレンズＬ１〜Ｌ１４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Ｆ１〜Ｆ３はそれぞれ移動する。ここでは、第１−２レンズ群４２は、変倍時に、レンズＦ１，Ｆ２を一体で移動させ、レンズＦ３をレンズＦ１，Ｆ２と独立して移動させることで合焦を行う。

各レンズＬ１〜Ｌ１４について詳しく説明すると、第１−１レンズ群４１のうち、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、両面に非球面が施された両凸形状の正レンズであり、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、両凹形状の負レンズであり、第７レンズと第８レンズは接合レンズであり、第９レンズであるレンズＬ９は、拡大側に非球面が施された凸面を有する負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１０レンズであるレンズＬ１０は、縮小側に凸面を有する負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、両凸形状の正レンズであり、第１０レンズと第１１レンズは接合レンズである。また、第１−２レンズ群４２のうち、第１２レンズであるレンズＬ１２は、両凸形状の正レンズ（すなわち少なくとも縮小側に凸面を有する正レンズ）であり、第１３レンズであるレンズＬ１３は、拡大側に凸面を有する負のメニスカスレンズであり、第１４レンズであるレンズＬ１４は、両面に非球面が施され光軸近傍で両凹形状の負レンズである。このうち、レンズＬ１４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。

本実施例では、第１−１レンズ群４１において、開口絞りＳＴの近傍に、少なくとも１面（拡大側の面）に非球面形状を含む負レンズ（レンズＬ９）が配置されていることで、広い変倍域において良好に像面湾曲、非点収差特性を良好に補正することができ、安定した性能を得ることを維持しつつ、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。

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有しながらも、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Ｆ３（Ｆ３レンズ）の１枚のみとし、第１−２レンズ群４２全体としても、レンズＦ１〜Ｆ３による正、負、負の３枚のレンズで構成する簡易な構成となっている。この場合、レンズＦ１〜Ｆ３を移動させる機構も比較的簡易なものとすることができる。また、投射光学系４０全体でもレンズ枚数を１３〜１４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、 ＢＤ…空気間隔、 Ｅ１，Ｅ２…レンズ群、 Ｆ１…レンズ（Ｆ１レンズ）、 Ｆ２…レンズ（Ｆ２レンズ）、 Ｆ３…レンズ（Ｆ３レンズ）、 Ｌ１-Ｌ１４…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 (13)

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、１枚の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、最も広い空気間隔を境にして、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、変倍に伴うフォーカスの際に移動し、かつ、全体として負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、縮小側に凸面を有する１枚の正レンズからなるＦ１レンズと、拡大側に凸面を有する１枚の負のメニスカスレンズからなるＦ２レンズと、１枚の負レンズからなるＦ３レンズとの３枚のレンズで構成されることを特徴とする投射光学系。
2. 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、凸面形状の非球面をもつ正レンズを含む、請求項１に記載の投射光学系。
3. 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拡大側において、少なくとも１枚の正レンズを含む正のパワーを有するレンズ群を備えている、請求項１に記載の投射光学系。
4. 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む、請求項１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、前記開口絞りの近傍に、少なくとも１面に非球面形状を有する負レンズを配置している、請求項１に記載の投射光学系。
6. 前記Ｆ１レンズと前記Ｆ２レンズと前記Ｆ３レンズとは、少なくとも２つのレンズ群に分割され、
   前記少なくとも２つのレンズ群は、変倍に伴うフォーカスの際にそれぞれ移動する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の投射光学系。
7. 前記Ｆ３レンズは、樹脂からなる両面非球面レンズからなる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の投射光学系。
8. 前記Ｆ３レンズは、光軸近傍で縮小側に凹面形状を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の投射光学系。
9. 物体側の開口数は、０．３以上である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の投射光学系。
10. 縮小側は、略テレセントリックである、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の投射光学系。
11. 前記第１光学群及び前記第２光学群を構成する要素が、全て回転対称系である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の投射光学系。
12. 変倍範囲が、１．５倍以上ある、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の投射光学系。
13. 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前記画像光を投射する請求項１乃至１２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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