WO2016199393A1 - 投射光学系及びプロジェクター - Google Patents

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WO2016199393A1
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lens
lens group
optical system
projection optical
group
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PCT/JP2016/002721
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峯藤　延孝
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セイコーエプソン株式会社
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    • G02B17/0896—Catadioptric systems with variable magnification or multiple imaging planes, including multispectral systems
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
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    • G03B33/00—Colour photography, other than mere exposure or projection of a colour film
    • G03B33/10—Simultaneous recording or projection
    • G03B33/12—Simultaneous recording or projection using beam-splitting or beam-combining systems, e.g. dichroic mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a projection optical system suitable for incorporation into a projector that magnifies and projects an image of an image display element, and a projector using the same.
  • Patent Documents 1 and 2 As a projection optical system for a projector capable of projecting from a short distance and obtaining a large screen, one using a refractive optical system and a concave mirror has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-2355166
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-079524
  • the mirror size is reduced by combining a concave mirror and a convex mirror while the angle of view is about 60 degrees in the eighth embodiment.
  • the total length is very long.
  • the two mirrors that are configured are aspherical, and are extremely difficult to manufacture from the viewpoint of accuracy and assembly.
  • the composite optical system of the refractive optical system and the concave mirror As described above, in the composite optical system of the refractive optical system and the concave mirror, an ultra-wide angle of view can be obtained, but it is difficult to reduce the total length. Therefore, the composite optical system is not suitable for a device that places importance on portability, such as a front projector.
  • the present invention has been made in view of the above background, and provides a projection optical system capable of covering a wide zooming range while including a relatively small number of lenses, and a projector including the projection optical system. With the goal.
  • a projection optical system includes, in order from the reduction side, a first optical group including a plurality of lenses and having positive power, and a second optical including a reflecting surface having a concave aspherical shape.
  • the first-second lens group includes, in order from the reduction side, an F1 lens group including one positive lens, and an F2 lens including one positive lens and one negative lens.
  • the first-second lens group is disposed on the enlargement side of the first optical group, and requires a relatively large lens.
  • the first-second lens group can be composed of a relatively small number of lenses, so that it is easy to make the projection optical system compact. Further, by moving at least the F2 lens group at the time of focusing accompanying zooming, a desired zooming range can be covered.
  • the F3 lens group is composed of a double-sided aspheric lens molded from resin.
  • a lens arranged on the enlargement side of the first optical group like the F3 lens group tends to be large.
  • the F3 lens group interferes with the light beam returned by the reflecting mirror constituting the second optical group. For this reason, it may be necessary to cut out a part of the lens constituting the F3 lens group, but the lens can be easily formed into a non-circular shape by resin molding.
  • the F1 lens group includes a positive lens having a convex surface on the enlargement side
  • the F2 lens group includes a positive lens having a convex surface on the reduction side and a negative lens having a concave surface on the reduction side
  • the F3 lens group is composed of a negative lens having a concave surface on the enlargement side, and when the power of each lens group is the absolute value of the reciprocal of the focal length of each lens group, the power of the F2 lens group is F1 lens It is weaker than the power of the group and the power of the F3 lens group.
  • the change in the focal position near the optical axis tends to be small, and the change in the field curvature at the peripheral part tends to be large.
  • the power of the lens group F2 it is possible to appropriately correct curvature of field and the like while suppressing focal movement near the optical axis during movement.
  • the F2 lens group is a cemented lens. According to this configuration, for example, when the F2 lens group has a non-circular shape, assembly is easy.
  • the first-first lens group includes an aperture stop in the first-first lens group, and a negative lens having an aspherical shape on at least one surface is located on the most enlargement side.
  • a negative lens having an aspherical shape on at least one surface is located on the most enlargement side.
  • the first-first lens group includes an aperture stop inside the first-first lens group, and two positive lenses on the reduction side of the aperture stop; It includes a first cemented lens composed of a positive lens and a negative lens and a second cemented lens composed of a positive lens and a negative lens, and is composed of nine or fewer lenses as a whole.
  • Chromatic aberration can be reduced by the 1-1st lens group in which the number of constituent lenses is relatively small. Furthermore, the variation at the time of an assembly is suppressed. Furthermore, the numerical aperture can be increased.
  • the numerical aperture on the object side is 0.3 or more. In this case, a sufficiently bright projection image can be formed.
  • the reduction side is substantially telecentric.
  • each of the plurality of lenses and the reflecting surface are rotationally symmetric with respect to a common optical axis.
  • the zoom range is 1.5 times or more.
  • a projector includes a light modulation element that modulates light from a light source to form image light, and any one of the above-described projection optical systems that projects image light from the light modulation element. Is provided. By providing any one of the above-described projection optical systems, the projector can cover a desired zooming range with a configuration in which the number of lenses is suppressed.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view from the object plane to the concave reflecting mirror in FIG. 2.
  • 1 is a diagram illustrating a configuration of a projection optical system according to Example 1.
  • FIG. FIGS. 4A to 4C are reduction side aberration diagrams of the projection optical system of Example 1.
  • FIGS. 5A to 5E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • FIGS. 5A to 5E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • FIGS. 5A to 5E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • FIGS. 5A to 5E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • FIG. 5A to 5E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a projection optical system of Example 2.
  • FIGS. 7A to 7C are reduction side aberration diagrams of the projection optical system according to Example 2.
  • FIGS. 10A to 10E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • FIGS. 10A to 10E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • FIGS. 10A to 10E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a projection optical system according to Example 3.
  • FIGS. 7A to 7C are reduction side aberration diagrams of the projection optical system according to Example 3.
  • FIGS. (A) to (E) are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. (A) to (E) are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. (A) to (E) are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a projection optical system according to Example 4.
  • FIGS. 9A to 9C are reduction side aberration diagrams of the projection optical system of Example 4.
  • FIGS. (A) to (E) are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. (A) to (E) are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. (A) to (E) are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • a projector 2 incorporating a projection optical system includes an optical system portion 50 that projects image light, and a circuit device 80 that controls the operation of the optical system portion 50. Prepare.
  • the light source 10 is, for example, an ultra-high pressure mercury lamp, and emits light including R light, G light, and B light.
  • the light source 10 may be a discharge light source other than an ultra-high pressure mercury lamp, or may be a solid light source such as an LED or a laser.
  • the first integrator lens 11 and the second integrator lens 12 have a plurality of lens elements arranged in an array.
  • the first integrator lens 11 splits the light flux from the light source 10 into a plurality of parts. Each lens element of the first integrator lens 11 condenses the light beam from the light source 10 in the vicinity of the lens element of the second integrator lens 12.
  • the lens elements of the second integrator lens 12 cooperate with the superimposing lens 14 to form images of the lens elements of the first integrator lens 11 on the liquid crystal panels 18R, 18G, and 18B.
  • the light from the light source 10 illuminates the entire display area of the liquid crystal panels 18R, 18G, and 18B with substantially uniform brightness.
  • the polarization conversion element 13 converts the light from the second integrator lens 12 into predetermined linearly polarized light.
  • the superimposing lens 14 superimposes the image of each lens element of the first integrator lens 11 on the display area of the liquid crystal panels 18R, 18G, and 18B via the second integrator lens 12.
  • the first dichroic mirror 15 reflects R light incident from the superimposing lens 14 and transmits G light and B light.
  • the R light reflected by the first dichroic mirror 15 passes through the reflection mirror 16 and the field lens 17R and enters the liquid crystal panel 18R that is a light modulation element.
  • the liquid crystal panel 18R forms an R color image by modulating the R light according to the image signal.
  • the second dichroic mirror 21 reflects the G light from the first dichroic mirror 15 and transmits the B light.
  • the G light reflected by the second dichroic mirror 21 passes through the field lens 17G and enters the liquid crystal panel 18G that is a light modulation element.
  • the liquid crystal panel 18G modulates the G light according to the image signal to form a G color image.
  • the B light transmitted through the second dichroic mirror 21 passes through the relay lenses 22 and 24, the reflection mirrors 23 and 25, and the field lens 17B and enters the liquid crystal panel 18B that is a light modulation element.
  • the liquid crystal panel 18B forms a B-color image by modulating the B light according to the image signal.
  • the cross dichroic prism 19 is a light combining prism that combines light modulated by the liquid crystal panels 18R, 18G, and 18B into image light and advances it to the projection optical system 40.
  • the projection optical system 40 is a projection zoom lens that enlarges and projects the image light modulated by the liquid crystal panels 18G, 18R, and 18B and synthesized by the cross dichroic prism 19 onto a screen (not shown).
  • the circuit device 80 includes an image processing unit 81 to which an external image signal such as a video signal is input, and display driving for driving the liquid crystal panels 18G, 18R, and 18B provided in the optical system portion 50 based on the output of the image processing unit 81.
  • Unit 82 a lens driving unit 83 that adjusts the state of the projection optical system 40 by operating a drive mechanism (not shown) provided in the projection optical system 40, and the operations of these circuit portions 81, 82, 83, etc.
  • a main control unit 88 for controlling automatically.
  • the image processing unit 81 converts the input external image signal into an image signal including a gradation of each color.
  • the image processing unit 81 can also perform various image processing such as distortion correction and color correction on the external image signal.
  • the display driving unit 82 can operate the liquid crystal panels 18G, 18R, and 18B based on the image signal output from the image processing unit 81, and can display an image corresponding to the image signal or an image that has been subjected to image processing. Corresponding images can be formed on the liquid crystal panels 18G, 18R, 18B.
  • the lens driving unit 83 operates under the control of the main control unit 88, and appropriately moves a part of the optical elements constituting the projection optical system 40 along the optical axis OA via the actuator AC. In the projection of the image on the screen by 40, it is possible to perform focus accompanying zooming (focus during zooming).
  • the lens driving unit 83 can also change the vertical position of the image projected on the screen by adjusting the tilt of moving the entire projection optical system 40 in the vertical direction perpendicular to the optical axis OA.
  • the projection optical system 40 illustrated in FIG. 2 and the like has the same configuration as the projection optical system 40 of Example 1 described later.
  • the projection optical system 40 of the embodiment projects an image formed on the liquid crystal panel 18G (18R, 18B) onto a screen (not shown).
  • a prism PR corresponding to the cross dichroic prism 19 of FIG. 1 is disposed between the projection optical system 40 and the liquid crystal panel 18G (18R, 18B).
  • the projection optical system 40 includes, in order from the reduction side, a first optical group 40a that includes a plurality of lenses and has positive power, and a second optical group 40b that includes a mirror MR including a reflecting surface having a concave aspherical shape. Consists of.
  • the first optical group 40a is provided on the reduction side and has a positive power, the 1-1 lens group 41 having a positive power, and is provided on the enlargement side, and has a weak positive power compared to the power of the 1-1 lens group 41 1-2 lens group 42 having
  • the 1-1st lens group 41 has an aperture stop ST inside the 1-1st lens group 41, a lens group E1 on the reduction side with respect to the aperture stop ST, and a lens group E2 on the enlargement side with respect to the aperture stop ST. It consists of.
  • the first-second lens group 42 includes, in order from the reduction side, an F1 lens group (hereinafter, lens group F1), an F2 lens group (hereinafter, lens group F2), and an F3 lens group (hereinafter, lens group F3).
  • Each of the lens group F1, the lens group F2, and the lens group F3 moves in the optical axis direction during focusing accompanying zooming.
  • the lens group F1 positioned closest to the reduction side is composed of one positive lens L9.
  • the lens group F2 positioned between the lens group F1 and the lens group F3 includes one positive lens L10 and one negative lens L11.
  • the lens group F3 located on the most enlargement side is composed of one negative lens having double-sided aspheric surfaces.
  • the lens group F3 is formed of resin. Of the three lens groups F1 to F3, at least the lens group F2 is moved in the direction A1 along the optical axis OA by the actuator AC during focusing during zooming. Here, all of the lens groups F1 to F3 are movable independently of each other in the direction A1 along the optical axis OA.
  • the movement of the lens groups F1 to F3 by the actuator AC can take various forms depending on the form of focus during zooming. For example, the lens groups F1 to F3 may be moved completely independently, or may be moved in conjunction with each other using a cam mechanism or the like.
  • the lens group E1 includes lenses L1 to L6, and the lens group E2 includes lenses L7 and L8.
  • the lens group F1 has a lens L9, the lens group F2 has lenses L10 and L11, and the lens group F3 has a lens L12. That is, the first optical group 40a is composed of 12 lenses as a whole.
  • Lenses L1, L2, L4, and L6 are positive lenses, and lenses L3 and L5 are negative lenses.
  • the lens L2 and the lens L3 are cemented lenses, and the lens L4 and the lens L5 are cemented lenses.
  • the first-first lens group 41 includes at least two sets of cemented lenses including a positive lens and a negative lens, which are provided on the reduction side of the aperture stop ST.
  • Each of the lenses L1 to L6 is a spherical glass lens, and has a circular shape that is symmetric about the optical axis OA.
  • Lens L7 is a positive lens
  • lens L8 is a negative lens
  • the lenses L7 and L8 are glass spherical lenses and have a circular shape that is symmetric about the optical axis OA.
  • the 1-1st lens group 41 as a whole is composed of eight lenses, that is, nine or less lenses (lenses L1 to L8).
  • the projection optical system 40 according to the present embodiment can reduce chromatic aberration with a relatively small number of lenses. Moreover, since the projection optical system 40 includes a cemented lens, variations during assembly are suppressed. Furthermore, the numerical aperture can be increased.
  • the lens L9 is a positive lens having a convex surface on at least the enlargement side (a biconvex positive lens in the illustrated example).
  • the lens L9 is a glass spherical lens and has a circular shape that is symmetric about the optical axis OA.
  • the lens L10 is a positive lens having a convex surface on at least the reduction side (a biconvex positive lens in the illustrated example), and the lens L11 is a negative lens having at least a concave surface on the reducing side (a negative meniscus lens in the illustrated example). It is.
  • the lenses L10 and L11 constitute a cemented lens.
  • the lens group F2 is a cemented lens.
  • Each of the lenses L10 and L11 is a spherical glass lens, and has a circular shape that is symmetric about the optical axis OA.
  • the lens L12 is a double-sided aspherical lens having negative power as described above, and is molded from resin.
  • the lens L12 may have a circular shape that is axially symmetric with respect to the optical axis OA, or may have a non-circular shape. For example, it may have a shape in which a part of the upper side (the side on which the image light is projected) that is axisymmetric about the optical axis OA is notched.
  • the second optical group 40b is composed of the mirror MR having a concave aspherical shape.
  • the mirror MR reflects the image light emitted from the first optical group 40a toward the screen.
  • each of the lenses L1 to L12 constituting the first optical group 40a has a circular shape that is axisymmetric with respect to the optical axis OA, or at least the lens L12 has a circular shape that is axially symmetric with respect to the optical axis OA.
  • the shape is cut out of a part of the shape.
  • the mirror MR constituting the second optical group 40b also has a shape obtained by cutting out a part of an axially symmetric shape with respect to the optical axis OA. That is, each of the lenses L1 to L12 and the reflecting surface of the mirror MR are rotationally symmetric with respect to a common optical axis.
  • the reduction side is substantially telecentric.
  • the assembly variation can be easily absorbed.
  • the projection position on the screen is brought close to the direction of the optical axis OA, not only the lens group F3 (lens L12) but also the lens group F2 (lenses L10 and L11) may be made non-circular. In that case, it is possible to simplify the frame structure and improve the assembly accuracy by using the lens group F2 as a cemented lens.
  • the distance to the screen is generally very close.
  • the image formed on the panel surface PI of the liquid crystal panel 18G (18R, 18B) is temporarily formed by the first optical group 40a before the mirror of the second optical group 40b, and then the second optical Proximity projection is performed by re-imaging the image on the screen by the group 40b. That is, the first optical group 40a creates a primary image (intermediate image) before the mirror MR.
  • the zooming range cannot be made very large.
  • the primary image formed by the first optical group 40a is optimized so that a good image can be finally obtained even if the projection magnification is changed. Further, in a general proximity projection optical system, contrast reduction due to field curvature and astigmatism variation is large. Also, the distortion change due to the movement of the focus group tends to be larger than that of the normal lens system.
  • the projection optical system 40 has a configuration in which the lens groups F1 to F3 are moved at the time of focusing accompanying zooming, and thus aberration variation can be suppressed to a small value. ing. More specifically, first, the lens group F1 including a positive lens efficiently guides the light beam emitted from the first-first lens group 41 as a divergent light beam to the lens group F2. In addition, the lens group F2 having a weaker power than the lens group F1 and the lens group F3 moves most during focusing, thereby suppressing a field curvature, astigmatism, and distortion, and creating a good primary image.
  • the lens group F3 having negative power and having an aspheric shape cooperates with the second optical group 40b including the mirror MR having a concave aspheric shape to correct the final aberration amount. To do. Since the lens group F3 arranged immediately before the second optical group 40b in the first optical group 40a is an aspheric lens, it is possible to effectively perform optimum correction for each image height.
  • the first-first lens group 41 is configured with a small number of lenses (eight in the illustrated example) and the second optical group 40b is configured with one mirror MR, 4 Since the first-second lens group 42 is composed of a single lens (the positive lens L9, the positive lens L10, the negative lens L11, and the negative lens L12), an appropriate aberration is included in the primary image. The aberration of the image projected on the screen through the two optical groups 40b can be reduced. That is, the projector 2 that is a proximity projector covers a wide zooming range and can also support a high-resolution image display element.
  • the power of the lens group F2 for correcting curvature of field or the like is smaller than the power of the lens group F1 and the power of the lens group F3, so that the lens group F2 is moved.
  • the movement of the focal point in the vicinity of the optical axis is reduced, and the curvature of field and the like are appropriately corrected. If the power of the lens group F2 is increased, the amount of movement may be reduced, but the correction is compensated by the other lens groups F1 and F3. For example, when the lens groups F1 to F3 are moved, It becomes necessary to increase the accuracy.
  • the lens group F2 can satisfactorily correct image plane changes and distortions caused by zooming, and can keep the angle of light incident on the lens group F3 within an appropriate range.
  • the lens group of light rays incident on the lens group F3 is likely to be affected by surface shape errors and lens refractive index errors caused by internal distortion. The smaller the incident angle of the lens surface of F3, the better.
  • the lens group F2 in which the positive power lens and the negative power lens are arranged is arranged in front of the lens group F3, so that the light beam emitted from the lens group F2 is emitted from the lens group F3. It is also possible to reduce the above-described influence in the lens group F3 by making the incident light as small as possible.
  • the lens group E1 on the reduction side of the aperture stop ST is entirely composed of spherical lenses, and the first-first lens group 41 is composed of a relatively small number of lenses of nine or less.
  • the numerical aperture on the object side is 0.27 or more, that is, the brightness of the F number is about 1.8, and the high zooming range is 1.5 times or more (or 1.6 times or more).
  • the projection optical system 40 can sufficiently cope with a high-resolution image display element.
  • the numerical aperture is 0.3 or more, that is, the F number is 1.6. It is also possible to obtain a high contrast image with little flare while maintaining a moderate brightness. Further, the total lens length can be shortened by suppressing the number of constituent lenses.
  • the lens group F2 when it is desired to reduce the height of the projected screen, the lens group F2 also needs to be a non-circular shape with a part cut away as in the case of the aspherical lens constituting the lens group F3 as described above. May occur. In this case, it is preferable that the lens group F2 is a cemented lens as described above.
  • the first-first lens group 41 has at least two lenses (L7, L8) on the enlargement side of the aperture stop ST, and the most enlargement side lens L8 is a negative lens having an aspheric shape on at least one surface. is there.
  • the lens L8 has an aspheric shape on both sides.
  • the first-first lens group 41 efficiently takes in the light beam emitted from the object, that is, the panel surface PI (reduction side), and sends it to the focus lens group constituted by the first-second lens group 42.
  • At least two lenses are arranged on the enlargement side of the aperture stop ST in the first-first lens group 41 so that an appropriate intermediate image can be formed by the first-second lens group 42 in a wide zoom range. By doing so, a good image can be obtained.
  • the aperture stop in the first-first lens group 41 is used.
  • a lens having an aspheric surface on at least one surface.
  • the first-first lens group 41 with the first-second lens group 42 functioning as the focus lens group without increasing the number of lenses of the first-first lens group 41, a wide zoom ratio is achieved. It is possible to correct field curvature and astigmatism well in a region, and to obtain stable performance.
  • the aspherical surface is specified by the following polynomial (aspherical surface equation).
  • c Curvature (1 / R) h: height from the optical axis
  • k aspherical cone coefficient
  • Ai aspherical higher-order aspherical coefficient
  • OBJ panel surface PI
  • STO aperture stop ST
  • IMG screen It means the upper image surface (projected surface).
  • a surface having “*” written after the surface number is a surface having an aspherical shape.
  • Example 1 The lens surface data of Example 1 is shown in Table 1 below. [Table 1] In Table 1 and the following table, a power of 10 (for example, 1.00 ⁇ 10 +18 ) is expressed using E (for example, 1.00E + 18).
  • Table 3 shows the values of the variable intervals 17, 19, 22, 24, and 25 in Table 1 at a projection magnification of 125 times, a projection magnification of 100 times, and a projection magnification of 169 times.
  • FIG. 4 is a sectional view of the projection optical system of Example 1.
  • the projection optical system of FIG. 4 corresponds to the projection optical system 40 of the first embodiment.
  • the projection optical system 40 enlarges and projects an image on the panel surface PI at a magnification according to the distance to the screen.
  • the projection optical system 40 includes, in order from the reduction side, lenses L1 to L6 constituting the lens group E1 of the 1-1st lens group 41, lenses L7 and L8 constituting the lens group E2, and a 1-2 lens group 42.
  • the magnification is changed by changing the projection position (the projection distance is changed).
  • the 1-1st lens group 41 remains fixed, while the lens groups F1 to F3 move. That is, the first-second lens group 42 performs focusing by moving the three lens groups F1, F2, and F3 independently during zooming.
  • the amount of movement of the lens unit F2 (F2 lens unit) among the lens units F1 to F3 is relatively the largest in focusing accompanying zooming.
  • the lenses L1 to L12 will be described in detail.
  • the lens L1 as the first lens is a biconvex positive lens
  • the lens L2 as the second lens is a biconvex positive lens
  • the lens L3 as the third lens has a concave surface on the reduction side.
  • the second lens and the third lens are cemented lenses
  • the fourth lens L4 is a biconvex positive lens
  • the fifth lens L5 is a biconcave lens.
  • the fourth lens and the fifth lens are cemented lenses
  • the lens L6, which is the sixth lens is a biconvex positive lens, and is a seventh lens positioned after the aperture stop ST.
  • a certain lens L7 is a biconvex positive lens
  • an eighth lens L8 is a biconcave negative lens with aspheric surfaces on both sides.
  • the lens L9 that is the ninth lens is a biconvex positive lens
  • the lens L10 that is the tenth lens is a biconvex positive lens
  • the lens L11 that is the eleventh lens has a concave surface on the reduction side.
  • a negative meniscus lens, the tenth lens and the eleventh lens are cemented lenses
  • the lens L12, which is the twelfth lens is a double-sided aspheric lens having negative power.
  • the lens L12 has a biconcave shape in the vicinity of the optical axis.
  • the lens L12 is a lens formed of resin.
  • the second optical group 40b is composed of a single concave aspherical mirror.
  • FIG. 5A is a reduction side aberration diagram (spherical aberration, astigmatism, distortion) of the projection optical system when the projection magnification is 125 times
  • FIG. 5B is a diagram when the projection magnification is 100 times
  • FIG. 5C is a reduction aberration diagram of the projection optical system
  • FIG. 5C is a reduction aberration diagram of the projection optical system when the projection magnification is 169 times.
  • 6 (A) to 6 (E) are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. 5 (A).
  • FIGS. 6A to 6E show lateral aberrations at image heights of 100%, 80%, 60%, 40%, and 15%, respectively.
  • FIG. 6A corresponds to the case of the maximum field angle.
  • FIGS. 7A to 7E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. 5B
  • FIGS. 8A to 8E are FIGS.
  • FIG. 6 is a lateral aberration diagram of the projection optical system
  • Example 2 The lens surface data of Example 2 is shown in Table 4 below. [Table 4]
  • Table 6 shows the values of the variable intervals 17, 19, 23, 25, and 26 in Table 4 at a projection magnification of 125 times, a projection magnification of 100 times, and a projection magnification of 168 times.
  • FIG. 9 is a sectional view of the projection optical system of Example 2.
  • the first optical group 40a includes 12 lenses from the lens L1 (first lens) to the lens L12 (12th lens) from the reduction side.
  • the first optical group 40a includes a first lens group 41 having a positive power provided on the reduction side and a positive or negative value weaker than the power of the first lens group 41 provided on the enlargement side.
  • a first-second lens group 42 having the following power.
  • the second optical group 40b is composed of a single concave aspherical mirror MR. Note that the lens L12, the mirror MR, and the like are drawn without being cut out in FIG. 9, but in an actual optical system, at least the mirror MR may have a shape partially cut out from a circular shape. Other lens groups may also have a shape partially cut out from a circular shape.
  • the projection optical system 40 enlarges and projects an image on the panel surface PI at a magnification according to the distance to the screen.
  • the projection optical system 40 includes, in order from the reduction side, lenses L1 to L6 constituting the lens group E1 of the 1-1st lens group 41, lenses L7 and L8 constituting the lens group E2, and a 1-2 lens group 42.
  • the magnification is changed by changing the projection position (the projection distance is changed).
  • the first-first lens group 41 remains fixed, while the lens groups F1 to F3 move. That is, the first-second lens group 42 performs focusing by moving the three lens groups F1, F2, and F3 independently during zooming.
  • the amount of movement of the lens unit F2 (F2 lens unit) among the lens units F1 to F3 is relatively the largest in focusing accompanying zooming.
  • the lenses L1 to L12 will be described in detail.
  • the lens L1 as the first lens is a biconvex positive lens
  • the lens L2 as the second lens is a biconvex positive lens
  • the lens L3 as the third lens has a concave surface on the reduction side.
  • the second lens and the third lens are cemented lenses
  • the fourth lens L4 is a biconvex positive lens
  • the fifth lens L5 is a biconcave lens.
  • the fourth lens and the fifth lens are cemented lenses
  • the lens L6, which is the sixth lens is a biconvex positive lens, and is a seventh lens positioned after the aperture stop ST.
  • a certain lens L7 is a positive meniscus lens having a convex surface on the reduction side
  • a lens L8 which is an eighth lens is a biconcave negative lens having aspheric surfaces on both sides.
  • the lens L9 as the ninth lens is a positive meniscus lens having a convex surface on the enlargement side
  • the lens L10 as the tenth lens is a biconvex positive lens
  • the lens L11 as the eleventh lens is reduced.
  • the lens L12 which is a negative meniscus lens having a concave surface on the side and the twelfth lens, is a double-sided aspheric lens having negative power.
  • the lens L12 has a biconcave shape in the vicinity of the optical axis.
  • the lens L12 is a lens formed of resin.
  • the second optical group 40b is composed of a single concave aspherical mirror.
  • FIG. 10A is a reduction aberration diagram (spherical aberration, astigmatism, distortion) of the projection optical system when the projection magnification is 125 times
  • FIG. 10B is a diagram when the projection magnification is 100 times
  • FIG. 10C is a reduction side aberration diagram of the projection optical system
  • FIG. 10C is a reduction side aberration diagram of the projection optical system when the projection magnification is 168 times
  • FIGS. 11A to 11E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. 11A to 11E show lateral aberrations at image heights of 100%, 80%, 60%, 40%, and 15%, respectively.
  • FIG. 11A corresponds to the case of the maximum field angle.
  • FIGS. 12A to 12E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. 10B
  • FIGS. 13A to 13E are FIGS.
  • FIG. 6 is a lateral aberration diagram of the projection optical system corresponding to FIG.
  • Example 3 The lens surface data of Example 3 is shown in Table 7 below.
  • the numerical aperture NA is 0.3 or more (that is, about F number 1.6).
  • Table 9 shows the values of the variable intervals 21, 24, 26, and 27 in Table 7 at a projection magnification of 125 times, a projection magnification of 100 times, and a projection magnification of 169 times.
  • FIG. 14 is a sectional view of the projection optical system of Example 3.
  • the first optical group 40a includes 13 lenses from the reduction side to the lens L1 (first lens) to the lens L13 (13th lens).
  • the first optical group 40a includes a first lens group 41 having a positive power provided on the reduction side and a positive or negative value weaker than the power of the first lens group 41 provided on the enlargement side.
  • a first-second lens group 42 having the following power.
  • the second optical group 40b is composed of a single concave aspherical mirror MR. Note that the lens L13, the mirror MR, and the like are drawn without being cut out in FIG. 14, but in an actual optical system, at least the mirror MR may have a shape partially cut out from a circular shape. Other lens groups may also have a shape partially cut out from a circular shape.
  • the projection optical system 40 projects an image on the panel surface PI at a magnification corresponding to the distance to the screen.
  • the projection optical system 40 includes, in order from the reduction side, lenses L1 to L7 that constitute the lens group E1 of the 1-1st lens group 41, lenses L8 and L9 that constitute the lens group E2, and a 1-2 lens group 42.
  • the magnification is changed by changing the projection position (the projection distance is changed).
  • the first-first lens group 41 and the lens group F3 remain fixed, while the lens groups F1 and F2 move. That is, the first-second lens group 42 performs focusing by moving the two lens groups F1, F2 independently during zooming.
  • the lens group F2 (F2 lens group) has a relatively large amount of movement among the lens groups F1 and F2 during focusing accompanying zooming.
  • the lenses L1 to L13 will be described in detail.
  • the lens L1 as the first lens is a biconvex positive lens
  • the lens L2 as the second lens is a positive planoconvex positive lens having a convex surface on the reduction side
  • a lens as the third lens L3 is a plano-concave negative lens having a concave surface on the reduction side
  • the second lens and the third lens are cemented lenses
  • the lens L4 as the fourth lens is a biconvex positive lens
  • the lens L5, which is five lenses, is a biconcave negative lens
  • the fourth lens and the fifth lens are cemented lenses
  • the lens L6, which is the sixth lens is a negative meniscus lens having aspheric surfaces on both sides. is there.
  • the lens L6 has a convex surface on the reduction side.
  • the lens L7 which is the seventh lens, is a positive meniscus lens having a convex surface on the reduction side, and the lens L8, which is the eighth lens positioned after the aperture stop ST, is a biconvex positive lens.
  • the lens L9 which is a lens is a double-sided aspherical lens having negative power.
  • the lens L9 has a biconcave shape.
  • the lens L10, which is the tenth lens is a biconvex positive lens
  • the lens L11 which is the eleventh lens
  • the lens L12 which is the twelfth lens
  • the lens L13 which is a negative lens of the thirteenth lens, is a double-sided aspheric lens having negative power.
  • the lens L13 has a biconcave shape in the vicinity of the optical axis.
  • the lens L13 is a lens formed of resin.
  • the second optical group 40b is composed of a single concave aspherical mirror.
  • FIG. 15A is a reduction aberration diagram (spherical aberration, astigmatism, distortion) of the projection optical system when the projection magnification is 125 times
  • FIG. 15B is a diagram when the projection magnification is 100 times
  • FIG. 15C is a reduction side aberration diagram of the projection optical system
  • FIG. 15C is a reduction side aberration diagram of the projection optical system when the projection magnification is 169 times
  • FIGS. 16A to 16E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG.
  • FIGS. 16A to 16E show lateral aberrations at image heights of 100%, 80%, 60%, 40%, and 15%, respectively.
  • FIG. 16A corresponds to the case of the maximum field angle.
  • FIGS. 17A to 17E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. 15B
  • FIGS. 18A to 18E are FIGS.
  • FIG. 6 is a lateral aberration diagram of the projection optical system corresponding to FIG. Example
  • the lens surface data of Example 4 is shown in Table 10 below.
  • the numerical aperture NA is 0.3 or more (that is, about F number 1.6).
  • Table 12 shows the values of the variable intervals 19, 23, and 26 in Table 10 at a projection magnification of 125 times, a projection magnification of 100 times, and a projection magnification of 169 times.
  • FIG. 19 is a sectional view of the projection optical system of Example 4.
  • the first optical group 40a includes 12 lenses from the lens L1 (first lens) to the lens L12 (12th lens) from the reduction side.
  • the first optical group 40a includes a first lens group 41 having a positive power provided on the reduction side and a positive or negative value weaker than the power of the first lens group 41 provided on the enlargement side.
  • a first-second lens group 42 having the following power.
  • the second optical group 40b is composed of a single concave aspherical mirror MR. Note that the lens L12, the mirror MR, and the like are drawn without being cut out in FIG. 19, but in an actual optical system, at least the mirror MR may have a shape partially cut out from a circular shape. Other lens groups may also have a shape partially cut out from a circular shape.
  • the projection optical system 40 enlarges and projects an image on the panel surface PI at a magnification according to the distance to the screen.
  • the projection optical system 40 includes, in order from the reduction side, lenses L1 to L6 constituting the lens group E1 of the 1-1st lens group 41, lenses L7 and L8 constituting the lens group E2, and a 1-2 lens group 42.
  • the magnification is changed by changing the projection position (the projection distance is changed).
  • the first-first lens group 41 and the lens groups F2 and F3 remain fixed, while the lens group F2 moves. That is, the first-second lens group 42 performs focusing by moving only the lens group F2 during zooming.
  • the lenses L1 to L12 will be described in detail.
  • the first lens L1 is a biconvex positive lens
  • the second lens L2 is a biconvex positive lens
  • the third lens L3 is a biconcave negative lens.
  • the second lens and the third lens are cemented lenses
  • the lens L4 as the fourth lens is a biconvex positive lens
  • the lens L5 as the fifth lens is a biconcave negative lens
  • the fourth lens and the fifth lens are cemented lenses
  • the lens L6 as the sixth lens is a positive meniscus lens having aspheric surfaces on both sides.
  • the lens L6 has a convex surface on the reduction side.
  • the lens L7 which is a seventh lens positioned after the aperture stop ST, is a biconvex positive lens
  • the lens L8, which is an eighth lens is a double-sided aspheric lens having negative power.
  • the lens L8 has a biconcave shape.
  • the lens L9 as the ninth lens is a biconvex positive lens
  • the lens L10 as the tenth lens is a positive meniscus lens having a convex surface on the reduction side
  • the lens L11 as the eleventh lens is
  • the lens L12 which is a negative meniscus lens having a concave surface on the reduction side and the twelfth lens, is a double-sided aspheric lens having negative power.
  • the lens L12 has a biconcave shape in the vicinity of the optical axis.
  • the lens L12 is a lens formed of resin.
  • the second optical group 40b is composed of a single concave aspherical mirror.
  • FIG. 20A is a reduction aberration diagram (spherical aberration, astigmatism, distortion) of the projection optical system when the projection magnification is 125 times, and FIG. 20B is a diagram when the projection magnification is 100 times.
  • FIG. 20C is a reduction side aberration diagram of the projection optical system, and FIG. 20C is a reduction side aberration diagram of the projection optical system when the projection magnification is 169 times.
  • FIGS. 21A to 21E are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. FIGS. 21A to 21E show lateral aberrations at image heights of 100%, 80%, 60%, 40%, and 15%, respectively.
  • FIG. 21A corresponds to the case of the maximum field angle.
  • FIGS. 22 (A) to 22 (E) are lateral aberration diagrams of the projection optical system corresponding to FIG. 20 (B), and FIGS. 23 (A) to 23 (E) are FIGS.
  • FIG. 6 is a lateral aberration diagram of the projection optical system corresponding to FIG.
  • a resin-made aspheric lens is used as the lens group F3 in the first-second lens group 42 as the focus lens group while realizing a wide angle of view of 70 ° or more at the wide angle end.
  • Only one lens (F3 lens group) is used, and the first-second lens group 42 has a simple configuration including four lenses (two positive lenses and two negative lenses).
  • the entire projection optical system 40 has a small lens configuration with 12 to 13 lenses.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments or examples, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof.
  • one or more lenses having substantially no power can be added before, after or between the lenses constituting each lens group.
  • the target of enlargement projection by the projection optical system 40 is not limited to a liquid crystal panel, and an image formed by a light modulation element such as a digital micromirror device having a micromirror as a pixel is enlarged and projected by the projection optical system 40. be able to.
  • display drive unit 83 ... lens drive unit, 88 ... main control unit , A1 ... direction, AC ... actuator, E1 ... lens group, E2 ... lens group, F1 ... lens group (F1 lens group), F2 ... lens group (F2 lens group), F3 ... lens group (F3 lens group), L1-L13 ... lens, MR ... concave aspherical mirror, OA ... Optical axis, PI ... panel surface, PR ... prism.

Landscapes

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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Lenses (AREA)
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Abstract

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。　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。

Description

投射光学系及びプロジェクター
　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 JPOXMLDOC01-appb-I000001
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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
　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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
　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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
　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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
　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〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
　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、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つのレンズ群を有し、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、略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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