WO2020137884A1 - 投射光学系およびプロジェクタ - Google Patents

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WO2020137884A1
WO2020137884A1 PCT/JP2019/050095 JP2019050095W WO2020137884A1 WO 2020137884 A1 WO2020137884 A1 WO 2020137884A1 JP 2019050095 W JP2019050095 W JP 2019050095W WO 2020137884 A1 WO2020137884 A1 WO 2020137884A1
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PCT/JP2019/050095
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了史 伊藤
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株式会社ｎｉｔｔｏｈ
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
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    • G02B15/16—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group
    • G02B15/163—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group
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    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G—PHYSICS
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    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details

Definitions

  • the present invention relates to a projection optical system of a projector.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-108267 discloses a projection optical system for an ultra-short focus image projection apparatus, which is a first optical system that forms a first intermediate image by scaling an image formed by an image display element.
  • a second optical system that magnifies the first intermediate image to form a second intermediate image, and a concave mirror that reflects the light that forms the second intermediate image.
  • the line coincides with the optical axis of the first optical system, and the optical axis of the first optical system is parallel to the optical axis of the second optical system in a direction perpendicular to the optical axis of the first optical system.
  • a characteristic projection optical system is disclosed.
  • One aspect of the present invention is a projection optical system that projects a first image on the reduction side to the enlargement side, and a first optical system that forms an intermediate image on the enlargement side, and a first optical system.
  • a projection optical system including a second optical system including a reflecting surface disposed on the magnifying side of.
  • the first optical system includes a plurality of lenses, and a first intermediate image formed inside the first optical system by light incident from the reduction side is closer to the enlargement side than the first optical system.
  • An image is formed as a second intermediate image.
  • the second optical system includes a first reflecting surface having a positive refractive power, which is located closer to the magnification side than the second intermediate image.
  • the first optical system is a first refractive optical system that forms a first intermediate image, and has a first optical axis that is shifted in a first direction with respect to the center light of the first image. And a second refractive optical system for forming a second intermediate image, wherein the second optical axis is further shifted in the first direction with respect to the first optical axis. And a second refractive optical system including.
  • the first optical axis of the first optical system is shifted in the first direction with respect to the center light of the first image
  • the second optical axis of the second refractive optical system is relative to the first optical axis.
  • the fact that the second optical axis is shifted in the first direction means that the second optical axis is shifted in the opposite direction to the central light of the first image when the first optical axis of the first refractive optical system is the center. It means doing.
  • the second optical axis of the second refractive optical system that forms the second intermediate image from the first intermediate image is the center light of the first image with respect to the first optical axis of the first refractive optical system.
  • the lens surface arranged on the reduction side of the second refraction optical system on the enlargement side can be effectively utilized, and a projection optical system having a higher aberration correction capability and capable of projecting a high-quality image at a wide angle can be provided. ..
  • the second light of the second refractive optical system on the enlargement side is opposite to the first image formed on the image display element.
  • One of the different aspects of the present invention is a projector including the projection optical system described above and an image display element that forms a first image.
  • the projector may include an illumination optical system that illuminates the image display element.
  • FIG. 4 is a lateral aberration diagram at each image height at the wide-angle end (wide).
  • FIG. 6 is a lateral aberration diagram at each image height in a standard state (normal).
  • FIG. 4 is a lateral aberration diagram at each image height at the telephoto end (tele).
  • FIG. 4 is a lateral aberration diagram at each image height at the wide-angle end (wide).
  • FIG. 6 is a lateral aberration diagram at each image height in a standard state (normal).
  • FIG. 4 is a lateral aberration diagram at each image height at the telephoto end (tele).
  • Fig. 1 shows an example of a projector.
  • the projector 1 displays the image display element (light valve) 5 arranged on the reduction side 2 and the image (first image) IM0 of the image surface (first image surface) 5a of the light valve 5 on the enlargement side 3 screen.
  • the projection optical system 10 for projecting onto the wall surface (second image plane) 6 is included.
  • the light valve 5 may be an LCD, a digital mirror device (DMD), an organic EL or the like as long as it can form an image, and may be a single plate type or a system that forms an image of each color.
  • the light valve 5 may be a light emitting type or an illumination type.
  • the projector 1 further includes an illumination optical system (not shown).
  • the screen 6 may be a wall surface or a whiteboard, and the projector 1 may be a front projector or a rear projector including a screen.
  • the projection optical system 10 includes a first optical system 11 including a plurality of lenses and a second optical system 12 including a first reflecting surface 13 having a positive refractive power.
  • the reflection surface 13 of the second optical system 12 reflects the light output from the first optical system 11 and projects it on the screen 6 as projection light 9.
  • the first optical system 11 produces a first intermediate image (in-lens intermediate image) IM1 imaged inside the first optical system 11 by light incident from the reduction side 2 more than the first optical system 11.
  • This is a refractive optical system (lens system) that forms a second intermediate image (outer-lens intermediate image) IM2 on the magnifying side 3.
  • the first optical system 11 is a lens group (first refracting optical system) 15 arranged on the reduction side (input side) 2 and having a positive power as a whole, and an enlargement of the reduction side lens group 15.
  • the lens group (second refracting optical system) 16 disposed on the side (output side) 3 and having a positive power as a whole on the magnification side. Therefore, the first optical system 11 has a positive power as a whole, and the first refractive optical system 15 having a positive power that forms the first intermediate image IM1 and the first intermediate image IM1 to the second intermediate image IM1. And a positive power second refractive optics 16 forming IM2.
  • the first refraction optical system 15 is a refraction optical system that forms a first intermediate image IM1, and the first light shifted in the first direction 31 with respect to the central light 20 of the first image IM0. Includes shaft 21.
  • the second refracting optical system 16 that forms the second intermediate image IM2 includes a second optical axis 22 that is further shifted in the first direction 31 with respect to the first optical axis 21.
  • the central light 20 of the first image is the direction of light output from the center of the light valve 5 that is typically an image display element in a direction perpendicular to the light valve 5.
  • the entire effective display area 5a of the light valve 5 which is an image display element, that is, the entire light valve 5 in this example, is opposite to the first direction 31 with respect to the first optical axis 21 (second direction). ) 32, and the light valve 5 is arranged so as not to intersect the first optical axis 21. Therefore, the first image IM0 formed on the light valve 5 is formed in the second direction 32 of the first optical axis 21, and all the effective light for projecting the first image IM0 is the first image IM0. Is output from the second direction 32 with respect to the optical axis 21 of.
  • the first optical axis 21 is shifted in the direction (first direction) 31 in which the projection light 9 is emitted with respect to the central light 20 of the first image IM0, and further, The second optical axis 22 is shifted in the same direction 31 with respect to the first optical axis.
  • the emission direction of the projection light 9 is realized by an appropriate optical system such as a prism or a mirror between the emission side of the first reflection surface 13 or between the second refraction optical system 16 and the first reflection surface 13. It changes depending on the reflective surface. Therefore, the direction 31 in which the optical axes 21 and 22 are shifted may be the same direction with respect to the central light 20, and may not coincide with the emission direction of the projection light 9.
  • the central light 20 of the first image IM0 is shifted with respect to the first optical axis 21 of the first refractive optical system 15. It may be defined that the direction 32 and the shifting direction 31 of the second optical axis 22 of the second refractive optical system 16 are different (opposite).
  • the shift direction 31 of the first optical axis 21 with respect to the central light 20 and the shift direction 31 of the second optical axis 22 with respect to the first optical axis 21 are orthogonal to (perpendicular to) the first optical axis 21. ) Direction, they may be completely the same or different. That is, the shift direction 31 with respect to the central light 20 and the shift direction of the second optical axis 22 may be perpendicular to the first plane including the first optical axis 21, and the common first plane. The angle of the shift direction may be different. Typically, with respect to a common first plane, the shift directions 31 of both axes 21 and 22 have a common angle, and the shift direction 31 is typically perpendicular to the common first plane. Is.
  • the second optical axis 22 of the second refractive optical system 16 forming the first intermediate image IM1 to the second intermediate image IM2 is set to the first optical axis 21 of the first refractive optical system 15 with respect to the first optical axis 21.
  • the projection optical system 10 having a higher aberration correction capability and capable of projecting a wide-angle, high-quality image. Further, since it is not necessary to forcibly widen the light beam forming the first intermediate image IM1, it is possible to prevent the effective diameter of the lens on the enlargement side 3 of the first refraction optical system 15 from increasing, and the first refraction The optical system 15 can be made compact.
  • the first optical axis 21 of the first refracting optical system 15 on the reduction side 2 in the first direction 31 opposite to the direction 32 of the first image IM0 formed on the image display element 5.
  • the light beam (light flux) from the first refraction optical system 15 on the reduction side 2 to the second refraction optical system 16 is shifted.
  • the necessity of refracting so as to return to the second optical axis 22 side is suppressed. Therefore, it is possible to reduce the aberration that is generated by strongly bending the light beam. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of unintended or extra aberration in the first optical system 11, and it is possible to provide the projection optical system 10 suitable for projecting an image of higher quality.
  • the amount Sf2 may satisfy the following condition (1). 0 ⁇ Sf2/Sf1 ⁇ 0.2 (1)
  • the shift amount Sf2 of the second optical axis 22 with respect to the first optical axis 21 exceeds the upper limit of the condition (1), the second refractive optical system 16 sandwiches the second optical axis 22 to sandwich the first intermediate portion.
  • the inclination of the light beam for forming the second intermediate image IM2 from the image IM1 becomes too large, and it becomes difficult to obtain good aberration correction in the second refractive optical system 16.
  • the upper limit of condition (1) may be 0.1.
  • the shift amount Sf1 of the first optical axis and the effective radius r1 of the surface S1 of the reduction side 2 of the lens L1 on the most reduction side 2 of the first refractive optical system 15 may satisfy the following condition (2). .. 0.1 ⁇ Sf1/r1 ⁇ 0.5 (2)
  • condition (2) When the value goes below the lower limit of the condition (2), it becomes difficult to obtain the effect of shifting the optical axis. If the upper limit is exceeded, the light rays that enter the first refractive optical system 15 from the reduction side 2 are limited, and it becomes difficult to project a bright and clear image.
  • the lower limit of condition (2) may be 0.2.
  • the first refractive optical system 15 may form (image) a first intermediate image IM1 in the first direction 31 of the first optical axis 21.
  • the first refractive optical system 15 may form the first intermediate image IM1 in the first direction of the second optical axis 22.
  • the first intermediate image IM1 is formed so as to overlap the second optical axis 22, or the second light IM2 is formed. It is desirable to form in a range that is not too far from the shaft 22.
  • the total divergence occurs. More than half of the light rays may be incident on the other side of the surface of the lens L10 on the reduction side 2 with the second optical axis 22 interposed therebetween.
  • the second refracting optical system 16 forms a second intermediate image IM2 in a second direction 32 opposite to the first direction 31 with respect to the second optical axis 22, and the first reflecting surface 13 is formed. May project the light 9 for projection onto the second optical axis 22 in the first direction 31.
  • the projection optical system 10 of the present example is a second optical axis 22 that is formed on the side opposite to the direction 31 in which the second optical axis 22 is shifted with respect to the first optical axis 21.
  • the intermediate image IM2 of is projected by the first reflecting surface 13. For this reason, the first reflecting surface 13 is arranged in the second direction 32 opposite to the first direction 31 with respect to the second optical axis 22.
  • the positive power mirror (first reflecting surface) 13 projects the second intermediate image IM2 on the screen 6 in an enlarged manner.
  • the projection optical system 10 is arranged such that the second refraction optical system 16 having the second optical axis 22 is arranged in the direction 31 in which the projection light 9 is projected, and the other optical systems include the light valve 5 and the illumination. It is arranged in the opposite direction 32 to the second optical axis 22 including the optical system. Therefore, it becomes possible to dispose the main optical system for configuring the projector 1 in the direction 32 opposite to the direction 31 on the projection side, and to interfere with the projection direction of the projection light 9 reflected and output by the reflecting surface 13. It is possible to provide a compact projector 1 that does not have any problems.
  • the optical axis (third optical axis) 23 of the second optical system 12 including the first reflecting surface 13 is common to the second optical axis 22 of the second refractive optical system 16.
  • the second optical axis 22 is shifted with respect to the first optical axis 21 in the direction of the projection light 9 projected by the second optical system 12.
  • the third optical axis 23 of the first reflecting surface 13 is set to the first direction 31. It is possible to shift in the opposite second direction 32. Since the second optical system 12 having the relatively large reflecting surface 13 can be shifted and arranged on the same side as the light valve 5, the projector 1 is suitable as a compact arrangement. Further, by shifting the third optical axis 23 in the second direction 32 with respect to the second optical axis 22, the height of the light beam entering the reflecting surface 13 becomes large, and an aspherical surface is adopted for the reflecting surface 13. It is suitable for aberration correction. However, the effective height of the reflecting surface 13 tends to increase because the height of the light beam increases.
  • the projection optical system 10 of the present example uses the second optical axis 22 of the second refractive optical system 16 and the third optical axis 23 of the reflecting surface 13 in common, and corrects aberrations. The ability can be secured and the size of the reflecting surface 13 can be prevented from increasing.
  • FIG. 1A shows the arrangement of the projection optical system 10 of this example at the wide-angle end
  • FIG. 1B shows the arrangement at the telephoto end.
  • the projection optical system 10 of this example is a variable power optical system capable of changing the size of the image projected on the screen 6.
  • the first refracting optical system 15 on the reduction side 2 has a three-group configuration, and includes a first lens group G1 whose position is fixed by a positive refracting power (power), which is arranged in order from the reduction side 2, and a positive refraction.
  • the second lens group G2 that moves to the enlargement side 3 when zooming from the wide-angle end to the telephoto end by force, and the third lens group G2 that moves when zooming from the wide-angle end to the telephoto end with positive refractive power (variable Double lens group) G3.
  • the second refraction optical system 16 on the enlargement side has a three-group configuration, and is arranged in order from the reduction side 2 and has a fourth lens group G4 whose position is fixed by a positive refracting power and a positive refracting power.
  • the system 16 is a dioptric system that does not move during zooming, that is, its position is fixed with respect to the image plane 5a.
  • the second refractive optical system 16 includes focusing lens groups G5 and G6 that move during focusing.
  • the first reflecting surface 13 does not move during zooming and focusing, and when the distance between the first reflecting surface 13 and the screen 6 changes, the fifth lens group G5 and the sixth lens group G5, which are focusing groups, are formed. G6 moves to focus. Therefore, in the projection optical system 10, the first lens group G1 on the most reduction side 2 and the second optical system 12 on the most magnification side do not move during zooming and focusing and are fixed, and the total length is It is a fixed optical system.
  • the focal length fs1w at the wide-angle end of the first refracting optical system 15 and the focal length fs2 of the second refracting optical system 16 may satisfy the following condition (3). 0.05 ⁇ fs2/fs1w ⁇ 0.2...(3)
  • correction of various aberrations including trapezoidal correction generated in the second optical system 12 is performed by the first refracting optical system 15 and the second refracting optical system 16 in cooperation with each other.
  • the power of the first refractive optical system 15 becomes too small with respect to the power of the second refractive optical system 16, and the correction in the second refractive optical system 16 becomes excessive.
  • the configuration of the second refracting optical system 16 becomes complicated.
  • the power of the second refractive optical system 16 becomes too small with respect to the power of the first refractive optical system 15, and the correction in the first refractive optical system 15 that performs zooming is performed. Becomes excessive and the configuration of the first refractive optical system 15 becomes complicated.
  • the first lens group G1 that is closest to the first image IM0 on the most reduction side 2 of the first refractive optical system 15 is fixed, and is moved during zooming and focusing.
  • the third lens group G3 closest to the first intermediate image IM1 on the most magnifying side 3 moves during zooming.
  • the fourth lens group G4, which is closest to the first intermediate image IM1 is fixed on the most reduction side 2 of the second refraction optical system 16, does not move during zooming and focusing, and is most enlarged side.
  • the sixth lens group G6 closest to the second intermediate image IM2 moves during focusing.
  • the first reflecting surface 13 located on the enlargement side 3 of the second intermediate image IM2 is also fixed and does not move during zooming and focusing.
  • the lens groups G1 and G4 located on the enlargement side 3 of the first image IM0, the first intermediate image IM1 and the second intermediate image IM2, and the reflecting surface 13 do not move during zooming and focusing,
  • the distance from each image does not change basically (proactively). Therefore, it is possible to provide the projection optical system 10 in which the aberration correction can be satisfactorily performed, and in particular, the aberration correction using the aspherical surface can be easily performed.
  • FIG. 2 to 5 show data of each element of the projection optical system 10.
  • S indicates a surface number in the case of a lens
  • R indicates a radius of curvature (mm) of each element (each lens surface in the case of a lens) arranged in order from the reduction side 2
  • D indicates from the reduction side 2.
  • the distance (spacing, mm) between the faces of the elements arranged in order is shown.
  • the numbers with an asterisk are variable during zooming and focusing.
  • the refractive index Nd (d line), the Abbe number ⁇ d (d line), and the effective radius r (mm) of each surface are shown.
  • FIG. 3 shows the surface number of the aspherical surface in the surface of each element and the aspherical surface data.
  • FIG. 4 shows the movements of the second lens group G2 and the third lens group G6 that move during zooming when the focal length is short, at the wide-angle end (wide), the telephoto end (tele), and the middle ( The distance between the front and rear of each lens group at each position (standard) is shown.
  • FIG. 5 shows the movements of the fifth lens group G5 and the sixth lens group that move during focusing when the focal length to the screen 6 at the wide-angle end (distance from the reflecting surface 13 to the screen 6) is short. (510 mm), medium distance (860 mm), and long distance (1210 mm) are shown by the front and rear intervals of each lens group.
  • the first optical system (lens system, refraction optical system) 11 of the projection optical system 10 includes a cover glass 7 and a prism 8 on the incident side facing the light valve 5 from the reduction side 2 and a first side of the reduction side 2.
  • a refracting optical system 15 and a second refracting optical system 16 on the enlargement side are included.
  • the first refractive optical system 15 includes nine lenses L1 to L9 divided into three groups.
  • the first lens group G1 on the most reduction side 2 is a lens group having a positive power as a whole, and in this example, it has a single-lens configuration of a biconvex positive lens L1. That is, the first lens group G1 is composed of one lens having a positive power.
  • the second lens group G2 is a lens group having a positive power, and in this example, it is composed of six lenses L2 to L7, and is convex from the reduction side (light valve side) 2 to the reduction side.
  • a positive meniscus lens L7 that is, the second lens group G2 includes positive-positive-negative-negative-positive-positive power arrangements arranged from the reduction side 2.
  • the lenses L3 and L4 form a positive-negative cemented lens B1, and the lenses L5 and L6 form a negative-positive cemented lens B2.
  • the second lens group G2 including the cemented lenses B1 and B2 moves to the enlargement side 3 when zooming (magnifying) from the wide-angle end (wide) to the telephoto end (tele).
  • the third lens group G3 is a lens group of positive power, and is composed of two lenses L8 and L9. In this example, a negative meniscus lens L8 convex on the reduction side 2 and a biconvex positive lens And a lens L9.
  • the third lens group G3 is a variable power lens group that moves to the reduction side 2 when zooming from wide to tele.
  • the third lens group G3 includes a lens arranged on the most magnifying side 3 of the first refractive optical system 15. More specifically, the third lens group G3 is a lens group arranged on the most enlargement side 3 in the variable power lens group including the second lens group G2, and arranged in order from the reduction side 2.
  • the third lens group G3 is a lens group arranged on the reduction side 2 of the first intermediate image IM1, and has a negative refractive power lens L8 and a positive refractive power arranged from the reduction side 2. It is a variable power lens group including a lens L9. Further, the lens L8 having a negative refractive power of the variable power lens group G3 is a negative meniscus lens L8 having a convex surface on the reduction side 2.
  • the negative lens L8 spreads the light beam and the positive lens L9 makes the light beam substantially parallel, so that the optical axis 22 is changed. It becomes easier to control the position of the light beam incident on the second refracting optical system 16 that is shifted, and it is possible to suppress the performance fluctuation due to the shift of the optical axis 22. Further, by making the lens L8 having a negative refracting power on the reduction side 2 a negative meniscus lens convex on the reduction side 2, the light ray angle is once converged on the convex surface on the reduction side 2 when the light beam is spread with negative power. However, the light ray angle can be adjusted so as not to be too wide.
  • the negative lens L8 and the positive lens L9 are moved together during zooming.
  • the angles of the principal rays at the center and the periphery of the rays forming the first intermediate image IM1 are kept substantially parallel, and
  • the third lens group G3 can compensate for fluctuations caused by other moving lens groups so that the rays are sufficiently separated at the periphery and the center. For this reason, the change of the light beam incident on the second refractive optical system 16 after dropping the first intermediate image IM1 is reduced before and after the magnification change, and the design of the second refractive optical system 16 is facilitated. In the refracting optical system 16, the aberration can be corrected even better.
  • the second refraction optical system 16 which is the enlargement-side lens group disposed on the enlargement side 3 with the reduction-side lens group 15 and the first intermediate image IM1 sandwiched, has seven lenses L10... Including L16.
  • the side closest to the reduction side 2, that is, the fourth lens group G4 adjacent to the first intermediate image IM1 has a two-lens configuration, and the enlargement side is arranged adjacent to the first intermediate image IM1 on the enlargement side 3.
  • These lenses L10 and L11 are arranged along the optical axis 22 with a minimum air gap.
  • the meniscus lens L10 having a convex surface on the enlargement side 3 and the meniscus lens L11 having a convex surface on the reduction side 2 an arrangement of facing meniscuses is introduced adjacent to the enlargement side 3 of the first intermediate image IM1.
  • various aberrations mainly including spherical aberration and coma can be favorably corrected. That is, the concave surface on the reduction side 2 of the lens L10 expands the light beam once, and the convex surface on the expansion side 3 bends the light beam toward the optical axis side to separate the center and the periphery of the light beam incident on the lens L11, thereby making the surface of the lens L11 effective. Can be used for.
  • the aberration correction capability can be improved by introducing an aspherical surface into the lens L11.
  • the lens L11 arranged on the enlargement side 3 of the meniscus lens L10 having a convex surface on the enlargement side 3 is a meniscus lens having a convex surface facing the reduction side 2, and the incident angle of the light beam emitted from the lens L10 becomes small, which causes aberration. Can be suppressed.
  • the lenses L10 and L11 are both lenses having a positive refractive power, and from the first intermediate image IM1 formed in the first direction 31 of the optical axis 22 on the reduction side 2 of the second refractive optical system 16. (2), especially the principal ray, is strongly refracted by the two positive lenses L10 and L11 and bent toward the optical axis 22 side, whereby each lens on the enlargement side 3 can be miniaturized. Further, by distributing the power to the two positive lenses L10 and L11, it becomes possible to provide the curvature of each surface with a degree of freedom, and it is possible to suppress a sharp change in aberration.
  • the radius of curvature R19 (Rm1) of the surface S19 on the enlargement side 3 of the first meniscus lens L10 and the radius of curvature R20 (Rm2) of the surface S20 of the second meniscus lens L11 on the reduction side 2 are the following condition (4). May be satisfied. -6.0 ⁇ Rm1/Rm2 ⁇ -2.0...(4) By increasing the radius of curvature of the surface having the opposite sign and close to the first intermediate image IM1, the above effect can be obtained without sharply bending the light beam from the first intermediate image IM1.
  • the lower limit of condition (4) may be ⁇ 5.5 or ⁇ 5.0.
  • the upper limit of condition (4) may be ⁇ 2.5 or ⁇ 3.0.
  • the first meniscus lens L10 includes a surface having the largest effective diameter among the surfaces of the plurality of lenses L1 to L16 included in the first optical system 11. Specifically, the surface S19 on the enlargement side 3 of the first meniscus lens L10 has the maximum effective diameter. Since the positive meniscus lens L10 receives the divergent light from the first intermediate image IM1, by disposing the lens L10 having a large effective diameter at the position closest to the first intermediate image IM1, the first intermediate image IM1 A light beam in which the central light and the peripheral light are separated can be appropriately incident on the lens L10 having a large effective diameter, aberration correction can be performed using an aspherical surface, and the light beam can be strongly converged on the convex surface S19.
  • the second meniscus lens L11 includes a surface having the smallest radius of curvature among the surfaces of the plurality of lenses L1 to L16 included in the first optical system 11. Specifically, the surface S20 on the reduction side 2 of the second meniscus lens L11 is the surface having the minimum radius of curvature R20.
  • the first positive meniscus lens L10 allows the peripheral principal ray, which tends to converge, to be incident on the surface of the second positive meniscus lens L11 having a small radius of curvature, whereby the coma aberration and the spherical aberration can be favorably corrected.
  • each of the first meniscus lens L10 and the second meniscus lens L11 may include an aspherical surface.
  • both surfaces S18 and S19 of the first meniscus lens L10 and both surfaces S20 and S21 of the second meniscus lens L11 are aspherical surfaces.
  • the fourth lens group G4 is a fixed lens group that does not move during zooming and focusing.
  • the first meniscus lens L10 and the second meniscus lens L11 are lenses that do not move at the time of zooming and at the time of focusing, and it is possible to suppress the positional deviation of the lenses L10 and L11 that are aspherical lenses, Aberration can be corrected well.
  • the combined focal length fm of the first meniscus lens L10 and the second meniscus lens L11 and the focal length fs2 of the second refractive optical system may satisfy the following condition (5).
  • the first meniscus lens L10 and the second meniscus lens L11 form a fourth lens group G4, and the combined focal length fm is the focal length of the fourth lens group G4. 0.2 ⁇ fm/fs2 ⁇ 0.7 (5)
  • the value goes below the lower limit of the condition (5)
  • the effectiveness of the lenses L10 and L11 becomes too large, and the influence of the assembly tolerance on the aberration performance becomes large.
  • the power of the fourth lens group G4 becomes small and it becomes difficult to correct the aberration.
  • the second refracting optical system 16 includes focusing lens groups G5 and G6 that move during focusing, and if the power of the fourth lens group G4 becomes too small, these focusing lens groups G4 and G6 will be described.
  • the power of G5 and G6 is large, which is not suitable for focusing.
  • the lower limit of condition (5) may be 0.3 and the upper limit may be 0.5.
  • the fifth lens group G5 is a lens group having a positive refracting power, and in this example, it is a single positive meniscus lens L12 concave on the reduction side 2. That is, the fifth lens group G5 is composed of one lens L12 having a positive power.
  • the fifth lens group G5 is one of the focusing lens groups, and is a focusing group that moves to the reduction side 2 when focusing from a short distance to a long distance.
  • the sixth lens group G6 is a positive power lens group, and in the present example, is composed of four lenses L13 to L16, and is a biconvex positive lens L13 and a biconcave negative lens from the reduction side 2. It includes a lens L14, a negative meniscus lens L15 having a convex surface on the reduction side 2, and a biconvex positive lens L16.
  • the lenses L13 and L14 form a cemented lens B3 having a negative refractive power of a positive-negative combination, and the lenses L15 and L16 form a cemented lens B4 of a positive refractive power having a negative-positive combination.
  • the sixth lens group G6 is a focusing lens group that moves during focusing, and moves to the enlargement side 3 when focusing from a short distance to a long distance.
  • the lens group G6 included in the focusing lens group includes the cemented lens B4 arranged on the most magnifying side 3 of the second refractive optical system 16. More specifically, the lens group G6 included in the focusing lens group is a negative cemented lens B3 arranged in order from the reduction side 2 arranged on the most enlargement side 3 of the second refracting optical system 16. And a lens group including a cemented lens B4 having a positive refractive power.
  • the center of the light beam (light flux) and the periphery thereof are relatively separated to form an image, while the light beam crosses the optical axis 22, so that the light beam is on the optical axis 22. It becomes an area to concentrate around.
  • the cemented lenses B3 and B4 are provided with positive-negative and negative-positive symmetrical lens arrangements, and have a configuration suitable for aberration correction.
  • the first refracting optical system 15 on the reduction side 2 is provided with the lens groups G2 and G3 that move during zooming, and the second refracting optical system 16 on the enlargement side 3 is focused.
  • Moving lens groups G5 and G6 are provided. Therefore, the mechanism for moving the lens groups G2 and G3 for zooming and the mechanism for moving the lens groups G5, G6 for focusing can be separated, and the mechanism for moving the lenses can be simplified.
  • the first refracting optical system 15 mainly performs the aberration correction at the time of zooming
  • the second refracting optical system 16 mainly performs the aberration correction at the time of focusing. Aberration correction can be performed separately.
  • the first intermediate image IM1 is formed so as to be curved so as to tilt toward the reduction side 2 as it is separated from the optical axis 21 of the first refractive optical system 15 in the first direction 31, and the second intermediate image IM1 is formed.
  • IM2 is formed to be curved so as to fall toward the reduction side 2 as it is separated from the optical axis 22 of the second refractive optical system 16 in the other direction 32.
  • FIG. 6A shows distortion aberration at the wide-angle end (wide)
  • FIG. 6B shows distortion aberration at the normal state (normal)
  • FIG. 6C shows distortion aberration at the telephoto end (tele).
  • FIG. 7, FIG. 8 and FIG. 9 show lateral aberration diagrams at the image heights at the wide-angle end (wide), the standard state (normal) and the telephoto end (tele).
  • a wavelength of 620 nm short broken line
  • a wavelength of 550 nm solid line
  • 460 nm long broken line
  • the main parameters of the projection optical system 10 are as follows. Magnification (wide-angle end, magnification at short range): 123 F value: 2.5-2.54 Maximum angle of view (half angle of view): 72.5 Magnification ratio: 1.05 Combined focal length of all systems (wide-angle end, fw): 4.00 mm Combined focal length of all systems (telephoto end, ft): 4.20mm Composite focal length of the first refractive optical system 15 (wide-angle end, fs1w): 363.81 mm Composite focal length of first refracting optical system 15 (telephoto end, fs1t): 303.87 mm Composite focal length of second refraction optical system 16 (fs2): 39.80 mm Composite focal length of the first lens group G1: 82.85 mm Composite focal length of the second lens group G2: 55.31 mm Composite focal length of third lens group G3: 88.05 mm Composite focal length (fm) of fourth lens group G4: 15.58 mm Composite focal length of fifth lens group
  • the projection optical system 10 satisfies the above-described conditions (1) and (2), and enlarges the first intermediate image IM1 with respect to the first optical axis 21 of the first refraction optical system 15 on the reduction side 2. Projection in which the second optical axis 22 of the second refractive optical system 16 arranged on the side 3 is shifted in the first direction 31 opposite to the central light 20 of the first image formed on the light valve 5. It is an optical system. Therefore, the projection optical system 10 capable of effectively utilizing the surface of the lens of the second refraction optical system 16 facing the first intermediate image IM1 on the reduction side 2 in particular, having a higher aberration correction capability and capable of projecting a clear image. Can be provided.
  • the first refracting optical system 15 is provided with the zoom lens groups G2 and G3 that move during zooming
  • the second refractive optical system 16 is provided with a focusing lens group G5 that moves during focusing.
  • G6 and G6 the first refracting optical system 15 and the second refracting optical system 16 cooperate to provide a projection optical system 10 capable of zooming and projecting a clear image. For this reason, it is possible to provide the projection optical system 10 that can perform zooming and is compact, and that can project an image with excellent aberration correction, and the projector 1 including the projection optical system 10.
  • FIG. 10 shows another example of the projector.
  • FIG. 10A shows the arrangement at the wide-angle end
  • FIG. 10B shows the arrangement at the telephoto end.
  • This projector 1 also projects from the image plane (first image plane) 5a of the light modulator (image display element, light valve) 5 on the reduction side 2 to the screen 6 or the wall surface (second image plane) on the enlargement side 3.
  • the projection optical system 10 is included.
  • the projection optical system 10 includes a first optical system 11 including a plurality of lenses and a second optical system 12 including a first reflecting surface 13 having a positive refractive power, and the first optical system 11 includes: The first intermediate image IM1 imaged inside the first optical system 11 by the light incident from the reduction side 2 is imaged as a second intermediate image IM2 on the enlargement side 3 of the first optical system 11. , The first reflecting surface 13 projects the second intermediate image IM2 onto the second image surface as an image (final image).
  • the first optical system 11 is composed of 16 lenses L1 to L16, and is arranged on the reduction side (input side) 2 with respect to the first intermediate image IM1,
  • the optical system 15 and the second refractive optical system 16 arranged on the enlargement side (output side) 3 are included.
  • the second optical axis 22 of the second refracting optical system 16 is similar to the above, with respect to the first optical axis 21 of the first refracting optical system 15, the center of the first image plane 5a (first The central light 20 of the image IM0 is shifted in a first direction 31 opposite to the direction 32 in which it is shifted.
  • the first refracting optical system 15 includes lens groups G2 and G3 that move during zooming
  • the second refracting optical system 16 includes lens groups G5 and G6 that move during focusing.
  • FIG. 11 shows the data of each element of the projection optical system 10
  • FIG. 12 shows the data of the aspherical surface
  • FIG. 13 shows the front and rear distances of the lens groups that move during zooming
  • FIG. The distance between the front and rear of the lens group that moves at this time is shown.
  • the basic lens structure of each of the first to sixth lens groups G1 to G6 of the first optical system 11 and the basic structure of each of the lenses L1 to L16 are the same as those of the projection optical system shown in FIG. It is common with the first optical system 11 of 10.
  • the second meniscus lens L11 includes the surface S21 having the smallest radius of curvature among the surfaces of the plurality of lenses included in the first optical system 11.
  • FIG. 15A shows distortion aberration at the wide-angle end (wide)
  • FIG. 15B shows distortion aberration at the normal state (normal)
  • FIG. 15C shows distortion aberration at the telephoto end (tele).
  • FIG. 16, FIG. 17 and FIG. 18 show lateral aberration diagrams at wide-angle end (wide), standard state (normal) and telephoto end (tele) at each image height.
  • the main numerical values of the projection optical system 10 are as follows. Magnification (wide-angle end, magnification at short range): 123.1 F value: 2.5-2.57 Maximum angle of view (half angle of view): 72.5 Magnification ratio: 1.1 Combined focal length of all systems (wide-angle end, fw): 4.00 mm Combined focal length of all systems (telephoto end, ft): 4.40 mm Composite focal length of first refraction optical system 15 (wide-angle end, fs1w): 581.62 mm Composite focal length of first refracting optical system 15 (telephoto end, fs1t): 357.99 mm Composite focal length of second refraction optical system 16 (fs2): 41.79 mm Composite focal length of the first lens group G1: 87.35 mm Composite focal length of the second lens group G2: 54.24 mm Composite focal length of third lens group G3: 85.55 mm Composite focal length (fm) of fourth lens group G4: 15.85 mm Composite focal length of fifth lens group
  • the conditions (1) and (2) described above are satisfied, zooming is performed by the lens group 16 arranged on the reduction side 2 of the first intermediate image IM1, and the zoom lens is arranged on the enlargement side 3. Focusing can be performed by the lens group 16. For this reason, it is possible to provide the projection optical system 10 that can perform zooming and is compact, and that can project an image with excellent aberration correction, and the projector 1 including the projection optical system 10.

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Abstract

縮小側（２）の第１の画像（ＩＭ０）を拡大側（３）へ投射する投射光学系であって、複数のレンズを含む第１の光学系（１１）と、拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面（１３）を含む第２の光学系（１２）とを有する投射光学系（１０）を提供する。第１の光学系は、縮小側から入射した光により第１の光学系の内部に結像される第１の中間像（ＩＭ１）を当該第１の光学系よりも拡大側に第２の中間像（ＩＭ２）として結像する。第１の光学系は、第１の画像の中心光（２０）に対し、第１の方向（３１）にシフトした第１の光軸（２１）を含む第１の屈折光学系（１５）と、第１の光軸（２１）に対し、第１の方向にシフトした第２の光軸（２２）を含む第２の屈折光学系（１６）とを含む。

Description

投射光学系およびプロジェクタ
　本発明は、プロジェクタの投射光学系に関するものである。
　特開２０１２－１０８２６７号公報には、超短焦点画像投射装置用の投射光学系であって、画像表示素子により形成された画像を変倍して第１中間像を結像する第１光学系と、第１中間像を拡大して第２中間像を結像する第２光学系と、第２中間像を結像した光を反射する凹面鏡とを有し、画像表示素子の中心位置における法線が第１光学系の光軸と一致し、第１光学系の光軸が第２光学系の光軸に対して第１光学系の光軸と垂直な方向に平行移動していることを特徴とする投射光学系が開示されている。
　広角で、さらに高画質の画像を投影できる投射光学系が要望されている。
　本発明の態様の１つは、縮小側の第１の画像を拡大側へ投射する投射光学系であって、拡大側に中間像を結像する第１の光学系と、第１の光学系の拡大側に配置された反射面を含む第２の光学系とを含む投射光学系である。第１の光学系は、複数のレンズを含み、縮小側から入射した光により当該第１の光学系の内部に結像される第１の中間像を当該第１の光学系よりも拡大側に第２の中間像として結像する。第２の光学系は、第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む。さらに、第１の光学系は、第１の中間像を結像する第１の屈折光学系であって、第１の画像の中心光に対し、第１の方向にシフトした第１の光軸を含む第１の屈折光学系と、第２の中間像を結像する第２の屈折光学系であって、第１の光軸に対し、さらに第１の方向にシフトした第２の光軸を含む第２の屈折光学系とを含む。
　第１の光学系の第１の光軸が第１の画像の中心光に対し第１の方向にシフトし、第２の屈折光学系の第２の光軸が第１の光軸に対し、さらに第１の方向にシフトしていることは、第１の屈折光学系の第１の光軸を中心とすると、第２の光軸が第１の画像の中心光に対して逆方向にシフトしていることを意味する。第１の中間像から第２の中間像を形成する第２の屈折光学系の第２の光軸を、第１の屈折光学系の第１の光軸に対し、第１の画像の中心光と逆方向にシフトさせることにより、拡大側の第２の屈折光学系へ入射する光線の面積を大きく確保できる。このため、拡大側の第２の屈折光学系の縮小側に配置されるレンズ面を有効に活用でき、より収差補正能力が高く、広角でより高画質の画像を投影できる投射光学系を提供できる。
　さらに、縮小側の第１の屈折光学系の第１の光軸に対し、画像表示素子に形成される第１の画像とは逆側に拡大側の第２の屈折光学系の第２の光軸をシフトすることで、縮小側の第１の屈折光学系から第２の屈折光学系への光線（光束）を、第２の光軸側へ戻すように屈折させる必要性が抑制される。このため、光線を強く曲げることで発生してしまう収差を低減できる。したがって、第１の光学系内における意図しない、あるいは余分な収差の発生を抑制でき、より高画質の画像の投影に適した投射光学系を提供できる。
　本発明の異なる態様の１つは、上記の投射光学系と、第１の画像を形成する画像表示素子とを有するプロジェクタである。プロジェクタは、画像表示素子を照明する照明光学系を含んでいてもよい。
プロジェクタおよび投射光学系の構成の一例を示す図。 レンズデータを示す図。 非球面データを示す図。 ズーミングで移動する各群の前後の間隔を示す図。 フォーカシングで移動する各群の前後の間隔を示す図。 広角端（ワイド）、標準状態（ノーマル）および望遠端（テレ）における歪曲収差を示す図。 広角端（ワイド）の各像高における横収差図。 標準状態（ノーマル）の各像高における横収差図。 望遠端（テレ）の各像高における横収差図。 異なるプロジェクタおよび投射光学系の構成の一例を示す図。 図１０に示す投射光学系のレンズデータを示す図。 非球面データを示す図。 ズーミングで移動する各群の前後の間隔を示す図。 フォーカシングで移動する各群の前後の間隔を示す図。 広角端（ワイド）、標準状態（ノーマル）および望遠端（テレ）における歪曲収差を示す図。 広角端（ワイド）の各像高における横収差図。 標準状態（ノーマル）の各像高における横収差図。 望遠端（テレ）の各像高における横収差図。
発明の実施の形態
　図１に、プロジェクタの一例を示している。プロジェクタ１は、縮小側２に配置された画像表示素子（ライトバルブ）５と、ライトバルブ５の像面（第１の像面）５ａの像（第１の画像）ＩＭ０を拡大側３のスクリーンまたは壁面（第２の像面）６へ投射する投射光学系１０を含む。ライトバルブ５は、ＬＣＤ、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）あるいは有機ＥＬなどの画像を形成できるものであればよく、単板式であっても、各色の画像をそれぞれ形成する方式であってもよい。ライトバルブ５は発光タイプであってもよく、照明タイプであってもよい。照明タイプの場合は、プロジェクタ１はさらに照明光学系（不図示）を含む。スクリーン６は、壁面やホワイトボードなどであってもよく、プロジェクタ１はフロントプロジェクタであっても、スクリーンを含むリアプロジェクタであってもよい。
　投射光学系１０は、複数のレンズを含む第１の光学系１１と、正の屈折力の第１の反射面１３を含む第２の光学系１２とを含む。第２の光学系１２の反射面１３は、第１の光学系１１から出力された光を反射して投影光９としてスクリーン６に投射する。第１の光学系１１は、縮小側２から入射した光により第１の光学系１１の内部に結像される第１の中間像（レンズ内中間像）ＩＭ１を第１の光学系１１よりも拡大側３に第２の中間像（レンズ外中間像）ＩＭ２として結像する屈折光学系（レンズシステム）である。
　第１の光学系１１は、縮小側（入力側）２に配置された、全体として正のパワーの縮小側のレンズ群（第１の屈折光学系）１５と、縮小側のレンズ群１５の拡大側（出力側）３に配置された、全体として正のパワーの拡大側のレンズ群（第２の屈折光学系）１６とを含む。したがって、第１の光学系１１は全体として正のパワーで、第１の中間像ＩＭ１を形成する正のパワーの第１の屈折光学系１５と、第１の中間像ＩＭ１から第２の中間像ＩＭ２を形成する正のパワーの第２の屈折光学系１６とを含む。
　第１の屈折光学系１５は、第１の中間像ＩＭ１を結像する屈折光学系であって、第１の画像ＩＭ０の中心光２０に対し、第１の方向３１にシフトした第１の光軸２１を含む。第２の中間像ＩＭ２を結像する第２の屈折光学系１６は、第１の光軸２１に対し、さらに第１の方向３１にシフトした第２の光軸２２を含む。第１の画像の中心光２０は、典型的には画像表示素子であるライトバルブ５の中心からライトバルブ５に垂直な方向に出力される光の方向である。さらに、画像表示素子であるライトバルブ５の有効表示領域５ａの全体、本例においてはライトバルブ５の全体が、第１の光軸２１に対し第１の方向３１と逆方向（第２の方向）３２にシフトし、ライトバルブ５が第１の光軸２１と交差しないように配置されている。したがって、ライトバルブ５に形成される第１の画像ＩＭ０は、第１の光軸２１の第２の方向３２に形成され、第１の画像ＩＭ０を投影するための有効な光は全て、第１の光軸２１に対し第２の方向３２から出力される。
　本例の投射光学系１０において、第１の画像ＩＭ０の中心光２０に対して、第１の光軸２１が投影光９の出射される方向（第１の方向）３１にシフトし、さらに、第２の光軸２２が第１の光軸に対して同じ方向３１にシフトしている。なお、投影光９の出射方向は、第１の反射面１３の出射側または第２の屈折光学系１６と第１の反射面１３との間にプリズム、ミラーなどの適当な光学系により実現される反射面により変化する。したがって、光軸２１および２２がシフトしている方向３１は、中心光２０に対して同一方向であればよく、投影光９の出射方向と一致しなくてもよい。また、この中心光２０、光軸２１および２２のレイアウトは、例えば、第１の屈折光学系１５の第１の光軸２１に対して、第１の画像ＩＭ０の中心光２０がシフトしている方向３２と、第２の屈折光学系１６の第２の光軸２２のシフトしている方向３１が異なる（逆である）と定義してもよい。
　中心光２０に対する第１の光軸２１のシフト方向３１と、第１の光軸２１に対する第２の光軸２２のシフト方向３１とは、第１の光軸２１に対して直交する（垂直な）方向であれば、全く同一であってもよく、異なっていてもよい。すなわち、第１の光軸２１を含む第１の平面に対して、中心光２０に対するシフト方向３１と、第２の光軸２２のシフト方向が垂直であってもよく、共通の第１の平面に対してシフトする方向の角度が異なっていてもよい。典型的には、共通する第１の平面に対して、両軸２１および２２のシフト方向３１は共通した角度を有し、シフト方向３１は典型的には共通する第１の平面に対し垂直方向である。
　第１の中間像ＩＭ１から第２の中間像ＩＭ２を形成する第２の屈折光学系１６の第２の光軸２２を、第１の屈折光学系１５の第１の光軸２１に対し、第１の画像ＩＭ０の中心光２０と逆方向にシフトさせることにより、拡大側３の第２の屈折光学系１６へ入射する光線の面積を大きく確保できる。このため、拡大側３の第２の屈折光学系１６の縮小側２に配置されるレンズ面、本例ではレンズＬ１０の縮小側２の面を有効に活用できる。したがって、より収差補正能力が高く、広角でより高画質の画像を投影できる投射光学系１０を提供できる。さらに、第１の中間像ＩＭ１を形成する光線を強制的に広げなくてよいので、第１の屈折光学系１５の拡大側３のレンズの有効径が大きくなるのを抑制でき、第１の屈折光学系１５をコンパクトに構成できる。
　さらに、縮小側２の第１の屈折光学系１５の第１の光軸２１に対し、画像表示素子５に形成される第１の画像ＩＭ０の方向３２とは逆側の第１の方向３１に拡大側３の第２の屈折光学系１６の第２の光軸２２をシフトすることで、縮小側２の第１の屈折光学系１５から第２の屈折光学系１６への光線（光束）を、第２の光軸２２の側へ戻すように屈折させる必要性が抑制される。このため、光線を強く曲げることで発生してしまう収差を低減できる。したがって、第１の光学系１１における意図しない、あるいは余分な収差の発生を抑制でき、より高画質の画像の投影に適した投射光学系１０を提供できる。
　第１の方向３１へのシフトを正としたとき、第１の画像の中心光２０に対する第１の光軸２１のシフト量Ｓｆ１と、第１の光軸２１に対する第２の光軸２２のシフト量Ｓｆ２とが以下の条件（１）を満たしてもよい。
０＜Ｓｆ２／Ｓｆ１＜０．２・・・（１）
第１の光軸２１に対する第２の光軸２２のシフト量Ｓｆ２が条件（１）の上限を超えると、第２の屈折光学系１６において、第２の光軸２２を挟んで第１の中間像ＩＭ１から第２の中間像ＩＭ２を結像するための光線の傾きが大きくなりすぎて、第２の屈折光学系１６において良好な収差補正が得られにくくなる。条件（１）の上限は０．１であってもよい。
　第１の光軸のシフト量Ｓｆ１と、第１の屈折光学系１５の最も縮小側２のレンズＬ１の縮小側２の面Ｓ１の有効半径ｒ１とが以下の条件（２）を満たしてもよい。
０．１＜Ｓｆ１／ｒ１＜０．５・・・（２）
条件（２）の下限を下回ると、光軸をシフトした効果が得られにくくなる。上限を超えると、縮小側２から第１の屈折光学系１５に入射する光線が限られる要因となり、明るく鮮明な像を投影しにくくなる。条件（２）の下限は０．２であってもよい。
　第１の屈折光学系１５は、第１の光軸２１の第１の方向３１に第１の中間像ＩＭ１を形成（結像）してもよい。第１の屈折光学系１５は、第２の光軸２２の第１の方向に第１の中間像ＩＭ１を形成してもよい。第２の屈折光学系１６の最も縮小側２の面を有効活用するためには、第１の中間像ＩＭ１は第２の光軸２２と重複するように形成されるか、または第２の光軸２２から離れすぎない範囲に形成されることが望ましい。第１の屈折光学系１５により形成される第１の中間像ＩＭ１からの発散光が第２の屈折光学系の最も縮小側２のレンズＬ１０の縮小側２の面に入射する際に、全発散光の内の半分よりも多い光線がレンズＬ１０の縮小側２の面の中の第２の光軸２２を挟んだ他方側へ入射するようにしてもよい。
　第２の屈折光学系１６は、第２の光軸２２に対し、第１の方向３１と反対側の第２の方向３２に第２の中間像ＩＭ２を結像し、第１の反射面１３は、第２の光軸２２に対し、第１の方向３１へ投影用の光９を投射してもよい。本例の投射光学系１０は、第２の光軸２２に対して、第２の光軸２２が第１の光軸２１に対してシフトしている方向３１と反対側に形成される第２の中間像ＩＭ２を第１の反射面１３により投影する。このため、第１の反射面１３は、第２の光軸２２に対し、第１の方向３１と反対側の第２の方向３２に配置されている。正のパワーのミラー（第１の反射面）１３は、第２の中間像ＩＭ２をスクリーン６に拡大投影する。
　この投射光学系１０の配置は、投影光９が投射される方向３１に第２の光軸２２を備えた第２の屈折光学系１６が配置され、その他の光学系は、ライトバルブ５および照明光学系を含めて第２の光軸２２に対して反対方向３２に配置される。したがって、投影側の方向３１に対し反対の方向３２に、プロジェクタ１を構成するための主たる光学系を配置することが可能となり、反射面１３で反射出力される投影光９の投影方向との干渉がなく、コンパクトなプロジェクタ１を提供できる。
　本例において、第１の反射面１３を含む第２の光学系１２は、その光軸（第３の光軸）２３が、第２の屈折光学系１６の第２の光軸２２と共通するように配置されている。典型的には、第２の光軸２２を第１の光軸２１に対して、第２の光学系１２により投射する投影光９の方向にシフトする。
　第２の中間像ＩＭ２を形成（結像）する第２の屈折光学系１６の第２の光軸２２に対し、第１の反射面１３の第３の光軸２３を第１の方向３１と反対側の第２の方向３２にシフトすることが可能である。比較的大きな反射面１３を有する第２の光学系１２を、ライトバルブ５と同じ側にシフトして配置できるのでプロジェクタ１をコンパクトに構成する配置として適している。また、第２の光軸２２に対して第３の光軸２３を第２の方向３２にシフトすることにより、反射面１３に入力する光線高が大きくなり、反射面１３に非球面を採用して収差補正を行うのに適している。しかしながら、光線高が大きくなるために反射面１３の有効径が大きくなりやすい。一方、第２の屈折光学系１６の第２の光軸２２に対し、第１の反射面１３の第３の光軸２３を、第１の方向３１にシフトすると、反射面１３に入力する光線高は小さくなり、反射面１３における収差補正には若干不利になるが、反射面１３の有効径を小さくできる。したがって、この点では、プロジェクタ１の小型化に寄与する。本例の投射光学系１０においては、これらの点を考慮し、第２の屈折光学系１６の第２の光軸２２と、反射面１３の第３の光軸２３とを共通とし、収差補正能力も確保でき、さらに反射面１３の大型化を抑制できるようにしている。
　図１（ａ）に本例の投射光学系１０の広角端における配置を示し、図１（ｂ）に望遠端における配置を示す。本例の投射光学系１０は、スクリーン６に投影される画像のサイズを可変できる変倍光学系である。縮小側２の第１の屈折光学系１５は３群構成で、縮小側２から順に配置された、正の屈折力（パワー）で位置が固定された第１のレンズ群Ｇ１と、正の屈折力で広角端から望遠端にズーミングする際に拡大側３へ移動する第２のレンズ群Ｇ２と、正の屈折力で広角端から望遠端にズーミングする際に移動する第３のレンズ群（変倍レンズ群）Ｇ３とを含む。
　拡大側の第２の屈折光学系１６は、３群構成で、縮小側２から順番に配置された、正の屈折力で位置が固定された第４のレンズ群Ｇ４と、正の屈折力でフォーカシング（Ｆ）の際に移動し、ズーミングの際は移動しない第５のレンズ群Ｇ５と、正の屈折力でフォーカシング（Ｆ）の際に移動し、ズーミングの際に移動しない第６のレンズ群（合焦レンズ群）Ｇ６とを含む。したがって、第１の光学系１１は、全て正のパワーの６群構成であり、第１の屈折光学系１５はズーミングの際に移動する変倍レンズ群Ｇ２およびＧ３を含み、第２の屈折光学系１６はズーミングの際に移動しない、すなわち、像面５ａに対して位置が固定された屈折光学系である。
　第２の屈折光学系１６は、フォーカシングの際に移動する合焦レンズ群Ｇ５およびＧ６を含む。第１の反射面１３はズーミングおよびフォーカシングの際に移動せず、第１の反射面１３とスクリーン６との距離が変わると、合焦群である第５のレンズ群Ｇ５および第６のレンズ群Ｇ６とが合焦のために移動する。したがって、投射光学系１０は、最も縮小側２の第１のレンズ群Ｇ１と、最も拡大側の第２の光学系１２とがズーミングおよびフォーカシングの際に移動せず、固定されており、全長が固定された光学系である。
　第１の屈折光学系１５の広角端における焦点距離ｆｓ１ｗと、第２の屈折光学系１６の焦点距離ｆｓ２とが以下の条件（３）を満たしてもよい。
０．０５＜ｆｓ２／ｆｓ１ｗ＜０．２・・・（３）
この投射光学系１０においては、第２の光学系１２で生じる台形補正を含めて、諸収差の補正を第１の屈折光学系１５および第２の屈折光学系１６により協働して行う。条件（３）の下限を下回ると、第２の屈折光学系１６のパワーに対して第１の屈折光学系１５のパワーが小さくなりすぎて、第２の屈折光学系１６における補正が過剰となり第２の屈折光学系１６の構成が複雑になる。条件（３）の上限を超えると、第１の屈折光学系１５のパワーに対して第２の屈折光学系１６のパワーが小さくなりすぎて、変倍を行う第１の屈折光学系１５における補正が過剰となり第１の屈折光学系１５の構成が複雑になる。
　この投射光学系１０においては、第１の屈折光学系１５の最も縮小側２で、最も第１の画像ＩＭ０に近い第１のレンズ群Ｇ１が固定され、変倍および合焦の際に移動せず、最も拡大側３で、最も第１の中間像ＩＭ１に近い第３のレンズ群Ｇ３がズーミングの際に移動する。また、第２の屈折光学系１６の最も縮小側２で、最も第１の中間像ＩＭ１に近い第４のレンズ群Ｇ４が固定され、変倍および合焦の際に移動せず、最も拡大側３で、最も第２の中間像ＩＭ２に近い第６のレンズ群Ｇ６がフォーカシングの際に移動する。また、第２の中間像ＩＭ２の拡大側３に位置する第１の反射面１３も固定され、変倍および合焦の際に移動しない。したがって、第１の像ＩＭ０、第１の中間像ＩＭ１および第２の中間像ＩＭ２の拡大側３に位置するレンズ群Ｇ１およびＧ４、および反射面１３が、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動せず、それぞれの像からの距離が基本的（積極的）には変わらない。このため、収差補正を良好に行うことができ、特に非球面を用いた収差補正を行うことが容易な投射光学系１０を提供できる。
　図２～図５に、投射光学系１０の各エレメントのデータを示している。図２において、Ｓはレンズの場合の面番号を示し、Ｒは縮小側２から順に並んだ各エレメント（レンズの場合は各レンズ面）の曲率半径（ｍｍ）を示し、Ｄは縮小側２から順に並んだ各エレメントの面の間の距離（間隔、ｍｍ）を示している。なお、アスタリスクを付けた数値はズーミング、フォーカシングの際に可変となる数値である。さらに、屈折率Ｎｄ（ｄ線）、アッベ数νｄ（ｄ線）、各面の有効半径ｒ（ｍｍ）を示している。図３は、各エレメントの面の中の、非球面の面番号と、非球面データを示している。非球面は、Ｘを光軸方向の座標、Ｙを光軸と垂直方向の座標、光の進行方向を正、Ｒを近軸曲率半径とすると、図２に示した係数Ｒと図３に示した係数Ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、およびＡ１０を用いて次式で表わされる。なお、「Ｅｎ」は、「１０のｎ乗」を意味する。以下の各実施例においても同様である。
Ｘ＝（１／Ｒｉ）Ｙ２／［１＋｛１－（１＋Ｋ）（１／Ｒｉ）２Ｙ２｝１／２］
　　　＋Ａ４Ｙ４＋Ａ６Ｙ６＋Ａ８Ｙ８＋Ａ１０Ｙ１０
　図４は、ズーミングの際に移動する第２のレンズ群Ｇ２および第３のレンズ群Ｇ６の動きを、焦点距離が近距離の際の、広角端（ワイド）、望遠端（テレ）および中間（標準）の各位置における各レンズ群の前後の間隔により示している。図５は、フォーカシングの際に移動する第５のレンズ群Ｇ５、および第６のレンズ群の動きを、広角端におけるスクリーン６までの焦点距離（反射面１３からスクリーン６までの距離）が近距離（５１０ｍｍ）、中距離（８６０ｍｍ）および遠距離（１２１０ｍｍ）の各位置における各レンズ群の前後の間隔により示している。
　投射光学系１０の第１の光学系（レンズシステム、屈折光学系）１１は、縮小側２から、ライトバルブ５に面した入射側のカバーガラス７とプリズム８と、縮小側２の第１の屈折光学系１５と、拡大側の第２の屈折光学系１６とを含む。第１の屈折光学系１５は３群に分けられた９枚のレンズＬ１～Ｌ９を含む。最も縮小側２の第１のレンズ群Ｇ１は、全体として正のパワーのレンズ群であり、本例においては両凸の正レンズＬ１の１枚構成である。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１は正のパワーのレンズの一枚構成である。
　第２のレンズ群Ｇ２は、正のパワーのレンズ群であり、本例においては、６枚のレンズＬ２～Ｌ７で構成され、縮小側（ライトバルブ側）２より配置された、縮小側に凸の正のメニスカスレンズＬ２と、両凸の正レンズＬ３と、両凹の負レンズＬ４と、縮小側に凸の負のメニスカスレンズＬ５と、両凸の正レンズＬ６と、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ７とを含む。すなわち、第２のレンズ群Ｇ２は縮小側２より配置された、正－正－負－負－正－正のパワー配置を含む。レンズＬ３およびＬ４は正－負の接合レンズＢ１を構成し、レンズＬ５およびＬ６は負－正の接合レンズＢ２を構成している。これらの接合レンズＢ１およびＢ２を含む第２のレンズ群Ｇ２は、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）にズーミング（変倍）する際に拡大側３に移動する。
　第３のレンズ群Ｇ３は、正のパワーのレンズ群であり、２枚のレンズＬ８およびＬ９により構成され、本例においては、縮小側２に凸の負のメニスカスレンズＬ８と、両凸の正レンズＬ９とを含む。第３のレンズ群Ｇ３は、ワイドからテレにズーミングする際に、縮小側２へ移動する変倍レンズ群である。第３のレンズ群Ｇ３は、第１の屈折光学系１５の最も拡大側３に配置されたレンズを含む。さらに具体的には、第３のレンズ群Ｇ３は、第２のレンズ群Ｇ２も含めた変倍レンズ群の中の最も拡大側３に配置されたレンズ群であり、縮小側２から順番に配置された負の屈折力のレンズＬ８と正の屈折力のレンズＬ９とを含むレンズ群である。すなわち、第３のレンズ群Ｇ３は、第１の中間像ＩＭ１の縮小側２に配置されたレンズ群であって、縮小側２から配置された負の屈折力のレンズＬ８と正の屈折力のレンズＬ９とを含む変倍レンズ群である。さらに、変倍レンズ群Ｇ３の負の屈折力のレンズＬ８は、縮小側２に凸の負のメニスカスレンズＬ８である。
　第１の中間像ＩＭ１の直近の縮小側２に配置された第３のレンズ群Ｇ３においては、負レンズＬ８で光線を広げ、正レンズＬ９により光線を略平行にすることで、光軸２２がシフトしている第２の屈折光学系１６へ入射する光線位置を制御しやすくなり、光軸２２がシフトしていることによる性能変動を抑制することが可能となる。また、縮小側２の負の屈折力のレンズＬ８を縮小側２に凸の負のメニスカスレンズとすることにより、負のパワーで光線を広げる際に、縮小側２の凸面で光線角度を一度収束し、光線角度を広げ過ぎないように調整することができる。
　さらに、第３のレンズ群Ｇ３では負レンズＬ８と正レンズＬ９とを変倍時に一体で移動する。変倍時において、移動する複数のレンズ群により光学系全体の焦点距離が変動する際に、第１の中間像ＩＭ１を形成する光線の中心および周辺の主光線の角度が略平行を保ち、かつ、十分に周辺と中心とで光線の分離がなされているように、他の移動レンズ群による変動を、この第３のレンズ群Ｇ３により補償できる。このため、第１の中間像ＩＭ１を落として第２の屈折光学系１６に入射する光線の変化が変倍時の前後で少なくなり、第２の屈折光学系１６の設計が容易となり、第２の屈折光学系１６において収差をいっそう良好に補正できる。
　縮小側のレンズ群１５と第１の中間像ＩＭ１を挟んで拡大側３に配置された拡大側のレンズ群である第２の屈折光学系１６は、３群に分けられる７枚のレンズＬ１０～Ｌ１６を含む。最も縮小側２の側、すなわち、第１の中間像ＩＭ１に近接した第４のレンズ群Ｇ４は２枚構成であり、第１の中間像ＩＭ１に隣接して拡大側３に配置された拡大側３に凸の正の屈折力のメニスカスレンズ（第１のメニスカスレンズ）Ｌ１０と、第１のメニスカスレンズＬ１０に隣接して拡大側３に配置された縮小側２に凸の正の屈折力のメニスカスレンズ（第２のメニスカスレンズ）Ｌ１１とを含む。これらのレンズＬ１０およびＬ１１は光軸２２に沿って最小の空気間隔で配置されている。
　拡大側３に凸のメニスカスレンズＬ１０と縮小側２に凸のメニスカスレンズＬ１１により、第１の中間像ＩＭ１の拡大側３に隣接して、向かい合わせたメニスカスの配置が導入され、向い合せのメニスカスにより、球面収差およびコマ収差を主とする諸収差を良好に補正できる。すなわち、レンズＬ１０の縮小側２の凹面で一度光線を広げ、拡大側３の凸面で光軸側に折り曲げることでレンズＬ１１へ入射する光線の中心と周辺を分離させて、レンズＬ１１の面を有効に活用できる。特に、レンズＬ１１に非球面を導入することにより収差補正能力を向上できる。拡大側３に凸のメニスカスレンズＬ１０の拡大側３に配置されるレンズＬ１１は、縮小側２に凸面が向いたメニスカスレンズであり、レンズＬ１０からの出射光線の入射角が小さくなり、収差の発生を抑制できる。
　さらに、レンズＬ１０およびＬ１１は、ともに正の屈折力のレンズであり、第２の屈折光学系１６の縮小側２の光軸２２の第１の方向３１に形成される第１の中間像ＩＭ１からの光線、特に主光線を２枚の正レンズＬ１０およびＬ１１で強く屈折させて光軸２２の側へ折り曲げて拡大側３の各レンズを小型化できる。また、２枚の正レンズＬ１０およびＬ１１にパワーを分散することで、各面の曲率に自由度を持たせることが可能となり、収差の急激な変動を抑制することが可能となる。
　第１のメニスカスレンズＬ１０の拡大側３の面Ｓ１９の曲率半径Ｒ１９（Ｒｍ１）と、第２のメニスカスレンズＬ１１の縮小側２の面Ｓ２０の曲率半径Ｒ２０（Ｒｍ２）とが以下の条件（４）を満たしてもよい。
－６．０＜Ｒｍ１／Ｒｍ２＜－２．０・・・（４）
符号が逆で、第１の中間像ＩＭ１に近い面の曲率半径を大きくすることにより、第１の中間像ＩＭ１からの光線を急激に曲げることなく、上記の効果を得ることができる。条件（４）の下限は－５．５であってもよく、－５．０であってもよい。また、条件（４）の上限は－２．５であってもよく、－３．０であってもよい。
　第１のメニスカスレンズＬ１０は、第１の光学系１１に含まれる複数のレンズＬ１～Ｌ１６の面の中で最大の有効径の面を含む。具体的には、第１のメニスカスレンズＬ１０の拡大側３の面Ｓ１９は、最大の有効径を有する。正メニスカスレンズＬ１０で第１の中間像ＩＭ１からの発散光を受けるため、最も第１の中間像ＩＭ１に近い位置に、有効径の大きなレンズＬ１０を配置することにより、第１の中間像ＩＭ１において中心光と周辺光とが分離した状態の光線を、適切に有効径の大きなレンズＬ１０へ入射し、非球面を用いて収差補正するとともに凸面Ｓ１９で光線を強く収束させることができる。
　第２のメニスカスレンズＬ１１は、第１の光学系１１に含まれる複数のレンズＬ１～Ｌ１６の面の中で最小の曲率半径の面を含む。具体的には、第２のメニスカスレンズＬ１１の縮小側２の面Ｓ２０が最小の曲率半径Ｒ２０を備えた面となっている。第１の正のメニスカスレンズＬ１０により収束気味の周辺の主光線を第２の正のメニスカスレンズＬ１１の曲率半径の小さな面へ入射させることにより、コマ収差および球面収差を良好に補正できる。
　このように、第１の中間像ＩＭ１に隣接したメニスカスレンズＬ１０およびＬ１１は、収差補正に対する効き量が大きく、非球面を導入するのに適している。したがって、第１のメニスカスレンズＬ１０および第２のメニスカスレンズＬ１１はそれぞれ非球面を含んでもよい。本例の投射光学系１０においては、第１のメニスカスレンズＬ１０の両面Ｓ１８およびＳ１９と、第２のメニスカスレンズＬ１１の両面Ｓ２０およびＳ２１が非球面である。さらに、第４のレンズ群Ｇ４は、変倍の際および合焦の際に移動しない、固定されたレンズ群である。このため、第１のメニスカスレンズＬ１０および第２のメニスカスレンズＬ１１は、変倍の際および合焦の際に移動しないレンズであり、非球面レンズであるレンズＬ１０およびＬ１１の位置ズレを抑制でき、収差補正を良好に行うことができる。
　第１のメニスカスレンズＬ１０および第２のメニスカスレンズＬ１１の合成焦点距離ｆｍと、第２の屈折光学系の焦点距離ｆｓ２とが以下の条件（５）を満たしてもよい。本例では、第１のメニスカスレンズＬ１０および第２のメニスカスレンズＬ１１は第４のレンズ群Ｇ４を構成し、合成焦点距離ｆｍは第４のレンズ群Ｇ４の焦点距離である。
０．２＜ｆｍ／ｆｓ２＜０．７・・・（５）
条件（５）の下限を下回ると、レンズＬ１０およびＬ１１の効き量が大きくなりすぎて組み立て公差の収差性能への影響が大きくなる。条件（５）の上限を超えると、第４のレンズ群Ｇ４のパワーが小さくなり、収差補正が難しくなる。さらに、後述するように、第２の屈折光学系１６はフォーカシングの際に移動する合焦レンズ群Ｇ５およびＧ６を含み、第４のレンズ群Ｇ４のパワーが小さくなりすぎるとこれらの合焦レンズ群Ｇ５およびＧ６のパワーが大きくなり、フォーカシングに適さない。条件（５）の下限は０．３であってもよく、上限は０．５であってもよい。
　第５のレンズ群Ｇ５は、正の屈折力のレンズ群であり、本例においては、縮小側２に凹の正のメニスカスレンズＬ１２の１枚構成である。すなわち、第５のレンズ群Ｇ５は正のパワーのレンズＬ１２の一枚構成である。第５のレンズ群Ｇ５は、合焦レンズ群の１つであり、近距離から遠距離にフォーカシングする際に縮小側２に移動する合焦群である。
　第６のレンズ群Ｇ６は、正のパワーのレンズ群であり、本例においては、４枚のレンズＬ１３～Ｌ１６で構成され、縮小側２より、両凸の正レンズＬ１３と、両凹の負レンズＬ１４と、縮小側２に凸の負のメニスカスレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６とを含む。レンズＬ１３およびＬ１４は正－負の組み合わせの負の屈折力の接合レンズＢ３を構成し、レンズＬ１５およびＬ１６は負－正の組み合わせの正の屈折力の接合レンズＢ４を構成している。第６のレンズ群Ｇ６は、フォーカシングの際に移動する合焦レンズ群であり、近距離から遠距離にフォーカシングする際に拡大側３に移動する。
　したがって、合焦レンズ群に含まれるレンズ群Ｇ６は、第２の屈折光学系１６の最も拡大側３に配置された接合レンズＢ４を含む。さらに具体的には、合焦レンズ群に含まれるレンズ群Ｇ６は、第２の屈折光学系１６の最も拡大側３に配置された、縮小側２から順番に配置された負の接合レンズＢ３と正の屈折力の接合レンズＢ４とを含むレンズ群を含む。第２の中間像ＩＭ２の縮小側２は、像を構成するために光線（光束）の中心と周辺とが比較的分離されている一方、光軸２２を光線が跨ぐので光線が光軸２２の周りに集中する領域となる。したがって、この領域に正－負の２枚（２組）のレンズ（接合レンズ）Ｂ３およびＢ４を配置し、フォーカシングを行い、小型のレンズを移動することにより、フォーカシングのための収差補正を行うことができる。さらに、これらの接合レンズＢ３およびＢ４は、正－負および負－正の対称なレンズ配置を備えており、収差補正に適した構成となっている。
　このように、投射光学系１０は、縮小側２の第１の屈折光学系１５に変倍時に移動するレンズ群Ｇ２およびＧ３を設け、拡大側３の第２の屈折光学系１６に合焦時に移動するレンズ群Ｇ５およびＧ６を設けている。したがって、変倍のためにレンズ群Ｇ２およびＧ３を動かす機構と、合焦のためにレンズ群Ｇ５およびＧ６を動かす機構とを分離することができ、レンズを動かす機構を簡略化できる。また、第１の屈折光学系１５で変倍の際の収差補正を主に行い、第２の屈折光学系１６で合焦の際の収差補正を主に行うといったように、レンズの移動に伴う収差補正を分けて行うことができる。その一方、諸収差の補正を第１の屈折光学系１５および第２の屈折光学系１６で共通に分散して行い、投射光学系１０の全体としては少ない枚数のレンズで諸収差を良好に補正できるようにしている。このため、第１の中間像ＩＭ１は第１の屈折光学系１５の光軸２１から第１の方向３１に離間する程、縮小側２に倒れるように湾曲して形成され、第２の中間像ＩＭ２は第２の屈折光学系１６の光軸２２から他方の方向３２に離間する程、縮小側２に倒れるように湾曲して形成される。
　図６（ａ）に広角端（ワイド）における歪曲収差を示し、図６（ｂ）に標準状態（ノーマル）における歪曲収差を示し、図６（ｃ）に望遠端（テレ）における歪曲収差を示している。図７、図８および図９に、広角端（ワイド）、標準状態（ノーマル）および望遠端（テレ）の各像高における横収差図を示している。なお、これらの図には、波長６２０ｎｍ（短破線）と、波長５５０ｎｍ（実線）と、波長４６０ｎｍ（長破線）とを示している。以下の各実施例においても同様である。
　投射光学系１０の主なパラメータは以下の通りである。
倍率（広角端、近距離における倍率）：１２３
Ｆ値：２．５－２．５４
最大画角（半画角）：７２．５
変倍比：１．０５
全系の合成焦点距離（広角端、ｆｗ）：４．００ｍｍ
全系の合成焦点距離（望遠端、ｆｔ）：４．２０ｍｍ
第１の屈折光学系１５の合成焦点距離(広角端、ｆｓ１ｗ):３６３．８１ｍｍ
第１の屈折光学系１５の合成焦点距離(望遠端、ｆｓ１ｔ):３０３．８７ｍｍ
第２の屈折光学系１６の合成焦点距離(ｆｓ２)：３９．８０ｍｍ
第１のレンズ群Ｇ１の合成焦点距離：８２．８５ｍｍ
第２のレンズ群Ｇ２の合成焦点距離：５５．３１ｍｍ
第３のレンズ群Ｇ３の合成焦点距離：８８．０５ｍｍ
第４のレンズ群Ｇ４の合成焦点距離（ｆｍ）：１５．５８ｍｍ
第５のレンズ群Ｇ５の合成焦点距離：６３．８３ｍｍ
第６のレンズ群Ｇ６の合成焦点距離：３１．６４ｍｍ
第１のシフト量Ｓｆ１：６．０８ｍｍ（ライトバルブ５の中心と、第１の屈折光学系の光軸との距離）
第２のシフト量Ｓｆ２：０．２ｍｍ
最も縮小側のレンズＬ１の縮小側の面の有効半径ｒ１：１６．２８ｍｍ
条件（１）（Ｓｆ２／Ｓｆ１）：０．０３
条件（２）（Ｓｆ１／ｒ１）：０．３７
条件（３）（ｆｓ２／ｆｓ１ｗ）：０．１１
条件（４）（Ｒｍ１／Ｒｍ２：（Ｒ１９／Ｒ２０））：－３．５１
条件（５）（ｆｍ／ｆｓ２）：０．３９
　この投射光学系１０においては、上述した条件（１）および（２）を満たし、第１の中間像ＩＭ１の縮小側２の第１の屈折光学系１５の第１の光軸２１に対し、拡大側３に配置された第２の屈折光学系１６の第２の光軸２２を、ライトバルブ５に形成される第１の画像の中心光２０と逆の第１の方向３１にシフトさせた投射光学系である。したがって、第２の屈折光学系１６の、特に縮小側２の第１の中間像ＩＭ１に面したレンズの面を有効活用でき、より収差補正能力が高く、鮮明な画像を投影できる投射光学系１０を提供できる。また、レンズの面を有効活用できる、第２の屈折光学系１６の第１の中間像ＩＭ１に面して、メニスカスが向かい合うようにレンズＬ１０およびＬ１１を配置することにより、コマ収差および球面収差を含む諸収差をさらに良好に補正できるようにしている。また、第１の屈折光学系１５にズーミングの際に移動する変倍用のレンズ群Ｇ２およびＧ３を配置し、第２の屈折光学系１６にフォーカシングの際に移動する合焦用のレンズ群Ｇ５およびＧ６を配置し、第１の屈折光学系１５と第２の屈折光学系１６とが協調して作用することによりズーミングが可能で鮮明な画像を投影できる投射光学系１０を提供している。このため、ズーミングが可能で、コンパクトでありながら、収差補正が良好にされた像を投影できる投射光学系１０、および投射光学系１０を備えたプロジェクタ１を提供できる。
　図１０に、プロジェクタの他の例を示している。図１０（ａ）は広角端の配置を示し、図１０（ｂ）は望遠端の配置を示す。このプロジェクタ１も、縮小側２の光変調器（画像表示素子、ライトバルブ）５の像面（第１の像面）５ａから拡大側３のスクリーン６または壁面（第２の像面）へ投射する投射光学系１０を含む。投射光学系１０は、複数のレンズを含む第１の光学系１１と、正の屈折力の第１の反射面１３を含む第２の光学系１２とを含み、第１の光学系１１は、縮小側２から入射した光により第１の光学系１１の内部に結像される第１の中間像ＩＭ１を第１の光学系１１よりも拡大側３に第２の中間像ＩＭ２として結像し、第１の反射面１３が第２の中間像ＩＭ２を第２の像面へ映像（最終的な画像）として投影する。
　第１の光学系１１は、上記の例と同様に、１６枚のレンズＬ１～Ｌ１６で構成され、第１の中間像ＩＭ１に対して縮小側（入力側）２に配置された第１の屈折光学系１５と、拡大側（出力側）３に配置された第２の屈折光学系１６とを含む。第２の屈折光学系１６の第２の光軸２２は、上記と同様に、第１の屈折光学系１５の第１の光軸２１に対し、第１の像面５ａの中心（第１の画像ＩＭ０の中心光）２０がシフトしている方向３２と反対の第１の方向３１にシフトしている。また、第１の屈折光学系１５は、変倍の際に移動するレンズ群Ｇ２およびＧ３を含み、第２の屈折光学系１６は、合焦の際に移動するレンズ群Ｇ５およびＧ６を含む。
　図１１に、投射光学系１０の各エレメントのデータを示し、図１２に非球面のデータを示し、図１３にズーミングの際に移動するレンズ群の前後の間隔を示し、図１４に、フォーカシングの際に移動するレンズ群の前後の間隔を示している。第１の光学系１１の第１～第６のレンズ群Ｇ１～Ｇ６の各群の基本的なレンズ構成、および各々のレンズＬ１～Ｌ１６の基本的な構成は、図１に示した投射光学系１０の第１の光学系１１と共通する。なお、第２のメニスカスレンズＬ１１は、第１の光学系１１に含まれる複数のレンズの面の中で最小の曲率半径の面Ｓ２１を含む。
　図１５（ａ）に広角端（ワイド）における歪曲収差を示し、図１５（ｂ）に標準状態（ノーマル）における歪曲収差を示し、図１５（ｃ）に望遠端（テレ）における歪曲収差を示している。図１６、図１７および図１８に、広角端（ワイド）、標準状態（ノーマル）および望遠端（テレ）の各像高における横収差図を示している。
　投射光学系１０の主な諸数値は以下の通りである。
倍率（広角端、近距離における倍率）：１２３．１
Ｆ値：２．５－２．５７
最大画角（半画角）：７２．５
変倍比：１．１
全系の合成焦点距離（広角端、ｆｗ）：４．００ｍｍ
全系の合成焦点距離（望遠端、ｆｔ）：４．４０ｍｍ
第１の屈折光学系１５の合成焦点距離(広角端、ｆｓ１ｗ):５８１．６２ｍｍ
第１の屈折光学系１５の合成焦点距離(望遠端、ｆｓ１ｔ):３５７．９９ｍｍ
第２の屈折光学系１６の合成焦点距離(ｆｓ２)：４１．７９ｍｍ
第１のレンズ群Ｇ１の合成焦点距離：８７．３５ｍｍ
第２のレンズ群Ｇ２の合成焦点距離：５４．２４ｍｍ
第３のレンズ群Ｇ３の合成焦点距離：８５．５５ｍｍ
第４のレンズ群Ｇ４の合成焦点距離（ｆｍ）：１５．８５ｍｍ
第５のレンズ群Ｇ５の合成焦点距離：５８．２１ｍｍ
第６のレンズ群Ｇ６の合成焦点距離：３２．１０ｍｍ
第１のシフト量Ｓｆ１：６．０８ｍｍ
第２のシフト量Ｓｆ２：０．２ｍｍ
最も縮小側のレンズＬ１の縮小側の面の有効半径ｒ１：１６．１７ｍｍ
条件（１）（Ｓｆ２／Ｓｆ１）：０．０３
条件（２）（Ｓｆ１／ｒ１）：０．３８
条件（３）（ｆｓ２／ｆｓ１ｗ）：０．０７２
条件（４）（Ｒｍ１／Ｒｍ２：（Ｒ１９／Ｒ２０））：－３．３６
条件（５）（ｆｍ／ｆｓ２）：０．３８
　この投射光学系１０においては、上述した条件（１）および（２）を満たし、第１の中間像ＩＭ１の縮小側２に配置されたレンズ群１６によりズーミングを行い、拡大側３に配置されたレンズ群１６によりフォーカシングを行うことができる。このため、ズーミングが可能で、コンパクトでありながら、収差補正が良好にされた像を投影できる投射光学系１０、および投射光学系１０を備えたプロジェクタ１を提供できる。
　なお、上記においては、本発明の特定の実施形態を説明したが、様々な他の実施形態および変形例は本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者が想到し得ることであり、そのような他の実施形態および変形は以下の請求の範囲の対象となり、本発明は以下の請求の範囲により規定されるものである。

Claims (20)

  1. 　縮小側の第１の画像を拡大側へ投射する投射光学系であって、
    　複数のレンズを含む第１の光学系であって、縮小側から入射した光により当該第１の光学系の内部に結像される第１の中間像を当該第１の光学系よりも拡大側に第２の中間像として結像する第１の光学系と、
    　前記第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第２の光学系とを有し、
    　前記第１の光学系は、前記第１の中間像を結像する第１の屈折光学系であって、前記第１の画像の中心光に対し、第１の方向にシフトした第１の光軸を含む第１の屈折光学系と、
    　前記第２の中間像を結像する第２の屈折光学系であって、前記第１の光軸に対し、前記第１の方向にシフトした第２の光軸を含む第２の屈折光学系とを含む、投射光学系。
  2. 　請求項１において、
    　前記第２の光学系は、前記第２の光軸と共通する光軸を含む、投射光学系。
  3. 　請求項２において、
    　前記第２の光軸は、前記第１の光軸に対し、前記第２の光学系により投射する側にシフトしている、投射光学系。
  4. 　請求項１ないし３のいずれかにおいて、
    　前記第１の画像の中心光に対する前記第１の光軸のシフト量Ｓｆ１と、前記第１の光軸に対する前記第２の光軸のシフト量Ｓｆ２とが以下の条件を満たす、投射光学系。
    　０＜Ｓｆ２／Ｓｆ１＜０．２
  5. 　請求項４において、
    　前記第１の光軸のシフト量Ｓｆ１と、前記第１の屈折光学系の最も縮小側のレンズＬ１の縮小側の面の有効半径ｒ１とが以下の条件を満たす、投射光学系。
    　０．１＜Ｓｆ１／ｒ１＜０．５
  6. 　請求項１ないし５のいずれかにおいて、
    　前記第１の屈折光学系は、前記第１の光軸の前記第１の方向に前記第１の中間像を形成し、
    　前記第２の屈折光学系は、前記第２の光軸に対し、前記第１の方向と反対側の第２の方向に前記第２の中間像を形成し、
    　前記第１の反射面は、前記第２の光軸に対し、前記第１の方向へ投影用の光を投射する、投射光学系。
  7. 　請求項６において、
    　前記第１の反射面は、前記第２の光軸に対し、前記第１の方向と反対側の第２の方向に配置されている、投射光学系。
  8. 　請求項１ないし７のいずれかにおいて、
    　前記第１の画像全体が、前記第１の光軸に対し、前記第１の方向と反対側の第２の方向に形成される、投射光学系。
  9. 　請求項１ないし８のいずれかにおいて、
    　前記第１の屈折光学系は、変倍の際に移動する変倍レンズ群を含む、投射光学系。
  10. 　請求項９において、
    　前記変倍レンズ群は、前記第１の屈折光学系の最も拡大側に配置されたレンズを含む、投射光学系。
  11. 　請求項９において、
    　前記変倍レンズ群は、前記第１の屈折光学系の最も拡大側に配置されたレンズ群であって、縮小側から順番に配置された負の屈折力のレンズと正の屈折力のレンズとを含むレンズ群を含む、投射光学系。
  12. 　請求項９ないし１１のいずれかにおいて、
    　前記第１の屈折光学系の広角端における焦点距離ｆｓ１ｗと、前記第２の屈折光学系の焦点距離ｆｓ２とが以下の条件を満たす、投射光学系。
    　０．０５＜ｆｓ２／ｆｓ１ｗ＜０．２
  13. 　請求項１ないし１２のいずれかにおいて、
    　前記第２の屈折光学系は、合焦の際に移動する合焦レンズ群を含む、投射光学系。
  14. 　請求項１３において、
    　前記合焦レンズ群は、前記第２の屈折光学系の最も拡大側に配置されたレンズを含む、投射光学系。
  15. 　請求項１３において、
    　前記合焦レンズ群は、前記第２の屈折光学系の最も拡大側に配置された、縮小側から順番に配置された負の屈折力のレンズと正の屈折力のレンズとを含むレンズ群を含む、投射光学系。
  16. 　請求項１５において、
    　前記合焦レンズ群に含まれる前記負の屈折力のレンズおよび前記正の屈折力のレンズは、接合レンズである、投射光学系。
  17. 　請求項１ないし１６のいずれかにおいて、
    　前記第１の中間像は前記第１の屈折光学系の前記第１の光軸から前記第１の方向に離間する程、縮小側に倒れるように湾曲して形成され、第２の中間像は第２の屈折光学系の第２の光軸から前記第１の方向と反対側の第２の方向に離間する程、縮小側に倒れるように湾曲して形成される、投射光学系。
  18. 　請求項１ないし１７のいずれかに記載の投射光学系と、
    　前記第１の画像を形成する画像表示素子とを有する、プロジェクタ。
  19. 　請求項１８において、
    　前記第１の画像の中心光は、前記画像表示素子の中心から前記画像表示素子に垂直な方向に出力される、プロジェクタ。
  20. 　請求項１８または１９において、
    　前記画像表示素子は、有効表示領域全体が、前記第１の光軸に対し前記第１の方向と反対側の第２の方向にシフトするように配置されている、プロジェクタ。
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