(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小側から順に、複数のレンズからなり正のパワーを有する第１光学群と、１枚の凹面非球面形状を有する反射面を含む第２光学群とからなる投射光学系であって、
前記第１光学群は、縮小側に配置された物体の中間像を前記第２光学群の前記反射面の手前に形成し、
前記第１光学群は、変倍時のフォーカスの際に固定で、かつ、正のパワーを有する第１−１レンズ群と、変倍時のフォーカスの際に移動し、かつ、複数のレンズ群からなり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、変倍時のフォーカスの際に独立してそれぞれ移動するレンズ群であって、少なくとも２枚のレンズからなる正のＦ１レンズ群と、２枚のレンズからなる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つのレンズ群を有することを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の投射光学系において、前記第１−２レンズ群は、１枚の樹脂で成形された非球面レンズを、最も拡大側に配置される前記Ｆ３レンズ群として含むことを特徴とする投射光学系。
【請求項３】
請求項１ないし請求項２のいずれか一項に記載の投射光学系において、前記第１−２レンズ群を構成する３つのレンズ群のうち前記Ｆ２レンズ群は、縮小側から順に両凸レンズと、両凹レンズとからなることを特徴とする投射光学系。
【請求項４】
請求項３に記載の投射光学系において、前記Ｆ２レンズ群を構成する正レンズと負レンズとは接合レンズであることを特徴とする投射光学系。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の投射光学系において、前記第１−２レンズ群の前記Ｆ１レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズにより構成され、前記Ｆ２レンズ群は、縮小側から順に両凸レンズと、両凹レンズとの２枚のレンズにより構成され、前記Ｆ３レンズ群は、負のパワーを有する両面に非球面が施された樹脂レンズにより構成されることを特徴とする投射光学系。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の投射光学系において、前記第１−１レンズ群は、内部に開口絞りを有し、前記開口絞りよりも拡大側において、縮小側から順に、１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとが配置され、少なくとも当該負レンズの１面に非球面形状が施されていることを特徴とする投射光学系。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の投射光学系において、前記第１−１レンズ群は、内部に開口絞りを有し、前記開口絞りよりも縮小側において、少なくとも２組の正レンズ及び負レンズの接合レンズと、少なくとも１面に非球面形状を施された負レンズとを有することを特徴とする投射光学系。
【請求項８】
請求項７に記載の投射光学系において、前記第１−１レンズ群に配置される前記開口絞りの縮小側に配置される非球面形状を施された前記負レンズは、負メニスカスレンズであり、少なくとも凹面側が非球面であること特徴とする投射光学系。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の投射光学系において、物体側の開口数は、０．３以上であることを特徴とする投射光学系。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の投射光学系において、縮小側は、テレセントリックであることを特徴とする投射光学系。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の投射光学系において、前記第１光学群及び前記第２光学群を構成する要素が、全て回転対称系であることを特徴とする投射光学系。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の投射光学系において、変倍範囲が、１．５倍以上あることを特徴とする投射光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関する。
【背景技術】
【０００２】
半画角６０度前後の広い画角を有することで、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、複数のレンズから構成される屈折光学系が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、レンズだけの屈折光学系によって非常に広い画角を得ようとした場合、特に拡大側に位置するレンズは、非常に大きなものとなってしまうという欠点がある。また、屈折光学系で広画角化を行おうとすると、特に拡大側に位置するパワーの強い負メニスカスレンズによって発生する倍率色収差を補正するために、非常に多くのレンズ枚数が必要となってしまうことが考えられる。
【０００３】
屈折光学系の欠点を解消する方法として、複数のレンズからなる屈折光学系と、少なくとも１枚の曲面反射ミラーを用いた屈折・反射複合光学系が提案されている（例えば特許文献２，３等参照）。これらの屈折・反射型複合光学系では、最終的な広画角を得る手段として反射ミラーを用いているため、前述のレンズのみを用いた屈折光学系と比較して、倍率色収差が発生しにくいという特徴がある。
【０００４】
しかしながら、例えば特許文献２（特開２００６−２３５５１６号）では、屈折光学系と凹面ミラーとを用いて、非常に広い画角を有しているが、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３（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、ミラーサイズは小さくなっている。しかし、前述の特許文献２と同様に、全長が非常に長いものとなっている。また、Ｆナンバーも３程度と暗く、透過型の液晶を用いる光学系としては、明るさの点でも物足りないものとなっている。加えて、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非常に難しいものとなっている。
【０００５】
以上のように、屈折・反射型複合光学系では、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、かつミラーのサイズが大きくなってしまうという欠点があり、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。
【０００６】
これに対して、フロントプロジェクター用途で反射ミラーを使用したものも知られている（特許文献４，５等）。例えば、特許文献４（特開２００８−２５０２９６号）では、１または２枚の非球面レンズを非球面ミラーの前に配置することで、コンパクトな構成にしているが、Ｆナンバーを１．７程度に明るくした系では、変倍の範囲が１．２倍程度と狭くなっている。逆に、変倍範囲を２倍程度とった系では、Ｆナンバーが１．８５程度と暗くなっている。また、例えば特許文献５（特開２０１２−２９３１３９号）では、屈折光学系の最もミラー側に正レンズを配置することでミラーの小型化し、延いては光学系全体の小型化を可能としている。しかし、Ｆナンバーが１．８程度のものまでしか対応していないため、明るさという点では不足している。
【０００７】
ところで、従来においては、近接用途のプロジェクターは固定されたスクリーンに対して、天井設置や、壁面設置のような設置時に固定的に使用されることが多かった。しかしながら、近年では、プロジェクターを縦置きにして、比較的小さな投射サイズでテーブル面に投射するだけでなく、そのプロジェクターを比較的広い部屋などに移動させて大画面投射用にも対応できるような要望が高くなってきた。大画面投射をする場合には、比較的明るい場所でも十分なコントラストを得るために、少しでも明るい光学系が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１４７９７０号公報
【特許文献２】特開２００６−２３５５１６号公報
【特許文献３】特開２００７−０７９５２４号公報
【特許文献４】特開２００８−２５０２９６号公報
【特許文献５】特開２０１２−２０３１３９号公報
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、近接型のプロジェクターへの適用において、広い変倍範囲をカバーし、かつ、高解像度の画像表示素子にも対応できる投射光学系を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る投射光学系は、縮小側から順に、複数のレンズからなり正のパワーを有する第１光学群と、１枚の凹面非球面形状を有する反射面を含む第２光学群とからなる投射光学系であって、第１光学群は、変倍時のフォーカスの際に固定で、かつ、正のパワーを有する第１−１レンズ群と、変倍時のフォーカスの際に移動し、かつ、複数のレンズ群からなり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、変倍時のフォーカスの際に独立してそれぞれ移動するレンズ群であって、少なくとも２枚のレンズからなる正のＦ１レンズ群と、２枚のレンズからなる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つのレンズ群を有することを特徴とする。
まず、上記のような構成の場合、第１光学群は、物体すなわちパネルの像を、一旦、第２光学群のミラーの手前で結像させ、第２光学群のミラーでスクリーンに再結像させるための１次像を作る役割をする。この際、第２光学群は、ただ１枚のミラーで構成されるため、単独で収差を補正することは困難であり、従って、第２光学群で最終的にスクリーン上に収差の少ない画像が得られるようにするには、第１光学群において、収差を含んだ１次像を作ることが必要となる。
さらに、上記のような構成の超広角投射光学系では、投射倍率を変化させると画角が非常に広いため収差変動が大きくなりやすく、第１光学群は、結像倍率を変化させてもそれに対応した収差を含んだ１次像を作り出すことが必要となる。
これに対して、本発明に係る投射光学系では、上記のように、第１光学群のうち第１−２レンズ群において、変倍時のフォーカスの際に３つのレンズ群に分けて移動させるものとなっていることで、スクリーン上に良好な画像を得るために必要な１次像を作ることができる。すなわち、近接型のプロジェクターへの適用において、広い変倍範囲をカバーし、かつ、高解像度の画像表示素子にも対応できるものとなっている。
【００１１】
本発明の具体的な側面によれば、第１−２レンズ群は、１枚の樹脂で成形された非球面レンズを、最も拡大側に配置されるＦ３レンズ群として含む。
第２光学群の非球面ミラーを経て最終的に良好な画像を得るためには、第１光学群でそれに対応した収差を含んだ１次像を作り出す必要がある。また、広い変倍範囲に対応した１次画像を作るためには、少なくとも１枚の非球面レンズをフォーカス群である第１−２レンズ群に入れることが必要となる。
１枚の非球面レンズでフォーカス群を構成する場合は、第２光学群（非球面ミラー）の直前のレンズ群であるＦ３レンズ群（最も拡大側に配置されるレンズ群）に入れることが効果的であり、Ｆ３レンズ群について変倍時のフォーカスの際に第２光学群との距離を変化させることで、最終的にコントラストが高く、歪の小さな最終画像を得ることが可能となる。
また、超広角の屈折と反射の複合光学系では、屈折光学系からなる第１光学群から出た光束は、第２光学群のミラーで反射され第１光学群のほうに戻るため、第１光学群のうち第２光学群側のレンズは、第２光学群から戻ってくる光束と干渉してしまうおそれがある。そのため、例えば円形状ではなく一部を切り欠いたような形状にする必要がある。従って、樹脂で成形されたレンズを用いるのが、低コスト化、小型化という点で有効である。
【００１２】
本発明の別の側面によれば、第１−２レンズ群を構成する３つのレンズ群のうちＦ２レンズ群は、縮小側から順に両凸レンズと、両凹レンズとからなる。
この場合、第１−２レンズ群において、Ｆ２レンズ群は、Ｆ３レンズ群に入射する光線の角度を制限できる。
Ｆ３レンズ群は、例えば樹脂で成形された非球面レンズとすることができるが、樹脂の成型レンズの一般的な特徴としては、材料の収縮率が大きいため、ガラスの成型レンズなどと比較すると、面の精度確保が難しい。また、パワーを強くしすぎると、光軸近傍でのレンズ厚と外周部でのレンズ厚の比で表される偏肉比が大きくなり、ゲート部分や外周部分で内部歪を生じてしまうことにより性能に影響が出てしまう可能性がある。
前述のように、第１光学群の拡大側に配置されるレンズは、第２光学群を構成する反射ミラーで戻ってくる光線と干渉する可能性があるので、非円形形状とする場合があるが、その場合、通常の円形形状のレンズと比較して、さらに、内部歪などが大きくなる可能性が高くなる。従って、樹脂レンズに入射する光線の角度は緩やかにしたほうが、面形状の誤差による影響や、レンズ内部の屈折率の誤差による影響を受けにくくなり好ましい。
そこで、Ｆ２レンズ群において、縮小側から両凸レンズ、両凹レンズを配置し、Ｆ２レンズ群の縮小側に凸面、拡大側を凹面とすることで、Ｆ３レンズ群に入射する光線を適切な角度とすることができ、広い変倍域で良好な性能を得ることが可能となる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面によれば、Ｆ２レンズ群を構成する正レンズと負レンズとは接合レンズである。この場合、Ｆ２レンズ群を組付ける時の感度低減を図ることができる。例えば、投影する画面の高さを低くしたい場合には、前述のＦ３レンズ群の一部を切り欠いたような形状の非球面レンズで構成する場合と同様に、Ｆ２レンズ群も非円形形状とする必要が生じる可能性もある。レンズ形状を非円形形状とすると、当然、レンズ枠も一般的な円筒形状から、非円筒形状となるため、枠精度や組立て精度を維持することが困難となる。従って、Ｆ２レンズ群の正レンズと負レンズを接合レンズとすることで、非円筒形状となる場合でも組立て時の感度が低減される。
【００１４】
本発明のさらに別の側面によれば、第１−２レンズ群のＦ１レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズにより構成され、Ｆ２レンズ群は、縮小側から順に両凸レンズと、両凹レンズとの２枚のレンズにより構成され、Ｆ３レンズ群は、負のパワーを有する両面に非球面が施された樹脂レンズにより構成される。この場合、フォーカス群を構成する第１−２レンズ群に、少なくとも２枚の正レンズ、両凸、両凹レンズ、１枚の非球面レンズの最低限５枚のレンズを配置することで、コンパクトで、かつ、広い変倍範囲においても良好な画像を得ることが可能となる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面によれば、第１−１レンズ群は、内部に開口絞りを有し、開口絞りよりも拡大側において、縮小側から順に、１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとが配置され、少なくとも当該負レンズの１面に非球面形状が施されている。
第１−１レンズ群は、物体すなわちパネルから出た光束を効率よく取り込み、第１−２レンズ群で構成されるフォーカスレンズ群に送る役割をする。第１−１レンズ群内に配置される開口絞りの拡大側に、少なくとも２枚のレンズを配置することで、広い変倍範囲において第１−２レンズ群で適切な中間像を作ることができ、最終的に良好な画像を得ることが可能となる。
さらに、第１−１レンズ群の開口絞りよりも拡大側において、縮小側から順に、１枚の正レンズと、少なくとも１枚の負レンズとで構成し、さらに当該負レンズの少なくとも１面に非球面を施したレンズを配置した上で第１−２レンズ群のフォーカスレンズ群と組み合わせることで、第１−２レンズ群を構成する複数のレンズに含まれる非球面レンズが１枚であっても、広い変倍域において良好に像面湾曲、非点収差特性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。
【００１６】
本発明のさらに別の側面によれば、第１−１レンズ群は、内部に開口絞りを有し、開口絞りよりも縮小側において、少なくとも２組の正レンズ及び負レンズの接合レンズと、少なくとも１面に非球面形状を施された負レンズとを有する。
第１−１レンズ群の開口絞りより縮小側に配置される複数のレンズは、物体すなわちパネルから出た光束を効率よく取り込む役割をする。仮に、これら複数のレンズを球面レンズのみで構成した場合、レンズ枚数を増やすことが必要となる可能性がある。レンズ枚数が増えると透過率が減少するとともに、レンズの増加によるレンズ全長の増加もあるが、極力最低限のレンズ構成枚数にすることが要求されることもある。
例えば、Ｆナンバーが１．６程度の明るさまで対応可能なようにするために、第１−１レンズ群の開口絞りより縮小側において、少なくとも１面の凹面形状の非球面を入れることで、明るさを確保しつつ、フレアーの発生を抑え、コントラストの高い画像を提供することが可能となる。また、第１−１レンズ群の開口絞りより縮小側において、少なくとも２組の接合レンズで構成することで、色収差の発生を極力抑え、接合することで組み立て性も向上する。
【００１７】
本発明のさらに別の側面によれば、第１−１レンズ群に配置される開口絞りの縮小側に配置される非球面形状を施された負レンズは、負メニスカスレンズであり、少なくとも凹面側が非球面である。この場合、当該箇所の負レンズを負メニスカス形状とし、少なくとも凹面側を非球面形状とすることで、第１−１レンズ群のレンズ枚数を少なく構成しつつ効率よく開口数を確保し、さらに、球面収差、コマ収差を良好に補正し、コントラストが高く、フレアーの少ない画像を得ることが可能となる。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
本発明のさらに別の側面によれば、第１光学群及び第２光学群を構成する要素が、全て回転対称系である。
【００２１】
本発明のさらに別の側面によれば、変倍範囲が、１．５倍以上ある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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。
【図２】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３】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。
【図４】実施例１の投射光学系の構成を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の投射光学系の縮小側収差図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｅ）は、図５（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、図５（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）は、図５（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図９】実施例２の投射光学系の構成を示す図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例２の投射光学系の縮小側収差図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１０（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１０（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１０（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図１４】実施例３の投射光学系の構成を示す図である。
【図１５】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例３の投射光学系の縮小側収差図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１５（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１５（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図１８】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１５（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図１９】実施例４の投射光学系の構成を示す図である。
【図２０】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例４の投射光学系の縮小側収差図である。
【図２１】（Ａ）〜（Ｅ）は、図２０（Ａ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図２２】（Ａ）〜（Ｅ）は、図２０（Ｂ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【図２３】（Ａ）〜（Ｅ）は、図２０（Ｃ）に対応する投射光学系の横収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
実施形態の投射光学系４０は、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の被投射面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。
【００３７】
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、１枚の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、変倍時の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４１と、変倍時のフォーカスの際に移動し、かつ、複数のレンズ群からなり全体として正のパワーを有する第１−２レンズ群４２とからなる。
【００３８】
第１−１レンズ群４１は、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。
【００３９】
第１−２レンズ群４２は、縮小側から順に、少なくとも２枚（図示の例では３枚）のレンズからなる正のＦ１レンズ群（以下レンズ群Ｆ１）と、２枚のレンズからなるＦ２レンズ群（以下レンズ群Ｆ２）と、１枚の負レンズからなるＦ３レンズ群（以下レンズ群Ｆ３）との３つのレンズ群を有する。これらのレンズ群Ｆ１〜Ｆ３は、レンズ群ごとに、アクチュエータＡＣにより、変倍時のフォーカスの際に独立してそれぞれ光軸ＯＡに沿った方向Ａ１について移動させるものとなっている。なお、アクチュエータＡＣによるレンズ群Ｆ１〜Ｆ３のさせ方については、変倍時のフォーカスのさせ方により種々の態様が可能であり、例えばカム機構等を利用して独立して動くもの同士が連動してもよい。
【００４０】
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。第１光学群４０ａのうち、第１−１レンズ群４１のレンズ群Ｅ１は、７枚のレンズＬ１〜Ｌ７を有し、レンズ群Ｅ２は、２枚のレンズＬ８，Ｌ９を有する。第１−２レンズ群４２のレンズ群Ｆ１は、３枚のレンズＬ１０〜Ｌ１２を有し、レンズ群Ｆ２は、２枚のレンズＬ１３，Ｌ１４を有し、レンズ群Ｆ３は、１枚のレンズＬ１５のみを有する。すなわち、第１光学群４０ａは、全体で１５枚のレンズＬ１〜Ｌ１５で構成されている。
【００４１】
レンズ群Ｅ１を構成するレンズＬ１〜Ｌ７のうち、正レンズであるレンズＬ２と負レンズであるレンズＬ３とが接合レンズとなっており、また、レンズＬ４とレンズＬ５とが接合レンズとなっている。さらに、レンズＬ６は、ガラス製の非球面形状の負レンズである。以上を言い換えると、第１−１レンズ群４１は、開口絞りＳＴよりも縮小側において、少なくとも２組の正レンズ及び負レンズの接合レンズと、少なくとも１面に非球面形状を施された負レンズとを有するものとなっている。特に、非球面形状を施された負レンズであるレンズＬ６は、負メニスカスレンズであり、少なくとも凹面側が非球面となっている。なお、レンズ群Ｅ１を構成するレンズのうち、レンズＬ６以外のレンズは、ガラス製の球面レンズである。また、レンズＬ１〜Ｌ７は、光軸ＯＡについて軸対称な円形状となっている。
【００４２】
レンズ群Ｅ２を構成する２枚のレンズＬ８，Ｌ９については、レンズＬ８が正レンズ、レンズＬ９が負レンズとなっている。特に、レンズＬ９は、ガラス製の非球面形状の負レンズである。以上を言い換えると、第１−１レンズ群４１は、開口絞りＳＴよりも拡大側において、縮小側から順に、１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとが配置され、少なくとも当該負レンズの１面に非球面形状が施されたものとなっている。なお、レンズＬ９は、ガラス製の球面レンズである。また、レンズＬ８，Ｌ９は、光軸ＯＡについて軸対称な円形状となっている。
【００４３】
レンズ群Ｆ１を構成するレンズＬ１０〜Ｌ１２のうち、レンズＬ１０は、両凸の正レンズである。また、レンズＬ１１とレンズＬ１２とが接合レンズとなっており、この接合レンズは、全体として正レンズとして機能する。すなわち、レンズ群Ｆ１は、２枚の正レンズにより構成されているとみることもできる。なお、レンズＬ１０〜Ｌ１２は、ガラス製の球面レンズであり、光軸ＯＡについて軸対称な円形状となっている。
【００４４】
レンズ群Ｆ２を構成するレンズＬ１３，Ｌ１４のうち、レンズＬ１３は、両凸レンズ（正レンズ）であり、レンズＬ１４は、両凹レンズ（負レンズ）である。さらに、レンズＬ１３とレンズＬ１４とが接合レンズとなっている。なお、レンズＬ１３，Ｌ１４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。
【００４５】
レンズ群のうち最も拡大側に配置されるレンズ群Ｆ３を構成する１枚のレンズＬ１５は、負のパワーを有する両面に非球面が施されたレンズ（非球面レンズ）であり、樹脂で成形されたレンズ（樹脂レンズ）である。なお、レンズＬ１５は、円形状ではなく、光軸ＯＡについて軸対称な円形の状態から上部側（映像光が投射される側）の一部を切り欠いたような形状になっている。
【００４６】
第２光学群４０ｂは、既述のように、１枚の凹面非球面形状を有するミラーＭＲで構成されており、ミラーＭＲは、第１光学群４０ａから射出された映像光を反射することで、スクリーンに向けて投射する。
【００４７】
なお、投射光学系４０において、第１光学群４０ａを構成する全てのレンズＬ１〜Ｌ１５は、光軸ＯＡについて軸対称な円形状、または、その一部を切り欠いた形状となっており、かつ、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、第１光学群４０ａ及び第２光学群４０ｂを構成する要素が、全て回転対称系である。また、図示のように、投射光学系４０において、縮小側は、略テレセントリックである。これにより、例えば上記のように、クロスダイクロイックプリズム１９において各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで変調された光を合成して画像光とする場合において組み立てのバラツキを吸収しやすいものとすることができる。
【００４８】
以上のような近接投射光学系では、スクリーンまでの距離が非常に近い。上記の投射光学系４０では、第１光学群４０ａにおいて、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）のパネル面ＰＩに位置する物体すなわちパネルの像を、一旦、第２光学群４０ｂのミラーの手前で結像させ、第２光学群４０ｂを構成する１枚のミラーＭＲでスクリーンに再結像させることで、近接投射を行っている。つまり、この場合、第１光学群４０ａは、ミラーＭＲの手前で１次像（中間像）を作る役割をする。上記のような投射では、変倍時にフォーカスによる収差変動が一般的な投射の場合より大きく、あまり変倍範囲を大きく取れないことが通常である。従って、第１光学群４０ａにより形成される１次像は、画角が非常に広いことで投射倍率を変化させると収差変動が大きくなりやすい場合にも対応可能なものとなっていることが必要となる。また、近接投射光学系では、像性能に直接影響が大きい像面湾曲、非点収差の変動によるコントラスト低下が大きく出やすく、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。
【００４９】
これに対して、第１光学群４０ａ側に配置される非球面レンズを含むレンズ群と、第２光学群４０ｂ非球面ミラーとの間隔を変化させることで収差変動を小さく抑えるために有効な補正をすることが可能となる。このような補正を可能とするため、本実施形態では、上述のように、第１−２レンズ群４２において、変倍時のフォーカスの際に複数の３つのレンズ群Ｆ１〜Ｆ３に分けて移動させるものとなっている。これにより、第２光学群４０ｂが１枚のミラーＭＲで構成されるような場合であっても、１次像に適度な収差を含ませて第２光学群４０ｂを経て最終的にスクリーン上に投影される画像を収差の少ない良好なものとすることができる。すなわち、近接型のプロジェクターであるプロジェクター２において、広い変倍範囲をカバーし、かつ、高解像度の画像表示素子にも対応できるものとなっている。
【００５０】
ここで、第１光学群４０ａのうち、拡大側に配置されるフォーカス群である第１−２レンズ群４２において構成するレンズについて非球面レンズを１枚とすると、設計によっては、十分な変倍範囲が取れないおそれがある。第１−２レンズ群４２の非球面レンズを２枚とすれば、変倍範囲を広げることは可能になるが、この場合、十分に変倍範囲を広げるために各非球面レンズの形状を球面形状から大きく面形状が離れた強い非球面形状とする傾向が強くなり、面感度や屈折率感度が高くなり、さらに、互いの面の偏芯感度も高くなり、最終的なレンズ性能としてのバラツキが大きくなってしまう可能性が高い。
【００５１】
これに対して、本実施形態では、フォーカス群である第１−２レンズ群４２における非球面レンズを１枚（レンズＬ１５）としたかわりに、第１−１レンズ群４１において、開口絞りＳＴの拡大側にガラス非球面（レンズＬ９）を効果的に配置することで、第１−２レンズ群４２に配置される樹脂非球面レンズを１枚とすることで感度低下を抑制しつつ、広い変倍範囲においても収差変動を少なくすることを可能としている。
【００５２】
また、一方で、第１−２レンズ群４２の非球面レンズ（レンズＬ１５）については、第２光学群４０ｂのミラーで反射された光束との干渉を避けるために、形状を円形の一部を切り欠いたような異型形状にする必要があることに加え、径が比較的大口径となるため、樹脂の成型非球面が用いられるが一般的であり、本実施形態においても、レンズＬ１５は、異型形状の樹脂非球面レンズとしている。しかし、一般に樹脂成型非球面は、ガラス成型非球面と比較すると、精度的にも低く、上述したような面精度や屈折率によるバラツキの影響を受けやすくなるので、設計時に十分に感度を低くしておく必要がある。そこで、本実施形態では、第１−２レンズ群４２の非球面レンズであるレンズＬ１５（Ｆ３レンズ群）の縮小側（光路上流側）に配置されるＦ２レンズ群において、縮小側から両凸レンズ、両凹レンズを配置し、Ｆ２レンズ群の縮小側に凸面、拡大側を凹面とすることで、レンズＬ１５に入射する光線を適切な角度に調整してレンズＬ１５での感度を低く抑えるようにしている。
【００５３】
さらに、第１−１レンズ群４１において、仮に開口絞りＳＴの縮小側の構成を球面レンズだけとしたら、広い変倍範囲に対応するには、Ｆナンバーが１．８程度の明るさにしか対応できなくなると考えられる。これに対して、本実施形態では、開口絞りＳＴの縮小側にガラス非球面（レンズＬ６）を適切に配置することでＦナンバー１．６程度でも、フレアーの少ないコントラストの高い画像を得ることを可能としている。これにより、従来の例と比較して同程度の構成枚数（本実施形態では１５枚）であっても、物体側の開口数を０．３以上、すなわちＦナンバーが１．６程度の明るさを有しながら、１．５倍以上（さらには１．６倍以上）の高い変倍範囲を確保し、高解像度の画像表示素子にも十分対応可能な性能を有するものとなっている。
【００５４】
〔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。
0005930085.tif 000002
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
【００５５】
（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。なお、ＯＢＪは、パネル面ＰＩを意味し、ＳＴＯは開口絞りＳＴ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。
【００５６】
〔表１〕
f    3.753                         
ω  72.7                         
NA   0.313                         
R         D        Nd         Vd            
OBJ    Infinity   9.500                    
1    Infinity  25.970    1.51633    64.14            
2    Infinity   0.000                    
3     29.749    9.200    1.61800    63.33            
4    -90.854    0.200                    
5     31.147    8.000    1.49700    81.54            
6    -46.319    1.200    1.80518    25.42            
7    115.301    0.200                    
8     21.01    10.500    1.48749    70.24            
9    -18.367    1.200    1.90366    31.31            
10     40.142    0.400                    
*11     22.722    1.400    1.58913    61.15            
*12     14.117    0.300                    
13     19.166    4.000    1.48749    70.24            
14    223.258    0.671                    
STO    Infinity   3.142                    
16     26.258    4.600    1.84666    23.78            
17    -52.237    2.067                    
*18   -101.023    1.800    1.74320    49.29            
*19     20.505    可変間隔                    
20    198.906    4.200    1.64769    33.79            
21   -105.554    0.200                    
22     82.236   10.800    1.62004    36.26            
23    -32.21     2.000    1.80518    25.42            
24   -127.875    可変間隔                    
25     47.079    11.500   1.58144    40.75            
26    -83.369     2.000   1.80518    25.42            
27     83.369    可変間隔                    
*28   -146.264     2.800   1.53116    56.04            
*29     35.005    可変間隔                    
*30    -54.303    可変間隔    反射面                
31    Infinity                        
以上の表１及び以下の表において、１０のべき乗数（例えば１．００×１０＋１８）をＥ（例えば１．００Ｅ＋１８）を用いて表すものとする。
【００５７】
以下の表２は、実施例１のレンズ面の非球面係数である。
〔表２〕
非球面係数                            
K           A04           A06            A08           A10   
A12           A14
11    -1.4162       -3.1275E-04    2.1480E-06    -4.7918E-09    0.0000E+00    
0.0000E+00    0.0000E+00
12    -1.9911       -2.5613E-04    2.3305E-06    -9.6210E-09    1.5979E-11   
0.0000E+00    0.0000E+00
18    -1.0000       -8.9299E-05    0.0000E+00     0.0000E+00    0.0000E+00  
0.0000E+00    0.0000E+00
19     0.6743       -7.5262E-05    1.0469E-07    -5.4544E-10    0.0000E+00   
0.0000E+00    0.0000E+00
28  -104.8836       -1.3716E-05    2.6918E-08    -3.8636E-11    2.1555E-14   
-6.2068E-18    0.0000E+00
29     0.0000       -3.3687E-05    4.9222E-08    -7.9903E-11    7.8149E-14   
-4.7186E-17    1.2130E-20
30    -0.9865        5.6413E-08    3.8062E-11    -5.3064E-14    1.7923E-17   
-3.1309E-21    2.1598E-25
【００５８】
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２中の可変間隔１９，２４，２７，２９，３０の値を示している。
〔表３〕
可変間隔                            
125x      100x      169x                
19    13.506    13.945    13.203                
24     6.445     4.000     8.916                
27    16.200    17.836    14.500                
29   110.000   110.369   109.532                
30  -501.000  -409.990  -666.138                
【００５９】
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。なお、図３等では、円形状から一部切り欠いた形状となるレンズＬ１５やミラーＭＲについて、図４では切り欠かずにそのまま描いている。図４において、投射光学系は、パネル面ＰＩ上の像をスクリーンまでの距離に応じた倍率で拡大投射するものである。すなわち、縮小側から順に、第１−１レンズ群４１のレンズ群Ｅ１を構成するレンズＬ１〜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〜Ｌ１２と、レンズ群Ｆ２を構成するレンズＬ１３，Ｌ１４と、レンズ群Ｆ３を構成するレンズＬ１５との１５枚のレンズＬ１〜Ｌ１５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）ことにより変倍することになり、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、第１−２レンズ群４２を構成するレンズ群Ｆ１〜Ｆ３がそれぞれ移動する。
【００６０】
なお、各レンズＬ１〜Ｌ１５について詳しく説明すると、第１−１レンズ群４１のうち、第１レンズであるレンズＬ１は、正レンズであり、第２レンズであるレンズＬ２は、正レンズであり、第３レンズであるレンズＬ３は、負レンズであり、レンズＬ２とレンズＬ３は接合レンズであり、第４レンズであるレンズＬ４は、正レンズであり、第５レンズであるレンズＬ５は、負レンズであり、レンズＬ４とレンズＬ５は接合レンズであり、第６レンズであるレンズＬ６は、両面に非球面を施された負のメニスカスレンズであり、第７レンズであるレンズＬ７は、縮小側に凸面を向けた正レンズであり、第９レンズであるレンズＬ９は、両面に非球面を施された両凹面のレンズである。また、第１−２レンズ群４２のうち、第１０レンズであるレンズＬ１０は、正レンズであり、第１１レンズであるレンズＬ１１は、正レンズであり、第１２レンズであるレンズＬ１２は、負レンズであり、レンズＬ１１とレンズＬ１２は接合レンズであり、第１３レンズであるレンズＬ１３は、正レンズであり、第１４レンズであるレンズＬ１４は、負レンズであり、レンズＬ１３とレンズＬ１４は接合レンズであり、第１５レンズであるレンズＬ１５は、両面が非球面の負レンズである。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。
【００６１】
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（１７０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。このうち、図６（Ａ）は、最大画角の場合での横収差図であり、図６（Ａ）〜６（Ｅ）までの５段階の画角で横収差を示している。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。
【００６２】
（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。なお、ＯＢＪは、パネル面ＰＩを意味し、ＳＴＯは開口絞りＳＴ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。
【００６３】
〔表４〕
f    3.757                         
ω  72.7                         
NA   0.313                         
R         D        Nd         Vd            
OBJ    Infinity   9.500                    
1    Infinity  25.970    1.51633    64.14            
2    Infinity   0.000                    
3    34.367     9.200    1.61800    63.33            
4   -71.540     0.200                    
5    29.406     8.000    1.48749    70.24            
6   -66.556     1.200    1.80518    25.42            
7    79.741     0.200                    
8    20.625    10.500    1.48749    70.24            
9   -19.048     1.200    1.90366    31.31            
10    36.555     0.400                    
*11    20.515     1.400    1.58913    61.15            
*12    13.882     0.300                    
13    19.471     4.000    1.48749    70.24            
14  -800.000     0.451                    
STO    Infinity   2.385                    
16    26.460     4.600    1.84666    23.78            
17   -56.596     2.599                    
*18   -75.346     1.800    1.74320    49.29            
*19    21.259    可変間隔                    
20   267.720     2.000    1.80518    25.42            
21    39.846    10.800    1.62004    36.26            
22   -69.505     0.200                    
23    82.085     5.800    1.64769    33.79            
24  -242.910    可変間隔                    
25    56.357    10.500    1.58144    40.75            
26   -93.383     2.000    1.80518    25.42            
27    93.383    可変間隔                    
*28  -311.142     2.800    1.53116    56.04            
*29    33.733    可変間隔                    
*30   -53.857    可変間隔    反射面                
31    Infinity                        
【００６４】
以下の表５は、実施例２のレンズ面の非球面係数である。
〔表５〕
非球面係数                            
K           A04           A06            A08           A10   
A12           A14
11   -0.2240        -2.7796E-04    1.8104E-06    -3.7963E-09    0.0000E+00  
0.0000E+00    0.0000E+00
12   -2.5184        -1.8785E-04    1.7541E-06    -6.7530E-09    1.1439E-11 
0.0000E+00    0.0000E+00
18   -1.0000        -9.0000E-05    0.0000E+00     0.0000E+00    0.0000E+00  
0.0000E+00    0.0000E+00
19    0.2425        -6.1991E-05    1.2108E-07    -3.1167E-10    0.0000E+00  
0.0000E+00    0.0000E+00
28  -90.0000         1.7601E-06   -7.2288E-10     6.5613E-12   -1.2369E-14   
6.6559E-18    0.0000E+00
29    0.0000        -2.1539E-05    2.1299E-08    -2.5888E-11    1.8274E-14   
-9.2287E-18    1.4615E-21
30   -1.0313         4.2586E-08    5.7313E-11    -6.5033E-14    2.1447E-17  
-3.6118E-21    2.4248E-25
【００６５】
以下の表６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５中の可変間隔１９，２４，２７，２９，３０の値を示している。
〔表６〕
可変間隔                            
125x      100x      169x                
19    11.780    12.132    11.420                
24     8.016     4.000    12.553                
27    18.200    21.454    14.500                
29   113.000   113.410   112.523                
30  -501.000  -408.855  -665.888                
【００６６】
図９は、実施例２の投射光学系の断面図である。なお、実際の光学系では、円形状から一部切り欠いた形状となるレンズＬ１５やミラーＭＲについて、図９では切り欠かずにそのまま描いている。図９において、投射光学系は、パネル面ＰＩ上の像をスクリーンまでの距離に応じた倍率で拡大投射するものである。すなわち、縮小側から順に、第１−１レンズ群４１のレンズ群Ｅ１を構成するレンズＬ１〜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〜Ｌ１２と、レンズ群Ｆ２を構成するレンズＬ１３，Ｌ１４と、レンズ群Ｆ３を構成するレンズＬ１５との１５枚のレンズＬ１〜Ｌ１５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）ことにより変倍することになり、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、第１−２レンズ群４２を構成するレンズ群Ｆ１〜Ｆ３がそれぞれ移動する。
【００６７】
以上のように、実施例２では、第１光学群４０ａは、縮小側から数えてレンズＬ１（第１レンズ）からレンズＬ１５（第１５レンズ）までの１５枚のレンズで構成され、第１光学群４０ａは、変倍時のフォーカスの際に固定の第１−１レンズ群４１と、変倍時のフォーカスの際に移動する第１−２レンズ群４２に分けることができる。
【００６８】
より具体的には、第１−１レンズ群４１は、縮小側から順に、正レンズからなるレンズＬ１と、正のレンズＬ２及び負のレンズＬ３の接合レンズと、正のレンズＬ４及び負のレンズＬ５の接合レンズと、両面に非球面を施され縮小側に凸面を向けた負のレンズＬ６（負のメニスカスレンズ）と、縮小側に凸面を向けた正のレンズＬ７とからなるレンズ群Ｅ１、開口絞りＳＴ、両凸の正レンズからなるレンズＬ８と、両面に非球面を施された両凹面のレンズＬ９とからなるレンズ群Ｅ２で構成される。すなわち、レンズ群Ｅ１，Ｅ２で総計９枚のレンズが順次配置される。
【００６９】
第１−２レンズ群４２は、縮小側から、負のレンズＬ１０及び正のレンズＬ１１の接合レンズと、正のレンズＬ１２とからなるレンズ群Ｆ１（Ｆ１レンズ群）、正のレンズＬ１３及び負のレンズＬ１４の接合レンズからなるレンズ群Ｆ２（Ｆ２レンズ群）、両面が非球面の負のレンズＬ１５からなるレンズ群Ｆ３（Ｆ３レンズ群）からなり、レンズ群Ｆ１〜Ｆ３で総計６枚のレンズが順次配置される。第１−２レンズ群４２は、投射距離を変化させて変倍した時のフォーカスには、３つのレンズ群を独立に移動させることで合焦を行う。
【００７０】
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。
【００７１】
図１０（Ａ）は、投射倍率１２５倍の時の投射光学系の縮小側収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）であり、図１０（Ｂ）は、投射倍率１００倍の時の投射光学系の縮小側収差図であり、図１０（Ｃ）は、投射倍率１６９倍（１７０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。このうち、図１１（Ａ）は、最大画角の場合での横収差図であり、図１１（Ａ）〜１１（Ｅ）までの５段階の画角で横収差を示している。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。
【００７２】
（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。なお、ＯＢＪは、パネル面ＰＩを意味し、ＳＴＯは開口絞りＳＴ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。
【００７３】
〔表７〕
f    3.753                         
ω  72.6                         
NA   0.313                         
R         D        Nd         Vd            
OBJ    Infinity   9.500                    
1    Infinity  25.970    1.51633    64.14            
2    Infinity   0.000                    
3    30.324     9.200    1.49700    81.54            
4   -71.284     0.200                    
5    26.206     8.000    1.48749    70.24            
6  -334.183     1.200    1.80518    25.42            
7    41.952     0.200                    
8    21.564    10.500    1.51633    64.14            
9   -20.465     1.200    1.90366    31.31            
10   107.431     0.400                    
*11    28.721     1.400    1.58913    61.15            
*12    17.727     0.300                    
13    16.458     4.000    1.48749    70.24            
14    62.093     3.825                    
STO    Infinity   0.100                    
16    24.772     4.600    1.80518    25.42            
17   -38.760     1.800    1.72000    50.23            
18    31.098     3.085                    
*19   -34.966     1.000    1.80610    40.88            
*20   -79.856    可変間隔                    
21   415.184     4.200    1.62004    36.26            
22   -91.821     0.200                    
23   115.177     5.145    1.49700    81.54            
24  -142.461    可変間隔                    
25    46.248    11.500    1.58144    40.75            
26   -81.203     2.000    1.80518    25.42            
27    81.203    可変間隔                    
*28   -48.237     2.800    1.53116    56.04            
*29    56.594    可変間隔                    
*30   -54.610    可変間隔    反射面                
31    Infinity                        
【００７４】
以下の表８は、実施例３のレンズ面の非球面係数である。
〔表８〕
非球面係数                            
K           A04           A06            A08           A10   
A12           A14
11     3.8417       -2.9555E-04    1.7720E-06    -5.4969E-09    0.0000E+00  
0.0000E+00    0.0000E+00
12    -1.2392       -2.4315E-04    2.0834E-06    -8.7043E-09    1.2324E-11  
0.0000E+00    0.0000E+00
19     1.0000       -6.3421E-05   -2.8492E-07     2.2387E-10    0.0000E+00  
0.0000E+00    0.0000E+00
20     0.0000       -1.4309E-05   -5.9025E-08     1.7127E-09    0.0000E+00  
0.0000E+00    0.0000E+00
28   -12.8176       -1.7791E-05    3.5018E-08    -5.8774E-11    4.5182E-14  
-1.6494E-17    0.0000E+00
29     0.0000       -2.6459E-05    3.8735E-08    -6.4740E-11    6.8251E-14  
-4.3252E-17    1.2169E-20
30    -0.9784        5.6039E-08    4.6814E-11    -5.9371E-14    2.0499E-17  
-3.6330E-21    2.5799E-25
【００７５】
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８中の可変間隔２０，２４，２７，２９，３０の値を示している。
〔表９〕
可変間隔                            
125x      100x      169x                
20    19.369    19.836    19.135                
24     6.220     4.000     8.423                
27    16.086    17.633    14.500                
29   114.000   114.205   113.617                
30  -501.000  -410.608  -666.363                
【００７６】
図１４は、実施例３の投射光学系の断面図である。なお、実際の光学系では、円形状から一部切り欠いた形状となるレンズＬ１５やミラーＭＲについて、図１４では切り欠かずにそのまま描いている。図１４において、投射光学系は、パネル面ＰＩ上の像をスクリーンまでの距離に応じた倍率で拡大投射するものである。すなわち、縮小側から順に、第１−１レンズ群４１のレンズ群Ｅ１を構成するレンズＬ１〜Ｌ７と、レンズ群Ｅ２を構成するレンズＬ８〜Ｌ１０と、第１−２レンズ群４２のレンズ群Ｆ１を構成するレンズＬ１１，Ｌ１２と、レンズ群Ｆ２を構成するレンズＬ１３，Ｌ１４と、レンズ群Ｆ３を構成するレンズＬ１５との１５枚のレンズＬ１〜Ｌ１５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）ことにより変倍することになり、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、第１−２レンズ群４２を構成するレンズ群Ｆ１〜Ｆ３がそれぞれ移動する。
【００７７】
以上のように、実施例３では、第１光学群４０ａは、縮小側から数えてレンズＬ１（第１レンズ）からレンズＬ１５（第１５レンズ）までの１５枚のレンズで構成され、第１光学群４０ａは、変倍時のフォーカスの際に固定の第１−１レンズ群４１と、変倍時のフォーカスの際に移動する第１−２レンズ群４２に分けることができる。
【００７８】
より具体的には、第１−１レンズ群４１は、縮小側から順に、正レンズからなるレンズＬ１と、正のレンズＬ２及び負のレンズＬ３の接合レンズと、正のレンズＬ４及び負のレンズＬ５の接合レンズと、両面に非球面を施され縮小側に凸面を向けた負のレンズＬ６（負のメニスカスレンズ）と、縮小側に凸面を向けた正のレンズＬ７とからなるレンズ群Ｅ１、開口絞りＳＴ、正のレンズＬ８及び負のレンズＬ９からなる接合レンズと、両面に非球面を施され拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズであるレンズＬ１０とからなるレンズ群Ｅ２で構成される。すなわち、レンズ群Ｅ１，Ｅ２で総計１０枚のレンズが順次配置される。
【００７９】
第１−２レンズ群４２は、縮小側から、正のレンズＬ１１と、正のレンズＬ１２とからなるレンズ群Ｆ１（Ｆ１レンズ群）、正のレンズＬ１３及び負のレンズＬ１４の接合レンズからなるレンズ群Ｆ２（Ｆ２レンズ群）、両面が非球面の負のレンズＬ１５からなるレンズ群Ｆ３（Ｆ３レンズ群）からなり、レンズ群Ｆ１〜Ｆ３で総計５枚のレンズが順次配置される。第１−２レンズ群４２は、投射距離を変化させて変倍した時のフォーカスには、３つのレンズ群を独立に移動させることで合焦を行う。
【００８０】
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。
【００８１】
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（１７０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。このうち、図１６（Ａ）は、最大画角の場合での横収差図であり、図１６（Ａ）〜１６（Ｅ）までの５段階の画角で横収差を示している。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。
【００８２】
（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。なお、ＯＢＪは、パネル面ＰＩを意味し、ＳＴＯは開口絞りＳＴ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。
【００８３】
〔表１０〕
f    3.757                         
ω  72.7                         
NA   0.313                         
R         D        Nd         Vd            
OBJ    Infinity   9.500                    
1    Infinity  25.910    1.51633    64.14            
2    Infinity   0.000                    
3    28.940     9.600    1.49700    81.54            
4   -72.351     0.200                    
5    28.008     7.600    1.49700    81.54            
6   -80.728     1.200    1.80518    25.42            
7    84.182     0.200                    
8    23.162    10.500    1.51633    64.14            
9   -18.390     1.200    1.90366    31.31            
10    49.861     0.200                    
*11    22.232     1.400    1.58913    61.15            
*12    14.512     0.500                    
13    18.701     4.000    1.48749    70.24            
14    85.780     2.500                    
STO    Infinity   2.657                    
16    26.255     4.200    1.84666    23.78            
17   -72.326     2.805                    
*18  -285.961     1.800    1.74320    49.29            
*19    20.094    可変間隔                    
20   294.948     3.800    1.76182    26.52            
21  -185.552     0.200                    
22    88.771    11.700    1.65412    39.68            
23   -32.587     2.000    1.80518    25.42            
24  -207.713    可変間隔                    
25    47.462    11.000    1.58144    40.75            
26  -286.510     1.907                    
27  -162.790     2.000    1.80518    25.42            
28    86.542    可変間隔                    
*29   278.000     2.800    1.53116    56.04            
*30    32.790    可変間隔                    
*31   -53.401    可変間隔    反射面                
32    Infinity                        
【００８４】
以下の表１１は、実施例４のレンズ面の非球面係数である。
〔表１１〕
非球面係数                            
K           A04           A06            A08           A10   
A12           A14
11     1.8918       -3.2189E-04    1.7484E-06    -4.3348E-09    0.0000E+00  
0.0000E+00    0.0000E+00
12    -1.7155       -2.4569E-04    2.0775E-06    -8.0954E-09    1.6529E-11  
0.0000E+00    0.0000E+00
18    -1.0000       -9.0000E-05    0.0000E+00     0.0000E+00    0.0000E+00  
0.0000E+00    0.0000E+00
19    -0.5794       -5.2934E-05    1.0377E-07    -1.8067E-10    0.0000E+00  
0.0000E+00    0.0000E+00
29    90.0000       -6.9308E-06    2.1311E-08    -4.1442E-11    3.8427E-14  
-1.6720E-17    0.0000E+00
30     0.0000       -2.8334E-05    3.9541E-08    -6.2687E-11    5.5340E-14  
-2.6577E-17    2.7658E-21
31    -0.9858        1.1080E-07    3.6232E-11    -6.1654E-14    2.2886E-17  
-4.2330E-21    3.0644E-25
【００８５】
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１１中の可変間隔１９，２４，２７，２８，３０，３１の値を示している。
〔表１２〕
可変間隔                            
125x      100x      169x                
19    14.163    15.223    13.108                
24     7.258     4.000    11.119                
28    13.838    15.762    11.500                
30   112.362   112.637   111.895                
31  -501.000  -412.661  -661.960                
【００８６】
図１９は、実施例４の投射光学系の断面図である。なお、実際の光学系では、円形状から一部切り欠いた形状となるレンズＬ１５やミラーＭＲについて、図１９では切り欠かずにそのまま描いている。図１９において、投射光学系は、パネル面ＰＩ上の像をスクリーンまでの距離に応じた倍率で拡大投射するものである。すなわち、縮小側から順に、第１−１レンズ群４１のレンズ群Ｅ１を構成するレンズＬ１〜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〜Ｌ１２と、レンズ群Ｆ２を構成するレンズＬ１３，Ｌ１４と、レンズ群Ｆ３を構成するレンズＬ１５との１５枚のレンズＬ１〜Ｌ１５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）ことにより変倍することになり、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、第１−２レンズ群４２を構成するレンズ群Ｆ１〜Ｆ３がそれぞれ移動する。
【００８７】
以上のように、実施例４では、第１光学群４０ａは、縮小側から数えてレンズＬ１（第１レンズ）からレンズＬ１５（第１５レンズ）までの１５枚のレンズで構成され、第１光学群４０ａは、変倍時のフォーカスの際に固定の第１−１レンズ群４１と、変倍時のフォーカスの際に移動する第１−２レンズ群４２に分けることができる。
【００８８】
より具体的には、第１−１レンズ群４１は、縮小側から順に、正レンズからなるレンズＬ１と、正のレンズＬ２及び負のレンズＬ３の接合レンズと、正のレンズＬ４及び負のレンズＬ５の接合レンズと、両面に非球面を施され縮小側に凸面を向けた負のレンズＬ６（負のメニスカスレンズ）と、縮小側に凸面を向けた正のレンズＬ７とからなるレンズ群Ｅ１、開口絞りＳＴ、正のレンズＬ８と、負のレンズＬ９とからなるレンズ群Ｅ２で構成される。すなわち、レンズ群Ｅ１，Ｅ２で総計９枚のレンズが順次配置される。
【００８９】
第１−２レンズ群４２は、縮小側から、正のレンズＬ１０と、負のレンズＬ１１及び正のレンズＬ１２の接合レンズとからなるレンズ群Ｆ１（Ｆ１レンズ群）、正のレンズＬ１３と、負のレンズＬ１４とからなるレンズ群Ｆ２（Ｆ２レンズ群）、両面が非球面の負のレンズＬ１５からなるレンズ群Ｆ３（Ｆ３レンズ群）からなり、レンズ群Ｆ１〜Ｆ３で総計６枚のレンズが順次配置される。第１−２レンズ群４２は、投射距離を変化させて変倍した時のフォーカスには、３つのレンズ群を独立に移動させることで合焦を行う。
【００９０】
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。
【００９１】
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（１７０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。このうち、図２１（Ａ）は、最大画角の場合での横収差図であり、図２１（Ａ）〜２１（Ｅ）までの５段階で横収差を示している。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。
【００９２】
〔実施例のまとめ〕
【００９３】
いずれの実施例においても、広角端での半画角７０゜以上の広い画角を有しながらも、レンズ群Ｆ３（Ｆ３レンズ群）が１枚の樹脂製非球面レンズによる簡易な構成となっている。
【００９４】
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。
【００９５】
例えば、投影する画面の高さをより低くするために、非球面レンズであるレンズＬ１５（Ｆ３レンズ群）に加え、接合レンズで構成されるＦ２レンズ群も非円形形状としてもよい。
また、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。
【００９６】
また、投射光学系４０による拡大投射の対象は、液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ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・デバイス等の各種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。
【符号の説明】
【００９７】
２…プロジェクター、  １０…光源、  １１…インテグレーターレンズ、  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、  ８０…回路装置、  ８１…画像処理部、  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、  Ｅ１，Ｅ２…レンズ群、  Ｆ１-Ｆ３…レンズ群、  Ｌ１-Ｌ１５…レンズ、  ＭＲ…ミラー、  ＯＡ…光軸、  ＰＩ…パネル面、  ＰＲ…プリズム
【要約】
【課題】近接型のプロジェクターへの適用において、広い変倍範囲をカバーし、かつ、高解像度の画像表示素子にも対応できる投射光学系を提供すること。
【解決手段】第１−２レンズ群４２において、変倍時のフォーカスの際に複数の３つのレンズ群Ｆ１〜Ｆ３に分けて移動させるものとなっている。これにより、第２光学群４０ｂが１枚のミラーＭＲで構成されるような場合であっても、１次像に適度な収差を含ませて第２光学群４０ｂを経て最終的にスクリーン上に投影される画像を収差の少ない良好なものとすることができる。
【選択図】図３【図１】
0005930085.tif 000003
【図２】
0005930085.tif 000004
【図３】
0005930085.tif 000005
【図４】
0005930085.tif 000006
【図５】
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【図６】
0005930085.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005930085.tif 000012
【図１１】
0005930085.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0005930085.tif 000019
【図１８】
0005930085.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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