(57)【要約】    【課題】  物体側のテレセントリック性、焦点距離の変動に対する共役点および瞳の位置の不変性に優れ、さらにバックフォーカスも十分に確保できるズーム光学系を提供する。    【解決手段】  ズーム光学系は、縮小側から拡大側に順に、変倍に際してそれぞれ一体で移動する、正の光学的パワーを有する第１レンズユニットＧ１、正の光学的パワーを有する第２レンズユニットＧ２、正の光学的パワーを有する第３レンズユニットＧ３および負の光学的パワーを有する第４レンズユニットＧ４を含む複数の変倍レンズユニットを有する。変倍に際して、該第１から第４レンズユニット間の各間隔が変化し、かつ変倍全域において拡大側および縮小側の共役点とこれら共役点の間の瞳の位置がそれぞれ実質的に不動である。    【選択図】  図２Ａ
2006078705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小側から拡大側に順に、変倍に際してそれぞれ一体で移動する、正の光学的パワーを有する第１レンズユニット、正の光学的パワーを有する第２レンズユニット、正の光学的パワーを有する第３レンズユニットおよび負の光学的パワーを有する第４レンズユニットを含む複数の変倍レンズユニットを有し、
変倍に際して前記第１、第２、第３および第４レンズユニット間の各間隔が変化し、かつ変倍全域において拡大側および縮小側の共役点とこれら共役点の間の瞳の位置がそれぞれ実質的に不動であることを特徴とするズーム光学系。
【請求項２】
縮小側から拡大側に順に、変倍に際してそれぞれ一体で移動する、正の光学的パワーを有する第１レンズユニット、正の光学的パワーを有する第２レンズユニットおよび正の光学的パワーを有する第３レンズユニットを含む複数の変倍レンズユニットを有し、
変倍に際して前記第１、第２および第３レンズユニット間の各間隔が変化し、かつ変倍全域において拡大側および縮小側の共役点とこれら共役点の間の瞳の位置がそれぞれ実質的に不動であることを特徴とするズーム光学系。
【請求項３】
前記瞳が該ズーム光学系の外側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のズーム光学系。
【請求項４】
ワイド端からテレ端への変倍に際して、前記第１レンズユニットと前記変倍レンズユニットのうち最も拡大側のレンズユニットとの間隔が増加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項５】
ワイド端からテレ端への変倍に際して、前記変倍レンズユニットのうち最も拡大側のレンズユニットが拡大側の瞳に近づくことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の変倍光学系。
【請求項６】
テレ端における前記第１レンズユニットの位置が、ワイド端における前記第１レンズユニットの位置よりも縮小側の共役点に近いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項７】
テレ端における前記変倍レンズユニットのうち最も拡大側のレンズユニットの位置が、ワイド端における該最も拡大側のレンズユニットの位置よりも拡大側の共役点に近いことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項８】
テレ端における前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間隔がワイド端よりも狭く、かつテレ端における前記第３レンズユニットと前記第４レンズユニットとの間隔がワイド端よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載のズーム光学系。
【請求項９】
テレ端における前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間隔がワイド端よりも広く、かつテレ端における前記第２レンズユニットと前記第３レンズユニットとの間隔がワイド端よりも広いことを特徴とする請求項２に記載のズーム光学系。
【請求項１０】
前記変倍全域において、前記変倍に際して移動するレンズユニットのうち互いに隣り合う２つのレンズユニットからなる全てのレンズユニットの組における合成光学的パワーが正であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項１１】
物体からの光束を曲面上に結像させることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項１２】
物体側が実質的にテレセントリックであり、
前記変倍全域において、像側主点から前記瞳までの距離が該ズーム光学系の焦点距離に実質的に等しいことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項１３】
前記変倍全域において、物体側主点から像側主点までの距離が、
Ｅ−ｆｚ−ｆｚ（ｘ’＋ｆｚ）／ｘ’
と実質的に等しいことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載のズーム光学系。
ここで、Ｅは物体面から像面までの距離、ｆｚは該ズーム光学系の焦点距離、ｘ’は前記瞳から前記像面までの距離である。
【請求項１４】
前記変倍全域において、物体面から前記第１レンズユニットまでの距離が、最大物高の３倍以上であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項１５】
前記変倍全域において、前記変倍レンズユニットのうち最も拡大側のレンズユニットから前記瞳までの距離が、該瞳の最小径の１／２よりも広いことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１つに記載のズーム光学系を有し、物体面上の原画からの光束を投射することを特徴とする投射光学系。
【請求項１７】
請求項１から１５のいずれか１つに記載のズーム光学系と、
実質的に前記瞳の位置に配置され、該ズーム光学系からの光を反射する反射部材と、
前記反射部材からの光を順次反射する複数の反射面を含む反射光学系とを有し、
物体面上の原画から前記ズーム光学系に入射した光束を前記反射光学系により投射し、かつ前記反射部材が回動することにより投射像が移動することを特徴とする投射光学系。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の投射光学系と、
前記原画を形成する画像形成素子とを有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の画像投射装置と、
前記原画を形成するための画像情報を前記画像投射装置に供給する画像情報供給装置とを有することを特徴とする画像投射システム。
【請求項２０】
請求項１から１５のいずれか１つに記載のズーム光学系を有することを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投射装置、露光装置等の光学装置に用いられるズーム光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような光学装置には、物体側のテレセントリック性に優れ、焦点距離の変動に対して物体面、像面および射出瞳の位置の不変性に優れたズーム光学系が必要なものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１では、投影露光装置に搭載される照明光学系に好適なズーム光学系として、焦点距離が短くなるに従って、負の屈折力を有するレンズユニット或いは強い負の屈折力を有するレンズエレメントを含むレンズユニットを物体側に移動させることで、物体面、像面、入射瞳および射出瞳の位置を焦点距離の変動に対して不動にしたものが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、投影露光装置に搭載される照明光学系中の伝達光学系に好適なズーム光学系が開示されている。このズーム光学系では、少なくとも４つのレンズユニットを有し、少なくとも３つのレンズユニットが移動することで、ワイド端からテレ端への変倍に際して、物体側から順に負正正又は正正負の屈折力配置から、物体側から順に正負正に近づくことで、物体面、像面、入射瞳および射出瞳の位置を焦点距離の変動に対して不動にしている。
【０００５】
ところで、特許文献１，２にて開示されたズーム光学系を、液晶パネルに形成された原画の像を拡大投射する画像投射装置の投射光学系又はその一部に用いることも考えられる。
【特許文献１】特開２００２−２０７１６７号公報（段落００１９〜００３５、図１等）
【特許文献２】特開２００２−５５２７９号公報（段落００２０〜００３７、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のズーム光学系の縮小側焦点面に液晶パネルを配置すると、バックフォーカスが十分にとれず、縮小側に前記の色合成部材を配置する空間がとれない。いわゆる３板式の画像投射装置では、赤、緑および青の３つの色光を合成する色合成部材をズーム光学系の縮小側に配置するが、上記のようにバックフォーカスが十分にとれないと、該色合成部材を配置する空間を確保することができなくなる。
【０００７】
また、特許文献１にて開示されたズーム光学系では、最も縮小側のレンズユニットが負の屈折力を持っており、焦点距離が短くなるに従って、該負のレンズユニットよりも拡大側に配置された正の屈折力を持つレンズユニットが拡大側に移動し、両レンズユニットの間隔が増大する。このため、該正のレンズユニットの有効径が大きくなってしまう。さらに、最も縮小側のレンズユニットが負の屈折力を持っているために、縮小側の開口数（ＮＡ）が小さくなってしまう。
【０００８】
なお、特許文献１には、最も縮小側のレンズユニットに正の屈折力を持たせた場合も開示されているが、このレンズユニットが、焦点距離が短くなるに従って大きく拡大側に移動するため、縮小側のＮＡを大きくすると、該レンズユニットの有効径が大きくなってしまう。
【０００９】
すなわち、このズーム光学系では、最小焦点距離（ワイド）の状態で複数のレンズユニットが開口絞り側に寄り、焦点距離が長くなるに従って縮小側焦点面の側に移動するため、レンズユニットの有効径が大きくなり易く、コンパクト化には不向きである。さらに、最も拡大側のレンズユニットが正の屈折力を持っているため、十分なバックフォーカスを確保することに対しても不向きである。しかも、該ズーム光学系は、単波長の光源を想定したものであり、カラー画像の投射表示には適さない。
【００１０】
また、特許文献２にて開示されたズーム光学系では、隣接するレンズユニットの合成屈折力が負になる場合があり、屈折力が小さい。従って、焦点距離も最小でも１９０ｍｍと大きなものになっている。これは、該ズーム光学系が露光装置に適した光学系であるためであり、小型化および広角化が望まれるプロジェクタ等の光学系には不向きである。また、このズーム光学系も、特許文献１にて開示されたズーム光学系と同様に、単波長の光源を想定しているため、カラー画像の投射表示には適さない。
本発明は、物体側のテレセントリック性に優れ、かつ焦点距離の変動に対して物体面、像面および射出瞳の位置の不変性に優れているだけでなく、コンパクトで明るく、バックフォーカスも十分に確保できるズーム光学系を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１つの観点としての本発明のズーム光学系は、縮小側から拡大側に順に、変倍に際してそれぞれ一体で移動する、正の光学的パワーを有する第１レンズユニット、正の光学的パワーを有する第２レンズユニット、正の光学的パワーを有する第３レンズユニットおよび負の光学的パワーを有する第４レンズユニットを含む複数の変倍レンズユニットを有する。そして、変倍に際して第１、第２、第３および第４レンズユニット間の各間隔が変化し、かつ変倍全域において拡大側および縮小側の共役点とこれら共役点の間の瞳の位置がそれぞれ実質的に不動である。
【００１２】
また、他の観点としての本発明は、縮小側から拡大側に順に、変倍に際してそれぞれ一体で移動する、正の光学的パワーを有する第１レンズユニット、正の光学的パワーを有する第２レンズユニットおよび正の光学的パワーを有する第３レンズユニットを含む複数の変倍レンズユニットを有する。そして、変倍に際して前記第１、第２および第３レンズユニット間の各間隔が変化し、かつ変倍全域において拡大側および縮小側の共役点とこれら共役点の間の瞳の位置がそれぞれ実質的に不動である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、十分なバックフォーカスを確保し、かつ開口数の大きな明るい光学系であって、さらに物体側のテレセントリック性に優れ、かつ焦点距離の変動に対して物体面、像面および射出瞳の位置の不変性に優れ、しかもコンパクトなズーム光学系を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ここではまず、本発明の実施例のズーム光学系の特徴について説明する。
【００１５】
本実施例のズーム光学系の１つは、縮小側から拡大側に順に、変倍に際してそれぞれ一体で移動する、正の光学的パワーを有する第１レンズユニット、正の光学的パワーを有する第２レンズユニット、正の光学的パワーを有する第３レンズユニットおよび負の光学的パワーを有する第４レンズユニットを含む複数の変倍レンズユニットを有する。また、本実施例の他のズーム光学系は、縮小側から拡大側に順に、変倍に際してそれぞれ一体で移動する、正の光学的パワーを有する第１レンズユニット、正の光学的パワーを有する第２レンズユニットおよび正の光学的パワーを有する第３レンズユニットを含む複数の変倍レンズユニットを有する。
【００１６】
そして、これらズーム光学系では、変倍に際して各レンズユニット間の間隔が変化し、かつ変倍全域において拡大側および縮小側の共役点とこれら共役点の間の瞳の位置がそれぞれ実質的に不動となるように各レンズユニットを移動させる。
【００１７】
なお、本実施例では、上記瞳は、ズーム光学系の外側に位置する。図１には、ズーム光学系と該ズーム光学系の入射瞳および射出瞳との位置の関係を示している。両瞳は、ズーム光学系の第１面から最終面までの間（内側）には存在せず、外側に位置している。
【００１８】
第１の特徴は、ズーム光学系全体をコンパクトに保ちつつ、十分なバックフォーカスを確保し、かつ明るい光学系とするために、最も縮小側の第１レンズユニットに正の屈折力（光学的パワー、すなわち焦点距離の逆数）を持たせている点である。これにより、第１レンズユニットよりも拡大側に配置されたレンズユニットの有効径を抑えながら物体側のＮＡ（開口数）を大きくすることが可能である。
【００１９】
第１レンズユニットの屈折力が負の場合、第２レンズユニット以降のレンズユニットの有効径が大きくなり易い。第２レンズユニットに正の屈折力を持たせたとしても、焦点距離の変動に際して、第１レンズユニットと第２レンズユニットの間隔を広げてしまうとやはり有効径が拡大してしまい、結局、ズーム光学系全体の大型化につながってしまう。
【００２０】
第２の特徴は、ズーム光学系の焦点距離を短い側から長い側に変化させる、すなわちワイド端からテレ端への変倍に際して、最も縮小側に位置するレンズユニット（第１レンズユニット）と最も拡大側に位置するレンズユニット（第４レンズユニット又は第３レンズユニット）との間隔を広げる点である。焦点距離の変動に対して瞳径を一定にする場合、縮小側のＮＡは、最小焦点距離（ワイド端）のときに最大で、焦点距離が長くなるにしたがって小さくなる。このため、ワイド端において、最も拡大側に位置するレンズユニットがその可動範囲で最も縮小側に位置するようにし、焦点距離が長くなるに従って拡大側に移動させる。これにより、有効径を大きくすることなく高変倍率を得ることが可能となる。
【００２１】
第３の特徴は、物体面および像面（縮小側および拡大側の共役点）と瞳位置とを実質的に一定（不動）に保ちつつ収差を良好に補正するために、最も縮小側に位置するレンズユニットと最も拡大側に位置するレンズユニットの間に配置されたレンズユニットも可動にしている点である。
【００２２】
なお、可動レンズユニットの数を増やすことで、収差をより良好に補正できるが、本発明は、可動レンズユニットの数に制限を与えるものではない。さらに、実質的に変倍に寄与しないフォーカスレンズユニットを加えることで、可動レンズユニットの数が増すが、この場合も本発明の範囲に含まれる。
【００２３】
第４の特徴は、該ズーム光学系の最大焦点距離（テレ端）と最小焦点距離（ワイド端）の間の全ての焦点距離、すなわち変倍全域において、互いに隣り合う２つのレンズユニットからなるすべてのレンズユニットの組が持つ合成屈折力を正にしている点である。
【００２４】
後述する実施例１，２のズーム光学系に対して、図１３に、第１レンズユニットの屈折力ｐ１、第２レンズユニットの屈折力ｐ２、第３レンズユニットの屈折力ｐ３および第４レンズユニットの屈折力ｐ４と、テレ端での焦点距離ｆｗ、ミドル位置での焦点距離ｆｍおよびテレ端での焦点距離ｆｔにおけるそれぞれ隣り合うレンズユニットの合成屈折力を示した。図１３において、例えばｐ１＋ｐ２は、各焦点距離での第１レンズユニットと第２レンズユニットの合成屈折力を表す。なお、実施例２では、第３レンズユニットと第４レンズユニットが一体となった３レンズユニット構成のズーム光学系となっている。
【００２５】
バックフォーカスが長く、明るい光学系において、全長を長くしないため、基本的に正の屈折力で変倍を行っているのである。さらに、基本的に正の屈折力で変倍を行うことにより、最も縮小側に位置するレンズユニットと最も拡大側に位置するレンズユニットの間隔を広げることで光学系全体の焦点距離が長い方向に変化する。
【００２６】
第５の特徴は、最も縮小側に位置するレンズユニットのテレ端での位置が、最も縮小側に位置するレンズユニットのワイド端での位置よりも縮小側共役面（共役点）に近く、また最も拡大側に位置するレンズユニットのテレ端での位置が、最も拡大側に位置するレンズユニットのワイド端での位置よりも拡大側共役面に近いことである。これにより、小型でありながら、高変倍率が得られる。
【００２７】
縮小側共役面を物体面とした場合、拡大側共役面は像面になり、縮小側瞳は入射瞳になり、拡大側瞳は射出瞳になる。図１４には、ワイド端からテレ端への変倍に際して、可動レンズユニットが異なる軌跡で移動することの概略を示す。ＬＶは、後述する画像投射装置でライトバルブ（液晶ディスプレイパネル）が配置される物体面である。Ｇ１からＧ４は第１〜第４レンズユニット、ＢＦはバックフォーカス、ＥＰは射出瞳、ＳＰは物体側のスペース、ＥＳＰは射出瞳側のスペース、ｆｗはワイド端での焦点距離、ｆｔはテレ端での焦点距離である。
【００２８】
Ａタイプのように、最も物体側の第１レンズユニットＧ１が焦点距離が長くなるに従って像側（射出瞳側）に移動する場合、第１レンズユニットＧ１と第３レンズユニットＧ３との間隔を大きくして行う変倍に対して物体側のスペースＳＰを生かせないことになり、高変倍率を得るためには、ズーム光学系の全長が長くなる。
【００２９】
これに対し、本実施例に相当するＢタイプでの変倍は、焦点距離が長くなるに従って第１レンズユニットＧ１が物体面に近づき、さらに第３レンズユニットＧ３が第１レンズユニットＧ１とは逆方向に移動する。これにより、スペースＳＰを有効利用して第１レンズユニットＧ１と第３レンズユニットＧ３との間隔をＡタイプより容易に広げることができ、同じ変倍率を得る場合にＡタイプよりもズーム光学系を小型化することができる。さらに後述する実施例１の場合は、第４レンズユニットＧ４は、回転ミラー（図５のＲＭ）を配置するスペースＥＳＰを十分に確保するように移動する。また、実施例２の場合は、スペースＥＳＰを確保した上で、第３レンズユニットＧ３が第１レンズユニットＧ１とは逆方向に移動する。
【００３０】
第６の特徴は、物体側が略テレセントリックであり、複数のレンズユニットを、変倍全域において、該ズーム光学系の像側主点から射出瞳までの距離が該ズーム光学系の焦点距離に実質的に等しくなるように定めた軌跡に沿って移動させる点である。
【００３１】
また、これに関連し、第７の特徴は、物体面から該物体面と該ズーム光学系の像面との間に位置する射出瞳面までの距離をＥとし、該射出瞳面から像面までの距離をｘ’とし、該ズーム光学系の焦点距離をｆｚとするとき、複数のレンズユニットを、該ズーム光学系の物体側主点と像側主点の間隔が、
Ｅ−ｆｚ−ｆｚ（ｘ’＋ｆｚ）／ｘ’…（１）
と実質的に等しくなるように定めた軌跡に沿って移動させる点である。
【００３２】
ここで図４には、本実施例のズーム光学系の近軸関係を示している。縮小側共役面を物体面とした場合、物体側がテレセントリックな状態では、像側主点から該ズーム光学系の焦点距離ｆｚに相当する距離の位置に射出瞳ができる。つまり、本実施例のズーム光学系におけるレンズユニットの配置およびその移動軌跡に関しては、変倍全域において、像側主点が所定の射出瞳位置から物体側にその変倍状態での焦点距離ｆｚだけ離れて位置にするように設定している（第６の特徴）。
【００３３】
実施例１と実施例２に対して、それぞれ図９と図１１に、像側主点から射出瞳までの距離を示した。これらの図から、像側主点から射出瞳までの距離が該ズーム光学系の焦点距離に実質的に等しくなっていることが分かる。
【００３４】
また、物体側主点に関しては、射出瞳位置との関係に加えて、変倍中に物体面および像面が所定の位置にある状態で所定の倍率になるように設定している。
【００３５】
すなわち、理想的には、像側主点が射出瞳位置から物体側に焦点距離ｆｚに相当する距離だけ離れて位置し、さらに物体側主点と像側主点の間隔（Ｈ’ｚ−Ｈｚ）が上記（１）式の値と実質的に等しくなるようにレンズユニットを配置すれば、テレセントリックな光学系において、物体面、像面、入射瞳（無限遠）および射出瞳の位置を変倍中一定（不動）とすることができる（第７の特徴）。
【００３６】
実施例１と実施例２に対して、それぞれ図１０と図１２に、（１）式の理論値を実線で示し、焦点距離の範囲を５等分したときの各焦点距離での実際の主点間隔を白抜き枠でプロットした。これらの図から、ズーム光学系の物体側主点と像側主点の間隔が、（１）式の値と実質的に等しくなっていることが分かる。
【００３７】
第８の特徴は、変倍全域において、物体面から第１レンズユニットまでの距離（バックフォーカス）が、最大物高の３倍以上である点である。後述する実施例のような３板式の画像投射装置では、赤、緑および青の３つの色光を合成する色合成部材をズーム光学系の縮小側に配置するため、バックフォーカスが最大物高の３倍以上あれば、該色合成部材を配置するスペース（図１４のＳＰ）空間を確保することができる。
【００３８】
第９の特徴は、変倍全域において、該ズーム光学系の拡大側の瞳と最も拡大側に位置するレンズユニットとの間隔が、該拡大側の瞳の最小径の１／２よりも広い点である。
【００３９】
実施例１，２について、図２Ｂと図３Ｂに、拡大側の瞳の最小径を含む断面を示した。これらの図から分かるように、テレ端とワイド端の間の変倍全域において、拡大側の瞳と最も拡大側に位置するレンズユニット（実施例１では第４レンズユニットＧ４、実施例２では第３レンズユニットＧ３）との間隔、すなわち図１４に示すスペースＥＳＰが、該拡大側の瞳の最小径よりも広く（当然、該最小径の１／２よりも広く）確保されている。
【００４０】
これにより、例えば後述する実施例のように、射出瞳の位置に回動可能なミラー（図４のＲＭ）を配置した場合に、該ミラーと最も拡大側に位置するレンズユニットとの干渉を避けることができる。なお、実際には該ミラーの周囲には該ミラーの駆動機構も存在するため、上記距離は、射出瞳の最小径の１／２よりもある程度広くする必要があるが、物体面および像面（縮小側および拡大側の共役点）間の距離（共役長）の１０％以内に設定するとよい。また、「瞳の最小径」としたのは、後述する実施例のように、瞳面上の互いに直交する２方向において瞳径が異なる場合にも適用するためである。
【００４１】
なお、他の特徴として、本実施例では、ズーム光学系に非球面を用いて、収差を良好に補正している。本実施例のズーム光学系は、小型で高変倍率が得られると同時に、特許文献１，２にて開示された露光装置用のズーム光学系とは異なり、プロジェクタ等のより広角な光学系が求められる光学装置に適したものであり、ワイド端での焦点距離が特許文献１，２のズーム光学系よりも小さくなっている。このため、ズーム光学系の持つ屈折力が大きく、変倍全域にわたって球面収差と色収差を同時に補正することが困難になる。これは、色収差が光学系全体の強い正の屈折力のために大きく生じるためであり、球面収差を補正しつつ色収差を補正することが、屈折力が比較的小さな光学系よりも困難になるからである。
【００４２】
そこで、本実施例では、小型であることを維持したまま、色収差を補正するために非球面を用い、該非球面の持つ形状の自由度によって球面収差を補正している。特に大きな径を持つ面に非球面を用いると収差補正効果が大きい。実施例２には、非球面を用いたズーム光学系を示している。
【実施例１】
【００４３】
図５には、本発明の実施例であるズーム光学系とOff-Axial光学系とを組み合わせた投射光学系を備えた画像投射装置を示している。ここで、Off-Axial光学系は、像中心と瞳中心を通る光線が辿る経路を基準軸としたときに、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸上にない曲面（Off-Axial曲面）を含む光学系として定義される。この場合、基準軸は折れ曲がった形状となる。光学系の構成面を基準軸に対して非対称形状で、かつ非球面にすることで、十分に収差が補正された光学系が構築できる（特開平０９−５６５０号公報、特開平０８−２９２３７１号公報、特開平０８−２９２３７２号公報、特開平０９−２２２５６１号公報参照）。
【００４４】
また、このOff-Axial光学系は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレが生じることがないため、反射面を使った光学系の構築がしやすい。また、光学系内で中間像を形成することにより高画角でありながらコンパクトな光学系を構成することができる。さらに、前絞りの光学系でありながら、光路の引き回しが比較的自由に行なえるためにコンパクトな光学系が構成できる。
【００４５】
本実施例では、このようなOff-Axial光学系を採用することで、広画角、高精細および高変倍率の投射光学系を実現することができ、さらに本実施例のズーム光学系を採用した上で後述する平面ミラーを回動させることにより、投影画像の位置を画質の劣化が少なく大きく移動させたり傾けたりする（つまりは投射角度を変化させる）ことが可能となる。
【００４６】
ここで、良好な光学性能を保ったまま投射角度を変化させるための基本的な原理を図５を用いて説明する。
【００４７】
図５において、ＬＬは液晶パネル等の画像形成素子と該画像形成素子により変調される光を照射する照明系である。Ｃは結像性能を有する光学ブロックである。照明系より射出し、画像形成素子によって変調された光は、回動可能な平面ミラーＲＭにより反射された後、第１の光学ブロックＣの射出瞳ＥＰの位置を曲率中心とする球面Ｅ’上の領域Ｂ１に結像する。なお、第１の光学ブロックＣは、曲面領域Ｂ１上に結像する能力を有していればよいので、共軸回転対称の光学ブロックであっても曲率を持つ反射面を構成要素として含む光学ブロックであっても構わない。但し、本実施例では、該第１の光学ブロックＣを本発明に係るズーム光学系により構成する。
【００４８】
さらに、射出瞳ＥＰの位置に配置された平面ミラーＲＭを、図５の紙面上で回動させると、領域Ｂ１に形成されていた像は、光学的な変化をほとんど伴わずに球面Ｅ’上の領域Ａ１又はＣ１に移動する。すなわち、球面Ｅ’上を結像状態を保存したまま連続的に移動する。
【００４９】
このように平面ミラーＲＭで反射された光は、曲率を持った複数の反射面を構成要素とするOff-Axial光学系としての第２の光学ブロックＲに導かれる。このとき、第２の光学ブロックＲは、球面Ｅ’上の像をスクリーンＥに良好な光学性能で結像するよう設計されている。さらに、Off-Axial光学系の特性により、像の歪みを生じさせることなく、スクリーンＥに対して斜めから像を投射することが可能である。
【００５０】
従って、平面ミラーＲＭが領域Ｂ１に光を向かわせる位置に回動している状態では、画像形成素子上に形成された原画の像は、第１の光学ブロックＣ、平面ミラーＲＭおよび第２の光学ブロックＲを介してスクリーンＥ上の領域Ｂ２に表示される。
【００５１】
そして、平面ミラーＲＭを回動させることで、球面Ｅ’上においては領域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１に形成される像をそれぞれ、スクリーンＥ上の領域Ａ２，Ｂ２，Ｃ２に形成することができる。すなわち、第２の光学ブロックＲが良好な光学性能を保証する範囲（スクリーンＥ）に任意の投射角度で画像を投射することができる。但し、第１の光学ブロックＣの射出瞳ＥＰを中心に回動する部材は平面ミラーＲＭに限るものではなく、第１の光学ブロックＣと画像形成素子とを一体として回動させてもよいし、第２の光学ブロックＲを回動させてもよい。これらは上記光学ブロックの相対的な回転であるので、どちらの光学ブロックを回転させても光学的には等価である。
【００５２】
さらに、球面Ｅ’上の領域Ｂ１においては必ずしも球面上に結像していなくてもよい。すなわち、Ｅ’が球面である必要はない。言い換えると、投射角度を可変とするためには、第１の光学ブロックＣの像がＥ’上を良好な光学性能を保ったまま連続的に移動することが必要であり、それを理想的に実現するためにはＥ’が球面であることが好ましい。しかしながら、実際には、焦点深度やディストーション等の光学性能の許容量には幅があるので、この許容量に収まる場合には、Ｅ’はどのような面形状でもよく、必ずしも球面である必要はない。なお、射出瞳ＥＰの位置に配置される平面ミラーＲＭの位置精度に関しても、厳密に第１の光学ブロックＣの射出瞳ＥＰの位置に一致する必要はなく、ある程度の許容幅を持って一致すればよい。
【００５３】
さらに、第１の光学ブロックＣの結像性能に関してより詳細に説明する。本実施例の投射光学系によってスクリーンＥ上で２次元的に像面Ｓを移動可能とする場合、各アジムス方向において全画角の収差がそれぞれ一様に発生していれば、該収差が充分に補正されている必要はない。これは、全画角の収差が一様に発生していれば、曲率を持つ反射面により構成された第２の光学ブロックＲによって補正が可能だからである。
【００５４】
また、スクリーンＥ上で１次元方向にのみ像面Ｓの位置を移動可能とする場合には、該移動方向でのみ全画角の収差が一様に発生していれば、該移動方向と異なる方向の結像性能が良好である必要はない。これも、第２の光学ブロックＲによって補正が可能だからである。
【００５５】
なお、ここでは図５の紙面上での像面移動についての原理のみを説明したが、これは該紙面に対して直交する方向に像面を移動させる場合についても同様である。但し、第１の光学ブロックＣの射出瞳ＥＰを中心に回転する部材が平面ミラーＲＭのみであり、スクリーンＥ上で像面を２次元的に移動させる場合には、水平方向の回転を担う平面ミラーと上下方向の回転を担うもの平面ミラーとを用いるとよい。これは、図５において、平面ミラーＲＭを図の紙面に対して直交する方向に回転させると、画像形成素子と平面ミラーＲＭとがねじれの位置関係になるために、スクリーンＥ上において基準軸上の光線は所望の位置に結像されるが、像面ＳがスクリーンＥ上で回転してしまうためである。
【００５６】
しかしながら、複数の平面ミラーを第１の光学ブロックＣの射出瞳ＥＰに配置することは物理的に不可能である。このため、平面ミラーＲＭは厳密に射出瞳ＥＰの位置に配置しなくても、Ｅ’上の像が光学性能の許容量の範囲内であれば、射出瞳ＥＰの近傍であって互いに干渉しない程度にずらして２つの平面ミラーＲＭを配置することができる。
【００５７】
次に、この投射光学系および画像投射装置において、変倍を行う場合について説明する。第１の光学ブロックＣに変倍機能を持たせ、該第１の光学ブロックＣにより形成される球面Ｅ’上の領域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１に形成される像の大きさを変化させれば、実際の像面（スクリーン）Ｅ上で領域Ａ２，Ｂ２，Ｃ２に形成される像の大きさを変えることが可能である。
【００５８】
しかしながら、上述した原理説明に基づいて、第１の光学ブロックＣの射出瞳ＥＰの位置でミラーＲＭを回転させるためには、該射出瞳ＥＰの位置は、変倍中常に一定に保たれることが望ましい。該射出瞳ＥＰの位置が一定であれば、ミラーＲＭおよび第２の光学ブロックＲを固定された位置に配置することができる。
【００５９】
通常のカメラレンズでは、連続的に変動する焦点距離に対して物体面および像面の位置が変動しないことが要求されるが、本実施例の第１の光学ブロックＣ、すなわち本発明に係るズーム光学系では、これに加えて、焦点距離の変動に対して入射瞳および射出瞳の位置が一定に保たれていることが要求される。ここで、射出瞳の位置が一定であることが要求される理由は、上記原理で説明した通りであるが、入射瞳の位置に関しては、画像形成素子として液晶パネルを用いた場合、テレセントリック性が要求されるためである。
【００６０】
以下に、赤、緑および青の変調光を合成して第１の光学ブロックＣに入射させる３板式画像投射装置において、画像形成素子と第１の光学ブロックＣ（ズーム光学系）との間に色合成素子等を挿入するための十分な空間（すなわち、第１の光学ブロックＣのバックフォーカス）を確保し、物体側のテレセントリック性に優れ、焦点距離の変動に対して物体面、像面、入射瞳および射出瞳の位置の不変性に優れたズーム光学系のより具体的な構成について説明する。
【００６１】
図６には、３板式画像投射装置の全体構成を示している。図６において、ＬＯは照明系であり、白色光源ランプ１と、反射鏡２と、光源ランプ１からの白色光を赤、緑、青の３色の成分に分離する色分離素子（図示せず）とを有する。
【００６２】
ＬＶは画像形成素子としての透過型の液晶ディスプレイパネルである。この液晶ディスプレイパネルＬＶには、駆動回路１０が接続されている。駆動回路１０には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ビデオ（ＶＣＲ）、テレビ、デジタルビデオ又はスチルカメラ、電波により映像を受信するアンテナ及びチューナからなる受信ユニット等の画像情報供給装置２０が接続されている。画像情報供給装置２０からの画像情報を受けた駆動回路１０は、該画像情報に応じた駆動信号を液晶ディスプレイパネルＬＶに送出する。駆動信号を受けた液晶ディスプレイパネルＬＶは、該駆動信号に応じた原画を液晶により形成し、照明系ＬＯからの照明光を変調する。本実施例では、図示しないが、液晶ディスプレイパネルＬＶは赤、緑、青用の３つが設けられ、それぞれ赤、緑、青用の原画を形成する。
【００６３】
なお、本実施形態では、画像形成ユニットとして透過型の液晶ディスプレイパネルを用いた場合について説明しているが、本発明はこれに限られず、反射型の液晶ディスプレイパネル、デジタルマイクロミラーアレイ（ＤＭＤ）を用いる場合や、照明系が不要な自発光素子（エレクトロネミネセンス素子）を用いる場合にも適用することができる。
【００６４】
Ｄは３つの液晶ディスプレイパネルＬＶにて変調された色光を合成する色合成素子としてのダイクロイックプリズムである。ダイクロイックプリズムＤには、複数のダイクロイック膜が設けられており、このダイクロイック膜での波長に応じた透過又は反射作用によって３色の光を合成する。図６では、２つのダイクロイックプリズムを示しているが、これは画像形成素子ＬＶが必要とするものに応じて変更すればよい。また、ダイクロイックプリズムに代えて、偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
【００６５】
Ｃは図５中の第１の光学ブロックを構成するズーム光学系であり、複数のレンズユニットによって共軸光学系として構成された屈折光学ユニット（以下、第１の屈折光学ユニットという）である。ＥＰは該ズーム光学系の射出瞳であり、複数の反射面Ｒ１〜Ｒ４で構成されたOff-Axial光学系である第２の光学ブロックとしての反射光学ユニットＲの入射瞳でもある。なお、この位置又はこの位置の近傍に、必要に応じて絞りを設けてもよい。
【００６６】
ダイクロイックプリズムＤで色合成された光は、第１の屈折光学ユニットＣ、射出瞳ＥＰの位置で回動可能な第１の平面ミラーＲＭおよび反射光学ユニット（Ｒ１〜Ｒ４）を介して進み、さらに第２の平面ミラーＴＭおよび第２の屈折光学ユニットＣ２を介して被投射面である不図示のスクリーン上に拡大投射される。
【００６７】
また、第１および第２の屈折光学ユニットＣ，Ｃ２、第１および第２の平面ミラーＲＭ、ＴＭ、さらに反射光学ユニットＲにより構成される投射光学系は、Off-Axial 光学系としての反射光学ユニットＲにより台形歪みを良好に補正して、スクリーンに対して画像を斜めから投射する。
【００６８】
また、投射光学系に第１の屈折光学ユニットＣを含ませることにより、スクリーンへの拡大投射に必要な光学的パワーを、第１の屈折光学ユニットＣと反射光学ユニットＲとに適宜分担させることができる。このため、反射光学ユニットＲの各反射面の曲率を緩やかなものとし、製造を簡単にし、製造誤差の敏感度を低減することができる。なお、反射面の製造誤差による非点隔差等の影響は、瞳に近い面ほど大きい。そして、複数の反射面のうち最も射出瞳ＥＰに近い第１の反射面で発生した非点隔差等は、この反射光学ユニットの倍率に応じて拡大される。したがって、反射光学系に比べて製造誤差による性能劣化の敏感度が低い屈折光学系と、画像投射に必要な倍率（光学的パワー）を分担することで、反射光学系の敏感度を低減することができる。
【００６９】
さらに、投射光学系が広角であっても、第１の屈折光学ユニットＣの焦点距離を長く設定することで、倍率色収差の発生を抑えることが比較的容易になる。反射光学ユニットＲでは色収差は発生しないため、諸収差の補正の面において有効である。
【００７０】
図６において、反射光学ユニットＲを構成する反射面Ｒ１〜Ｒ４は、いずれも回転非対称形状を有し、前述したように基準軸が折れ曲がったOff-Axial 光学系を構成している。
【００７１】
さらに、本実施例では、反射光学ユニットＲ内における反射面Ｒ３とＲ４との間に１回中間結像（中間結像面Ｍ）している。これにより、中間結像面を持たない場合に比べて各反射面の大きさを小さくすることができるので、面形状を精度良く製造する上で有効である。なお、中間結像面の位置は図６に示した位置に限るものではない。
【００７２】
従って、図６に示した投射光学系において、図５を用いて説明した投射角度を変化させる原理に従い、第１の平面ミラーＲＭを回動させることにより、投射光学系からの画像の投射角度を変化させることができる。
【００７３】
本実施例のズーム光学系は、色合成部材等を挿入する十分な空間を確保し、物体側のテレセントリック性に優れ、焦点距離の変動に対して物体面、像面および射出瞳の位置の不変性に優れ、最も射出瞳位置に近いレンズユニットと射出瞳位置との間に回転可能なミラーを配置するスペースが確保されており、像面移動の機能を有するOff-Axial 光学系およびこれを用いた画像投射装置に好適なものである。
【００７４】
本実施例１および後述する実施例２のズーム光学系は、液晶パネルサイズが０．７インチでアスペクト比４：３の投射光学系の変倍部分系に対応している。
【００７５】
図２Ａおよび図２Ｂには、第１の屈折光学ユニットＣを構成するズーム光学系のＸＺ断面およびＹＺ断面の構成を示している。前述したように、このズーム光学系は、投射光学系の一部を構成する部分系として用いられる。なお、この図において、ＬＶ，Ｄ，ＥＰは図６中の符号と同一の構成要素を示す。
【００７６】
図２Ａ，２Ｂにおいて、該ズーム光学系は、縮小側から拡大側（本実施例では、物体側である液晶ディスプレイパネルＬＶ側から像側である球面領域Ｂ１側：以下、Ｂ１を像面という）に順に、正の屈折力を持つ第１レンズユニットＧ１と、正の屈折力を持つ第２レンズユニットＧ２と、正の屈折力を持つ第３レンズユニットＧ３と、負の屈折力を持つ第４レンズユニットＧ４とから構成されている。第１〜第４レンズユニットＧ１〜Ｇ４は、焦点距離を変化させる変倍に際して光軸ＡＸＬに沿ってそれぞれが一体で移動し、各レンズユニット間の間隔が変化する。
【００７７】
また、このズーム光学系は、最大焦点距離（テレ端）と最小焦点距離（ワイド端）の間の全ての焦点距離状態において、すなわち変倍全域において、常に物体側が実質的にテレセントリックであり、かつ第４レンズユニットＧ４と像面Ｂ１の間に位置する射出瞳ＥＰの位置と、液晶ディスプレイパネルＬＶが配置された縮小側共役点の位置と、像面Ｂ１が位置する拡大側共役点の位置はそれぞれ実質的に不動である。
【００７８】
ここで、特に射出瞳ＥＰの位置が「実質的に不動」とは、拡大側共役点と縮小側共役点との間の距離の２〜３％、好ましくは１％までの変位は許容する意味である。これは、前述したように、実際には焦点深度やディストーション等の光学性能の許容量には幅があるからである。
【００７９】
また、該ズーム光学系では、ワイド端からテレ端への変倍に際して、第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２間の間隔が単調に減少し、かつ第２レンズユニットＧ２と第３レンズユニットＧ３間の間隔が単調に増加する。また、第３レンズユニットＧ３と第４レンズユニットＧ４間の間隔が単調に減少する。すなわち、テレ端における第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２との間隔はワイド端での該間隔よりも狭く、テレ端における第３レンズユニットＧ３と第４レンズユニットＧ４との間隔はワイド端での該間隔よりも狭い。そして、ワイド端からテレ端への変倍に際して、第１レンズユニットＧ１と第４レンズユニットＧ４間の間隔（さらには、第１および第３レンズユニットＧ３間の間隔）は単調に増加する。
【００８０】
また、テレ端における第１レンズユニットの位置Ｇ１は、ワイド端における該第１レンズユニットＧ１の位置よりも縮小側共役点（ＬＶ）に近く、テレ端における第４レンズユニットＧ４の位置は、ワイド端における該第４レンズユニットＧ４の位置よりも拡大側共役点（Ｂ１）に近い。さらに言えば、ワイド端からテレ端への変倍に際して、第４レンズユニットＧ４が拡大側の瞳ＥＰに近づく。
【００８１】
また、本実施例では、図２Ａ，Ｂに示すように、射出瞳ＥＰのＹ軸方向での幅ＥｏとＸ軸方向での幅Ｅｒとが、
Ｅｏ＜Ｅｒ
の関係（例えば、Ｅｒ＝２Ｅｏ）となっている。すなわち、射出瞳ＥＰの径がＹ軸方向とＸ軸方向とで異なり、最小径はＥｏとなる。
【００８２】
また、図２Ａ中の像Ｂ１は、前述した投射方向を可変にする原理で説明した通り、射出瞳ＥＰの位置に平面ミラーＲＭを配置して回転させることで移動する。
【００８３】
本実施例１では、ズーム光学系全体をコンパクトに保ちつつ、バックフォーカスを確保し、さらに明るい光学系とするために、第１レンズユニットＧ１に正の屈折力を持たせている。
【００８４】
以下、図２Ａ，２Ｂに示した実施例１に対応する数値例１として、ズーム光学系の構成データを表１に示す。表１において、「面番号」ｉは物体側から数えた第ｉ面を示す。「曲率半径」は第ｉ面の近軸曲率半径（mm）、「面間隔」は第ｉ面と第ｉ＋１面間の間隔（mm）、「屈折率」と「アッベ数」は第ｉ面と第ｉ＋１面間の媒質の屈折率とアッベ数を示す。これらの定義は、以下の数値例でも同じである。
【００８５】
【表１】
2006078705.tif 000003
【００８６】
図１３に、本数値例１の各レンズユニットの屈折力と、隣り合うレンズユニットの合成屈折力を、ワイド端での焦点距離ｆｗ、ミドル位置での焦点距離ｆｍ、テレ端での焦点距離ｆｔの場合について示した。隣り合うレンズユニットの合成屈折力は、焦点距離にかかわらず正になっている。
【００８７】
また、図９には、本数値例１の射出瞳と像側主点位置との間隔がズーム光学系の焦点距離と実質的に等しいことを示している。この図から分かるように、像側主点から射出瞳までの距離ｆｚが各焦点距離に略一致するよう各レンズユニットが配置されているため、物体面および像面に加えて、射出瞳面を変倍中不動にすることができる。
【００８８】
さらに、図１０には、（１）式の理論値を実線で示し、焦点距離の範囲を５等分したときの各焦点距離での実際の主点間隔を白抜き枠でプロットした。この図から、本数値例１のズーム光学系の物体側主点と像側主点の間隔が、（１）式の値と実質的に等しくなっていることが分かる。
【００８９】
また、本数値例１の縦収差図を図７に示す。図７において、上から順に、ワイド(焦点距離７４ｍｍ)、ミドル(焦点距離９２．５ｍｍ)、テレ(焦点距離１１１ｍｍ)での縦収差図である。評価光線の波長は６２０ｎｍ（赤Ｒ）、５５０ｎｍ（緑Ｇ）、４７０ｎｍ（青Ｂ）である。この図から、良好に結像していることが分かる。
【実施例２】
【００９０】
図３Ａおよび図３Ｂには、本発明の実施例２であるズーム光学系であって、図６に示した第１の屈折光学ユニットＣを構成するズーム光学系のＸＺ断面およびＹＺ断面の構成を示している。このズーム光学系は、投射光学系の一部を構成する部分系として用いられる。なお、この図において、ＬＶ，Ｄ，ＥＰは図６中の符号と同一の構成要素を示す。
【００９１】
図３Ａ，３Ｂにおいて、該ズーム光学系は、縮小側から拡大側（本実施例では、物体側である液晶ディスプレイパネルＬＶ側から像側である球面領域Ｂ１側：以下、Ｂ１を像面という）に順に、正の屈折力を持つ第１レンズユニットＧ１と、正の屈折力を持つ第２レンズユニットＧ２と、正の屈折力を持つ第３レンズユニットＧ３とから構成されている。なお、第３レンズユニットＧ３は、正の屈折力を有する第３ａレンズサブユニットＧ３ａと負の屈折力を有する第３ｂレンズサブユニットＧ３ｂの２つのレンズユニットにより構成されている、すなわち該ズーム光学系が４レンズユニット構成であるとも考えることができる。
【００９２】
第１〜第３レンズユニットＧ１〜Ｇ３は、焦点距離を変化させる変倍に際して光軸ＡＸＬに沿ってそれぞれが一体で移動し、各レンズユニット間の間隔が変化する。
【００９３】
また、このズーム光学系は、最大焦点距離（テレ端）と最小焦点距離（ワイド端）の間の全ての焦点距離状態において、すなわち変倍全域において、常に物体側が実質的にテレセントリックであり、かつ第３レンズユニットＧ３と像面Ｂ１の間に位置する射出瞳ＥＰの位置と、液晶ディスプレイパネルＬＶが配置された縮小側共役点の位置と、像面Ｂ１が位置する拡大側共役点の位置はそれぞれ実質的に不動である。
【００９４】
また、該ズーム光学系では、ワイド端からテレ端への変倍に際して、第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２間の間隔が単調に増加する。また、第２レンズユニットＧ２と第３レンズユニットＧ３間の間隔は、ワイド端で最も狭く、一旦広がった後、テレ端に向かって狭くなる。すなわち、テレ端における第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２との間隔はワイド端での該間隔よりも広く、テレ端における第２レンズユニットＧ２と第３レンズユニットＧ３との間隔はワイド端での該間隔よりも広い。そして、ワイド端からテレ端への変倍に際して、第１レンズユニットＧ１と第３レンズユニットＧ３間の間隔は単調に増加する。
【００９５】
また、テレ端における第１レンズユニットの位置Ｇ１は、ワイド端における該第１レンズユニットＧ１の位置よりも縮小側共役点（ＬＶ）に近く、テレ端における第３レンズユニットＧ３の位置は、ワイド端における該第３レンズユニットＧ３の位置よりも拡大側共役点（Ｂ１）に近い。さらに言えば、ワイド端からテレ端への変倍に際して、第３レンズユニットＧ３が拡大側の瞳ＥＰに近づく。
【００９６】
また、本実施例では、図３Ａ，Ｂに示すように、射出瞳ＥＰのＹ軸方向での幅ＥｏとＸ軸方向での幅Ｅｒとが、
Ｅｏ＜Ｅｒ
の関係（例えば、Ｅｒ＝２Ｅｏ）となっている。すなわち、射出瞳ＥＰの径がＹ軸方向とＸ軸方向とで異なり、最小径はＥｏとなる。
【００９７】
また、図３Ａ中の像Ｂ１は、前述した投射方向を可変にする原理で説明した通り、射出瞳ＥＰの位置に平面ミラーＲＭを配置して回転させることで移動する。
【００９８】
本実施例２では、ズーム光学系全体をコンパクトに保ちつつ、バックフォーカスを確保し、さらに明るい光学系とするために、第１レンズユニットＧ１に正の屈折力を持たせている。
【００９９】
以下、図３Ａ，３Ｂに示した実施例２に対応した数値例２として、ズーム光学系の構成データを表２に示す。
【０１００】
なお、本実施例では、該ズーム光学系中で最も大きな径を有する第１４面を非球面として諸収差を良好に補正している。
【０１０１】
ここで、非球面形状は、光軸方向にＺ軸を、光軸に直交する方向にｒ軸をとり、光の進行方向を正とし、コーニック定数をＫとし、４次から１０次のデフォーメーション係数をＡ〜Ｄとしたとき、以下の式（２）により表されるものとし、実施例２の表２中には該式内の定数および係数を記している。なお、「Ｅ−Ｘ」は、「×１０−Ｘ」を示す。また、ｃは面頂点の曲率である。
【０１０２】
【数１】
2006078705.tif 000004
【０１０３】
【表２】
2006078705.tif 000005
【０１０４】
図１３には、本数値例２の各レンズユニットの屈折力と相互に隣り合うレンズユニットの合成屈折力を、ワイド端での焦点距離ｆｗ、ミドル位置での焦点距離ｆｍおよびテレ端での焦点距離ｆｔの場合について示した。隣り合うレンズユニットの合成屈折力は、焦点距離にかかわらず正になっている。
【０１０５】
また、図１１には、本数値例２の射出瞳と像側主点位置との間隔がズーム光学系の焦点距離と実質的に等しいことを示している。この図から分かるように、像側主点から射出瞳までの距離ｆｚが各焦点距離に略一致するよう各レンズユニットが配置されているため、物体面および像面に加えて、射出瞳面を変倍中不動にすることができる。
【０１０６】
さらに、図１２には、（１）式の理論値を実線で示し、焦点距離の範囲を５等分したときの各焦点距離での実際の主点間隔を白抜き枠でプロットした。この図から、本数値例２のズーム光学系の物体側主点と像側主点の間隔が、（１）式の値と実質的に等しくなっていることが分かる。
【０１０７】
また、本数値例２の縦収差図を図８に示す。図８において、上から順に、ワイド(焦点距離７４ｍｍ)、ミドル(焦点距離１０７．５ｍｍ)，テレ(焦点距離１４１ｍｍ)での縦収差図である。評価光線の波長は６２０ｎｍ、５５０ｎｍ、４７０ｎｍである。この図から、良好に結像していることが分かる。
【０１０８】
以上説明したように、上記各実施例のズーム光学系は、色合成部材等を挿入する十分な空間を確保し、物体側のテレセントリック性に優れ、焦点距離の変動に対して物体面、像面および射出瞳の位置の不変性に優れたズーム光学系である。
【０１０９】
従って、このズーム光学系を実施例１にて説明した投射光学系の物体面側に配置すれば、製造誤差に対する敏感度が低く、広画角でありながら、収差を良好に補正でき、かつ画面移動量の大きい投射光学系および画像投射装置を実現することができる。
【０１１０】
なお、上記実施例１，２では、射出瞳径がＹ軸方向とＸ軸方向とで異なるズーム光学系について説明したが、両方向で径が同じ射出瞳を有するズーム光学系についても本発明を適用することができる。
【０１１１】
また、上記実施例では、縮小側を物体側とし、拡大側を像側としたズーム光学系について説明したが、本発明は、拡大側を物体側とし、縮小側を像側としたズーム光学系およびこれを用いた光学装置にも適用することができる。例えば、露光装置、拡大測長器、コンパクトな前絞りの撮像レンズ等に適用可能である。
【０１１２】
さらに、レンズ面に回折格子を設けて、光学的パワーを得るとともに、色収差を補正するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の実施例であるズーム光学系の概略構成を示す図。
【図２Ａ】本発明の実施例１であるズーム光学系の断面図。
【図２Ｂ】実施例１のズーム光学系の断面図。
【図３Ａ】本発明の実施例２であるズーム光学系の断面図。
【図３Ｂ】実施例２のズーム光学系の断面図。
【図４】本発明のズーム光学系の近軸関係を示す図。
【図５】実施例１のズーム光学系が用いられる画像投射装置における投射方向の変更原理を示す図。
【図６】実施例１の画像投射装置およびこれに用いられている投射光学系を示す断面図。
【図７】本発明の数値例１の縦収差図。
【図８】本発明の数値例２の縦収差図。
【図９】数値例１の物側主点と像側主点と射出瞳位置の関係を示す図。
【図１０】数値例１の主点間隔の理論値と実際の値を示す図。
【図１１】数値例２の物側主点と像側主点と射出瞳位置の関係を示す図。
【図１２】数値例２の主点間隔の理論値と実際の値を示す図。
【図１３】数値例１，２の各レンズユニットの屈折力と隣り合うレンズユニットの合成屈折力を示す表図。
【図１４】従来と本実施例とのワイド端からテレ端への変倍時における各レンズユニットの移動軌跡を比較する図。
【符号の説明】
【０１１４】
Ｇ１〜Ｇ４  レンズユニット
ＥＰ  射出瞳
Ｒ  反射光学ユニット
Ｒｉ  ｉ番目の光学面
ＬＯ，ＬＯ’，ＬＣ  照明系
ＬＶ  液晶ディスプレイパネル
Ｄ  ダイクロイックプリズム
Ｃ，Ｃ２  屈折光学ブロック
ＲＭ，ＴＭ  平面ミラー
【図１】
2006078705.tif 000006
【図２Ａ】
2006078705.tif 000007
【図２Ｂ】
2006078705.tif 000008
【図３Ａ】
2006078705.tif 000009
【図３Ｂ】
2006078705.tif 000010
【図４】
2006078705.tif 000011
【図５】
2006078705.tif 000012
【図６】
2006078705.tif 000013
【図７】
2006078705.tif 000014
【図８】
2006078705.tif 000015
【図９】
2006078705.tif 000016
【図１０】
2006078705.tif 000017
【図１１】
2006078705.tif 000018
【図１２】
2006078705.tif 000019
【図１３】
2006078705.tif 000020
【図１４】
2006078705.tif 000021