【手続補正書】
【提出日】平成19年9月7日(2007.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小側から拡大側に順に、正の光学的パワーを有する第１レンズユニット、負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レンズユニットより構成され、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り、
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テレ端でワイド端よりも広く、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前記テレ端で前記ワイド端よりも広く、かつ前記第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前記テレ端で前記ワイド端よりも狭いことを特徴とするズーム光学系。
【請求項２】
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に記載のズーム光学系。
【請求項３】
前記変倍全域において、前記第１から第４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又は２に記載のズーム光学系。
【請求項４】
物体からの光を曲面上に結像させ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】
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４のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項６】
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５のいずれか１つに記載のズーム光学系。
ここで、Ｅは物体面から前記瞳までの距離、ｆｚは該ズーム光学系の焦点距離、ｘ’は前記瞳から像面までの距離である。
【請求項７】
前記変倍全域において、前記縮小側に位置する物体面から前記第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６のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項８】
前記変倍全域において、前記第４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７のいずれか１つに記載のズーム光学系。
【請求項９】
請求項１から８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を投射することを特徴とする投射光学系。
【請求項１０】
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、
前記物体面上の原画から前記ズーム光学系に入射した光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前記ズーム光学系から射出した光によって形成される像が移動することを特徴とする請求項９に記載の投射光学系。
【請求項１１】
請求項９又は１０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１２】
請求項１１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１３】
請求項１から８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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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（光学的パワー、以下同様）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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明のズーム光学系は、縮小側から拡大側に順に、正の光学的パワーを有する第１レンズユニット、負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レンズユニットより構成され、変倍に際して該第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ズーム光学系である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
そして、本発明は、第１レンズユニットと第２レンズユニットとの間隔がテレ端でワイド端よりも広く、第２レンズユニットと第３レンズユニットとの間隔がテレ端でワイド端よりも広く、かつ第３レンズユニットと第４レンズユニットとの間隔がテレ端でワイド端よりも狭いことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
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、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位置するレンズユニットの有効径を抑えながら物体側の開口数（ＮＡ）を大きくすることが可能である。第１レンズユニットの屈折力が負の場合、第１レンズユニットよりも拡大側に位置するレンズユニットの有効径が大きくなり易い。また、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、結局光学系全体の大型化につながってしまう。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
第２の特徴は、ズーム光学系全体の焦点距離を長い方向に変化させる、すなわちワイド側からテレ側に変化させる際に、正の合成屈折力を持つ第２レンズユニットおよび第３レンズユニットの組を大きく物体側（拡大側）に移動させて、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、物体側の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のに比例して小さくなるので、ワイド端で第２レンズユニットを最も物体側に配置し、焦点距離が長くなるに従って像側（縮小側）に移動させることで、レンズユニットの有効径を大きくすることなく高変倍率を得ることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
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に保ちつつ、収差を良好に補正するために、第２レンズユニットと第３レンズユニットの間隔と、第３レンズユニットと第４レンズユニットの間隔も変化させている点である。具体的には、本実施例では、テレ端における第１レンズユニットと第２レンズユニットとの間隔がワイド端における第１レンズユニットと第２レンズユニットとの間隔よりも広く、テレ端における第２レンズユニットと第３レンズユニットとの間隔がワイド端における第２レンズユニットと第３レンズユニットとの間隔よりも広く、かつテレ端における第３レンズユニットと第４レンズユニットとの間隔がワイド端における第３レンズユニットと第４レンズユニットとの間隔よりも狭くなるように各レンズユニットを移動させる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
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、上記複数の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。レンズの収差を補正する際、一般的に正の屈折力を持つ第１レンズと負の屈折力を持つ第２レンズとを組み合わせることで、第１レンズで発生した収差を第２レンズである程度補正できることが知られている。本実施例では、正の屈折力を持つ第１レンズユニットと、負の屈折力を持つ第２レンズユニットおよび正の屈折力を持つ第３レンズユニットからなる正の合成屈折力を持つレンズユニットの組との間隔を変化させることによって変倍を行う。つまり、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に、基本的に変倍作用を正の屈折力を持つレンズユニットの移動で行っている。なお、本実施例では、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、第２レンズユニットと第３レンズユニットの合成屈折力および第３レンズユニットと第４レンズユニットの合成屈折力は、それぞれ正である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
第８の特徴は、変倍全域において、第４レンズユニットから射出瞳までの距離が、該射出瞳の最小径の１／２よりも広い点である。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（反射部材）を配置した場合に、該ミラーと第４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。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
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い状態で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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
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２を用いて説明する。図２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第１の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、第１の光学ブロックＣを透過し、回動可能な平面ミラー（反射部材）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。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
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（実質的に一致）すればよい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
なお、ここでは図２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平面ミラーとを用いるとよい。これは、図２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。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
なお、本実施例では、画像形成素子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（エレクトロルミネセンス素子）を用いる場合にも適用することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
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４では、２つのダイクロイックプリズムを示しているが、これは液晶ディスプレイパネル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。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
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Ｒ（反射面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。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
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（反射光学ユニットＲ）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（第１の屈折光学ユニットＣ）を用いて、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。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
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を形成）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４に示した位置に限るものではない。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
また、非球面形状は、光軸方向にＸ軸を、光軸に直交する方向にＨ軸をとり、光の進行方向を正とし、非球面係数をＫ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたとき、以下の式（２）により表されるものとし、表中には該式内の係数（非球面係数）を記している。なお、「Ｅ−Ｘ」は、「×１０−Ｘ」を示す。