(57)【要約】  中間像（ＩＭ）を挟んで拡大側（３）に配置された第１の屈折光学系（ＲＳ１）と、縮小側（２）に配置された第２の屈折光学系（ＲＳ２）とを有する光学系（１０）を提供する。第２の屈折光学系は、拡大側に隣接するレンズ群（Ｇ１６）に対し光軸（７）を屈曲可能な第１の間隔（ＢＳ１）を設け、縮小側に隣接するレンズ群（Ｇ２２）に対し光軸を屈曲可能な第２の間隔（ＢＳ２）を設けて配置された第１のリレーレンズ群（Ｇ２１）を含む。
2020045559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間像を挟んで拡大側に配置された第１の屈折光学系と、縮小側に配置された第２の屈折光学系とを有し、
前記第２の屈折光学系は、拡大側に隣接するレンズ群に対し光軸を屈曲可能な第１の間隔を設け、縮小側に隣接するレンズ群に対し前記光軸を屈曲可能な第２の間隔を設けて配置された第１のリレーレンズ群を含む、光学系。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の屈折光学系は、前記第１の屈折光学系に対し、前記第１の間隔を設けて配置されている、光学系。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第２の屈折光学系は、前記第１のリレーレンズ群に対して前記第２の間隔を設けて配置された第２のリレーレンズ群を含む、光学系。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記第１の間隔および前記第２の間隔の少なくともいずれかに配置された、前記光軸の向きを変える屈曲光学素子を含む、光学系。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記第１の間隔の光軸に沿った距離ＢＳＬ１と、前記第1の間隔の両側に配置されたレンズの向かい合う面ＢＳＳ１１およびＢＳＳ１２の有効半径ＢＳＳｒ１１およびＢＳＳｒ１２が以下の条件を満たす、光学系。
１．５＜ＢＳＬ１／（ＢＳＳｒ１１＋ＢＳＳｒ１２）＜１０
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記第２の間隔の光軸に沿った距離ＢＳＬ２と、前記第２の間隔の両側に配置されたレンズの向かい合う面ＢＳＳ２１およびＢＳＳ２２の有効半径ＢＳＳｒ２１およびＢＳＳｒ２２が以下の条件を満たす、光学系。
１．５＜ＢＳＬ２／（ＢＳＳｒ２１＋ＢＳＳｒ２２）＜１０
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記第２の屈折光学系は、ズーミングの際およびフォーカシングの際に位置が固定されたレンズにより構成されている、光学系。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記第１の屈折光学系は、ズーミングの際に移動するズームレンズ群と、
フォーカシングの際に移動するフォーカスレンズ群とを含む、光学系。
【請求項９】
請求項８において、
前記第１の屈折光学系は、前記ズームレンズ群および前記フォーカスレンズ群の拡大側に配置された第１の固定レンズ群と、
前記ズームレンズ群および前記フォーカスレンズ群の縮小側に配置された第２の固定レンズ群とを含む、光学系。
【請求項１０】
請求項９において、
前記第１の固定レンズ群は、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り、縮小側に凹の負の屈折力のレンズを含み、
前記第２の固定レンズ群は、前記第１の屈折光学系の最も縮小側に配置されたレンズ群であり、正の屈折力のレンズを含む、光学系。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれかにおいて、
前記ズームレンズ群および前記フォーカスレンズ群は固定されたレンズを挟まずに隣接して配置されている、光学系。
【請求項１２】
請求項８ないし１１のいずれかにおいて、
前記ズームレンズ群は、軸外光線の主光線と前記第１の屈折光学系の前記光軸とが交差する第１の位置を挟んで配置された第１のズームレンズ群および第２のズームレンズ群を含み、
前記フォーカスレンズ群は、前記第１の位置の拡大側に配置された第１のフォーカスレンズ群および第２のフォーカスレンズ群を含む、光学系。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記第１のフォーカスレンズ群は、拡大側から配置された両凹の負レンズと正の屈折力のレンズとの拡大側の配列を含み、
前記第２のフォーカスレンズ群は、正の屈折力のレンズ群である、光学系。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記第１のフォーカスレンズ群は、拡大側から配置された正の屈折力のレンズと両凹の負レンズとの縮小側の配列を含み、
前記第２のフォーカスレンズ群は、正の屈折力のレンズ群である、光学系。
【請求項１５】
請求項１２において、
前記第１のフォーカスレンズ群は、拡大側から配置された両凹の第１の負レンズと正の屈折力の第１の正レンズとの拡大側の配列と、
前記拡大側の配列の縮小側に配置された、拡大側から配置された正の屈折力の第２の正レンズと両凹の第２の負レンズとの縮小側の配列とを含み、
前記第２のフォーカスレンズ群は、正の屈折力のレンズ群である、光学系。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記第１のフォーカスレンズ群は、前記第１の正レンズと前記第２の正レンズとの間に配置された正の屈折力の第３の正レンズを含む、光学系。
【請求項１７】
請求項１２ないし１６のいずれかにおいて、
前記第１のフォーカスレンズ群の焦点距離ｆｆｇ１と、前記第２のフォーカスレンズ群の焦点距離ｆｆｇ２とが以下の条件を満たす、光学系。
０＜｜ｆｆｇ２／ｆｆｇ１｜＜０．２
【請求項１８】
請求項１２ないし１７のいずれかにおいて、
前記第１のズームレンズ群の焦点距離ｆｚｇ１と、前記第２のズームレンズの焦点距離ｆｚｇ２とが以下の条件を満たす、光学系。
１０＜｜ｆｚｇ２／ｆｚｇ１｜＜１０００
【請求項１９】
請求項１２ないし１８のいずれかにおいて、
前記第１のズームレンズ群と前記第２のフォーカスレンズ群とが他のレンズを挟まずに隣接している、光学系。
【請求項２０】
請求項１２ないし１９のいずれかにおいて、
前記第１のフォーカスレンズ群と前記第２のフォーカスレンズ群とが他のレンズを挟まずに隣接している、光学系。
【請求項２１】
請求項１２ないし２０のいずれかにおいて、
前記第１のズームレンズ群と前記第２のズームレンズ群とが他のレンズを挟まずに隣接している、光学系。
【請求項２２】
請求項１２ないし２１のいずれかにおいて、
前記第１のズームレンズ群は、拡大側から順に配置された正の屈折力の第４の正レンズと、拡大側に凹面を備えた負の屈折力のレンズと、正の屈折力の第５の正レンズとを含む縮小側の配列を備えている、光学系。
【請求項２３】
請求項２２において、
前記第４の正レンズの屈折率ｎｄ４と前記第５の正レンズの屈折率ｎｄ５とが以下の条件を満たす、光学系。
０．３０＜ｎｄ４−ｎｄ５＜０．５０
【請求項２４】
請求項２２または２３において、
前記第１のズームレンズ群は、最も拡大側に配置された縮小側が凹の負のメニスカスレンズを含む、光学系。
【請求項２５】
請求項１２ないし２４のいずれかにおいて、
前記第１のズームレンズ群の焦点距離ｆｚｇ１と、当該光学系の広角端における焦点距離ｆｗとが以下の条件を満たす、光学系。
４＜｜ｆｚｇ１／ｆｗ｜＜８
【請求項２６】
請求項１２ないし２５のいずれかにおいて、
前記第２のズームレンズ群は、拡大側から順に配置された負の屈折力のレンズと、両凸の正レンズと、負の屈折力のレンズと、両凸の正レンズとを含む、光学系。
【請求項２７】
請求項９または１０において、
前記第１の固定レンズ群は、縮小側に凹の負のメニスカス形状の複数の非球面レンズを含み、前記複数の非球面レンズの少なくとも１つの非球面レンズの屈折力ｎｄａが以下の条件を満たす、光学系。
１．７０＜ｎｄａ
【請求項２８】
請求項１ないし２７のいずれかにおいて、
前記第２の屈折光学系の歪曲量ｄｓ２が以下の条件を満たす、光学系。
０＜｜ｄｓ２｜＜０．５
【請求項２９】
請求項１ないし２８のいずれかに記載の光学系と、
前記光学系の縮小側に配置された光変調器とを有する、プロジェクタ。
【請求項３０】
請求項１ないし２９のいずれかに記載の光学系と、
前記光学系の縮小側に配置された撮像素子とを有する、撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間像が内部に形成される光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
日本国特開２０１８−３６３９０号公報には、レンズ系および装置全体の小型化を達成しつつ、広角で諸収差が良好に補正された広角レンズ、この広角レンズを備えた投写型表示装置、および、この広角レンズを備えた撮像装置を提供することが記載されている。縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、中間像を拡大側結像面に再結像させる広角レンズにおいて、中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系、縮小側は第２光学系からなり、第１光学系は、所定の条件式を満足する光軸偏向プリズムを有するものとすることを特徴とする広角レンズが開示されている。【０００３】
この文献には、装置の小型化のために、光軸の偏向角を９０°にすること、偏向プリズムには、光軸を９０°偏向させるプリズムを用いること、光軸偏向プリズムより縮小側に、さらに光軸を９０°偏向させる反射部材を設け、光軸を２回折り曲げることで、さらに効率的に広角レンズ全体の小型化を図ることができることが記載されている。また、第２光学系の第２−１レンズ群および第２−３レンズ群が、変倍の際に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動するように構成されていることが記載されている。
【発明の開示】
【０００４】
中間像が内部で形成され、光軸を２回折り曲げできる光学系であって、さらに諸収差の補正が容易であり、また、ズーミングの機構などを含めてコンパクトに配置することが可能な光学系が要望されている。
【０００５】
本発明の態様の１つは、中間像を挟んで拡大側に配置された第１の屈折光学系と、縮小側に配置された第２の屈折光学系とを有する光学系である。第２の屈折光学系は、拡大側に隣接するレンズ群に対し光軸を屈曲可能な第１の間隔を設け、縮小側に隣接するレンズ群に対し光軸を屈曲可能な第２の間隔を設けて配置された第１のリレーレンズ群を含む。この光学系においては、縮小側に画像を形成する光変調器が配置されるプロジェクタの光学系であれば、光変調器の画像が、第１の屈折光学系と第２の屈折光学系との間に、リレーレンズ系である第２の屈折光学系により中間像として形成され、第１の屈折光学系がスクリーン等に対して拡大投影する。縮小側に撮像素子が配置された撮像用の光学系であれば、広角な第１の屈折光学系が結像した中間像が第２の屈折光学系により撮像素子へリレーされて画像として取得される。リレーレンズ系である第２の屈折光学系に、光軸を屈曲（折り曲げ）できる第１の間隔および第２の間隔を設けることにより、中間像を拡大投影するレンズ系、または広角な撮像レンズ系として中間像を結像する第１の屈折光学系内に、光軸を折り曲げるための間隔を設けずに、１回または２回折り曲げできる光学系を提供できる。このため、コンパクトに折り曲げできる光学系であって、第１の屈折光学系のすべての空間を広角で良好な収差補正を実現するために利用できる光学系を提供できる。
【０００６】
典型的には、第１の屈折光学系は、ズーミングの際に移動するズームレンズ群と、フォーカシングの際に移動するフォーカスレンズ群とを含んでもよい。第２の屈折光学系は、ズーミングの際およびフォーカシングの際に位置が固定されたレンズにより構成されてもよい。レンズを移動する機構を要するレンズ群を第１の屈折光学系に集中配置することにより、レンズを移動する機構をコンパクトに纏めることができる。また、プロジェクタであれば光変調器などの機器が収納される装置本体、撮像装置であれば撮像素子などが収納される装置本体から離れてスクリーンまたは像側に配置されることが多い第１の屈折光学系のレンズ群にズーミング（変倍）およびフォーカシング（合焦）用のレンズを配置することにより、装置本体と、ズーミングおよびフォーカシングの機構との設計をよりフレキシブルに行うことも可能となる。
【０００７】
この光学系において、第２の屈折光学系は、第１の屈折光学系に対し、第１の間隔を設けて配置されていてもよい。第２の屈折光学系は、第１のリレーレンズ群に対して第２の間隔を設けて配置された第２のリレーレンズ群を含んでもよい。この光学系は、光軸が一直線に延びた配置であってもよく、第１の間隔および第２の間隔の少なくともいずれかに配置された、光軸の向きを変える屈曲光学素子、典型的にはミラーまたはプリズムを含む、光軸がＬ字形またはＵ字形に折り曲げられた光学系であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】光学系および光学系を含む装置の一例を示す図。
【図２】光学系の光軸を折り曲げて配置した例を示す図。
【図３】レンズデータを示す図。
【図４】非球面データを示す図。
【図５】ズーミングで移動する各群の前後の間隔を示す図。
【図６】フォーカシングで移動する各群の前後の間隔を示す図。
【図７】広角端（ワイド）、標準状態（ノーマル）および望遠端（テレ）における諸収差を示す図。
【図８】広角端（ワイド）の各像高における横収差図。
【図９】標準状態（ノーマル）の各像高における横収差図。
【図１０】望遠端（テレ）の各像高における横収差図。
【図１１】第２の屈折光学系の諸収差を示す図。
【図１２】光学系の構成の一例を示す図。
【図１３】図１２に示す光学系のレンズデータを示す図。
【図１４】非球面データを示す図。
【図１５】ズーミングで移動する各群の前後の間隔を示す図。
【図１６】フォーカシングで移動する各群の前後の間隔を示す図。
【図１７】広角端（ワイド）、標準状態（ノーマル）および望遠端（テレ）における諸収差を示す図。
【図１８】広角端（ワイド）の各像高における横収差図。
【図１９】標準状態（ノーマル）の各像高における横収差図。
【図２０】望遠端（テレ）の各像高における横収差図。
【図２１】第２の屈折光学系の諸収差を示す図。
【発明の実施の形態】
【０００９】
図面を参照して、さらに本発明について説明する。図１に、本発明の一実施例の光学系（光学システム）を含む装置を示している。装置の一例はプロジェクタ１であり、光学系１０と、縮小側２に配置された光変調器（ライトバルブ）５とを有する。プロジェクタ用の光学系１０は、光変調器５の像面５ａから入射された光を、像面５ａと共役な光学系１０内の位置に中間像ＩＭを形成し、さらに拡大側３から投影光１９として出力してスクリーンまたは壁面（不図示）へ投射（投影）して拡大像として再結像させる。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）を含んでもよい。スクリーンは、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。
【００１０】
装置の他の例は撮像装置２１であり、光学系１０と、縮小側２に配置された撮像素子２５とを有する。撮像装置用の光学系１０は、拡大側（物体側）３から入射された光で、縮小側結像面である撮像素子２５の撮像面２５ａと共役な位置に中間像ＩＭを結像し、さらに、撮像面２５ａに再結像する。撮像装置用の光学系であってもプロジェクタ用の光学系であっても、光学系１０の構成および機能としては共通する。このため、以降においては、プロジェクタ１およびプロジェクタ用の光学系１０を例にさらに説明する。
【００１１】
光学系１０は、中間像ＩＭを挟んで拡大側３に配置された第１の屈折光学系ＲＳ１と、縮小側２に配置された第２の屈折光学系ＲＳ２とを有する。第１の屈折光学系ＲＳ１および第２の屈折光学系ＲＳ２は、複数のレンズ群を構成する複数枚のレンズをそれぞれ含む。本例では、第１の屈折光学系ＲＳ１は６群、２１枚のレンズで構成され、第２の屈折光学系ＲＳ２は２群、１２枚のレンズで構成され、光学系１０は合計３３枚のレンズにより構成されている。
【００１２】
第２の屈折光学系ＲＳ２は、拡大側３に隣接するレンズ群Ｇ１６に対し光軸７を屈曲可能な第１の間隔ＢＳ１を設け、縮小側２に隣接するレンズ群Ｇ２２に対し光軸７を屈曲可能な第２の間隔ＢＳ２を設けて配置された第１のリレーレンズ群Ｇ２１を含む。第１のリレーレンズ群Ｇ２１は、第２の屈折光学系ＲＳ２の最も拡大側３に配置されたレンズ群であってもよい。第２の屈折光学系ＲＳ２は、第１の屈折光学系ＲＳ１に対し、第１の間隔ＢＳ１を設けて配置されていてもよい。光軸７を折り曲げ可能な第１の間隔ＢＳ１および第２の間隔ＢＳ２の光軸７に沿った長さ（距離）ＢＳＬと、それぞれの間隔ＢＳ１およびＢＳ２の両側に配置されたレンズの向かい合う面ＢＳＳ１およびＢＳＳ２の有効半径ＢＳＳｒ１およびＢＳＳｒ２が以下の条件（０）を満たしてもよい。
１．５＜ＢＳＬ／（ＢＳＳｒ１＋ＢＳＳｒ２）＜１０・・・（０）
条件（０）の下限は１．６であってもよく、１．７であってもよい。
【００１３】
すなわち、第１の間隔ＢＳ１の光軸７に沿った長さ（距離）ＢＳＬ１と、間隔ＢＳ１の両側に配置されたレンズの向かい合う面ＢＳＳ１１およびＢＳＳ１２の有効半径ＢＳＳｒ１１およびＢＳＳｒ１２が以下の条件（０−１）を満たしてもよい。また、第２の間隔ＢＳ２の光軸７に沿った長さ（距離）ＢＳＬ２と、ＢＳ２の両側に配置されたレンズの向かい合う面ＢＳＳ２１およびＢＳＳ２２の有効半径ＢＳＳｒ２１およびＢＳＳｒ２２が以下の条件（０−２）を満たしてもよい。
１．５＜ＢＳＬ１／（ＢＳＳｒ１１＋ＢＳＳｒ１２）＜１０・・・(０−１)
１．５＜ＢＳＬ２／（ＢＳＳｒ２１＋ＢＳＳｒ２２）＜１０・・・(０−２)
これらの条件（０−１）および（０−２）の下限は１．６であってもよく、１．７であってもよい。
【００１４】
光学系１０は、第１の間隔ＢＳ１および第２の間隔ＢＳ２の少なくともいずれかに配置された、光軸７の向きを変える屈曲光学素子を含んでいてもよい。屈曲光学素子の一例は平面ミラーＭＥ１およびＭＥ２である。屈曲光学素子はプリズムであってもよい。
【００１５】
図２（ａ）に、第１の間隔ＢＳ１に第１のミラーＭＥ１を配置し、第２の間隔ＢＳ２に第２のミラーＭＥ２を配置した光学系１０を示している。図２（ｂ）に、第１の間隔ＢＳ１に第１のミラーＭＥ１を配置した光学系１０を示している。これらの図に示すように、光学系１０は、中間像ＩＭの拡大側３に配置された、広角用の第１の屈折光学系ＲＳ１の範囲の光軸７を折り曲げずに、Ｕ字形またはコ字形のコンパクトな配置や、Ｌ字形のコンパクトな配置を採用できる。すなわち、光学系１０は、中間像ＩＭの拡大側３に配置された、広角用の第１の屈折光学系ＲＳ１に含まれるレンズを直線的な光軸７に沿って配置できる。それとともに、光学系１０は、中間像ＩＭおよび縮小側の第２の屈折光学系ＲＳ２に含まれるレンズを、第１の屈折光学系ＲＳ１の内部の光軸に対して折り曲げられた光軸７に沿って配置でき、全体として、Ｕ字形またはコ字形のコンパクトな配置や、Ｌ字形のコンパクトな配置を備えた光学系１０を提供できる。
【００１６】
図１に戻って、第１の屈折光学系ＲＳ１は、ズーミング（変倍）の際に移動するズームレンズ群Ｇ１４およびＧ１５と、フォーカシング（合焦）の際に移動するフォーカスレンズ群Ｇ１２およびＧ１３とを含んでもよい。ズームレンズ群Ｇ１４およびＧ１５を光軸７に沿って動かすズーミング機構１２と、フォーカスレンズ群Ｇ１２およびＧ１３を光軸７に沿って動かすフォーカシング機構１１とを第１の屈折光学系ＲＳ１に集中して配置できる。特に、この光学系１０においては、第１の屈折光学系ＲＳ１の範囲では、Ｕ字形配置およびＬ字形配置を採用しても光軸７は直線であり、フォーカシング機構１１およびズーミング機構１２は、直線的に各レンズ群Ｇ１２およびＧ１３、Ｇ１４およびＧ１５を動かす機構であってもよい。
【００１７】
また、第１の屈折光学系ＲＳ１にフォーカシングおよびズーミングのためのレンズおよび機構を集中配置できるので、第２の屈折光学系ＲＳ２を構成するレンズ群Ｇ２１およびＧ２２は、ズーミングの際およびフォーカシングの際に位置が固定されたレンズにより構成されていてもよい。第２の屈折光学系ＲＳ２に屈曲光学系ＭＥ１および／またはＭＥ２を配置して、Ｕ字形またはＬ字形の配置を採用する際に、折曲がった光軸７に沿って配置されるレンズＬ２２〜Ｌ３３を固定できるので、レンズの位置精度を向上しやすい。また、ライトバルブ５に繋がる第２の屈折光学系ＲＳ２を固定されたレンズにより構成できる。このため、プロジェクタ１のハウジング内において、照明システムなどの画像形成用のシステムと、光学系１０のフォーカシングまたはズーミング用の機構とが競合したり干渉したりすることを抑制できる。
【００１８】
第１の屈折光学系ＲＳ１は、フォーカスレンズ群Ｇ１２およびＧ１３、およびズームレンズ群Ｇ１４およびＧ１５に加え、それらの拡大側３、すなわち、フォーカス群Ｇ１２の拡大側３に配置された第１の固定レンズ群（第１のレンズ群）Ｇ１１と、それらの縮小側２、すなわち、ズームレンズ群Ｇ１５の縮小側２に配置された第２の固定レンズ群（第６のレンズ群）Ｇ１６とを含んでもよい。固定レンズ群Ｇ１１およびＧ１６を拡大側３および縮小側２にそれぞれ配置することにより、インナーフォーカスタイプで、ズーミングレンズも内部に配置された、フォーカシングおよびズーミングの際に、第１の屈折光学系ＲＳ１の全長が固定された光学系１０を提供できる。第２の屈折光学系ＲＳ２は固定されたレンズにより構成されてもよく、フォーカシングおよびズーミングの際に、全長が固定された光学系１０を提供できる。
【００１９】
第１の固定レンズ群Ｇ１１は、第１の屈折光学系ＲＳ１の最も拡大側３に配置されたレンズ群であってもよく、縮小側２に凹の負の屈折力のレンズを含んでもよい。第２の固定レンズ群Ｇ１６は、第１の屈折光学系ＲＳ１の最も縮小側２に配置されたレンズ群であり、正の屈折力のレンズを含んでもよい。広角な投影（撮像）に適した第１の屈折光学系ＲＳ１を提供できる。第１の屈折光学系ＲＳ１は、負のパワーのレンズ群が拡大側３に配置され、正のパワーのレンズ群が縮小側２に配置されるレトロフォーカスタイプであってもよい。拡大側３が広角または超広角ズームで、中間像ＩＭが結像される像側の縮小側２がテレセントリック性を有する第１の屈折光学系ＲＳ１を提供でき、リレーレンズ系である第２の屈折光学系ＲＳ２と組み合わせて、投影あるいは撮像向けのアプリケーションの要求または仕様に対して、設計しやすい光学系１０を提供できる。
【００２０】
また、第１の屈折光学系ＳＲ１では、フォーカスレンズ群（合焦群）Ｇ１２およびＧ１３と、ズームレンズ群（変倍群）Ｇ１４およびＧ１５とが、隣接して配置され、特に、固定された他のレンズまたはレンズ群を挟まずに隣接して配置されていてもよい。この光学系１０において、第１の屈折光学系ＳＲ１の範囲内に、Ｕ字形またはＬ字形の配置を採用する際に、光軸７を折り曲げるためのスペース（間隔）を設けなくてもよい。このため、大口径となりやすい最も拡大側３のレンズ群Ｇ１１に続いて、収差補正用のみならず、フォーカシングおよびズーミング用のレンズ群を、それらの機能に必要な空気間隔のみを設けて配置することが可能となり、コンパクトで多機能な第１の屈折光学系ＳＲ１を提供できる。その中で、フォーカスレンズ群とズームレンズ群とを隣接配置することにより、レンズの移動機構も集中して配置することが可能となり、全体としてよりコンパクトな光学系１０を提供できる。
【００２１】
第１の屈折光学系ＳＲ１に配置されたズームレンズ群Ｇ１４およびＧ１５は、絞りＳＴ１が配置された位置、すなわち、軸外光線の主光線と第１の屈折光学系ＳＲ１の光軸７とが交差する第１の位置（ＳＴ１）を挟んで配置された第１のズームレンズ群Ｇ１４および第２のズームレンズ群Ｇ１５を含んでもよい。また、フォーカスレンズ群Ｇ１２およびＧ１３は、絞りＳＴ１が配置された第１の位置（ＳＴ１）の拡大側３に配置された第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２および第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３を含んでもよい。
【００２２】
フォーカスレンズ群（合焦レンズ群）Ｇ１２およびＧ１３を、最も拡大側３に配置された第１のレンズ群Ｇ１１により屈折される軸外光線の主光線が光軸７と交差する絞りＳＴ１の拡大側３に配置することで、フォーカシングのために移動するレンズを小型化し、第１のレンズ群Ｇ１１で発生する収差を適切に補正しながらピント調整および像面調整が可能となる。また、ズームレンズ群（変倍レンズ群）Ｇ１４およびＧ１５を、絞りＳＴ１の前後に配置することで、ズーミングのために移動するレンズを小型化し、軸外で発生する収差の変動を抑制しつつ、軸上で発生する収差を良好に補正しながら変倍を行ことができる。フォーカシングに対して移動量が比較的大きくなるズーミングを絞りＳＴ１の前後に配置することにより、移動のためのメカ機構１２の簡素化を図ることができる。さらに、２つのフォーカスレンズ群Ｇ１２およびＧ１３を前後に配置することによりピント調整および像面調整がより高い精度で可能となる。２つのズームレンズ群Ｇ１４およびＧ１５を絞りＳＴ１を挟んで配置することにより、一方をバリエータ、他方をコンペンセータとして動かし、変倍における像面および収差の補償および／または補正をより精度よく行うことができる。そして、これらすべての移動レンズを第１の屈折光学系ＲＳ１に配置することで、フォーカシングおよびズーミングに関するメカ機構１１および１２を簡素化できる。
【００２３】
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２は、拡大側３から配置された両凹の負レンズＬ６と正の屈折力のレンズＬ７との拡大側の配列（レンズ配列、レンズ組み合わせ、サブレンズ群）Ａ１を含み、第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３は、正の屈折力のレンズ群であってもよい。第１のフォーカスレンズ群を負−正のパワーの組み合わせにすることで、軸外主光線高が高い位置で入射および出射する正レンズＬ７により第１のレンズ群Ｇ１１で発生する倍率色収差を補正しつつ、負レンズＬ６の拡大側凹面および正レンズＬ７にて第１のレンズ群Ｇ１１で発生する像面湾曲や歪曲収差を相殺できる。負レンズＬ６と正レンズＬ７とからなる拡大側の配列Ａ１は接合レンズ（バルサムレンズ）Ｂ１を形成してもよい。第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２の縮小側２の絞りＳＴ１に近い側に、第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３を配置することで、小型（小口径）の第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３によりピント変動を補正できる。
【００２４】
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２は、拡大側３から配置された正の屈折力のレンズＬ９と両凹の負レンズＬ１０との、正−負のパワー配置からなる縮小側の配列（レンズ配列、レンズ組み合わせ、サブレンズ群）Ａ２を含んでもよい。第２のフォーカスレンズ群は、正の屈折力のレンズ群Ｇ１３であってもよい。第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２に、正−負（縮小側２から負−正）の組み合わせＡ２を設けることで、軸外主光線高が高い位置で入射および出射する正レンズＬ９により第１のレンズ群Ｇ１１で発生する倍率色収差を補正しつつ、負レンズＬ１０の拡大側３に凹の面、および正レンズＬ９にて第１のレンズ群Ｇ１１で発生する像面湾曲や歪曲収差を相殺できる。
【００２５】
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２は、上記の２つの配列Ａ１およびＡ２を含んでいてもよい。すなわち、第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２は、拡大側３から順に配置された、両凹の第１の負レンズＬ６と正の屈折力の第１の正レンズＬ７との拡大側の配列（接合レンズＢ１）Ａ１と、拡大側の配列Ａ１の縮小側２に配置された、拡大側３から順に配置された正の屈折力の第２の正レンズＬ９と両凹の第２の負レンズＬ１０との縮小側の配列Ａ２とを含み、第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３は、正の屈折力のレンズ群であってもよい。縮小側の配列Ａ２においては、両凹の負レンズＬ１０で光線を跳ね上げ、拡大側３の正レンズＬ９に対し軸外光線の主光線高が高い状態で入射させて第１のレンズ群Ｇ１１で発生する倍率色収差を効果的に補正できる。さらに、拡大側の配列Ａ１においては、正レンズＬ７が縮小側の凹面で、軸上光線の光線幅の収束を抑制して負レンズＬ６へ入射させることで、第１のレンズ群Ｇ１１で発生する球面収差やコマ収差等の軸上収差を適切に補正する。また、正レンズＬ７で光線を収束させながら、負レンズＬ６により主に軸外光線を光軸から離れる方向へ跳ね上げることで拡大側３の第１のレンズ群Ｇ１１における画角の確保を補助できる。第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２が拡大側の配置と縮小側の配置とを備えることは、フォーカスレンジの確保のために有効である。
【００２６】
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２は、第１の正レンズＬ７と第２の正レンズＬ９との間に配置された正の屈折力の第３の正レンズＬ８を含んでもよい。第３の正レンズＬ８は、正レンズＬ７およびＬ９と同様に軸外光線の主光線高が高く倍率色収差を補正しつつ、正レンズＬ９で略平行光または弱い収束光となった軸上光線を強く収束させながら軸上収差を補正し、軸外光線の光線角度を光軸側へ寝かせて拡大側のレンズ系の増大を抑制する。
【００２７】
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２の焦点距離ｆｆｇ１と、第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３の焦点距離ｆｆｇ２とが以下の条件（１）を満たしてもよい。
０＜｜ｆｆｇ２／ｆｆｇ１｜＜０．２・・・（１）
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２の焦点距離ｆｆｇ１は正であっても負であってもよい。拡大側３に配置された略対称的なレンズ配置の第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２のパワーを第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３のパワーに対して十分に弱く設定することで、合焦の前後における光学系１０の焦点距離の過剰な変動を抑制しやすい。さらに、合焦の前後により変化する収差の内、拡大側３では軸外光線と軸上光線とが分離した光束に対して各光束の差により生じる収差を補正し、縮小側２では分離しない光束に対して光束毎に発生する収差を補正し、かつ、対称形の配置により像面の歪み等を補正しやすい。正レンズ（正のパワーのレンズ）Ｌ８を間に配置することにより、前後の正レンズ（正のパワーのレンズ）Ｌ７およびＬ９の曲率半径を緩めることができる。このため、第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２の軸上収差を過剰に発生させずに済む。
【００２８】
第１のズームレンズ群Ｇ１４の焦点距離ｆｚｇ１と、第２のズームレンズ群Ｇ１５の焦点距離ｆｚｇ２とが以下の条件（２）を満たしてもよい。
１０＜｜ｆｚｇ２／ｆｚｇ１｜＜１０００・・・（２）
第２のズームレンズ群Ｇ１５のパワーを第１のズームレンズ群Ｇ１４のパワーに対して弱く設定することで、縮小側２から到達する光束の各光線の主光線に対する上下光線を収束させすぎることなく拡大側３へリレーできる。さらに、変倍の前後で発生する収差を補償および／または補正し、絞りＳＴ１の拡大側に隣接する第１のズームレンズ群Ｇ１４で軸上光線および軸外光線の広がった状態の主光線及び上下光線を収束させて倍率を変動できる。さらに、絞りＳＴ１を挟んで配置され、軸上光線及び軸外光線がレンズ面の近接する位置を通過するレンズ群Ｇ１４およびＧ１５を動かすことで変倍に応じて軸上で発生する収差を適切に補正する。
【００２９】
第１のズームレンズ群Ｇ１４と第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３とが他のレンズを挟まずに隣接して配置されていてもよい。レンズを移動する機械的構成１１および１２を拡大側の第１の屈折光学系ＲＳ１にまとめて配置できる。第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２と第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３とが他のレンズを挟まずに隣接して配置されていてもよい。フォーカシング用の機械的構成１１を一か所にまとめて配置できる。第１のズームレンズ群Ｇ１４と第２のズームレンズ群Ｇ１５とが他のレンズを挟まずに隣接して配置されていてもよい。ズーミング用の機械的構成１２を一か所にまとめて配置できる。
【００３０】
第１のズームレンズ群Ｇ１４は、拡大側３から順に配置された、正の屈折力の第４の正レンズＬ１３と、拡大側に凹面を備えた負の屈折力のレンズＬ１４と、正の屈折力の第５の正レンズＬ１５とを含む縮小側の配列（レンズ配列、レンズ組み合わせ、サブレンズ群）Ａ３を備えていてもよい。正レンズＬ１５により第１のズームレンズ群Ｇ１４に対して縮小側２から入射する発散していた各光線を収束させ、特に軸外光線の下側光線（光線の進行方向と直交する断面における縁を構成する光線の内、最もレンズ光軸に近い光線と定義）をより強く収束させて主光線に対する上側光線までの距離と、下側光線までの距離との不均一を補正できる。さらに、負レンズＬ１４の縮小側２の凹面にて、各光線をいったん平行光に直してから正レンズＬ１５へ入射させて、負レンズＬ１４と正レンズＬ１５の間で軸上色収差を補正できる。
【００３１】
第４の正レンズＬ１３の屈折率ｎｄ４と第５の正レンズＬ１５の屈折率ｎｄ５とが以下の条件（３）を満たしてもよい。
０．３０＜ｎｄ４−ｎｄ５＜０．５０・・・（３）
レンズＬ１５は絞りＳＴ１に隣接するレンズのため有効径が小さく、レンズ面の曲率をきつく（大きく）しても収差に対して与える影響が少なく、かつ、低屈折率の硝材を用いてレンズ系や厚みの増大を抑制できる。レンズＬ１５よりも拡大側に高屈折率のレンズＬ１３を配置することで、レンズ径やレンズ厚の増大を抑えながら異なる性質の正レンズＬ１３およびＬ１５を第１のズームレンズ群Ｇ１４の中に配置することが可能となり、軸上収差の補正を適切に行うことが可能となる。
【００３２】
第１のズームレンズ群Ｇ１４は、最も拡大側３に配置された、縮小側２が凹の負のメニスカスレンズＬ１２を含んでもよい。レンズＬ１２は非球面レンズであってもよく、軸上光線の光線幅が広いまま入射および出射するレンズ面を有するレンズに非球面を設けることで、軸上収差を精密に補正することができる。
【００３３】
第１のズームレンズ群Ｇ１４の焦点距離ｆｚｇ１と、当該光学系１０の広角端における焦点距離ｆｗとが以下の条件（４）を満たしてもよい。
４＜｜ｆｚｇ１／ｆｗ｜＜８・・・（４）
条件（４）の下限以下では第１のズームレンズ群Ｇ１４のパワーが強すぎて収差補正が難しくなる。条件（４）の上限以上では第１のズームレンズ群のパワーが弱すぎて移動量が増えてしまう。
【００３４】
第２のズームレンズ群Ｇ１５は、拡大側３から順に配置された負の屈折力のレンズＬ１６と、両凸の正レンズＬ１７と、負の屈折力のレンズＢ２と、両凸の正レンズＬ２０とからなる、負−正−負−正のパワー配置の配列（レンズ配列、レンズ組み合わせ、サブレンズ群）Ａ４を含んでもよい。レンズＢ２は、負レンズＬ１８と正レンズＬ１９との接合レンズであってもよい。縮小側２の正レンズＬ２０は、縮小側２の凸面により第１のレンズ群Ｇ１１で発生する像面湾曲や歪曲収差を補正しつつ軸外光線を光軸側に折り曲げて光線高を下げて拡大側３のレンズ系の増大を抑える。正レンズＬ２０により収束気味となった軸上光線及び軸外光線を負レンズＢ２（レンズＬ１８）により再度発散させて軸上収差の補正能力を確保しつつ、軸外光線の特に上側光線の光線角度を調整してバランスをとる。正レンズＬ１７は負レンズＬ１８からの出射光を、軸上光線の光線幅もある程度あり、かつ、軸外光線の光線高もある程度あるレンズ面である縮小側２のレンズ面を凸面の非球面にすることで、軸外収差及び軸上収差の両方を適切に収差補正する。拡大側３の負レンズＬ１６は出射光を発散させて軸上光線の光線幅を広げて、拡大側３のレンズ群へと光線を受け渡し、拡大側３のレンズ群での収差補正能力を確保する。
【００３５】
最も拡大側３に配置された第１のレンズ群（第１の固定レンズ群）Ｇ１１は、縮小側２に凹の負のメニスカス形状の複数の非球面レンズＬ２、Ｌ４およびＬ５を含み、複数の非球面レンズＬ２、Ｌ４およびＬ５の少なくとも１つの非球面レンズの屈折力ｎｄａが以下の条件（５）を満たしてもよい。
１．７０＜ｎｄａ・・・（５）
口径が大きくなる第１のレンズ群Ｇ１１に含まれるこれらの非球面レンズＬ２、Ｌ４およびＬ５をガラスモールドで提供することができる。
【００３６】
第２の屈折光学系ＲＳ２の歪曲量ｄｓ２（％）が以下の条件（６）を満たしてもよい。
０＜｜ｄｓ２｜＜０．５・・・（６）
リレー系である第２の屈折光学系ＲＳ２に発生する歪曲収差が小さく、第１の屈折光学系ＲＳ１と第２の屈折光学系ＲＳ２とでそれぞれ単独で補正を行うことで、短焦点の投射系で問題となる歪曲収差を良好に補正しやすい。さらに、それぞれの光学系で独立して補正できていることで、第１の屈折光学系ＲＳ１と第２の屈折光学系ＲＳ２との間の公差感度を低減することが可能となり、組み立てが容易になる。
【００３７】
光学系１０が投射光学系として用いられた例についてさらに説明する。図１に示す光学系（投射光学系）１０は、複数のレンズを含む第１の屈折光学系ＲＳ１と、複数のレンズを含む第２の屈折光学系ＲＳ２とを含む。光学系１０は、縮小側２から入射した光により光学系１０の内部に結像される中間像ＩＭを、拡大側３の広角な第１の屈折光学系ＲＳ１により拡大側３に拡大投影する。
【００３８】
第１の屈折光学系ＲＳ１は、全体が正の屈折力（パワー）で、６群、全２１枚のレンズからなり、拡大側３から順に配置された、負のパワーで位置が固定された第１のレンズ群Ｇ１１と、弱い負のパワーでフォーカシングの際に移動する第２のレンズ群（第１のフォーカスレンズ群）Ｇ１２と、正のパワーでフォーカシングの際に移動する第３のレンズ群（第２のフォーカスレンズ群）Ｇ１３と、正のパワーでズーミングの際に移動する第４のレンズ群（第１のズームレンズ群）Ｇ１４と、第５のレンズ群Ｇ１５とともに移動する絞りＳＴ１と、正のパワーでズーミングの際に移動する第５のレンズ群（第２のズームレンズ群）Ｇ１５と、正のパワーで位置が固定された第６のレンズ群Ｇ１６とを含む。すなわち、第１の屈折光学系ＲＳ１は、拡大側３から順に、負−負−正−正−（絞り）−正−正のパワーの複数のレンズ群を含み、本例ではこれらのレンズ群Ｇ１１〜Ｇ１６からなる構成を含む。
【００３９】
最も拡大側３の第１のレンズ群Ｇ１１は５枚構成の広角レンズ群であり、拡大側３に凸で縮小側２に凹でパワーが負の４枚のメニスカスレンズＬ１〜３およびＬ５と、拡大側３に凸（縮小側２に凹）でパワーが正のメニスカスレンズＬ４とにより構成されている。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１１は、拡大側３から順番に配置された、負−負−負−正−負のパワー配置を含む。これらのメニスカスレンズＬ１〜５のうち、レンズＬ２、Ｌ４およびＬ５の両面が非球面である。
【００４０】
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２は、近距離から遠距離にフォーカスする際に縮小側２に移動する５枚構成のフォーカシング用のレンズ群であり、拡大側３から順に配置された、両凹の負レンズＬ６、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ７、両凸の正レンズＬ８、両凸の正レンズＬ９、および両凹の負レンズＬ１０を含む。負レンズＬ６および正レンズＬ７は負の接合レンズＢ１を構成している。すなわち、第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２は、拡大側３から順に配置された負−正−正−正−負または負−正−正−負のパワー配置を含む。
【００４１】
第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３は、近距離から遠距離にフォーカスする際に縮小側２に移動する正のパワーのレンズの１枚構成のフォーカシング用のレンズ群であり、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ１１を含む。
【００４２】
第１のズームレンズ群Ｇ１４は、広角端から望遠端にズームする際に拡大側３へ移動する４枚構成のズーミング（変倍）用のレンズ群であり、拡大側３から順に配置された、拡大側３に凸（縮小側２に凹）の負のメニスカスレンズＬ１２と、両凸の正レンズＬ１３と、両凹の負レンズＬ１４と、両凸の正レンズＬ１５とを含む。すなわち、第１のズームレンズ群Ｇ１４は、拡大側３から順に配置された負−正−負−正のパワー配置を含む。
【００４３】
第２のズームレンズ群Ｇ１５は、第１のズームレンズ群Ｇ１４に対して、絞りＳＴ１を挟んで縮小側２に配置され、広角端から望遠端にズームする際に、拡大側３の絞りＳＴ１とともに拡大側３へ移動する５枚構成のズーミング（変倍）用のレンズ群である。第２のズームレンズ群Ｇ１５は、拡大側３から順に配置された、両凹の負レンズＬ１６と、両凸の正レンズＬ１７と、両凹の負レンズＬ１８と、拡大側３に凸（縮小側２に凹）の正のメニスカスレンズＬ１９と、両凸の正レンズＬ２０とを含む。負レンズＬ１８と正レンズＬ１９とは負の接合レンズＢ２を構成している。すなわち、第２のズームレンズ群Ｇ１５は、拡大側３から順に配置された負−正−負−正−正または負−正−負−正のパワー配置を含む。
【００４４】
最も縮小側２に配置され中間像ＩＭに隣接する第６のレンズ群Ｇ１６は、固定された正のパワーのレンズの１枚構成のレンズ群であり、両凸の正レンズＬ２１を含む。第６のレンズ群Ｇ１６は縮小側２が他のレンズを挟まずに中間像ＩＭに面しているが、光軸７を折り曲げる配置の場合は、ミラーＭＥ１またはプリズムなどの他の屈曲光学素子が中間像ＩＭとの間に配置されていてもよい。
【００４５】
リレーレンズ群である第２の屈折光学系ＲＳ２は、全体が正のパワーで、全１２枚のレンズから構成され、第１の屈折光学系ＲＳ１の縮小側２に第１の間隔ＢＳ１を設けて配置されている。第２の屈折光学系ＲＳ２は、拡大側３から順番に配置された正のパワーの第１のリレーレンズ群Ｇ２１と、正のパワーの第２のリレーレンズ群Ｇ２２とを含む。最も拡大側３に配置された、第１のリレーレンズ群Ｇ２１は、位置が固定された正のパワーのレンズの１枚構成のレンズ群であり、両凸の正レンズＬ２２を含む。第１のリレーレンズ群Ｇ２１は拡大側３が他のレンズを挟まずに中間像ＩＭに面しているが、光軸７を折り曲げる配置の場合は、ミラーＭＥ１またはプリズムなどの他の屈曲光学素子が中間像ＩＭとの間に配置されていてもよい。
【００４６】
第２のリレーレンズ群Ｇ２２は、第１のリレーレンズ群Ｇ２１の縮小側２に第２の間隔ＢＳ２を設けて配置されており、位置が固定された１１枚構成のレンズ群である。第１のリレーレンズ群Ｇ２１および第２のリレーレンズ群Ｇ２２は他のレンズを挟まずに隣接して（面して）いるが、光軸７を折り曲げる配置の場合は、ミラーＭＥ２またはプリズムなどの他の屈曲光学素子がそれらの間に配置されていてもよい。
【００４７】
第２のリレーレンズ群Ｇ２２は、拡大側３から順に配置された、両凸の正レンズＬ２３と、両凸の正レンズＬ２４と、両凹の負レンズＬ２５と、絞りＳＴ２と、両凹の負レンズＬ２６と、縮小側２に凸の正のメニスカスレンズＬ２７と、両凸の正レンズＬ２８と、両凹の負レンズＬ２９と、両凹の負レンズＬ３０と、両凸の正レンズＬ３１と、両凸の正レンズＬ３２と、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ３３とを含む。正レンズＬ２４および負レンズＬ２５は負の接合レンズＢ３を構成し、負レンズＬ３０および正レンズＬ３１は負の接合レンズＢ４を構成している。すなわち、第２のリレーレンズ群Ｇ２２は、拡大側３から、正−正−負−（絞り）−負−正−正−負−負−正−正−正または正−負−（絞り）−負−正−正−負−負−正−正のパワー配置を含む。第２のリレーレンズ群Ｇ２２の縮小側２はプリズムおよびカバーガラスを介してライトバルブ５の像面５ａに面している。
【００４８】
図３〜図６に、光学系１０の各エレメントのデータを示している。図３において、Ｓはレンズの場合の面番号、Ｒは拡大側３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）、Ｄは拡大側３から順に並んだ各エレメントの面の間の距離（間隔、ｍｍ）、ｒは各エレメントの有効半径（ｍｍ）、屈折率ｎｄ（ｄ線）、アッベ数νｄ（ｄ線）とを示している。図４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３に示した係数Ｒと図４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／Ｒ）Ｙ２／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）２Ｙ２｝１／２］
＋Ａ４Ｙ４＋Ａ６Ｙ６＋Ａ８Ｙ８＋Ａ１０Ｙ１０
【００４９】
図５は、ズーミングの際に移動する第１のズームレンズ群Ｇ１４および第２のズームレンズ群Ｇ１５の移動量を、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Ｄ２１、Ｄ２９およびＤ３９により示している。
【００５０】
図６は、フォーカシングの際に移動する第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２および第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３の動きを、第１のレンズ群Ｇ１１の拡大側３の端（面Ｓ１）からスクリーン（不図示）までの焦点距離が近距離（７５０．０ｍｍ）、中距離（１２００．０ｍｍ）および遠距離（３０００．０ｍｍ）の各位置における各レンズ群の前後の間隔Ｄ１０、Ｄ１９およびＤ２１により示している。第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２および第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３は、ズーミングの際は移動せず、ズーミングの際に移動するズームレンズ群Ｇ１４との間隔Ｄ２１がワイド、標準、テレにより変化している。
【００５１】
図７（ａ）〜（ｃ）に、広角端（ワイド）、標準状態（ノーマル）および望遠端（テレ）における球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。図８、図９および図１０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。図１１に、第２の光学系ＲＳ２の非点収差および歪曲収差を示している。また、非点収差は、タンジェンシャル光線Ｔとサジタル光線Ｓとを示している。以下の各実施例においても同様である。
【００５２】
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）：0.0085
Ｆ値：2.4
最大画角（半画角）：61.4°
変倍比：1.07
全系の合成焦点距離(広角端、ｆｗ:望遠端、ｆｔ(ｍｍ)):(−6.68：−7.15)
第１の屈折光学系ＲＳ１の合成焦点距離(広角端:望遠端(ｍｍ)):(8.59:9.19)
第２の屈折光学系ＲＳ２の合成焦点距離(ｍｍ)：−1019.68
第１のレンズ群Ｇ１の合成焦点距離(ｍｍ)：−11.29
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２の合成焦点距離(ｆｆｇ１、ｍｍ):−714.83
第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３の合成焦点距離(ｆｆｇ２、ｍｍ)：104.75
第１のズームレンズ群Ｇ１４の合成焦点距離(ｆｚｇ１、ｍｍ)：39.64
第２のズームレンズ群Ｇ１５の合成焦点距離(ｆｚｇ２、ｍｍ)：632.80
第６のレンズ群Ｇ１６の合成焦点距離(ｍｍ)：76.65
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２の移動距離(近距離から遠距離まで、ｍｍ):
3.576
第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３の移動距離(ｍｍ)：1.497
第１のズームレンズ群Ｇ１４の移動距離(ワイドからテレまで、ｍｍ)：
−3.483
第２のズームレンズ群Ｇ１５の移動距離(ｍｍ)：2.665
第１の間隔ＢＳ１の距離(ＢＳＬ１(Ｄ４１＋Ｄ４２)、ｍｍ)：72.0
第２の間隔ＢＳ２の距離(ＢＳＬ２(Ｄ４４＋Ｄ４５)、ｍｍ)：72.0
条件（０−１）(ＢＳＬ1／(ＢＳＳｒ11(ｒ41)＋ＢＳＳｒ12(ｒ43))：1.80
条件（０−２）(ＢＳＬ2／(ＢＳＳｒ21(ｒ44)＋ＢＳＳｒ22(ｒ46))：2.17
条件（１）（｜ｆｆｇ２／ｆｆｇ１｜）：0.147
条件（２）（｜ｆｚｇ２／ｆｚｇ１｜）：15.96
条件（３）（ｎｄ４−ｎｄ５：(ｎｄ(Ｌ１３)−ｎｄ(Ｌ１５)))：0.345
条件（４）（｜ｆｚｇ１／ｆｗ｜）：5.93
条件（５）（ｎｄａ）：1.74−1.80
条件（６）（｜ｄｓ２｜、％）：0.1
【００５３】
この光学系１０においては、上述した条件（０）〜（６）のすべてを満たし、中間像ＩＭよりも拡大側３の第１の屈折光学系ＲＳ１に配置されたレンズ群により、ズーミングおよびフォーカシングを行うことができる。さらに、光軸７を折り曲げることができる間隔ＢＳ１およびＢＳ２が縮小側２の第２の屈折光学系ＲＳ２内、または、第１の屈折光学系ＲＳ１および第２の屈折光学系ＲＳ２の間に設けられている。したがって、第１の屈折光学系ＲＳ１のレンズ配置に影響を及ぼさずに、光学系１０をＵ字形（コ字形）またはＬ字形に曲げてコンパクトに配置することが可能であり、ズーミングおよびフォーカシングを、拡大側３の第１の屈折光学系ＲＳ１に集中して配置できる。このため、レンズの移動機構１１および１２も集中して配置でき、コンパクトに構成できる。さらに、この光学系１０は、各条件を満たし、配列Ａ１〜Ａ４を始めとする上述した各構成を備えている。このため、光学系１０は、収差図にも示すように、ズーミングおよびフォーカシングの際の収差補正も良好であり、投射光学系としては、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。
【００５４】
図１２に、プロジェクタの他の例を示している。このプロジェクタ１も、縮小側２の光変調器（ライトバルブ）５の像面（第１の像面）５ａから拡大側３のスクリーンまたは壁面へ投射する光学系１０を含む。この光学系１０は撮像装置２１用の光学系であってもよいことは上記の実施例と同様である。以下においても、投射用の光学系１０を例に説明する。この光学系１０は全３１枚のレンズで構成され、拡大側３に配置された複数のレンズを含む第１の屈折光学系ＲＳ１と、縮小側２に配置された複数のレンズを含む第２の屈折光学系ＲＳ２とを含み、第２の屈折光学系ＲＳ２により結像された中間像ＩＭを、広角な第１の屈折光学系ＲＳ１によりスクリーン等に対して拡大投影する。
【００５５】
第１の屈折光学系ＲＳ１は、全体が正の屈折力（パワー）で、６群、全２０枚のレンズからなり、拡大側３から順に配置された、負のパワーで位置が固定された第１のレンズ群Ｇ１１と、弱い正のパワーでフォーカシングの際に移動する第２のレンズ群（第１のフォーカスレンズ群）Ｇ１２と、正のパワーでフォーカシングの際に移動する第３のレンズ群（第２のフォーカスレンズ群）Ｇ１３と、正のパワーでズーミングの際に移動する第４のレンズ群（第１のズームレンズ群）Ｇ１４と、第５のレンズ群Ｇ１５とともに移動する絞りＳＴ１と、正のパワーでズーミングの際に移動する第５のレンズ群（第２のズームレンズ群）Ｇ１５と、正のパワーで位置が固定された第６のレンズ群Ｇ１６とを含む。すなわち、この第１の屈折光学系ＲＳ１は、拡大側３から順に、負−正−正−正−（絞り）−正−正のパワーの複数のレンズ群を含む。
【００５６】
最も拡大側３の第１のレンズ群Ｇ１１は４枚構成の広角レンズ群であり、拡大側３に凸で縮小側２に凹でパワーが負の３枚のメニスカスレンズＬ１、Ｌ２およびＬ４と、拡大側３に凸で縮小側２に凹でパワーが正のメニスカスレンズＬ３とにより構成されている。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１１は、拡大側３から順番に配置された、負−負−正−負のパワー配置を含む。これらのメニスカスレンズＬ１〜４のうち、レンズＬ１、Ｌ３およびＬ４の両面が非球面である。
【００５７】
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２は、近距離から遠距離にフォーカスする際に縮小側２に移動する５枚構成のフォーカシング用のレンズ群であり、拡大側３から順に配置された、両凹の負レンズＬ５、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ６、両凸の正レンズＬ７、両凸の正レンズＬ８、および両凹の負レンズＬ９を含む。負レンズＬ５および正レンズＬ６は接合レンズＢ１を構成している。第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２は、上述した例と共通のパワー配置を含む。第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２は、レンズＬ５およびＬ６からなる拡大側の配列Ａ１と、レンズＬ８およびレンズＬ９からなる縮小側の配列Ａ２とを含み、さらに、これらの間に配置された第３の正レンズＬ７を含む。
【００５８】
第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３は、近距離から遠距離にフォーカスする際に縮小側２に移動する正のパワーのレンズの１枚構成のフォーカシング用のレンズ群であり、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ１０を含む。この第１の屈折光学系ＲＳ１は、２つのフォーカスレンズ群Ｇ１２およびＧ１３を含み、上述した実施例と同様の構成をすべて含む。したがって、これらフォーカスレンズ群Ｇ１２およびＧ１３はコンパクトな機構１１により集中して制御でき、さらに、ピント調整および像面調整を良好に行うことができる。
【００５９】
第１のズームレンズ群Ｇ１４は、広角端から望遠端にズームする際に拡大側３へ移動する４枚構成のズーミング（変倍）用のレンズ群であり、拡大側３から順に配置された、拡大側３に凸（縮小側２に凹）の負のメニスカスレンズＬ１１と、両凸の正レンズＬ１２と、両凹の負レンズＬ１３と、両凸の正レンズＬ１４とを含み、レンズＬ１２、Ｌ１３およびＬ１４により縮小側の配列Ａ３が構成されている。さらに、最も拡大側３に縮小側２が凹の負のメニスカスレンズＬ１１を備えており、上述した実施例の第１のズームレンズ群Ｇ１４と構成は共通する。
【００６０】
第２のズームレンズ群Ｇ１５は、絞りＳＴ１を挟んで縮小側２に配置され、広角端から望遠端にズームする際に、拡大側３の絞りＳＴ１とともに拡大側３へ移動する５枚構成のズーミング（変倍）用のレンズ群であり、拡大側３から順に配置された、両凹の負レンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と、両凹の負レンズＬ１７と、拡大側３に凸（縮小側２に凹）の正のメニスカスレンズＬ１８と、両凸の正レンズＬ１９とを含む。負レンズＬ１８と正レンズＬ１９とは接合レンズＢ２を構成している。この第２のズームレンズ群Ｇ１５も、拡大側３から順に配置された負の屈折力のレンズＬ１５と、両凸の正レンズＬ１６と、負の屈折力のレンズＢ２と、両凸の正レンズＬ１９とからなる配列Ａ４を含む。
【００６１】
したがって、本例の第１の屈折光学系ＲＳ１も、絞りＳＴ１を挟んで配置された２つのズームレンズ群Ｇ１４およびＧ１５を含み、それぞれのズームレンズ群Ｇ１４およびＧ１５は、上記の実施例と構成は共通する。このため、本例の第１の屈折光学系ＲＳ１においても、コンパクトな構成のズームレンズ群Ｇ１４およびＧ１５を絞りＳＴ１の周りに集中して配置でき、移動する機構１２を含めてコンパクトに設計できる。さらに、変倍の際の収差補正も良好に行うことができる。
【００６２】
最も縮小側２に配置され中間像ＩＭに隣接する第６のレンズ群Ｇ１６は、固定された正のパワーのレンズの１枚構成のレンズ群であり、両凸の正レンズＬ２０を含む。図１２においては、第６のレンズ群Ｇ１６は縮小側２が他のレンズを挟まずに中間像ＩＭに面しているが、光軸７を折り曲げる配置の場合は、ミラーＭＥ１またはプリズムなどの他の屈曲光学素子が中間像ＩＭとの間に配置されていてもよいことは上記の実施例と同様である。
【００６３】
リレーレンズ群である第２の屈折光学系ＲＳ２は、全体が正のパワーで全１１枚のレンズから構成され、第１の屈折光学系ＲＳ１の縮小側２に第１の間隔ＢＳ１を設けて配置されており、拡大側３から順番に配置された正のパワーの第１のリレーレンズ群Ｇ２１と、正のパワーの第２のリレーレンズ群Ｇ２２とを含む。最も拡大側３に配置された、第１のリレーレンズ群Ｇ２１は、位置が固定された１枚構成のレンズ群であり、両凸の正レンズＬ２１を含む。
【００６４】
図１２においては、第１のリレーレンズ群Ｇ２１は拡大側３が他のレンズを挟まずに中間像ＩＭに面しているが、光軸７を折り曲げる配置の場合は、ミラーＭＥ１またはプリズムなどの他の屈曲光学素子が中間像ＩＭとの間に配置されていてもよいことは上記の実施例と同様である。また、第２のリレーレンズ群Ｇ２２は、第１のリレーレンズ群Ｇ２１の縮小側２に第２の間隔ＢＳ２を設けて配置されており、位置が固定された１０枚構成のレンズ群である。この第１のリレーレンズ群Ｇ２１および第２のリレーレンズ群Ｇ２２は、図１２においては、他のレンズを挟まずに隣接して（面して）いるが、光軸７を折り曲げる配置の場合は、ミラーＭＥ２またはプリズムなどの他の屈曲光学素子がそれらの間に配置されていてもよいことは上記の実施例と同様である。
【００６５】
第２のリレーレンズ群Ｇ２２は、拡大側３から順に配置された、両凸の正レンズＬ２２と、両凸の正レンズＬ２３と、両凹の負レンズＬ２４と、絞りＳＴ２と、拡大側３に凹の負のメニスカスレンズＬ２５と、縮小側２に凸の正のメニスカスレンズＬ２６と、両凸の正レンズＬ２７と、両凹の負レンズＬ２８と、両凹の負レンズＬ２９と、両凸の正レンズＬ３０と、両凸の正レンズＬ３１とを含む。正レンズＬ２３および負レンズＬ２４は接合レンズＢ３を構成し、負レンズＬ２９および正レンズＬ３０は接合レンズＢ４を構成している。第２のリレーレンズ群Ｇ２２の基本的な構成は上述した第２のリレーレンズ群の構成と共通する。第２のリレーレンズ群Ｇ２２の縮小側２はプリズムおよびカバーガラスを介してライトバルブ５の像面５ａに面している。
【００６６】
図１３に、投射光学系１０の各エレメントのデータを示し、図１４に非球面のデータを示し、図１５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１６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。本例においても、第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２および第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３は、ズーミングの際は移動せず、ズーミングの際に移動するズームレンズ群Ｇ１４との間隔Ｄ１９のみがワイド、標準、テレにより変化している。
【００６７】
図１７（ａ）〜（ｃ）に、広角端（ワイド）、標準状態（ノーマル）および望遠端（テレ）における各収差を示している。図１８、図１９および図２０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。図２１に、第２の光学系ＲＳ２の非点収差および歪曲収差を示している。
【００６８】
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）：0.0086
Ｆ値：2.4
最大画角（半画角）：61.6°
変倍比：1.07
全系の合成焦点距離(広角端、ｆｗ:望遠端、ｆｔ(ｍｍ)):(−6.71：−7.18)
第１の屈折光学系ＲＳ１の合成焦点距離(広角端：望遠端(ｍｍ))：
（8.53：9.12）
第２の屈折光学系ＲＳ２の合成焦点距離(ｍｍ)：−1953.16
第１のレンズ群Ｇ１の合成焦点距離(ｍｍ)：−10.13
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２の合成焦点距離(ｆｆｇ１、ｍｍ):
423877.36
第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３の合成焦点距離(ｆｆｇ２、ｍｍ)：96.15
第１のズームレンズ群Ｇ１４の合成焦点距離(ｆｚｇ１、ｍｍ)：36.96
第２のズームレンズ群Ｇ１５の合成焦点距離(ｆｚｇ２、ｍｍ)：1557.50
第６のレンズ群Ｇ１６の合成焦点距離(ｍｍ)：75.56
第１のフォーカスレンズ群Ｇ１２の移動距離(近距離から遠距離まで、ｍｍ):
2.270
第２のフォーカスレンズ群Ｇ１３の移動距離(ｍｍ)：0.756
第１のズームレンズ群Ｇ１４の移動距離(ワイドからテレまで、ｍｍ):
−3.440
第２のズームレンズ群Ｇ１５の移動距離(ｍｍ)：2.856
第１の間隔ＢＳ１の距離(ＢＳＬ１(Ｄ３９＋Ｄ４０)、ｍｍ)：72.0
第２の間隔ＢＳ２の距離(ＢＳＬ２(Ｄ４２＋Ｄ４３)、ｍｍ)：72.0
条件（０−１）（ＢＳＬ1／(ＢＳＳｒ11(ｒ39)＋ＢＳＳｒ12(ｒ41))：1.81
条件（０−２）（ＢＳＬ2／(ＢＳＳｒ21(ｒ42)＋ＢＳＳｒ22(ｒ44))：2.17
条件（１）（｜ｆｆｇ２／ｆｆｇ１｜）：0.0002
条件（２）（｜ｆｚｇ２／ｆｚｇ１｜）：42.14
条件（３）（ｎｄ４−ｎｄ５：(ｎｄ(Ｌ１２)−ｎｄ(Ｌ１４)))：0.363
条件（４）（｜ｆｚｇ１／ｆｗ｜）：5.51
条件（５）（ｎｄａ）：1.74−1.80
条件（６）（｜ｄｓ２｜、％）：0.05
【００６９】
この光学系１０においても、上述した条件（０）〜（６）のすべてを満たし、中間像ＩＭよりも拡大側３の第１の屈折光学系ＲＳ１に配置されたレンズ群により、ズーミングおよびフォーカシングを行うことができる。さらに、光軸７を折り曲げることができる間隔ＢＳ１およびＢＳ２が縮小側２の第２の屈折光学系ＲＳ２の内部、または、第１の屈折光学系ＲＳ１および第２の屈折光学系ＲＳ２の間に設けられている。したがって、第１の屈折光学系ＲＳ１のレンズ配置に影響を及ぼさずに、光学系１０をＵ字形（コ字形）またはＬ字形に曲げてコンパクトに配置することが可能であり、ズーミングおよびフォーカシングを、拡大側３の第１の屈折光学系ＲＳ１に集中して配置できる。このため、レンズの移動機構１１および１２も集中して配置でき、コンパクトに構成できる。
【００７０】
この光学系１０も上述した各条件を満たし、さらに、配列Ａ１〜Ａ４を始めとする上記にて説明した各構成を備えている。このため、光学系１０は、収差図にも示すように、ズーミングおよびフォーカシングの際の収差補正も良好であり、投射光学系としては、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。また、光学系１０は、撮像光学系としても、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撮像でき、撮像装置２１を提供できる。
【００７１】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【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】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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