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JP2018087953A - 投影光学系及びプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】広い波長範囲でも良好な色収差性能を確保することで固体光源の能力を十分に活かすことを可能とした小型で変倍可能な投影光学系と、それを備えたプロジェクターを提供する。
【解決手段】投影光学系ＬＮは、拡大側から順に負負正負正正の６群からなり、第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群Ｇｒ３が変倍時に可動であり、第１レンズ群Ｇｒ１が、拡大側から順に、負の前群ＧｒＦと、拡大側から負と正の２枚の単レンズからなる正の後群ＧｒＲとからなる。広角端から望遠端への変倍において第３レンズ群Ｇｒ３が拡大側に単調に移動し、条件式：０．３＜｜ｆ１ｆ｜／Ｌ１ｒ＜１．４，０．１＜Ｌ２ｍａｘ／Ｌ３ｍａｘ＜０．３（ｆ１ｆ：前群の焦点距離、Ｌ１ｒ：前群の最拡大側面頂点から後群の最拡大側面頂点までの距離、Ｌ２ｍａｘ：第２レンズ群の最大移動量、Ｌ３ｍａｘ：第３レンズ群の最大移動量）を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は画像表示面に表示される画像を拡大投影する投影光学系に関するものであり、更に詳しくは、広い波長範囲において良好な光学性能を有する変倍可能な投影光学系と、それを備えたプロジェクターに関するものである。
変倍可能な投影光学系として、プロジェクター用のズームレンズが特許文献１，２で提案されている。また近年、波長範囲が広く、広い色域をカバーすることが可能になる固体光源（例えば、レーザー光源）が登場してきており、それに対応して投影光学系にはこれまで以上に広い波長範囲での良好な色収差が求められるようになってきている。特にズームレンズの場合、変倍による色収差変動が発生しやすく、広い波長範囲での色収差を補正することがさらに困難になる。それを補正するためには、広角端と望遠端とで光線通過高さの異なる第１レンズ群で補正することが効果的であるが、第１レンズ群の場合には軸上光線の光束幅が小さくなるので、軸上色収差については補正することが困難になる。また、変倍を行う群に加えて軸上色収差補正効果を有する可動群を追加する方法もあるが、この場合、軸上色補正群の移動量が大きくなって、光学系が大型化することになる。
特開２０１３−１６１０００号公報 特開２０１３−２４９６５号公報
例えば、特許文献１記載のズームレンズでは、移動量の大きい軸上色補正群が存在しないため、コンパクトな光学系になっている。しかし、第１レンズ群の後群での軸上光束幅が小さいため、軸上色収差の補正が十分でない。また、特許文献２記載のズームレンズでは、第１レンズ群の後群での軸上光束幅を大きくできるパワー配置になっている。しかし、変倍群である第３レンズ群に加えて第２レンズ群の移動量を大きくすることでも軸上色収差を補正しているため、光学系が大型化している。したがって、光学系を大きくすることなく、広い波長範囲でも良好な軸上色収差性能を確保できる投影光学系が望まれている。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、広い波長範囲でも良好な色収差性能を確保することで固体光源の能力を十分に活かすことを可能とした小型で変倍可能な投影光学系と、それを備えたプロジェクターを提供することにある。
上記目的を達成するために、第１の発明の投影光学系は、画像表示面に表示される画像を拡大投影し、同一の光軸上に配置された複数のレンズ群を移動させることにより変倍を行う投影光学系であって、
拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時に可動の第２レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時に可動の第３レンズ群とを有し、かつ、最も縮小側に少なくとも１つのレンズ群を有し、
前記第１レンズ群が、拡大側から順に、負の屈折力を有する前群と、拡大側から負と正の２枚の単レンズからなる正の屈折力を有する後群とからなり、
広角端から望遠端への変倍において前記第３レンズ群が拡大側に単調に移動し、
以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする。
０．３＜｜ｆ１ｆ｜／Ｌ１ｒ＜１．４ …（１）
０．１＜Ｌ２ｍａｘ／Ｌ３ｍａｘ＜０．３ …（２）
ただし、
ｆ１ｆ：前群の焦点距離、
Ｌ１ｒ：前群の最拡大側面頂点から後群の最拡大側面頂点までの距離、
Ｌ２ｍａｘ：第２レンズ群の最大移動量、
Ｌ３ｍａｘ：第３レンズ群の最大移動量、
である。
第２の発明の投影光学系は、上記第１の発明において、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする。
νｐ−νｍ＞０ …（３）
ただし、
νｐ：後群内正レンズの分散、
νｍ：後群内負レンズの分散、
である。
第３の発明の投影光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記前群が２枚以上のレンズからなることを特徴とする。
第４の発明の投影光学系は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記前群が少なくとも１枚の正レンズを有することを特徴とする。
第５の発明の投影光学系は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記第１レンズ群が変倍時に位置固定であることを特徴とする。
第６の発明の投影光学系は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記第２レンズ群が広角端から望遠端への変倍において縮小側に凸の軌跡で移動することを特徴とする。
第７の発明の投影光学系は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記第３レンズ群の縮小側に、拡大側から順に、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、正の屈折力を有する第６レンズ群とを有し、少なくとも前記第５レンズ群が変倍時に可動であることを特徴とする。
第８の発明の投影光学系は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする。
０．１＜｜ｆ１ｆ／ｆ１ｒ｜＜０．５ …（４）
ただし、
ｆ１ｆ：前群の焦点距離、
ｆ１ｒ：後群の焦点距離、
である。
第９の発明の投影光学系は、上記第１〜第８のいずれか１つの発明において、８００ｎｍ以上の波長の光を使用できることを特徴とする。
第１０の発明のプロジェクターは、前記画像表示面を有する画像表示素子と、前記画像表示面に表示される画像をスクリーン面に拡大投影する上記第１〜第９のいずれか１つの発明に係る投影光学系と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、広い波長範囲でも良好な色収差性能を確保することで固体光源の能力を十分に活かすことを可能とした小型で変倍可能な投影光学系と、それを備えたプロジェクターを実現することが可能である。
第１の実施の形態（実施例１）の光学構成図。 第２の実施の形態（実施例２）の光学構成図。 第３の実施の形態（実施例３）の光学構成図。 第４の実施の形態（実施例４）の光学構成図。 実施例１の収差図。 実施例２の収差図。 実施例３の収差図。 実施例４の収差図。 プロジェクターの一実施の形態を示す模式図。
以下、本発明の実施の形態に係る投影光学系，プロジェクター等を説明する。本発明の実施の形態に係る投影光学系は、画像表示面に表示される画像を拡大投影し、同一の光軸上に配置された複数のレンズ群を移動させることにより変倍を行う投影光学系であって、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時に可動の第２レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時に可動の第３レンズ群とを有し、かつ、最も縮小側に少なくとも１つのレンズ群を有するものである。そして、前記第１レンズ群が、拡大側から順に、負の屈折力を有する前群と、拡大側から負と正の２枚の単レンズからなる正の屈折力を有する後群とからなり、広角端から望遠端への変倍において前記第３レンズ群が拡大側に単調に移動し、以下の条件式（１）及び（２）を満足する構成になっている。
０．３＜｜ｆ１ｆ｜／Ｌ１ｒ＜１．４ …（１）
０．１＜Ｌ２ｍａｘ／Ｌ３ｍａｘ＜０．３ …（２）
ただし、
ｆ１ｆ：前群の焦点距離、
Ｌ１ｒ：前群の最拡大側面頂点から後群の最拡大側面頂点までの距離、
Ｌ２ｍａｘ：第２レンズ群の最大移動量、
Ｌ３ｍａｘ：第３レンズ群の最大移動量、
である。
なお、「拡大側」は拡大された光学像が投影されるスクリーン面（拡大側像面）の方向（いわゆる前側）であり、その逆方向は「縮小側」、つまり元の光学像を画像表示面（縮小側像面）に表示する画像表示素子（例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス）が配置される方向（いわゆる後側）である。
拡大側から順に負の第１レンズ群と負の第２レンズ群を配置することにより、投影光学系のレンズ径を小さくすることが可能となる。また、変倍効果を有する正の第３レンズ群を置くことで、負の第１，第２レンズ群で発生した負の歪曲を補正しつつ変倍を行うことが可能となる。このように主に第３レンズ群で変倍を行う場合、変倍時の軸上色収差の変動が生じやすい。変倍時の軸上色収差変動を抑えるためには、第１レンズ群で軸上色収差を補正するのが効果的である。そこで、軸上色収差を補正するために、第１レンズ群における縮小側に負正のレンズからなる正の後群を置いている。
条件式（１）は、第１レンズ群の後群で効果的に軸上色収差を補正するための条件を規定している。条件式（１）の上限を上回ると、第１レンズ群において前群の屈折力が小さすぎるか後群が拡大側に近すぎるため、後群における軸上光線通過位置が低くなり、軸上色収差補正効果が小さくなる。条件式（１）の下限を下回ると、第１レンズ群の後群における光線通過位置が高くなりすぎて、光学系が大型化することになる。したがって、条件式（１）を満たすことにより、投影光学系の小型化と軸上色収差性能の向上をバランス良く達成することが可能になる。
条件式（２）は、変倍群である第３レンズ群に対する第２レンズ群の移動量を規定している。条件式（２）の上限を上回ると、第２レンズ群の移動量が大きくなりすぎて、光学系が大型化することになる。また、第３レンズ群の移動量が小さすぎる場合は、変倍効果が小さくなるため、投影光学系を設置する場所が限定されてしまう。条件式（２）の下限を下回ると、第２レンズ群の移動量が小さくなりすぎ、第３レンズ群での変倍時のバック変動を補正する効果が小さくなる。また、第３レンズ群の移動量が大きくなりすぎた場合は、変倍による軸上色収差変動が大きくなりすぎて補正が難しくなる。したがって、条件式（２）を満たすことにより、変倍効果を保ちながら投影光学系の小型化と軸上色収差性能の向上をバランス良く達成することが可能になる。
上述した特徴的構成を有する投影光学系では、広い波長範囲でも良好な色収差性能を確保することで固体光源の能力を十分に活かすことを可能とした小型で変倍可能な投影光学系を実現することが可能である。そして、その投影光学系をプロジェクターに用いれば、プロジェクターの高性能化，高機能化，コンパクト化等に寄与することができる。こういった効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能，小型化等を達成するための条件等を以下に説明する。
以下の条件式（１ａ）を満足することが望ましい。
０．８＜｜ｆ１ｆ｜／Ｌ１ｒ＜１．０ …（１ａ）
この条件式（１ａ）は、前記条件式（１）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（１ａ）を満たすことにより、前記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
νｐ−νｍ＞０ …（３）
ただし、
νｐ：後群内正レンズの分散、
νｍ：後群内負レンズの分散、
である。
条件式（３）は、第１レンズ群の後群で軸上色収差を効果的に補正するための条件を規定している。後群を構成している負レンズと正レンズの分散（すなわちアッベ数）が条件式（３）を満たすことにより、第３レンズ群により発生した軸上色収差変動を更に効果的に補正することが可能となる。
以下の条件式（３ａ）を満足することが望ましい。
さらに好適な条件νｐ−νｍ＞１０ …（３ａ）
この条件式（３ａ）は、前記条件式（３）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（３ａ）を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
前記前群が２枚以上のレンズからなることが望ましい。第１レンズ群において、前群を２枚以上のレンズで構成することにより、後群での軸上色収差補正のために屈折力が必要な前群での軸外収差、特に歪曲収差を抑えることができ、更なる高性能化が可能となる。
前記前群が少なくとも１枚の正レンズを有することが望ましい。第１レンズ群において前群が少なくとも１枚の正レンズを有することにより、第１レンズ群で発生する歪曲収差を更に改善することが可能となる。
前記第１レンズ群が変倍時に位置固定であることが望ましい。この構成によると、変倍時に第１レンズ群で発生する歪曲等の軸外収差の変動を小さくすることが可能となる。
前記第２レンズ群が広角端から望遠端への変倍において縮小側に凸の軌跡で移動することが望ましい。第３レンズ群で変倍を行う場合、変倍時のバック変動を補正するために第２レンズ群の移動量が大きくなる。その結果、レンズ全長が長くなる傾向にあるが、第２レンズ群を縮小側に凸の軌跡で移動させることにより、第２レンズ群の移動量を増やさずにバック変動を効果的に抑えることが可能となる。
前記第３レンズ群の縮小側に、拡大側から順に、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、正の屈折力を有する第６レンズ群とを有し、少なくとも前記第５レンズ群が変倍時に可動であることが望ましい。このように変倍時の移動群を増やしてそこに変倍効果を持たせると、第３レンズ群の移動量を小さくすることができ、変倍時の第３レンズ群に起因する軸上色収差変動を小さくすることが可能となる。また、縮小側に正の屈折力を有するレンズ群を並べることにより、良好なテレセントリック性を得ることができ、照明光を効率良く取り込むことが可能となる。さらに、それらの正群に対し絞り付近に負の屈折力を有する第４レンズ群を配置することで、更に軸上色収差を補正することが可能となる。
以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
０．１＜｜ｆ１ｆ／ｆ１ｒ｜＜０．５ …（４）
ただし、
ｆ１ｆ：前群の焦点距離、
ｆ１ｒ：後群の焦点距離、
である。
条件式（４）は、第１レンズ群における前群と後群との屈折力比を規定している。条件式（４）の下限を下回った場合、すなわち前群の屈折力が大きくなりすぎている場合は、前群により発生する歪曲収差が増大傾向となる。また、後群の屈折力が小さくなりすぎている場合は、第２，第３レンズ群において軸外光が高いところ（つまり光軸から遠く離れた位置）を通るため、レンズ径が大型化傾向となり、その上、第３レンズ群による変倍時の軸外収差（特に倍率色収差）の変動が大きくなる。条件式（４）の上限を上回った場合、すなわち前群の屈折力が小さくなりすぎている場合は、後群での軸上光束通過位置が低くなり、軸上色収差を補正することが困難になる。また、後群の屈折力が大きくなりすぎている場合は、第２，第３レンズ群の径を小さくすることはできるが、軸外収差の補正をほぼ第１レンズ群のみに負担させることになるため、軸外収差（特に像面湾曲）が増大傾向となる。したがって、条件式（４）を満たすことにより、ズームレンズの小型化と高性能化を更にバランス良く達成することが可能になる。
波長範囲に関しては、８００ｎｍ以上の波長の光を使用できることが望ましい。このように赤外側で広い波長範囲を確保すると、更に広い色域を確保することが可能となる。
次に、第１〜第４の実施の形態を挙げて、変倍機能を有する投影光学系ＬＮの具体的な光学構成を説明する。図１〜図４は、第１〜第４の実施の形態を構成する投影光学系ＬＮにそれぞれ対応する光学構成図であり、ズームレンズである投影光学系ＬＮのレンズ断面形状，レンズ配置，光路等を、広角端（Ｗ）と望遠端（Ｔ）のそれぞれについて光学断面で示している。図１〜図４中の移動軌跡ｍｊ（ｊ＝１，２，…，６）は、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーミングにおける第ｊレンズ群Ｇｒｊ（ｊ＝１，２，…，６）の移動・固定状態をそれぞれ模式的に示している。このように投影光学系ＬＮが移動群を画像表示面ＩＭに対して相対的に移動させて軸上での各レンズ群間隔を変化させることにより、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）までの変倍を行う構成になっている。なお、投影光学系ＬＮの縮小側には、プリズムＰＲ（例えば、ＴＩＲ(Total Internal Reflection)プリズム，色分解合成プリズム等）、及び画像表示素子のカバーガラスＣＧがズーム位置固定で配置されている。
第１〜第３の実施の形態の投影光学系ＬＮは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇｒ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇｒ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇｒ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇｒ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇｒ６とからなり、各レンズ群間隔を変化させることにより変倍を行う６成分ズームレンズ（負負正負正正）であって、画像表示面ＩＭに表示される画像を拡大投影する構成になっている。また、第４の実施の形態の投影光学系ＬＮは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇｒ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇｒ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇｒ４とからなり、各レンズ群間隔を変化させることにより変倍を行う４成分ズームレンズ（負負正正）であって、画像表示面ＩＭに表示される画像を拡大投影する構成になっている。
第１〜第４の実施の形態は、非球面を含まない球面レンズ系であり、第４レンズ群Ｇｒ４に絞りＳＴを含む構成になっている。また、第１レンズ群Ｇｒ１を負の前群ＧｒＦと正の後群ＧｒＲとで構成し、少なくとも第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群Ｇｒ３を移動群として、前述した条件式（１）及び（２）を満足する構成により、小型でありながら広い波長範囲でも固体光源の能力を十分に活かせる良好な色収差性能の確保を可能としている。
第１の実施の形態では（図１）、前群ＧｒＦが縮小側に凹の負メニスカスレンズと両凹の負レンズ２枚と両凸の正レンズと拡大側に凹の負メニスカスレンズとからなっており、後群ＧｒＲが両凹の負レンズと両凸の正レンズとからなっている（負負負正負・負正）。第２の実施の形態では（図２）、前群ＧｒＦが縮小側に凹の負メニスカスレンズと両凹の負レンズ２枚と両凸の正レンズと両凹の負レンズとからなっており、後群ＧｒＲが両凹の負レンズと両凸の正レンズとからなっている（負負負正負・負正）。第３の実施の形態では（図３）、前群ＧｒＦが縮小側に凹の負メニスカスレンズと両凹の負レンズ２枚と両凸の正レンズと拡大側に凹の負メニスカスレンズとからなっており、後群ＧｒＲが両凹の負レンズと両凸の正レンズとからなっている（負負負正負・負正）。第４の実施の形態では（図４）、前群ＧｒＦが両凹の負レンズ２枚と縮小側に両凸の正メニスカスレンズと拡大側に凹の負メニスカスレンズとからなっており、後群ＧｒＲが縮小側に凹の平凹の負レンズと両凸の正レンズとからなっている（負負正負・負正）。
次に、上記投影光学系ＬＮを備えたプロジェクターの一実施の形態を説明する。図９に、プロジェクターＰＪの概略構成例を示す。このプロジェクターＰＪは、光源１，照明光学系２，反射ミラー３，プリズムＰＲ，画像表示素子（画像形成素子）４，制御部５，アクチュエーター６，投影光学系ＬＮ等を備えている。制御部５は、プロジェクターＰＪの全体制御を司る部分である。画像表示素子４は、光を変調して画像を生成する画像変調素子（例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス）であり、画像を表示する画像表示面ＩＭを有しており、その画像表示面ＩＭ上にはカバーガラスＣＧが設けられている。
光源１（例えば、レーザー光源，キセノンランプ等の白色光源）から出射した光は、照明光学系２，反射ミラー３及びプリズムＰＲで画像表示素子４に導かれて、画像表示素子４では画像光が形成される。プリズムＰＲは、例えばＴＩＲプリズム（他に色分離合成プリズム等）からなり、照明光と投影光との分離等を行う。画像表示素子４で形成された画像光は、投影光学系ＬＮでスクリーン面ＳＣに向けて拡大投射される。つまり、画像表示素子４に表示された画像ＩＭは、投影光学系ＬＮでスクリーン面ＳＣに拡大投影される。
プロジェクターＰＪは、上記のように、画像を表示する画像表示素子４と、光源１と、その光源１からの光を画像表示素子４に導く照明光学系２と、画像表示素子４に表示された画像をスクリーン面ＳＣに拡大投影する投影光学系ＬＮと、を備えているが、投影光学系ＬＮが適用可能なプロジェクターはこれに限らない。例えば、画像表示面ＩＭ自身の発光により画像を表示する画像表示素子を用いれば、照明を不要にすることも可能であり、その場合、光源１や照明光学系２を用いずにプロジェクターを構成することが可能である。
投影光学系ＬＮにおいてズーミングやフォーカシングのために移動するレンズ群には、それぞれ光軸ＡＸに沿って拡大側又は縮小側に移動させるアクチュエーター６が接続されている。そしてアクチュエーター６には、移動群の移動制御を行うための制御部５が接続されている。なお、制御部５及びアクチュエーター６については、これを使わず手動でレンズ群を移動させてもよい。
以下、本発明を実施した投影光学系の構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜４（ＥＸ１〜４）は、前述した第１〜第４の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１〜第４の実施の形態を表す光学構成図（図１〜図４）は、対応する実施例１〜４のレンズ断面形状，レンズ配置，光路等をそれぞれ示している。
各実施例のコンストラクションデータでは、面データとして、左側の欄から順に、面番号ｉ，近軸における曲率半径ｒ（ｍｍ），軸上面間隔ｄ（ｍｍ），ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に関する屈折率ｎｄ，及びｄ線に関するアッベ数ｖｄを示す。なお、面番号ｉは拡大側から順に示しており、物体面（ｏｂｊｅｃｔ）はスクリーン面（拡大側像面）ＳＣ相当し（図９）、像面（ｉｍａｇｅ）は画像表示面（縮小側像面）ＩＭに相当する。
実施例１〜４の各種データとして、ズーム比（ｚｏｏｍ ｒａｔｉｏ，変倍比）を示し、さらに各焦点距離状態Ｗ（Ｗｉｄｅ），Ｍ（Ｍｉｄｄｌｅ），Ｔ（Ｔｅｌｅ）について、全系の焦点距離（Ｆｌ，ｍｍ），Ｆナンバー（Ｆｎｏ．），半画角（ω，°），像高（ｙｍａｘ，ｍｍ），レンズ全長（ＴＬ，ｍｍ），バックフォーカス（ＢＦ，ｍｍ），及び可変面間隔（ｄｉ，ｉ：面番号，ｍｍ）を示し、ズームレンズ群データとして、各レンズ群の焦点距離（ｍｍ）を示す。ただし、バックフォーカスＢＦは、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表記しており、レンズ全長ＴＬは、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスＢＦを加えたものである。また、像高ｙｍａｘは画像表示面ＩＭの対角長の半分に相当する。
表１に、条件式対応値とその関連データを各実施例について示す。ここで、条件式関連データとして、前群ＧｒＦの焦点距離（ｆ１ｆ，ｍｍ），後群ＧｒＲの焦点距離（ｆ１ｒ，ｍｍ），前群ＧｒＦの最拡大側面頂点から後群ＧｒＲの最拡大側面頂点までの距離（Ｌ１ｒ，ｍｍ），第２レンズ群Ｇｒ２の最大移動量Ｌ２ｍａｘ，第３レンズ群Ｇｒ３の最大移動量Ｌ３ｍａｘを挙げる。
図５〜図８は、実施例１〜実施例４（ＥＸ１〜ＥＸ４）にそれぞれ対応する収差図（無限遠合焦状態での縦収差図）であり、（Ａ）〜（Ｃ）は広角端Ｗ、（Ｄ）〜（Ｆ）は中間焦点距離状態Ｍ、（Ｇ）〜（Ｉ）は望遠端Ｔにおける諸収差をそれぞれ示している。また、図５〜図８において、（Ａ），（Ｄ），（Ｇ）は球面収差図、（Ｂ），（Ｅ），（Ｈ）は非点収差図、（Ｃ），（Ｆ），（Ｉ）は歪曲収差図である。なお、各実施例の投影光学系ＬＮをプロジェクターＰＪに用いる場合（図９）、本来はスクリーン面（被投影面）ＳＣが像面であり画像表示面ＩＭが物体面であるが、各実施例では光学設計上それぞれ縮小系とし、スクリーン面ＳＣを物体面（ｏｂｊｅｃｔ）とみなして像面（ｉｍａｇｅ）に相当する画像表示面（縮小側像面）ＩＭで光学性能を評価している。
球面収差図は、二点鎖線で示す波長８０８．００ｎｍに対する球面収差量、一点鎖線で示す波長６３８．００ｎｍに対する球面収差量、実線で示す波長５８７．５６ｎｍ（ｄ線）に対する球面収差量、破線で示す波長４５５．００ｎｍに対する球面収差量を、それぞれ近軸像面からの光軸ＡＸ方向のズレ量（単位：ｍｍ）で表しており、縦軸は瞳への入射高さをその最大高さで規格化した値（すなわち相対瞳高さ）を表している。非点収差図において、破線Ｔはｄ線に対するタンジェンシャル像面、実線Ｓはｄ線に対するサジタル像面を、近軸像面からの光軸ＡＸ方向のズレ量（単位：ｍｍ）で表しており、縦軸は像高（ＩＭＧ ＨＴ，単位：ｍｍ）を表している。歪曲収差図において、横軸はｄ線に対する歪曲（単位：％）を表しており、縦軸は像高（ＩＭＧ ＨＴ，単位：ｍｍ）を表している。
実施例１の投影光学系ＬＮは、全体で２０枚のレンズエレメントで構成されており、拡大側から順に、負の第１レンズ群Ｇｒ１と、負の第２レンズ群Ｇｒ２と、正の第３レンズ群Ｇｒ３と、負の第４レンズ群Ｇｒ４と、正の第５レンズ群Ｇｒ５と、正の第６レンズ群Ｇｒ６と、からなる６成分ズームレンズである。第１レンズ群Ｇｒ１，第４レンズ群Ｇｒ４及び第６レンズ群Ｇｒ６が変倍時に位置固定の固定群であり、第２レンズ群Ｇｒ２，第３レンズ群Ｇｒ３及び第５レンズ群Ｇｒ５が変倍時に可動の移動群である。広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍において、第２レンズ群Ｇｒ２が縮小側に凸の軌跡で拡大側へ移動し（移動軌跡ｍ２）、第３レンズ群Ｇｒ３と第５レンズ群Ｇｒ５が拡大側へ単調に移動する（移動軌跡ｍ３，ｍ５）。第１レンズ群Ｇｒ１は、拡大側から順に、負，負，負，正，負の５枚の単レンズからなる前群ＧｒＦと、負，正の２枚の単レンズからなる後群ＧｒＲと、からなっている。これらのレンズ群が条件式（１）及び（２）を満たすことにより、４５０〜８２０ｎｍの広い波長範囲で良好な軸上色収差を得ることを可能としている。
実施例２の投影光学系ＬＮは、全体で２０枚のレンズエレメントで構成されており、拡大側から順に、負の第１レンズ群Ｇｒ１と、負の第２レンズ群Ｇｒ２と、正の第３レンズ群Ｇｒ３と、負の第４レンズ群Ｇｒ４と、正の第５レンズ群Ｇｒ５と、正の第６レンズ群Ｇｒ６と、からなる６成分ズームレンズである。第１レンズ群Ｇｒ１，第４レンズ群Ｇｒ４及び第６レンズ群Ｇｒ６が変倍時に位置固定の固定群であり、第２レンズ群Ｇｒ２，第３レンズ群Ｇｒ３及び第５レンズ群Ｇｒ５が変倍時に可動の移動群である。広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍において、第２レンズ群Ｇｒ２が縮小側に凸の軌跡で縮小側へ移動し（移動軌跡ｍ２）、第３レンズ群Ｇｒ３と第５レンズ群Ｇｒ５が拡大側へ単調に移動する（移動軌跡ｍ３，ｍ５）。第１レンズ群Ｇｒ１は、拡大側から順に、負，負，負，正，負の５枚の単レンズからなる前群ＧｒＦと、負，正の２枚の単レンズからなる後群ＧｒＲと、からなっている。これらのレンズ群が条件式（１）及び（２）を満たすことにより、４５０〜８２０ｎｍの広い波長範囲で良好な軸上色収差を得ることを可能としている。
実施例３の投影光学系ＬＮは、全体で２０枚のレンズエレメントで構成されており、拡大側から順に、負の第１レンズ群Ｇｒ１と、負の第２レンズ群Ｇｒ２と、正の第３レンズ群Ｇｒ３と、負の第４レンズ群Ｇｒ４と、正の第５レンズ群Ｇｒ５と、正の第６レンズ群Ｇｒ６と、からなる６成分ズームレンズである。第１レンズ群Ｇｒ１及び第６レンズ群Ｇｒ６が変倍時に位置固定の固定群であり、第２レンズ群Ｇｒ２〜第５レンズ群Ｇｒ５が変倍時に可動の移動群である。広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍において、第２レンズ群Ｇｒ２が縮小側に凸の軌跡で拡大側へ移動し（移動軌跡ｍ２）、第３レンズ群Ｇｒ３，第４レンズ群Ｇｒ４及び第５レンズ群Ｇｒ５が拡大側へ単調に移動する（移動軌跡ｍ３ｍ４，ｍ５）。第１レンズ群Ｇｒ１は、拡大側から順に、負，負，負，正，負の５枚の単レンズからなる前群ＧｒＦと、負，正の２枚の単レンズからなる後群ＧｒＲと、からなっている。これらのレンズ群が条件式（１）及び（２）を満たすことにより、４５０〜８２０ｎｍの広い波長範囲で良好な軸上色収差を得ることを可能としている。
実施例４の投影光学系ＬＮは、全体で１８枚のレンズエレメントで構成されており、拡大側から順に、負の第１レンズ群Ｇｒ１と、負の第２レンズ群Ｇｒ２と、正の第３レンズ群Ｇｒ３と、正の第４レンズ群Ｇｒ４と、からなる４成分ズームレンズである。第１レンズ群Ｇｒ１及び第４レンズ群Ｇｒ４が変倍時に位置固定の固定群であり、第２レンズ群Ｇｒ２及び第３レンズ群Ｇｒ３が変倍時に可動の移動群である。広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍において、第２レンズ群Ｇｒ２が縮小側に凸の軌跡で拡大側へ移動し（移動軌跡ｍ２）、第３レンズ群Ｇｒ３が拡大側へ単調に移動する（移動軌跡ｍ３）。第１レンズ群Ｇｒ１は、拡大側から順に、負，負，正，負の４枚の単レンズからなる前群ＧｒＦと、負，正の２枚の単レンズからなる後群ＧｒＲと、からなっている。これらのレンズ群が条件式（１）及び（２）を満たすことにより、４５０〜８２０ｎｍの広い波長範囲で良好な軸上色収差を得ることを可能としている。
実施例１
単位：mm
面データ
i r d nd vd
object(SC) infinity 3140.000
1 137.394 3.800 1.63854 55.45
2 42.278 10.276
3 -273.408 2.500 1.49700 81.61
4 61.727 10.245
5 -84.659 3.400 1.49700 81.61
6 140.604 0.727
7 65.491 13.296 1.54072 47.20
8 -59.009 4.147
9 -50.544 3.500 1.56883 56.04
10 -144.955 6.434
11 -197.517 3.600 1.75520 27.53
12 89.365 3.450
13 133.162 9.921 1.83481 42.72
14 -100.099 variable
15 -205.639 3.800 1.58144 40.89
16 79.550 3.759
17 115.198 7.086 1.90366 31.31
18 2630.402 variable
19 82.718 9.179 1.59282 68.62
20 -297.238 variable
21 -114.936 2.100 1.43700 95.10
22 126.698 3.900
23 1461.480 4.186 1.67270 32.17
24 -176.075 3.000
25(ST) infinity variable
26 102.856 7.777 1.43700 95.10
27 -79.801 3.669
28 -73.068 2.400 1.78590 43.93
29 65.569 3.596
30 67.351 12.291 1.43700 95.10
31 -68.055 0.300
32 37.161 15.685 1.43700 95.10
33 -142.175 13.086
34 -56.284 2.200 1.69680 55.46
35 37.053 4.979
36 51.917 8.761 1.49700 81.61
37 -153.910 variable
38 89.286 6.663 1.49700 81.61
39 infinity 0.388
40 93.824 6.452 1.59282 68.62
41 infinity 20.337
42 infinity 25.400 1.51680 64.20
43 infinity 2.000
44 infinity 3.000 1.48749 70.44
45 infinity 0.483
image(IM) infinity
各種データ
zoom ratio 1.49
(W) (M) (T)
Fl 26.325 32.831 39.235
Fno. 2.326 2.462 2.600
ω 27.385 21.936 18.349
ymax 12.545 12.545 12.545
TL 334.013 333.997 333.991
BF 41.600 41.584 41.578
d14 23.292 23.797 15.124
d18 34.246 14.926 7.512
d20 3.787 22.602 38.690
d25 28.534 14.813 2.179
d37 2.000 15.721 28.355
ズームレンズ群データ
群 ( 面 i ) 焦点距離
1 ( 1- 14) -88.864
2 ( 15- 18) -425.584
3 ( 19- 20) 110.146
4 ( 21- 25) -359.780
5 ( 26- 37) 253.414
6 ( 38- 45) 85.363
実施例２
単位：mm
面データ
i r d nd vd
object(SC) infinity 3140.000
1 179.442 2.800 1.63854 55.45
2 43.519 9.886
3 -701.017 2.500 1.49700 81.61
4 64.293 9.860
5 -110.310 2.400 1.49700 81.61
6 131.179 0.589
7 80.027 12.376 1.54072 47.20
8 -69.901 1.712
9 -123.849 3.500 1.56883 56.04
10 367.356 7.807
11 -142.126 3.600 1.75520 27.53
12 129.418 2.639
13 145.534 9.968 1.83481 42.72
14 -93.214 variable
15 -142.803 3.800 1.58144 40.89
16 81.385 3.867
17 125.083 7.183 1.90366 31.31
18 -1195.211 variable
19 84.178 9.104 1.59282 68.62
20 -293.893 variable
21 -165.934 2.100 1.43700 95.10
22 92.595 2.933
23 113.474 4.237 1.67270 32.17
24 408.343 3.448
25(ST) infinity variable
26 90.826 8.198 1.43700 95.10
27 -96.717 3.937
28 -78.872 3.400 1.78590 43.93
29 57.836 2.141
30 56.539 11.593 1.43700 95.10
31 -69.419 0.300
32 34.114 16.060 1.43700 95.10
33 -151.490 13.384
34 -46.849 2.200 1.69680 55.46
35 36.076 5.470
36 59.051 8.941 1.49700 81.61
37 -83.223 variable
38 89.286 5.533 1.49700 81.61
39 infinity 0.300
40 90.061 6.445 1.59282 68.62
41 infinity 17.972
42 infinity 25.400 1.51680 64.20
43 infinity 2.000
44 infinity 3.000 1.48749 70.44
45 infinity 0.483
image(IM) infinity
各種データ
zoom ratio 1.50
(W) (M) (T)
Fl 26.074 32.601 39.029
Fno. 2.309 2.455 2.600
ω 26.869 21.648 18.172
ymax 12.545 12.545 12.545
TL 334.032 334.027 334.020
BF 39.254 39.249 39.242
d14 18.353 24.286 19.606
d18 48.639 24.710 13.891
d20 3.255 21.251 36.749
d25 28.322 14.506 2.000
d37 2.000 15.816 28.322
ズームレンズ群データ
群 ( 面 i ) 焦点距離
1 ( 1- 14) -98.510
2 ( 15- 18) -348.615
3 ( 19- 20) 111.378
4 ( 21- 25) -334.810
5 ( 26- 37) 238.567
6 ( 38- 45) 83.316
実施例３
単位：mm
面データ
i r d nd vd
object(SC) infinity 3140.000
1 144.186 3.800 1.63854 55.45
2 39.427 10.663
3 -244.703 2.500 1.49700 81.61
4 70.300 11.139
5 -89.640 3.400 1.49700 81.61
6 168.419 1.803
7 74.728 12.656 1.54072 47.20
8 -64.714 4.009
9 -56.871 3.500 1.56883 56.04
10 -145.515 7.896
11 -167.658 3.600 1.75520 27.53
12 110.667 3.486
13 166.833 9.659 1.83481 42.72
14 -98.379 variable
15 -280.303 3.800 1.58144 40.89
16 76.680 3.792
17 109.197 6.313 1.90366 31.31
18 911.781 variable
19 77.500 9.262 1.59282 68.62
20 -373.518 variable
21 -137.730 2.100 1.43700 95.10
22 112.417 3.660
23 310.249 4.229 1.67270 32.17
24 -318.429 3.000
25(ST) infinity variable
26 112.265 7.836 1.43700 95.10
27 -71.987 3.685
28 -65.510 2.400 1.78590 43.93
29 65.515 2.683
30 65.454 12.084 1.43700 95.10
31 -66.412 0.300
32 36.753 14.304 1.43700 95.10
33 -152.480 13.780
34 -56.527 2.200 1.69680 55.46
35 36.726 4.945
36 51.622 8.632 1.49700 81.61
37 -152.449 variable
38 89.286 6.098 1.49700 81.61
39 infinity 0.608
40 90.889 6.580 1.59282 68.62
41 infinity 20.339
42 infinity 25.400 1.51680 64.20
43 infinity 2.000
44 infinity 3.000 1.48749 70.44
45 infinity 0.483
image(IM) infinity
各種データ
zoom ratio 1.49
(W) (M) (T)
Fl 26.319 32.830 39.244
Fno. 2.336 2.468 2.600
ω 27.374 21.934 18.350
ymax 12.545 12.545 12.545
TL 334.010 333.996 333.998
BF 41.599 41.585 41.587
d14 23.933 27.077 18.926
d18 36.028 13.544 4.819
d20 3.551 20.591 34.910
d25 26.498 14.428 3.674
d37 2.000 16.371 29.681
ズームレンズ群データ
群 ( 面 i ) 焦点距離
1 ( 1- 14) -89.594
2 ( 15- 18) -473.967
3 ( 19- 20) 109.100
4 ( 21- 25) -378.672
5 ( 26- 37) 326.935
6 ( 38- 45) 83.900
実施例４
単位：mm
面データ
i r d nd vd
object(SC) infinity 3140.000
1 -4444.644 2.800 1.63854 55.45
2 57.387 6.835
3 -490.383 2.500 1.49700 81.61
4 186.143 14.488
5 -47.561 4.593 1.54072 47.20
6 -39.593 3.891
7 -37.054 2.500 1.56883 56.04
8 -101.826 5.000
9 infinity 2.600 1.75520 27.53
10 233.255 2.786
11 310.678 8.739 1.83481 42.72
12 -77.358 variable
13 -75.964 2.800 1.72342 37.99
14 102.463 2.582
15 112.007 13.090 1.59349 67.00
16 -66.755 variable
17 190.667 6.607 1.59282 68.62
18 -250.251 variable
19 -91.590 2.100 1.43700 95.10
20 42.358 2.739
21 45.606 7.903 1.67270 32.17
22 297.242 21.887
23(ST) infinity 20.595
24 309.983 8.840 1.43700 95.10
25 -44.672 4.558
26 -35.545 2.400 1.78590 43.93
27 82.961 2.668
28 126.604 12.244 1.43700 95.10
29 -42.199 0.300
30 -319.906 13.574 1.43700 95.10
31 -37.600 0.300
32 -45.190 2.200 1.69680 55.46
33 -210.502 0.300
34 190.991 10.638 1.49700 81.61
35 -82.544 2.000
36 86.597 9.546 1.49700 81.61
37 -1111.427 66.294
38 infinity 25.400 1.51680 64.20
39 infinity 2.000
40 infinity 3.000 1.48749 70.44
41 infinity 0.483
image(IM) infinity
各種データ
zoom ratio 1.18
(W) (M) (T)
Fl 33.474 36.484 39.492
Fno. 2.600 2.600 2.600
ω 22.173 20.214 18.574
ymax 12.545 12.545 12.545
TL 334.003 334.009 334.015
BF 87.547 87.552 87.558
d12 9.000 10.000 3.000
d16 26.586 9.841 2.300
d18 4.266 20.011 34.552
ズームレンズ群データ
群 ( 面 i ) 焦点距離
1 ( 1- 12) -185.161
2 ( 13- 16) -1159.062
3 ( 17- 18) 183.568
4 ( 19- 41) 76.223
Figure 2018087953
ＬＮ 投影光学系
Ｇｒｊ 第ｊレンズ群（ｊ＝１，２，…，６）
ＧｒＦ 前群
ＧｒＲ 後群
ＳＴ 絞り
ＰＲ プリズム
ＩＭ 画像表示面（縮小側像面）
ＳＣ スクリーン面（拡大側像面）
ＰＪ プロジェクター
１ 光源
２ 照明光学系
３ 反射ミラー
４ 画像表示素子
５ 制御部
６ アクチュエーター
ＡＸ 光軸

Claims (10)

  1. 画像表示面に表示される画像を拡大投影し、同一の光軸上に配置された複数のレンズ群を移動させることにより変倍を行う投影光学系であって、
    拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時に可動の第２レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時に可動の第３レンズ群とを有し、かつ、最も縮小側に少なくとも１つのレンズ群を有し、
    前記第１レンズ群が、拡大側から順に、負の屈折力を有する前群と、拡大側から負と正の２枚の単レンズからなる正の屈折力を有する後群とからなり、
    広角端から望遠端への変倍において前記第３レンズ群が拡大側に単調に移動し、
    以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする投影光学系；
    ０．３＜｜ｆ１ｆ｜／Ｌ１ｒ＜１．４ …（１）
    ０．１＜Ｌ２ｍａｘ／Ｌ３ｍａｘ＜０．３ …（２）
    ただし、
    ｆ１ｆ：前群の焦点距離、
    Ｌ１ｒ：前群の最拡大側面頂点から後群の最拡大側面頂点までの距離、
    Ｌ２ｍａｘ：第２レンズ群の最大移動量、
    Ｌ３ｍａｘ：第３レンズ群の最大移動量、
    である。
  2. 以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１記載の投影光学系；
    νｐ−νｍ＞０ …（３）
    ただし、
    νｐ：後群内正レンズの分散、
    νｍ：後群内負レンズの分散、
    である。
  3. 前記前群が２枚以上のレンズからなることを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学系。
  4. 前記前群が少なくとも１枚の正レンズを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投影光学系。
  5. 前記第１レンズ群が変倍時に位置固定であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の投影光学系。
  6. 前記第２レンズ群が広角端から望遠端への変倍において縮小側に凸の軌跡で移動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の投影光学系。
  7. 前記第３レンズ群の縮小側に、拡大側から順に、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、正の屈折力を有する第６レンズ群とを有し、少なくとも前記第５レンズ群が変倍時に可動であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の投影光学系。
  8. 以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の投影光学系；
    ０．１＜｜ｆ１ｆ／ｆ１ｒ｜＜０．５ …（４）
    ただし、
    ｆ１ｆ：前群の焦点距離、
    ｆ１ｒ：後群の焦点距離、
    である。
  9. ８００ｎｍ以上の波長の光を使用できることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の投影光学系。
  10. 前記画像表示面を有する画像表示素子と、前記画像表示面に表示される画像をスクリーン面に拡大投影する請求項１〜９のいずれか１項に記載の投影光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。
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