特開 2020-106661 投射用光学系およびプロジェクタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-106661(P2020-106661A)

(43)【公開日】2020年7月9日

(54)【発明の名称】投射用光学系およびプロジェクタ

(51)【国際特許分類】

   G02B 15/167 20060101AFI20200612BHJP

   G02B 13/16 20060101ALI20200612BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20200612BHJP

   G02B 15/20 20060101ALI20200612BHJP

【ＦＩ】

   G02B15/167

   G02B13/16

   G02B13/18

   G02B15/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-245093(P2018-245093)

(22)【出願日】2018年12月27日

(71)【出願人】

【識別番号】000227364

【氏名又は名称】株式会社ｎｉｔｔｏｈ

(74)【代理人】

【識別番号】100102934

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 彰

(72)【発明者】

【氏名】清水 一長

【テーマコード（参考）】

2H087

【Ｆターム（参考）】

2H087KA06

2H087MA15

2H087NA02

2H087NA14

2H087PA15

2H087PA19

2H087PB20

2H087QA02

2H087QA07

2H087QA17

2H087QA22

2H087QA26

2H087QA34

2H087QA41

2H087QA45

2H087RA05

2H087RA12

2H087RA13

2H087RA32

2H087RA41

2H087RA42

2H087SA44

2H087SA46

2H087SA49

2H087SA50

2H087SA52

2H087SA55

2H087SB01

2H087SB12

2H087SB14

2H087SB22

2H087SB23

2H087SB31

2H087SB32

2H087SB41

2H087SB42

2H087UA06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ズーミングが可能で、コンパクトな超広角な光学系を提供する。
【解決手段】縮小側２の第１の像ＩＭ１を拡大側３に投射する光学系１０は、最も拡大側３に位置し、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、負の屈折力のレンズ群Ｇ１１と、最も第１の像ＩＭ１の側に配置され、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、正の屈折力のレンズ群Ｇ１７と、最も拡大側３のレンズ群Ｇ１１と最も第１の像ＩＭ１の側のレンズ群Ｇ１７との間に配置された複数のレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群を含む中間の複数のレンズ群ＧＭとを有する。中間の複数のレンズ群ＧＭは、少なくともフォーカシングのために移動する正の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１４であって、絞りＳｔの拡大側３に、絞りＳｔの拡大側３に隣接して配置された正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ１５を介して配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

縮小側の第１の像を拡大側に投射する光学系であって、
最も拡大側に位置し、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、負の屈折力の最も拡大側のレンズ群と、
最も前記第１の像の側に配置されたレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、正の屈折力の最も像側のレンズ群と、
前記最も拡大側のレンズ群と前記最も像側のレンズ群との間に配置された複数のレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群を含む中間の複数のレンズ群とを有し、
前記中間の複数のレンズ群は、少なくともフォーカシングのために移動する正の屈折力の第１のレンズ群であって、絞りの拡大側に、前記絞りの拡大側に隣接して配置された正の屈折力の第２のレンズ群を介して配置された第１のレンズ群と、
前記絞りの縮小側に配置された第３のレンズ群とを含む、光学系。

【請求項2】

請求項１において、
前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群とは隣接して前記絞りの拡大側に配置されている、光学系。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記第３のレンズ群は、負の屈折力または焦点距離ｆｒ３が当該光学系の広角端における焦点距離ｆｗに対し以下の条件を満たす、光学系。
０＜ｆｗ／ｆｒ３＜０．００１

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記中間の複数のレンズ群は、前記第１のレンズ群の拡大側に隣接して配置された負の屈折力の第４のレンズ群を含む、光学系。

【請求項5】

請求項４において、
前記第４のレンズ群と前記第１のレンズ群との距離がズーミングの際に変化する、光学系。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記第１のレンズ群、前記第２のレンズ群および前記第３のレンズ群がズーミングのために移動する、光学系。

【請求項7】

請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記中間の複数のレンズ群は、前記第４のレンズ群の拡大側に配置された正の屈折力の第５のレンズ群を含み、ズーミングの際に前記第４のレンズ群および第５のレンズ群が移動する、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のレンズ群は、１枚のレンズにより構成されている、光学系。

【請求項9】

請求１ないし８のいずれかにおいて、
前記第３のレンズ群は、拡大側から、屈折力が正、負、正、負および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第１の組み合わせを含む、光学系。

【請求項10】

請求１ないし９のいずれかにおいて、
前記第３のレンズ群は、拡大側から、屈折力が負、正、負、正、負、正および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第２の組み合わせを含む、光学系。

【請求項11】

請求項１ないし１０のいずれかにおいて、
前記最も拡大側のレンズ群は、拡大側から順番に配置された、４枚の縮小側に凹の負の屈折力のレンズと、両凹の負レンズとから構成された、負の屈折力の第１のサブレンズ群と、
両凸の正レンズおよび両凹の負レンズにより構成された第２のサブレンズ群とを含む、光学系。

【請求項12】

請求項１１において、
前記第１のサブレンズ群の前記両凹の負レンズの縮小側の面の曲率半径Ｒｓ１と、前記第２のサブレンズ群の前記両凸の正レンズの拡大側の面の曲率半径Ｒｓ２とは以下の条件を満たす、光学系。
０．８＜Ｒｓ１／Ｒｓ２＜１．２

【請求項13】

請求項１１または１２において、
前記第２のサブレンズ群の前記両凸の正レンズの焦点距離ｐｆｓ２と、前記両凹の負レンズの焦点距離ｎｆｓ２とが以下の条件を満たす、光学系。
−１．２＜ｐｆｓ２／ｎｆｓ２≦−０．８

【請求項14】

請求項１１ないし１３のいずれかにおいて、
前記第１のサブレンズ群の焦点距離ｆｓ１と、前記第２のサブレンズ群の焦点距離ｆｓ２と、当該光学系の広角端における焦点距離ｆｗとは以下の条件を満たす、光学系。
−１．６＜ｆｓ１／ｆｗ＜−１．０
０＜｜ｆｓ１／ｆｓ２｜＜０．１

【請求項15】

請求項１１ないし１４のいずれかにおいて、
前記第２のサブレンズ群の前記両凸の正レンズの縮小側の面の曲率Ｒｓ２２と、前記両凹の負レンズの拡大側の面の曲率Ｒｓ２３とが以下の条件を満たす、光学系。
０．８＜Ｒｓ２２／Ｒｓ２３＜１．２

【請求項16】

請求項１ないし１５のいずれかにおいて、
前記第１のレンズ群の最も縮小側の面における軸上光線高ＬＨｘと軸外主光線高ＬＨｙとの比が以下の条件を満たす、光学系。
０．７＜｜ＬＨｘ／ＬＨｙ｜＜１．３

【請求項17】

請求項１ないし１６のいずれかにおいて、
前記第１の像は中間像であり、前記第１の像を形成するリレーレンズ群を有する、光学系。

【請求項18】

請求項１ないし１７のいずれかに記載の光学系と、
縮小側に配置された画像形成デバイスとを有するプロジェクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、投射用光学系およびプロジェクタに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、投写用ズームレンズにおいて、広角、適切なバックフォーカスの確保、縮小側のレンズ径の小型化、装置の小型化、良好な光学性能を実現し、変倍時のＦナンバー略一定を容易とすることが記載されている。特許文献１の投写用ズームレンズは、拡大側から順に、変倍時に固定の負の第１レンズ群、変倍時に移動する複数のレンズ群を含む中間群、変倍時に固定の正の最終レンズ群からなり、縮小側が非テレセントリックである。中間群の最も拡大側のレンズ群と最も縮小側のレンズ群は正の屈折力を有し、広角端から望遠端への変倍時に縮小側から拡大側へ移動する。最終レンズ群は２枚以上の正レンズと２枚以上の負レンズを含み、最終レンズ群の最も縮小側には正レンズが配置される。最終レンズ群の焦点距離に関する所定の条件式を満たす。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開ＷＯ２０１４／０７６８９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

短い投射（投写）距離で大きな画面サイズが求められる場面が多い広角なレンズにおいては、投射距離の変化に対する画面サイズなどの変化が大きい。このため、フォーカシングを制御して鮮明な画像を投射することが要望されており、特に、広角端において、半画角が６０度前後またはそれを超えるような超広角なレンズにおいて、簡易な機構で、フォーカシングを精度よく制御することが要望されている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の態様の１つは、縮小側の第１の像を拡大側に投射する光学系であって、最も拡大側に位置し、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、負の屈折力の最も拡大側のレンズ群と、最も第１の像の側に配置されたレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、正の屈折力の最も像側のレンズ群と、最も拡大側のレンズ群と最も像側のレンズ群との間に配置された複数のレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群を含む中間の複数のレンズ群とを有する光学系である。中間の複数のレンズ群は、少なくともフォーカシングのために移動する正の屈折力の第１のレンズ群であって、絞りの拡大側に、絞りの拡大側に隣接して配置された正の屈折力の第２のレンズ群を介して配置された第１のレンズ群と、絞りの縮小側に配置された第３のレンズ群とを含む。

【0006】

この光学系は、基本的な構成として、拡大側より、負の屈折力の最も拡大側のレンズ群、正の屈折力の第１のレンズ群、正の屈折力の第２のレンズ群、絞り、第３のレンズ群および最も像側の正の屈折力のレンズ群とを含む。この光学系は、全体として、拡大側に負のパワーが配置され、縮小側に正のパワーが配置される、広角化に適したレトロフォーカス型のパワー配置を含み、さらに、絞りの拡大側に隣接する位置に正のパワーのレンズ群を配置することにより絞りの小型化を図り、それにより絞りの前後のレンズ群のレンズ径を縮小でき、比較的小型で広角な光学系を提供できる。また、絞りに対して、正の第２のレンズ群を挟んでフォーカシングの際に移動する正の第１のレンズ群を配置することにより、第１のレンズ群に入射する光束の軸上光線高と軸外主光線高とをほぼ等しくすることができる。軸外主光線高が低く抑えられることにより、フォーカシングの際に移動するレンズ系が小型になり、移動に有利であり、かつ、どちらの軸上および軸外の光線に対しても同程度の補正能力を有することとなる。

【0007】

また、第１のレンズ群へ入射する光線の軸外主光線の角度は、拡大側へ向かうにつれて光軸から離間する方向へ屈曲された光線であるため、比較的軸外主光線高が低い位置で入射したとしても入射角度は大きくなり、軸外収差に対する収差補正能力が過度に小さくなることを抑制可能となる。また、第２のレンズ群と第１のレンズ群とは共に正のパワーを有しており、発散光として絞りから出射される光線を収束する効果を分担するため、第１のレンズ群単体のパワーは必要なくなる。フォーカス群として使用する第１のレンズ群のパワーを弱くすることで、第１のレンズ群の位置の変動に対する感度が過度に高くなることを抑制することが可能となる。

【0008】

このため、光束に含まれる光線全体を効率よく補正することができ、少ない枚数のレンズで、典型的には一枚のレンズで、第１のレンズ群を構成することで十分な焦点補正機能を得ることができる。広角または超広角なレンズにおいて、簡易な機構で、フォーカシングを精度よく制御することができる光学系を提供できる。

【0009】

光学系の一例は、第１のレンズ群、第２のレンズ群および絞りの縮小側に配置される負のパワーもしくはパワーが著しく弱い第３のレンズ群がズーミングのために移動するものである。また、中間の複数のレンズ群は、第１のレンズ群の拡大側に、拡大側から順番に配置された、ズーミングの際に移動する正の屈折力の第５のレンズ群と、ズーミングの際に移動する負の屈折力の第４のレンズ群とをさらに含んでもよく、この光学系においては、第２のレンズ群および第３のレンズ群が固定されたレンズ群であってもよい。

【0010】

第３のレンズ群は、拡大側から、屈折力が正、負、正、負および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第１の組み合わせを含んでもよく、第３のレンズ群は、拡大側から、屈折力が負、正、負、正、負、正および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第２の組み合わせを含んでもよい。対称性の高い屈折力（パワー）の配置を採用することにより、収差補正を良好に行うことができる。

【0011】

最も拡大側のレンズ群は、拡大側から順番に配置された、４枚の縮小側に凹の負の屈折力のレンズと、両凹の負レンズとから構成された、負の屈折力の第１のサブレンズ群と、両凸の正レンズおよび両凹の負レンズにより構成された第２のサブレンズ群とを含んでもよい。最も拡大側に配置される群を多数枚の負の屈折力のレンズで構成することにより、いっそう広角で、収差が良好に補正できる光学系を提供できる。

【0012】

この光学系において、第１のサブレンズ群の両凹の負レンズの縮小側の面の曲率半径Ｒｓ１と、第２のサブレンズ群の両凸の正レンズの拡大側の面の曲率半径Ｒｓ２とは以下の条件（１）を満たしてもよい。
０．８＜Ｒｓ１／Ｒｓ２＜１．２ ・・・（１）

【0013】

第２のサブレンズ群の両凸の正レンズの焦点距離ｐｆｓ２と、両凹の負レンズの焦点距離ｎｆｓ２とが以下の条件（２）を満たしてもよい。
−１．２＜ｐｆｓ２／ｎｆｓ２≦−０．８ ・・・（２）

【0014】

第１のサブレンズ群の焦点距離ｆｓ１と、第２のサブレンズ群の焦点距離ｆｓ２と、当該光学系の広角端における焦点距離ｆｗとは以下の条件（３）および（４）を満たしてもよい。
−１．６＜ｆｓ１／ｆｗ＜−１．０・・・（３）
０＜｜ｆｓ１／ｆｓ２｜＜０．１ ・・・（４）

【0015】

第２のサブレンズ群の両凸の正レンズの縮小側の面の曲率Ｒｓ２２と、両凹の負レンズの拡大側の面の曲率Ｒｓ２３とが以下の条件（５）を満たしてもよい。
０．８＜Ｒｓ２２／Ｒｓ２３＜１．２ ・・・（５）

【0016】

本発明の他の態様の１つは、上記に記載の光学系と、縮小側に配置された画像形成デバイスとを有するプロジェクタである。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【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】レンズデータを示す図。

【図3】非球面データを示す図。

【図4】ズーミングで移動する各群の前後の間隔を含む、諸数値を示す図。

【図5】広角端における諸収差を示す図。

【図6】望遠端における諸収差を示す図。

【図7】異なる光学系および光学系を含む装置の一例を示す図。

【図8】図７に示す光学系のレンズデータを示す図。

【図9】図７に示す光学系の非球面データを示す図。

【図10】図７に示す光学系のズーミングで移動する各群の前後の間隔を含む、諸数値を示す図。

【図11】図７に示す光学系の広角端における諸収差を示す図。

【図12】図７に示す光学系の望遠端における諸収差を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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１００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の像（画像）ＩＭ１を拡大側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１００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１００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。

【0019】

図１（ａ）に広角端の配置を示し、図１（ｂ）に望遠端の配置を示すように、光学系１０は、ズーム機能を備えた投射光学系である。光学系１０は、７群、２２枚のレンズで構成されている。具体的には、光学系１０は、最も拡大側３に位置し、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、負の屈折力の最も拡大側のレンズ群Ｇ１１と、最も縮小側２の第１の像ＩＭ１の側に配置されたレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、正の屈折力の最も像側のレンズ群（最も縮小側のレンズ群）Ｇ１７とを含む。光学系１０は、これら最も拡大側３および縮小側２に固定されたレンズ群Ｇ１１とＧ１７との間に複数のレンズ群Ｇ１２〜Ｇ１６からなる中間のレンズ群ＧＭを含む。中間のレンズ群（中間レンズ群）ＧＭは、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群を含む。中間レンズ群（ＧＭ）は、複数のレンズ群を含み、少なくともフォーカシングのために移動する正の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１４であって、絞りＳｔの拡大側３に、正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ１５を介して配置された第１のレンズ群Ｇ１４と、絞りＳｔの縮小側２に配置された負の屈折力の第３のレンズ群Ｇ１６とを含む。絞りＳｔの拡大側には第１のレンズ群Ｇ１４と第２のレンズ群Ｇ１５とが隣接して、すなわち、第１のレンズ群Ｇ１４は第２のレンズ群Ｇ１５のみを挟んで絞りＳｔの拡大側に配置されている。

【0020】

本例の中間のレンズ群ＧＭは、拡大側３から順番に配置された、ズーミングの際に移動する正の屈折力のレンズ群（中間レンズ群ＧＭの中の第５のレンズ群）Ｇ１２と、ズーミングの際に移動する負の屈折力のレンズ群（中間レンズ群ＧＭの中の第４のレンズ群）Ｇ１３と、フォーカシングのために移動する正の屈折力のレンズ群（中間レンズ群ＧＭの中の第１のレンズ群）Ｇ１４と、正の屈折力のレンズ群（中間レンズ群ＧＭの中の第２のレンズ群）Ｇ１５と、絞りＳｔを挟んで縮小側に配置された負の屈折力のレンズ群（中間レンズ群ＧＭの中の第３のレンズ群）Ｇ１６とを含む。

【0021】

すなわち、中間レンズ群ＧＭは、第１のレンズ群Ｇ１４の拡大側３に、拡大側３から順番に配置された、ズーミングの際に移動する正の屈折力の第５のレンズ群Ｇ１２と、ズーミングの際に移動する負の屈折力の第４のレンズ群Ｇ１３とをさらに含み、第２のレンズ群Ｇ１５および第３のレンズ群Ｇ１６が固定されたレンズ群である。第１のレンズ群Ｇ１４の拡大側には負の屈折力の第４のレンズ群Ｇ１３が配置され、ズーミングの際に第１のレンズ群Ｇ１４の拡大側の第４のレンズ群Ｇ１３との距離（空気間隔）が変化する。

【0022】

この光学系１０は、フォーカシングのために移動する正の屈折力のレンズ群Ｇ１４は、絞りＳｔの拡大側３に、正の屈折力のレンズ群Ｇ１５を介して配置されており、絞りＳｔの縮小側２に負の屈折力のレンズ群Ｇ１６が配置された構成を備えている。この光学系１０は、全体として、負−正−負−正−正−負−正の７群構成であり、絞りを含めると、負−正−負−正−正−絞り−負−正の構成となっている。

【0023】

中間レンズ群ＧＭの内の縮小側２に絞りＳｔを挟んで配置されたレンズ群Ｇ１５およびＧ１６は、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動しない固定されたレンズ群となっている。したがって、本例の光学系１０は、拡大側３から順に配置された、固定された負の屈折力のレンズ群Ｇ１１からなる、拡大側の固定されたレンズ群ＧＦ１と、広角端から望遠端に変倍（ズーミング）する際に縮小側２へ移動する正の屈折力のレンズ群Ｇ１２と、ズーミングの際に縮小側２へ移動する負の屈折力のレンズ群Ｇ１３と、フォーカシングの際に移動する正の屈折力のレンズ群Ｇ１４と、ズーミングおよびフォーカシングの際に全体として移動しない、正の屈折力の縮小側２の固定されたレンズ群ＧＦ２との５群のレンズ群を含む。したがって、光学系１０は、全体として、負−正−負−正−正の５群のレンズ構成であるということもできる。最も縮小側２の固定されたレンズ群ＧＦ２は、絞りＳｔを挟んで拡大側３に配置された正の屈折力のレンズ群Ｇ１５と、縮小側２に配置された負の屈折力のレンズ群Ｇ１６と、正の屈折力のレンズ群Ｇ１７とを含む。絞りＳｔの縮小側２に配置されたレンズ群（Ｇ１６＋Ｇ１７）の屈折力は全体として正の屈折力である。

【0024】

いずれの構成を参照しても光学系１０は、負の屈折力のレンズ群が拡大側に配置されたネガティブリードのレトロフォーカス型のパワー配置を備えたレンズ群であり、拡大側３を広角にしやすく、縮小側２をテレセントリックまたはテレセントリックライクとしてバックフォーカスを長く確保しやすいレンズ構成となっている。さらに、縮小側２に絞りＳｔを配置し、絞りＳｔを挟んで拡大側３に、正の屈折力のレンズ群Ｇ１４および正の屈折力のレンズ群Ｇ１５を配置し、縮小側２に負の屈折力のレンズ群Ｇ１６と、正の屈折力のレンズ群Ｇ１７とを配置している。このレンズ配置は、絞りＳｔの縮小側２に、負の屈折力のレンズ群Ｇ１６と正の屈折力のレンズ群Ｇ１７とを配置して光束を比較的短い距離で絞り、一方、拡大側３において正の屈折力のレンズ群Ｇ１４およびＧ１５で光束を比較的長い距離で徐々に広げることができる。したがって、絞りＳｔの前後ではレンズ径を小さくすることができ、小型のレンズを複数配置することにより収差を良好に補正できる。

【0025】

一方、絞りＳｔの拡大側３に、正の屈折力のレンズ群Ｇ１５を介して配置されたレンズ群Ｇ１４においては、光軸７に対する軸上光線高（ＬＨｘ）７ｘと、軸外主光線高（ＬＨｙ）７ｙとをほぼ等しくすることができる。レンズ群Ｇ１４においては、軸上光線高７ｘと軸外主光線高７ｙがほぼ等しい位置で入射するため、軸外主光線高７ｙが低く抑えられ、フォーカシング用のレンズ群Ｇ１４を構成するレンズが小型になり移動に有利となる。さらに、軸上および軸外のどちらの光線に対しても同程度の補正能力を有することとなるため、光線全体（光束全体）を効率よく補正可能となる。これに対し、軸外主光線高７ｙが低すぎると軸外光線に対する補正能力のバランスが崩れ、かつ、レンズ群Ｇ１４を縮小側に近づける必要があり、その場合、正の屈折力を強くする必要があり、結果として、軸上光線に対しては収差の補正が過剰となり、バランスの崩れが増大する。一方、軸外主光線高７ｙが高すぎると絞りＳｔから離れたレンズを動かす必要があり、レンズ径が増大することになる。

【0026】

本例においては、フォーカシング用のレンズ群Ｇ１４を、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ１２の一枚構成で実現しており、このレンズＬ１２の拡大側３の面Ｓ２２および縮小側２の面Ｓ２３の両方を非球面として、フォーカシングの際の収差補正能力を確保するとともに、フォーカシングのための機構の簡略化を図っている。軸上光線高７ｘと軸外主光線高７ｙは、フォーカシング用のレンズＬ１２の面Ｓ２２およびＳ２３のいずれかの近傍でほぼ等しく、例えば±３０％以内、さらに望ましくは±２０％以内になっていてもよく、レンズ内部でほぼ等しくなっていてもよい。

【0027】

すなわち、レンズＬ１２の入射側（縮小側）２の面Ｓ２３における軸上光線高（ＬＨｘ）７ｘと軸外主光線高（ＬＨｙ）７ｙとの比は、以下の条件（０）を満たしてもよい。
０．７＜｜ＬＨｘ／ＬＨｙ｜＜１．３ ・・・（０）

【0028】

軸外主光線高７ｙは比較的高いところに位置しており、この位置に正パワーを付加すれば、軸外主光線に対し、歪曲収差及び倍率色収差補正効果がある。拡大側３に近づく程、その補正効果は大きくなるがレンズＬ１２も大きくなる。条件（０）の下限は０．８であってもよく、０．８５であってもよい。条件（０）の上限は、１．２であってもよく、１．１５であってもよい。

【0029】

また、ズーミング時に、フォーカシング用のレンズ群（第１のレンズ群）Ｇ１４の拡大側の空気間隔が変動することが好ましい。拡大側からレンズ群Ｇ１４へ出射する光線は、軸上光線は軸上光線高を規定する上下光線（マージナル光線）が略平行に近い状態でレンズ群Ｇ１４から出射され、拡大側へ向かうにつれて軸外光線は光軸から離間するように光軸に対して角度をもってレンズ群（第４のレンズ群）Ｇ１３へ入射する。そのため、レンズ群Ｇ１４の拡大側の空気間隔が変化することで、レンズ群Ｇ１３へ入射する光線は、ズーミングの前後で軸上光線と比べ軸外光線に対する影響が強く出ることとなる。上記構成により、レンズ群Ｇ１４でフォーカシングを行うことで、広角光学系のズーミングで収差が変動しやすい軸外収差に対してより効果的に補正を行うことが可能となる。

【0030】

図２に、投射光学系１０の各レンズＬ１〜Ｌ２２のデータを示す。レンズデータは、各エレメント（レンズの場合は各レンズ面）の番号（Ｓ）と、曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各エレメントの面の間の距離Ｄ（間隔、ｍｍ）、屈折率ｎｄ（ｄ線）、アッベ数νｄ（ｄ線）とを示している。図３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２に示した係数Ｒと図３に示した係数Ｋ、Ａ４〜Ａ１４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）Ｙ^２／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）^２Ｙ^２｝^１／２］
＋Ａ４Ｙ^４＋Ａ６Ｙ^６＋Ａ８Ｙ^８＋Ａ１０Ｙ^１０＋Ａ１２Ｙ^１２＋Ａ１４Ｙ^１４

【0031】

図１および図２に示した光学系１０は、中間レンズ群ＧＭを構成するレンズ群の内の縮小側２に配置された第1のレンズ群であるレンズ群Ｇ１４がフォーカシングだけに動き、第２のレンズ群であるレンズ群Ｇ１５および第３のレンズ群であるレンズ群Ｇ１６は固定され（フォーカシングおよびズーミングの際に動かず）、拡大側３から順番に配置された、第５のレンズ群であるレンズ群Ｇ１２および第４のレンズ群であるレンズ群Ｇ１３がズーミングの際に移動する。

【0032】

最も拡大側３のレンズ群のレンズ群Ｇ１１は、拡大側３から順番に配置された７枚のレンズＬ１〜Ｌ７により構成されている。最も拡大側３のレンズＬ１は拡大側３に凸の負のメニスカスレンズであり、レンズＬ２は光軸７の近傍は両凹の負レンズであるが、全体として拡大側３に凸の負のメニスカスレンズであり、レンズＬ３は拡大側３に凸の負のメニスカスレンズであり、レンズＬ４は拡大側３に凸の負のメニスカスレンズであり、レンズＬ５は両凹の負レンズであり、レンズＬ６は両凸の正レンズであり、レンズＬ７は両凹の負レンズである。先行する４枚のレンズＬ１〜Ｌ４を縮小側２に凹の負の屈折力のレンズにより構成することにより、多数枚の負レンズをコンパクトに配置でき、最も拡大側３に大口径の負のレンズ群をコンパクトに配置できるようにしている。

【0033】

レンズ群Ｇ１１は、これらの負のメニスカスレンズＬ１〜Ｌ４および両凹の負レンズＬ５とから構成された、負の屈折力の第１のサブレンズ群Ｇ１１−１と、両凸の正レンズＬ６および両凹の負レンズＬ７により構成された第２のサブレンズ群Ｇ１１−２との組み合わせとして規定してもよく、最も拡大側に配置されるレンズ群Ｇ１１を６枚という多数枚の負のパワーのレンズと１枚の正のパワーのレンズとで構成することにより、いっそう広角で、収差が良好に補正できる光学系１０を提供できる。

【0034】

第１のサブレンズ群Ｇ１１−１の両凹の負レンズＬ５の縮小側２の面Ｓ１０の曲率半径Ｒｓ１と、第２のサブレンズ群の両凸の正レンズＬ６の拡大側の面Ｓ１１の曲率半径Ｒｓ２とは以下の条件（１）を満たしてもよい。
０．８＜Ｒｓ１／Ｒｓ２＜１．２ ・・・（１）

【0035】

面Ｓ１０およびＳ１１は共に拡大側３に湾曲した面であり、両者の曲率半径が条件（１）を満たすことにより両面を接近して配置できるとともに、凹面となるＳ１０と凸面となるＳ１１で、像面湾曲と歪曲収差に対してほぼ同じ効き量を与えて収差を相殺することにより諸収差をより良好に補正できる。

【0036】

第２のサブレンズ群Ｇ１１−２の両凸の正レンズＬ６の焦点距離ｐｆｓ２と、両凹の負レンズＬ７の焦点距離ｎｆｓ２とが以下の条件（２）を満たしてもよい。
−１．２＜ｐｆｓ２／ｎｆｓ２≦−０．８ ・・・（２）
条件（２）は、両者の焦点距離の符号が逆で、絶対値が近いことを示し、接合レンズを高輝度対応で接合を剥がした組み合わせであることも示す。接合レンズの接合面の曲率半径が小さかったり、接合レンズの径が大きくなると高輝度の光束が通過することによる温度上昇で接合面を安定して維持できない可能性が発生する。この第２のサブレンズ群Ｇ１１−２においては、正レンズＬ６と負レンズＬ７の像面湾曲、偏心感度が逆符号で絶対値はほぼ同じとなり、バランスよく収差補正が可能となる。これらのレンズのパワーの絶対値が離れると、これらの収差・効き量にも差が生じ、バランスがくずれる。

【0037】

第１のサブレンズ群Ｇ１１−１の焦点距離ｆｓ１と、第２のサブレンズ群Ｇ１１−２の焦点距離ｆｓ２と、光学系１０の広角端における焦点距離ｆｗとは以下の条件（３）および（４）を満たしてもよい。
−１．６＜ｆｓ１／ｆｗ＜−１．０・・・（３）
０＜｜ｆｓ１／ｆｓ２｜＜０．１ ・・・（４）

【0038】

全体が負のパワーの最も拡大側３のレンズ群Ｇ１において、多数の負のレンズからなる第１のサブレンズ群Ｇ１１−１のパワーを光学系１０の全パワーに対してある程度強くし、一方、それに続く、正−負のパワーの組み合わせの第２のサブレンズ群Ｇ１１−２のパワーを十分に弱くすることが望ましい。広角化には光学系１０の前側（拡大側）３に強い負のパワーのレンズが複数枚必要で、その光線を受ける第２のサブレンズ群Ｇ１１−２のパワーを余り大きくしないことにより広角化に適した光学系１０を提供できる。

【0039】

第２のサブレンズ群Ｇ１１−２の両凸の正レンズＬ６の縮小側２の面Ｓ１２の曲率Ｒｓ２２と、両凹の負レンズＬ７の拡大側３の面Ｓ１３の曲率Ｒｓ２３とが以下の条件（５）を満たしてもよい。
０．８＜Ｒｓ２２／Ｒｓ２３＜１．２ ・・・（５）
条件（５）は、向かい合った両面Ｓ１２およびＳ１３の曲率半径が近いことを示し、接合レンズを高輝度対応で接合を剥がした組み合わせであることも示す。曲率半径が近い、逆符号の面を接近配置することにより、バランスよく収差補正が可能となる。

【0040】

また、第１のサブレンズ群Ｇ１１−１のレンズＬ２〜Ｌ４の光路長、すなわち、レンズＬ２の最も拡大側３の面Ｓ３からレンズＬ４の最も縮小側２の面Ｓ８までの距離（光路長）ＬＬ２４と、最も拡大側３のレンズＬ１の拡大側の面Ｓ１から絞りＳｔ１までの距離（光路長）ＬＬＡとは以下の条件（６）を満足してもよい。
０＜ＬＬ２４／ＬＬＡ≦０．２ ・・・（６）
光学系１０の全体を短縮化できる。

【0041】

拡大側３から２番目のレンズ群であり、中間レンズ群ＧＭの最も拡大側３のレンズ群（第５のレンズ群）Ｇ１２は、全体が正のパワーの２枚構成または３枚構成のレンズ群であり、広角端から望遠端に変倍する際に縮小側２へ移動するレンズ群である。本例のレンズ群Ｇ１２は、拡大側３から順に配置された両凸の正レンズＬ８と、縮小側２に凸の正のメニスカスレンズＬ９と、縮小側２に凸の負のメニスカスレンズＬ１０とから構成されており、レンズＬ９およびＬ１０により全体として正のパワーの接合レンズＢ１１が構成されている。

【0042】

拡大側３から３番目のレンズ群であり、中間レンズ群ＧＭの次のレンズ群（第４のレンズ群）Ｇ１３は、全体が負のパワーの１枚構成のレンズ群であり、広角端から望遠端に変倍する際に縮小側２へ移動するレンズ群である。本例のレンズ群Ｇ１３は、両凹の負レンズＬ１１の一枚構成である。

【0043】

第４のレンズ群Ｇ１３を構成する負レンズＬ１１は、フォーカシングの際に移動する第１のレンズ群Ｇ１４に、拡大側で隣接するレンズである。上記構成により、正の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１４によって拡大側へ向かうにつれて光軸へ近づく方向に屈折された軸外光線の光線角度を逆方向に緩和させることにより、第１のレンズ群Ｇ１４からの出射光が拡大側のレンズ群へ入射する際の軸外主光線高が低くなりすぎることを抑制することが可能となる。

【0044】

また、負レンズ１１が両凹レンズであることで、各面で負の屈折力を分担可能となり、個々の面での光線の屈折角を小さくできるため、収差の発生を抑制することが可能となる。

【0045】

拡大側３から４番目のレンズ群であり、中間レンズ群ＧＭの次のレンズ群（第１のレンズ群）Ｇ１４は、全体が正のパワーの１枚構成のレンズ群であり、ズーミングの際に動かず、フォーカシングの際に移動するレンズ群である。本例のレンズ群Ｇ１４は、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ１２の一枚構成である。

【0046】

拡大側３から５番目のレンズ群であり、中間レンズ群ＧＭの次のレンズ群（第２のレンズ群）Ｇ１５は、全体が正のパワーの２枚構成のレンズ群であり、固定されたレンズ群である。本例のレンズ群Ｇ１５は、拡大側３から順に配置された、拡大側３に凸の負のメニスカスレンズＬ１３と、両凸の正レンズＬ１４との２枚構成である。

【0047】

絞りＳｔを挟んで配置されたレンズ群Ｇ１６は、拡大側３から６番目のレンズ群であり、中間レンズ群ＧＭの最も縮小側２のレンズ群（第３のレンズ群）Ｇ１６である。レンズ群Ｇ１６は、全体が負のパワーの６枚または７枚構成のレンズ群であり、固定されたレンズ群である。このレンズ群Ｇ１６は、全体が負のパワーであってもよく、非常に弱い正のパワーであってもよい。例えば、レンズ群Ｇ１６の焦点距離ｆｒ３は、光学系１０の広角端における焦点距離ｆｗに対して以下の条件（７）を満たしてもよい。
０＜ｆｗ／ｆｒ３＜０．００１・・・（７）

【0048】

本例のレンズ群Ｇ１６は、具体的には、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、両凸の正レンズＬ１８と、両凹の負レンズＬ１９と、両凸の正レンズＬ２０と、両凸の正レンズＬ２１とから構成されており、負レンズＬ１９および正レンズＬ２０が全体として縮小側に凸の接合レンズＢ１２を構成している。

【0049】

このレンズ群Ｇ１６は、拡大側３から、屈折力が正、負、正、負および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第１の組み合わせ（レンズ配置）ＡＲ１を含む。レンズ配置ＡＲ１は、両凸の正レンズＬ１６と、両凹の負レンズＬ１７と、両凸の正レンズＬ１８と、両凹の負レンズＬ１９と、両凸の正レンズＬ２０とにより構成されている。ネガティブリードのレトロフォーカスタイプの広角レンズで発生しやすく、高精細の光学系で問題となりやすい収差の補正のために、このレンズ配置ＡＲ１は、絞りＳｔの縮小側２に配置される両凸の正レンズＬ１８の前後に、色消しレンズとして正レンズＬ１６と負レンズＬ１７との配置と、対称的な負レンズＬ１９と正レンズＬ２０との配置を含み、色収差を主とした各収差を補正する。さらに、縮小側２に負−正の配置を設けることにより、軸外光線の主光線高が高い状態でかつ入射角度が大きいまま入射することで正（アンダー）の歪曲収差を発生させ、絞りＳｔより拡大側３で発生する負（オーバー）の歪曲収差を相殺することができる。

【0050】

また、この配置ＡＲ１の中心は両凸の正レンズＬ１８からなる。負レンズＬ１７により跳ね上げられた軸外光線の上側光線を光軸側へ折り返して光束の発散を抑えて像側（縮小側）２の光学素子５の大型化を抑制しつつ、主光線に対する上側光線と下側光線との角度の差を小さくし非対称による収差、例えば、拡大側で発生する正（アンダー）のタンジェンシャル非点収差を相殺するための負（オーバー）のタンジェンシャル非点収差を発生させて補正できる。また、この正レンズＬ１８を配置することで、合成のパワーが負に傾く負正の組み合わせ（正レンズＬ１６と負レンズＬ１７、負レンズＬ１９と正レンズＬ２０）を２つ有するレンズ群Ｇ１６のパワーを弱めることが可能となる。

【0051】

このレンズ群Ｇ１６は、拡大側３から、屈折力が負、正、負、正、負、正および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第２の組み合わせ（レンズ配置）ＡＲ２を含む。レンズ配置ＡＲ２は、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、両凸の正レンズＬ１８と、両凹の負レンズＬ１９と、両凸の正レンズＬ２０と、両凸の正レンズＬ２１とを含む。絞りＳｔの縮小側２で収束された収束光を発散させて、正レンズＬ１６および負レンズＬ１７の対向面へ略平行光を入射させる。また、主光線に対する上側光線と下側光線との角度の差を小さくし非対称による収差、例えば、拡大側で発生する正（アンダー）のタンジェンシャル非点収差を相殺するための負（オーバー）のタンジェンシャル非点収差を発生させて補正できる。

【0052】

レンズ群Ｇ１６の最も拡大側３のレンズＬ１５は、両凹の負レンズとなっている。拡大側３の面を凹面とすることで、立ちすぎていた周辺光線（特に下側光線）を寝かせて主光線と上下光線の角度の差を低減させ、略平行となった周辺光線を含む光束を縮小側の面の曲率の小さな凹面により、強く発散させることで、絞りを通すために収束させていた光線の歪みを補正しつつ広げることが可能となる。

【0053】

レンズ群Ｇ１６の最も縮小側２に、正のパワーのレンズＬ２１を設けることにより、拡大側のレンズＬ２０の縮小側２の面が凹面であることによる周辺光線の出射角の広がりを抑えることができる。また、以下の実施例のように、レンズ群Ｇ１６が移動するような構成であっても、像面５ａとの距離の変化に対して正のパワーのレンズＬ２１により、縮小側２に配置されるレンズへの周辺光線の入射位置の変動を抑制できる。このため、縮小側２のレンズの大型化を抑制できる。

【0054】

レンズ群Ｇ１６の縮小側２から２番目の正のパワーのレンズＬ２０の縮小側２のレンズ面Ｓ３９は凹面であってもよい。出射光線の内の周辺光線の出射角度が広がるため、接合レンズＢ１２の負のパワーを強くしなくても光束を発散して出射可能となり、縮小側２に配置されるレンズＬ２１の正のパワーを比較的弱く設定できる。このため、収差補正が容易となる。

【0055】

光学系１０の中の最も縮小側２のレンズ群Ｇ１７は、固定された正のパワーのレンズ群であり、本例においては両凸の正レンズＬ２２の一枚構成となっている。この固定レンズ群Ｇ１７は、像面５に対する結像レンズであり、像側（縮小側）２がほぼテレセントリックになるようにパワーが調整されている。

【0056】

図４に、光学系１０の変倍（ズーミング）の際の諸数値を示している。距離（間隔）Ｄ１４、Ｄ１９、Ｄ２１はズーミングの際に移動するレンズ群Ｇ１２およびＧ１３の前後のレンズ群との間隔の変化を示し、間隔Ｄ２３は、フォーカシングの際にレンズ群Ｇ１４が移動する操作量を、投影するスクリーンまでの距離が近距離（０．７８ｍ）、中距離（１．２４ｍ）、遠距離（６．４０ｍ）で示している。

【0057】

この光学系１０は、ズーム比が１．０６倍で、半画角が６０度前後と超広角な投射レンズであり、Ｆナンバーが２．４と小さくて明るく、さらに全長が２６０ｍｍ程度と比較的コンパクトなプロジェクタレンズシステムである。

【0058】

この光学系の諸数値は以下の通りである。
広角端における光学系の焦点距離（ｆｗ）： ６．７３１ｍｍ
レンズ群Ｇ１１（レンズＬ１〜Ｌ７、固定群ＧＦ１）の焦点距離： −９．７８３ｍｍ
サブレンズ群Ｇ１１−１の焦点距離（ｆｓ１）： −９．７８２ｍｍ
サブレンズ群Ｇ１１−２の焦点距離（ｆｓ２）： １９７．５８８ｍｍ
レンズＬ６の焦点距離（ｐｆｓ２）： ３５．４５１ｍｍ
レンズＬ７の焦点距離（ｎｆｓ２）： −３６．１８４ｍｍ
レンズ群Ｇ１２（レンズＬ８〜Ｌ１０、ズーム群）の焦点距離： ４６．７６０ｍｍ
レンズ群Ｇ１３（レンズＬ１１、ズーム群）の焦点距離： −１２１．９８９ｍｍ
レンズ群Ｇ１４（レンズＬ１２、フォーカス群）の焦点距離： ９８．５６８ｍｍ
レンズ群Ｇ１５（レンズＬ１３〜Ｌ１４、固定群）の焦点距離： ４８．００１ｍｍ
レンズ群Ｇ１６（レンズＬ１５〜Ｌ２１、固定群）の焦点距離： −９３．１９６ｍｍ
レンズ群Ｇ１７（レンズＬ２２、固定群）の焦点距離： ４０．３７１ｍｍ
レンズ群ＧＦ２（レンズＬ１３〜Ｌ２２、固定群）の焦点距離： ３２．９００ｍｍ
レンズ群ＧＲ（レンズＬ１５〜レンズＬ２２、固定群）の焦点距離： ２８．５８８ｍｍ
レンズＬ２〜Ｌ４の光路長（ＬＬ２４）： ２７．７０３ｍｍ
レンズＬ１〜絞りＳｔ１までの光路長（ＬＬＡ）： １８４．０４３ｍｍ
条件（０）（ＬＨｘ（７．８５６）／ＬＨｙ（７．８００））： １．０１
条件（１）（Ｒｓ１／Ｒｓ２：（Ｒ１０／Ｒ１１））： １．００８
条件（２）（ｐｆｓ２／ｎｆｓ２）： −０．９８０
条件（３）（ｆｓ１／ｆｗ）： −１．４５３
条件（４）（｜ｆｓ１／ｆｓ２｜）： −０．０５
条件（５）（Ｒｓ２２／Ｒｓ２３：（Ｒ１２／Ｒ１３））： １．１０７
条件（６）（ＬＬ２４／ＬＬＡ）： ０．１５１

【0059】

図５（ａ）〜（ｃ）に、光学系１０の広角端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。図６（ａ）〜（ｃ）に、光学系１０の望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。球面収差は、波長６８０ｎｍ（長破線）、波長６２０ｎｍ（実線）と、波長５５０ｎｍ（短破線）と、波長４６０ｎｍ（一点鎖線）と、波長４３０ｎｍ（二点鎖線）とを示し、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。

【0060】

このように、投射光学系１０においては、上述した条件（０）〜（６）を満たし、さらに、広角端および望遠端における諸収差が良好に補正された光学系１０を提供できる。

【0061】

図７に異なる光学系１０を示している。図７（ａ）に広角端の配置を示し、図７（ｂ）に望遠端の配置を示すように、この光学系１０は、ズーム機能を備えた投射光学系である。光学系１０は、７群、２２枚のレンズで構成されており、最も拡大側３に位置し、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、負の屈折力の最も拡大側のレンズ群Ｇ１１と、最も縮小側２の第１の像ＩＭ１の側に配置されたレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、正の屈折力の最も像側のレンズ群（最も縮小側のレンズ群）Ｇ１７とを含む。光学系１０は、これら最も拡大側３および縮小側２に固定されたレンズ群Ｇ１１とＧ１７との間に複数のレンズ群Ｇ１２〜Ｇ１６からなる中間のレンズ群ＧＭを含む。中間のレンズ群ＧＭは、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群を含む。

【0062】

本例の中間のレンズ群ＧＭは、拡大側３から順番に配置された、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定された正の屈折力のレンズ群Ｇ１２と、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定された負の屈折力のレンズ群Ｇ１３と、ズーミングおよびフォーカシングのために移動する正の屈折力のレンズ群（中間レンズ群ＧＭの中の第１のレンズ群）Ｇ１４と、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動する正の屈折力のレンズ群（中間レンズ群ＧＭの中の第２のレンズ群）Ｇ１５と、絞りＳｔを挟んで縮小側に配置されたズーミングの際に移動する、弱い正の屈折力のレンズ群（中間レンズ群ＧＭの中の第３のレンズ群）Ｇ１６とを含む。

【0063】

この光学系１０では、フォーカシングのために移動する正の屈折力のレンズ群Ｇ１４は、絞りＳｔの拡大側３に、正の屈折力のレンズ群Ｇ１５を介して配置されており、絞りＳｔの縮小側２に条件（７）を満たす弱い正の屈折力のレンズ群Ｇ１６が配置された構成を備えている。また、この光学系１０は、全体として、負−正−負−正−正−正−正の７群構成であり、絞りを含めると、負−正−負−正−正−絞り−正−正の構成となっている。

【0064】

また、中間レンズ群ＧＭの内の拡大側３に配置されたレンズ群Ｇ１２およびＧ１３は、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動しない、固定されたレンズ群となっている。したがって、本例の光学系１０は、拡大側３から順に配置された、固定された負の屈折力のレンズ群Ｇ１１、Ｇ１２およびＧ１３からなる、拡大側の固定されたレンズ群ＧＦ１と、広角端から望遠端に変倍（ズーミング）する際に拡大側３へ移動する正の屈折力のレンズ群Ｇ１４と、ズーミングの際に拡大側３へ移動する正の屈折力のレンズ群Ｇ１５と、ズーミングの際に拡大側３へ移動する正の屈折力のレンズ群Ｇ１６と、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動しない正の屈折力の縮小側２の固定されたレンズ群ＧＦ２との５群のレンズ群を含む。レンズ群Ｇ１４およびＧ１５はフォーカシング（Ｆ）の際にも移動するレンズ群である。したがって、光学系１０は、負−正−正−正−正の５群のレンズ構成であるということもできる。

【0065】

いずれの構成を参照しても、本光学系１０も、負の屈折力のレンズ群が拡大側に配置されたネガティブリードのレトロフォーカス型のパワー配置を備えたレンズ群であり、拡大側３を広角にしやすく、縮小側２をテレセントリックまたはテレセントリックライクとしてバックフォーカスを長く確保しやすいレンズ構成となっている。さらに、縮小側２に絞りＳｔを配置し、絞りＳｔを挟んで拡大側３に、正の屈折力のレンズ群Ｇ１４および正の屈折力のレンズ群Ｇ１５を配置している。このレンズ配置は、上述した光学系と同様に、拡大側３において正の屈折力のレンズ群Ｇ１４およびＧ１５を配置することにより絞りＳｔの前後ではレンズ径を小さくすることができ、小型のレンズを複数配置することにより収差を良好に補正できる。

【0066】

また、絞りＳｔの拡大側３に、正の屈折力のレンズ群Ｇ１５を介して配置されたレンズ群Ｇ１４においては、光軸７に対する軸上光線高（ＬＨｘ）７ｘと、軸外主光線高（ＬＨｙ）７ｙとをほぼ等しくすることができる。このため、レンズ群Ｇ１４においては、軸上光線高７ｘと軸外主光線高７ｙがほぼ等しい位置で入射し、フォーカシングの際にも移動するレンズ群Ｇ１４を構成するレンズを小型にできる。本例においては、フォーカシング用のレンズ群Ｇ１４を、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ１２の一枚構成で実現しており、このレンズＬ１２の拡大側３の面Ｓ２２および縮小側２の面Ｓ２３の両方を非球面として、フォーカシングの際の収差補正能力を確保するとともに、フォーカシングのための機構の簡略化を図っている。軸上光線高（ＬＨｘ）７ｘと軸外主光線高（ＬＨｙ）７ｙは上記と同様に条件（０）を満足してもよい。

【0067】

図８に、投射光学系１０の各レンズＬ１〜Ｌ２２のデータを示す。また、図９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。図７に示した光学系１０のレンズ構成は、基本的に図１に示した光学系と共通し、共通する部分については説明を省略する。

【0068】

最も拡大側３のレンズ群のレンズ群Ｇ１１は、拡大側３から順番に配置された７枚のレンズＬ１〜Ｌ７により構成されて、図１に示した光学系１０とそれぞれのレンズＬ１〜Ｌ７の基本的な構成は共通する。レンズ群Ｇ１１は、これらの負のメニスカスレンズＬ１〜Ｌ４および両凹の負レンズＬ５とから構成された、負の屈折力の第１のサブレンズ群Ｇ１１−１と、両凸の正レンズＬ６および両凹の負レンズＬ７により構成された第２のサブレンズ群Ｇ１１−２との組み合わせとして規定してもよいことも同様である。

【0069】

拡大側３から２番目のレンズ群であり、拡大側３の固定レンズ群ＧＦ１に含まれるレンズ群Ｇ１２は、全体が正のパワーの２枚構成または３枚構成のレンズ群である。本例のレンズ群Ｇ１２は、拡大側３から順に配置された両凸の正レンズＬ８と、縮小側２に凸の正のメニスカスレンズＬ９と、縮小側に凸の負のメニスカスレンズＬ１０とから構成されており、レンズＬ９およびＬ１０により全体として正のパワーの接合レンズＢ１１が構成されている。拡大側３から３番目のレンズ群であり、拡大側３の固定レンズ群ＧＦ１に含まれるレンズ群Ｇ１３は、両凹の負レンズＬ１１の一枚構成である。

【0070】

拡大側３から４番目のレンズ群であり、中間レンズ群ＧＭの第１のレンズ群Ｇ１４は、全体が正のパワーの１枚構成のレンズ群であり、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群である。本例のレンズ群Ｇ１４は、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ１２の一枚構成である。

【0071】

拡大側３から５番目のレンズ群であり、中間レンズ群ＧＭの第２のレンズ群Ｇ１５は、全体が正のパワーの２枚構成のレンズ群であり、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群である。本例のレンズ群Ｇ１５は、拡大側３から順に配置された、拡大側３に凸の負のメニスカスレンズＬ１３と、両凸の正レンズＬ１４との２枚構成である。

【0072】

絞りＳｔを挟んで配置されたレンズ群Ｇ１６は、拡大側３から６番目のレンズ群であり、中間レンズ群ＧＭの最も縮小側２のレンズ群（第２のレンズ群）Ｇ１６である。レンズ群Ｇ１６は、全体が弱い正のパワーの６枚または７枚構成のレンズ群であり、ズーミングの際に移動するレンズ群である。具体的には、拡大側３から順に、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、両凸の正レンズＬ１８と、両凹の負レンズＬ１９と、拡大側３に凸の正のメニスカスレンズＬ２０と、両凸の正レンズＬ２１とから構成されており、負レンズＬ１９および正メニスカスレンズＬ２０が全体として両凹の接合レンズＢ１２を構成している。

【0073】

このレンズ群Ｇ１６は、拡大側３から、屈折力が正、負、正、負および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第１の組み合わせ（レンズ配置）ＡＲ１を含む。また、このレンズ群Ｇ１６は、拡大側３から、屈折力が負、正、負、正、負、正および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第２の組み合わせ（レンズ配置）ＡＲ２を含む。

【0074】

図１０に、光学系１０の変倍（ズーミング）の際の諸数値を示している。距離（間隔）Ｄ２１、Ｄ２３、Ｄ２７はズーミングの際に移動するレンズ群Ｇ１４およびＧ１５の前後のレンズ群との間隔の変化を、投影するスクリーンまでの距離が近距離（０．７８ｍ）の場合で示している。また、フォーカシングの際にレンズ群Ｇ１４およびＧ１５が移動する操作量を、投影するスクリーンまでの距離が近距離（０．７８ｍ）、中距離（１．２４ｍ）、遠距離（６．４０ｍ）で示している。

【0075】

この光学系１０は、ズーム比が１．０７倍で、半画角が６０度以上と超広角な投射レンズであり、Ｆナンバーが２．４と小さくて明るく、さらに全長が２５０ｍｍ以下とコンパクトなプロジェクタレンズシステムである。

【0076】

この光学系の諸数値は以下の通りである。
広角端における光学系の焦点距離（ｆｗ）： ６．６３６ｍｍ
固定群ＧＦ１（レンズＬ１〜Ｌ１１）の焦点距離： −１８．２３４ｍｍ
レンズ群Ｇ１１（レンズＬ１〜Ｌ７）の焦点距離： −８．３１６ｍｍ
サブレンズ群Ｇ１１−１の焦点距離（ｆｓ１）： −８．５５５ｍｍ
サブレンズ群Ｇ１１−２の焦点距離（ｆｓ２）： １２１．４７７ｍｍ
レンズＬ６の焦点距離（ｐｆｓ２）： ３２．２１９ｍｍ
レンズＬ７の焦点距離（ｎｆｓ２）： −３２．７２３ｍｍ
レンズ群Ｇ１２（レンズＬ８〜Ｌ１０）の焦点距離： ３９．９２５ｍｍ
レンズ群Ｇ１３（レンズＬ１１）の焦点距離： −８４．９６３ｍｍ
レンズ群Ｇ１４（レンズＬ１２、フォーカスおよびズーム群）の焦点距離： ８５．０３５ｍｍ
レンズ群Ｇ１５（レンズＬ１３〜Ｌ１４、フォーカスおよびズーム群）の焦点距離： ７６．２９６ｍｍ
レンズ群Ｇ１６（レンズＬ１５〜Ｌ２１、ズーム群、ｆｒ３）の焦点距離： １０１７０．５９８ｍｍ
レンズ群Ｇ１７（レンズＬ２２、固定群ＧＦ２）の焦点距離： ４３．９３５ｍｍ
レンズ群ＧＲ（レンズＬ１５〜Ｌ２２）の焦点距離： ３０．０２７ｍｍ
レンズＬ２〜Ｌ４の光路長（ＬＬ２４）： ２７．９７５ｍｍ
レンズＬ１〜絞りＳｔ１までの光路長（ＬＬＡ）： １７５．０８２ｍｍ
条件（０）（ＬＨｘ（７．４３４）／ＬＨｙ（８．４１９））： ０．８８
条件（１）（Ｒｓ１／Ｒｓ２：（Ｒ１０／Ｒ１１））： １．０９８
条件（２）（ｐｆｓ２／ｎｆｓ２）： −０．９８５
条件（３）（ｆｓ１／ｆｗ）： −１．２８９
条件（４）（｜ｆｓ１／ｆｓ２｜）： −０．０７０
条件（５）（Ｒｓ２２／Ｒｓ２３：（Ｒ１２／Ｒ１３））： １．０９９
条件（６）（ＬＬ２４／ＬＬＡ）： ０．１６０
条件（７）（ｆｗ／ｆｒ３）：０．０００７

【0077】

図１１（ａ）〜（ｃ）に、光学系１０の広角端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。図１２（ａ）〜（ｃ）に、光学系１０の望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。このように、この投射光学系１０においても、上述した条件（０）〜（７）を満たし、さらに、広角端および望遠端における諸収差が良好に補正された光学系１０を提供できる。また、広角端において半画角が６０度を超える超広角な光学系（レンズシステム）１０において、フォーカシングを、小径の１枚または３枚のレンズを動かすことにより実現することができる。したがって、フォーカシングの際の機械的な負荷も低減でき、コンパクトな光学系１０を提供できる。また、これらの光学系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１００を提供できる。

【符号の説明】

【0078】

１０ 光学系、 １００ プロジェクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】