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JP7510149B2 - Projection optical system, projector and imaging device - Google Patents

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JP7510149B2
JP7510149B2 JP2020070270A JP2020070270A JP7510149B2 JP 7510149 B2 JP7510149 B2 JP 7510149B2 JP 2020070270 A JP2020070270 A JP 2020070270A JP 2020070270 A JP2020070270 A JP 2020070270A JP 7510149 B2 JP7510149 B2 JP 7510149B2
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Japan
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lens
optical system
group
projection optical
magnification
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恭彦 松尾
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Description

本発明は、プロジェクタ装置および、それに用いられる投射光学系に関し、さらにはその投射光学系を用いた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a projector device and a projection optical system used therein, and further to an imaging device using the projection optical system.

従来、投射画面を大画面化すると共に、投影空間の縮小化を図った反射型のプロジェクタ装置が種々提案されている。例えば特許文献1や特許文献2には、画像表示素子(ライトバルブ)から投射画面に向かって、つまり縮小側から拡大側に向かって、屈折光学系からなる第1光学系、反射面を含む第2光学系を配置してなるプロジェクタ装置用の投射光学系が示されている。この種の投射光学系は多くの場合、合焦(フォーカス調整)や変倍(ズーム)のために、屈折光学系内に、該屈折光学系の主光軸に沿った方向に移動する移動光学系を含んで構成される。 Various reflective projector devices have been proposed in the past that enlarge the projection screen while reducing the projection space. For example, Patent Documents 1 and 2 show a projection optical system for a projector device in which a first optical system made of a refractive optical system and a second optical system including a reflective surface are arranged from an image display element (light valve) toward the projection screen, that is, from the reduction side toward the enlargement side. This type of projection optical system is often configured to include a moving optical system within the refractive optical system that moves in a direction along the main optical axis of the refractive optical system for focusing (focus adjustment) and magnification (zoom).

近時は、投射画面を大型化する要求が高くなっており、そのため上記の投射光学系に対しては、倍率が変更されても収差の発生を良好に低減して、大型でしかも高画質の画像を投射可能とすることが望まれている。 Recently, there has been a growing demand for larger projection screens, and for this reason, it is desirable for the above-mentioned projection optical system to be able to effectively reduce the occurrence of aberrations even when the magnification is changed, making it possible to project large, high-quality images.

特開第5145486号公報JP 5145486 A 特許第5728202号公報Patent No. 5728202

しかし、従来の反射型のプロジェクタ装置に用いられている投射光学系は、倍率変更に伴う収差発生を低減する上で、改善の余地が残されている。 However, the projection optical system used in conventional reflective projector devices still has room for improvement in terms of reducing the occurrence of aberrations that accompany changes in magnification.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、倍率変更に伴う収差発生を良好に低減することができるプロジェクタ装置、およびそのようなプロジェクタ装置を実現できる投射光学系を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a projector device that can effectively reduce the occurrence of aberrations that accompany changes in magnification, and a projection optical system that can realize such a projector device.

本発明による投射光学系は、
縮小側の画像を拡大側の被投射面へ投射する投射光学系であって、
複数のレンズを含み、縮小側から入射した光により拡大側に向かって第1中間像および第2中間像をこの順に結像するレンズ光学系と、
第2中間像を反射させる凹面鏡とを有し、
上記レンズ光学系は内部に第1中間像を結像すると共に、内部に1つ以上の変倍群を含み、
変倍群の中の第1の変倍群は第1中間像の拡大側に隣接するレンズを含む、
ことを特徴とするものである。
The projection optical system according to the present invention comprises:
A projection optical system that projects a reduced-side image onto an enlarged-side projection surface,
a lens optical system including a plurality of lenses, which forms a first intermediate image and a second intermediate image in this order toward the enlargement side by light incident from the reduction side;
a concave mirror that reflects the second intermediate image;
the lens optical system forms a first intermediate image therein and includes one or more variable magnification groups therein;
a first variable power group among the variable power groups includes a lens adjacent to the enlarged side of the first intermediate image;
It is characterized by the above.

上記第1の変倍群は、第1中間像の縮小側に配置されて該第1中間像と隣接するレンズを含むことが望ましい。
そしてその場合投射光学系は、上記第1中間像よりも縮小側に配置される第2の変倍群と絞りとをさらに含み、
第2の変倍群は、上記絞りに隣接するレンズを含む、
ことが望ましい。
It is desirable that the first variable power group includes a lens disposed on the reduction side of the first intermediate image and adjacent to the first intermediate image.
In this case, the projection optical system further includes a second magnification variable group and a stop disposed on the reduction side of the first intermediate image,
the second variable power group includes a lens adjacent to the stop;
It is desirable.

さらに上記レンズ光学系は、第2の変倍群と第1の変倍群との間に負のパワーの第3の変倍群を含み、
第2の変倍群は正のパワーを有し、
第3の変倍群は第2の変倍群の拡大側に隣接して配置されている、
ことが望ましい。
the lens optical system further includes a third variable power group having a negative power between the second variable power group and the first variable power group,
the second magnification varying group has positive power,
the third zoom group is disposed adjacent to the enlargement side of the second zoom group;
It is desirable.

また本発明による投射光学系においては、広角端から望遠端側へ変倍する際に、第2の変倍群は、縮小側から拡大側に移動し、第3の変倍群は、縮小側から拡大側に移動することが望ましい。 In addition, in the projection optical system according to the present invention, when changing the magnification from the wide-angle end to the telephoto end, it is desirable that the second variable magnification group moves from the reduction side to the enlargement side, and the third variable magnification group moves from the reduction side to the enlargement side.

また本発明による投射光学系において、
上記レンズ光学系は複数の合焦群を含み、
第1の変倍群と第3の変倍群との間に第4の変倍群が配置され、
この第4の変倍群は、合焦時にも移動する第1の合焦群を兼ねている、
ことが望ましい。
In the projection optical system according to the present invention,
The lens optical system includes a plurality of focusing groups,
a fourth zoom group is disposed between the first zoom group and the third zoom group;
This fourth variable magnification group also serves as the first focusing group that moves during focusing.
It is desirable.

さらに、上記第1の変倍群の拡大側には第2の合焦群が隣接していることが望ましい。 Furthermore, it is desirable that a second focusing group be adjacent to the enlargement side of the first zoom group.

また、上記第1の合焦群の拡大側のレンズ面は拡大側に凸面を有し、
第2の合焦群の縮小側のレンズ面は縮小側に凸面を有する、
ことが望ましい。
the lens surface on the enlargement side of the first focusing group has a convex surface on the enlargement side,
the reduction-side lens surface of the second focusing group has a convex surface on the reduction side;
It is desirable.

さらに、上記第1の変倍群は、第1中間像の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群および第2小群からなり、
第1小群は縮小側から順に、縮小側のレンズ面が凹面形状のメニスカスレンズからなるレンズ1、拡大側のレンズ面が凹面形状であるレンズ2の並びを含み、
レンズ1の縮小側のレンズ面の曲率半径(1R2)とレンズ2の拡大側のレンズ面の曲率半径(2R1)とが、以下の式1
0.55 <|1R2|/|2R1|< 1.00 ・・・式1
を満たしていることが望ましい。
the first zoom group includes a first subgroup and a second subgroup disposed on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image, respectively;
The first small group includes, in order from the reduction side, a lens 1 which is a meniscus lens having a concave lens surface on the reduction side, and a lens 2 which has a concave lens surface on the enlargement side.
The radius of curvature (1R2) of the lens surface on the reduction side of lens 1 and the radius of curvature (2R1) of the lens surface on the enlargement side of lens 2 are expressed by the following formula 1.
0.55 <|1R2|/|2R1|< 1.00 ... Formula 1
It is desirable that the following is satisfied.

そのように構成される場合、第1小群はさらに、縮小側のレンズ面が凸面形状であってレンズ2の拡大側に配置されたレンズ3の並びを含み、
レンズ1の拡大側のレンズ面の曲率半径(1R1)と、レンズ3の縮小側のレンズ面の曲率半径(3R2)とが、以下の式2
0.5 <|1R1|/|3R2|< 6.0 ・・・式2
を満たしていることが望ましい。
When so configured, the first subgroup further includes a series of lenses 3 arranged on the enlargement side of the lens 2, the lenses having a convex shape on the reduction side;
The radius of curvature (1R1) of the lens surface on the enlargement side of the lens 1 and the radius of curvature (3R2) of the lens surface on the reduction side of the lens 3 are expressed by the following formula 2.
0.5 <|1R1|/|3R2|< 6.0 ... Formula 2
It is desirable that the following is satisfied.

また前述した第1の変倍群は、第1中間像の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群および第2小群からなり、
第1小群は縮小側から順に、拡大側のレンズ面が凹面形状のレンズ2、縮小側のレンズ面が凸面形状のレンズ3の並びを含み、
レンズ2の拡大側のレンズ面の曲率半径(2R1)とレンズ3の縮小側のレンズ面の曲率半径(3R2)とが、以下の式3
0.30 <|2R1|/|3R2|< 0.70 ・・・式3
を満たしていることが望ましい。
The first variable magnification group is made up of a first subgroup and a second subgroup arranged on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image, respectively.
The first small group includes, in order from the reduction side, a lens 2 having a concave lens surface on the enlargement side and a lens 3 having a convex lens surface on the reduction side.
The radius of curvature (2R1) of the lens surface on the enlargement side of the lens 2 and the radius of curvature (3R2) of the lens surface on the reduction side of the lens 3 are expressed by the following formula 3.
0.30 <|2R1|/|3R2|< 0.70 ... formula 3
It is desirable that the following is satisfied.

また上記第1の変倍群は、第1中間像の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群および第2小群からなり、
第1小群は縮小側から順に、縮小側のレンズ面が凹面形状のメニスカスレンズからなるレンズ1、拡大側のレンズ面が凹面形状であるレンズ2の並びを含み、
レンズ1の屈折率(L1nd)とレンズ2の屈折率(L2nd)とが、以下の式4
0.3<L2nd - L1nd ・・・式4
を満たしていることが望ましい。
the first zoom group comprises a first subgroup and a second subgroup arranged on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image, respectively;
The first small group includes, in order from the reduction side, a lens 1 which is a meniscus lens having a concave lens surface on the reduction side, and a lens 2 which has a concave lens surface on the enlargement side.
The refractive index of lens 1 (L1nd) and the refractive index of lens 2 (L2nd) are expressed by the following formula 4.
0.3<L2nd - L1nd ... Equation 4
It is desirable that the following is satisfied.

また上記第1の変倍群は、第1中間像の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群および第2小群からなり、
第1小群は縮小側から順に、拡大側のレンズ面が凹面形状のレンズ2、縮小側のレンズ面が凸面形状のレンズ3の並びを含み、
レンズ2のアッべ数(L2νd)とレンズ3のアッべ数(L3νd)とが、以下の式5
10.0< L3νd - L2νd ・・・式5
を満たしていることが望ましい。
the first zoom group comprises a first subgroup and a second subgroup arranged on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image, respectively;
The first small group includes, in order from the reduction side, a lens 2 having a concave lens surface on the enlargement side and a lens 3 having a convex lens surface on the reduction side.
The Abbe number of lens 2 (L2νd) and the Abbe number of lens 3 (L3νd) are expressed by the following formula 5.
10.0 < L3νd - L2νd ... formula 5
It is desirable that the following is satisfied.

また本発明の投射光学系においては、上記第1の変倍群の焦点距離f5と広角端における投射光学系全系の焦点距離fwとが、以下の式6
15.0<|f5|/|fw|<20.0 ・・・式6
を満たしていることが望ましい。
In the projection optical system of the present invention, the focal length f5 of the first variable magnification group and the focal length fw of the entire projection optical system at the wide-angle end are expressed by the following formula 6:
15.0<|f5|/|fw|<20.0 ... Equation 6
It is desirable that the following is satisfied.

また本発明の投射光学系において、上記第1の変倍群は、第1中間像の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群および第2小群からなり、
第1小群の焦点距離f5-1と第2小群の焦点距離f5-2とが、以下の式7
2.0 <|f5-1|/|f5-2| < 7.0 ・・・式7
を満たしていることが望ましい。
In the projection optical system of the present invention, the first variable magnification group comprises a first subgroup and a second subgroup arranged on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image, respectively;
The focal length f5-1 of the first subgroup and the focal length f5-2 of the second subgroup are expressed by the following formula 7.
2.0 < |f5-1|/|f5-2| < 7.0 ... Equation 7
It is desirable that the following is satisfied.

また本発明の投射光学系は、
複数の変倍群よりも拡大側に固定群を有し、
この固定群の最も拡大側には3枚のレンズを接合した3枚接合レンズを有し、
上記3枚のレンズは縮小側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズからなる、
ことが望ましい。
The projection optical system of the present invention further comprises:
a fixed group on the magnification side of the plurality of variable magnification groups;
The fixed group has a triplet lens on the most magnifying side, which is made up of three lenses cemented together.
The three lenses are, from the reduction side, a negative lens, a positive lens, and a negative lens.
It is desirable.

そして上記固定群の焦点距離f7と、レンズ光学系の広角端における焦点距離f8とは、以下の式8
1.0 < |f7|/|f8| <2.5 ・・・式8
を満たしていることが望ましい。
The focal length f7 of the fixed group and the focal length f8 at the wide-angle end of the lens optical system are expressed by the following formula 8.
1.0 < |f7|/|f8| < 2.5 ... Equation 8
It is desirable that the following is satisfied.

そして上述した固定群の3枚接合レンズの焦点距離(f接合)と、広角端における投射光学系全系の広角端における焦点距離fwとが以下の式9
10.0 < |f接合|/|fw| < 25.0 ・・・式9
を満たしていることが望ましい。
The focal length (f) of the triplet of the fixed group and the focal length fw of the entire projection optical system at the wide-angle end are expressed by the following formula 9:
10.0 < |f junction|/|fw| < 25.0 ... Equation 9
It is desirable that the following is satisfied.

そして上記固定群の3枚接合レンズは、レンズ光学系の最も拡大側に配置されるレンズ素子であることが望ましい。 The triplet cemented lens in the fixed group is preferably the lens element located on the most magnifying side of the lens optical system.

また本発明の投射光学系は、
変倍群を複数有し、
それらの変倍群の各々を単独で広角端から望遠端へ移動させた際の全系の焦点距離の変化の比(f比率)が最も大きい変倍群である変倍群をバリエータ群Vrgとし、その他の残りの変倍群をそれぞれコンペンセータ群cngとして、全系の広角端における焦点距離を1としたときに、コンペンセータ群cngのf比率から1を引いた値を変化量Δcngとし、Δcngの総和をsum Δcngとし、投射光学系全系の変倍における焦点距離の変化の比(ズーム比)をZrとしたとき、sum ΔcngとZrとが、式10
| sum Δcng |/|Zr| < 0.03 ・・・式10
を満たしていることが望ましい。
The projection optical system of the present invention further comprises:
It has multiple magnification variable groups,
The magnification variable group that has the largest ratio of change in focal length of the entire system (f ratio) when each of these magnification variable groups is moved individually from the wide-angle end to the telephoto end is defined as a variator group Vrg, and the remaining magnification variable groups are defined as compensator groups cng. When the focal length of the entire system at the wide-angle end is 1, the amount of change Δcng is the f ratio of the compensator group cng minus 1, the sum of Δcng is sum Δcng, and the ratio of change in focal length during magnification change of the entire projection optical system (zoom ratio) is Zr. Then, sum Δcng and Zr are expressed by the following formula 10.
|sum Δcng|/|Zr| < 0.03 ... Equation 10
It is desirable that the following is satisfied.

また本発明の投射光学系は、
レンズ光学系と凹面鏡との間に、入射面と出射面とを有する光学素子を有し、
レンズ光学系は、該レンズ光学系からの出射光を凹面鏡よりも縮小側で結像して第2中間像を形成し、
第2中間像は、像高が高くなるほど縮小側に倒れるように結像され、
少なくとも一部の結像は、光学素子の出射面と凹面鏡との間になされる、
ことが望ましい。
The projection optical system of the present invention further comprises:
an optical element having an entrance surface and an exit surface is provided between the lens optical system and the concave mirror;
the lens optical system forms a second intermediate image by focusing the light emitted from the lens optical system on the reduction side of the concave mirror;
The second intermediate image is formed so as to incline toward the reduction side as the image height increases,
At least a portion of the imaging is performed between the exit surface of the optical element and the concave mirror.
It is desirable.

一方、本発明による一つのプロジェクタ装置は、以上述べた本発明の投射光学系の縮小側に、画像表示素子を備えてなるものである。 On the other hand, one projector device according to the present invention is equipped with an image display element on the reduction side of the projection optical system of the present invention described above.

また、本発明による撮像装置は、以上述べた本発明の投射光学系の拡大側から光線を入射した際に、縮小側の結像位置となる位置に撮像素子を備えてなるものである。 The imaging device according to the present invention is also provided with an imaging element at a position that corresponds to the image formation position on the reduction side when light rays are incident from the enlargement side of the projection optical system of the present invention described above.

本発明による投射光学系は、第1中間像の拡大側に隣接するレンズを含む第1の変倍群を変倍時に移動する構成としたことにより、主光線が分離しつつ光線幅が狭く、結像後に反転して発散する光線を第1の変倍群に入射させることが可能となり、よって、軸外収差の変動を抑制した変倍が可能となる。 The projection optical system according to the present invention is configured so that the first variable magnification group, which includes the lens adjacent to the enlarged side of the first intermediate image, moves during magnification. This makes it possible to cause light rays with narrow beam widths, in which the chief rays are separated, to enter the first variable magnification group, and which invert and diverge after imaging. This makes it possible to perform magnification changes with suppressed fluctuations in off-axis aberrations.

そして好ましい形態として、第1の変倍群を、第1中間像の縮小側に隣接するレンズをさらに含む構成とした場合は、中間像を挟み込む第1の変倍群中のレンズが同一の変倍群として一体で移動することになる。そこで、入射光および出射光の光線高の高いレンズを変倍に使用することができるので、より収差補正に有利になる。 In a preferred embodiment, when the first variable magnification group further includes a lens adjacent to the reduction side of the first intermediate image, the lenses in the first variable magnification group that sandwich the intermediate image move together as the same variable magnification group. This allows lenses with high ray heights for the incoming and outgoing light to be used for magnification, which is more advantageous for aberration correction.

またその好ましい形態とした場合は、第1中間像を挟むレンズを一つの群として移動させることで、第1中間像が結像する空間をレンズとレンズ枠とで密封できるため、ゴミや埃が入り込みにくくなり、よって、ゴミの映り込み等を抑制可能となる。すなわち、第1中間像の結像位置付近のレンズ面にゴミが付着すると投射画面や撮像面にゴミが結像することがあるが、そのような事態から逃れることができる。 In addition, in the preferred embodiment, the lenses sandwiching the first intermediate image are moved as one group, and the space in which the first intermediate image is formed can be sealed by the lenses and lens frame, making it difficult for dirt and dust to get in, thereby making it possible to suppress the reflection of dirt, etc. In other words, if dirt adheres to the lens surface near the position where the first intermediate image is formed, the dirt may be imaged on the projection screen or imaging surface, but this can be prevented.

また、本発明によるプロジェクタ装置は、上述の効果を奏する投射光学系を用いているので、倍率変更に伴う軸外収差の発生を良好に低減可能となる。この点は、本発明による撮像装置においても同様である。 In addition, the projector device according to the present invention uses a projection optical system that achieves the above-mentioned effects, and therefore can effectively reduce the occurrence of off-axis aberrations that accompany changes in magnification. This also applies to the imaging device according to the present invention.

実施例1の投射光学系のレンズ構成を主な光束と共に示す断面図であり、変倍系が広角端、望遠端にある状態をそれぞれ上側、下側に示す1 is a cross-sectional view showing the lens configuration of the projection optical system of Example 1 together with the main light beams, in which the upper and lower sides show the states where the magnification variable system is at the wide-angle end and the telephoto end, respectively. 実施例1の投射光学系を構成する光学要素の基本データを示す図FIG. 1 is a diagram showing basic data of optical elements constituting the projection optical system of Example 1. 実施例1の投射光学系を構成する光学要素の非球面データを示す図FIG. 1 is a diagram showing aspheric data of optical elements constituting the projection optical system of Example 1. 実施例1の投射光学系を構成する光学要素の自由曲面データを示す図FIG. 1 is a diagram showing free-form surface data of optical elements constituting the projection optical system of Example 1. 実施例1の投射光学系における各部の面間隔の変化量を示す図FIG. 13 is a diagram showing the amount of change in surface spacing of each part in the projection optical system of the first embodiment. 実施例1の投射光学系における各部の焦点距離に関連する数値を示す図FIG. 1 is a diagram showing numerical values related to the focal length of each part in the projection optical system of the first embodiment. 実施例1~3の投射光学系における各部の焦点距離を示す図FIG. 1 is a diagram showing the focal lengths of the various parts of the projection optical systems of Examples 1 to 3. 実施例1~3の投射光学系における式1~10の値を示す図FIG. 1 is a diagram showing values of formulas 1 to 10 in the projection optical systems of Examples 1 to 3. 実施例1の投射光学系の広角端での横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration at the wide-angle end of the projection optical system of Example 1 実施例1の投射光学系の望遠端での横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration at the telephoto end of the projection optical system of Example 1 実施例1の投射光学系の近点投射時の横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration at near point projection of the projection optical system of Example 1 実施例1の投射光学系の望点投射時の横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration when the projection optical system of Example 1 projects a desired point 実施例2の投射光学系のレンズ構成を主な光束と共に示す断面図であり、変倍系が広角端、望遠端にある状態をそれぞれ上側、下側に示す11 is a cross-sectional view showing the lens configuration of the projection optical system of Example 2 together with the main light beams, in which the upper and lower sides show the states where the magnification variable system is at the wide-angle end and the telephoto end, respectively. 実施例2の投射光学系を構成する光学要素の基本データを示す図FIG. 11 is a diagram showing basic data of optical elements constituting a projection optical system according to a second embodiment of the present invention; 実施例2の投射光学系を構成する光学要素の非球面データを示す図FIG. 13 is a diagram showing aspheric data of optical elements constituting the projection optical system of Example 2. 実施例2の投射光学系を構成する光学要素の自由曲面データを示す図FIG. 13 is a diagram showing free-form surface data of optical elements constituting the projection optical system of Example 2. 実施例2の投射光学系における各部の面間隔の変化量を示す図FIG. 11 is a diagram showing the amount of change in surface spacing of each part in the projection optical system according to the second embodiment. 実施例2の投射光学系における各部の焦点距離に関連する数値を示す図FIG. 11 is a diagram showing numerical values related to the focal length of each part in the projection optical system of the second embodiment. 実施例2の投射光学系の広角端での横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration at the wide-angle end of the projection optical system of Example 2 実施例2の投射光学系の望遠端での横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration at the telephoto end of the projection optical system of Example 2 実施例2の投射光学系の近点投射時の横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration at near point projection of the projection optical system of Example 2 実施例2の投射光学系の望点投射時の横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration when the projection optical system of Example 2 projects a desired point 実施例3の投射光学系のレンズ構成を主な光束と共に示す断面図であり、変倍系が広角端、望遠端にある状態をそれぞれ上側、下側に示す11 is a cross-sectional view showing the lens configuration of the projection optical system of Example 3 together with the main light beams, in which the upper and lower sides show the states where the magnification variable system is at the wide-angle end and the telephoto end, respectively. 実施例3の投射光学系を構成する光学要素の基本データを示す図FIG. 13 is a diagram showing basic data of optical elements constituting the projection optical system of Example 3. 実施例3の投射光学系を構成する光学要素の非球面データを示す図FIG. 13 is a diagram showing aspheric data of optical elements constituting the projection optical system of Example 3. 実施例3の投射光学系を構成する光学要素の自由曲面データを示す図FIG. 13 is a diagram showing free-form surface data of optical elements constituting the projection optical system of Example 3. 実施例3の投射光学系における各部の面間隔の変化量を示す図FIG. 13 is a diagram showing the amount of change in surface spacing of each part in the projection optical system according to the third embodiment. 実施例3の投射光学系における各部の焦点距離に関連する数値を示す図FIG. 13 is a diagram showing numerical values related to the focal length of each part in the projection optical system of the third embodiment. 実施例3の投射光学系の広角端での横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration at the wide-angle end of the projection optical system of Example 3 実施例3の投射光学系の望遠端での横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration at the telephoto end of the projection optical system of Example 3 実施例3の投射光学系の近点投射時の横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration at near point projection of the projection optical system of Example 3 実施例3の投射光学系の望点投射時の横収差を示すグラフGraph showing lateral aberration when the projection optical system of Example 3 projects a desired point 実施例4の投射光学系のレンズ構成を主な光束と共に示す断面図であり、変倍系が広角端、望遠端にある状態をそれぞれ上側、下側に示す11 is a cross-sectional view showing the lens configuration of a projection optical system according to a fourth embodiment together with the main light beams, in which the upper and lower sides show the states where the magnification variable system is at the wide-angle end and the telephoto end, respectively. 実施例4の投射光学系を構成する光学要素の基本データを示す図FIG. 13 is a diagram showing basic data of optical elements constituting a projection optical system according to a fourth embodiment. 横収差測定の位置を説明する図Diagram explaining the position of lateral aberration measurement

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る投射光学系100の構成を、主な光束と合わせて示す断面図である。この投射光学系100は基本的に、レンズ光学系G8と反射光学系G9とから構成されている。この図1では、レンズ光学系G8が広角端にある状態をWIDEの表記をして上段に、またレンズ光学系G8が望遠端にある状態をTELEの表記をして下段に示している。なお上段の図には、レンズ光学系G8から反射光学系G9の凹面鏡5までの光軸Zの大凡の位置を破線で示す。この断面図は、画像表示素子2の画像表示面1の投射有効域中心から出射する光束の主光線が投射画面に到達するまでの光路を含む平面に沿って、投射光学系100を切断した場合の断面図である。 The embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a projection optical system 100 according to one embodiment of the present invention together with the main light beam. This projection optical system 100 is basically composed of a lens optical system G8 and a reflection optical system G9. In FIG. 1, the state in which the lens optical system G8 is at the wide-angle end is shown in the upper part with the notation WIDE, and the state in which the lens optical system G8 is at the telephoto end is shown in the lower part with the notation TELE. In the upper figure, the approximate position of the optical axis Z from the lens optical system G8 to the concave mirror 5 of the reflection optical system G9 is shown by a dashed line. This cross-sectional view is a cross-sectional view of the projection optical system 100 cut along a plane including the optical path of the main ray of the light beam emitted from the center of the effective projection area of the image display surface 1 of the image display element 2 until it reaches the projection screen.

また図1中には、画像表示素子2の画像表示面1の最も上記光軸Zに近い位置から出射される光線の主光線(近端部主光線)R0を一点鎖線で示す。そして、この主光線R0の上下に、該主光線R0と同一の位置から出射され、主光線R0に対して角度を持って出射される光線の広がりを示す上側光線と下側光線を実線で示す。さらに、画像表示面1の投射有効域端部(図中で下側の端部)から出射される光線の主光線R1を一点鎖線で示し、この主光線R1に対する上側光線および下側光線を同じく実線で示す。上記の主光線、上側光線および下側光線が交わる位置が結像位置であり、後述する第1中間像IM1および第2中間像IM2はこの位置で結像する。以上述べた主光線R0およびR1、並びに上側光線と下側光線の表示の仕方は、後述する図13、図23および図33においても同様である。 1, the chief ray (near end chief ray) R0 of the light emitted from the position closest to the optical axis Z of the image display surface 1 of the image display element 2 is shown by a dashed line. Above and below this chief ray R0, upper and lower rays are shown by solid lines, which are emitted from the same position as the chief ray R0 and indicate the spread of light emitted at an angle to the chief ray R0. Furthermore, the chief ray R1 of the light emitted from the projection effective area end (the lower end in the figure) of the image display surface 1 is shown by a dashed line, and the upper and lower rays relative to this chief ray R1 are also shown by solid lines. The position where the above chief ray, upper ray, and lower ray intersect is the imaging position, and the first intermediate image IM1 and the second intermediate image IM2 described later are imaged at this position. The above-mentioned methods of displaying the principal rays R0 and R1, as well as the upper and lower rays, are the same in Figures 13, 23, and 33, which will be described later.

図1において、画像表示素子2の画像表示面1側が縮小側、レンズ光学系G8の最終レンズL20側が拡大側である。なお以下において、レンズ光学系内の位置については、光束の進行方向を考慮して、拡大側を前方、縮小側を後方と称して説明することもある。図1に示す投射光学系100は後述する実施例1に対応している。 In FIG. 1, the image display surface 1 side of the image display element 2 is the reduction side, and the final lens L20 side of the lens optical system G8 is the enlargement side. In the following, the positions within the lens optical system may be described as the enlargement side being the front and the reduction side being the rear, taking into account the traveling direction of the light beam. The projection optical system 100 shown in FIG. 1 corresponds to Example 1, which will be described later.

この投射光学系100は、例えばプロジェクタ装置に搭載されて、DMD、透過型液晶表示装置、あるいは反射型液晶表示装置等の画像表示素子(ライトバルブ)2の画像表示面1に表示された画像をスクリーンへ投射するものとして使用可能である。図1では、プロジェクタ装置に搭載される場合を想定して、画像表示素子2の画像表示面1も併せて図示している。 This projection optical system 100 can be used, for example, mounted in a projector device to project an image displayed on an image display surface 1 of an image display element (light valve) 2, such as a DMD, a transmissive liquid crystal display device, or a reflective liquid crystal display device, onto a screen. In FIG. 1, the image display surface 1 of the image display element 2 is also shown, assuming that the projection optical system 100 is mounted in a projector device.

上記のプロジェクタ装置においては、図示外の光源から発せられた後に画像表示面1で画像の情報を与えられた光束が、ガラスブロック3を通して屈折光学系を含むレンズ光学系G8に入射され、レンズ光学系G8内で第1中間像IM1が結像される。上記光束はレンズ光学系G8からプリズム4を通して凹面鏡5に入射され、第1中間像IM1がさらに、プリズム4と凹面鏡5との間に第2中間像IM2として結像される。第2中間像IM2は凹面鏡5からなる反射光学系G9によって反射、拡大され、図示外のスクリーン上に投射像として拡大投射される。なお、図1および後述する図13、23および33のレンズ構成図では、第1中間像IM1および第2中間像IM2については、上記のような概略的位置のみを示している(実線表示の直線)。実際の第1中間像IM1および第2中間像IM2は、主光線R0から離れるにつれて後方側(縮小側)に傾いた(倒れた)形状を有する実像である。ちなみにガラスブロック3はダイクロックプリズムやTIRプリズムといった色合成プリズムである。 In the above projector device, a light beam emitted from a light source (not shown) and then given image information on the image display surface 1 is incident on a lens optical system G8 including a refractive optical system through a glass block 3, and a first intermediate image IM1 is formed in the lens optical system G8. The light beam is incident on a concave mirror 5 through a prism 4 from the lens optical system G8, and the first intermediate image IM1 is further imaged as a second intermediate image IM2 between the prism 4 and the concave mirror 5. The second intermediate image IM2 is reflected and enlarged by a reflection optical system G9 consisting of a concave mirror 5, and is enlarged and projected as a projected image on a screen (not shown). Note that in the lens configuration diagrams of FIG. 1 and FIGS. 13, 23, and 33 described later, only the approximate positions of the first intermediate image IM1 and the second intermediate image IM2 are shown (solid line straight lines). The first intermediate image IM1 and the second intermediate image IM2 are real images that are tilted (inclined) toward the rear (reduction side) as they move away from the principal ray R0. The glass block 3 is a color synthesis prism such as a dichroic prism or a TIR prism.

図1に示すように投射光学系100は、画像表示素子2、ガラスブロック3、レンズ光学系G8、プリズム4、および反射光学系G9をこの順に縮小側から拡大側に向かって配置して構成されている。レンズ光学系G8は、縮小側から拡大側に向かって第1固定群G1、変倍群G2、変倍群G3、合焦群(フォーカス群、第1合焦群)としても作用する変倍群G4、変倍群G5、合焦群として作用する第2合焦群G6、および第2固定群G7をこの順に配置して構成されている。なお、これらのレンズ群G1~G7のうち、いくつかの群は変倍あるいは合焦のために光軸方向に移動されるが、そのための駆動機構は図示を省略している。 As shown in FIG. 1, the projection optical system 100 is configured by arranging an image display element 2, a glass block 3, a lens optical system G8, a prism 4, and a reflection optical system G9 in that order from the reduction side to the enlargement side. The lens optical system G8 is configured by arranging, in that order from the reduction side to the enlargement side, a first fixed group G1, a magnification group G2, a magnification group G3, a magnification group G4 that also acts as a focusing group (focus group, first focusing group), a magnification group G5, a second focusing group G6 that acts as a focusing group, and a second fixed group G7. Of these lens groups G1 to G7, some groups are moved in the optical axis direction for magnification or focusing, but the drive mechanisms for this are not shown.

第1固定群G1は、正の屈折力を有する(以下、これを単に「正の」という)1枚の両凸レンズL1からなる。変倍群G2は、負の屈折力を有する(以下、これを単に「負の」という)メニスカスレンズL2、このメニスカスレンズL2に接合された正の両凸レンズL3、このレンズL3に接合された負のメニスカスレンズL4、両面が非球面である正の両凸レンズL5、負のメニスカスレンズL6、および正の両凸レンズL7を光軸Zに沿って縮小側から拡大側に向かって順に配置して構成されている。 The first fixed group G1 is composed of a biconvex lens L1 having positive refractive power (hereinafter simply referred to as "positive"). The variable magnification group G2 is composed of a meniscus lens L2 having negative refractive power (hereinafter simply referred to as "negative"), a positive biconvex lens L3 cemented to the meniscus lens L2, a negative meniscus lens L4 cemented to the lens L3, a positive biconvex lens L5 with aspheric surfaces on both sides, a negative meniscus lens L6, and a positive biconvex lens L7, which are arranged in order from the reduction side to the enlargement side along the optical axis Z.

なお、レンズL1~L7等の光学要素のうち回転対称形のものは、回転対称の中心が光軸Zから離れた状態に配置されることもある。その種の光学要素の中心は、画像表示素子2の光軸を真直ぐに延長した主光線R0上に有る。上述した「光軸Zに沿って縮小側から拡大側に向かって順に配置」という説明は、このことも含んで示している。 Note that optical elements such as lenses L1 to L7 that are rotationally symmetric may be positioned with the center of rotational symmetry away from the optical axis Z. The center of such optical elements is on the principal ray R0, which is a straight extension of the optical axis of the image display element 2. The above explanation of "positioned in order from the reduction side to the enlargement side along the optical axis Z" also includes this.

変倍群G2は本発明における第2の変倍群であり、その一部を構成している負のメニスカスレンズL6と正の両凸レンズL7との間には、縮小側から順に、第1視野絞りFS1、開口絞りAS、および第2視野絞りFS2が配置されている。変倍群G3は本発明における第3の変倍群であり、縮小側から順に負のメニスカスレンズL8、および正の両凸レンズL9を配置して構成されている。変倍群G4は本発明における第4の変倍群であり、1枚の正のメニスカスレンズL10からなる。 The magnification group G2 is the second magnification group in the present invention, and between the negative meniscus lens L6 and the positive biconvex lens L7 that constitute part of it, a first field stop FS1, an aperture stop AS, and a second field stop FS2 are arranged, in order from the reduction side. The magnification group G3 is the third magnification group in the present invention, and is composed of a negative meniscus lens L8 and a positive biconvex lens L9, in order from the reduction side. The magnification group G4 is the fourth magnification group in the present invention, and is composed of one positive meniscus lens L10.

変倍群G5は本発明における第1の変倍群であり、第1中間像IM1の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群G5-1および第2小群G5-2から構成されている。第1小群G5-1は縮小側から順に、縮小側のレンズ面が凹面形状で両面とも非球面である負のメニスカスレンズL11、拡大側のレンズ面が凹面形状である負のメニスカスレンズL12、および正の両凸レンズL13を配置して構成されている。一方第2小群G5-2は縮小側から順に、負の両凹レンズL14、および正のメニスカスレンズL15を配置して構成されている。 The magnification variable group G5 is the first magnification variable group in the present invention, and is composed of a first subgroup G5-1 and a second subgroup G5-2 arranged on the reduction side and the enlargement side, respectively, of the first intermediate image IM1. The first subgroup G5-1 is composed of, from the reduction side, a negative meniscus lens L11 whose lens surface on the reduction side is concave and both surfaces are aspheric, a negative meniscus lens L12 whose lens surface on the enlargement side is concave, and a positive biconvex lens L13. On the other hand, the second subgroup G5-2 is composed of, from the reduction side, a negative biconcave lens L14 and a positive meniscus lens L15.

第2合焦群G6は、両面とも自由曲面である1枚の正のメニスカスレンズL16からなる。第2固定群G7は縮小側から順に、両面とも非球面である正の両凸レンズL17、負のメニスカスレンズL18、このレンズL18に接合された正の両凸レンズL19、およびこのレンズL19に接合された負のメニスカスレンズL20を配置して構成されている。 The second focusing group G6 is composed of a positive meniscus lens L16, both of which have free-form surfaces. The second fixed group G7 is composed of, from the reduction side, a positive biconvex lens L17, both of which have aspheric surfaces, a negative meniscus lens L18, a positive biconvex lens L19 cemented to this lens L18, and a negative meniscus lens L20 cemented to this lens L19.

以上説明した変倍群のうち、変倍群G2は基本的に変倍を行ういわゆるバリエータ(変倍系)として作用し、変倍群G3、変倍群G4および変倍群G5は変倍に伴う合焦位置ズレを補正するためのいわゆるコンペンセータ(補正系)として作用する。 Of the variable magnification groups described above, variable magnification group G2 basically acts as a so-called variator (variable magnification system) that changes the magnification, while variable magnification groups G3, G4, and G5 act as so-called compensators (correction systems) that correct the focus position shift that occurs with magnification.

次に、本開示の実施形態に係る実施例1における構成要素の詳細なデータについて図2~8を参照して説明する。まず図2に、構成要素の基本データを示す。この図2の基本データにおいて、面番号No.の欄には最も縮小側の構成要素の面を0番目として、拡大側に向かうに従い順次増加する面番号を示している。各面番号の面の中で非球面形状の面には*の表記を付し、また自由曲面形状の面には括弧()の表記を付して示している。要素の欄の最上に示す「OBJ」は画像表示素子(ライトバルブ)2の画像表示面1に表示された画像の面を示し、最下に示す「IMG」は投射画面に拡大投射される投射像の面を示している。曲率半径Rの欄には各面の近軸曲率半径を示している。曲率半径Rの符号は、面形状が縮小側に凸の場合を正、拡大側に凸の場合を負としている。間隔の欄には、当該面番号の面と次の面番号の面との、光軸Z上における光軸方向の間隔を示す。この値は、投射光学系100が広角端に設定されている場合の値であり、縮小側から凹面鏡5に向かう光路における値を正値で、凹面鏡5で折り返した光路における値を負値で扱っている。有効径の値は、有効像高の2倍の値としている。以上の曲率半径R、間隔および有効径の単位はmmである。また、屈折率ndの欄には各光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、アッベ数νdの欄には各光学要素のd線に対するアッベ数を示す。 Next, detailed data of the components in Example 1 according to the embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 2 to 8. First, FIG. 2 shows basic data of the components. In the basic data in FIG. 2, the surface number column shows the surface numbers that increase sequentially toward the enlargement side, with the surface of the component on the most reduced side being numbered 0. Aspheric surfaces of each surface number are marked with *, and free-form surfaces are marked with parentheses (). "OBJ" at the top of the element column indicates the surface of the image displayed on the image display surface 1 of the image display element (light valve) 2, and "IMG" at the bottom indicates the surface of the projected image that is enlarged and projected onto the projection screen. The column for radius of curvature R shows the paraxial radius of curvature of each surface. The sign of the radius of curvature R is positive when the surface shape is convex toward the reduction side, and negative when the surface shape is convex toward the enlargement side. The column for distance shows the distance in the optical axis direction on the optical axis Z between the surface with the surface number and the surface with the next surface number. This value is the value when the projection optical system 100 is set to the wide-angle end, and the value in the optical path from the reduction side toward the concave mirror 5 is treated as a positive value, and the value in the optical path folded back by the concave mirror 5 is treated as a negative value. The value of the effective diameter is twice the effective image height. The above radius of curvature R, interval, and effective diameter are all in mm. The refractive index nd column shows the refractive index of each optical element with respect to the d line (wavelength 587.6 nm), and the Abbe number νd column shows the Abbe number of each optical element with respect to the d line.

図3には非球面に関するデータとして、非球面の面番号と非球面係数を示す。非球面の形状は、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、Rdyを近軸曲率半径とすると、図3に示した係数Rdy、K、ARi(i=3~6、8、10、12)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。
X=(1/Rdy)Y2/[1+{1-(1+K)(1/Rdy)2Y}1/2
+ΣARiY
Figure 3 shows data relating to aspheric surfaces, including the surface number and aspheric coefficients of the aspheric surface. If X is the coordinate in the optical axis direction, Y is the coordinate perpendicular to the optical axis, the light traveling direction is positive, and Rdy is the paraxial radius of curvature, then the shape of the aspheric surface can be expressed by the following equation using the coefficients Rdy, K, and ARi (i = 3 to 6, 8, 10, 12) shown in Figure 3. Note that "en" means "10 to the nth power."
X = (1/Rdy) Y2 /[1+{1-(1+K)(1/Rdy) 2Y } 1/2
+ ΣARiYi

図4には、面番号No.=38および39の自由曲面に関するデータを示す。自由曲面の形状は図4に示した各係数を用いて、座標(X,Y)におけるサグ量Zを10次までの多項式である下記〔数1〕式で規定して表わされる。この場合の座標(X,Y)は、光軸に垂直な面内で互いに直交する2方向つまり画像表示素子2の短辺方向と長辺方向の各座標であり、(m+n)≦10である。また、cは頂点曲率、kはコーニック定数、Cjは単項式Xの係数である。 Fig. 4 shows data on the free curved surfaces with surface numbers 38 and 39. The shape of the free curved surface is expressed by using the coefficients shown in Fig. 4 to define the sag amount Z at coordinates (X, Y) in the following formula (1), which is a polynomial of degree 1 up to ten. In this case, the coordinates (X, Y) are the coordinates in two mutually orthogonal directions in a plane perpendicular to the optical axis, that is, the short side direction and the long side direction of the image display element 2, and (m+n)≦10. Additionally, c is the vertex curvature, k is the conic constant, and Cj is a coefficient of the monomial XmYn .

図5には、投射光学系100の変倍、合焦状態によって変化する面間隔の値等(単位は全てmm)を示す。この表中で、Z1は投射光学系100が広角端かつ近点投射時(合焦範囲内で最も近い位置に投射した場合)に設定されている場合、Z2は投射光学系100が望遠端かつ近点投射時に設定されている場合、Z3は広角端かつ遠点投射時(合焦範囲内で最も遠い位置に投射した場合)に設定されている場合、Z4は望遠端かつ遠点投射時に設定されている場合の各場合を示している。ここでも図3の間隔の値と同様に、縮小側から凹面鏡5に向かう光路における値を正値で、凹面鏡5で折り返した光路における値を負値として扱っている。この表中の「EFL」は、各変倍・合焦状態における投射光学系100の全系の焦点距離を示している。そして、この表中でs0、s7のように「s」に数字を付けた欄の値が、その数字が示す面番号の面に関する面間隔を示している。 Figure 5 shows the surface spacing values (all units are mm) that change depending on the magnification and focus state of the projection optical system 100. In this table, Z1 indicates the case where the projection optical system 100 is set at the wide-angle end and near-point projection (when projected to the closest position within the focus range), Z2 indicates the case where the projection optical system 100 is set at the telephoto end and near-point projection, Z3 indicates the case where the projection optical system 100 is set at the wide-angle end and far-point projection (when projected to the farthest position within the focus range), and Z4 indicates the case where the projection optical system 100 is set at the telephoto end and far-point projection. Here, as with the spacing values in Figure 3, the value in the optical path from the reduction side toward the concave mirror 5 is treated as a positive value, and the value in the optical path folded back by the concave mirror 5 is treated as a negative value. "EFL" in this table indicates the focal length of the entire system of the projection optical system 100 in each magnification and focus state. In this table, the value in the column with a number added to "s" such as s0 and s7 indicates the surface spacing for the surface with the surface number indicated by the number.

次に図6には主な変倍群、すなわち前述したバリエータ(変倍系)として作用する変倍群G2、並びにコンペンセータ(補正系)として作用する変倍群G3、G4およびG5の焦点距離に関連するデータを示す。ここでは、縮小側から拡大側に並ぶ変倍群G3、変倍群G4および変倍群G5をそれぞれコンペンセータ1、コンペンセータ2およびコンペンセータ3の呼称を付加して示している。またこの図6には、後述するように、上記焦点距離に関連するその他のデータも併せて示している。 Next, FIG. 6 shows data related to the focal lengths of the main magnification groups, namely, the magnification group G2 that acts as the variator (magnification system) mentioned above, and the magnification groups G3, G4, and G5 that act as compensators (correction systems). Here, the magnification groups G3, G4, and G5, which are arranged from the reduction side to the enlargement side, are shown with the names Compensator 1, Compensator 2, and Compensator 3 added, respectively. FIG. 6 also shows other data related to the focal lengths, as will be described later.

この図6に示す「焦点距離」には、「WIDE fw」として広角端の状態における投射光学系100の焦点距離fwを示すと共に、その状態から上記各変倍群G2~G5を単体で移動させた後の、投射光学系100全体の焦点距離を示す。「f比率」は上記各変倍群G2~G5の移動前後で変わる焦点距離の比率を示す。「変化量」は、上記広角端における投射光学系100の焦点距離fwを1としたとき、f比率からこの1を引いた値を示す。「変化率」は、全ての変倍群を移動させる変倍時の「変化量」と、各変倍群G2~G5を単体で移動させた際の「変化量」との比率を示す。つまり
変化率={(変化後の投射光学系100の焦点距離)/(fw-1)}/(ズーム比-1)
である。ズーム比は、投射光学系100の変倍における焦点距離の変化の比である。この実施例1ではズーム比Zr=1.20であり、これは後述する実施例2および3においても同じである。
In the "focal length" shown in FIG. 6, "WIDE fw" indicates the focal length fw of the projection optical system 100 in the wide-angle end state, and also indicates the focal length of the entire projection optical system 100 after each of the variable magnification groups G2 to G5 is moved from that state individually. "f ratio" indicates the ratio of the focal length that changes before and after the movement of each of the variable magnification groups G2 to G5. "Change amount" indicates the value obtained by subtracting 1 from the f ratio when the focal length fw of the projection optical system 100 in the wide-angle end is set to 1. "Change rate" indicates the ratio between the "change amount" when all the variable magnification groups are moved to change magnification, and the "change amount" when each of the variable magnification groups G2 to G5 is moved individually. In other words, Change rate={(focal length of the projection optical system 100 after change)/(fw-1)}/(zoom ratio-1)
The zoom ratio is the ratio of the change in focal length during magnification change of the projection optical system 100. In this embodiment 1, the zoom ratio Zr is 1.20, and this is the same in embodiments 2 and 3 described below.

前述したように変倍群G3、変倍群G4および変倍群G5はコンペンセータとして作用するものである。そこでこれら各群をコンペンセータ群cngとして、全系の広角端における焦点距離を1としたときに、コンペンセータ群cngのf比率から1を引いた値を変化量Δcngと示す。また、Δcngの総和(変倍群G3~G5における値の合計)をsum Δcngとし、上記ズーム比をZrとして、| sum Δcng |の値、および| sum Δcng |/|Zr|の値を図6に示している。 As mentioned above, the magnification variable groups G3, G4 and G5 act as compensators. Therefore, these groups are regarded as compensator groups cng, and when the focal length of the entire system at the wide-angle end is 1, the value obtained by subtracting 1 from the f-ratio of the compensator group cng is shown as the amount of change Δcng. Furthermore, the sum of Δcng (the sum of the values in the magnification variable groups G3 to G5) is shown as sum Δcng, and the zoom ratio is shown as Zr. The values of |sum Δcng| and |sum Δcng|/|Zr| are shown in Figure 6.

以上説明した図2、3、4、5および6に示す実施例1のデータと対応するデータを、実施例2に関しては図14、15、16、17および18に示し、実施例3に関しては図24、25、26、27および28に示している。それらの対応するデータの表示のし方は、それぞれ図2~図6に関して説明した表示のし方と同じであるので、実施例2および3に関しては重複した説明を省略する。 Data corresponding to the data of Example 1 shown in Figures 2, 3, 4, 5, and 6 described above is shown in Figures 14, 15, 16, 17, and 18 for Example 2, and in Figures 24, 25, 26, 27, and 28 for Example 3. The method of displaying the corresponding data is the same as that described for Figures 2 to 6, so duplicated explanations for Examples 2 and 3 will be omitted.

次に図7には、レンズ群G1~G8および反射光学系G9の焦点距離を、投射光学系100が広角端にある場合について示す。また、この実施例1並びに後述する実施例2および3では第2固定群G7に、3枚のレンズが1枚に接合されてなる接合レンズが適用されているので、この接合レンズの焦点距離も併せて示す。またこの図7には、投射光学系100が広角端、望遠端にある場合の該投射光学系100の各焦点距離fw、ftを併せて示す。そしてこの図7には、後述する実施例2の投射光学系200および実施例3の投射光学系300についても、上記焦点距離のデータを示している。 Next, FIG. 7 shows the focal lengths of lens groups G1 to G8 and reflection optical system G9 when the projection optical system 100 is at the wide-angle end. In this Example 1 and in Examples 2 and 3 described below, a cemented lens made of three lenses cemented together is used in the second fixed group G7, so the focal length of this cemented lens is also shown. FIG. 7 also shows the focal lengths fw, ft of the projection optical system 100 when it is at the wide-angle end and the telephoto end. FIG. 7 also shows the focal length data for the projection optical system 200 of Example 2 and the projection optical system 300 of Example 3 described below.

以下、本実施形態における要部の構成および、その構成が奏する効果について順次詳しく説明する。まず、レンズ光学系G8における変倍群G5について詳しく説明する。この変倍群G5は前述した通り本発明における第1の変倍群であって、第1中間像IM1の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群G5-1、第2小群G5-2から構成されている。第1小群G5-1は、第1中間像IM1に隣接するレンズL13を含む3枚のレンズから構成されている。一方第2小群G5-2は、第1中間像IM1に隣接するレンズL14を含む2枚のレンズから構成されている。変倍群G5を、上記の通りの第2小群G5-2を含んで変倍時に移動する構成としたことにより、主光線が分離しつつ光線幅が狭く、結像後に反転して発散する光線を変倍群G5に入射させることが可能となり、よって、軸外収差の変動を抑制した変倍が可能となる。 The configuration of the main parts in this embodiment and the effects of the configuration will be described in detail below. First, the magnification group G5 in the lens optical system G8 will be described in detail. As described above, this magnification group G5 is the first magnification group in the present invention, and is composed of a first subgroup G5-1 and a second subgroup G5-2 arranged on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image IM1, respectively. The first subgroup G5-1 is composed of three lenses including a lens L13 adjacent to the first intermediate image IM1. On the other hand, the second subgroup G5-2 is composed of two lenses including a lens L14 adjacent to the first intermediate image IM1. By configuring the magnification group G5 to include the second subgroup G5-2 as described above and move during magnification, it is possible to make the light beam, which has a narrow light beam width while the principal ray is separated and which is inverted and diverged after image formation, incident on the magnification group G5, thereby making it possible to change magnification while suppressing the fluctuation of off-axis aberrations.

本実施形態では、変倍群G5を、上記の通りの第1小群G5-1をさらに含んで変倍時に移動する構成としたことにより、第1中間像IM1を挟み込むレンズが同一の変倍群として一体で移動することになる。そこで、入射光および出射光の光線高の高いレンズを変倍に使用することができるので、より収差補正に有利になる。さらにその場合は、第1中間像IM1を挟むレンズを一つの群として移動させることで、第1中間像IM1が結像する空間をレンズとレンズ枠とで密封できるため、ゴミや埃が入り込みにくくなり、よって、ゴミの映り込み等を抑制可能となる。すなわち、第1中間像IM1の結像位置付近のレンズ面にゴミが付着すると投射画面や撮像面にゴミが結像することがあるが、そのような事態から逃れることができる。 In this embodiment, the zoom group G5 is configured to further include the first small group G5-1 as described above and move during zooming, so that the lenses sandwiching the first intermediate image IM1 move together as the same zoom group. Therefore, lenses with high ray heights for the incident and outgoing light can be used for zooming, which is more advantageous for aberration correction. Furthermore, in this case, by moving the lenses sandwiching the first intermediate image IM1 as one group, the space in which the first intermediate image IM1 is formed can be sealed with the lenses and the lens frame, making it difficult for dirt and dust to enter, and thus making it possible to suppress the reflection of dirt, etc. In other words, if dirt adheres to the lens surface near the imaging position of the first intermediate image IM1, the dirt may be imaged on the projection screen or the imaging surface, but this can be avoided.

またレンズ光学系G8は、第1中間像IM1よりも縮小側に変倍群G2および2つの視野絞りFS1、FS2および開口絞りASを配置し、変倍群G2はそれらの絞りに隣接するレンズL6およびL7を含むものとされている。このような構成とすることにより、変倍群に、光束の分離している群、および、分離していないレンズ群を含めることができる。これにより、変倍に伴って発生する軸外収差および軸上収差を、効果的に補正することが可能となる。ちなみに、視野絞りおよび開口絞りは常に本実施例のように構成しなければならないわけではなく、設計に応じて増減や省略および追加が可能である。視野絞りを二つ使用する必要がなければ、一方を省略しても構わない。 Lens optical system G8 also has a magnification group G2 and two field stops FS1, FS2 and an aperture stop AS arranged on the reduction side of the first intermediate image IM1, and the magnification group G2 includes lenses L6 and L7 adjacent to those stops. With this configuration, the magnification group can include a group in which the light beam is separated and a lens group in which it is not separated. This makes it possible to effectively correct off-axis aberrations and on-axis aberrations that occur with magnification. Incidentally, the field stop and aperture stop do not always have to be configured as in this embodiment, and can be increased or decreased, omitted, or added depending on the design. If there is no need to use two field stops, one of them can be omitted.

またレンズ光学系G8において、変倍群G2は正のパワーを有するものとされ、この変倍群G2と変倍群G5との間に、変倍群G2に隣接させて正のパワーを有する変倍群G3を配置した構成とされている。このように変倍群G2と変倍群G3とのパワーを逆にした構成としたことにより、変倍群G2による過剰な焦点距離の変化に伴う光学性能(像面湾曲)の変動を、変倍群G3で補償することが可能となる。 In addition, in lens optical system G8, the magnification group G2 has positive power, and a magnification group G3 having positive power is arranged adjacent to the magnification group G2 between the magnification group G2 and the magnification group G5. By reversing the power of the magnification group G2 and the magnification group G3 in this way, it becomes possible to compensate for the fluctuation in optical performance (field curvature) caused by the excessive change in focal length by the magnification group G2 with the magnification group G3.

本実施形態では、上記の構成において、広角端から望遠端側へ変倍する際に、変倍群G2は縮小側から拡大側に移動し、変倍群G3は縮小側から拡大側に移動するようにしている。このように、バリエータとしての変倍群G2とコンペンセータとしての変倍群G3とを、互いのパワーの符号を反対にした上で同一方向に動かすことで、変倍群G2の移動量を確保しつつ、収差(像面湾曲)の発生を低減可能となる。 In this embodiment, in the above configuration, when changing magnification from the wide-angle end to the telephoto end, the magnification group G2 moves from the reduction side to the enlargement side, and the magnification group G3 moves from the reduction side to the enlargement side. In this way, by moving the magnification group G2 as a variator and the magnification group G3 as a compensator in the same direction with the signs of their powers reversed, it is possible to reduce the occurrence of aberrations (field curvature) while ensuring the amount of movement of the magnification group G2.

またレンズ光学系G8は、複数の合焦群すなわち下記の第1合焦群および第2合焦群を含む構成とされている。すなわちレンズ光学系G8は、縮小側から拡大側に向かって配置された変倍群G2、変倍群G3、変倍群G4、変倍群G5、を有しているが、変倍群G4は合焦群(第1合焦群)としても作用する。第2合焦群G6は、変倍群G5の拡大側に隣接して配置される変倍時に固定のレンズ群からなる。 Lens optical system G8 also includes multiple focusing groups, namely the first focusing group and the second focusing group described below. That is, lens optical system G8 has magnification group G2, magnification group G3, magnification group G4, and magnification group G5 arranged from the reduction side to the enlargement side, with magnification group G4 also acting as a focusing group (first focusing group). The second focusing group G6 is made up of a lens group that is fixed when magnifying and is arranged adjacent to the enlargement side of magnification group G5.

上述のように、第1中間像IM1を内部に含む変倍群G5に近い位置で、かつ第1中間像IM1よりも縮小側の位置に合焦群G4を配置しているので、第1中間像IM1よりも縮小側のレンズ系で発生する軸外収差および軸上収差をそれぞれ良好に補正可能となる。また、変倍の際に第1中間像IM1よりも縮小側のレンズ系で生じる光学性能(像面湾曲)の変動も良好に補正可能となる。 As described above, the focusing group G4 is positioned close to the variable magnification group G5 that contains the first intermediate image IM1, and at a position on the reduction side of the first intermediate image IM1, so that off-axis aberrations and on-axis aberrations that occur in the lens system on the reduction side of the first intermediate image IM1 can be effectively corrected. In addition, fluctuations in optical performance (field curvature) that occur in the lens system on the reduction side of the first intermediate image IM1 during magnification can also be effectively corrected.

さらに本実施形態では、第1中間像IM1を内部に含む変倍群G5に近い位置で、かつ第1中間像IM1よりも拡大側の位置に第2合焦群G6を配置しているので、第1中間像IM1よりも拡大側のレンズ系で発生する軸外収差および軸上収差をそれぞれ良好に補正可能となる。また、変倍の際に第1中間像IM1よりも拡大側のレンズ系で生じる光学性能(像面湾曲)の変動も良好に補正可能となる。 Furthermore, in this embodiment, the second focusing group G6 is positioned close to the magnification group G5 that contains the first intermediate image IM1 and at a position on the enlargement side of the first intermediate image IM1, so that off-axis aberrations and on-axis aberrations that occur in the lens system on the enlargement side of the first intermediate image IM1 can be effectively corrected. Also, fluctuations in optical performance (field curvature) that occur in the lens system on the enlargement side of the first intermediate image IM1 during magnification can be effectively corrected.

また本実施形態において、第1合焦群G4の拡大側のレンズ面(レンズL10のレンズ面)は拡大側に凸面を有し、第2合焦群G6の縮小側のレンズ面(レンズL16のレンズ面)は縮小側に凸面を有するものとされている。このように2つの合焦群G4、G6の凸面を向け合うことで、各群で発生する収差を打ち消し合うことができる。 In addition, in this embodiment, the lens surface on the enlargement side of the first focusing group G4 (the lens surface of lens L10) has a convex surface on the enlargement side, and the lens surface on the reduction side of the second focusing group G6 (the lens surface of lens L16) has a convex surface on the reduction side. By facing the convex surfaces of the two focusing groups G4 and G6 towards each other in this way, the aberrations that occur in each group can be cancelled out.

また、変倍群G5を構成する第1小群G5-1は、縮小側から順に、縮小側のレンズ面が凹面形状のメニスカスレンズからなるレンズ1(レンズL11)、拡大側のレンズ面が凹面形状であるレンズ2(レンズL12)の並びを含んでいる。そして上記レンズ1の縮小側のレンズ面の曲率半径(1R2)と、上記レンズ2の拡大側のレンズ面の曲率半径(2R1)とが、式1を満たしている。
0.55 <|1R2|/|2R1|< 1.00 ・・・式1
つまり実施例1において、1R2、2R1はそれぞれ図2に示すNo.27、30の面の曲率半径で各々-34.747mm、40.194mmであるから、|1R2|/|2R1|の値は0.864である。
The first subgroup G5-1 of the magnification group G5 includes, from the reduction side, a lens 1 (lens L11) made of a meniscus lens with a concave lens surface on the reduction side, and a lens 2 (lens L12) with a concave lens surface on the enlargement side. The radius of curvature (1R2) of the reduction-side lens surface of the lens 1 and the radius of curvature (2R1) of the enlargement-side lens surface of the lens 2 satisfy the formula 1.
0.55 <|1R2|/|2R1|< 1.00 ... Formula 1
That is, in Example 1, 1R2 and 2R1 are the radii of curvature of the surfaces No. 27 and No. 30 shown in Fig. 2, which are -34.747 mm and 40.194 mm, respectively, so the value of |1R2|/|2R1| is 0.864.

なお図8には、上記式1が下限値および上限値を規定している式の値に加えて、後述する式2~式10が下限値および/または上限値を規定している式の値も示している。またこの図8には、同様の値を実施例2および実施例3についても併せて示している。 In addition to the values of the formulas where the above formula 1 specifies the lower and upper limits, Figure 8 also shows the values of the formulas where the below-described formulas 2 to 10 specify the lower and/or upper limits. Figure 8 also shows similar values for Example 2 and Example 3.

レンズ1(レンズL11)1の縮小側のレンズ面と、レンズ2(レンズL12)の拡大側のレンズ面は上述の通りの形状とされて共に発散効果を生じるものであるが、式1を満足しているので、つまり凹面形状であるレンズL11の曲率半径1R2が比較的大きい(曲率が緩い)ことから、このレンズL11の発散パワーが過剰に大きくなってはいない。それに対して、|1R2|/|2R1|の値が上限値の1.00以上となるほどに|1R2|が大きい場合は、上記発散パワーが強くなり過ぎて、非球面の面精度の誤差感度が高くなる。他方、|1R2|/|2R1|の値が下限値の0.55以下になるほど小さい場合は、周辺像高の上側光線と下側光線のコマ収差補正のバランスが悪くなる。 The lens surface on the reduction side of lens 1 (lens L11)1 and the lens surface on the enlargement side of lens 2 (lens L12) are shaped as described above and both produce a diverging effect, but because they satisfy formula 1, that is, because the radius of curvature 1R2 of lens L11, which has a concave shape, is relatively large (the curvature is gentle), the diverging power of this lens L11 is not excessively large. On the other hand, if |1R2| is large enough that the value of |1R2|/|2R1| is equal to or greater than the upper limit of 1.00, the diverging power becomes too strong, and the error sensitivity of the aspheric surface precision becomes high. On the other hand, if the value of |1R2|/|2R1| is small enough to be equal to or less than the lower limit of 0.55, the balance of coma aberration correction of the upper and lower rays of the peripheral image height becomes poor.

上記第1小群G5-1はさらに、縮小側のレンズ面が凸面形状であって、レンズ2(レンズL12)の拡大側に配置されたレンズ3(レンズL13)の並びを含んでいる。そして上記レンズ1の拡大側のレンズ面の曲率半径(1R1)と、上記レンズ3の縮小側のレンズ面の曲率半径(3R2)とが、式2を満たしている。
0.5 <|1R1|/|3R2|< 6.0 ・・・式2
つまり実施例1において、1R1、3R2はそれぞれ図2に示すNo.28、31の面の曲率半径で各々-250.335mm、80.648mmであるから、|1R1|/|3R2|の値は3.104である。
The first subgroup G5-1 further includes a lens 3 (lens L13) arranged on the enlargement side of the lens 2 (lens L12), the lens surface on the reduction side of which has a convex shape, and the radius of curvature (1R1) of the lens surface on the enlargement side of the lens 1 and the radius of curvature (3R2) of the lens surface on the reduction side of the lens 3 satisfy formula 2.
0.5 <|1R1|/|3R2|< 6.0 ... Formula 2
That is, in Example 1, 1R1 and 3R2 are the radii of curvature of the surfaces No. 28 and No. 31 shown in Fig. 2, respectively, which are -250.335 mm and 80.648 mm, and therefore the value of |1R1|/|3R2| is 3.104.

レンズ1(レンズL11)1の拡大側のレンズ面と、レンズ3(レンズL12)の縮小側のレンズ面は共に収束効果を生じるものであるが、|1R1|/|3R2|の値が下限値の0.5以下になるほどに|1R1|の値が小さい場合は、第1中間像IM1付近のレンズ系を縮小できる反面、非球面の面精度の誤差感度が高くなる。それに対して、|1R1|/|3R2|の値が上限値の6.0以上になるほどに|1R1|の値が大きい場合は、周辺像高の上側光線と下側光線のコマ収差補正のバランスが悪くなる。 The lens surface on the enlargement side of lens 1 (lens L11)1 and the lens surface on the reduction side of lens 3 (lens L12) both produce a convergence effect, but if the value of |1R1| is small enough that |1R1|/|3R2| is equal to or less than the lower limit of 0.5, the lens system near the first intermediate image IM1 can be reduced, but the error sensitivity of the aspheric surface precision increases. On the other hand, if the value of |1R1| is large enough that |1R1|/|3R2| is equal to or greater than the upper limit of 6.0, the balance of coma aberration correction for the upper and lower rays at the peripheral image height becomes poor.

上記第1小群G5-1はさらに、拡大側のレンズ面が凹面形状のレンズ2(レンズL12)、および縮小側のレンズ面が凸面形状であって、レンズ2(レンズL12)の拡大側に配置されたレンズ3(レンズL13)の並びを含んでいる。そして、上記レンズ2の拡大側のレンズ面の曲率半径(2R1)と、上記レンズ3の縮小側のレンズ面の曲率半径(3R2)とが、式3を満たしている。
0.30 <|2R1|/|3R2|< 0.70 ・・・式3
つまり実施例1において、2R1、3R2はそれぞれ図2に示すNo.29、30の面の曲率半径で各々40.194mm、80.648mmであるから、|2R1|/|3R2|の値は0.498である。
The first small group G5-1 further includes a lens 2 (lens L12) having a concave lens surface on the enlargement side, and a lens 3 (lens L13) having a convex lens surface on the reduction side and arranged on the enlargement side of the lens 2 (lens L12). The radius of curvature (2R1) of the lens surface on the enlargement side of the lens 2 and the radius of curvature (3R2) of the lens surface on the reduction side of the lens 3 satisfy formula 3.
0.30 <|2R1|/|3R2|< 0.70 ... formula 3
That is, in Example 1, 2R1 and 3R2 are the radii of curvature of the surfaces No. 29 and No. 30 shown in Fig. 2, which are 40.194 mm and 80.648 mm, respectively, so the value of |2R1|/|3R2| is 0.498.

上記形状とされたレンズ2の拡大側のレンズ面は発散作用を有し、また上記形状とされたレンズ3の縮小側のレンズ面は収束作用を有して収差を相補しているので、|2R1|の値と|3R2|の値の差が小さいことが望ましい。|2R1|/|3R2|の値が下限値の0.30以下になるほどに|2R1|の値が小さい場合は、発散力が強くなり過ぎて、第1中間像IM1付近の最大レンズ系が大きくなる。それに対して、|2R1|/|3R2|の値が上限値の0.70以上になるほどに|2R1|の値が大きい場合は、発散力が弱くなり過ぎて、レンズ3の縮小側のレンズ面で発生する正の収差を相補することが困難になる。 The lens surface on the enlargement side of lens 2, which has the above-mentioned shape, has a diverging effect, and the lens surface on the reduction side of lens 3, which has the above-mentioned shape, has a converging effect to complement the aberration, so it is desirable that the difference between the values of |2R1| and |3R2| is small. If the value of |2R1| is so small that the value of |2R1|/|3R2| is equal to or less than the lower limit of 0.30, the diverging force becomes too strong, and the maximum lens system near the first intermediate image IM1 becomes large. On the other hand, if the value of |2R1| is so large that the value of |2R1|/|3R2| is equal to or more than the upper limit of 0.70, the diverging force becomes too weak, making it difficult to complement the positive aberration occurring on the lens surface on the reduction side of lens 3.

また第1小群G5-1は、縮小側から順に、縮小側のレンズ面が凹面形状のメニスカスレンズからなるレンズ1(レンズL11)、拡大側のレンズ面が凹面形状であるレンズ2(レンズL12)の並びを含んでいる。そして上記レンズ1の屈折率(L1nd)と上記レンズ2の屈折率(L2nd)とが、式4を満たしている。
0.3<L2nd - L1nd ・・・式4
つまり実施例1においてL2nd、L1ndはそれぞれ図2に示すレンズ12、レンズ11の屈折率で各々1.892860、1.509172であるから、L2nd - L1ndの値は0.384である。
The first small group G5-1 includes, in order from the reduction side, a lens 1 (lens L11) made of a meniscus lens with a concave lens surface on the reduction side, and a lens 2 (lens L12) with a concave lens surface on the enlargement side. The refractive index of the lens 1 (L1nd) and the refractive index of the lens 2 (L2nd) satisfy the formula 4.
0.3<L2nd - L1nd ... Equation 4
That is, in the first embodiment, L2nd and L1nd are the refractive indices of the lenses 12 and 11 shown in FIG. 2, which are 1.892860 and 1.509172, respectively, so that the value of L2nd-L1nd is 0.384.

レンズ1とレンズ2との屈折率の関係を式4のように規定することで、レンズ2の屈折率L2ndを高くしてレンズ1の屈折率L1ndを低く設定できるので、レンズ1によるパワーが弱くなってもレンズ2により補うことが可能となる。よって、レンズ1の設計自由度を高めることができる。その結果、レンズ1をプラスチックからモールド成型することも可能となり、レンズ1として非球面レンズを配置することが可能となる。 By defining the relationship between the refractive indices of lens 1 and lens 2 as in formula 4, the refractive index L2nd of lens 2 can be set high and the refractive index L1nd of lens 1 can be set low, so that even if the power of lens 1 becomes weak, it can be compensated for by lens 2. This increases the design freedom of lens 1. As a result, it becomes possible to mold lens 1 from plastic, and an aspheric lens can be arranged as lens 1.

上記第1小群G5-1はさらに、拡大側のレンズ面が凹面形状のレンズ2(レンズL12)、および縮小側のレンズ面が凸面形状であって、レンズ2(レンズL12)の拡大側に配置されたレンズ3(レンズL13)の並びを含んでいる。そして、上記レンズ2のアッべ数(L2νd)と上記レンズ3のアッべ数(L3νd)とが、式5を満たしている。
10.0< L3νd - L2νd ・・・式5
つまり実施例1においてL2nd、L1ndはそれぞれ図2に示すレンズ12、レンズ13のアッベ数で各々20.3614、74.7020であるから、L3νd - L2νdの値は54.341である。上記レンズ3のアッべ数(L3νd)とレンズ2のアッべ数(L2νd)との差が、下限値の10.0以下となるほどに小さい場合は、倍率色収差の補正のバランスが崩れやすい。
The first small group G5-1 further includes a lens 2 (lens L12) whose enlargement-side lens surface is concave, and a lens 3 (lens L13) whose reduction-side lens surface is convex and arranged on the enlargement side of the lens 2 (lens L12). The Abbe number (L2νd) of the lens 2 and the Abbe number (L3νd) of the lens 3 satisfy formula 5.
10.0 < L3νd - L2νd ... formula 5
That is, in Example 1, L2nd and L1nd are the Abbe numbers of lenses 12 and 13 shown in Figure 2, respectively, which are 20.3614 and 74.7020, so the value of L3νd - L2νd is 54.341. When the difference between the Abbe number (L3νd) of lens 3 and the Abbe number (L2νd) of lens 2 is so small as to be equal to or less than the lower limit of 10.0, the balance of the correction of lateral chromatic aberration is likely to be lost.

また実施例1においては、投射光学系100が広角端にある状態において、第1の変倍群としての変倍群G5の焦点距離f5と投射光学系全系の焦点距離fwとが、式6を満たしている。
15.0<|f5|/|fw|<20.0 ・・・式6
つまり実施例1においては、図7に示す通りf5=81.696mm、fw=-4.524mmであるから、|f5|/|fw|の値は18.058である。
In the first embodiment, the focal length f5 of the first magnification variable group G5 as the first magnification variable group and the focal length fw of the entire projection optical system satisfy the formula (6) when the projection optical system 100 is at the wide-angle end.
15.0<|f5|/|fw|<20.0 ... Equation 6
That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 7, f5=81.696 mm and fw=-4.524 mm, so the value of |f5|/|fw| is 18.058.

|f5|/|fw|の値が下限値の15.0以下になるほど小さい場合、つまり変倍群G5の屈折力が大きい場合は、レンズ光学系G8の中間部のレンズを小さくできてコストダウン効果が得られる反面、コマ収差などの発生が大きくなる。それに対して、|f5|/|fw|の値が上限値の20.0以上になるほど大きい、つまり変倍群G5の屈折力が小さい場合は、レンズ光学系G8の中間部の径が大になり、第1中間像IM1の結像位置が遠くなってレンズ光学系G8の全長もより長くなる。 When the value of |f5|/|fw| is small enough to be below the lower limit of 15.0, i.e., when the refractive power of the variable magnification group G5 is large, the lenses in the intermediate portion of the lens optical system G8 can be made smaller, resulting in cost reduction effects, but the occurrence of coma aberration and the like increases. On the other hand, when the value of |f5|/|fw| is large enough to be above the upper limit of 20.0, i.e., when the refractive power of the variable magnification group G5 is small, the diameter of the intermediate portion of the lens optical system G8 becomes large, the imaging position of the first intermediate image IM1 becomes farther away, and the overall length of the lens optical system G8 also becomes longer.

また上記第1小群G5-1の焦点距離f5-1と、第2小群G5-2の焦点距離f5-2とは、式7を満たしている。
2.0 <|f5-1|/|f5-2| < 7.0 ・・・式7
つまり実施例1においては、図7に示す通りf5-1=741.785mm、f5-2=122.163mmであるから、|f5-1|/|f5-2|の値は6.072である。
The focal length f5-1 of the first subgroup G5-1 and the focal length f5-2 of the second subgroup G5-2 satisfy the formula (7).
2.0 < |f5-1|/|f5-2| < 7.0 ... Equation 7
That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 7, f5-1=741.785 mm and f5-2=122.163 mm, so the value of |f5-1|/|f5-2| is 6.072.

|f5-1|/|f5-2|の値が下限値の2.0以下になるほど小さい場合は、レンズ光学系G8の中間部のレンズを小さくできてコストダウン効果が得られる反面、コマ収差などの発生が大きくなる。それに対して、|f5-1|/|f5-2|の値が上限値の7.0以上になるほど大きい場合は、レンズ光学系G8の中間部の径が大になる。 When the value of |f5-1|/|f5-2| is small enough to fall below the lower limit of 2.0, the lenses in the middle of the lens optical system G8 can be made smaller, resulting in cost reductions, but the occurrence of coma aberration and other aberrations increases. On the other hand, when the value of |f5-1|/|f5-2| is large enough to exceed the upper limit of 7.0, the diameter of the middle part of the lens optical system G8 becomes large.

またレンズ光学系G8においては、複数の変倍群G2~G5および第2合焦群G6よりも拡大側に第2固定群G7が配置され、この第2固定群G7の最も拡大側には3枚のレンズL18、L19およびL20を接合した3枚接合レンズが配され、そしてこれらのレンズL18、L19およびL20は縮小側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズとされている。このような構成によれば、レンズ光学系G8の拡大側が固定群となることで、公差感度の高い位置のレンズ群および凹面鏡5を動かさなくても済むので、投射光学系の製造が容易になり、また、製造時の光軸に対するレンズ位置のずれ(偏芯)の制御も容易となる。つまり、レンズ光学系G8の拡大側を移動群とした場合は、移動が可能となる程度にカム筒や固定筒との間に隙間が必要となり、それがガタとしてズレの要因になるが、本実施形態ではそのような事態を回避可能となる。 In addition, in the lens optical system G8, the second fixed group G7 is arranged on the enlargement side of the multiple magnification groups G2 to G5 and the second focusing group G6, and a triplet lens consisting of three lenses L18, L19, and L20 is arranged on the most enlargement side of this second fixed group G7, and these lenses L18, L19, and L20 are, in order from the reduction side, a negative lens, a positive lens, and a negative lens. With this configuration, the enlargement side of the lens optical system G8 is a fixed group, so there is no need to move the lens group and the concave mirror 5 at a position with high tolerance sensitivity, making it easier to manufacture the projection optical system and also easier to control the deviation (eccentricity) of the lens position relative to the optical axis during manufacture. In other words, if the enlargement side of the lens optical system G8 is a moving group, a gap is required between the cam barrel and the fixed barrel to the extent that it can move, which becomes a cause of deviation as a backlash, but this embodiment makes it possible to avoid such a situation.

そして、上記第2固定群G7の焦点距離f7と、レンズ光学系G8全体の広角端における焦点距離f8とは、式8を満たしている。
1.0 < |f7|/|f8| <2.5 ・・・式8
つまり実施例1においては、図7に示す通りf7=29.478mm、f8=-17.712mmであるから、|f7|/|f8|の値は1.664である。
The focal length f7 of the second fixed group G7 and the focal length f8 of the entire lens optical system G8 at the wide-angle end satisfy the formula (8).
1.0 < |f7|/|f8| < 2.5 ... Equation 8
That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 7, f7=29.478 mm and f8=-17.712 mm, so the value of |f7|/|f8| is 1.664.

|f7|/|f8|の値が下限値の1.0以下になるほど小さい場合は、凹面鏡5を小径化できる反面、コマ収差や像面湾曲などが増大する。それに対して、|f7|/|f8|の値が上限値の2.5以上になるほど大きい場合は、凹面鏡5が大径化して製造性が低下する。 When the value of |f7|/|f8| is small enough to fall below the lower limit of 1.0, the diameter of the concave mirror 5 can be made small, but coma aberration and curvature of field increase. On the other hand, when the value of |f7|/|f8| is large enough to exceed the upper limit of 2.5, the diameter of the concave mirror 5 increases, reducing manufacturability.

また、上記第2固定群G7の3枚接合レンズの焦点距離(f接合)と、投射光学系全系の広角端における焦点距離fwとは式9を満たしている。
10.0 < |f接合|/|fw| < 25.0 ・・・式9
つまり実施例1においては、図7に示す通りf接合=81.75mm、fw=-4.524mmであるから、|f接合|/|fw|の値は18.07である。
Moreover, the focal length (f cemented) of the triplet cemented lens of the second fixed group G7 and the focal length fw of the entire projection optical system at the wide-angle end satisfy Expression 9.
10.0 < |f junction|/|fw| < 25.0 ... Equation 9
That is, in Example 1, as shown in FIG. 7, f-junction=81.75 mm, and fw=-4.524 mm, so the value of |f-junction|/|fw| is 18.07.

|f接合|/|fw|の値が下限値の10.0以下になるほど小さい場合、つまり3枚接合レンズのパワーが強過ぎる場合は、凹面鏡5を小径化できる反面、像面湾曲などが増大する。それに対して、|f接合|/|fw|の値が上限値の25.0以上になるほどに大きい場合、つまり3枚接合レンズのパワーが弱過ぎる場合は、凹面鏡5が大径化して製造性が低下する。 When the value of |f-junction|/|fw| is small enough to fall below the lower limit of 10.0, in other words, when the power of the triplet cemented lens is too strong, the diameter of the concave mirror 5 can be made small, but the curvature of field increases. On the other hand, when the value of |f-junction|/|fw| is large enough to exceed the upper limit of 25.0, in other words, when the power of the triplet cemented lens is too weak, the diameter of the concave mirror 5 increases, reducing manufacturability.

また上述した第2固定群G7の3枚接合レンズは、レンズ光学系G8の最も拡大側に配置されたレンズ素子でもある。このような構成とすることにより、3枚接合レンズを変倍群の最も拡大側に配置した場合と同様に、投射光学系の製造が容易になり、また、製造時の光軸に対するレンズ位置のずれ(偏芯)の制御も容易となる。 The triplet cemented lens of the second fixed group G7 described above is also the lens element located on the most enlargement side of the lens optical system G8. This configuration makes it easier to manufacture the projection optical system, just as when the triplet cemented lens is located on the most enlargement side of the magnification group, and also makes it easier to control the deviation (decentering) of the lens position relative to the optical axis during manufacture.

また本実施形態の投射光学系100は、複数の変倍群G2~G5が設けられ、それらの変倍群G2~G5の各々を単独で広角端から望遠端へ移動させた際の全系の焦点距離の変化の比(f比率)が最も大きい変倍群である変倍群G2をバリエータ群Vrgとし、その他の変倍群の中の変倍群G3、変倍群G4および変倍群G5をコンペンセータ群cngとして、全系の広角端における焦点距離を1としたときに、コンペンセータ群cngのf比率から1を引いた値を変化量Δcngとし、Δcngの総和をsum Δcngとし、投射光学系全系の変倍における焦点距離の変化の比(ズーム比)をZrとしたとき、sum ΔcngとZrとが、式10を満たしている。
| sum Δcng |/|Zr| < 0.03 ・・・式10
Furthermore, the projection optical system 100 of this embodiment is provided with multiple magnification variable groups G2 to G5, and the magnification variable group G2 which is the magnification variable group having the largest ratio of change in focal length of the entire system (f ratio) when each of these magnification variable groups G2 to G5 is moved individually from the wide-angle end to the telephoto end is designated as the variator group Vrg, and the other magnification variable groups G3, G4 and G5 are designated as compensator groups cng. When the focal length of the entire system at the wide-angle end is designated as 1, the amount of change Δcng is the f ratio of the compensator group cng minus 1, the sum of Δcng is designated as sum Δcng, and the ratio of change in focal length during magnification of the entire projection optical system (zoom ratio) is designated as Zr, then sum Δcng and Zr satisfy equation 10.
|sum Δcng|/|Zr| < 0.03 ... Equation 10

つまり実施例1においては、図6に示す通りf比率が1.20である変倍群G2がバリエータ群Vrgとされ、f比率がそれそれ0.97、1.02、1.00である変倍群G3、変倍群G4および変倍群G5がコンペンセータ群cngとされている。そしてコンペンセータ群cngである変倍群G3、変倍群G4および変倍群G5のf比率の総和sum Δcngは0.011であり、ズーム比Zr=1.20であるので、| sum Δcng |/|Zr|の値は0.009となる。 In other words, in Example 1, as shown in Figure 6, the magnification group G2 with an f-ratio of 1.20 is the variator group Vrg, and the magnification groups G3, G4, and G5 with f-ratios of 0.97, 1.02, and 1.00, respectively, are the compensator group cng. The sum sum Δcng of the f-ratios of the magnification groups G3, G4, and G5, which are the compensator group cng, is 0.011, and since the zoom ratio Zr = 1.20, the value of |sum Δcng|/|Zr| is 0.009.

| sum Δcng |/|Zr| の値が上限値の0.03以上となるほどに大きい場合は、コンペンセータ群cngである変倍群G3、変倍群G4および変倍群G5のズーミング時の変倍負荷が大きくなる。そのために、コンペンセータcngの収差補正能力が低下し、中間ズームポジションでの性能が悪化する。 When the value of |sum Δcng|/|Zr| is large enough to exceed the upper limit of 0.03, the magnification load during zooming on the compensator group cng, which is made up of the variable magnification groups G3, G4, and G5, increases. This reduces the aberration correction capability of the compensator cng, and performance at intermediate zoom positions deteriorates.

また本実施形態では、レンズ光学系G8と凹面鏡5との間に、入射面と出射面とを有する光学素子であるプリズム4が配置されている。そしてレンズ光学系G8は、該レンズ光学系G8からの出射光を凹面鏡8よりも縮小側で結像して第2中間像IM2を形成し、この第2中間像IM2は、像高が高くなるほど縮小側に倒れるように結像され、そして少なくとも一部の結像は、プリズム4の出射面と凹面鏡5との間になされるように構成されている。なお前述した通り、図1に実線の直線で示した第2中間像IM2は結像位置を示すものであるが、同図には、実際は上記のように結像される第2中間像IM2を、実線の直線から延びる状態にして粗い破線で概略的に示している。 In this embodiment, a prism 4, an optical element having an entrance surface and an exit surface, is disposed between the lens optical system G8 and the concave mirror 5. The lens optical system G8 forms a second intermediate image IM2 by imaging the light emitted from the lens optical system G8 on the reduced side of the concave mirror 8, and the second intermediate image IM2 is imaged so that it is tilted toward the reduced side as the image height increases, and at least a portion of the image is formed between the exit surface of the prism 4 and the concave mirror 5. As mentioned above, the second intermediate image IM2 shown by the solid straight line in Figure 1 indicates the imaging position, but in the figure, the second intermediate image IM2 that is actually imaged as described above is shown roughly as a dashed line extending from the solid straight line.

ここで、図9~図12にそれぞれ、実施例1の投射光学系100の横収差を示す。これらの図9、図10、図11、図12は、図番が小さい図から図番が大きい方に向かって順に投射光学系100が広角端にある場合、望遠端にある場合、近点投射時、遠点投射時の各状態について横収差を測定した結果を示している(単位はmm)。各場合において横収差の測定は、投射画面上の1~5の5点において行った。それらの5点は各収差図の左右方向中央に、下から1、2・・と順次記してある。それらの1~5の点の具体的な位置は、図1における紙面に垂直な方向、上下方向の位置をそれぞれX、Yとし、光軸Zの位置を原点とする、画像表示面1上の5つの座標(X,Y)=(0,-1.5)、(0,-13.702)、(7.2575,-1.5)、(7.2575,-6.85)および(7.2575,-13.702)を各々通過した光が到達する位置である。これらの座標上の位置は、記載順に投射画面上の点1、点2、点3、点4および点5に対応する位置である。つまり、各座標はX方向における投射表示面の片側半分に投射される投射画像の収差を表しており、投射画像の収差はX方向において中心を境に対称となるため、片側のみを示すに留めている。なお、上記座標位置の単位はmmである。つまり画像表示面1のサイズは、Y方向が13.702mm、X方向が7.2575×2=14.515mmである。また、上記投射画面上の点1、点2、点3、点4および点5を、光軸Zから最も遠い位置を「1」として相対的に示す相対座標(x,y)上の位置をそれぞれ(1)、(2)、(3)、(4)および(5)として図35に示す。 Here, Figures 9 to 12 respectively show the lateral aberration of the projection optical system 100 of Example 1. These Figures 9, 10, 11, and 12, proceeding from the smallest figure number to the largest figure number, show the results of measuring the lateral aberration when the projection optical system 100 is at the wide-angle end, when it is at the telephoto end, when projecting at a near point, and when projecting at a far point (units are mm). In each case, the lateral aberration was measured at five points 1 to 5 on the projection screen. These five points are labeled 1, 2, etc. from the bottom in the left-right center of each aberration diagram. The specific positions of these points 1 to 5 are positions where light reaches after passing through five coordinates (X, Y)=(0,-1.5), (0,-13.702), (7.2575,-1.5), (7.2575,-6.85) and (7.2575,-13.702) on the image display surface 1, where the positions in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1 and the position in the up-down direction are respectively designated as X and Y, and the position of the optical axis Z is the origin. The positions on these coordinates correspond to points 1, 2, 3, 4 and 5 on the projection screen in the order of description. That is, each coordinate represents the aberration of the projection image projected on one half of the projection display surface in the X direction, and since the aberration of the projection image is symmetrical with respect to the center in the X direction, only one side is shown. The above coordinate positions are in mm. That is, the size of the image display surface 1 is 13.702 mm in the Y direction and 7.2575 x 2 = 14.515 mm in the X direction. Also, in Figure 35, points 1, 2, 3, 4, and 5 on the projection screen are shown as (1), (2), (3), (4), and (5) on relative coordinates (x, y) relative to the position farthest from the optical axis Z as "1."

横収差の測定は、上記y方向とx方向とに関して行ない、各結果をy-FAN、x-FANと付記して示している。本実施例では、回転対称形ではない自由曲面形状のレンズ面を有するレンズL16を使用していることから、このように測定結果を示しているが、投射画面上で左右方向については像高が対称となるので、投射画面上で上記5点において右側だけ測定している。また横収差の測定は、波長が620.0nm、550.0nm、460.0nmの光に関して行い、各波長に関する測定結果をグラフの線種を変えて区別している。 Transverse aberration measurements were taken in the y and x directions, and the results are indicated with y-FAN and x-FAN. In this example, lens L16 is used, which has a lens surface with a free-form shape that is not rotationally symmetrical, so the measurement results are shown in this manner. However, since the image height is symmetrical in the left-right direction on the projection screen, only the right side of the above five points on the projection screen was measured. Transverse aberration measurements were also taken for light with wavelengths of 620.0 nm, 550.0 nm, and 460.0 nm, and the measurement results for each wavelength are distinguished by different line types on the graph.

これらの図9~図12に示されている通り、横収差が良好に抑えられていることが分かる。なお、後述する実施例2の投射光学系200についても同様の収差図を図19~22として、また実施例3の投射光学系300についても同様の収差図を図29~32として示しているが、横収差を測定したときの投射光学系の状態と図番との関係は、上記と同様である。 As can be seen from Figures 9 to 12, lateral aberration is well suppressed. Similar aberration diagrams are shown in Figures 19 to 22 for the projection optical system 200 of Example 2, which will be described later, and in Figures 29 to 32 for the projection optical system 300 of Example 3, but the relationship between the state of the projection optical system when measuring the lateral aberration and the figure number is the same as above.

次に、本発明の実施例2である投射光学系200について、図13を参照して説明する。なおこの図13において、先に説明した図1中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについては特に必要の無い限り説明を省略する(以下、同様)。この実施例2の投射光学系200において、レンズ光学系G8の基本的なレンズ構成は実施例1のレンズ光学系G8と同じであり、プリズム4が省かれている点で実施例1の投射光学系100と基本的に相違している。 Next, a projection optical system 200 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 13. In FIG. 13, elements equivalent to those in FIG. 1 described above are given the same numbers, and descriptions of these will be omitted unless particularly necessary (the same applies below). In the projection optical system 200 according to the second embodiment, the basic lens configuration of the lens optical system G8 is the same as that of the lens optical system G8 according to the first embodiment, and it is fundamentally different from the projection optical system 100 according to the first embodiment in that the prism 4 is omitted.

この実施例2における構成要素の基本データを図14に示す。また図3、図4、図5および図6に示した実施例1の各データに対応する実施例2のデータを、それぞれ図15、図16、図17および図18に示す。これらのデータの求め方および表示の仕方は、実施例1において説明したものと同じである。またこの実施例2の投射光学系200の横収差を測定した結果を図19、図20、図21および図22に示す。この横収差の求め方および表示の仕方も、実施例1において説明したものと同じである。 Basic data of the components in this Example 2 is shown in Figure 14. Data of Example 2 corresponding to each data of Example 1 shown in Figures 3, 4, 5 and 6 are shown in Figures 15, 16, 17 and 18, respectively. The method of obtaining and displaying this data is the same as that explained in Example 1. The results of measuring the lateral aberration of the projection optical system 200 in this Example 2 are shown in Figures 19, 20, 21 and 22. The method of obtaining and displaying this lateral aberration is also the same as that explained in Example 1.

この実施例2においても、図8に示した通り、式1~式10が全て満足されている。したがって、式1~式10が満足されることによって得られる効果が、実施例1におけるのと同様に得られている。また図19~図22に示されている通り、実施例2においても横収差が良好に抑えられていることが分かる。 As shown in FIG. 8, in Example 2, all of Equations 1 to 10 are satisfied. Therefore, the effects obtained by satisfying Equations 1 to 10 are obtained in the same way as in Example 1. Also, as shown in FIG. 19 to FIG. 22, it can be seen that lateral aberration is well suppressed in Example 2 as well.

次に、本発明の実施例3である投射光学系300について、図23を参照して説明する。この実施例3の投射光学系300を実施例1の投射光学系100と対比すると、第2合焦群G6がレンズL16に加えて、両凸レンズL17と両凹レンズL18とが接合されてなる接合レンズを配して構成されている点で基本的に相違している。
Next, a projection optical system 300 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 23. Comparing the projection optical system 300 according to the third embodiment with the projection optical system 100 according to the first embodiment, the projection optical system 300 basically differs in that the second focusing group G6 is configured to include, in addition to the lens L16, a cemented lens formed by cementing together a biconvex lens L17 and a biconcave lens L18.

この実施例3における構成要素の基本データを図24に示す。また図3、図4、図5および図6に示した実施例1の各データに対応する実施例3のデータを、それぞれ図25、図26、図27および図28に示す。これらのデータの求め方および表示の仕方は、実施例1において説明したものと同じである。またこの実施例2の投射光学系300の横収差を測定した結果を図29、図30、図31および図32に示す。この横収差の求め方および表示の仕方も、実施例1において説明したものと同じである。 Basic data of the components in this Example 3 is shown in Figure 24. Data of Example 3 corresponding to each data of Example 1 shown in Figures 3, 4, 5 and 6 are shown in Figures 25, 26, 27 and 28, respectively. The method of obtaining and displaying this data is the same as that explained in Example 1. The results of measuring the lateral aberration of the projection optical system 300 in this Example 2 are shown in Figures 29, 30, 31 and 32. The method of obtaining and displaying this lateral aberration is also the same as that explained in Example 1.

この実施例3においても、図8に示した通り、式1~式10が全て満足されている。したがって、式1~式10が満足されることによって得られる効果が、実施例1におけるのと同様に得られている。また図29~図32に示されている通り、実施例3においても横収差が良好に抑えられていることが分かる。 As shown in FIG. 8, in this Example 3, all of Equations 1 to 10 are satisfied. Therefore, the effects obtained by satisfying Equations 1 to 10 are obtained in the same way as in Example 1. Also, as shown in FIG. 29 to FIG. 32, it can be seen that lateral aberration is well suppressed in Example 3 as well.

次に、本発明の実施例4である投射光学系400について、図33を参照して説明する。この実施例4の投射光学系400を実施例3の投射光学系300と対比すると、プリズム4に代えて、光軸オフセットプリズム40が用いられている点で基本的に相違している。 Next, a projection optical system 400 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 33. Comparing the projection optical system 400 according to the fourth embodiment with the projection optical system 300 according to the third embodiment, the basic difference is that an optical axis offset prism 40 is used instead of the prism 4.

この実施例4における構成要素の基本データを図34に示すが、実施例3に対する相違点は上述の通りであるので、レンズL22までの基本データは図24に示した実施例3の基本データと同じである。そこで図34では、光軸オフセットプリズム40以降、つまり拡大側の要素に関する基本データのみを示している。この実施例4で用いられている光軸オフセットプリズム40には、内部に2つの全反射面を有するものが適用されているので、それらの内部全反射面に関するデータも示している。 The basic data of the components in this Example 4 is shown in Figure 34, but since the differences from Example 3 are as described above, the basic data up to lens L22 is the same as the basic data of Example 3 shown in Figure 24. Therefore, Figure 34 only shows the basic data related to the elements from the optical axis offset prism 40 onwards, that is, on the magnification side. The optical axis offset prism 40 used in this Example 4 has two total internal reflection surfaces, so data related to those internal total reflection surfaces is also shown.

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明の投射光学系は、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数を適宜変更することが可能である。また以上説明した実施例の投射光学系は図1等に示す通り、その縮小側に画像表示素子2を備えて、画像表示面1に形成された画像を投射するプロジェクタ装置に適用され得るものである。しかし本発明の投射光学系はそれに限らない。投射光学系は基本的に、縮小側の共役面(縮小側共役面)から入射した光を拡大側の共役面(拡大側共役面)に結像するが、良好に収差を補正された投射光学系は、拡大側共役面から入射した光線を縮小側共役面状へ良好に結像することが可能である。そのため、本発明の投射光学系に対して拡大側から光線を入射した際に、縮小側の結像位置となる位置に撮像素子を備えることにより、撮像装置を構成することも可能である。 Although the present invention has been described above by giving embodiments and examples, the projection optical system of the present invention is not limited to the above examples and can be modified in various ways, for example, the radius of curvature, surface spacing, refractive index, and Abbe number of each lens can be appropriately changed. In addition, as shown in FIG. 1, the projection optical system of the above-described examples is provided with an image display element 2 on the reduction side and can be applied to a projector device that projects an image formed on an image display surface 1. However, the projection optical system of the present invention is not limited to this. A projection optical system basically forms an image of light incident from a reduction side conjugate surface (reduction side conjugate surface) on a magnification side conjugate surface (magnification side conjugate surface), but a projection optical system with well-corrected aberrations can form a good image of light incident from the magnification side conjugate surface on the reduction side conjugate surface. Therefore, it is also possible to configure an imaging device by providing an imaging element at a position that becomes the reduction side imaging position when light is incident from the magnification side to the projection optical system of the present invention.

また、本発明のプロジェクタ装置も、例えば、用いられるライトバルブや、光束分離または光束合成に用いられる光学部材について種々の態様の変更が可能である。 The projector device of the present invention can also be modified in various ways, for example, with respect to the light valves used and the optical components used for light beam separation or light beam combination.

1 画像表示面
2 画像表示素子
3 ガラスブロック
4 プリズム
5 凹面鏡
40 光軸オフセットプリズム
100、200、300、400 投射光学系
G1 第1固定群
G2、G3、G4、G5 変倍群
G6 第2合焦群
G7 第2固定群
G8 レンズ光学系
G9 反射光学系
IM1 第1中間像
IM2 第2中間像
L1~L22 レンズ
Z 光軸
REFERENCE SIGNS LIST 1 Image display surface 2 Image display element 3 Glass block 4 Prism 5 Concave mirror 40 Optical axis offset prism 100, 200, 300, 400 Projection optical system G1 First fixed group G2, G3, G4, G5 Magnification group
G6 2nd focusing group
G7 Second fixed group G8 Lens optical system G9 Reflection optical system IM1 First intermediate image IM2 Second intermediate image L1 to L22 Lens Z Optical axis

Claims (23)

縮小側の画像を拡大側の被投射面へ投射する投射光学系であって、
複数のレンズを含み、縮小側から入射した光により拡大側に向かって第1中間像および第2中間像をこの順に結像するレンズ光学系と、
前記第2中間像を反射させる凹面鏡とを有し、
前記レンズ光学系は内部に前記第1中間像を結像すると共に、変倍時に隣り合うレンズ群との間隔を変える方向に移動するレンズ群からなる2つ以上の変倍群を含み、
前記変倍群の中の最も拡大側に位置する第1の変倍群は前記第1中間像の拡大側に隣接するレンズを含む、
ことを特徴とする投射光学系。
A projection optical system that projects a reduced-side image onto an enlarged-side projection surface,
a lens optical system including a plurality of lenses, which forms a first intermediate image and a second intermediate image in this order toward the enlargement side by light incident from the reduction side;
a concave mirror that reflects the second intermediate image,
the lens optical system includes therein two or more variable magnification groups each of which forms the first intermediate image and which is made up of a lens group that moves in a direction that changes an interval between adjacent lens groups during magnification variation ,
a first variable power group located on the most enlargement side among the variable power groups includes a lens adjacent to the enlargement side of the first intermediate image;
A projection optical system comprising:
前記第1の変倍群は、前記第1中間像の縮小側に配置されて該第1中間像と隣接するレンズを含む、
請求項1に記載の投射光学系。
the first variable magnification group includes a lens disposed on a reduction side of the first intermediate image and adjacent to the first intermediate image;
The projection optical system according to claim 1 .
前記変倍群は、前記第1中間像よりも縮小側に配置される第2の変倍群と絞りとをさらに含み、
前記第2の変倍群は、前記絞りに隣接するレンズを含む、
請求項2に記載の投射光学系。
the magnification varying group further includes a second magnification varying group disposed on a reduction side relative to the first intermediate image and a stop;
the second variable magnification group includes a lens adjacent to the aperture stop;
The projection optical system according to claim 2 .
前記レンズ光学系は、前記第2の変倍群と前記第1の変倍群との間に負のパワーの第3の変倍群を含み、
前記第2の変倍群は正のパワーを有し、
前記第3の変倍群は前記第1変倍群の拡大側に隣接して配置されている、
請求項3に記載の投射光学系。
the lens optical system includes a third variable power group having a negative power between the second variable power group and the first variable power group,
the second magnification varying unit has a positive power,
the third zoom group is disposed adjacent to the first zoom group on the enlargement side;
The projection optical system according to claim 3 .
広角端から望遠端側へ変倍する際に、
前記第2の変倍群は、縮小側から拡大側に移動し、
前記第3の変倍群は、縮小側から拡大側に移動する、
請求項4に記載の投射光学系。
When changing magnification from the wide-angle end to the telephoto end,
the second zoom group moves from the reduction side to the enlargement side,
the third zoom group moves from the reduction side to the enlargement side;
5. The projection optical system according to claim 4.
前記レンズ光学系は複数の合焦群を含み、
前記第1の変倍群と前記第3の変倍群との間に第4の変倍群が配置され、
前記第4の変倍群は、合焦時にも移動する第1の合焦群を兼ねている、
請求項4または5に記載の投射光学系。
the lens optical system includes a plurality of focusing groups;
a fourth zoom group is disposed between the first zoom group and the third zoom group;
the fourth variable magnification group also serves as a first focusing group that moves during focusing;
6. The projection optical system according to claim 4.
前記第1の変倍群の拡大側に第2の合焦群が隣接している、
請求項6に記載の投射光学系。
a second focusing group is adjacent to the first zoom group on the enlargement side;
The projection optical system according to claim 6 .
前記第1の合焦群の拡大側のレンズ面は拡大側に凸面を有し、
前記第2の合焦群の縮小側のレンズ面は縮小側に凸面を有する、
請求項7に記載の投射光学系。
the lens surface on the enlargement side of the first focusing group has a convex surface on the enlargement side,
the reduction-side lens surface of the second focusing group has a convex surface on the reduction side;
The projection optical system according to claim 7 .
前記第1の変倍群は、前記第1中間像の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群および第2小群からなり、
前記第1小群は縮小側から順に、縮小側のレンズ面が凹面形状のメニスカスレンズからなるレンズ1、拡大側のレンズ面が凹面形状であるレンズ2の並びを含み、
前記レンズ1の縮小側のレンズ面の曲率半径(1R2)と前記レンズ2の拡大側のレンズ面の曲率半径(2R1)とが、式1を満たしている、
0.55 <|1R2|/|2R1|< 1.00 ・・・式1
請求項2から8のいずれか1項に記載の投射光学系。
the first zoom group includes a first subgroup and a second subgroup disposed on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image, respectively;
The first small group includes, in order from the reduction side, a lens 1 which is a meniscus lens having a concave lens surface on the reduction side, and a lens 2 which has a concave lens surface on the enlargement side,
The radius of curvature (1R2) of the lens surface on the reduction side of the lens 1 and the radius of curvature (2R1) of the lens surface on the enlargement side of the lens 2 satisfy Formula 1.
0.55 <|1R2|/|2R1|< 1.00 ... Formula 1
The projection optical system according to claim 2 .
前記第1小群はさらに、縮小側のレンズ面が凸面形状であって、前記レンズ2の拡大側に配置されたレンズ3の並びを含み、
前記レンズ1の拡大側のレンズ面の曲率半径(1R1)と、前記レンズ3の縮小側のレンズ面の曲率半径(3R2)とが、式2を満たしている、
0.5 <|1R1|/|3R2|< 6.0 ・・・式2
請求項9に記載の投射光学系。
the first subgroup further includes a row of lenses 3 arranged on the enlargement side of the lens 2, the lens surface on the reduction side being convex in shape;
The radius of curvature (1R1) of the enlargement-side lens surface of the lens 1 and the radius of curvature (3R2) of the reduction-side lens surface of the lens 3 satisfy Formula 2.
0.5 <|1R1|/|3R2|< 6.0 ... Formula 2
The projection optical system according to claim 9 .
前記第1の変倍群は、前記第1中間像の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群および第2小群からなり、
前記第1小群は縮小側から順に、拡大側のレンズ面が凹面形状のレンズ2、縮小側のレンズ面が凸面形状のレンズ3の並びを含み、
前記レンズ2の拡大側のレンズ面の曲率半径(2R1)と前記レンズ3の縮小側のレンズ面の曲率半径(3R2)とが、式3を満たしている、
0.30 <|2R1|/|3R2|< 0.70 ・・・式3 請求項2から10のいずれか1項に記載の投射光学系。
the first zoom group includes a first subgroup and a second subgroup disposed on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image, respectively;
The first small group includes, in order from the reduction side, a lens 2 having a concave lens surface on the enlargement side and a lens 3 having a convex lens surface on the reduction side,
The radius of curvature (2R1) of the enlargement-side lens surface of the lens 2 and the radius of curvature (3R2) of the reduction-side lens surface of the lens 3 satisfy Formula 3.
11. The projection optical system according to claim 2, wherein 0.30<|2R1|/|3R2|<0.70 (Formula 3).
前記第1の変倍群は、前記第1中間像の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群および第2小群からなり、
前記第1小群は縮小側から順に、縮小側のレンズ面が凹面形状のメニスカスレンズからなるレンズ1、拡大側のレンズ面が凹面形状であるレンズ2の並びを含み、
前記レンズ1の屈折率(L1nd)と前記レンズ2の屈折率(L2nd)とが、式4を満たしている、
0.3<L2nd - L1nd ・・・式4
請求項2から11のいずれか1項に記載の投射光学系。
the first zoom group includes a first subgroup and a second subgroup disposed on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image, respectively;
The first small group includes, in order from the reduction side, a lens 1 which is a meniscus lens having a concave lens surface on the reduction side, and a lens 2 which has a concave lens surface on the enlargement side,
The refractive index (L1nd) of the lens 1 and the refractive index (L2nd) of the lens 2 satisfy Formula 4.
0.3<L2nd - L1nd ... Equation 4
The projection optical system according to claim 2 .
前記第1の変倍群は、前記第1中間像の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群および第2小群からなり、
前記第1小群は縮小側から順に、拡大側のレンズ面が凹面形状のレンズ2、縮小側のレンズ面が凸面形状のレンズ3の並びを含み、
前記レンズ2のアッべ数(L2νd)と前記レンズ3のアッべ数(L3νd)とが、式5を満たしている、
10.0< L3νd - L2νd ・・・式5
請求項2から12のいずれか1項に記載の投射光学系。
the first zoom group includes a first subgroup and a second subgroup disposed on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image, respectively;
The first small group includes, in order from the reduction side, a lens 2 having a concave lens surface on the enlargement side and a lens 3 having a convex lens surface on the reduction side,
The Abbe number (L2νd) of the lens 2 and the Abbe number (L3νd) of the lens 3 satisfy Formula 5.
10.0 < L3νd - L2νd ... formula 5
The projection optical system according to claim 2 .
前記第1の変倍群の焦点距離f5と広角端における投射光学系全系の焦点距離fwとが、式6を満たしている、
15.0<|f5|/|fw|<20.0 ・・・式6
請求項1から13のいずれか1項に記載の投射光学系。
The focal length f5 of the first variable magnification group and the focal length fw of the entire projection optical system at the wide-angle end satisfy Expression 6.
15.0<|f5|/|fw|<20.0 ... Equation 6
The projection optical system according to claim 1 .
前記第1の変倍群は、前記第1中間像の縮小側、拡大側にそれぞれ配された第1小群および第2小群からなり、
前記第1小群の焦点距離f5-1と前記第2小群の焦点距離f5-2とが、式7を満たしている、
2.0 <|f5-1|/|f5-2| < 7.0 ・・・式7
請求項2から14のいずれか1項に記載の投射光学系。
the first zoom group includes a first subgroup and a second subgroup disposed on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image, respectively;
The focal length f5-1 of the first subgroup and the focal length f5-2 of the second subgroup satisfy Equation 7.
2.0 < |f5-1|/|f5-2| < 7.0 ... Equation 7
The projection optical system according to claim 2 .
前記複数の変倍群よりも拡大側に固定群を有し、
前記固定群の最も拡大側には3枚のレンズを接合した3枚接合レンズを有し、
前記3枚のレンズは縮小側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズからなる、
請求項1から15のいずれか1項に記載の投射光学系。
a fixed lens unit on the magnification side of the plurality of variable magnification lenses,
The fixed group has a triplet lens formed by cementing three lenses together on the most enlargement side,
The three lenses are, in order from the reduction side, a negative lens, a positive lens, and a negative lens.
The projection optical system according to claim 1 .
前記固定群の焦点距離f7と、前記レンズ光学系の広角端における焦点距離f8とが、式8を満たしている、
1.0 < |f7|/|f8| <2.5 ・・・式8
請求項16に記載の投射光学系。
A focal length f7 of the fixed group and a focal length f8 at a wide-angle end of the lens optical system satisfy Equation 8.
1.0 < |f7|/|f8| < 2.5 ... Equation 8
The projection optical system according to claim 16 .
前記固定群の3枚接合レンズの焦点距離(f接合)と、広角端における投射光学系全系の広角端における焦点距離fwとが式9を満たしている、
10.0 < |f接合|/|fw| < 25.0 ・・・式9
請求項16または17に記載の投射光学系。
a focal length (f) of the triplet cemented lens of the fixed group and a focal length (f) of the entire projection optical system at the wide-angle end satisfy Expression 9.
10.0 < |f junction|/|fw| < 25.0 ... Equation 9
18. The projection optical system according to claim 16 or 17.
前記固定群の3枚接合レンズは、前記レンズ光学系の最も拡大側に配置されるレンズ素子である、請求項16から18のいずれか1項に記載の投射光学系。 The projection optical system according to any one of claims 16 to 18, wherein the triplet cemented lens of the fixed group is a lens element disposed on the most enlarged side of the lens optical system. 前記変倍群を複数有し、
それらの変倍群の各々を単独で広角端から望遠端へ移動させた際の全系の焦点距離の変化の比(f比率)が最も大きい変倍群である変倍群をバリエータ群Vrgとし、その他の残りの変倍群をそれぞれコンペンセータ群cngとして、全系の広角端における焦点距離を1としたときに、コンペンセータ群cngのf比率から1を引いた値を変化量Δcngとし、Δcngの総和をsum Δcngとし、投射光学系全系の変倍における焦点距離の変化の比(ズーム比)をZrとしたとき、
sum ΔcngとZrとが、式10を満たしている、
| sum Δcng |/|Zr| < 0.03 ・・・式10
請求項1から19のいずれか1項に記載の投射光学系。
a plurality of the magnification varying groups;
The variable magnification group that has the largest ratio of change in focal length of the entire system (f ratio) when each of these variable magnification groups is moved individually from the wide-angle end to the telephoto end is defined as a variator group Vrg, and each of the remaining variable magnification groups is defined as a compensator group cng. When the focal length of the entire system at the wide-angle end is 1, the amount of change Δcng is the f ratio of the compensator group cng minus 1, the sum of Δcng is defined as sum Δcng, and the ratio of change in focal length when changing magnification of the entire projection optical system (zoom ratio) is defined as Zr, then
sum Δcng and Zr satisfy formula 10;
|sum Δcng|/|Zr| < 0.03 ... Equation 10
The projection optical system according to claim 1 .
前記レンズ光学系と前記凹面鏡との間に、入射面と出射面とを有する光学素子を有し、
前記レンズ光学系は、該レンズ光学系からの出射光を凹面鏡よりも縮小側で結像して第2中間像を形成し、
前記第2中間像は、像高が高くなるほど縮小側に倒れるように結像され、
少なくとも一部の結像は、前記光学素子の出射面と凹面鏡との間になされる、
請求項1から20のいずれか1項に記載の投射光学系。
an optical element having an entrance surface and an exit surface is provided between the lens optical system and the concave mirror;
the lens optical system forms a second intermediate image by focusing the light emitted from the lens optical system on a reduction side of the concave mirror;
the second intermediate image is formed so as to incline toward the reduction side as the image height increases,
At least a portion of the image is formed between the exit surface of the optical element and a concave mirror.
The projection optical system according to claim 1 .
請求項1から21のいずれか1項に記載の投射光学系の縮小側に、画像表示素子を備えてなるプロジェクタ装置。 A projector device comprising an image display element on the reduction side of the projection optical system according to any one of claims 1 to 21. 請求項1から2のいずれか1項に記載の投射光学系の拡大側から光線を入射した際に、
縮小側の結像位置となる位置に撮像素子を備えてなる撮像装置。
When a light beam is incident from the enlargement side of the projection optical system according to any one of claims 1 to 2,
An imaging device having an image sensor at a position that corresponds to an image formation position on the reduction side.
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