JP2008242028A - Projection optical system - Google Patents

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JP2008242028A JP2007081704A JP2007081704A JP2008242028A JP 2008242028 A JP2008242028 A JP 2008242028A JP 2007081704 A JP2007081704 A JP 2007081704A JP 2007081704 A JP2007081704 A JP 2007081704A JP 2008242028 A JP2008242028 A JP 2008242028A
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Mitsuaki Shimo
光昭 志茂
Keiko Yamada
恵子 山田
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Konica Minolta Opto Inc
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Konica Minolta Opto Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-performance compact projection optical system capable of zooming or focusing without causing image skip in oblique projection by a non-axial optical system, and a projection type image display device. <P>SOLUTION: The projection optical system PO enlarging and projecting an image on a display element surface SG onto a screen surface SL has rotationally asymmetric first and second curved surface mirrors M1 and M2 eccentrically arranged in such a manner that an angle formed by the screen surface SL with an axial principal ray incident on the screen surface SL is not perpendicular. The projection optical system PO changes the focal length of the entire system by power change of an optical element group caused by movement of at least one optical element group including the first and the second curved surface mirrors M1 and M2 for the purpose of zooming or focusing. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は投影光学系に関するものであり、例えば、液晶表示素子やデジタル・マイクロミラー・デバイス等の表示素子を備えた画像投影装置に搭載されて、表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系、その投影光学系を有する投影型光学機器(特に投影型画像表示装置)に関するものである。   The present invention relates to a projection optical system. For example, the present invention is mounted on an image projection apparatus having a display element such as a liquid crystal display element or a digital micromirror device, and enlarges and projects an image on the display element surface on a screen surface. The present invention relates to a projection optical system, and a projection optical apparatus (particularly a projection image display apparatus) having the projection optical system.

持ち運びの容易なコンピュータ(ノート型パーソナルコンピュータ等)が盛んに使用されるようになってきたことに伴い、オフィスでの会議やプレゼンテーションにおいて、コンピュータ上で作成された画像の拡大表示にフロントタイプのプロジェクターが広く用いられるようになってきている。また、デジタル放送等の映像情報配信の多様化及び高精細化に伴い、家庭においてもプロジェクターを用いて大画面での画像鑑賞が行われるようになってきている。しかし、従来のプロジェクターを大画面で使用する場合、それに十分な投影空間を中・小会議室や家庭等で確保することは困難である。つまり、十分な投影空間を確保できなければ、従来のプロジェクターで大画面の画像投影を行うことは困難である。   As computers that are easy to carry (such as notebook personal computers) have become popular, front-type projectors can be used to enlarge images created on computers during office meetings and presentations. Are becoming widely used. In addition, with the diversification and high definition of video information distribution such as digital broadcasting, image viewing on a large screen has been performed at home using a projector. However, when a conventional projector is used on a large screen, it is difficult to secure a sufficient projection space in a medium / small conference room or home. That is, unless a sufficient projection space can be secured, it is difficult to project a large screen image with a conventional projector.

必要とされる投影空間を縮小しつつ大画面化を達成する方法として、投影光学系内に反射面を導入することにより、投影される画像の結像に用いられる結像光束の光路を投影装置内に折り込む構成が知られている。その反射面として偏芯させた反射面を用い、いわゆる非軸光学系の配置をとれば、光路を折りたたむ効果をより一層向上させることが可能である。また、スクリーン面に対して入射する光束の入射角度を大きくすることによって、投影光学系からスクリーンまでの距離を短縮する構成も知られている。   As a method for achieving a large screen while reducing the required projection space, a projection device is used to introduce an optical path of an imaging light beam used for imaging a projected image by introducing a reflecting surface in the projection optical system. A configuration of folding in is known. If an eccentric reflecting surface is used as the reflecting surface and a so-called non-axial optical system is arranged, the effect of folding the optical path can be further improved. Also known is a configuration in which the distance from the projection optical system to the screen is shortened by increasing the incident angle of the light beam incident on the screen surface.

空間的に限られた範囲内でプロジェクターを使用する場合、投影光学系がズーミング機能を備えていれば、プロジェクターやスクリーンの位置をほぼ固定したまま投影倍率を変えることができるので、その場で即座に拡大・縮小を行うことができて大変便利である。このようなズーミング機能を有する投影光学系として非軸光学系を用いたものが、特許文献1〜3で提案されている。また、スクリーンが移動した場合のピント合わせを可能とし、使用の都度変化するスクリーン位置に対応したピント合わせを可能とするために、フォーカシング機能は投影光学系において必須である。このようなフォーカシング機能を有する投影光学系として非軸光学系を用いたものが、特許文献4,5で提案されている。   When using a projector within a limited space, if the projection optical system has a zooming function, the projection magnification can be changed while the position of the projector or screen is almost fixed. It is very convenient to zoom in and out. Patent Documents 1 to 3 propose using a non-axial optical system as a projection optical system having such a zooming function. In addition, the focusing function is essential in the projection optical system in order to enable focusing when the screen moves and to enable focusing corresponding to the screen position that changes with each use. Patent Documents 4 and 5 propose using a non-axis optical system as a projection optical system having such a focusing function.

特許文献1,2で提案されている投影光学系は、非軸光学系の構成になっているが、共軸部分を平行移動させて全系の焦点距離を変化させることによりズーミングを行うものである。特許文献3で提案されている投影光学系は、ミラーを平行移動させて全系の焦点距離を変化させることによりズーミングを行うものである。また、特許文献4,5で提案されている投影光学系は、非軸配置のミラーを平行移動させて全系の焦点距離を変化させることによりフォーカシングを行うものである。
特開2004−295107号公報 特開2005−121722号公報 特開2005−189768号公報 特開2005−106900号公報 特開2006−184775号公報
The projection optical system proposed in Patent Documents 1 and 2 has a configuration of a non-axis optical system, but performs zooming by changing the focal length of the entire system by translating the coaxial part. is there. The projection optical system proposed in Patent Document 3 performs zooming by changing the focal length of the entire system by translating a mirror. The projection optical systems proposed in Patent Documents 4 and 5 perform focusing by changing the focal length of the entire system by translating non-axially arranged mirrors.
JP 2004-295107 A JP-A-2005-121722 JP 2005-189768 A JP 2005-106900 A JP 2006-184775 A

前述したように、非軸光学系を用いて光路を折りたためば、投影光学系を小さく構成することができる。しかし、軸上光線が1本の直線状にならないため、ズーミングやフォーカシングのために光学要素を移動させて焦点距離を変化させる場合、非軸光学系であることを考慮する必要がある。例えば、非軸光学系においてパワーを有する部分をただ単純に平行移動させると、投影光学系全体の焦点距離は変化するが、スクリーン面への射出光線が大きく移動してしまう。その結果、ズーミング中に画面中心が移動して、像トビの現象が現れることになる。例えば、特許文献5で提案されている投影光学系では、ミラーを平行移動させてフォーカシングを行う構成になっているが、フォーカシング中に軸上像点位置をほぼ一定にするための方法が開示されていないため、軸上位置をほぼ一定にしたフォーカシングの実現が困難である。   As described above, if the optical path is folded using a non-axis optical system, the projection optical system can be made smaller. However, since the axial ray does not become one straight line, it is necessary to consider that it is a non-axial optical system when the focal length is changed by moving the optical element for zooming or focusing. For example, if the portion having power in the non-axis optical system is simply translated, the focal length of the entire projection optical system changes, but the light beam emitted to the screen surface moves greatly. As a result, the center of the screen moves during zooming, and the phenomenon of image distortion appears. For example, the projection optical system proposed in Patent Document 5 is configured to perform focusing by moving a mirror in parallel, but a method for making the axial image point position substantially constant during focusing is disclosed. Therefore, it is difficult to achieve focusing with a substantially constant axial position.

特許文献1,2で提案されている投影光学系では、非軸光学系の共軸光学系部分の位置を変えることにより変倍が行われる。この変倍方法には、軸上の射出位置がズレないという利点がある。しかし、非軸配置されている部分の移動を伴わないため、非軸光学系の変倍を十分に実現しているとは言えない。また、物面と像面の一方又は両方が傾いた斜め投影光学系の場合、方向(例えば画面の縦横方向)に関係なく共軸部分の焦点距離を一律に変えると、ある焦点距離領域ではアナモフィック倍率の関係が崩れることになる。そのため、設計上の結像面(つまり、スクリーン面に相当する設計像面)と1次像点(つまり、共軸光学系での近軸像点に相当するピント位置)との関係を大きくずらすことにより、アナモフィックな倍率の関係を保つようにしている。しかし、この方法によると、設計上の結像面から1次像点が大きくずれている部分でデフォーカスの影響による性能の低下が生じてしまうため、高性能な投影光学系を実現することができない。   In the projection optical systems proposed in Patent Documents 1 and 2, zooming is performed by changing the position of the coaxial optical system portion of the non-axial optical system. This zooming method has the advantage that the injection position on the shaft does not shift. However, since the movement of the non-axially arranged portion is not accompanied, it cannot be said that the variable magnification of the non-axial optical system is sufficiently realized. Also, in the case of an oblique projection optical system in which one or both of the object plane and the image plane are tilted, if the focal length of the coaxial portion is uniformly changed regardless of the direction (for example, the vertical and horizontal directions of the screen), the anamorphic in a certain focal length region The relationship of magnification will be broken. Therefore, the relationship between the design image plane (that is, the design image plane corresponding to the screen surface) and the primary image point (that is, the focus position corresponding to the paraxial image point in the coaxial optical system) is greatly shifted. Thus, an anamorphic magnification relationship is maintained. However, according to this method, the performance is deteriorated due to the effect of defocus at a portion where the primary image point is greatly deviated from the designed image plane, so that a high-performance projection optical system can be realized. Can not.

特許文献3で提案されている投影光学系では、非軸配置のミラーがズーミング時に平行移動する構成になっており、特許文献4で提案されている投影光学系では、非軸配置のミラーがフォーカシング時に平行移動する構成になっている。非軸ミラーを移動させている点では、どちらも非軸光学系に適した変倍方法と言える。しかしながらこの方法では、移動させる非軸ミラーの構成部分に入射する軸上主光線と、移動させる非軸ミラーの構成部分から射出する軸上主光線と、を平行に設計しておくという、設計上の制約条件が必要になる。また、移動が軸上主光線に対して平行方向に行われるため、方向(例えば画面の縦横方向)によって、個々の焦点距離を自由に変化させることができない。その結果、特許文献1,2のように、ある焦点距離領域ではアナモフィック倍率の関係が崩れることになる。そのため、設計上の結像面と1次像点との関係を大きくずらすことにより、アナモフィックな倍率の関係を保つようにしている。しかし、この方法によると、設計上の結像面から1次像点が大きくずれている部分でデフォーカスの影響による性能の低下が生じてしまうため、高性能な投影光学系を実現することができない。   In the projection optical system proposed in Patent Document 3, the non-axis-arranged mirror is configured to move in parallel during zooming. In the projection optical system proposed in Patent Document 4, the non-axis-arranged mirror is focused. Sometimes it is configured to translate. In terms of moving the non-axis mirror, both are zooming methods suitable for non-axis optical systems. However, in this method, the axial chief ray incident on the component part of the non-axis mirror to be moved and the axial chief ray emitted from the component part of the non-axis mirror to be moved are designed in parallel. The restriction condition is necessary. Further, since the movement is performed in a direction parallel to the axial principal ray, individual focal lengths cannot be freely changed depending on the direction (for example, the vertical and horizontal directions of the screen). As a result, as in Patent Documents 1 and 2, the anamorphic magnification relationship is broken in a certain focal length region. Therefore, the relationship between the designed image plane and the primary image point is largely shifted to maintain the anamorphic magnification relationship. However, according to this method, the performance is deteriorated due to the effect of defocus at a portion where the primary image point is greatly deviated from the designed image plane, so that a high-performance projection optical system can be realized. Can not.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、非軸光学系による斜め投影において、像トビの発生なしに、非軸光学系の特長を活かした非軸光学系独特のズーミングやフォーカシングを可能とする高性能でコンパクトな投影光学系、及びそれを用いた投影型画像表示装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is a non-axis optical system that takes advantage of the characteristics of the non-axis optical system without causing image distortion in oblique projection by the non-axis optical system. It is an object of the present invention to provide a high-performance and compact projection optical system that enables unique zooming and focusing, and a projection-type image display device using the same.

上記目的を達成するために、第1の発明の投影光学系は、表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系であって、スクリーン面とスクリーン面へ入射する軸上主光線との成す角度が垂直ではなく、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを有し、前記反射ミラーを含む少なくとも1つの光学素子群の移動によって生じる前記光学素子群のパワー変化により、全系の焦点距離を変化させることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a projection optical system according to a first aspect of the present invention is a projection optical system for enlarging and projecting an image of a display element surface onto a screen surface, and is an axial principal ray incident on the screen surface and the screen surface. The rotational angle of the optical element group is not vertical but is eccentrically arranged and has a rotationally asymmetric reflection mirror, and the power change of the optical element group caused by the movement of at least one optical element group including the reflection mirror causes the entire system The focal length is changed.

第2の発明の投影光学系は、上記第1の発明において、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする。
30<|θimg|<70 …(1)
ただし、
θimg:スクリーン面の画面法線とスクリーン面へ入射する軸上主光線とが成す角度(°)、
である。
A projection optical system according to a second invention is characterized in that, in the first invention, the following conditional expression (1) is satisfied.
30 <| θimg | <70… (1)
However,
θimg: Angle (°) between the screen normal of the screen surface and the axial principal ray incident on the screen surface,
It is.

第3の発明の投影光学系は、上記第1又は第2の発明において、全系の焦点距離を変化させることにより、表示素子面とスクリーン面の位置をほぼ一定に保ったまま、拡大倍率を変化させるズーム光学系であることを特徴とする。   The projection optical system according to a third aspect of the present invention is the projection optical system according to the first or second aspect of the present invention, in which the enlargement magnification is increased while maintaining the positions of the display element surface and the screen surface substantially constant by changing the focal length of the entire system. It is a zoom optical system to be changed.

第4の発明の投影光学系は、上記第3の発明において、全系の焦点距離変化による、絶対値の最も小さい拡大倍率から任意の拡大倍率への変倍において、以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする。
2<|{(1/fA2)−(1/fA1)}/{(1/fG2)−(1/fG1)}|<200 …(2)
ただし、
fA1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの全系の焦点距離、
fA2:変倍後の全系の焦点距離、
fG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fG2:変倍後の、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
The projection optical system according to a fourth aspect of the present invention is the following conditional expression (2) in the third aspect of the present invention, in changing the magnification from the smallest absolute value to an arbitrary magnification by changing the focal length of the entire system. It is characterized by satisfying.
2 <| {(1 / fA2) − (1 / fA1)} / {(1 / fG2) − (1 / fG1)} | <200 (2)
However,
fA1: Focal length of the entire system when the absolute value of the magnification is the smallest,
fA2: focal length of the entire system after zooming,
fG1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror when the absolute value of the magnification is the smallest,
fG2: focal length of the optical element group including the reflecting mirror after zooming,
It is.

第5の発明の投影光学系は、上記第3又は第4の発明において、全系の焦点距離変化によるある焦点距離範囲での変倍において、以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする。
sign(fG1)×sign(fG2)<0 …(3)
ただし、
fG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fG2:変倍後の、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
A projection optical system according to a fifth invention is characterized in that, in the above third or fourth invention, the following conditional expression (3) is satisfied in zooming in a certain focal length range due to a change in focal length of the entire system. To do.
sign (fG1) × sign (fG2) <0… (3)
However,
fG1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror when the absolute value of the magnification is the smallest,
fG2: focal length of the optical element group including the reflecting mirror after zooming,
It is.

第6の発明の投影光学系は、上記第3〜第5のいずれか1つの発明において、全系の焦点距離変化による、絶対値の最も小さい拡大倍率から任意の拡大倍率への変倍において、以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする。
0.2<|(fA2/fA1)/{(LG2−LG1)/LG1}|<200 …(4)
ただし、
fA1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの全系の焦点距離、
fA2:変倍後の全系の焦点距離、
LG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときに、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面が、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線との交点で有する曲率、
LG2:変倍後に、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面が、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線との交点で有する曲率、
である。
The projection optical system according to a sixth aspect of the present invention is the projection optical system according to any one of the third to fifth aspects, wherein the magnification from the smallest absolute value to the arbitrary magnification is changed by changing the focal length of the entire system. The following conditional expression (4) is satisfied.
0.2 <| (fA2 / fA1) / {(LG2-LG1) / LG1} | <200 (4)
However,
fA1: Focal length of the entire system when the absolute value of the magnification is the smallest,
fA2: focal length of the entire system after zooming,
LG1: curvature that the surface on the most reduced side of the optical element group including the reflection mirror has an intersection with the axial principal ray incident on the optical element group including the reflection mirror when the absolute value of the magnification is the smallest,
LG2: the curvature of the most reduced surface of the optical element group including the reflecting mirror after zooming at the intersection with the axial principal ray incident on the optical element group including the reflecting mirror,
It is.

第7の発明の投影光学系は、上記第3〜第6のいずれか1つの発明において、全系の焦点距離変化による、絶対値の最も小さい拡大倍率から任意の拡大倍率への変倍において、以下の条件式(5)を満たすことを特徴とする。
10<|(fA2y/fA1y)/{(θG2−θG1)/θG1}|<150 …(5)
ただし、表示素子面の画面形状が長方形であり、その画面短辺方向をy方向とすると、
fA1y:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの全系のy方向の焦点距離、
fA2y:変倍後の全系のy方向の焦点距離、
θG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときに、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線が、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面との交点で有する入射角度(°)、
θG2:変倍後に、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線が、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面との交点で有する入射角度(°)、
である。
A projection optical system according to a seventh aspect of the present invention is the projection optical system according to any one of the third to sixth aspects described above, in changing the magnification from the smallest absolute value to an arbitrary magnification by changing the focal length of the entire system. The following conditional expression (5) is satisfied.
10 <| (fA2y / fA1y) / {(θG2−θG1) / θG1} | <150 (5)
However, if the screen shape of the display element surface is a rectangle and the screen short side direction is the y direction,
fA1y: focal length in the y direction of the entire system when the absolute value of the magnification is the smallest,
fA2y: focal length in the y direction of the entire system after zooming,
θG1: An incident angle that an axial chief ray incident on the optical element group including the reflecting mirror has at the intersection with the most reduced surface of the optical element group including the reflecting mirror when the absolute value of the magnification is the smallest ( °),
θG2: after zooming, the incident angle (°) at which the axial principal ray incident on the optical element group including the reflecting mirror has an intersection with the most reduced surface of the optical element group including the reflecting mirror,
It is.

第8の発明の投影光学系は、上記第1又は第2の発明において、全系の焦点距離を変化させることにより、異なるスクリーン面位置にピントを合わせるフォーカシング機能を有することを特徴とする。   A projection optical system according to an eighth aspect of the invention is characterized in that, in the first or second aspect of the invention, a focusing function is provided for focusing on different screen surface positions by changing the focal length of the entire system.

第9の発明の投影光学系は、上記第8の発明において、全系の焦点距離変化によるフォーカシングにおいて、以下の条件式(6)を満たすことを特徴とする。
8<|{(1/fa2)−(1/fa1)}/{(1/f1g)−(1/fg2)}|<40 …(6)
ただし、
fa1:最も近いスクリーン面位置にフォーカスした最近接投影状態での全系の焦点距離、
fa2:最も遠いスクリーン面位置にフォーカスした遠距離投影状態での全系の焦点距離、
fg1:最も近いスクリーン面位置にフォーカスした最近接投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fg2:最も遠いスクリーン面位置にフォーカスした遠距離投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
A projection optical system according to a ninth aspect is characterized in that, in the eighth aspect, the following conditional expression (6) is satisfied in focusing by a change in focal length of the entire system.
8 <| {(1 / fa2)-(1 / fa1)} / {(1 / f1g)-(1 / fg2)} | <40 (6)
However,
fa1: the focal length of the entire system in the closest projection state focused on the closest screen surface position,
fa2: the focal length of the entire system in the long-distance projection state focused on the farthest screen surface position,
fg1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the closest projection state focused on the closest screen surface position,
fg2: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the long-distance projection state focused on the farthest screen surface position,
It is.

第10の発明の投影光学系は、上記第8又は第9の発明において、全系の焦点距離変化によるある焦点距離範囲でのフォーカシングにおいて、以下の条件式(7)を満たすことを特徴とする。
sign(fg1)×sign(fg2)<0 …(7)
ただし、
fg1:最も近いスクリーン面位置にフォーカスした最近接投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fg2:最も遠いスクリーン面位置にフォーカスした遠距離投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
A projection optical system according to a tenth aspect of the invention is characterized in that, in the above-described eighth or ninth aspect, the following conditional expression (7) is satisfied in focusing in a certain focal length range due to a change in focal length of the entire system: .
sign (fg1) × sign (fg2) <0… (7)
However,
fg1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the closest projection state focused on the closest screen surface position,
fg2: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the long-distance projection state focused on the farthest screen surface position,
It is.

第11の発明の投影型画像表示装置は、2次元画像を形成する表示素子と、その表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系と、を備えた投影型画像表示装置であって、前記投影光学系が、上記第1〜第10のいずれか1つの発明に係る投影光学系であることを特徴とする。   A projection type image display apparatus according to an eleventh aspect of the invention is a projection type image display apparatus comprising a display element for forming a two-dimensional image and a projection optical system for enlarging and projecting an image of the display element surface onto a screen surface. The projection optical system is a projection optical system according to any one of the first to tenth inventions.

本発明によれば、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを含む少なくとも1つの光学素子群の移動によって生じる前記光学素子群のパワー変化により、全系の焦点距離が変化するので、投影光学系の高性能化とコンパクト化を達成しながら、非軸光学系による斜め投影において像トビの発生なしに、非軸光学系の特長を活かした非軸光学系独特のズーミングやフォーカシングを行うことができる。   According to the present invention, since the focal length of the entire system changes due to the power change of the optical element group caused by the movement of at least one optical element group including the rotationally asymmetric reflecting mirror arranged eccentrically, the projection optical system While achieving high performance and compactness, it is possible to perform zooming and focusing unique to non-axis optical systems that take advantage of the characteristics of non-axis optical systems without causing image distortion in oblique projection with non-axis optical systems. .

以下、本発明に係る投影光学系の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る投影光学系は、表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系であって、スクリーン面とスクリーン面へ入射する軸上主光線との成す角度が垂直ではなく、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを有し、前記反射ミラーを含む少なくとも1つの光学素子群の移動によって生じる前記光学素子群のパワー変化により、全系の焦点距離を変化させるものである。スクリーン面とスクリーン面へ入射する軸上主光線との成す角度が垂直ではない、いわゆる斜め投影光学系の構成を採用しているため、スクリーンの大画面化を達成しながら、投影光学系からスクリーンまでの距離を短縮することができる。また、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを用いて光路を折り曲げる構成を採用しているため、投影空間の縮小とスクリーンの大画面化を達成しながら、共軸光学系よりもはるかにコンパクトな投影光学系を実現することができる。   Embodiments of a projection optical system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The projection optical system according to the present invention is a projection optical system that enlarges and projects an image of the display element surface on the screen surface, and the angle formed between the screen surface and the axial principal ray incident on the screen surface is not vertical, It has a rotationally asymmetric reflecting mirror arranged eccentrically, and changes the focal length of the entire system by the power change of the optical element group caused by the movement of at least one optical element group including the reflecting mirror. The angle between the screen surface and the axial principal ray incident on the screen surface is not vertical, so a so-called oblique projection optical system configuration is adopted. Can be shortened. In addition, because the optical path is bent using a rotationally asymmetric reflecting mirror with an eccentric arrangement, the projection space is reduced and the screen is enlarged, while being much more compact than a coaxial optical system. A projection optical system can be realized.

さらに、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを含む少なくとも1つの光学素子群の移動によって生じる前記光学素子群のパワー変化により、投影光学系の焦点距離を変化させる構成を採用しているため、像トビの発生がない、非軸光学系の特長を活かした非軸光学系独特のズーミングやフォーカシングが可能となる。従来より知られている回転対称な共軸光学系では、光学系全体の焦点距離を変える方法として、光学面,光学素子等の間隔を変化させることにより、その合成焦点距離を変化させる方法が採用されている。この場合、焦点距離を変化させるために、変化させる間隔のスペースを確保する必要があるため、コンパクトな光学系を実現することは難しい。非軸光学系の場合でも共軸光学系と同様、光学面,光学素子等の間隔を変化させることにより、その合成焦点距離を変えることは可能である。しかしながら、非軸光学系の場合、光学面自体又は光学素子自体のパワーを変化させることも可能であり、それによって、光学系全体の焦点距離を変化させることが可能である。光学面自体又は光学素子自体のパワーを変化させるためには、例えば光学素子を移動させればよく、光線と光学面との交点を変化させることにより、焦点距離を変化させることが可能となる。   Furthermore, because the focal length of the projection optical system is changed by the power change of the optical element group caused by the movement of at least one optical element group including the rotationally asymmetric reflecting mirror arranged eccentrically, This makes it possible to perform zooming and focusing unique to non-axis optical systems that take advantage of the features of non-axis optical systems without image distortion. In a conventionally known rotationally symmetric coaxial optical system, a method of changing the combined focal length by changing the distance between the optical surface and the optical element is adopted as a method of changing the focal length of the entire optical system. Has been. In this case, in order to change the focal length, it is necessary to secure a space of the changing interval, so it is difficult to realize a compact optical system. Even in the case of a non-axial optical system, the composite focal length can be changed by changing the distance between the optical surface, the optical elements, etc., as in the coaxial optical system. However, in the case of a non-axis optical system, the power of the optical surface itself or the optical element itself can be changed, thereby changing the focal length of the entire optical system. In order to change the power of the optical surface itself or the optical element itself, for example, the optical element may be moved, and the focal length can be changed by changing the intersection of the light beam and the optical surface.

非軸ミラーの焦点距離(言い換えればパワー)を変える方法を、以下に詳しく説明する。ここでは、式や説明を容易にするために、1面対称な光学系(Y―Z面対称光学系)を用いて説明する(図22,図23)。ここでは、非軸ミラーのパワーを1面の非軸光学面のパワーに代表させて考える。図22に示すように、非軸の光学面Srで屈折系が構成される場合を考えるが、反射系の場合はその特別の場合として屈折系と同様に考えることができる。物体中心から絞り中心を通り設計像面中心に至る軸上主光線をベースレイLBとし、光学面SrにベースレイLBが入射する前の媒質の屈折率をnとし、入射した後の媒質の屈折率をndとする。光学面SrへのベースレイLBの入射角度をθsとし、光学面SrからのベースレイLBの射出角度をθsdとする。また、ベースレイLBと光学面Srとの交点OsにおけるX方向の局所曲率をC11とし、Y方向の局所曲率をC22とする。また、{n・cos(θs)−nd・cos(θsd)}=Sとする。ベースレイLBと光学面Srとの交点OsにおけるX方向,Y方向のそれぞれのパワーφX,φYは、以下の式(Fr1),(Fr2)で表される。
φX=−S・C11 …(Fr1)
φY=−S・C22/{cos(θs)・cos(θsd)} …(Fr2)
A method for changing the focal length (in other words, power) of the non-axis mirror will be described in detail below. Here, in order to facilitate formulas and explanation, description will be made using a one-plane symmetric optical system (YZ plane symmetric optical system) (FIGS. 22 and 23). Here, the power of the non-axis mirror is considered to be representative of the power of one non-axis optical surface. As shown in FIG. 22, a case where the refraction system is configured by the non-axial optical surface Sr is considered, but in the case of the reflection system, it can be considered as a special case in the same manner as the refraction system. The axial principal ray from the center of the object through the center of the stop to the center of the design image plane is defined as the base ray LB, the refractive index of the medium before the base ray LB is incident on the optical surface Sr is n, and the refraction of the medium after the incidence is made. Let nd be the rate. The incident angle of the base ray LB to the optical surface Sr is θs, and the emission angle of the base ray LB from the optical surface Sr is θsd. Further, the local curvature in the X direction at the intersection Os between the base ray LB and the optical surface Sr is C11, and the local curvature in the Y direction is C22. Also, {n · cos (θs) −nd · cos (θsd)} = S. The powers φX and φY in the X and Y directions at the intersection Os between the base ray LB and the optical surface Sr are expressed by the following equations (Fr1) and (Fr2).
φX = -S · C11 (Fr1)
φY = −S · C22 / {cos (θs) · cos (θsd)} (Fr2)

反射系の場合、Sの計算において、n=ndとし、θs=−θsdとすれば、S=2cos(θs)となる。さらに、φYの分母がcos(θs)の2乗になる。例えば、光学面Srを移動させると、ベースレイLBと光学面Srとの交点Osの位置が変化し、光学面Srが非球面又は自由曲面の場合、X方向,Y方向の局所曲率C11,C22を変化させることができる。また、光学面Srの移動等により、ベースレイLBの入射角度θsが変わると、式(Fr2)のθsとθsdの値を変化させることができる。それにより、その光学面Srでのパワーを変化させることができる。   In the case of a reflection system, in the calculation of S, if n = nd and θs = −θsd, then S = 2 cos (θs). Furthermore, the denominator of φY is the square of cos (θs). For example, when the optical surface Sr is moved, the position of the intersection Os between the base ray LB and the optical surface Sr changes, and when the optical surface Sr is an aspherical surface or a free-form surface, local curvatures C11 and C22 in the X direction and the Y direction are obtained. Can be changed. Further, when the incident angle θs of the base ray LB changes due to the movement of the optical surface Sr, the values of θs and θsd in the equation (Fr2) can be changed. Thereby, the power at the optical surface Sr can be changed.

さらに、2面の非軸光学面の合成パワーを考える。図23に示すように、第1の光学面のX方向,Y方向のパワーをそれぞれφ1X,φ1Yとし、第2の光学面のX方向,Y方向のパワーをそれぞれφ2X,φ2Yとする。第1の光学面に関する入射角度,射出角度をそれぞれθ1,θ1Pとし、第2の光学面に関する入射角度,射出角度をそれぞれθ2,θ2Pとする。また、ベースレイLBに沿って測った第1の光学面の後側主点と第2の光学面の前側主点との間隔を、X方向をd2Xとし、Y方向をd2Yとする。Y―Z面に関して対称な光学系の場合、d2Xは各光学面の主光線との交点間の軸上主光線に沿って測った距離と等しくなる。それに対してY方向では、光学面と主光線との交点、及び主点位置は、屈折系の場合は通常一致せず、反射面の場合は一致する。したがって、2つの光学面の合成パワーを、X方向についてφ(1+2)Xとし、Y方向についてφ(1+2)Yとすると、合成パワーφ(1+2)X,φ(1+2)Yは、以下の式(Fr3),(Fr4)でそれぞれ表される(n2:2面間の屈折率)。
φ(1+2)X=φ1X+φ2X−(d2X/n2)・φ1X・φ2X …(Fr3)
φ(1+2)Y={cos(θ2)/cos(θ2P)}φ1Y+{cos(θ1P)/cos(θ1)}φ2Y−(d2Y/n2)φ1Y・φ2Y …(Fr4)
Further, consider the combined power of the two non-axial optical surfaces. As shown in FIG. 23, the powers in the X direction and Y direction of the first optical surface are φ1X and φ1Y, respectively, and the powers in the X direction and Y direction of the second optical surface are φ2X and φ2Y, respectively. The incident angle and exit angle for the first optical surface are θ1 and θ1P, respectively, and the incident angle and exit angle for the second optical surface are θ2 and θ2P, respectively. Further, the distance between the rear principal point of the first optical surface and the front principal point of the second optical surface measured along the base ray LB is defined as d2X in the X direction and d2Y in the Y direction. In the case of an optical system that is symmetric with respect to the YZ plane, d2X is equal to the distance measured along the axial principal ray between the intersection points with the principal ray of each optical surface. On the other hand, in the Y direction, the intersection between the optical surface and the principal ray, and the principal point position do not normally match in the case of a refractive system, and match in the case of a reflection surface. Therefore, if the combined power of the two optical surfaces is φ (1 + 2) X in the X direction and φ (1 + 2) Y in the Y direction, the combined powers φ (1 + 2) X and φ (1 + 2) Y are expressed by the following equations: Represented by (Fr3) and (Fr4), respectively (n2: refractive index between two surfaces).
φ (1 + 2) X = φ1X + φ2X− (d2X / n2) · φ1X · φ2X (Fr3)
φ (1 + 2) Y = {cos (θ2) / cos (θ2P)} φ1Y + {cos (θ1P) / cos (θ1)} φ2Y− (d2Y / n2) φ1Y · φ2Y (Fr4)

共軸光学系の場合は光学素子間の間隔変化のみがパワーの変化となるが、非軸光学系の場合は上記式(Fr3),(Fr4)より、各面のパワー変化の寄与が大きい。例えば、Y方向の面の傾き(つまり回転角度)を変化させることにより、Y方向のパワーを大きく変化させることが可能であることが分かる。したがって、X方向とY方向の焦点距離の比を変えることができ、これにより倍率のアナモ比を補正することが容易になる。また、この関係を満たすような光学面の移動を行い、軸上主光線の通過位置を適切に設定することにより、ズーミング,フォーカシングのために軸上主光線の入射光線と射出光線を平行にするという制約が必要なくなり、設計の自由度が増す。さらに、非軸光学系の光路の折りたたみ効果を最大限に利用した設計が可能となるため、薄型の光学系を実現することができる。   In the case of the coaxial optical system, only the change in the distance between the optical elements becomes the change in the power, but in the case of the non-axial optical system, the contribution of the power change on each surface is larger than the above formulas (Fr3) and (Fr4). For example, it can be seen that the power in the Y direction can be greatly changed by changing the inclination (that is, the rotation angle) of the surface in the Y direction. Therefore, the ratio of the focal lengths in the X direction and the Y direction can be changed, which makes it easy to correct the magnification anamorphic ratio. Also, by moving the optical surface so as to satisfy this relationship and appropriately setting the passing position of the axial principal ray, the incident light and the outgoing ray of the axial principal ray are made parallel for zooming and focusing. This eliminates the need for restrictions and increases the degree of design freedom. Furthermore, since the design that makes the best use of the folding effect of the optical path of the non-axis optical system is possible, a thin optical system can be realized.

また、屈折系の場合と比較すると、用いる光学面の曲率が同じでも、反射面を用いた場合の方がそのパワーを2〜4倍強くすることができる。さらに、大きくパワーを変化させる場合、屈折系の場合は色収差が大きく発生するため、その補正のための光学素子が必要になり、かえって光学系が大型化してしまう。特に、非軸対称な色収差の補正はかなり複雑であるため、高性能を維持しながら焦点距離を大きく変化させるには反射面を用いる方が有利である。   Moreover, compared with the case of a refractive system, even when the curvature of the optical surface to be used is the same, the power can be increased by 2 to 4 times when the reflecting surface is used. Further, when the power is greatly changed, a chromatic aberration is greatly generated in the case of a refractive system, so that an optical element for the correction is required, and the optical system is enlarged. In particular, since correction of non-axisymmetric chromatic aberration is quite complicated, it is more advantageous to use a reflecting surface in order to greatly change the focal length while maintaining high performance.

ここでは、説明を簡単にするため、Y−Z面対称の場合を例に挙げたが、面対称でない場合(いわゆるねじれの場合)でもその考え方は同じである。ただし、ねじれがある場合には、ねじれのある面での入射面の回転の影響を回転行列で与えて対角化する演算を行えば、その光学面での入射面とそれに垂直な方向で1次量が極値をとることになる。1次量は、入射面の回転という形をとりながら各面を移行していく。したがって、非軸ミラーを含む光学素子群の焦点距離を変えることにより全系の焦点距離を変化させることが、非軸斜め投影光学系の変倍を行う上で非常に有効である。   Here, in order to simplify the explanation, the case of YZ plane symmetry is taken as an example, but the idea is the same even when it is not plane symmetry (so-called torsion). However, in the case where there is a twist, if the calculation of diagonalizing by giving the influence of the rotation of the incident surface on the twisted surface by a rotation matrix is performed, 1 is obtained in the direction perpendicular to the incident surface on the optical surface. The next quantity takes an extreme value. The primary amount shifts each surface while taking the form of rotation of the incident surface. Therefore, changing the focal length of the entire system by changing the focal length of the optical element group including the non-axis mirror is very effective in changing the magnification of the non-axis oblique projection optical system.

上記観点から、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを有する投影光学系にあっては、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを有し、その反射ミラーを含む少なくとも1つの光学素子群の移動によって生じる光学素子群のパワー変化により、全系の焦点距離を変化させることが好ましい。この構成により、高性能かつコンパクトな構成でありながら、非軸光学系による斜め投影において、像トビの発生なしに、非軸光学系に適したズーミングやフォーカシングを行うことが可能となる。このように非軸光学系の部分に特徴のある投影光学系において、更なる性能向上,小型化等を達成する上で望ましい条件、その他の有効な構成を以下に説明する。なお、投影光学系の全体において基準とする座標系は直交座標系(x,y,z)とし、特に断らない限り、各方向を以下のようにとる。z方向は、表示素子面の画面法線方向とする。x方向は、スクリーンへ向かう軸上主光線とスクリーン面の法線が成す平面に垂直な方向とする。y方向は、x方向とz方向に垂直な方向とする。   From the above viewpoint, a projection optical system having a rotationally asymmetric reflecting mirror arranged eccentrically has a rotationally asymmetric reflecting mirror arranged eccentrically, and includes at least one optical element group including the reflecting mirror. It is preferable to change the focal length of the entire system by changing the power of the optical element group caused by the movement. With this configuration, it is possible to perform zooming and focusing suitable for the non-axis optical system in the oblique projection by the non-axis optical system without causing image distortion, while having a high-performance and compact configuration. In the projection optical system characterized by the non-axis optical system as described above, conditions desirable for achieving further performance improvement and downsizing, and other effective configurations will be described below. The reference coordinate system in the whole projection optical system is an orthogonal coordinate system (x, y, z), and unless otherwise specified, each direction is taken as follows. The z direction is the screen normal direction of the display element surface. The x direction is a direction perpendicular to the plane formed by the axial principal ray toward the screen and the normal of the screen surface. The y direction is a direction perpendicular to the x direction and the z direction.

斜め投影による効果を得る上で、以下の条件式(1)を満たすことが望ましい。
30<|θimg|<70 …(1)
ただし、
θimg:スクリーン面の画面法線とスクリーン面へ入射する軸上主光線とが成す角度(°)、
である。
In order to obtain the effect of oblique projection, it is desirable to satisfy the following conditional expression (1).
30 <| θimg | <70… (1)
However,
θimg: Angle (°) between the screen normal of the screen surface and the axial principal ray incident on the screen surface,
It is.

投影光学系を薄型化するには、スクリーン面を傾けることが効果的である。条件式(1)の下限を下回ると、斜め投影度合いが弱まり、薄型化の効果が小さくなる。逆に、条件式(1)の上限を上回ると、斜め投影度合いが強くなりすぎて、投影光学系の実質的な画角が広くなり、歪曲や像面湾曲の補正が困難になる。   In order to reduce the thickness of the projection optical system, it is effective to tilt the screen surface. If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the oblique projection degree becomes weak and the effect of thinning becomes small. On the contrary, if the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the oblique projection degree becomes too strong, the substantial angle of view of the projection optical system becomes wide, and it becomes difficult to correct distortion and curvature of field.

本発明に係る投影光学系は、前述したように全系の焦点距離を変化させることにより、表示素子面とスクリーン面の位置をほぼ一定に保ったまま、拡大倍率を変化させるズーム光学系であることが望ましい。非軸光学系の場合、光学面や光学要素を単純に移動させただけでは、全系の焦点距離が変化するとともに、軸上主光線及び像面の位置並びに像面への入射角度が変化してしまう。しかし、非軸光学系であっても、スクリーンへ向かう軸上主光線の位置と方向を変えないように、一部の光学素子を移動させることは可能である。これを具体的に説明する(図18〜図21)。   The projection optical system according to the present invention is a zoom optical system that changes the magnification while maintaining the positions of the display element surface and the screen surface substantially constant by changing the focal length of the entire system as described above. It is desirable. In the case of a non-axial optical system, simply moving the optical surface or optical element changes the focal length of the entire system, and changes the axial principal ray and the position of the image plane and the incident angle on the image plane. End up. However, even in a non-axis optical system, it is possible to move some optical elements so as not to change the position and direction of the axial principal ray toward the screen. This will be specifically described (FIGS. 18 to 21).

説明を簡単にするため、投影光学系は平面対称であるものとし、その対称面上を軸上主光線が通過するものとする。また、対称面に対して垂直な方向をX方向とし、それに垂直な方向(つまり対称面に対して平行な方向)をY方向とする。図18〜図21において、M1,M2は偏芯配置された2枚の曲面ミラー、SLはスクリーン面であり、LAはスクリーン面SLへ向かう軸上主光線である。ズーミング又はフォーカシングのためにミラーM1,M2が移動し、その移動前の焦点距離状態Iから移動後の焦点距離状態IIへと全系の焦点距離が変化するものとする。図18〜図21において、破線は焦点距離状態IのミラーM1,M2の配置を示しており、太い実線は焦点距離状態IIのミラーM1,M2の配置を示している。また、一点鎖線は軸上主光線LAとミラーM1,M2との交点における面法線を示している。   In order to simplify the explanation, it is assumed that the projection optical system is plane symmetric, and the axial principal ray passes through the plane of symmetry. Further, the direction perpendicular to the symmetry plane is defined as the X direction, and the direction perpendicular thereto (that is, the direction parallel to the symmetry plane) is defined as the Y direction. 18 to 21, M1 and M2 are two curved mirrors arranged eccentrically, SL is a screen surface, and LA is an axial principal ray toward the screen surface SL. It is assumed that the mirrors M1 and M2 move for zooming or focusing, and the focal length of the entire system changes from the focal length state I before the movement to the focal length state II after the movement. 18 to 21, the broken line indicates the arrangement of the mirrors M1 and M2 in the focal length state I, and the thick solid line indicates the arrangement of the mirrors M1 and M2 in the focal length state II. A one-dot chain line indicates a surface normal at the intersection of the axial principal ray LA and the mirrors M1 and M2.

図18と図19は、2枚のミラーM1,M2を単純に平行移動させた場合の光路変化を示している。図18では、2枚のミラーM1,M2が同時に同じ方向に平行移動しており、図19では、2枚のミラーM1,M2が別々の方向に異なる量だけ平行移動している。両者とも、ミラーM2から射出する軸上主光線LAの位置と方向が、焦点距離状態Iと焦点距離状態IIとで異なっている。したがって、ズーミングやフォーカシングによってスクリーン面SL上で像面中心が移動してしまい、いわゆる像トビの現象が現れることになる。   18 and 19 show optical path changes when the two mirrors M1 and M2 are simply translated. In FIG. 18, the two mirrors M1, M2 are simultaneously translated in the same direction, and in FIG. 19, the two mirrors M1, M2 are translated in different directions by different amounts. In both cases, the focal length state I and the focal length state II differ in the position and direction of the axial principal ray LA emitted from the mirror M2. Therefore, the center of the image plane moves on the screen surface SL due to zooming or focusing, and a so-called image jump phenomenon appears.

図20は、ミラーM2から射出する軸上主光線の位置と方向が変化しないように、2枚のミラーM1,M2を独立に平行移動だけさせた場合の光路変化を示している。この場合、各面のパワー(焦点距離の逆数で定義される量)は変わらず、投影光学系の焦点距離を変化させるのは面間距離の変化のみである。非軸光学系の場合の焦点距離を変化させる方法では、共軸光学系の場合とは異なり、面間距離の変化だけではなく、その面自身のパワーの変化も投影光学系の焦点距離変化に寄与することが可能である。そうすることにより、非軸光学系のメリットを活かすことができる。また、非軸光学系では偏芯配置された光学素子(又は光学面)の焦点距離が方向により異なるため、ある面間距離を変化させた場合、全系の焦点距離の変化量は方向により異なる。投影光学系は有限系であるため、倍率の変化は方向(例えば、縦方向・横方向に相当するY方向・X方向)によって異なる。したがって、アナモ比をほぼ一定にした変倍は困難になる。特に物面や像面が傾いた斜め投影光学系の場合では、物面や像面の傾きの影響が倍率に及ぶため、アナモ比を一定にした変倍は更に困難になる。   FIG. 20 shows the optical path change when the two mirrors M1 and M2 are only translated independently so that the position and direction of the axial principal ray emitted from the mirror M2 do not change. In this case, the power of each surface (an amount defined by the reciprocal of the focal length) does not change, and only the change in the inter-surface distance changes the focal length of the projection optical system. Unlike the coaxial optical system, the method of changing the focal length in the case of a non-axial optical system not only changes the distance between the planes, but also changes the power of the plane itself to change the focal length of the projection optical system. It is possible to contribute. By doing so, the merit of a non-axis optical system can be utilized. Also, in non-axis optical systems, the focal length of the eccentrically arranged optical element (or optical surface) varies depending on the direction, so when the distance between certain planes is changed, the amount of change in the focal length of the entire system varies depending on the direction. . Since the projection optical system is a finite system, the change in magnification differs depending on the direction (for example, Y direction and X direction corresponding to the vertical direction and the horizontal direction). Therefore, it is difficult to change the magnification while keeping the anamorphic ratio substantially constant. In particular, in the case of an oblique projection optical system in which the object surface and the image surface are inclined, the influence of the inclination of the object surface and the image surface reaches the magnification.

なお、上記のような変倍において、倍率のアナモ比を一定にするために、X方向とY方向とで1次結像位置と設計像面位置とを乖離させる方法により、倍率を制御する方法が知られている。しかし、収差がほぼ補正された高性能の投影光学系の場合、1次結像位置に最良のピント位置があるため、その最良ピント位置から設計像面位置をずらすことにより倍率を合わせると、結像性能が低くなってしまう。   In the above zooming, a method of controlling the magnification by a method of separating the primary imaging position and the design image plane position in the X direction and the Y direction in order to make the anamorphic ratio of the magnification constant. It has been known. However, in the case of a high-performance projection optical system in which aberrations are almost corrected, the primary focus position has the best focus position. Therefore, if the magnification is adjusted by shifting the design image plane position from the best focus position, Image performance is lowered.

図21は、ミラーM1,M2の移動に回転移動を加えることにより、全系の焦点距離を変化させた場合の光路変化を示している。この場合、偏芯配置されたミラーM1,M2の平行移動と回転移動を行うことにより、スクリーンへ向かう軸上主光線LAを一定にしながら、各面のパワーと面間隔を変化させている。これにより全系の焦点距離が変化するので、投影倍率を所望の値へと変化させることができる。この方法を採用すると変倍の自由度が上がるため、高性能を維持しながら全系の焦点距離を変化させる変倍が可能となる。そして、この方法を採用すると、スクリーンへ向かう軸上主光線の位置と方向を変えずに、投影光学系全体の焦点距離を変化させることができる。したがって、スクリーンを一定の位置で固定した場合に、全系の焦点距離を変化させることにより投影倍率を変えても、スクリーンへ向かう軸上主光線の位置と方向が変わらないため、軸上の像が移動する(つまり位置を変える)ことはない。   FIG. 21 shows an optical path change when the focal length of the entire system is changed by adding a rotational movement to the movement of the mirrors M1 and M2. In this case, by performing parallel movement and rotational movement of the eccentrically arranged mirrors M1 and M2, the power and the surface interval of each surface are changed while the axial principal ray LA toward the screen is kept constant. This changes the focal length of the entire system, so that the projection magnification can be changed to a desired value. If this method is adopted, the degree of freedom of zooming increases, so zooming that changes the focal length of the entire system while maintaining high performance becomes possible. If this method is employed, the focal length of the entire projection optical system can be changed without changing the position and direction of the axial principal ray toward the screen. Therefore, when the screen is fixed at a fixed position, even if the projection magnification is changed by changing the focal length of the entire system, the position and direction of the axial principal ray toward the screen does not change. Will not move (ie change position).

例えば、1次像点位置上にスクリーン面がある場合を考える。全系の焦点距離が変化する前と後の状態をそれぞれ焦点距離状態I,IIとする。表示素子面の画面法線と、表示素子面から射出する軸上主光線と、が成す角度をθobjとし、スクリーン面の画面法線と、スクリーン面へ入射する軸上主光線と、が成す角度をθimgとする。偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを含む光学素子群を移動させ、それによって生じる光学素子群のパワー変化を利用する方法によれば、焦点距離状態Iと焦点距離状態IIとで、これらの角度θobj,θimgが変わらないように焦点距離を変化させることが可能である。   For example, consider the case where the screen surface is on the primary image point position. The states before and after the change of the focal length of the entire system are referred to as focal length states I and II, respectively. The angle formed by the screen normal of the display element surface and the axial principal ray emitted from the display element surface is θobj, and the angle formed by the screen normal of the screen surface and the axial principal ray incident on the screen surface Is θimg. According to the method of moving the optical element group including the rotationally asymmetric reflecting mirror arranged eccentrically and utilizing the power change of the optical element group generated thereby, in the focal length state I and the focal length state II, The focal length can be changed so that the angles θobj and θimg do not change.

ある方向、例えばy方向について考える。焦点距離状態Iの場合のy方向の焦点距離をfyIとし、表示素子面から投影光学系全体の前側焦点まで軸上主光線に沿って測った距離をXyIとする。また、焦点距離状態IIの場合のy方向の焦点距離をfyIIとし、表示素子面から投影光学系全体の前側焦点まで軸上主光線に沿って測った距離をXyIIとする。このとき、焦点距離状態I,IIでのy方向の投影倍率βyI,βyIIは、以下の式(Fr5),(Fr6)でそれぞれ表される。
βyI=(-1)×fyI/XyI×(cos(θimg)/cos(θobj)) …(Fr5)
βyII=(-1)×fyII/XyII×(cos(θimg)/cos(θobj)) …(Fr6)
Consider a certain direction, such as the y direction. The focal length in the y direction in the focal length state I is fyI, and the distance measured along the axial principal ray from the display element surface to the front focal point of the entire projection optical system is XyI. Further, the focal length in the y direction in the focal length state II is fyII, and the distance measured along the axial principal ray from the display element surface to the front focal point of the entire projection optical system is XyII. At this time, the projection magnifications βyI and βyII in the y direction in the focal length states I and II are expressed by the following equations (Fr5) and (Fr6), respectively.
βyI = (− 1) × fyI / XyI × (cos (θimg) / cos (θobj)) (Fr5)
βyII = (-1) × fyII / XyII × (cos (θimg) / cos (θobj)) (Fr6)

式(Fr5),(Fr6)から分かるように、全系の焦点距離を変化させることにより、スクリーンを一定にしたまま変倍を行うことが可能である。スクリーンを一定にしたまま変倍が可能であると、一時的に拡大投影する場合や空間が限定された部屋でプロジェクターを使用する場合(例えば、スクリーン位置、プロジェクター位置、スクリーンとプロジェクターとの間隔等が制約を受けている場合)にも、所望の拡大倍率を実現することができる。   As can be seen from the equations (Fr5) and (Fr6), it is possible to change the magnification while keeping the screen constant by changing the focal length of the entire system. When scaling is possible with the screen kept constant, when temporarily enlarging projection or when using the projector in a room with limited space (for example, screen position, projector position, distance between screen and projector, etc.) Can also achieve the desired magnification.

全系の焦点距離変化による、絶対値の最も小さい拡大倍率から任意の拡大倍率への変倍において、以下の条件式(2)を満たすことが望ましい。
2<|{(1/fA2)−(1/fA1)}/{(1/fG2)−(1/fG1)}|<200 …(2)
ただし、
fA1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの全系の焦点距離、
fA2:変倍後の全系の焦点距離、
fG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fG2:変倍後の、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
It is desirable that the following conditional expression (2) is satisfied in changing the magnification from the smallest absolute value to an arbitrary magnification by changing the focal length of the entire system.
2 <| {(1 / fA2) − (1 / fA1)} / {(1 / fG2) − (1 / fG1)} | <200 (2)
However,
fA1: Focal length of the entire system when the absolute value of the magnification is the smallest,
fA2: focal length of the entire system after zooming,
fG1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror when the absolute value of the magnification is the smallest,
fG2: focal length of the optical element group including the reflecting mirror after zooming,
It is.

条件式(2)は、全系の焦点距離を変化させるときの光学素子群の焦点距離の変化の割合について、好ましい条件範囲を規定している。非軸光学系の場合、光学素子自体又は光学面自体の焦点距離を変化させることが、全系の焦点距離を変化させるために有効であることは、既に述べた通りである。そして、焦点距離を変化させる場合、光学素子間又は光学面間の間隔を変える効果と合わせることが非常に有効である。例えば、光学面への入射角度を大きく変えると、その光学面の焦点距離(パワー)を大きく変えることができる。しかしながら、光学面に対する光線の傾きが大きく変化すると、収差変動、特に非対称な収差が大きく変化するため、性能が大きく低下することになる。光学面間の変化は、例えば、アフォーカルな光線配置の場合、その方向に面間隔を変化させても、球面収差はあまり変化しない。しかしながら、大きく面間隔が変化すると、パワー配置が大きく変化することにより、歪曲の大きな変化や斜め光線(軸外光線)に発生する非点収差等の大きな変化が発生し、性能の低下を招いてしまう。したがって、面自体の焦点距離の変化と面間隔の変化とを合わせて、全系の焦点距離を変化させることが望ましい。   Conditional expression (2) defines a preferable condition range for the ratio of the change in the focal length of the optical element group when the focal length of the entire system is changed. As described above, in the case of a non-axis optical system, changing the focal length of the optical element itself or the optical surface itself is effective for changing the focal length of the entire system. And when changing a focal distance, it is very effective to match | combine with the effect which changes the space | interval between optical elements or optical surfaces. For example, if the incident angle on the optical surface is greatly changed, the focal length (power) of the optical surface can be greatly changed. However, when the inclination of the light beam with respect to the optical surface changes greatly, aberration fluctuations, particularly asymmetric aberrations, change greatly, and the performance is greatly reduced. For example, in the case of an afocal arrangement of light rays, the spherical aberration does not change much even if the surface interval is changed in that direction. However, when the surface separation changes greatly, the power arrangement changes greatly, which causes a large change in distortion and a large change such as astigmatism that occurs in oblique rays (off-axis rays), leading to performance degradation. End up. Therefore, it is desirable to change the focal length of the entire system by combining the change of the focal length of the surface itself and the change of the surface interval.

条件式(2)の下限を越えて、光学素子群の焦点距離の変化が大きくなりすぎると、その光学素子又は光学面で発生する非対称な収差(特に、偏芯非点収差)の変動が大きくなるため、性能が低下してしまう。逆に、条件式(2)の上限を越えて、光学素子又は光学面での焦点距離の変化が小さくなりすぎれば、全系の焦点距離を変化させるために、光学素子間隔を大きく変化させる必要が生じる。そのためのスペースの確保が必要になるため、コンパクト化の達成が困難になる。   If the change in the focal length of the optical element group becomes too large beyond the lower limit of conditional expression (2), the variation of asymmetrical aberrations (especially decentered astigmatism) that occur in the optical element or optical surface will be large. Therefore, the performance is degraded. Conversely, if the change in the focal length on the optical element or optical surface becomes too small beyond the upper limit of conditional expression (2), it is necessary to greatly change the optical element interval in order to change the focal length of the entire system. Occurs. Since it is necessary to secure a space for this purpose, it is difficult to achieve compactness.

全系の焦点距離変化によるある焦点距離範囲での変倍において、以下の条件式(3)を満たすことが望ましい。
sign(fG1)×sign(fG2)<0 …(3)
ただし、
fG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fG2:変倍後の、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
In zooming in a certain focal length range due to the focal length change of the entire system, it is desirable to satisfy the following conditional expression (3).
sign (fG1) × sign (fG2) <0… (3)
However,
fG1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror when the absolute value of the magnification is the smallest,
fG2: focal length of the optical element group including the reflecting mirror after zooming,
It is.

この条件式(3)は、全系の焦点距離を変化させるときの光学素子群の焦点距離の符号の変化について、好ましい条件を規定している。光学素子群自身の焦点距離を変化させる場合、その符号を変えるようなダイナミックなレンジ内の変化を行うことにより、全系の焦点距離変化における収差変動を小さく抑えることが可能となる。例えば、歪曲収差では瞳に対するその光学素子群の位置とパワーが影響するが、光学素子群が瞳に対して大きく移動した場合、パワーの符号を変える方が歪曲を小さく抑えることができることがある。また、ペッツバールの値を変化させることにより、全系の焦点距離の変化に対する像面の変動をより小さく抑えることが可能となる。条件式(3)を満たさない場合には、符号を変えるような大きな変化が無いため、より大きな収差補正能力は得られず、大きな焦点距離の変化に対する性能の変動が大きすぎて、実用性能を満たせない。   Conditional expression (3) defines a preferable condition for the change in the sign of the focal length of the optical element group when the focal length of the entire system is changed. When changing the focal length of the optical element group itself, it is possible to suppress the aberration variation due to the change in the focal length of the entire system by changing within a dynamic range that changes the sign. For example, in the distortion aberration, the position and power of the optical element group with respect to the pupil are affected. However, when the optical element group is largely moved with respect to the pupil, the distortion may be suppressed by changing the sign of the power. Further, by changing the value of Petzval, it is possible to further suppress fluctuations in the image plane with respect to changes in the focal length of the entire system. If the conditional expression (3) is not satisfied, there is no large change that changes the sign, so a larger aberration correction capability cannot be obtained, and the fluctuation in performance with respect to a large focal length change is too large. I can't meet.

全系の焦点距離変化による、絶対値の最も小さい拡大倍率から任意の拡大倍率への変倍において、以下の条件式(4)を満たすことが望ましい。
0.2<|(fA2/fA1)/{(LG2−LG1)/LG1}|<200 …(4)
ただし、
fA1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの全系の焦点距離、
fA2:変倍後の全系の焦点距離、
LG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときに、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面が、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線との交点で有する曲率、
LG2:変倍後に、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面が、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線との交点で有する曲率、
である。
It is desirable that the following conditional expression (4) is satisfied in changing the magnification from the smallest absolute value to an arbitrary magnification by changing the focal length of the entire system.
0.2 <| (fA2 / fA1) / {(LG2-LG1) / LG1} | <200 (4)
However,
fA1: Focal length of the entire system when the absolute value of the magnification is the smallest,
fA2: focal length of the entire system after zooming,
LG1: curvature that the surface on the most reduced side of the optical element group including the reflection mirror has an intersection with the axial principal ray incident on the optical element group including the reflection mirror when the absolute value of the magnification is the smallest,
LG2: the curvature of the most reduced surface of the optical element group including the reflecting mirror after zooming at the intersection with the axial principal ray incident on the optical element group including the reflecting mirror,
It is.

この条件式(4)は、全系の焦点距離を変化させるときの光学素子群の最も縮小側の面(反射ミラー単独の場合にはその反射面)の曲率の変化の割合について、好ましい条件範囲を規定している。前述した光学面のパワーの計算式(Fr1),(Fr2)から分かるように、光学面の焦点距離を決定する大きな要因の1つとして曲率が挙げられる。ここで挙げる曲率は、光学面と軸上主光線との交点における、その光学面の曲率(式(Fr1),(Fr2)中のC11,C22)である。例えば、面が非球面や自由曲面の場合、面の移動等によって軸上主光線と面との交点位置が変化し、それに伴って、交点位置での曲率が変化する。曲率が変化すると、その面の焦点距離が変化する。曲率が大きく変化すれば、それだけ収差が大きく変化することになる。Y−Z平面に関して平面対称な光学系を考えてみた場合、軸上主光線と面との交点位置の変化による曲率の変化は、一般にX方向とY方向とで割合が異なる。これは、X方向とY方向とで全系に与える焦点距離の影響度合いが異なることを意味しており、大きく曲率が変化した場合、全系の焦点距離のアナモフィック度合が大きく変化する可能性を示している。また、一部の面のパワーが強くなりすぎたり弱くなりすぎたりすることによって、焦点距離の変化時に大きな性能の低下を招くことになる。また、変化が小さいと、全系の焦点距離の変化に与える影響が小さくなり、得られる効果が小さくなってしまう。   This conditional expression (4) is a preferable condition range for the rate of change in the curvature of the most reduced surface of the optical element group when the focal length of the entire system is changed (the reflection surface in the case of a reflection mirror alone). Is stipulated. As can be seen from the calculation formulas (Fr1) and (Fr2) of the power of the optical surface described above, curvature is one of the major factors that determine the focal length of the optical surface. The curvature mentioned here is the curvature of the optical surface (C11, C22 in the formulas (Fr1) and (Fr2)) at the intersection of the optical surface and the axial principal ray. For example, when the surface is an aspherical surface or a free-form surface, the position of the intersection of the axial principal ray and the surface changes due to the movement of the surface, and the curvature at the position of the intersection changes accordingly. When the curvature changes, the focal length of the surface changes. If the curvature changes greatly, the aberration will change accordingly. When an optical system that is plane-symmetric with respect to the YZ plane is considered, the change in the curvature due to the change in the position of the intersection of the axial principal ray and the surface is generally different in the X direction and the Y direction. This means that the degree of influence of the focal length on the entire system differs between the X direction and the Y direction. If the curvature changes greatly, the anamorphic degree of the focal length of the entire system may change greatly. Show. Moreover, if the power of some surfaces becomes too strong or too weak, a large performance deterioration is caused when the focal length is changed. In addition, if the change is small, the influence on the change in the focal length of the entire system becomes small, and the obtained effect becomes small.

条件式(4)の下限を越えて、曲率の変化が大きくなりすぎると、性能の低下を招くことになる。例えば、非点収差(ペッツバール和に関係する。)やコマ収差が大きく変化して、性能の低下を招くことになる。逆に、条件式(4)の上限を越えて、曲率の変化が小さくなると、その光学素子での変倍への寄与が小さくなり、焦点距離変化への効果が小さくなってしまう。その結果、例えば光学素子間又は光学面間の間隔の変化により変倍を行う必要が生じ、そのためのスペースの確保が必要となってコンパクトな光学系が実現困難になる。   If the lower limit of conditional expression (4) is exceeded and the change in curvature becomes too large, performance will be degraded. For example, astigmatism (related to Petzval sum) and coma change greatly, which leads to performance degradation. On the other hand, if the change in curvature is reduced beyond the upper limit of conditional expression (4), the contribution to zooming by the optical element is reduced, and the effect on the change in focal length is reduced. As a result, for example, it is necessary to perform zooming due to a change in the distance between optical elements or optical surfaces, and it is necessary to secure a space for this, making it difficult to realize a compact optical system.

全系の焦点距離変化による、絶対値の最も小さい拡大倍率から任意の拡大倍率への変倍において、以下の条件式(5)を満たすことが望ましい。
10<|(fA2y/fA1y)/{(θG2−θG1)/θG1}|<150 …(5)
ただし、表示素子面の画面形状が長方形であり、その画面短辺方向をy方向とすると、
fA1y:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの全系のy方向の焦点距離、
fA2y:変倍後の全系のy方向の焦点距離、
θG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときに、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線が、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面との交点で有する入射角度(°)、
θG2:変倍後に、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線が、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面との交点で有する入射角度(°)、
である。
It is desirable to satisfy the following conditional expression (5) in changing the magnification from the smallest absolute value to an arbitrary magnification by changing the focal length of the entire system.
10 <| (fA2y / fA1y) / {(θG2−θG1) / θG1} | <150 (5)
However, if the screen shape of the display element surface is a rectangle and the screen short side direction is the y direction,
fA1y: focal length in the y direction of the entire system when the absolute value of the magnification is the smallest,
fA2y: focal length in the y direction of the entire system after zooming,
θG1: An incident angle that an axial chief ray incident on the optical element group including the reflecting mirror has at the intersection with the most reduced surface of the optical element group including the reflecting mirror when the absolute value of the magnification is the smallest ( °),
θG2: after zooming, the incident angle (°) at which the axial principal ray incident on the optical element group including the reflecting mirror has an intersection with the most reduced surface of the optical element group including the reflecting mirror,
It is.

この条件式(5)は、全系の焦点距離を変化させるときの光学素子群の最も縮小側の面(反射ミラー単独の場合にはその反射面)に対する軸上主光線の入射角度の変化の割合について、好ましい条件範囲を規定している。前述した光学面のパワーの計算式(Fr1),(Fr2)から分かるように、光学面の焦点距離を決定する大きな要因の1つとして光線の入射角度が挙げられる。ここで挙げる入射角度とは、光学面と軸上主光線との交点において、その光学面へ入射する軸上主光線とその点におけるその面の法線との成す角度(式(Fr1),(Fr2)中のθs,θsd)である。これらの変化としては、光学面の移動による入射位置の変化に伴う面法線方向の変化、また、光学面の傾きの変化による入射角度の変化に伴う入射角度の変化が挙げられる。   Conditional expression (5) shows the change in the incident angle of the axial principal ray with respect to the most reduced surface of the optical element group when changing the focal length of the entire system (the reflecting surface in the case of a reflecting mirror alone). A preferable condition range is specified for the ratio. As can be seen from the formulas (Fr1) and (Fr2) for calculating the power of the optical surface, one of the major factors that determine the focal length of the optical surface is the incident angle of the light beam. The incident angle mentioned here is the angle formed by the axial principal ray incident on the optical surface and the normal of the surface at that point (formula (Fr1), ( Θr, θsd) in Fr2). These changes include a change in the surface normal direction due to a change in the incident position due to the movement of the optical surface, and a change in the incident angle due to a change in the incident angle due to a change in the tilt of the optical surface.

面パワーの式(Fr1),(Fr2)から分かるように、入射角度の変化が面パワーへ与える割合はリニアーではなく、三角関数的に変化する。また、Y−Z平面に関して面対称なケースでは、X方向よりY方向が角度変化の影響を受けやすいことが、式(Fr1),(Fr2)から分かる。つまり、非軸光学系の場合、入射角度の変化によるパワーの変化は、方向によりその影響度合いが異なると言える。これは、X方向とY方向とで全系に与える焦点距離の影響度合いが異なることを意味しており、大きく曲率が変化した場合、全系の焦点距離のアナモフィック度合が大きく変化する可能性を示している。また、一部の面のパワーが強くなりすぎたり弱くなりすぎたりすることによって、焦点距離の変化時に大きな性能の低下を招くことになる。また、変化が小さいと、全系の焦点距離の変化に与える影響が小さくなり、得られる効果が小さくなってしまう。さらに、入射角度の変化により、軸上主光線のその後の軌跡が変化するため、慎重に変化させることが必要となる。   As can be seen from the surface power expressions (Fr1) and (Fr2), the ratio of the change in the incident angle to the surface power is not linear but changes in a trigonometric function. It can also be seen from the equations (Fr1) and (Fr2) that in the case of plane symmetry with respect to the YZ plane, the Y direction is more susceptible to the change in angle than the X direction. That is, in the case of a non-axis optical system, it can be said that the influence of the change in power due to the change in the incident angle differs depending on the direction. This means that the degree of influence of the focal length on the entire system differs between the X direction and the Y direction. If the curvature changes greatly, the anamorphic degree of the focal length of the entire system may change greatly. Show. Moreover, if the power of some surfaces becomes too strong or too weak, a large performance deterioration is caused when the focal length is changed. In addition, if the change is small, the influence on the change in the focal length of the entire system becomes small, and the obtained effect becomes small. Furthermore, since the subsequent locus of the axial principal ray changes due to the change of the incident angle, it is necessary to change it carefully.

条件式(5)の下限を越えて、入射角度の変化が大きくなりすぎると、性能の低下を招くことになる。例えば、非点収差(ペッツバール和に関係する。)やコマ収差が大きく変化して、性能の低下を招くことになる。逆に、条件式(5)の上限を越えて、入射角度の変化が小さくなると、その光学素子での変倍への寄与が小さくなり、焦点距離変化への効果が小さくなってしまう。その結果、例えば光学素子間又は光学面間の間隔の変化により変倍を行う必要が生じ、そのためのスペースの確保が必要となってコンパクトな光学系が実現困難になる。   If the lower limit of conditional expression (5) is exceeded and the change in incident angle becomes too large, performance will be degraded. For example, astigmatism (related to Petzval sum) and coma change greatly, which leads to performance degradation. On the contrary, if the change in the incident angle is smaller than the upper limit of the conditional expression (5), the contribution to zooming by the optical element is reduced, and the effect on the focal length change is reduced. As a result, for example, it is necessary to perform zooming due to a change in the distance between optical elements or optical surfaces, and it is necessary to secure a space for this, making it difficult to realize a compact optical system.

本発明に係る投影光学系は、全系の焦点距離を変化させることにより、異なるスクリーン面位置にピントを合わせるフォーカシング機能を有することが望ましい。今、x方向の光線についてのフォーカシングを考える。あるスクリーン面位置に対するフォーカス投影状態(状態IIIとする。)において、全系の焦点距離をfxIII、前側焦点から表示素子面までの距離をΔXxIII、後側焦点からスクリーン面位置までの距離をΔX'xIIIとする。スクリーン面位置に1次像点があるとき、以下の式(Fr10)が成り立つ。
ΔX'xIII=−fxIII2/ΔXxIII …(Fr10)
The projection optical system according to the present invention desirably has a focusing function for focusing on different screen surface positions by changing the focal length of the entire system. Now consider focusing on a ray in the x direction. In a focus projection state (state III) with respect to a certain screen surface position, the focal length of the entire system is fxIII, the distance from the front focus to the display element surface is ΔXxIII, and the distance from the rear focus to the screen surface position is ΔX ′. Let xIII. When there is a primary image point at the screen surface position, the following equation (Fr10) holds.
ΔX′xIII = −fxIII 2 / ΔXxIII (Fr10)

次に、スクリーン面位置を変化させてピントを合わせたときのフォーカス投影状態(状態IVとする。)において、全系の焦点距離をfxIV、前側焦点から表示素子面までの距離をΔXxIV、後側焦点からスクリーン面位置までの距離をΔX'xIVとする。このとき、以下の式(Fr11)が成り立つ。
ΔX'xIV=−fxIV2/ΔXxIV …(Fr11)
Next, in the focus projection state (state IV) when the screen surface position is changed and focused, the focal length of the entire system is fxIV, the distance from the front focus to the display element surface is ΔXxIV, and the rear side The distance from the focal point to the screen surface position is ΔX′xIV. At this time, the following equation (Fr11) is established.
ΔX′xIV = −fxIV 2 / ΔXxIV (Fr11)

上記状態IVのときもスクリーン面位置に1次像点があると考えると、スクリーン面を状態IIIから状態IVに変化させた場合でもピントが合っているためには、通常、ΔX'xIVがスクリーン面位置にくるようにΔX'xを変化させればよい。しかしながら、非軸光学系の場合には、焦点距離fxを変化させることによってこれを実現することができる。つまり、焦点距離を変化させることによってピント合わせが可能となる。ΔX'xを変化させるために光学系全体を移動させるよりも、焦点距離を変化させるように非軸光学要素の一部を移動させる方が、重量的にもより移動させやすい。また、表示素子面から射出する軸上主光線と、スクリーン面へ入射する軸上主光線が平行でない場合、全体を移動させると像の中心が移動してしまうため、像トビのような現象が起こる。前述したように、非軸光学要素の一部又は全部(つまり、偏芯配置された回転非対称な反射ミラー又はそれを含む光学素子群)の移動によってそのパワーを変化させる方法によれば、像の中心を移動させずに全系の焦点距離を変化させることが可能である。さらに、投影光学系全体を大きく移動させず、光学系の一部を移動させるだけで済むというメリットもある。したがって、全系の焦点距離を変化させてフォーカシングを行う構成が望ましい。   Considering that there is a primary image point at the screen surface position even in the state IV, ΔX′xIV is usually set to the screen in order to be in focus even when the screen surface is changed from the state III to the state IV. What is necessary is just to change (DELTA) X'x so that it may become a surface position. However, in the case of a non-axis optical system, this can be realized by changing the focal length fx. That is, focusing can be performed by changing the focal length. Rather than moving the entire optical system to change ΔX′x, moving a part of the non-axial optical element to change the focal length is easier to move in terms of weight. In addition, when the axial principal ray emitted from the display element surface and the axial principal ray incident on the screen surface are not parallel, if the whole is moved, the center of the image will move, so that a phenomenon such as image jumping occurs. Occur. As described above, according to the method of changing the power by moving a part or all of the non-axis optical element (that is, the rotationally asymmetric reflecting mirror arranged eccentrically or the optical element group including the non-axial optical element), It is possible to change the focal length of the entire system without moving the center. Furthermore, there is an advantage that it is only necessary to move a part of the optical system without greatly moving the entire projection optical system. Accordingly, it is desirable to perform focusing by changing the focal length of the entire system.

全系の焦点距離変化によるフォーカシングにおいて、以下の条件式(6)を満たすことが望ましい。
8<|{(1/fa2)−(1/fa1)}/{(1/f1g)−(1/fg2)}|<40 …(6)
ただし、
fa1:最も近いスクリーン面位置にフォーカスした最近接投影状態での全系の焦点距離、
fa2:最も遠いスクリーン面位置にフォーカスした遠距離投影状態での全系の焦点距離、
fg1:最も近いスクリーン面位置にフォーカスした最近接投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fg2:最も遠いスクリーン面位置にフォーカスした遠距離投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
In focusing by changing the focal length of the entire system, it is desirable to satisfy the following conditional expression (6).
8 <| {(1 / fa2)-(1 / fa1)} / {(1 / f1g)-(1 / fg2)} | <40 (6)
However,
fa1: the focal length of the entire system in the closest projection state focused on the closest screen surface position,
fa2: the focal length of the entire system in the long-distance projection state focused on the farthest screen surface position,
fg1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the closest projection state focused on the closest screen surface position,
fg2: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the long-distance projection state focused on the farthest screen surface position,
It is.

条件式(6)は、全系の焦点距離を変化させるときの光学素子群の焦点距離の変化の割合について、好ましい条件範囲を規定している。非軸光学系の場合、光学素子自体又は光学面自体の焦点距離を変化させることが、全系の焦点距離を変化させるために有効であることは、既に述べた通りである。そして、焦点距離を変化させる場合、光学素子間又は光学面間の間隔を変える効果と合わせることが非常に有効である。例えば、光学面への入射角度を大きく変えると、その光学面の焦点距離(パワー)を大きく変えることができる。しかしながら、光学面に対する光線の傾きが大きく変化すると、収差変動、特に非対称な収差が大きく変化するため、性能が大きく低下することになる。光学面間の変化は、例えば、アフォーカルな光線配置の場合、その方向に面間隔を変化させても、球面収差はあまり変化しない。しかしながら、大きく面間隔が変化すると、パワー配置が大きく変化することにより、歪曲の大きな変化や斜め光線(軸外光線)に発生する非点収差等の大きな変化が発生し、性能の低下を招いてしまう。したがって、面自体の焦点距離の変化と面間隔の変化とを合わせて、全系の焦点距離を変化させることが望ましい。   Conditional expression (6) defines a preferable condition range for the ratio of the change in the focal length of the optical element group when the focal length of the entire system is changed. As described above, in the case of a non-axis optical system, changing the focal length of the optical element itself or the optical surface itself is effective for changing the focal length of the entire system. And when changing a focal distance, it is very effective to match | combine with the effect which changes the space | interval between optical elements or optical surfaces. For example, if the incident angle on the optical surface is greatly changed, the focal length (power) of the optical surface can be greatly changed. However, when the inclination of the light beam with respect to the optical surface changes greatly, aberration fluctuations, particularly asymmetric aberrations, change greatly, and the performance is greatly reduced. For example, in the case of an afocal arrangement of light rays, the spherical aberration does not change much even if the surface interval is changed in that direction. However, when the surface separation changes greatly, the power arrangement changes greatly, which causes a large change in distortion and a large change such as astigmatism that occurs in oblique rays (off-axis rays), leading to performance degradation. End up. Therefore, it is desirable to change the focal length of the entire system by combining the change of the focal length of the surface itself and the change of the surface interval.

条件式(6)の下限を越えて、光学素子群の焦点距離の変化が大きくなりすぎると、その光学素子又は光学面で発生する非対称な収差(特に、偏芯非点収差)の変動が大きくなるため、性能が低下してしまう。逆に、条件式(6)の上限を越えて、光学素子又は光学面での焦点距離の変化が小さくなりすぎれば、全系の焦点距離を変化させるために、光学素子間隔を大きく変化させる必要が生じる。そのためのスペースの確保が必要になるため、コンパクト化の達成が困難になる。   If the change in the focal length of the optical element group becomes too large beyond the lower limit of conditional expression (6), the variation of the asymmetrical aberration (especially decentered astigmatism) that occurs in the optical element or optical surface is large. Therefore, the performance is degraded. Conversely, if the change in the focal length on the optical element or optical surface becomes too small beyond the upper limit of conditional expression (6), the optical element interval needs to be changed greatly in order to change the focal length of the entire system. Occurs. Since it is necessary to secure a space for this purpose, it is difficult to achieve compactness.

全系の焦点距離変化によるある焦点距離範囲でのフォーカシングにおいて、以下の条件式(7)を満たすことが望ましい。
sign(fg1)×sign(fg2)<0 …(7)
ただし、
fg1:最も近いスクリーン面位置にフォーカスした最近接投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fg2:最も遠いスクリーン面位置にフォーカスした遠距離投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
In focusing in a certain focal length range by changing the focal length of the entire system, it is desirable to satisfy the following conditional expression (7).
sign (fg1) × sign (fg2) <0… (7)
However,
fg1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the closest projection state focused on the closest screen surface position,
fg2: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the long-distance projection state focused on the farthest screen surface position,
It is.

この条件式(7)は、全系の焦点距離を変化させるときの光学素子群の焦点距離の符号の変化について、好ましい条件を規定している。光学素子群自身の焦点距離を変化させる場合、その符号を変えるようなダイナミックなレンジ内の変化を行うことにより、全系の焦点距離変化における収差変動を小さく抑えることが可能となる。例えば、歪曲収差では瞳に対するその光学素子群の位置とパワーが影響するが、光学素子群が瞳に対して大きく移動した場合、パワーの符号を変える方が歪曲を小さく抑えることができることがある。また、ペッツバールの値を変化させることにより、全系の焦点距離の変化に対する像面の変動をより小さく抑えることが可能となる。条件式(7)を満たさない場合には、符号を変えるような大きな変化が無いため、より大きな収差補正能力は得られず、大きな焦点距離の変化に対する性能の変動が大きすぎて、実用性能を満たせない。   Conditional expression (7) defines a preferable condition for the change in the sign of the focal length of the optical element group when the focal length of the entire system is changed. When changing the focal length of the optical element group itself, it is possible to suppress the aberration variation due to the change in the focal length of the entire system by changing within a dynamic range that changes the sign. For example, in the distortion aberration, the position and power of the optical element group with respect to the pupil are affected. However, when the optical element group is largely moved with respect to the pupil, the distortion may be suppressed by changing the sign of the power. Further, by changing the value of Petzval, it is possible to further suppress fluctuations in the image plane with respect to changes in the focal length of the entire system. When the conditional expression (7) is not satisfied, there is no large change that changes the sign, so a larger aberration correction capability cannot be obtained, and the performance fluctuation due to a large focal length change is too large, and the practical performance is reduced. I can't meet.

次に、本発明に係る投影光学系の具体的な光学構成を、第1〜第4の実施の形態を例に挙げて説明する。図1〜図4に、第1〜第4の実施の形態における表示素子面SGからスクリーン面SLまでの投影光路全体の光学構成(光学配置,投影光路等)を、表示素子面SGの画面長辺方向に沿って見たときの光学断面(短辺側断面)でそれぞれ示す。また、図1〜図4に示す光学構成の要部(表示素子面SGから第2曲面ミラーM2まで)を、それぞれ図5〜図8に拡大して示す。図1(A)ではズーミングにおける広角端,フォーカシングにおける最近接投影状態での光学配置を示しており、図1(B)ではズーミングにおける望遠端,フォーカシングにおける最近接投影状態での光学配置を示している。図2ではズーミングにおける広角端,フォーカシングにおける最近接投影状態での光学配置を示しており、図3及び図4では、フォーカシングにおける最近接投影状態での光学配置を示している。なお、図1〜図8では、表示素子面SGの画面法線方向をz方向とし、スクリーンへ向かう軸上主光線とスクリーン面の法線が成す平面に垂直な方向をx方向、それらと垂直な方向をy方向とする直交座標系(x,y,z)において、第1〜第4の実施の形態の光学構成をy−z断面で示している。なお、各実施の形態では、x方向は表示素子面SGの画面短辺方向、y方向は表示素子面SGの画面長辺方向と一致している。   Next, a specific optical configuration of the projection optical system according to the present invention will be described using the first to fourth embodiments as examples. 1 to 4 show the optical configuration (optical arrangement, projection light path, etc.) of the entire projection light path from the display element surface SG to the screen surface SL in the first to fourth embodiments, and the screen length of the display element surface SG. Each is shown by an optical cross section (short side cross section) when viewed along the side direction. Moreover, the principal part (from the display element surface SG to the 2nd curved mirror M2) of the optical structure shown in FIGS. 1-4 is expanded and shown in FIGS. 5-8, respectively. FIG. 1A shows the optical arrangement at the wide-angle end in zooming and the closest projection state in focusing, and FIG. 1B shows the optical arrangement at the telephoto end in zooming and the closest projection state in focusing. Yes. FIG. 2 shows an optical arrangement at the wide-angle end in zooming and the closest projection state in focusing. FIGS. 3 and 4 show an optical arrangement in the closest projection state in focusing. 1 to 8, the screen normal direction of the display element surface SG is the z direction, and the direction perpendicular to the plane formed by the axial principal ray toward the screen and the normal of the screen surface is the x direction, perpendicular to them. In the Cartesian coordinate system (x, y, z) in which any direction is the y direction, the optical configurations of the first to fourth embodiments are shown in the yz section. In each embodiment, the x direction coincides with the screen short side direction of the display element surface SG, and the y direction coincides with the screen long side direction of the display element surface SG.

第1,第2の実施の形態の投影光学系POは、フォーカシング機能とズーミング機能を有するズーム光学系であり、縮小側(表示素子面SG側)から拡大側(スクリーン面SL側)にかけて順に、複数の第iレンズLi(i=1,2,3,...)等で構成された屈折光学系LGと、第1曲面ミラーM1と、第2曲面ミラーM2と、平面ミラーMFと、から成っている。また、第1曲面ミラーM1と第2曲面ミラーM2との間の空間には中間像が形成され、スクリーン面SLとスクリーン面SLへ入射する軸上主光線との成す角度が垂直ではない、いわゆる斜め拡大投影が行われる構成になっている。   The projection optical system PO of the first and second embodiments is a zoom optical system having a focusing function and a zooming function, and sequentially from the reduction side (display element surface SG side) to the enlargement side (screen surface SL side). A refractive optical system LG composed of a plurality of i-th lenses Li (i = 1, 2, 3,...), A first curved mirror M1, a second curved mirror M2, and a plane mirror MF. It is made up. Also, an intermediate image is formed in the space between the first curved mirror M1 and the second curved mirror M2, and the angle formed between the screen surface SL and the axial principal ray incident on the screen surface SL is not vertical, so-called. The configuration is such that oblique enlargement projection is performed.

第3,第4の実施の形態の投影光学系POは、フォーカシング機能を有する光学系であり、縮小側(表示素子面SG側)から拡大側(スクリーン面SL側)にかけて順に、複数の第iレンズLi(i=1,2,3,...)等で構成された屈折光学系LGと、第1曲面ミラーM1と、第2曲面ミラーM2と、から成っている。また、第1曲面ミラーM1と第2曲面ミラーM2との間の空間には中間像が形成され、スクリーン面SLとスクリーン面SLへ入射する軸上主光線との成す角度が垂直ではない、いわゆる斜め拡大投影が行われる構成になっている。   The projection optical system PO of the third and fourth embodiments is an optical system having a focusing function, and in order from the reduction side (display element surface SG side) to the enlargement side (screen surface SL side) The optical system LG includes a refractive optical system LG including a lens Li (i = 1, 2, 3,...), A first curved mirror M1, and a second curved mirror M2. Also, an intermediate image is formed in the space between the first curved mirror M1 and the second curved mirror M2, and the angle formed between the screen surface SL and the axial principal ray incident on the screen surface SL is not vertical, so-called. The configuration is such that oblique enlargement projection is performed.

第1〜第4の実施の形態において、第1曲面ミラーM1と第2曲面ミラーM2は、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーであり、その反射面形状は自由曲面から成っている。投影光学系POはyz平面に関して面対称になっている。また、第1,第2曲面ミラーM1,M2の反射面形状は面対称であり、その対称面はyz平面である。第1〜第4の実施の形態の投影光学系POは、全系の焦点距離を変化させることにより、異なるスクリーン面位置にピントを合わせるフォーカシング機能を有している。さらに第1,第2の実施の形態の投影光学系POは、全系の焦点距離を変化させることにより、表示素子面とスクリーン面の位置をほぼ一定に保ったまま、拡大倍率を変化させるズーミング機能を有している。そして、フォーカシング,ズーミングのうちの少なくとも一方を行う際、全系の焦点距離を変化させるために、少なくとも第1,第2曲面ミラーM1,M2がそれぞれ平行移動と回転移動を行う構成になっている。   In the first to fourth embodiments, the first curved mirror M1 and the second curved mirror M2 are rotationally asymmetric reflecting mirrors that are eccentrically arranged, and the shape of the reflecting surface is a free-form surface. The projection optical system PO is plane-symmetric with respect to the yz plane. The reflection surface shapes of the first and second curved mirrors M1 and M2 are plane symmetric, and the plane of symmetry is the yz plane. The projection optical system PO of the first to fourth embodiments has a focusing function for focusing on different screen surface positions by changing the focal length of the entire system. Further, the projection optical system PO according to the first and second embodiments can perform zooming to change the magnification while maintaining the positions of the display element surface and the screen surface substantially constant by changing the focal length of the entire system. It has a function. When at least one of focusing and zooming is performed, at least the first and second curved mirrors M1 and M2 are configured to perform translation and rotation, respectively, in order to change the focal length of the entire system. .

第1の実施の形態では、ズーミングにおいて、第1〜第4レンズL1〜L4と、第5〜第7レンズL5〜L7と、がそれぞれ平行移動を行い、第8レンズL8と、第1曲面ミラーM1と、第2曲面ミラーM2と、がそれぞれ平行移動と回転移動を行う。また、フォーカシングにおいては、第8レンズL8が平行移動と回転移動を行う。第2の実施の形態では、ズーミングにおいて、第1〜第4レンズL1〜L4と、第5〜第7レンズL5〜L7と、がそれぞれ平行移動を行い、第8レンズL8と、第1曲面ミラーM1と、第2曲面ミラーM2と、がそれぞれ平行移動と回転移動を行う。また、フォーカシングにおいては、第1曲面ミラーM1と、第2曲面ミラーM2と、がそれぞれ平行移動と回転移動を行う。第3の実施の形態では、フォーカシングにおいて、第5レンズL5が平行移動を行い、第2曲面ミラーM2が平行移動と回転移動を行う。第4の実施の形態では、フォーカシングにおいて、第1曲面ミラーM1が平行移動と回転移動を行う。   In the first embodiment, in zooming, the first to fourth lenses L1 to L4 and the fifth to seventh lenses L5 to L7 perform parallel movement, respectively, and the eighth lens L8 and the first curved mirror. M1 and the second curved mirror M2 perform parallel movement and rotational movement, respectively. In focusing, the eighth lens L8 performs translation and rotation. In the second embodiment, in zooming, the first to fourth lenses L1 to L4 and the fifth to seventh lenses L5 to L7 perform parallel movement, respectively, and the eighth lens L8 and the first curved mirror. M1 and the second curved mirror M2 perform parallel movement and rotational movement, respectively. In focusing, the first curved mirror M1 and the second curved mirror M2 perform parallel movement and rotational movement, respectively. In the third embodiment, in focusing, the fifth lens L5 performs parallel movement, and the second curved mirror M2 performs parallel movement and rotational movement. In the fourth embodiment, the first curved mirror M1 performs parallel movement and rotational movement during focusing.

上記のように第1〜第4の実施の形態では、少なくとも第1曲面ミラーM1又は第2曲面ミラーM2の平行移動と回転移動により全系の焦点距離が変化するので、投影光学系の高性能化とコンパクト化を達成しながら、非軸光学系による斜め投影において像トビの発生なしにズーミングやフォーカシングを行うことができる。第1,第2曲面ミラーM1,M2は、それぞれが偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを含む光学素子群であり、各光学素子群の平行移動と回転移動により全系の焦点距離を変化させるが、各実施の形態から分かるように、全系の焦点距離を変化させる際には、第1,第2曲面ミラーM1,M2以外の光学素子群(レンズ群等)を移動させてもよい。つまり、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを含む少なくとも1つの光学素子群を移動群の1つとして、少なくともその平行移動と回転移動により全系の焦点距離を変化させる構成であればよい。   As described above, in the first to fourth embodiments, the focal length of the entire system changes due to the parallel movement and the rotational movement of at least the first curved mirror M1 or the second curved mirror M2. Zooming and focusing can be performed without causing image distortion in oblique projection by a non-axis optical system while achieving reduction in size and size. The first and second curved mirrors M1 and M2 are optical element groups including rotationally asymmetric reflecting mirrors that are eccentrically arranged, and the focal length of the entire system is changed by the parallel movement and rotational movement of each optical element group. However, as can be seen from each embodiment, when changing the focal length of the entire system, the optical element group (lens group or the like) other than the first and second curved mirrors M1 and M2 may be moved. . That is, it is sufficient if at least one optical element group including a rotationally asymmetric reflecting mirror arranged eccentrically is one of the moving groups, and the focal length of the entire system is changed by at least the parallel movement and the rotational movement.

各実施の形態の投影光学系POでは、表示素子面SGからスクリーン面SLまでの間に、第1,第2曲面ミラーM1,M2や平面ミラーMFで構成された反射面が配置されている。各実施の形態のように、表示素子面からスクリーン面までの間に1面又は2面の反射面を有することが望ましい。反射面で光路を折り曲げることにより、投影光学系をコンパクトにすることができる。反射面の枚数を多くすれば、投影光学系をより一層コンパクトにすることが可能である。したがって、投影光学系は反射面を2面以上有することが望ましい。反射面を2面以上有することにより、投影光学系をスクリーン面に対して略平行な方向に折り曲げることができる。これにより、スクリーンの奥行き方向に投影光学系のサイズを小さくすることが可能となり、投影光学系の投影空間を縮小することが可能となる。投影光学系中に反射面を追加して光路を折り曲げ、スクリーンの高さ方向に投影光学系のサイズを縮小することも可能である。   In the projection optical system PO of each embodiment, a reflecting surface composed of the first and second curved mirrors M1, M2 and the plane mirror MF is disposed between the display element surface SG and the screen surface SL. As in each embodiment, it is desirable to have one or two reflecting surfaces between the display element surface and the screen surface. By bending the optical path at the reflecting surface, the projection optical system can be made compact. If the number of reflecting surfaces is increased, the projection optical system can be made more compact. Therefore, it is desirable that the projection optical system has two or more reflecting surfaces. By having two or more reflecting surfaces, the projection optical system can be bent in a direction substantially parallel to the screen surface. As a result, the size of the projection optical system can be reduced in the depth direction of the screen, and the projection space of the projection optical system can be reduced. It is also possible to reduce the size of the projection optical system in the height direction of the screen by adding a reflecting surface in the projection optical system to bend the optical path.

すべての反射面がパワーを有することが望ましい。反射面にパワーを持たせることによって反射面での収差補正が可能となり、投影光学系全体の収差を補正することが可能となる。したがって、すべての反射面にパワーを持たせることにより、より高い光学性能を得ることが可能となる。   It is desirable that all reflecting surfaces have power. By giving power to the reflecting surface, it is possible to correct the aberration on the reflecting surface, and it is possible to correct the aberration of the entire projection optical system. Therefore, it is possible to obtain higher optical performance by giving power to all the reflecting surfaces.

パワーを有する反射面は自由曲面形状を有することが望ましい。自由曲面形状には、設計の自由度が高いため光線の偏向方向を設定する自由度が高い、というメリットがある。また、自由曲面形状を用いることにより、像面の倒れや非点収差等の収差を良好に補正することができる。さらに、反射面に用いる自由曲面は1面の対称面を有することが望ましい。対称面を有する自由曲面には、製造や評価における難易度が低いというメリットがある。   The reflecting surface having power preferably has a free-form surface shape. The free-form surface has a merit that since the degree of freedom in design is high, the degree of freedom in setting the light deflection direction is high. Further, by using a free-form surface shape, it is possible to satisfactorily correct aberrations such as image plane tilt and astigmatism. Furthermore, it is desirable that the free-form surface used for the reflecting surface has one plane of symmetry. A free-form surface having a symmetric surface has an advantage of low difficulty in manufacturing and evaluation.

投影光学系中の最もスクリーン面に近い位置に反射面を設置することが望ましい。スクリーン面に近い位置に反射面を設置して光路を折り曲げることにより、画像の投影に必要な空間をコンパクトにすることができる。また、反射面に入射する各画角の光束が分離しているので、そこに自由曲面形状を有する反射面を配置することにより、高い収差補正効果を得ることができる。   It is desirable to install the reflecting surface at a position closest to the screen surface in the projection optical system. A space necessary for projecting an image can be made compact by installing a reflecting surface near the screen surface and bending the optical path. In addition, since the light beams having different angles of view incident on the reflection surface are separated, a high aberration correction effect can be obtained by disposing a reflection surface having a free-form surface.

自由曲面を含むミラーの基盤や屈折レンズはプラスチック材料から成ることが望ましい。自由曲面を含む光学素子(ミラー,レンズ等)の構成材料としてプラスチックを使用することにより、光学素子のコストダウンを達成することが可能となる。例えば、後述する実施例3,4の第8レンズL8はアナモフィック非球面を有するガラスレンズであるが、それをプラスチックレンズに代えることができる。   The base of the mirror including the free-form surface and the refractive lens are preferably made of a plastic material. By using plastic as a constituent material of an optical element (mirror, lens, etc.) including a free-form surface, it is possible to achieve cost reduction of the optical element. For example, an eighth lens L8 of Examples 3 and 4 to be described later is a glass lens having an anamorphic aspheric surface, but it can be replaced with a plastic lens.

各実施の形態の投影光学系POは、パワーを有する屈折光学素子から成る屈折光学系LGを有している。各実施の形態のように、投影光学系はパワーを有する屈折光学素子を少なくとも1つ有することが望ましい。パワーを有する屈折光学素子を用いることにより、色合成プリズムで発生する色収差等、反射面のみでは補正できない収差を補正することが可能となる。なお、本発明の特徴的構成は、屈折光学素子を有する投影光学系に適用する場合に限らず、ミラーのみを有する投影光学系に適用する場合でも、同様にその効果を発揮することができる。   The projection optical system PO of each embodiment has a refractive optical system LG composed of a refractive optical element having power. As in each embodiment, it is desirable that the projection optical system has at least one refractive optical element having power. By using a refracting optical element having power, it is possible to correct aberrations that cannot be corrected only by the reflecting surface, such as chromatic aberration generated in the color synthesis prism. The characteristic configuration of the present invention is not limited to being applied to a projection optical system having a refracting optical element, but can also exhibit the same effect when applied to a projection optical system having only a mirror.

屈折面として、x軸方向とy軸方向とでパワーの異なる面(つまりアナモフィック非球面)を用いることが望ましい。x軸方向とy軸方向とでパワーの異なる屈折面を用いることにより、x軸方向とy軸方向とで非対称な収差を補正することができる。x軸方向とy軸方向とでパワーの異なる屈折面は、スクリーン面に近い面として用いることが好ましい。ただし、最もスクリーン面に近い面では各画角の光束が分離しているため、高い収差補正の効果を得るために、自由曲面形状を有する反射面を配置することが望ましい。   As the refracting surface, it is desirable to use surfaces having different powers in the x-axis direction and the y-axis direction (that is, anamorphic aspheric surfaces). By using refracting surfaces having different powers in the x-axis direction and the y-axis direction, it is possible to correct asymmetric aberrations in the x-axis direction and the y-axis direction. Refractive surfaces having different powers in the x-axis direction and the y-axis direction are preferably used as surfaces close to the screen surface. However, since the luminous fluxes at the respective angles of view are separated on the surface closest to the screen surface, it is desirable to arrange a reflecting surface having a free-form surface in order to obtain a high aberration correction effect.

ズーミング時には、2面の偏芯配置された非回転対称な反射面を移動させることが、ズーミングによる収差変動を良好に補正できるため好ましい。また、フォーカシング時には、1面又は2面の偏芯配置された非回転対称な反射面を移動させることが、フォーカシングによる収差変動を良好に補正できるため好ましい。また、2面の偏芯配置された非回転対称な透過面を有する光学素子を移動させることが、フォーカシングによる収差変動を良好に補正できるため好ましい。さらに、フォーカシング時には1つの反射光学素子と1つの屈折光学素子との合計2つの光学素子を移動させることが、フォーカシングによる収差変動を良好に補正できるため好ましい。もちろん、反射光学素子のみ又は屈折光学素子のみを用いて、フォーカシングを行うことも可能である。   During zooming, it is preferable to move the non-rotationally symmetric reflecting surfaces arranged eccentrically on the two surfaces because aberration variations due to zooming can be corrected well. Further, at the time of focusing, it is preferable to move the non-rotationally symmetric reflecting surface in which one or two surfaces are eccentrically arranged because aberration fluctuations due to focusing can be corrected well. In addition, it is preferable to move the optical element having a non-rotationally symmetric transmission surface arranged eccentrically on two surfaces because aberration variations due to focusing can be favorably corrected. Further, during focusing, it is preferable to move a total of two optical elements, one reflective optical element and one refractive optical element, because aberration fluctuations due to focusing can be favorably corrected. Of course, it is also possible to perform focusing using only a reflective optical element or a refractive optical element.

投影光学系内でいったん中間像を形成した後、その中間像を反射面でスクリーン面上に結像させることが望ましい。中間像よりもスクリーン面側に位置する光学素子で発生する歪曲を相殺するように、中間像に収差を与えることによって、広角な投影光学系でありながらスクリーン面上で良好な光学性能を得ることが可能となる。また、中間像を形成することにより、反射面の大きさを小さくすることができるので、反射面の製造が容易になる。   It is desirable to form an intermediate image once in the projection optical system and then form the intermediate image on the screen surface with a reflecting surface. By giving aberration to the intermediate image so as to cancel out the distortion generated by the optical element located on the screen surface side of the intermediate image, it is possible to obtain a good optical performance on the screen surface even though it is a wide-angle projection optical system. Is possible. Moreover, since the size of the reflecting surface can be reduced by forming the intermediate image, the manufacturing of the reflecting surface is facilitated.

最もスクリーン面に近い反射面は凹面であることが望ましい。最もスクリーン面に近い反射面として凹面反射面を用いることにより、凹面反射面のパワーによって中間像を結像させることができる。したがって、中間像の収差を用いて、歪曲や像面の傾き等、投影光学系全体の収差を補正することが可能となる。最もスクリーン面に近い反射面が凸面反射面である場合、いったん形成した中間像をスクリーン面上で結像させるために、凸面ミラーのほかに正パワーの光学素子が必要となる。このため、中間像を形成する構成ではコンパクト化が困難になる。したがって、最もスクリーン面に近い反射面が凸面反射面であり、中間像を形成しない場合には、収差補正のために自由曲面形状の屈折光学素子や反射光学素子を追加することが望ましい。   The reflecting surface closest to the screen surface is preferably a concave surface. By using the concave reflecting surface as the reflecting surface closest to the screen surface, an intermediate image can be formed by the power of the concave reflecting surface. Therefore, it is possible to correct aberrations of the entire projection optical system such as distortion and inclination of the image plane using the aberration of the intermediate image. When the reflective surface closest to the screen surface is a convex reflective surface, a positive power optical element is required in addition to the convex mirror in order to form an intermediate image once formed on the screen surface. For this reason, it is difficult to reduce the size of the configuration in which the intermediate image is formed. Therefore, when the reflective surface closest to the screen surface is a convex reflective surface and an intermediate image is not formed, it is desirable to add a free-form refractive optical element or reflective optical element for aberration correction.

第1〜第4の実施の形態は、表示画像をスクリーン面SL上に拡大投影する、画像投影装置用の投影光学系POである。したがって、表示素子面SGは光強度の変調等により2次元画像を形成する画像形成面に相当し、スクリーン面SLはその投影像面に相当する。各実施の形態では表示素子としてデジタル・マイクロミラー・デバイスを想定しているが、表示素子はこれに限らず、各実施の形態の投影光学系POに適した他の非発光・反射型(又は透過型)の表示素子(例えば液晶表示素子)を用いても構わない。表示素子としてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合、その表示素子面SGを照明光学系で照明すると、表示素子面SGに入射した光は、ON/OFF状態(例えば±12°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。その際、ON状態のマイクロミラーで反射した光のみが投影光学系POに入射してスクリーン面SLに投射される。   The first to fourth embodiments are projection optical systems PO for an image projection apparatus that project an enlarged display image on a screen surface SL. Accordingly, the display element surface SG corresponds to an image forming surface on which a two-dimensional image is formed by modulation of light intensity or the like, and the screen surface SL corresponds to the projected image surface. In each embodiment, a digital micromirror device is assumed as a display element. However, the display element is not limited to this, and other non-light-emitting / reflective type (or a suitable type) for the projection optical system PO of each embodiment (or A transmission type display element (for example, a liquid crystal display element) may be used. When a digital micromirror device is used as a display element, when the display element surface SG is illuminated with an illumination optical system, the light incident on the display element surface SG is in an ON / OFF state (for example, an inclination state of ± 12 °). It is spatially modulated by being reflected by each micromirror. At that time, only the light reflected by the micromirrors in the ON state enters the projection optical system PO and is projected onto the screen surface SL.

以上の説明から分かるように、上述した各実施の形態や後述する各実施例には以下の投影光学系及び画像投影装置の構成が含まれている。その構成によると、前述したように、投影光学系の高性能化とコンパクト化を達成しながら、非軸光学系による斜め投影において像トビの発生なしにズーミングやフォーカシングを行うことが可能である。   As can be seen from the above description, each of the above-described embodiments and each example described later includes the following configurations of the projection optical system and the image projection apparatus. According to this configuration, as described above, it is possible to perform zooming and focusing without causing image distortion in oblique projection by a non-axis optical system while achieving high performance and compactness of the projection optical system.

(T1) 表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系であって、スクリーン面とスクリーン面へ入射する軸上主光線との成す角度が垂直ではなく、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを有し、前記反射ミラーを含む少なくとも1つの光学素子群を移動群として、少なくとも前記光学素子群の移動によって生じる前記光学素子群のパワー変化により、全系の焦点距離を変化させることを特徴とする投影光学系。   (T1) A projection optical system for enlarging and projecting an image of the display element surface onto the screen surface, and the angle formed between the screen surface and the axial principal ray incident on the screen surface is not vertical, but is rotated eccentrically An asymmetric reflection mirror is provided, and at least one optical element group including the reflection mirror is used as a movement group, and the focal length of the entire system is changed by a power change of the optical element group caused by movement of the optical element group. A projection optical system characterized by that.

(T2) 前記条件式(1)を満たすことを特徴とする上記(T1)記載の投影光学系。   (T2) The projection optical system according to (T1), wherein the conditional expression (1) is satisfied.

(T3) 全系の焦点距離を変化させることにより、表示素子面とスクリーン面の位置をほぼ一定に保ったまま、拡大倍率を変化させるズーム光学系であることを特徴とする上記(T1)又は(T2)記載の投影光学系。   (T3) The above (T1) or (T1), wherein the zoom optical system changes the magnification while maintaining the positions of the display element surface and the screen surface substantially constant by changing the focal length of the entire system. The projection optical system according to (T2).

(T4) 全系の焦点距離変化による、絶対値の最も小さい拡大倍率から任意の拡大倍率への変倍において、前記条件式(2),(4),(5)のうちの少なくとも1つを満たすことを特徴とする上記(T3)記載の投影光学系。   (T4) In changing the magnification from the smallest absolute value to an arbitrary magnification by changing the focal length of the entire system, at least one of the conditional expressions (2), (4), (5) is The projection optical system according to (T3) above, characterized in that:

(T5) 全系の焦点距離変化によるある焦点距離範囲での変倍において、前記条件式(3)を満たすことを特徴とする上記(T3)又は(T4)記載の投影光学系。   (T5) The projection optical system according to (T3) or (T4), wherein the conditional expression (3) is satisfied in zooming within a certain focal length range due to a change in focal length of the entire system.

(T6) 全系の焦点距離を変化させることにより、異なるスクリーン面位置にピントを合わせるフォーカシング機能を有することを特徴とする上記(T1)又は(T2)記載の投影光学系。   (T6) The projection optical system according to (T1) or (T2), wherein the projection optical system has a focusing function for focusing on different screen surface positions by changing a focal length of the entire system.

(T7) 全系の焦点距離変化によるフォーカシングにおいて、前記条件式(6)を満たすことを特徴とする上記(T6)記載の投影光学系。   (T7) The projection optical system according to (T6), wherein the conditional expression (6) is satisfied in focusing by a change in focal length of the entire system.

(T8) 全系の焦点距離変化によるある焦点距離範囲でのフォーカシングにおいて、前記条件式(7)を満たすことを特徴とする上記(T6)又は(T7)記載の投影光学系。   (T8) The projection optical system according to (T6) or (T7), wherein the conditional expression (7) is satisfied in focusing in a certain focal length range due to a change in focal length of the entire system.

(U1) 2次元画像を形成する表示素子と、その表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系と、を備えた画像投影装置であって、前記投影光学系が、上記(T1)〜(T8)のいずれか1項に記載の投影光学系であることを特徴とする画像投影装置。   (U1) An image projection apparatus comprising: a display element that forms a two-dimensional image; and a projection optical system that magnifies and projects an image of the display element surface onto a screen surface, wherein the projection optical system is the above ( An image projection apparatus, which is the projection optical system according to any one of T1) to (T8).

(U2) 2次元画像を形成する表示素子と、その表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系と、を備え、スクリーン面とスクリーン面へ入射する軸上主光線との成す角度が垂直ではない画像投影装置であって、前記投影光学系が、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを有し、前記反射ミラーを含む少なくとも1つの光学素子群を移動群として、少なくとも前記光学素子群の移動によって生じる前記光学素子群のパワー変化により、全系の焦点距離を変化させることを特徴とする画像投影装置。   (U2) comprising a display element for forming a two-dimensional image and a projection optical system for enlarging and projecting the image of the display element surface onto the screen surface, and comprising the screen surface and an axial principal ray incident on the screen surface An image projection apparatus having a non-vertical angle, wherein the projection optical system includes a rotationally asymmetric reflecting mirror arranged eccentrically, and at least one optical element group including the reflecting mirror is used as a moving group, An image projection apparatus characterized in that the focal length of the entire system is changed by a power change of the optical element group caused by movement of the optical element group.

以下、本発明を実施した投影光学系等を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例1〜4は、前述した第1〜第4の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第1〜第4の実施の形態の光学構成を表す光路図(図1〜図4,図4〜図8)は、対応する実施例1〜4の光学配置,投影光路等をそれぞれ示している。   Hereinafter, the projection optical system and the like embodying the present invention will be described more specifically with reference to construction data and the like. Examples 1 to 4 listed here are numerical examples corresponding to the first to fourth embodiments, respectively, and are optical path diagrams representing the optical configurations of the first to fourth embodiments (FIG. 1). 4 to 4) show the optical arrangement, projection optical path, and the like of the corresponding first to fourth embodiments.

表1〜表27に、実施例1〜4のコンストラクションデータを示す。表1,表7,表13,表19に示す基本的な光学構成では(実施例1,2では広角端,最近接投影状態、実施例3,4では最近接投影状態を基本配置としている。)、縮小側の表示素子面SG(S0:表示素子の画像表示面であり、物面に相当する。)から拡大側のスクリーン面SL(像面に相当する。)までを含めた系において、Si(面番号:i=0,1,2,3,...)が縮小側から数えてi番目の面であり、ri(i=0,1,2,3,...)が面Siの曲率半径(mm)である。また、di(i=0,1,2,3,...)は面Siと面Si+1との間の軸上面間隔(mm,ただし、偏心面間隔の場合には偏心データとして、又は偏芯データとあわせて記載する。)であり、Ni(i=0,1,2,3,...),νi(i=0,1,2,3,...)は軸上面間隔diに位置する光学材料のd線に対する屈折率(Nd),アッベ数(νd)をそれぞれ示している。   Tables 1 to 27 show construction data of Examples 1 to 4. In the basic optical configurations shown in Table 1, Table 7, Table 13, and Table 19, the basic arrangement is the wide angle end and closest projection state in Examples 1 and 2, and the closest projection state in Examples 3 and 4. ), A system including a display element surface SG on the reduction side (S0: an image display surface of the display element and corresponding to an object surface) to a screen surface SL on the enlargement side (corresponding to an image surface). Si (surface number: i = 0, 1, 2, 3,...) Is the i-th surface counted from the reduction side, and ri (i = 0, 1, 2, 3,...) Is a surface. It is a curvature radius (mm) of Si. Also, di (i = 0, 1, 2, 3,...) Is the axial upper surface distance between the surface Si and the surface Si + 1 (mm, but in the case of the eccentric surface interval, as eccentric data or eccentricity Ni (i = 0, 1, 2, 3,...), Νi (i = 0, 1, 2, 3,...) The refractive index (Nd) and Abbe number (νd) for the d-line of the optical material positioned are shown.

偏心した面については面Siの対応する欄*にAを付して示し、その偏心データを表2,表8,表14,表20に示す。偏心データは右手系の直交座標系(X,Y,Z)に基づいて表現されており、その直交座標系(X,Y,Z)では座標基準とする面Siの中心位置を原点(0,0,0)とする面頂点座標(X,Y,Z)={X軸方向の平行偏心位置(mm),Y軸方向の平行偏心位置(mm),Z軸方向の平行偏心位置(mm)}で、平行偏心した面の位置を表すとともに、その面の面頂点を中心とする各軸周りの回転角度(X回転,Y回転,Z回転)で面の傾き(°)を表す。なお、座標基準とする面Siが表示素子面S0である場合、表示素子面S0の画面法線方向をz方向とし、表示素子面S0の画面短辺方向をy方向とし、表示素子面S0の画面長辺方向をx方向とする直交座標系(x,y,z)が、座標基準とする面Siの直交座標系(X,Y,Z)であり、各光路図(図1〜図8)において、X軸方向は紙面に対して垂直方向であり(紙面の裏面方向を正とし、紙面に向かって反時計回りをX回転の正とする。)、Y軸方向はX軸とZ軸により右手系をなす方向(紙面と平行)である。   The eccentric surface is indicated by A in the corresponding column * of the surface Si, and the eccentric data is shown in Table 2, Table 8, Table 14, and Table 20. The eccentricity data is expressed based on a right-handed orthogonal coordinate system (X, Y, Z). In the orthogonal coordinate system (X, Y, Z), the center position of the surface Si as a coordinate reference is set to the origin (0, 0,0) plane vertex coordinates (X, Y, Z) = {parallel eccentric position in the X-axis direction (mm), parallel eccentric position in the Y-axis direction (mm), parallel eccentric position in the Z-axis direction (mm) } Represents the position of the parallel decentered surface, and represents the inclination (°) of the surface by the rotation angle (X rotation, Y rotation, Z rotation) about each axis around the surface vertex of the surface. In addition, when the surface Si as the coordinate reference is the display element surface S0, the screen normal direction of the display element surface S0 is the z direction, the screen short side direction of the display element surface S0 is the y direction, and the display element surface S0 An orthogonal coordinate system (x, y, z) having the long side direction of the screen as the x direction is an orthogonal coordinate system (X, Y, Z) of the plane Si as a coordinate reference, and each optical path diagram (FIGS. 1 to 8). ), The X-axis direction is a direction perpendicular to the paper surface (the back surface direction of the paper surface is positive, and the counterclockwise rotation toward the paper surface is X rotation positive), and the Y-axis direction is the X-axis and Z-axis. The direction is a right-handed system (parallel to the page).

ズーミングにより移動する面については面Siの対応する欄*にBを付して示し、そのズームデータを表3,表9に示す(フォーカス投影状態は最近接投影状態であり、ズームポジションPOSは、広角端W,ミドル(中間焦点距離状態)M及び望遠端Tである。)。ズームデータは軸上面間隔diと右手系の直交座標系(X,Y,Z)に基づいて表現されており、その直交座標系(X,Y,Z)では座標基準とする面Siの中心位置を原点(0,0,0)とする面頂点座標(X,Y,Z)={X軸方向の平行移動位置(mm),Y軸方向の平行移動位置(mm),Z軸方向の平行移動位置(mm)}で、平行移動した面の位置を表すとともに、その面の面頂点を中心とする各軸周りの回転角度(X回転,Y回転,Z回転)で面の傾き(°)を表す。なお、座標基準とする面Siが表示素子面S0である場合、表示素子面S0の画面法線方向をz方向とし、表示素子面S0の画面短辺方向をy方向とし、表示素子面S0の画面長辺方向をx方向とする直交座標系(x,y,z)が、座標基準とする面Siの直交座標系(X,Y,Z)であり、各光路図(図1〜図8)において、X軸方向は紙面に対して垂直方向であり(紙面の裏面方向を正とし、紙面に向かって反時計回りをX回転の正とする。)、Y軸方向はX軸とZ軸により右手系をなす方向(紙面と平行)である。   The surface moved by zooming is indicated by adding B to the corresponding column * of the surface Si, and zoom data thereof are shown in Tables 3 and 9 (the focus projection state is the closest projection state, and the zoom position POS is Wide angle end W, middle (intermediate focal length state) M and telephoto end T.) The zoom data is expressed on the basis of the axial top surface distance di and the right-handed orthogonal coordinate system (X, Y, Z). In the orthogonal coordinate system (X, Y, Z), the center position of the surface Si as a coordinate reference is expressed. Coordinates of surface vertex (X, Y, Z) with {0, 0, 0) as the origin (= X axis direction translation position (mm), Y axis direction translation position (mm), Z axis direction parallel The movement position (mm)} represents the position of the translated surface, and the inclination (°) of the surface at a rotation angle (X rotation, Y rotation, Z rotation) about each axis around the surface vertex of the surface. Represents. In addition, when the surface Si as the coordinate reference is the display element surface S0, the screen normal direction of the display element surface S0 is the z direction, the screen short side direction of the display element surface S0 is the y direction, and the display element surface S0 An orthogonal coordinate system (x, y, z) having the long side direction of the screen as the x direction is an orthogonal coordinate system (X, Y, Z) of the plane Si as a coordinate reference, and each optical path diagram (FIGS. 1 to 8). ), The X-axis direction is a direction perpendicular to the paper surface (the back surface direction of the paper surface is positive, and the counterclockwise rotation toward the paper surface is X rotation positive), and the Y-axis direction is the X-axis and Z-axis. The direction is a right-handed system (parallel to the page).

フォーカシングにより移動する面については面Siの対応する欄*にCを付して示し、そのズームデータを表4,表10,表15,表21に示す(最近接投影状態から遠距離投影状態へとフォーカシングが行われ、ズームポジションPOSは、広角端W,ミドル(中間焦点距離状態)M及び望遠端Tである。)。フォーカスデータは軸上面間隔diと右手系の直交座標系(X,Y,Z)に基づいて表現されており、その直交座標系(X,Y,Z)では座標基準とする面S0の中心位置を原点(0,0,0)とする面頂点座標(X,Y,Z)={X軸方向の平行移動位置(mm),Y軸方向の平行移動位置(mm),Z軸方向の平行移動位置(mm)}で、平行移動した面の位置を表すとともに、その面の面頂点を中心とする各軸周りの回転角度(X回転,Y回転,Z回転)で面の傾き(°)を表す。ただし、フォーカシングにより変化しないデータに関しては記載を省略する。なお、座標基準とする表示素子面S0の直交座標系(X,Y,Z)において、表示素子面S0の画面法線方向がZ方向、表示素子面S0の画面短辺方向がY方向、表示素子面S0の画面長辺方向がX方向であり、各光路図(図1〜図8)において、X軸方向は紙面に対して垂直方向であり(紙面の裏面方向を正とし、紙面に向かって反時計回りをX回転の正とする。)、Y軸方向はX軸とZ軸により右手系をなす方向(紙面と平行)である。   The surface moved by focusing is indicated by adding C to the corresponding column * of the surface Si, and the zoom data is shown in Tables 4, 10, 15, and 21 (from the closest projection state to the long-distance projection state). The zoom position POS is at the wide-angle end W, the middle (intermediate focal length state) M, and the telephoto end T). The focus data is expressed on the basis of the axial upper surface distance di and the right-handed orthogonal coordinate system (X, Y, Z). In the orthogonal coordinate system (X, Y, Z), the center position of the surface S0 as the coordinate reference is expressed. Coordinates of surface vertex (X, Y, Z) with {0, 0, 0) as the origin (= X axis direction translation position (mm), Y axis direction translation position (mm), Z axis direction parallel The movement position (mm)} represents the position of the translated surface, and the inclination (°) of the surface at a rotation angle (X rotation, Y rotation, Z rotation) about each axis around the surface vertex of the surface. Represents. However, description of data that does not change due to focusing is omitted. In the orthogonal coordinate system (X, Y, Z) of the display element surface S0 as the coordinate reference, the screen normal direction of the display element surface S0 is the Z direction, and the screen short side direction of the display element surface S0 is the Y direction. The screen long side direction of the element surface S0 is the X direction, and in each optical path diagram (FIGS. 1 to 8), the X-axis direction is a direction perpendicular to the paper surface (the back surface direction of the paper surface is positive, and it faces the paper surface). The Y-axis direction is the direction (parallel to the paper surface) that forms the right-handed system by the X-axis and the Z-axis.

回転対称な非球面から成る面Siについては、面Siの対応する欄#にAを付して示す。回転対称な非球面から成る面Siは、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系(x,y,z)を用いた以下の式(AS)で定義される。表5,表11,表16,表22に、各実施例の非球面データを示す。ただし、表記の無い項の係数は0であり、すべてのデータに関してE−n=×10-nである。
z=(c・h2)/[1+√{1−(1+K)・c2・h2}]+A・h4+B・h6+C・h8+D・h10+E・h12+F・h14+G・h16+H・h18+J・h20 …(AS)
ただし、式(AS)中、
z:高さhの位置でのz軸方向の変位量(面頂点基準)、
h:z軸に対して垂直な方向の高さ(h2=x2+y2)、
c:面頂点での曲率(=1/ri)、
K:円錐係数、
A,…,J:非球面係数、
である。
A surface Si composed of a rotationally symmetric aspheric surface is indicated by A in the corresponding column # of the surface Si. A surface Si composed of a rotationally symmetric aspherical surface is defined by the following expression (AS) using a local orthogonal coordinate system (x, y, z) having the surface vertex as an origin. Table 5, Table 11, Table 16, and Table 22 show the aspheric surface data of each example. However, the coefficient of the term without description is 0, and E−n = × 10 −n for all data.
z = (c · h 2 ) / [1 + √ {1− (1 + K) · c 2 · h 2 }] + A · h 4 + B · h 6 + C · h 8 + D · h 10 + E · h 12 + F · h 14 + G · h 16 + H · h 18 + J · h 20 (AS)
However, in the formula (AS)
z: amount of displacement in the z-axis direction at the position of height h (based on the surface vertex),
h: height in the direction perpendicular to the z-axis (h 2 = x 2 + y 2 ),
c: curvature at the surface vertex (= 1 / ri),
K: cone coefficient,
A, ..., J: aspheric coefficient,
It is.

アナモフィック非球面から成る面Siについては、面Siの対応する欄#にBを付して示す。アナモフィック非球面から成る面Siは、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系(x,y,z)を用いた以下の式(BS)で定義される。表17,表23に、実施例3,4のアナモフィック非球面データを示す。ただし、表記の無い項の係数は0であり、すべてのデータに関してE−n=×10-nである。
z=(CUX・x2+CUY・y2)/[1+√{1−(1+KX)・CUX2・x2−(1+KY)・CUY2・y2}]+AR・{(1−AP)・x2+(1+AP)・y22+BR・{(1−BP)・x2+(1+BP)・y23+CR・{(1−CP)・x2+(1+CP)・y24+DR・{(1−DP)・x2+(1+DP)・y25 …(BS)
ただし、式(BS)中、
x,y:z軸に対して垂直な平面内での直交座標、
z:座標(x,y)の位置でのz軸方向の変位量(面頂点基準)、
CUX:面頂点でのx軸方向の曲率、
CUY:面頂点でのy軸方向の曲率、
KX:x軸方向の円錐係数、
KY:y軸方向の円錐係数、
AR,BR,CR,DR:円錐からの4次,6次,8次,10次の変形係数の回転対称成分、
AP,BP,CP,DP:円錐からの4次,6次,8次,10次の変形係数の非回転対称成分、
である。
For the surface Si composed of an anamorphic aspheric surface, B is shown in the corresponding column # of the surface Si. A surface Si composed of an anamorphic aspheric surface is defined by the following equation (BS) using a local orthogonal coordinate system (x, y, z) having the surface vertex as an origin. Tables 17 and 23 show the anamorphic aspheric data of Examples 3 and 4. However, the coefficient of the term without description is 0, and E−n = × 10 −n for all data.
z = (CUX · x 2 + CUY · y 2 ) / [1 + √ {1− (1 + KX) · CUX 2 · x 2 − (1 + KY) · CUY 2 · y 2 }] + AR · {(1−AP) · x 2 + (1 + AP) · y 2 } 2 + BR · {(1−BP) · x 2 + (1 + BP) · y 2 } 3 + CR · {(1−CP) · x 2 + (1 + CP) · y 2 } 4 + DR · {(1−DP) · x 2 + (1 + DP) · y 2 } 5 (BS)
However, in the formula (BS)
x, y: Cartesian coordinates in a plane perpendicular to the z axis,
z: the amount of displacement in the z-axis direction at the coordinates (x, y) (based on the surface vertex),
CUX: curvature in the x-axis direction at the surface vertex,
CUY: curvature in the y-axis direction at the surface vertex,
KX: cone coefficient in the x-axis direction,
KY: the cone coefficient in the y-axis direction,
AR, BR, CR, DR: rotationally symmetric components of fourth, sixth, eighth, and tenth order deformation coefficients from a cone,
AP, BP, CP, DP: non-rotation symmetric components of fourth, sixth, eighth, and tenth order deformation coefficients from a cone,
It is.

自由曲面から成る面Siについては、面Siの対応する欄#にCを付して示す。自由曲面から成る面Siは、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系(x,y,z)を用いた以下の式(CS)で定義される。表6,表12,表18,表24に、各実施例の多項式自由曲面データを示す。ただし、表記の無い項の係数は0であり、すべてのデータに関してE−n=×10-nである。 For the surface Si composed of a free-form surface, C is shown in the corresponding column # of the surface Si. A surface Si composed of a free-form surface is defined by the following equation (CS) using a local orthogonal coordinate system (x, y, z) having the surface vertex as an origin. Table 6, Table 12, Table 18, and Table 24 show the polynomial free-form surface data of each example. However, the coefficient of the term without description is 0, and E−n = × 10 −n for all data.

Figure 2008242028
…(CS)
Figure 2008242028
… (CS)

ただし、式(CS)中、
z:高さhの位置でのz軸方向の変位量(面頂点基準)、
h:z軸に対して垂直な方向の高さ(h2=x2+y2)、
c:近軸曲率(=1/ri)、
k:円錐係数、
j:多項式自由曲面係数、
であり、自由曲面項は以下の式(CF)で表される。
However, in the formula (CS)
z: amount of displacement in the z-axis direction at the position of height h (based on the surface vertex),
h: height in the direction perpendicular to the z-axis (h 2 = x 2 + y 2 ),
c: paraxial curvature (= 1 / ri),
k: cone coefficient,
C j : polynomial free-form surface coefficient,
The free-form surface term is expressed by the following formula (CF).

Figure 2008242028
…(CF)
Figure 2008242028
… (CF)

表25に、ズーミングにおいて一体的に移動する光学素子群と、フォーカシングにおいて一体的に移動する光学素子群と、について、平行移動の移動量ΔS(mm)及び移動方向φ(°)と、回転移動の回転角度θ(°)を示す。平行移動の移動方向φは、図24(A)に示すようにz軸を基準とした左回りを正とし、回転移動の回転角度θは、図24(B)に示すように左回りを正とする。また、フォーカシングは最近接投影状態から遠距離投影状態へと行われ(ズーム光学系のフォーカシングの場合、ズームポジションは望遠端T)、ズーミングは最近接投影状態で広角端Wから望遠端Tへと行われる。   Table 25 shows the amount of translation ΔS (mm) and the movement direction φ (°) and the rotational movement of the optical element group that moves integrally during zooming and the optical element group that moves integrally during focusing. The rotation angle θ (°) is shown. As shown in FIG. 24 (A), the movement direction φ of the parallel movement is positive in the counterclockwise direction with respect to the z axis, and the rotation angle θ of the rotational movement is positive in the counterclockwise direction as shown in FIG. 24 (B). And Further, focusing is performed from the closest projection state to the far-distance projection state (in the case of zoom optical system, the zoom position is the telephoto end T), and zooming is performed from the wide-angle end W to the telephoto end T in the closest projection state. Done.

表26に全系の投影倍率(画面長辺方向の投影倍率βxと画面短辺方向の投影倍率βyとの平均値)を示し、表27に表示素子面SG(物面S0)の有効エリアのサイズ(mm)、表示素子側のNA(numerical aperture)及び絞り半径(mm)を示す。また表28〜表30に、各条件式の対応データを各実施例について示す。   Table 26 shows the projection magnification of the entire system (the average value of the projection magnification βx in the screen long side direction and the projection magnification βy in the screen short side direction), and Table 27 shows the effective area of the display element surface SG (object surface S0). The size (mm), NA (numerical aperture) and aperture radius (mm) on the display element side are shown. Tables 28 to 30 show the correspondence data of the conditional expressions for each example.

各実施例の光学性能を、スポットダイアグラム(図9〜図17)で示す。図9は実施例1の広角端W,最近接投影状態でのスポットダイアグラム、図10は実施例1のミドルM,最近接投影状態でのスポットダイアグラム、図11は実施例1の望遠端T,最近接投影状態でのスポットダイアグラム、図12は実施例1の広角端W,遠距離投影状態でのスポットダイアグラム。図13は実施例1のミドルM,遠距離投影状態でのスポットダイアグラム、図14は実施例1の望遠端T,遠距離投影状態でのスポットダイアグラム、図15は実施例2の広角端W,最近接投影状態でのスポットダイアグラム、図16は実施例3の最近接投影状態でのスポットダイアグラム、図17は実施例4の最近接投影状態でのスポットダイアグラムである。各スポットダイアグラムは、スクリーン面SLでの結像特性(mm)をC線(波長656.3nm),d線(波長587.6nm)及びg線(波長435.8nm)の3波長について示しており、各スポットのフィールドポジションは表示素子面SG(物面S0)上の座標(x,y)を示している。   The optical performance of each example is shown by spot diagrams (FIGS. 9 to 17). 9 is a spot diagram in the wide-angle end W of the first embodiment, in the closest projection state, FIG. 10 is a middle M in the first embodiment, a spot diagram in the closest projection state, and FIG. 11 is a telephoto end T in the first embodiment. FIG. 12 is a spot diagram in the closest projection state, and FIG. 13 is a spot diagram in the middle M of the first embodiment, in the long-distance projection state, FIG. 14 is a telephoto end T in the first embodiment, a spot diagram in the long-distance projection state, and FIG. 15 is a wide-angle end W in the second embodiment. FIG. 16 is a spot diagram in the closest projection state of the third embodiment, and FIG. 17 is a spot diagram in the closest projection state of the fourth embodiment. Each spot diagram shows the imaging characteristics (mm) on the screen surface SL for three wavelengths, C-line (wavelength 656.3 nm), d-line (wavelength 587.6 nm) and g-line (wavelength 435.8 nm). The field position of each spot indicates coordinates (x, y) on the display element surface SG (object surface S0).

Figure 2008242028
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Figure 2008242028
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第1の実施の形態(実施例1)のスクリーン面までの光学構成を示す光路図。The optical path figure which shows the optical structure to the screen surface of 1st Embodiment (Example 1). 第2の実施の形態(実施例2)のスクリーン面までの光学構成を示す光路図。The optical path figure which shows the optical structure to the screen surface of 2nd Embodiment (Example 2). 第3の実施の形態(実施例3)のスクリーン面までの光学構成を示す光路図。The optical path figure which shows the optical structure to the screen surface of 3rd Embodiment (Example 3). 第4の実施の形態(実施例4)のスクリーン面までの光学構成を示す光路図。The optical path figure which shows the optical structure to the screen surface of 4th Embodiment (Example 4). 第1の実施の形態(実施例1)の第2曲面ミラーまでの光学構成を示す光路図。The optical path figure which shows the optical structure to the 2nd curved-surface mirror of 1st Embodiment (Example 1). 第2の実施の形態(実施例2)の第2曲面ミラーまでの光学構成を示す光路図。The optical path figure which shows the optical structure to the 2nd curved surface mirror of 2nd Embodiment (Example 2). 第3の実施の形態(実施例3)の第2曲面ミラーまでの光学構成を示す光路図。The optical path figure which shows the optical structure to the 2nd curved surface mirror of 3rd Embodiment (Example 3). 第4の実施の形態(実施例4)の第2曲面ミラーまでの光学構成を示す光路図。The optical path figure which shows the optical structure to the 2nd curved surface mirror of 4th Embodiment (Example 4). 実施例1の広角端,最近接投影状態でのスポットダイアグラム。FIG. 2 is a spot diagram of the first embodiment at a wide angle end and a closest projection state. FIG. 実施例1のミドル,最近接投影状態でのスポットダイアグラム。FIG. 2 is a spot diagram in the middle and closest projection state of Example 1. FIG. 実施例1の望遠端,最近接投影状態でのスポットダイアグラム。2 is a spot diagram in the telephoto end and closest projection state of Embodiment 1. FIG. 実施例1の広角端,遠距離投影状態でのスポットダイアグラム。2 is a spot diagram in the wide-angle end and long-distance projection state according to the first embodiment. 実施例1のミドル,遠距離投影状態でのスポットダイアグラム。2 is a spot diagram in the middle, long-distance projection state of Example 1. FIG. 実施例1の望遠端,遠距離投影状態でのスポットダイアグラム。FIG. 2 is a spot diagram in the telephoto end and long-distance projection state of Embodiment 1. FIG. 実施例2の広角端,最近接投影状態でのスポットダイアグラム。FIG. 7 is a spot diagram in the wide-angle end and closest projection state of Example 2. FIG. 実施例3の最近接投影状態でのスポットダイアグラム。FIG. 6 is a spot diagram in the closest projection state according to the third embodiment. 実施例4の最近接投影状態でのスポットダイアグラム。FIG. 7 is a spot diagram in the closest projection state according to the fourth embodiment. 2枚のミラーを同時に同じ方向に平行移動させた場合の光路変化を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the optical path change at the time of parallel-translating two mirrors to the same direction simultaneously. 2枚のミラーを別々の方向に異なる量だけ平行移動させた場合の光路変化を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the optical path change at the time of translating two mirrors by different amount in a different direction. 射出する軸上主光線の位置と方向が変化しないように2枚のミラーを独立に平行移動だけさせた場合の光路変化を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the optical path change at the time of shifting only two mirrors independently so that the position and direction of the axial principal ray which inject | emits may not change. ミラー移動に回転を加えて全系の焦点距離を変化させた場合の光路変化を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the optical path change at the time of adding rotation to mirror movement and changing the focal distance of the whole system. 1面の非軸光学面でのパワー変化を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the power change in one non-axial optical surface. 2面の非軸光学面でのパワー変化を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the power change in two non-axis optical surfaces. 反射ミラーの平行移動と回転移動の方向を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the direction of the parallel movement of a reflective mirror, and a rotational movement.

符号の説明Explanation of symbols

SG 表示素子面
SL スクリーン面
PO 投影光学系(ズーム光学系)
M1 第1曲面ミラー(反射ミラー,光学素子群)
M2 第2曲面ミラー(反射ミラー,光学素子群)
MF 平面ミラー
LG 屈折光学系
L1〜L8 第1〜第8レンズ
ST 絞り
SG Display element surface SL Screen surface PO Projection optical system (zoom optical system)
M1 first curved mirror (reflection mirror, optical element group)
M2 Second curved mirror (reflection mirror, optical element group)
MF plane mirror LG refractive optical system L1-L8 1st-8th lens ST stop

Claims (11)

表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系であって、スクリーン面とスクリーン面へ入射する軸上主光線との成す角度が垂直ではなく、偏芯配置された回転非対称な反射ミラーを有し、前記反射ミラーを含む少なくとも1つの光学素子群の移動によって生じる前記光学素子群のパワー変化により、全系の焦点距離を変化させることを特徴とする投影光学系。   A projection optical system for enlarging and projecting an image of a display element surface on a screen surface, in which the angle formed between the screen surface and an axial principal ray incident on the screen surface is not vertical, but rotationally asymmetric reflection arranged eccentrically A projection optical system comprising a mirror, wherein a focal length of the entire system is changed by a power change of the optical element group caused by movement of at least one optical element group including the reflection mirror. 以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする請求項1記載の投影光学系;
30<|θimg|<70 …(1)
ただし、
θimg:スクリーン面の画面法線とスクリーン面へ入射する軸上主光線とが成す角度(°)、
である。
The projection optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression (1) is satisfied:
30 <| θimg | <70… (1)
However,
θimg: Angle (°) between the screen normal of the screen surface and the axial principal ray incident on the screen surface,
It is.
全系の焦点距離を変化させることにより、表示素子面とスクリーン面の位置をほぼ一定に保ったまま、拡大倍率を変化させるズーム光学系であることを特徴とする請求項1又は2記載の投影光学系。   3. A projection optical system according to claim 1, wherein the zoom optical system changes the magnification while maintaining the positions of the display element surface and the screen surface substantially constant by changing the focal length of the entire system. Optical system. 全系の焦点距離変化による、絶対値の最も小さい拡大倍率から任意の拡大倍率への変倍において、以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする請求項3記載の投影光学系;
2<|{(1/fA2)−(1/fA1)}/{(1/fG2)−(1/fG1)}|<200 …(2)
ただし、
fA1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの全系の焦点距離、
fA2:変倍後の全系の焦点距離、
fG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fG2:変倍後の、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
4. The projection optical system according to claim 3, wherein the following conditional expression (2) is satisfied in zooming from an enlargement magnification having the smallest absolute value to an arbitrary enlargement magnification due to a change in focal length of the entire system:
2 <| {(1 / fA2) − (1 / fA1)} / {(1 / fG2) − (1 / fG1)} | <200 (2)
However,
fA1: Focal length of the entire system when the absolute value of the magnification is the smallest,
fA2: focal length of the entire system after zooming,
fG1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror when the absolute value of the magnification is the smallest,
fG2: focal length of the optical element group including the reflecting mirror after zooming,
It is.
全系の焦点距離変化によるある焦点距離範囲での変倍において、以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする請求項3又は4記載の投影光学系;
sign(fG1)×sign(fG2)<0 …(3)
ただし、
fG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fG2:変倍後の、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
5. The projection optical system according to claim 3, wherein the following conditional expression (3) is satisfied in zooming within a certain focal length range due to a change in focal length of the entire system:
sign (fG1) × sign (fG2) <0… (3)
However,
fG1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror when the absolute value of the magnification is the smallest,
fG2: focal length of the optical element group including the reflecting mirror after zooming,
It is.
全系の焦点距離変化による、絶対値の最も小さい拡大倍率から任意の拡大倍率への変倍において、以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の投影光学系;
0.2<|(fA2/fA1)/{(LG2−LG1)/LG1}|<200 …(4)
ただし、
fA1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの全系の焦点距離、
fA2:変倍後の全系の焦点距離、
LG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときに、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面が、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線との交点で有する曲率、
LG2:変倍後に、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面が、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線との交点で有する曲率、
である。
6. The zoom lens system according to claim 3, wherein the following conditional expression (4) is satisfied in zooming from an enlargement magnification having the smallest absolute value to an arbitrary enlargement magnification due to a change in focal length of the entire system: A projection optical system according to claim 1;
0.2 <| (fA2 / fA1) / {(LG2-LG1) / LG1} | <200 (4)
However,
fA1: Focal length of the entire system when the absolute value of the magnification is the smallest,
fA2: focal length of the entire system after zooming,
LG1: curvature that the surface on the most reduced side of the optical element group including the reflection mirror has an intersection with the axial principal ray incident on the optical element group including the reflection mirror when the absolute value of the magnification is the smallest,
LG2: the curvature of the most reduced surface of the optical element group including the reflecting mirror after zooming at the intersection with the axial principal ray incident on the optical element group including the reflecting mirror,
It is.
全系の焦点距離変化による、絶対値の最も小さい拡大倍率から任意の拡大倍率への変倍において、以下の条件式(5)を満たすことを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の投影光学系;
10<|(fA2y/fA1y)/{(θG2−θG1)/θG1}|<150 …(5)
ただし、表示素子面の画面形状が長方形であり、その画面短辺方向をy方向とすると、
fA1y:拡大倍率の絶対値が最も小さいときの全系のy方向の焦点距離、
fA2y:変倍後の全系のy方向の焦点距離、
θG1:拡大倍率の絶対値が最も小さいときに、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線が、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面との交点で有する入射角度(°)、
θG2:変倍後に、反射ミラーを含む光学素子群へ入射する軸上主光線が、反射ミラーを含む光学素子群の最も縮小側の面との交点で有する入射角度(°)、
である。
The following conditional expression (5) is satisfied in zooming from an enlargement magnification having the smallest absolute value to an arbitrary enlargement magnification due to a change in focal length of the entire system: A projection optical system according to claim 1;
10 <| (fA2y / fA1y) / {(θG2−θG1) / θG1} | <150 (5)
However, if the screen shape of the display element surface is a rectangle and the screen short side direction is the y direction,
fA1y: focal length in the y direction of the entire system when the absolute value of the magnification is the smallest,
fA2y: focal length in the y direction of the entire system after zooming,
θG1: An incident angle that an axial chief ray incident on the optical element group including the reflecting mirror has at the intersection with the most reduced surface of the optical element group including the reflecting mirror when the absolute value of the magnification is the smallest ( °),
θG2: after zooming, the incident angle (°) at which the axial principal ray incident on the optical element group including the reflecting mirror has an intersection with the most reduced surface of the optical element group including the reflecting mirror,
It is.
全系の焦点距離を変化させることにより、異なるスクリーン面位置にピントを合わせるフォーカシング機能を有することを特徴とする請求項1又は2記載の投影光学系。   3. The projection optical system according to claim 1, further comprising a focusing function for focusing on different screen surface positions by changing a focal length of the entire system. 全系の焦点距離変化によるフォーカシングにおいて、以下の条件式(6)を満たすことを特徴とする請求項8記載の投影光学系;
8<|{(1/fa2)−(1/fa1)}/{(1/f1g)−(1/fg2)}|<40 …(6)
ただし、
fa1:最も近いスクリーン面位置にフォーカスした最近接投影状態での全系の焦点距離、
fa2:最も遠いスクリーン面位置にフォーカスした遠距離投影状態での全系の焦点距離、
fg1:最も近いスクリーン面位置にフォーカスした最近接投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fg2:最も遠いスクリーン面位置にフォーカスした遠距離投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
9. The projection optical system according to claim 8, wherein the following conditional expression (6) is satisfied in focusing by a change in focal length of the entire system:
8 <| {(1 / fa2) − (1 / fa1)} / {(1 / f1g) − (1 / fg2)} | <40 (6)
However,
fa1: the focal length of the entire system in the closest projection state focused on the closest screen surface position,
fa2: the focal length of the entire system in the long-distance projection state focused on the farthest screen surface position,
fg1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the closest projection state focused on the closest screen surface position,
fg2: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the long-distance projection state focused on the farthest screen surface position,
It is.
全系の焦点距離変化によるある焦点距離範囲でのフォーカシングにおいて、以下の条件式(7)を満たすことを特徴とする請求項8又は9記載の投影光学系;
sign(fg1)×sign(fg2)<0 …(7)
ただし、
fg1:最も近いスクリーン面位置にフォーカスした最近接投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
fg2:最も遠いスクリーン面位置にフォーカスした遠距離投影状態での、反射ミラーを含む光学素子群の焦点距離、
である。
10. The projection optical system according to claim 8, wherein the following conditional expression (7) is satisfied in focusing in a certain focal length range due to a change in focal length of the entire system:
sign (fg1) × sign (fg2) <0… (7)
However,
fg1: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the closest projection state focused on the closest screen surface position,
fg2: the focal length of the optical element group including the reflecting mirror in the long-distance projection state focused on the farthest screen surface position,
It is.
2次元画像を形成する表示素子と、その表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系と、を備えた投影型画像表示装置であって、前記投影光学系が、請求項1〜10のいずれか1項に記載の投影光学系であることを特徴とする投影型画像表示装置。   A projection-type image display apparatus comprising: a display element that forms a two-dimensional image; and a projection optical system that magnifies and projects an image of the display element surface on a screen surface, wherein the projection optical system includes: 10. A projection type image display device, characterized in that it is a projection optical system according to any one of items 1 to 10.
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