JP2009122585A - Non-axial variable power projection optical system and projection type image display device - Google Patents

Non-axial variable power projection optical system and projection type image display device Download PDF

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光昭 志茂
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To constitute a high-performance projection optical system 2 so as to be compact by increasing the degree of freedom of design, and to attain the high-performance projection optical system 2 which gives a high variable power ratio even with compact constitution, and in excellent in aberration correction. <P>SOLUTION: The projection optical system 2 has at least three reflection surfaces in a non-axial arrangement, and the loci of axial principal rays cross at least once by the reflection surfaces. Thus, the projection optical system 2 is made compact. By moving at least two reflection surfaces on the different loci which are not parallel with each other, variable power is performed while keeping positions of the display surface of a display element 1 and a screen SC nearly constant. By such a variable power method, the degree of freedom of design of the projection optical system 2 is increased. In the variable power method, not only a distance between the two reflection surfaces but also the power of the respective reflection surfaces are changed, so that large variable power is attained by small moving amounts of the respective reflection surfaces without causing image skipping. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、非軸変倍投影光学系と、その投影光学系を有する投影型画像表示装置とに関するものである。   The present invention relates to a non-axis variable magnification projection optical system and a projection type image display apparatus having the projection optical system.

ノート型パーソナルコンピュータ等の持ち運びが容易なコンピュータが盛んに使用されるようになったことに伴い、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した画像を拡大表示するために、フロントタイプのプロジェクターが広く用いられている。また、デジタル放送等の映像情報配信の多様化および高精細化に伴い、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は、必要とされる投影空間が大きいので、中、小会議室や家庭などの投影空間を十分に確保できない空間においては、大画面での使用が困難である。   Front-type projectors are used to enlarge and display images created on computers during meetings and presentations in offices as computers that are easy to carry, such as notebook personal computers, have become popular. Is 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, since a conventional projector requires a large projection space, it is difficult to use it on a large screen in a space where a sufficient projection space such as a small conference room or a home cannot be secured.

そこで、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、投影される画像を結像す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。このとき、反射面として、偏芯させた反射面を用いた、いわゆる非軸光学系の配置を採ることにより、光路を折りたたむ効果をより上げることができる。さらに、スクリーン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、いわゆる斜め投影光学系の構成も知られている。   Therefore, as a method for achieving a large screen while reducing the required projection space, a reflecting surface is introduced into the projection optical system to project the optical path of the imaging light beam that forms the projected image. A configuration for folding into an apparatus is known. At this time, by adopting a so-called non-axial optical system using a decentered reflecting surface as the reflecting surface, the effect of folding the optical path can be further increased. Furthermore, a so-called oblique projection optical system configuration is also known 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.

また、光学系を軽量化したり、色収差による劣化を少なくするために、ミラーのみからなる光学系や、ミラーを多用した光学系が従来から提案されている。さらに、空間的に限られた範囲内で使用する場合、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、いわゆるズーム光学系(変倍光学系)があると、その場での拡大、縮小を即座に行うことができ、大変便利である。   In addition, in order to reduce the weight of the optical system and reduce deterioration due to chromatic aberration, an optical system composed only of a mirror and an optical system using many mirrors have been proposed. Furthermore, when using within a limited space, if there is a so-called zoom optical system (variable magnification optical system) that changes the projection magnification while the position of the projector or screen is substantially fixed, Reduction can be performed immediately, which is very convenient.

ミラーのみからなる光学系やミラーを多用した光学系で、変倍可能な非軸投影光学系は、従来からいくつか提案されている。例えば、特許文献1および2は、ミラーを多用した光学系で、変倍可能な非軸投影光学系を開示している。特許文献1の光学系は、非軸光学系の構成であるが、その一部を構成する共軸系の光学要素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、変倍を行っている。一方、特許文献2の光学系は、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、変倍を行っている。   Several non-axis projection optical systems capable of zooming using an optical system consisting only of mirrors or an optical system using many mirrors have been proposed. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a non-axial projection optical system that can change magnification by using an optical system that uses many mirrors. The optical system of Patent Document 1 has a configuration of a non-axis optical system, but zooming is performed by changing the focal length of the entire system by translating a coaxial optical element that constitutes a part of the optical system. ing. On the other hand, the optical system of Patent Document 2 performs zooming by translating a non-axially arranged mirror to change the focal length of the entire system.

特開2005−121722号公報JP-A-2005-121722 特開2005−189768号公報JP 2005-189768 A

ところで、非軸光学系は、光路を折りたたむことにより光学系を小さく構成できるが、軸上光線が1本の直線状にはならないため、変倍のために光学系を移動し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、パワーを持つ非軸光学系の部分をただ単純に平行移動させると、全体の焦点距離は変化するが、スクリーンへの射出光線が大きく移動することにより、変倍中に画面中心位置が移動してしまう、いわゆる像トビの現象が生ずる。したがって、非軸光学系においては、このような像トビの現象を回避した変倍方法が必要である。   By the way, the non-axis optical system can be configured to be small by folding the optical path, but since the axial ray does not become one straight line, the focal length is changed by moving the optical system for zooming. In this case, it is necessary to consider that the optical system is a non-axis optical system. For example, simply moving the non-axial optical system with power changes the overall focal length, but the center of the screen moves during zooming due to the large movement of the light beam emitted to the screen. As a result, a so-called image jump phenomenon occurs. Therefore, in a non-axis optical system, a zooming method that avoids such a phenomenon of image jumping is necessary.

この点、特許文献1の非軸光学系では、共軸系の光学要素を移動させることによって変倍しているので、軸上の射出位置がずれることはない。しかし、この変倍方法では、非軸配置されている部分の移動を伴わないので、共軸系の色収差がその後段の非軸系で拡大され、全系の性能が共軸系の性能に左右される。その結果、非軸系にてミラーを用いて色収差を低減する利点が減少し、高性能な光学系を実現することができない。   In this regard, in the non-axial optical system of Patent Document 1, the magnification is changed by moving the optical element of the coaxial system, so that the emission position on the axis does not shift. However, since this zooming method does not involve movement of the non-axially arranged part, the chromatic aberration of the coaxial system is expanded in the subsequent non-axial system, and the performance of the entire system depends on the performance of the coaxial system. Is done. As a result, the advantage of reducing chromatic aberration using a mirror in a non-axial system is reduced, and a high-performance optical system cannot be realized.

一方、特許文献2の光学系では、非軸配置のミラーを移動させて変倍するので、特許文献1のような問題は生じず、非軸光学系により適した変倍方法と言える。しかし、この変倍方法では、像トビを回避するために、移動させる非軸配置のミラーに入射する軸上主光線と、移動させる他の非軸配置のミラーから射出する軸上主光線とが平行になるように、非軸光学系を構成する必要がある。このため、そのように非軸光学系を構成しなければならないという設計上の制約があり、光路を折り曲げてコンパクトにする非軸光学系の効果を十分に発揮することができない。   On the other hand, in the optical system of Patent Document 2, since the magnification is changed by moving a non-axially arranged mirror, the problem as in Patent Document 1 does not occur, and it can be said that the magnification method is more suitable for the non-axis optical system. However, in this zooming method, in order to avoid image distortion, an axial chief ray incident on the non-axially arranged mirror to be moved and an axial chief ray emitted from the other non-axially arranged mirror to be moved are It is necessary to configure the non-axis optical system so as to be parallel. For this reason, there is a design restriction that the non-axis optical system must be configured in this way, and the effect of the non-axis optical system that makes the optical path bend and compact can not be sufficiently exhibited.

また、特許文献1および2は、ともに、光学要素の平行移動のみによって変倍を行う構成のため、変倍比を上げるためには、光学要素の移動距離を大きく確保する必要があり、光学系が大型化する。   In addition, both Patent Documents 1 and 2 are configured to perform zooming only by parallel movement of the optical element. Therefore, in order to increase the zooming ratio, it is necessary to ensure a large moving distance of the optical element. Increases in size.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、設計の自由度を増大させて光学系をコンパクトに構成でき、そのようなコンパクトな構成でも大きな変倍比を得ることができる、収差補正に優れた高性能な非軸変倍投影光学系と、その投影光学系を備えた投影型画像表示装置とを提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to increase the degree of freedom of design and to make the optical system compact. It is an object of the present invention to provide a high-performance non-axis variable magnification projection optical system capable of obtaining a ratio and excellent in aberration correction, and a projection type image display apparatus including the projection optical system.

本発明の非軸変倍投影光学系は、偏芯配置された回転非対称な反射面を有し、表示素子面の像を被投影面上に拡大して投影する非軸変倍投影光学系であって、上記反射面を少なくとも3面有しており、上記少なくとも3面の反射面により、表示素子面から被投影面へ向かう軸上主光線の軌跡が少なくとも1回交差し、上記少なくとも3面の反射面のうち、少なくとも2面の反射面を、互いに平行でない異なる軌跡で移動させ、表示素子面と被投影面の位置をほぼ一定にしたまま変倍することを特徴としている。   The non-axis variable magnification projection optical system of the present invention is a non-axis variable magnification projection optical system that has a rotationally asymmetric reflective surface arranged eccentrically and projects an image of a display element surface on a projection surface in an enlarged manner. And having at least three reflecting surfaces, the locus of the axial principal ray from the display element surface to the projection surface intersects at least once by the at least three reflecting surfaces, and the at least three surfaces. Among the reflective surfaces, at least two reflective surfaces are moved along different trajectories that are not parallel to each other, and the magnification is changed while the positions of the display element surface and the projection surface are substantially constant.

本発明の非軸変倍投影光学系において、軸上主光線が被投影面に対して垂直方向以外の斜め方向から入射することが望ましい。   In the non-axis variable magnification projection optical system of the present invention, it is desirable that the axial principal ray is incident from an oblique direction other than the vertical direction with respect to the projection surface.

本発明の非軸変倍投影光学系は、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。すなわち、
20°<|θ|<70° ・・・(1)
ただし、
θ:被投影面の法線と被投影面に入射する軸上主光線とのなす角度
である。
The non-axis variable magnification projection optical system of the present invention desirably satisfies the following conditional expression (1). That is,
20 ° <| θ | <70 ° (1)
However,
θ: An angle formed between the normal line of the projection surface and the axial principal ray incident on the projection surface.

本発明の非軸変倍投影光学系は、拡大側の拡大倍率の最も小さい状態をワイドとし、拡大側の拡大倍率の最も大きい状態をテレとしたとき、ワイドからテレへの変倍において、表示素子の短辺方向および長辺方向のうちの少なくとも一方向について以下の条件式(2)を満足することが望ましい。すなわち、
0.2<|(Zφr_refl−1)/(Zφall −1)|<5.0 ・・・(2)
ただし、
Zφr_refl:上記少なくとも3面の反射面のうち、少なくとも1面の反射面の、
ワイドのパワーに対するテレのパワーの比
Zφall :全系の、ワイドのパワーに対するテレのパワーの比
である。
In the non-axis variable magnification projection optical system of the present invention, when the state where the magnification on the magnification side is the smallest is wide and the state where the magnification on the magnification side is the largest is tele, It is desirable that the following conditional expression (2) is satisfied in at least one of the short side direction and the long side direction of the element. That is,
0.2 <| (Zφr_refl−1) / (Zφall−1) | <5.0 (2)
However,
Zφr_refl: Of the at least three reflecting surfaces, at least one reflecting surface,
Ratio of tele power to wide power Zφall: Ratio of tele power to wide power in the entire system.

本発明の非軸変倍投影光学系は、ワイドからテレへの変倍において、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。すなわち、
|ΔSimg /(β×(1/2NA0))|<2.0 ・・・(3)
ただし、
β :投影倍率
ΔSimg :投影倍率βでの、近軸像点と実際の被投影面の中心位置との、
軸上主光線に沿って測った距離
NA0 :全系の縮小側のNA
である。
The non-axis variable magnification projection optical system of the present invention desirably satisfies the following conditional expression (3) in zooming from wide to telephoto. That is,
| ΔSimg / (β × (1 / 2NA 0 )) | <2.0 (3)
However,
β: projection magnification ΔSimg: between the paraxial image point and the actual center position of the projection surface at the projection magnification β
Distance measured along the axial principal ray NA 0 : NA on the reduction side of the entire system
It is.

本発明の非軸変倍投影光学系において、上記少なくとも3面の反射面のうち、最も被投影面側に配置される反射面は、負のパワーを有していることが望ましい。   In the non-axis variable magnification projection optical system of the present invention, it is desirable that the reflecting surface arranged closest to the projection surface among the at least three reflecting surfaces has a negative power.

本発明の非軸変倍投影光学系は、拡大側から、負のパワーを持つ群と、正のパワーを持つ群とを有していることが望ましい。   The non-axis variable magnification projection optical system of the present invention desirably has a group having a negative power and a group having a positive power from the magnification side.

本発明の投影型画像表示装置は、2次元画像を表示する表示素子と、表示素子面の像を被投影面上に拡大して投影する投影光学系とを有する投影型画像表示装置であって、上記投影光学系は、上述した本発明の非軸変倍投影光学系で構成されていることを特徴としている。   A projection type image display apparatus according to the present invention is a projection type image display apparatus having a display element for displaying a two-dimensional image and a projection optical system for enlarging and projecting an image of the display element surface onto a projection surface. The projection optical system is configured by the non-axis variable magnification projection optical system of the present invention described above.

本発明によれば、非軸配置の少なくとも3面の反射面によって光路を折りたたむことができるので、コンパクトな光学系を実現することができる。特に、軸上主光線の軌跡が少なくとも1回交差するので、光学系が薄型となり、光学系を確実にコンパクトにすることができる。また、非軸配置の反射面が少なくとも3面存在するので、これらの反射面により、非軸光学系で発生する収差を補正して高性能な光学系を実現できる。   According to the present invention, since the optical path can be folded by at least three reflecting surfaces arranged in a non-axial manner, a compact optical system can be realized. In particular, since the trajectories of the axial principal rays intersect at least once, the optical system can be thinned and the optical system can be reliably made compact. In addition, since there are at least three non-axially arranged reflection surfaces, it is possible to realize a high-performance optical system by correcting aberrations generated in the non-axis optical system by these reflection surfaces.

また、2面の反射面を互いに平行でない互いに異なる軌跡で移動させて変倍するので、互いに平行に移動させる構成に比べて設計の自由度が増大する。さらに、このような変倍方法では、2面の反射面間の距離だけでなく、各反射面のパワーも変化するため、像トビを生じさせずに、各反射面の少ない移動量で大きな変倍を行うことができる。つまり、コンパクトな構成でも大きな変倍比を得ることができる。   In addition, since the two reflecting surfaces are moved by different trajectories that are not parallel to each other, the magnification is changed, so that the degree of freedom in design is increased as compared with a configuration in which the reflecting surfaces are moved in parallel with each other. Further, in such a scaling method, not only the distance between the two reflecting surfaces but also the power of each reflecting surface changes, so that a large amount of change can be made with a small amount of movement of each reflecting surface without causing image distortion. Can be doubled. That is, a large zoom ratio can be obtained even with a compact configuration.

また、表示素子面と被投影面の位置をほぼ一定にしたまま変倍するので、どの倍率においても軸上ベストピント位置をほぼ一定にすることが可能となり、高性能な像を得ることができる。つまり、変倍による性能の変動の小さい高性能な光学系を得ることができる。   In addition, since the magnification is changed while the positions of the display element surface and the projection surface are substantially constant, the axial best focus position can be substantially constant at any magnification, and a high-performance image can be obtained. . That is, it is possible to obtain a high-performance optical system with small performance fluctuation due to zooming.

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、以下での説明の便宜上、拡大側(スクリーン側)の拡大倍率の最も小さい変倍状態をワイド(W)とし、拡大側の拡大倍率の最も大きい変倍状態をテレ(T)とし、拡大倍率がワイドとテレの中間となるときの変倍状態をミドル(M)とする。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For convenience of explanation below, the zoom state with the smallest enlargement magnification on the enlargement side (screen side) is set to wide (W), and the magnification change state with the largest enlargement magnification on the enlargement side is set to tele (T). The variable power state when the magnification is intermediate between wide and tele is defined as middle (M).

(1.全体構成について)
図1〜図6は、実施の形態1に係る投影型画像表示装置の構成を示す断面図である。より詳しくは、図1は、ワイドの変倍状態における投影型画像表示装置の全体構成を示す断面図であり、図2は、上記変倍状態における、投影型画像表示装置の投影光学系2を拡大して示す断面図である。また、図3は、ミドルの変倍状態における投影型画像表示装置の全体構成を示す断面図であり、図4は、上記変倍状態における投影光学系2を拡大して示す断面図である。さらに、図5は、テレの変倍状態における投影型画像表示装置の全体構成を示す断面図であり、図6は、上記変倍状態における投影光学系2を拡大して示す断面図である。
(1. Overall configuration)
1 to 6 are sectional views showing the configuration of the projection type image display apparatus according to the first embodiment. More specifically, FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the projection type image display apparatus in the wide zooming state, and FIG. 2 shows the projection optical system 2 of the projection type image display apparatus in the zooming state. It is sectional drawing expanded and shown. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the projection type image display apparatus in the middle zooming state, and FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the projection optical system 2 in the zooming state. 5 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the projection-type image display apparatus in a tele zooming state, and FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the projection optical system 2 in the zooming state.

また、図7は、実施の形態1の投影光学系2を、ワイド、ミドル、テレの各変倍状態で重ね合わせて拡大して示すとともに、各光学要素のワイドからテレへの移動軌跡を示す説明図である。なお、図7において、黒ベタの矢印は、各光学要素がワイドからテレへ移動する方向を示しており、白抜きの矢印は、各光学要素がワイドからテレへ回転する方向を示している。なお、このような図示の仕方は、他の図面でも同様である。   FIG. 7 shows the projection optical system 2 according to Embodiment 1 in an enlarged manner by superimposing the zoom in the wide, middle, and tele zoom states, and shows the movement trajectory of each optical element from wide to tele. It is explanatory drawing. In FIG. 7, the solid black arrow indicates the direction in which each optical element moves from wide to tele, and the white arrow indicates the direction in which each optical element rotates from wide to tele. Note that the manner of illustration is the same in other drawings.

図8は、実施の形態2に係る投影型画像表示装置の投影光学系2を、ワイド、ミドル、テレの各変倍状態で重ね合わせて拡大して示すとともに、各光学要素のワイドからテレへの移動軌跡を示す説明図である。同様に、図9〜図11は、それぞれ、実施の形態3〜5に係る投影型画像表示装置の投影光学系2を、ワイド、ミドル、テレの各変倍状態で重ね合わせて拡大して示すとともに、各光学要素のワイドからテレへの移動軌跡を示す説明図である。   FIG. 8 shows the projection optical system 2 of the projection-type image display apparatus according to Embodiment 2 in an enlarged manner by superimposing them in the wide, middle, and telephoto variable states, and from the wide to the telephoto of each optical element. It is explanatory drawing which shows the movement locus | trajectory. Similarly, FIGS. 9 to 11 show the projection optical systems 2 of the projection type image display apparatuses according to Embodiments 3 to 5 in an enlarged manner by superimposing them in the wide, middle and tele zooming states, respectively. It is explanatory drawing which shows the movement locus | trajectory from wide to tele of each optical element.

各実施の形態1〜5の投影型画像表示装置は、表示素子1と、カバーガラスCGと、投影光学系2とを有している。表示素子1は、2次元画像を表示する光変調素子であり、例えばLCDやDMD(Digital Micromirror Device;米国テキサスインスツルメント社製)で構成することが可能である。カバーガラスCGは、表示素子1の表示面(物体面または表示素子面とも称する)に密着配置されている。   Each of the projection type image display apparatuses according to the first to fifth embodiments includes a display element 1, a cover glass CG, and a projection optical system 2. The display element 1 is a light modulation element that displays a two-dimensional image, and can be composed of, for example, an LCD or DMD (Digital Micromirror Device; manufactured by Texas Instruments, USA). The cover glass CG is disposed in close contact with the display surface (also referred to as object surface or display element surface) of the display element 1.

投影光学系2は、表示素子1の表示面の像を被投影面であるスクリーンSC(像面とも称する)上に拡大して投影する、変倍可能な投影光学系である。実施の形態1〜3および5の投影光学系2は、表示素子1側から、5枚のミラーM1〜M5を有しており、実施の形態4の投影光学系2は、表示素子1側から3枚のミラーM1〜M3を有している。   The projection optical system 2 is a variable magnification projection optical system that projects an enlarged image of the display surface of the display element 1 onto a screen SC (also referred to as an image surface) that is a projection surface. The projection optical system 2 of Embodiments 1 to 3 and 5 has five mirrors M1 to M5 from the display element 1 side, and the projection optical system 2 of Embodiment 4 is from the display element 1 side. Three mirrors M1 to M3 are provided.

ミラーM1〜M5(M1〜M3)は、カバーガラスCGを透過した表示素子1からの光を順に反射させてスクリーンSCに導くものであり、その反射面は回転非対称な反射面となっている。そして、ミラーM1〜M5(M1〜M3)は、軸上主光線がスクリーンSCに対して垂直方向(法線方向)以外の斜め方向から入射するように偏芯配置されている。なお、軸上主光線とは、表示素子1の表示面の中心から射出されて、絞りの中心を通り、スクリーンSCの画面中心に向かう光線を指し、ベースレイとも呼ばれる。   The mirrors M1 to M5 (M1 to M3) sequentially reflect the light from the display element 1 transmitted through the cover glass CG and guide it to the screen SC, and the reflection surface is a rotationally asymmetric reflection surface. The mirrors M1 to M5 (M1 to M3) are eccentrically arranged such that the axial principal ray is incident on the screen SC from an oblique direction other than the vertical direction (normal direction). The axial principal ray is a light ray that is emitted from the center of the display surface of the display element 1, passes through the center of the stop, and travels toward the screen center of the screen SC, and is also called a base ray.

このように、各実施の形態1〜5では、投影光学系2は、軸上主光線がスクリーンSCに対して斜めに入射する、いわゆる斜め投影光学系の構成となっているので、投影光学系2を薄型にできるとともに、そのような薄型の投影光学系2であっても、表示素子1の表示面の像を大きなスクリーンSCに投影することができる。   As described above, in each of the first to fifth embodiments, the projection optical system 2 has a so-called oblique projection optical system configuration in which the axial principal ray is obliquely incident on the screen SC. 2 can be made thin, and even with such a thin projection optical system 2, an image of the display surface of the display element 1 can be projected onto a large screen SC.

また、各実施の形態1〜5では、投影光学系2が有するミラーM1〜M5のうち、最もスクリーンSC側に配置される反射面(ミラーM5またはミラーM3)は、負のパワーを有している。この構成では、最もスクリーンSC側の反射面よりも縮小側(表示素子1側)の投影光学系2の有効範囲を小さくすることができ、コンパクトな投影光学系2を実現しつつ、表示素子1の表示面の像をスクリーンSCに大きく拡大投影することができる。   In each of the first to fifth embodiments, among the mirrors M1 to M5 included in the projection optical system 2, the reflecting surface (mirror M5 or mirror M3) arranged closest to the screen SC has a negative power. Yes. In this configuration, the effective range of the projection optical system 2 on the reduction side (display element 1 side) can be made smaller than the reflection surface closest to the screen SC, and the display element 1 can be realized while realizing a compact projection optical system 2. The image on the display surface can be enlarged and projected onto the screen SC.

また、各実施の形態1〜5では、投影光学系2は、拡大側から、負のパワーを持つ群(以下、負群G1と称する)と、正のパワーを持つ群(以下、正群G2と称する)とを有している。より詳しくは、実施の形態1〜3および5では、投影光学系2のミラーM1・M2・M3は正群G2を構成しており、ミラーM4・M5は負群G1を構成している。また、実施の形態4では、投影光学系2のミラーM1・M2は正群G2を構成しており、ミラーM3は負群G1を構成している。   In each of the first to fifth embodiments, the projection optical system 2 includes, from the magnification side, a group having negative power (hereinafter referred to as negative group G1) and a group having positive power (hereinafter referred to as positive group G2). It is called). More specifically, in the first to third and fifth embodiments, the mirrors M1, M2, and M3 of the projection optical system 2 constitute the positive group G2, and the mirrors M4 and M5 constitute the negative group G1. In the fourth embodiment, the mirrors M1 and M2 of the projection optical system 2 constitute the positive group G2, and the mirror M3 constitutes the negative group G1.

縮小側に正のパワーの群があると、拡大側より負群、正群の配置となる。したがって、投影光学系2は、いわゆるレトロフォーカスタイプの光学系となる。この構成では、バックフォーカス(表示素子1と投影光学系2との間の距離)をある程度確保することができる。したがって、例えば、表示素子1側に色合成用プリズムなどの光学素子を配置する場合でも、その光学素子を容易に配置することが可能となる。   If there is a positive power group on the reduction side, the arrangement is a negative group and a positive group from the enlargement side. Therefore, the projection optical system 2 is a so-called retrofocus type optical system. In this configuration, a back focus (distance between the display element 1 and the projection optical system 2) can be secured to some extent. Therefore, for example, even when an optical element such as a color combining prism is arranged on the display element 1 side, the optical element can be easily arranged.

(2.投影光学系の詳細について)
次に、各実施の形態1〜5の投影光学系2の更なる詳細について説明する。
(2. Details of the projection optical system)
Next, further details of the projection optical system 2 of the first to fifth embodiments will be described.

投影光学系2は、上述のように、偏芯配置された回転非対称な反射面を少なくとも3面有している。そして、投影光学系2では、上記少なくとも3面の反射面により、表示素子面からスクリーンSCへ向かう軸上主光線の軌跡が少なくとも1回交差している。また、投影光学系2は、上記少なくとも3面の反射面のうち、少なくとも2面の反射面を、互いに平行でない異なる軌跡で移動させて変倍し、しかも、表示素子1の表示面とスクリーンSCの位置をほぼ一定にしたまま変倍する構成となっている。   As described above, the projection optical system 2 has at least three rotationally asymmetric reflecting surfaces arranged eccentrically. In the projection optical system 2, the locus of the axial principal ray from the display element surface to the screen SC intersects at least once by the at least three reflecting surfaces. Further, the projection optical system 2 changes the magnification by moving at least two of the at least three reflecting surfaces along different trajectories that are not parallel to each other, and also the display surface of the display element 1 and the screen SC. It is configured to change the magnification while maintaining the position of.

(2−1.少なくとも3面の反射面について)
投影光学系2が、偏芯配置された回転非対称な反射面を少なくとも3面(例えばミラーM1〜M3の3面)有していることにより、投影光学系2は非軸光学系となり、しかも、少なくとも3面の反射面で光路を折りたたむので、体積的にコンパクトな投影光学系2を実現することができる。つまり、共軸系の場合は、光路長と同じ長さの光学系となるが、非軸光学系で反射面を用いることにより、共軸系と光路長が同じでも、その長さ、体積を大幅に小さくすることが可能となり、コンパクトな投影光学系2を実現することが可能となる。
(2-1. About at least three reflective surfaces)
Since the projection optical system 2 has at least three rotationally asymmetric reflecting surfaces arranged eccentrically (for example, three surfaces of mirrors M1 to M3), the projection optical system 2 becomes a non-axis optical system, Since the optical path is folded by at least three reflecting surfaces, the volumetric compact projection optical system 2 can be realized. In other words, in the case of a coaxial system, the optical system has the same length as the optical path length, but by using a reflecting surface in the non-axial optical system, even if the optical path length is the same as the coaxial system, the length and volume are reduced. It becomes possible to greatly reduce the size, and a compact projection optical system 2 can be realized.

また、少なくとも3面の反射面により、非軸光学系で発生する収差を補正することができる。つまり、2面の反射面(例えば正のパワーを有する面と負のパワーを有する面)により、共軸系の場合と同様に、互いの収差を打ち消し合う補正を行い、残りの1面の反射面により、非軸光学系で見られる、偏芯した光学素子面の傾きによる収差(例えば偏芯非点収差)を補正することができる。特に、投影系の場合は、偏芯非点収差が大きく発生するので、反射面を少なくとも3面用いることにより、高性能な投影光学系2を実現することができる。   In addition, the aberration generated in the non-axis optical system can be corrected by at least three reflecting surfaces. In other words, two reflective surfaces (for example, a surface having a positive power and a surface having a negative power) are corrected to cancel each other's aberrations in the same manner as in the coaxial system, and the remaining one surface is reflected. The surface can correct an aberration (for example, decentered astigmatism) caused by the tilt of the decentered optical element surface, which is seen in the non-axis optical system. In particular, in the case of a projection system, a large amount of decentered astigmatism occurs, so that a high-performance projection optical system 2 can be realized by using at least three reflecting surfaces.

さらに、反射面を用いるため、屈折面を用いる場合のような色収差の補正を考慮する必要がない。そのため、屈折系のように、分散の異なる光学素子を組み合わせる必要がなく、その分、少ない枚数の反射面で投影光学系2を構成することができる。したがって、この点でも投影光学系2をコンパクトに構成することができると言える。   Furthermore, since a reflecting surface is used, it is not necessary to consider correction of chromatic aberration as in the case of using a refracting surface. Therefore, there is no need to combine optical elements having different dispersions as in the refraction system, and the projection optical system 2 can be configured with a smaller number of reflecting surfaces. Therefore, it can be said that the projection optical system 2 can also be configured compactly in this respect.

(2−2.軸上主光線の軌跡の交差について)
実施の形態1、3、5では、ミラーM3からミラーM4に向かう軸上主光線が、表示素子1からミラーM1に向かう軸上主光線、およびミラーM1からミラーM2に向かう軸上主光線の両者と交差している。また、実施の形態2では、ミラーM2からミラーM3に向かう軸上主光線が、表示素子1からミラーM1に向かう軸上主光線、およびミラーM4からミラーM5に向かう軸上主光線の両者と交差している。一方、実施の形態4では、ミラーM3からスクリーンSCに向かう軸上主光線が、表示素子1からミラーM1に向かう軸上主光線、およびミラーM1からミラーM2に向かう軸上主光線の両者と交差している。
(2-2. Intersection of trajectories of axial principal rays)
In the first, third, and fifth embodiments, the axial chief ray from the mirror M3 to the mirror M4 is both an axial chief ray from the display element 1 to the mirror M1 and an axial chief ray from the mirror M1 to the mirror M2. Intersects. In the second embodiment, the axial principal ray from the mirror M2 to the mirror M3 intersects with both the axial principal ray from the display element 1 to the mirror M1 and the axial principal ray from the mirror M4 to the mirror M5. is doing. On the other hand, in Embodiment 4, the axial principal ray from the mirror M3 toward the screen SC intersects with both the axial principal ray from the display element 1 to the mirror M1 and the axial principal ray from the mirror M1 to the mirror M2. is doing.

上記したように少なくとも3面の反射面によって光路を折り曲げつつ、軸上主光線の軌跡を複数回交差させることにより、投影光学系2をさらに薄型でコンパクトにすることができる。なお、軸上主光線の軌跡の交差回数は1回であってもよいが、交差回数が複数回であるほうが、その効果を確実に得ることができる。   As described above, the projection optical system 2 can be made thinner and more compact by bending the path of the axial principal ray a plurality of times while bending the optical path with at least three reflecting surfaces. In addition, although the number of times of trajectory of the axial principal ray may be one, the effect can be surely obtained when the number of times of intersection is plural.

(2−3.反射面の移動による変倍について)
投影光学系2は、少なくとも3面の反射面のうち、少なくとも2面の反射面を、互いに平行でない異なる軌跡で移動させて変倍している。このような変倍方法を採用することにより、2面の反射面が平行以外で移動するように投影光学系2を設計することができるので、設計の自由度が増大し、投影光学系2をコンパクトに構成することが可能となる。
(2-3. About magnification change by movement of reflecting surface)
The projection optical system 2 performs zooming by moving at least two reflecting surfaces of at least three reflecting surfaces along different trajectories that are not parallel to each other. By adopting such a scaling method, the projection optical system 2 can be designed so that the two reflecting surfaces move in a direction other than parallel, so that the degree of freedom in design increases, and the projection optical system 2 is A compact configuration is possible.

また、このような変倍方法では、2面の反射面間の距離だけでなく、各反射面のパワーも変化するため、像トビを生じさせずに、各反射面の少ない移動量で大きな変倍を行うことができる。つまり、コンパクトな構成でも大きな変倍比を得ることができる。さらに、少なくとも2面の反射面のパワーを変化させることにより、全系のペッツバールを変えることができる。これにより、各変倍位置での像面の変動を抑えることが可能となる。また、個々の反射面のパワーを変化させることにより、全系の変倍による球面収差、非点収差等の変動のより少ない光学系を実現することが可能となる。   In addition, in such a zooming method, not only the distance between the two reflecting surfaces but also the power of each reflecting surface changes, so that a large amount of change can be made with a small amount of movement of each reflecting surface without causing image distortion. Can be doubled. That is, a large zoom ratio can be obtained even with a compact configuration. Furthermore, the Petzval of the entire system can be changed by changing the power of at least two reflecting surfaces. As a result, it is possible to suppress fluctuations in the image plane at each zoom position. In addition, by changing the power of each reflecting surface, it is possible to realize an optical system with less fluctuations such as spherical aberration and astigmatism due to zooming of the entire system.

なお、上記の変倍比とは、投影光学系2における最長焦点距離(ft)と最短焦点距離(fw)との比(ft/fw)を指す。ここで、各実施の形態1〜5の投影光学系2は、非軸光学系であるが、非軸光学系での焦点距離については、以下のように考える。   The zoom ratio mentioned above refers to the ratio (ft / fw) between the longest focal length (ft) and the shortest focal length (fw) in the projection optical system 2. Here, the projection optical system 2 of each of the first to fifth embodiments is a non-axis optical system, but the focal length in the non-axis optical system is considered as follows.

共軸光学系での焦点距離は、近軸量である。つまり、共軸光学系の光軸を基準の光線と考え、その近傍での光線の振る舞い、すなわち、近軸量を計算することにより、焦点距離を求めることができる。これに対して、非軸光学系では、一般に共軸光学系のような直線状の光軸が存在しないので、共軸光学系の光軸に代わる、基準となる光線を考える必要がある。この光線は、物体面の中心から絞り中心を通り、像面中心に至る光線とする。これは、軸上光線の主光線であり、上述したベースレイのことである。この光線(ベースレイ)を、共軸系の光軸に相当する基準の光線、すなわち、非軸光学系の光軸と考えれば、非軸光学系の近軸量は、ベースレイ近傍での光線の振る舞いに相当する。非軸光学系での焦点距離は、このような近軸量を求めることによって得ることができる。   The focal length in the coaxial optical system is a paraxial amount. That is, the focal length can be obtained by considering the optical axis of the coaxial optical system as a reference ray and calculating the behavior of the ray in the vicinity thereof, that is, the paraxial amount. On the other hand, in a non-axial optical system, there is generally no linear optical axis as in the coaxial optical system, so it is necessary to consider a reference light beam instead of the optical axis of the coaxial optical system. This light beam is a light beam that passes from the center of the object plane to the center of the aperture and reaches the center of the image plane. This is the principal ray of the on-axis ray and the above-described base ray. If this ray (base ray) is considered as a reference ray corresponding to the optical axis of the coaxial system, that is, the optical axis of the non-axis optical system, the paraxial amount of the non-axis optical system is the ray near the base ray. Is equivalent to the behavior of The focal length in the non-axis optical system can be obtained by obtaining such a paraxial amount.

以下、反射面の移動による変倍の詳細について説明する。図12は、表示素子1からスクリーンSCまでの光路を2枚のミラーM11・M21で折り曲げる構成を模式的に示す説明図である。ここでは、2枚のミラーM11・M21で変倍することを考える。なお、考えやすくするために、ミラーM21の後ろ(拡大側)を像面(スクリーンSC)とする。   Hereinafter, the details of zooming by movement of the reflecting surface will be described. FIG. 12 is an explanatory diagram schematically showing a configuration in which the optical path from the display element 1 to the screen SC is bent by two mirrors M11 and M21. Here, it is considered that magnification is changed by two mirrors M11 and M21. In addition, in order to make it easy to think, the back (enlarged side) of the mirror M21 is an image plane (screen SC).

なお、ミラーM11・M21は、偏芯配置(非軸配置)されており、各実施の形態1〜5のミラーM1〜M5のいずれか2面を考えることができる。また、ここでは、説明の理解がしやすいように、移動するミラーの枚数を2枚としているが、移動するミラーが3枚以上であっても同様に考えることができる。さらに、ここでは、ミラーM11に入射する軸上主光線とミラーM21から射出される軸上主光線とが平行でない場合を考えるが、平行の場合であっても同様に考えることができる。   The mirrors M11 and M21 are eccentrically arranged (non-axially arranged), and any two surfaces of the mirrors M1 to M5 of the first to fifth embodiments can be considered. In addition, here, the number of moving mirrors is two for easy understanding of the description, but the same can be considered when there are three or more moving mirrors. Furthermore, although the case where the axial principal ray incident on the mirror M11 and the axial principal ray emitted from the mirror M21 are not parallel is considered here, the same can be considered even when they are parallel.

ミラーM11のパワーをφ1_1 とし、ミラーM21のパワーをφ2_1 とし、2枚のミラーM11・M21間の軸上主光線に沿った間隔をe1_1 とする。なお、以下では特に断らない限り、上記距離をミラー間距離と呼ぶこととする。合成パワーφall_1 は、以下の式で表される。
φall_1 =φ1_1 +φ2_1 −e1_1 ・φ1_1 ・φ2_1
The power of the mirror M11 is φ1_1, the power of the mirror M21 is φ2_1, and the interval along the axial principal ray between the two mirrors M11 and M21 is e1_1. Hereinafter, unless otherwise specified, the distance is referred to as an inter-mirror distance. The combined power φall_1 is expressed by the following equation.
φall_1 = φ1_1 + φ2_1 -e1_1 ・ φ1_1 ・ φ2_1

図13は、ミラーM11だけを平行移動させて変倍したときの光路を模式的に示す説明図である。なお、ミラーM11の移動前における光路を実線で示し、移動後の光路を破線で示す。ミラーM11をこれに入射する軸上主光線に沿う方向に平行に移動させた場合、ミラーM11と軸上主光線との交点、ミラーM11への軸上主光線の入射角度、ミラーM11からの軸上主光線の射出角度は変化しない。しかし、ミラーM21とこれに入射する軸上主光線との交点位置がずれ、ミラーM21からスクリーンSCに向かって射出される軸上主光線の射出角度が変化する。その結果、軸上主光線とスクリーンSCとの交点位置がずれ、スクリーンSCに投影される像の中心位置が移動(像トビ)してしまう。   FIG. 13 is an explanatory diagram schematically showing an optical path when only the mirror M11 is translated to change the magnification. The optical path before the movement of the mirror M11 is indicated by a solid line, and the optical path after the movement is indicated by a broken line. When the mirror M11 is moved parallel to the direction along the axial principal ray incident thereon, the intersection of the mirror M11 and the axial principal ray, the incident angle of the axial principal ray on the mirror M11, the axis from the mirror M11 The emission angle of the upper principal ray does not change. However, the position of the intersection of the mirror M21 and the axial principal ray incident thereon is shifted, and the exit angle of the axial principal ray emitted from the mirror M21 toward the screen SC changes. As a result, the position of the intersection of the axial principal ray and the screen SC shifts, and the center position of the image projected on the screen SC moves (image jump).

なお、このときの合成パワーφall_2 について考えると、ミラーM11のパワーは変化せず、ミラーM21のパワーは、通常、φ2_1 からφ2_2 へと変化する。また、ミラー間距離は、e1_1 からe1_2 に変化する。したがって、合成パワーφall_2 は、以下の式で表される。
φall_2 =φ1_1 +φ2_2 −e1_2 ・φ1_1 ・φ2_2
よって、全系のパワーは変化するので、変倍が可能である(ただし、ピントは保証されない)。しかし、大きな変倍では、スクリーンSCに投影される像の中心位置が大きくずれるため、実用的ではない。
Considering the combined power φall_2 at this time, the power of the mirror M11 does not change, and the power of the mirror M21 usually changes from φ2_1 to φ2_2. Further, the distance between the mirrors changes from e1_1 to e1_2. Therefore, the combined power φall_2 is expressed by the following equation.
φall_2 = φ1_1 + φ2_2 −e1_2 ・ φ1_1 ・ φ2_2
Therefore, since the power of the entire system changes, zooming is possible (however, focus is not guaranteed). However, large zooming is not practical because the center position of the image projected on the screen SC is greatly shifted.

図14は、ミラーM11・M21を両方とも移動させて変倍したときの光路を模式的に示す説明図である。なお、ミラーM11・M21の移動前における光路を実線で示し、移動後の光路を破線で示す(以下の図面でも同様とする)。ただし、図14では、ミラーM11・M21を互いに平行でない異なる軌跡で移動させている。   FIG. 14 is an explanatory diagram schematically showing an optical path when both the mirrors M11 and M21 are moved and scaled. The optical path before the movement of the mirrors M11 and M21 is indicated by a solid line, and the optical path after the movement is indicated by a broken line (the same applies to the following drawings). However, in FIG. 14, the mirrors M11 and M21 are moved along different trajectories that are not parallel to each other.

より具体的には、ミラーM11をこれに入射する軸上主光線に沿う方向に平行に移動させるとともに、軸上主光線とミラーM21との交点位置およびミラーM21への軸上主光線の入射角度がミラーM21の移動前後で変化しないように、ミラーM21を平行移動させている。このように、ミラーM11・M21を互いに平行以外の異なる軌跡で移動させることにより、軸上主光線とスクリーンSCとの交点位置は変化せず、スクリーンSCに投影される像の中心位置は変化しない。   More specifically, the mirror M11 is moved in parallel to the direction along the axial principal ray incident on the mirror M11, the intersection position of the axial principal ray and the mirror M21, and the incident angle of the axial principal ray on the mirror M21. The mirror M21 is translated so that does not change before and after the movement of the mirror M21. Thus, by moving the mirrors M11 and M21 along different trajectories other than parallel to each other, the position of the intersection of the axial principal ray and the screen SC does not change, and the center position of the image projected on the screen SC does not change. .

このときの合成パワーφall_3 を考えると、ミラーM11・M21の個々のパワーは変化しないが、ミラー間距離は、e1_1 からe1_3 に変化する。したがって、合成パワーφall_3 は、以下の式で表される。
φall_3 =φ1_1 +φ2_1 −e1_3 ・φ1_1 ・φ2_1
よって、全系のパワーは変化するので、変倍が可能である(ただし、ピントは保証されない)。
Considering the combined power φall_3 at this time, the individual powers of the mirrors M11 and M21 do not change, but the distance between the mirrors changes from e1_1 to e1_3. Therefore, the combined power φall_3 is expressed by the following equation.
φall_3 = φ1_1 + φ2_1 -e1_3 ・ φ1_1 ・ φ2_1
Therefore, since the power of the entire system changes, zooming is possible (however, focus is not guaranteed).

このように、2枚のミラーM11・M21を、別々の方向に移動させることにより、軸上主光線とスクリーンSCとの交点位置をほぼ一定としたまま(つまり、像面上での軸上主光線の入射位置を変化させずに)変倍することが可能である。したがって、この方法は、非軸光学系に適した変倍方法と言える。ただし、この変倍方法では、ミラー間距離の変化分が変倍に寄与するだけである。そこで、さらに非軸光学系に適した変倍方法について、以下に説明する。   In this way, by moving the two mirrors M11 and M21 in different directions, the intersection position between the axial principal ray and the screen SC remains substantially constant (that is, the axial principal on the image plane). It is possible to change the magnification (without changing the incident position of the light beam). Therefore, this method can be said to be a zooming method suitable for non-axis optical systems. However, in this zooming method, the change in the distance between the mirrors only contributes to zooming. Therefore, a zooming method suitable for a non-axis optical system will be described below.

図15は、ミラーM11・M21を互いに平行でない異なる軌跡で移動させて変倍する際に、さらにミラーM11・M21に回転を加えたときの光路を模式的に示す説明図である。つまり、図15では、変倍の際に、ミラーM11・M21をそれぞれ、軸上主光線に沿う方向に移動させるとともに回転させることによって、ミラーM11・M21を互いに平行でない異なる軌跡で移動させている。このようなミラーM11・M21の移動により、各ミラーM11・M21に対する軸上主光線の入射位置および入射角度が変化する。これにより、各ミラーM11・M21からの軸上主光線の射出角度が変化し、また、その射出位置での面のパワーも変化する。   FIG. 15 is an explanatory view schematically showing an optical path when the mirrors M11 and M21 are further rotated when the mirrors M11 and M21 are moved along different trajectories that are not parallel to each other for zooming. That is, in FIG. 15, the mirrors M11 and M21 are moved in different directions that are not parallel to each other by moving and rotating the mirrors M11 and M21 in the direction along the axial principal ray. . By such movement of the mirrors M11 and M21, the incident position and the incident angle of the axial principal ray with respect to the mirrors M11 and M21 change. As a result, the exit angle of the axial principal ray from each of the mirrors M11 and M21 changes, and the surface power at the exit position also changes.

したがって、ミラーM11・M21を適切に移動させることにより、軸上主光線のスクリーンSCへの入射角度および入射位置を、移動前と同じように保つことができる。なお、投影系では、変倍における像の中心位置の僅かの変化や、スクリーンSCに対する軸上主光線の入射角度の僅かな変化は許容されるため、軸上主光線のスクリーンSCへの入射方向およびスクリーンSCとの交点位置を厳密に同じに(変化しないように)保たなくてもよい。   Therefore, by appropriately moving the mirrors M11 and M21, the incident angle and the incident position of the axial principal ray on the screen SC can be kept the same as before the movement. In the projection system, a slight change in the center position of the image during zooming and a slight change in the incident angle of the axial principal ray with respect to the screen SC are allowed. Therefore, the incident direction of the axial principal ray on the screen SC And the position of the intersection with the screen SC may not be kept exactly the same (so as not to change).

このときの合成パワーを考えると、ミラーM11・M21の移動前後でミラーM11・M21への入射角度および入射位置が変わるため、その位置でのミラーM11・M21のパワーは変化する。具体的には、ミラーM11のパワーは、φ1_1 からφ1_4 へと変化し、ミラーM21のパワーは、φ2_1 からφ2_4 へと変化する。また、ミラー間距離も、e1_1 からe1_4 に変化する。したがって、合成パワーφall_4 は、以下の式で表される。
φall_4 =φ1_4 +φ2_4 −e1_4 ・φ1_4 ・φ2_4
よって、全系のパワーは変化するので、変倍が可能である(ただし、ピントは保証されない)。
Considering the combined power at this time, since the incident angle and the incident position on the mirrors M11 and M21 change before and after the movement of the mirrors M11 and M21, the power of the mirrors M11 and M21 at that position changes. Specifically, the power of the mirror M11 changes from φ1_1 to φ1_4, and the power of the mirror M21 changes from φ2_1 to φ2_4. Also, the distance between the mirrors changes from e1_1 to e1_4. Therefore, the combined power φall_4 is expressed by the following equation.
φall_4 = φ1_4 + φ2_4 −e1_4 ・ φ1_4 ・ φ2_4
Therefore, since the power of the entire system changes, zooming is possible (however, focus is not guaranteed).

図15の変倍方法では、図14のように変倍時にミラー間距離(通常、主点間距離)が変化するだけではなく、各面のパワーも変化するため、ミラーM11・M21の移動量が同じでも(ミラー間距離の変化が同じでも)、より大きな変倍が可能となる。また、図14のようなミラーM11・M21の移動により、軸上主光線とスクリーンSCとの交点位置をほぼ一定のままにすることも可能であるが、図15のように反射面の移動にさらに回転を加えることにより、軸上主光線とスクリーンSCとの交点位置をより一定に保ちやすくなる。さらに、非軸光学系の場合、反射面を回転させることによって偏芯収差を適切に補正することが可能となる。   In the scaling method of FIG. 15, not only the distance between mirrors (usually, the distance between principal points) changes as shown in FIG. 14, but also the power of each surface also changes. Therefore, the amount of movement of the mirrors M11 and M21 Can be made larger even when the distance is the same (even if the change in the distance between the mirrors is the same). Further, it is possible to keep the position of the intersection of the axial principal ray and the screen SC substantially constant by moving the mirrors M11 and M21 as shown in FIG. 14, but it is possible to move the reflecting surface as shown in FIG. Further rotation makes it easier to keep the position of the intersection of the axial principal ray and the screen SC more constant. Further, in the case of a non-axis optical system, it is possible to appropriately correct decentration aberrations by rotating the reflecting surface.

以上により、非軸投影光学系の場合、軸上主光線とスクリーンSCとの交点位置を一定にしたまま、または、交点位置の移動量を小さくしたまま変倍するためには、少なくとも2面の反射面を、互いに平行でない異なる方向へ移動させることが望ましいと言える。さらに、より効果的に変倍するためには、各反射面に回転を加えることが望ましいと言える。   As described above, in the case of the non-axis projection optical system, in order to change the magnification while keeping the intersection position of the axial principal ray and the screen SC constant or keeping the movement amount of the intersection position small, at least two surfaces are required. It may be desirable to move the reflective surfaces in different directions that are not parallel to each other. Furthermore, it can be said that it is desirable to rotate each reflecting surface in order to change the magnification more effectively.

なお、非軸光学系の特徴として、各面のパワー等は一つではなく、互いに垂直な、ある方向に極値を持つ。したがって、全系の倍率、像面位置は、互いに垂直な方向に極値を持つ。それゆえ、各方向における各パラメータの違い(アナモ)を考慮し、それらを許容範囲内に収める必要がある。そのためには、上述したように、各面を異なる方向へ移動させ、各面でのパワー自体を変化させて変倍をすることが望ましい。   As a feature of the non-axis optical system, the power of each surface is not one, but has extreme values in a certain direction perpendicular to each other. Therefore, the magnification and image plane position of the entire system have extreme values in directions perpendicular to each other. Therefore, it is necessary to consider the difference (anamo) of each parameter in each direction and keep them within an allowable range. For this purpose, as described above, it is desirable to change the magnification by moving each surface in different directions and changing the power itself on each surface.

(2−4.物像面をほぼ一定にしたままの変倍について)
投影光学系2では、表示素子1の表示面とスクリーンSCの位置をほぼ一定にしたまま変倍することにより、軸上収差が補正されているときには、どの倍率においても(変倍時は常に)軸上ベストピント位置をほぼ一定にすることが可能となり、高性能な像を得ることができる。つまり、変倍による性能の変動の小さい高性能な光学系を得ることができる。以下、この点について詳細に説明する。
(2-4. Scaling with the object image plane kept substantially constant)
In the projection optical system 2, zooming is performed with the display surface of the display element 1 and the screen SC kept substantially constant, so that the axial aberration is corrected at any magnification (always when zooming). The on-axis best focus position can be made almost constant, and a high-performance image can be obtained. That is, it is possible to obtain a high-performance optical system with small performance fluctuation due to zooming. Hereinafter, this point will be described in detail.

図16は、表示素子1と、非軸配置された2面のミラーM11・M21と、スクリーンSCとで構成される光学系を模式的に示すとともに、各面の位置座標をそれぞれ示す説明図である。なお、以下での説明の便宜上、物体面の中心からの軸上主光線の射出方向を表示面に垂直な方向とし、その方向をZ方向とする。また、Z方向に垂直な物体面上で、互いに垂直な2方向をそれぞれX方向およびY方向とする。ここでは、図16の紙面に垂直な方向をX方向とし、ZX平面に垂直な方向をY方向とする。そして、物体面の中心の座標を(X0,Y0,Z0)とする。 FIG. 16 is an explanatory diagram schematically showing an optical system composed of the display element 1, non-axially arranged two-surface mirrors M11 and M21, and a screen SC, and showing the position coordinates of each surface. is there. For convenience of explanation below, the exit direction of the axial principal ray from the center of the object plane is defined as a direction perpendicular to the display surface, and the direction is defined as the Z direction. Two directions perpendicular to each other on the object plane perpendicular to the Z direction are defined as an X direction and a Y direction, respectively. Here, the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 16 is the X direction, and the direction perpendicular to the ZX plane is the Y direction. The coordinates of the center of the object plane are set to (X 0 , Y 0 , Z 0 ).

図16の光学系は、1面の平面(YZ面)に対して面対称となる光学系となっている。光学系を面対称とすることにより、軸上主光線がYZ平面内にとどまるため、以下のように各種の計算が簡単になる。ただし、このように設定しても、対称面がない一般的な光学系に対して本質的な制限を加えているわけではなく、例えばネジレの場合は、座標の回転の操作をさらに加えればよい。   The optical system in FIG. 16 is an optical system that is plane-symmetric with respect to one plane (YZ plane). By making the optical system plane-symmetric, the axial principal ray remains in the YZ plane, and various calculations are simplified as follows. However, even with this setting, there is no essential restriction on a general optical system having no symmetry plane. For example, in the case of torsion, an additional operation of rotating the coordinates may be added. .

まず、拡大倍率がある倍率(Z1)での光学系について考える。2面の反射面(ミラーM11・M21)のパワーをそれぞれφ1_Z1、φ2_Z1とし、焦点距離をそれぞれf1_Z1、f2_Z1とする。さらに、2面の反射面の間隔であって、軸上主光線に沿って測った距離をe1_Z1とする。また、2面の反射面と軸上主光線との交点の座標を、それぞれ(X1_Z1,Y1_Z1,Z1_Z1)、(X2_Z1,Y2_Z1,Z2_Z1)とし、スクリーンSCと軸上主光線との交点の座標を(X3_Z1,Y3_Z1,Z3_Z1)とする。 First, consider an optical system at a certain magnification (Z1). The powers of the two reflecting surfaces (mirrors M11 and M21) are φ1_Z1 and φ2_Z1, respectively, and the focal lengths are f1_Z1 and f2_Z1, respectively. Furthermore, the distance between the two reflecting surfaces and measured along the axial principal ray is e1_Z1. Also, the coordinates of the intersections of the two reflecting surfaces and the axial principal ray are (X 1 —Z 1 , Y 1 —Z 1 , Z 1 —Z 1 ) and (X 2 —Z 1 , Y 2 —Z 1 , Z 2 —Z 1 ), respectively, and the screen SC and the axial principal ray The coordinates of the intersection point with (X 3 —Z 1 , Y 3 —Z 1 , Z 3 —Z 1 ) are assumed.

また、物体面からの軸上主光線の射出方向の方向余弦を(L0_Z1,M0_Z1,N0_Z1)とし、各反射面からの軸上主光線の射出方向の方向余弦を、それぞれ、(L1_Z1,M1_Z1,N1_Z1)、(L2_Z1,M2_Z1,N2_Z1)とする。なお、各反射面と軸上主光線との交点、軸上主光線の射出方向の方向余弦については、光線追跡によって容易に計算することができる。 Further, the direction cosine in the emission direction of the axial principal ray from the object plane is (L 0 — Z 1 , M 0 — Z 1 , N 0 — Z 1 ), and the direction cosine in the emission direction of the axial principal ray from each reflecting surface is (L 1_Z1 , M1_Z1 , N1_Z1 ), ( L2_Z1 , M2_Z1 , N2_Z1 ). Note that the intersection between each reflecting surface and the axial principal ray and the direction cosine in the emission direction of the axial principal ray can be easily calculated by ray tracing.

さらに、2面の反射面による合成パワーをφall_Z1、合成焦点距離をf(all_Z1)とする。また、合成前側焦点位置を(Xffp_Z1,Yffp_Z1,Zffp_Z1)とし、合成後側焦点位置を(Xfbp_Z1,Yfbp_Z1,Zfbp_Z1)とする。この2点は、軸上主光線上またはその延長線上にのる。そうすると、合成焦点距離f(all_Z1)は以下のように表される。
f(all_Z1)=1/(φ1_Z1+φ2_Z1−e1_Z1・φ1_Z1・φ2_Z1)
Further, the combined power of the two reflecting surfaces is φall_Z1, and the combined focal length is f (all_Z1). The pre-combination focus position is (X ffp_Z1 , Y ffp_Z1 , Z ffp_Z1 ), and the post-synthesis focus position is (X fbp_Z1 , Y fbp_Z1 , Z fbp_Z1 ). These two points lie on the axial principal ray or its extension. Then, the composite focal length f (all_Z1) is expressed as follows.
f (all_Z1) = 1 / (φ1_Z1 + φ2_Z1−e1_Z1, φ1_Z1, φ2_Z1)

なお、ここでは、YZ平面対称光学系で軸上主光線を考えているため、全ての位置座標におけるX座標は0である。   Here, since the axial principal ray is considered in the YZ plane symmetric optical system, the X coordinate in all position coordinates is zero.

次に、合成前側焦点位置から物体面の中心位置までの距離をΔXZ1とすると、ΔXZ1は以下の式で表される。
ΔXZ1={(Xffp_Z1−X02+(Yffp_Z1−Y02
+(Zffp_Z1−Z021/2
Next, if the distance from the pre-synthesis focal position to the center position of the object plane is ΔX Z1 , ΔX Z1 is expressed by the following equation.
ΔX Z1 = {(X ffp_Z1 −X 0 ) 2 + (Y ffp_Z1 −Y 0 ) 2
+ (Z ffp_Z1 −Z 0 ) 2 } 1/2

一方、合成後側焦点位置から近軸結像位置までの軸上主光線に沿った距離をΔX’Z1とすると、ΔX’Z1は以下の式で表される。
ΔX’Z1=−{f(all_Z1)}2/ΔXZ1
On the other hand, if the distance along the axial principal ray from the post-synthesis focal position to the paraxial imaging position is ΔX ′ Z1 , ΔX ′ Z1 is expressed by the following equation.
ΔX ′ Z1 = − {f (all_Z1)} 2 / ΔX Z1

また、ミラーM21から像面に入射する軸上主光線の式は、YZ平面上で以下の式で表される。
Y=AZ1・Z−BZ1
ただし、
Z1= M2_Z1/N2_Z1 ,
Z1=(M2_Z1/N2_Z1)・Z2_Z1−Y2_Z1
である。合成後側焦点は、この直線上にのる。
The expression of the axial principal ray incident on the image plane from the mirror M21 is represented by the following expression on the YZ plane.
Y = A Z1・ Z-B Z1
However,
A Z1 = M 2_Z1 / N 2_Z1 ,
B Z1 = (M 2 —Z 1 / N 2 —Z 1 ) · Z 2 —Z 1Y 2 —Z 1
It is. The post-synthesis focal point is on this straight line.

よって、倍率Z1の状態での近軸像点(XUA3_Z1,YUA3_Z1,ZUA3_Z1)は、以下のように表される。
UA3_Z1=0
UA3_Z1={−AZ1 3・Zfbp_Z1−AZ1 2・BZ1−AZ1・Zfbp_Z1
+AZ1・ΔX’Z1・(AZ1 2+1)1/2−BZ1}/(−AZ1 2−1)
UA3_Z1=(YUA3_Z1−BZ1)/AZ1
Therefore, paraxial image points (X UA3 — Z 1 , Y UA3 — Z 1 , Z UA3 — Z 1 ) in the state of the magnification Z 1 are expressed as follows.
X UA3_Z1 = 0
Y UA3_Z1 = {- A Z1 3 · Z fbp_Z1 -A Z1 2 · B Z1 -A Z1 · Z fbp_Z1
+ A Z1 · ΔX ′ Z1 · (A Z1 2 +1) 1/2 −B Z1 } / (− A Z1 2 −1)
Z UA3_Z1 = (Y UA3_Z1 -B Z1 ) / A Z1

この近軸像点(XUA3_Z1,YUA3_Z1,ZUA3_Z1)が、スクリーンSC上の座標(X3_Z1,Y3_Z1,Z3_Z1)と一致していれば、近軸像点上にスクリーンSCがくることになる。ただし、ベストデフォーカス位置、倍率などの関係で近軸像点からシフトした位置に実際の像面(スクリーンSC)をおくことがある。これは、共軸系と同じことである。今、この像面位置を、近軸像点位置におく。 The paraxial image point (X UA3_Z1, Y UA3_Z1, Z UA3_Z1) are coordinates on the screen SC (X 3_Z1, Y 3_Z1, Z 3_Z1) and if they match, it comes screen SC on paraxial image point become. However, the actual image plane (screen SC) may be placed at a position shifted from the paraxial image point due to the best defocus position, magnification, and the like. This is the same as the coaxial system. Now, this image plane position is set at the paraxial image point position.

次に、拡大倍率が他の倍率(Z2)での光学系について考える。2面の反射面(ミラーM11・M21)のパワーをそれぞれφ1_Z2、φ2_Z2とし、2面の反射面の間隔であって、軸上主光線に沿って測った距離をe1_Z2とする。また、ミラーM21からの軸上主光線の射出方向の方向余弦を(L2_Z2,M2_Z2,N2_Z2)とし、ミラーM21と軸上主光線との交点を(X2_Z2,Y2_Z2,Z2_Z2)とする。さらに、2面の反射面の合成前側焦点位置を(Xffp_Z2,Yffp_Z2,Zffp_Z2)とし、合成後側焦点位置を(Xfbp_Z2,Yfbp_Z2,Zfbp_Z2)とし、合成焦点距離をf(all_Z2)とする。この場合、合成焦点距離f(all_Z2)は以下のように表される。
f(all_Z2)=1/(φ1_Z2+φ2_Z2−e1_Z2・φ1_Z2・φ2_Z2)
Next, consider an optical system with an enlargement magnification of another magnification (Z2). The powers of the two reflecting surfaces (mirrors M11 and M21) are φ1_Z2 and φ2_Z2, respectively. The distance between the two reflecting surfaces and the distance measured along the axial principal ray is e1_Z2. Further, the direction cosine in the emission direction of the axial principal ray from the mirror M21 is ( L2_Z2 , M2_Z2 , N2_Z2 ), and the intersection of the mirror M21 and the axial principal ray is ( X2_Z2 , Y2_Z2 , Z2_Z2 ). And Further, the pre- synthesis focal position of the two reflecting surfaces is (X ffp_Z2 , Y ffp_Z2 , Z ffp_Z2 ), the post-synthesis focal position is (X fbp_Z2 , Y fbp_Z2 , Z fbp_Z2 ), and the synthetic focal distance is f (all_Z2). ). In this case, the combined focal length f (all_Z2) is expressed as follows.
f (all_Z2) = 1 / (φ1_Z2 + φ2_Z2-e1_Z2, φ1_Z2, φ2_Z2)

なお、2面の反射面が異なる軌跡で移動する非軸光学系のため、各面のパワー、2面を合成した光学系における合成パワー、合成前側焦点位置、合成後側焦点位置は、倍率Z1での値と異なるのが普通である。   Since the two reflecting surfaces are non-axial optical systems that move along different trajectories, the power of each surface, the combined power in the optical system that combines the two surfaces, the pre-synthesis focal position, and the post-synthesis focal position are the magnification Z1. It is usually different from the value in.

物体面の中心位置から合成前側焦点位置までの距離をΔXZ2とすると、ΔXZ2は以下の式で表される。
ΔXZ2={(Xffp_Z2−X02+(Yffp_Z2−Y02
+(Zffp_Z2−Z021/2
If the distance from the center position of the object plane to the pre-combination focal position is ΔX Z2 , ΔX Z2 is expressed by the following equation.
ΔX Z2 = {(X ffp_Z2 −X 0 ) 2 + (Y ffp_Z2 −Y 0 ) 2
+ (Z ffp_Z2 −Z 0 ) 2 } 1/2

一方、合成後側焦点位置から近軸結像位置までの軸上主光線に沿った距離をΔX’Z2とすると、ΔX’Z2は以下の式で表される。
ΔX’Z2=−{f(all_Z2)}2/ΔXZ2
On the other hand, if the distance along the axial principal ray from the post-synthesis focal position to the paraxial imaging position is ΔX ′ Z2 , ΔX ′ Z2 is expressed by the following equation.
ΔX ′ Z2 = − {f (all_Z2)} 2 / ΔX Z2

また、ミラーM21から像面に入射する軸上主光線の式は、YZ平面上で以下の式で表される。
Y=AZ2・Z−BZ2
ただし、
Z2= M2_Z2/N2_Z2 ,
Z1=(M2_Z2/N2_Z2)・Z2_Z2−Y2_Z2
である。
The expression of the axial principal ray incident on the image plane from the mirror M21 is represented by the following expression on the YZ plane.
Y = A Z2・ Z-B Z2
However,
A Z2 = M 2_Z2 / N 2_Z2 ,
B Z1 = (M 2 —Z 2 / N 2 —Z 2 ) · Z 2 —Z 2Y 2 —Z 2
It is.

したがって、この倍率での近軸像点(XUA3_Z2,YUA3_Z2,ZUA3_Z2)は、以下のように表される。
UA3_Z2=0
UA3_Z2={−AZ2 3・Zfbp_Z2−AZ2 2・BZ2−AZ2・Zfbp_Z2
+AZ2・ΔX’Z2・(AZ2 2+1)1/2−BZ2}/(−AZ2 2−1)
UA3_Z2=(YUA3_Z2−BZ2)/AZ2
Therefore, the paraxial image point (X UA3 — Z 2 , Y UA3 — Z 2 , Z UA3 — Z 2 ) at this magnification is expressed as follows.
X UA3_Z2 = 0
Y UA3_Z2 = {- A Z2 3 · Z fbp_Z2 -A Z2 2 · B Z2 -A Z2 · Z fbp_Z2
+ A Z2 · ΔX ' Z2 · (A Z2 2 +1) 1/2 -B Z2 } / (-A Z2 2 -1)
Z UA3_Z2 = (Y UA3_Z2 -B Z2 ) / A Z2

よって、他の倍率Z2において、この近軸像点(XUA3_Z2,YUA3_Z2,ZUA3_Z2)を、倍率Z1での近軸像点と同じになるように各パラメータを設定することにより、像面を一定にした変倍設計が可能となる。なお、実際の光学系では、収差により、ベストデフォーカスがシフトするため、その変動量を考慮した設計が必要である。 Therefore, by setting each parameter so that this paraxial image point (X UA3_Z2 , Y UA3_Z2 , Z UA3_Z2 ) is the same as the paraxial image point at the magnification Z1 at other magnifications Z2, the image plane can be changed. A constant variable magnification design is possible. Note that in an actual optical system, the best defocus shifts due to aberrations, so a design that takes into account the amount of variation is necessary.

非軸光学系での変倍における特徴の一つは、共軸光学系のように共役長を一定に保つ必要がないことである。つまり、非軸光学系での変倍においては、近軸像点位置が、他の変倍状態での近軸像点位置の近傍になるように、各反射ミラーと軸上主光線との交点、軸上主光線の射出方向、全系の焦点距離および焦点位置を設定すればよい。したがって、共役長を一定に保つ必要がないため、非軸光学系における変倍の自由度は増大する。   One of the features of zooming in a non-axial optical system is that it is not necessary to keep the conjugate length constant unlike a coaxial optical system. In other words, in zooming with a non-axis optical system, the intersection of each reflecting mirror and the axial principal ray so that the paraxial image point position is in the vicinity of the paraxial image point position in another zooming state. The exit direction of the axial principal ray, the focal length and the focal position of the entire system may be set. Therefore, since it is not necessary to keep the conjugate length constant, the degree of freedom of zooming in the non-axis optical system increases.

また、スクリーンSC側のピントの深度の範囲内では、近軸像点をずらすことが可能である。非軸光学系の場合、アナモフィックな倍率となることが多いが、近軸像点をずらすことにより、結像倍率を変化させることができるので、アナモフィックな倍率を補正することが可能となる。   Further, the paraxial image point can be shifted within the range of the focus depth on the screen SC side. In the case of a non-axis optical system, an anamorphic magnification is often obtained. However, since the imaging magnification can be changed by shifting the paraxial image point, the anamorphic magnification can be corrected.

また、スクリーンSC側のピントの深度幅は広いため、その範囲内で近軸像点をずらしてより高倍率にしたり、偏芯収差を補正することも可能となり、高性能な光学系を実現することができる。つまり、近軸像点位置をずらすことによる自由度を、高倍率化や収差補正に使うことが可能となり、高性能の光学系を実現することができる。   In addition, since the depth of focus on the screen SC side is wide, it is possible to shift the paraxial image point within that range to increase the magnification or to correct decentration aberrations, thereby realizing a high-performance optical system. be able to. That is, the degree of freedom by shifting the paraxial image point position can be used for high magnification and aberration correction, and a high-performance optical system can be realized.

(3.各種の条件式について)
次に、各実施の形態1〜5に適用可能な各種の条件式について説明する。
(3. Various conditional expressions)
Next, various conditional expressions applicable to the first to fifth embodiments will be described.

(3−1.投影角度について)
各実施の形態1〜5の投影光学系2は、軸上主光線がスクリーンSCに対して斜めに入射する斜め投影光学系であることは、上述した通りである。このとき、投影光学系2は、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。すなわち、
20°<|θ|<70° ・・・(1)
ただし、
θ:スクリーンSCの法線とスクリーンSCに入射する軸上主光線との
なす角度(°)
である。
(3-1. Projection angle)
As described above, the projection optical systems 2 of the first to fifth embodiments are oblique projection optical systems in which the axial principal ray is incident obliquely on the screen SC. At this time, it is desirable that the projection optical system 2 satisfies the following conditional expression (1). That is,
20 ° <| θ | <70 ° (1)
However,
θ: The normal of the screen SC and the axial principal ray incident on the screen SC
Angle to make (°)
It is.

拡大倍率を大きくするには、θが大きいほど有利である。しかしながら、軸上主光線のスクリーンSCへの入射角度が大きくなるにつれ、偏芯収差の影響が大きくなる。また、キーストーン歪曲と呼ばれる、台形状の歪曲が大きくなる。条件式(1)は、変倍時に発生する収差を考慮した、斜め投影角度の適切な範囲を規定したものである。   To increase the magnification, it is advantageous that θ is large. However, as the incident angle of the axial principal ray on the screen SC increases, the influence of decentration aberration increases. In addition, a trapezoidal distortion called keystone distortion becomes large. Conditional expression (1) defines an appropriate range of the oblique projection angle in consideration of aberrations that occur during zooming.

つまり、条件式(1)の下限を下回ると、斜め投影度合いが弱まり、コンパクトな構成で変倍比を高める上述の効果が低減する。一方、条件式(1)の上限を上回ると、偏芯収差を補正しきれないか、キーストーン歪曲が大きくなり、スクリーンSC上の像がひずんで実用的でなくなる。したがって、条件式(1)を満足することにより、コンパクトな構成で変倍比を高める効果を確実に得ながら、結像性能を高めることが可能となる。   That is, when the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the oblique projection degree is weakened, and the above-described effect of increasing the zoom ratio with a compact configuration is reduced. On the other hand, if the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, decentration aberrations cannot be corrected or the keystone distortion becomes large, and the image on the screen SC is distorted and becomes impractical. Therefore, by satisfying conditional expression (1), it is possible to improve the imaging performance while reliably obtaining the effect of increasing the zoom ratio with a compact configuration.

(3−2.変倍時の反射面のパワー変化について)
各実施の形態1〜5の投影光学系2は、ワイドからテレへの変倍において、表示素子1の表示面の短辺方向(Y方向)および長辺方向(X方向)のうちの少なくとも一方向について以下の条件式(2)を満足することが望ましい。すなわち、
0.2<|(Zφr_refl−1)/(Zφall −1)|<5.0 ・・・(2)
ただし、
Zφr_refl:偏芯配置された回転非対称な少なくとも3面の反射面のうち、
少なくとも1面の反射面の、ワイドのパワーに対するテレの
パワーの比
Zφall :全系の、ワイドのパワーに対するテレのパワーの比
である。つまり、上記少なくとも1面の反射面の、ワイドの変倍状態でのパワーをφrefl_Wとし、テレの変倍状態でのパワーをφrefl_Tとしたとき、
Zφr_refl=φrefl_T/φrefl_W
である。また、全系の、ワイドの変倍状態でのパワーをφall_W とし、テレの変倍状態でのパワーをφall_T としたとき、
Zφall =φall_T /φall_W
である。
(3-2. About power change of reflecting surface at zooming)
The projection optical system 2 of each of the first to fifth embodiments has at least one of the short side direction (Y direction) and the long side direction (X direction) of the display surface of the display element 1 in zooming from wide to tele. It is desirable to satisfy the following conditional expression (2) for the direction. That is,
0.2 <| (Zφr_refl−1) / (Zφall−1) | <5.0 (2)
However,
Zφr_refl: Among at least three rotationally asymmetric reflecting surfaces arranged eccentrically,
Tele at least one reflective surface for wide power
Power ratio Zφall: The ratio of tele power to wide power in the entire system. That is, when the power in the wide zoom state of the at least one reflecting surface is φrefl_W and the power in the tele zooming state is φrefl_T,
Zφr_refl = φrefl_T / φrefl_W
It is. In addition, when the power in the wide zooming state of the entire system is φall_W and the power in the tele zooming state is φall_T,
Zφall = φall_T / φall_W
It is.

上述したように、複数の反射面を含む非軸光学系に適した変倍方法は、変倍時に、反射面間の間隔(主点間隔)を変化させるだけではなく、各反射面の移動や回転またはその組み合わせによって各反射面のパワーを変化させることである。条件式(2)は、投影光学系2の変倍時における反射面のパワーを変化させる割合を規定したものである。   As described above, the zooming method suitable for the non-axis optical system including a plurality of reflecting surfaces not only changes the interval between the reflecting surfaces (main point interval) during zooming, The power of each reflecting surface is changed by rotation or a combination thereof. Conditional expression (2) defines the ratio of changing the power of the reflecting surface when the projection optical system 2 is zoomed.

つまり、条件式(2)の上限を上回ると、ワイドからテレへの変倍時に、全系のパワーの変化に対して反射面のパワーの変化が大きくなりすぎて、反射面における収差変動が大きくなり、性能を確保することが困難となる。一方、条件式(2)の下限を下回ると、ワイドからテレへの変倍時に、全系のパワーの変化に対して反射面のパワーの変化が小さくなりすぎ、非軸光学系により適した変倍を行うことが困難となる。つまり、コンパクトな構成で大きな変倍比を得るという非軸光学系の効果が低減する。   In other words, if the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the change in the power of the reflecting surface becomes too large with respect to the change in the power of the entire system when zooming from wide to telephoto, resulting in large aberration fluctuations on the reflecting surface. Therefore, it is difficult to ensure performance. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the change in power of the reflecting surface becomes too small with respect to the change in power of the entire system when zooming from wide to telephoto. It will be difficult to double. That is, the effect of the non-axis optical system that obtains a large zoom ratio with a compact configuration is reduced.

したがって、条件式(2)を満足することにより、反射面における収差変動を抑えて性能を確保しながら、コンパクトな構成で大きな変倍比を得ることが可能となる。   Therefore, by satisfying conditional expression (2), it is possible to obtain a large zoom ratio with a compact configuration while ensuring performance by suppressing aberration fluctuations on the reflecting surface.

(3−3.解像力の確保について)
各実施の形態1〜5の投影光学系2は、ワイドからテレへの変倍において、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。すなわち、
|ΔSimg /(β×(1/2NA0))|<2.0 ・・・(3)
ただし、
β :投影倍率
ΔSimg :投影倍率βでの、近軸像点と実際のスクリーンSCの中心位置との、
軸上主光線に沿って測った距離(mm)
NA0 :全系の縮小側(表示素子1側)のNA(numerical aperture)
である。
(3-3. Ensuring resolution)
It is desirable that the projection optical systems 2 of Embodiments 1 to 5 satisfy the following conditional expression (3) in zooming from wide to tele. That is,
| ΔSimg / (β × (1 / 2NA 0 )) | <2.0 (3)
However,
β: Projection magnification ΔSimg: Between the paraxial image point and the actual center position of the screen SC at the projection magnification β
Distance measured along the axial principal ray (mm)
NA 0 : NA (numerical aperture) on the reduction side (display element 1 side) of the entire system
It is.

近軸像点とスクリーンSCに投影された像の中心位置とが一致していると、変倍による軸上ベストピント位置の変動が小さいので望ましいが、実際は、変倍時に球面収差の変動等による軸上ベストピント位置の変動がある。このとき、条件式(3)を外れると、変倍によって軸上ベストピント位置が大きく変動するため、必要な解像力を確保できなくなる。言い換えれば、条件式(3)を満たすことにより、変倍によって軸上ベストピント位置が変動するのを抑えることができ、必要な解像力を確保することができる。なお、軸上ベストピント位置のずれがスクリーンSC側での深度以内であれば、実用上は問題がないため、その深度以内に近軸像点があればよい。   It is desirable that the paraxial image point and the center position of the image projected on the screen SC coincide with each other because the variation of the axial best focus position due to zooming is small. There is a change in the best focus position on the axis. At this time, if the conditional expression (3) is deviated, the axial best focus position greatly fluctuates due to zooming, and the necessary resolving power cannot be secured. In other words, by satisfying conditional expression (3), the axial best focus position can be prevented from fluctuating due to zooming, and the necessary resolving power can be ensured. If the deviation of the on-axis best focus position is within the depth on the screen SC side, there is no problem in practical use. Therefore, the paraxial image point may be within the depth.

(4.その他)
各実施の形態1〜5の投影光学系2では、表示素子1の表示面とスクリーンSCとの間の光路中に3面または5面の反射面を有しているが、さらにコンパクトにしたり、よりハイスペックにするために、4面または6面以上の反射面を有していてもよい。そして、軸上主光線の軌跡が少なくとも1回交差するように、これらの反射面を配置してもよい。
(4. Other)
In the projection optical systems 2 of the first to fifth embodiments, the optical path between the display surface of the display element 1 and the screen SC has three or five reflecting surfaces. In order to achieve higher specifications, it may have four or six or more reflecting surfaces. These reflection surfaces may be arranged so that the trajectories of the axial principal rays intersect at least once.

また、投影光学系2の各反射面は、パワーを有していることが望ましい。この場合、投影光学系2に収差を与え、光学系全体の収差を補正することが可能となる。さらに、投影光学系2は、屈折レンズを有していてもよい。   Moreover, it is desirable that each reflecting surface of the projection optical system 2 has power. In this case, it is possible to give aberration to the projection optical system 2 and correct the aberration of the entire optical system. Furthermore, the projection optical system 2 may have a refractive lens.

また、投影光学系2の各反射面は、自由曲面形状となっていることが望ましい。自由曲面では、面形状の設計自由度が高くなる。また、自由曲面形状を用いることで、偏芯による像面の倒れや、非点収差などの収差を良好に補正することができる。   Further, it is desirable that each reflecting surface of the projection optical system 2 has a free-form surface shape. With a free-form surface, the degree of freedom in designing the surface shape is increased. Further, by using the free-form surface shape, it is possible to satisfactorily correct aberrations such as image plane tilt due to decentering and astigmatism.

また、各反射面の自由曲面は、面対称である、すなわち、1面の対称面を有するように構成されていることが望ましい。対称面を有する自由曲面は、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。   Moreover, it is desirable that the free curved surface of each reflecting surface is plane-symmetric, that is, configured to have one plane of symmetry. A free-form surface having a symmetric surface has an advantage of low difficulty in manufacturing and evaluation.

(5.実施例について)
以下、各実施の形態1〜5の投影型画像表示装置の実施例について、実施例1〜5として、コンストラクションデータ等を挙げてさらに具体的に説明する。なお、実施例1〜5は、各実施の形態1〜5にそれぞれ対応する数値実施例であり、各実施の形態1〜5の光学構成図および光路図(図1〜図11)は、対応する実施例1〜5にもそのまま適用される。
(5. About Example)
Hereinafter, examples of the projection type image display apparatuses according to the first to fifth embodiments will be described more specifically with reference to construction data and the like as Examples 1 to 5. Examples 1 to 5 are numerical examples corresponding to the first to fifth embodiments. The optical configuration diagrams and optical path diagrams (FIGS. 1 to 11) of the first to fifth embodiments correspond to the numerical examples. This also applies to the first to fifth embodiments.

なお、以下に示すコンストラクションデータにおいて、Si(i=0,1,2,3,・・・)は、縮小側の表示素子1の表示面をS0とし、これから数えてi番目の面を示している。ちなみに、図17は、例えば実施の形態1の投影型画像表示装置において、各光学素子の面と面番号との対応関係を模式的に示している。一方、ri(i=0,1,2,3,・・・)は、面Siの曲率半径(mm)を示し、di(i=0,1,2,3,・・・)は、面Siと面S(i+1)との間の軸上面間隔(mm)を示す。Ni(i=0,1,2,3,・・・)および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)およびアッベ数(νd)をそれぞれ示している。   In the construction data shown below, Si (i = 0, 1, 2, 3,...) Represents S0 as the display surface of the display element 1 on the reduction side, and indicates the i-th surface counted from now on. Yes. Incidentally, FIG. 17 schematically shows the correspondence between the surface of each optical element and the surface number, for example, in the projection type image display apparatus of the first embodiment. On the other hand, ri (i = 0, 1, 2, 3,...) Indicates the radius of curvature (mm) of the surface Si, and di (i = 0, 1, 2, 3,...) The axial upper surface distance (mm) between Si and the surface S (i + 1) is shown. Ni (i = 0, 1, 2, 3,...) And νi (i = 0, 1, 2, 3,...) Are refractive indexes with respect to the d-line of the optical material located at the axial upper surface distance di. (Nd) and Abbe number (νd) are shown.

各面のデータについては、Si面を座標基準とする右手系の直交座標系(X,Y,Z)に基づいて示されている。すなわち、物体中心(表示素子1の表示面(S0面)の中心)から射出されて、絞り(例えばS6面上にある)の中心を通り、像面中心(スクリーンSCの中心)に向かう光線を軸上主光線(ベースレイ)とし、この軸上主光線とSi面との交点を原点(0,0,0)とする。そして、軸上主光線が物体中心からSi面に向かう方向をZ方向とし、その向きを正とする。また、図17の紙面に対して垂直方向をX方向とする。このとき、紙面の表側から裏側に向かう方向を正とし、紙面に向かって反時計回りをX回転の正の方向とする。一方、X方向およびZ方向と右手系をなす方向を、Y方向(紙面と平行な方向)の正の方向とする。したがって、表示素子1の表示面の短辺方向はY方向となり、長辺方向はX方向となる。   The data of each surface is shown based on a right-handed orthogonal coordinate system (X, Y, Z) with the Si surface as a coordinate reference. That is, a ray emitted from the center of the object (the center of the display surface (S0 surface) of the display element 1), passing through the center of the stop (for example, on the S6 surface) and going to the center of the image surface (center of the screen SC). An axial principal ray (base ray) is used, and an intersection of the axial principal ray and the Si surface is an origin (0, 0, 0). The direction in which the axial principal ray travels from the object center to the Si surface is defined as the Z direction, and the direction is defined as positive. Further, the direction perpendicular to the paper surface of FIG. At this time, the direction from the front side to the back side of the paper surface is positive, and the counterclockwise direction toward the paper surface is the positive direction of X rotation. On the other hand, a direction that forms a right-handed system with the X direction and the Z direction is a positive direction of the Y direction (direction parallel to the paper surface). Therefore, the short side direction of the display surface of the display element 1 is the Y direction, and the long side direction is the X direction.

特に、偏芯配置された面については、S3面を座標基準として、各面の面頂点の座標(mm)を面頂点位置(X,Y,Z)として表し、その面の面頂点を中心とするX,Y,Zの各方向の軸回りの回転角(°)で面の傾き(X回転,Y回転,Z回転)を表している。なお、各回転角の正の方向は、X回転およびY回転は、X軸およびY軸の正の方向に対して反時計回りの方向を、Z回転は、Z軸の正の方向に対して時計回りの方向としている。また、FFSと記した面は、自由曲面を表す。   In particular, for an eccentrically arranged surface, the coordinate (mm) of the surface vertex of each surface is expressed as a surface vertex position (X, Y, Z) with the S3 surface as a coordinate reference, and the surface vertex of that surface is the center. The inclination of the surface (X rotation, Y rotation, Z rotation) is represented by the rotation angle (°) around the axis in each of the X, Y, and Z directions. The positive direction of each rotation angle is as follows: X rotation and Y rotation are counterclockwise with respect to the positive directions of the X and Y axes, and Z rotation is relative to the positive direction of the Z axis. The direction is clockwise. A surface indicated as FFS represents a free-form surface.

また、変倍時の座標データについては、変倍時に移動する面についてのみ示している。POSは、ワイド(W)、ミドル(M)、テレ(T)のいずれかの変倍状態(ズームポジション)を示す。   Further, the coordinate data at the time of zooming is shown only for the surface that moves at the time of zooming. POS indicates a zooming position (zoom position) of any one of wide (W), middle (M), and tele (T).

自由曲面からなる面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)を用いた以下の数1式で定義される。以下で示した多項式自由曲面データにおいて、表記の無い項の係数は0であり、全てのデータに関して、E−n=×10-nである。 A surface Si composed of a free-form surface is defined by the following equation 1 using a local orthogonal coordinate system (x, y, z) having the surface vertex as an origin. In the polynomial free-form surface data shown below, the coefficient of the term not described is 0, and for all data, E−n = × 10 −n .

Figure 2009122585
Figure 2009122585

ただし、
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/曲率半径)
k:円錐係数
Cj:多項式自由曲面係数
である。また、数1式の第2項(自由曲面項)は、以下の数2式のように展開できる。
However,
z: Amount of displacement in the z-axis direction at the 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 / radius of curvature)
k: conic coefficient Cj: polynomial free-form surface coefficient. Further, the second term (free-form surface term) of Equation 1 can be expanded as shown in Equation 2 below.

Figure 2009122585
Figure 2009122585

(実施例1)
<各面データ>
面頂点座標 回転角度
面番号 面特性 ri di Ni νi 座標基準 X Y Z X回転
0 物面(表示素子) ∞
1 平面 ∞ 3 51.7 64.2
2 平面 ∞ 20
3 基準面(ダミー面) ∞ 0
4 ミラー(FFS) ∞ S3 0 0 80.00 14.870
5 ミラー(FFS) ∞ S3 0 -61.61 7.21 11.102
6 ミラー(FFS)絞り ∞ S3 0 -62.20 76.33 -40.062
7 ミラー(FFS) ∞ S3 0 144.82 -56.14 -36.422
8 ミラー(FFS) ∞ S3 0 44.02 133.75 24.484
9 像面(スクリーン) ∞ S3 0 1011.91 -348.14 -26.221
Example 1
<Each side data>
Surface vertex coordinates Rotation angle Surface number Surface characteristics ri di Ni νi Coordinate standard XYZX rotation 0 Object surface (display element) ∞
1 plane ∞ 3 51.7 64.2
2 plane ∞ 20
3 Reference surface (dummy surface) ∞ 0
4 Mirror (FFS) ∞ S3 0 0 80.00 14.870
5 Mirror (FFS) ∞ S3 0 -61.61 7.21 11.102
6 Mirror (FFS) stop ∞ S3 0 -62.20 76.33 -40.062
7 Mirror (FFS) ∞ S3 0 144.82 -56.14 -36.422
8 Mirror (FFS) ∞ S3 0 44.02 133.75 24.484
9 Image plane (screen) ∞ S3 0 1011.91 -348.14 -26.221

<変倍時の座標データ>
面頂点座標 回転角度
面番号 座標基準 変倍位置 X Y Z X回転 Y回転 Z回転
4 S3 W 0 0 80.00 14.870 0 0
4 S3 M 0 0 80.00 14.530 0 0
4 S3 T 0 0 80.00 14.269 0 0
5 S3 W 0 -61.61 7.21 11.102 0 0
5 S3 M 0 -61.66 5.92 10.737 0 0
5 S3 T 0 -61.71 5.29 10.437 0 0
6 S3 W 0 -62.20 76.33 -40.062 0 0
6 S3 M 0 -60.12 70.99 -39.375 0 0
6 S3 T 0 -57.78 65.68 -38.134 0 0
7 S3 W 0 144.82 -56.14 -36.422 0 0
7 S3 M 0 140.14 -64.78 -36.458 0 0
7 S3 T 0 133.44 -77.26 -36.408 0 0
8 S3 W 0 44.02 133.75 24.484 0 0
8 S3 M 0 31.90 161.52 22.528 0 0
8 S3 T 0 10.92 182.04 19.669 0 0
<Coordinate data during zooming>
Surface vertex coordinates Rotation angle Surface number Coordinate reference Scaling position XYZX rotation Y rotation Z rotation 4 S3 W 0 0 80.00 14.870 0 0
4 S3 M 0 0 80.00 14.530 0 0
4 S3 T 0 0 80.00 14.269 0 0
5 S3 W 0 -61.61 7.21 11.102 0 0
5 S3 M 0 -61.66 5.92 10.737 0 0
5 S3 T 0 -61.71 5.29 10.437 0 0
6 S3 W 0 -62.20 76.33 -40.062 0 0
6 S3 M 0 -60.12 70.99 -39.375 0 0
6 S3 T 0 -57.78 65.68 -38.134 0 0
7 S3 W 0 144.82 -56.14 -36.422 0 0
7 S3 M 0 140.14 -64.78 -36.458 0 0
7 S3 T 0 133.44 -77.26 -36.408 0 0
8 S3 W 0 44.02 133.75 24.484 0 0
8 S3 M 0 31.90 161.52 22.528 0 0
8 S3 T 0 10.92 182.04 19.669 0 0

<多項式自由曲面>
係数\面番号 4 5 6 7 8
C3 4.7521E-02 1.3645E-01 -1.8970E-03 -5.7200E-02 2.4851E-01
C4 -3.3611E-03 -2.5994E-03 -1.5367E-03 -2.4742E-03 2.5827E-03
C6 -1.6018E-03 6.4937E-04 -4.1332E-04 -1.2098E-03 1.0226E-02
C8 4.2994E-07 1.6010E-05 6.5623E-06 -9.9758E-06 3.4314E-05
C10 -3.1168E-06 2.1413E-06 2.4140E-06 8.0786E-06 -2.3877E-05
C11 -4.5705E-08 -6.7401E-08 1.1071E-08 -1.9256E-07 -7.3698E-08
C13 -3.9503E-08 -1.7619E-07 -4.2116E-08 -1.5239E-07 1.6831E-07
C15 -9.5005E-09 2.6124E-08 -1.5782E-08 -1.5551E-07 7.9980E-07
C17 -9.8291E-12 -1.1634E-10 -4.6007E-11 -3.0065E-10 -3.1287E-09
C19 -3.5585E-10 2.1417E-09 3.7337E-10 -1.5807E-09 -1.0820E-08
C21 -2.4521E-10 -6.0355E-10 2.7646E-11 1.3809E-09 6.7199E-09
C22 -1.6706E-12 -7.1400E-12 -1.4557E-12 1.8479E-11 4.5107E-12
C24 1.9635E-12 1.1890E-11 2.6807E-12 -4.6440E-11 3.3594E-11
C26 -3.1218E-12 -1.6600E-11 -1.3612E-11 -9.0564E-11 3.6665E-11
C28 7.7113E-12 3.2933E-12 3.8671E-12 -1.3660E-11 -1.0790E-10
<Polynomial free-form surface>
Coefficient \ Surface number 4 5 6 7 8
C3 4.7521E-02 1.3645E-01 -1.8970E-03 -5.7200E-02 2.4851E-01
C4 -3.3611E-03 -2.5994E-03 -1.5367E-03 -2.4742E-03 2.5827E-03
C6 -1.6018E-03 6.4937E-04 -4.1332E-04 -1.2098E-03 1.0226E-02
C8 4.2994E-07 1.6010E-05 6.5623E-06 -9.9758E-06 3.4314E-05
C10 -3.1168E-06 2.1413E-06 2.4140E-06 8.0786E-06 -2.3877E-05
C11 -4.5705E-08 -6.7401E-08 1.1071E-08 -1.9256E-07 -7.3698E-08
C13 -3.9503E-08 -1.7619E-07 -4.2116E-08 -1.5239E-07 1.6831E-07
C15 -9.5005E-09 2.6124E-08 -1.5782E-08 -1.5551E-07 7.9980E-07
C17 -9.8291E-12 -1.1634E-10 -4.6007E-11 -3.0065E-10 -3.1287E-09
C19 -3.5585E-10 2.1417E-09 3.7337E-10 -1.5807E-09 -1.0820E-08
C21 -2.4521E-10 -6.0355E-10 2.7646E-11 1.3809E-09 6.7199E-09
C22 -1.6706E-12 -7.1400E-12 -1.4557E-12 1.8479E-11 4.5107E-12
C24 1.9635E-12 1.1890E-11 2.6807E-12 -4.6440E-11 3.3594E-11
C26 -3.1218E-12 -1.6600E-11 -1.3612E-11 -9.0564E-11 3.6665E-11
C28 7.7113E-12 3.2933E-12 3.8671E-12 -1.3660E-11 -1.0790E-10

(実施例2)
<各面データ>
面頂点座標 回転角度
面番号 面特性 ri di Ni νi 座標基準 X Y Z X回転
0 物面(表示素子) ∞
1 平面 ∞ 3 51.7 64.2
2 平面 ∞ 17
3 基準面(ダミー面) ∞
4 ミラー(FFS) ∞ S3 0 0 80.00 26.537
5 ミラー(FFS) ∞ S3 0 -55.20 78.68 70.129
6 ミラー(FFS)絞り ∞ S3 0 74.21 24.78 54.393
7 ミラー(FFS) ∞ S3 0 56.12 -65.24 36.780
8 ミラー(FFS) ∞ S3 0 26.83 84.16 -42.550
9 像面(スクリーン) ∞ S3 0 1227.42 -291.46 -29.101
(Example 2)
<Each side data>
Surface vertex coordinates Rotation angle Surface number Surface characteristics ri di Ni νi Coordinate standard XYZX rotation 0 Object surface (display element) ∞
1 plane ∞ 3 51.7 64.2
2 plane ∞ 17
3 Reference surface (dummy surface) ∞
4 Mirror (FFS) ∞ S3 0 0 80.00 26.537
5 Mirror (FFS) ∞ S3 0 -55.20 78.68 70.129
6 Mirror (FFS) stop ∞ S3 0 74.21 24.78 54.393
7 Mirror (FFS) ∞ S3 0 56.12 -65.24 36.780
8 Mirror (FFS) ∞ S3 0 26.83 84.16 -42.550
9 Image plane (screen) ∞ S3 0 1227.42 -291.46 -29.101

<変倍時の座標データ>
面頂点座標 回転角度
面番号 座標基準 変倍位置 X Y Z X回転 Y回転 Z回転
4 S3 W 0 0 80.00 26.537 0 0
4 S3 M 0 0 80.00 25.444 0 0
4 S3 T 0 0 80.00 24.470 0 0
5 S3 W 0 -55.20 78.68 70.129 0 0
5 S3 M 0 -49.06 66.41 63.768 0 0
5 S3 T 0 -42.23 56.14 58.028 0 0
6 S3 W 0 74.21 24.78 54.393 0 0
6 S3 M 0 79.46 33.79 52.320 0 0
6 S3 T 0 83.09 42.31 50.554 0 0
7 S3 W 0 56.12 -65.24 36.780 0 0
7 S3 M 0 62.79 -69.54 36.889 0 0
7 S3 T 0 66.82 -74.21 37.415 0 0
8 S3 W 0 26.83 84.16 -42.550 0 0
8 S3 M 0 33.11 101.63 -43.141 0 0
8 S3 T 0 38.81 115.95 -43.382 0 0
<Coordinate data during zooming>
Surface vertex coordinates Rotation angle Surface number Coordinate reference Scaling position XYZX rotation Y rotation Z rotation 4 S3 W 0 0 80.00 26.537 0 0
4 S3 M 0 0 80.00 25.444 0 0
4 S3 T 0 0 80.00 24.470 0 0
5 S3 W 0 -55.20 78.68 70.129 0 0
5 S3 M 0 -49.06 66.41 63.768 0 0
5 S3 T 0 -42.23 56.14 58.028 0 0
6 S3 W 0 74.21 24.78 54.393 0 0
6 S3 M 0 79.46 33.79 52.320 0 0
6 S3 T 0 83.09 42.31 50.554 0 0
7 S3 W 0 56.12 -65.24 36.780 0 0
7 S3 M 0 62.79 -69.54 36.889 0 0
7 S3 T 0 66.82 -74.21 37.415 0 0
8 S3 W 0 26.83 84.16 -42.550 0 0
8 S3 M 0 33.11 101.63 -43.141 0 0
8 S3 T 0 38.81 115.95 -43.382 0 0

<多項式自由曲面>
係数\面番号 4 5 6 7 8
C3 -2.4136E-03 -2.7313E-01 -2.2619E-02 6.4890E-01 -1.5561E-01
C4 -1.0723E-03 2.6369E-03 2.1806E-03 -2.0156E-03 3.2141E-03
C6 -1.8835E-04 2.6066E-03 6.0406E-04 -1.6661E-03 4.5667E-03
C8 -7.7499E-06 -4.6725E-06 1.1126E-05 -1.1860E-05 -5.0804E-05
C10 -1.1958E-06 -4.3937E-06 2.4035E-06 -4.9552E-05 -7.2283E-05
C11 2.6554E-08 2.8133E-08 1.9174E-07 -2.2211E-07 -1.0825E-07
C13 -3.0435E-08 4.8123E-08 2.1601E-08 -9.3741E-07 5.1945E-07
C15 -3.3697E-10 2.6610E-08 -2.0174E-09 -7.9809E-07 1.1186E-06
C17 2.1533E-10 -1.8903E-10 1.9839E-09 7.1412E-09 4.6773E-09
C19 1.3120E-11 -2.0484E-10 -3.9280E-11 -5.9219E-09 -7.4011E-09
C21 1.6409E-11 -9.9706E-11 -3.1327E-11 3.5405E-09 -1.7037E-08
C22 1.0179E-12 1.0764E-12 3.9050E-11 7.5952E-11 6.5562E-12
C24 -1.1536E-12 1.9297E-12 4.2244E-12 3.0382E-10 -1.0646E-10
C26 3.5913E-13 1.3944E-12 -1.3252E-11 -7.3609E-11 1.8088E-10
C28 -8.3738E-13 3.3999E-13 -1.2329E-12 6.9196E-10 1.4164E-10
C30 -2.8747E-13
C32 1.5020E-12
C34 -2.3733E-12
C36 -7.0530E-13
C37 -3.3628E-16
C39 3.4888E-15
C41 -7.7638E-15
C43 4.3159E-15
C45 1.0986E-14
<Polynomial free-form surface>
Coefficient \ Surface number 4 5 6 7 8
C3 -2.4136E-03 -2.7313E-01 -2.2619E-02 6.4890E-01 -1.5561E-01
C4 -1.0723E-03 2.6369E-03 2.1806E-03 -2.0156E-03 3.2141E-03
C6 -1.8835E-04 2.6066E-03 6.0406E-04 -1.6661E-03 4.5667E-03
C8 -7.7499E-06 -4.6725E-06 1.1126E-05 -1.1860E-05 -5.0804E-05
C10 -1.1958E-06 -4.3937E-06 2.4035E-06 -4.9552E-05 -7.2283E-05
C11 2.6554E-08 2.8133E-08 1.9174E-07 -2.2211E-07 -1.0825E-07
C13 -3.0435E-08 4.8123E-08 2.1601E-08 -9.3741E-07 5.1945E-07
C15 -3.3697E-10 2.6610E-08 -2.0174E-09 -7.9809E-07 1.1186E-06
C17 2.1533E-10 -1.8903E-10 1.9839E-09 7.1412E-09 4.6773E-09
C19 1.3120E-11 -2.0484E-10 -3.9280E-11 -5.9219E-09 -7.4011E-09
C21 1.6409E-11 -9.9706E-11 -3.1327E-11 3.5405E-09 -1.7037E-08
C22 1.0179E-12 1.0764E-12 3.9050E-11 7.5952E-11 6.5562E-12
C24 -1.1536E-12 1.9297E-12 4.2244E-12 3.0382E-10 -1.0646E-10
C26 3.5913E-13 1.3944E-12 -1.3252E-11 -7.3609E-11 1.8088E-10
C28 -8.3738E-13 3.3999E-13 -1.2329E-12 6.9196E-10 1.4164E-10
C30 -2.8747E-13
C32 1.5020E-12
C34 -2.3733E-12
C36 -7.0530E-13
C37 -3.3628E-16
C39 3.4888E-15
C41 -7.7638E-15
C43 4.3159E-15
C45 1.0986E-14

(実施例3)
<各面データ>
面頂点座標 回転角度
面番号 面特性 ri di Ni νi 座標基準 X Y Z X回転
0 物面(表示素子) ∞
1 平面 ∞ 3 51.7 64.2
2 平面 ∞ 20
3 基準面(ダミー面) ∞
4 ミラー(FFS) ∞ S3 0 0 80.00 13.906
5 ミラー(FFS) ∞ S3 0 -68.05 13.40 9.690
6 ミラー(FFS)絞り ∞ S3 0 -91.08 101.06 -44.868
7 ミラー(FFS) ∞ S3 0 111.65 -16.17 -41.339
8 ミラー(FFS) ∞ S3 0 7.95 110.68 23.455
9 像面(スクリーン) ∞ S3 0 2008.53 -915.58 -35.454
(Example 3)
<Each side data>
Surface vertex coordinates Rotation angle Surface number Surface characteristics ri di Ni νi Coordinate standard XYZX rotation 0 Object surface (display element) ∞
1 plane ∞ 3 51.7 64.2
2 plane ∞ 20
3 Reference surface (dummy surface) ∞
4 Mirror (FFS) ∞ S3 0 0 80.00 13.906
5 Mirror (FFS) ∞ S3 0 -68.05 13.40 9.690
6 Mirror (FFS) Aperture ∞ S3 0 -91.08 101.06 -44.868
7 Mirror (FFS) ∞ S3 0 111.65 -16.17 -41.339
8 Mirror (FFS) ∞ S3 0 7.95 110.68 23.455
9 Image plane (screen) ∞ S3 0 2008.53 -915.58 -35.454

<変倍時の座標データ>
面頂点座標 回転角度
面番号 座標基準 変倍位置 X Y Z X回転 Y回転 Z回転
4 S3 W 0 0 80.00 13.906 0 0
4 S3 M 0 0 80.00 13.020 0 0
4 S3 T 0 0 80.00 12.006 0 0
5 S3 W 0 -68.05 13.40 9.690 0 0
5 S3 M 0 -69.87 5.44 9.855 0 0
5 S3 T 0 -71.16 -3.73 9.839 0 0
6 S3 W 0 -91.08 101.06 -44.868 0 0
6 S3 M 0 -87.76 92.06 -42.238 0 0
6 S3 T 0 -83.64 80.45 -39.585 0 0
7 S3 W 0 111.65 -16.17 -41.339 0 0
7 S3 M 0 111.59 -37.00 -41.599 0 0
7 S3 T 0 110.42 -61.17 -42.186 0 0
8 S3 W 0 7.95 110.68 23.455 0 0
8 S3 M 0 5.51 122.42 17.921 0 0
8 S3 T 0 3.82 116.86 9.821 0 0
<Coordinate data during zooming>
Surface vertex coordinates Rotation angle Surface number Coordinate reference Scaling position XYZX rotation Y rotation Z rotation 4 S3 W 0 0 80.00 13.906 0 0
4 S3 M 0 0 80.00 13.020 0 0
4 S3 T 0 0 80.00 12.006 0 0
5 S3 W 0 -68.05 13.40 9.690 0 0
5 S3 M 0 -69.87 5.44 9.855 0 0
5 S3 T 0 -71.16 -3.73 9.839 0 0
6 S3 W 0 -91.08 101.06 -44.868 0 0
6 S3 M 0 -87.76 92.06 -42.238 0 0
6 S3 T 0 -83.64 80.45 -39.585 0 0
7 S3 W 0 111.65 -16.17 -41.339 0 0
7 S3 M 0 111.59 -37.00 -41.599 0 0
7 S3 T 0 110.42 -61.17 -42.186 0 0
8 S3 W 0 7.95 110.68 23.455 0 0
8 S3 M 0 5.51 122.42 17.921 0 0
8 S3 T 0 3.82 116.86 9.821 0 0

<多項式自由曲面>
係数\面番号 4 5 6 7 8
C3 -8.4484E-03 1.4735E-01 4.4853E-02 -4.3831E-02 4.5793E-01
C4 -3.0809E-03 -2.1051E-03 -1.4859E-03 -2.6174E-03 2.1687E-03
C6 -1.3168E-03 6.9731E-04 -4.5450E-04 -1.4058E-03 1.1097E-02
C8 1.2792E-06 1.1111E-05 4.4181E-06 -1.5366E-05 1.0881E-06
C10 -3.4054E-06 2.7369E-06 5.5556E-07 1.1246E-05 -4.5086E-05
C11 -2.6133E-08 2.0706E-08 1.0888E-08 -1.4411E-07 -7.4258E-08
C13 -2.1406E-08 -5.2268E-08 -2.6288E-08 -1.5226E-08 1.9318E-08
C15 -8.7648E-08 2.5536E-08 -4.1929E-08 -4.1187E-08 2.7562E-07
C17 -7.3423E-13 -1.4209E-09 -1.6054E-10 2.7468E-09 -7.1507E-10
C19 -3.9622E-10 3.4789E-10 1.2663E-11 -3.7335E-09 -4.5061E-09
C21 -1.1857E-09 -7.4744E-10 -2.1818E-10 -3.1082E-09 5.1084E-09
C22 1.1918E-12 5.8791E-11 1.0099E-12 -4.9510E-11 1.1514E-12
C24 1.7837E-12 4.0304E-11 1.1971E-12 -4.0063E-11 1.3734E-11
C26 -8.2486E-13 -1.7588E-12 -2.8239E-12 1.0680E-11 1.5911E-11
C28 2.0136E-12 3.6561E-12 1.4649E-12 2.8193E-11 -5.1038E-11
C30 -9.8489E-12
C32 1.4118E-12
C34 2.2534E-12
C36 3.9384E-13
C37 5.4454E-14
C39 7.1727E-14
C41 -1.2491E-13
C43 -5.4899E-14
C45 -9.4242E-15
<Polynomial free-form surface>
Coefficient \ Surface number 4 5 6 7 8
C3 -8.4484E-03 1.4735E-01 4.4853E-02 -4.3831E-02 4.5793E-01
C4 -3.0809E-03 -2.1051E-03 -1.4859E-03 -2.6174E-03 2.1687E-03
C6 -1.3168E-03 6.9731E-04 -4.5450E-04 -1.4058E-03 1.1097E-02
C8 1.2792E-06 1.1111E-05 4.4181E-06 -1.5366E-05 1.0881E-06
C10 -3.4054E-06 2.7369E-06 5.5556E-07 1.1246E-05 -4.5086E-05
C11 -2.6133E-08 2.0706E-08 1.0888E-08 -1.4411E-07 -7.4258E-08
C13 -2.1406E-08 -5.2268E-08 -2.6288E-08 -1.5226E-08 1.9318E-08
C15 -8.7648E-08 2.5536E-08 -4.1929E-08 -4.1187E-08 2.7562E-07
C17 -7.3423E-13 -1.4209E-09 -1.6054E-10 2.7468E-09 -7.1507E-10
C19 -3.9622E-10 3.4789E-10 1.2663E-11 -3.7335E-09 -4.5061E-09
C21 -1.1857E-09 -7.4744E-10 -2.1818E-10 -3.1082E-09 5.1084E-09
C22 1.1918E-12 5.8791E-11 1.0099E-12 -4.9510E-11 1.1514E-12
C24 1.7837E-12 4.0304E-11 1.1971E-12 -4.0063E-11 1.3734E-11
C26 -8.2486E-13 -1.7588E-12 -2.8239E-12 1.0680E-11 1.5911E-11
C28 2.0136E-12 3.6561E-12 1.4649E-12 2.8193E-11 -5.1038E-11
C30 -9.8489E-12
C32 1.4118E-12
C34 2.2534E-12
C36 3.9384E-13
C37 5.4454E-14
C39 7.1727E-14
C41 -1.2491E-13
C43 -5.4899E-14
C45 -9.4242E-15

(実施例4)
<各面データ>
面頂点座標 回転角度
面番号 面特性 ri di Ni νi 座標基準 X Y Z X回転
0 物面(表示素子) ∞
1 平面 ∞ 3 51.7 64.2
2 平面 ∞ 20
3 基準面(ダミー面) ∞
4 ミラー(FFS)絞り ∞ S3 0 0 120.00 9.562
5 ミラー(FFS) ∞ S3 0 -113.26 -132.51 2.375
6 ミラー(FFS) ∞ S3 0 -75.42 84.75 -34.327
7 像面(スクリーン) ∞ S3 0 1046.81 -667.80 62.536
Example 4
<Each side data>
Surface vertex coordinates Rotation angle Surface number Surface characteristics ri di Ni νi Coordinate standard XYZX rotation 0 Object surface (display element) ∞
1 plane ∞ 3 51.7 64.2
2 plane ∞ 20
3 Reference surface (dummy surface) ∞
4 Mirror (FFS) stop ∞ S3 0 0 120.00 9.562
5 Mirror (FFS) ∞ S3 0 -113.26 -132.51 2.375
6 Mirror (FFS) ∞ S3 0 -75.42 84.75 -34.327
7 Image plane (screen) ∞ S3 0 1046.81 -667.80 62.536

<変倍時の座標データ>
面頂点座標 回転角度
面番号 座標基準 変倍位置 X Y Z X回転 Y回転 Z回転
4 S3 W 0 0 120.00 9.562 0 0
4 S3 M 0 0 120.00 9.631 0 0
4 S3 T 0 0 120.00 9.671 0 0
5 S3 W 0 -113.26 -132.51 2.375 0 0
5 S3 M 0 -78.60 -190.54 -4.636 0 0
5 S3 T 0 -91.69 -211.97 -5.015 0 0
6 S3 W 0 -75.42 84.75 -34.327 0 0
6 S3 M 0 -184.69 129.17 -34.188 0 0
6 S3 T 0 -290.23 129.37 -28.398 0 0
<Coordinate data during zooming>
Surface vertex coordinates Rotation angle Surface number Coordinate reference Scaling position XYZX rotation Y rotation Z rotation 4 S3 W 0 0 120.00 9.562 0 0
4 S3 M 0 0 120.00 9.631 0 0
4 S3 T 0 0 120.00 9.671 0 0
5 S3 W 0 -113.26 -132.51 2.375 0 0
5 S3 M 0 -78.60 -190.54 -4.636 0 0
5 S3 T 0 -91.69 -211.97 -5.015 0 0
6 S3 W 0 -75.42 84.75 -34.327 0 0
6 S3 M 0 -184.69 129.17 -34.188 0 0
6 S3 T 0 -290.23 129.37 -28.398 0 0

<多項式自由曲面>
係数\面番号 4 5 6
C3 5.3164E-02 -9.5085E-02 -4.3815E-02
C4 -2.1524E-03 -5.7224E-04 2.5724E-07
C6 -1.1656E-03 6.9268E-04 3.9696E-04
C8 6.1805E-07 2.4422E-06 3.2852E-07
C10 1.7945E-06 4.2108E-07 9.6840E-07
C11 -1.4450E-08 -1.2228E-07 -7.7727E-09
C13 -1.1566E-08 1.6374E-08 3.3214E-08
C15 4.6801E-09 -7.7700E-10 1.1772E-08
C17 7.2719E-10 3.3866E-10 1.1495E-10
C19 -1.3354E-09 -6.7140E-11 3.0139E-11
C21 1.5100E-09 1.4583E-11 -1.0428E-10
C22 3.0581E-11 1.4906E-10 3.2645E-12
C24 1.6042E-10 -6.7829E-11 -1.7542E-11
C26 -1.0586E-09 -1.2102E-11 -5.3182E-12
C28 -6.2167E-11 -9.5679E-13 -4.4514E-13
C30 -4.8430E-12 -1.2928E-12 2.2729E-13
C32 5.0630E-11 4.0517E-13 1.6215E-13
C34 -6.3799E-11 -1.2746E-13 4.6749E-14
C36 -9.1142E-12 1.1481E-14 8.5551E-15
C37 -9.4413E-14 -2.7537E-13 -3.8234E-15
C39 7.1835E-13 -3.5966E-14 -5.6893E-16
C41 -2.5494E-12 4.7818E-14 -4.7424E-16
C43 7.7163E-12 5.6338E-15 -1.2396E-16
C45 2.3363E-14 2.0165E-17 -2.5393E-17
C47 -1.1642E-14 7.3445E-15
C49 1.9630E-13 -2.4050E-16
C51 -4.7603E-13 -5.1295E-16
C53 2.9315E-13 -3.2530E-17
C55 1.1267E-14 -5.1567E-19
<Polynomial free-form surface>
Coefficient \ Surface number 4 5 6
C3 5.3164E-02 -9.5085E-02 -4.3815E-02
C4 -2.1524E-03 -5.7224E-04 2.5724E-07
C6 -1.1656E-03 6.9268E-04 3.9696E-04
C8 6.1805E-07 2.4422E-06 3.2852E-07
C10 1.7945E-06 4.2108E-07 9.6840E-07
C11 -1.4450E-08 -1.2228E-07 -7.7727E-09
C13 -1.1566E-08 1.6374E-08 3.3214E-08
C15 4.6801E-09 -7.7700E-10 1.1772E-08
C17 7.2719E-10 3.3866E-10 1.1495E-10
C19 -1.3354E-09 -6.7140E-11 3.0139E-11
C21 1.5100E-09 1.4583E-11 -1.0428E-10
C22 3.0581E-11 1.4906E-10 3.2645E-12
C24 1.6042E-10 -6.7829E-11 -1.7542E-11
C26 -1.0586E-09 -1.2102E-11 -5.3182E-12
C28 -6.2167E-11 -9.5679E-13 -4.4514E-13
C30 -4.8430E-12 -1.2928E-12 2.2729E-13
C32 5.0630E-11 4.0517E-13 1.6215E-13
C34 -6.3799E-11 -1.2746E-13 4.6749E-14
C36 -9.1142E-12 1.1481E-14 8.5551E-15
C37 -9.4413E-14 -2.7537E-13 -3.8234E-15
C39 7.1835E-13 -3.5966E-14 -5.6893E-16
C41 -2.5494E-12 4.7818E-14 -4.7424E-16
C43 7.7163E-12 5.6338E-15 -1.2396E-16
C45 2.3363E-14 2.0165E-17 -2.5393E-17
C47 -1.1642E-14 7.3445E-15
C49 1.9630E-13 -2.4050E-16
C51 -4.7603E-13 -5.1295E-16
C53 2.9315E-13 -3.2530E-17
C55 1.1267E-14 -5.1567E-19

(実施例5)
<各面データ>
面頂点座標 回転角度
面番号 面特性 ri di Ni νi 座標基準 X Y Z X回転
0 物面(表示素子) ∞
1 平面 ∞ 3 51.7 64.2
2 平面 ∞ 20
3 基準面(ダミー面) ∞
4 ミラー(FFS) ∞ S3 0 0 80.00 13.266
5 ミラー(FFS) ∞ S3 0 -36.09 15.08 9.688
6 ミラー(FFS)絞り ∞ S3 0 -96.60 93.24 -45.703
7 ミラー(FFS) ∞ S3 0 130.86 -32.52 -44.536
8 ミラー(FFS) ∞ S3 0 -45.73 204.60 42.008
9 像面(スクリーン) ∞ S3 0 1998.86 -919.04 -25.997
(Example 5)
<Each side data>
Surface vertex coordinates Rotation angle Surface number Surface characteristics ri di Ni νi Coordinate standard XYZX rotation 0 Object surface (display element) ∞
1 plane ∞ 3 51.7 64.2
2 plane ∞ 20
3 Reference surface (dummy surface) ∞
4 Mirror (FFS) ∞ S3 0 0 80.00 13.266
5 Mirror (FFS) ∞ S3 0 -36.09 15.08 9.688
6 Mirror (FFS) Aperture ∞ S3 0 -96.60 93.24 -45.703
7 Mirror (FFS) ∞ S3 0 130.86 -32.52 -44.536
8 Mirror (FFS) ∞ S3 0 -45.73 204.60 42.008
9 Image plane (screen) ∞ S3 0 1998.86 -919.04 -25.997

<変倍時の座標データ>
面頂点座標 回転角度
面番号 座標基準 変倍位置 X Y Z X回転 Y回転 Z回転
7 S3 W 0 130.86 -32.52 -44.536 0 0
7 S3 M 0 131.44 -32.74 -44.587 0 0
7 S3 T 0 131.85 -32.90 -44.572 0 0
8 S3 W 0 -45.73 204.60 42.008 0 0
8 S3 M 0 -31.23 229.26 40.863 0 0
8 S3 T 0 -17.82 252.12 39.800 0 0
<Coordinate data during zooming>
Surface vertex coordinates Rotation angle Surface number Coordinate reference Scaling position XYZX rotation Y rotation Z rotation 7 S3 W 0 130.86 -32.52 -44.536 0 0
7 S3 M 0 131.44 -32.74 -44.587 0 0
7 S3 T 0 131.85 -32.90 -44.572 0 0
8 S3 W 0 -45.73 204.60 42.008 0 0
8 S3 M 0 -31.23 229.26 40.863 0 0
8 S3 T 0 -17.82 252.12 39.800 0 0

<多項式自由曲面>
係数\面番号 4 5 6 7 8
C3 -3.4570E-02 2.3005E-01 5.5514E-02 -2.0787E-01 1.0679E+00
C4 -3.0690E-03 -1.9395E-03 -1.4913E-03 -3.5784E-03 1.7087E-03
C6 -1.5472E-03 7.3132E-04 -4.2310E-04 -1.0666E-03 1.4885E-02
C8 -1.3733E-06 5.0345E-06 3.6225E-06 -1.2428E-05 -9.8586E-06
C10 -5.9551E-06 -2.2015E-06 -1.3955E-06 5.1056E-06 -4.8515E-05
C11 -3.5236E-08 -2.8078E-08 4.1829E-09 -1.8269E-07 1.5327E-09
C13 6.7089E-08 1.6275E-07 4.1332E-08 1.1496E-07 3.4421E-08
C15 -8.2107E-08 -5.2765E-08 -2.7291E-08 -7.4827E-08 1.0783E-07
C17 -2.7629E-10 -9.2716E-10 -1.1604E-11 -1.3505E-09 -8.8420E-10
C19 -1.3168E-11 -9.5118E-11 -6.6666E-10 -2.2190E-09 -4.6102E-10
C21 -1.5692E-09 -8.2164E-10 -5.0644E-10 -8.1550E-10 7.7016E-09
C22 -1.3864E-12 -6.9523E-12 -2.2797E-13 -1.2012E-11 4.5990E-13
C24 3.8917E-12 6.8331E-12 2.0792E-12 6.7876E-11 7.9416E-12
C26 1.7038E-12 9.2395E-12 4.9250E-12 4.6385E-11 -1.3679E-11
C28 -7.5632E-12 -7.1200E-12 2.2690E-12 -2.0896E-11 -2.8588E-11
C30 1.0586E-13 -5.5855E-13
C32 2.5036E-14 3.2090E-13
C34 2.0947E-13 6.9576E-13
C36 -1.1702E-13 -5.8937E-13
C37 4.0946E-15 5.5446E-14
C39 6.7936E-15 -9.6726E-14
C41 5.6167E-15 -1.2932E-13
C43 3.3774E-15 8.8310E-15
C45 -1.1083E-15 1.1284E-14
<Polynomial free-form surface>
Coefficient \ Surface number 4 5 6 7 8
C3 -3.4570E-02 2.3005E-01 5.5514E-02 -2.0787E-01 1.0679E + 00
C4 -3.0690E-03 -1.9395E-03 -1.4913E-03 -3.5784E-03 1.7087E-03
C6 -1.5472E-03 7.3132E-04 -4.2310E-04 -1.0666E-03 1.4885E-02
C8 -1.3733E-06 5.0345E-06 3.6225E-06 -1.2428E-05 -9.8586E-06
C10 -5.9551E-06 -2.2015E-06 -1.3955E-06 5.1056E-06 -4.8515E-05
C11 -3.5236E-08 -2.8078E-08 4.1829E-09 -1.8269E-07 1.5327E-09
C13 6.7089E-08 1.6275E-07 4.1332E-08 1.1496E-07 3.4421E-08
C15 -8.2107E-08 -5.2765E-08 -2.7291E-08 -7.4827E-08 1.0783E-07
C17 -2.7629E-10 -9.2716E-10 -1.1604E-11 -1.3505E-09 -8.8420E-10
C19 -1.3168E-11 -9.5118E-11 -6.6666E-10 -2.2190E-09 -4.6102E-10
C21 -1.5692E-09 -8.2164E-10 -5.0644E-10 -8.1550E-10 7.7016E-09
C22 -1.3864E-12 -6.9523E-12 -2.2797E-13 -1.2012E-11 4.5990E-13
C24 3.8917E-12 6.8331E-12 2.0792E-12 6.7876E-11 7.9416E-12
C26 1.7038E-12 9.2395E-12 4.9250E-12 4.6385E-11 -1.3679E-11
C28 -7.5632E-12 -7.1200E-12 2.2690E-12 -2.0896E-11 -2.8588E-11
C30 1.0586E-13 -5.5855E-13
C32 2.5036E-14 3.2090E-13
C34 2.0947E-13 6.9576E-13
C36 -1.1702E-13 -5.8937E-13
C37 4.0946E-15 5.5446E-14
C39 6.7936E-15 -9.6726E-14
C41 5.6167E-15 -1.2932E-13
C43 3.3774E-15 8.8310E-15
C45 -1.1083E-15 1.1284E-14

表1は、全系の投影倍率を示しており、表2は、表示素子1の表示面の有効エリアのサイズ(mm)、NA0(縮小側のNA)および絞り半径(mm)を示している。なお、投影倍率およびNA0は、X方向とY方向の平均値で示している。また、表3は、投影光学系2の負群G1および正群G2の構成と、変倍時の面の挙動(移動するか否か)とを示している。なお、実施例1〜4では、3枚または5枚の全てのミラーを移動させて変倍しているが、実施例5では、拡大側の2枚のミラーのみを移動させて変倍している。表4〜6は、各条件式(1)〜(3)の値をそれぞれ示している。 Table 1 shows the projection magnification of the entire system, and Table 2 shows the effective area size (mm), NA 0 (reduction side NA), and aperture radius (mm) of the display surface of the display element 1. Yes. The projection magnification and NA 0 are shown as average values in the X direction and the Y direction. Table 3 shows the configurations of the negative group G1 and the positive group G2 of the projection optical system 2, and the behavior of the surface during zooming (whether it moves). In the first to fourth embodiments, all three or five mirrors are moved to change the magnification. However, in the fifth embodiment, only the two enlargement-side mirrors are moved to change the magnification. Yes. Tables 4 to 6 show the values of the conditional expressions (1) to (3), respectively.

Figure 2009122585
Figure 2009122585

Figure 2009122585
Figure 2009122585

Figure 2009122585
Figure 2009122585

Figure 2009122585
Figure 2009122585

Figure 2009122585
Figure 2009122585

Figure 2009122585
Figure 2009122585

図18〜図32は、各実施例1〜5において、ワイド(W)、ミドル(M)、テレ(T)の各変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示している。各スポットダイアグラムは、スクリーンSCでの結像特性(mm)をC線(波長656.3nm)、d線(波長587.6nm)および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1の表示面(S0面)上の座標(x,y)を示している。   18 to 32 show spot diagrams obtained in each of the zooming states of wide (W), middle (M), and tele (T) in each of the first to fifth embodiments. Each spot diagram shows imaging characteristics (mm) on the screen SC for three wavelengths of 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 surface (S0 surface) of the display element 1.

なお、以上では、被投影面をスクリーンSCとしているが、被投影面は壁であってもよい。   In the above, the projection surface is the screen SC, but the projection surface may be a wall.

本発明は、特にLCDやDMDに代表される表示素子を用いた投影光学系や、その投影光学系を有する光学機器に利用可能である。   The present invention is particularly applicable to a projection optical system using a display element typified by LCD and DMD, and an optical apparatus having the projection optical system.

本発明の実施の形態1に係る、ワイドの変倍状態における投影型画像表示装置の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the projection type image display apparatus in the wide zooming state based on Embodiment 1 of this invention. 上記投影型画像表示装置のワイドの変倍状態における投影光学系を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the projection optical system in the wide magnification state of the said projection type image display apparatus. ミドルの変倍状態における上記投影型画像表示装置の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the said projection type image display apparatus in the middle magnification state. 上記投影型画像表示装置のミドルの変倍状態における投影光学系を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the projection optical system in the zooming state of the middle of the said projection type image display apparatus. テレの変倍状態における上記投影型画像表示装置の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the said projection type image display apparatus in the zooming state of tele. 上記投影型画像表示装置のミドルの変倍状態における投影光学系を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the projection optical system in the zooming state of the middle of the said projection type image display apparatus. 上記投影光学系を、ワイド、ミドル、テレの各変倍状態で重ね合わせて拡大して示すとともに、各光学要素の移動軌跡を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the movement locus | trajectory of each optical element while overlapping and expanding and showing the said projection optical system in each magnification state of wide, middle, and tele. 本発明の実施の形態2に係る投影型画像表示装置の投影光学系を、ワイド、ミドル、テレの各変倍状態で重ね合わせて拡大して示すとともに、各光学要素の移動軌跡を示す説明図である。The projection optical system of the projection type image display apparatus according to Embodiment 2 of the present invention is shown in an enlarged manner by superposing and enlarging each of the zooming states of wide, middle, and tele, and showing the movement trajectory of each optical element It is. 本発明の実施の形態3に係る投影型画像表示装置の投影光学系を、ワイド、ミドル、テレの各変倍状態で重ね合わせて拡大して示すとともに、各光学要素の移動軌跡を示す説明図である。Explanatory drawing which shows the projection optical system of the projection type image display apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention on a zooming state of each of a wide, a middle, and a telephoto magnification, it expands, and shows the movement locus | trajectory of each optical element. It is. 本発明の実施の形態4に係る投影型画像表示装置の投影光学系を、ワイド、ミドル、テレの各変倍状態で重ね合わせて拡大して示すとともに、各光学要素の移動軌跡を示す説明図である。Explanatory drawing which shows the projection optical system of the projection type image display apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention on a zooming state of each of a wide, a middle, and a telephoto magnification, it expands, and shows the movement locus | trajectory of each optical element. It is. 本発明の実施の形態5に係る投影型画像表示装置の投影光学系を、ワイド、ミドル、テレの各変倍状態で重ね合わせて拡大して示すとともに、各光学要素の移動軌跡を示す説明図である。Explanatory drawing which shows the projection optical system of the projection type image display apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention on a zooming state of each of a wide, a middle, and a telephoto magnification, it expands, and shows the movement locus | trajectory of each optical element. It is. 表示素子からスクリーンまでの光路を2枚のミラーで折り曲げる構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the structure which bends the optical path from a display element to a screen with two mirrors. 表示素子側のミラーだけを平行移動させて変倍したときの光路を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically an optical path when only the mirror by the side of a display element is moved parallel and is changed in magnification. 2枚のミラーを両方とも移動させて変倍したときの光路を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically an optical path when both mirrors are moved and scaled. 2枚のミラーを互いに平行でない異なる軌跡で移動させて変倍する際に、さらに2枚のミラーに回転を加えたときの光路を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically an optical path when two mirrors are further rotated when moving by zooming by moving two mirrors along different paths that are not parallel to each other. 表示素子と、非軸配置された2面のミラーと、スクリーンとで構成される光学系を模式的に示すとともに、各面の位置座標をそれぞれ示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the position coordinate of each surface while showing typically the optical system comprised with a display element, the mirror of 2 surfaces arrange | positioned non-axially, and a screen. 実施の形態1の投影型画像表示装置において、各光学素子の面と面番号との対応関係を模式的に示す説明図である。In the projection type image display apparatus of Embodiment 1, it is explanatory drawing which shows typically the correspondence of the surface of each optical element, and a surface number. 実施例1のワイドの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a spot diagram obtained in the wide zoom state of Example 1. 実施例1のミドルの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a spot diagram obtained in a middle magnification state of Example 1. 実施例1のテレの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spot diagram obtained in the tele magnification state of Example 1. FIG. 実施例2のワイドの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a spot diagram obtained in a wide variable magnification state of Example 2. 実施例2のミドルの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spot diagram obtained in the middle magnification variation state of Example 2. FIG. 実施例2のテレの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spot diagram obtained in the variable magnification state of the tele of Example 2. 実施例3のワイドの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a spot diagram obtained in a wide zoom state of Example 3. 実施例3のミドルの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spot diagram obtained in the middle magnification variation state of Example 3. FIG. 実施例3のテレの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spot diagram obtained in the tele magnification state of Example 3. 実施例4のワイドの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a spot diagram obtained in the wide variable magnification state of Example 4. 実施例4のミドルの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spot diagram obtained in the middle magnification variation state of Example 4. 実施例4のテレの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spot diagram obtained in the variable magnification state of the tele of Example 4. 実施例5のワイドの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a spot diagram obtained in a wide zoom state of Example 5. 実施例5のミドルの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spot diagram obtained in the middle magnification variation state of Example 5. 実施例5のテレの変倍状態で得られるスポットダイアグラムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spot diagram obtained in the tele magnification state of Example 5.

符号の説明Explanation of symbols

1 表示素子
2 投影光学系
G1 負群
G2 正群
M1〜M5 ミラー(反射面)
SC スクリーン(被投影面)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Display element 2 Projection optical system G1 Negative group G2 Positive group M1-M5 Mirror (reflection surface)
SC screen (projection surface)

Claims (8)

偏芯配置された回転非対称な反射面を有し、表示素子面の像を被投影面上に拡大して投影する非軸変倍投影光学系であって、
上記反射面を少なくとも3面有しており、
上記少なくとも3面の反射面により、表示素子面から被投影面へ向かう軸上主光線の軌跡が少なくとも1回交差し、
上記少なくとも3面の反射面のうち、少なくとも2面の反射面を、互いに平行でない異なる軌跡で移動させ、表示素子面と被投影面の位置をほぼ一定にしたまま変倍することを特徴とする非軸変倍投影光学系。
A non-axis variable magnification projection optical system having a rotationally asymmetric reflecting surface arranged eccentrically and projecting an image of a display element surface on a projection surface in an enlarged manner,
Having at least three reflective surfaces;
Due to the at least three reflecting surfaces, the trajectory of the axial principal ray from the display element surface to the projection surface intersects at least once,
Of the at least three reflecting surfaces, at least two reflecting surfaces are moved along different trajectories that are not parallel to each other, and scaling is performed while the positions of the display element surface and the projection surface are substantially constant. Non-axis variable magnification projection optical system.
軸上主光線が被投影面に対して垂直方向以外の斜め方向から入射することを特徴とする請求項1に記載の非軸変倍投影光学系。   2. The non-axis variable magnification projection optical system according to claim 1, wherein the axial principal ray is incident from an oblique direction other than the vertical direction with respect to the projection surface. 以下の条件式(1)を満足することを特徴とする請求項2に記載の非軸変倍投影光学系;
20°<|θ|<70° ・・・(1)
ただし、
θ:被投影面の法線と被投影面に入射する軸上主光線とのなす角度
である。
The non-axis variable magnification projection optical system according to claim 2, wherein the following conditional expression (1) is satisfied:
20 ° <| θ | <70 ° (1)
However,
θ: An angle formed between the normal line of the projection surface and the axial principal ray incident on the projection surface.
拡大側の拡大倍率の最も小さい状態をワイドとし、拡大側の拡大倍率の最も大きい状態をテレとしたとき、
ワイドからテレへの変倍において、表示素子の短辺方向および長辺方向のうちの少なくとも一方向について以下の条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の非軸変倍投影光学系;
0.2<|(Zφr_refl−1)/(Zφall −1)|<5.0 ・・・(2)
ただし、
Zφr_refl:上記少なくとも3面の反射面のうち、少なくとも1面の反射面の、
ワイドのパワーに対するテレのパワーの比
Zφall :全系の、ワイドのパワーに対するテレのパワーの比
である。
When the state with the smallest magnification on the magnification side is wide and the state with the largest magnification on the magnification side is tele,
4. In zooming from wide to tele, the following conditional expression (2) is satisfied in at least one of a short side direction and a long side direction of the display element. The non-axis variable magnification projection optical system described;
0.2 <| (Zφr_refl−1) / (Zφall−1) | <5.0 (2)
However,
Zφr_refl: Of the at least three reflecting surfaces, at least one reflecting surface,
Ratio of tele power to wide power Zφall: Ratio of tele power to wide power in the entire system.
ワイドからテレへの変倍において、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項4に記載の非軸変倍投影光学系;
|ΔSimg /(β×(1/2NA0))|<2.0 ・・・(3)
ただし、
β :投影倍率
ΔSimg :投影倍率βでの、近軸像点と実際の被投影面の中心位置との、
軸上主光線に沿って測った距離
NA0 :全系の縮小側のNA
である。
5. The non-axis variable magnification projection optical system according to claim 4, wherein the following conditional expression (3) is satisfied in zooming from wide to telephoto;
| ΔSimg / (β × (1 / 2NA 0 )) | <2.0 (3)
However,
β: projection magnification ΔSimg: between the paraxial image point and the actual center position of the projection surface at the projection magnification β
Distance measured along the axial principal ray NA 0 : NA on the reduction side of the entire system
It is.
上記少なくとも3面の反射面のうち、最も被投影面側に配置される反射面は、負のパワーを有していることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の非軸変倍投影光学系。   6. The non-axial change according to claim 1, wherein among the at least three reflecting surfaces, the reflecting surface arranged closest to the projection surface has a negative power. Double projection optical system. 拡大側から、負のパワーを持つ群と、正のパワーを持つ群とを有していることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の非軸変倍投影光学系。   7. The non-axis variable magnification projection optical system according to claim 1, further comprising a group having a negative power and a group having a positive power from the magnification side. 2次元画像を表示する表示素子と、
表示素子面の像を被投影面上に拡大して投影する投影光学系とを有する投影型画像表示装置であって、
上記投影光学系は、請求項1から7のいずれかに記載の非軸変倍投影光学系で構成されていることを特徴とする投影型画像表示装置。
A display element for displaying a two-dimensional image;
A projection type image display device having a projection optical system for enlarging and projecting an image of a display element surface on a projection surface,
8. A projection type image display apparatus, wherein the projection optical system comprises the non-axis variable magnification projection optical system according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114815203A (en) * 2022-04-11 2022-07-29 北京理工大学 Large-relative-aperture off-axis four-reflection type non-axial zooming imaging optical system

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