JP2015049340A - Projection optical system, image display device including the same, and method for adjusting image display device - Google Patents

Projection optical system, image display device including the same, and method for adjusting image display device Download PDF

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裕俊 中山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection optical system that can favorably adjust curvature of an image plane even when temperature changes, and that can suppress degradation in resolution in a periphery of a screen.SOLUTION: A projection optical system 100 enlarges and projects an image formed on a display panel 1 onto a screen via a refractive optical system 2, and the projection optical system comprises a first lens group G1 that does not move upon focusing and one or more second lens groups G2 that move upon focusing. A diaphragm 3 is disposed in the first lens group G1, and a correction lens group CL is disposed in an enlarging side of the diaphragm 3. Curvature of an image plane induced by changes in temperature can be adjusted by moving the correction lens group CL in a direction of the optical axis. The first lens group G1 is composed of a first lens L1 to a ninth lens L9. In the second lens groups G2, a front second lens group G2F is composed of a tenth lens L10 to a twelfth lens L12, while a rear lens group G2R is composed of a thirteenth lens L13 and a fourteenth lens L14.

Description

本発明は、表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系、それを備えた画像表示装置および画像表示装置の調整方法に関する。   The present invention relates to a projection optical system that enlarges and projects an image formed on a display panel onto a screen via a refractive optical system, an image display apparatus including the projection optical system, and a method for adjusting the image display apparatus.

近年、表示パネルの画像を投射光学系により、スクリーンに拡大投射する画像表示装置として、プロジェクタ装置が広く知られている。特に最近では、投射空間を小さくしつつも大画面を表示できる超広角なフロント投射型プロジェクタ装置の需要が高まってきている。超広角に対応する場合、像面湾曲を補正するためにフローティングフォーカスが用いられる。
プロジェクタ装置を長時間使用すると、温度上昇に伴う光学素子の経時変化や光学素子を保持する部材の変化による。解像が劣化する。その一因は、バックフォーカスのずれによるものであり、温度上昇に応じてバックフォーカスのずれを解消する手段としては、例えば、特許文献1(特開2010−256394号公報)、特許文献2(特開2004−264570号公報)および特許文献3(特開2008−26864号公報)等に開示されている。
このうち、特許文献1では、投射レンズの光軸方向に関する伸縮部材の伸縮量の温度係数を、投射レンズの焦点距離の増減の温度係数に対応させることで、温度変動に伴う投射レンズの焦点距離の増減を伸縮部材の伸縮によって相殺している。
In recent years, a projector device is widely known as an image display device that enlarges and projects an image of a display panel onto a screen by a projection optical system. In recent years, in particular, there has been an increasing demand for an ultra-wide-angle front projection projector that can display a large screen while reducing the projection space. When the super wide angle is supported, a floating focus is used to correct the curvature of field.
When the projector device is used for a long time, it is due to a change with time of the optical element accompanying a temperature rise or a change of a member holding the optical element. Resolution deteriorates. One reason for this is due to the back focus shift. As means for eliminating the back focus shift in response to a temperature rise, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-256394), Patent Document 2 (Special) No. 2004-264570) and Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-26864).
Among these, in Patent Document 1, the focal length of the projection lens associated with a temperature change is obtained by making the temperature coefficient of the expansion / contraction amount of the expansion / contraction member in the optical axis direction of the projection lens correspond to the temperature coefficient of increase / decrease in the focal length of the projection lens Is offset by the expansion and contraction of the elastic member.

また、特許文献2では、レンズ枠の光軸方向の位置を決めるカム環と該カム環の光軸方向の位置を決める補正筒との温度係数を異ならせて、カム環を移動させることでレンズの温度変化によるバックフォーカスのずれを打ち消すようにしている。
さらに、特許文献3では、プロジェクタに組み込まれる投射レンズユニットとして、光軸方向に移動可能な可動鏡筒を有し、バイメタルの熱変形によって可動鏡筒を画像形成光学素子から離れるように移動させて、バックフォーカスのずれを解消している。
In Patent Document 2, the cam ring is moved by changing the temperature coefficient of the cam ring that determines the position of the lens frame in the optical axis direction and the correction cylinder that determines the position of the cam ring in the optical axis direction. The back focus shift due to the temperature change is canceled.
Furthermore, in Patent Document 3, a projection lens unit incorporated in a projector has a movable lens barrel that can move in the optical axis direction, and the movable lens barrel is moved away from the image-forming optical element by bimetal thermal deformation. , The back focus shift is eliminated.

しかしながら、上述した特許文献1〜3に記載の従来技術には、次に述べるような課題がある。
即ち、上述した従来の投射光学系においては、バックフォーカスのずれを解消できたとしても、フォーカス群の温度変化により発生した像面湾曲を調整することはできないので、画面中央部に対して画面周辺部の解像が急激に劣化してしまうという課題が残る。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、温度上昇時にも像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる投射光学系を提供することを目的としている。
However, the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 3 described above have the following problems.
That is, in the above-described conventional projection optical system, even if the back focus shift can be eliminated, the field curvature caused by the temperature change of the focus group cannot be adjusted. The problem remains that the resolution of the part deteriorates rapidly.
The present invention has been made in view of the above-described problem, and provides a projection optical system that can satisfactorily adjust the curvature of field even when the temperature rises and suppress degradation in resolution at the periphery of the screen. It is aimed.

本発明に係る投射光学系は、上述した目的を達成するために、
表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第1レンズ群と、フォーカス時に移動する1以上の第2レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第1レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に補正レンズ群が配置され、
前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ1とし、前記絞りを通過する光束の太さをφ2としたとき、
前記絞りは、以下の条件式(1):
(1) 1.0 < φ1/φ2 < 1.8
を満足するように配置されていることを特徴としている。
The projection optical system according to the present invention achieves the above-described object,
In a projection optical system that enlarges and projects an image formed on a display panel onto a screen via a refractive optical system,
The refractive optical system includes a first lens group that is fixed at the time of focusing and one or more second lens groups that are moved at the time of focusing on an optical path from the reduction side to the magnification side.
In the first lens group, a diaphragm is disposed, and a correction lens group is disposed on the enlargement side from the diaphragm,
The light flux that passes from the entrance surface to the exit surface of the correction lens group is φ1 that is the thinnest light flux between the entrance surface and the exit surface, and the thickness of the light beam that passes through the stop is φ2. When
The aperture is defined by the following conditional expression (1):
(1) 1.0 <φ1 / φ2 <1.8
It is characterized by being arranged to satisfy.

本発明によれば、
表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第1レンズ群と、フォーカス時に移動する1以上の第2レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第1レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に補正レンズ群が配置され、
特に、前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ1とし、前記絞りを通過する光束の太さをφ2としたとき、
前記絞りは、以下の条件式(1):
(1) 1.0 < φ1/φ2 < 1.8
を満足するように配置されていることにより、
前記補正レンズ群を移動させることで、投射光学系内において軸上収差には寄与せず、軸外収差にだけ寄与する補正をすることができ、よって、画面中央部の解像を保ちつつ、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる。
According to the present invention,
In a projection optical system that enlarges and projects an image formed on a display panel onto a screen via a refractive optical system,
The refractive optical system includes a first lens group that is fixed at the time of focusing and one or more second lens groups that are moved at the time of focusing on an optical path from the reduction side to the magnification side.
In the first lens group, a diaphragm is disposed, and a correction lens group is disposed on the enlargement side from the diaphragm,
In particular, the thickness of the light beam that passes from the entrance surface to the exit surface of the correction lens group becomes the thinnest between the entrance surface and the exit surface is φ1, and the thickness of the light beam that passes through the stop is φ2. When
The aperture is defined by the following conditional expression (1):
(1) 1.0 <φ1 / φ2 <1.8
By being arranged to satisfy
By moving the correction lens group, it is possible to perform correction that contributes only to off-axis aberrations without contributing to axial aberrations in the projection optical system, thus maintaining the resolution at the center of the screen, It is possible to suppress resolution degradation at the periphery of the screen.

(a)、(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る投射光学系の構成を説明するための図であり、このうち、(a)は、Z−Y断面図、(b)は、投射光学系が遠距離側から近距離側にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the structure of the projection optical system which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (a) is ZY sectional drawing, (b) ) Is a movement locus diagram schematically showing the movement locus of each lens group when the projection optical system is focused from the long distance side to the short distance side. (a)、(b)は、図1における屈折光学系よりも拡大側に反射光学系と防塵ガラスを設けてなる第2の実施の形態に係る投射光学系について説明するための図であり、このうち、(a)は、Z−Y断面図、(b)は、投射光学系が遠距離側から近距離側にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the projection optical system which concerns on 2nd Embodiment which provides a reflective optical system and dustproof glass in the expansion side rather than the refractive optical system in FIG. Among these, (a) is a ZY sectional view, and (b) is a movement locus diagram schematically showing the movement locus of each lens group when the projection optical system is focused from the long distance side to the short distance side. It is. (a)、(b)、(c)、(d)は、横軸を光軸方向の変位量、縦軸を画角としたときの投射光学系における像面湾曲をそれぞれ表したグラフであり、このうち、(a)は、設計値での像面湾曲の様子を示すグラフ、(b)は、温度が初期の状態より上昇したときの光軸方向のずれと像面湾曲の様子を示したグラフ、(c)は、温度上昇時に、レンズの先端と表示パネルの間隔である、いわゆるバックフォーカスの調整のみをしたときの像面湾曲の様子を示したグラフ、(d)は、バックフォーカスの調整に本発明に係る投射光学系における像面湾曲の補正とバックフォーカスの調整を施した様子を示したグラフである。(A), (b), (c), and (d) are graphs showing the field curvature in the projection optical system when the horizontal axis is the amount of displacement in the optical axis direction and the vertical axis is the angle of view. Among these, (a) is a graph showing the state of curvature of field at the design value, and (b) shows the deviation of the optical axis direction and the state of curvature of field when the temperature rises from the initial state. (C) is a graph showing the curvature of field when only the so-called back focus adjustment is performed, which is the distance between the tip of the lens and the display panel when the temperature rises, and (d) is the back focus. 6 is a graph showing a state in which correction of curvature of field and adjustment of back focus are performed in the projection optical system according to the present invention for the adjustment of the zoom lens. (a)、(b)は、本発明の第3の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す図で、このうち、(a)は、図2に示す投射光学系、反射光学系に加え更に、照明部、各種回路部を備えた画像表示装置の構成を示すZ−Y断面図、(b)は、投射光学系が遠距離側から近距離側にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。(A), (b) is a figure which shows the structure of the image display apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, Among these, (a) is a projection optical system and reflection optical system which are shown in FIG. In addition, a ZY sectional view showing the configuration of an image display device including an illumination unit and various circuit units, (b) is a lens group when the projection optical system is focused from a long distance side to a short distance side. It is a movement locus | trajectory diagram which shows typically a movement locus | trajectory. (a)は、本発明の第4の実施の形態に係る投射光学系の実施例(数値実施例)1の構成を示すZ−Y断面図、(b)は、投射光学系が遠距離側から近距離側にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。(A) is ZY sectional drawing which shows the structure of Example (numerical example) 1 of the projection optical system based on the 4th Embodiment of this invention, (b) is a projection optical system far side. It is a movement locus | trajectory diagram which shows typically the movement locus | trajectory of each lens group when focusing to the near distance side from. 画像形成領域内に25画角を配置してなる表示パネルを模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the display panel formed by arrange | positioning 25 angles of view in an image formation area. (a)、(b)、(c)は、図5に示す実施例1の具体的な表2に示すレンズデータに基づく投射光学系から投射されるスポット径を計算した結果をそれぞれ示すグラフであり、このうち、(a)は、スクリーンまでの距離が遠距離(80インチ)の場合の各画角におけるRMSスポット径の変化を示すグラフ、(b)は、基準距離(60インチ)の場合の同様のグラフ、(c)は、近距離(48インチ)の場合の同様のグラフである。(A), (b), (c) is a graph which respectively shows the result of having calculated the spot diameter projected from the projection optical system based on the lens data shown in the specific Table 2 of Example 1 shown in FIG. Among them, (a) is a graph showing a change in the RMS spot diameter at each angle of view when the distance to the screen is a long distance (80 inches), and (b) is a case of a reference distance (60 inches). (C) is a similar graph in the case of a short distance (48 inches). (a)、(b)、(c)は、図5に示す実施例1の具体的な表2に示すレンズデータに基づく投射光学系に対して、40℃温度上昇して具体的なレンズデータが表7に示すように変化した場合について、投射光学系から投射されるRMSスポット径をそれぞれ計算した結果を示すグラフであり、このうち(a)は、スクリーンまでの距離が遠距離(80インチ)の場合の各画角におけるRMSスポット径の変化を示すグラフであり、(b)は、基準距離(60インチ)の場合の同様のグラフであり、(c)は、近距離(48インチ)の場合の同様のグラフである。(A), (b), and (c) show specific lens data when the temperature of the projection optical system based on the lens data shown in Table 2 of Example 1 shown in FIG. Is a graph showing the results of calculating the RMS spot diameter projected from the projection optical system for the case where the change is as shown in Table 7, in which (a) shows the distance to the screen is a long distance (80 inches). ) Is a graph showing a change in the RMS spot diameter at each angle of view, (b) is a similar graph in the case of a reference distance (60 inches), and (c) is a short distance (48 inches). It is the same graph in the case of. (a)、(b)、(c)は、図5に示す実施例1の投射光学系に対して、40℃温度上昇して具体的なレンズデータが表7に示すように変化した場合であって、投射光学系の補正レンズを表示パネルから遠ざかる方向に所定距離移動させることにより、具体的なレンズデータが表9のように変化した投射光学系から投射されるRMSスポット径を計算した結果をそれぞれ示すグラフであり、このうち(a)は、スクリーンまでの距離が遠距離(80インチ)の場合の各画角におけるRMSスポット径の変化を示すグラフ、(b)は、基準距離(60インチ)の場合の同様のグラフ、(c)は、近距離(48インチ)の場合の同様のグラフである。(A), (b), and (c) are the cases where the specific lens data changes as shown in Table 7 as the temperature of the projection optical system of Example 1 shown in FIG. The result of calculating the RMS spot diameter projected from the projection optical system in which specific lens data is changed as shown in Table 9 by moving the correction lens of the projection optical system by a predetermined distance in the direction away from the display panel. Among these, (a) is a graph showing changes in the RMS spot diameter at each angle of view when the distance to the screen is a long distance (80 inches), and (b) is a reference distance (60). (C) is a similar graph for a short distance (48 inches). (a)は、本発明の第5の実施の形態に係る投射光学系の実施例(数値実施例)2の構成を示すZ−Y断面図、(b)は、投射光学系が遠距離側から近距離側にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。(A) is ZY sectional drawing which shows the structure of Example (numerical example) 2 of the projection optical system which concerns on the 5th Embodiment of this invention, (b) is a long distance side of a projection optical system. It is a movement locus | trajectory diagram which shows typically the movement locus | trajectory of each lens group when focusing to the near distance side from. 画像形成領域内に25画角を配置してなる表示パネルの模式的な正面図である。It is a typical front view of the display panel formed by arranging 25 angles of view in the image forming area. (a)、(b)、(c)は、図10に示す実施例2の具体的な表11に示すレンズデータに基づく投射光学系から投射されるスポット径を計算した結果をそれぞれ示すグラフであり、このうち、(a)は、スクリーンまでの距離が遠距離(80インチ)の場合の各画角におけるRMSスポット径の変化を示すグラフ、(b)は、基準距離(60インチ)の場合の同様のグラフ、(c)は、近距離(48インチ)の場合の同様のグラフである。(A), (b), (c) is a graph which respectively shows the result of having calculated the spot diameter projected from the projection optical system based on the lens data shown in the specific Table 11 of Example 2 shown in FIG. Among them, (a) is a graph showing a change in the RMS spot diameter at each angle of view when the distance to the screen is a long distance (80 inches), and (b) is a case of a reference distance (60 inches). (C) is a similar graph in the case of a short distance (48 inches). (a)、(b)、(c)は、図10に示す実施例2の具体的な表11に示すレンズデータに基づく投射光学系に対して、40℃の温度上昇があり、具体的なレンズデータが表17に示すように変化した場合において、投射光学系から投射されるRMSスポット径を計算した結果をそれぞれ示すグラフであり、このうち、(a)は、スクリーンまでの距離が遠距離(80インチ)の場合の各画角におけるRMSスポット径の変化を示すグラフであり、(b)は、基準距離(60インチ)の場合の同様のグラフであり、(c)は、近距離(48インチ)の場合の同様のグラフである。(A), (b), and (c) show a temperature increase of 40 ° C. with respect to the projection optical system based on the lens data shown in Table 11 of Example 2 shown in FIG. When lens data changes as shown in Table 17, it is a graph which shows the result of having calculated the RMS spot diameter projected from a projection optical system, respectively, (a) is a long-distance distance to a screen among these. It is a graph which shows the change of the RMS spot diameter in each view angle in the case of (80 inches), (b) is the same graph in the case of a reference distance (60 inches), (c) is a short distance ( 48 inches) is a similar graph. (a)、(b)、(c)は、図10に示す実施例2の投射光学系が40℃温度上昇して具体的なレンズデータが表17に示すように変化した状態であって、投射光学系の補正レンズを表示パネルから遠ざかる方向に、所定距離移動させることにより、具体的なレンズデータが表19のように変化した投射光学系から投射されるRMSスポット径を計算した結果をそれぞれ示すグラフであり、このうち、(a)は、スクリーンまでの距離が遠距離(80インチ)の場合の各画角におけるRMSスポット径の変化を示すグラフ、(b)は、基準距離(60インチ)の場合の同様のグラフ、(c)は、近距離(48インチ)の場合の同様のグラフである。(A), (b), and (c) are states in which the projection optical system of Example 2 shown in FIG. The result of calculating the RMS spot diameter projected from the projection optical system in which specific lens data is changed as shown in Table 19 by moving the correction lens of the projection optical system by a predetermined distance in the direction away from the display panel, respectively. Of these graphs, (a) is a graph showing changes in the RMS spot diameter at each angle of view when the distance to the screen is a long distance (80 inches), and (b) is a reference distance (60 inches). ) In the case of a short distance (48 inches). (a)、(b)、(c)は、図5に示す実施例1に係る投射光学系において、補正レンズ以外のレンズ、例えば、第6レンズを表示パネルに近付ける方向に0.15mm移動させたときの各画角に対するRMSスポット径の変化をそれぞれ示すグラフであり、(a)は、遠距離、(b)は、基準距離、(c)は、近距離の各場合におけるグラフである。(A), (b), (c) is a projection optical system according to Example 1 shown in FIG. 5, in which a lens other than the correction lens, for example, a sixth lens is moved by 0.15 mm in the direction approaching the display panel. 6 is a graph showing changes in the RMS spot diameter with respect to each angle of view at the time, (a) is a long distance, (b) is a reference distance, and (c) is a graph in each case of a short distance.

以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係る投射光学系、それを備えた画像表示装置および画像表示装置の調整方法を詳細に説明する。
具体的な実施例について説明する前に、本発明の概念的あるい原理的な実施の形態を説明する。
先ず、投射光学系において、温度上昇時での像面湾曲の発生要因並びに調整方法の原理的な説明を、図3の概念的なグラフを用いて説明する。
図3(a)、(b)、(c)、(d)に示す各グラフは、横軸を光軸方向の変位量、縦軸を画角としたときの投射光学系における像面湾曲をそれぞれ表している。
このうち、(a)は、設計値での像面湾曲の様子を示しており、像面湾曲が良好に補正されている。
(b)は、温度上昇時の像面湾曲の様子を示しており、光軸方向のずれと軸外で大きな像面湾曲が発生している。
(c)は、温度上昇時にバックフォーカス(レンズの先端と表示パネルの間隔)のみを調整したときの像面湾曲の様子を示しており、この状態では、光軸方向のずれは解消できているが、軸外に大きく発生した像面湾曲は、残ったままである。
Hereinafter, based on an embodiment of the present invention, a projection optical system according to the present invention, an image display apparatus including the same, and an adjustment method of the image display apparatus will be described in detail with reference to the drawings.
Before describing specific examples, a conceptual or principle embodiment of the present invention will be described.
First, in the projection optical system, the principle of the occurrence of the field curvature and the adjustment method when the temperature rises will be described using the conceptual graph of FIG.
Each graph shown in FIGS. 3A, 3 </ b> B, 3 </ b> C, and 3 </ b> D shows the curvature of field in the projection optical system when the horizontal axis is the amount of displacement in the optical axis direction and the vertical axis is the angle of view. Represents each.
Among these, (a) shows the state of curvature of field at the design value, and the curvature of field is well corrected.
(B) shows the state of field curvature when the temperature rises, and a large field curvature is generated off-axis and in the optical axis direction.
(C) shows the field curvature when only the back focus (the distance between the lens tip and the display panel) is adjusted when the temperature rises. In this state, the deviation in the optical axis direction can be eliminated. However, the curvature of field that has largely occurred off-axis remains.

(d)は、本発明に係る投射光学系における像面湾曲の様子を示しており、温度上昇時におけるバックフォーカスの調整は、公知の温度上昇に伴うバックフォーカスのずれを解消する手段と共に、本発明に係る投射光学系の補正レンズを移動させることで、軸外に大きく発生した像面湾曲を良好に調整することができる。
尚、全実施例共、温度変化によるバックフォーカスのずれを打ち消す構造を有している。具体的には、特許文献1の図2等に記載の構造である。投射光学系を保持し、プロジェクタ装置のハウジング(筐体)に保持する投射光学系保持部材(フレーム部材91に相当)と表示パネルを保持するホルダ部材(ホルダ部材92に相当)と、投射光学系保持部材とホルダ部材を繋ぐ伸縮部材(伸縮部材94に相当)を備えている。この伸縮部材は、温度変動により伸張し、温度上昇によりバックフォーカスが、光路下流側にずれた場合、この伸張部材により、表示パネルを光路下流側にずらすよう、伸張部材の伸縮量の温度係数が決められている。
温度変化によるバックフォーカスのずれを打ち消す構造は、上記に限られるものではなく、特許文献2および特許文献3等に開示された構造でも良い。
(D) shows the state of curvature of field in the projection optical system according to the present invention, and the adjustment of the back focus at the time of temperature rise is performed together with the means for eliminating the back focus shift caused by the known temperature rise. By moving the correction lens of the projection optical system according to the invention, it is possible to satisfactorily adjust the curvature of field that has largely occurred off-axis.
All the embodiments have a structure that cancels back focus shift due to temperature change. Specifically, this is the structure described in FIG. A projection optical system holding member (corresponding to the frame member 91) for holding the projection optical system and holding it in the housing (housing) of the projector device, a holder member (corresponding to the holder member 92) for holding the display panel, and the projection optical system An elastic member (corresponding to the elastic member 94) that connects the holding member and the holder member is provided. This expansion member expands due to temperature fluctuations, and when the back focus shifts to the downstream side of the optical path due to temperature rise, the expansion member causes the temperature coefficient of the expansion / contraction amount of the expansion member to shift the display panel to the downstream side of the optical path. It has been decided.
The structure for canceling the back focus shift due to the temperature change is not limited to the above, and the structures disclosed in Patent Document 2, Patent Document 3, and the like may be used.

特に、超広角な投射光学系の場合、上記(d)で示す像面湾曲の調整効果は大きい。
以上を踏まえ、温度が上昇しても解像を良好に保つためには、以下の構成が必要不可欠である。プロジェクタ装置を長時間使用すると、経時での温度上昇に伴う光学素子の変化や光学素子を保持する部材の変化により、解像が劣化する。その一因は、バックフォーカスのずれによるものであり、バックフォーカスのずれを解消することで、画面全体に亘り解像劣化を抑制することができる。しかしながら、たとえバックフォーカスのずれを解消できたとしても、フォーカス群の温度変化により発生した像面湾曲を調整することはできないので、画面中央部に対して画面周辺部の解像が急激に劣化してしまう。
In particular, in the case of an ultra-wide-angle projection optical system, the effect of adjusting the field curvature shown in (d) above is great.
Based on the above, the following configuration is indispensable for maintaining good resolution even when the temperature rises. When the projector device is used for a long time, the resolution deteriorates due to a change in the optical element accompanying a temperature rise with time and a change in the member holding the optical element. One reason for this is due to a back focus shift. By eliminating the back focus shift, resolution degradation can be suppressed over the entire screen. However, even if the back focus shift can be eliminated, the field curvature caused by the temperature change of the focus group cannot be adjusted, so the resolution of the screen periphery rapidly deteriorates with respect to the screen center. End up.

そのため、本発明ではフォーカス群の温度変化により発生した像面湾曲を良好に調整するため、
表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定であり、正の屈折力を有する第1レンズ群と、フォーカス時に移動する1以上のレンズ群よりなり、全体として負の屈折力を有する第2レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第1レンズ群には、絞り(開口絞り)が配置されると共に前記絞りより拡大側に補正レンズ群が配置され、
前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ1とし、前記絞りを通過する光束の太さをφ2としたとき、
前記絞りは、以下の条件式(1):
(1) 1.0 < φ1/φ2 < 1.8
を満足するように配置されていることを特徴としている(請求項1に対応する)。
Therefore, in the present invention, in order to satisfactorily adjust the curvature of field caused by the temperature change of the focus group,
In a projection optical system that enlarges and projects an image formed on a display panel onto a screen via a refractive optical system,
The refractive optical system includes a first lens group that is fixed at the time of focusing on the optical path from the reduction side to the magnification side, and has a positive refractive power, and one or more lens groups that move at the time of focusing. A second lens group having a refractive power of
In the first lens group, a stop (aperture stop) is disposed, and a correction lens group is disposed on the enlargement side from the stop,
The light flux that passes from the entrance surface to the exit surface of the correction lens group is φ1 that is the thinnest light flux between the entrance surface and the exit surface, and the thickness of the light beam that passes through the stop is φ2. When
The aperture is defined by the following conditional expression (1):
(1) 1.0 <φ1 / φ2 <1.8
It is characterized by being arranged so that the above may be satisfied (corresponding to claim 1).

尚、前記表示パネル全域からの光束が投射光学系を通過するとき、光軸方向の任意の位置での光束の太さ(ここでは、前記表示パネルの短辺方向と平行な長さ)をφと定義する。
上記条件式(1)は、像面湾曲を良好に調整するための条件式であり、条件式(1)の上限を超えると像面湾曲が調整過剰となり、条件式(1)の下限を下回ると像面湾曲が調整不足となり、どちらの場合も像面湾曲を良好に調整することができない。
このような構成とすることにより、温度の変化に伴って、生ずる像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制し得る投射光学系を実現することができる。
普通、レンズを移動させることで、像面湾曲を補正できたとしても、その他の収差(球面収差、コマ収差)を悪化させてしまう。それに伴い、画面中央部の解像も劣化する筈である。ところが、上述のように絞りより、拡大側で上記条件式(1)を満足する位置に配置されている補正レンズを移動させるように構成したことにより、投射光学系内において、軸上収差には、寄与せず、軸外収差にだけ寄与する補正ができるのである。
よって、画面中央部の解像を保ちつつ、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる。
When the light flux from the entire area of the display panel passes through the projection optical system, the thickness of the light flux at any position in the optical axis direction (here, the length parallel to the short side direction of the display panel) is φ. It is defined as
The conditional expression (1) is a conditional expression for satisfactorily adjusting the field curvature. When the upper limit of the conditional expression (1) is exceeded, the field curvature is over-adjusted and falls below the lower limit of the conditional expression (1). And the field curvature are under-adjusted, and in both cases, the field curvature cannot be adjusted well.
By adopting such a configuration, it is possible to realize a projection optical system that can satisfactorily adjust the curvature of field that occurs with changes in temperature and suppress degradation in resolution at the periphery of the screen.
Normally, even if the curvature of field can be corrected by moving the lens, other aberrations (spherical aberration, coma aberration) are deteriorated. As a result, the resolution at the center of the screen should also deteriorate. However, as described above, since the correction lens arranged at the position satisfying the conditional expression (1) on the enlargement side is moved from the stop as described above, in the projection optical system, the on-axis aberration is reduced. Therefore, correction that does not contribute but contributes only to off-axis aberrations can be performed.
Therefore, it is possible to suppress degradation in resolution at the periphery of the screen while maintaining resolution at the center of the screen.

更に、像面湾曲を良好に調整するためには、前記絞りは、前記屈折光学系の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置することが望ましい(請求項2に対応する)。
このように、絞りが、屈折光学系の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置されることにより、補正レンズを通過する光線の高さを高くすることができ、像面湾曲の調整効果を向上させることができる。
上記のように構成された投射光学系において、前記補正レンズ群を、温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、光軸に沿って移動させることで、当該温度上昇に伴って生じた像面湾曲を調整し得るように構成してもよい(請求項3に対応する)。
上記のように構成された投射光学系において、前記補正レンズ群を、前記屈折光学系の温度が上昇したとき、前記表示パネルから遠ざかる方向に移動させることで、当該温度の上昇に伴って生じた像面湾曲を調整し得るように構成することが望ましい(請求項4に対応する)。
これは、補正レンズ群の移動方向を規定したもので、温度上昇時にも温度下降時にも像面湾曲を良好に調整することができる。
Further, in order to satisfactorily adjust the curvature of field, it is desirable that the stop be disposed at a position where the reduction side of the refractive optical system is non-telecentric (corresponding to claim 2).
As described above, the stop is disposed at a position where the reduction side of the refractive optical system is non-telecentric, so that the height of the light beam passing through the correction lens can be increased, and the effect of adjusting the curvature of field is improved. be able to.
In the projection optical system configured as described above, the correction lens group is moved along the optical axis so that the focal length of the entire refractive optical system increases as the temperature rises. You may comprise so that the curvature of field which generate | occur | produced with the temperature rise can be adjusted (corresponding to Claim 3).
In the projection optical system configured as described above, when the temperature of the refractive optical system rises, the correction lens group is moved in a direction away from the display panel. It is desirable that the curvature of field can be adjusted (corresponding to claim 4).
This prescribes the moving direction of the correction lens group, and it is possible to satisfactorily adjust the curvature of field both when the temperature rises and when the temperature falls.

上記のように構成された投射光学系において、前記補正レンズ群の焦点距離(2枚以上のレンズで構成される場合にあっては、その合成焦点距離)をf1とし、前記屈折光学系の合成焦点距離をf2としたとき、
以下の条件式(2):
(2) 1.6 < f1/f2 < 2.0
を満足することが望ましい(請求項5に対応する)。
上記条件式(2)は、補正レンズ群のパワーを定めたもので、条件式(2)の上限を超えるとパワーが強くなりすぎ、像面湾曲が調整過剰となる。一方、上記条件式(2)の下限を下回るとパワーが弱くなりすぎ、像面湾曲が調整不足となる。
前記補正レンズ群を、光軸方向に移動させることができる最大移動量をΔdとし、前記屈折光学系の近軸横倍率をMとしたとき、
以下の条件式(3):
(3) 0.06 < Δd/M < 0.09
を満足することが望ましい(請求項6に対応する)。
In the projection optical system configured as described above, the focal length of the correction lens group (the combined focal length in the case of two or more lenses) is defined as f1, and the refractive optical system is combined. When the focal length is f2,
The following conditional expression (2):
(2) 1.6 <f1 / f2 <2.0
Is preferably satisfied (corresponding to claim 5).
Conditional expression (2) defines the power of the correction lens group. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the power becomes too strong and the field curvature is over-adjusted. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the power becomes too weak and the field curvature becomes insufficiently adjusted.
When the maximum movement amount that can move the correction lens group in the optical axis direction is Δd, and the paraxial lateral magnification of the refractive optical system is M,
The following conditional expression (3):
(3) 0.06 <Δd / M <0.09
Is preferably satisfied (corresponding to claim 6).

上記条件式(3)は、補正レンズ群を動かすことのできる最大移動量を規定したものであり、条件式(3)の上限を超えると移動量が大きくなりすぎ、像面湾曲が調整過剰となる。また、上記条件式(3)の下限を下回ると移動量が小さくなりすぎ、像面湾曲が調整不足となる。
また、前記投射光学系において、前記補正レンズは、すべて球面レンズで構成されることが望ましい(請求項7に対応する)。
このように、補正レンズに非球面を形成することなく、球面レンズのみで構成することで、像面湾曲の抑制を図りつつ、コストの低減化を実現することができる。
また、上述のような投射光学系を用いることにより、温度上昇時にも像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる画像表示装置を提供することができる(請求項8に対応する)。
また、表示パネルに形成された画像を屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系を備えた画像表示装置の調整方法として、望ましくは、次のような方法がよい。
Conditional expression (3) defines the maximum amount of movement by which the correction lens group can be moved. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the movement amount becomes too large and the field curvature is over-adjusted. Become. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the amount of movement becomes too small, and the field curvature becomes insufficiently adjusted.
In the projection optical system, it is preferable that all the correction lenses are spherical lenses (corresponding to claim 7).
Thus, by forming the correction lens with only a spherical lens without forming an aspherical surface, it is possible to reduce costs while suppressing curvature of field.
In addition, by using the projection optical system as described above, it is possible to provide an image display device that can adjust the curvature of field well even when the temperature rises and suppress resolution degradation at the periphery of the screen ( Corresponding to claim 8).
As an adjustment method for an image display apparatus including a projection optical system that enlarges and projects an image formed on a display panel onto a screen via a refractive optical system, the following method is preferable.

即ち、前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第1レンズ群と、フォーカス時に移動する1以上の第2レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第1レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に補正レンズ群が配置されており、
温度変動時に前記補正レンズ群を光軸方向に移動させるように調整すればよい。
尚、補正レンズの移動によって調整されるのは、像面湾曲の調整であって、光軸方向のずれは、既知の方法、例えば、上述した特許文献1〜3に示された方法によって、調整すればよい。
That is, the refractive optical system includes a first lens group that is fixed at the time of focusing and one or more second lens groups that are moved at the time of focusing on an optical path from the reduction side to the magnification side.
In the first lens group, a diaphragm is disposed, and a correction lens group is disposed on the enlargement side from the diaphragm,
What is necessary is just to adjust so that the said correction | amendment lens group may be moved to an optical axis direction at the time of temperature fluctuation.
It is to be noted that the adjustment of the field curvature is adjusted by the movement of the correction lens, and the deviation in the optical axis direction is adjusted by a known method, for example, the method described in Patent Documents 1 to 3 described above. do it.

〔第1の実施の形態〕
次に、本発明に係る投射光学系の複数の実施の形態について、順次説明する。
図1(a)、(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る投射光学系の構成を説明するための図であり、このうち(a)は、投射光学系のZ−Y断面図、(b)は、投射光学系が遠距離側から近距離側にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。
図1(a)において、屈折光学系2は、表示パネル1が配置された縮小側から拡大側に至る光路上に、順次、第1レンズL1〜第9レンズL9からなる正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、第10レンズL10〜第12レンズL12からなる負の屈折力を有する前側第2レンズ群G2Fと、第13レンズL13〜第14レンズL14からなる正の屈折力を有する後側第2レンズ群G2Rより構成される。
前側第2レンズ群G2Fと後側第2レンズ群G2Rとから、第2レンズ群G2が構成される。
第1レンズ群G1は、絞り3を含んでいる。この絞り3は、屈折光学系2の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置されるものとする。
第1レンズ群G1には、絞り3より拡大側に像面湾曲を補正するための補正レンズCL(第3レンズL3と称することがある)が配置されている。
[First Embodiment]
Next, a plurality of embodiments of the projection optical system according to the present invention will be described sequentially.
FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining the configuration of the projection optical system according to the first embodiment of the present invention. Among these, FIG. 1A shows ZY of the projection optical system. Sectional view (b) is a movement locus diagram schematically showing the movement locus of each lens group when the projection optical system is focused from the long distance side to the short distance side.
In FIG. 1A, the refractive optical system 2 has a positive refractive power composed of the first lens L1 to the ninth lens L9 sequentially on the optical path from the reduction side to the enlargement side where the display panel 1 is disposed. The first lens group G1, the front second lens group G2F having negative refractive power composed of the tenth lens L10 to the twelfth lens L12, and the positive rear power consisting of the thirteenth lens L13 to the fourteenth lens L14 The second side lens group G2R is configured.
The front second lens group G2F and the rear second lens group G2R constitute a second lens group G2.
The first lens group G1 includes a diaphragm 3. The diaphragm 3 is arranged at a position where the reduction side of the refractive optical system 2 is non-telecentric.
In the first lens group G1, a correction lens CL (which may be referred to as a third lens L3) for correcting curvature of field is arranged on the enlargement side from the stop 3.

第1レンズ群G1は、フォーカス時に固定であり、第2レンズ群G2は、フォーカス時に移動する。
第2レンズ群G2のうち、前側第2レンズ群G2Fと後側第2レンズ群G2Rとは、図1(b)に示すように、遠距離側から近距離側にフォーカシングするとき、光軸上をそれぞれ光軸上を異なる移動軌跡をもって移動する。
補正レンズCLは、光軸方向に移動させることにより、温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を調整するように機能する。より具体的には、補正レンズ群CLは、屈折光学系2の温度が上昇したとき、表示パネル1から遠ざかる方向(図1において右方向)に移動させることで、当該温度の上昇に伴って生じた像面湾曲を調整し得るように構成されている。
投射光学系100は、屈折光学系2の最も縮小側端に、表示パネル1が配置されており、表示パネル1に形成された画像を、屈折光学系2を介して、図示しないスクリーンに拡大投射するものである。
表示パネル1は、DMD(Digital Micro−mirror Device)等を利用すれば小型軽量な投射光学系が実現できる。
The first lens group G1 is fixed during focusing, and the second lens group G2 moves during focusing.
Of the second lens group G2, the front side second lens group G2F and the rear side second lens group G2R are on the optical axis when focusing from the long distance side to the short distance side, as shown in FIG. Are moved with different movement trajectories on the optical axis.
The correction lens CL functions to adjust the curvature of field caused by the temperature change by moving in the optical axis direction. More specifically, when the temperature of the refractive optical system 2 rises, the correction lens group CL is moved in the direction away from the display panel 1 (the right direction in FIG. 1), and is generated as the temperature rises. It is configured so that the curved curvature of field can be adjusted.
In the projection optical system 100, the display panel 1 is disposed at the most reduction side end of the refractive optical system 2, and an image formed on the display panel 1 is enlarged and projected onto a screen (not shown) via the refractive optical system 2. To do.
If the display panel 1 uses DMD (Digital Micro-mirror Device) or the like, a small and light projection optical system can be realized.

表示パネル1を、赤、緑、青、等のものを複数個用いて、それぞれにカラーフィルタを透過した照明光を当てて、色合成手段により合成された光を投射光学系に入射させることにより、スクリーン上にカラー画像を投射することができる。
表示パネル1の直前に配置されているのは、薄厚(例えば、1mm程度)の透明パネルである。
尚、図1において、Z方向は光軸方向、Y方向は光軸に垂直で表示パネル1の短辺と平行な方向である。また、αは、Z−Y断面に直交したX軸回りの回転角である。
上述のように構成された第1の実施の形態に係る投射光学系100によれば、温度上昇時にも像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる。
By using a plurality of display panels 1 such as red, green, and blue, irradiating illumination light transmitted through the color filter to each of them, and causing the light synthesized by the color synthesizing means to enter the projection optical system A color image can be projected on the screen.
A thin panel (for example, about 1 mm) transparent panel is disposed immediately before the display panel 1.
In FIG. 1, the Z direction is the optical axis direction, and the Y direction is a direction perpendicular to the optical axis and parallel to the short side of the display panel 1. Α is a rotation angle around the X axis orthogonal to the ZY cross section.
According to the projection optical system 100 according to the first embodiment configured as described above, it is possible to satisfactorily adjust the field curvature even when the temperature rises, and to suppress the resolution deterioration of the peripheral portion of the screen.

〔第2の実施の形態〕
次に、図2(a)、(b)を用いて、第2の実施の形態に係る投射光学系について説明する。
このうち、図2(a)は、投射光学系のZ−Y断面図であり、(b)は、投射光学系が遠距離から近距離にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。
図2(a)に示す投射光学系100は、図1に示す第1の実施の形態に加えて、屈折光学系2よりも拡大側に反射光学系4、即ち、反射光学系4Aおよび反射光学系4Bと、防塵ガラス5を備えた点が異なっている。尚、屈折光学系2については、図1に示す第1の実施の形態とほぼ共通であるので、重複した説明は、省略する。
図2において、反射光学系4Aは、平面ミラー(または自由曲面ミラー)であり、反射光学系4Bは、自由曲面からなる凹面ミラーである。屈折光学系2では、第1レンズ群G1および第2レンズ群G2で、表示パネル1の中間像を一度結像する。その中間像は、非光軸光学系である反射光学系4Aおよび反射光学系4Bにより大きく跳ね上げて、透明部材である防塵ガラス5を透過して、図示しないスクリーンに投射するように構成されている。
[Second Embodiment]
Next, the projection optical system according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
Among these, FIG. 2A is a ZY sectional view of the projection optical system, and FIG. 2B is a schematic diagram showing the movement locus of each lens group when the projection optical system is focused from a long distance to a short distance. FIG.
In addition to the first embodiment shown in FIG. 1, the projection optical system 100 shown in FIG. 2A has a reflection optical system 4, that is, a reflection optical system 4 </ b> A and a reflection optical system on the enlargement side with respect to the refractive optical system 2. The difference is that the system 4B and the dustproof glass 5 are provided. The refractive optical system 2 is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIG.
In FIG. 2, the reflection optical system 4A is a plane mirror (or free-form surface mirror), and the reflection optical system 4B is a concave mirror composed of a free-form surface. In the refractive optical system 2, an intermediate image of the display panel 1 is formed once by the first lens group G1 and the second lens group G2. The intermediate image is configured to greatly jump up by the reflection optical system 4A and the reflection optical system 4B which are non-optical axis optical systems, pass through the dust-proof glass 5 which is a transparent member, and project onto a screen (not shown). Yes.

〔第3の実施の形態〕
次に、図4(a)、(b)を用いて、第3の実施の形態に係る画像表示装置について説明する。
図4の(a)は、画像表示装置のZ−Y断面図であり、(b)は、投射光学系が遠距離から近距離にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡である。
図4(a)に示す画像表示装置200は、図2(a)に示す第2の実施の形態に係る投射光学系100に加えて、照明部101と各種回路部102を備えた点が異なっている。
尚、屈折光学系2については、図1に示す第1の実施の形態とほぼ共通であり、反射光学系4A、4Bについては、図2(a)に示す第2の実施の形態に係る屈折光学系100に係る屈折光学系とほぼ共通であるので、重複した説明は、省略する。
図4(a)において、第3の実施の形態に係る画像表示装置200は、装置内部に、表示パネル1を照明するための照明部101や、各種回路部102を備えている。
上記照明部101は、表示パネル1を照明するものであり、光源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、LED等を用いることができる。これらの光源は、例えば、インテグレータロッドや照明用レンズを適宜介して表示パネル1を一様な照度分布で照射することが望ましい。
[Third Embodiment]
Next, an image display apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 4A is a ZY sectional view of the image display device, and FIG. 4B schematically shows the movement trajectory of each lens group when the projection optical system is focused from a long distance to a short distance. It is a movement locus shown.
The image display device 200 shown in FIG. 4A is different in that it includes an illumination unit 101 and various circuit units 102 in addition to the projection optical system 100 according to the second embodiment shown in FIG. ing.
The refractive optical system 2 is substantially the same as the first embodiment shown in FIG. 1, and the reflective optical systems 4A and 4B are refracted according to the second embodiment shown in FIG. Since it is almost the same as the refractive optical system related to the optical system 100, a duplicate description is omitted.
4A, an image display device 200 according to the third embodiment includes an illumination unit 101 for illuminating the display panel 1 and various circuit units 102 inside the device.
The illumination unit 101 illuminates the display panel 1, and a halogen lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, an LED, or the like can be used as a light source. For example, these light sources preferably irradiate the display panel 1 with a uniform illuminance distribution through an integrator rod or an illumination lens as appropriate.

このように構成された画像表示装置によれば、照明部101から出射された一様な照度で照射された表示パネル1の画像は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2から共軸光学系で中間像として一度結像され、その中間像は、非共軸光学系である反射光学系4Aと反射光学系4Bにより拡大されて、拡大像としてスクリーン(図示せず)に投射される。
フォーカシングに際しては、第1レンズ群G1は、移動せず、フォーカシングレンズ群としての前側レンズ群G2Fと後側レンズ群G2Rは、例えば、遠距離側から近距離側にフォーカシングされる場合には、表示パネル1から共に遠ざかる方向に且つ異なる移動量をもって移動する。
また、補正レンズCLは、フォーカシングレンズ群としての第2レンズ群G2の温度変化により発生した像面湾曲を良好に補正するため、固定レンズ群としての第1レンズ群G1の絞り3より拡大側に位置する補正レンズ群CLを光軸方向に移動させる。
According to the image display device configured as described above, the image of the display panel 1 irradiated with the uniform illuminance emitted from the illumination unit 101 is the coaxial optical from the first lens group G1 and the second lens group G2. Once formed as an intermediate image by the system, the intermediate image is magnified by the reflecting optical system 4A and the reflecting optical system 4B, which are non-coaxial optical systems, and projected onto a screen (not shown) as an enlarged image.
At the time of focusing, the first lens group G1 does not move, and the front lens group G2F and the rear lens group G2R as the focusing lens group are displayed, for example, when focusing from the long distance side to the short distance side. It moves in a direction away from the panel 1 and with a different amount of movement.
Further, the correction lens CL is located on the enlargement side of the stop 3 of the first lens group G1 as the fixed lens group in order to satisfactorily correct the field curvature generated by the temperature change of the second lens group G2 as the focusing lens group. The positioned correction lens group CL is moved in the optical axis direction.

以下に、本発明の投射光学系の実施の形態および具体的な実施例(数値実施例)について説明する。
以下に説明する実施例1および実施例2における共通の記号の意味は、下記の通りである。
r:曲率半径
d:面間隔
nd:d線の屈折率
νd:d線のアッベ数
α:−30℃〜70℃での線膨張係数(単位は×10−7/℃)
β:20℃以上でのe線の相対屈折率温度係数(単位は×10−6/℃)
ここで用いられる非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)をC、光軸からの高さをY、そして円錐定数をKとし、上述した各次数の非球面係数を用い、Xを光軸方向における非球面量として、式(4)に、近軸曲率半径および円錐定数、並びに非球面係数を与えて形状を特定する。
Hereinafter, embodiments of the projection optical system of the present invention and specific examples (numerical examples) will be described.
The meanings of common symbols in the first and second embodiments described below are as follows.
r: radius of curvature d: spacing between surfaces nd: refractive index of d-line νd: Abbe number of d-line α: linear expansion coefficient at −30 ° C. to 70 ° C. (unit: × 10 −7 / ° C.)
β: relative refractive index temperature coefficient of e-line at 20 ° C. or higher (unit: × 10 −6 / ° C.)
The aspherical shape used here is such that the reciprocal of the paraxial radius of curvature (paraxial curvature) is C, the height from the optical axis is Y, the conic constant is K, and the above-mentioned aspherical coefficients are used. The shape is specified by giving a paraxial radius of curvature, a conical constant, and an aspheric coefficient to Equation (4), where X is an aspheric amount in the optical axis direction.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

ここで、非球面を表す式(4)に用いられる記号の意味は、下記の通りである。   Here, the meanings of symbols used in the expression (4) representing the aspheric surface are as follows.

X:光軸から高さYにおける非球面の非球面頂点における接平面からの距離
Y:光軸からの高さ
r:非球面の近軸曲率半径
K:円錐乗数
A4、A6、A8、A10、A12:非球面係数
また、数値例の中で、E−XYは、10−XYの意味であり、E+XYは、10+XYの意味である。
X: distance from the tangential plane at the aspherical vertex of the aspheric surface at height Y from the optical axis Y: height from the optical axis r: paraxial radius of curvature of the aspheric surface K: cone multiplier A4, A6, A8, A10, A12: the aspheric coefficients, among the numerical example, E-XY is 10 -XY have the meanings, E + XY is the meaning of 10 + XY.

また、多項式自由曲面は、次式(5)で表す。   The polynomial free-form surface is expressed by the following equation (5).

多項式自由曲面からなる面は、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系(X,Y,Z)を用いた以下の式(5)で定義される。   A surface comprising a polynomial free-form surface is defined by the following equation (5) using a local orthogonal coordinate system (X, Y, Z) with the surface vertex as the origin.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

ただし、上記式(5)に用いられる記号の意味は、下記の通りである。
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(h=X+Y
c:近軸曲率
k:円錐係数
:多項式自由曲面係数
であり、自由曲面項は、以下の式(6)で表される。
However, the meanings of the symbols used in the above formula (5) are as follows.
Z: Amount of displacement in the Z-axis direction at the position of height h (based on the surface vertex)
h: Height in a direction perpendicular to the Z axis (h 2 = X 2 + Y 2 )
c: paraxial curvature k: conic coefficient C j : polynomial free-form surface coefficient The free-form surface term is expressed by the following equation (6).

Figure 2015049340
Figure 2015049340

図5の(a)は、本発明の第4の実施の形態に係る投射光学系の実施例(数値実施例)1の構成を示すと共に、レンズを透過する光線状態および反射光学系で反射する光線の反射状態を示す光路を示すZ−Y断面図である。図5の(b)は、投射光学系が遠距離側から近距離側にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。
図5(a)に示す投射光学系100−1は、光軸に沿って、縮小側(パネル1−1側)から拡大側に向かって順次、第1レンズL1〜第9レンズL9からなる正の屈折力を有する第1レンズ群G1−1と、第10レンズL10〜第12レンズL12からなる負の屈折力を有する前側第2レンズ群G2F−1と、第13レンズL13〜第14レンズL14からなる正の屈折力を有する後側第2レンズ群G2R−1より構成される。
この前側第2レンズ群G2F−1と後側第2レンズ群G2R−1は、共にフォーカス時に、それぞれ移動する移動レンズ群であり、これを総称して第2レンズ群G2−1と称する。また、第1レンズ群G1−1と第2レンズ群G2−2とを、ここではす屈折光学系2−1と称する。
フォーカス時に固定レンズ群である第1レンズ群G1−1内には、絞り3−1を有し、その絞り3−1は、屈折光学系100−1の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置される。
FIG. 5 (a) shows the configuration of Example (Numerical Example) 1 of the projection optical system according to the fourth embodiment of the present invention, and the state of light passing through the lens and the reflection by the reflection optical system. It is ZY sectional drawing which shows the optical path which shows the reflective state of a light ray. FIG. 5B is a movement locus diagram schematically showing the movement locus of each lens group when the projection optical system is focused from the long distance side to the short distance side.
The projection optical system 100-1 shown in FIG. 5A is a positive lens including a first lens L1 to a ninth lens L9 sequentially from the reduction side (panel 1-1 side) to the enlargement side along the optical axis. A first lens group G1-1 having refracting power, a front second lens group G2F-1 having negative refracting power consisting of a tenth lens L10 to a twelfth lens L12, and a thirteenth lens L13 to a fourteenth lens L14. And a rear second lens group G2R-1 having a positive refractive power.
The front second lens group G2F-1 and the rear second lens group G2R-1 are both moving lens groups that move during focusing, and are collectively referred to as a second lens group G2-1. In addition, the first lens group G1-1 and the second lens group G2-2 are referred to herein as a refractive optical system 2-1.
The first lens group G1-1, which is a fixed lens group at the time of focusing, has a diaphragm 3-1, and the diaphragm 3-1 is disposed at a position where the reduction side of the refractive optical system 100-1 is non-telecentric. The

また、第1レンズ群G1−1には、温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を調整する補正レンズCL−1が配置されている。
ここで、実施例1に係る屈折光学系2−1について、より具体的に説明する。
図5において、実施例1の屈折光学系2−1のうち、第1レンズ群G1は、縮小側(表示パネル1−1側)から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第1レンズL1と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第2レンズL2と縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第3レンズL3と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第4レンズL4と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第5レンズL5と、縮小側より曲率が大きな凹面を、拡大側に向けた両凹レンズからなる第6レンズと、凸面を拡大側に向けた正メニスカスレンズからなる第7レンズL7と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第8レンズL8と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第9レンズL9とから構成される。
上記第1レンズ群G1−1を構成するレンズのうち、第3レンズL3と第4レンズL4および第7レンズL7と第8レンズL8の各2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
The first lens group G1-1 is provided with a correction lens CL-1 that adjusts the curvature of field caused by the temperature change.
Here, the refractive optical system 2-1 according to Example 1 will be described more specifically.
In FIG. 5, in the refractive optical system 2-1 of Example 1, the first lens group G <b> 1 has a convex surface directed toward the reduction side in order from the reduction side (display panel 1-1 side) to the enlargement side. A first lens L1 composed of a positive meniscus lens, a second lens L2 composed of a biconvex lens having a convex surface having a larger curvature than the magnification side toward the reduction side, and a biconvex lens having a convex surface having a curvature larger than the reduction side toward the magnification side. A third lens L3, a fourth lens L4 composed of a negative meniscus lens with a concave surface facing the reduction side, a fifth lens L5 composed of a biconvex lens with a convex surface having a larger curvature than the reduction side facing the magnification side, and from the reduction side From a sixth lens composed of a biconcave lens with a large curvature facing the magnification side, a seventh lens L7 composed of a positive meniscus lens with a convex surface facing the magnification side, and a negative meniscus lens with a convex surface facing the magnification side That the eighth lens L8, composed of the ninth lens L9 Metropolitan curvature than the reduction side is a biconvex lens having a large convex surface on the enlargement side.
Of the lenses constituting the first lens group G1-1, the two lenses, the third lens L3 and the fourth lens L4, and the seventh lens L7 and the eighth lens L8, are closely bonded to each other. The cemented lens is integrally joined to form a cemented lens composed of two lenses.

絞り3−1は、第1レンズ群G1−1を構成する第5レンズL5と第6レンズL6の間に介挿配置される。
第2レンズ群G2−1のうち、前側第2レンズ群G2F−1は、縮小側から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第10レンズL10と、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第11レンズL11と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた両凹レンズからなる第12レンズL12とから構成される。
また、第2レンズ群G2−1のうち、後側第2レンズ群G2R−1は、縮小側から拡大側に向かって、順に、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第13レンズL13と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第14レンズL14とから構成される。
この実施例1においては、各光学要素の光学データは、次表1の通りである。
The stop 3-1 is interposed between the fifth lens L5 and the sixth lens L6 that constitute the first lens group G1-1.
Of the second lens group G2-1, the front second lens group G2F-1 is enlarged from the tenth lens L10, which is a positive meniscus lens having a convex surface directed toward the reduction side, in order from the reduction side to the enlargement side. An eleventh lens L11 composed of a negative meniscus lens having a concave surface facing the side, and a twelfth lens L12 composed of a biconcave lens having a concave surface having a larger curvature than the reduction side facing the magnification side.
Further, in the second lens group G2-1, the rear second lens group G2R-1 is a thirteenth lens L13 formed of a negative meniscus lens having a concave surface directed toward the enlargement side in order from the reduction side toward the enlargement side. And a fourteenth lens L14 composed of a biconvex lens having a convex surface having a larger curvature than that on the enlargement side and directed toward the reduction side.
In Example 1, the optical data of each optical element is as shown in Table 1 below.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

表1において、備考欄に「*(アスタリスク)」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。
すなわち、表1においては、「*」が付された第3面、第4面、第19面、第20面、第23面、第24面、第25面、第26面、第27面、第28面の各光学面が非球面であり、式(4)における各非球面のパラメータは、次表(2)の通りである。補正レンズCLとしての第9レンズL9は、非球面を形成することなく、球面レンズで構成している。
In Table 1, the lens surface with the surface number indicated by “* (asterisk)” in the remarks column is an aspherical surface.
That is, in Table 1, the third surface, the fourth surface, the nineteenth surface, the twenty-third surface, the twenty-third surface, the twenty-fourth surface, the twenty-fifth surface, the twenty-sixth surface, the twenty-seventh surface, which are marked with “*”. Each optical surface of the 28th surface is an aspheric surface, and the parameters of each aspheric surface in the equation (4) are as shown in the following table (2). The ninth lens L9 as the correction lens CL is formed of a spherical lens without forming an aspherical surface.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

また、後側第2レンズ群G2R−1の最終レンズ面から射出された表示パネル1−1の中間像は、自由曲面ミラー4A−1と自由曲面ミラー4B−1で順次反射され、この反射光学系4−1より拡大側に配置された防塵ガラス5−1を介して、例えば、図示は省略したが、図5の右方側(拡大側)に射出され、表示パネル1−1の前面に垂直方向に沿って配置されたスクリーン上に投射され、表示パネル1−1上の画像が拡大投射される。
ここで、実施例1における表示パネル1−1の画素サイズ、横方向および縦方向サイズと、光軸から表示パネル1−1の下辺迄の距離は、下表3の通りである。
Further, the intermediate image of the display panel 1-1 emitted from the final lens surface of the second rear lens group G2R-1 is sequentially reflected by the free-form surface mirror 4A-1 and the free-form surface mirror 4B-1, and this reflection optics. For example, although not shown in FIG. 5 through the dust-proof glass 5-1 disposed on the enlargement side from the system 4-1, it is emitted to the right side (enlargement side) of FIG. The image is projected onto a screen arranged along the vertical direction, and the image on the display panel 1-1 is enlarged and projected.
Here, the pixel size, the horizontal and vertical sizes of the display panel 1-1 in Example 1, and the distance from the optical axis to the lower side of the display panel 1-1 are as shown in Table 3 below.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

この表3において、表示パネル1−1は、その対角が0.65インチのデジタル・マイクロミラーデバイスを想定している。但し、表示パネル1−1のサイズや種類は、これに限られるものではなく、例えば、表示パネル1−1の対角寸法を、0.55インチとしてもよいし、また、その種類を透過型や反射型の液晶パネルとしてもよい。
また、光軸から表示パネル1−1の下辺までの距離を、表3において1.413mm離しているが、この距離も任意に変更することができる。
反射光学系4−1の自由曲面ミラー4A−1の面頂点の位置は、図5に示すZ−Y断面において、表示パネル1−1を含む平面と光軸との交点を(Z,Y)=(0,0)としたとき、(Z,Y)=(179.463,−9364)の位置に固定される。
他方の自由曲面ミラー4B−1の面頂点の位置は、図5に示すZ−Y断面において、表示パネル1−1を含む平面と光軸との交点を(Z,Y)=(0,0)としたとき、(Z,Y)=(191.409,70.687)の位置に固定される。
多項式自由曲面からなる面は、上記面頂点を原点とするローカルな直交座標系(X,Y,Z)を用いた上記式(5)で定義され、多項式自由曲面係数Cを与えて形状を特定する。
反射光学系4−1のうち、自由曲面ミラー4A−1の反射面である第30面の多項式自由曲面の自由曲面係数(C)は、下表(a)に示す通りであり、また、自由曲面ミラー4Bの反射面である第31面の多項式自由曲面の自由曲面係数(C)は、下表4(b)に示す通りである。
In Table 3, the display panel 1-1 is assumed to be a digital micromirror device whose diagonal is 0.65 inches. However, the size and type of the display panel 1-1 are not limited to this. For example, the diagonal dimension of the display panel 1-1 may be 0.55 inches, and the type is transmissive. Or a reflective liquid crystal panel.
Moreover, although the distance from the optical axis to the lower side of the display panel 1-1 is separated by 1.413 mm in Table 3, this distance can also be arbitrarily changed.
The position of the surface vertex of the free-form surface mirror 4A-1 of the reflective optical system 4-1 is the intersection (Z, Y) of the plane including the display panel 1-1 and the optical axis in the ZY cross section shown in FIG. = (0,0), the position is fixed at (Z, Y) = (179.463, -9364).
The position of the surface vertex of the other free-form surface mirror 4B-1 is the intersection of the plane including the display panel 1-1 and the optical axis in the ZY cross section shown in FIG. 5 (Z, Y) = (0, 0). ), The position is fixed at (Z, Y) = (191.409, 70.687).
A surface comprising a polynomial free-form surface is defined by the above equation (5) using a local orthogonal coordinate system (X, Y, Z) with the surface vertex as the origin, and the shape is given by giving a polynomial free-form surface coefficient C j Identify.
The free-form surface coefficient (C j ) of the polynomial free-form surface of the 30th surface that is the reflection surface of the free-form surface mirror 4A-1 in the reflective optical system 4-1, is as shown in the following table (a). The free-form surface coefficient (C j ) of the polynomial free-form surface of the 31st surface, which is the reflection surface of the free-form surface mirror 4B, is as shown in Table 4 (b) below.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

自由曲面ミラー4B−1の拡大側には、全体が一定の厚み(3.0mm)で形成された防塵ガラス5が配置されている。
この防塵ガラス5は、光学的なパワーがないので、防塵ガラス5の取付位置に多少の誤差があっても、画像の画質に影響が少ない。そして、この防塵ガラス5−1の拡大側(図5においては、右側)には、図示は省略したが、光軸(Z方向)にほぼ平行にスクリーンの投射面の配置が予定される。
上述したように構成された実施例1に係る投射光学系100−1において、表示パネル1−1から出射した光束は、屈折光学系2−1の第1レンズ群G1−1に入射し、第1レンズ群G1−1と第2レンズ群G2−1を順次通過した後、自由曲面ミラー4A−1で折り返され、その後、自由曲面ミラー4B−1で反射されて、防塵ガラス5−1を介してスクリーン(図示せず)に投射される。
フォーカシングに際しては、第1レンズ群G1は、移動せず、例えば、遠距離側から近距離側にフォーカシングするに際しては、第2レンズ群G2のうち、前側第2レンズ群G2F−1は、表示パネル1−1から遠ざかる方向に移動し、後側第2レンズ群G2R−1は、表示パネル1−1から遠ざかる方向に、前側第2レンズ群G2Fとは異なる移動量で移動する。
On the enlarged side of the free-form curved mirror 4B-1, a dustproof glass 5 that is formed with a constant thickness (3.0 mm) as a whole is disposed.
Since the dust-proof glass 5 has no optical power, even if there is a slight error in the mounting position of the dust-proof glass 5, the image quality of the image is less affected. And although illustration was abbreviate | omitted in the expansion side (FIG. 5 right side) of this dustproof glass 5-1, arrangement | positioning of the projection surface of a screen is planned substantially parallel to an optical axis (Z direction).
In the projection optical system 100-1 according to Example 1 configured as described above, the light beam emitted from the display panel 1-1 enters the first lens group G1-1 of the refractive optical system 2-1, and After sequentially passing through the first lens group G1-1 and the second lens group G2-1, it is folded back by the free-form surface mirror 4A-1, and then reflected by the free-form surface mirror 4B-1, via the dust-proof glass 5-1. Projected onto a screen (not shown).
During focusing, the first lens group G1 does not move. For example, when focusing from the long distance side to the short distance side, the front second lens group G2F-1 of the second lens group G2 is a display panel. The rear second lens group G2R-1 moves in a direction away from 1-1, and moves in a direction away from the display panel 1-1 by a different movement amount from the front second lens group G2F.

これを具体的に説明すると、遠距離側から基準を経て、近距離側に前側第2レンズ群G2F−1および後側第2レンズ群G2R−1を移動させたときの可変レンズ群間隔は、表5に示す通りである。
即ち、第9レンズCLと第10レンズL10とのレンズ間隔d18と、第12レンズL12と第13レンズL13との間隔d24、第14レンズL14とダミー面第29面との間隔d28、第35面と像面との間隔d35は、遠距離側−基準−近距離側へと移動するに伴い、表5の通りに変化する。
Specifically, when the front second lens group G2F-1 and the rear second lens group G2R-1 are moved to the short distance side through the reference from the long distance side, the variable lens group interval is As shown in Table 5.
That is, the lens distance d18 between the ninth lens CL and the tenth lens L10, the distance d24 between the twelfth lens L12 and the thirteenth lens L13, the distance d28 between the fourteenth lens L14 and the dummy surface 29th surface, and the 35th surface. The distance d35 between the image plane and the image plane changes as shown in Table 5 as the distance d35 moves from the long distance side to the reference to the short distance side.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

また、第29面〜第34面のY、Z、αの偏心量の具体例を表6に示す。   Table 6 shows specific examples of the Y, Z, and α eccentricities of the 29th to 34th surfaces.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

次に、図5に示す実施例1に係る投射光学系100が、設計値通りの温度環境の場合と、この温度環境に対して40℃の温度上昇が生じたときのRMSスポット径の変化について、図7、図8、図9および表1、表7、表8、表9、表10を参照して説明する。
先ず、図5に示す実施例1に係る投射光学系100−1のレンズデータの具体的データは、表1に示す通りであるが、当該投射光学系100−1に40℃の温度上昇があった場合のレンズの具体的データは、下表7に示すように変化する。
Next, in the case where the projection optical system 100 according to Example 1 shown in FIG. 5 is in a temperature environment as designed, and a change in the RMS spot diameter when a temperature increase of 40 ° C. occurs with respect to this temperature environment. 7, FIG. 8, FIG. 9 and Table 1, Table 7, Table 8, Table 9, and Table 10 will be described.
First, the specific data of the lens data of the projection optical system 100-1 according to Example 1 shown in FIG. 5 is as shown in Table 1. The projection optical system 100-1 has a temperature rise of 40 ° C. In this case, specific lens data changes as shown in Table 7 below.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

そのときのフォーカス機能をもつの前側レンズ群G2F−1と後側レンズ群G2R−1、反射光学系4−1等における面間隔d18とd24とd28とd35は、下表8に示す通り変化する。   The surface distances d18, d24, d28, and d35 in the front lens group G2F-1, the rear lens group G2R-1, the reflective optical system 4-1, etc. having the focus function at that time change as shown in Table 8 below. .

Figure 2015049340
Figure 2015049340

また、RMSスポット径について対比すると、実施例1の具体的な表1に示す設計値通りのレンズデータに基づく投射光学系100−1のRMSスポット径は、図7に示す通りである。
即ち、図7(a)は、スクリーンまでの距離が遠距離(80インチ)の場合、(b)は、基準距離(60インチ)の場合、(c)は、近距離(48インチ)の場合の各画角におけるRMSスポット径(単位:mm)の変化を示しており、スポット径は、充分に小さく、像面湾曲は殆ど生じていないことが分かる。
これに対し、実施例1のレンズデータに基づく投射光学系100−1に対し40℃の温度上昇があった場合について、レンズデータは上述したように、表7に示すように変化し、RMSスポット径は、図8に示すように、バックフォーカスのずれは、別途解消したものの、光軸付近の画角に対して光軸から離れたスポット径は、著しく大きい。
この状態における投射光学系100に対し、像面湾曲を補正する補正レンズCL−1を、表示パネル1−1から0.5mm遠ざかる方向(拡大側の方向)に移動させたときの具体的なレンズデータは、下表9に示す通りとなる。
Further, in comparison with the RMS spot diameter, the RMS spot diameter of the projection optical system 100-1 based on the lens data as designed values shown in Table 1 of Example 1 is as shown in FIG.
7A shows a case where the distance to the screen is a long distance (80 inches), FIG. 7B shows a case where the reference distance is 60 inches, and FIG. 7C shows a case where the distance is 48 inches. 6 shows changes in the RMS spot diameter (unit: mm) at each angle of view, and it can be seen that the spot diameter is sufficiently small and almost no field curvature occurs.
On the other hand, when the temperature of the projection optical system 100-1 based on the lens data of Example 1 is increased by 40 ° C., as described above, the lens data changes as shown in Table 7, and the RMS spot is changed. As shown in FIG. 8, although the back focus shift is separately eliminated, the spot diameter away from the optical axis is remarkably large with respect to the angle of view near the optical axis.
A specific lens when the correction lens CL-1 for correcting the curvature of field is moved in the direction (enlargement side) away from the display panel 1-1 by 0.5 mm with respect to the projection optical system 100 in this state. The data is as shown in Table 9 below.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

このように補正レンズCL−1を表示パネル1−1から0.5mm拡大側に移動させたときの、第8レンズL8の第16面と補正レンズCLの第17面の間隔d16、補正レンズCLの第18面と第10レンズL10の第19面の間隔d18、第12レンズL12の第24面と第13レンズL13の第25面の間隔d24、第14レンズL14の第28面とダミー面29との間隔d28は、それぞれ、表10に示す通り変化する。   Thus, when the correction lens CL-1 is moved from the display panel 1-1 to the enlargement side by 0.5 mm, the distance d16 between the 16th surface of the eighth lens L8 and the 17th surface of the correction lens CL, the correction lens CL. The distance d18 between the eighteenth surface and the nineteenth surface of the tenth lens L10, the distance d24 between the twenty-fourth surface of the twelfth lens L12 and the twenty-fifth surface of the thirteenth lens L13, the twenty-eighth surface and the dummy surface 29 of the fourteenth lens L14. Interval d28 varies as shown in Table 10, respectively.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

上記表9のレンズデータに示すように、補正レンズCL−1を所定量(この例の場合、0.5mm)移動させたレンズデータでは、図9(a)、(b)、(c)に示すように、光軸から離れた画角のスポット径の大きさが、効果的に抑制されており、光軸付近の画角と同程度のスポット径が得られている。
スポット径が1画素程度の大きさであれば、良好な解像がえられていると判断することができる。
つまり、補正レンズCL−1を移動させることで、像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができたことになる。
尚、表7は、表1に示す実施例1のレンズデータに対して、40℃だけ温度が上昇したときのレンズデータの具体例である。そのときのフォーカスレンズ群(第2レンズ群G2−1)のレンズ間隔の具体例であることは、上述した通りである。ここで、温度上昇によるバックフォーカスのずれは、上述の特許文献1〜3などの従来技術のいずれかの方法によって、解消されているものとする。尚、表7に示すレンズデータの計算において、温度上昇したとき、曲率半径、面間隔、屈折率は、以下の条件1)〜4)で変化すると仮定した。
As shown in the lens data in Table 9, the lens data obtained by moving the correction lens CL-1 by a predetermined amount (in this example, 0.5 mm) are shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C. As shown, the spot diameter at the field angle away from the optical axis is effectively suppressed, and a spot diameter comparable to the field angle near the optical axis is obtained.
If the spot diameter is about one pixel, it can be determined that a good resolution is obtained.
That is, by moving the correction lens CL-1, the curvature of field can be satisfactorily adjusted, and resolution degradation at the periphery of the screen can be suppressed.
Table 7 is a specific example of lens data when the temperature rises by 40 ° C. with respect to the lens data of Example 1 shown in Table 1. As described above, it is a specific example of the lens interval of the focus lens group (second lens group G2-1) at that time. Here, it is assumed that the shift of the back focus due to the temperature rise is eliminated by any one of the conventional techniques such as Patent Documents 1 to 3 described above. In the calculation of the lens data shown in Table 7, it is assumed that the radius of curvature, the surface interval, and the refractive index change under the following conditions 1) to 4) when the temperature rises.

1) 曲率半径:線膨張係数αで変化する。
2) レンズの肉厚:線膨張係数αで変化する。
3) レンズ間の間隔:(設計値の間隔)+(保持部材の線膨張係数αでの変化)−(レンズ肉厚の線膨張係数αでの変化)
但し、保持部材:アルミニウム(線膨張係数α:283×10−7/℃)と仮定した。
なお、保持部材の材質は、アルミニウム以外の材質でもよく、マグネシウム合金(線膨張係数α:260×10−7/℃)やプラスチック(線膨張係数α:600×10−7/℃)であってもよい。
4) 屈折率:相対屈折率温度係数βで変化する。
1) Curvature radius: varies with linear expansion coefficient α.
2) Lens thickness: varies with linear expansion coefficient α.
3) Distance between lenses: (design value interval) + (change in linear expansion coefficient α of holding member) − (change in lens wall thickness at linear expansion coefficient α)
However, it was assumed that holding member: aluminum (linear expansion coefficient α: 283 × 10 −7 / ° C.).
The holding member may be made of a material other than aluminum, such as magnesium alloy (linear expansion coefficient α: 260 × 10 −7 / ° C.) or plastic (linear expansion coefficient α: 600 × 10 −7 / ° C.). Also good.
4) Refractive index: Varies with the relative refractive index temperature coefficient β.

次に、本発明の第5の実施の形態に係る投射光学系の実施例(数値実施例)2について、示すZ−Y断面図である図10(a)を参照して説明する。尚、図10(b)は、投射光学系が遠距離側から近距離側へフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。
図10(a)に示す投射光学系100−2は、光軸に沿って、縮小側(パネル1−2側)から拡大側に向って順次、第1レンズL1〜第9レンズL9からなる正の屈折力を有する第1レンズ群G1−2と、第10レンズL10〜第12レンズL12からなる負の屈折力を有する前側第2レンズ群G2F−2と、第13レンズL13〜第14レンズL14からなる正の屈折力を有する後側第2レンズ群G2R−2より構成される。
この前側第2レンズ群G2F−2と後側第2レンズ群G2R−2は、共にフォーカス時に、それぞれ移動する移動レンズ群であり、これを総称して第2レンズ群G2−2と称する。また、第1レンズ群G1−2と第2レンズ群G2−2とを、ここでは、屈折光学系2−2と称する。
フォーカス時に固定レンズ群である第1レンズ群G1−2内には、絞り3−2を有し、その絞り3−2は、屈折光学系100−2の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置される。
Next, Example (Numerical Example) 2 of the projection optical system according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10A which is a ZY sectional view. FIG. 10B is a movement locus diagram schematically showing the movement locus of each lens group when the projection optical system is focused from the long distance side to the short distance side.
A projection optical system 100-2 shown in FIG. 10A is a positive lens including a first lens L1 to a ninth lens L9 sequentially from the reduction side (panel 1-2 side) to the enlargement side along the optical axis. A first lens group G1-2 having refracting power, a front second lens group G2F-2 having negative refracting power composed of a tenth lens L10 to a twelfth lens L12, and a thirteenth lens L13 to a fourteenth lens L14. And a rear second lens group G2R-2 having a positive refractive power.
Both the front second lens group G2F-2 and the rear second lens group G2R-2 are movable lens groups that move during focusing, and are collectively referred to as a second lens group G2-2. In addition, the first lens group G1-2 and the second lens group G2-2 are herein referred to as a refractive optical system 2-2.
The first lens group G1-2, which is a fixed lens group at the time of focusing, has a stop 3-2, and the stop 3-2 is disposed at a position where the reduction side of the refractive optical system 100-2 is non-telecentric. The

また、第1レンズ群G1−2には、温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を調整する補正レンズCL−2が配置されている。
ここで、実施例2に係る屈折光学系2−2について、より具体的に説明する。
図10において、実施例2の屈折光学系2−2のうち、第1レンズ群G1−2は、縮小側(表示パネル1−2側)から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第1レンズL1と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第2レンズL2と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第3レンズL3と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第4レンズL4と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第5レンズL5と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた両凹レンズからなる第6レンズと、凸面を拡大側に向けた正メニスカスレンズからなる第7レンズL7と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第8レンズL8と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第9レンズL9とから構成される。
上記第1レンズ群G1−2を構成するレンズのうち、第3レンズL3と第4レンズL4および第7レンズL7と第8レンズL8の各2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
The first lens group G1-2 is provided with a correction lens CL-2 that adjusts the curvature of field caused by the temperature change.
Here, the refractive optical system 2-2 according to Example 2 will be described more specifically.
10, in the refractive optical system 2-2 of Example 2, the first lens group G1-2 has a convex surface on the reduction side in order from the reduction side (display panel 1-2 side) to the enlargement side. A first lens L1 composed of a positive meniscus lens directed to the second lens L2, a second lens L2 composed of a biconvex lens having a convex surface having a larger curvature than the magnification side toward the reduction side, and a convex surface having a curvature larger than the reduction side toward the magnification side. A third lens L3 made of a convex lens, a fourth lens L4 made of a negative meniscus lens having a concave surface facing the reduction side, a fifth lens L5 made of a biconvex lens with a convex surface having a larger curvature than the reduction side directed to the magnification side, A sixth lens composed of a biconcave lens with a concave surface having a larger curvature than the reduction side facing the magnification side, a seventh lens L7 composed of a positive meniscus lens with the convex surface facing the magnification side, and a negative meniscus lens having a convex surface facing the magnification side The eighth lens L8 made of, and a ninth lens L9 Metropolitan curvature than the reduction side is a biconvex lens having a large convex surface on the enlargement side.
Among the lenses constituting the first lens group G1-2, the two lenses, the third lens L3 and the fourth lens L4, and the seventh lens L7 and the eighth lens L8, are closely attached to each other. The cemented lens is integrally joined to form a cemented lens composed of two lenses.

絞り3−2は、第1レンズ群G1−1を構成する第5レンズL5と第6レンズL6の間に介挿配置される。より具体的には、絞り3−2は、屈折光学系の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置されるものとする。
第2レンズ群G2−2のうち、前側第2レンズ群G2F−2は、縮小側から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第10レンズL10と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた負メニスカスレンズからなる第11レンズL11と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた両凹レンズからなる第12レンズL12とから構成される。
また、第2レンズ群G2−2のうち、後側第2レンズ群G2R−2は、縮小側から拡大側に向かって、順に、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第13レンズL13と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第14レンズL14とから構成される。
この実施例2においては、各光学要素の光学データは、次表11の通りである。
The stop 3-2 is interposed between the fifth lens L5 and the sixth lens L6 that constitute the first lens group G1-1. More specifically, the stop 3-2 is arranged at a position where the reduction side of the refractive optical system is non-telecentric.
Among the second lens groups G2-2, the front second lens group G2F-2 is reduced in order from the reduction side to the enlargement side, the tenth lens L10 including a positive meniscus lens having a convex surface directed toward the reduction side. An eleventh lens L11 composed of a negative meniscus lens having a concave surface having a larger curvature than the reduction side facing the enlargement side, and a twelfth lens L12 composed of a biconcave lens having a concave surface having a curvature larger than the reduction side facing the magnification side.
Of the second lens group G2-2, the rear second lens group G2R-2 is a thirteenth lens L13 formed of a negative meniscus lens having a concave surface facing the enlargement side in order from the reduction side to the enlargement side. And a fourteenth lens L14 composed of a biconvex lens having a convex surface having a larger curvature than that on the enlargement side and directed toward the reduction side.
In Example 2, the optical data of each optical element is as shown in Table 11 below.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

表11において、備考欄に「*(アスタリスク)」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。
すなわち、表11においては、「*」が付された第3面、第4面、第19面、第20面、第23面、第24面、第25面、第26面、第27面、第28面の各光学面が非球面であり、式(4)における各非球面のパラメータは、次表(12)の通りである。
In Table 11, the lens surface having the surface number indicated with “* (asterisk)” in the remarks column is an aspherical surface.
That is, in Table 11, the third surface, the fourth surface, the nineteenth surface, the twenty-first surface, the twenty-third surface, the twenty-fourth surface, the twenty-fifth surface, the twenty-sixth surface, the twenty-seventh surface, which are marked with “*”. Each optical surface of the 28th surface is an aspheric surface, and parameters of each aspheric surface in the equation (4) are as shown in the following table (12).

Figure 2015049340
Figure 2015049340

また、後側第2レンズ群G2R−2の最終レンズ面から射出された表示パネル1−2の中間像は、自由曲面ミラー4A−2と自由曲面ミラー4B−2で順次反射され、この反射光学系4−2より拡大側に配置された防塵ガラス5−2を介して、例えば、図示は省略したが、図10の右方側(拡大側)に射出され、表示パネル1の前面に垂直方向に沿って配置されたスクリーン上に投射され、表示パネル1−2上の画像が拡大投射される。
ここで、実施例2における表示パネル1−2の横サイズ、縦サイズ、画素サイズや、光軸から表示パネル1−2の下辺迄の距離は、下表13の通りである。
The intermediate image of the display panel 1-2 emitted from the final lens surface of the rear second lens group G2R-2 is sequentially reflected by the free-form surface mirror 4A-2 and the free-form surface mirror 4B-2. Although not shown, for example, through the dust-proof glass 5-2 disposed on the enlargement side from the system 4-2, the light is emitted to the right side (enlargement side) of FIG. Are projected onto a screen arranged along the screen, and the image on the display panel 1-2 is enlarged and projected.
Here, the horizontal size, vertical size, pixel size, and distance from the optical axis to the lower side of the display panel 1-2 in Example 2 are as shown in Table 13 below.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

この表13において、表示パネル1−2は、その対角が0.65インチのデジタル・マイクロミラー・デバイスを想定している。但し、表示パネル1−2のサイズや種類は、これに限られるものではなく、例えば、表示パネル1−2のサイズを対角寸法を、0.55インチとしてもよいし、また、その種類を透過型や反射型の液晶パネルとしてもよい。
また、光軸から表示パネル1−2の下辺までの距離を、表13において1.402mm離しているが、この距離も任意に変更することができる。
反射光学系4−2の自由曲面ミラー4A−2の面頂点の位置は、図10に示すZ−Y断面において、表示パネル1−2を含む平面と光軸との交点を(Z,Y)=(0,0)としたとき、(Z,Y)=(186.223,−9.352)の位置に固定される。
他方の自由曲面ミラー4B−2の面頂点の位置は、図10に示すZ−Y断面において、表示パネル1−1を含む平面と光軸との交点を(Z,Y)=(0,0)としたとき、(Z,Y)=(198.288,74.717)の位置に固定される。
多項式自由曲面からなる面は、上記面頂点を原点とするローカルな直交座標系(X,Y,Z)を用いた上記式(5)で定義され、多項式自由曲面係数Cを与えて形状を特定する。
反射光学系4−2のうち、自由曲面ミラー4A−2の反射面である第30面の多項式自由曲面の自由曲面係数(C)は、下表14(a)に示す通りであり、また、自由曲面ミラー4B−2の反射面である第31面の多項式自由曲面の自由曲面係数(C)は、下表14(b)に示す通りである。
In Table 13, the display panel 1-2 is assumed to be a digital micromirror device whose diagonal is 0.65 inches. However, the size and type of the display panel 1-2 are not limited to this. For example, the size of the display panel 1-2 may be set to a diagonal size of 0.55 inches. A transmissive or reflective liquid crystal panel may be used.
Further, the distance from the optical axis to the lower side of the display panel 1-2 is 1.402 mm apart in Table 13, but this distance can also be arbitrarily changed.
The position of the surface vertex of the free-form surface mirror 4A-2 of the reflective optical system 4-2 is the intersection of the optical axis and the plane including the display panel 1-2 in the ZY cross section shown in FIG. = (0,0), the position is fixed at (Z, Y) = (186.223, −9.352).
The position of the surface vertex of the other free-form surface mirror 4B-2 is the intersection of the plane including the display panel 1-1 and the optical axis in the ZY cross section shown in FIG. 10 (Z, Y) = (0, 0 ), The position is fixed at (Z, Y) = (198.288, 74.717).
A surface comprising a polynomial free-form surface is defined by the above equation (5) using a local orthogonal coordinate system (X, Y, Z) with the surface vertex as the origin, and the shape is given by giving a polynomial free-form surface coefficient C j Identify.
In the reflective optical system 4-2, the free-form surface coefficient (C j ) of the polynomial free-form surface of the 30th surface which is the reflection surface of the free-form surface mirror 4 </ b> A- 2 is as shown in Table 14 (a) below. The free-form surface coefficients (C j ) of the polynomial free-form surface of the 31st surface, which is the reflection surface of the free-form surface mirror 4B-2, are as shown in Table 14 (b) below.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

自由曲面ミラー4B−2の拡大側には、全体が一定の厚み(3.0mm)で形成された防塵ガラス5−2が配置されている。
この防塵ガラス5−2は、光学的なパワーがないので、防塵ガラス5−2の取付位置に多少の誤差があっても、画像の画質に影響が少ない。そして、この防塵ガラス5−2の拡大側(図10においては、右側)には、図示は省略したが、光軸(Z方向)にほぼ平行にスクリーンの投射面の配置が予定される。
上述したように構成された実施例2に係る投射光学系100−2において、表示パネル1−2から出射した光束は、屈折光学系2−2の第1レンズ群G1−2に入射し、第1レンズ群G1−2と第2レンズ群G2−2を順次通過した後、自由曲面ミラー4A−2で折り返され、その後、自由曲面ミラー4B−2で反射されて、防塵ガラス5−2を介してスクリーン(図示せず)に投射される。
フォーカシングに際しては、第1レンズ群G1−2は、移動せず、例えば、遠距離側から近距離側にフォーカシングするに際しては、第2レンズ群G2−2のうち、前側第2レンズ群G2F−2は、表示パネル1−2から遠ざかる方向に移動し、後側第2レンズ群G2R−2は、表示パネル1−2から遠ざかる方向に、前側第2レンズ群G2F−2とは異なる移動量で移動する。
On the enlargement side of the free-form curved mirror 4B-2, a dustproof glass 5-2 that is entirely formed with a constant thickness (3.0 mm) is disposed.
Since the dust-proof glass 5-2 has no optical power, even if there is a slight error in the mounting position of the dust-proof glass 5-2, the image quality of the image is less affected. And although illustration was abbreviate | omitted in the expansion side (FIG. 10 right side) of this dust-proof glass 5-2, arrangement | positioning of the projection surface of a screen is planned substantially parallel to an optical axis (Z direction).
In the projection optical system 100-2 according to Example 2 configured as described above, the light beam emitted from the display panel 1-2 is incident on the first lens group G1-2 of the refractive optical system 2-2, and After sequentially passing through the first lens group G1-2 and the second lens group G2-2, it is folded back by the free-form surface mirror 4A-2, and then reflected by the free-form surface mirror 4B-2, through the dust-proof glass 5-2. Projected onto a screen (not shown).
During focusing, the first lens group G1-2 does not move. For example, when focusing from the long distance side to the short distance side, the front side second lens group G2F-2 of the second lens group G2-2. Moves in a direction away from the display panel 1-2, and the rear second lens group G2R-2 moves in a direction away from the display panel 1-2 with a different movement amount from the front second lens group G2F-2. To do.

これを具体的に説明すると、遠距離側から基準を経て、近距離側に前側第2レンズ群G2F−2および後側第2レンズ群G2R−2を移動させたときの可変レンズ群間隔は、表15に示す通りである。
即ち、第9レンズL9と第10レンズL10とのレンズ間隔d18と、第12レンズL12と第13レンズL13との間隔d24、第14レンズL14とダミー面第29面との間隔d28、第35面と像面との間隔d35は、遠距離側−基準−近距離側へと移動するに伴い、それぞれ表15の通りに変化する。
Specifically, when the front second lens group G2F-2 and the rear second lens group G2R-2 are moved to the short distance side through the reference from the long distance side, the variable lens group interval is It is as shown in Table 15.
That is, the lens distance d18 between the ninth lens L9 and the tenth lens L10, the distance d24 between the twelfth lens L12 and the thirteenth lens L13, the distance d28 between the fourteenth lens L14 and the dummy surface 29th surface, and the 35th surface. The distance d35 between the image plane and the image plane changes as shown in Table 15 as the distance d35 moves from the long distance side to the reference to the short distance side.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

また、第29面〜第34面のY、Z、αの偏心量の具体例を表16に示す。   Table 16 shows specific examples of the Y, Z, and α eccentricities of the 29th to 34th surfaces.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

次に、図10に示す実施例2に係る投射光学系100−2が、設計値通りの温度環境の場合と、この温度環境に対して40℃の温度上昇が生じた場合のRMSスポット径の変化について、図11、図12、図13、図14、図15および表17、表18、表19、表20を参照して説明する。
図11に示すように、表示パネル1−2の画像形成領域内に25区画を設定配置した。
先ず、図10に示す実施例2に係る投射光学系100−2のレンズの具体的データは表11に示す通りであるが、当該投射光学系100−2に40℃の温度上昇があった場合のレンズの具体的データは、下表17に示すように変化する。
Next, the projection optical system 100-2 according to Example 2 shown in FIG. 10 has the RMS spot diameter when the temperature environment is as designed and when a temperature increase of 40 ° C. occurs with respect to this temperature environment. The change will be described with reference to FIG. 11, FIG. 12, FIG. 13, FIG. 14, FIG. 15 and Table 17, Table 18, Table 19, and Table 20.
As shown in FIG. 11, 25 sections were set and arranged in the image forming area of the display panel 1-2.
First, the specific data of the lens of the projection optical system 100-2 according to Example 2 shown in FIG. 10 is as shown in Table 11, but the projection optical system 100-2 has a temperature rise of 40 ° C. The specific data of this lens varies as shown in Table 17 below.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

そのときのフォーカス機能をもつの前側レンズ群G2F−2と後側レンズ群G2R−2、反射光学系4−2等における面間隔d18とd24とd28とd35は、下表18に示す通り変化する。   The surface distances d18, d24, d28, and d35 in the front lens group G2F-2, the rear lens group G2R-2, the reflective optical system 4-2, and the like having the focus function at that time change as shown in Table 18 below. .

Figure 2015049340
Figure 2015049340

また、RMSスポット径について対比すると、実施例2の具体的な表11に示す設計値通りのレンズデータに基づく投射光学系100−2のRMSスポット径は、図12に示す通りである。
すなわち、図12(a)は、スクリーンまでの距離が遠距離(80インチ)の場合、(b)は、基準距離(60インチ)の場合、(c)は、近距離(48インチ)の場合の各画角におけるRMSスポット径(単位:mm)の変化を示しており、スポット径は、充分に小さく、像面湾曲は殆ど生じていないことが分かる。
これに対し、実施例2のレンズデータに基づく投射光学系100−2に対し40℃の温度上昇があった場合について、レンズデータは、表17に示すように変化し、RMSスポット径は、図13に示すように、バックフォーカスのずれは、別途解消したものの、光軸付近の画角に対して光軸から離れたスポット径は、著しく大きい。
この状態における投射光学系100−2に対し、像面湾曲を補正する補正レンズCLとしての第7レンズL7、第8レンズL8、第9レンズL9を、表示パネル1−1から0.6mm遠ざかる方向(拡大側の方向)に移動させたときの具体的なレンズデータは、下表19に示す通りとなる。
Further, in comparison with the RMS spot diameter, the RMS spot diameter of the projection optical system 100-2 based on the lens data according to the design values shown in Table 11 of Example 2 is as shown in FIG.
12A shows a case where the distance to the screen is a long distance (80 inches), FIG. 12B shows a case where the reference distance is 60 inches, and FIG. 12C shows a case where the distance is 48 inches. 6 shows changes in the RMS spot diameter (unit: mm) at each angle of view, and it can be seen that the spot diameter is sufficiently small and almost no field curvature occurs.
On the other hand, when the temperature of the projection optical system 100-2 based on the lens data of Example 2 is increased by 40 ° C., the lens data changes as shown in Table 17, and the RMS spot diameter is as shown in FIG. As shown in FIG. 13, although the back focus shift is eliminated separately, the spot diameter away from the optical axis with respect to the angle of view near the optical axis is remarkably large.
A direction in which the seventh lens L7, the eighth lens L8, and the ninth lens L9 as correction lenses CL for correcting the curvature of field are moved 0.6 mm away from the display panel 1-1 with respect to the projection optical system 100-2 in this state. Specific lens data when moved in the (magnifying side direction) is as shown in Table 19 below.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

このように補正レンズCL−2(第7レンズL7〜第9レンズL9)を表示パネル1−2から0.6mm拡大側に移動させたときの、第6レンズL6の第13面と第7レンズL17の第14面の間隔d13、第9レンズL9の第18面と第10レンズL10の第19面の間隔d18は、それぞれ、表20に示す通り変化する。尚、間隔d24、間隔d28、d35は、変化しない。   In this way, when the correction lens CL-2 (seventh lens L7 to ninth lens L9) is moved from the display panel 1-2 to the 0.6 mm enlargement side, the thirteenth surface and the seventh lens of the sixth lens L6. The distance d13 between the fourteenth surfaces of L17 and the distance d18 between the eighteenth surface of the ninth lens L9 and the nineteenth surface of the tenth lens L10 vary as shown in Table 20, respectively. Note that the interval d24 and the intervals d28 and d35 do not change.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

上記表19のレンズデータに示すように、補正レンズCL−2(第7レンズL7〜第9レンズL9)を所定量(この例の場合、0.6mm)移動させたレンズデータでは、図14(a)、(b)、(c)に示すように、光軸から離れた画角のスポット径の大きさが、効果的に抑制されており、光軸付近の画角と同程度のスポット径が得られている。スポット径は、遠距離(80インチ)、基準(60インチ)、近距離(48インチ)について計算しており、スクリーン上での1画素は、80インチで1.33mm、60インチで1mm、48インチで0.8mmである。
スポット径が1画素程度の大きさであれば、良好な解像がえられていると判断することができる。
つまり、補正レンズCL−2を移動させることで、像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができたことになる。
尚、表17は、表11に示す実施例2のレンズデータに対して、40℃だけ温度が上昇したときのレンズデータの具体例であり、そのときのフォーカスレンズ群(第2レンズ群G2−2)のレンズ間隔の変化の具体例であることは、上述した通りであるが、ここで、温度上昇によるバックフォーカスのずれは、上述の特許文献1〜3などの従来技術のいずれかの方法によって、解消されているものとする。
As shown in the lens data in Table 19, the lens data obtained by moving the correction lens CL-2 (seventh lens L7 to ninth lens L9) by a predetermined amount (in this example, 0.6 mm) is shown in FIG. As shown in a), (b), and (c), the size of the spot diameter at the field angle away from the optical axis is effectively suppressed, and the spot diameter is about the same as the field angle near the optical axis. Is obtained. The spot diameter is calculated for a long distance (80 inches), a reference (60 inches), and a short distance (48 inches). One pixel on the screen is 1.33 mm at 80 inches, 1 mm at 60 inches, 48 It is 0.8 mm in inches.
If the spot diameter is about one pixel, it can be determined that a good resolution is obtained.
That is, by moving the correction lens CL-2, it is possible to adjust the curvature of field satisfactorily and to suppress resolution deterioration in the peripheral portion of the screen.
Table 17 is a specific example of lens data when the temperature is increased by 40 ° C. with respect to the lens data of Example 2 shown in Table 11. The focus lens group (second lens group G2- As described above, the specific example of the change in the lens interval of 2) is as described above. Here, the back focus shift due to the temperature rise is caused by any of the methods of the prior art such as the above-described Patent Documents 1 to 3. It is assumed that the problem has been resolved.

尚、表17に示すレンズデータの計算において、温度上昇したとき、曲率半径、面間隔、屈折率は、以下の条件1)〜4)で変化すると仮定した。
1) 曲率半径:線膨張係数αで変化する。
2) レンズの肉厚:線膨張係数αで変化する。
3) レンズ間の間隔:(設計値の間隔)+(保持部材の線膨張係数αでの変化)−(レンズ肉厚の線膨張係数αでの変化)
但し、保持部材を、アルミニウム(線膨張係数α:283×10−7/℃)材を用いた場合と仮定した。
なお、保持部材の材質は、アルミニウム以外の材質でもよく、マグネシウム合金(線膨張係数α:260×10−7/℃)やプラスチック(線膨張係数α:600×10−7/℃)であってもよい。
4) 屈折率:相対屈折率温度係数βで変化する。
上述した実施例1および実施例2において、条件式(1)のφ1/φ2、条件式(2)のf1/f2、条件式(3)のΔd/Mの各値は、下表21の通りとなり、それぞれ条件式(1)〜条件式(3)を満足している。
In the calculation of lens data shown in Table 17, it is assumed that the radius of curvature, the surface interval, and the refractive index change under the following conditions 1) to 4) when the temperature rises.
1) Curvature radius: varies with linear expansion coefficient α.
2) Lens thickness: varies with linear expansion coefficient α.
3) Distance between lenses: (design value interval) + (change in linear expansion coefficient α of holding member) − (change in lens wall thickness at linear expansion coefficient α)
However, it was assumed that the holding member was made of an aluminum (linear expansion coefficient α: 283 × 10 −7 / ° C.) material.
The holding member may be made of a material other than aluminum, such as magnesium alloy (linear expansion coefficient α: 260 × 10 −7 / ° C.) or plastic (linear expansion coefficient α: 600 × 10 −7 / ° C.). Also good.
4) Refractive index: Varies with the relative refractive index temperature coefficient β.
In Example 1 and Example 2 described above, φ1 / φ2 of conditional expression (1), f1 / f2 of conditional expression (2), and Δd / M of conditional expression (3) are as shown in Table 21 below. Thus, conditional expressions (1) to (3) are satisfied.

Figure 2015049340
Figure 2015049340

尚、本発明は、上述し且つ図示した実施の形態、または実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変更実施が可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described and illustrated embodiments or examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、補正レンズ群CLは、実施例1では1枚のレンズ、実施例2では、3枚のレンズで構成した例を説明したが、温度が変化したときに、固定レンズ群の第1レンズ群内の移動群に隣接した1枚以上のレンズを光軸方向に移動すればよいので、例えば、2枚または4枚のレンズをもって構成してもよい。   For example, the correction lens group CL has been described with an example in which the first embodiment includes one lens and the second embodiment includes three lenses. However, when the temperature changes, the first lens group of the fixed lens group is described. Since one or more lenses adjacent to the inner moving group may be moved in the direction of the optical axis, for example, two or four lenses may be used.

また、本発明は、屈折光学系に特徴を有するものであるので、反射光学系の構成は、限定されるものではなく、例えば、反射光学系は、1枚で構成してもよい。   In addition, since the present invention is characterized by a refractive optical system, the configuration of the reflective optical system is not limited. For example, the reflective optical system may be composed of one sheet.

また、本発明の補正レンズ群は、第1レンズ群に含まれる絞りより拡大側に配置することが必要とされるが、第1レンズ群内の絞りより拡大側のどのレンズでも良いという訳ではない。   Further, the correction lens group of the present invention is required to be arranged on the enlargement side with respect to the stop included in the first lens group. However, any lens on the enlargement side with respect to the stop in the first lens group may be used. Absent.

因みに、図15は、実施例1において、第9レンズL9ではなく、第6レンズL6を移動させたときのスポット径の様子をプロットしたグラフである。   Incidentally, FIG. 15 is a graph in which the spot diameter is plotted when the sixth lens L6 is moved instead of the ninth lens L9 in the first embodiment.

この図15を見てわかるように、第6レンズL6を移動させると、バックフォーカスのずれを発生してしまい、画面全体に亘り解像が劣化してしまう。   As can be seen from FIG. 15, when the sixth lens L6 is moved, a back focus shift occurs, and the resolution deteriorates over the entire screen.

従って、補正レンズ群は、絞りよりも拡大側のどのレンズでもよいというわけではなく、その他の収差を悪化させず、本発明に記載の像面湾曲の調整効果の大きいレンズを移動させることが望ましい。   Therefore, the correction lens group may not be any lens on the enlargement side of the stop, and it is desirable to move the lens having a large field curvature adjustment effect described in the present invention without deteriorating other aberrations. .

G1,G1−1,G1−2 第1レンズ群
G2,G2−1,G2−2 第2レンズ群
G2F,G2F−1,G2F−2 前側第2レンズ群
G2R,G2R−1,G2R−2 後側第2レンズ群
CL,L9,L7〜L9 補正レンズ
1,1−1,1−2 表示パネル
2,2−1,2−2 屈折光学系
3,3−1,3−2 絞り
4,4−1,4−2,4A,4B 反射光学系
4A−1,4A−2 自由曲面ミラー
4B−1,4B−2 自由曲面ミラー
5,5−1,5−2 防塵ガラス
100,100−1,100−2 投射光学系
101 照明部
102 各種回路部
200 画像表示装置
G1, G1-1, G1-2 First lens group G2, G2-1, G2-2 Second lens group G2F, G2F-1, G2F-2 Front second lens group G2R, G2R-1, G2R-2 Rear Second lens group CL, L9, L7 to L9 Correction lens 1,1-1,1-2 Display panel 2,2-1,2-2 Refractive optical system 3,3-1,3-2 Aperture 4,4 -1,4-2,4A, 4B Reflective optical system 4A-1, 4A-2 Free curved surface mirror 4B-1, 4B-2 Free curved surface mirror 5,5-1, 5-2 Dust-proof glass 100, 100-1, 100-2 Projection Optical System 101 Illumination Unit 102 Various Circuit Units 200 Image Display Device

特開2010−256394号公報JP 2010-256394 A 特開2004−264570号公報JP 2004-264570 A 特開2008−026864号公報JP 2008-026864 A

Claims (9)

表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第1レンズ群と、フォーカス時に移動する1以上の第2レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第1レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に補正レンズ群が配置され、
前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ1とし、前記絞りを通過する光束の太さをφ2としたとき、
前記絞りは、以下の条件式(1):
(1) 1.0 < φ1/φ2 < 1.8
を満足するように配置されていることを特徴とする投射光学系。
In a projection optical system that enlarges and projects an image formed on a display panel onto a screen via a refractive optical system,
The refractive optical system includes a first lens group that is fixed at the time of focusing and one or more second lens groups that are moved at the time of focusing on an optical path from the reduction side to the magnification side.
In the first lens group, a diaphragm is disposed, and a correction lens group is disposed on the enlargement side from the diaphragm,
The light flux that passes from the entrance surface to the exit surface of the correction lens group is φ1 that is the thinnest light flux between the entrance surface and the exit surface, and the thickness of the light beam that passes through the stop is φ2. When
The aperture is defined by the following conditional expression (1):
(1) 1.0 <φ1 / φ2 <1.8
The projection optical system is arranged so as to satisfy the above.
前記絞りは、前記屈折光学系の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の投射光学系。   The projection optical system according to claim 1, wherein the stop is arranged at a position where the reduction side of the refractive optical system is non-telecentric. 前記補正レンズ群は、温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、光軸方向に沿って移動することを特徴とする請求項1に記載の投射光学系。   2. The projection optical system according to claim 1, wherein the correction lens group moves along the optical axis direction so that the focal length of the entire refractive optical system increases as the temperature rises. 前記補正レンズ群は、前記屈折光学系の温度が上昇したとき、前記表示パネルから遠ざかる方向に移動させることで、当該温度の上昇に伴って生じた像面湾曲を調整し得るように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の投射光学系。   When the temperature of the refractive optical system rises, the correction lens group is configured to move in a direction away from the display panel so that the curvature of field caused by the temperature rise can be adjusted. The projection optical system according to claim 1, wherein the projection optical system is a projection optical system. 前記補正レンズ群の焦点距離(2枚以上のレンズで構成される場合にあっては、その合成焦点距離)をf1とし、前記屈折光学系の合成焦点距離をf2としたとき、
以下の条件式(2):
(2) 1.6 < f1/f2 < 2.0
を満足することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の投射光学系。
When the focal length of the correction lens group (the combined focal length in the case of two or more lenses) is f1, and the combined focal length of the refractive optical system is f2,
The following conditional expression (2):
(2) 1.6 <f1 / f2 <2.0
The projection optical system according to claim 1, wherein:
前記補正レンズ群を、光軸方向に移動させることができる最大移動量をΔdとし、前記屈折光学系の近軸横倍率をMとしたとき、
以下の条件式(3):
(3) 0.06 < Δd/M < 0.09
を満足することを特徴とする請求項1〜5に記載のいずれか1項に記載の投射光学系。
When the maximum movement amount that can move the correction lens group in the optical axis direction is Δd, and the paraxial lateral magnification of the refractive optical system is M,
The following conditional expression (3):
(3) 0.06 <Δd / M <0.09
The projection optical system according to claim 1, wherein the projection optical system according to claim 1 is satisfied.
前記補正レンズは、すべて球面レンズで構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の投射光学系。   The projection optical system according to claim 1, wherein all of the correction lenses are spherical lenses. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の投射光学系を備えたことを特徴とする画像表示装置。   An image display apparatus comprising the projection optical system according to claim 1. 表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系を備えた画像表示装置の調整方法において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第1レンズ群と、フォーカス時に移動する1以上の第2レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第1レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に補正レンズ群が配置されており、
温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を、前記補正レンズ群を光軸方向に移動させることにより調整することを特徴とする画像表示装置の調整方法。
In an adjustment method of an image display device provided with a projection optical system that enlarges and projects an image formed on a display panel onto a screen via a refractive optical system,
The refractive optical system includes a first lens group that is fixed at the time of focusing and one or more second lens groups that are moved at the time of focusing on an optical path from the reduction side to the magnification side.
In the first lens group, a diaphragm is disposed, and a correction lens group is disposed on the enlargement side from the diaphragm,
A method of adjusting an image display apparatus, comprising: adjusting curvature of field caused by a change in temperature by moving the correction lens group in an optical axis direction.
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