JP5578420B2 - Optical system for image projection device and image projection device - Google Patents

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Description

本発明は、映像表示素子の映像等を拡大して投写する映像投写装置に関する。   The present invention relates to an image projection apparatus that enlarges and projects an image or the like of an image display element.

映像表示素子の映像等を拡大して投写する映像投写装置(いわゆるプロジェクタ)は、複数の方式が考案されており、実用化されている。例えば、光源からの光を液晶表示素子に透過させた後、当該液晶表示素子を透過して得られた映像(光)を複数のレンズから構成される投写光学系を介してスクリーン(投写面)上に拡大して投写する映像投写装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。   A plurality of methods have been devised and put into practical use for image projection apparatuses (so-called projectors) that project an enlarged image of an image display element. For example, after light from a light source is transmitted through a liquid crystal display element, an image (light) obtained through the liquid crystal display element is screened (projection surface) via a projection optical system including a plurality of lenses. An image projection apparatus that projects an image on an enlarged scale is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2008−134350号公報JP 2008-134350 A

しかしながら、このような映像投写装置では、小型化が要求されるとともに、スクリーン上に投写した像の歪み(例えば、台形歪み)を低減することが要求されている。   However, such a video projection device is required to be downsized and to reduce distortion (for example, trapezoidal distortion) of an image projected on a screen.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成でありながら、投写した像の台形歪みを良好に補正可能な映像投写装置用光学系および、これを備えた映像投写装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and has an optical system for a video projection device capable of satisfactorily correcting trapezoidal distortion of a projected image, and a video projection provided with the same, while having a compact configuration. An object is to provide an apparatus.

このような目的達成のため、本発明を例示する態様に従えば、映像表示素子に表示された映像を拡大して所定の投写面に斜め方向から投写する映像投写装置用光学系であって、光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された回転対称レンズからなる回転対称レンズ群と、中心軸に対して非回転対称に形成された複数の自由曲面レンズからなる自由曲面レンズ群と、中心軸に対して非回転対称に形成された反射面を有する自由曲面ミラーとを有し、前記自由曲面レンズ群において、前記自由曲面ミラーに最も近いミラー側自由曲面レンズの断面形状が、前記自由曲面レンズ群と前記自由曲面ミラーとの間の光軸および前記自由曲面ミラーと前記投写面との間の光軸を通る第1の断面と垂直な第2の断面において、前記映像表示素子側に凹面を向けたメニスカス形状を有し、
前記第2の断面において、前記映像表示素子から前記自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、前記z軸と垂直な座標軸をx軸として、前記自由曲面レンズのレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,z)を定義し、
前記自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面の場合にi=1とし、前記自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面の場合にi=2としたときに、前記自由曲面レンズの有効範囲内での極大点座標を(xoi,zoi)とし、自由曲面レンズのレンズ面のサグ量をzfi(x)として、次式
zfci(x)=zfi(x+xoi)−zoi
を定義し、
絞りから前記自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面までの空気換算中心距離をL1として、次式
rx1=−L1/2.5
を定義し、
絞りから前記自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面までの空気換算中心距離をL2として、次式
rx2=−L2/0.1
を定義し、
前記rx1および前記rx2をrxiとして、次式
zsi(x)=rxi+[(rxi) 2 −x 2 ] 1/2
を定義したとき、
前記原点から前記有効範囲の端までのx方向長さの絶対値を|radxi|としたとき、
−|radxi|<x<|radxi|の範囲で、次式
zfci(x)<zs2(x)
の条件を満足するとともに、
|rx1|<|radxi|のときには−|rx1|<x<|rx1|の範囲で、|radxi|<|rx1|のときには−|radxi|<x<|radxi|の範囲で、次式
zs1(x)<zfci(x)
の条件を満足することを特徴とする映像投写装置用光学系が提供される。
In order to achieve such an object, according to an aspect of the present invention, an optical system for an image projection apparatus that enlarges an image displayed on an image display element and projects the image on a predetermined projection surface from an oblique direction, A rotationally symmetric lens group composed of rotationally symmetric lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis and arranged in order from the image display element side along the optical axis, and a plurality of non-rotationally symmetric lenses formed with respect to the central axis A free-form surface lens group including a free-form surface lens and a free-form surface mirror having a reflection surface formed in a non-rotationally symmetric manner with respect to a central axis, and the free-form surface lens group is closest to the free-form surface mirror The cross-sectional shape of the mirror-side free-form surface lens is perpendicular to the first cross-section passing through the optical axis between the free-form surface lens group and the free-form surface mirror and the optical axis between the free-form surface mirror and the projection surface. the second cross section Oite has a meniscus shape with a concave surface on the image display element side,
In the second cross section, the coordinate axis of the optical axis direction in which the direction from the image display element toward the free-form curved mirror is positive is the z-axis, and the coordinate axis perpendicular to the z-axis is the x-axis, Define a local coordinate system (x, z) with the origin at the intersection of the lens surface and the optical axis,
When i = 1 for the lens surface of the free-form surface lens on the image display element side and i = 2 for the lens surface of the free-form surface lens on the free-form surface mirror side, the free-form surface lens The maximum point coordinate within the effective range is (xoi, zoi), and the sag amount of the free-form lens is zfi (x).
zfci (x) = zfi (x + xoi) −zoi
Define
The air conversion center distance from the diaphragm to the lens surface on the image display element side of the free-form surface lens is L1, and the following formula
rx1 = -L1 / 2.5
Define
The air conversion center distance from the diaphragm to the lens surface of the free-form curved lens side of the free-form curved lens is L2, and the following formula
rx2 = −L2 / 0.1
Define
Where rx1 and rx2 are rxi,
zsi (x) = rxi + [(rxi) 2 −x 2 ] 1/2
When defining
When the absolute value of the length in the x direction from the origin to the end of the effective range is | radxi |
In the range − | radxi | <x <| radxi |
zfci (x) <zs2 (x)
While satisfying the conditions of
When | rx1 | <| radxi |, the range is − | rx1 | <x <| rx1 |. When | radxi | <| rx1 |, the range is − | radxi | <x <| radxi |
zs1 (x) <zfci (x)
An optical system for an image projection apparatus is provided that satisfies the above condition .

また、本発明を例示する態様に従えば、所定の設置面に設置された状態で使用され、前記設置面と同じ面上または前記設置面と略平行な面上に映像を斜め方向から投写する映像投写装置であって、前記映像投写装置を構成する光学系が本発明に係る映像投写装置用光学系であることを特徴とする映像投写装置が提供される。   Further, according to an aspect of the present invention, the image is projected from an oblique direction on a surface that is used on a predetermined installation surface and is substantially the same as the installation surface or substantially parallel to the installation surface. There is provided an image projection apparatus, wherein the optical system constituting the image projection apparatus is the optical system for an image projection apparatus according to the present invention.

本発明によれば、コンパクトな構成でありながら、投写した像の台形歪みを良好に補正することができる。   According to the present invention, it is possible to satisfactorily correct the trapezoidal distortion of a projected image while having a compact configuration.

第1実施例に係る映像投写装置用光学系の側断面図である。It is a sectional side view of the optical system for video projectors concerning the 1st example. 第1実施例に係る映像投写装置用光学系の平断面図である。It is a plane sectional view of the optical system for image projection devices concerning the 1st example. 第1実施例に係る第3自由曲面レンズのx−z断面におけるサグ量を示すグラフである。It is a graph which shows the amount of sag in the xz cross section of the 3rd free-form surface lens which concerns on 1st Example. (a)は第1実施例に係る第2自由曲面レンズのy−z断面におけるサグ量を示すグラフであり、(b)はx−z断面におけるサグ量を示すグラフである。(A) is a graph which shows the sag amount in the yz cross section of the 2nd free-form surface lens which concerns on 1st Example, (b) is a graph which shows the sag amount in an xz cross section. 第1実施例に係る映像投写装置用光学系のスポットダイヤグラムである。It is a spot diagram of the optical system for image projection apparatuses concerning the 1st example. 第1実施例に係る映像投写装置用光学系のディストーションを示す図である。It is a figure which shows the distortion of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 1st Example. 第2実施例に係る映像投写装置用光学系の側断面図である。It is a sectional side view of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 2nd Example. 第2実施例に係る映像投写装置用光学系の平断面図である。It is a plane sectional view of the optical system for image projection devices concerning the 2nd example. 第2実施例に係る第3自由曲面レンズのx−z断面におけるサグ量を示すグラフである。It is a graph which shows the amount of sag in the xz cross section of the 3rd free-form surface lens concerning 2nd Example. (a)は第2実施例に係る第2自由曲面レンズのy−z断面におけるサグ量を示すグラフであり、(b)はx−z断面におけるサグ量を示すグラフである。(A) is a graph which shows the sag amount in the yz cross section of the 2nd free-form surface lens which concerns on 2nd Example, (b) is a graph which shows the sag amount in an xz cross section. 第2実施例に係る映像投写装置用光学系のスポットダイヤグラムである。It is a spot diagram of the optical system for video projectors concerning the 2nd example. 第2実施例に係る映像投写装置用光学系のディストーションを示す図である。It is a figure which shows the distortion of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 2nd Example. 第3実施例に係る映像投写装置用光学系の側断面図である。It is a sectional side view of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 3rd Example. 第3実施例に係る映像投写装置用光学系の平断面図である。It is a plane sectional view of the optical system for image projection devices concerning the 3rd example. 第3実施例に係る第2自由曲面レンズのx−z断面におけるサグ量を示すグラフである。It is a graph which shows the amount of sag in the xz cross section of the 2nd free-form surface lens concerning 3rd Example. 第3実施例に係る映像投写装置用光学系のスポットダイヤグラムである。It is a spot diagram of the optical system for video projectors concerning the 3rd example. 第3実施例に係る映像投写装置用光学系のディストーションを示す図である。It is a figure which shows the distortion of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 3rd Example. 第4実施例に係る映像投写装置用光学系の側断面図である。It is a sectional side view of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 4th Example. 第4実施例に係る映像投写装置用光学系の平断面図である。It is a plane sectional view of the optical system for video projection devices concerning the 4th example. 第4実施例に係る第2自由曲面レンズのx−z断面におけるサグ量を示すグラフである。It is a graph which shows the amount of sag in the xz cross section of the 2nd free-form surface lens which concerns on 4th Example. 第4実施例に係る映像投写装置用光学系のスポットダイヤグラムである。It is a spot diagram of the optical system for video projectors concerning the 4th example. 第4実施例に係る映像投写装置用光学系のディストーションを示す図である。It is a figure which shows the distortion of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 4th Example. 映像投写装置の斜視図である。It is a perspective view of a video projection device. 映像投写装置の断面図である。It is sectional drawing of an image projection apparatus. ローカル座標系の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a local coordinate system.

以下、本発明の好ましい実施形態について図を参照しながら説明する。本実施形態の映像投写装置PRJが図23および図24に示されている。なお、図23は映像投写装置PRJの斜視図であり、図24は映像投写装置PRJの断面図である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. An image projection apparatus PRJ of this embodiment is shown in FIGS. FIG. 23 is a perspective view of the image projection device PRJ, and FIG. 24 is a cross-sectional view of the image projection device PRJ.

図23および図24に示す映像投写装置PRJは、正面に窓部Wを有する筒状箱形の筐体BDと、この筐体BDの内部にそれぞれ収容された、映像表示素子DSと、映像投写装置用光学系PLとを備えて構成される。このような映像投写装置PRJは、例えば、テーブル(もしくは机)の上面や、ホワイトボード近傍の壁面等、所定の設置面Qに設置された状態で使用され、光源(図示せず)からの光を映像表示素子DSに透過させた後、当該映像表示素子DSを透過して得られた映像(光)を、詳細は後述する映像投写装置用光学系PLおよび窓部Wを介して、映像投写装置PRJ(筐体BD)の設置面Qと同じ面上に設定された投写面Rに斜め方向から拡大して投写するように構成される。   23 and 24 includes a cylindrical box-shaped housing BD having a window W on the front surface, an image display element DS accommodated in each of the housings BD, and image projection. And an apparatus optical system PL. Such an image projection device PRJ is used in a state where it is installed on a predetermined installation surface Q such as the upper surface of a table (or desk) or a wall surface in the vicinity of a whiteboard, and light from a light source (not shown). Is transmitted through the image display element DS, and the image (light) obtained through the image display element DS is projected through the image projection apparatus optical system PL and the window W, which will be described in detail later. The apparatus PRJ (housing BD) is configured to be enlarged and projected from an oblique direction onto a projection plane R set on the same plane as the installation plane Q.

なお、光源(図示せず)として、例えば、水銀ランプやハロゲンランプ等、高輝度の白色光を発生させるランプが用いられる。また、映像表示素子DSとして、例えば、外部の入力装置(パーソナルコンピュータや記憶装置等)から入力される映像(または画像)を表示する液晶表示素子が用いられる。   As the light source (not shown), for example, a lamp that generates high-intensity white light such as a mercury lamp or a halogen lamp is used. Further, as the video display element DS, for example, a liquid crystal display element that displays video (or images) input from an external input device (such as a personal computer or a storage device) is used.

映像投写装置用光学系PLは、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された複数の回転対称レンズからなる回転対称レンズ群G1と、中心軸に対して非回転対称に形成された複数の自由曲面レンズからなる自由曲面レンズ群G2と、中心軸に対して非回転対称に形成された反射面を有する自由曲面ミラーMとを有して構成される。なお、自由曲面レンズ群G2と自由曲面ミラーMをまとめて自由曲面群と称することがある。このような映像投写装置用光学系PLにおいて、映像表示素子DSから出射された光は、回転対称レンズ群G1および自由曲面レンズ群G2を透過し、自由曲面ミラーMで斜め方向に反射して投写面Rに投写される。   The optical system PL for image projection apparatus includes a rotationally symmetric lens group G1 composed of a plurality of rotationally symmetric lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis, arranged in order from the video display element DS side along the optical axis, A free-form surface lens group G2 composed of a plurality of free-form surface lenses formed non-rotationally symmetric with respect to the axis, and a free-form surface mirror M having a reflection surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis Composed. The free-form surface lens group G2 and the free-form surface mirror M may be collectively referred to as a free-form surface group. In such an image projection apparatus optical system PL, the light emitted from the image display element DS is transmitted through the rotationally symmetric lens group G1 and the free-form surface lens group G2, reflected by the free-form surface mirror M in an oblique direction, and projected. Projected onto the surface R.

本実施形態では、自由曲面レンズ群G2において自由曲面ミラーMに最も近い自由曲面レンズ(例えば、実施例における第3自由曲面レンズL23)における両側のレンズ面のうち少なくとも一方が、自由曲面レンズ群G2と自由曲面ミラーMとの間の光軸および自由曲面ミラーMと投写面R(像面I)との間の光軸を通る平面と垂直な当該自由曲面レンズの断面において、映像表示素子DS側に凹面を向けた形状を有している。なおこのとき、自由曲面レンズにおける両側のレンズ面のうち少なくとも一方が、詳細は後述するx−z断面において、有効径内で極大点を一つだけ持つことになる。   In the present embodiment, at least one of the lens surfaces on both sides of the free-form surface lens closest to the free-form surface mirror M in the free-form surface lens group G2 (for example, the third free-form surface lens L23 in the example) is the free-form surface lens group G2. On the image display element DS side in the cross section of the free-form surface lens perpendicular to the optical axis between the free-form surface mirror M and the plane passing through the optical axis between the free-form surface mirror M and the projection surface R (image surface I). It has a shape with a concave surface facing the surface. At this time, at least one of the lens surfaces on both sides of the free-form surface lens has only one local maximum point within the effective diameter in the xz cross section described later in detail.

本実施形態の光学系は、斜め投写で発生する台形歪みを、自由曲面群を用いることで補正している。自由曲面で回転非対称な台形歪みを補正する場合、自由曲面自身が回転非対称な形状になるために、この面で回転非対称な収差が発生する。そのため、自由曲面群は台形歪みの補正を行いつつ、回転非対称な収差の発生を極力抑えなければならない。上記の構成はこれを満足するためのものである。   The optical system of the present embodiment corrects trapezoidal distortion that occurs in oblique projection by using a free-form surface group. When correcting a rotationally asymmetric trapezoidal distortion on a free-form surface, the free-form surface itself has a rotationally asymmetric shape, and rotationally asymmetric aberration occurs on this surface. Therefore, the free-form surface group must suppress the generation of rotationally asymmetric aberration as much as possible while correcting the trapezoidal distortion. The above configuration is for satisfying this.

本実施形態の光学系は拡大投写であるため、映像表示素子DSの各点から出射する主光線は、回転対称レンズ群G1を通過(透過)後に発散光線となる。このとき、自由曲面ミラーMに最も近い自由曲面レンズのレンズ面が上記のように映像表示素子DS側に凹面を向けた形状を有していれば、光線入射角が小さくなって無理なく光線を曲げることが可能である。   Since the optical system of the present embodiment is an enlarged projection, the principal ray emitted from each point of the image display element DS becomes a divergent ray after passing (transmitting) the rotationally symmetric lens group G1. At this time, if the lens surface of the free-form surface lens closest to the free-form surface mirror M has a shape in which the concave surface is directed to the image display element DS as described above, the light incident angle becomes small and the light beam can be easily transmitted. It can be bent.

なお、自由曲面レンズ群G2において、自由曲面ミラーMに最も近いミラー側自由曲面レンズ(例えば、実施例における第3自由曲面レンズL23)および、当該ミラー側自由曲面レンズの隣に配置された素子側自由曲面レンズ(例えば、実施例における第2自由曲面レンズL22)のうち、少なくとも一方の断面形状が、自由曲面レンズ群G2と自由曲面ミラーMとの間の光軸および自由曲面ミラーMと投写面R(像面I)との間の光軸を通る第1の断面(後述のy−z断面)、または、当該第1の断面と垂直な第2の断面(後述のx−z断面)において、映像表示素子DS側に凹面を向けたメニスカス形状を有していることが好ましい。このように、メニスカス形状にすることによって、映像表示素子DS側の面で発生した回転非対称な収差を像側の面で直ちにキャンセルすることが可能であり、回転非対称な収差の発生を抑えながら効率的に台形歪みの補正が可能になる。   In the free-form surface lens group G2, the mirror-side free-form surface lens closest to the free-form surface mirror M (for example, the third free-form surface lens L23 in the embodiment) and the element side arranged next to the mirror-side free-form surface lens Of the free-form surface lens (for example, the second free-form surface lens L22 in the embodiment), at least one of the cross-sectional shapes is an optical axis between the free-form surface lens group G2 and the free-form surface mirror M, and the free-form surface mirror M and the projection surface. In a first cross section (y-z cross section described later) passing through the optical axis between R (image plane I) or a second cross section (x-z cross section described later) perpendicular to the first cross section. It is preferable to have a meniscus shape with a concave surface facing the image display element DS side. As described above, the meniscus shape allows the rotationally asymmetric aberration generated on the surface on the image display element DS side to be canceled immediately on the image side surface, and is efficient while suppressing the occurrence of rotationally asymmetric aberration. Thus, it becomes possible to correct trapezoidal distortion.

また、上記自由曲面レンズの断面形状が、第1の断面(y−z断面)と第2の断面(x−z断面)の両方において、映像表示素子DS側に凹面を向けたメニスカス形状を有していてもよい。このようにしても、同様の効果を得ることができる。   In addition, the free-form lens has a meniscus shape having a concave surface facing the image display element DS in both the first cross section (yz cross section) and the second cross section (xz cross section). You may do it. Even if it does in this way, the same effect can be acquired.

ここで、自由曲面レンズ等におけるローカル座標系について説明する。本実施形態において、自由曲面レンズのローカル座標系を、自由曲面レンズの各レンズ面と光軸との交点を原点とした(x,y,z)座標系とする。このとき、映像表示素子DSから自由曲面ミラーMへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、上述の第1の断面においてz軸と垂直な座標軸をy軸とし、上述の第2の断面においてz軸(およびy軸)と垂直な座標軸をx軸とする。   Here, a local coordinate system in a free-form surface lens or the like will be described. In this embodiment, the local coordinate system of the free-form surface lens is an (x, y, z) coordinate system with the origin at the intersection of each lens surface of the free-form surface lens and the optical axis. At this time, the coordinate axis in the optical axis direction in which the direction from the image display element DS toward the free-form surface mirror M is positive is the z-axis, the coordinate axis perpendicular to the z-axis in the first cross section is the y-axis, The coordinate axis perpendicular to the z-axis (and y-axis) in the two cross sections is taken as the x-axis.

このようなローカル座標系において、自由曲面レンズの断面形状が、第1の断面、すなわち、y−z断面において映像表示素子DS側に凹面を向けたメニスカス形状を有している場合について説明する。なお、y−z断面ではx=0なので、ローカル座標系として(y,z)座標系を定義することができる。このとき、自由曲面レンズにおける両側のレンズ面とも、有効径内で極大点をそれぞれ一つだけ持ち、自由曲面レンズにおける映像表示素子DS側のレンズ面のy−z断面での極大点を(yo1,zyo1)とし、像側のレンズ面のy−z断面での極大点を(yo2,zyo2)とすることができる。 In such a local coordinate system, the case where the cross-sectional shape of the free-form surface lens has a meniscus shape with the concave surface facing the image display element DS side in the first cross-section, that is, the yz cross-section will be described. Since x = 0 in the yz section, the (y, z) coordinate system can be defined as the local coordinate system. At this time, each of the lens surfaces on both sides of the free-form surface lens has only one maximum point within the effective diameter, and the maximum point in the yz section of the lens surface on the image display element DS side in the free-form surface lens is expressed as (y o1, z YO1) and then, can be a maximum point in y-z cross section of the lens surface on the image side (y o2, z yo2).

映像表示素子DS側のレンズ面におけるローカル座標系(y1,z1)において、z1=f1(y)として、|y1+yo1|≠0のとき、次の条件式(1)で表される条件を満足する。但し、f´(y)はf(y)のyによる1次微分である。 In the local coordinate system (y 1 , z 1 ) on the lens surface on the video display element DS side, when z 1 = f 1 (y) and | y 1 + y o1 | ≠ 0, the following conditional expression (1) Satisfy the conditions expressed. Here, f ′ (y) is the first derivative of f (y) with respect to y.

(y1+yo1)/|y1+yo1|×f1´(y1+yo1)<0 …(1) (y 1 + y o1 ) / | y 1 + y o1 | × f 1 ′ (y 1 + y o1 ) <0 (1)

なおかつ、像側のレンズ面におけるローカル座標系(y2,z2)において、z2=f2(y)として、|y2+yo2|≠0のとき、次の条件式(2)で表される条件を満足する。 In addition, in the local coordinate system (y 2 , z 2 ) on the image side lens surface, when z 2 = f 2 (y) and | y 2 + y o2 | ≠ 0, the following conditional expression (2) Satisfy the conditions.

(y2+yo2)/|y2+yo2|×f2´(y2+yo2)<0 …(2) (y 2 + y o2 ) / | y 2 + y o2 | × f 2 ′ (y 2 + y o2 ) <0 (2)

一方、自由曲面レンズの断面形状が、第2の断面、すなわち、x−z断面において映像表示素子DS側に凹面を向けたメニスカス形状を有している場合について説明する。なお、x−z断面ではy=0なので、ローカル座標系として(x,z)座標系を定義することができる。このとき、自由曲面レンズにおける映像表示素子DS側のレンズ面のx−z断面での極大点を(xo1,zxo1)とし、像側のレンズ面のx−z断面での極大点を(xo2,zxo2)とすることができる。 On the other hand, the case where the cross-sectional shape of the free-form surface lens has a meniscus shape with the concave surface facing the image display element DS side in the second cross-section, that is, the xz cross-section will be described. Since x = 0 in the xz section, the (x, z) coordinate system can be defined as the local coordinate system. At this time, the maximum point in the xz section of the lens surface on the image display element DS side in the free-form surface lens is (x o1 , z xo1 ), and the maximum point in the xz section of the image side lens surface is ( x o2 , z xo2 ).

映像表示素子DS側のレンズ面におけるローカル座標系(x1,z1)において、z1=f1(x)として、|x1+xo1|≠0のとき、次の条件式(3)で表される条件を満足する。但し、f´(x)はf(x)のxによる1次微分である。 In the local coordinate system (x 1 , z 1 ) on the lens surface on the image display element DS side, when z 1 = f 1 (x) and | x 1 + x o1 | ≠ 0, the following conditional expression (3) Satisfy the conditions expressed. Here, f ′ (x) is the first derivative of f (x) with respect to x.

(x1+xo1)/|x1+xo1|×f1´(x1+xo1)<0 …(3) (x 1 + x o1 ) / | x 1 + x o1 | × f 1 ′ (x 1 + x o1 ) <0 (3)

なおかつ、像側のレンズ面におけるローカル座標系(x2,z2)において、z2=f2(x)として、|x2+xo2|≠0のとき、次の条件式(4)で表される条件を満足する。 In addition, in the local coordinate system (x 2 , z 2 ) on the image side lens surface, when z 2 = f 2 (x) and | x 2 + x o2 | ≠ 0, the following conditional expression (4) Satisfy the conditions.

(x2+xo2)/|x2+xo2|×f2´(x2+xo2)<0 …(4) (x 2 + x o2 ) / | x 2 + x o2 | × f 2 ′ (x 2 + x o2 ) <0 (4)

また、自由曲面レンズのレンズ面がy−z断面において映像表示素子DS側に凹面を向いた形状である場合に、自由曲面レンズのレンズ面(自由曲面)の有効範囲内での極大点座標を改めて(yoi,zoi)とする。ここで、自由曲面レンズの映像表示素子DS側のレンズ面の場合をi=1とし、自由曲面レンズの像側(自由曲面ミラーM側)のレンズ面の場合をi=2として、以下同様に表現する。なお、自由曲面の有効範囲とは、各自由曲面の光線の通る範囲のことである。   In addition, when the lens surface of the free-form surface lens has a shape facing the concave surface toward the image display element DS in the y-z cross section, the maximum point coordinates within the effective range of the lens surface (free-form surface) of the free-form surface lens are Again (yoi, zoi). Here, i = 1 for the lens surface on the image display element DS side of the free-form surface lens, i = 2 for the lens surface on the image side (free-form surface mirror M side) of the free-form surface lens, and so on. Express. In addition, the effective range of a free-form surface is the range which the light ray of each free-form surface passes.

自由曲面レンズのレンズ面のサグ量をzfi(y)とすると、例えば図25に示すように、上述の極大点座標を(y,z)座標系(ローカル座標系)の原点に平行移動させたサグ量zfci(y)は、次式(5)のように表わすことができる。なお、自由曲面レンズのレンズ面のサグ量zfi(y)は、後述の実施例で述べる式(20)でのサグ量Zと同じである。   Assuming that the sag amount of the free-form surface lens is zfi (y), for example, as shown in FIG. 25, the above-mentioned maximum point coordinates are translated to the origin of the (y, z) coordinate system (local coordinate system). The sag amount zfci (y) can be expressed as the following equation (5). The sag amount zfi (y) of the lens surface of the free-form surface lens is the same as the sag amount Z in the equation (20) described in an example described later.

zfci(y)=zfi(y+yoi)−zoi …(5)   zfci (y) = zfi (y + yoi) −zoi (5)

また、絞りSから自由曲面レンズの映像表示素子DS側のレンズ面までの空気換算中心距離をL1として、曲率半径ry1を次式(6)のように定義する。   Further, the radius of curvature ry1 is defined by the following equation (6), where L1 is an air-converted center distance from the aperture stop S to the lens surface on the image display element DS side of the free-form surface lens.

ry1=−L1/3.5 …(6)   ry1 = -L1 / 3.5 (6)

同様に、絞りSから自由曲面レンズの像側(自由曲面ミラーM側)のレンズ面までの空気換算中心距離をL2として、曲率半径ry2を次式(7)のように定義する。   Similarly, the radius of curvature ry2 is defined as the following equation (7), where L2 is the air-converted center distance from the stop S to the lens surface on the image side of the free-form surface lens (the free-form surface mirror M).

ry2=−L2 …(7)   ry2 = −L2 (7)

式(6)および式(7)で定義される曲率半径ry1,ry2は、自由曲面レンズのレンズ面のサグ量zfci(y)の範囲を決めるために設定する仮想の球面の(面頂点での)曲率半径である。各曲率半径ry1,ry2をまとめて(すなわち、自由曲面レンズの映像表示素子DS側のレンズ面の場合をi=1とし、自由曲面レンズの像側(自由曲面ミラーM側)のレンズ面の場合をi=2として)ryiとすると、この仮想の球面のサグ量zsi(y)を次式(8)のように表わすことができる。   The radii of curvature ry1 and ry2 defined by Equation (6) and Equation (7) are the virtual spherical surface (at the surface vertex) that is set to determine the range of the sag amount zfci (y) of the lens surface of the free-form surface lens. ) The radius of curvature. The curvature radii ry1 and ry2 are combined (that is, i = 1 for the lens surface on the image display element DS side of the free-form surface lens, and the lens surface on the image side of the free-form surface lens (the free-form surface mirror M side)) Ryi (assuming i = 2), the sag amount zsi (y) of this virtual spherical surface can be expressed by the following equation (8).

zsi(y)=ryi+[(ryi)2−y2]1/2 …(8) zsi (y) = ryi + [(ryi) 2 −y 2 ] 1/2 (8)

このように球面のサグ量zsi(y)を定義すると、(y,z)座標系(ローカル座標系)の原点から自由曲面レンズのレンズ面(自由曲面)の有効範囲の端までのy方向長さの絶対値を|radyi|としたとき、−|radyi|<y<|radyi|の範囲で次の条件式(9)で表される条件を満足するとともに、|ry1|<|radyi|のときには−|ry1|<y<|ry1|の範囲で、|radyi|<|ry1|のときには−|radyi|<y<|radyi|の範囲で、次の条件式(10)で表される条件を満足することが好ましい。   When the spherical sag amount zsi (y) is defined in this way, the length in the y direction from the origin of the (y, z) coordinate system (local coordinate system) to the end of the effective range of the lens surface (free-form surface) of the free-form surface lens When the absolute value of | radyi | is satisfied, the condition expressed by the following conditional expression (9) is satisfied in the range of − | radyi | <y <| radyi | and | ry1 | <| radyi | Sometimes in the range of − | ry1 | <y <| ry1 |, in the case of | radyi | <| ry1 |, in the range of − | radyi | <y <| radyi | Is preferably satisfied.

zfci(y)<zs2(y) …(9)
zs1(y)<zfci(y) …(10)
zfci (y) <zs2 (y) (9)
zs1 (y) <zfci (y) (10)

このように、自由曲面レンズが上記条件式(9)(10)を満たすようなメニスカス形状をしていれば、光線入射角が小さくなって無理なく光線を曲げることができる。また、上記条件式(9)(10)を満たすメニスカス形状にすることによって、映像表示素子DS側の面で発生した回転非対称な収差を、像側の面で直ちにキャンセルすることができ、回転非対称な収差の発生を抑えながら効率的に台形歪みの補正が可能になる。なお、条件式(10)の下限を下回る条件である場合、自由曲面で台形歪みの補正を行う際に回転非対称な収差が大きく発生してしまい、特に光学系の小型化を行うとき等、短い距離で全ての収差を良好に補正しなければならない場合に大変困難となる。また、主光線の入射角度が大きくなり、加工がしづらくなる。一方、条件式(9)の上限を上回る条件である場合、回転非対称な台形歪みの補正不足となる。   In this way, if the free-form surface lens has a meniscus shape that satisfies the conditional expressions (9) and (10), the light incident angle becomes small and the light can be bent without difficulty. Further, by adopting a meniscus shape that satisfies the conditional expressions (9) and (10), the rotationally asymmetric aberration generated on the surface on the image display element DS side can be immediately canceled on the surface on the image side, and the rotationally asymmetrical shape. It is possible to efficiently correct trapezoidal distortion while suppressing the occurrence of various aberrations. When the condition is less than the lower limit of the conditional expression (10), a large amount of rotationally asymmetric aberration occurs when correcting trapezoidal distortion on a free-form surface, which is particularly short when the optical system is downsized. It becomes very difficult when all aberrations must be corrected well at distance. In addition, the incident angle of the chief ray is increased, making it difficult to process. On the other hand, when the condition exceeds the upper limit of conditional expression (9), the rotationally asymmetric trapezoidal distortion is insufficiently corrected.

同様に、自由曲面レンズのレンズ面がx−z断面において映像表示素子DS側に凹面を向いた形状である場合に、自由曲面レンズのレンズ面(自由曲面)の有効範囲内での極大点座標を改めて(xoi,zoi)とする。自由曲面レンズのレンズ面のサグ量をzfi(x)とすると、上述の極大点座標を(x,z)座標系(ローカル座標系)の原点に平行移動させたサグ量zfci(x)は、次式(11)のように表わすことができる。なお、自由曲面レンズのレンズ面のサグ量zfi(x)は、後述の実施例で述べる式(20)でのサグ量Zと同じである。   Similarly, when the lens surface of the free-form surface lens has a shape facing a concave surface toward the image display element DS in the xz section, the maximum point coordinates within the effective range of the lens surface (free-form surface) of the free-form surface lens Is again (xoi, zoi). If the sag amount of the free-form surface lens is zfi (x), the sag amount zfci (x) obtained by translating the above maximal point coordinates to the origin of the (x, z) coordinate system (local coordinate system) is It can be expressed as the following formula (11). Note that the sag amount zfi (x) of the lens surface of the free-form surface lens is the same as the sag amount Z in the equation (20) described in an example described later.

zfci(x)=zfi(x+xoi)−zoi …(11)   zfci (x) = zfi (x + xoi) −zoi (11)

また、絞りSから自由曲面レンズの映像表示素子DS側のレンズ面までの空気換算中心距離をL1として、曲率半径rx1を次式(12)のように定義する。   Further, the radius of curvature rx1 is defined as the following equation (12), where L1 is the air-converted center distance from the stop S to the lens surface on the image display element DS side of the free-form surface lens.

rx1=−L1/2.5 …(12)   rx1 = -L1 / 2.5 (12)

同様に、絞りSから自由曲面レンズの像側(自由曲面ミラーM側)のレンズ面までの空気換算中心距離をL2として、曲率半径rx2を次式(13)のように定義する。   Similarly, the radius of curvature rx2 is defined by the following equation (13), where L2 is an air-converted center distance from the stop S to the lens surface on the image side of the free-form surface lens (the free-form surface mirror M).

rx2=−L2/0.1 …(13)   rx2 = -L2 / 0.1 (13)

式(12)および式(13)で定義される曲率半径rx1,rx2は、自由曲面レンズのレンズ面のサグ量zfci(x)の範囲を決めるために設定する仮想の球面の(面頂点での)曲率半径である。各曲率半径rx1,rx2をまとめてrxiとすると、この仮想の球面のサグ量zsi(x)を次式(14)のように表わすことができる。   The radii of curvature rx1 and rx2 defined by Equation (12) and Equation (13) are the virtual spherical surface (at the vertex of the surface) set to determine the range of the sag amount zfci (x) of the lens surface of the free-form surface lens. ) The radius of curvature. When the curvature radii rx1 and rx2 are collectively represented as rxi, the sag amount zsi (x) of the virtual spherical surface can be expressed as the following equation (14).

zsi(x)=rxi+[(rxi)2−x2]1/2 …(14) zsi (x) = rxi + [(rxi) 2 −x 2 ] 1/2 (14)

このように球面のサグ量zsi(x)を定義すると、(x,z)座標系(ローカル座標系)の原点から自由曲面レンズのレンズ面(自由曲面)の有効範囲の端までのx方向長さの絶対値を|radxi|としたとき、−|radxi|<x<|radxi|の範囲で次の条件式(15)で表される条件を満足するとともに、|rx1|<|radxi|のときには−|rx1|<x<|rx1|の範囲で、|radxi|<|rx1|のときには−|radxi|<x<|radxi|の範囲で、次の条件式(16)で表される条件を満足することが好ましい。   When the spherical sag zsi (x) is defined in this way, the x-direction length from the origin of the (x, z) coordinate system (local coordinate system) to the end of the effective range of the lens surface (free-form surface) of the free-form surface lens When the absolute value of | radxi | is satisfied, the condition represented by the following conditional expression (15) is satisfied in the range of − | radxi | <x <| radxi | and | rx1 | <| radxi | Sometimes in the range of − | rx1 | <x <| rx1 |, in the case of | radxi | <| rx1 |, in the range of − | radxi | <x <| radxi |, the condition expressed by the following conditional expression (16) Is preferably satisfied.

zfci(x)<zs2(x) …(15)
zs1(x)<zfci(x) …(16)
zfci (x) <zs2 (x) (15)
zs1 (x) <zfci (x) (16)

このように、自由曲面レンズが上記条件式(15)(16)を満たすようなメニスカス形状をしていれば、自由曲面レンズのレンズ面がy−z断面においてメニスカス形状である場合と同様の効果を得ることができる。なお、自由曲面レンズは回転非対称なレンズであるため、|radyi|および|radxi|の値が2種類存在する場合もあるが、この場合、自由曲面レンズの形状に応じて適宜使い分けるようにすればよい。   Thus, if the free-form surface lens has a meniscus shape that satisfies the above conditional expressions (15) and (16), the same effect as when the lens surface of the free-form surface lens has a meniscus shape in the y-z cross section is obtained. Can be obtained. In addition, since a free-form surface lens is a rotationally asymmetric lens, there are cases where there are two types of values of | radyi | and | radxi |. However, in this case, if it is properly used depending on the shape of the free-form surface lens Good.

また、自由曲面レンズ群G2は、3つの自由曲面レンズからなることが好ましい。このようにすれば、台形歪みを良好に補正することができる。また、各自由曲面(レンズ面)での台形歪み補正の負担を減らすことができ、量産に向いた自由曲面形状にすることができる。   The free-form surface lens group G2 is preferably composed of three free-form surface lenses. In this way, the trapezoidal distortion can be corrected satisfactorily. Further, the burden of correcting trapezoidal distortion on each free-form surface (lens surface) can be reduced, and a free-form surface shape suitable for mass production can be obtained.

また、回転対称レンズ群G1の焦点距離をfとし、映像投写装置用光学系PLの全長をTLとしたとき、次の条件式(17)で表される条件を満足することが好ましい。   Further, it is preferable that the condition represented by the following conditional expression (17) is satisfied, where f is the focal length of the rotationally symmetric lens group G1 and TL is the total length of the optical system PL for image projection apparatus.

15≦|TL/f|≦30 …(17)   15 ≦ | TL / f | ≦ 30 (17)

なお、映像投写装置用光学系PLの全長TLとは、映像表示素子DSの表示面(物体面)から像面Iまでの全面間隔の絶対値のことである。   Note that the total length TL of the optical system PL for the image projection apparatus is an absolute value of the entire distance from the display surface (object surface) to the image surface I of the image display element DS.

条件式(17)は、光学系の大きさと回転対称レンズ群G1のパワーのバランスを最適にするためのものである。条件式(17)の下限値を下回る条件である場合、回転対称レンズ群G1の焦点距離が長くなる、すなわち回転対称レンズ群G1が望遠タイプとなり、主光線の最大画角が小さくなるため、光学系全体のx−y断面でのコンパクト化には有利となるが、回転対称レンズ群G1のパワー不足により全体のバックフォーカスが伸びてしまう。これを縮めるために、自由曲面群が正のパワーを大きく持たなければならず、これによって余分に発生する非対称収差の補正を、自由曲面群自身で行うことになり(回転対称レンズ群G1では、画角による非対称収差の補正ができない)、負担が増大する。このため、台形歪み補正と収差補正を同時に行うことが困難となるので好ましくない。一方、条件式(17)の上限値を上回る条件である場合、回転対称レンズ群G1の焦点距離が短くなる、すなわち回転対称レンズ群G1が広角タイプとなり、主光線の最大画角が大きくなるため、光学系のx−y断面積が増大し、装置の大型化を招くので好ましくない。これに加え、バックフォーカスが短くなりすぎるため、これを伸ばすために自由曲面群が負のパワーを大きく持たなければならず、前記同様、台形歪み補正と収差補正を同時に行うことが困難になるので避けるべきである。   Conditional expression (17) is for optimizing the balance between the size of the optical system and the power of the rotationally symmetric lens group G1. When the condition is less than the lower limit value of the conditional expression (17), the focal length of the rotationally symmetric lens group G1 becomes long, that is, the rotationally symmetric lens group G1 becomes a telephoto type, and the maximum field angle of the principal ray becomes small. Although it is advantageous for making the entire system compact in the xy cross section, the entire back focus is extended due to insufficient power of the rotationally symmetric lens group G1. In order to reduce this, the free-form surface group must have a large positive power, and correction of an extraneous asymmetric aberration caused thereby is performed by the free-form surface group itself (in the rotationally symmetric lens group G1, The asymmetric aberration cannot be corrected by the angle of view), and the burden increases. For this reason, it is difficult to simultaneously perform trapezoidal distortion correction and aberration correction, which is not preferable. On the other hand, when the condition exceeds the upper limit value of the conditional expression (17), the focal length of the rotationally symmetric lens group G1 becomes short, that is, the rotationally symmetric lens group G1 becomes a wide-angle type, and the maximum field angle of the principal ray increases. This is not preferable because the xy cross-sectional area of the optical system increases and the size of the apparatus increases. In addition, since the back focus becomes too short, the free-form surface group must have a large negative power in order to extend it, and it becomes difficult to simultaneously perform trapezoidal distortion correction and aberration correction as described above. Should be avoided.

なお、上記の条件式(17)の代わりに、下記の条件式(17−1)を満足すれば、光学系の大きさと回転対称レンズ群G1のパワーとのバランスをより最適なものにすることができ、より効率的にコンパクト化と収差補正を行うことが可能となる。   If the following conditional expression (17-1) is satisfied instead of the conditional expression (17), the balance between the size of the optical system and the power of the rotationally symmetric lens group G1 is made more optimal. Therefore, it is possible to more compactly and correct aberrations more efficiently.

18≦|TL/f|≦20 …(17−1)   18 ≦ | TL / f | ≦ 20 (17-1)

また、図1に示すように、自由曲面レンズ群G2と自由曲面ミラーMとの間の光軸と垂直な面に対する自由曲面ミラーMの反射面の傾斜角をθmとし、自由曲面ミラーMと投写面R(像面I)との間の光軸と垂直な面に対する投写面Rの傾斜角をθsとしたとき、次の条件式(18)で表される条件を満足することが好ましい。   Further, as shown in FIG. 1, the inclination angle of the reflecting surface of the free-form surface mirror M with respect to a surface perpendicular to the optical axis between the free-form surface lens group G2 and the free-form surface mirror M is θm, and the free-form surface mirror M and the projection are projected. When the inclination angle of the projection plane R with respect to a plane perpendicular to the optical axis between the plane R (image plane I) is θs, it is preferable that the condition represented by the following conditional expression (18) is satisfied.

0.5≦|θm/θs|≦0.7 …(18)   0.5 ≦ | θm / θs | ≦ 0.7 (18)

条件式(18)は、光学系の大きさを最適にするためのものである。条件式(18)の下限値を下回る条件である場合、自由曲面ミラーMの前に位置するレンズと、自由曲面ミラーMで折り曲げられた光線とが干渉しあうようになり望ましくない。また、台形歪みが大きくなる。一方、条件式(18)の上限値を上回る条件である場合、投写レンズの光軸とスクリーンのなす角が小さくなり、装置の大型化を招く。また、映像表示素子DSと投写面R(スクリーン)の距離が遠くなり、短距離での投写ができなくなる。   Conditional expression (18) is for optimizing the size of the optical system. When the condition is lower than the lower limit value of the conditional expression (18), the lens positioned in front of the free-form surface mirror M and the light beam bent by the free-form surface mirror M interfere with each other, which is not desirable. In addition, the trapezoidal distortion increases. On the other hand, when the condition exceeds the upper limit value of conditional expression (18), the angle formed by the optical axis of the projection lens and the screen becomes small, leading to an increase in the size of the apparatus. Further, the distance between the image display element DS and the projection surface R (screen) becomes long, and projection at a short distance becomes impossible.

なお、上記の条件式(18)の代わりに、下記の条件式(18−1)を満足すれば、光学系の大きさをより最適にすることができる。   If the following conditional expression (18-1) is satisfied instead of the above conditional expression (18), the size of the optical system can be further optimized.

0.55≦|θm/θs|≦0.6 …(18−1)   0.55 ≦ | θm / θs | ≦ 0.6 (18-1)

以上で説明したように、本実施形態によれば、コンパクトな構成でありながら、投写した像の台形歪みを良好に補正可能な映像投写装置用光学系PLおよび、これを備えた映像投写装置PRJを得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the optical system PL for a video projection apparatus that can satisfactorily correct the trapezoidal distortion of a projected image, and the video projection apparatus PRJ including the same, with a compact configuration. Can be obtained.

なお、本実施形態の映像投写装置PRJでは、映像表示素子DSで表示される映像に対し所定の画像処理を行って斜め方向から投写される映像の台形歪みを補正する画像処理部(図示せず)を備えることが好ましい。このように、斜め投写を行った際に発生する、像の台形歪みを相殺する方向の台形歪みを、予め入力画像に発生させることで、自由曲面群での台形歪み補正の負担を少なくすることができ、自由曲面群の形状を量産に向いた自由曲面形状にすることができる。   In the video projection apparatus PRJ of the present embodiment, an image processing unit (not shown) that performs predetermined image processing on the video displayed on the video display element DS and corrects trapezoidal distortion of the video projected from an oblique direction. ). In this way, the trapezoidal distortion in the direction to cancel the trapezoidal distortion of the image that occurs when performing oblique projection is generated in the input image in advance, thereby reducing the burden of trapezoidal distortion correction on the free-form surface group. Thus, the shape of the free-form surface group can be changed to a free-form surface shape suitable for mass production.

以下、本願の各実施例を添付図面に基づいて説明する。各実施例では、光軸(中心軸)に対して回転対称な非球面と、中心軸に対して非回転対称な自由曲面が用いられている。そこでまず、各実施例の説明を行う前に、これらの定義式について述べておく。   Embodiments of the present application will be described below with reference to the accompanying drawings. In each embodiment, an aspheric surface that is rotationally symmetric with respect to the optical axis (center axis) and a free-form surface that is not rotationally symmetric with respect to the central axis are used. Therefore, before describing each embodiment, these defining formulas will be described.

まず、光軸(中心軸)に対し回転対称な非球面に関しては、次の式(19)で定義される。なお、次の式(19)において、Zは光軸に平行な面のサグ量であり、cは面頂点(光軸上)での曲率であり、kはコーニック係数であり、hは光軸からのこれに垂直な距離であり、A〜Jはhの各冪級数項に係る係数である。   First, an aspherical surface that is rotationally symmetric with respect to the optical axis (center axis) is defined by the following equation (19). In the following equation (19), Z is the sag amount of the surface parallel to the optical axis, c is the curvature at the surface vertex (on the optical axis), k is the conic coefficient, and h is the optical axis. Is a distance perpendicular to this, and A to J are coefficients for each power series term of h.

次に、中心軸に対し非回転対称な自由曲面に関しては、次の式(20)で定義される。なお、次の式(20)において、Zは中心軸に平行な面のサグ量であり、cは面頂点(原点)での曲率であり、kはコーニック定数であり、hは中心軸上の原点においてこれと垂直に交わる平面内での原点からの距離であり、Cjはxy多項式の係数である。   Next, a free-form surface that is not rotationally symmetric with respect to the central axis is defined by the following equation (20). In the following equation (20), Z is the sag amount of the surface parallel to the central axis, c is the curvature at the surface vertex (origin), k is the conic constant, and h is the central axis. This is the distance from the origin in the plane perpendicular to this at the origin, and Cj is the coefficient of the xy polynomial.

ここで、式(20)中のj,m,nの間には、次の式(21)および式(22)で表わされる関係が成立している。   Here, a relationship represented by the following expressions (21) and (22) is established between j, m, and n in the expression (20).

(第1実施例)
本願の第1実施例について、図1〜図6および表1〜表4を用いて説明する。図1は第1実施例に係る映像投写装置用光学系の側断面図(y−z断面図)であり、図2は第1実施例に係る映像投写装置用光学系の平断面図(x−z断面図)である。第1実施例に係る映像投写装置用光学系PLは、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された複数の回転対称レンズL11〜L14からなる回転対称レンズ群G1と、中心軸に対して非回転対称に形成された複数の自由曲面レンズL21〜L23からなる自由曲面レンズ群G2と、中心軸に対して非回転対称に形成された反射面を有する自由曲面ミラーMとを有して構成される。なお、映像表示素子DSの表示面(素子面)と回転対称レンズ群G1との間に2枚の平行平面板が配置されているが、この平行平面板は、映像表示素子DS側が映像表示素子DSのカバーガラスCVであり、像側がS偏光を反射しP偏光を透過するプリズムP(PBS:偏光ビームスプリッター)である。また、回転対称レンズ群G1と自由曲面レンズ群G2との間に絞りSが配置されている。
(First embodiment)
1st Example of this application is described using FIGS. 1-6 and Table 1-Table 4. FIG. 1 is a side sectional view (y-z sectional view) of an optical system for an image projection apparatus according to a first embodiment, and FIG. 2 is a plan sectional view (x of an optical system for an image projection apparatus according to the first embodiment). -Z sectional view). The optical system PL for image projection apparatus according to the first example is composed of a plurality of rotationally symmetric lenses L11 to L14 that are arranged in order from the image display element DS side along the optical axis and are formed rotationally symmetrically with respect to the central axis. A rotationally symmetric lens group G1, a free-form surface lens group G2 composed of a plurality of free-form surface lenses L21 to L23 formed in a non-rotational symmetry with respect to the central axis, and a reflection formed in a non-rotational symmetry with respect to the central axis. And a free-form surface mirror M having a surface. Two parallel flat plates are arranged between the display surface (element surface) of the video display element DS and the rotationally symmetric lens group G1, and this parallel flat plate has a video display element on the video display element DS side. A DS cover glass CV is a prism P (PBS: polarization beam splitter) that reflects S-polarized light and transmits P-polarized light on the image side. A stop S is disposed between the rotationally symmetric lens group G1 and the free-form surface lens group G2.

回転対称レンズ群G1は、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、両凸形状の第1回転対称レンズL11と、両凸形状の第2回転対称レンズL12と、両凹形状の第3回転対称レンズL13と、素子側に凹面を向けたメニスカスレンズである第4回転対称レンズL14とから構成される。なお、第2回転対称レンズL12における素子側のレンズ面(第7面)と、第3回転対称レンズL13における像側のレンズ面(第9面)と、第4回転対称レンズL14における像側のレンズ面(第12面)が非球面となっている。また、第2回転対称レンズL12と第3回転対称レンズL13が貼り合わせレンズとなっている。   The rotationally symmetric lens group G1 is arranged in order from the image display element DS side along the optical axis, and includes a biconvex first rotationally symmetric lens L11, a biconvex second rotationally symmetric lens L12, and a biconcave shape. The lens includes a third rotationally symmetric lens L13 and a fourth rotationally symmetric lens L14 that is a meniscus lens having a concave surface facing the element side. The element-side lens surface (seventh surface) in the second rotationally symmetric lens L12, the image-side lens surface (ninth surface) in the third rotationally symmetric lens L13, and the image-side lens surface in the fourth rotationally symmetric lens L14. The lens surface (the 12th surface) is an aspherical surface. Further, the second rotationally symmetric lens L12 and the third rotationally symmetric lens L13 are bonded lenses.

自由曲面レンズ群G2は、映像表示素子DS側から順に並んだ、第1自由曲面レンズL21と、第2自由曲面レンズL22と、第3自由曲面レンズL23とから構成される。第3自由曲面レンズL23の断面形状は、x−z断面において映像表示素子DS側に凹面を向けたメニスカス形状を有している。また、第2自由曲面レンズL22の断面形状は、y−z断面およびx−z断面において映像表示素子DS側に凹面を向けたメニスカス形状を有している。自由曲面ミラーMに関しては、自由曲面ミラーMにおけるローカル座標系のz軸が、自由曲面レンズ群G2の光軸に対して、座標原点を中心にy−z平面内で+35度だけ傾いている。なお、以下の各実施例において、各レンズおよびミラーのローカル座標系は右手系(xyz座標系)とし、z軸を光軸とし、その符合は、光の進む方向を正とする。ただし、ミラー反射後は、光の進む方向を負とする。また、各レンズおよびミラー等の傾きに関しては、y−z平面(図1の断面と平行な面)内での傾きを示し、その符号は、x軸の正の方向を見て反時計回りを正と定義する。   The free-form surface lens group G2 includes a first free-form surface lens L21, a second free-form surface lens L22, and a third free-form surface lens L23 arranged in order from the image display element DS side. The cross-sectional shape of the third free-form surface lens L23 has a meniscus shape with the concave surface facing the image display element DS side in the xz cross section. The cross-sectional shape of the second free-form surface lens L22 has a meniscus shape with a concave surface facing the image display element DS side in the yz cross section and the xz cross section. Regarding the free-form surface mirror M, the z-axis of the local coordinate system of the free-form surface mirror M is inclined by +35 degrees in the yz plane with the coordinate origin as the center with respect to the optical axis of the free-form surface lens group G2. In each of the following embodiments, the local coordinate system of each lens and mirror is a right-handed system (xyz coordinate system), the z-axis is an optical axis, and the sign is positive in the light traveling direction. However, after mirror reflection, the light traveling direction is negative. The tilt of each lens, mirror, etc. indicates the tilt in the y-z plane (plane parallel to the cross section of FIG. 1), and the sign is counterclockwise when viewed in the positive direction of the x-axis. Define as positive.

なお、斜め投写による画面上部と下部のフォーカスずれを緩和するために、回転対称レンズ群G1の入射面に仮想面(第4面)を設け、この仮想面をx軸(ローカル座標系)の回りに回転させて回転対称レンズ群G1をティルト(傾斜)させている。さらに、絞りSの前後に仮想面(第13面と第15面)を設け、第13面をy方向にシフトさせるとともに、第15面をx軸の回りに回転させることで、画像表示エリアの中心を光軸に沿って出射した光線が、概ね、絞りの中心を通過し、通過後に光軸に沿って進むようにしてある。また、両凹形状の第3回転対称レンズL13と第4回転対称レンズL14との間にも仮想面(第10面)を設けてある。   In order to alleviate the focus shift between the upper and lower parts of the screen due to oblique projection, a virtual surface (fourth surface) is provided on the incident surface of the rotationally symmetric lens group G1, and this virtual surface is rotated around the x axis (local coordinate system). And the rotationally symmetric lens group G1 is tilted (tilted). Further, by providing virtual surfaces (the 13th surface and the 15th surface) before and after the stop S, the 13th surface is shifted in the y direction, and the 15th surface is rotated around the x axis, so that the image display area The light beam emitted from the center along the optical axis generally passes through the center of the stop and travels along the optical axis after passing. A virtual surface (tenth surface) is also provided between the biconcave third rotationally symmetric lens L13 and the fourth rotationally symmetric lens L14.

下の表1に、第1実施例に係る映像投写装置用光学系PLの諸データを示す。なお、以下の各実施例で示す表(光学系の数値データ)において、この中で表記されている「*a」はその面が回転対称な非球面であることを表し、「*f」はその面が非回転対称な自由曲面であることを表している。   Table 1 below shows various data of the optical system PL for the image projection apparatus according to the first example. In the table (numerical data of the optical system) shown in each of the following examples, “* a” described therein represents that the surface is a rotationally symmetric aspheric surface, and “* f” represents This indicates that the surface is a non-rotationally symmetric free-form surface.

(表1)
(全体諸元)
物体側開口数 0.21739
投写サイズ 284.48mm×213.36mm
拡大倍率 37.8倍
回転対称レンズ群焦点距離f 14.817mm

(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率/νd
素子面 平面 1.00
1 平面 0.70 1.51680/64.2
2 平面 13.00 1.51680/64.2
3 平面 3.51
4 平面 0.00
5 20.42000 6.00 1.49700/81.6
6 -20.42000 2.00
7*a 12.96154 5.00 1.61305/59.0
8 -19.92000 2.00 1.72250/29.2
9*a 44.52031 2.50
10 平面 0.00
11 -12.23000 2.00 1.84400/24.8
12*a -15.05107 1.00
13 平面 0.00
14(絞り) 平面 0.00
15 平面 1.00
16*f 平面 3.00 1.53113/55.7
17*f 平面 9.70
18*f 平面 4.00 1.53113/55.7
19*f 平面 5.40
20*f 平面 5.00 1.53113/55.7
21*f 平面 24.00
22*f 平面 -196.64 反射
像面 平面 0.00
(Table 1)
(Overall specifications)
Object side numerical aperture 0.21739
Projection size 284.48mm x 213.36mm
Magnification 37.8x Rotationally symmetric lens group focal length f 14.817mm

(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index / νd
Element plane Plane 1.00
1 plane 0.70 1.51680 / 64.2
2 Plane 13.00 1.51680 / 64.2
3 Plane 3.51
4 plane 0.00
5 20.42000 6.00 1.49700 / 81.6
6 -20.42000 2.00
7 * a 12.96154 5.00 1.61305 / 59.0
8 -19.92000 2.00 1.72250 / 29.2
9 * a 44.52031 2.50
10 plane 0.00
11 -12.23000 2.00 1.84400 / 24.8
12 * a -15.05107 1.00
13 plane 0.00
14 (Aperture) Plane 0.00
15 plane 1.00
16 * f plane 3.00 1.53113 / 55.7
17 * f plane 9.70
18 * f plane 4.00 1.53113 / 55.7
19 * f plane 5.40
20 * f plane 5.00 1.53113 / 55.7
21 * f plane 24.00
22 * f Plane -196.64 Reflection Image plane Plane 0.00

表1のレンズデータにおいて、第4面〜第12面は回転対称レンズ群G1のレンズ面であり、その中で、第7面、第9面、および第12面は回転対称な非球面である。下の表2に、第7面、第9面、および第12面の非球面係数をそれぞれ示す。   In the lens data of Table 1, the fourth surface to the twelfth surface are lens surfaces of the rotationally symmetric lens group G1, and among them, the seventh surface, the ninth surface, and the twelfth surface are rotationally symmetric aspheric surfaces. . Table 2 below shows the aspherical coefficients of the seventh surface, the ninth surface, and the twelfth surface, respectively.

(表2)
(非球面データ)
項 第7面係数 第9面係数 第12面係数
c 0.07715 0.02246 -0.06644
k -0.311292 0 0
A(4次) -1.3400918E-04 -3.2982930E-04 1.9974879E-04
B(6次) -5.3237190E-07 -2.3536542E-06 -2.4346185E-06
C(8次) -6.7510945E-08 -1.5816492E-08 3.4025478E-08
D(10次) 1.6899482E-09 -1.5838434E-09 4.6050232E-09
E(12次) -2.7610274E-11 0 0
(F以降の係数は全て0であるので、省略する)
(Table 2)
(Aspheric data)
Term 7th surface coefficient 9th surface coefficient 12th surface coefficient c 0.07715 0.02246 -0.06644
k -0.311292 0 0
A (4th order) -1.3400918E-04 -3.2982930E-04 1.9974879E-04
B (6th) -5.3237190E-07 -2.3536542E-06 -2.4346185E-06
C (8th) -6.7510945E-08 -1.5816492E-08 3.4025478E-08
D (10th order) 1.6899482E-09 -1.5838434E-09 4.6050232E-09
E (12th order) -2.7610274E-11 0 0
(Since all coefficients after F are 0, they are omitted)

また、表1のレンズデータにおいて、第16面〜第22面は非回転対称な自由曲面である。なお、本実施例では、第22面が自由曲面ミラーMの反射面となっている。下の表3に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In the lens data in Table 1, the 16th to 22nd surfaces are non-rotationally symmetric free-form surfaces. In the present embodiment, the 22nd surface is the reflecting surface of the free-form surface mirror M. Table 3 below shows each term coefficient of these free-form surfaces.

(表3)
(自由曲面データ1)
項 第16面係数 第17面係数 第18面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) -2.7164989E-01 -2.9945917E-01 3.3015954E-01
C4(x^2) -2.7371870E-03 -2.2986215E-02 -9.0285606E-02
C6(y^2) 3.2852532E-02 1.3992659E-02 -1.4697519E-01
C8(x^2*y) -4.0397838E-03 -2.6111557E-03 3.0777626E-03
C10(y^3) -1.3811026E-03 3.9109077E-04 1.1235385E-02
C11(x^4) -8.5753499E-05 -2.2309354E-04 -2.9732017E-04
C13(x^2*y^2) 8.0887249E-04 6.9120615E-04 -7.7221879E-04
C15(y^4) 8.2475225E-04 8.4245035E-04 -1.0374485E-03
C17(x^4*y) 2.6565573E-05 5.8438271E-05 6.0941586E-05
C19(x^2*y^3) 6.1193547E-05 6.4895466E-05 6.8301523E-05
C21(y^5) 4.0706773E-05 6.7982959E-05 1.3403154E-04
C22(x^6) -1.2849015E-05 -7.2690008E-06 -1.5980850E-06
C24(x^4*y^2) -2.1577674E-05 -1.5848149E-05 -3.0007477E-05
C26(x^2*y^4) -1.9130400E-06 9.2196998E-06 -3.4089703E-05
C28(y^6) -1.7362079E-06 3.3034439E-06 -3.6587100E-05
C30(x^6*y) 1.9194423E-06 1.3329724E-06 3.5671502E-06
C32(x^4*y^3) 2.4643407E-06 3.2668438E-06 1.2944243E-05
C34(x^2*y^5) -3.9669435E-07 2.0179026E-06 1.5037660E-05
C36(y^7) -1.2391018E-06 -5.5418285E-07 1.0099056E-05
C37(x^8) 4.3597774E-07 2.6450808E-07 1.7727747E-09
C39(x^6*y^2) 2.0287590E-06 1.6187944E-06 -4.4838348E-07
C41(x^4*y^4) 2.6898904E-06 2.7761672E-06 -1.2230089E-06
C43(x^2*y^6) 1.3906298E-06 2.1496462E-06 -1.2566581E-06
C45(y^8) 5.4403332E-07 1.1781426E-06 -7.2636295E-07
(C46以降の係数は全て0であるので、省略する)

(自由曲面データ2)
項 第19面係数 第20面係数 第21面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 3.1928411E-01 3.5684097E-01 2.1412290E-01
C4(x^2) -7.2597729E-02 -3.9708065E-02 -3.2895026E-02
C6(y^2) -9.1747765E-02 -1.6558219E-02 -1.1925637E-02
C8(x^2*y) -3.2004372E-03 -1.5693633E-03 1.0716634E-03
C10(y^3) 8.5947565E-05 1.3115829E-03 3.4613120E-03
C11(x^4) 1.6210408E-04 2.4664734E-04 1.3367935E-05
C13(x^2*y^2) 6.6926503E-05 -5.4739437E-05 -2.4939498E-05
C15(y^4) 8.0767480E-06 1.2034245E-04 1.6444545E-04
C17(x^4*y) -3.4868190E-05 -9.1628408E-06 -1.3775191E-05
C19(x^2*y^3) -6.0665856E-05 7.7908870E-06 -9.6385703E-06
C21(y^5) -2.2403749E-05 1.3951857E-05 5.3980110E-06
C22(x^6) 2.6143604E-07 -2.3863466E-06 -1.9406514E-07
C24(x^4*y^2) 2.3874868E-06 -9.8668211E-07 -1.7687467E-06
C26(x^2*y^4) 8.8907512E-06 1.8430607E-06 -1.8067207E-06
C28(y^6) 2.8897175E-06 -3.3632489E-07 -4.8877080E-07
C30(x^6*y) 4.3265630E-07 -7.9222888E-09 4.9827665E-08
C32(x^4*y^3) 3.3844674E-07 -2.7566738E-07 -2.9934843E-08
C34(x^2*y^5) -1.8853146E-07 -3.1562484E-07 -1.0162105E-07
C36(y^7) 1.0494137E-07 -7.2497867E-08 -1.2359180E-08
C37(x^8) -4.8221827E-10 3.4660156E-09 -2.2262943E-09
C39(x^6*y^2) -2.9046452E-08 7.5635782E-09 1.0112620E-08
C41(x^4*y^4) -4.8452367E-08 -3.5037115E-08 4.7040778E-09
C43(x^2*y^6) 5.7980725E-08 -1.3607590E-08 -3.4451643E-10
C45(y^8) 2.9086309E-08 -3.2759598E-10 1.1769751E-10
(C46以降の係数は全て0であるので、省略する)

(自由曲面データ3)
項 第22面係数
c 0
C1(k) 0
C3(y) 2.4201793E-02
C4(x^2) 1.4453640E-02
C6(y^2) 1.6891420E-03
C8(x^2*y) 7.2876362E-04
C10(y^3) 1.4602557E-04
C11(x^4) -9.7793046E-06
C13(x^2*y^2) 2.1755522E-05
C15(y^4) 5.3084710E-06
C17(x^4*y) -1.0393819E-06
C19(x^2*y^3) 3.3455725E-07
C21(y^5) 1.7384390E-07
C22(x^6) 4.8472761E-09
C24(x^4*y^2) -4.3839485E-08
C26(x^2*y^4) -3.1188580E-09
C28(y^6) 4.3253652E-09
C30(x^6*y) 9.8767449E-10
C32(x^4*y^3) -9.1481892E-10
C34(x^2*y^5) -3.1904648E-10
C36(y^7) 5.3838608E-11
C37(x^8) 9.6498932E-12
C39(x^6*y^2) 3.9085698E-11
C41(x^4*y^4) -8.2300157E-12
C43(x^2*y^6) -7.7692101E-12
C45(y^8) -3.4775011E-13
C47(x^8*y) 2.9808202E-13
C49(x^6*y^3) 4.2578716E-13
C51(x^4*y^5) 4.1876523E-15
C53(x^2*y^7) -7.7684026E-14
C55(y^9) -1.3376482E-14
(C56以降の係数は全て0であるので、省略する)
(Table 3)
(Free curved surface data 1)
Term 16th surface coefficient 17th surface coefficient 18th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) -2.7164989E-01 -2.9945917E-01 3.3015954E-01
C4 (x ^ 2) -2.7371870E-03 -2.2986215E-02 -9.0285606E-02
C6 (y ^ 2) 3.2852532E-02 1.3992659E-02 -1.4697519E-01
C8 (x ^ 2 * y) -4.0397838E-03 -2.6111557E-03 3.0777626E-03
C10 (y ^ 3) -1.3811026E-03 3.9109077E-04 1.1235385E-02
C11 (x ^ 4) -8.5753499E-05 -2.2309354E-04 -2.9732017E-04
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 8.0887249E-04 6.9120615E-04 -7.7221879E-04
C15 (y ^ 4) 8.2475225E-04 8.4245035E-04 -1.0374485E-03
C17 (x ^ 4 * y) 2.6565573E-05 5.8438271E-05 6.0941586E-05
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 6.1193547E-05 6.4895466E-05 6.8301523E-05
C21 (y ^ 5) 4.0706773E-05 6.7982959E-05 1.3403154E-04
C22 (x ^ 6) -1.2849015E-05 -7.2690008E-06 -1.5980850E-06
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -2.1577674E-05 -1.5848149E-05 -3.0007477E-05
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -1.9130400E-06 9.2196998E-06 -3.4089703E-05
C28 (y ^ 6) -1.7362079E-06 3.3034439E-06 -3.6587100E-05
C30 (x ^ 6 * y) 1.9194423E-06 1.3329724E-06 3.5671502E-06
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) 2.4643407E-06 3.2668438E-06 1.2944243E-05
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -3.9669435E-07 2.0179026E-06 1.5037660E-05
C36 (y ^ 7) -1.2391018E-06 -5.5418285E-07 1.0099056E-05
C37 (x ^ 8) 4.3597774E-07 2.6450808E-07 1.7727747E-09
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) 2.0287590E-06 1.6187944E-06 -4.4838348E-07
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 2.6898904E-06 2.7761672E-06 -1.2230089E-06
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 1.3906298E-06 2.1496462E-06 -1.2566581E-06
C45 (y ^ 8) 5.4403332E-07 1.1781426E-06 -7.2636295E-07
(Since all coefficients after C46 are 0, they are omitted.)

(Free curved surface data 2)
Term 19th surface coefficient 20th surface coefficient 21st surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 3.1928411E-01 3.5684097E-01 2.1412290E-01
C4 (x ^ 2) -7.2597729E-02 -3.9708065E-02 -3.2895026E-02
C6 (y ^ 2) -9.1747765E-02 -1.6558219E-02 -1.1925637E-02
C8 (x ^ 2 * y) -3.2004372E-03 -1.5693633E-03 1.0716634E-03
C10 (y ^ 3) 8.5947565E-05 1.3115829E-03 3.4613120E-03
C11 (x ^ 4) 1.6210408E-04 2.4664734E-04 1.3367935E-05
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 6.6926503E-05 -5.4739437E-05 -2.4939498E-05
C15 (y ^ 4) 8.0767480E-06 1.2034245E-04 1.6444545E-04
C17 (x ^ 4 * y) -3.4868190E-05 -9.1628408E-06 -1.3775191E-05
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) -6.0665856E-05 7.7908870E-06 -9.6385703E-06
C21 (y ^ 5) -2.2403749E-05 1.3951857E-05 5.3980110E-06
C22 (x ^ 6) 2.6143604E-07 -2.3863466E-06 -1.9406514E-07
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 2.3874868E-06 -9.8668211E-07 -1.7687467E-06
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 8.8907512E-06 1.8430607E-06 -1.8067207E-06
C28 (y ^ 6) 2.8897175E-06 -3.3632489E-07 -4.8877080E-07
C30 (x ^ 6 * y) 4.3265630E-07 -7.9222888E-09 4.9827665E-08
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) 3.3844674E-07 -2.7566738E-07 -2.9934843E-08
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -1.8853146E-07 -3.1562484E-07 -1.0162105E-07
C36 (y ^ 7) 1.0494137E-07 -7.2497867E-08 -1.2359180E-08
C37 (x ^ 8) -4.8221827E-10 3.4660156E-09 -2.2262943E-09
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -2.9046452E-08 7.5635782E-09 1.0112620E-08
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -4.8452367E-08 -3.5037115E-08 4.7040778E-09
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 5.7980725E-08 -1.3607590E-08 -3.4451643E-10
C45 (y ^ 8) 2.9086309E-08 -3.2759598E-10 1.1769751E-10
(Since all coefficients after C46 are 0, they are omitted.)

(Free curved surface data 3)
Term 22nd surface coefficient c 0
C1 (k) 0
C3 (y) 2.4201793E-02
C4 (x ^ 2) 1.4453640E-02
C6 (y ^ 2) 1.6891420E-03
C8 (x ^ 2 * y) 7.2876362E-04
C10 (y ^ 3) 1.4602557E-04
C11 (x ^ 4) -9.7793046E-06
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 2.1755522E-05
C15 (y ^ 4) 5.3084710E-06
C17 (x ^ 4 * y) -1.0393819E-06
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 3.3455725E-07
C21 (y ^ 5) 1.7384390E-07
C22 (x ^ 6) 4.8472761E-09
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -4.3839485E-08
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -3.1188580E-09
C28 (y ^ 6) 4.3253652E-09
C30 (x ^ 6 * y) 9.8767449E-10
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -9.1481892E-10
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -3.1904648E-10
C36 (y ^ 7) 5.3838608E-11
C37 (x ^ 8) 9.6498932E-12
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) 3.9085698E-11
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -8.2300157E-12
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -7.7692101E-12
C45 (y ^ 8) -3.4775011E-13
C47 (x ^ 8 * y) 2.9808202E-13
C49 (x ^ 6 * y ^ 3) 4.2578716E-13
C51 (x ^ 4 * y ^ 5) 4.1876523E-15
C53 (x ^ 2 * y ^ 7) -7.7684026E-14
C55 (y ^ 9) -1.3376482E-14
(Since all coefficients after C56 are 0, they are omitted.)

さらに、本実施例における第4面、第13面、第15面、および第22面のローカル座標系の偏心を下の表4に示す。表4の偏心データにおいて、「ADE」は図1の断面と平行な面(y−z平面)内での傾きの大きさである。また、「YDE」はシフトの大きさであり、シフトは図1の断面と平行な面(y−z平面)内でかつ光軸(z軸)に垂直な方向で設定される。ここで、傾き等の符号規則は前述に示したとおりである。なお、偏心データの説明は、以降の他の実施例においても同様とし説明を省略する。   Furthermore, the eccentricity of the local coordinate system of the fourth surface, the thirteenth surface, the fifteenth surface, and the twenty-second surface in this example is shown in Table 4 below. In the eccentric data in Table 4, “ADE” is the magnitude of the inclination in a plane (y-z plane) parallel to the cross section of FIG. “YDE” is the magnitude of the shift, and the shift is set in a plane (y-z plane) parallel to the cross section of FIG. 1 and in a direction perpendicular to the optical axis (z-axis). Here, the sign rule such as inclination is as described above. The explanation of the eccentricity data is the same in the other examples below, and the explanation is omitted.

(表4)
(偏心データ)
面番号 ADE(°) YDE(mm)
4 0.5 0
13 0.0 -0.13842
15 -0.555 0
22 35.0 0
像面 -60.0 0
(Table 4)
(Eccentric data)
Surface number ADE (°) YDE (mm)
4 0.5 0
13 0.0 -0.13842
15 -0.555 0
22 35.0 0
Image plane -60.0 0

以下に、各条件式に対する対応値を示す。   The corresponding values for each conditional expression are shown below.

条件式(17) |TL/f|=|290.4127/14.8168|=19.600
条件式(18) |θm/θs|=|35.0/−60.0|=0.58
(第3自由曲面レンズL23)
L1=20.665
L2=23.926
(x−z断面)
素子側レンズ面極大点座標 (xo1z xo1 )=(0,0)
像側レンズ面極大点座標 (xo2z xo2 )=(0,0)
条件式(3) (x1+xo1)/|x1+xo1|×f1´(x1+xo1)<0
条件式(4) (x2+xo2)/|x2+xo2|×f2´(x2+xo2)<0
式(12) rx1=−L1/2.5=−8.27
式(13) rx2=−L2/0.1=−239.26
条件式(15) −|radxi|<x<|radxi|の範囲で、
zfc1(x)<zs2(x),zfc2(x)<zs2(x)
条件式(16) |rx1|<|radxi|であり、−|rx1|<x<|rx1|の範囲で、
zs1(x)<zfc1(x),zs1(x)<zfc2(x)
(第2自由曲面レンズL22)
L1=12.656
L2=15.265
(y−z断面)
素子側レンズ面極大点座標 (yo1,zyo1)=(1.287803,0.202936)
像側レンズ面極大点座標 (yo2,zyo2)=(1.741274,0.278036)
条件式(1) (y1+yo1)/|y1+yo1|×f1´(y1+yo1)<0
条件式(2) (y2+yo2)/|y2+yo2|×f2´(y2+yo2)<0
式(6) ry1=−L1/3.5=−3.62
式(7) ry2=−L2=−15.27
条件式(9) −|radyi|<y<|radyi|の範囲で、
zfc1(y)<zs2(y),zfc2(y)<zs2(y)
条件式(10) |ry1|<|radyi|であり、−|ry1|<y<|ry1|の範囲で、
zs1(y)<zfc1(y),zs1(y)<zfc2(y)
(x−z断面)
素子側レンズ面極大点座標 (xo1z xo1 )=(0,0)
像側レンズ面極大点座標 (xo2z xo2 )=(0,0)
条件式(3) (x1+xo1)/|x1+xo1|×f1´(x1+xo1)<0
条件式(4) (x2+xo2)/|x2+xo2|×f2´(x2+xo2)<0
式(12) rx1=−L1/2.5=−5.06
式(13) rx2=−L2/0.1=−152.65
条件式(15) −|radxi|<x<|radxi|の範囲で、
zfc1(x)<zs2(x),zfc2(x)<zs2(x)
条件式(16) |rx1|<|radxi|であり、−|rx1|<x<|rx1|の範囲で、
zs1(x)<zfc1(x),zs1(x)<zfc2(x)
Conditional Expression (17) | TL / f | = | 290.4127 / 14.8168 | = 19.600
Conditional expression (18) | θm / θs | = | 35.0 / −60.0 | = 0.58
(Third free-form curved lens L23)
L1 = 20.665
L2 = 23.926
(x-z cross section)
Element side lens surface maximum point coordinates (x o1 , z xo1 ) = (0, 0)
Image side lens surface maximum point coordinates (x o2 , z xo2 ) = (0, 0)
Conditional expression (3) (x 1 + x o1 ) / | x 1 + x o1 | × f 1 ′ (x 1 + x o1 ) <0
Conditional expression (4) (x 2 + x o2 ) / | x 2 + x o2 | × f 2 ′ (x 2 + x o2 ) <0
Formula (12) rx1 = −L1 / 2.5 = −8.27
Formula (13) rx2 = −L2 / 0.1 = −239.26
Conditional expression (15) In the range of − | radxi | <x <| radxi |
zfc1 (x) <zs2 (x), zfc2 (x) <zs2 (x)
Conditional expression (16) | rx1 | <| radxi |, and in the range of − | rx1 |
zs1 (x) <zfc1 (x), zs1 (x) <zfc2 (x)
(Second free-form surface lens L22)
L1 = 12.656
L2 = 15.265
(y-z cross section)
Element-side lens surface maximum point coordinates (y o1, z yo1) = (1.287803,0.202936)
Image-side lens surface maximum point coordinates (y o2, z yo2) = (1.741274,0.278036)
Conditional expression (1) (y 1 + y o1 ) / | y 1 + y o1 | × f 1 ′ (y 1 + y o1 ) <0
Conditional expression (2) (y 2 + y o2 ) / | y 2 + y o2 | × f 2 ′ (y 2 + y o2 ) <0
Formula (6) ry1 = −L1 / 3.5 = −3.62
Formula (7) ry2 = −L2 = −15.27
Conditional expression (9) in the range of − | radyi | <y <| radyi |
zfc1 (y) <zs2 (y), zfc2 (y) <zs2 (y)
Conditional expression (10) | ry1 | <| radyi |, and in the range of − | ry1 | <y <| ry1 |
zs1 (y) <zfc1 (y), zs1 (y) <zfc2 (y)
(x-z cross section)
Element side lens surface maximum point coordinates (x o1 , z xo1 ) = (0, 0)
Image side lens surface maximum point coordinates (x o2 , z xo2 ) = (0, 0)
Conditional expression (3) (x 1 + x o1 ) / | x 1 + x o1 | × f 1 ′ (x 1 + x o1 ) <0
Conditional expression (4) (x 2 + x o2 ) / | x 2 + x o2 | × f 2 ′ (x 2 + x o2 ) <0
Formula (12) rx1 = −L1 / 2.5 = −5.06
Formula (13) rx2 = −L2 / 0.1 = −152.65
Conditional expression (15) In the range of − | radxi | <x <| radxi |
zfc1 (x) <zs2 (x), zfc2 (x) <zs2 (x)
Conditional expression (16) | rx1 | <| radxi |, and in the range of − | rx1 | <x <| rx1 |
zs1 (x) <zfc1 (x), zs1 (x) <zfc2 (x)

このように本実施例では、条件式(1)等がそれぞれ満たされていることが分かる。なお、第3自由曲面レンズL23および第2自由曲面レンズL22の各断面におけるサグ量をそれぞれ図3および図4に示す。   Thus, it can be seen that conditional expression (1) and the like are satisfied in this embodiment. The sag amount in each cross section of the third free-form surface lens L23 and the second free-form surface lens L22 is shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

図5は、第1実施例に係る映像投写装置用光学系PLのe線単色のスポットダイヤグラムである。スポットダイヤグラムの下部に表示してある直線の長さは、スクリーン上の1mmに相当する。対応する物点位置は、スポットダイヤグラムの下から順に、(x座標,y座標)=(0.00,0.00)、(1.88,0.00)、(3.76,0.00)、(0.00,1.41)、(1.88,1.41)、(3.76,1.41)、(0.00,-1.41)、(1.88,-1.41)、(3.76,-1.41)、(0.00,2.82)、(1.88,2.82)、(3.76,2.82)、(0.00,-2.82)、(1.88,-2.82)、(3.76,-2.82)である。   FIG. 5 is an e-line monochromatic spot diagram of the optical system PL for image projection apparatus according to the first embodiment. The length of the straight line displayed at the bottom of the spot diagram corresponds to 1 mm on the screen. Corresponding object point positions are (x coordinate, y coordinate) = (0.00, 0.00), (1.88, 0.00), (3.76, 0.00) in order from the bottom of the spot diagram. ), (0.00, 1.41), (1.88, 1.41), (3.76, 1.41), (0.00, -1.41), (1.88, -1 .41), (3.76, -1.41), (0.00, 2.82), (1.88, 2.82), (3.76, 2.82), (0.00, -2.82), (1.88, -2.82), (3.76, -2.82).

図6は、表示エリアいっぱいに格子を表示させた場合の像(ディストーション)を表現している。実際の計算では、物体像と光学系の点像強度分布の畳み込み積分を計算しているので、台形歪みの状態だけではなく、解像力も表現されている。また、図6では、物体の格子線幅が約0.01mmである。なお、ディストーションの説明は、以降の他の実施例においても同様とし説明を省略する。そして、図5および図6より、第1実施例では、台形歪みが良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。   FIG. 6 represents an image (distortion) when a grid is displayed over the entire display area. In the actual calculation, since the convolution integral of the object image and the point image intensity distribution of the optical system is calculated, not only the trapezoidal distortion state but also the resolving power is expressed. In FIG. 6, the lattice line width of the object is about 0.01 mm. It should be noted that the description of the distortion is the same in the following other embodiments, and the description thereof is omitted. 5 and 6, it can be seen that in the first example, the trapezoidal distortion is corrected well and the imaging performance is excellent.

(第2実施例)
本願の第2実施例について、図7〜図12および表5〜表8を用いて説明する。図7は第2実施例に係る映像投写装置用光学系の側断面図(y−z断面図)であり、図8は第2実施例に係る映像投写装置用光学系の平断面図(x−z断面図)である。なお、第2実施例の映像投写装置用光学系は、回転対称レンズ群の構成を除いて、第1実施例の映像投写装置用光学系と同様の構成であり、各部に第1実施例の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
A second embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 7 to 12 and Tables 5 to 8. FIG. FIG. 7 is a side sectional view (y-z sectional view) of the optical system for the image projection apparatus according to the second embodiment, and FIG. 8 is a plan sectional view (x of the optical system for the image projection apparatus according to the second embodiment). -Z sectional view). The optical system for the image projection apparatus according to the second embodiment has the same configuration as that of the optical system for the image projection apparatus according to the first embodiment except for the configuration of the rotationally symmetric lens group. The same reference numerals as those in the case are attached and detailed description is omitted.

第2実施例の回転対称レンズ群G1は、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、両凸形状の第1回転対称レンズL11と、素子側に凸面を向けたメニスカスレンズである第2回転対称レンズL12と、素子側に凸面を向けたメニスカスレンズである第3回転対称レンズL13と、素子側に凸面を向けたメニスカスレンズである第4回転対称レンズL14とから構成される。なお、第2回転対称レンズL12における素子側のレンズ面(第7面)と、第3回転対称レンズL13における像側のレンズ面(第9面)と、第4回転対称レンズL14における像側のレンズ面(第12面)が非球面となっている。また、第2回転対称レンズL12と第3回転対称レンズL13が貼り合わせレンズとなっている。   The rotationally symmetric lens group G1 of the second example is a biconvex first rotationally symmetric lens L11 arranged in order from the image display element DS side along the optical axis, and a meniscus lens having a convex surface facing the element side. The lens includes a second rotationally symmetric lens L12, a third rotationally symmetric lens L13 that is a meniscus lens having a convex surface facing the element side, and a fourth rotationally symmetric lens L14 that is a meniscus lens having a convex surface facing the element side. The element-side lens surface (seventh surface) in the second rotationally symmetric lens L12, the image-side lens surface (ninth surface) in the third rotationally symmetric lens L13, and the image-side lens surface in the fourth rotationally symmetric lens L14. The lens surface (the 12th surface) is an aspherical surface. Further, the second rotationally symmetric lens L12 and the third rotationally symmetric lens L13 are bonded lenses.

下の表5に、第2実施例に係る映像投写装置用光学系PLの諸データを示す。   Table 5 below shows various data of the optical system PL for the image projection apparatus according to the second example.

(表5)
(全体諸元)
物体側開口数 0.20000
投写サイズ 284.48mm×213.36mm
拡大倍率 37.0倍
回転対称レンズ群焦点距離f 14.260mm

(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率/νd
素子面 平面 1.00
1 平面 0.70 1.51680/64.2
2 平面 11.00 1.78800/47.4
3 平面 10.93
4 平面 0.00
5 21.03444 7.00 1.49700/81.6
6 -21.03444 0.20
7*a 10.90764 6.00 1.63246/63.8
8 70.72422 2.00 1.83917/23.9
9*a 10.13481 4.00
10 平面 0.00
11 10.85532 2.00 2.14352/17.8
12*a 10.71335 0.00
13 平面 0.50
14(絞り) 平面 0.00
15 平面 1.00
16*f 平面 3.00 1.53113/55.7
17*f 平面 9.50
18*f 平面 3.00 1.53113/55.7
19*f 平面 3.43
20*f 平面 5.00 1.53113/55.7
21*f 平面 21.00
22*f 平面 -199.61 反射
像面 平面 0.00
(Table 5)
(Overall specifications)
Object side numerical aperture 0.20000
Projection size 284.48mm x 213.36mm
Magnification 37.0x Rotational symmetry lens group focal length f 14.260mm

(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index / νd
Element plane Plane 1.00
1 plane 0.70 1.51680 / 64.2
2 plane 11.00 1.78800 / 47.4
3 Plane 10.93
4 plane 0.00
5 21.03444 7.00 1.49700 / 81.6
6 -21.03444 0.20
7 * a 10.90764 6.00 1.63246 / 63.8
8 70.72422 2.00 1.83917 / 23.9
9 * a 10.13481 4.00
10 plane 0.00
11 10.85532 2.00 2.14352 / 17.8
12 * a 10.71335 0.00
13 plane 0.50
14 (Aperture) Plane 0.00
15 plane 1.00
16 * f plane 3.00 1.53113 / 55.7
17 * f plane 9.50
18 * f plane 3.00 1.53113 / 55.7
19 * f plane 3.43
20 * f plane 5.00 1.53113 / 55.7
21 * f plane 21.00
22 * f Plane -199.61 Reflection Image plane Plane 0.00

表5のレンズデータにおいて、第4面〜第12面は回転対称レンズ群G1のレンズ面であり、その中で、第7面、第9面、および第12面は回転対称な非球面である。下の表6に、第7面、第9面、および第12面の非球面係数をそれぞれ示す。   In the lens data in Table 5, the fourth surface to the twelfth surface are lens surfaces of the rotationally symmetric lens group G1, and among them, the seventh surface, the ninth surface, and the twelfth surface are rotationally symmetric aspheric surfaces. . Table 6 below shows the aspherical coefficients of the seventh surface, the ninth surface, and the twelfth surface, respectively.

(表6)
(非球面データ)
項 第7面係数 第9面係数 第12面係数
c 0.09168 0.09867 0.09334
k -2.90877 0 0
A(4次) 1.9535635E-04 -7.7588897E-05 -3.2174401E-05
B(6次) -1.8450936E-06 -4.2829065E-06 1.4592384E-05
C(8次) -5.4203107E-09 -3.4566719E-08 -1.3440130E-06
D(10次) 1.3623190E-10 -2.5784731E-09 6.4768446E-08
E(12次) -3.9894819E-12 0 0
(F以降の係数は全て0であるので、省略する)
(Table 6)
(Aspheric data)
Term 7th surface coefficient 9th surface coefficient 12th surface coefficient c 0.09168 0.09867 0.09334
k -2.90877 0 0
A (4th order) 1.9535635E-04 -7.7588897E-05 -3.2174401E-05
B (6th) -1.8450936E-06 -4.2829065E-06 1.4592384E-05
C (8th) -5.4203107E-09 -3.4566719E-08 -1.3440130E-06
D (10th order) 1.3623190E-10 -2.5784731E-09 6.4768446E-08
E (12th order) -3.9894819E-12 0 0
(Since all coefficients after F are 0, they are omitted)

また、表5のレンズデータにおいて、第16面〜第22面は非回転対称な自由曲面である。なお、本実施例では、第22面が自由曲面ミラーMの反射面となっている。下の表7に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In the lens data of Table 5, the 16th to 22nd surfaces are non-rotationally symmetric free-form surfaces. In the present embodiment, the 22nd surface is the reflecting surface of the free-form surface mirror M. Table 7 below shows each term coefficient of these free-form surfaces.

(表7)
(自由曲面データ1)
項 第16面係数 第17面係数 第18面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) -2.6041813E-01 -3.3508872E-01 3.5978955E-01
C4(x^2) 1.1826274E-02 -5.8967222E-03 -7.0383083E-02
C6(y^2) 4.1661092E-02 2.1233688E-02 -1.3665859E-01
C8(x^2*y) -3.9473639E-03 -2.7850136E-03 7.8857468E-04
C10(y^3) -1.1423394E-03 8.1331969E-04 1.5654117E-02
C11(x^4) -2.0340783E-04 -9.7625263E-05 -4.6365215E-04
C13(x^2*y^2) 2.8258800E-04 5.7103139E-04 -2.4407852E-03
C15(y^4) 6.4885200E-04 9.3071472E-04 -2.1261327E-03
C17(x^4*y) 4.0327007E-05 7.1042274E-05 3.1254897E-04
C19(x^2*y^3) 2.7019582E-05 5.0337585E-05 7.8024735E-04
C21(y^5) 8.0589865E-06 3.2272800E-05 2.1096408E-04
C22(x^6) 3.8248095E-05 8.4371240E-06 5.3487013E-06
C24(x^4*y^2) 9.4081147E-05 2.2912845E-05 -1.6960606E-06
C26(x^2*y^4) 7.2352479E-05 1.7894704E-05 -3.6997135E-05
C28(y^6) 1.9260933E-05 4.1391628E-06 -5.6995135E-06
C30(x^6*y) 1.5459067E-06 3.3649236E-06 5.9783348E-06
C32(x^4*y^3) 4.1144273E-08 3.7050894E-06 6.9738975E-06
C34(x^2*y^5) 4.7200657E-06 4.5974549E-06 1.0644933E-05
C36(y^7) 1.4674388E-06 9.3126428E-07 5.3075155E-07
C37(x^8) -3.7416310E-06 -5.3535501E-07 -2.6396075E-08
C39(x^6*y^2) -1.0276811E-05 -7.3029517E-07 -2.9183475E-06
C41(x^4*y^4) -8.4510780E-06 2.4603301E-06 -7.0051200E-06
C43(x^2*y^6) -7.0198445E-07 6.2811387E-06 -2.7315925E-06
C45(y^8) 5.1743326E-07 2.9867245E-06 -3.7276033E-07
C47(x^8*y) -9.3177463E-08 -1.6770224E-07 -1.1637311E-08
C49(x^6*y^3) -1.1877155E-08 -3.4259129E-07 7.5237116E-07
C51(x^4*y^5) -3.2384158E-07 -5.5039427E-07 1.4251137E-06
C53(x^2*y^7) -6.5862869E-07 -6.1323078E-07 8.0560632E-08
C55(y^9) -1.8236665E-07 -2.4601735E-07 9.9509732E-08
C56(y^10) 1.7681756E-07 3.3688147E-08 -2.5093455E-10
C58(x^8*y^2) 6.1365036E-07 8.7698739E-08 -3.2341791E-09
C60(x^6*y^4) 7.9841144E-07 4.1824000E-08 -7.4344821E-08
C62(X^4*y^26) 3.7045248E-07 -5.8875173E-08 -7.8151512E-08
C64(X^2*y^28) -8.8716877E-08 -2.4475517E-07 3.9076794E-09
C66(y^10) -2.3966984E-08 -5.4473898E-08 -4.9980691E-09

(自由曲面データ2)
項 第19面係数 第20面係数 第21面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 3.3365563E-01 3.0685418E-01 2.4813533E-01
C4(x^2) -5.7532907E-02 -3.9396149E-02 -3.9798366E-02
C6(y^2) -4.7563856E-02 1.4470529E-02 -1.4712861E-02
C8(x^2*y) -6.0052101E-03 2.1308948E-03 3.6417478E-03
C10(y^3) 7.7731371E-05 1.4409240E-03 3.5348542E-03
C11(x^4) 6.4145191E-05 1.7930250E-05 -8.3125745E-05
C13(x^2*y^2) -8.0340544E-05 5.4224552E-04 4.1739456E-04
C15(y^4) -1.4884064E-04 3.1351662E-04 4.2936576E-04
C17(x^4*y) 6.8779530E-05 -7.7716810E-05 -4.3333795E-05
C19(x^2*y^3) 1.9806411E-04 1.6385645E-07 2.5845437E-05
C21(y^5) -8.6869718E-05 6.3297046E-06 3.4059708E-05
C22(x^6) -3.2867482E-08 -3.0406161E-06 -7.4305959E-07
C24(x^4*y^2) 6.2032943E-06 -2.5878450E-06 -8.5935792E-06
C26(x^2*y^4) 1.0075005E-05 -4.9807798E-06 -1.9596538E-06
C28(y^6) 1.5051609E-05 -1.2959658E-06 2.4796795E-06
C30(x^6*y) 1.2945976E-06 1.9202003E-07 8.7618193E-08
C32(x^4*y^3) -2.0852128E-06 2.4247531E-07 -6.3635364E-07
C34(x^2*y^5) -2.0325580E-06 4.7425385E-07 -3.0162098E-07
C36(y^7) 4.4577925E-07 -1.1213258E-07 2.5052904E-08
C37(x^8) 7.8519053E-08 -1.6151932E-08 -6.4750976E-09
C39(x^6*y^2) -2.4844770E-07 -3.5322101E-08 6.5771445E-08
C41(x^4*y^4) -1.0185718E-07 -5.8353264E-09 5.1955449E-08
C43(x^2*y^6) -1.5961773E-07 4.5563395E-08 -3.9285141E-09
C45(y^8) -3.6739652E-07 3.4014020E-09 -3.1084567E-08
C47(x^8*y) -4.6786334E-09 5.3747709E-09 1.5337922E-09
C49(x^6*y^3) -1.7275156E-08 -6.7034371E-09 2.8870106E-09
C51(x^4*y^5) 4.1882418E-08 -6.3748940E-10 1.7124915E-09
C53(x^2*y^7) -8.2685364E-09 -5.5034831E-09 8.2443453E-10
C55(y^9) 1.4271216E-08 3.6841661E-10 -6.7287913E-09
C56(y^10) -6.6959428E-10 3.7660422E-10 3.5422758E-11
C58(x^8*y^2) 4.3203371E-09 6.3872630E-10 -2.7250144E-10
C60(x^6*y^4) 5.9150691E-09 -2.7991354E-10 -3.7777723E-10
C62(X^4*y^26) 1.8390612E-09 -4.4279901E-11 -4.4085890E-10
C64((X^2*y^28) 1.5641973E-09 -4.6766855E-10 -3.5877409E-11
C66(y^10) 3.5540724E-09 -1.1139770E-11 -3.4630667E-10

(自由曲面データ3)
項 第22面係数
c 0
C1(k) 0
C3(y) 2.5554379E-02
C4(x^2) 1.6338720E-02
C6(y^2) 1.9654169E-03
C8(x^2*y) 9.3479190E-04
C10(y^3) 2.2029628E-04
C11(x^4) -1.4539531E-05
C13(x^2*y^2) 3.3847778E-05
C15(y^4) 8.7220312E-06
C17(x^4*y) -1.2598260E-06
C19(x^2*y^3) 7.6399847E-07
C21(y^5) 2.8112003E-07
C22(x^6) 2.3109057E-08
C24(x^4*y^2) -5.6065597E-08
C26(x^2*y^4) 1.3201618E-09
C28(y^6) 1.0733281E-08
C30(x^6*y) 9.0361885E-10
C32(x^4*y^3) -1.6340322E-09
C34(x^2*y^5) -6.5153497E-10
C36(y^7) 4.1109091E-10
C37(x^8) -4.6209688E-11
C39(x^6*y^2) -3.0413647E-11
C41(x^4*y^4) -3.0822618E-11
C43(x^2*y^6) -1.9011268E-11
C45(y^8) 7.9009017E-12
C47(x^8*y) -2.6946898E-12
C49(x^6*y^3) -2.4387396E-12
C51(x^4*y^5) -1.1331121E-13
C53(x^2*y^7) -8.2658852E-14
C55(y^9) -1.8480462E-14
C56(y^10) 1.5462337E-14
C58(x^8*y^2) -5.8626927E-14
C60(x^6*y^4) -3.2414498E-14
C62(X^4*y^26) 3.2916835E-15
C64(X^2*y^28) 2.7221317E-15
C66(y^10) -1.8842008E-15
(Table 7)
(Free curved surface data 1)
Term 16th surface coefficient 17th surface coefficient 18th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) -2.6041813E-01 -3.3508872E-01 3.5978955E-01
C4 (x ^ 2) 1.1826274E-02 -5.8967222E-03 -7.0383083E-02
C6 (y ^ 2) 4.1661092E-02 2.1233688E-02 -1.3665859E-01
C8 (x ^ 2 * y) -3.9473639E-03 -2.7850136E-03 7.8857468E-04
C10 (y ^ 3) -1.1423394E-03 8.1331969E-04 1.5654117E-02
C11 (x ^ 4) -2.0340783E-04 -9.7625263E-05 -4.6365215E-04
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 2.8258800E-04 5.7103139E-04 -2.4407852E-03
C15 (y ^ 4) 6.4885200E-04 9.3071472E-04 -2.1261327E-03
C17 (x ^ 4 * y) 4.0327007E-05 7.1042274E-05 3.1254897E-04
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 2.7019582E-05 5.0337585E-05 7.8024735E-04
C21 (y ^ 5) 8.0589865E-06 3.2272800E-05 2.1096408E-04
C22 (x ^ 6) 3.8248095E-05 8.4371240E-06 5.3487013E-06
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 9.4081147E-05 2.2912845E-05 -1.6960606E-06
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 7.2352479E-05 1.7894704E-05 -3.6997135E-05
C28 (y ^ 6) 1.9260933E-05 4.1391628E-06 -5.6995135E-06
C30 (x ^ 6 * y) 1.5459067E-06 3.3649236E-06 5.9783348E-06
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) 4.1144273E-08 3.7050894E-06 6.9738975E-06
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 4.7200657E-06 4.5974549E-06 1.0644933E-05
C36 (y ^ 7) 1.4674388E-06 9.3126428E-07 5.3075155E-07
C37 (x ^ 8) -3.7416310E-06 -5.3535501E-07 -2.6396075E-08
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -1.0276811E-05 -7.3029517E-07 -2.9183475E-06
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -8.4510780E-06 2.4603301E-06 -7.0051200E-06
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -7.0198445E-07 6.2811387E-06 -2.7315925E-06
C45 (y ^ 8) 5.1743326E-07 2.9867245E-06 -3.7276033E-07
C47 (x ^ 8 * y) -9.3177463E-08 -1.6770224E-07 -1.1637311E-08
C49 (x ^ 6 * y ^ 3) -1.1877155E-08 -3.4259129E-07 7.5237116E-07
C51 (x ^ 4 * y ^ 5) -3.2384158E-07 -5.5039427E-07 1.4251137E-06
C53 (x ^ 2 * y ^ 7) -6.5862869E-07 -6.1323078E-07 8.0560632E-08
C55 (y ^ 9) -1.8236665E-07 -2.4601735E-07 9.9509732E-08
C56 (y ^ 10) 1.7681756E-07 3.3688147E-08 -2.5093455E-10
C58 (x ^ 8 * y ^ 2) 6.1365036E-07 8.7698739E-08 -3.2341791E-09
C60 (x ^ 6 * y ^ 4) 7.9841144E-07 4.1824000E-08 -7.4344821E-08
C62 (X ^ 4 * y ^ 26) 3.7045248E-07 -5.8875173E-08 -7.8151512E-08
C64 (X ^ 2 * y ^ 28) -8.8716877E-08 -2.4475517E-07 3.9076794E-09
C66 (y ^ 10) -2.3966984E-08 -5.4473898E-08 -4.9980691E-09

(Free curved surface data 2)
Term 19th surface coefficient 20th surface coefficient 21st surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 3.3365563E-01 3.0685418E-01 2.4813533E-01
C4 (x ^ 2) -5.7532907E-02 -3.9396149E-02 -3.9798366E-02
C6 (y ^ 2) -4.7563856E-02 1.4470529E-02 -1.4712861E-02
C8 (x ^ 2 * y) -6.0052101E-03 2.1308948E-03 3.6417478E-03
C10 (y ^ 3) 7.7731371E-05 1.4409240E-03 3.5348542E-03
C11 (x ^ 4) 6.4145191E-05 1.7930250E-05 -8.3125745E-05
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) -8.0340544E-05 5.4224552E-04 4.1739456E-04
C15 (y ^ 4) -1.4884064E-04 3.1351662E-04 4.2936576E-04
C17 (x ^ 4 * y) 6.8779530E-05 -7.7716810E-05 -4.3333795E-05
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 1.9806411E-04 1.6385645E-07 2.5845437E-05
C21 (y ^ 5) -8.6869718E-05 6.3297046E-06 3.4059708E-05
C22 (x ^ 6) -3.2867482E-08 -3.0406161E-06 -7.4305959E-07
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 6.2032943E-06 -2.5878450E-06 -8.5935792E-06
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 1.0075005E-05 -4.9807798E-06 -1.9596538E-06
C28 (y ^ 6) 1.5051609E-05 -1.2959658E-06 2.4796795E-06
C30 (x ^ 6 * y) 1.2945976E-06 1.9202003E-07 8.7618193E-08
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -2.0852128E-06 2.4247531E-07 -6.3635364E-07
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -2.0325580E-06 4.7425385E-07 -3.0162098E-07
C36 (y ^ 7) 4.4577925E-07 -1.1213258E-07 2.5052904E-08
C37 (x ^ 8) 7.8519053E-08 -1.6151932E-08 -6.4750976E-09
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -2.4844770E-07 -3.5322101E-08 6.5771445E-08
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -1.0185718E-07 -5.8353264E-09 5.1955449E-08
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -1.5961773E-07 4.5563395E-08 -3.9285141E-09
C45 (y ^ 8) -3.6739652E-07 3.4014020E-09 -3.1084567E-08
C47 (x ^ 8 * y) -4.6786334E-09 5.3747709E-09 1.5337922E-09
C49 (x ^ 6 * y ^ 3) -1.7275156E-08 -6.7034371E-09 2.8870106E-09
C51 (x ^ 4 * y ^ 5) 4.1882418E-08 -6.3748940E-10 1.7124915E-09
C53 (x ^ 2 * y ^ 7) -8.2685364E-09 -5.5034831E-09 8.2443453E-10
C55 (y ^ 9) 1.4271216E-08 3.6841661E-10 -6.7287913E-09
C56 (y ^ 10) -6.6959428E-10 3.7660422E-10 3.5422758E-11
C58 (x ^ 8 * y ^ 2) 4.3203371E-09 6.3872630E-10 -2.7250144E-10
C60 (x ^ 6 * y ^ 4) 5.9150691E-09 -2.7991354E-10 -3.7777723E-10
C62 (X ^ 4 * y ^ 26) 1.8390612E-09 -4.4279901E-11 -4.4085890E-10
C64 ((X ^ 2 * y ^ 28) 1.5641973E-09 -4.6766855E-10 -3.5877409E-11
C66 (y ^ 10) 3.5540724E-09 -1.1139770E-11 -3.4630667E-10

(Free curved surface data 3)
Term 22nd surface coefficient c 0
C1 (k) 0
C3 (y) 2.5554379E-02
C4 (x ^ 2) 1.6338720E-02
C6 (y ^ 2) 1.9654169E-03
C8 (x ^ 2 * y) 9.3479190E-04
C10 (y ^ 3) 2.2029628E-04
C11 (x ^ 4) -1.4539531E-05
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 3.3847778E-05
C15 (y ^ 4) 8.7220312E-06
C17 (x ^ 4 * y) -1.2598260E-06
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 7.6399847E-07
C21 (y ^ 5) 2.8112003E-07
C22 (x ^ 6) 2.3109057E-08
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -5.6065597E-08
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 1.3201618E-09
C28 (y ^ 6) 1.0733281E-08
C30 (x ^ 6 * y) 9.0361885E-10
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -1.6340322E-09
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -6.5153497E-10
C36 (y ^ 7) 4.1109091E-10
C37 (x ^ 8) -4.6209688E-11
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -3.0413647E-11
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -3.0822618E-11
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -1.9011268E-11
C45 (y ^ 8) 7.9009017E-12
C47 (x ^ 8 * y) -2.6946898E-12
C49 (x ^ 6 * y ^ 3) -2.4387396E-12
C51 (x ^ 4 * y ^ 5) -1.1331121E-13
C53 (x ^ 2 * y ^ 7) -8.2658852E-14
C55 (y ^ 9) -1.8480462E-14
C56 (y ^ 10) 1.5462337E-14
C58 (x ^ 8 * y ^ 2) -5.8626927E-14
C60 (x ^ 6 * y ^ 4) -3.2414498E-14
C62 (X ^ 4 * y ^ 26) 3.2916835E-15
C64 (X ^ 2 * y ^ 28) 2.7221317E-15
C66 (y ^ 10) -1.8842008E-15

さらに、本実施例における第4面、第13面、第15面、および第22面のローカル座標系の偏心を下の表8に示す。   Furthermore, the eccentricity of the local coordinate system of the fourth surface, the thirteenth surface, the fifteenth surface, and the twenty-second surface in this example is shown in Table 8 below.

(表8)
(偏心データ)
面番号 ADE(°) YDE(mm)
4 0.5 0.00000
13 0.0 -0.13842
15 -0.555 0
22 35.0 0
像面 -60.0 0
(Table 8)
(Eccentric data)
Surface number ADE (°) YDE (mm)
4 0.5 0.00000
13 0.0 -0.13842
15 -0.555 0
22 35.0 0
Image plane -60.0 0

以下に、各条件式に対する対応値を示す。   The corresponding values for each conditional expression are shown below.

条件式(17) |290.8798/14.2598|=20.399
条件式(18) |θm/θs|=|35.0/−60.0|=0.58
(第3自由曲面レンズL23)
L1=17.846
L2=21.106
(x−z断面)
素子側レンズ面極大点座標 (xo1z xo1 )=(0,0)
像側レンズ面極大点座標 (xo2z xo2 )=(0,0)
条件式(3) (x1+xo1)/|x1+xo1|×f1´(x1+xo1)<0
条件式(4) (x2+xo2)/|x2+xo2|×f2´(x2+xo2)<0
式(12) rx1=−L1/2.5=−7.14
式(13) rx2=−L2/0.1=−211.06
条件式(15) −|radxi|<x<|radxi|の範囲で、
zfc1(x)<zs2(x),zfc2(x)<zs2(x)
条件式(16) |rx1|<|radxi|であり、−|rx1|<x<|rx1|の範囲で、
zs1(x)<zfc1(x),zs1(x)<zfc2(x)
(第2自由曲面レンズL22)
L1=12.456
L2=14.413
(y−z断面)
素子側レンズ面極大点座標 (yo1,zyo1)=(1.684773,0.278734)
像側レンズ面極大点座標 (yo2,zyo2)=(3.144479,0.553191)
条件式(1) (y1+yo1)/|y1+yo1|×f1´(y1+yo1)<0
条件式(2) (y2+yo2)/|y2+yo2|×f2´(y2+yo2)<0
式(6) ry1=−L1/3.5=−3.56
式(7) ry2=−L2=−14.41
条件式(9) −|radyi|<y<|radyi|の範囲で、
zfc1(y)<zs2(y),zfc2(y)<zs2(y)
条件式(10) |ry1|<|radyi|であり、−|ry1|<y<|ry1|の範囲で、
zs1(y)<zfc1(y),zs1(y)<zfc2(y)
(x−z断面)
素子側レンズ面極大点座標 (xo1z xo1 )=(0,0)
像側レンズ面極大点座標 (xo2z xo2 )=(0,0)
条件式(3) (x1+xo1)/|x1+xo1|×f1´(x1+xo1)<0
条件式(4) (x2+xo2)/|x2+xo2|×f2´(x2+xo2)<0
式(12) rx1=−L1/2.5=−4.98
式(13) rx2=−L2/0.1=−144.13
条件式(15) −|radxi|<x<|radxi|の範囲で、
zfc1(x)<zs2(x),zfc2(x)<zs2(x)
条件式(16) |rx1|<|radxi|であり、−|rx1|<x<|rx1|の範囲で、
zs1(x)<zfc1(x),zs1(x)<zfc2(x)
Conditional Expression (17) | 290.8798 / 14.2598 | = 20.399
Conditional expression (18) | θm / θs | = | 35.0 / −60.0 | = 0.58
(Third free-form curved lens L23)
L1 = 17.846
L2 = 21.106
(x-z cross section)
Element side lens surface maximum point coordinates (x o1 , z xo1 ) = (0, 0)
Image side lens surface maximum point coordinates (x o2 , z xo2 ) = (0, 0)
Conditional expression (3) (x 1 + x o1 ) / | x 1 + x o1 | × f 1 ′ (x 1 + x o1 ) <0
Conditional expression (4) (x 2 + x o2 ) / | x 2 + x o2 | × f 2 ′ (x 2 + x o2 ) <0
Formula (12) rx1 = −L1 / 2.5 = −7.14
Formula (13) rx2 = −L2 / 0.1 = −211.06
Conditional expression (15) In the range of − | radxi | <x <| radxi |
zfc1 (x) <zs2 (x), zfc2 (x) <zs2 (x)
Conditional expression (16) | rx1 | <| radxi |, and in the range of − | rx1 | <x <| rx1 |
zs1 (x) <zfc1 (x), zs1 (x) <zfc2 (x)
(Second free-form surface lens L22)
L1 = 12.456
L2 = 14.413
(y-z cross section)
Element-side lens surface maximum point coordinates (y o1, z yo1) = (1.684773,0.278734)
Image-side lens surface maximum point coordinates (y o2, z yo2) = (3.144479,0.553191)
Conditional expression (1) (y 1 + y o1 ) / | y 1 + y o1 | × f 1 ′ (y 1 + y o1 ) <0
Conditional expression (2) (y 2 + y o2 ) / | y 2 + y o2 | × f 2 ′ (y 2 + y o2 ) <0
Formula (6) ry1 = −L1 / 3.5 = −3.56
Expression (7) ry2 = −L2 = −14.41
Conditional expression (9) in the range of − | radyi | <y <| radyi |
zfc1 (y) <zs2 (y), zfc2 (y) <zs2 (y)
Conditional expression (10) | ry1 | <| radyi |, and in the range of − | ry1 | <y <| ry1 |
zs1 (y) <zfc1 (y), zs1 (y) <zfc2 (y)
(x-z cross section)
Element side lens surface maximum point coordinates (x o1 , z xo1 ) = (0, 0)
Image side lens surface maximum point coordinates (x o2 , z xo2 ) = (0, 0)
Conditional expression (3) (x 1 + x o1 ) / | x 1 + x o1 | × f 1 ′ (x 1 + x o1 ) <0
Conditional expression (4) (x 2 + x o2 ) / | x 2 + x o2 | × f 2 ′ (x 2 + x o2 ) <0
Formula (12) rx1 = −L1 / 2.5 = −4.98
Formula (13) rx2 = −L2 / 0.1 = −144.13
Conditional expression (15) In the range of − | radxi | <x <| radxi |
zfc1 (x) <zs2 (x), zfc2 (x) <zs2 (x)
Conditional expression (16) | rx1 | <| radxi |, and in the range of − | rx1 | <x <| rx1 |
zs1 (x) <zfc1 (x), zs1 (x) <zfc2 (x)

このように本実施例では、条件式(1)等がそれぞれ満たされていることが分かる。なお、第3自由曲面レンズL23および第2自由曲面レンズL22の各断面におけるサグ量をそれぞれ図9および図10に示す。   Thus, it can be seen that conditional expression (1) and the like are satisfied in this embodiment. The sag amount in each cross section of the third free-form surface lens L23 and the second free-form surface lens L22 is shown in FIGS. 9 and 10, respectively.

図11は、第2実施例に係る映像投写装置用光学系PLのe線単色のスポットダイヤグラムである。スポットダイヤグラムの下部に表示してある直線の長さは、スクリーン上の1mmに相当する。対応する物点位置は、スポットダイヤグラムの下から順に、(x座標,y座標)=(0.00,0.00)、(1.92,0.00)、(3.84,0.00)、(0.00,1.44)、(1.92,1.44)、(3.84,1.44)、(0.00,-1.44)、(1.92,-1.44)、(3.84,-1.44)、(0.00,2.88)、(1.92,2.88)、(3.84,2.88)、(0.00,-2.88)、(1.92,-2.88)、(3.84,-2.88)である。   FIG. 11 is an e-line monochromatic spot diagram of the optical system PL for an image projection apparatus according to the second embodiment. The length of the straight line displayed at the bottom of the spot diagram corresponds to 1 mm on the screen. Corresponding object point positions are (x coordinate, y coordinate) = (0.00, 0.00), (1.92, 0.00), (3.84, 0.00) in order from the bottom of the spot diagram. ), (0.00, 1.44), (1.92, 1.44), (3.84, 1.44), (0.00, -1.44), (1.92, -1 .44), (3.84, -1.44), (0.000, 2.88), (1.92, 2.88), (3.84, 2.88), (0.000, -2.88), (1.92, -2.88), (3.84, -2.88).

図12は、表示エリアいっぱいに格子を表示させた場合の像(ディストーション)を表現している。そして、図11および図12より、第2実施例では、台形歪みが良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。   FIG. 12 represents an image (distortion) when a grid is displayed over the entire display area. 11 and 12, it can be seen that in the second embodiment, the trapezoidal distortion is corrected well and the imaging performance is excellent.

(第3実施例)
本願の第3実施例について、図13〜図17および表9〜表12を用いて説明する。図13は第3実施例に係る映像投写装置用光学系の側断面図(y−z断面図)であり、図14は第3実施例に係る映像投写装置用光学系の平断面図(x−z断面図)である。なお、第3実施例の映像投写装置用光学系は、回転対称レンズ群および自由曲面レンズ群の一部の形状を除いて、第1実施例の映像投写装置用光学系と同様の構成であり、各部に第1実施例の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 13 to 17 and Tables 9 to 12. FIG. FIG. 13 is a side sectional view (y-z sectional view) of the optical system for the image projection apparatus according to the third embodiment, and FIG. 14 is a plan sectional view (x -Z sectional view). The optical system for the image projection apparatus of the third embodiment has the same configuration as the optical system for the image projection apparatus of the first embodiment, except for a part of the shape of the rotationally symmetric lens group and the free-form surface lens group. The same reference numerals as those in the first embodiment are assigned to the respective parts, and detailed description thereof is omitted.

第3実施例の回転対称レンズ群G1は、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、素子側に凹面を向けたメニスカスレンズである第1回転対称レンズL11と、両凸形状の第2回転対称レンズL12と、両凹形状の第3回転対称レンズL13と、両凹形状の第4回転対称レンズL14と、両凸形状の第5回転対称レンズL15とから構成される。なお、第1回転対称レンズL11における像側のレンズ面(第5面)と、第2回転対称レンズL12における素子側のレンズ面(第6面)と、第5回転対称レンズL15における像側のレンズ面(第11面)が非球面となっている。また、第2回転対称レンズL12と第3回転対称レンズL13が貼り合わせレンズとなっており、第4回転対称レンズL14と第5回転対称レンズL15が貼り合わせレンズとなっている。   The rotationally symmetric lens group G1 of the third embodiment includes a first rotationally symmetric lens L11 that is a meniscus lens that is arranged in order from the image display element DS side along the optical axis and has a concave surface directed toward the element side, and a biconvex shape. The lens includes a second rotationally symmetric lens L12, a biconcave third rotationally symmetric lens L13, a biconcave fourth rotationally symmetric lens L14, and a biconvex fifth rotationally symmetric lens L15. The image-side lens surface (fifth surface) in the first rotationally symmetric lens L11, the element-side lens surface (sixth surface) in the second rotationally symmetric lens L12, and the image-side lens surface in the fifth rotationally symmetric lens L15. The lens surface (11th surface) is aspherical. Further, the second rotationally symmetric lens L12 and the third rotationally symmetric lens L13 are bonded lenses, and the fourth rotationally symmetric lens L14 and the fifth rotationally symmetric lens L15 are bonded lenses.

第3実施例の自由曲面レンズ群G2では、第3自由曲面レンズL23における像側のレンズ面がx−z断面において映像表示素子DS側に凹面を向けた形状を有している。また、第2自由曲面レンズL22の断面形状は、x−z断面において映像表示素子DS側に凹面を向けたメニスカス形状を有している。第3実施例の自由曲面ミラーMに関しては、自由曲面ミラーMにおけるローカル座標系のz軸が、自由曲面レンズ群G2の光軸に対して、座標原点を中心にy−z平面内で+30度だけ傾いている。また、第3実施例では、第1実施例および第2実施例のような仮想面を設けていない。   In the free-form surface lens group G2 of the third example, the image-side lens surface of the third free-form surface lens L23 has a shape with a concave surface facing the image display element DS side in the xz section. The cross-sectional shape of the second free-form surface lens L22 has a meniscus shape with a concave surface facing the image display element DS side in the xz cross-section. Regarding the free-form surface mirror M of the third embodiment, the z-axis of the local coordinate system of the free-form surface mirror M is +30 degrees in the yz plane with the coordinate origin as the center with respect to the optical axis of the free-form surface lens group G2. Just leaning. Further, in the third embodiment, no virtual surface as in the first and second embodiments is provided.

下の表9に、第3実施例に係る映像投写装置用光学系PLの諸データを示す。   Table 9 below shows various data of the optical system PL for the image projection apparatus according to the third example.

(表9)
(全体諸元)
物体側開口数 0.17857
投写サイズ 284.48mm×213.36mm
拡大倍率 37.0倍
回転対称レンズ群焦点距離f 14.897mm

(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率/νd
素子面 平面 1.00
1 平面 0.70 1.51680/64.2
2 平面 11.00 1.78800/47.4
3 平面 2.14
4 -125.98570 3.50 1.62299/58.2
5*a -10.97536 0.10
6*a 8.20802 4.50 1.62299/58.2
7 -150.51597 3.00 1.72825/28.5
8 6.12558 2.34
9 -7.16940 1.00 1.60342/38.0
10 8.27052 4.00 1.74400/44.8
11*a -8.05504 1.00
12(絞り) 平面 0.20
13*f 平面 3.00 1.53113/55.7
14*f 平面 10.66
15*f 平面 3.00 1.53113/55.7
16*f 平面 4.83
17*f 平面 5.00 1.53113/55.7
18*f 平面 34.03
19*f 平面 -199.60 反射
像面 平面 0.00
(Table 9)
(Overall specifications)
Object side numerical aperture 0.17857
Projection size 284.48mm x 213.36mm
Magnification magnification 37.0 times Focal length f 14.897mm

(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index / νd
Element plane Plane 1.00
1 plane 0.70 1.51680 / 64.2
2 plane 11.00 1.78800 / 47.4
3 Plane 2.14
4 -125.98570 3.50 1.62299 / 58.2
5 * a -10.97536 0.10
6 * a 8.20802 4.50 1.62299 / 58.2
7 -150.51597 3.00 1.72825 / 28.5
8 6.12558 2.34
9 -7.16940 1.00 1.60342 / 38.0
10 8.27052 4.00 1.74400 / 44.8
11 * a -8.05504 1.00
12 (aperture) plane 0.20
13 * f plane 3.00 1.53113 / 55.7
14 * f plane 10.66
15 * f plane 3.00 1.53113 / 55.7
16 * f plane 4.83
17 * f plane 5.00 1.53113 / 55.7
18 * f plane 34.03
19 * f Plane -199.60 Reflection Image plane Plane 0.00

表9のレンズデータにおいて、第4面〜第11面は回転対称レンズ群G1のレンズ面であり、その中で、第5面、第6面、および第11面は回転対称な非球面である。下の表10に、第5面、第6面、および第11面の非球面係数をそれぞれ示す。   In the lens data of Table 9, the fourth surface to the eleventh surface are lens surfaces of the rotationally symmetric lens group G1, and among them, the fifth surface, the sixth surface, and the eleventh surface are rotationally symmetric aspheric surfaces. . Table 10 below shows the aspherical coefficients of the fifth surface, the sixth surface, and the eleventh surface, respectively.

(表10)
(非球面データ)
項 第5面係数 第6面係数 第11面係数
c -0.09111 0.12183 -0.12415
k -1.20030 -0.88844 -1.15656
A(4次) 2.4210186E-05 1.4079225E-04 2.0253316E-05
B(6次) -9.5168770E-07 1.6343669E-06 7.8484153E-06
C(8次) -2.4608359E-09 -1.1931496E-07 -1.4005730E-06
D(10次) 2.0094362E-10 1.3960379E-09 5.6569278E-08
(E以降の係数は全て0であるので、省略する)
(Table 10)
(Aspheric data)
Term 5th surface coefficient 6th surface coefficient 11th surface coefficient c -0.09111 0.12183 -0.12415
k -1.20030 -0.88844 -1.15656
A (4th order) 2.4210186E-05 1.4079225E-04 2.0253316E-05
B (6th) -9.5168770E-07 1.6343669E-06 7.8484153E-06
C (8th) -2.4608359E-09 -1.1931496E-07 -1.4005730E-06
D (10th order) 2.0094362E-10 1.3960379E-09 5.6569278E-08
(Since all coefficients after E are 0, they are omitted)

また、表9のレンズデータにおいて、第13面〜第19面は非回転対称な自由曲面である。なお、本実施例では、第19面が自由曲面ミラーMの反射面となっている。下の表11に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In the lens data of Table 9, the thirteenth to nineteenth surfaces are non-rotationally symmetric free-form surfaces. In the present embodiment, the nineteenth surface is the reflecting surface of the free-form mirror M. Table 11 below shows each term coefficient of these free-form surfaces.

(表11)
(自由曲面データ1)
項 第13面係数 第14面係数 第15面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 1.7250775E-01 1.3915417E-01 -3.6122881E-02
C4(x^2) -1.9002225E-02 -3.1345050E-02 -2.0610290E-02
C6(y^2) 2.6320783E-02 1.1968413E-03 -4.1030399E-02
C8(x^2*y) 9.3272868E-04 2.5000954E-03 2.3504211E-03
C10(y^3) -3.1049318E-03 -3.3897704E-03 7.5443505E-03
C11(x^4) 4.2880010E-04 1.4680491E-04 1.4357239E-04
C13(x^2*y^2) 1.3455893E-03 9.6357894E-04 -8.5050443E-05
C15(y^4) 3.4710553E-04 7.8424715E-05 -1.3247950E-03
C17(x^4*y) 1.1276481E-04 1.2088135E-04 1.1354916E-04
C19(x^2*y^3) 1.8644298E-04 2.2807626E-04 1.2753388E-04
C21(y^5) 3.2232856E-05 5.9697746E-05 7.3528783E-05
C22(x^6) -3.8622131E-06 -3.2757535E-06 -3.7704797E-06
C24(x^4*y^2) -1.4877007E-06 7.0837131E-06 -1.5472547E-05
C26(x^2*y^4) 9.5582625E-06 1.3951959E-05 -3.4580074E-06
C28(y^6) 6.4888253E-06 6.8246032E-06 -6.6046446E-06
C30(x^6*y) -3.5899011E-07 -5.5069532E-08 -7.8152950E-07
C32(x^4*y^3) -1.2295113E-06 1.5413470E-06 1.7589525E-07
C34(x^2*y^5) -1.8078891E-06 2.5439966E-07 3.3071008E-06
C36(y^7) -7.6398257E-07 -1.1775534E-06 2.6033435E-06
C37(x^8) -2.8622400E-07 1.2517171E-07 3.7425363E-08
C39(x^6*y^2) -1.0667375E-06 4.1286056E-07 5.8740479E-08
C41(x^4*y^4) -8.2097091E-07 1.3777925E-06 -2.7534607E-07
C43(x^2*y^6) -5.4025084E-07 1.3354302E-06 -2.2125652E-07
C45(y^8) -2.2188808E-07 3.4488968E-07 1.2052859E-07
(C46以降の係数は全て0であるので、省略する)

(自由曲面データ2)
項 第16面係数 第17面係数 第18面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) -5.5566831E-02 1.5134051E-01 1.8075196E-01
C4(x^2) -4.1031173E-03 6.3495806E-03 -4.5923987E-03
C6(y^2) 3.3772323E-02 6.4298933E-03 -2.2065420E-02
C8(x^2*y) -9.0047104E-04 3.9471572E-03 3.8616721E-03
C10(y^3) 6.2899413E-03 3.6648525E-03 3.0600838E-03
C11(x^4) 1.2451268E-05 -5.6980632E-05 1.5490614E-05
C13(x^2*y^2) -6.7046368E-04 9.7541334E-05 3.6589232E-04
C15(y^4) -8.9111633E-04 2.3108981E-04 2.0411057E-04
C17(x^4*y) 7.2067677E-05 -9.9652008E-06 1.4625001E-07
C19(x^2*y^3) -9.8714201E-06 3.2642804E-06 5.4924004E-05
C21(y^5) -1.1861145E-04 -1.0822109E-05 2.3936693E-05
C22(x^6) -2.3188121E-06 -1.0005172E-06 -7.5781234E-07
C24(x^4*y^2) -3.2890815E-06 -1.6061746E-06 -1.1787007E-06
C26(x^2*y^4) 6.6404026E-06 -4.8225836E-06 2.3107150E-06
C28(y^6) 3.6753129E-06 -3.3997840E-06 4.5925049E-07
C30(x^6*y) -3.3777446E-07 3.2742773E-07 8.1162167E-08
C32(x^4*y^3) -6.8794920E-07 5.8420943E-07 -9.1013686E-08
C34(x^2*y^5) 1.9035179E-06 4.7607689E-07 -3.3860357E-08
C36(y^7) 1.9478057E-06 1.3555213E-07 -1.3543414E-07
C37(x^8) 2.2567124E-08 2.5710890E-09 2.2397413E-09
C39(x^6*y^2) -1.0144806E-08 -5.5596594E-08 -1.0068468E-08
C41(x^4*y^4) -6.0435431E-08 -4.2458541E-08 -4.0977315E-08
C43(x^2*y^6) 1.1712172E-07 7.4073704E-09 -4.8371751E-08
C45(y^8) 1.0492005E-07 1.1514768E-08 -1.5459613E-08
(C46以降の係数は全て0であるので、省略する)

(自由曲面データ3)
項 第19面係数
c 0
C1(k) 0
C3(y) 8.2936434E-03
C4(x^2) 1.0440642E-02
C6(y^2) 9.3816839E-05
C8(x^2*y) 3.9014555E-04
C10(y^3) 6.9731637E-05
C11(x^4) -5.6804450E-06
C13(x^2*y^2) 7.6417919E-06
C15(y^4) 1.9851881E-06
C17(x^4*y) -5.1984756E-07
C19(x^2*y^3) -1.1335167E-07
C21(y^5) 2.9093770E-09
C22(x^6) 5.4936392E-09
C24(x^4*y^2) -1.8840571E-08
C26(x^2*y^4) -1.6626465E-08
C28(y^6) -9.3160115E-10
C30(x^6*y) 5.3180021E-10
C32(x^4*y^3) -3.4441621E-10
C34(x^2*y^5) -5.6525887E-10
C36(y^7) 1.3960281E-11
C37(x^8) -1.2150278E-12
C39(x^6*y^2) 1.3560649E-11
C41(x^4*y^4) -3.8773757E-12
C43(x^2*y^6) -6.7802887E-12
C45(y^8) 7.1767824E-13
(C46以降の係数は全て0であるので、省略する)
(Table 11)
(Free curved surface data 1)
Term 13th surface coefficient 14th surface coefficient 15th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 1.7250775E-01 1.3915417E-01 -3.6122881E-02
C4 (x ^ 2) -1.9002225E-02 -3.1345050E-02 -2.0610290E-02
C6 (y ^ 2) 2.6320783E-02 1.1968413E-03 -4.1030399E-02
C8 (x ^ 2 * y) 9.3272868E-04 2.5000954E-03 2.3504211E-03
C10 (y ^ 3) -3.1049318E-03 -3.3897704E-03 7.5443505E-03
C11 (x ^ 4) 4.2880010E-04 1.4680491E-04 1.4357239E-04
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 1.3455893E-03 9.6357894E-04 -8.5050443E-05
C15 (y ^ 4) 3.4710553E-04 7.8424715E-05 -1.3247950E-03
C17 (x ^ 4 * y) 1.1276481E-04 1.2088135E-04 1.1354916E-04
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 1.8644298E-04 2.2807626E-04 1.2753388E-04
C21 (y ^ 5) 3.2232856E-05 5.9697746E-05 7.3528783E-05
C22 (x ^ 6) -3.8622131E-06 -3.2757535E-06 -3.7704797E-06
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -1.4877007E-06 7.0837131E-06 -1.5472547E-05
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 9.5582625E-06 1.3951959E-05 -3.4580074E-06
C28 (y ^ 6) 6.4888253E-06 6.8246032E-06 -6.6046446E-06
C30 (x ^ 6 * y) -3.5899011E-07 -5.5069532E-08 -7.8152950E-07
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -1.2295113E-06 1.5413470E-06 1.7589525E-07
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -1.8078891E-06 2.5439966E-07 3.3071008E-06
C36 (y ^ 7) -7.6398257E-07 -1.1775534E-06 2.6033435E-06
C37 (x ^ 8) -2.8622400E-07 1.2517171E-07 3.7425363E-08
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -1.0667375E-06 4.1286056E-07 5.8740479E-08
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -8.2097091E-07 1.3777925E-06 -2.7534607E-07
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -5.4025084E-07 1.3354302E-06 -2.2125652E-07
C45 (y ^ 8) -2.2188808E-07 3.4488968E-07 1.2052859E-07
(Since all coefficients after C46 are 0, they are omitted.)

(Free curved surface data 2)
Term 16th surface coefficient 17th surface coefficient 18th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) -5.5566831E-02 1.5134051E-01 1.8075196E-01
C4 (x ^ 2) -4.1031173E-03 6.3495806E-03 -4.5923987E-03
C6 (y ^ 2) 3.3772323E-02 6.4298933E-03 -2.2065420E-02
C8 (x ^ 2 * y) -9.0047104E-04 3.9471572E-03 3.8616721E-03
C10 (y ^ 3) 6.2899413E-03 3.6648525E-03 3.0600838E-03
C11 (x ^ 4) 1.2451268E-05 -5.6980632E-05 1.5490614E-05
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) -6.7046368E-04 9.7541334E-05 3.6589232E-04
C15 (y ^ 4) -8.9111633E-04 2.3108981E-04 2.0411057E-04
C17 (x ^ 4 * y) 7.2067677E-05 -9.9652008E-06 1.4625001E-07
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) -9.8714201E-06 3.2642804E-06 5.4924004E-05
C21 (y ^ 5) -1.1861145E-04 -1.0822109E-05 2.3936693E-05
C22 (x ^ 6) -2.3188121E-06 -1.0005172E-06 -7.5781234E-07
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -3.2890815E-06 -1.6061746E-06 -1.1787007E-06
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 6.6404026E-06 -4.8225836E-06 2.3107150E-06
C28 (y ^ 6) 3.6753129E-06 -3.3997840E-06 4.5925049E-07
C30 (x ^ 6 * y) -3.3777446E-07 3.2742773E-07 8.1162167E-08
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -6.8794920E-07 5.8420943E-07 -9.1013686E-08
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 1.9035179E-06 4.7607689E-07 -3.3860357E-08
C36 (y ^ 7) 1.9478057E-06 1.3555213E-07 -1.3543414E-07
C37 (x ^ 8) 2.2567124E-08 2.5710890E-09 2.2397413E-09
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -1.0144806E-08 -5.5596594E-08 -1.0068468E-08
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -6.0435431E-08 -4.2458541E-08 -4.0977315E-08
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 1.1712172E-07 7.4073704E-09 -4.8371751E-08
C45 (y ^ 8) 1.0492005E-07 1.1514768E-08 -1.5459613E-08
(Since all coefficients after C46 are 0, they are omitted.)

(Free curved surface data 3)
Term 19th surface coefficient c 0
C1 (k) 0
C3 (y) 8.2936434E-03
C4 (x ^ 2) 1.0440642E-02
C6 (y ^ 2) 9.3816839E-05
C8 (x ^ 2 * y) 3.9014555E-04
C10 (y ^ 3) 6.9731637E-05
C11 (x ^ 4) -5.6804450E-06
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 7.6417919E-06
C15 (y ^ 4) 1.9851881E-06
C17 (x ^ 4 * y) -5.1984756E-07
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) -1.1335167E-07
C21 (y ^ 5) 2.9093770E-09
C22 (x ^ 6) 5.4936392E-09
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -1.8840571E-08
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -1.6626465E-08
C28 (y ^ 6) -9.3160115E-10
C30 (x ^ 6 * y) 5.3180021E-10
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -3.4441621E-10
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -5.6525887E-10
C36 (y ^ 7) 1.3960281E-11
C37 (x ^ 8) -1.2150278E-12
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) 1.3560649E-11
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -3.8773757E-12
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -6.7802887E-12
C45 (y ^ 8) 7.1767824E-13
(Since all coefficients after C46 are 0, they are omitted.)

さらに、本実施例における第19面および像面のローカル座標系の偏心を下の表12に示す。   Furthermore, the eccentricity of the local coordinate system of the 19th surface and the image surface in this example is shown in Table 12 below.

(表12)
(偏心データ)
面番号 ADE(°) YDE(mm)
19 30.0 0
像面 -60.0 0
(Table 12)
(Eccentric data)
Surface number ADE (°) YDE (mm)
19 30.0 0
Image plane -60.0 0

以下に、各条件式に対する対応値を示す。   The corresponding values for each conditional expression are shown below.

条件式(17) |TL/f|=|294.6001/14.8972|=19.776
条件式(18) |θm/θs|=|30.0/−60|=0.5
(第2自由曲面レンズL22)
L1=12.819
L2=14.776
(x−z断面)
素子側レンズ面極大点座標 (xo1z xo1 )=(0,0)
像側レンズ面極大点座標 (xo2z xo2 )=(0,0)
条件式(3) (x1+xo1)/|x1+xo1|×f1´(x1+xo1)<0
条件式(4) (x2+xo2)/|x2+xo2|×f2´(x2+xo2)<0
式(12) rx1=−L1/2.5=−5.13
式(13) rx2=−L2/0.1=−147.76
条件式(15) −|radxi|<x<|radxi|の範囲で、
zfc1(x)<zs2(x),zfc2(x)<zs2(x)
条件式(16) |rx1|<|radxi|であり、−|rx1|<x<|rx1|の範囲で、
zs1(x)<zfc1(x),zs1(x)<zfc2(x)
Conditional expression (17) | TL / f | = | 294.6001 / 14.8972 | = 19.776
Conditional expression (18) | θm / θs | = | 30.0 / −60 | = 0.5
(Second free-form surface lens L22)
L1 = 12.819
L2 = 14.776
(x-z cross section)
Element side lens surface maximum point coordinates (x o1 , z xo1 ) = (0, 0)
Image side lens surface maximum point coordinates (x o2 , z xo2 ) = (0, 0)
Conditional expression (3) (x 1 + x o1 ) / | x 1 + x o1 | × f 1 ′ (x 1 + x o1 ) <0
Conditional expression (4) (x 2 + x o2 ) / | x 2 + x o2 | × f 2 ′ (x 2 + x o2 ) <0
Formula (12) rx1 = −L1 / 2.5 = −5.13
Formula (13) rx2 = −L2 / 0.1 = −147.76
Conditional expression (15) In the range of − | radxi | <x <| radxi |
zfc1 (x) <zs2 (x), zfc2 (x) <zs2 (x)
Conditional expression (16) | rx1 | <| radxi |, and in the range of − | rx1 | <x <| rx1 |
zs1 (x) <zfc1 (x), zs1 (x) <zfc2 (x)

このように本実施例では、条件式(3)等がそれぞれ満たされていることが分かる。なお、第2自由曲面レンズL22のx−z断面におけるサグ量を図15に示す。   Thus, in this embodiment, it can be seen that conditional expression (3) and the like are satisfied. The sag amount in the xz section of the second free-form curved lens L22 is shown in FIG.

図16は、第3実施例に係る映像投写装置用光学系PLのe線単色のスポットダイヤグラムである。スポットダイヤグラムの下部に表示してある直線の長さは、スクリーン上の1mmに相当する。対応する物点位置は、スポットダイヤグラムの下から順に、(x座標,y座標)=(0.00,0.00)、(1.82,0.00)、(3.65,0.00)、(0.00,1.44)、(1.78,1.44)、(3.55,1.44)、(0.00,-1.44)、(1.87,-1.44)、(3.74,-1.44)、(0.00,2.88)、(1.73,2.88)、(3.46,2.88)、(0.00,-2.88)、(1.92,-2.88)、(3.84,-2.88)である。なお、第3実施例では、画像処理部(図示せず)による映像表示素子DSでの画像処理を併用して台形歪みの補正を行っている。具体的には、短辺が長辺より5%短くなるような入力物体を長方形に投影するように画像処理を行っている。   FIG. 16 is an e-line monochromatic spot diagram of the optical system PL for image projection apparatus according to the third example. The length of the straight line displayed at the bottom of the spot diagram corresponds to 1 mm on the screen. The corresponding object point positions are (x coordinate, y coordinate) = (0.00, 0.00), (1.82, 0.00), (3.65, 0.00) in order from the bottom of the spot diagram. ), (0.00, 1.44), (1.78, 1.44), (3.55, 1.44), (0.00, -1.44), (1.87, -1 .44), (3.74, -1.44), (0.000, 2.88), (1.73, 2.88), (3.46, 2.88), (0.000, -2.88), (1.92, -2.88), (3.84, -2.88). In the third embodiment, the trapezoidal distortion is corrected by using image processing in the video display element DS by an image processing unit (not shown). Specifically, image processing is performed so that an input object whose short side is 5% shorter than the long side is projected onto a rectangle.

図17は、表示エリアいっぱいに格子を表示させた場合の像(ディストーション)を表現している。そして、図16および図17より、第3実施例では、台形歪みが良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。   FIG. 17 represents an image (distortion) when a grid is displayed over the entire display area. 16 and 17, it can be seen that in the third example, the trapezoidal distortion is corrected well and the imaging performance is excellent.

(第4実施例)
本願の第4実施例について、図18〜図22および表13〜表16を用いて説明する。図18は第4実施例に係る映像投写装置用光学系の側断面図(y−z断面図)であり、図19は第4実施例に係る映像投写装置用光学系の平断面図(x−z断面図)である。なお、第4実施例の映像投写装置用光学系は、第3実施例の映像投写装置用光学系と同様の構成であり、各部に第3実施例(第1実施例)の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。なお、第4実施例の自由曲面ミラーMに関しては、自由曲面ミラーMにおけるローカル座標系のz軸が、自由曲面レンズ群G2の光軸に対して、座標原点を中心にy−z平面内で+35度だけ傾いている。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 18 to 22 and Tables 13 to 16. 18 is a side sectional view (y-z sectional view) of the optical system for an image projection apparatus according to the fourth embodiment, and FIG. 19 is a plan sectional view (x of the optical system for an image projection apparatus according to the fourth embodiment). -Z sectional view). The optical system for the image projection apparatus of the fourth embodiment has the same configuration as that of the optical system for the image projection apparatus of the third embodiment, and each part is the same as that of the third embodiment (first embodiment). Reference numerals are assigned and detailed description is omitted. Regarding the free-form surface mirror M of the fourth embodiment, the z-axis of the local coordinate system of the free-form surface mirror M is in the yz plane with the coordinate origin as the center with respect to the optical axis of the free-form surface lens group G2. Tilt by +35 degrees.

下の表13に、第4実施例に係る映像投写装置用光学系PLの諸データを示す。   Table 13 below shows various data of the optical system PL for image projection apparatus according to the fourth example.

(表13)
(全体諸元)
物体側開口数 0.17857
投写サイズ 284.48mm×213.36mm
拡大倍率 37.0倍
回転対称レンズ群焦点距離f 15.5059mm

(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率/νd
素子面 平面 1.00
1 平面 0.70 1.51680/64.2
2 平面 11.00 1.78800/47.4
3 平面 2.14
4 -130.44850 3.50 1.62299/58.2
5*a -10.32502 0.10
6*a 8.87430 4.50 1.62299/58.2
7 -47.02495 3.00 1.72825/28.5
8 6.02391 2.34
9 -7.34059 1.00 1.60342/38.0
10 10.98280 4.00 1.74400/44.8
11*a -7.69123 1.00
12(絞り) 平面 1.00
13*f 平面 3.00 1.53113/55.7
14*f 平面 13.05
15*f 平面 3.00 1.53113/55.7
16*f 平面 7.61
17*f 平面 5.00 1.53113/55.7
18*f 平面 28.06
19*f 平面 -199.60 反射
像面 平面 0.00
(Table 13)
(Overall specifications)
Object side numerical aperture 0.17857
Projection size 284.48mm x 213.36mm
Magnification magnification 37.0 times Focal length f 15.5059 mm

(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index / νd
Element plane Plane 1.00
1 plane 0.70 1.51680 / 64.2
2 plane 11.00 1.78800 / 47.4
3 Plane 2.14
4 -130.44850 3.50 1.62299 / 58.2
5 * a -10.32502 0.10
6 * a 8.87430 4.50 1.62299 / 58.2
7 -47.02495 3.00 1.72825 / 28.5
8 6.02391 2.34
9 -7.34059 1.00 1.60342 / 38.0
10 10.98280 4.00 1.74400 / 44.8
11 * a -7.69123 1.00
12 (aperture) plane 1.00
13 * f plane 3.00 1.53113 / 55.7
14 * f plane 13.05
15 * f plane 3.00 1.53113 / 55.7
16 * f plane 7.61
17 * f plane 5.00 1.53113 / 55.7
18 * f plane 28.06
19 * f Plane -199.60 Reflection Image plane Plane 0.00

表13のレンズデータにおいて、第4面〜第11面は回転対称レンズ群G1のレンズ面であり、その中で、第5面、第6面、および第11面は回転対称な非球面である。下の表14に、第5面、第6面、および第11面の非球面係数をそれぞれ示す。   In the lens data of Table 13, the fourth surface to the eleventh surface are lens surfaces of the rotationally symmetric lens group G1, and among them, the fifth surface, the sixth surface, and the eleventh surface are rotationally symmetric aspheric surfaces. . Table 14 below shows the aspheric coefficients of the fifth surface, the sixth surface, and the eleventh surface, respectively.

(表14)
(非球面データ)
項 第5面係数 第6面係数 第11面係数
c -0.09685 0.11269 -0.13002
k -1.20030 -0.88844 -1.15656
A(4次) 2.4210186E-05 1.4079225E-04 -2.4286499E-04
B(6次) -9.5168770E-07 1.6343669E-06 1.3535281E-05
C(8次) -2.4608359E-09 -1.1931496E-07 -1.3667381E-06
D(10次) 2.0094362E-10 1.3960379E-09 4.5797215E-08
(E以降の係数は全て0であるので、省略する)
(Table 14)
(Aspheric data)
Term 5th surface coefficient 6th surface coefficient 11th surface coefficient c -0.09685 0.11269 -0.13002
k -1.20030 -0.88844 -1.15656
A (4th order) 2.4210186E-05 1.4079225E-04 -2.4286499E-04
B (6th) -9.5168770E-07 1.6343669E-06 1.3535281E-05
C (8th) -2.4608359E-09 -1.1931496E-07 -1.3667381E-06
D (10th order) 2.0094362E-10 1.3960379E-09 4.5797215E-08
(Since all coefficients after E are 0, they are omitted)

また、表13のレンズデータにおいて、第13面〜第19面は非回転対称な自由曲面である。なお、本実施例では、第19面が自由曲面ミラーMの反射面となっている。下の表15に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In the lens data of Table 13, the thirteenth to nineteenth surfaces are non-rotationally symmetric free-form surfaces. In the present embodiment, the nineteenth surface is the reflecting surface of the free-form mirror M. Table 15 below shows each term coefficient of these free-form surfaces.

(表15)
(自由曲面データ1)
項 第13面係数 第14面係数 第15面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 4.7652139E-02 7.3462603E-02 -7.8338236E-02
C4(x^2) 1.1552008E-02 -1.8268494E-03 -2.8671604E-02
C6(y^2) 2.0876597E-02 2.0926139E-03 -4.6825621E-02
C8(x^2*y) 2.9017450E-03 4.4189750E-03 1.5176782E-03
C10(y^3) -2.2086246E-03 -2.4211969E-03 1.2580946E-03
C11(x^4) -1.4694978E-04 -2.4243297E-04 1.5898508E-04
C13(x^2*y^2) -1.0446856E-04 -2.6332921E-04 -4.5258924E-04
C15(y^4) -3.0221284E-05 -1.2027936E-04 -5.4928473E-04
C17(x^4*y) 7.0039476E-05 8.2101878E-05 1.4621575E-04
C19(x^2*y^3) 6.9752373E-05 9.4262145E-05 1.1715665E-04
C21(y^5) 5.2796265E-06 1.9584930E-05 6.1730193E-05
C22(x^6) 1.2997090E-05 2.7395877E-06 -6.0932245E-06
C24(x^4*y^2) 4.3809389E-05 1.8619375E-05 -2.2012591E-06
C26(x^2*y^4) 4.2857223E-05 1.3190596E-05 -2.4548570E-06
C28(y^6) 1.3336728E-05 2.4605132E-06 1.0698771E-06
C30(x^6*y) 1.5346809E-07 -1.6876819E-07 -9.0235022E-07
C32(x^4*y^3) 8.2601844E-07 8.7365154E-07 1.9022832E-06
C34(x^2*y^5) 4.4808179E-08 1.5804911E-07 1.0603083E-06
C36(y^7) -3.2177996E-07 -6.8377345E-07 -1.7360462E-07
C37(x^8) -6.1770269E-07 -8.7296908E-08 3.9272435E-08
C39(x^6*y^2) -2.8367265E-06 -7.7216410E-07 -1.6472144E-07
C41(x^4*y^4) -3.1258756E-06 -2.6171869E-07 -2.0881349E-07
C43(x^2*y^6) -2.2643212E-06 -1.8440039E-07 -2.6197597E-07
C45(y^8) -4.0446312E-07 1.8412799E-07 2.6523681E-08
(C46以降の係数は全て0であるので、省略する)

(自由曲面データ2)
項 第16面係数 第17面係数 第18面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) -1.5268139E-01 1.2228328E-02 2.6862477E-02
C4(x^2) -1.2598700E-02 1.5016471E-03 -5.9162849E-03
C6(y^2) 9.1618962E-03 4.6044324E-03 -1.6095228E-02
C8(x^2*y) -1.8078806E-03 2.3984151E-03 2.3453350E-03
C10(y^3) 9.3947510E-04 2.4847676E-03 1.7228463E-03
C11(x^4) 9.2039711E-05 -2.0503957E-04 -1.2961665E-04
C13(x^2*y^2) -4.2008388E-04 4.8584277E-05 1.6469446E-04
C15(y^4) -4.3207999E-04 -3.8172977E-05 1.0658944E-05
C17(x^4*y) 9.6848266E-05 1.0094868E-06 -4.8011453E-06
C19(x^2*y^3) 4.7350800E-05 1.0802890E-05 2.5597458E-05
C21(y^5) -6.0758965E-06 -6.4088472E-06 4.1760857E-06
C22(x^6) -2.7308279E-06 -3.2026808E-07 -7.4932265E-08
C24(x^4*y^2) 6.3786092E-06 1.3677013E-06 -9.5156069E-07
C26(x^2*y^4) 5.2829942E-06 -6.9478239E-08 6.4520650E-07
C28(y^6) 5.3127809E-06 5.2364267E-07 1.9490525E-07
C30(x^6*y) -9.4562262E-07 -1.5745306E-07 -2.1814435E-08
C32(x^4*y^3) -2.1787211E-07 -1.2511936E-08 -1.0080547E-07
C34(x^2*y^5) -5.0085211E-07 -4.7807859E-08 -5.3990595E-08
C36(y^7) 2.8574408E-08 1.4140473E-08 -9.3717598E-09
C37(x^8) 2.2019211E-08 4.9289145E-09 1.1568050E-09
C39(x^6*y^2) -5.8672253E-08 -5.2289355E-09 2.9419858E-09
C41(x^4*y^4) 3.0553300E-11 -3.4817972E-09 -2.5420698E-09
C43(x^2*y^6) -4.4148694E-08 1.0464664E-09 -5.3392775E-09
C45(y^8) -3.0243748E-08 -1.7367671E-09 -8.9563065E-10
(C46以降の係数は全て0であるので、省略する)

(自由曲面データ3)
項 第19面係数
c 0
C1(k) 0
C3(y) 5.8255880E-03
C4(x^2) 9.6009201E-03
C6(y^2) 4.3331592E-05
C8(x^2*y) 4.0340417E-04
C10(y^3) 7.9988288E-05
C11(x^4) -3.9342481E-06
C13(x^2*y^2) 1.0206092E-05
C15(y^4) 3.1649776E-06
C17(x^4*y) -3.9478331E-07
C19(x^2*y^3) 3.7452432E-08
C21(y^5) 8.3350449E-08
C22(x^6) 2.5195773E-09
C24(x^4*y^2) -1.6553197E-08
C26(x^2*y^4) -8.8336537E-09
C28(y^6) 1.4433315E-09
C30(x^6*y) 3.4563093E-10
C32(x^4*y^3) -2.9666608E-10
C34(x^2*y^5) -2.9482933E-10
C36(y^7) 1.4958837E-11
C37(x^8) -2.4395532E-12
C39(x^6*y^2) 1.4513725E-11
C41(x^4*y^4) -8.0939383E-13
C43(x^2*y^6) -2.8156119E-12
C45(y^8) -9.9923435E-14
C47(x^8*y) -1.3613661E-13
C49(x^6*y^3) 2.4014824E-13
C51(x^4*y^5) 2.0470013E-14
C53(x^2*y^7) 5.3763726E-15
C55(y^9) -4.3152859E-15
(C55以降の係数は全て0であるので、省略する)
(Table 15)
(Free curved surface data 1)
Term 13th surface coefficient 14th surface coefficient 15th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 4.7652139E-02 7.3462603E-02 -7.8338236E-02
C4 (x ^ 2) 1.1552008E-02 -1.8268494E-03 -2.8671604E-02
C6 (y ^ 2) 2.0876597E-02 2.0926139E-03 -4.6825621E-02
C8 (x ^ 2 * y) 2.9017450E-03 4.4189750E-03 1.5176782E-03
C10 (y ^ 3) -2.2086246E-03 -2.4211969E-03 1.2580946E-03
C11 (x ^ 4) -1.4694978E-04 -2.4243297E-04 1.5898508E-04
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) -1.0446856E-04 -2.6332921E-04 -4.5258924E-04
C15 (y ^ 4) -3.0221284E-05 -1.2027936E-04 -5.4928473E-04
C17 (x ^ 4 * y) 7.0039476E-05 8.2101878E-05 1.4621575E-04
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 6.9752373E-05 9.4262145E-05 1.1715665E-04
C21 (y ^ 5) 5.2796265E-06 1.9584930E-05 6.1730193E-05
C22 (x ^ 6) 1.2997090E-05 2.7395877E-06 -6.0932245E-06
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 4.3809389E-05 1.8619375E-05 -2.2012591E-06
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 4.2857223E-05 1.3190596E-05 -2.4548570E-06
C28 (y ^ 6) 1.3336728E-05 2.4605132E-06 1.0698771E-06
C30 (x ^ 6 * y) 1.5346809E-07 -1.6876819E-07 -9.0235022E-07
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) 8.2601844E-07 8.7365154E-07 1.9022832E-06
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 4.4808179E-08 1.5804911E-07 1.0603083E-06
C36 (y ^ 7) -3.2177996E-07 -6.8377345E-07 -1.7360462E-07
C37 (x ^ 8) -6.1770269E-07 -8.7296908E-08 3.9272435E-08
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -2.8367265E-06 -7.7216410E-07 -1.6472144E-07
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -3.1258756E-06 -2.6171869E-07 -2.0881349E-07
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -2.2643212E-06 -1.8440039E-07 -2.6197597E-07
C45 (y ^ 8) -4.0446312E-07 1.8412799E-07 2.6523681E-08
(Since all coefficients after C46 are 0, they are omitted.)

(Free curved surface data 2)
Term 16th surface coefficient 17th surface coefficient 18th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) -1.5268139E-01 1.2228328E-02 2.6862477E-02
C4 (x ^ 2) -1.2598700E-02 1.5016471E-03 -5.9162849E-03
C6 (y ^ 2) 9.1618962E-03 4.6044324E-03 -1.6095228E-02
C8 (x ^ 2 * y) -1.8078806E-03 2.3984151E-03 2.3453350E-03
C10 (y ^ 3) 9.3947510E-04 2.4847676E-03 1.7228463E-03
C11 (x ^ 4) 9.2039711E-05 -2.0503957E-04 -1.2961665E-04
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) -4.2008388E-04 4.8584277E-05 1.6469446E-04
C15 (y ^ 4) -4.3207999E-04 -3.8172977E-05 1.0658944E-05
C17 (x ^ 4 * y) 9.6848266E-05 1.0094868E-06 -4.8011453E-06
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 4.7350800E-05 1.0802890E-05 2.5597458E-05
C21 (y ^ 5) -6.0758965E-06 -6.4088472E-06 4.1760857E-06
C22 (x ^ 6) -2.7308279E-06 -3.2026808E-07 -7.4932265E-08
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 6.3786092E-06 1.3677013E-06 -9.5156069E-07
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 5.2829942E-06 -6.9478239E-08 6.4520650E-07
C28 (y ^ 6) 5.3127809E-06 5.2364267E-07 1.9490525E-07
C30 (x ^ 6 * y) -9.4562262E-07 -1.5745306E-07 -2.1814435E-08
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -2.1787211E-07 -1.2511936E-08 -1.0080547E-07
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -5.0085211E-07 -4.7807859E-08 -5.3990595E-08
C36 (y ^ 7) 2.8574408E-08 1.4140473E-08 -9.3717598E-09
C37 (x ^ 8) 2.2019211E-08 4.9289145E-09 1.1568050E-09
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -5.8672253E-08 -5.2289355E-09 2.9419858E-09
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 3.0553300E-11 -3.4817972E-09 -2.5420698E-09
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -4.4148694E-08 1.0464664E-09 -5.3392775E-09
C45 (y ^ 8) -3.0243748E-08 -1.7367671E-09 -8.9563065E-10
(Since all coefficients after C46 are 0, they are omitted.)

(Free curved surface data 3)
Term 19th surface coefficient c 0
C1 (k) 0
C3 (y) 5.8255880E-03
C4 (x ^ 2) 9.6009201E-03
C6 (y ^ 2) 4.3331592E-05
C8 (x ^ 2 * y) 4.0340417E-04
C10 (y ^ 3) 7.9988288E-05
C11 (x ^ 4) -3.9342481E-06
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 1.0206092E-05
C15 (y ^ 4) 3.1649776E-06
C17 (x ^ 4 * y) -3.9478331E-07
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 3.7452432E-08
C21 (y ^ 5) 8.3350449E-08
C22 (x ^ 6) 2.5195773E-09
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -1.6553197E-08
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -8.8336537E-09
C28 (y ^ 6) 1.4433315E-09
C30 (x ^ 6 * y) 3.4563093E-10
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -2.9666608E-10
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -2.9482933E-10
C36 (y ^ 7) 1.4958837E-11
C37 (x ^ 8) -2.4395532E-12
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) 1.4513725E-11
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -8.0939383E-13
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -2.8156119E-12
C45 (y ^ 8) -9.9923435E-14
C47 (x ^ 8 * y) -1.3613661E-13
C49 (x ^ 6 * y ^ 3) 2.4014824E-13
C51 (x ^ 4 * y ^ 5) 2.0470013E-14
C53 (x ^ 2 * y ^ 7) 5.3763726E-15
C55 (y ^ 9) -4.3152859E-15
(Since all coefficients after C55 are 0, they are omitted.)

さらに、本実施例における第19面および像面のローカル座標系の偏心を下の表16に示す。   Further, the eccentricity of the local coordinate system of the nineteenth surface and the image surface in this example is shown in Table 16 below.

(表16)
(偏心データ)
面番号 ADE(°) YDE(mm)
19 35.0 0
像面 -60.0 0
(Table 16)
(Eccentric data)
Surface number ADE (°) YDE (mm)
19 35.0 0
Image plane -60.0 0

以下に、各条件式に対する対応値を示す。   The corresponding values for each conditional expression are shown below.

条件式(17) |TL/f|=|294.5972/15.5059|=19.0
条件式(18) |θm/θs|=|35.0/−60|=0.58
(第2自由曲面レンズL22)
L1=16.005
L2=17.961
(x−z断面)
素子側レンズ面極大点座標 (xo1z xo1 )=(0,0)
像側レンズ面極大点座標 (xo2z xo2 )=(0,0)
条件式(3) (x1+xo1)/|x1+xo1|×f1´(x1+xo1)<0
条件式(4) (x2+xo2)/|x2+xo2|×f2´(x2+xo2)<0
式(12) rx1=−L1/2.5=−6.40
式(13) rx2=−L2/0.1=−179.61
条件式(15) −|radxi|<x<|radxi|の範囲で、
zfc1(x)<zs2(x),zfc2(x)<zs2(x)
条件式(16) |radxi|<|rx1|であり、−|radxi|<x<|radxi|の範囲で、
zs1(x)<zfc1(x),zs1(x)<zfc2(x)
Conditional Expression (17) | TL / f | = | 294.5972 / 15.5059 | = 19.0
Conditional Expression (18) | θm / θs | = | 35.0 / −60 | = 0.58
(Second free-form surface lens L22)
L1 = 16.005
L2 = 17.961
(x-z cross section)
Element side lens surface maximum point coordinates (x o1 , z xo1 ) = (0, 0)
Image side lens surface maximum point coordinates (x o2 , z xo2 ) = (0, 0)
Conditional expression (3) (x 1 + x o1 ) / | x 1 + x o1 | × f 1 ′ (x 1 + x o1 ) <0
Conditional expression (4) (x 2 + x o2 ) / | x 2 + x o2 | × f 2 ′ (x 2 + x o2 ) <0
Formula (12) rx1 = −L1 / 2.5 = −6.40
Formula (13) rx2 = −L2 / 0.1 = −179.61
Conditional expression (15) In the range of − | radxi | <x <| radxi |
zfc1 (x) <zs2 (x), zfc2 (x) <zs2 (x)
Conditional expression (16) | radxi | <| rx1 |, and in the range of − | radxi | <x <| radxi |
zs1 (x) <zfc1 (x), zs1 (x) <zfc2 (x)

このように本実施例では、条件式(3)等がそれぞれ満たされていることが分かる。なお、第2自由曲面レンズL22のx−z断面におけるサグ量を図20に示す。   Thus, in this embodiment, it can be seen that conditional expression (3) and the like are satisfied. The sag amount in the xz section of the second free-form curved lens L22 is shown in FIG.

図21は、第4実施例に係る映像投写装置用光学系PLのe線単色のスポットダイヤグラムである。スポットダイヤグラムの下部に表示してある直線の長さは、スクリーン上の1mmに相当する。対応する物点位置は、スポットダイヤグラムの下から順に、(x座標,y座標)=(0.00,0.00)、(1.82,0.00)、(3.65,0.00)、(0.00,1.44)、(1.78,1.44)、(3.55,1.44)、(0.00,-1.44)、(1.87,-1.44)、(3.74,-1.44)、(0.00,2.88)、(1.73,2.88)、(3.46,2.88)、(0.00,-2.88)、(1.92,-2.88)、(3.84,-2.88)である。なお、第4実施例では、画像処理部(図示せず)による映像表示素子DSでの画像処理を併用して台形歪みの補正を行っている。具体的には、短辺が長辺より5%短くなるような入力物体を長方形に投影するように画像処理を行っている。   FIG. 21 is an e-line monochromatic spot diagram of the optical system PL for image projection apparatus according to the fourth example. The length of the straight line displayed at the bottom of the spot diagram corresponds to 1 mm on the screen. The corresponding object point positions are (x coordinate, y coordinate) = (0.00, 0.00), (1.82, 0.00), (3.65, 0.00) in order from the bottom of the spot diagram. ), (0.00, 1.44), (1.78, 1.44), (3.55, 1.44), (0.00, -1.44), (1.87, -1 .44), (3.74, -1.44), (0.000, 2.88), (1.73, 2.88), (3.46, 2.88), (0.000, -2.88), (1.92, -2.88), (3.84, -2.88). In the fourth embodiment, the trapezoidal distortion is corrected by using image processing in the video display element DS by an image processing unit (not shown). Specifically, image processing is performed so that an input object whose short side is 5% shorter than the long side is projected onto a rectangle.

図22は、表示エリアいっぱいに格子を表示させた場合の像(ディストーション)を表現している。そして、図21および図22より、第4実施例では、台形歪みが良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。   FIG. 22 represents an image (distortion) when a grid is displayed over the entire display area. 21 and 22, it can be seen that in the fourth example, the trapezoidal distortion is corrected well and the imaging performance is excellent.

以上、各実施例によれば、コンパクトな構成でありながら、投写した像の台形歪みを良好に補正可能な映像投写装置用光学系PLおよび、これを備えた映像投写装置PRJを実現することができる。   As described above, according to each of the embodiments, it is possible to realize the optical system PL for the image projection apparatus and the image projection apparatus PRJ including the image projection apparatus optical system PL that can satisfactorily correct the trapezoidal distortion of the projected image while having a compact configuration. it can.

なお、上述の実施形態において、投写面R(像面I)が映像投写装置PRJ(筐体BD)の設置面Qと同じ面上に設定されているが、これに限られるものではなく、当該設置面Qと平行な面上に設定されるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the projection plane R (image plane I) is set on the same plane as the installation plane Q of the video projection device PRJ (housing BD). However, the present invention is not limited to this. You may make it set on the surface parallel to the installation surface Q.

PRJ 映像投写装置
DS 映像表示素子
PL 映像投写装置用光学系
G1 回転対称レンズ群
L11 第1回転対称レンズ L12 第2回転対称レンズ
L13 第3回転対称レンズ L14 第4回転対称レンズ
L15 第5回転対称レンズ
G2 自由曲面レンズ群
L21 第1自由曲面レンズ L22 第2自由曲面レンズ
L23 第3自由曲面レンズ
M 自由曲面ミラー Q 設置面
PRJ image projection device DS image display element PL optical system for image projection device G1 rotationally symmetric lens group L11 first rotationally symmetric lens L12 second rotationally symmetric lens L13 third rotationally symmetric lens L14 fourth rotationally symmetric lens L15 fifth rotationally symmetric lens G2 Free-form surface lens group L21 First free-form surface lens L22 Second free-form surface lens L23 Third free-form surface lens M Free-form surface mirror Q Installation surface

Claims (9)

映像表示素子に表示された映像を拡大して所定の投写面に斜め方向から投写する映像投写装置用光学系であって、
光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された回転対称レンズからなる回転対称レンズ群と、中心軸に対して非回転対称に形成された複数の自由曲面レンズからなる自由曲面レンズ群と、中心軸に対して非回転対称に形成された反射面を有する自由曲面ミラーとを有し、
前記自由曲面レンズ群において、前記自由曲面ミラーに最も近いミラー側自由曲面レンズの断面形状が、前記自由曲面レンズ群と前記自由曲面ミラーとの間の光軸および前記自由曲面ミラーと前記投写面との間の光軸を通る第1の断面と垂直な第2の断面において、前記映像表示素子側に凹面を向けたメニスカス形状を有し、
前記第2の断面において、前記映像表示素子から前記自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、前記z軸と垂直な座標軸をx軸として、前記自由曲面レンズのレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,z)を定義し、
前記自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面の場合にi=1とし、前記自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面の場合にi=2としたときに、前記自由曲面レンズの有効範囲内での極大点座標を(xoi,zoi)とし、自由曲面レンズのレンズ面のサグ量をzfi(x)として、次式
zfci(x)=zfi(x+xoi)−zoi
を定義し、
絞りから前記自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面までの空気換算中心距離をL1として、次式
rx1=−L1/2.5
を定義し、
絞りから前記自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面までの空気換算中心距離をL2として、次式
rx2=−L2/0.1
を定義し、
前記rx1および前記rx2をrxiとして、次式
zsi(x)=rxi+[(rxi) 2 −x 2 ] 1/2
を定義したとき、
前記原点から前記有効範囲の端までのx方向長さの絶対値を|radxi|としたとき、
−|radxi|<x<|radxi|の範囲で、次式
zfci(x)<zs2(x)
の条件を満足するとともに、
|rx1|<|radxi|のときには−|rx1|<x<|rx1|の範囲で、|radxi|<|rx1|のときには−|radxi|<x<|radxi|の範囲で、次式
zs1(x)<zfci(x)
の条件を満足することを特徴とする映像投写装置用光学系。
An optical system for an image projection apparatus that enlarges an image displayed on an image display element and projects the image on a predetermined projection surface from an oblique direction,
A rotationally symmetric lens group composed of rotationally symmetric lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis and arranged in order from the image display element side along the optical axis, and a plurality of non-rotationally symmetric lenses formed with respect to the central axis A free-form surface lens group consisting of a free-form surface lens, and a free-form surface mirror having a reflection surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis,
In the free-form surface lens group, the mirror-side free-form surface lens closest to the free-form surface mirror has an optical axis between the free-form surface lens group and the free-form surface mirror, the free-form surface mirror, and the projection surface. A second cross section perpendicular to the first cross section passing through the optical axis between the two , having a meniscus shape with a concave surface facing the image display element side ,
In the second cross section, the coordinate axis of the optical axis direction in which the direction from the image display element toward the free-form curved mirror is positive is the z-axis, and the coordinate axis perpendicular to the z-axis is the x-axis, Define a local coordinate system (x, z) with the origin at the intersection of the lens surface and the optical axis,
When i = 1 for the lens surface of the free-form surface lens on the image display element side and i = 2 for the lens surface of the free-form surface lens on the free-form surface mirror side, the free-form surface lens The maximum point coordinate within the effective range is (xoi, zoi), and the sag amount of the free-form lens is zfi (x).
zfci (x) = zfi (x + xoi) −zoi
Define
The air conversion center distance from the diaphragm to the lens surface on the image display element side of the free-form surface lens is L1, and the following formula
rx1 = -L1 / 2.5
Define
The air conversion center distance from the diaphragm to the lens surface of the free-form curved lens side of the free-form curved lens is L2, and the following formula
rx2 = −L2 / 0.1
Define
Where rx1 and rx2 are rxi,
zsi (x) = rxi + [(rxi) 2 −x 2 ] 1/2
When defining
When the absolute value of the length in the x direction from the origin to the end of the effective range is | radxi |
In the range − | radxi | <x <| radxi |
zfci (x) <zs2 (x)
While satisfying the conditions of
When | rx1 | <| radxi |, the range is − | rx1 | <x <| rx1 |. When | radxi | <| rx1 |, the range is − | radxi | <x <| radxi |
zs1 (x) <zfci (x)
An optical system for an image projection apparatus, characterized by satisfying the following conditions .
前記自由曲面レンズ群において、前記ミラー側自由曲面レンズおよび、前記ミラー側自由曲面レンズの隣に配置された素子側自由曲面レンズのうち、少なくとも一方の断面形状が、前記第1の断面において、前記映像表示素子側に凹面を向けたメニスカス形状を有していることを特徴とする請求項1に記載の映像投写装置用光学系。 In the free-form surface lens group, at least one of the cross-sectional shape of the mirror-side free-form surface lens and the element-side free-form surface lens arranged next to the mirror-side free-form surface lens is the first cross-section , The optical system for an image projection apparatus according to claim 1, wherein the image display device has a meniscus shape with a concave surface facing the image display element side. 前記第1の断面において、前記z軸と垂直な座標軸をy軸として、自由曲面レンズのレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(y,z)を定義し、
前記自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面の場合にi=1とし、前記自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面の場合にi=2としたときに、前記自由曲面レンズの有効範囲内での極大点座標を(yoi,zoi)とし、前記自由曲面レンズのレンズ面のサグ量をzfi(y)として、次式
zfci(y)=zfi(y+yoi)−zoi
を定義し、
絞りから前記自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面までの空気換算中心距離をL1として、次式
ry1=−L1/3.5
を定義し、
絞りから前記自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面までの空気換算中心距離をL2として、次式
ry2=−L2
を定義し、
前記ry1および前記ry2をryiとして、次式
zsi(y)=ryi+[(ryi)2−y2]1/2
を定義したとき、
前記原点から前記有効範囲の端までのy方向長さの絶対値を|radyi|としたとき、
−|radyi|<y<|radyi|の範囲で、次式
zfci(y)<zs2(y)
の条件を満足するとともに、
|ry1|<|radyi|のときには−|ry1|<y<|ry1|の範囲で、|radyi|<|ry1|のときには−|radyi|<y<|radyi|の範囲で、次式
zs1(y)<zfci(y)
の条件を満足することを特徴とする請求項2に記載の映像投写装置用光学系。
In the first cross section , a local coordinate system (y, z) is defined with the origin of the intersection of the lens surface of the free-form surface lens and the optical axis, with the coordinate axis perpendicular to the z axis as the y axis,
When i = 1 for the lens surface of the free-form surface lens on the image display element side and i = 2 for the lens surface of the free-form surface lens on the free-form surface mirror side, the free-form surface lens The maximum point coordinate within the effective range is (yoi, zoi), and the sag amount of the lens surface of the free-form surface lens is zfi (y).
zfci (y) = zfi (y + yoi) −zoi
Define
The air conversion center distance from the diaphragm to the lens surface on the image display element side of the free-form surface lens is L1, and the following formula
ry1 = -L1 / 3.5
Define
The air conversion center distance from the diaphragm to the lens surface of the free-form curved lens side of the free-form curved lens is L2, and the following formula
ry2 = −L2
Define
Ry1 and ry2 as ryi,
zsi (y) = ryi + [(ryi) 2 −y 2 ] 1/2
When defining
When the absolute value of the length in the y direction from the origin to the end of the effective range is | radyi |
In the range − | radyi | <y <| radyi |
zfci (y) <zs2 (y)
While satisfying the conditions of
When | ry1 | <| radyi |, the range is − | ry1 | <y <| ry1 |. When | radyi | <| ry1 |, the range is − | radyi | <y <| radyi |.
zs1 (y) <zfci (y)
The optical system for an image projection apparatus according to claim 2 , wherein the following condition is satisfied.
映像表示素子に表示された映像を拡大して所定の投写面に斜め方向から投写する映像投写装置用光学系であって、
光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された回転対称レンズからなる回転対称レンズ群と、中心軸に対して非回転対称に形成された複数の自由曲面レンズからなる自由曲面レンズ群と、中心軸に対して非回転対称に形成された反射面を有する自由曲面ミラーとを有し、
前記自由曲面レンズ群において、前記自由曲面ミラーに最も近いミラー側自由曲面レンズおよび、前記ミラー側自由曲面レンズの隣に配置された素子側自由曲面レンズのうち、少なくとも一方の断面形状が、前記自由曲面レンズ群と前記自由曲面ミラーとの間の光軸および前記自由曲面ミラーと前記投写面との間の光軸を通る第1の断面と垂直な第2の断面において、前記映像表示素子側に凹面を向けたメニスカス形状を有し、
前記素子側自由曲面レンズの前記第1の断面における断面形状が、前記映像表示素子側に凹面を向けたメニスカス形状を有し、
前記第1の断面において、前記映像表示素子から前記自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、前記z軸と垂直な座標軸をy軸として、自由曲面レンズのレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(y,z)を定義し、
前記自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面の場合にi=1とし、前記自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面の場合にi=2としたときに、前記自由曲面レンズの有効範囲内での極大点座標を(yoi,zoi)とし、前記自由曲面レンズのレンズ面のサグ量をzfi(y)として、次式
zfci(y)=zfi(y+yoi)−zoi
を定義し、
絞りから前記自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面までの空気換算中心距離をL1として、次式
ry1=−L1/3.5
を定義し、
絞りから前記自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面までの空気換算中心距離をL2として、次式
ry2=−L2
を定義し、
前記ry1および前記ry2をryiとして、次式
zsi(y)=ryi+[(ryi) 2 −y 2 ] 1/2
を定義したとき、
前記原点から前記有効範囲の端までのy方向長さの絶対値を|radyi|としたとき、
−|radyi|<y<|radyi|の範囲で、次式
zfci(y)<zs2(y)
の条件を満足するとともに、
|ry1|<|radyi|のときには−|ry1|<y<|ry1|の範囲で、|radyi|<|ry1|のときには−|radyi|<y<|radyi|の範囲で、次式
zs1(y)<zfci(y)
の条件を満足し、
前記第2の断面において、前記z軸と垂直な座標軸をx軸として、前記自由曲面レンズのレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,z)を定義し、
前記自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面の場合にi=1とし、前記自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面の場合にi=2としたときに、前記自由曲面レンズの有効範囲内での極大点座標を(xoi,zoi)とし、自由曲面レンズのレンズ面のサグ量をzfi(x)として、次式
zfci(x)=zfi(x+xoi)−zoi
を定義し、
絞りから前記自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面までの空気換算中心距離をL1として、次式
rx1=−L1/2.5
を定義し、
絞りから前記自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面までの空気換算中心距離をL2として、次式
rx2=−L2/0.1
を定義し、
前記rx1および前記rx2をrxiとして、次式
zsi(x)=rxi+[(rxi)2−x2]1/2
を定義したとき、
前記原点から前記有効範囲の端までのx方向長さの絶対値を|radxi|としたとき、
−|radxi|<x<|radxi|の範囲で、次式
zfci(x)<zs2(x)
の条件を満足するとともに、
|rx1|<|radxi|のときには−|rx1|<x<|rx1|の範囲で、|radxi|<|rx1|のときには−|radxi|<x<|radxi|の範囲で、次式
zs1(x)<zfci(x)
の条件を満足することを特徴とする映像投写装置用光学系。
An optical system for an image projection apparatus that enlarges an image displayed on an image display element and projects the image on a predetermined projection surface from an oblique direction,
A rotationally symmetric lens group composed of rotationally symmetric lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis and arranged in order from the image display element side along the optical axis, and a plurality of non-rotationally symmetric lenses formed with respect to the central axis A free-form surface lens group consisting of a free-form surface lens, and a free-form surface mirror having a reflection surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis,
In the free-form surface lens group, at least one of the cross-sectional shape of the free-form surface lens closest to the free-form surface mirror and the element-side free-form surface lens arranged adjacent to the free-form mirror surface lens is the free-form lens. In the second cross section perpendicular to the first cross section passing through the optical axis between the curved lens group and the free curved mirror and the optical axis between the free curved mirror and the projection plane, It has a meniscus shape with a concave surface,
The cross-sectional shape in the first cross section of the element-side free-form surface lens has a meniscus shape with a concave surface facing the image display element side,
In the first cross section, a lens of a free-form surface lens with a coordinate axis in the optical axis direction that is positive in the direction from the image display element toward the free-form surface mirror being a z-axis, and a coordinate axis perpendicular to the z-axis is a y-axis Define a local coordinate system (y, z) with the origin at the intersection of the surface and the optical axis,
When i = 1 for the lens surface of the free-form surface lens on the image display element side and i = 2 for the lens surface of the free-form surface lens on the free-form surface mirror side, the free-form surface lens The maximum point coordinate within the effective range is (yoi, zoi), and the sag amount of the lens surface of the free-form surface lens is zfi (y).
zfci (y) = zfi (y + yoi) −zoi
Define
The air conversion center distance from the diaphragm to the lens surface on the image display element side of the free-form surface lens is L1, and the following formula
ry1 = -L1 / 3.5
Define
The air conversion center distance from the diaphragm to the lens surface of the free-form curved lens side of the free-form curved lens is L2, and the following formula
ry2 = −L2
Define
Ry1 and ry2 as ryi,
zsi (y) = ryi + [(ryi) 2 −y 2 ] 1/2
When defining
When the absolute value of the length in the y direction from the origin to the end of the effective range is | radyi |
In the range − | radyi | <y <| radyi |
zfci (y) <zs2 (y)
While satisfying the conditions of
When | ry1 | <| radyi |, the range is − | ry1 | <y <| ry1 |.
zs1 (y) <zfci (y)
Satisfy the conditions of
In the second cross section, a local coordinate system (x, z) is defined with the origin of the intersection of the lens surface of the free-form surface lens and the optical axis, with the coordinate axis perpendicular to the z axis as the x axis,
When i = 1 for the lens surface of the free-form surface lens on the image display element side and i = 2 for the lens surface of the free-form surface lens on the free-form surface mirror side, the free-form surface lens The maximum point coordinate within the effective range is (xoi, zoi), and the sag amount of the free-form lens is zfi (x).
zfci (x) = zfi (x + xoi) −zoi
Define
The air conversion center distance from the diaphragm to the lens surface on the image display element side of the free-form surface lens is L1, and the following formula
rx1 = -L1 / 2.5
Define
The air conversion center distance from the diaphragm to the lens surface of the free-form curved lens side of the free-form curved lens is L2, and the following formula
rx2 = −L2 / 0.1
Define
Where rx1 and rx2 are rxi,
zsi (x) = rxi + [(rxi) 2 −x 2 ] 1/2
When defining
When the absolute value of the length in the x direction from the origin to the end of the effective range is | radxi |
In the range − | radxi | <x <| radxi |
zfci (x) <zs2 (x)
While satisfying the conditions of
When | rx1 | <| radxi |, the range is − | rx1 | <x <| rx1 |.
zs1 (x) <zfci (x)
An optical system for an image projection apparatus , characterized by satisfying the following conditions .
前記自由曲面レンズ群が3つの前記自由曲面レンズからなることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の映像投写装置用光学系。   The optical system for an image projection apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the free-form surface lens group includes three free-form surface lenses. 前記回転対称レンズ群の焦点距離をfとし、前記映像投写装置用光学系の全長をTLとしたとき、次式
15≦|TL/f|≦30
の条件を満足することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の映像投写装置用光学系。
Assuming that the focal length of the rotationally symmetric lens group is f and the total length of the optical system for the image projection apparatus is TL, the following expression 15 ≦ | TL / f | ≦ 30
The optical system for a video projection apparatus according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記自由曲面レンズ群と前記自由曲面ミラーとの間の光軸と垂直な面に対する前記反射面の傾斜角をθmとし、前記自由曲面ミラーと前記投写面との間の光軸と垂直な面に対する前記投写面の傾斜角をθsとしたとき、次式
0.5≦|θm/θs|≦0.7
の条件を満足することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の映像投写装置用光学系。
An inclination angle of the reflecting surface with respect to a surface perpendicular to the optical axis between the free-form surface lens group and the free-form surface mirror is θm, and a surface perpendicular to the optical axis between the free-form surface mirror and the projection surface is used. When the inclination angle of the projection surface is θs, the following formula 0.5 ≦ | θm / θs | ≦ 0.7
The optical system for an image projection apparatus according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
所定の設置面に設置された状態で使用され、前記設置面と同じ面上または前記設置面と略平行な面上に映像を斜め方向から投写する映像投写装置であって、前記映像投写装置を構成する光学系が請求項1から7のいずれか一項に記載の映像投写装置用光学系であることを特徴とする映像投写装置。   An image projection device that is used in a state where it is installed on a predetermined installation surface and projects an image from an oblique direction on the same surface as the installation surface or a surface substantially parallel to the installation surface, the image projection device An image projection apparatus, wherein the optical system is the optical system for an image projection apparatus according to any one of claims 1 to 7. 前記映像表示素子で表示される映像に対し所定の画像処理を行って前記斜め方向から投写される映像の台形歪みを補正する画像処理部を備えることを特徴とする請求項8に記載の映像投写装置。   9. The image projection according to claim 8, further comprising an image processing unit that performs predetermined image processing on the image displayed on the image display element to correct a trapezoidal distortion of the image projected from the oblique direction. apparatus.
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