JP5867577B2 - Image projection device - Google Patents

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本発明は、映像投写装置に関する。 The present invention relates to a Film image projection device.

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

このような映像投写装置では、スクリーン(投写面)の位置も含めて全体的に小型化することが望まれている。このような要求を満足するためには、スクリーンの位置を映像投写装置自身の近くにすることが可能な、斜め投写方式を採用すると良い。しかしながら、斜め投写方式の場合、スクリーン上に投写した像に大きな歪み(台形歪み)が発生するため、これを低減することが要求されている。   In such an image projection apparatus, it is desired to reduce the overall size including the position of the screen (projection surface). In order to satisfy such a requirement, it is preferable to adopt an oblique projection method that allows the screen position to be close to the image projection apparatus itself. However, in the case of the oblique projection method, a large distortion (trapezoidal distortion) occurs in the image projected on the screen, and it is required to reduce this.

本発明の第1の態様においては、映像投写装置は、映像表示素子と、映像投写装置用光学系とを備える映像投写装置であって、所定の設置面に設置された状態で使用され、前記映像表示素子に表示された映像を拡大して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斜め方向から投写し、前記映像投写装置用光学系は、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投写レンズからなる投写レンズ群と、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、前記映像表示素子を前記投写レンズ群から前記自由曲面ミラーで反射する前までの光軸と垂直な方向へ平行移動させることにより、前記投写面に投写された像に生じる台形歪みを補正可能に構成されており、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、少なくとも一方における前記光軸を含む断面が、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、前記自由曲面ミラーで反射した後の前記映像表示素子の中心からの主光線と前記光軸とのなす角をαとし、前記光軸から前記映像表示素子の中心までの距離をhとし、前記投写レンズ群の焦点距離をfとしたとき、次式
0.14≦|{sin-1(h/f)}/α|≦0.20
の条件を満足することを特徴とする。
In a first aspect of the present invention, the video projection equipment is a video display device, an image projection apparatus comprising an optical system for image projection device is used in a state of being installed at a predetermined installation surface, The image displayed on the image display element is enlarged and projected from the oblique direction on the same surface as the installation surface or on a surface substantially parallel to the installation surface, and the optical system for the image projection device follows the optical axis. And a plurality of free-form surface lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis, and a plurality of free-form surface lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis. A free-form surface lens group, and a free-form surface mirror having a reflection surface formed in a non-rotationally symmetrical manner with respect to the central axis until the image display element is reflected from the projection lens group by the free-form surface mirror Translation in the direction perpendicular to the optical axis Therefore, it is possible to correct the trapezoidal distortion generated in the image projected on the projection surface, and in the free-form surface lens group, the mirror-side free-form surface lens closest to the free-form surface mirror, and the mirror-side free-form lens A cross section including the optical axis in at least one of the element-side free-form surface lenses arranged next to the curved lens has a meniscus shape with a concave surface facing the image display element side, and is reflected by the free-form surface mirror The angle formed between the principal ray from the center of the image display element and the optical axis is α, the distance from the optical axis to the center of the image display element is h, and the focal length of the projection lens group is f. Then, the following expression 0.14 ≦ | {sin −1 (h / f)} / α | ≦ 0.20
It satisfies the following conditions.

本発明の第2の態様においては、映像投写装置は、映像表示素子と、映像投写装置用光学系とを備える映像投写装置であって、所定の設置面に設置された状態で使用され、前記映像表示素子に表示された映像を拡大して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斜め方向から投写し、前記映像投写装置用光学系は、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投写レンズからなる投写レンズ群と、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、前記映像表示素子を前記投写レンズ群から前記自由曲面ミラーで反射する前までの光軸と垂直な方向へ平行移動させることにより、前記投写面に投写された像に生じる台形歪みを補正可能に構成されており、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、少なくとも一方における前記光軸を含む断面が、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、前記投写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|≦20
の条件を満足することを特徴とする。
In a second aspect of the present invention, the video projection equipment is a video display device, an image projection apparatus comprising an optical system for image projection device is used in a state of being installed at a predetermined installation surface, The image displayed on the image display element is enlarged and projected from the oblique direction on the same surface as the installation surface or on a surface substantially parallel to the installation surface, and the optical system for the image projection device follows the optical axis. And a plurality of free-form surface lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis, and a plurality of free-form surface lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis. A free-form surface lens group, and a free-form surface mirror having a reflection surface formed in a non-rotationally symmetrical manner with respect to the central axis until the image display element is reflected from the projection lens group by the free-form surface mirror Translation in the direction perpendicular to the optical axis Therefore, it is possible to correct the trapezoidal distortion generated in the image projected on the projection surface, and in the free-form surface lens group, the mirror-side free-form surface lens closest to the free-form surface mirror, and the mirror-side free-form lens A cross section including the optical axis in at least one of the element-side free-form curved lenses arranged next to the curved lens has a meniscus shape with a concave surface facing the image display element, and the focal length of the projection lens group Is f, and the total length of the optical system for the image projection apparatus is TL, the following equation 15 ≦ | TL / f | ≦ 20
It satisfies the following conditions.

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実施例に係る映像投写装置用光学系の第1の横収差図である。It is a 1st lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る映像投写装置用光学系の第2の横収差図である。It is a 2nd lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る映像投写装置用光学系の第3の横収差図である。It is a 3rd lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る映像投写装置用光学系の第4の横収差図である。It is a 4th lateral aberration figure of the optical system for image projectors concerning the 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実施例に係る映像投写装置用光学系の第1の横収差図である。It is a 1st lateral aberration figure 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第2の横収差図である。It is a 2nd lateral aberration figure 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第3の横収差図である。It is a 3rd lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses concerning 2nd Example. 第2実施例に係る映像投写装置用光学系の第4の横収差図である。It is a 4th lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses concerning the 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実施例に係る映像投写装置用光学系の第1の横収差図である。It is a 1st lateral aberration figure 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第2の横収差図である。It is a 2nd lateral aberration figure 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第3の横収差図である。It is a 3rd lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses concerning 3rd Example. 第3実施例に係る映像投写装置用光学系の第4の横収差図である。It is a 4th lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses concerning 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実施例に係る映像投写装置用光学系の第1の横収差図である。It is a 1st lateral aberration figure 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第2の横収差図である。It is a 2nd lateral aberration figure 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第3の横収差図である。It is a 3rd lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses concerning 4th Example. 第4実施例に係る映像投写装置用光学系の第4の横収差図である。It is a 4th lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses concerning the 4th example. 第5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 5th Example. 第5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 5th example. 第5実施例に係る映像投写装置用光学系の第1の横収差図である。It is a 1st lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 5th Example. 第5実施例に係る映像投写装置用光学系の第2の横収差図である。It is a 2nd lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses concerning 5th Example. 第5実施例に係る映像投写装置用光学系の第3の横収差図である。It is a 3rd lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses concerning 5th Example. 第5実施例に係る映像投写装置用光学系の第4の横収差図である。It is a 4th lateral aberration figure of the optical system for image projection apparatuses concerning 5th 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. 自由曲面レンズ群の傾きを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the inclination of a free-form surface lens group.

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。まず始めに、本実施形態で用いられる「光学系の光軸」および「レンズ(群)の中心軸」の定義方法につ
いて説明する。本実施形態では、レンズ各面の位置、形状、光線の位置等の情報を代表的な一つの座標系で表すのではなく、レンズ各面にそれぞれ固有の座標系として右手系xyz直交座標(以下、ローカル座標系と称する)を配置し、隣り合う(前後の)ローカル座標系同士で前記情報を共有することにより光学系全体を表現することにしている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a definition method of “optical axis of optical system” and “center axis of lens (group)” used in the present embodiment will be described. In the present embodiment, information such as the position, shape, and light beam position of each lens surface is not represented by a single representative coordinate system, but a right-handed xyz orthogonal coordinate (hereinafter referred to as a coordinate system unique to each lens surface). , Referred to as a local coordinate system), and the information is shared between adjacent (front and rear) local coordinate systems to represent the entire optical system.

「レンズ(群)の中心軸」(以下、単に中心軸と呼ぶこともある)に関しては、レンズ(群)各面のローカル座標系の原点同士を直線で繋いだものを考え、それを「レンズ(群)の中心軸」と定義する。本実施形態では、各座標系のz軸は中心軸に平行である。すな
わち、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中心軸方向の座標軸をz軸とし、後述のy−z断面においてz軸と垂直な座標軸をy軸とし、z軸およびy軸と垂
直な座標軸をx軸としている。しかし、必ずしもz軸は中心軸に対し平行でなければならない訳ではない。また、ミラー面に関しては、この面のローカル座標系のz軸を中心軸と定義する。
Regarding the “center axis of the lens (group)” (hereinafter sometimes simply referred to as the center axis), it is considered that the origin of the local coordinate system of each surface of the lens (group) is connected by a straight line, (Group) center axis ". In this embodiment, the z axis of each coordinate system is parallel to the central axis. That is, the coordinate axis in the central 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, and the coordinate axis perpendicular to the z-axis in the yz section described later is the y-axis. The coordinate axis perpendicular to the axis is the x axis. However, the z axis does not necessarily have to be parallel to the central axis. For the mirror surface, the z axis of the local coordinate system of this surface is defined as the central axis.

「光学系の光軸」(以下、単に光軸と称することもある)に関しては、物体面(映像表示素子DSの表示面)から出て回転対称な基準投写レンズ群G1の中心軸を通り、自由曲面ミラーMで反射(反射の法則に従う)して像面I(投写面R)に到達する、一本の直線のことと定義する。すなわち、本実施形態では基準投写レンズ群G1の中心軸は光軸と一致している。   With respect to the “optical axis of the optical system” (hereinafter sometimes simply referred to as the optical axis), it passes through the central axis of the rotationally symmetric reference projection lens group G1 from the object surface (display surface of the video display element DS). It is defined as a single straight line that is reflected by the free-form curved mirror M (following the law of reflection) and reaches the image plane I (projection plane R). That is, in the present embodiment, the central axis of the reference projection lens group G1 coincides with the optical axis.

なお、自由曲面レンズ群G2の中心軸に関して、本実施形態では前述のような方法で定義しているが、各ローカル座標系の原点が同一直線上にない場合は次のように定義しても良い。すなわち、自由曲面レンズ群G2の最前面(最も映像表示素子DS側の面)におけるローカル座標系の原点と自由曲面レンズ群G2の最後面(最も像側の面)におけるローカル座標系の原点とを直線で繋ぎ、この直線を中心軸と定義する。このとき、自由曲面レンズ群G2内の各ローカル座標系のz軸は必ずしも中心軸と平行でなくとも良いものとする。   In this embodiment, the central axis of the free-form surface lens group G2 is defined by the method as described above. However, if the origins of the local coordinate systems are not on the same straight line, they may be defined as follows. good. That is, the origin of the local coordinate system on the foremost surface (surface closest to the image display element DS) of the free-form surface lens group G2 and the origin of the local coordinate system on the last surface (most image-side surface) of the free-form surface lens group G2. Connected with a straight line, this straight line is defined as the central axis. At this time, the z axis of each local coordinate system in the free-form surface lens group G2 is not necessarily parallel to the central axis.

さて、本実施形態の映像投写装置PRJが図31および図32に示されている。なお、図31は映像投写装置PRJの斜視図であり、図32は映像投写装置PRJの断面図である。図31および図32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)からの光を偏光プリズムを介して映像表示素子DSに入射させた後、当該映像表示素子DSで反射して得られた映像(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。   Now, the image projection apparatus PRJ of this embodiment is shown in FIGS. FIG. 31 is a perspective view of the image projection device PRJ, and FIG. 32 is a cross-sectional view of the image projection device PRJ. 31 and 32 includes a cylindrical box-shaped housing BD having a window W on the front surface, an image display element DS housed in each of the housings BD, and an 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 incident on the image display element DS through the polarizing prism, and then the image (light) obtained by reflecting on the image display element DS is transmitted through the optical system PL and the window W for the image projection apparatus, which will be described in detail later. Thus, the image projection 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投写レンズからなる基準投写レンズ群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。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、基準投写レンズ群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。そして、本実施形態の映像投写装置用光学系PLでは、上述のように自由曲面レンズ群G2および自由曲面ミラーMを組み込んで、映像表示素子DSを基準投写レンズ群G1から自由曲面ミラーMで反射する前までの光軸と垂直な方向へ平行移動(シフト)させることにより、投写面Rに投写された像に生じる台形歪みを補正するようになっている。
The optical system PL for image projection apparatus includes a reference projection lens group G1 composed of a plurality of projection lenses arranged in order from the image display element DS side along the optical axis and formed rotationally symmetrically with respect to the center axis, and the center axis And a free-form surface lens group G2 composed of a plurality of free-form surface lenses formed in a non-rotationally symmetric manner, and a free-form surface mirror M having a reflection surface formed in a non-rotationally symmetric manner with respect to the central axis. Is done. In such an image projection apparatus optical system PL, light emitted from the image display element DS is transmitted through the reference projection 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. In the image projection apparatus optical system PL of the present embodiment, the free-form surface lens group G2 and the free-form surface mirror M are incorporated as described above, and the image display element DS is reflected by the free-form surface mirror M from the reference projection lens group G1. The trapezoidal distortion generated in the image projected on the projection plane R is corrected by translation (shifting) in a direction perpendicular to the optical axis before the optical axis.

なお、本実施形態において、基準投写レンズ群G1の光軸方向をZ方向とし、Z方向と垂直な図1における上下方向をY方向とし、Z方向およびY方向と垂直な図1における前後方向をX方向と称することがある。すなわち、映像表示素子DSは、図示しない位置調整機構(ネジ機構)を用いてXY方向に平行移動(シフト)可能に構成され、製造時等において位置調整機構(ネジ機構)により映像表示素子DSをXY方向に平行移動(シフト)させて位置調整を行うことで、投写面Rに投写される像の台形歪みが補正される。   In this embodiment, the optical axis direction of the reference projection lens group G1 is the Z direction, the vertical direction in FIG. 1 perpendicular to the Z direction is the Y direction, and the longitudinal direction in FIG. 1 perpendicular to the Z direction and the Y direction is the vertical direction. Sometimes referred to as the X direction. That is, the image display element DS is configured to be able to translate (shift) in the X and Y directions using a position adjustment mechanism (screw mechanism) (not shown), and the image display element DS is moved by the position adjustment mechanism (screw mechanism) at the time of manufacture or the like. By adjusting the position by parallel translation (shift) in the XY directions, the trapezoidal distortion of the image projected on the projection plane R is corrected.

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、少なくとも一方における前記光軸を含む断面(例えば、基準投写レンズ群G1から自由曲面ミラーMで反射する前までの光軸および自由曲面ミラーMで反射した後の光軸を通るy−z断面や、当該y−z断面と垂直なx−z断面等)が、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。本実施形態におけるy−z断面およびx−z断面は、光軸にz軸を一致させた、3次元直交座標系(xyz座標
系)によって決定される断面である。
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 a free-form surface lens (for example, the second free-form surface lens L22 in the embodiment), a cross-section including at least one of the optical axes (for example, an optical axis from the reference projection lens group G1 before being reflected by the free-form surface mirror M, and The y-z cross section passing through the optical axis after being reflected by the free-form surface mirror M and the x-z cross section perpendicular to the y-z cross section) has a meniscus shape with the concave surface facing the image display element DS side. It is preferable. The yz cross section and the xz cross section in this embodiment are cross sections determined by a three-dimensional orthogonal coordinate system (xyz coordinate system) in which the z axis coincides with the optical axis.

本実施形態の映像投写装置用光学系PLでは、自由曲面を用いることと映像表示素子DSを基準投写レンズ群G1に対してシフトさせることを組み合わせることで、斜めに投写した像で発生する台形歪みを補正している。自由曲面を用いて回転非対称な台形歪みを補正する場合、自由曲面自体が回転非対称な形状になるため、この面で回転非対称な収差が発生する。そのため自由曲面レンズ群G2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。上記の条件はこれを満足するためのものである。   In the image projection apparatus optical system PL of the present embodiment, a trapezoidal distortion generated in an image projected obliquely by combining the use of a free-form surface and the shift of the image display element DS with respect to the reference projection lens group G1. Is corrected. When a rotationally asymmetric trapezoidal distortion is corrected using 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 lens group G2 must suppress the generation of rotationally asymmetric aberration as much as possible while correcting the trapezoidal distortion. The above conditions are for satisfying this.

本実施形態の映像投写装置用光学系PLは拡大投写を行うため、映像表示素子DSの各点から出射する主光線は基準投写レンズ群G1を通過(透過)後に発散光線となる。このとき、自由曲面レンズが上記条件のように映像表示素子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、メニスカス形状にすることによって、最初の面(レンズ前面)で発生した回転非対称な収差を次の面(レンズ後面)ですぐ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、上記条件が満足されない場合、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。   Since the image projection apparatus optical system PL of the present embodiment performs enlarged projection, the principal ray emitted from each point of the image display element DS becomes a divergent ray after passing (transmitting) the reference projection lens group G1. At this time, if the free-form surface lens has a meniscus shape with the concave surface facing the image display element DS as in the above condition, the light incident angle becomes small and the light can be bent without difficulty. In addition, the meniscus shape makes it possible to cancel the rotationally asymmetric aberration that occurred on the first surface (front surface of the lens) immediately on the next surface (the rear surface of the lens). Thus, it becomes possible to correct trapezoidal distortion. If the above conditions are not satisfied, a large amount of rotationally asymmetrical aberrations occur when correcting trapezoidal distortion on a free-form surface, and all aberrations are good at short distances, especially when downsizing the optical system. It becomes very difficult when it has to be corrected.

また、例えば図33に示すように、自由曲面レンズ群G2の中心軸が基準投写レンズ群G1から自由曲面ミラーMで反射する前までの光軸に対して傾いており、前記光軸に対する自由曲面レンズ群G2の中心軸の傾き角をθとし、前記光軸から映像表示素子DSの中心までの距離をhとし、基準投写レンズ群G1の焦点距離をfとしたとき、次の条件式(1)で表される条件を満足することが好ましい。   For example, as shown in FIG. 33, the central axis of the free-form surface lens group G2 is inclined with respect to the optical axis from the reference projection lens group G1 before being reflected by the free-form surface mirror M, and the free-form surface with respect to the optical axis When the inclination angle of the central axis of the lens group G2 is θ, the distance from the optical axis to the center of the image display element DS is h, and the focal length of the reference projection lens group G1 is f, the following conditional expression (1 It is preferable that the conditions represented by

0.7≦|h/(f×sinθ)|≦1.5 …(1)   0.7 ≦ | h / (f × sin θ) | ≦ 1.5 (1)

ここで、自由曲面レンズ群G2の中心軸とは、群を構成する各自由曲面においてそれぞれの関数を表すための基準となる座標系(以下、ローカル座標系と称する)を考えたとき、各ローカル座標系の原点同士を直線で繋いだものと定義する。このとき、各ローカル座標系の原点が一直線上に無い場合は、自由曲面レンズ群G2の最前面(最も映像表示素子DS側の面)における座標原点の光軸からの高さ(光軸に垂直な距離)と、自由曲面レンズ群G2の最後面(最も像側の面)における座標原点の光軸からの高さと、これら2点間の光軸上の距離とを用いて傾き直線を求め、求めた傾き直線を自由曲面レンズ群G2の中心軸とする。   Here, the central axis of the free-form surface lens group G2 refers to a local coordinate system (hereinafter referred to as a local coordinate system) for representing each function in each free-form surface constituting the group. Define the origin of the coordinate system as a straight line. At this time, if the origin of each local coordinate system is not on a straight line, the height from the optical axis of the coordinate origin on the forefront surface (surface closest to the image display element DS) of the free-form surface lens group G2 (perpendicular to the optical axis). An inclination line using the distance from the optical axis of the coordinate origin on the last surface (most image side surface) of the free-form surface lens group G2 and the distance on the optical axis between these two points, The obtained inclination straight line is set as the central axis of the free-form surface lens group G2.

映像表示素子DSの表示面(以下、単に素子面と称する)を光軸に対してシフトさせているため、映像表示素子DSの中心から出た主光線でさえも各自由曲面の法線に対しある角度をもって入射する。これにより、素子面内で最も光軸よりの端から出た光線は自由曲面の法線に対し小さい角度で入射することになるが、素子面内で最も光軸から離れた端から出た光線は自由曲面の法線に対し非常に大きな角度をもって入射することになる。この状態では、映像表示素子DSの両端から出る光束同士の間で非対称な収差が発生することになり(すなわち、像面Iの中心に対し回転対称な収差でなくなってしまう)、自由曲面レンズ群G2に余分な負担を強いることになるので好ましくない。これを解決するためには、自由曲面レンズ群G2の中心軸を前記光軸に対して傾けることにより、映像表示素子DSの両端から出た光線の自由曲面への(法線に対する)入射角の非対称性を緩和し、発生する収差の対称性を良好にすれば良い。このとき、自由曲面レンズ群G2を傾ける方向は、映像表示素子DSをシフトさせた方向と同一平面内であることが最も好ましい。   Since the display surface of the image display element DS (hereinafter simply referred to as the element surface) is shifted with respect to the optical axis, even the chief ray emitted from the center of the image display element DS is relative to the normal of each free-form surface. Incident at an angle. As a result, the light ray emitted from the end from the optical axis most in the element plane is incident at a small angle with respect to the normal of the free-form surface, but the light ray emitted from the end farthest from the optical axis in the element plane. Is incident at a very large angle with respect to the normal of the free-form surface. In this state, an asymmetrical aberration occurs between the light beams emitted from both ends of the image display element DS (that is, the aberration is not rotationally symmetric with respect to the center of the image plane I), and the free-form surface lens group This is not preferable because it imposes an extra burden on G2. In order to solve this, by tilting the central axis of the free-form surface lens group G2 with respect to the optical axis, the incident angle (relative to the normal line) of the light rays emitted from both ends of the image display element DS to the free-form surface is reduced. It is only necessary to relax the asymmetry and improve the symmetry of the generated aberration. At this time, the direction in which the free-form surface lens group G2 is tilted is most preferably in the same plane as the direction in which the image display element DS is shifted.

そこで、傾き角θが条件式(1)を満足していれば、素子両端の収差の対称性が問題ないレベルで良好に保たれ、効率的に収差補正を行うことができる。もし、傾き角θが条件式(1)を満足していない場合は、素子両端の収差の対称性が無視できないレベルにまで悪化し、自由曲面レンズ群G2に無駄な負担をかけ、結果として全体の収差補正が困難となる。   Therefore, if the inclination angle θ satisfies the conditional expression (1), the symmetry of aberrations at both ends of the element can be kept at a satisfactory level, and aberration correction can be performed efficiently. If the tilt angle θ does not satisfy the conditional expression (1), the symmetry of the aberrations at both ends of the element deteriorates to a level that cannot be ignored, placing a wasteful burden on the free-form surface lens group G2, and as a result Aberration correction becomes difficult.

なお、上記の条件式(1)の代わりに、下記の条件式(1−1)を満足すれば、映像表示素子DSの中心から出た主光線が自由曲面レンズ群G2の中心軸のより近くを通ることになり、映像表示素子DSの両端から出た光線の自由曲面への入射角の対称性が良くなり、台形歪みの補正や収差補正を一層良好に行うことが可能となる。   If the following conditional expression (1-1) is satisfied instead of the conditional expression (1), the principal ray emitted from the center of the image display element DS is closer to the central axis of the free-form surface lens group G2. As a result, the symmetry of the incident angle of the light beam emitted from both ends of the image display element DS to the free-form surface is improved, and the trapezoidal distortion correction and the aberration correction can be further improved.

0.9≦|h/(f×sinθ)|≦1.2 …(1−1)   0.9 ≦ | h / (f × sin θ) | ≦ 1.2 (1-1)

また、基準投写レンズ群G1における最も映像表示素子DS側の投写レンズが像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、基準投写レンズ群G1における最も像側の投写レンズが映像表示素子DS側に凸面を向けたメニスカスレンズであることが好ましい。本実施形態では、映像表示素子DSを光軸に対してシフトさせ、さらに、映像投写装置用光学系PLが物側テレセントリックになっていることから、映像表示素子DSの光軸に近い位置から出る光と比較して、光軸から離れた位置から出る光は、基準投写レンズ群G1の各面においてより大きく、急激に曲げられてしまう傾向がある。そのため、映像表示素子DSにおいて光軸に最も近い点から出た光束と光軸から最も離れた点から出た光束とが発生させる収差の間に大きな非対称性が生じてしまい、全画角で収差をバランスよく良好に補正することが困難となる。また、これらの非対称収差は、自由曲面レンズ群G2が台形歪みを補正する際に発生させる非対称収差と相殺されることは基本的に無く、自由曲面レンズ群G2への負担が大きくなるためできる限り抑えたほうが良い。   The projection lens closest to the image display element DS in the reference projection lens group G1 is a meniscus lens having a convex surface facing the image side, and the projection lens closest to the image side in the reference projection lens group G1 is convex toward the image display element DS. The meniscus lens is preferably oriented. In the present embodiment, since the image display element DS is shifted with respect to the optical axis, and the optical system PL for the image projection apparatus is an object side telecentric, it exits from a position close to the optical axis of the image display element DS. Compared with light, the light emitted from a position away from the optical axis is larger on each surface of the reference projection lens group G1 and tends to be bent rapidly. Therefore, in the image display element DS, a large asymmetry occurs between the aberrations generated by the light beam emitted from the point closest to the optical axis and the light beam emitted from the point farthest from the optical axis, and the aberration is obtained at all angles of view. It is difficult to correct well in a balanced manner. In addition, these asymmetrical aberrations are basically not canceled out by the asymmetrical aberration generated when the free-form surface lens group G2 corrects the trapezoidal distortion, and the burden on the free-form surface lens group G2 is increased as much as possible. It is better to suppress it.

上記の条件は、以上で述べた問題を解決するためのものである。基準投写レンズ群G1
における最も映像表示素子DS側のメニスカスレンズ(投写レンズ)は、映像表示素子DS上の各点から出る発散光束に対して入射角が小さくなるように、像側に凸面を向けて配置される。また、映像表示素子DSの各点から出射した主光線は、概ね平行で基準投写レンズ群G1に入射した後、基準投写レンズ群G1における最も像側の投写レンズに入射するときには、基準投写レンズ群G1の正屈折力成分によって収束光束になる。そこで、最も像側に配置された投写レンズをメニスカスレンズとし、さらに凸面を画像表示素子DS側に向けて配置することにより、それぞれの主光線の入射角を小さくすることができる。この条件を満足することによって、各画角で発生する収差を小さく抑えることができ、結果的に、基準投写レンズ群G1で発生する非対称収差の結像への影響を小さく抑えられる。このため、自由曲面レンズ群G2への負担が小さくなり、光学系全体で台形歪みと諸収差をバランス良く、良好に補正することが可能となる。
The above conditions are for solving the problems described above. Reference projection lens group G1
The meniscus lens (projection lens) closest to the image display element DS is arranged with the convex surface facing the image side so that the incident angle becomes small with respect to the divergent light beam emitted from each point on the image display element DS. When the principal rays emitted from each point of the image display element DS are substantially parallel and enter the reference projection lens group G1, and then enter the most image side projection lens in the reference projection lens group G1, the reference projection lens group It becomes a convergent light beam by the positive refractive power component of G1. Therefore, the projection lens arranged closest to the image side is a meniscus lens, and the convex surface is arranged facing the image display element DS side, whereby the incident angle of each principal ray can be reduced. By satisfying this condition, the aberration generated at each angle of view can be reduced, and as a result, the influence of the asymmetrical aberration generated in the reference projection lens group G1 on the imaging can be reduced. For this reason, the burden on the free-form surface lens group G2 is reduced, and it is possible to correct the trapezoidal distortion and the various aberrations with good balance in the entire optical system.

また、自由曲面ミラーMで反射した後の映像表示素子DSの中心からの主光線と基準投写レンズ群G1から自由曲面ミラーMで反射する前までの光軸とのなす角をαとし、前記光軸から映像表示素子DSの中心までの距離をhとし、基準投写レンズ群G1の焦点距離をfとしたとき、次の条件式(2)で表される条件を満足することが好ましい。   The angle formed by the principal ray from the center of the image display element DS after being reflected by the free-form curved mirror M and the optical axis from the reference projection lens group G1 before being reflected by the free-form curved mirror M is α, and the light When the distance from the axis to the center of the image display element DS is h and the focal length of the reference projection lens group G1 is f, it is preferable that the condition expressed by the following conditional expression (2) is satisfied.

0.14≦|{sin-1(h/f)}/α|≦0.20 …(2) 0.14 ≦ | {sin −1 (h / f)} / α | ≦ 0.20 (2)

本実施形態では、映像表示素子DSを光軸に対してシフトさせることにより、台形歪み発生量の低減を行っている。通常、斜め投写を行う際、反射ミラーの(ミラーで反射する前までの)光軸に対する傾き角度を一定に保ったまま物体面である映像表示素子DSの表示面をシフトさせれば、台形歪み発生量が殆んど変化することなく像面を平行移動させることが可能である。本実施形態では、このことを最大限に利用し、映像表示素子DSをシフトさせて台形歪みの発生量をできる限り低く抑えながら所望の位置に像面Iを配置している。   In this embodiment, the amount of trapezoidal distortion is reduced by shifting the image display element DS with respect to the optical axis. Normally, when oblique projection is performed, if the display surface of the image display element DS which is the object surface is shifted while keeping the tilt angle of the reflection mirror with respect to the optical axis (before being reflected by the mirror) constant, trapezoidal distortion It is possible to translate the image plane with almost no change in the generation amount. In the present embodiment, this is utilized to the maximum, and the image plane I is arranged at a desired position while shifting the video display element DS to keep the amount of trapezoidal distortion as low as possible.

上記の条件式(2)は、映像表示素子DSのシフト量と自由曲面ミラーM(反射ミラー)の傾き角の最適値を決めるためのものである(式中では、映像表示素子DSの中心から出た主光線の光軸に対する傾き角となっているが、これは便宜上のもので、この角度によって自由曲面ミラーMの傾き角が一意的に決まる)。条件式(2)の下限値を下回る条件である場合、映像表示素子DSのシフト量に対し自由曲面ミラーMの傾き角が大きすぎるため、台形歪みの発生量が増えてしまい、相対的に映像表示素子DSをシフトさせている効果が薄くなってしまうので好ましくない。一方、条件式(2)の上限値を上回る条件である場合、台形歪みの補正上は有利となるが、映像表示素子DSのシフト量が増大するため光学系全体の有効径が大きくなり過ぎてしまい、光学系の小型化が困難となるので好ましくない。これに加え、光軸から最も近い映像表示素子DSの端部から出た光線が自由曲面ミラーMで反射した後、当該ミラーMの前隣りの自由曲面レンズに衝突する可能性が高くなるといった製造面の問題も出てくるので避けるべきである。   Conditional expression (2) is for determining the optimum value of the shift amount of the video display element DS and the tilt angle of the free-form curved mirror M (reflection mirror) (in the formula, from the center of the video display element DS). The inclination angle of the emitted principal ray with respect to the optical axis is for convenience, and this angle uniquely determines the inclination angle of the free-form curved mirror M). When the condition is less than the lower limit value of the conditional expression (2), since the tilt angle of the free-form curved mirror M is too large with respect to the shift amount of the image display element DS, the amount of trapezoidal distortion increases, and the image is relatively This is not preferable because the effect of shifting the display element DS becomes thin. On the other hand, when the condition exceeds the upper limit value of the conditional expression (2), it is advantageous in correcting the trapezoidal distortion, but the effective diameter of the entire optical system becomes too large because the shift amount of the image display element DS increases. Therefore, it is not preferable because it is difficult to reduce the size of the optical system. In addition, after the light beam emitted from the end of the image display element DS closest to the optical axis is reflected by the free-form surface mirror M, there is a high possibility that it collides with the free-form surface lens adjacent to the mirror M. There are some problems that should be avoided.

なお、上記の条件式(2)の代わりに、下記の条件式(2−1)を満足すれば、映像表示素子DSのシフト量と自由曲面ミラーMの傾き角とをより一層最適な値にすることが可能となり、収差補正上有利となる。   If the following conditional expression (2-1) is satisfied instead of the above conditional expression (2), the shift amount of the video display element DS and the inclination angle of the free-form curved mirror M are further optimized. This is advantageous in terms of aberration correction.

0.16≦|{sin-1(h/f)}/α|≦0.19 …(2−1) 0.16 ≦ | {sin −1 (h / f)} / α | ≦ 0.19 (2-1)

また、基準投写レンズ群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(3)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 expressed by the following conditional expression (3) is satisfied, where f is the focal length of the reference projection lens group G1 and TL is the total length of the optical system PL for the image projection apparatus.

15≦|TL/f|≦20 …(3)   15 ≦ | TL / f | ≦ 20 (3)

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までの光軸上の距離のことである。   Note that the total length TL of the optical system PL for the video projection apparatus is a distance on the optical axis from the display surface (object surface) of the video display element DS to the image plane I.

条件式(3)は、光学系の大きさと基準投写レンズ群G1のパワーとのバランスを最適にするためのものである。条件式(3)の下限値を下回る条件である場合、基準投写レンズ群G1の焦点距離が長くなることで基準投写レンズ群G1の性質が望遠タイプになり、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、基準投写レンズ群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、自由曲面レンズ群G2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レンズ群G2自身で行うことになり(基準投写レンズ群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、台形歪みの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(3)の上限値を上回る条件である場合、基準投写レンズ群G1の焦点距離が短くなることで基準投写レンズ群G1の性質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レンズ群G2が負のパワーを大きく持たなければならず、上記の場合と同様、台形歪みの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 (3) is for optimizing the balance between the size of the optical system and the power of the reference projection lens group G1. When the condition is less than the lower limit value of the conditional expression (3), the focal length of the reference projection lens group G1 is increased, so that the property of the reference projection lens group G1 becomes a telephoto type, and the maximum field angle of the principal ray is reduced. Therefore, although it is advantageous for making the entire optical system compact in the xy section, the entire back focus is extended due to insufficient power of the reference projection lens group G1. In order to reduce this, the free-form surface lens group G2 must have a large positive power, and the asymmetrical aberration generated due to this is corrected by the free-form surface lens group G2 itself (reference projection lens group). In G1, asymmetrical 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 (3), the focal length of the reference projection lens group G1 is shortened so that the property of the reference projection lens group G1 becomes a wide angle type, and the maximum angle of view of the principal ray is large. Therefore, the xy cross-sectional area of the optical system increases, which leads to an increase in the size of the apparatus, which is not preferable. In addition, since the back focus becomes too short, the free-form surface lens group G2 must have a large negative power in order to extend it, and the trapezoidal distortion correction and the aberration correction are performed simultaneously as in the above case. Should be avoided because it becomes difficult.

なお、上記の条件式(3)の代わりに、下記の条件式(3−1)を満足すれば、光学系の大きさと基準投写レンズ群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 (3-1) is satisfied instead of the above conditional expression (3), the balance between the size of the optical system and the power of the reference projection lens group G1 is made more optimal. Therefore, it is possible to more compactly and correct aberrations more efficiently.

16≦|TL/f|≦18 …(3−1)   16 ≦ | TL / f | ≦ 18 (3-1)

また、先に述べた、最もミラー側の自由曲面レンズおよびその隣の自由曲面レンズのうち、y−z断面およびx−z断面の少なくとも一方がメニスカス形状を有している自由曲面レンズにおいて、映像表示素子DSの表示面で映像表示素子中心を通り素子のローカル座標系x軸またはy軸と平行な直線上から出た主光線と、当該レンズの映像表示素子DS側のレンズ面との交点における(当該レンズ面の)法線ベクトルをNr1とし、この主光線と自由曲面ミラーM側のレンズ面との交点における(当該レンズ面の)法線ベクトルをNr2としたとき、Nr1とNr2との内積が次の条件式(4)で表される条件を満足することが好ましい。なお、映像表示素子DSのローカル座標系のz軸は光軸に平行であり、映像表示素子中心とは四角い映像表示素子DSの対角線の交点である。   In the above-described free-form surface lens having the meniscus shape in at least one of the y-z cross section and the x-z cross-section among the free-form surface lens closest to the mirror and the adjacent free-form surface lens, the image At the intersection of the principal ray that passes through the center of the image display element on the display surface of the display element DS and emerges from a straight line parallel to the local coordinate system x-axis or y-axis of the element, and the lens surface of the lens on the image display element DS side When the normal vector (of the lens surface) is Nr1, and the normal vector (of the lens surface) at the intersection of the principal ray and the lens surface on the free-form mirror M side is Nr2, the inner product of Nr1 and Nr2 Preferably satisfies the condition represented by the following conditional expression (4). Note that the z-axis of the local coordinate system of the video display element DS is parallel to the optical axis, and the center of the video display element is an intersection of diagonal lines of the square video display element DS.

0.9≦Nr1・Nr2<1 …(4)   0.9 ≦ Nr1 ・ Nr2 <1 (4)

なおこのとき、自由曲面を与える関数がz=f(x,y)で表され、そこに組み込まれている曲率cの値が全て0(零)であったとすると、その曲面上における任意の点P(a,b)での法線ベクトルNは、次式(5)で与えられる。   At this time, if a function that gives a free-form surface is represented by z = f (x, y) and the values of curvature c incorporated therein are all 0 (zero), an arbitrary point on the surface is obtained. The normal vector N at P (a, b) is given by the following equation (5).

Figure 0005867577
Figure 0005867577

なお、上式(5)中のφは、ベクトルを単位規格化するためのもので、次式(6)で与えられる。   In the above equation (5), φ is used to normalize the vector and is given by the following equation (6).

Figure 0005867577
Figure 0005867577

本実施形態においては、全ての面で自由曲面を与える関数z=f(x,y)の原点とその面におけるローカル座標系の原点とをそれぞれ一致させて自由曲面を表現している。   In the present embodiment, the free curved surface is expressed by matching the origin of the function z = f (x, y) that gives the free curved surface on all surfaces with the origin of the local coordinate system on the surface.

前述したように、本実施形態の映像投写装置用光学系PLでは、自由曲面を用いることと映像表示素子DSを基準投写レンズ群G1に対してシフトさせることを組み合わせることで、斜めに投写した像で発生する台形歪みを補正している。そして、ミラー側自由曲面レンズおよび素子側自由曲面レンズのうち少なくとも一方を前述のように映像表示素子DS側に凹面を向けたメニスカス形状にすることで、台形歪みの補正を行いつつ、回転非対称な収差の発生を抑えている。これに加え、条件式(4)を満足していれば、レンズ通過前の光線角度とレンズ通過後の光線角度との差が小さくならざるを得ず(仮に、条件式(4)の値が「1」であった場合、その主光線にとって自由曲面は平行平面板と等価となり、平行移動はするが曲がらない)、自由曲面レンズとして部分的に大きなパワーを持つことがなくなり、収差(回転非対称な成分を含む)の発生を抑えながら効率よく光線を曲げることが可能となる。この条件式(4)を満足しない場合、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。   As described above, in the image projection apparatus optical system PL of the present embodiment, an image projected obliquely by combining the use of a free-form surface and shifting the image display element DS with respect to the reference projection lens group G1. Corrects the trapezoidal distortion that occurs in. Then, at least one of the mirror-side free-form surface lens and the element-side free-form surface lens is formed in a meniscus shape having a concave surface directed toward the image display element DS as described above, thereby correcting the trapezoidal distortion and rotationally asymmetric. Occurrence of aberration is suppressed. In addition to this, if the conditional expression (4) is satisfied, the difference between the light beam angle before passing through the lens and the light beam angle after passing through the lens must be small (assuming that the value of the conditional expression (4) is When it is “1”, the free-form surface is equivalent to a parallel plane plate for the principal ray, and it moves parallel but does not bend. It is possible to efficiently bend the light beam while suppressing the occurrence of the If this conditional expression (4) is not satisfied, a large amount of rotationally asymmetric aberration is generated when correcting trapezoidal distortion on a free-form surface, and all aberrations are observed at short distances, particularly when the optical system is downsized. It is very difficult to correct this well.

なお、この条件式(4)の代わりに、ミラー側自由曲面レンズにおいては条件式(4−2)、素子側自由曲面レンズにおいては条件式(4−1)をそれぞれ満足すれば、より一層効率的に収差の発生を抑えながら台形歪みの補正が可能となり、更なる光学系の小型化を実現することができる。   If the conditional expression (4-2) is satisfied for the mirror-side free-form surface lens and the conditional expression (4-1) is satisfied for the element-side free-form surface lens instead of the conditional expression (4), the efficiency is further improved. In addition, trapezoidal distortion can be corrected while suppressing the occurrence of aberrations, and further downsizing of the optical system can be realized.

0.920<Nr1・Nr2<0.999 …(4−1)
0.985<Nr1・Nr2<1.000 …(4−2)
0.920 <Nr1 · Nr2 <0.999 (4-1)
0.985 <Nr1, Nr2 <1.000 (4-2)

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.

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(7)で定義される。なお、次の式(7)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はコーニック定数であり、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 aspheric surface rotationally symmetric with respect to the optical axis (center axis) is defined by the following equation (7). In the following equation (7), 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 constant, 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.

Figure 0005867577
Figure 0005867577

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(8)で定義される。なお、次の式(8)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。また、次の式(8)においては、各面において中心軸上に原点があり、中心軸と座標軸の一つ(例えばz軸)を一致させた3次元座標系(例えばxyz座標系としたローカル座標系)上でそれぞれ展開している。   Next, a free-form surface that is not rotationally symmetric with respect to the central axis is defined by the following equation (8). In the following equation (8), 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. It is the distance from the origin in a plane perpendicular to this at the origin, and Cj is a coefficient of the xy polynomial. Further, in the following equation (8), a three-dimensional coordinate system (for example, an xyz coordinate system) having an origin on the central axis in each plane and matching the central axis and one of the coordinate axes (for example, the z axis) is used. Each of them is expanded on the coordinate system.

Figure 0005867577
Figure 0005867577

ここで、式(8)中のj,m,nの間には、次の式(9)および式(10)で表わされる関係が成立している。   Here, the relationship represented by the following Expression (9) and Expression (10) is established between j, m, and n in Expression (8).

Figure 0005867577
Figure 0005867577

Figure 0005867577
Figure 0005867577

(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6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投写レンズL11〜L15からなる基準投写レンズ群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)と基準投写レンズ群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、基準
投写レンズ群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 Tables 1-6. 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 embodiment is composed of a plurality of projection lenses L11 to L15 arranged in order from the image display element DS side along the optical axis and formed rotationally symmetrical with respect to the central axis. Reference projection lens group G1, a free-form surface lens group G2 made up of a plurality of free-form surface lenses L21 to L23 formed non-rotationally symmetric with respect to the center axis, and a reflection surface formed non-rotationally symmetric with respect to the center axis And a free-form surface mirror M. Two parallel flat plates are arranged between the display surface (element surface) of the video display element DS and the reference projection lens group G1, and the parallel flat plate is arranged such that the video display element DS side is the video display element. 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 reference projection lens group G1 and the free-form surface lens group G2.

基準投写レンズ群G1は、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第1投写レンズL11と、両凸形状の第2投写レンズL12と、両凸形状の第3投写レンズL13と、両凹形状の第4投写レンズL14と、素子側に凸面を向けたメニスカスレンズである第5投写レンズL15とから構成される。なお、第1投写レンズL11における素子側のレンズ面と、第3投写レンズL13における素子側のレンズ面と、第4投写レンズL14における像側のレンズ面と、第5投写レンズL15における像側のレンズ面が非球面となっている。また、第3投写レンズL13と第4投写レンズL14が貼り合わせレンズとなっている。   The reference projection lens group G1 is arranged in order from the image display element DS side along the optical axis, and includes a first projection lens L11 that is a meniscus lens having a convex surface toward the image side, and a biconvex second projection lens L12. , A biconvex third projection lens L13, a biconcave fourth projection lens L14, and a fifth projection lens L15 which is a meniscus lens having a convex surface facing the element side. The element side lens surface of the first projection lens L11, the element side lens surface of the third projection lens L13, the image side lens surface of the fourth projection lens L14, and the image side lens surface of the fifth projection lens L15. The lens surface is aspheric. Further, the third projection lens L13 and the fourth projection lens L14 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、第2自由曲面レンズL22および第3自由曲面レンズL23におけるy−z断面およびx−z断面が素子側に凹面を向けたメニスカス形状を有している。自由曲面レンズ群G2の中心軸は、基準投写レンズ群G1から自由曲面ミラーMで反射する前までの光軸(以下、単に光軸と呼ぶ)に対して、絞りS(と光軸の交わる点)を中心にy−z平面内で−10度(傾き角θ)だけ傾いている。また、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(xyz座標系)のz軸が、光軸に対して、座標原点を中心にy−z平面内で+25度だけ傾いている。なお、以下の各実施例において、各ローカル座標系のz軸が光軸と平行であるときを0度とし、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, and the second free-form surface lens L22. In addition, the yz section and the xz section in the third free-form surface lens L23 have a meniscus shape with a concave surface facing the element side. The central axis of the free-form surface lens group G2 is the point at which the stop S (and the optical axis intersect) with respect to the optical axis from the reference projection lens group G1 before being reflected by the free-form surface mirror M (hereinafter simply referred to as the optical axis). ) In the yz plane with a tilt of −10 degrees (tilt angle θ). As for the free-form curved mirror M, the z-axis of the local coordinate system (xyz coordinate system) in the free-form curved mirror M is tilted by +25 degrees in the yz plane with the coordinate origin as the center with respect to the optical axis. . In each of the following embodiments, when the z axis of each local coordinate system is parallel to the optical axis, it is defined as 0 degree, and the counterclockwise direction is defined as positive.

このような第1実施例に係る映像投写装置用光学系PLでは、物体側(素子側)開口数が0.1786であり、映像表示素子DSの中心のシフト量hがY方向に+2.9976mmであり、映像表示素子DSのサイズが7.68mm×5.76mmであり、投写サイズが284.48mm×213.36mmであり、拡大倍率が約37倍となっている。なお、基準投写レンズ群G1全体の焦点距離fは、14.903mmである。   In the optical system PL for image projection apparatus according to the first embodiment, the object side (element side) numerical aperture is 0.1786, and the shift amount h at the center of the image display element DS is +2.9976 mm in the Y direction. The size of the image display element DS is 7.68 mm × 5.76 mm, the projection size is 284.48 mm × 213.36 mm, and the enlargement magnification is about 37 times. The focal length f of the entire reference projection lens group G1 is 14.903 mm.

下の表1に、第1実施例に係る映像投写装置用光学系PLの数値データを示す。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 numerical data of the optical system PL for 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)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率/νd
素子面 平面 1.00000
1 平面 0.70000 1.51680/64.2
2 平面 11.00000 1.80400/46.6
3 平面 5.70000
4*a -16.30000 2.91783 1.74300/49.3
5 -15.50000 0.10000
6 68.10035 5.72790 1.56907/71.3
7 -20.03844 0.50000
8*a 10.61721 5.51718 1.59240/68.3
9 -36.94050 2.30000 1.68893/31.1
10*a 7.68118 4.40000
11 7.37790 2.00000 1.85280/39.0
12*a 9.37830 2.97928
13(絞り) 平面 2.50000
14*f xy多項式面 4.50000 1.53113/55.7
15*f xy多項式面 9.00000
16*f xy多項式面 5.00000 1.53113/55.7
17*f xy多項式面 7.00000
18*f xy多項式面 5.00000 1.53113/55.7
19*f xy多項式面 20.00134
20*f xy多項式面 -164.00020 反射
像面 平面
(Table 1)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index / νd
Element plane Plane 1.00000
1 plane 0.70000 1.51680 / 64.2
2 Plane 11.00000 1.80400 / 46.6
3 plane 5.70000
4 * a -16.30000 2.91783 1.74300 / 49.3
5 -15.50000 0.10000
6 68.10035 5.72790 1.56907 / 71.3
7 -20.03844 0.50000
8 * a 10.61721 5.51718 1.59240 / 68.3
9 -36.94050 2.30000 1.68893 / 31.1
10 * a 7.68118 4.40000
11 7.37790 2.00000 1.85280 / 39.0
12 * a 9.37830 2.97928
13 (aperture) plane 2.50000
14 * f xy polynomial surface 4.50000 1.53113 / 55.7
15 * f xy polynomial surface 9.00000
16 * f xy polynomial surface 5.00000 1.53113 / 55.7
17 * f xy polynomial surface 7.00000
18 * f xy polynomial surface 5.00000 1.53113 / 55.7
19 * f xy polynomial surface 20.00134
20 * f xy polynomial surface -164.00020 Reflection Image plane Plane

表1において、第13面〜第18面までの面間隔は、自由曲面レンズ群G2の中心軸上の距離である。自由曲面レンズ群G2の中心軸が光軸に対して10度(符号省略)だけ傾いているので、第13面〜第18面までの光軸上の距離は、33×cos10=32.49866となる
In Table 1, the surface spacing from the 13th surface to the 18th surface is the distance on the central axis of the free-form surface lens group G2. Since the central axis of the free-form surface lens group G2 is inclined by 10 degrees (reference numeral omitted) with respect to the optical axis, the distance on the optical axis from the thirteenth surface to the eighteenth surface is 33 × cos10 = 32.49866.

また、表1において、第4面〜第12面は回転対称な基準投写レンズ群G1のレンズ面であり、その中で、第4面、第8面、第10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4面、第8面、第10面、および第12面の非球面係数をそれぞれ示す。   In Table 1, the fourth surface to the twelfth surface are lens surfaces of the rotationally symmetric reference projection lens group G1, and among them, the fourth surface, the eighth surface, the tenth surface, and the twelfth surface rotate. It is a symmetric aspherical surface. Table 2 below shows the aspheric coefficients of the fourth surface, the eighth surface, the tenth surface, and the twelfth surface, respectively.

(表2)
項 第4面係数 第8面係数
c -0.0613497 0.0941867
k 0 0
A(4次) 9.9088811E-05 -3.1038464E-04
B(6次) -2.8955599E-06 -5.1478378E-07
C(8次) 2.4889943E-08 2.6492821E-08
D(10次) -1.2338807E-10 -2.2239744E-10

項 第10面係数 第12面係数
c 0.1301883 0.1066291
k 0 0
A(4次) -1.2454654E-03 6.8479877E-04
B(6次) 7.7249972E-06 8.9013004E-06
C(8次) 1.2820448E-08 -3.7952079E-07
D(10次) -2.0976044E-09 1.7454868E-08
(Table 2)
Term 4th surface coefficient 8th surface coefficient c -0.0613497 0.0941867
k 0 0
A (4th order) 9.9088811E-05 -3.1038464E-04
B (6th) -2.8955599E-06 -5.1478378E-07
C (8th) 2.4889943E-08 2.6492821E-08
D (10th order) -1.2338807E-10 -2.2239744E-10

Term 10th surface coefficient 12th surface coefficient c 0.1301883 0.1066291
k 0 0
A (4th) -1.2454654E-03 6.8479877E-04
B (6th) 7.7249972E-06 8.9013004E-06
C (8th) 1.2820448E-08 -3.7952079E-07
D (10th) -2.0976044E-09 1.7454868E-08

また、表1において、第14面〜第20面は非回転対称な自由曲面である。なお、本実施例では、第20面が自由曲面ミラーMの反射面となっている。下の表3〜表5に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In Table 1, the 14th to 20th surfaces are non-rotationally symmetric free-form surfaces. In the present embodiment, the twentieth surface is the reflecting surface of the free-form curved mirror M. Tables 3 to 5 below show the term coefficients of these free-form surfaces.

(表3)
項 第14面係数 第15面係数 第16面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 1.9017402E-01 4.6190137E-01 7.5000000E-01
C4(x^2) -9.0463444E-03 -1.8248624E-02 -5.0268949E-02
C6(y^2) 1.9901180E-02 1.3545914E-02 -1.0580380E-01
C8(x^2*y) -1.5876899E-03 -6.2633387E-04 3.2190974E-03
C10(y^3) -2.8638290E-03 -2.6556035E-03 3.6027098E-03
C11(x^4) 2.2373047E-05 -1.3198696E-04 -2.8811759E-04
C13(x^2*y^2) 9.7873842E-05 -1.9643685E-04 1.3746441E-04
C15(y^4) 8.6829974E-05 -9.9585679E-05 -8.6281332E-05
C17(x^4*y) 2.8102666E-05 3.9614649E-05 -3.5972749E-05
C19(x^2*y^3) 2.3073814E-05 5.2232811E-05 -1.0428197E-04
C21(y^5) 1.5826670E-05 3.7379938E-05 -1.5272786E-05
C22(x^6) 8.1635735E-06 3.6697812E-06 2.9032630E-06
C24(x^4*y^2) 1.4924226E-05 3.6893346E-06 -2.7668264E-06
C26(x^2*y^4) 9.0047886E-06 -1.8709069E-06 -1.2232493E-05
C28(y^6) 8.4877049E-07 -3.4209027E-06 -2.6120613E-06
C30(x^6*y) 7.9605046E-07 4.7509752E-07 -7.4551526E-07
C32(x^4*y^3) 1.4252740E-06 5.9365012E-07 -1.5686349E-06
C34(x^2*y^5) 1.0061147E-06 4.5397687E-07 1.6987288E-07
C36(y^7) 1.9029851E-07 4.0552333E-08 -2.9128550E-07
C37(x^8) -2.0145807E-07 -3.8057374E-08 6.1493894E-09
C39(x^6*y^2) -8.4240038E-07 -4.6641587E-08 2.1254851E-07
C41(x^4*y^4) -1.2064874E-06 -1.1327879E-07 3.8963217E-07
C43(x^2*y^6) -7.0474317E-07 -1.1026217E-07 1.3211609E-07
C45(y^8) 9.0383420E-08 1.6397257E-07 3.6381641E-08
(Table 3)
Term 14th surface coefficient 15th surface coefficient 16th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 1.9017402E-01 4.6190137E-01 7.5000000E-01
C4 (x ^ 2) -9.0463444E-03 -1.8248624E-02 -5.0268949E-02
C6 (y ^ 2) 1.9901180E-02 1.3545914E-02 -1.0580380E-01
C8 (x ^ 2 * y) -1.5876899E-03 -6.2633387E-04 3.2190974E-03
C10 (y ^ 3) -2.8638290E-03 -2.6556035E-03 3.6027098E-03
C11 (x ^ 4) 2.2373047E-05 -1.3198696E-04 -2.8811759E-04
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 9.7873842E-05 -1.9643685E-04 1.3746441E-04
C15 (y ^ 4) 8.6829974E-05 -9.9585679E-05 -8.6281332E-05
C17 (x ^ 4 * y) 2.8102666E-05 3.9614649E-05 -3.5972749E-05
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 2.3073814E-05 5.2232811E-05 -1.0428197E-04
C21 (y ^ 5) 1.5826670E-05 3.7379938E-05 -1.5272786E-05
C22 (x ^ 6) 8.1635735E-06 3.6697812E-06 2.9032630E-06
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 1.4924226E-05 3.6893346E-06 -2.7668264E-06
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 9.0047886E-06 -1.8709069E-06 -1.2232493E-05
C28 (y ^ 6) 8.4877049E-07 -3.4209027E-06 -2.6120613E-06
C30 (x ^ 6 * y) 7.9605046E-07 4.7509752E-07 -7.4551526E-07
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) 1.4252740E-06 5.9365012E-07 -1.5686349E-06
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 1.0061147E-06 4.5397687E-07 1.6987288E-07
C36 (y ^ 7) 1.9029851E-07 4.0552333E-08 -2.9128550E-07
C37 (x ^ 8) -2.0145807E-07 -3.8057374E-08 6.1493894E-09
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -8.4240038E-07 -4.6641587E-08 2.1254851E-07
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -1.2064874E-06 -1.1327879E-07 3.8963217E-07
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -7.0474317E-07 -1.1026217E-07 1.3211609E-07
C45 (y ^ 8) 9.0383420E-08 1.6397257E-07 3.6381641E-08

(表4)
項 第17面係数 第18面係数 第19面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 3.6794235E-01 0 0
C4(x^2) -4.8955595E-02 -1.2236224E-02 -5.8941663E-03
C6(y^2) -6.0000772E-02 1.1373750E-02 1.1952780E-03
C8(x^2*y) -2.1780198E-03 -3.4058713E-03 -3.0310322E-04
C10(y^3) 1.4111447E-04 5.8199513E-04 5.6705178E-04
C11(x^4) -6.9484918E-05 -1.1637318E-05 -5.4380362E-05
C13(x^2*y^2) -3.5607551E-05 -3.7461801E-04 -1.5688477E-04
C15(y^4) -8.0269089E-05 -1.7452312E-04 -9.7384098E-05
C17(x^4*y) -2.6293767E-05 -3.9616502E-06 -1.0951191E-05
C19(x^2*y^3) -5.7329188E-05 -1.8115510E-05 -1.2666053E-05
C21(y^5) -1.0531173E-05 2.1234432E-07 9.5244138E-07
C22(x^6) 7.4839706E-07 -3.8450369E-07 -6.4320374E-08
C24(x^4*y^2) -1.6765308E-06 -1.0060228E-06 -3.1130393E-07
C26(x^2*y^4) -3.1228268E-06 -1.2647042E-06 -6.8072767E-07
C28(y^6) -5.8782823E-07 -1.1309675E-07 -6.0161949E-08
C30(x^6*y) -1.1005613E-07 -3.4148587E-08 4.2187489E-08
C32(x^4*y^3) -1.6027269E-07 -1.4228554E-07 6.0081161E-08
C34(x^2*y^5) -1.4889681E-08 -7.7241928E-08 -1.3708831E-09
C36(y^7) -3.1095056E-08 3.2432906E-08 3.1784441E-09
C37(x^8) 0 -6.6662373E-10 0
C39(x^6*y^2) 0 -8.7870095E-09 0
C41(x^4*y^4) 0 -1.5762050E-08 0
C43(x^2*y^6) 0 -4.8371822E-09 0
C45(y^8) 0 -1.0119274E-09 0
(Table 4)
Term 17th surface coefficient 18th surface coefficient 19th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 3.6794235E-01 0 0
C4 (x ^ 2) -4.8955595E-02 -1.2236224E-02 -5.8941663E-03
C6 (y ^ 2) -6.0000772E-02 1.1373750E-02 1.1952780E-03
C8 (x ^ 2 * y) -2.1780198E-03 -3.4058713E-03 -3.0310322E-04
C10 (y ^ 3) 1.4111447E-04 5.8199513E-04 5.6705178E-04
C11 (x ^ 4) -6.9484918E-05 -1.1637318E-05 -5.4380362E-05
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) -3.5607551E-05 -3.7461801E-04 -1.5688477E-04
C15 (y ^ 4) -8.0269089E-05 -1.7452312E-04 -9.7384098E-05
C17 (x ^ 4 * y) -2.6293767E-05 -3.9616502E-06 -1.0951191E-05
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) -5.7329188E-05 -1.8115510E-05 -1.2666053E-05
C21 (y ^ 5) -1.0531173E-05 2.1234432E-07 9.5244138E-07
C22 (x ^ 6) 7.4839706E-07 -3.8450369E-07 -6.4320374E-08
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -1.6765308E-06 -1.0060228E-06 -3.1130393E-07
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -3.1228268E-06 -1.2647042E-06 -6.8072767E-07
C28 (y ^ 6) -5.8782823E-07 -1.1309675E-07 -6.0161949E-08
C30 (x ^ 6 * y) -1.1005613E-07 -3.4148587E-08 4.2187489E-08
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -1.6027269E-07 -1.4228554E-07 6.0081161E-08
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -1.4889681E-08 -7.7241928E-08 -1.3708831E-09
C36 (y ^ 7) -3.1095056E-08 3.2432906E-08 3.1784441E-09
C37 (x ^ 8) 0 -6.6662373E-10 0
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) 0 -8.7870095E-09 0
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 0 -1.5762050E-08 0
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 0 -4.8371822E-09 0
C45 (y ^ 8) 0 -1.0119274E-09 0

(表5)
項 第20面係数
c 0
C1(k) 0
C3(y) 0
C4(x^2) 1.2419868E-02
C6(y^2) 2.5155559E-03
C8(x^2*y) 4.4039503E-04
C10(y^3) 9.6899474E-05
C11(x^4) -4.9823517E-06
C13(x^2*y^2) 7.9731841E-06
C15(y^4) 9.0524527E-07
C17(x^4*y) -3.1378864E-07
C19(x^2*y^3) 4.9042232E-08
C21(y^5) -1.1443662E-08
C22(x^6) -4.0167980E-10
C24(x^4*y^2) -1.0080975E-08
C26(x^2*y^4) -3.6181076E-11
C28(y^6) -2.3211822E-10
C30(x^6*y) -2.9290586E-10
C32(x^4*y^3) -1.4357516E-10
C34(x^2*y^5) 1.7613577E-11
C36(y^7) 1.1803116E-13
C37(x^8) -4.0949986E-12
C39(x^6*y^2) -1.2701846E-11
C41(x^4*y^4) 9.5303660E-13
C43(x^2*y^6) -4.6943679E-14
C45(y^8) -6.0962092E-14
C47(x^8*y) -1.2432017E-13
C49(x^6*y^3) -1.2371629E-13
C51(x^4*y^5) 3.0336552E-14
C53(x^2*y^7) -7.0954219E-15
C55(y^9) -1.2438464E-15
(Table 5)
Term 20th surface coefficient c 0
C1 (k) 0
C3 (y) 0
C4 (x ^ 2) 1.2419868E-02
C6 (y ^ 2) 2.5155559E-03
C8 (x ^ 2 * y) 4.4039503E-04
C10 (y ^ 3) 9.6899474E-05
C11 (x ^ 4) -4.9823517E-06
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 7.9731841E-06
C15 (y ^ 4) 9.0524527E-07
C17 (x ^ 4 * y) -3.1378864E-07
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 4.9042232E-08
C21 (y ^ 5) -1.1443662E-08
C22 (x ^ 6) -4.0167980E-10
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -1.0080975E-08
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -3.6181076E-11
C28 (y ^ 6) -2.3211822E-10
C30 (x ^ 6 * y) -2.9290586E-10
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -1.4357516E-10
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 1.7613577E-11
C36 (y ^ 7) 1.1803116E-13
C37 (x ^ 8) -4.0949986E-12
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -1.2701846E-11
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 9.5303660E-13
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -4.6943679E-14
C45 (y ^ 8) -6.0962092E-14
C47 (x ^ 8 * y) -1.2432017E-13
C49 (x ^ 6 * y ^ 3) -1.2371629E-13
C51 (x ^ 4 * y ^ 5) 3.0336552E-14
C53 (x ^ 2 * y ^ 7) -7.0954219E-15
C55 (y ^ 9) -1.2438464E-15

以下に、条件式(1)〜(3)に対する対応値を示す。   The corresponding values for conditional expressions (1) to (3) are shown below.

条件式(1)|h/(f×sinθ)|=
|2.9976/{14.9030×sin(-10°)}|=1.158
条件式(2)|{sin-1(h/f)}/α|=
|{sin-1(2.9976/14.9030)}/63.9164|=0.182
条件式(3)|TL/f|=
|261.3424/14.9030|=17.536
Conditional expression (1) | h / (f × sin θ) | =
| 2.9976 / {14.9030 × sin (-10 °)} | = 1.158
Conditional expression (2) | {sin −1 (h / f)} / α | =
| {sin -1 (2.9976 / 14.9030)} / 63.9164 | = 0.182
Conditional expression (3) | TL / f | =
| 261.3424 / 14.9030 | = 17.536

また、下の表6に、条件式(4)に対する対応値を示す。なお、x−z断面に関しては、自由曲面がz軸に対して軸対称であるので、x座標の負の領域については記載を省略して
いる。
Table 6 below shows corresponding values for conditional expression (4). Regarding the xz cross section, since the free-form surface is axisymmetric with respect to the z axis, the description of the negative region of the x coordinate is omitted.

(表6)
(第2自由曲面レンズL22:素子y−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 0.1176 0.958558693
0 0.3576 0.961421039
0 0.5976 0.964213497
0 0.8376 0.966814910
0 1.0776 0.969158965
0 1.3176 0.971222172
0 1.5576 0.973010367
0 1.7976 0.974546818
0 2.0376 0.975863167
0 2.2776 0.976993161
0 2.5176 0.977968777
0 2.7576 0.978818126
0 2.9976 0.979564635
0 3.2376 0.980227068
0 3.4776 0.980820024
0 3.7176 0.981354664
0 3.9576 0.981839477
0 4.1976 0.982280968
0 4.4376 0.982684228
0 4.6776 0.983053364
0 4.9176 0.983391802
0 5.1576 0.983702502
0 5.3976 0.983988071
0 5.6376 0.984250855
0 5.8776 0.984492976

(第2自由曲面レンズL22:素子x−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 2.9976 0.979564635
0.32 2.9976 0.979388334
0.64 2.9976 0.978862073
0.96 2.9976 0.977993680
1.28 2.9976 0.976795841
1.6 2.9976 0.975285506
1.92 2.9976 0.973483003
2.24 2.9976 0.971410810
2.56 2.9976 0.969092042
2.88 2.9976 0.966548720
3.2 2.9976 0.963799996
3.52 2.9976 0.960860516
3.84 2.9976 0.957739079

(第3自由曲面レンズL23:素子y−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 0.1176 0.997990912
0 0.3576 0.997838638
0 0.5976 0.997775463
0 0.8376 0.997816603
0 1.0776 0.997963427
0 1.3176 0.998203808
0 1.5576 0.998513970
0 1.7976 0.998861976
0 2.0376 0.999211927
0 2.2776 0.999528301
0 2.5176 0.999779953
0 2.7576 0.999942468
0 2.9976 0.999999984
0 3.2376 0.999945222
0 3.4776 0.999778550
0 3.7176 0.999506439
0 3.9576 0.999139492
0 4.1976 0.998690570
0 4.4376 0.998173421
0 4.6776 0.997601695
0 4.9176 0.996988921
0 5.1576 0.996348961
0 5.3976 0.995698333
0 5.6376 0.995056849
0 5.8776 0.994453938

(第3自由曲面レンズL23:素子x−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 2.9976 0.999999984
0.32 2.9976 0.999984182
0.64 2.9976 0.999935566
0.96 2.9976 0.999850421
1.28 2.9976 0.999722274
1.6 2.9976 0.999541528
1.92 2.9976 0.999295048
2.24 2.9976 0.998965786
2.56 2.9976 0.998532581
2.88 2.9976 0.997970215
3.2 2.9976 0.997249881
3.52 2.9976 0.996340125
3.84 2.9976 0.995208311
(Table 6)
(Second free-form surface lens L22: element yz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 0.1176 0.958558693
0 0.3576 0.961421039
0 0.5976 0.964213497
0 0.8376 0.966814910
0 1.0776 0.969158965
0 1.3176 0.971222172
0 1.5576 0.973010367
0 1.7976 0.974546818
0 2.0376 0.975863167
0 2.2776 0.976993161
0 2.5176 0.977968777
0 2.7576 0.978818126
0 2.9976 0.979564635
0 3.2376 0.980227068
0 3.4776 0.980820024
0 3.7176 0.981354664
0 3.9576 0.981839477
0 4.1976 0.982280968
0 4.4376 0.982684228
0 4.6776 0.983053364
0 4.9176 0.983391802
0 5.1576 0.983702502
0 5.3976 0.983988071
0 5.6376 0.984250855
0 5.8776 0.984492976

(Second free-form surface lens L22: element xz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 2.9976 0.979564635
0.32 2.9976 0.979388334
0.64 2.9976 0.978862073
0.96 2.9976 0.977993680
1.28 2.9976 0.976795841
1.6 2.9976 0.975285506
1.92 2.9976 0.973483003
2.24 2.9976 0.971410810
2.56 2.9976 0.969092042
2.88 2.9976 0.966548720
3.2 2.9976 0.963799996
3.52 2.9976 0.960860516
3.84 2.9976 0.957739079

(Third free-form curved lens L23: element yz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 0.1176 0.997990912
0 0.3576 0.997838638
0 0.5976 0.997775463
0 0.8376 0.997816603
0 1.0776 0.997963427
0 1.3176 0.998203808
0 1.5576 0.998513970
0 1.7976 0.998861976
0 2.0376 0.999211927
0 2.2776 0.999528301
0 2.5176 0.999779953
0 2.7576 0.999942468
0 2.9976 0.999999984
0 3.2376 0.999945222
0 3.4776 0.999778550
0 3.7176 0.999506439
0 3.9576 0.999139492
0 4.1976 0.998690570
0 4.4376 0.998173421
0 4.6776 0.997601695
0 4.9176 0.996988921
0 5.1576 0.996348961
0 5.3976 0.995698333
0 5.6376 0.995056849
0 5.8776 0.994453938

(Third free-form curved lens L23: element xz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 2.9976 0.999999984
0.32 2.9976 0.999984182
0.64 2.9976 0.999935566
0.96 2.9976 0.999850421
1.28 2.9976 0.999722274
1.6 2.9976 0.999541528
1.92 2.9976 0.999295048
2.24 2.9976 0.998965786
2.56 2.9976 0.998532581
2.88 2.9976 0.997970215
3.2 2.9976 0.997249881
3.52 2.9976 0.996340125
3.84 2.9976 0.995208311

このように本実施例では、上記条件式(1)〜(4)が全て満たされていることが分かる。   Thus, in this embodiment, it can be seen that all the conditional expressions (1) to (4) are satisfied.

図3〜図6は、第1実施例に係る映像投写装置用光学系PLの横収差図である。各収差図において、CはC線(λ=656.3nm)、eはe線(λ=546.1nm)、gはg線(λ=435.8nm)における収差をそれぞれ示す。なお、各収差図の説明は、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、各収差図より、第1実施例では、各点(物点)において横収差が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。   3 to 6 are lateral aberration diagrams of the optical system PL for the image projection apparatus according to the first example. In each graph showing aberrations, C represents C-line (λ = 656.3 nm), e represents e-line (λ = 546.1 nm), and g represents g-line (λ = 435.8 nm) aberration. The description of each aberration diagram is the same in other examples, and the description is omitted. From the respective aberration diagrams, it can be seen that in the first example, the lateral aberration is corrected well at each point (object point) and has excellent optical performance.

(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7〜表12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、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 7 to 12. 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 of the second embodiment has the same configuration as the optical system for the image projection apparatus of the first embodiment, and the same reference numerals as those in the first embodiment are assigned to the respective parts. The detailed explanation is omitted.

第2実施例に係る映像投写装置用光学系PLでは、物体側(素子側)開口数が0.1786であり、映像表示素子DSの中心のシフト量hがY方向に+2.9976mmであり、映像表示素子DSのサイズが7.68mm×5.76mmであり、投写サイズが284.48mm×213.36mmであり、拡大倍率が約37倍となっている。なお、基準投写レンズ群G1全体の焦点距離fは、14.9444mmである。   In the optical system PL for image projection apparatus according to the second example, the object side (element side) numerical aperture is 0.1786, the shift amount h at the center of the image display element DS is +2.9976 mm in the Y direction, The size of the video display element DS is 7.68 mm × 5.76 mm, the projection size is 284.48 mm × 213.36 mm, and the enlargement magnification is about 37 times. The focal length f of the entire reference projection lens group G1 is 14.9444 mm.

また、自由曲面レンズ群G2の中心軸は、光軸に対して、絞りS(と光軸の交わる点)を中心にy−z平面内で−16度(傾き角θ)だけ傾いている。また、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(xyz座標系)のz軸が、光軸に対して、座標原点を中心にy−z平面内で+25度だけ傾いている。   Further, the central axis of the free-form surface lens group G2 is inclined by −16 degrees (inclination angle θ) in the yz plane with the stop S (the point where the optical axis intersects) as the center with respect to the optical axis. As for the free-form surface mirror M, the z-axis of the local coordinate system (xyz coordinate system) in the free-form surface mirror M is inclined by +25 degrees in the yz plane with the coordinate origin as the center with respect to the optical axis. .

下の表7に、第2実施例に係る映像投写装置用光学系PLの数値データを示す。   Table 7 below shows numerical data of the optical system PL for image projection apparatus according to the second example.

(表7)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率/νd
素子面 平面 1.00000
1 平面 0.70000 1.51680/64.2
2 平面 11.00000 1.80400/46.6
3 平面 5.70000
4*a -16.30000 2.76248 1.74300/49.3
5 -15.50000 0.10000
6 110.76719 5.25607 1.56907/71.3
7 -18.08244 0.50000
8*a 10.68699 5.33400 1.59240/68.3
9 -37.91040 2.30000 1.68893/31.1
10*a 7.75150 4.40000
11 7.23030 2.00000 1.85280/39.0
12*a 9.16280 3.23699
13(絞り) 平面 2.50000
14*f xy多項式面 4.50000 1.53113/55.7
15*f xy多項式面 9.00000
16*f xy多項式面 5.00000 1.53113/55.7
17*f xy多項式面 7.00000
18*f xy多項式面 5.00000 1.53113/55.7
19*f xy多項式面 20.77836
20*f xy多項式面 -164.93661 反射
像面 平面
(Table 7)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index / νd
Element plane Plane 1.00000
1 plane 0.70000 1.51680 / 64.2
2 Plane 11.00000 1.80400 / 46.6
3 plane 5.70000
4 * a -16.30000 2.76248 1.74300 / 49.3
5 -15.50000 0.10000
6 110.76719 5.25607 1.56907 / 71.3
7 -18.08244 0.50000
8 * a 10.68699 5.33400 1.59240 / 68.3
9 -37.91040 2.30000 1.68893 / 31.1
10 * a 7.75150 4.40000
11 7.23030 2.00000 1.85280 / 39.0
12 * a 9.16280 3.23699
13 (aperture) plane 2.50000
14 * f xy polynomial surface 4.50000 1.53113 / 55.7
15 * f xy polynomial surface 9.00000
16 * f xy polynomial surface 5.00000 1.53113 / 55.7
17 * f xy polynomial surface 7.00000
18 * f xy polynomial surface 5.00000 1.53113 / 55.7
19 * f xy polynomial surface 20.77836
20 * f xy polynomial surface -164.93661 Reflection Image plane Plane

表7において、第13面〜第18面までの面間隔は、自由曲面レンズ群G2の中心軸上の距離である。自由曲面レンズ群G2の中心軸が光軸に対して16度(符号省略)だけ傾いているので、第13面〜第18面までの光軸上の距離は、33×cos16=31.72164となる
In Table 7, the surface interval from the 13th surface to the 18th surface is the distance on the central axis of the free-form surface lens group G2. Since the central axis of the free-form surface lens group G2 is inclined by 16 degrees (reference numeral omitted) with respect to the optical axis, the distance on the optical axis from the thirteenth surface to the eighteenth surface is 33 × cos16 = 31.72164.

また、表7において、第4面〜第12面は回転対称な基準投写レンズ群G1のレンズ面であり、その中で、第4面、第8面、第10面、および第12面は回転対称な非球面である。下の表8に、第4面、第8面、第10面、および第12面の非球面係数をそれぞれ示す。   In Table 7, the fourth surface to the twelfth surface are lens surfaces of the rotationally symmetric reference projection lens group G1, and among them, the fourth surface, the eighth surface, the tenth surface, and the twelfth surface rotate. It is a symmetric aspherical surface. Table 8 below shows the aspherical coefficients of the fourth surface, the eighth surface, the tenth surface, and the twelfth surface, respectively.

(表8)
項 第4面係数 第8面係数
c -0.0613497 0.0935717
k 0 0
A(4次) 9.3933465E-05 -3.1372044E-04
B(6次) -3.0170024E-06 -4.8084750E-07
C(8次) 2.7443594E-08 2.7734677E-08
D(10次) -1.5585598E-10 -2.1093749E-10

項 第10面係数 第12面係数
c 0.1290073 0.1091369
k 0 0
A(4次) -1.2133091E-03 6.7195610E-04
B(6次) 7.5421804E-06 7.8658158E-06
C(8次) 1.7677369E-08 -3.2126987E-07
D(10次) -1.8874145E-09 1.4776291E-08
(Table 8)
Term 4th surface coefficient 8th surface coefficient c -0.0613497 0.0935717
k 0 0
A (4th) 9.3933465E-05 -3.1372044E-04
B (6th) -3.0170024E-06 -4.8084750E-07
C (8th) 2.7443594E-08 2.7734677E-08
D (10th order) -1.5585598E-10 -2.1093749E-10

Term 10th surface coefficient 12th surface coefficient c 0.1290073 0.1091369
k 0 0
A (4th order) -1.2133091E-03 6.7195610E-04
B (6th) 7.5421804E-06 7.8658158E-06
C (8th) 1.7677369E-08 -3.2126987E-07
D (10th) -1.8874145E-09 1.4776291E-08

また、表7において、第14面〜第20面は非回転対称な自由曲面である。なお、本実施例では、第20面が自由曲面ミラーMの反射面となっている。下の表9〜表11に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In Table 7, the 14th to 20th surfaces are non-rotationally symmetric free-form surfaces. In the present embodiment, the twentieth surface is the reflecting surface of the free-form curved mirror M. Tables 9 to 11 below show each term coefficient of these free-form surfaces.

(表9)
項 第14面係数 第15面係数 第16面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 1.9580512E-01 3.6110108E-01 7.5000000E-01
C4(x^2) -1.2438872E-02 -1.8500655E-02 -4.8086037E-02
C6(y^2) 1.9293518E-02 1.3319012E-02 -1.0822370E-01
C8(x^2*y) -1.9755341E-03 -9.0623395E-04 3.1350939E-03
C10(y^3) -3.1199298E-03 -3.1522150E-03 3.7349131E-03
C11(x^4) 3.9942175E-06 -1.1931680E-04 -2.5671932E-04
C13(x^2*y^2) -2.5006396E-05 -2.9473484E-04 2.9048311E-04
C15(y^4) -5.8736593E-05 -3.1242030E-04 -8.8880492E-05
C17(x^4*y) 1.2301093E-05 2.6113297E-05 -3.3172052E-05
C19(x^2*y^3) -8.9880237E-06 2.8632718E-05 -6.9786892E-05
C21(y^5) 5.3192773E-06 3.2143917E-05 -9.0064384E-06
C22(x^6) 7.1161820E-06 2.7681937E-06 1.7756512E-06
C24(x^4*y^2) 1.3171391E-05 2.0728985E-06 2.6490209E-06
C26(x^2*y^4) 6.7196696E-06 -5.0287983E-06 -9.6688425E-06
C28(y^6) -8.5420370E-07 -3.5465019E-06 -1.6387400E-06
C30(x^6*y) 1.8932948E-06 1.0238000E-06 -3.1152824E-07
C32(x^4*y^3) 4.8997837E-06 2.3608102E-06 -1.2494475E-06
C34(x^2*y^5) 5.4060592E-06 3.4487694E-06 -2.0455352E-07
C36(y^7) 6.6091238E-07 1.3366134E-07 -3.1403956E-07
C37(x^8) -2.6751392E-07 -5.1519592E-08 4.7092733E-09
C39(x^6*y^2) -1.2634642E-06 -2.7527982E-07 9.3651834E-08
C41(x^4*y^4) -2.2717212E-06 -6.2851956E-07 1.8589842E-07
C43(x^2*y^6) -1.2924015E-06 -4.8679982E-07 7.4889826E-08
C45(y^8) 6.0587039E-08 8.1699148E-08 -2.3334636E-08
(Table 9)
Term 14th surface coefficient 15th surface coefficient 16th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 1.9580512E-01 3.6110108E-01 7.5000000E-01
C4 (x ^ 2) -1.2438872E-02 -1.8500655E-02 -4.8086037E-02
C6 (y ^ 2) 1.9293518E-02 1.3319012E-02 -1.0822370E-01
C8 (x ^ 2 * y) -1.9755341E-03 -9.0623395E-04 3.1350939E-03
C10 (y ^ 3) -3.1199298E-03 -3.1522150E-03 3.7349131E-03
C11 (x ^ 4) 3.9942175E-06 -1.1931680E-04 -2.5671932E-04
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) -2.5006396E-05 -2.9473484E-04 2.9048311E-04
C15 (y ^ 4) -5.8736593E-05 -3.1242030E-04 -8.8880492E-05
C17 (x ^ 4 * y) 1.2301093E-05 2.6113297E-05 -3.3172052E-05
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) -8.9880237E-06 2.8632718E-05 -6.9786892E-05
C21 (y ^ 5) 5.3192773E-06 3.2143917E-05 -9.0064384E-06
C22 (x ^ 6) 7.1161820E-06 2.7681937E-06 1.7756512E-06
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 1.3171391E-05 2.0728985E-06 2.6490209E-06
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 6.7196696E-06 -5.0287983E-06 -9.6688425E-06
C28 (y ^ 6) -8.5420370E-07 -3.5465019E-06 -1.6387400E-06
C30 (x ^ 6 * y) 1.8932948E-06 1.0238000E-06 -3.1152824E-07
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) 4.8997837E-06 2.3608102E-06 -1.2494475E-06
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 5.4060592E-06 3.4487694E-06 -2.0455352E-07
C36 (y ^ 7) 6.6091238E-07 1.3366134E-07 -3.1403956E-07
C37 (x ^ 8) -2.6751392E-07 -5.1519592E-08 4.7092733E-09
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -1.2634642E-06 -2.7527982E-07 9.3651834E-08
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -2.2717212E-06 -6.2851956E-07 1.8589842E-07
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -1.2924015E-06 -4.8679982E-07 7.4889826E-08
C45 (y ^ 8) 6.0587039E-08 8.1699148E-08 -2.3334636E-08

(表10)
項 第17面係数 第18面係数 第19面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 5.0850667E-01 0 0
C4(x^2) -4.6912833E-02 -4.8381629E-03 -2.0666297E-03
C6(y^2) -5.5736842E-02 1.3716731E-02 -1.5706974E-03
C8(x^2*y) -1.7693755E-03 -2.1000760E-03 5.6042051E-04
C10(y^3) 7.6106293E-04 8.9392339E-04 6.8643941E-04
C11(x^4) -8.2328512E-05 -9.9870510E-06 -3.3820075E-05
C13(x^2*y^2) 3.8036183E-05 -3.3188059E-04 -1.0177859E-04
C15(y^4) -4.4101205E-05 -1.7856989E-04 -8.7420222E-05
C17(x^4*y) -1.6373033E-05 1.4712986E-06 -7.6831037E-06
C19(x^2*y^3) -4.3672036E-05 -7.4714593E-06 -6.9289403E-06
C21(y^5) -8.6405068E-06 1.0075778E-06 1.0870990E-06
C22(x^6) 4.7736240E-07 -2.5706163E-07 -1.1669556E-07
C24(x^4*y^2) 1.3092725E-06 1.3634289E-07 -4.4245496E-07
C26(x^2*y^4) -1.3113113E-06 -6.4642124E-08 -4.3388361E-07
C28(y^6) -8.7396056E-07 -1.8349710E-07 -1.1078306E-07
C30(x^6*y) -1.2341987E-07 -2.4778701E-09 3.4003785E-08
C32(x^4*y^3) -2.5839902E-07 -1.2873568E-08 6.2448821E-08
C34(x^2*y^5) -6.4236420E-08 -5.6427438E-08 -4.6376596E-09
C36(y^7) -4.5019918E-09 2.1479736E-08 -1.2859120E-09
C37(x^8) 0 -8.2831769E-10 0
C39(x^6*y^2) 0 -7.0562072E-09 0
C41(x^4*y^4) 0 -1.3391919E-08 0
C43(x^2*y^6) 0 -1.0632525E-08 0
C45(y^8) 0 -1.5803851E-09 0
(Table 10)
Term 17th surface coefficient 18th surface coefficient 19th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 5.0850667E-01 0 0
C4 (x ^ 2) -4.6912833E-02 -4.8381629E-03 -2.0666297E-03
C6 (y ^ 2) -5.5736842E-02 1.3716731E-02 -1.5706974E-03
C8 (x ^ 2 * y) -1.7693755E-03 -2.1000760E-03 5.6042051E-04
C10 (y ^ 3) 7.6106293E-04 8.9392339E-04 6.8643941E-04
C11 (x ^ 4) -8.2328512E-05 -9.9870510E-06 -3.3820075E-05
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 3.8036183E-05 -3.3188059E-04 -1.0177859E-04
C15 (y ^ 4) -4.4101205E-05 -1.7856989E-04 -8.7420222E-05
C17 (x ^ 4 * y) -1.6373033E-05 1.4712986E-06 -7.6831037E-06
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) -4.3672036E-05 -7.4714593E-06 -6.9289403E-06
C21 (y ^ 5) -8.6405068E-06 1.0075778E-06 1.0870990E-06
C22 (x ^ 6) 4.7736240E-07 -2.5706163E-07 -1.1669556E-07
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 1.3092725E-06 1.3634289E-07 -4.4245496E-07
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -1.3113113E-06 -6.4642124E-08 -4.3388361E-07
C28 (y ^ 6) -8.7396056E-07 -1.8349710E-07 -1.1078306E-07
C30 (x ^ 6 * y) -1.2341987E-07 -2.4778701E-09 3.4003785E-08
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -2.5839902E-07 -1.2873568E-08 6.2448821E-08
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -6.4236420E-08 -5.6427438E-08 -4.6376596E-09
C36 (y ^ 7) -4.5019918E-09 2.1479736E-08 -1.2859120E-09
C37 (x ^ 8) 0 -8.2831769E-10 0
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) 0 -7.0562072E-09 0
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 0 -1.3391919E-08 0
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 0 -1.0632525E-08 0
C45 (y ^ 8) 0 -1.5803851E-09 0

(表11)
項 第20面係数
c 0
C1(k) 0
C3(y) 0
C4(x^2) 1.2723682E-02
C6(y^2) 2.6881471E-03
C8(x^2*y) 4.4338292E-04
C10(y^3) 1.0339531E-04
C11(x^4) -5.7495028E-06
C13(x^2*y^2) 7.6713113E-06
C15(y^4) 8.8481415E-07
C17(x^4*y) -3.5525128E-07
C19(x^2*y^3) 5.7025914E-08
C21(y^5) -1.3628931E-08
C22(x^6) 3.4426229E-10
C24(x^4*y^2) -1.0102287E-08
C26(x^2*y^4) 3.4030696E-10
C28(y^6) -2.0201988E-10
C30(x^6*y) -1.7866777E-10
C32(x^4*y^3) -1.3254942E-10
C34(x^2*y^5) 1.0848522E-11
C36(y^7) 1.6954808E-12
C37(x^8) -8.7214282E-13
C39(x^6*y^2) -9.9501323E-12
C41(x^4*y^4) 1.9526861E-13
C43(x^2*y^6) 1.7942253E-14
C45(y^8) -5.4122699E-14
C47(x^8*y) 3.1805774E-14
C49(x^6*y^3) -1.6391044E-13
C51(x^4*y^5) 2.0436415E-14
C53(x^2*y^7) -9.7459895E-16
C55(y^9) -1.5218592E-15
(Table 11)
Term 20th surface coefficient c 0
C1 (k) 0
C3 (y) 0
C4 (x ^ 2) 1.2723682E-02
C6 (y ^ 2) 2.6881471E-03
C8 (x ^ 2 * y) 4.4338292E-04
C10 (y ^ 3) 1.0339531E-04
C11 (x ^ 4) -5.7495028E-06
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 7.6713113E-06
C15 (y ^ 4) 8.8481415E-07
C17 (x ^ 4 * y) -3.5525128E-07
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 5.7025914E-08
C21 (y ^ 5) -1.3628931E-08
C22 (x ^ 6) 3.4426229E-10
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -1.0102287E-08
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 3.4030696E-10
C28 (y ^ 6) -2.0201988E-10
C30 (x ^ 6 * y) -1.7866777E-10
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -1.3254942E-10
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 1.0848522E-11
C36 (y ^ 7) 1.6954808E-12
C37 (x ^ 8) -8.7214282E-13
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -9.9501323E-12
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 1.9526861E-13
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 1.7942253E-14
C45 (y ^ 8) -5.4122699E-14
C47 (x ^ 8 * y) 3.1805774E-14
C49 (x ^ 6 * y ^ 3) -1.6391044E-13
C51 (x ^ 4 * y ^ 5) 2.0436415E-14
C53 (x ^ 2 * y ^ 7) -9.7459895E-16
C55 (y ^ 9) -1.5218592E-15

以下に、条件式(1)〜(3)に対する対応値を示す。   The corresponding values for conditional expressions (1) to (3) are shown below.

条件式(1)|h/(f×sinθ)|=
|2.9976/{14.9444×sin(-16°)}|=0.728
条件式(2)|{sin-1(h/f)}/α|=
|{sin-1(2.9976/14.9444)}/63.7723|=0.181
条件式(3)|TL/f|=
|261.7262/14.9444|=17.513
Conditional expression (1) | h / (f × sin θ) | =
| 2.9976 / {14.9444 × sin (-16 °)} | = 0.728
Conditional expression (2) | {sin −1 (h / f)} / α | =
| {sin -1 (2.9976 / 14.9444)} / 63.7723 | = 0.181
Conditional expression (3) | TL / f | =
| 261.7262 / 14.9444 | = 17.513

また、下の表12に、条件式(4)に対する対応値を示す。なお、x−z断面に関しては、自由曲面がz軸に対して軸対称であるので、x座標の負の領域については記載を省略し
ている。
Table 12 below shows corresponding values for the conditional expression (4). Regarding the xz cross section, since the free-form surface is axisymmetric with respect to the z axis, the description of the negative region of the x coordinate is omitted.

(表12)
(第2自由曲面レンズL22:素子y−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 0.1176 0.995237664
0 0.3576 0.996337114
0 0.5976 0.997235084
0 0.8376 0.997912051
0 1.0776 0.998387968
0 1.3176 0.998699160
0 1.5576 0.998882378
0 1.7976 0.998967057
0 2.0376 0.998973522
0 2.2776 0.998914444
0 2.5176 0.998797451
0 2.7576 0.998627694
0 2.9976 0.998409736
0 3.2376 0.998148644
0 3.4776 0.997850392
0 3.7176 0.997521775
0 3.9576 0.997170078
0 4.1976 0.996802683
0 4.4376 0.996426721
0 4.6776 0.996048814
0 4.9176 0.995674931
0 5.1576 0.995310316
0 5.3976 0.994959473
0 5.6376 0.994626200
0 5.8776 0.994313626

(第2自由曲面レンズL22:素子x−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 2.9976 0.998409736
0.32 2.9976 0.998260445
0.64 2.9976 0.997815928
0.96 2.9976 0.997086117
1.28 2.9976 0.996087094
1.6 2.9976 0.994840344
1.92 2.9976 0.993371637
2.24 2.9976 0.991709518
2.56 2.9976 0.989883447
2.88 2.9976 0.987921698
3.2 2.9976 0.985849225
3.52 2.9976 0.983685719
3.84 2.9976 0.981444126

(第3自由曲面レンズL23:素子y−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 0.1176 0.992358399
0 0.3576 0.991405008
0 0.5976 0.990687801
0 0.8376 0.990254176
0 1.0776 0.990128742
0 1.3176 0.990314250
0 1.5576 0.990793492
0 1.7976 0.991531597
0 2.0376 0.992478820
0 2.2776 0.993573980
0 2.5176 0.994748597
0 2.7576 0.995931563
0 2.9976 0.997053973
0 3.2376 0.998053670
0 3.4776 0.998879062
0 3.7176 0.999491835
0 3.9576 0.999868370
0 4.1976 0.999999815
0 4.4376 0.999890971
0 4.6776 0.999558285
0 4.9176 0.999027328
0 5.1576 0.998330178
0 5.3976 0.997503124
0 5.6376 0.996585022
0 5.8776 0.995616566

(第3自由曲面レンズL23:素子x−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 2.9976 0.997053973
0.32 2.9976 0.997072053
0.64 2.9976 0.997125715
0.96 2.9976 0.997213013
1.28 2.9976 0.997329999
1.6 2.9976 0.997469745
1.92 2.9976 0.997621145
2.24 2.9976 0.997767665
2.56 2.9976 0.997886211
2.88 2.9976 0.997946357
3.2 2.9976 0.997910179
3.52 2.9976 0.997732869
3.84 2.9976 0.997364335
(Table 12)
(Second free-form surface lens L22: element yz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 0.1176 0.995237664
0 0.3576 0.996337114
0 0.5976 0.997235084
0 0.8376 0.997912051
0 1.0776 0.998387968
0 1.3176 0.998699160
0 1.5576 0.998882378
0 1.7976 0.998967057
0 2.0376 0.998973522
0 2.2776 0.998914444
0 2.5176 0.998797451
0 2.7576 0.998627694
0 2.9976 0.998409736
0 3.2376 0.998148644
0 3.4776 0.997850392
0 3.7176 0.997521775
0 3.9576 0.997170078
0 4.1976 0.996802683
0 4.4376 0.996426721
0 4.6776 0.996048814
0 4.9176 0.995674931
0 5.1576 0.995310316
0 5.3976 0.994959473
0 5.6376 0.994626200
0 5.8776 0.994313626

(Second free-form surface lens L22: element xz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 2.9976 0.998409736
0.32 2.9976 0.998260445
0.64 2.9976 0.997815928
0.96 2.9976 0.997086117
1.28 2.9976 0.996087094
1.6 2.9976 0.994840344
1.92 2.9976 0.993371637
2.24 2.9976 0.991709518
2.56 2.9976 0.989883447
2.88 2.9976 0.987921698
3.2 2.9976 0.985849225
3.52 2.9976 0.983685719
3.84 2.9976 0.981444126

(Third free-form curved lens L23: element yz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 0.1176 0.992358399
0 0.3576 0.991405008
0 0.5976 0.990687801
0 0.8376 0.990254176
0 1.0776 0.990128742
0 1.3176 0.990314250
0 1.5576 0.990793492
0 1.7976 0.991531597
0 2.0376 0.992478820
0 2.2776 0.993573980
0 2.5176 0.994748597
0 2.7576 0.995931563
0 2.9976 0.997053973
0 3.2376 0.998053670
0 3.4776 0.998879062
0 3.7176 0.999491835
0 3.9576 0.999868370
0 4.1976 0.999999815
0 4.4376 0.999890971
0 4.6776 0.999558285
0 4.9176 0.999027328
0 5.1576 0.998330178
0 5.3976 0.997503124
0 5.6376 0.996585022
0 5.8776 0.995616566

(Third free-form curved lens L23: element xz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 2.9976 0.997053973
0.32 2.9976 0.997072053
0.64 2.9976 0.997125715
0.96 2.9976 0.997213013
1.28 2.9976 0.997329999
1.6 2.9976 0.997469745
1.92 2.9976 0.997621145
2.24 2.9976 0.997767665
2.56 2.9976 0.997886211
2.88 2.9976 0.997946357
3.2 2.9976 0.997910179
3.52 2.9976 0.997732869
3.84 2.9976 0.997364335

このように本実施例では、上記条件式(1)〜(4)が全て満たされていることが分かる。   Thus, in this embodiment, it can be seen that all the conditional expressions (1) to (4) are satisfied.

図9〜図12は、第2実施例に係る映像投写装置用光学系PLの横収差図である。そして、各収差図より、第2実施例では、各点(物点)において横収差が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。   9 to 12 are lateral aberration diagrams of the optical system PL for image projection apparatus according to the second example. From the aberration diagrams, it can be seen that in the second example, the lateral aberration is corrected well at each point (object point) and the optical performance is excellent.

(第3実施例)
本願の第3実施例について、図13〜図18および表13〜表18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、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 18 and Tables 13 to 18. 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 of the optical system for the image projection apparatus according to the third embodiment). -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, and the same reference numerals as those in the first embodiment are assigned to the respective parts. The detailed explanation is omitted.

第3実施例に係る映像投写装置用光学系PLでは、物体側(素子側)開口数が0.1786であり、映像表示素子DSの中心のシフト量hがY方向に+2.9976mmであり、映像表示素子DSのサイズが7.68mm×5.76mmであり、投写サイズが284.48mm×213.36mmであり、拡大倍率が約37倍となっている。なお、基準投写レンズ群G1全体の焦点距離fは、17.0000mmである。   In the optical system PL for image projection apparatus according to the third example, the object side (element side) numerical aperture is 0.1786, the shift amount h at the center of the image display element DS is +2.9976 mm in the Y direction, The size of the video display element DS is 7.68 mm × 5.76 mm, the projection size is 284.48 mm × 213.36 mm, and the enlargement magnification is about 37 times. The focal length f of the entire reference projection lens group G1 is 17.0000 mm.

また、自由曲面レンズ群G2の中心軸は、光軸に対して、絞りS(と光軸の交わる点)を中心にy−z平面内で−7度(傾き角θ)だけ傾いている。また、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(xyz座標系)のz軸が、光軸に対して、座標原点を中心にy−z平面内で+25度だけ傾いている。   Further, the central axis of the free-form surface lens group G2 is inclined by −7 degrees (inclination angle θ) in the yz plane with the stop S (the point where the optical axis intersects) as the center with respect to the optical axis. As for the free-form surface mirror M, the z-axis of the local coordinate system (xyz coordinate system) in the free-form surface mirror M is inclined by +25 degrees in the yz plane with the coordinate origin as the center with respect to the optical axis. .

下の表13に、第3実施例に係る映像投写装置用光学系PLの数値データを示す。   Table 13 below shows numerical data of the optical system PL for the image projection apparatus according to the third example.

(表13)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率/νd
素子面 平面 1.00000
1 平面 0.70000 1.51680/64.2
2 平面 11.00000 1.80400/46.6
3 平面 5.70000
4*a -16.30000 2.00000 1.74300/49.3
5 -15.50000 0.10000
6 259.57028 9.16763 1.56907/71.3
7 -18.79180 0.50000
8*a 10.73108 5.35327 1.59240/68.3
9 -43.78993 2.30000 1.68893/31.1
10*a 7.97050 4.40000
11 9.66527 2.00000 1.85280/39.0
12*a 14.76397 4.80030
13(絞り) 平面 2.50000
14*f xy多項式面 4.50000 1.53113/55.7
15*f xy多項式面 9.00000
16*f xy多項式面 5.00000 1.53113/55.7
17*f xy多項式面 7.00000
18*f xy多項式面 5.00000 1.53113/55.7
19*f xy多項式面 19.74598
20*f xy多項式面 -164.99999 反射
像面 平面
(Table 13)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index / νd
Element plane Plane 1.00000
1 plane 0.70000 1.51680 / 64.2
2 Plane 11.00000 1.80400 / 46.6
3 plane 5.70000
4 * a -16.30000 2.00000 1.74300 / 49.3
5 -15.50000 0.10000
6 259.57028 9.16763 1.56907 / 71.3
7 -18.79180 0.50000
8 * a 10.73108 5.35327 1.59240 / 68.3
9 -43.78993 2.30000 1.68893 / 31.1
10 * a 7.97050 4.40000
11 9.66527 2.00000 1.85280 / 39.0
12 * a 14.76397 4.80030
13 (aperture) plane
14 * f xy polynomial surface 4.50000 1.53113 / 55.7
15 * f xy polynomial surface 9.00000
16 * f xy polynomial surface 5.00000 1.53113 / 55.7
17 * f xy polynomial surface 7.00000
18 * f xy polynomial surface 5.00000 1.53113 / 55.7
19 * f xy polynomial surface 19.74598
20 * f xy polynomial surface -164.99999 Reflection Image plane Plane

表13において、第13面〜第18面までの面間隔は、自由曲面レンズ群G2の中心軸上の距離である。自由曲面レンズ群G2の中心軸が光軸に対して7度(符号省略)だけ傾いているので、第13面〜第18面までの光軸上の距離は、33×cos7=32.75402となる。   In Table 13, the surface spacing from the 13th surface to the 18th surface is the distance on the central axis of the free-form surface lens group G2. Since the center axis of the free-form surface lens group G2 is inclined by 7 degrees (reference number omitted) with respect to the optical axis, the distance on the optical axis from the thirteenth surface to the eighteenth surface is 33 × cos7 = 32.75402.

また、表13において、第4面〜第12面は回転対称な基準投写レンズ群G1のレンズ面であり、その中で、第4面、第8面、第10面、および第12面は回転対称な非球面である。下の表14に、第4面、第8面、第10面、および第12面の非球面係数をそれぞれ示す。   In Table 13, the fourth surface to the twelfth surface are lens surfaces of the rotationally symmetric reference projection lens group G1, and among these, the fourth surface, the eighth surface, the tenth surface, and the twelfth surface are rotated. It is a symmetric aspherical surface. Table 14 below shows the aspheric coefficients of the fourth surface, the eighth surface, the tenth surface, and the twelfth surface, respectively.

(表14)
項 第4面係数 第8面係数
c -0.0613497 0.0931873
k 0 0
A(4次) 9.8303034E-05 -3.1854287E-04
B(6次) -2.6439913E-06 -6.5557465E-07
C(8次) 2.3211008E-08 3.0118204E-08
D(10次) -1.2863754E-10 -1.9046065E-10

項 第10面係数 第12面係数
c 0.1254626 0.0677325
k 0 0
A(4次) -1.1658784E-03 4.7103565E-04
B(6次) 8.4071416E-06 2.4416210E-06
C(8次) -1.5309401E-09 -2.0352803E-07
D(10次) -1.0367962E-09 3.3287730E-09
(Table 14)
Term 4th surface coefficient 8th surface coefficient c -0.0613497 0.0931873
k 0 0
A (4th) 9.8303034E-05 -3.1854287E-04
B (6th) -2.6439913E-06 -6.5557465E-07
C (8th order) 2.3211008E-08 3.0118204E-08
D (10th order) -1.2863754E-10 -1.9046065E-10

Term 10th surface coefficient 12th surface coefficient c 0.1254626 0.0677325
k 0 0
A (4th) -1.1658784E-03 4.7103565E-04
B (6th) 8.4071416E-06 2.4416210E-06
C (8th) -1.5309401E-09 -2.0352803E-07
D (10th order) -1.0367962E-09 3.3287730E-09

また、表13において、第14面〜第20面は非回転対称な自由曲面である。なお、本実施例では、第20面が自由曲面ミラーMの反射面となっている。下の表15〜表17に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In Table 13, the 14th to 20th surfaces are non-rotationally symmetric free-form surfaces. In the present embodiment, the twentieth surface is the reflecting surface of the free-form curved mirror M. Tables 15 to 17 below show the term coefficients of these free-form surfaces.

(表15)
項 第14面係数 第15面係数 第16面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 2.2040640E-01 5.5048823E-01 7.5000000E-01
C4(x^2) 1.4092673E-03 -1.1322644E-02 -5.3161207E-02
C6(y^2) 2.2440040E-02 1.4200633E-02 -1.1297661E-01
C8(x^2*y) -1.1012939E-03 -3.4226464E-04 2.7545397E-03
C10(y^3) -1.7101610E-03 -1.2823663E-03 3.3774765E-03
C11(x^4) 1.8931706E-04 2.3467713E-05 -3.1105623E-04
C13(x^2*y^2) 3.8603390E-04 1.4477096E-04 -1.2288847E-04
C15(y^4) 2.3267863E-04 1.2842722E-04 -6.3840492E-05
C17(x^4*y) 3.3884267E-05 4.7398665E-05 -4.6126262E-05
C19(x^2*y^3) 3.4284840E-05 5.8690943E-05 -1.5622924E-04
C21(y^5) 2.3963308E-05 4.2129645E-05 -3.2435078E-05
C22(x^6) 2.2286710E-06 2.6003361E-06 2.5361125E-06
C24(x^4*y^2) 6.3546120E-06 6.2477217E-06 -5.4325227E-06
C26(x^2*y^4) 5.5627421E-06 4.0258271E-06 -1.0003427E-05
C28(y^6) -6.3122620E-07 -1.2523914E-06 -2.5292275E-06
C30(x^6*y) 4.2559203E-07 6.3269332E-07 -2.8809426E-07
C32(x^4*y^3) 1.2403478E-06 1.2696384E-06 -4.8667234E-07
C34(x^2*y^5) 9.4819403E-07 5.0022589E-07 5.1288137E-07
C36(y^7) 3.2479232E-07 4.4381802E-07 -3.5298739E-07
C37(x^8) -6.7480900E-08 -1.5853476E-08 9.9838450E-09
C39(x^6*y^2) -5.1870414E-07 -8.9328419E-08 2.4072554E-07
C41(x^4*y^4) -1.1992359E-06 -5.1310016E-07 4.9179665E-07
C43(x^2*y^6) -9.0378581E-07 -6.0636841E-07 2.2248514E-07
C45(y^8) -9.0036139E-08 -4.5672854E-08 6.8352160E-08
(Table 15)
Term 14th surface coefficient 15th surface coefficient 16th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 2.2040640E-01 5.5048823E-01 7.5000000E-01
C4 (x ^ 2) 1.4092673E-03 -1.1322644E-02 -5.3161207E-02
C6 (y ^ 2) 2.2440040E-02 1.4200633E-02 -1.1297661E-01
C8 (x ^ 2 * y) -1.1012939E-03 -3.4226464E-04 2.7545397E-03
C10 (y ^ 3) -1.7101610E-03 -1.2823663E-03 3.3774765E-03
C11 (x ^ 4) 1.8931706E-04 2.3467713E-05 -3.1105623E-04
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 3.8603390E-04 1.4477096E-04 -1.2288847E-04
C15 (y ^ 4) 2.3267863E-04 1.2842722E-04 -6.3840492E-05
C17 (x ^ 4 * y) 3.3884267E-05 4.7398665E-05 -4.6126262E-05
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 3.4284840E-05 5.8690943E-05 -1.5622924E-04
C21 (y ^ 5) 2.3963308E-05 4.2129645E-05 -3.2435078E-05
C22 (x ^ 6) 2.2286710E-06 2.6003361E-06 2.5361125E-06
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 6.3546120E-06 6.2477217E-06 -5.4325227E-06
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 5.5627421E-06 4.0258271E-06 -1.0003427E-05
C28 (y ^ 6) -6.3122620E-07 -1.2523914E-06 -2.5292275E-06
C30 (x ^ 6 * y) 4.2559203E-07 6.3269332E-07 -2.8809426E-07
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) 1.2403478E-06 1.2696384E-06 -4.8667234E-07
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 9.4819403E-07 5.0022589E-07 5.1288137E-07
C36 (y ^ 7) 3.2479232E-07 4.4381802E-07 -3.5298739E-07
C37 (x ^ 8) -6.7480900E-08 -1.5853476E-08 9.9838450E-09
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -5.1870414E-07 -8.9328419E-08 2.4072554E-07
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -1.1992359E-06 -5.1310016E-07 4.9179665E-07
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -9.0378581E-07 -6.0636841E-07 2.2248514E-07
C45 (y ^ 8) -9.0036139E-08 -4.5672854E-08 6.8352160E-08

(表16)
項 第17面係数 第18面係数 第19面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 2.5643078E-01 0 0
C4(x^2) -5.4308097E-02 -2.8113188E-02 -1.2067103E-02
C6(y^2) -6.2774080E-02 1.3159909E-02 5.2787505E-03
C8(x^2*y) -3.0205506E-03 -4.3377969E-03 -5.6700691E-04
C10(y^3) -7.7372680E-05 9.9688256E-04 7.2620897E-04
C11(x^4) -5.3553884E-05 -2.9680780E-06 -7.2371373E-05
C13(x^2*y^2) -1.3866645E-04 -4.4069446E-04 -2.2942944E-04
C15(y^4) -9.1371709E-05 -1.7546092E-04 -1.1056755E-04
C17(x^4*y) -3.3129864E-05 -3.0654527E-06 -1.0759068E-05
C19(x^2*y^3) -6.4136679E-05 -1.8129855E-05 -1.6667456E-05
C21(y^5) -1.3800234E-05 1.3209626E-07 1.5899750E-06
C22(x^6) 6.6661035E-07 -8.2413297E-07 -1.0386711E-07
C24(x^4*y^2) -2.4903772E-06 -1.0899324E-06 -1.8692485E-07
C26(x^2*y^4) -2.7310101E-06 -7.7747118E-07 -6.5245305E-07
C28(y^6) -9.4509034E-07 -1.6805523E-07 5.6559539E-08
C30(x^6*y) -6.3362895E-09 -4.9174351E-08 6.1866641E-08
C32(x^4*y^3) -1.4647683E-07 -1.4746587E-07 5.8527036E-08
C34(x^2*y^5) -8.0935068E-08 -2.7550591E-08 4.5357624E-09
C36(y^7) -7.9777541E-08 5.1526516E-08 5.9110087E-09
C37(x^8) 0 -1.6970826E-09 0
C39(x^6*y^2) 0 -1.4373678E-08 0
C41(x^4*y^4) 0 -1.6081114E-08 0
C43(x^2*y^6) 0 -4.2674846E-09 0
C45(y^8) 0 -5.7488958E-10 0
(Table 16)
Term 17th surface coefficient 18th surface coefficient 19th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 2.5643078E-01 0 0
C4 (x ^ 2) -5.4308097E-02 -2.8113188E-02 -1.2067103E-02
C6 (y ^ 2) -6.2774080E-02 1.3159909E-02 5.2787505E-03
C8 (x ^ 2 * y) -3.0205506E-03 -4.3377969E-03 -5.6700691E-04
C10 (y ^ 3) -7.7372680E-05 9.9688256E-04 7.2620897E-04
C11 (x ^ 4) -5.3553884E-05 -2.9680780E-06 -7.2371373E-05
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) -1.3866645E-04 -4.4069446E-04 -2.2942944E-04
C15 (y ^ 4) -9.1371709E-05 -1.7546092E-04 -1.1056755E-04
C17 (x ^ 4 * y) -3.3129864E-05 -3.0654527E-06 -1.0759068E-05
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) -6.4136679E-05 -1.8129855E-05 -1.6667456E-05
C21 (y ^ 5) -1.3800234E-05 1.3209626E-07 1.5899750E-06
C22 (x ^ 6) 6.6661035E-07 -8.2413297E-07 -1.0386711E-07
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -2.4903772E-06 -1.0899324E-06 -1.8692485E-07
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -2.7310101E-06 -7.7747118E-07 -6.5245305E-07
C28 (y ^ 6) -9.4509034E-07 -1.6805523E-07 5.6559539E-08
C30 (x ^ 6 * y) -6.3362895E-09 -4.9174351E-08 6.1866641E-08
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -1.4647683E-07 -1.4746587E-07 5.8527036E-08
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -8.0935068E-08 -2.7550591E-08 4.5357624E-09
C36 (y ^ 7) -7.9777541E-08 5.1526516E-08 5.9110087E-09
C37 (x ^ 8) 0 -1.6970826E-09 0
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) 0 -1.4373678E-08 0
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 0 -1.6081114E-08 0
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 0 -4.2674846E-09 0
C45 (y ^ 8) 0 -5.7488958E-10 0

(表17)
項 第20面係数
c 0
C1(k) 0
C3(y) 0
C4(x^2) 1.2806832E-02
C6(y^2) 2.6925851E-03
C8(x^2*y) 4.8559349E-04
C10(y^3) 1.0539235E-04
C11(x^4) -5.4314810E-06
C13(x^2*y^2) 1.0093535E-05
C15(y^4) 1.0772751E-06
C17(x^4*y) -3.6376953E-07
C19(x^2*y^3) 7.5045544E-08
C21(y^5) -1.4077557E-08
C22(x^6) 1.8447159E-09
C24(x^4*y^2) -1.1398853E-08
C26(x^2*y^4) -5.3697556E-10
C28(y^6) -2.8923316E-10
C30(x^6*y) -1.5828439E-10
C32(x^4*y^3) -1.6378545E-10
C34(x^2*y^5) 1.5358314E-11
C36(y^7) 2.7243933E-12
C37(x^8) -1.1103242E-11
C39(x^6*y^2) -1.3575238E-11
C41(x^4*y^4) 1.1941981E-12
C43(x^2*y^6) 1.8944086E-14
C45(y^8) -7.5061887E-14
C47(x^8*y) -6.3615937E-13
C49(x^6*y^3) -7.2692831E-14
C51(x^4*y^5) 2.7916816E-14
C53(x^2*y^7) -9.2489160E-15
C55(y^9) -2.8579612E-15
(Table 17)
Term 20th surface coefficient c 0
C1 (k) 0
C3 (y) 0
C4 (x ^ 2) 1.2806832E-02
C6 (y ^ 2) 2.6925851E-03
C8 (x ^ 2 * y) 4.8559349E-04
C10 (y ^ 3) 1.0539235E-04
C11 (x ^ 4) -5.4314810E-06
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 1.0093535E-05
C15 (y ^ 4) 1.0772751E-06
C17 (x ^ 4 * y) -3.6376953E-07
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 7.5045544E-08
C21 (y ^ 5) -1.4077557E-08
C22 (x ^ 6) 1.8447159E-09
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -1.1398853E-08
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -5.3697556E-10
C28 (y ^ 6) -2.8923316E-10
C30 (x ^ 6 * y) -1.5828439E-10
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -1.6378545E-10
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 1.5358314E-11
C36 (y ^ 7) 2.7243933E-12
C37 (x ^ 8) -1.1103242E-11
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -1.3575238E-11
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 1.1941981E-12
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 1.8944086E-14
C45 (y ^ 8) -7.5061887E-14
C47 (x ^ 8 * y) -6.3615937E-13
C49 (x ^ 6 * y ^ 3) -7.2692831E-14
C51 (x ^ 4 * y ^ 5) 2.7916816E-14
C53 (x ^ 2 * y ^ 7) -9.2489160E-15
C55 (y ^ 9) -2.8579612E-15

以下に、条件式(1)〜(3)に対する対応値を示す。   The corresponding values for conditional expressions (1) to (3) are shown below.

条件式(1)|h/(f×sinθ)|=
|2.9976/{17.0000×sin(-7°)}|=1.447
条件式(2)|{sin-1(h/f)}/α|=
|{sin-1(2.9976/17.0000)}/64.0816|=0.158
条件式(3)|TL/f|=
|266.5212/17.0000|=15.678
Conditional expression (1) | h / (f × sin θ) | =
| 2.9976 / {17.0000 × sin (-7 °)} | = 1.447
Conditional expression (2) | {sin −1 (h / f)} / α | =
| {sin -1 (2.9976 / 17.0000)} / 64.0816 | = 0.158
Conditional expression (3) | TL / f | =
| 266.5212 / 17.0000 | = 15.678

また、下の表18に、条件式(4)に対する対応値を示す。なお、x−z断面に関しては、自由曲面がz軸に対して軸対称であるので、x座標の負の領域については記載を省略し
ている。
Table 18 below shows corresponding values for conditional expression (4). Regarding the xz cross section, since the free-form surface is axisymmetric with respect to the z axis, the description of the negative region of the x coordinate is omitted.

(表18)
(第2自由曲面レンズL22:素子y−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 0.1176 0.936391588
0 0.3576 0.937654407
0 0.5976 0.939075070
0 0.8376 0.940591150
0 1.0776 0.942163048
0 1.3176 0.943769504
0 1.5576 0.945401643
0 1.7976 0.947057118
0 2.0376 0.948735281
0 2.2776 0.950433859
0 2.5176 0.952147191
0 2.7576 0.953865866
0 2.9976 0.955577367
0 3.2376 0.957267336
0 3.4776 0.958921010
0 3.7176 0.960524519
0 3.9576 0.962065864
0 4.1976 0.963535500
0 4.4376 0.964926538
0 4.6776 0.966234658
0 4.9176 0.967457831
0 5.1576 0.968595915
0 5.3976 0.969650238
0 5.6376 0.970623183
0 5.8776 0.971517811

(第2自由曲面レンズL22:素子x−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 2.9976 0.955577367
0.32 2.9976 0.955355886
0.64 2.9976 0.954695268
0.96 2.9976 0.953606780
1.28 2.9976 0.952108588
1.6 2.9976 0.950224810
1.92 2.9976 0.947984276
2.24 2.9976 0.945418974
2.56 2.9976 0.942562304
2.88 2.9976 0.939447239
3.2 2.9976 0.936104507
3.52 2.9976 0.932560938
3.84 2.9976 0.928838113

(第3自由曲面レンズL23:素子y−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 0.1176 0.998092051
0 0.3576 0.998154305
0 0.5976 0.998294043
0 0.8376 0.998498015
0 1.0776 0.998746599
0 1.3176 0.999016660
0 1.5576 0.999284520
0 1.7976 0.999528616
0 2.0376 0.999731517
0 2.2776 0.999881125
0 2.5176 0.999971014
0 2.7576 0.999999996
0 2.9976 0.999971125
0 3.2376 0.999890421
0 3.4776 0.999765527
0 3.7176 0.999604552
0 3.9576 0.999415246
0 4.1976 0.999204515
0 4.4376 0.998978316
0 4.6776 0.998741848
0 4.9176 0.998499988
0 5.1576 0.998257923
0 5.3976 0.998022000
0 5.6376 0.997800814
0 5.8776 0.997606531

(第3自由曲面レンズL23:素子x−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 2.9976 0.999971125
0.32 2.9976 0.999910295
0.64 2.9976 0.999730585
0.96 2.9976 0.999440038
1.28 2.9976 0.999051087
1.6 2.9976 0.998579161
1.92 2.9976 0.998040898
2.24 2.9976 0.997452097
2.56 2.9976 0.996825563
2.88 2.9976 0.996169034
3.2 2.9976 0.995483357
3.52 2.9976 0.994761072
3.84 2.9976 0.993985541
(Table 18)
(Second free-form surface lens L22: element yz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 0.1176 0.936391588
0 0.3576 0.937654407
0 0.5976 0.939075070
0 0.8376 0.940591150
0 1.0776 0.942163048
0 1.3176 0.943769504
0 1.5576 0.945401643
0 1.7976 0.947057118
0 2.0376 0.948735281
0 2.2776 0.950433859
0 2.5176 0.952147191
0 2.7576 0.953865866
0 2.9976 0.955577367
0 3.2376 0.957267336
0 3.4776 0.958921010
0 3.7176 0.960524519
0 3.9576 0.962065864
0 4.1976 0.963535500
0 4.4376 0.964926538
0 4.6776 0.966234658
0 4.9176 0.967457831
0 5.1576 0.968595915
0 5.3976 0.969650238
0 5.6376 0.970623183
0 5.8776 0.971517811

(Second free-form surface lens L22: element xz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 2.9976 0.955577367
0.32 2.9976 0.955355886
0.64 2.9976 0.954695268
0.96 2.9976 0.953606780
1.28 2.9976 0.952108588
1.6 2.9976 0.950224810
1.92 2.9976 0.947984276
2.24 2.9976 0.945418974
2.56 2.9976 0.942562304
2.88 2.9976 0.939447239
3.2 2.9976 0.936104507
3.52 2.9976 0.932560938
3.84 2.9976 0.928838113

(Third free-form curved lens L23: element yz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 0.1176 0.998092051
0 0.3576 0.998154305
0 0.5976 0.998294043
0 0.8376 0.998498015
0 1.0776 0.998746599
0 1.3176 0.999016660
0 1.5576 0.999284520
0 1.7976 0.999528616
0 2.0376 0.999731517
0 2.2776 0.999881125
0 2.5176 0.999971014
0 2.7576 0.999999996
0 2.9976 0.999971125
0 3.2376 0.999890421
0 3.4776 0.999765527
0 3.7176 0.999604552
0 3.9576 0.999415246
0 4.1976 0.999204515
0 4.4376 0.998978316
0 4.6776 0.998741848
0 4.9176 0.998499988
0 5.1576 0.998257923
0 5.3976 0.998022000
0 5.6376 0.997800814
0 5.8776 0.997606531

(Third free-form curved lens L23: element xz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 2.9976 0.999971125
0.32 2.9976 0.999910295
0.64 2.9976 0.999730585
0.96 2.9976 0.999440038
1.28 2.9976 0.999051087
1.6 2.9976 0.998579161
1.92 2.9976 0.998040898
2.24 2.9976 0.997452097
2.56 2.9976 0.996825563
2.88 2.9976 0.996169034
3.2 2.9976 0.995483357
3.52 2.9976 0.994761072
3.84 2.9976 0.993985541

このように本実施例では、上記条件式(1)〜(4)が全て満たされていることが分かる。   Thus, in this embodiment, it can be seen that all the conditional expressions (1) to (4) are satisfied.

図15〜図18は、第3実施例に係る映像投写装置用光学系PLの横収差図である。そして、各収差図より、第3実施例では、各点(物点)において横収差が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。   15 to 18 are lateral aberration diagrams of the optical system PL for the image projection apparatus according to the third example. From the aberration diagrams, it can be seen that in the third example, the lateral aberration is corrected satisfactorily at each point (object point) and has excellent optical performance.

(第4実施例)
本願の第4実施例について、図19〜図24および表19〜表24を用いて説明する。図19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20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。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 19 to 24 and Tables 19 to 24. FIG. FIG. 19 is a side sectional view (yz sectional view) of the optical system for an image projection apparatus according to the fourth embodiment, and FIG. 20 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 the optical system for the image projection apparatus of the first embodiment, and the same reference numerals as those in the first embodiment are attached to the respective parts for details. The detailed explanation is omitted.

第4実施例に係る映像投写装置用光学系PLでは、物体側(素子側)開口数が0.1786であり、映像表示素子DSの中心のシフト量hがY方向に+2.9976mmであり、映像表示素子DSのサイズが7.68mm×5.76mmであり、投写サイズが284.48mm×213.36mmであり、拡大倍率が約37倍となっている。なお、基準投写レンズ群G1全体の焦点距離fは、18.0013mmである。   In the optical system PL for image projection apparatus according to the fourth example, the object side (element side) numerical aperture is 0.1786, the shift amount h at the center of the image display element DS is +2.9976 mm in the Y direction, The size of the video display element DS is 7.68 mm × 5.76 mm, the projection size is 284.48 mm × 213.36 mm, and the enlargement magnification is about 37 times. The focal length f of the entire reference projection lens group G1 is 18.0013 mm.

また、自由曲面レンズ群G2の中心軸は、光軸に対して、絞りS(と光軸の交わる点)を中心にy−z平面内で−8度(傾き角θ)だけ傾いている。また、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(xyz座標系)のz軸が、光軸に対して、座標原点を中心にy−z平面内で+29度だけ傾いている。   Further, the central axis of the free-form surface lens group G2 is inclined by −8 degrees (inclination angle θ) in the yz plane with the stop S (the point where the optical axis intersects) as the center with respect to the optical axis. Regarding the free-form surface mirror M, the z-axis of the local coordinate system (xyz coordinate system) of the free-form surface mirror M is inclined by +29 degrees in the yz plane with the coordinate origin as the center with respect to the optical axis. .

下の表19に、第4実施例に係る映像投写装置用光学系PLの数値データを示す。   Table 19 below shows numerical data of the optical system PL for the image projection apparatus according to the fourth example.

(表19)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率/νd
素子面 平面 1.00000
1 平面 0.70000 1.51680/64.2
2 平面 11.00000 1.80400/46.6
3 平面 5.70000
4*a -16.30000 3.19412 1.74300/49.3
5 -15.50000 0.10000
6 180.22745 9.09824 1.56907/71.3
7 -23.41457 0.50000
8*a 11.03256 6.27236 1.59240/68.3
9 -57.70554 2.30000 1.68893/31.1
10*a 8.41355 4.40000
11 17.70162 2.00000 1.85280/39.0
12*a 49.32665 4.75238
13(絞り) 平面 2.50000
14*f xy多項式面 4.50000 1.53113/55.7
15*f xy多項式面 9.00000
16*f xy多項式面 5.00000 1.53113/55.7
17*f xy多項式面 7.00000
18*f xy多項式面 5.00000 1.53113/55.7
19*f xy多項式面 19.82115
20*f xy多項式面 -244.88093 反射
像面 平面
(Table 19)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index / νd
Element plane Plane 1.00000
1 plane 0.70000 1.51680 / 64.2
2 Plane 11.00000 1.80400 / 46.6
3 plane 5.70000
4 * a -16.30000 3.19412 1.74300 / 49.3
5 -15.50000 0.10000
6 180.22745 9.09824 1.56907 / 71.3
7 -23.41457 0.50000
8 * a 11.03256 6.27236 1.59240 / 68.3
9 -57.70554 2.30000 1.68893 / 31.1
10 * a 8.41355 4.40000
11 17.70162 2.00000 1.85280 / 39.0
12 * a 49.32665 4.75238
13 (aperture) plane 2.50000
14 * f xy polynomial surface 4.50000 1.53113 / 55.7
15 * f xy polynomial surface 9.00000
16 * f xy polynomial surface 5.00000 1.53113 / 55.7
17 * f xy polynomial surface 7.00000
18 * f xy polynomial surface 5.00000 1.53113 / 55.7
19 * f xy polynomial surface 19.82115
20 * f xy polynomial surface -244.88093 Reflection Image plane Plane

表19において、第13面〜第18面までの面間隔は、自由曲面レンズ群G2の中心軸上の距離である。自由曲面レンズ群G2の中心軸が光軸に対して8度(符号省略)だけ傾いているので、第13面〜第18面までの光軸上の距離は、33×cos8=32.67885となる。   In Table 19, the surface spacing from the 13th surface to the 18th surface is the distance on the central axis of the free-form surface lens group G2. Since the central axis of the free-form surface lens group G2 is inclined by 8 degrees (reference numeral omitted) with respect to the optical axis, the distance on the optical axis from the thirteenth surface to the eighteenth surface is 33 × cos8 = 32.67885.

また、表19において、第4面〜第12面は回転対称な基準投写レンズ群G1のレンズ面であり、その中で、第4面、第8面、第10面、および第12面は回転対称な非球面である。下の表20に、第4面、第8面、第10面、および第12面の非球面係数をそれぞれ示す。   In Table 19, the fourth surface to the twelfth surface are lens surfaces of the rotationally symmetric reference projection lens group G1, and among them, the fourth surface, the eighth surface, the tenth surface, and the twelfth surface rotate. It is a symmetric aspherical surface. Table 20 below shows the aspherical coefficients of the fourth, eighth, tenth and twelfth surfaces, respectively.

(表20)
項 第4面係数 第8面係数
c -0.0613497 0.0906408
k 0 0
A(4次) 1.4135382E-04 -3.0017937E-04
B(6次) -2.9321862E-06 -7.0914612E-07
C(8次) 2.3410566E-08 2.9054854E-08
D(10次) -1.1169176E-10 -1.8023721E-10

項 第10面係数 第12面係数
c 0.1188559 0.0202730
k 0 0
A(4次) -1.1170852E-03 3.4302952E-04
B(6次) 8.5331844E-06 2.2010909E-06
C(8次) -1.2747387E-08 -1.8994630E-07
D(10次) -7.5833050E-10 3.3391376E-09
(Table 20)
Term 4th surface coefficient 8th surface coefficient c -0.0613497 0.0906408
k 0 0
A (4th) 1.4135382E-04 -3.0017937E-04
B (6th) -2.9321862E-06 -7.0914612E-07
C (8th order) 2.3410566E-08 2.9054854E-08
D (10th order) -1.1169176E-10 -1.8023721E-10

Term 10th surface coefficient 12th surface coefficient c 0.1188559 0.0202730
k 0 0
A (4th) -1.1170852E-03 3.4302952E-04
B (6th) 8.5331844E-06 2.2010909E-06
C (8th) -1.2747387E-08 -1.8994630E-07
D (10th) -7.5833050E-10 3.3391376E-09

また、表19において、第14面〜第20面は非回転対称な自由曲面である。なお、本実施例では、第20面が自由曲面ミラーMの反射面となっている。下の表21〜表23に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In Table 19, the 14th to 20th surfaces are non-rotationally symmetric free-form surfaces. In the present embodiment, the twentieth surface is the reflecting surface of the free-form curved mirror M. Tables 21 to 23 below show the term coefficients of these free-form surfaces.

(表21)
項 第14面係数 第15面係数 第16面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 1.8624979E-01 4.6434103E-01 7.5000000E-01
C4(x^2) -1.1024024E-02 -2.1445033E-02 -5.4178517E-02
C6(y^2) 2.4433088E-02 1.6404487E-02 -1.1733503E-01
C8(x^2*y) -2.7345496E-03 -2.1321446E-03 2.2461839E-03
C10(y^3) -3.2027256E-03 -3.2543042E-03 3.8795578E-03
C11(x^4) 1.6860859E-04 2.6024584E-06 -1.6552252E-04
C13(x^2*y^2) 2.3138601E-04 -1.4742572E-04 -1.8290840E-04
C15(y^4) 1.4256407E-04 -9.6638324E-05 -1.3328312E-04
C17(x^4*y) 3.2985670E-05 4.2463592E-05 -9.0113748E-06
C19(x^2*y^3) 2.6030332E-05 3.4723173E-05 -1.4095239E-04
C21(y^5) 1.3866620E-05 2.6659731E-05 -2.4870752E-05
C22(x^6) 3.9755555E-07 5.4717406E-07 2.8815362E-06
C24(x^4*y^2) 3.7268089E-06 2.2850176E-06 1.5025443E-06
C26(x^2*y^4) 4.2841988E-07 -3.5481315E-06 -7.2968226E-06
C28(y^6) -5.6224427E-07 -2.2222772E-06 -2.3275773E-06
C30(x^6*y) 5.5004544E-07 3.4598088E-07 -7.4822471E-07
C32(x^4*y^3) 1.4850174E-06 1.3236604E-06 -1.7595488E-06
C34(x^2*y^5) 7.1143019E-07 6.1425145E-07 9.3141027E-07
C36(y^7) 1.9147672E-07 2.4394252E-07 2.1152270E-07
C37(x^8) -5.9112964E-09 3.3968034E-08 1.3696403E-08
C39(x^6*y^2) -4.7078888E-07 -1.0140388E-07 1.6985221E-07
C41(x^4*y^4) -7.3525407E-07 -2.3158528E-07 4.2837824E-07
C43(x^2*y^6) -3.6008419E-07 -1.5660100E-07 -5.6388993E-08
C45(y^8) 1.2857277E-08 2.8653987E-08 -7.0606063E-08
(Table 21)
Term 14th surface coefficient 15th surface coefficient 16th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 1.8624979E-01 4.6434103E-01 7.5000000E-01
C4 (x ^ 2) -1.1024024E-02 -2.1445033E-02 -5.4178517E-02
C6 (y ^ 2) 2.4433088E-02 1.6404487E-02 -1.1733503E-01
C8 (x ^ 2 * y) -2.7345496E-03 -2.1321446E-03 2.2461839E-03
C10 (y ^ 3) -3.2027256E-03 -3.2543042E-03 3.8795578E-03
C11 (x ^ 4) 1.6860859E-04 2.6024584E-06 -1.6552252E-04
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 2.3138601E-04 -1.4742572E-04 -1.8290840E-04
C15 (y ^ 4) 1.4256407E-04 -9.6638324E-05 -1.3328312E-04
C17 (x ^ 4 * y) 3.2985670E-05 4.2463592E-05 -9.0113748E-06
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 2.6030332E-05 3.4723173E-05 -1.4095239E-04
C21 (y ^ 5) 1.3866620E-05 2.6659731E-05 -2.4870752E-05
C22 (x ^ 6) 3.9755555E-07 5.4717406E-07 2.8815362E-06
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 3.7268089E-06 2.2850176E-06 1.5025443E-06
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 4.2841988E-07 -3.5481315E-06 -7.2968226E-06
C28 (y ^ 6) -5.6224427E-07 -2.2222772E-06 -2.3275773E-06
C30 (x ^ 6 * y) 5.5004544E-07 3.4598088E-07 -7.4822471E-07
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) 1.4850174E-06 1.3236604E-06 -1.7595488E-06
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 7.1143019E-07 6.1425145E-07 9.3141027E-07
C36 (y ^ 7) 1.9147672E-07 2.4394252E-07 2.1152270E-07
C37 (x ^ 8) -5.9112964E-09 3.3968034E-08 1.3696403E-08
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -4.7078888E-07 -1.0140388E-07 1.6985221E-07
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -7.3525407E-07 -2.3158528E-07 4.2837824E-07
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -3.6008419E-07 -1.5660100E-07 -5.6388993E-08
C45 (y ^ 8) 1.2857277E-08 2.8653987E-08 -7.0606063E-08

(表22)
項 第17面係数 第18面係数 第19面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 3.3167316E-01 0 0
C4(x^2) -5.0862229E-02 -1.1255351E-02 -6.4431487E-03
C6(y^2) -5.6407987E-02 9.6398834E-03 -2.6039280E-03
C8(x^2*y) -2.7872352E-03 -3.0778037E-03 -4.6360861E-04
C10(y^3) 1.2440008E-04 9.1822883E-04 5.8292233E-04
C11(x^4) -1.0049499E-05 -2.2101511E-05 -5.8124382E-05
C13(x^2*y^2) -1.5656323E-04 -3.5529827E-04 -1.6103847E-04
C15(y^4) -4.5345698E-05 -1.6951281E-04 -1.0306543E-04
C17(x^4*y) -1.1080632E-05 -1.3392883E-06 -8.3784638E-06
C19(x^2*y^3) -6.5091786E-05 -1.8977198E-05 -1.1899882E-05
C21(y^5) -5.3513351E-06 4.2046129E-06 2.9415003E-06
C22(x^6) 7.5199897E-07 -2.1224670E-07 4.4587101E-08
C24(x^4*y^2) -2.0134336E-07 -1.5804485E-07 -2.0663801E-08
C26(x^2*y^4) -1.5678188E-06 -7.6340839E-07 -5.8643979E-07
C28(y^6) -9.3685246E-07 -2.3978139E-07 -1.5133013E-08
C30(x^6*y) -1.1104190E-07 2.3268573E-08 6.7300031E-08
C32(x^4*y^3) -1.7223080E-07 -3.4073899E-08 5.3166433E-08
C34(x^2*y^5) 2.1905492E-07 -7.7919911E-09 -1.0086907E-08
C36(y^7) -3.2628260E-08 4.4345086E-08 5.0826389E-09
C37(x^8) 0 -7.1452091E-10 0
C39(x^6*y^2) 0 -6.3254785E-09 0
C41(x^4*y^4) 0 -8.4198638E-09 0
C43(x^2*y^6) 0 1.4375907E-09 0
C45(y^8) 0 -1.3008481E-09 0
(Table 22)
Term 17th surface coefficient 18th surface coefficient 19th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 3.3167316E-01 0 0
C4 (x ^ 2) -5.0862229E-02 -1.1255351E-02 -6.4431487E-03
C6 (y ^ 2) -5.6407987E-02 9.6398834E-03 -2.6039280E-03
C8 (x ^ 2 * y) -2.7872352E-03 -3.0778037E-03 -4.6360861E-04
C10 (y ^ 3) 1.2440008E-04 9.1822883E-04 5.8292233E-04
C11 (x ^ 4) -1.0049499E-05 -2.2101511E-05 -5.8124382E-05
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) -1.5656323E-04 -3.5529827E-04 -1.6103847E-04
C15 (y ^ 4) -4.5345698E-05 -1.6951281E-04 -1.0306543E-04
C17 (x ^ 4 * y) -1.1080632E-05 -1.3392883E-06 -8.3784638E-06
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) -6.5091786E-05 -1.8977198E-05 -1.1899882E-05
C21 (y ^ 5) -5.3513351E-06 4.2046129E-06 2.9415003E-06
C22 (x ^ 6) 7.5199897E-07 -2.1224670E-07 4.4587101E-08
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -2.0134336E-07 -1.5804485E-07 -2.0663801E-08
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -1.5678188E-06 -7.6340839E-07 -5.8643979E-07
C28 (y ^ 6) -9.3685246E-07 -2.3978139E-07 -1.5133013E-08
C30 (x ^ 6 * y) -1.1104190E-07 2.3268573E-08 6.7300031E-08
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -1.7223080E-07 -3.4073899E-08 5.3166433E-08
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 2.1905492E-07 -7.7919911E-09 -1.0086907E-08
C36 (y ^ 7) -3.2628260E-08 4.4345086E-08 5.0826389E-09
C37 (x ^ 8) 0 -7.1452091E-10 0
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) 0 -6.3254785E-09 0
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 0 -8.4198638E-09 0
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 0 1.4375907E-09 0
C45 (y ^ 8) 0 -1.3008481E-09 0

(表23)
項 第20面係数
c 0
C1(k) 0
C3(y) 0
C4(x^2) 1.0623879E-02
C6(y^2) 2.7498835E-04
C8(x^2*y) 3.8773475E-04
C10(y^3) 6.1352732E-05
C11(x^4) -4.9661904E-06
C13(x^2*y^2) 8.1026962E-06
C15(y^4) 1.0549727E-06
C17(x^4*y) -3.9992646E-07
C19(x^2*y^3) 6.6656723E-08
C21(y^5) -5.9430169E-09
C22(x^6) 1.0510045E-09
C24(x^4*y^2) -1.4793497E-08
C26(x^2*y^4) -3.1177694E-10
C28(y^6) -3.5852047E-10
C30(x^6*y) -9.0092954E-11
C32(x^4*y^3) -2.2331876E-10
C34(x^2*y^5) 1.3362352E-11
C36(y^7) 5.2243906E-13
C37(x^8) -1.4681526E-11
C39(x^6*y^2) -4.9170434E-12
C41(x^4*y^4) 9.4393834E-13
C43(x^2*y^6) 1.2824092E-13
C45(y^8) -1.7826471E-14
C47(x^8*y) -8.9534601E-13
C49(x^6*y^3) 1.1803808E-13
C51(x^4*y^5) 2.5034309E-14
C53(x^2*y^7) -5.6400971E-15
C55(y^9) -1.6204323E-15
(Table 23)
Term 20th surface coefficient c 0
C1 (k) 0
C3 (y) 0
C4 (x ^ 2) 1.0623879E-02
C6 (y ^ 2) 2.7498835E-04
C8 (x ^ 2 * y) 3.8773475E-04
C10 (y ^ 3) 6.1352732E-05
C11 (x ^ 4) -4.9661904E-06
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 8.1026962E-06
C15 (y ^ 4) 1.0549727E-06
C17 (x ^ 4 * y) -3.9992646E-07
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 6.6656723E-08
C21 (y ^ 5) -5.9430169E-09
C22 (x ^ 6) 1.0510045E-09
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -1.4793497E-08
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -3.1177694E-10
C28 (y ^ 6) -3.5852047E-10
C30 (x ^ 6 * y) -9.0092954E-11
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -2.2331876E-10
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 1.3362352E-11
C36 (y ^ 7) 5.2243906E-13
C37 (x ^ 8) -1.4681526E-11
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -4.9170434E-12
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 9.4393834E-13
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 1.2824092E-13
C45 (y ^ 8) -1.7826471E-14
C47 (x ^ 8 * y) -8.9534601E-13
C49 (x ^ 6 * y ^ 3) 1.1803808E-13
C51 (x ^ 4 * y ^ 5) 2.5034309E-14
C53 (x ^ 2 * y ^ 7) -5.6400971E-15
C55 (y ^ 9) -1.6204323E-15

以下に、条件式(1)〜(3)に対する対応値を示す。   The corresponding values for conditional expressions (1) to (3) are shown below.

条件式(1)|h/(f×sinθ)|=
|2.9976/{18.0013×sin(-8°)}|=1.197
条件式(2)|{sin-1(h/f)}/α|=
|{sin-1(2.9976/18.0013)}/66.5111|=0.144
条件式(3)|TL/f|=
|348.3980/18.0013|=19.354
Conditional expression (1) | h / (f × sin θ) | =
| 2.9976 / {18.0013 × sin (-8 °)} | = 1.197
Conditional expression (2) | {sin −1 (h / f)} / α | =
| {sin -1 (2.9976 / 18.0013)} / 66.5111 | = 0.144
Conditional expression (3) | TL / f | =
| 348.3980 / 18.0013 | = 19.354

また、下の表24に、条件式(4)に対する対応値を示す。なお、x−z断面に関しては、自由曲面がz軸に対して軸対称であるので、x座標の負の領域については記載を省略し
ている。
Table 24 below shows corresponding values for the conditional expression (4). Regarding the xz cross section, since the free-form surface is axisymmetric with respect to the z axis, the description of the negative region of the x coordinate is omitted.

(表24)
(第2自由曲面レンズL22:素子y−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 0.1176 0.981509671
0 0.3576 0.980937403
0 0.5976 0.980350694
0 0.8376 0.979748356
0 1.0776 0.979134545
0 1.3176 0.978517091
0 1.5576 0.977905846
0 1.7976 0.977311219
0 2.0376 0.976743018
0 2.2776 0.976209666
0 2.5176 0.975717788
0 2.7576 0.975272135
0 2.9976 0.974875768
0 3.2376 0.974530360
0 3.4776 0.974236570
0 3.7176 0.973994358
0 3.9576 0.973803232
0 4.1976 0.973662388
0 4.4376 0.973570782
0 4.6776 0.973527124
0 4.9176 0.973529867
0 5.1576 0.973577169
0 5.3976 0.973666896
0 5.6376 0.973796617
0 5.8776 0.973963645

(第2自由曲面レンズL22:素子x−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 2.9976 0.974875768
0.32 2.9976 0.974746711
0.64 2.9976 0.974361476
0.96 2.9976 0.973725777
1.28 2.9976 0.972848861
1.6 2.9976 0.971743082
1.92 2.9976 0.970423319
2.24 2.9976 0.968906248
2.56 2.9976 0.967209493
2.88 2.9976 0.965350695
3.2 2.9976 0.963346571
3.52 2.9976 0.961211998
3.84 2.9976 0.958959219

(第3自由曲面レンズL23:素子y−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 0.1176 0.990714267
0 0.3576 0.991942155
0 0.5976 0.993155023
0 0.8376 0.994330091
0 1.0776 0.995443793
0 1.3176 0.996473086
0 1.5576 0.997396737
0 1.7976 0.998196483
0 2.0376 0.998857986
0 2.2776 0.999371490
0 2.5176 0.999732144
0 2.7576 0.999939962
0 2.9976 0.999999477
0 3.2376 0.999919119
0 3.4776 0.999710445
0 3.7176 0.999387316
0 3.9576 0.998965126
0 4.1976 0.998460207
0 4.4376 0.997889457
0 4.6776 0.997270274
0 4.9176 0.996620802
0 5.1576 0.995960526
0 5.3976 0.995311203
0 5.6376 0.994698138
0 5.8776 0.994151604

(第3自由曲面レンズL23:素子x−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 2.9976 0.999999477
0.32 2.9976 0.999993317
0.64 2.9976 0.999974282
0.96 2.9976 0.999940681
1.28 2.9976 0.999889610
1.6 2.9976 0.999816823
1.92 2.9976 0.999716595
2.24 2.9976 0.999581564
2.56 2.9976 0.999402616
2.88 2.9976 0.999168823
3.2 2.9976 0.998867477
3.52 2.9976 0.998484247
3.84 2.9976 0.998003453
(Table 24)
(Second free-form surface lens L22: element yz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 0.1176 0.981509671
0 0.3576 0.980937403
0 0.5976 0.980350694
0 0.8376 0.979748356
0 1.0776 0.979134545
0 1.3176 0.978517091
0 1.5576 0.977905846
0 1.7976 0.977311219
0 2.0376 0.976743018
0 2.2776 0.976209666
0 2.5176 0.975717788
0 2.7576 0.975272135
0 2.9976 0.974875768
0 3.2376 0.974530360
0 3.4776 0.974236570
0 3.7176 0.973994358
0 3.9576 0.973803232
0 4.1976 0.973662388
0 4.4376 0.973570782
0 4.6776 0.973527124
0 4.9176 0.973529867
0 5.1576 0.973577169
0 5.3976 0.973666896
0 5.6376 0.973796617
0 5.8776 0.973963645

(Second free-form surface lens L22: element xz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 2.9976 0.974875768
0.32 2.9976 0.974746711
0.64 2.9976 0.974361476
0.96 2.9976 0.973725777
1.28 2.9976 0.972848861
1.6 2.9976 0.971743082
1.92 2.9976 0.970423319
2.24 2.9976 0.968906248
2.56 2.9976 0.967209493
2.88 2.9976 0.965350695
3.2 2.9976 0.963346571
3.52 2.9976 0.961211998
3.84 2.9976 0.958959219

(Third free-form curved lens L23: element yz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 0.1176 0.990714267
0 0.3576 0.991942155
0 0.5976 0.993155023
0 0.8376 0.994330091
0 1.0776 0.995443793
0 1.3176 0.996473086
0 1.5576 0.997396737
0 1.7976 0.998196483
0 2.0376 0.998857986
0 2.2776 0.999371490
0 2.5176 0.999732144
0 2.7576 0.999939962
0 2.9976 0.999999477
0 3.2376 0.999919119
0 3.4776 0.999710445
0 3.7176 0.999387316
0 3.9576 0.998965126
0 4.1976 0.998460207
0 4.4376 0.997889457
0 4.6776 0.997270274
0 4.9176 0.996620802
0 5.1576 0.995960526
0 5.3976 0.995311203
0 5.6376 0.994698138
0 5.8776 0.994151604

(Third free-form curved lens L23: element xz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 2.9976 0.999999477
0.32 2.9976 0.999993317
0.64 2.9976 0.999974282
0.96 2.9976 0.999940681
1.28 2.9976 0.999889610
1.6 2.9976 0.999816823
1.92 2.9976 0.999716595
2.24 2.9976 0.999581564
2.56 2.9976 0.999402616
2.88 2.9976 0.999168823
3.2 2.9976 0.998867477
3.52 2.9976 0.998484247
3.84 2.9976 0.998003453

このように本実施例では、上記条件式(1)〜(4)が全て満たされていることが分かる。   Thus, in this embodiment, it can be seen that all the conditional expressions (1) to (4) are satisfied.

図21〜図24は、第4実施例に係る映像投写装置用光学系PLの横収差図である。そして、各収差図より、第4実施例では、各点(物点)において横収差が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。   21 to 24 are lateral aberration diagrams of the optical system PL for the image projection apparatus according to the fourth example. From the aberration diagrams, it can be seen that in the fourth example, the lateral aberration is satisfactorily corrected at each point (object point) and has excellent optical performance.

(第5実施例)
本願の第5実施例について、図25〜図30および表25〜表30を用いて説明する。図25は第5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26は第5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5実施例の映像投写装置用光学系は、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。
(5th Example)
A fifth embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 25 to 30 and Tables 25 to 30. FIG. FIG. 25 is a side sectional view (y-z sectional view) of the optical system for the image projection apparatus according to the fifth embodiment, and FIG. 26 is a plan sectional view (x of the optical system for the image projection apparatus according to the fifth embodiment). -Z sectional view). Note that the optical system for the image projection apparatus of the fifth embodiment has the same configuration as the optical system for the image projection apparatus of the first embodiment, and the same reference numerals as those in the first embodiment are assigned to the respective parts. The detailed explanation is omitted.

第5実施例に係る映像投写装置用光学系PLでは、物体側(素子側)開口数が0.1786であり、映像表示素子DSの中心のシフト量hがY方向に+2.9976mmであり、映像表示素子DSのサイズが7.68mm×5.76mmであり、投写サイズが284.48mm×213.36mmであり、拡大倍率が約37倍となっている。なお、基準投写レンズ群G1全体の焦点距離fは、14.7000mmである。   In the optical system PL for image projection apparatus according to the fifth example, the object side (element side) numerical aperture is 0.1786, the shift amount h at the center of the image display element DS is +2.9976 mm in the Y direction, The size of the video display element DS is 7.68 mm × 5.76 mm, the projection size is 284.48 mm × 213.36 mm, and the enlargement magnification is about 37 times. The focal length f of the entire reference projection lens group G1 is 14.7000 mm.

また、自由曲面レンズ群G2の中心軸は、光軸に対して、絞りS(と光軸の交わる点)を中心にy−z平面内で−11度(傾き角θ)だけ傾いている。また、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(xyz座標系)のz軸が、光軸に対して、座標原点を中心にy−z平面内で+21度だけ傾いている。   Further, the central axis of the free-form surface lens group G2 is inclined by −11 degrees (inclination angle θ) in the yz plane with the stop S (the point where the optical axis intersects) as the center with respect to the optical axis. As for the free-form surface mirror M, the z-axis of the local coordinate system (xyz coordinate system) in the free-form surface mirror M is tilted by +21 degrees in the yz plane with the coordinate origin as the center with respect to the optical axis. .

下の表25に、第5実施例に係る映像投写装置用光学系PLの数値データを示す。   Table 25 below shows numerical data of the optical system PL for image projection apparatus according to the fifth example.

(表25)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率/νd
素子面 平面 1.00000
1 平面 0.70000 1.51680/64.2
2 平面 11.00000 1.80400/46.6
3 平面 5.70000
4*a -16.30000 4.00754 1.74300/49.3
5 -15.50000 0.10000
6 105.12365 5.19304 1.56907/71.3
7 -19.90881 0.50000
8*a 10.83191 5.70425 1.59240/68.3
9 -28.20215 2.30000 1.68893/31.1
10*a 7.85271 4.40000
11 6.24533 2.00000 1.85280/39.0
12*a 7.11741 3.15660
13(絞り) 平面 2.50000
14*f xy多項式面 4.50000 1.53113/55.7
15*f xy多項式面 9.00000
16*f xy多項式面 5.00000 1.53113/55.7
17*f xy多項式面 7.00000
18*f xy多項式面 5.00000 1.53113/55.7
19*f xy多項式面 20.10630
20*f xy多項式面 -160.51244 反射
像面 平面
(Table 25)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index / νd
Element plane Plane 1.00000
1 plane 0.70000 1.51680 / 64.2
2 Plane 11.00000 1.80400 / 46.6
3 plane 5.70000
4 * a -16.30000 4.00754 1.74300 / 49.3
5 -15.50000 0.10000
6 105.12365 5.19304 1.56907 / 71.3
7 -19.90881 0.50000
8 * a 10.83191 5.70425 1.59240 / 68.3
9 -28.20215 2.30000 1.68893 / 31.1
10 * a 7.85271 4.40000
11 6.24533 2.00000 1.85280 / 39.0
12 * a 7.11741 3.15660
13 (aperture) plane 2.50000
14 * f xy polynomial surface 4.50000 1.53113 / 55.7
15 * f xy polynomial surface 9.00000
16 * f xy polynomial surface 5.00000 1.53113 / 55.7
17 * f xy polynomial surface 7.00000
18 * f xy polynomial surface 5.00000 1.53113 / 55.7
19 * f xy polynomial surface 20.10630
20 * f xy polynomial surface -160.51244 Reflection Image plane Plane

表25において、第13面〜第18面までの面間隔は、自由曲面レンズ群G2の中心軸上の距離である。自由曲面レンズ群G2の中心軸が光軸に対して11度(符号省略)だけ傾いているので、第13面〜第18面までの光軸上の距離は、33×cos11=32.39370とな
る。
In Table 25, the surface interval from the 13th surface to the 18th surface is the distance on the central axis of the free-form surface lens group G2. Since the central axis of the free-form surface lens group G2 is inclined by 11 degrees (reference numeral omitted) with respect to the optical axis, the distance on the optical axis from the thirteenth surface to the eighteenth surface is 33 × cos11 = 32.39370.

また、表25において、第4面〜第12面は回転対称な基準投写レンズ群G1のレンズ面であり、その中で、第4面、第8面、第10面、および第12面は回転対称な非球面である。下の表26に、第4面、第8面、第10面、および第12面の非球面係数をそれぞれ示す。   In Table 25, the fourth surface to the twelfth surface are lens surfaces of the rotationally symmetric reference projection lens group G1, and among them, the fourth surface, the eighth surface, the tenth surface, and the twelfth surface rotate. It is a symmetric aspherical surface. Table 26 below shows the aspheric coefficients of the fourth, eighth, tenth, and twelfth surfaces, respectively.

(表26)
項 第4面係数 第8面係数
c -0.0613497 0.0923198
k 0 0
A(4次) 1.1285100E-04 -2.9105180E-04
B(6次) -3.0858143E-06 -7.3640615E-07
C(8次) 2.6739137E-08 2.5555202E-08
D(10次) -1.2907718E-10 -1.8787527E-10

項 第10面係数 第12面係数
c 0.1273446 0.1405006
k 0 0
A(4次) -1.2449229E-03 8.9651528E-04
B(6次) 7.4929188E-06 2.0258580E-05
C(8次) 1.6338571E-08 -6.3100424E-07
D(10次) -1.7895014E-09 5.3871857E-08
(Table 26)
Term 4th surface coefficient 8th surface coefficient c -0.0613497 0.0923198
k 0 0
A (4th order) 1.1285100E-04 -2.9105180E-04
B (6th) -3.0858143E-06 -7.3640615E-07
C (8th) 2.6739137E-08 2.5555202E-08
D (10th order) -1.2907718E-10 -1.8787527E-10

Term 10th surface coefficient 12th surface coefficient c 0.1273446 0.1405006
k 0 0
A (4th) -1.2449229E-03 8.9651528E-04
B (6th) 7.4929188E-06 2.0258580E-05
C (8th) 1.6338571E-08 -6.3100424E-07
D (10th) -1.7895014E-09 5.3871857E-08

また、表25において、第14面〜第20面は非回転対称な自由曲面である。なお、本実施例では、第20面が自由曲面ミラーMの反射面となっている。下の表27〜表29に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In Table 25, the 14th to 20th surfaces are non-rotationally symmetric free-form surfaces. In the present embodiment, the twentieth surface is the reflecting surface of the free-form curved mirror M. Tables 27 to 29 below show the term coefficients of these free-form surfaces.

(表27)
項 第14面係数 第15面係数 第16面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 1.0966179E-01 3.7504985E-01 7.5000000E-01
C4(x^2) -1.7141062E-02 -2.4668511E-02 -4.5643681E-02
C6(y^2) 1.7502880E-02 9.7742914E-03 -1.0739646E-01
C8(x^2*y) -1.1604515E-03 -1.2815957E-04 2.4898442E-03
C10(y^3) -3.0557684E-03 -2.8709938E-03 3.0690997E-03
C11(x^4) 6.4003489E-05 -1.1427213E-04 -2.4873330E-04
C13(x^2*y^2) 1.7552755E-04 -1.8304434E-04 2.2500215E-04
C15(y^4) 1.5607923E-04 -9.2505642E-05 -9.9249595E-05
C17(x^4*y) 3.1702113E-05 3.8476913E-05 -4.3508304E-05
C19(x^2*y^3) 1.2585720E-05 4.4842551E-05 -1.0297671E-04
C21(y^5) -1.5476363E-06 2.1297119E-05 -2.7136344E-05
C22(x^6) 1.2459029E-05 3.9371426E-06 3.0838115E-06
C24(x^4*y^2) 3.3511372E-05 9.0957407E-06 -3.5898752E-07
C26(x^2*y^4) 3.2477610E-05 9.8154495E-06 -7.7628170E-06
C28(y^6) 9.2117713E-06 2.7106113E-06 -3.3281140E-06
C30(x^6*y) 8.5898774E-07 4.3541358E-07 -7.1203984E-07
C32(x^4*y^3) 2.2148371E-06 6.7866313E-07 -1.0175281E-06
C34(x^2*y^5) 1.9741645E-06 7.1268546E-07 -4.7396510E-07
C36(y^7) 5.0446158E-07 -2.9389879E-07 -3.8422133E-07
C37(x^8) -1.3877969E-07 2.3948975E-08 9.0991120E-09
C39(x^6*y^2) -1.0173985E-06 1.0086336E-07 1.7840180E-07
C41(x^4*y^4) -2.4312511E-06 -3.8942153E-07 3.0348654E-07
C43(x^2*y^6) -1.7595565E-06 -4.3707280E-07 1.9945794E-07
C45(y^8) -4.7256086E-08 1.3284734E-07 4.8634887E-08
(Table 27)
Term 14th surface coefficient 15th surface coefficient 16th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 1.0966179E-01 3.7504985E-01 7.5000000E-01
C4 (x ^ 2) -1.7141062E-02 -2.4668511E-02 -4.5643681E-02
C6 (y ^ 2) 1.7502880E-02 9.7742914E-03 -1.0739646E-01
C8 (x ^ 2 * y) -1.1604515E-03 -1.2815957E-04 2.4898442E-03
C10 (y ^ 3) -3.0557684E-03 -2.8709938E-03 3.0690997E-03
C11 (x ^ 4) 6.4003489E-05 -1.1427213E-04 -2.4873330E-04
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 1.7552755E-04 -1.8304434E-04 2.2500215E-04
C15 (y ^ 4) 1.5607923E-04 -9.2505642E-05 -9.9249595E-05
C17 (x ^ 4 * y) 3.1702113E-05 3.8476913E-05 -4.3508304E-05
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 1.2585720E-05 4.4842551E-05 -1.0297671E-04
C21 (y ^ 5) -1.5476363E-06 2.1297119E-05 -2.7136344E-05
C22 (x ^ 6) 1.2459029E-05 3.9371426E-06 3.0838115E-06
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) 3.3511372E-05 9.0957407E-06 -3.5898752E-07
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 3.2477610E-05 9.8154495E-06 -7.7628170E-06
C28 (y ^ 6) 9.2117713E-06 2.7106113E-06 -3.3281140E-06
C30 (x ^ 6 * y) 8.5898774E-07 4.3541358E-07 -7.1203984E-07
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) 2.2148371E-06 6.7866313E-07 -1.0175281E-06
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 1.9741645E-06 7.1268546E-07 -4.7396510E-07
C36 (y ^ 7) 5.0446158E-07 -2.9389879E-07 -3.8422133E-07
C37 (x ^ 8) -1.3877969E-07 2.3948975E-08 9.0991120E-09
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -1.0173985E-06 1.0086336E-07 1.7840180E-07
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) -2.4312511E-06 -3.8942153E-07 3.0348654E-07
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -1.7595565E-06 -4.3707280E-07 1.9945794E-07
C45 (y ^ 8) -4.7256086E-08 1.3284734E-07 4.8634887E-08

(表28)
項 第17面係数 第18面係数 第19面係数
c 0 0 0
C1(k) 0 0 0
C3(y) 3.7533966E-01 0 0
C4(x^2) -4.7703024E-02 -1.2440704E-02 -4.5700142E-03
C6(y^2) -6.3861131E-02 1.3120378E-02 3.3693285E-03
C8(x^2*y) -2.1790974E-03 -2.7904567E-03 2.8592936E-04
C10(y^3) -4.8959686E-05 7.1676026E-04 8.2297418E-04
C11(x^4) -5.6218474E-05 2.9204157E-06 -5.1570559E-05
C13(x^2*y^2) -4.1824941E-06 -3.9243813E-04 -1.8943141E-04
C15(y^4) -1.2987500E-04 -1.9817071E-04 -1.0442241E-04
C17(x^4*y) -2.3548255E-05 1.4038037E-06 -9.8364228E-06
C19(x^2*y^3) -4.2554587E-05 -1.1486751E-05 -1.5656531E-05
C21(y^5) -1.0489516E-05 2.1973996E-06 1.0288827E-06
C22(x^6) 8.7003975E-07 -2.8532031E-07 -4.5774516E-09
C24(x^4*y^2) -1.1754575E-06 -5.9531020E-07 -3.6363195E-07
C26(x^2*y^4) -1.6514636E-06 -2.8363526E-07 -6.0977479E-07
C28(y^6) -5.6885201E-07 4.0187914E-08 -6.5488911E-08
C30(x^6*y) -1.4513914E-07 -5.4026724E-08 3.2591459E-08
C32(x^4*y^3) -1.6904333E-07 -1.2187787E-07 8.7205562E-08
C34(x^2*y^5) -1.9579896E-07 -7.2578748E-08 5.6190605E-09
C36(y^7) -5.7041513E-08 4.0822265E-08 4.2282473E-09
C37(x^8) 0 -5.2629522E-10 0
C39(x^6*y^2) 0 -1.1450586E-08 0
C41(x^4*y^4) 0 -2.3510642E-08 0
C43(x^2*y^6) 0 -8.5151144E-09 0
C45(y^8) 0 -2.1982753E-09 0
(Table 28)
Term 17th surface coefficient 18th surface coefficient 19th surface coefficient c 0 0 0
C1 (k) 0 0 0
C3 (y) 3.7533966E-01 0 0
C4 (x ^ 2) -4.7703024E-02 -1.2440704E-02 -4.5700142E-03
C6 (y ^ 2) -6.3861131E-02 1.3120378E-02 3.3693285E-03
C8 (x ^ 2 * y) -2.1790974E-03 -2.7904567E-03 2.8592936E-04
C10 (y ^ 3) -4.8959686E-05 7.1676026E-04 8.2297418E-04
C11 (x ^ 4) -5.6218474E-05 2.9204157E-06 -5.1570559E-05
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) -4.1824941E-06 -3.9243813E-04 -1.8943141E-04
C15 (y ^ 4) -1.2987500E-04 -1.9817071E-04 -1.0442241E-04
C17 (x ^ 4 * y) -2.3548255E-05 1.4038037E-06 -9.8364228E-06
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) -4.2554587E-05 -1.1486751E-05 -1.5656531E-05
C21 (y ^ 5) -1.0489516E-05 2.1973996E-06 1.0288827E-06
C22 (x ^ 6) 8.7003975E-07 -2.8532031E-07 -4.5774516E-09
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -1.1754575E-06 -5.9531020E-07 -3.6363195E-07
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) -1.6514636E-06 -2.8363526E-07 -6.0977479E-07
C28 (y ^ 6) -5.6885201E-07 4.0187914E-08 -6.5488911E-08
C30 (x ^ 6 * y) -1.4513914E-07 -5.4026724E-08 3.2591459E-08
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -1.6904333E-07 -1.2187787E-07 8.7205562E-08
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) -1.9579896E-07 -7.2578748E-08 5.6190605E-09
C36 (y ^ 7) -5.7041513E-08 4.0822265E-08 4.2282473E-09
C37 (x ^ 8) 0 -5.2629522E-10 0
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) 0 -1.1450586E-08 0
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 0 -2.3510642E-08 0
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) 0 -8.5151144E-09 0
C45 (y ^ 8) 0 -2.1982753E-09 0

(表29)
項 第20面係数
c 0
C1(k) 0
C3(y) 0
C4(x^2) 1.2535724E-02
C6(y^2) 4.0754809E-03
C8(x^2*y) 4.2072496E-04
C10(y^3) 1.1618271E-04
C11(x^4) -5.5846671E-06
C13(x^2*y^2) 6.6536246E-06
C15(y^4) 8.1721322E-07
C17(x^4*y) -3.3297935E-07
C19(x^2*y^3) 3.1563652E-08
C21(y^5) -1.2761657E-08
C22(x^6) -8.3506781E-10
C24(x^4*y^2) -9.9833763E-09
C26(x^2*y^4) 1.8319267E-10
C28(y^6) -1.9493518E-10
C30(x^6*y) -3.2130471E-10
C32(x^4*y^3) -1.4774256E-10
C34(x^2*y^5) 2.0601390E-11
C36(y^7) 8.0970687E-14
C37(x^8) -2.7350270E-12
C39(x^6*y^2) -1.4367506E-11
C41(x^4*y^4) 5.0038842E-13
C43(x^2*y^6) -1.8888101E-13
C45(y^8) -6.7428035E-14
C47(x^8*y) -6.9255343E-14
C49(x^6*y^3) -1.5679024E-13
C51(x^4*y^5) 2.3317504E-14
C53(x^2*y^7) -8.7565034E-15
C55(y^9) -1.2692483E-15
(Table 29)
Term 20th surface coefficient c 0
C1 (k) 0
C3 (y) 0
C4 (x ^ 2) 1.2535724E-02
C6 (y ^ 2) 4.0754809E-03
C8 (x ^ 2 * y) 4.2072496E-04
C10 (y ^ 3) 1.1618271E-04
C11 (x ^ 4) -5.5846671E-06
C13 (x ^ 2 * y ^ 2) 6.6536246E-06
C15 (y ^ 4) 8.1721322E-07
C17 (x ^ 4 * y) -3.3297935E-07
C19 (x ^ 2 * y ^ 3) 3.1563652E-08
C21 (y ^ 5) -1.2761657E-08
C22 (x ^ 6) -8.3506781E-10
C24 (x ^ 4 * y ^ 2) -9.9833763E-09
C26 (x ^ 2 * y ^ 4) 1.8319267E-10
C28 (y ^ 6) -1.9493518E-10
C30 (x ^ 6 * y) -3.2130471E-10
C32 (x ^ 4 * y ^ 3) -1.4774256E-10
C34 (x ^ 2 * y ^ 5) 2.0601390E-11
C36 (y ^ 7) 8.0970687E-14
C37 (x ^ 8) -2.7350270E-12
C39 (x ^ 6 * y ^ 2) -1.4367506E-11
C41 (x ^ 4 * y ^ 4) 5.0038842E-13
C43 (x ^ 2 * y ^ 6) -1.8888101E-13
C45 (y ^ 8) -6.7428035E-14
C47 (x ^ 8 * y) -6.9255343E-14
C49 (x ^ 6 * y ^ 3) -1.5679024E-13
C51 (x ^ 4 * y ^ 5) 2.3317504E-14
C53 (x ^ 2 * y ^ 7) -8.7565034E-15
C55 (y ^ 9) -1.2692483E-15

以下に、条件式(1)〜(3)に対する対応値を示す。   The corresponding values for conditional expressions (1) to (3) are shown below.

条件式(1)|h/(f×sinθ)|=
|2.9976/{14.7000×sin(-11°)}|=1.069
条件式(2)|{sin-1(h/f)}/α|=
|{sin-1(2.9976/14.7000)}/59.2602|=0.199
条件式(3)|TL/f|=
|258.7739/14.7000|=17.604
Conditional expression (1) | h / (f × sin θ) | =
| 2.9976 / {14.7000 × sin (-11 °)} | = 1.069
Conditional expression (2) | {sin −1 (h / f)} / α | =
| {sin -1 (2.9976 / 14.7000)} / 59.2602 | = 0.199
Conditional expression (3) | TL / f | =
| 258.7739 / 14.7000 | = 17.604

また、下の表30に、条件式(4)に対する対応値を示す。なお、x−z断面に関しては
、自由曲面がz軸に対して軸対称であるので、x座標の負の領域については記載を省略し
ている。
Table 30 below shows the corresponding values for conditional expression (4). Regarding the xz cross section, since the free-form surface is axisymmetric with respect to the z axis, the description of the negative region of the x coordinate is omitted.

(表30)
(第2自由曲面レンズL22:素子y−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 0.1176 0.954802484
0 0.3576 0.956397837
0 0.5976 0.958657852
0 0.8376 0.961317102
0 1.0776 0.964133726
0 1.3176 0.966918469
0 1.5576 0.969542998
0 1.7976 0.971934116
0 2.0376 0.974061480
0 2.2776 0.975924338
0 2.5176 0.977540119
0 2.7576 0.978935806
0 2.9976 0.980141974
0 3.2376 0.981188980
0 3.4776 0.982104732
0 3.7176 0.982913555
0 3.9576 0.983635805
0 4.1976 0.984287930
0 4.4376 0.984882835
0 4.6776 0.985430385
0 4.9176 0.985937959
0 5.1576 0.986410996
0 5.3976 0.986853477
0 5.6376 0.987268326
0 5.8776 0.987657727

(第2自由曲面レンズL22:素子x−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 2.9976 0.980141974
0.32 2.9976 0.979940618
0.64 2.9976 0.979340624
0.96 2.9976 0.978354065
1.28 2.9976 0.977000490
1.6 2.9976 0.975306012
1.92 2.9976 0.973301876
2.24 2.9976 0.971022516
2.56 2.9976 0.968503092
2.88 2.9976 0.965776679
3.2 2.9976 0.962871339
3.52 2.9976 0.959807414
3.84 2.9976 0.956595315

(第3自由曲面レンズL23:素子y−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 0.1176 0.999166389
0 0.3576 0.999034687
0 0.5976 0.998899216
0 0.8376 0.998784532
0 1.0776 0.998714017
0 1.3176 0.998705886
0 1.5576 0.998769640
0 1.7976 0.998903879
0 2.0376 0.999095948
0 2.2776 0.999323487
0 2.5176 0.999557528
0 2.7576 0.999766562
0 2.9976 0.999920774
0 3.2376 0.999995697
0 3.4776 0.999974716
0 3.7176 0.999850094
0 3.9576 0.999622604
0 4.1976 0.999300075
0 4.4376 0.998895327
0 4.6776 0.998424079
0 4.9176 0.997903235
0 5.1576 0.997349945
0 5.3976 0.996781620
0 5.6376 0.996217148
0 5.8776 0.995679481

(第3自由曲面レンズL23:素子x−z断面)
物体位置(x座標) 物体位置(y座標) 法線内積(Nr1・Nr2)
0 2.9976 0.999920774
0.32 2.9976 0.999889386
0.64 2.9976 0.999796173
0.96 2.9976 0.999643665
1.28 2.9976 0.999435107
1.6 2.9976 0.999173073
1.92 2.9976 0.998857747
2.24 2.9976 0.998485032
2.56 2.9976 0.998044733
2.88 2.9976 0.997519114
3.2 2.9976 0.996882114
3.52 2.9976 0.996099533
3.84 2.9976 0.995130408
(Table 30)
(Second free-form surface lens L22: element yz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 0.1176 0.954802484
0 0.3576 0.956397837
0 0.5976 0.958657852
0 0.8376 0.961317102
0 1.0776 0.964133726
0 1.3176 0.966918469
0 1.5576 0.969542998
0 1.7976 0.971934116
0 2.0376 0.974061480
0 2.2776 0.975924338
0 2.5176 0.977540119
0 2.7576 0.978935806
0 2.9976 0.980141974
0 3.2376 0.981188980
0 3.4776 0.982104732
0 3.7176 0.982913555
0 3.9576 0.983635805
0 4.1976 0.984287930
0 4.4376 0.984882835
0 4.6776 0.985430385
0 4.9176 0.985937959
0 5.1576 0.986410996
0 5.3976 0.986853477
0 5.6376 0.987268326
0 5.8776 0.987657727

(Second free-form surface lens L22: element xz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 2.9976 0.980141974
0.32 2.9976 0.979940618
0.64 2.9976 0.979340624
0.96 2.9976 0.978354065
1.28 2.9976 0.977000490
1.6 2.9976 0.975306012
1.92 2.9976 0.973301876
2.24 2.9976 0.971022516
2.56 2.9976 0.968503092
2.88 2.9976 0.965776679
3.2 2.9976 0.962871339
3.52 2.9976 0.959807414
3.84 2.9976 0.956595315

(Third free-form curved lens L23: element yz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 0.1176 0.999166389
0 0.3576 0.999034687
0 0.5976 0.998899216
0 0.8376 0.998784532
0 1.0776 0.998714017
0 1.3176 0.998705886
0 1.5576 0.998769640
0 1.7976 0.998903879
0 2.0376 0.999095948
0 2.2776 0.999323487
0 2.5176 0.999557528
0 2.7576 0.999766562
0 2.9976 0.999920774
0 3.2376 0.999995697
0 3.4776 0.999974716
0 3.7176 0.999850094
0 3.9576 0.999622604
0 4.1976 0.999300075
0 4.4376 0.998895327
0 4.6776 0.998424079
0 4.9176 0.997903235
0 5.1576 0.997349945
0 5.3976 0.996781620
0 5.6376 0.996217148
0 5.8776 0.995679481

(Third free-form curved lens L23: element xz cross section)
Object position (x coordinate) Object position (y coordinate) Normal inner product (Nr1 / Nr2)
0 2.9976 0.999920774
0.32 2.9976 0.999889386
0.64 2.9976 0.999796173
0.96 2.9976 0.999643665
1.28 2.9976 0.999435107
1.6 2.9976 0.999173073
1.92 2.9976 0.998857747
2.24 2.9976 0.998485032
2.56 2.9976 0.998044733
2.88 2.9976 0.997519114
3.2 2.9976 0.996882114
3.52 2.9976 0.996099533
3.84 2.9976 0.995130408

このように本実施例では、上記条件式(1)〜(4)が全て満たされていることが分かる。   Thus, in this embodiment, it can be seen that all the conditional expressions (1) to (4) are satisfied.

図27〜図30は、第5実施例に係る映像投写装置用光学系PLの横収差図である。そして、各収差図より、第5実施例では、各点(物点)において横収差が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。   FIGS. 27 to 30 are lateral aberration diagrams of the optical system PL for image projection apparatus according to the fifth example. From the aberration diagrams, it can be seen that in the fifth example, the lateral aberration is corrected satisfactorily at each point (object point) and has excellent optical performance.

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 基準投写レンズ群
L11 第1投写レンズ L12 第2投写レンズ
L13 第3投写レンズ L14 第4投写レンズ
L15 第5投写レンズ
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(素子側自由曲面レンズ)
L23 第3自由曲面レンズ(ミラー側自由曲面レンズ)
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 reference projection lens group L11 first projection lens L12 second projection lens L13 third projection lens L14 fourth projection lens L15 fifth projection lens G2 free-form surface lens group L21 First free-form surface lens L22 Second free-form surface lens (element-side free-form surface lens)
L23 Third free-form surface lens (mirror-side free-form surface lens)
M Free-form curved mirror Q Installation surface

Claims (5)

映像表示素子と、映像投写装置用光学系とを備える映像投写装置であって、
所定の設置面に設置された状態で使用され、前記映像表示素子に表示された映像を拡大して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斜め方向から投写し、
前記映像投写装置用光学系は、
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投写レンズからなる投写レンズ群と、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、
前記映像表示素子を前記投写レンズ群から前記自由曲面ミラーで反射する前までの光軸と垂直な方向へ平行移動させることにより、前記投写面に投写された像に生じる台形歪みを補正可能に構成されており、
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、少なくとも一方における前記光軸を含む断面が、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、
前記自由曲面ミラーで反射した後の前記映像表示素子の中心からの主光線と前記光軸とのなす角をαとし、前記光軸から前記映像表示素子の中心までの距離をhとし、前記投写レンズ群の焦点距離をfとしたとき、次式
0.14≦|{sin-1(h/f)}/α|≦0.20
の条件を満足することを特徴とする映像投写装置。
An image projection apparatus comprising an image display element and an optical system for an image projection apparatus ,
It is used in a state where it is installed on a predetermined installation surface, and the image displayed on the image display element is enlarged and projected from an oblique direction on the same surface as the installation surface or a surface substantially parallel to the installation surface,
The optical system for the image projection device is:
A projection lens group consisting of projection lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis, arranged in order from the image display element side along the optical axis, and a plurality of freedoms formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis A free-form surface lens group composed of a curved lens, and a free-form surface mirror having a reflecting surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis,
It is possible to correct a trapezoidal distortion generated in an image projected on the projection surface by translating the image display element in a direction perpendicular to the optical axis from the projection lens group before being reflected by the free-form curved mirror. Has been
In the free-form surface lens group, a cross section including the optical axis in at least one of a mirror-side free-form surface lens closest to the free-form surface mirror and an element-side free-form surface lens arranged next to the mirror-side free-form surface lens Has a meniscus shape with a concave surface facing the image display element side,
The angle formed between the principal ray from the center of the image display element after being reflected by the free-form curved mirror and the optical axis is α, the distance from the optical axis to the center of the image display element is h, and the projection When the focal length of the lens group is f, the following expression 0.14 ≦ | {sin −1 (h / f)} / α | ≦ 0.20
Image projection equipment that satisfies the condition.
映像表示素子と、映像投写装置用光学系とを備える映像投写装置であって、
所定の設置面に設置された状態で使用され、前記映像表示素子に表示された映像を拡大して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斜め方向から投写し、
前記映像投写装置用光学系は、
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投写レンズからなる投写レンズ群と、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、
前記映像表示素子を前記投写レンズ群から前記自由曲面ミラーで反射する前までの光軸と垂直な方向へ平行移動させることにより、前記投写面に投写された像に生じる台形歪みを補正可能に構成されており、
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、少なくとも一方における前記光軸を含む断面が、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、
前記投写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|≦20
の条件を満足することを特徴とする映像投写装置。
An image projection apparatus comprising an image display element and an optical system for an image projection apparatus ,
It is used in a state where it is installed on a predetermined installation surface, and the image displayed on the image display element is enlarged and projected from an oblique direction on the same surface as the installation surface or a surface substantially parallel to the installation surface,
The optical system for the image projection device is:
A projection lens group consisting of projection lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis, arranged in order from the image display element side along the optical axis, and a plurality of freedoms formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis A free-form surface lens group composed of a curved lens, and a free-form surface mirror having a reflecting surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis,
It is possible to correct a trapezoidal distortion generated in an image projected on the projection surface by translating the image display element in a direction perpendicular to the optical axis from the projection lens group before being reflected by the free-form curved mirror. Has been
In the free-form surface lens group, a cross section including the optical axis in at least one of a mirror-side free-form surface lens closest to the free-form surface mirror and an element-side free-form surface lens arranged next to the mirror-side free-form surface lens Has a meniscus shape with a concave surface facing the image display element side,
When the focal length of the projection 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 | ≦ 20
Image projection equipment that satisfies the condition.
前記自由曲面レンズ群の中心軸が前記光軸に対して傾いていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の映像投写装置。 Image projection equipment according to claim 1 or claim 2, characterized in that the center axis of the free-form surface lens is inclined with respect to the optical axis. 前記光軸に対する前記自由曲面レンズ群の中心軸の傾き角をθとし、前記光軸から前記映像表示素子の中心までの距離をhとし、前記投写レンズ群の焦点距離をfとしたとき、次式
0.7≦|h/(f×sinθ)|≦1.5
の条件を満足することを特徴とする請求項3に記載の映像投写装置。
When the inclination angle of the central axis of the free-form surface lens group with respect to the optical axis is θ, the distance from the optical axis to the center of the image display element is h, and the focal length of the projection lens group is f, Formula 0.7 ≦ | h / (f × sin θ) | ≦ 1.5
Image projection equipment according to claim 3, characterized by satisfying the condition.
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、前記投写レンズ群から前記自由曲面ミラーで反射する前までの光軸および前記自由曲面ミラーで反射した後の光軸を通る第1の断面、または、前記第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ており、
前記投写レンズ群から前記自由曲面ミラーで反射する前までの光軸方向の座標軸をz軸
とし、前記第1の断面に沿って前記z軸と垂直な座標軸をy軸とし、前記z軸および前記y軸と垂直な座標軸をx軸とし、
前記ミラー側自由曲面レンズおよび前記素子側自由曲面レンズのうち前記メニスカス形状を有する自由曲面レンズにおいて、前記映像表示素子の表示面における前記素子の中心を通り前記y軸または前記x軸と平行な直線上から出た主光線と前記映像表示素子側のレンズ面との交点における前記レンズ面の法線ベクトルをNr1とし、前記主光線と前記自由曲面ミラー側のレンズ面との交点における前記レンズ面の法線ベクトルをNr2としたとき、前記Nr1と前記Nr2との内積が次式
0.9≦Nr1・Nr2<1
の条件を満足することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の映像投写装置。
In the free-form surface lens group, at least one of the cross-sectional shapes of the mirror-side free-form surface lens closest to the free-form surface mirror and the element-side free-form surface lens arranged next to the mirror-side free-form surface lens is the projection In the first cross section passing through the optical axis from the lens group before being reflected by the free-form curved mirror and the optical axis after being reflected by the free-form curved mirror, or a second cross section perpendicular to the first cross section, It has a meniscus shape with a concave surface facing the image display element side,
The coordinate axis in the optical axis direction from the projection lens group before being reflected by the free-form curved mirror is the z axis, the coordinate axis perpendicular to the z axis along the first cross section is the y axis, and the z axis and the The coordinate axis perpendicular to the y axis is the x axis,
In the free-form surface lens having the meniscus shape among the mirror-side free-form surface lens and the element-side free-form surface lens, a straight line passing through the center of the element on the display surface of the video display element and parallel to the y-axis or the x-axis The normal vector of the lens surface at the intersection of the principal ray emitted from above and the lens surface on the image display element side is Nr1, and the lens surface at the intersection of the principal ray and the lens surface on the free-form surface mirror side When the normal vector is Nr2, the inner product of the Nr1 and the Nr2 is expressed by the following formula: 0.9 ≦ Nr1 · Nr2 <1
Image projection equipment according to any one of claims 1 to 4, characterized by satisfying the condition.
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