JPWO2014115818A1 - Image projection optical system and image projection apparatus - Google Patents

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Abstract

映像投写光学系(PL)は、映像表示素子に表示された映像を拡大して投写面に斜め方向から投写する映像投写光学系(PL)であって、光軸に沿って映像表示素子側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された回転対称レンズからなる回転対称レンズ群(G1)と、中心軸に対して非回転対称に形成された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、自由曲面レンズ群(G2)は、映像表示素子側から順に並んだ、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、を有し、第2自由曲面レンズ(L22)が光軸に沿って移動可能である。The image projection optical system (PL) is an image projection optical system (PL) that enlarges an image displayed on the image display element and projects the image on the projection surface from an oblique direction, and is projected from the image display element side along the optical axis. A rotationally symmetric lens group (G1) composed of rotationally symmetric lenses formed in rotation symmetry with respect to the central axis, and a free curved surface lens group composed of free curved surface lenses formed in a non-rotational symmetry with respect to the central axis. (G2) and a free-form surface mirror (M) having a reflection surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis, and the free-form surface lens group (G2) are arranged in order from the image display element side. The first free-form surface lens (L21), the second free-form surface lens (L22), and the third free-form surface lens (L23), and the second free-form surface lens (L22) moves along the optical axis. Is possible.

Description

本発明は、映像投写光学系および映像投写装置に関する。   The present invention relates to an image projection optical system and an image projection apparatus.

映像投写装置では、映像投写光学系の光軸がスクリーンに対して垂直にならない条件で映像を投写する、いわゆる斜め投写が行われている。斜め投写では、矩形の画面が台形に投写されてしまうという問題が発生する。このような台形歪みの補正、いわゆるキーストン補正の方法として、画像処理で補正する方法と、中心軸に対して非回転対称な光学面を有する光学エレメントで補正する方法の2つが知られている。   In the image projection apparatus, so-called oblique projection is performed, in which an image is projected under the condition that the optical axis of the image projection optical system is not perpendicular to the screen. In oblique projection, there is a problem that a rectangular screen is projected into a trapezoid. There are two known methods for correcting such trapezoidal distortion, so-called keystone correction, that is, a method of correcting by image processing and a method of correcting by an optical element having a non-rotationally symmetric optical surface with respect to the central axis.

画像処理で補正する方法は、光学系で発生する台形歪みと逆の台形歪みを画像処理で表示画像に予め与えてキャンセルさせるという方法である。この方法は、光学系に新たな負担を求めないという利点があるが、投写画像の画質が劣化するという大きな欠点を有する。そのために、スクリーンへの入射角が大きい、すなわち、台形歪みの補正量が大きい映像投写装置には採用できない。一方、光学エレメントで補正する方法では、中心軸に対して非回転対称な光学面が必要になる(特許文献1参照)。この方法は、台形歪みを補正しても投写画像の画質が劣化しないという利点がある。   A method of correcting by image processing is a method in which trapezoidal distortion that is opposite to trapezoidal distortion that occurs in an optical system is previously applied to a display image by image processing and canceled. This method has the advantage of not requiring a new burden on the optical system, but has the major drawback of degrading the image quality of the projected image. Therefore, it cannot be adopted for an image projection apparatus having a large incident angle on the screen, that is, a large amount of correction of trapezoidal distortion. On the other hand, the method of correcting with an optical element requires an optical surface that is non-rotationally symmetric with respect to the central axis (see Patent Document 1). This method has an advantage that the image quality of the projected image does not deteriorate even if the keystone distortion is corrected.

日本国特開2012−14127号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-14127

特許文献1の映像投写装置では、映像投写装置の小型化が実現されているが、映像投写光学系が単焦点でありスクリーン上での投写サイズが固定されてしまっていた。   In the image projection apparatus of Patent Document 1, the image projection apparatus is reduced in size, but the image projection optical system has a single focal point and the projection size on the screen is fixed.

本発明の第1の態様によると、映像表示素子に表示された映像を拡大して投写面に斜め方向から投写する映像投写光学系は、光軸に沿って映像表示素子側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された回転対称レンズからなる回転対称レンズ群と、中心軸に対して非回転対称に形成された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、自由曲面レンズ群は、映像表示素子側から順に並んだ、第1自由曲面レンズと、第2自由曲面レンズと、第3自由曲面レンズと、を有し、第2自由曲面レンズが光軸に沿って移動可能である。
本発明の第2の態様によると、第1の態様の映像投写光学系において、第2自由曲面レンズの両側のレンズ面は、自由曲面レンズ群と自由曲面ミラーとの間の光軸および自由曲面ミラーと投写面との間の光軸を通る第1の断面と、第1の断面に対して垂直な第2の断面とにおいて、映像表示素子側に概ね凹面を向けた形状を有することが好ましい。
本発明の第3の態様によると、第2の態様の映像投写光学系において、映像表示素子から自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、第1の断面に沿って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、第2自由曲面レンズの映像表示素子側のレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,y,z)を定義し、0を含む自然数をmおよびnとし、xおよびyを含む多項式の係数をC(m,n)として、第2自由曲面レンズの映像表示素子側のレンズ面のサグ量を表わす式を次式(1)
のように表したとき、次式(2)
(2,0)<0、C(0,2)<0・・・(2)
の条件を満足し、且つ、映像表示素子から自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、第1の断面に沿って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、第2自由曲面レンズの自由曲面ミラー側のレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,y,z)を定義し、0を含む自然数をmおよびnとし、xおよびyを含む多項式の係数をC(m,n)として、第2自由曲面レンズの自由曲面ミラー側のレンズ面のサグ量を表わす式を次式(3)
のように表したとき、次式(4)
(2,0)<0、C(0,2)<0・・・(4)
の条件を満足することが好ましい。
本発明の第4の態様によると、第2または3の態様の映像投写光学系において、映像表示素子から自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、第1の断面に沿って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、第2自由曲面レンズの映像表示素子側のレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,y,z)において、第2自由曲面レンズの映像表示素子側のレンズ面の形状を表わす式をz=f(x,y)としたとき、映像表示素子からの光が通過する領域において、次式(9)
の条件を満たすf(0,α)が存在し、第2自由曲面レンズの映像表示素子側のレンズ面の形状を表す式に対しy’=y−αとする変数変換を行った式をz=f’(x,y’)としたとき、映像表示素子からの光が通過する領域において、x=0のとき、次式(10)
の条件を満足し、映像表示素子からの光が通過する領域において、y=0のとき、次式(11)
の条件を満足し、且つ、映像表示素子から自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、第1の断面に沿って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、第2自由曲面レンズの自由曲面ミラー側のレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,y,z)において、第2自由曲面レンズの自由曲面ミラー側のレンズ面の形状を表わす式をz=f(x,y)としたとき、映像表示素子からの光が通過する領域において、次式(12)
の条件を満たすf(0,α)が存在し、第2自由曲面レンズの自由曲面ミラー側のレンズ面の形状を表す式に対しy’=y−αとする変数変換を行った式をz=f’(x,y’)としたとき、映像表示素子からの光が通過する領域において、x=0のとき、次式(13)
の条件を満足し、映像表示素子からの光が通過する領域において、y=0のとき、次式(14)
の条件を満足することが好ましい。
本発明の第5の態様によると、第1〜4のいずれか一態様の映像投写光学系において、回転対称レンズ群の焦点距離をfG1、回転対称レンズ群における最も映像表示素子側の回転対称レンズの焦点距離をfL11とするとき、次式(5)
0.8≦fL11/fG1≦1.4・・・(5)
の条件を満足することが好ましい。
本発明の第6の態様によると、第1〜5のいずれか一態様の映像投写光学系において、映像表示素子が映像投写光学系に対して光軸方向に移動可能であることが好ましい。
本発明の第7の態様によると、第1〜6のいずれか一態様の映像投写光学系において、第1自由曲面レンズが第2自由曲面レンズと一体となって光軸方向に移動可能であることが好ましい。
本発明の第8の態様によると、第1〜7のいずれか一態様の映像投写光学系において、回転対称レンズ群全体または回転対称レンズ群の最も映像表示素子側の回転対称レンズが光軸方向に移動可能であることが好ましい。
本発明の第9の態様によると、第1〜8のいずれか一態様の映像投写光学系において、自由曲面ミラーが映像表示素子に対し光軸方向に移動可能であることが好ましい。
本発明の第10の態様によると、第1〜9のいずれか一態様の映像投写光学系において、自由曲面ミラーの中心曲率半径をMRとするとき、次式(6)
−0.1<2/MR<−0.005・・・(6)
の条件を満足することが好ましい。
本発明の第11の態様によると、設置面に設置された状態で使用され、設置面と同じ面上または設置面と略平行な面上に映像を斜め方向から投写し、投写サイズに合わせてピント合わせ可能な機構を有する映像投写装置は、第1〜10のいずれか一態様の映像投写光学系を備える。
According to the first aspect of the present invention, the image projection optical system for enlarging the image displayed on the image display element and projecting the image on the projection surface from an oblique direction is arranged in order from the image display element side along the optical axis. A rotationally symmetric lens group composed of rotationally symmetric lenses formed rotationally symmetrically with respect to the central axis, a free-form surface lens group composed of free-form curved lenses formed non-rotatically symmetric about the central axis, and the central axis A free-form surface mirror having a reflection surface formed in a non-rotationally symmetric manner, and the free-form surface lens group is arranged in order from the image display element side, a first free-form surface lens, a second free-form surface lens, Three free-form surface lenses, and the second free-form surface lens is movable along the optical axis.
According to the second aspect of the present invention, in the image projection optical system according to the first aspect, the lens surfaces on both sides of the second free-form surface lens are the optical axis and free-form surface between the free-form surface lens group and the free-form surface mirror. It is preferable that the first cross section passing through the optical axis between the mirror and the projection surface and the second cross section perpendicular to the first cross section have a shape with a substantially concave surface facing the image display element side. .
According to the third aspect of the present invention, in the image projection optical system of the second aspect, the coordinate axis in the optical axis direction in which the direction from the image display element toward the free-form surface mirror is positive is the z 1 axis, and the first section And the coordinate axis perpendicular to the z 1 axis is the y 1 axis, and the coordinate axis perpendicular to the z 1 axis and the y 1 axis is the x 1 axis, the lens surface on the image display element side of the second free-form surface lens and the optical axis Is defined as a local coordinate system (x 1 , y 1 , z 1 ) with the origin as the origin, m and n are natural numbers including 0, and C 1 (m, n is a coefficient of a polynomial including x 1 and y 1 ) Represents the sag amount of the lens surface on the image display element side of the second free-form surface lens as the following equation (1):
When expressed as (2)
C 1 (2,0) <0, C 1 (0,2) <0 (2)
And the coordinate axis in the optical axis direction with the direction from the image display element toward the free-form surface mirror being positive is defined as z 2 axis, and the coordinate axis perpendicular to the z 2 axis along the first cross section is defined as y 2. The local coordinate system (x 2 , x 2 , x 2 , x 2 , the coordinate axis perpendicular to the z 2 axis and the y 2 axis is the x 2 axis, and the origin is the intersection of the lens surface on the free curved mirror side of the second free curved lens y 2 , z 2 ), natural numbers including 0 are m and n, and coefficients of polynomials including x 2 and y 2 are C 2 (m, n), the free curved mirror side of the second free curved lens The expression for the sag amount on the lens surface of
When expressed as (4)
C 2 (2,0) <0, C 2 (0,2) <0 (4)
It is preferable to satisfy the following conditions.
According to the fourth aspect of the present invention, in the image projection optical system of the second or third aspect, the coordinate axis in the optical axis direction in which the direction from the image display element toward the free-form surface mirror is positive is the z 1 axis, and the first The coordinate surface perpendicular to the z 1 axis along the cross-section of the second free-form surface lens is defined as the y 1 axis, and the coordinate axis perpendicular to the z 1 axis and the y 1 axis is defined as the x 1 axis. In the local coordinate system (x 1 , y 1 , z 1 ) whose origin is the intersection with the axis, an expression representing the shape of the lens surface on the image display element side of the second free-form surface lens is z 1 = f 1 (x 1 , Y 1 ), in the region where the light from the image display element passes, the following equation (9)
F 1 (0, α 1 ) satisfying the following condition exists, and a variable conversion is performed such that y 1 ′ = y 1 −α 1 with respect to an expression representing the shape of the lens surface on the image display element side of the second free-form surface lens. Assuming that the performed equation is z 1 = f 1 ′ (x 1 , y 1 ′), in the region through which light from the image display element passes, when x 1 = 0, the following equation (10)
When y 1 = 0 in the region where the light from the image display element passes and the following equation (11) is satisfied:
And the coordinate axis in the optical axis direction with the direction from the image display element toward the free-form surface mirror being positive is defined as z 2 axis, and the coordinate axis perpendicular to the z 2 axis along the first cross section is defined as y 2. The local coordinate system (x 2 , x 2 , x 2 , x 2 , the coordinate axis perpendicular to the z 2 axis and the y 2 axis is the x 2 axis, and the origin is the intersection of the lens surface on the free curved mirror side of the second free curved lens In y 2 , z 2 ), when an expression representing the shape of the lens surface of the second free-form surface lens on the free-form surface mirror side is z 2 = f 2 (x 2 , y 2 ), the light from the image display element is In the passing region, the following equation (12)
F 2 (0, α 2 ) satisfying the following condition exists, and a variable transformation is set such that y 2 ′ = y 2 −α 2 with respect to the expression representing the shape of the lens surface of the second free-form surface lens on the free-form surface mirror side. Assuming that the performed equation is z 2 = f 2 ′ (x 2 , y 2 ′), when x 2 = 0 in the region through which light from the image display element passes, the following equation (13)
When y 2 = 0 in the region where the light from the image display element passes and the following condition (14) is satisfied:
It is preferable to satisfy the following conditions.
According to the fifth aspect of the present invention, in the image projection optical system according to any one of the first to fourth aspects, the focal length of the rotationally symmetric lens group is f G1 , and the rotational symmetry of the rotationally symmetric lens group closest to the image display element side. When the focal length of the lens is fL11 , the following equation (5)
0.8 ≦ f L11 / f G1 ≦ 1.4 (5)
It is preferable to satisfy the following conditions.
According to the sixth aspect of the present invention, in the image projection optical system according to any one of the first to fifth aspects, it is preferable that the image display element is movable in the optical axis direction with respect to the image projection optical system.
According to the seventh aspect of the present invention, in the video projection optical system according to any one of the first to sixth aspects, the first free-form surface lens is integrally movable with the second free-form surface lens in the optical axis direction. It is preferable.
According to the eighth aspect of the present invention, in the image projection optical system according to any one of the first to seventh aspects, the entire rotationally symmetric lens group or the rotationally symmetric lens closest to the image display element in the rotationally symmetric lens group is in the optical axis direction. It is preferable that it is movable.
According to the ninth aspect of the present invention, in the image projection optical system according to any one of the first to eighth aspects, it is preferable that the free-form surface mirror is movable in the optical axis direction with respect to the image display element.
According to the tenth aspect of the present invention, in the image projection optical system according to any one of the first to ninth aspects, when the central curvature radius of the free-form surface mirror is MR, the following formula (6)
−0.1 <2 / MR <−0.005 (6)
It is preferable to satisfy the following conditions.
According to the eleventh aspect of the present invention, an image is projected from an oblique direction on the same surface as the installation surface or on a surface substantially parallel to the installation surface, according to the projection size. An image projection apparatus having a focusable mechanism includes the image projection optical system according to any one of the first to tenth aspects.

本発明によれば、コンパクトな構成でありながら、投写サイズを変えてもピントを合わせ直すことができ、且つ投写画像の台形歪みを良好に補正することができる。   According to the present invention, it is possible to refocus even if the projection size is changed, and to correct the trapezoidal distortion of the projected image satisfactorily even though the configuration is compact.

本発明の一実施の形態に係る映像投写装置の概略を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an outline of an image projection apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1に示す映像投写装置の内部の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline inside the video projector shown in FIG. ローカル座標系の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a local coordinate system. 第1実施例に係る映像投写光学系のy−z断面図である。It is yz sectional drawing of the image projection optical system which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る映像投写光学系のx−z断面図である。It is xz sectional drawing of the image projection optical system which concerns on 1st Example. 投写面が第1の位置にあるときの第1実施例に係る映像投写光学系の光路図である。FIG. 5 is an optical path diagram of the image projection optical system according to the first example when the projection surface is at the first position. 投写面が第3の位置にあるときの第1実施例に係る映像投写光学系の光路図である。FIG. 5 is an optical path diagram of the image projection optical system according to the first example when the projection surface is at a third position. 投写面が第1の位置にあるときの第1実施例に係る映像投写光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the image projection optical system according to the first example when the projection surface is at the first position. 投写面が第1の位置にあるときの第1実施例に係る映像投写光学系における格子物点の二次元像シミュレーション画像を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional image simulation image of the lattice point in the image | video projection optical system which concerns on 1st Example when a projection surface exists in a 1st position. 投写面が第2の位置にあるときの第1実施例に係る映像投写光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the image projection optical system according to the first example when the projection surface is at the second position. 投写面が第2の位置にあるときの第1実施例に係る映像投写光学系における格子物点の二次元像シミュレーション画像を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional image simulation image of the grating | lattice point in the image projection optical system which concerns on 1st Example when a projection surface exists in a 2nd position. 投写面が第3の位置にあるときの第1実施例に係る映像投写光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the image projection optical system according to the first example when the projection surface is at the third position. 投写面が第3の位置にあるときの第1実施例に係る映像投写光学系における格子物点の二次元像シミュレーション画像を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional image simulation image of the lattice point in the image | video projection optical system which concerns on 1st Example when a projection surface exists in a 3rd position. 第2実施例に係る映像投写光学系のy−z断面図である。It is yz sectional drawing of the image projection optical system which concerns on 2nd Example. 第2実施例に係る映像投写光学系のx−z断面図である。It is xz sectional drawing of the image projection optical system which concerns on 2nd Example. 投写面が第1の位置にあるときの第2実施例に係る映像投写光学系の光路図である。It is an optical path diagram of the image projection optical system according to the second example when the projection surface is at the first position. 投写面が第3の位置にあるときの第2実施例に係る映像投写光学系の光路図である。It is an optical path diagram of the image projection optical system according to the second example when the projection surface is at the third position. 投写面が第1の位置にあるときの第2実施例に係る映像投写光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the image projection optical system according to the second example when the projection surface is at the first position. 投写面が第1の位置にあるときの第2実施例に係る映像投写光学系における格子物点の二次元像シミュレーション画像を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional image simulation image of the grating | lattice point in the image projection optical system which concerns on 2nd Example when a projection surface exists in a 1st position. 投写面が第2の位置にあるときの第2実施例に係る映像投写光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the image projection optical system according to the second example when the projection surface is at the second position. 投写面が第2の位置にあるときの第2実施例に係る映像投写光学系における格子物点の二次元像シミュレーション画像を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional image simulation image of the grating | lattice point in the image projection optical system which concerns on 2nd Example when a projection surface exists in a 2nd position. 投写面が第3の位置にあるときの第2実施例に係る映像投写光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the image projection optical system according to the second example when the projection surface is at the third position. 投写面が第3の位置にあるときの第2実施例に係る映像投写光学系における格子物点の二次元像シミュレーション画像を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional image simulation image of the lattice point in the image | video projection optical system which concerns on 2nd Example when a projection surface exists in a 3rd position. 第3実施例に係る映像投写光学系のy−z断面図である。It is yz sectional drawing of the image projection optical system which concerns on 3rd Example. 第3実施例に係る映像投写光学系のx−z断面図である。It is xz sectional drawing of the image projection optical system which concerns on 3rd Example. 投写面が第1の位置にあるときの第3実施例に係る映像投写光学系の光路図である。It is an optical path diagram of the image projection optical system according to the third example when the projection surface is at the first position. 投写面が第3の位置にあるときの第3実施例に係る映像投写光学系の光路図である。It is an optical path diagram of the image projection optical system according to the third example when the projection surface is at the third position. 投写面が第1の位置にあるときの第3実施例に係る映像投写光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the image projection optical system according to the third example when the projection surface is at the first position. 投写面が第1の位置にあるときの第3実施例に係る映像投写光学系における格子物点の二次元像シミュレーション画像を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional image simulation image of the grating | lattice point in the image projection optical system which concerns on 3rd Example when a projection surface exists in a 1st position. 投写面が第2の位置にあるときの第3実施例に係る映像投写光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the image projection optical system according to the third example when the projection surface is at the second position. 投写面が第2の位置にあるときの第3実施例に係る映像投写光学系における格子物点の二次元像シミュレーション画像を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional image simulation image of the lattice object point in the image | video projection optical system which concerns on 3rd Example when a projection surface exists in a 2nd position. 投写面が第3の位置にあるときの第3実施例に係る映像投写光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the image projection optical system according to the third example when the projection surface is at the third position. 投写面が第3の位置にあるときの第3実施例に係る映像投写光学系における格子物点の二次元像シミュレーション画像を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional image simulation image of the grating | lattice point in the image projection optical system which concerns on 3rd Example when a projection surface exists in a 3rd position.

以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態に係る映像投写装置PRJの概略構成を示す斜視図である。図2は、図1に示す映像投写装置PRJの内部の概略構成を示す断面図である。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、映像投写光学系PLと、を備えて構成される。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、任意の設置面Qに設置された状態で使用される。映像投写装置PRJは、光源(図示せず)からの光を映像表示素子DSで反射させた後、映像表示素子DSで反射して得られた映像(光)を、映像投写光学系PLおよび窓部Wを介して、投写面(スクリーン)SCに斜め方向から拡大して投写するように構成される。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a video projection apparatus PRJ according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration inside the image projection apparatus PRJ shown in FIG. The image projection apparatus PRJ includes a cylindrical box-shaped housing BD having a window W on the front surface, an image display element DS and an image projection optical system PL housed in the housing BD, respectively. Configured. The image projection device PRJ is used in a state where it is installed on an arbitrary installation surface Q such as the upper surface of a table (or desk) or a wall surface near the whiteboard. The image projection apparatus PRJ reflects light (light) from a light source (not shown) by the image display element DS and then reflects the image (light) obtained by the image display element DS to the image projection optical system PL and the window. Via the portion W, the projection screen (screen) SC is configured to be enlarged and projected from an oblique direction.

投写面SCは、映像投写装置PRJ(筐体BD)の設置面Qと同じ面上または設置面Qと略平行な面上に設定される。映像投写装置PRJでは、投写面SCの位置(映像投写光学系PLから投写面SCまでの距離)を変えることで、投写サイズを変えることができる。すなわち、映像投写装置PRJは、投写サイズに合わせてピント合わせ可能な機構を有している。この点について詳しくは後述する。   The projection plane SC is set on the same plane as the installation plane Q of the image projection device PRJ (housing BD) or on a plane substantially parallel to the installation plane Q. In the image projection apparatus PRJ, the projection size can be changed by changing the position of the projection surface SC (the distance from the image projection optical system PL to the projection surface SC). In other words, the image projection device PRJ has a mechanism that can focus on the projection size. This will be described in detail later.

なお、映像投写装置PRJの光源(図示せず)としては、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や、LED(Light Emitting Diode)光源等が用いられる。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)を表示可能なDMD(Digital Micromirror Device)素子や反射型の液晶表示素子等が用いられる。   As the light source (not shown) of the image projection device PRJ, for example, a lamp that generates white light with high luminance, such as a mercury lamp or a halogen lamp, an LED (Light Emitting Diode) light source, or the like is used. Further, as the video display element DS, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) element capable of displaying video (or images) input from an external input device (such as a personal computer or a storage device), a reflective liquid crystal display element, or the like Is used.

映像投写光学系PLは、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、回転対称レンズ群G1と、自由曲面レンズ群G2と、自由曲面ミラーMとを有する。回転対称レンズ群G1は、中心軸に対して回転対称に形成された複数の回転対称レンズから構成される。自由曲面レンズ群G2は、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構成される。自由曲面ミラーMは、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。   The image projection optical system PL includes a rotationally symmetric lens group G1, a free-form surface lens group G2, and a free-form surface mirror M, which are arranged in order from the image display element DS side along the optical axis. The rotationally symmetric lens group G1 is composed of a plurality of rotationally symmetric lenses that are rotationally symmetric with respect to the central axis. The free-form surface lens group G2 includes a plurality of free-form surface lenses formed in a non-rotational symmetry with respect to the central axis. The free-form surface mirror M has a reflecting surface formed in a non-rotational symmetry with respect to the central axis.

このような映像投写光学系PLにおいて、映像表示素子DSから出射された光は、回転対称レンズ群G1および自由曲面レンズ群G2を透過し、自由曲面ミラーMで斜め方向に反射して投写面SCに投写される。   In such an image projection optical system PL, the light emitted from the image display element DS is transmitted through the rotationally symmetric lens group G1 and the free-form surface lens group G2, reflected by the free-form surface mirror M in an oblique direction, and projected onto the projection surface SC. Is projected onto the screen.

自由曲面レンズ群G2は、映像表示素子DS側から順に、第1自由曲面レンズと、第2自由曲面レンズと、第3自由曲面レンズと、を有し、第2自由曲面レンズが光軸に沿って移動可能に構成されている。映像投写光学系PLは、第2自由曲面レンズが光軸に沿って移動することで、投写面SCの位置を変えて投写サイズを変えてもピントを合わせ直すことができるように構成されている。   The free-form surface lens group G2 includes, in order from the image display element DS side, a first free-form surface lens, a second free-form surface lens, and a third free-form surface lens, and the second free-form surface lens is along the optical axis. It is configured to be movable. The image projection optical system PL is configured such that the second free-form surface lens moves along the optical axis so that it can be refocused even if the position of the projection surface SC is changed and the projection size is changed. .

ここで、各レンズおよびミラーのローカル座標系について説明する。本説明では、各レンズおよびミラーのローカル座標系を、例えば図3に示すように、各レンズ面または反射面と光軸との交点を原点とした(x,y,z)座標系(右手系)とする。このローカル座標系は、映像表示素子DSから自由曲面ミラーMへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とする。また、自由曲面レンズ群G2と自由曲面ミラーMとの間の光軸および自由曲面ミラーMと投写面SCとの間の光軸を通る断面に沿って、z軸と垂直な座標軸をy軸とする。z軸およびy軸と垂直な座標軸をx軸とする。そして、x軸とz軸を通る各レンズまたはミラーの断面をx−z断面と称し、y軸とz軸を通る各レンズまたはミラーの断面をy−z断面と称し、x軸とy軸を通る各レンズまたはミラーの断面をx−y断面と称する。   Here, the local coordinate system of each lens and mirror will be described. In this description, for example, as shown in FIG. 3, the local coordinate system of each lens and mirror is an (x, y, z) coordinate system (right-handed system) with the intersection point of each lens surface or reflecting surface and the optical axis as the origin. ). In this local coordinate system, the coordinate axis in the optical axis direction in which the direction from the image display element DS toward the free-form surface mirror M is positive is the z axis. Further, along the cross section passing through the optical axis between the free-form surface lens group G2 and the free-form surface mirror M and the optical axis between the free-form surface mirror M and the projection surface SC, the coordinate axis perpendicular to the z-axis is the y-axis. To do. A coordinate axis perpendicular to the z axis and the y axis is taken as an x axis. A cross section of each lens or mirror passing through the x axis and the z axis is referred to as an xz cross section, a cross section of each lens or mirror passing through the y axis and the z axis is referred to as a yz cross section, and the x axis and the y axis are referred to. The cross section of each lens or mirror that passes through is called the xy cross section.

また、説明の便宜上、x=x、y=y、z=zとして、第2自由曲面レンズの映像表示素子DS側のレンズ面(以下、表示素子側レンズ面と称する)のローカル座標系(x,y,z)を定義する。このローカル座標系(x,y,z)は、表示素子側レンズ面と光軸との交点を原点とする。また、x=x、y=y、z=zとして、第2自由曲面レンズの自由曲面ミラーM側のレンズ面(以下、ミラー側レンズ面と称する)のローカル座標系(x,y,z)を定義する。このローカル座標系(x,y,z)は、ミラー側レンズ面と光軸との交点を原点とする。For convenience of explanation, x = x 1 , y = y 1 , z = z 1 and local coordinates of the lens surface on the image display element DS side of the second free-form surface lens (hereinafter referred to as display element side lens surface). Define the system (x 1 , y 1 , z 1 ). The local coordinate system (x 1 , y 1 , z 1 ) has an origin at the intersection of the display element side lens surface and the optical axis. Further, assuming that x = x 2 , y = y 2 , and z = z 2 , the local coordinate system (x 2 , x 2 , y 2 ) of the lens surface on the free curved mirror M side of the second free curved surface lens (hereinafter referred to as the mirror side lens surface). y 2 , z 2 ) is defined. In the local coordinate system (x 2 , y 2 , z 2 ), the origin is the intersection of the mirror side lens surface and the optical axis.

本実施形態において、第2自由曲面レンズの表示素子側レンズ面のサグ量zが、上記ローカル座標系(x,y,z)において以下の条件式(2)を満足することが好ましい。なお、式(1)において、mおよびnは、0を含む自然数であり、C(m,n)は、x、y多項式の係数である。In the present embodiment, the sag amount z 1 of the display element side lens surface of the second free-form surface lens satisfies the following conditional expression (2) in the local coordinate system (x 1 , y 1 , z 1 ). preferable. In Equation (1), m and n are natural numbers including 0, and C 1 (m, n) is a coefficient of an x, y polynomial.

(2,0)<0、C(0,2)<0 ・・・(2)C 1 (2,0) <0, C 1 (0,2) <0 (2)

条件式(2)は、表示素子側レンズ面におけるx−z断面とy−z断面でのサグ量を規定するための条件式である。式(1)における高次項の寄与が小さくなる光軸近傍のx−z断面とy−z断面においては、C(2,0)とC(0,2)の数値が各断面における表示素子側レンズ面のサグ量を決定する。したがって、条件式(2)を満足することにより、光軸近傍のx−z断面とy−z断面における表示素子側レンズ面の形状が映像表示素子DSに対して凹面を向けた形状となる。Conditional expression (2) is a conditional expression for defining the sag amount in the xz section and the yz section on the display element side lens surface. Display In x-z cross section and y-z cross-section near the optical axis contribution decreases the higher-order terms in equation (1), the value of C 1 (2, 0) and C 1 (0, 2) in each section The amount of sag on the element side lens surface is determined. Therefore, by satisfying conditional expression (2), the shape of the display element side lens surface in the xz cross section and the yz cross section in the vicinity of the optical axis becomes a shape in which the concave surface is directed to the video display element DS.

また、本実施形態において、第2自由曲面レンズのミラー側レンズ面のサグ量zは、上記ローカル座標系(x,y,z)において以下の式(3)により表されたとき、以下の条件式(4)を満足することが好ましい。なお、式(3)において、mおよびnは、0を含む自然数であり、C(m,n)は、x、y多項式の係数である。In the present embodiment, when the sag amount z 2 of the mirror side lens surface of the second free-form surface lens is expressed by the following expression (3) in the local coordinate system (x 2 , y 2 , z 2 ): It is preferable that the following conditional expression (4) is satisfied. In Equation (3), m and n are natural numbers including 0, and C 2 (m, n) is a coefficient of an x, y polynomial.

(2,0)<0、C(0,2)<0 ・・・(4)C 2 (2,0) <0, C 2 (0,2) <0 (4)

条件式(4)は、ミラー側レンズ面におけるx−z断面とy−z断面でのサグ量を規定するための条件式である。式(3)における高次項の寄与が比較的小さくなる光軸近傍のx−z断面とy−z断面においては、C(2,0)とC(0,2)の数値が各断面におけるミラー側レンズ面のサグ量を決定する。したがって、条件式(4)を満足することにより、光軸近傍のx−z断面とy−z断面におけるミラー側レンズ面の形状が映像表示素子DSに対して凹面を向けた形状となる。Conditional expression (4) is a conditional expression for defining the sag amount in the xz section and the yz section on the mirror side lens surface. In x-z cross section and y-z cross-section near the optical axis where the contribution of higher-order terms in equation (3) is relatively small, the number is the section of C 2 (2, 0) and C 2 (0, 2) The sag amount of the mirror side lens surface is determined. Therefore, when the conditional expression (4) is satisfied, the shape of the mirror side lens surface in the xz section and the yz section in the vicinity of the optical axis becomes a shape in which the concave surface is directed to the image display element DS.

また、本実施形態では、上記ローカル座標系(x,y,z)において、第2自由曲面レンズの表示素子側レンズ面の形状を表す式をz=f(x,y)としたとき、映像表示素子DSからの光が通過する領域において、以下の条件式(9)を満たすf(0,α)が存在することが好ましい。In the present embodiment, in the local coordinate system (x 1 , y 1 , z 1 ), an expression representing the shape of the display element side lens surface of the second free-form surface lens is expressed as z 1 = f 1 (x 1 , y 1 ), it is preferable that f 1 (0, α 1 ) satisfying the following conditional expression (9) exists in a region through which light from the video display element DS passes.

そして、上記表示素子側レンズ面の形状を表す式に対し、y’=y−αとする変数変換を行った式をz=f’(x,y’)としたとき、映像表示素子DSからの光が通過する領域において、x=0のとき、以下の条件式(10)を満足することが好ましい。Then, an expression obtained by performing variable transformation with respect to the expression representing the shape of the lens surface on the display element side as y 1 ′ = y 1 −α 1 is z 1 = f 1 ′ (x 1 , y 1 ′). In the region where light from the image display element DS passes, it is preferable that the following conditional expression (10) is satisfied when x 1 = 0.

さらに、上記表示素子側レンズ面では、映像表示素子DSからの光が通過する領域において、y=0のとき、以下の条件式(11)を満足することが好ましい。Further, on the display element side lens surface, it is preferable that the following conditional expression (11) is satisfied when y 1 = 0 in a region through which light from the image display element DS passes.

条件式(9)および(10)は、表示素子側レンズ面におけるy−z断面での形状を規定するための条件式である。条件式(9)および(10)を満足することにより、表示素子側レンズ面のy−z断面での形状が映像表示素子DSに対して凹面を向けた形状となる。条件式(11)は、表示素子側レンズ面におけるx−z断面での形状を規定するための条件式である。条件式(11)を満足することにより、表示素子側レンズ面のx−z断面での形状が映像表示素子DSに対して凹面を向けた形状となる。   Conditional expressions (9) and (10) are conditional expressions for defining the shape of the display element side lens surface in the yz section. By satisfying the conditional expressions (9) and (10), the shape of the display element side lens surface in the yz section becomes a shape in which the concave surface is directed to the video display element DS. Conditional expression (11) is a conditional expression for defining the shape of the display element side lens surface in the xz section. By satisfying conditional expression (11), the shape of the display element side lens surface in the xz cross section becomes a shape in which the concave surface is directed to the image display element DS.

また、本実施形態では、上記ローカル座標系(x,y,z)において、第2自由曲面レンズのミラー側レンズ面の形状を表す式をz=f(x,y)としたとき、映像表示素子DSからの光が通過する領域において、以下の条件式(12)を満足するf(0,α)が存在することが好ましい。In the present embodiment, in the local coordinate system (x 2 , y 2 , z 2 ), an expression representing the shape of the mirror side lens surface of the second free-form surface lens is z 2 = f 2 (x 2 , y 2 ), It is preferable that f 2 (0, α 2 ) satisfying the following conditional expression (12) exists in a region through which light from the image display element DS passes.

そして、上記ミラー側レンズ面の形状を表す式に対し、y’=y−αとする変数変換を行った式をz=f’(x,y’)としたとき、映像表示素子DSからの光が通過する領域において、x=0のとき、以下の条件式(13)を満足することが好ましい。Then, when an expression obtained by performing variable transformation with y 2 ′ = y 2 −α 2 on the expression representing the shape of the mirror side lens surface is z 2 = f 2 ′ (x 2 , y 2 ′) In the region where the light from the image display element DS passes, it is preferable that the following conditional expression (13) is satisfied when x 2 = 0.

さらに、上記ミラー側レンズ面では、映像表示素子DSからの光が通過する領域において、y=0のとき、以下の条件式(14)を満足することが好ましい。Further, on the mirror side lens surface, it is preferable that the following conditional expression (14) is satisfied when y 2 = 0 in a region through which light from the image display element DS passes.

条件式(12)および(13)は、ミラー側レンズ面におけるy−z断面での形状を規定するための条件式である。条件式(12)および(13)を満足することにより、ミラー側レンズ面のy−z断面での形状が映像表示素子DSに対して凹面を向けた形状となる。条件式(14)は、ミラー側レンズ面におけるx−z断面での形状を規定するための条件式である。条件式(14)を満足することにより、ミラー側レンズ面のx−z断面での形状が映像表示素子DSに対して凹面を向けた形状となる。   Conditional expressions (12) and (13) are conditional expressions for defining the shape of the mirror side lens surface in the yz section. When the conditional expressions (12) and (13) are satisfied, the shape of the mirror side lens surface in the yz section is a shape in which the concave surface is directed to the image display element DS. Conditional expression (14) is a conditional expression for defining the shape of the mirror side lens surface in the xz section. When the conditional expression (14) is satisfied, the shape of the mirror side lens surface in the xz section becomes a shape in which the concave surface is directed to the image display element DS.

このように、本実施形態において、第2自由曲面レンズは、両側のレンズ面がx−z断面とy−z断面において映像表示素子DS側に概ね凹面を向けた形状を有し、メニスカスレンズのような形状を有していることが好ましい。これにより、映像投写光学系PLでは、投写面SCの位置を変えて投写サイズを変えるのに伴って第2自由曲面レンズを移動させてピントを調整するときに、コマ収差や歪曲収差等の結像性能の劣化を少なくすることができる。   As described above, in the present embodiment, the second free-form surface lens has a shape in which the lens surfaces on both sides are substantially concave on the image display element DS side in the xz cross section and the yz cross section. It is preferable to have such a shape. As a result, in the image projection optical system PL, when the focus is adjusted by moving the second free-form surface lens as the projection size is changed by changing the position of the projection surface SC, coma aberration, distortion aberration, or the like may be caused. Degradation of image performance can be reduced.

また、本実施形態において、回転対称レンズ群G1の焦点距離fG1と、回転対称レンズ群G1における最も映像表示素子DS側の回転対称レンズ(以下、表示素子側レンズと称する)の焦点距離fL11とは、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
0.8≦fL11/fG1≦1.4 ・・・(5)
Further, in the present embodiment, the focal length f G1 rotationally symmetric lens group G1, the most image display element DS side of the rotationally symmetric lens in rotational symmetry lens group G1 (hereinafter, referred to as a display device side lens) focal length f L11 of Preferably satisfies the following conditional expression (5).
0.8 ≦ f L11 / f G1 ≦ 1.4 (5)

条件式(5)は、表示素子側レンズの焦点距離fL11の適切な値を規定するための式である。fL11/fG1が条件式(5)の下限よりも下回ると、回転対称レンズ群G1全体の焦点距離fG1に対して表示素子側レンズの焦点距離fL11が短くなりすぎてコマ収差の補正が困難となるだけでなく、入射瞳の位置が映像表示素子DS側に近くなりすぎてシェーディングが増大してしまう。また、fL11/fG1が条件式(5)の上限よりも上回ると、回転対称レンズ群G1全体の焦点距離fG1に対して表示素子側レンズの焦点距離fL11が長くなりすぎて回転対称レンズ群G1の構成では像面湾曲の補正が困難となってしまう。なお、より効果的に諸収差を補正するためには、条件式(5)の下限値を0.9とし、上限値を1.3とすることが望ましい。Conditional expression (5) is an expression for defining an appropriate value of the focal length fL11 of the display element side lens. When f L11 / f G1 is lower than the lower limit of the conditional expression (5), the focal length f L11 of the display element side lens becomes too short with respect to the focal length f G1 of the entire rotationally symmetric lens group G1, and correction of coma aberration is performed. Not only becomes difficult, but the position of the entrance pupil becomes too close to the image display element DS side, and shading increases. If f L11 / f G1 exceeds the upper limit of the conditional expression (5), the focal length f L11 of the display element side lens becomes too long with respect to the focal length f G1 of the entire rotationally symmetric lens group G1, and rotationally symmetric. The configuration of the lens group G1 makes it difficult to correct field curvature. In order to more effectively correct various aberrations, it is desirable to set the lower limit of conditional expression (5) to 0.9 and the upper limit to 1.3.

また、自由曲面ミラーMの中心曲率が負である(すなわち中心において凹面である)場合には、以下の条件式(6)を満足することが好ましい。なお、条件式(6)において、MRは自由曲面ミラーMの反射面の中心曲率半径である。
−0.1<2/MR<−0.005・・・(6)
When the center curvature of the free-form mirror M is negative (that is, a concave surface at the center), it is preferable to satisfy the following conditional expression (6). In conditional expression (6), MR is the center curvature radius of the reflecting surface of the free-form curved mirror M.
−0.1 <2 / MR <−0.005 (6)

条件式(6)は、自由曲面ミラーMの反射面の中心曲率半径の適切な値を規定するための式である。2/MRが条件式(6)の下限を下回ると、自由曲面ミラーMの正の屈折力が強くなりすぎて球面収差やコマ収差の補正が困難となるだけでなく、ペッツバール和が負の方向に大きくなりすぎて像面湾曲が増大する。また、2/MRが条件式(6)の上限を上回ると、自由曲面ミラーMの正の屈折力が弱くなりすぎて回転対称レンズ群G1で発生する像面湾曲を補正しきれなくなる。より効果的にペッツバール和を小さくして自由曲面レンズ群G2の負担を軽減し像面湾曲を良好に補正するためには、条件式(6)の下限値を−0.05とし、上限値を−0.02とすることが望ましい。   Conditional expression (6) is an expression for defining an appropriate value of the central radius of curvature of the reflecting surface of the free-form surface mirror M. When 2 / MR is below the lower limit of conditional expression (6), the positive refractive power of the free-form surface mirror M becomes too strong, and it becomes difficult to correct spherical aberration and coma aberration, and the Petzval sum is negative. Becomes too large to increase the field curvature. On the other hand, if 2 / MR exceeds the upper limit of the conditional expression (6), the positive refractive power of the free-form surface mirror M becomes too weak to correct the field curvature generated in the rotationally symmetric lens group G1. In order to more effectively reduce the Petzval sum, reduce the burden on the free-form surface lens group G2, and correct the curvature of field satisfactorily, the lower limit value of conditional expression (6) is set to −0.05, and the upper limit value is set to -0.02 is desirable.

また、本実施形態において、自由曲面レンズ群G2の第1自由曲面レンズが第2自由曲面レンズと一体となって光軸方向に移動可能であるようにしてもよい。この場合、映像投写光学系PLは、投写面SCの位置を変えて投写サイズを変えたときに、第1自由曲面レンズと第2自由曲面レンズとを一体に光軸方向に移動することで、ピントを調整できるように構成される。   In the present embodiment, the first free-form surface lens of the free-form surface lens group G2 may be integrally movable with the second free-form surface lens in the optical axis direction. In this case, the image projection optical system PL moves the first free-form surface lens and the second free-form surface lens integrally in the optical axis direction when the projection size is changed by changing the position of the projection surface SC. Configured so that the focus can be adjusted.

また、本実施形態において、回転対称レンズ群G1全体、または回転対称レンズ群G1の最も映像表示素子DS側の回転対称レンズ(表示素子側レンズ)が光軸方向に移動可能であるようにしてもよい。この場合、映像投写光学系PLは、投写面SCの位置を変えて投写サイズを変えたときに、第2自由曲面レンズと回転対称レンズ群G1全体または表示素子側レンズとを光軸方向に移動することで、ピントを調整できるように構成される。   In the present embodiment, the entire rotationally symmetric lens group G1 or the rotationally symmetric lens (display element side lens) closest to the image display element DS in the rotationally symmetric lens group G1 may be movable in the optical axis direction. Good. In this case, when the projection size is changed by changing the position of the projection surface SC, the image projection optical system PL moves the second free-form surface lens and the entire rotationally symmetric lens group G1 or the display element side lens in the optical axis direction. By doing so, the focus can be adjusted.

−実施例−
以下、本実施形態に係る各実施例について説明する。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非球面(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。
-Example-
Hereinafter, each example according to the present embodiment will be described. In each embodiment, an aspherical surface that is rotationally symmetric with respect to the optical axis (center axis) and an aspherical surface that is not rotationally symmetric with respect to the central axis (free curved surface) 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、上述したローカル座標系において、次の式(7)で定義される。なお、次の式(7)において、zはレンズ面頂点からの光軸方向のサグ量であり、hは光軸からの距離であり、cは曲率(曲率半径の逆数)であり、Kはコーニック定数であり、A〜A12は4次〜12次の非球面係数である。First, an aspheric surface that is rotationally symmetric with respect to the optical axis (center axis) is defined by the following equation (7) in the above-mentioned local coordinate system. In the following formula (7), z is a sag amount in the optical axis direction from the apex of the lens surface, h is a distance from the optical axis, c is a curvature (the reciprocal of the radius of curvature), and K is a conic constant, a 4 to a 12 are aspherical coefficients of fourth-order 12-order.

次に、中心軸に対し非回転対称な非球面(自由曲面)に関しては、上述したローカル座標系において、次の式(8)で定義される。なお、次の式(8)において、zはレンズ面頂点からの光軸方向のサグ量であり、hは光軸からの距離であり、cは曲率(曲率半径の逆数)であり、Kはコーニック定数であり、C(m,n)は非球面項xの係数である。Next, an aspherical surface (free curved surface) that is non-rotationally symmetric with respect to the central axis is defined by the following equation (8) in the local coordinate system described above. In the following equation (8), z is the sag amount in the optical axis direction from the apex of the lens surface, h is the distance from the optical axis, c is the curvature (the reciprocal of the radius of curvature), and K is It is a conic constant, and C (m, n) is a coefficient of the aspheric term x m y n .

<第1実施例>
まず、第1実施例について説明する。図4は、第1実施例に係る映像投写光学系PLのy−z断面図である。図5は、第1実施例に係る映像投写光学系PLのx−z断面図である。第1実施例に係る映像投写光学系PLは、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、回転対称レンズ群G1と、自由曲面レンズ群G2と、自由曲面ミラーMと、を有する。
<First embodiment>
First, the first embodiment will be described. FIG. 4 is a yz sectional view of the image projection optical system PL according to the first example. FIG. 5 is an xz sectional view of the image projection optical system PL according to the first example. The image projection optical system PL according to the first example includes a rotationally symmetric lens group G1, a free-form surface lens group G2, and a free-form surface mirror M arranged in order from the image display element DS side along the optical axis. .

図4および図5では、映像表示素子DSの近傍に2枚の平行平面板P1,P2が配置されているが、この平行平面板P1,P2は、映像表示素子DSのフェイスプレート、色合成プリズム、PBS(偏光ビームスプリッター)等に相当するものである。また、回転対称レンズ群G1と自由曲面レンズ群G2との間に、開口絞りSが配置されている。   4 and 5, two parallel flat plates P1 and P2 are disposed in the vicinity of the video display element DS. The parallel flat plates P1 and P2 are the face plate of the video display element DS and the color synthesis prism. , PBS (polarization beam splitter) and the like. An aperture stop S is disposed between the rotationally symmetric lens group G1 and the free-form surface lens group G2.

回転対称レンズ群G1は、映像表示素子DS側から順に並んだ、第1回転対称レンズL11と、第2回転対称レンズL12および第3回転対称レンズL13を貼り合わせた接合メニスカスレンズと、第4回転対称レンズL14と、から構成される。第1回転対称レンズL11は、両凸レンズであり、出射側のレンズ面の形状が回転対称の非球面となっている。第2回転対称レンズL12は、両凸レンズである。第3回転対称レンズL13は、両凹レンズである。第4回転対称レンズL14は、映像表示素子DS側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、入射側のレンズ面の形状が回転対称の非球面となっている。   The rotationally symmetric lens group G1 is arranged in order from the image display element DS side, a first meniscus lens L11, a cemented meniscus lens obtained by bonding the second rotationally symmetric lens L12 and the third rotationally symmetric lens L13, and a fourth rotation. And a symmetric lens L14. The first rotationally symmetric lens L11 is a biconvex lens, and the shape of the lens surface on the emission side is a rotationally symmetric aspherical surface. The second rotationally symmetric lens L12 is a biconvex lens. The third rotationally symmetric lens L13 is a biconcave lens. The fourth rotationally symmetric lens L14 is a meniscus lens having a concave surface directed toward the image display element DS, and the shape of the incident-side lens surface is a rotationally symmetric aspherical surface.

自由曲面レンズ群G2は、映像表示素子DS側から順に並んだ、第1自由曲面レンズL21と、第2自由曲面レンズL22と、第3自由曲面レンズL23と、から構成される。第1自由曲面レンズL21は、概ね正の屈折力を有し、入射側と出射側のレンズ面の形状が共に非回転対称の非球面(自由曲面)となっている。第2自由曲面レンズL22は、入射側と出射側のレンズ面の形状が共に映像表示素子DS側に概ね凹面を向けた非回転対称の非球面(自由曲面)となっている。第3自由曲面レンズL23は、概ね正の屈折力を有し、入射側と出射側のレンズ面の形状が共に非回転対称の非球面(自由曲面)となっている。なお、第3自由曲面レンズL23では、出射側のレンズ面が映像表示素子DSに対して概ね凹面を向けた形状となっている。   The free-form surface lens group G2 includes a first free-form surface lens L21, a second free-form surface lens L22, and a third free-form surface lens L23 arranged in order from the image display element DS side. The first free-form surface lens L21 has a substantially positive refractive power, and both the shape of the lens surfaces on the entrance side and the exit side are non-rotationally symmetric aspheric surfaces (free-form surfaces). The second free-form surface lens L22 is a non-rotationally symmetric aspheric surface (free-form surface) in which both the incident side and the exit side lens surfaces have a substantially concave surface facing the image display element DS. The third free-form surface lens L23 has a substantially positive refractive power, and the shapes of the lens surfaces on the entrance side and the exit side are both non-rotationally symmetric aspheric surfaces (free-form surfaces). Note that, in the third free-form surface lens L23, the lens surface on the emission side has a shape in which the concave surface is directed to the image display element DS.

映像表示素子DSの表示エリア上の各物点から出射した発散光束は、回転対称レンズ群G1および自由曲面レンズ群G2を透過し、自由曲面ミラーMで反射されて、収束光束となって投写面SC上に結像する。   The divergent light beam emitted from each object point on the display area of the image display element DS passes through the rotationally symmetric lens group G1 and the free-form surface lens group G2, is reflected by the free-form surface mirror M, and becomes a convergent light beam as a projection surface. The image is formed on the SC.

第1実施例に係る映像投写光学系PLでは、自由曲面レンズ群G2の第2自由曲面レンズL22が光軸方向に移動することによって、投写面SCの位置を変えて投写サイズを変えたときにも、ピントを合わせることが可能となっている。   In the image projection optical system PL according to the first example, when the second free-form surface lens L22 of the free-form surface lens group G2 moves in the optical axis direction, the position of the projection surface SC is changed and the projection size is changed. It is also possible to focus.

図6および図7は、第1実施例に係る映像投写光学系PLのy−z平面における光路図である。図6は、投写面SCの位置が第1位置であるときを示し、図7は、投写面SCの位置が第3位置であるときを示す。投写面SCの位置が第1位置であるとき、自由曲面ミラーMから投写面SCまでの距離は350mmであり、投写サイズは420mm×262.5mmである。投写面SCの位置が第3位置であるとき、自由曲面ミラーMから投写面SCまでの距離は700mmであり、投写サイズは840mm×525mmである。このように、映像投写光学系PLでは、投写面SCの位置(自由曲面ミラーMから投写面SCまでの距離)を変えることによって、投写サイズを420mm×262.5mm(第1位置)から840mm×525mm(第3位置)まで4倍の面積に拡大することができる。   6 and 7 are optical path diagrams in the yz plane of the image projection optical system PL according to the first example. FIG. 6 shows a case where the position of the projection surface SC is the first position, and FIG. 7 shows a case where the position of the projection surface SC is the third position. When the position of the projection surface SC is the first position, the distance from the free-form surface mirror M to the projection surface SC is 350 mm, and the projection size is 420 mm × 262.5 mm. When the position of the projection surface SC is the third position, the distance from the free-form surface mirror M to the projection surface SC is 700 mm, and the projection size is 840 mm × 525 mm. Thus, in the image projection optical system PL, the projection size is changed from 420 mm × 262.5 mm (first position) to 840 mm × by changing the position of the projection surface SC (the distance from the free-form curved mirror M to the projection surface SC). The area can be enlarged to 4 times up to 525 mm (third position).

以下の表1に、第1実施例に係る映像投写光学系PLの各種データを示す。なお、表1における面番号1〜18は、図4における面1〜18と対応している。また、以下の各実施例で示す表において、「*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非球面(自由曲面)であることを表している。また、曲率半径「∞」は平面または開口を示し、空気の屈折率は記載を省略している。また、可変なデータについては、投写面(像面)SCの位置が第1位置、第2位置、第3位置に変化したときのデータを示す。   Table 1 below shows various data of the image projection optical system PL according to the first example. The surface numbers 1 to 18 in Table 1 correspond to the surfaces 1 to 18 in FIG. In the tables shown in the following examples, “* A” indicates that the surface is a rotationally symmetric aspheric surface, and “* F” indicates that the surface is a rotationally symmetric aspheric surface (free-form surface). It represents something. Further, the curvature radius “∞” indicates a plane or an opening, and the refractive index of air is omitted. The variable data indicates data when the position of the projection plane (image plane) SC changes to the first position, the second position, and the third position.

<表1>
(全体諸元)
Fナンバー 2.3
画像表示エリア 9.696mm×6.06mm
(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率(e線) アッベ数(νe)
0:(物体面) ∞ 1.410000
1: ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2: ∞ 14.000000 1.51872 64.0
3: ∞ 11.400000
4: 34.99300 5.300000 1.68082 55.1
5:*A ‐32.30900 12.300000
6: 13.40020 4.400000 1.73234 55.5
7: ‐54.61100 2.000000 1.80633 29.6
8: 12.90030 2.370000
9:*A ‐39.99900 2.500000 1.69661 53.0
10: ‐18.50920 0.500000
11:(絞り) ∞ 2.850000
12:*F ∞ 4.000000 1.53113 55.7
13:*F ∞ 第5間隔/可変
14:*F ∞ 4.500000 1.53113 55.7
15:*F ∞ 第6間隔/可変
16:*F ∞ 10.000000 1.53113 55.7
17:*F ∞ 40.420000
18:*F(反射面) ∞ B.F/可変
19:(像面) ∞
(可変データ)
投写面の位置 第1位置 第2位置 第3位置
第5間隔 16.90000 21.84281 24.20000
第6間隔 14.50000 9.55719 7.20000
B.F -350.00000 -525.00000 -700.00000
投写サイズ 420mm×262.5mm 630mm×393.75mm 840mm×525mm
<Table 1>
(Overall specifications)
F number 2.3
Image display area 9.696mm x 6.06mm
(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index (e-line) Abbe number (νe)
0: (Object surface) ∞ 1.410000
1: ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2: ∞ 14.000000 1.51872 64.0
3: ∞ 11.400000
4: 34.99300 5.300000 1.68082 55.1
5: * A -32.30900 12.300000
6: 13.40020 4.400000 1.73234 55.5
7: -54.61100 2.000000 1.80633 29.6
8: 12.90030 2.370000
9: * A -39.99900 2.500000 1.69661 53.0
10: -18.50920 0.500000
11: (Aperture) ∞ 2.850000
12: * F ∞ 4.000000 1.53113 55.7
13: * F ∞ 5th interval / variable
14: * F ∞ 4.500000 1.53113 55.7
15: * F ∞ 6th interval / variable
16: * F ∞ 10.000000 1.53113 55.7
17: * F ∞ 40.420000
18: * F (reflective surface) ∞ B. F / variable
19: (image plane) ∞
(Variable data)
Projection plane position 1st position 2nd position 3rd position 5th interval 16.90000 21.84281 24.20000
6th interval 14.50000 9.55719 7.20000
B. F -350.00000 -525.00000 -700.00000
Projection size 420mm × 262.5mm 630mm × 393.75mm 840mm × 525mm

映像投写光学系PLにおいて、投写面SC(像面)の位置が変化すると、自由曲面ミラーMの反射面(第18面)から像面(第19面)までの距離(B.F:バックフォーカス)と投写サイズとが変化する。またこのとき、第2自由曲面レンズL22(第14面および第15面)が移動するため、第13面から第14面までの距離(第5間隔)と、第15面から第16面までの距離(第6間隔)が変化する。   In the image projection optical system PL, when the position of the projection surface SC (image surface) changes, the distance from the reflection surface (18th surface) of the free-form surface mirror M to the image surface (19th surface) (BF: back focus ) And the projection size change. At this time, since the second free-form surface lens L22 (14th surface and 15th surface) moves, the distance from the 13th surface to the 14th surface (fifth interval) and the 15th surface to the 16th surface The distance (sixth interval) changes.

また、表1のレンズデータに示したように、回転対称レンズ群G1のレンズ面(第4面〜第10面)のうち、第5面と第9面は回転対称な非球面である。下の表2に、第5面および第9面の非球面係数を示す。   As shown in the lens data in Table 1, among the lens surfaces (fourth to tenth surfaces) of the rotationally symmetric lens group G1, the fifth surface and the ninth surface are rotationally symmetric aspheric surfaces. Table 2 below shows the aspherical coefficients of the fifth and ninth surfaces.

<表2>
(非球面データ)
非球面係数 第5面 第9面
K 0.000000 0.000000
1.675255E-05 -3.181507.E-05
-2.349383E-08 -1.756659.E-06
1.252354E-10 3.599902.E-08
10 -3.589638E-13 -4.187286.E-10
12 0.000000 0.000000
<Table 2>
(Aspheric data)
Aspheric coefficient 5th surface 9th surface K 0.000000 0.000000
A 4 1.675255E-05 -3.181507.E-05
A 6 -2.349383E-08 -1.756659.E-06
A 8 1.252354E-10 3.599902.E-08
A 10 -3.589638E-13 -4.187286.E-10
A 12 0.000000 0.000000

また、表1のレンズデータに示したように、自由曲面レンズ群G2のレンズ面および自由曲面ミラーMの反射面(第12面〜第18面)は、非回転対称な非球面(自由曲面)である。下の表3に、これらの自由曲面形状の非球面項xの係数を示す。As shown in the lens data in Table 1, the lens surface of the free-form surface lens group G2 and the reflection surfaces (the 12th to 18th surfaces) of the free-form surface mirror M are non-rotationally symmetric aspheric surfaces (free-form surfaces). It is. Table 3 below shows the coefficients of these free-form surface aspheric terms x m y n .

<表3>
(自由曲面データ1)
各係数 第12面 第13面 第14面 第15面
c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C(2,0) 2.508830E-02 5.157404E-02 -4.476107E-02 -3.435438E-02
C(0,2) 1.963383E-02 4.086798E-02 -5.080941E-02 -3.399970E-02
C(2,1) -2.103879E-03 -4.185413E-03 -1.585316E-03 -1.325429E-03
C(0,3) -2.359498E-03 -4.497759E-03 -7.171970E-04 -7.029510E-04
C(4,0) -4.122587E-04 -5.698777E-04 -5.398541E-05 -2.905489E-05
C(2,2) -8.191440E-04 -1.024766E-03 -1.230434E-04 -4.640560E-05
C(0,4) -4.456241E-04 -4.969219E-04 -5.888743E-05 -1.793727E-05
C(4,1) -1.444565E-05 1.401912E-05 -4.066319E-06 -2.655920E-06
C(2,3) -2.439606E-05 3.944797E-05 1.974772E-06 -3.369896E-07
C(0,5) -1.414309E-05 2.190379E-05 2.382461E-06 -1.869447E-07
C(6,0) 4.815875E-06 7.745351E-06 -1.235063E-07 -4.723111E-08
C(4,2) 1.065860E-05 1.885204E-05 -4.788292E-07 -1.205591E-07
C(2,4) 9.780335E-06 1.796857E-05 -8.376748E-07 -2.998470E-07
C(0,6) 3.605721E-06 6.990157E-06 1.278414E-07 2.840478E-08
C(6,1) 1.632369E-07 -8.836931E-08 -1.098441E-08 -1.031499E-08
C(4,3) 2.064593E-07 -5.958086E-07 -6.198195E-08 -2.947823E-08
C(2,5) 1.981346E-07 -6.948675E-07 -3.535209E-08 -1.380039E-08
C(0,7) 1.309074E-07 -2.082092E-07 -8.340497E-09 -7.552196E-10
C(8,0) -3.578915E-08 -6.017559E-08 8.901556E-10 2.163701E-10
C(6,2) -7.466681E-08 -1.717513E-07 -1.241104E-09 -1.164189E-09
C(4,4) -1.050531E-07 -2.401001E-07 -3.242764E-10 -5.821983E-10
C(2,6) -7.008747E-08 -1.598576E-07 -1.583906E-09 -2.127023E-10
C(0,8) -2.353642E-08 -5.587009E-08 -5.000872E-10 -3.119740E-11
(自由曲面データ2)
各係数 第16面 第17面 第18面
c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) 0.000000 0.000000 0.000000
C(2,0) 8.469105E-03 -9.010033E-03 9.258086E-03
C(0,2) 2.050889E-03 -1.310580E-02 1.503976E-03
C(2,1) 1.025339E-03 7.853203E-04 2.626100E-04
C(0,3) 5.480642E-04 3.951016E-04 6.195973E-05
C(4,0) -8.744144E-06 -2.231304E-06 -2.142705E-06
C(2,2) 3.620787E-06 1.237842E-05 5.910080E-06
C(0,4) -2.245115E-05 -1.403945E-05 2.046666E-06
C(4,1) -3.502511E-07 2.514377E-07 -1.176948E-07
C(2,3) 8.212073E-08 1.000201E-06 1.269391E-07
C(0,5) -1.542889E-06 -6.972717E-07 7.031074E-08
C(6,0) 8.057165E-09 -2.300051E-10 5.233323E-10
C(4,2) -1.793361E-08 -3.200337E-08 -3.920219E-09
C(2,4) 7.295111E-08 1.439549E-08 1.568623E-09
C(0,6) -1.619323E-08 -2.494842E-08 1.678322E-09
C(6,1) -8.632349E-11 -1.182743E-10 5.436521E-11
C(4,3) -2.037259E-09 -1.739811E-09 -1.176181E-10
C(2,5) -1.821661E-11 -7.373674E-10 9.924704E-12
C(0,7) 1.171163E-09 7.524217E-10 2.286754E-11
C(8,0) -3.461698E-12 -1.752394E-13 2.605019E-13
C(6,2) 3.142403E-12 -1.129677E-11 9.480340E-13
C(4,4) -8.678698E-11 -4.759386E-11 -1.774152E-12
C(2,6) -5.620357E-11 -2.789020E-11 2.465374E-13
C(0,8) 4.936275E-11 3.958599E-11 1.127335E-13
<Table 3>
(Free curved surface data 1)
Each coefficient 12th surface 13th surface 14th surface 15th surface
c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C (2,0) 2.508830E-02 5.157404E-02 -4.476107E-02 -3.435438E-02
C (0,2) 1.963383E-02 4.086798E-02 -5.080941E-02 -3.399970E-02
C (2,1) -2.103879E-03 -4.185413E-03 -1.585316E-03 -1.325429E-03
C (0,3) -2.359498E-03 -4.497759E-03 -7.171970E-04 -7.029510E-04
C (4,0) -4.122587E-04 -5.698777E-04 -5.398541E-05 -2.905489E-05
C (2,2) -8.191440E-04 -1.024766E-03 -1.230434E-04 -4.640560E-05
C (0,4) -4.456241E-04 -4.969219E-04 -5.888743E-05 -1.793727E-05
C (4,1) -1.444565E-05 1.401912E-05 -4.066319E-06 -2.655920E-06
C (2,3) -2.439606E-05 3.944797E-05 1.974772E-06 -3.369896E-07
C (0,5) -1.414309E-05 2.190379E-05 2.382461E-06 -1.869447E-07
C (6,0) 4.815875E-06 7.745351E-06 -1.235063E-07 -4.723111E-08
C (4,2) 1.065860E-05 1.885204E-05 -4.788292E-07 -1.205591E-07
C (2,4) 9.780335E-06 1.796857E-05 -8.376748E-07 -2.998470E-07
C (0,6) 3.605721E-06 6.990157E-06 1.278414E-07 2.840478E-08
C (6,1) 1.632369E-07 -8.836931E-08 -1.098441E-08 -1.031499E-08
C (4,3) 2.064593E-07 -5.958086E-07 -6.198195E-08 -2.947823E-08
C (2,5) 1.981346E-07 -6.948675E-07 -3.535209E-08 -1.380039E-08
C (0,7) 1.309074E-07 -2.082092E-07 -8.340497E-09 -7.552196E-10
C (8,0) -3.578915E-08 -6.017559E-08 8.901556E-10 2.163701E-10
C (6,2) -7.466681E-08 -1.717513E-07 -1.241104E-09 -1.164189E-09
C (4,4) -1.050531E-07 -2.401001E-07 -3.242764E-10 -5.821983E-10
C (2,6) -7.008747E-08 -1.598576E-07 -1.583906E-09 -2.127023E-10
C (0,8) -2.353642E-08 -5.587009E-08 -5.000872E-10 -3.119740E-11
(Free curved surface data 2)
Each coefficient 16th surface 17th surface 18th surface
c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) 0.000000 0.000000 0.000000
C (2,0) 8.469105E-03 -9.010033E-03 9.258086E-03
C (0,2) 2.050889E-03 -1.310580E-02 1.503976E-03
C (2,1) 1.025339E-03 7.853203E-04 2.626100E-04
C (0,3) 5.480642E-04 3.951016E-04 6.195973E-05
C (4,0) -8.744144E-06 -2.231304E-06 -2.142705E-06
C (2,2) 3.620787E-06 1.237842E-05 5.910080E-06
C (0,4) -2.245115E-05 -1.403945E-05 2.046666E-06
C (4,1) -3.502511E-07 2.514377E-07 -1.176948E-07
C (2,3) 8.212073E-08 1.000201E-06 1.269391E-07
C (0,5) -1.542889E-06 -6.972717E-07 7.031074E-08
C (6,0) 8.057165E-09 -2.300051E-10 5.233323E-10
C (4,2) -1.793361E-08 -3.200337E-08 -3.920219E-09
C (2,4) 7.295111E-08 1.439549E-08 1.568623E-09
C (0,6) -1.619323E-08 -2.494842E-08 1.678322E-09
C (6,1) -8.632349E-11 -1.182743E-10 5.436521E-11
C (4,3) -2.037259E-09 -1.739811E-09 -1.176181E-10
C (2,5) -1.821661E-11 -7.373674E-10 9.924704E-12
C (0,7) 1.171163E-09 7.524217E-10 2.286754E-11
C (8,0) -3.461698E-12 -1.752394E-13 2.605019E-13
C (6,2) 3.142403E-12 -1.129677E-11 9.480340E-13
C (4,4) -8.678698E-11 -4.759386E-11 -1.774152E-12
C (2,6) -5.620357E-11 -2.789020E-11 2.465374E-13
C (0,8) 4.936275E-11 3.958599E-11 1.127335E-13

さらに、第12面〜第19面のローカル座標系での偏心を以下の表4に示す。偏心の種類は、x軸回りの回転(α回転と称する)である。α回転の正方向は、x軸の正方向を向いた時に反時計回りである。第12面〜第17面は、各面の偏心のみで光軸は変化しない。第18面は反射面であるため、光軸に沿って入射する光線が、面を表現する数式の1次項が0とした場合に反射される方向を偏心操作後の光軸としている。第19面(像面)の偏心は、像面のみ偏心させるもので光軸は変化しない。   Furthermore, the eccentricity in the local coordinate system of the 12th surface to the 19th surface is shown in Table 4 below. The type of eccentricity is rotation around the x axis (referred to as α rotation). The positive direction of the α rotation is counterclockwise when facing the positive direction of the x axis. In the 12th to 17th surfaces, the optical axis does not change only by the eccentricity of each surface. Since the eighteenth surface is a reflecting surface, the direction in which light rays incident along the optical axis are reflected when the first-order term of the expression representing the surface is 0 is the optical axis after the eccentric operation. The decentering of the 19th surface (image surface) is to decenter only the image surface, and the optical axis does not change.

<表4>
(偏心データ)
面番号 α回転(単位°)
第12面 -15.000
第13面 -11.238
第14面 5.000
第15面 -5.000
第16面 8.704
第17面 11.902
第18面(反射面) 35.000
第19面(像面) -60.000
<Table 4>
(Eccentric data)
Surface number α rotation (unit: °)
Side 12 -15.000
Side 13 -11.238
Side 14 5.000
15th -5.000
16th surface 8.704
17th surface 11.902
18th surface (reflective surface) 35.000
19th surface (image surface) -60.000

また、第1実施例において、第2自由曲面レンズL22の表示素子側レンズ面(第14面)について、C1(2,0)=-4.476107E-02、C1(0,2)=-5.080941E-02であるため、条件式(2)を満たしている。さらに、第2自由曲面レンズL22のミラー側レンズ面(第15面)について、C2(2,0)=-3.435438E-02、C2(0,2)=-3.399970E-02であるため、条件式(4)を満たしている。したがって、第1実施例では、上述したように、第2自由曲面レンズL22の両側のレンズ面が映像表示素子DSに対して凹面を向けたメニスカス形状を有している。そのため、第2自由曲面レンズL22を移動させてピントを調整するときに、結像性能の劣化を少なくすることができる。In the first example, C 1 (2,0) = − 4.476107E-02, C 1 (0,2) = − about the display element side lens surface (14th surface) of the second free-form surface lens L22. Since it is 5.080941E-02, the conditional expression (2) is satisfied. Further, with respect to the mirror side lens surface (fifteenth surface) of the second free-form surface lens L22, C 2 (2,0) = − 3.4435438E-02 and C 2 (0,2) = − 3.999970E-02. Conditional expression (4) is satisfied. Therefore, in the first embodiment, as described above, the lens surfaces on both sides of the second free-form surface lens L22 have a meniscus shape with concave surfaces facing the image display element DS. Therefore, when the second free-form surface lens L22 is moved to adjust the focus, it is possible to reduce the deterioration of the imaging performance.

また、第1実施例において、回転対称レンズ群G1と回転対称レンズ群G1における表示素子側レンズ(第1回転対称レンズL11)とについて、fL11/fG1=1.2565であるため、条件式(5)を満たしている。したがって、第1実施例では、上述したように、第1回転対称レンズL11の焦点距離fL11が適切な値であり、諸収差を効果的に補正することができる。In the first example, f L11 / f G1 = 1.2565 for the rotationally symmetric lens group G1 and the display element side lens (the first rotationally symmetric lens L11) in the rotationally symmetric lens group G1, so the conditional expression (5 ) Is satisfied. Therefore, in the first example, as described above, the focal length fL11 of the first rotationally symmetric lens L11 is an appropriate value, and various aberrations can be corrected effectively.

また、第1実施例では、表示素子側レンズ面(第14面)について、C1(0,1)=0であるため、条件式(9)に関してα=0となる。同様に、ミラー側レンズ面(第15面)についても、C1(0,1)=0であるため、条件式(11)に関してα=0となる。さらに、表示素子側レンズ面(第14面)およびミラー側レンズ面(第15面)について、条件式(10)、(11)、(13)、(14)に関する値を以下の表に示す。
In the first example, since C 1 (0,1) = 0 for the display element side lens surface (14th surface), α 1 = 0 for conditional expression (9). Similarly, with respect to the mirror side lens surface (fifteenth surface), since C 1 (0,1) = 0, α 2 = 0 with respect to the conditional expression (11). Further, the values relating to the conditional expressions (10), (11), (13), and (14) are shown in the following table for the display element side lens surface (14th surface) and the mirror side lens surface (15th surface).

この表に示すように、第14面および第15面では、光束が通過する有効径のy−z断面において条件式(10)および(13)を満たすと共に、光束が通過する有効径のx−z断面において条件式(11)および(14)を満たしている。したがって、第1実施例では、y−z断面およびx−z断面の両方において、第2自由曲面レンズL22の両側のレンズ面が映像表示素子DSに対して凹面を向けた形状を有している。   As shown in this table, on the 14th and 15th surfaces, conditional expressions (10) and (13) are satisfied in the yz cross section of the effective diameter through which the light beam passes, and x− of the effective diameter through which the light beam passes. Conditional expressions (11) and (14) are satisfied in the z cross section. Therefore, in the first embodiment, the lens surfaces on both sides of the second free-form surface lens L22 have a shape in which concave surfaces are directed toward the image display element DS in both the yz section and the xz section. .

ここで、投写面(像面)SC上での結像状態と台形歪みの状態が分かるように、投写面SCの位置が第1位置、第2位置、第3位置であるときのスポットダイアグラムを、図8、図10、図12に示す。また、投写面SCの位置が第1位置、第2位置、第3位置であるときの格子物点の二次元像シミュレーション画像を、図9、図11、図13に示す。   Here, the spot diagrams when the position of the projection surface SC is the first position, the second position, and the third position so that the image formation state and the trapezoidal distortion state on the projection surface (image surface) SC can be understood. 8, 10, and 12. In addition, FIGS. 9, 11 and 13 show two-dimensional image simulation images of lattice object points when the position of the projection plane SC is the first position, the second position, and the third position.

図8、図10、図12は、第1実施例に係る映像投写光学系PLのe線単色のスポットダイアグラムである。スポットダイアグラムの下部に表示してある直線の長さは、スクリーン上の1mmに相当する。対応する物点位置は、スポットダイアグラムの下から順に、(0.00,0.00)、(0.00,-1.515)、(-2.424,-1.515)、(-2.424,0.00)、(-2.424,1.515)、(0.00,1.515)、(0.00,-3.030)、(-2.424,-3.030)、(-4.848,-3.030)、(-4.848,-1.515)、(-4.848,0.00)、(-4.848,1.515)、(-4.848,3.030)、(-2.424,3.030)、(0.00,3.030)である。y軸対称のためx座標は1/2となっているが、対角0.45インチの映像表示素子DSに対応している。   8, 10, and 12 are e-line monochromatic spot diagrams of the image projection optical system PL according to the first embodiment. The length of the straight line displayed at the bottom of the spot diagram corresponds to 1 mm on the screen. Corresponding object point positions are (0.00,0.00), (0.00, -1.515), (-2.424, -1.515), (-2.424,0.00), (-2.424,1.515), ( 0.00,1.515), (0.00, -3.030), (-2.424, -3.030), (-4.848, -3.030), (-4.848, -1.515), (-4.848,0.00), (-4.848,1.515), (-4.848,3.030), (-2.424,3.030), (0.00,3.030). Although the x coordinate is ½ because of y-axis symmetry, it corresponds to the video display element DS having a diagonal of 0.45 inches.

図9、図11、図13は、画像表示エリアいっぱいに格子を表示させた場合の像を表現している。実際の計算では、物体像と光学系の点像強度分布の畳み込み積分を計算しているので、台形歪みの状態だけではなく、解像力も表現されている。また、図9、図11、図13において、物体の格子線幅は約0.01mmである。   9, FIG. 11 and FIG. 13 represent images when a grid is displayed over the entire image display area. In the actual calculation, since the convolution integral of the object image and the point image intensity distribution of the optical system is calculated, not only the trapezoidal distortion state but also the resolving power is expressed. In FIGS. 9, 11, and 13, the lattice line width of the object is about 0.01 mm.

以上の図8〜図13によれば、第1実施例では、投写面SCの位置が第1位置〜第3位置のいずれであっても、台形歪みが良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。   According to FIGS. 8 to 13 described above, in the first embodiment, the trapezoidal distortion is satisfactorily corrected regardless of the position of the projection surface SC in any of the first position to the third position, and excellent imaging performance is achieved. It can be seen that

<第2実施例>
次に、第2実施例について説明する。図14は、第2実施例に係る映像投写光学系PLのy−z断面図である。図15は、第2実施例に係る映像投写光学系PLのx−z断面図である。第2実施例の映像投写光学系PLにおいて、第1実施例と同様の構成については、各部に第1実施例と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第2実施例では、第1実施例と異なり、回転対称レンズ群G1全体と自由曲面レンズ群G2の第2自由曲面レンズL22とがそれぞれ光軸方向に移動することによって、ピントを調整するようになっている。なお、回転対称レンズ群G1全体の移動ではなく、第1回転対称レンズL11単独の移動であっても、回転対称レンズ群G1全体の移動とほぼ同様の効果があることが計算によって確認されている。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described. FIG. 14 is a yz sectional view of the image projection optical system PL according to the second example. FIG. 15 is an xz sectional view of the image projection optical system PL according to the second example. In the image projection optical system PL of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. In the second embodiment, unlike the first embodiment, the entire rotationally symmetric lens group G1 and the second free-form surface lens L22 of the free-form surface lens group G2 are moved in the optical axis direction to adjust the focus. It has become. It is confirmed by calculation that even if the movement of the first rotationally symmetric lens L11 alone is not the movement of the entire rotationally symmetric lens group G1, the same effect as the movement of the entire rotationally symmetric lens group G1 is obtained. .

図16および図17は、第2実施例に係る映像投写光学系PLのy−z平面における光路図である。図16は、投写面SCの位置が第1位置であるときを示し、図17は、投写面SCの位置が第3位置であるときを示す。なお、自由曲面ミラーMから投写面(像面)SCまでの距離、投写サイズは、それぞれの位置において第1実施例と同様であるため、説明を省略する。   16 and 17 are optical path diagrams on the yz plane of the image projection optical system PL according to the second example. FIG. 16 shows the time when the position of the projection surface SC is the first position, and FIG. 17 shows the time when the position of the projection surface SC is the third position. The distance from the free-form surface mirror M to the projection plane (image plane) SC and the projection size are the same as those in the first embodiment at each position, and thus the description thereof is omitted.

以下の表5に、第2実施例に係る映像投写光学系PLの各種データを示す。なお、表5における面番号1〜18は、図14における面1〜18と対応している。
<表5>
(全体諸元)
Fナンバー 2.3
画像表示エリア 9.696mm×6.06mm
(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率(e線) アッベ数(νe)
0:(物体面) ∞ 1.410000
1: ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2: ∞ 14.000000 1.51872 64.0
3: ∞ 第1間隔/可変
4: 35.00000 5.117805 1.68082 55.1
5:*A ‐38.33586 14.180950
6: 15.62618 5.012496 1.75844 52.1
7: ‐32.98129 2.000000 1.80633 29.6
8: 16.56141 3.411572
9:*A ‐14.82741 3.000000 1.69661 53.0
10: ‐11.00000 0.500000
11:(絞り) ∞ 第4間隔/可変
12:*F ∞ 4.000000 1.53113 55.7
13:*F ∞ 第5間隔/可変
14:*F ∞ 5.500000 1.53113 55.7
15:*F ∞ 第6間隔/可変
16:*F ∞ 10.000000 1.53113 55.7
17:*F ∞ 33.955054
18:*F(反射面) ∞ B.F/可変
19:(像面) ∞
(可変データ)
投写面の位置 第1位置 第2位置 第3位置
第1間隔 8.93745 8.73600 8.63982
第4間隔 2.80000 3.00145 3.09763
第5間隔 23.55187 26.00790 27.28705
第6間隔 11.97281 9.51678 8.23762
B.F -350.00000 -525.00000 -700.00000
投写サイズ 420mm×262.5mm 630mm×393.75mm 840mm×525mm
Table 5 below shows various data of the image projection optical system PL according to the second example. The surface numbers 1 to 18 in Table 5 correspond to the surfaces 1 to 18 in FIG.
<Table 5>
(Overall specifications)
F number 2.3
Image display area 9.696mm x 6.06mm
(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index (e-line) Abbe number (νe)
0: (Object surface) ∞ 1.410000
1: ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2: ∞ 14.000000 1.51872 64.0
3: ∞ 1st interval / variable
4: 35.00000 5.117805 1.68082 55.1
5: * A‐38.33586 14.180950
6: 15.62618 5.012496 1.75844 52.1
7: -32.98129 2.000000 1.80633 29.6
8: 16.56141 3.411572
9: * A -14.82741 3.000000 1.69661 53.0
10: -11.00000 0.500000
11: (Aperture) ∞ 4th interval / variable
12: * F ∞ 4.000000 1.53113 55.7
13: * F ∞ 5th interval / variable
14: * F ∞ 5.500000 1.53113 55.7
15: * F ∞ 6th interval / variable
16: * F ∞ 10.000000 1.53113 55.7
17: * F ∞ 33.955054
18: * F (reflective surface) ∞ B. F / variable
19: (image plane) ∞
(Variable data)
Projection plane position 1st position 2nd position 3rd position 1st interval 8.93745 8.73600 8.63982
4th interval 2.80000 3.00145 3.09763
5th interval 23.55187 26.00790 27.28705
6th interval 11.97281 9.51678 8.23762
B. F -350.00000 -525.00000 -700.00000
Projection size 420mm × 262.5mm 630mm × 393.75mm 840mm × 525mm

映像投写光学系PLにおいて、投写面(像面)SCの位置が変化すると、自由曲面ミラーMの反射面(第18面)から像面(第19面)までの距離(B.F:バックフォーカス)および投写サイズが変化する。またこのとき、回転対称レンズ群G1全体(第4面〜第10面)と開口絞り(第11面)が一体となって移動するため、第3面から第4面までの距離(第1間隔)と、第11面から第12面までの距離(第4間隔)が変化する。またこのとき、第2自由曲面レンズL22(第14面および第15面)が移動するため、第13面から第14面までの距離(第5間隔)と、第15面から第16面までの距離(第6間隔)も変化する。   In the image projection optical system PL, when the position of the projection surface (image surface) SC changes, the distance (BF: back focus) from the reflection surface (18th surface) of the free-form surface mirror M to the image surface (19th surface). ) And the projection size changes. At this time, since the entire rotationally symmetric lens group G1 (fourth surface to tenth surface) and the aperture stop (eleventh surface) move together, the distance from the third surface to the fourth surface (first interval) ) And the distance (fourth interval) from the eleventh surface to the twelfth surface changes. At this time, since the second free-form surface lens L22 (14th surface and 15th surface) moves, the distance from the 13th surface to the 14th surface (fifth interval) and the 15th surface to the 16th surface The distance (sixth interval) also changes.

また、表5のレンズデータに示したように、回転対称レンズ群G1のレンズ面(第4面〜第10面)のうち、第5面と第9面は回転対称な非球面である。下の表6に、第5面および第9面の非球面係数を示す。   Further, as shown in the lens data in Table 5, among the lens surfaces (fourth to tenth surfaces) of the rotationally symmetric lens group G1, the fifth surface and the ninth surface are rotationally symmetric aspheric surfaces. Table 6 below shows the aspheric coefficients of the fifth and ninth surfaces.

<表6>
(非球面データ)
非球面係数 第5面 第9面
K 0.000000 0.000000
1.431332E-05 -1.843052.E-04
-1.190678E-08 -6.386215E-07
1.414341E-11 7.669655E-09
10 -5.207302E-14 -1.544189E-10
12 0.000000 0.000000
<Table 6>
(Aspheric data)
Aspheric coefficient 5th surface 9th surface K 0.000000 0.000000
A 4 1.431332E-05 -1.843052.E-04
A 6 -1.190678E-08 -6.386215E-07
A 8 1.414341E-11 7.669655E-09
A 10 -5.207302E-14 -1.544189E-10
A 12 0.000000 0.000000

また、表5のレンズデータに示したように、自由曲面レンズ群G2のレンズ面および自由曲面ミラーMの反射面(第12面〜第18面)は、非回転対称な非球面(自由曲面)である。下の表7に、これらの自由曲面形状の非球面項xの係数を示す。As shown in the lens data of Table 5, the lens surface of the free-form surface lens group G2 and the reflection surfaces (the 12th to 18th surfaces) of the free-form surface mirror M are non-rotationally symmetric aspheric surfaces (free-form surfaces). It is. Table 7 below shows the coefficients of the aspheric terms x m y n of these free-form surfaces.

<表7>
(自由曲面データ1)
各係数 第12面 第13面 第14面 第15面
c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C(2,0) 3.243288E-02 4.598112E-02 -6.165401E-02 -3.546819E-02
C(0,2) 4.066493E-02 5.747610E-02 -5.951304E-02 -2.524541E-02
C(2,1) -1.643960E-03 -3.050000E-03 -1.532907E-03 -7.378099E-04
C(0,3) -1.287953E-03 -2.684356E-03 -1.569374E-03 -6.192209E-04
C(4,0) -1.528613E-05 -1.403116E-04 -6.449545E-05 -1.155376E-05
C(2,2) -5.403842E-05 -2.608902E-04 -5.715099E-05 3.447517E-05
C(0,4) -1.098857E-05 -8.013954E-05 -2.109919E-05 2.901366E-05
C(4,1) -7.042119E-07 1.261027E-05 -6.924880E-06 -1.316785E-06
C(2,3) -5.175777E-06 2.095148E-05 -1.047877E-06 3.189579E-07
C(0,5) -4.265106E-06 6.734423E-06 -7.440807E-06 -2.049358E-06
C(6,0) 1.250506E-06 2.491100E-06 -1.413658E-07 8.568508E-09
C(4,2) 3.844072E-06 6.865635E-06 -4.193468E-07 8.006768E-08
C(2,4) 4.078317E-06 7.040898E-06 -3.461588E-07 -9.197651E-08
C(0,6) 1.495938E-06 2.662879E-06 -5.246130E-07 -6.781026E-08
C(6,1) -5.221901E-08 -2.525476E-07 1.946792E-08 5.409437E-09
C(4,3) -1.689645E-07 -8.668216E-07 -4.063205E-08 -8.052398E-10
C(2,5) -1.318273E-07 -8.401018E-07 -5.730905E-08 -4.335797E-09
C(0,7) -4.482892E-08 -3.218456E-07 -1.882585E-08 3.635616E-09
C(8,0) -1.256593E-08 -1.835236E-08 6.845784E-10 1.045973E-10
C(6,2) -4.263649E-08 -4.692627E-08 1.962337E-09 -5.998261E-11
C(4,4) -5.907196E-08 -4.121774E-08 3.121062E-11 5.941790E-11
C(2,6) -3.469703E-08 -1.016130E-08 -4.490353E-09 -4.411121E-10
C(0,8) -8.177375E-09 2.344446E-09 -6.314697E-10 3.433510E-11
(自由曲面データ2)
各係数 第16面 第17面 第18面
c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) 0.000000 0.000000 0.000000
C(2,0) 2.605499E-03 -1.441996E-02 8.697655E-03
C(0,2) -4.859934E-03 -2.148224E-02 1.221026E-03
C(2,1) 7.337605E-04 5.414362E-04 2.407397E-04
C(0,3) 2.546943E-04 1.275926E-04 5.184920E-05
C(4,0) -1.147906E-05 -3.591818E-06 -1.862400E-06
C(2,2) 1.541870E-05 1.681719E-05 4.561951E-06
C(0,4) 1.389432E-06 -3.767671E-06 1.364151E-06
C(4,1) -5.674932E-07 -9.229992E-09 -1.002536E-07
C(2,3) -3.444716E-07 7.727935E-07 8.869047E-08
C(0,5) -1.045564E-06 -3.269574E-07 5.269547E-08
C(6,0) 1.317183E-08 -1.308703E-09 2.556637E-10
C(4,2) -7.408957E-09 -2.654469E-08 -2.585053E-09
C(2,4) 4.597696E-09 1.465654E-09 2.069172E-09
C(0,6) -4.057305E-08 -1.498766E-08 1.625417E-09
C(6,1) 4.315421E-10 3.138984E-10 2.555736E-11
C(4,3) -3.982129E-10 -8.210486E-10 -4.557457E-11
C(2,5) 6.528097E-10 -1.019077E-09 3.917974E-11
C(0,7) 4.790521E-11 -3.239008E-10 2.715467E-11
C(8,0) -4.007155E-12 4.930926E-12 1.631463E-13
C(6,2) 1.057214E-11 2.986960E-11 3.890704E-13
C(4,4) -2.365447E-11 -4.267349E-12 -4.653979E-13
C(2,6) 1.674616E-11 -3.252133E-11 3.695700E-13
C(0,8) 1.619537E-11 -1.458121E-11 1.844515E-13
<Table 7>
(Free curved surface data 1)
Each coefficient 12th surface 13th surface 14th surface 15th surface
c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C (2,0) 3.243288E-02 4.598112E-02 -6.165401E-02 -3.546819E-02
C (0,2) 4.066493E-02 5.747610E-02 -5.951304E-02 -2.524541E-02
C (2,1) -1.643960E-03 -3.050000E-03 -1.532907E-03 -7.378099E-04
C (0,3) -1.287953E-03 -2.684356E-03 -1.569374E-03 -6.192209E-04
C (4,0) -1.528613E-05 -1.403116E-04 -6.449545E-05 -1.155376E-05
C (2,2) -5.403842E-05 -2.608902E-04 -5.715099E-05 3.447517E-05
C (0,4) -1.098857E-05 -8.013954E-05 -2.109919E-05 2.901366E-05
C (4,1) -7.042119E-07 1.261027E-05 -6.924880E-06 -1.316785E-06
C (2,3) -5.175777E-06 2.095148E-05 -1.047877E-06 3.189579E-07
C (0,5) -4.265106E-06 6.734423E-06 -7.440807E-06 -2.049358E-06
C (6,0) 1.250506E-06 2.491100E-06 -1.413658E-07 8.568508E-09
C (4,2) 3.844072E-06 6.865635E-06 -4.193468E-07 8.006768E-08
C (2,4) 4.078317E-06 7.040898E-06 -3.461588E-07 -9.197651E-08
C (0,6) 1.495938E-06 2.662879E-06 -5.246130E-07 -6.781026E-08
C (6,1) -5.221901E-08 -2.525476E-07 1.946792E-08 5.409437E-09
C (4,3) -1.689645E-07 -8.668216E-07 -4.063205E-08 -8.052398E-10
C (2,5) -1.318273E-07 -8.401018E-07 -5.730905E-08 -4.335797E-09
C (0,7) -4.482892E-08 -3.218456E-07 -1.882585E-08 3.635616E-09
C (8,0) -1.256593E-08 -1.835236E-08 6.845784E-10 1.045973E-10
C (6,2) -4.263649E-08 -4.692627E-08 1.962337E-09 -5.998261E-11
C (4,4) -5.907196E-08 -4.121774E-08 3.121062E-11 5.941790E-11
C (2,6) -3.469703E-08 -1.016130E-08 -4.490353E-09 -4.411121E-10
C (0,8) -8.177375E-09 2.344446E-09 -6.314697E-10 3.433510E-11
(Free curved surface data 2)
Each coefficient 16th surface 17th surface 18th surface
c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) 0.000000 0.000000 0.000000
C (2,0) 2.605499E-03 -1.441996E-02 8.697655E-03
C (0,2) -4.859934E-03 -2.148224E-02 1.221026E-03
C (2,1) 7.337605E-04 5.414362E-04 2.407397E-04
C (0,3) 2.546943E-04 1.275926E-04 5.184920E-05
C (4,0) -1.147906E-05 -3.591818E-06 -1.862400E-06
C (2,2) 1.541870E-05 1.681719E-05 4.561951E-06
C (0,4) 1.389432E-06 -3.767671E-06 1.364151E-06
C (4,1) -5.674932E-07 -9.229992E-09 -1.002536E-07
C (2,3) -3.444716E-07 7.727935E-07 8.869047E-08
C (0,5) -1.045564E-06 -3.269574E-07 5.269547E-08
C (6,0) 1.317183E-08 -1.308703E-09 2.556637E-10
C (4,2) -7.408957E-09 -2.654469E-08 -2.585053E-09
C (2,4) 4.597696E-09 1.465654E-09 2.069172E-09
C (0,6) -4.057305E-08 -1.498766E-08 1.625417E-09
C (6,1) 4.315421E-10 3.138984E-10 2.555736E-11
C (4,3) -3.982129E-10 -8.210486E-10 -4.557457E-11
C (2,5) 6.528097E-10 -1.019077E-09 3.917974E-11
C (0,7) 4.790521E-11 -3.239008E-10 2.715467E-11
C (8,0) -4.007155E-12 4.930926E-12 1.631463E-13
C (6,2) 1.057214E-11 2.986960E-11 3.890704E-13
C (4,4) -2.365447E-11 -4.267349E-12 -4.653979E-13
C (2,6) 1.674616E-11 -3.252133E-11 3.695700E-13
C (0,8) 1.619537E-11 -1.458121E-11 1.844515E-13

さらに、第12面〜第19面のローカル座標系での偏心を以下の表8に示す。偏心の種類は、x軸回りの回転(α回転と称する)である。α回転の正方向は、x軸の正方向を向いた時に反時計回りである。第12面〜第17面は、各面の偏心のみで光軸は変化しない。第18面は反射面であるため、光軸に沿って入射する光線が、面を表現する数式の1次項が0とした場合に反射される方向を偏心操作後の光軸としている。第19面(像面)の偏心は、像面のみ偏心させるもので光軸は変化しない。   Further, the eccentricity of the twelfth to nineteenth surfaces in the local coordinate system is shown in Table 8 below. The type of eccentricity is rotation around the x axis (referred to as α rotation). The positive direction of the α rotation is counterclockwise when facing the positive direction of the x axis. In the 12th to 17th surfaces, the optical axis does not change only by the eccentricity of each surface. Since the eighteenth surface is a reflecting surface, the direction in which light rays incident along the optical axis are reflected when the first-order term of the expression representing the surface is 0 is the optical axis after the eccentric operation. The decentering of the 19th surface (image surface) is to decenter only the image surface, and the optical axis does not change.

<表8>
(偏心データ)
面番号 α回転(単位°)
第12面 -15.000
第13面 -12.401
第14面 -8.961
第15面 -20.000
第16面 1.469
第17面 6.613
第18面(反射面) 35.000
第19面(像面) -60.000
<Table 8>
(Eccentric data)
Surface number α rotation (unit: °)
Side 12 -15.000
Side 13 -12.401
14th surface -8.961
15th -20.000
Face 16 1.469
17th page 6.613
18th surface (reflective surface) 35.000
19th surface (image surface) -60.000

また、第2実施例において、第2自由曲面レンズL22の表示素子側レンズ面(第14面)について、C1(2,0)=-6.165401E-02、C1(0,2)=-5.951304E-02であるため、条件式(2)を満たしている。さらに、第2自由曲面レンズL22のミラー側レンズ面(第15面)について、C2(2,0)=-3.546819E-02、C2(0,2)=-2.524541E-02であるため、条件式(4)を満たしている。したがって、第2実施例では、上述したように、第2自由曲面レンズL22の両側のレンズ面が映像表示素子DSに対して凹面を向けたメニスカス形状を有している。そのため、第2自由曲面レンズL22を移動させてピントを調整するときに、結像性能の劣化を少なくすることができる。In the second embodiment, C 1 (2,0) =-6.165401E-02, C 1 (0,2) = − about the display element side lens surface (14th surface) of the second free-form surface lens L22. Since it is 5.951304E-02, the conditional expression (2) is satisfied. Further, with respect to the mirror side lens surface (fifteenth surface) of the second free-form surface lens L22, C 2 (2,0) = − 3.546819E-02 and C 2 (0,2) = − 2.524541E-02. Conditional expression (4) is satisfied. Therefore, in the second embodiment, as described above, the lens surfaces on both sides of the second free-form surface lens L22 have a meniscus shape with concave surfaces facing the image display element DS. Therefore, when the second free-form surface lens L22 is moved to adjust the focus, it is possible to reduce the deterioration of the imaging performance.

また、第2実施例において、回転対称レンズ群G1と回転対称レンズ群G1における表示素子側レンズ(第1回転対称レンズL11)とについて、fL11/fG1=1.1721であるため、条件式(5)を満たしている。したがって、第2実施例では、上述したように、第1回転対称レンズL11の焦点距離fL11が適切な値であり、諸収差を効果的に補正することができる。In the second example, since f L11 / f G1 = 1.1721 for the rotationally symmetric lens group G1 and the display element side lens (first rotationally symmetric lens L11) in the rotationally symmetric lens group G1, conditional expression (5 ) Is satisfied. Therefore, in the second example, as described above, the focal length fL11 of the first rotationally symmetric lens L11 is an appropriate value, and various aberrations can be corrected effectively.

また、第2実施例では、表示素子側レンズ面(第14面)について、C1(0,1)=0であるため、条件式(9)に関してα=0となる。同様に、ミラー側レンズ面(第15面)についても、C1(0,1)=0であるため、条件式(11)に関してα=0となる。さらに、表示素子側レンズ面(第14面)およびミラー側レンズ面(第15面)について、条件式(10)、(11)、(13)、(14)に関する値を以下の表に示す。
In the second example, since C 1 (0,1) = 0 for the display element side lens surface (14th surface), α 1 = 0 for conditional expression (9). Similarly, with respect to the mirror side lens surface (fifteenth surface), since C 1 (0,1) = 0, α 2 = 0 with respect to the conditional expression (11). Further, the values relating to the conditional expressions (10), (11), (13), and (14) are shown in the following table for the display element side lens surface (14th surface) and the mirror side lens surface (15th surface).

この表に示すように、第14面および第15面では、光束が通過する有効径のy−z断面において条件式(10)および(13)を満たすと共に、光束が通過する有効径のx−z断面において条件式(11)および(14)を満たしている。したがって、第2実施例では、y−z断面およびx−z断面の両方において、第2自由曲面レンズL22の両側のレンズ面が映像表示素子DSに対して凹面を向けた形状を有している。   As shown in this table, on the 14th and 15th surfaces, conditional expressions (10) and (13) are satisfied in the yz cross section of the effective diameter through which the light beam passes, and x− of the effective diameter through which the light beam passes. Conditional expressions (11) and (14) are satisfied in the z cross section. Therefore, in the second embodiment, the lens surfaces on both sides of the second free-form surface lens L22 have a shape in which concave surfaces are directed toward the image display element DS in both the yz section and the xz section. .

ここで、投写面(像面)SC上での結像状態と台形歪みの状態が分かるように、投写面SCの位置が第1位置、第2位置、第3位置であるときのスポットダイアグラムを、図18、図20、図22に示す。また、投写面SCの位置が第1位置、第2位置、第3位置であるときの格子物点の二次元像シミュレーション画像を、図19、図21、図23に示す。   Here, the spot diagrams when the position of the projection surface SC is the first position, the second position, and the third position so that the image formation state and the trapezoidal distortion state on the projection surface (image surface) SC can be understood. 18, 20, and 22. In addition, FIGS. 19, 21, and 23 show two-dimensional image simulation images of lattice object points when the position of the projection surface SC is the first position, the second position, and the third position.

図18、図20、図22は、第2実施例に係る映像投写光学系PLのe線単色のスポットダイアグラムである。スポットダイアグラムの下部に表示してある直線の長さは、スクリーン上の1mmに相当する。対応する物点位置は、第1実施例と同様である。   18, 20, and 22 are e-line monochromatic spot diagrams of the image projection optical system PL according to the second embodiment. The length of the straight line displayed at the bottom of the spot diagram corresponds to 1 mm on the screen. Corresponding object point positions are the same as in the first embodiment.

図19、図21、図23は、画像表示エリアいっぱいに格子を表示させた場合の像を表現している。実際の計算では、物体像と光学系の点像強度分布の畳み込み積分を計算しているので、台形歪みの状態だけではなく、解像力も表現されている。また、図19、図21、図23において、物体の格子線幅は約0.01mmである。   19, FIG. 21, and FIG. 23 represent images when a grid is displayed over the entire image display area. In the actual calculation, since the convolution integral of the object image and the point image intensity distribution of the optical system is calculated, not only the trapezoidal distortion state but also the resolving power is expressed. In FIG. 19, FIG. 21, and FIG. 23, the lattice line width of the object is about 0.01 mm.

以上の図18〜図23によれば、第2実施例では、投写面SCの位置が第1位置〜第3位置のいずれであっても、台形歪みが良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。   As shown in FIGS. 18 to 23, in the second embodiment, the trapezoidal distortion is corrected well and the imaging performance is excellent even if the position of the projection surface SC is any of the first position to the third position. It can be seen that

<第3実施例>
次に、第3実施例について説明する。図24は、第3実施例に係る映像投写光学系PLのy−z断面図である。図25は、第3実施例に係る映像投写光学系PLのx−z断面図である。第3実施例の映像投写光学系PLにおいて、第1、第2実施例と同様の構成については、各部に第1、第2実施例と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第3実施例では、第1、第2実施例と異なり、自由曲面レンズ群G2の第1自由曲面レンズL21と第2自由曲面レンズL22とが一体となって光軸方向に移動することによって、ピントを調整するようになっている。
<Third embodiment>
Next, a third embodiment will be described. FIG. 24 is a yz sectional view of the image projection optical system PL according to the third example. FIG. 25 is an xz sectional view of the image projection optical system PL according to the third example. In the image projection optical system PL of the third embodiment, the same components as those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals as those of the first and second embodiments, and detailed description thereof is omitted. In the third example, unlike the first and second examples, the first free-form surface lens L21 and the second free-form surface lens L22 of the free-form surface lens group G2 move together in the optical axis direction. The focus is adjusted.

また、第3実施例における自由曲面ミラーMの反射面は、第1、第2実施例とは異なり、負(凹)の中心曲率を有する。映像表示素子DSの表示エリア上の各物点から出射した発散光束は、回転対称レンズ群G1によって集光され、自由曲面レンズ群G2を通過後に中間像を結び、自由曲面ミラーMで反射され、投写面SC上に斜めに入射し、再結像する。   Further, unlike the first and second embodiments, the reflecting surface of the free-form curved mirror M in the third embodiment has a negative (concave) center curvature. The divergent light beam emitted from each object point on the display area of the image display element DS is collected by the rotationally symmetric lens group G1, passes through the free-form surface lens group G2, forms an intermediate image, and is reflected by the free-form surface mirror M. Incidently incident on the projection surface SC and re-imaged.

図26および図27は、第3実施例に係る映像投写光学系PLのy−z平面における光路図である。図26は、投写面SCの位置が第1位置であるときを示し、図27は、投写面SCの位置が第3位置であるときを示す。なお、自由曲面ミラーMから投写面(像面)SCまでの距離、投写サイズは、それぞれの位置において第1、第2実施例と同様であるため、説明を省略する。   26 and 27 are optical path diagrams on the yz plane of the image projection optical system PL according to the third example. FIG. 26 shows the time when the position of the projection surface SC is the first position, and FIG. 27 shows the time when the position of the projection surface SC is the third position. Note that the distance from the free-form surface mirror M to the projection plane (image plane) SC and the projection size are the same as those in the first and second embodiments at each position, and thus the description thereof is omitted.

以下の表9に、第3実施例に係る映像投写光学系PLの各種データを示す。なお、表9における面番号1〜19は、図24における面1〜18と対応している。
<表9>
(全体諸元)
Fナンバー 2.3
画像表示エリア 9.856mm×6.16mm
(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率(e線) アッベ数(νe)
0:(物体面) ∞ 1.410000
1: ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2: ∞ 14.000000 1.51872 64.0
3: ∞ 5.000000
4: 53.29483 5.000000 1.68082 55.1
5:*A -21.35546 2.456684
6: 13.96854 5.000000 1.82017 46.4
7: -102.41896 1.000000 1.81643 22.6
8: 13.54101 8.173801
9:*A -9.29920 2.000000 1.69661 53.0
10: -9.00000 0.500000
11:(絞り) ∞ 第4間隔/可変
12:*F ∞ 3.000000 1.53113 55.7
13:*F ∞ 18.309515
14:*F ∞ 4.200000 1.53113 55.7
15:*F ∞ 第6間隔/可変
16:*F ∞ 7.000000 1.53113 55.7
17:*F ∞ 50.000000
18:*F(反射面) -73.08994 B.F/可変
19:(像面) ∞
(可変データ)
投写面の位置 第1位置 第2位置 第3位置
第4間隔 7.79344 10.54563 11.86153
第6間隔 14.50656 11.75437 10.43847
B.F -350.00000 -525.00000 -700.00000
投写サイズ 420mm×262.5mm 630mm×393.75mm 840mm×525mm
Table 9 below shows various data of the image projection optical system PL according to the third example. The surface numbers 1 to 19 in Table 9 correspond to the surfaces 1 to 18 in FIG.
<Table 9>
(Overall specifications)
F number 2.3
Image display area 9.856mm × 6.16mm
(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index (e-line) Abbe number (νe)
0: (Object surface) ∞ 1.410000
1: ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2: ∞ 14.000000 1.51872 64.0
3: ∞ 5.000000
4: 53.29483 5.000000 1.68082 55.1
5: * A -21.35546 2.456684
6: 13.96854 5.000000 1.82017 46.4
7: -102.41896 1.000000 1.81643 22.6
8: 13.54101 8.173801
9: * A -9.29920 2.000000 1.69661 53.0
10: -9.00000 0.500000
11: (Aperture) ∞ 4th interval / variable
12: * F ∞ 3.000000 1.53113 55.7
13: * F ∞ 18.309515
14: * F ∞ 4.200000 1.53113 55.7
15: * F ∞ 6th interval / variable
16: * F ∞ 7.000000 1.53113 55.7
17: * F ∞ 50.000000
18: * F (reflective surface) -73.08994 B. F / variable
19: (image plane) ∞
(Variable data)
Projection plane position 1st position 2nd position 3rd position 4th interval 7.79344 10.54563 11.86153
6th interval 14.50656 11.75437 10.43847
B. F -350.00000 -525.00000 -700.00000
Projection size 420mm × 262.5mm 630mm × 393.75mm 840mm × 525mm

映像投写光学系PLにおいて、投写面(像面)SCの位置が変化すると、自由曲面ミラーMの反射面(第18面)から像面(第19面)までの距離(B.F:バックフォーカス)および投写サイズが変化する。またこのとき、第1自由曲面レンズL21(第12面および第13面)と第2自由曲面レンズL22(第14面および第15面)とが一体となって移動するため、第11面から第12面までの距離(第4間隔)と、第15面から第16面までの距離(第6間隔)とが変化する。   In the image projection optical system PL, when the position of the projection surface (image surface) SC changes, the distance (BF: back focus) from the reflection surface (18th surface) of the free-form surface mirror M to the image surface (19th surface). ) And the projection size changes. At this time, since the first free-form curved lens L21 (the twelfth and thirteenth surfaces) and the second free-form curved lens L22 (the fourteenth and fifteenth surfaces) move together, the eleventh to the first The distance to the 12th surface (fourth interval) and the distance from the fifteenth surface to the sixteenth surface (sixth interval) change.

また、表9のレンズデータに示したように、回転対称レンズ群G1のレンズ面(第4面〜第10面)のうち、第5面と第9面は回転対称な非球面である。下の表10に、第5面および第9面の非球面係数を示す。   Further, as shown in the lens data of Table 9, among the lens surfaces (fourth to tenth surfaces) of the rotationally symmetric lens group G1, the fifth surface and the ninth surface are rotationally symmetric aspheric surfaces. Table 10 below shows the aspherical coefficients of the fifth surface and the ninth surface.

<表10>
(非球面データ)
非球面係数 第5面 第9面
K 0.000000 0.000000
2.414263E-05 -9.622804E-05
-1.873343E-09 -1.801724E-06
1.109369E-10 2.556471E-08
10 -3.716152E-13 -5.085332E-10
12 0.000000 0.000000
<Table 10>
(Aspheric data)
Aspheric coefficient 5th surface 9th surface K 0.000000 0.000000
A 4 2.414263E-05 -9.622804E-05
A 6 -1.873343E-09 -1.801724E-06
A 8 1.109369E-10 2.556471E-08
A 10 -3.716152E-13 -5.085332E-10
A 12 0.000000 0.000000

また、表9のレンズデータに示したように、自由曲面レンズ群G2のレンズ面および自由曲面ミラーMの反射面(第12面〜第18面)は、非回転対称な非球面(自由曲面)である。下の表11に、これらの自由曲面形状の非球面項xの係数を示す。Further, as shown in the lens data of Table 9, the lens surface of the free-form surface lens group G2 and the reflection surfaces (the 12th to 18th surfaces) of the free-form surface mirror M are non-rotationally symmetric aspheric surfaces (free-form surfaces). It is. Table 11 below shows the coefficients of the aspheric terms x m y n of these free-form surfaces.

<表11>
(自由曲面データ1)
各係数 第12面 第13面 第14面 第15面
c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) -2.000000E-01 -1.501338E-01 -1.901294E-01 -2.356788E-01
C(2,0) 1.660926E-02 -3.935345E-03 -8.854417E-02 -5.173742E-02
C(0,2) 2.674969E-02 1.110750E-03 -9.837711E-02 -6.292070E-02
C(2,1) 2.496584E-03 2.776639E-03 -4.963320E-03 -2.353832E-03
C(0,3) 1.844795E-03 2.177712E-03 -4.724449E-03 -2.262237E-03
C(4,0) -4.588676E-05 -6.814823E-05 6.788245E-05 4.814856E-05
C(2,2) -1.457480E-04 -1.664710E-04 8.069055E-05 5.388783E-05
C(0,4) -6.726787E-05 -7.148696E-05 7.154381E-05 5.349039E-05
C(4,1) 1.250749E-05 5.841080E-06 -3.956399E-05 -1.077592E-05
C(2,3) 1.987129E-05 6.280142E-06 -5.751769E-05 -1.122715E-05
C(0,5) 1.114466E-05 6.247984E-06 -1.797101E-05 -6.083334E-06
C(6,0) 3.881765E-08 1.211324E-07 1.895460E-07 7.689734E-08
C(4,2) 8.949947E-07 1.503762E-06 6.949495E-08 9.676614E-08
C(2,4) -3.733054E-07 1.926072E-07 7.359587E-07 7.693300E-07
C(0,6) -5.940411E-07 -4.272913E-07 -5.351885E-07 -4.576820E-07
C(6,1) 1.011073E-07 9.934412E-08 2.620133E-07 6.579987E-08
C(4,3) 2.915402E-07 2.989641E-07 4.781203E-07 9.036046E-08
C(2,5) 2.507952E-07 2.174302E-07 4.761958E-07 1.121736E-07
C(0,7) 1.319082E-07 1.134788E-07 4.266284E-07 1.804909E-07
C(8,0) -1.261462E-09 -1.216761E-09 2.681246E-10 -1.954245E-10
C(6,2) -5.125781E-09 2.456627E-09 2.511190E-08 6.432003E-09
C(4,4) 8.357396E-10 1.916012E-08 -9.676340E-09 2.342589E-09
C(2,6) 2.077726E-10 1.157889E-08 3.789384E-08 1.008124E-08
C(0,8) -8.638139E-10 5.353558E-09 2.926229E-08 3.070161E-09
(自由曲面データ2)
各係数 第16面 第17面 第18面
c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) 4.579867E-01 4.882112E-01 0.000000
C(2,0) -2.620386E-03 -1.741742E-02 -2.713774E-03
C(0,2) 6.877148E-03 -1.421746E-02 1.627566E-03
C(2,1) 4.184938E-05 1.209973E-04 -1.046419E-04
C(0,3) -1.197508E-03 -1.142636E-03 -3.273417E-05
C(4,0) -2.369128E-05 -9.219561E-06 1.332504E-07
C(2,2) -1.102911E-05 3.971734E-05 -1.726484E-06
C(0,4) 7.570781E-05 7.955227E-05 -8.340865E-07
C(4,1) -2.885199E-06 -3.074426E-06 1.248715E-08
C(2,3) 1.605967E-06 -1.797292E-06 -2.942482E-08
C(0,5) -5.366710E-06 -7.948611E-06 -2.461114E-08
C(6,0) 1.627190E-07 9.717786E-08 -8.705697E-11
C(4,2) -1.277483E-07 -1.007888E-07 3.605850E-10
C(2,4) -3.807164E-07 -2.137959E-07 3.452167E-10
C(0,6) -1.198319E-06 -5.402778E-07 -3.295427E-10
C(6,1) 3.547214E-09 8.605540E-10 -4.090185E-12
C(4,3) 1.397208E-08 1.828407E-08 5.308053E-12
C(2,5) 5.121552E-08 3.687527E-08 2.688415E-11
C(0,7) 9.687843E-08 5.495618E-08 -3.529102E-12
C(8,0) -9.276799E-11 5.413772E-11 -3.845458E-15
C(6,2) 9.527918E-11 6.813421E-11 -8.406395E-14
C(4,4) -8.631176E-10 -7.909944E-10 8.305402E-14
C(2,6) -6.717070E-10 -9.540200E-10 4.724024E-13
C(0,8) -2.567534E-09 -1.129137E-09 -1.309966E-14
<Table 11>
(Free curved surface data 1)
Each coefficient 12th surface 13th surface 14th surface 15th surface
c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) -2.000000E-01 -1.501338E-01 -1.901294E-01 -2.356788E-01
C (2,0) 1.660926E-02 -3.935345E-03 -8.854417E-02 -5.173742E-02
C (0,2) 2.674969E-02 1.110750E-03 -9.837711E-02 -6.292070E-02
C (2,1) 2.496584E-03 2.776639E-03 -4.963320E-03 -2.353832E-03
C (0,3) 1.844795E-03 2.177712E-03 -4.724449E-03 -2.262237E-03
C (4,0) -4.588676E-05 -6.814823E-05 6.788245E-05 4.814856E-05
C (2,2) -1.457480E-04 -1.664710E-04 8.069055E-05 5.388783E-05
C (0,4) -6.726787E-05 -7.148696E-05 7.154381E-05 5.349039E-05
C (4,1) 1.250749E-05 5.841080E-06 -3.956399E-05 -1.077592E-05
C (2,3) 1.987129E-05 6.280142E-06 -5.751769E-05 -1.122715E-05
C (0,5) 1.114466E-05 6.247984E-06 -1.797101E-05 -6.083334E-06
C (6,0) 3.881765E-08 1.211324E-07 1.895460E-07 7.689734E-08
C (4,2) 8.949947E-07 1.503762E-06 6.949495E-08 9.676614E-08
C (2,4) -3.733054E-07 1.926072E-07 7.359587E-07 7.693300E-07
C (0,6) -5.940411E-07 -4.272913E-07 -5.351885E-07 -4.576820E-07
C (6,1) 1.011073E-07 9.934412E-08 2.620133E-07 6.579987E-08
C (4,3) 2.915402E-07 2.989641E-07 4.781203E-07 9.036046E-08
C (2,5) 2.507952E-07 2.174302E-07 4.761958E-07 1.121736E-07
C (0,7) 1.319082E-07 1.134788E-07 4.266284E-07 1.804909E-07
C (8,0) -1.261462E-09 -1.216761E-09 2.681246E-10 -1.954245E-10
C (6,2) -5.125781E-09 2.456627E-09 2.511190E-08 6.432003E-09
C (4,4) 8.357396E-10 1.916012E-08 -9.676340E-09 2.342589E-09
C (2,6) 2.077726E-10 1.157889E-08 3.789384E-08 1.008124E-08
C (0,8) -8.638139E-10 5.353558E-09 2.926229E-08 3.070161E-09
(Free curved surface data 2)
Each coefficient 16th surface 17th surface 18th surface
c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) 4.579867E-01 4.882112E-01 0.000000
C (2,0) -2.620386E-03 -1.741742E-02 -2.713774E-03
C (0,2) 6.877148E-03 -1.421746E-02 1.627566E-03
C (2,1) 4.184938E-05 1.209973E-04 -1.046419E-04
C (0,3) -1.197508E-03 -1.142636E-03 -3.273417E-05
C (4,0) -2.369128E-05 -9.219561E-06 1.332504E-07
C (2,2) -1.102911E-05 3.971734E-05 -1.726484E-06
C (0,4) 7.570781E-05 7.955227E-05 -8.340865E-07
C (4,1) -2.885199E-06 -3.074426E-06 1.248715E-08
C (2,3) 1.605967E-06 -1.797292E-06 -2.942482E-08
C (0,5) -5.366710E-06 -7.948611E-06 -2.461114E-08
C (6,0) 1.627190E-07 9.717786E-08 -8.705697E-11
C (4,2) -1.277483E-07 -1.007888E-07 3.605850E-10
C (2,4) -3.807164E-07 -2.137959E-07 3.452167E-10
C (0,6) -1.198319E-06 -5.402778E-07 -3.295427E-10
C (6,1) 3.547214E-09 8.605540E-10 -4.090185E-12
C (4,3) 1.397208E-08 1.828407E-08 5.308053E-12
C (2,5) 5.121552E-08 3.687527E-08 2.688415E-11
C (0,7) 9.687843E-08 5.495618E-08 -3.529102E-12
C (8,0) -9.276799E-11 5.413772E-11 -3.845458E-15
C (6,2) 9.527918E-11 6.813421E-11 -8.406395E-14
C (4,4) -8.631176E-10 -7.909944E-10 8.305402E-14
C (2,6) -6.717070E-10 -9.540200E-10 4.724024E-13
C (0,8) -2.567534E-09 -1.129137E-09 -1.309966E-14

さらに、第18面および第19面(像面)のローカル座標系での偏心を以下の表12に示す。偏心の種類は、x軸回りの回転(α回転と称する)である。α回転の正方向は、x軸の正方向を向いた時に反時計回りである。第18面は反射面であるため、光軸に沿って入射する光線が、面を表現する数式の1次項が0とした場合に反射される方向を偏心操作後の光軸としている。第19面(像面)の偏心は、像面のみ偏心させるもので光軸は変化しない。   Further, the eccentricity of the 18th surface and the 19th surface (image surface) in the local coordinate system is shown in Table 12 below. The type of eccentricity is rotation around the x axis (referred to as α rotation). The positive direction of the α rotation is counterclockwise when facing the positive direction of the x axis. Since the eighteenth surface is a reflecting surface, the direction in which light rays incident along the optical axis are reflected when the first-order term of the expression representing the surface is 0 is the optical axis after the eccentric operation. The decentering of the 19th surface (image surface) is to decenter only the image surface, and the optical axis does not change.

<表12>
(偏心データ)
面番号 α回転(単位°)
第18面(反射面) -25.000
第19面(像面) -60.000
<Table 12>
(Eccentric data)
Surface number α rotation (unit: °)
18th surface (reflective surface) -25.000
19th surface (image surface) -60.000

また、第3実施例において、第2自由曲面レンズL22の表示素子側レンズ面(第14面)について、C1(2,0)=-8.854417E-02、C1(0,2)=-9.837711E-02であるため、条件式(2)を満たしている。さらに、第2自由曲面レンズL22のミラー側レンズ面(第15面)について、C2(2,0)=-5.173742E-02、C2(0,2)=-6.292070E-02であるため、条件式(4)を満たしている。したがって、第3実施例では、上述したように、第2自由曲面レンズL22の両側のレンズ面が映像表示素子DSに対して凹面を向けたメニスカス形状を有している。そのため、第2自由曲面レンズL22を移動させてピントを調整するときに、結像性能の劣化を少なくすることができる。In the third example, C 1 (2,0) =-8.854417E-02, C 1 (0,2) = − about the display element side lens surface (14th surface) of the second free-form surface lens L22. Since it is 9.837711E-02, the conditional expression (2) is satisfied. Further, with respect to the mirror side lens surface (fifteenth surface) of the second free-form surface lens L22, C 2 (2,0) = − 5.173742E-02 and C 2 (0,2) = − 6.292070E-02. Conditional expression (4) is satisfied. Therefore, in the third embodiment, as described above, the lens surfaces on both sides of the second free-form surface lens L22 have a meniscus shape with concave surfaces facing the image display element DS. Therefore, when the second free-form surface lens L22 is moved to adjust the focus, it is possible to reduce the deterioration of the imaging performance.

また、第3実施例において、回転対称レンズ群G1と回転対称レンズ群G1における表示素子側レンズ(第1回転対称レンズL11)とについて、fL11/fG1=1.2812であるため、条件式(5)を満たしている。したがって、第3実施例では、上述したように、第1回転対称レンズL11の焦点距離fL11が適切な値であり、諸収差を効果的に補正することができる。In the third example, since f L11 / f G1 = 1.2812 for the rotationally symmetric lens group G1 and the display element side lens (first rotationally symmetric lens L11) in the rotationally symmetric lens group G1, the conditional expression (5 ) Is satisfied. Therefore, in the third example, as described above, the focal length fL11 of the first rotationally symmetric lens L11 is an appropriate value, and various aberrations can be corrected effectively.

また、第3実施例において、自由曲面ミラーMについて、2/MR=−0.02736であるため、条件式(6)を満たしている。したがって、第3実施例では、上述したように、自由曲面ミラーMの中心曲率半径MRが適切な値であり、諸収差を効果的に補正することができる。   In the third embodiment, since the free-form surface mirror M is 2 / MR = −0.02736, the conditional expression (6) is satisfied. Therefore, in the third embodiment, as described above, the center curvature radius MR of the free-form surface mirror M is an appropriate value, and various aberrations can be effectively corrected.

また、第3実施例では、表示素子側レンズ面(第14面)について、条件式(9)に関してα=1.048となる。ミラー側レンズ面(第15面)については、条件式(11)に関してα=2.140となる。さらに、表示素子側レンズ面(第14面)およびミラー側レンズ面(第15面)について、条件式(10)、(11)、(13)、(14)に関する値を以下の表に示す。
In the third example, α 1 = 1.048 with respect to the conditional expression (9) for the display element side lens surface (14th surface). With respect to the mirror side lens surface (fifteenth surface), α 2 = 2.140 with respect to conditional expression (11). Further, the values relating to the conditional expressions (10), (11), (13), and (14) are shown in the following table for the display element side lens surface (14th surface) and the mirror side lens surface (15th surface).

この表に示すように、第14面および第15面では、光束が通過する有効径のy−z断面において条件式(10)および(13)を満たすと共に、光束が通過する有効径のx−z断面において条件式(11)および(14)を満たしている。したがって、第3実施例では、y−z断面およびx−z断面の両方において、第2自由曲面レンズL22の両側のレンズ面が映像表示素子DSに対して凹面を向けた形状を有している。   As shown in this table, on the 14th and 15th surfaces, conditional expressions (10) and (13) are satisfied in the yz cross section of the effective diameter through which the light beam passes, and x− of the effective diameter through which the light beam passes. Conditional expressions (11) and (14) are satisfied in the z cross section. Therefore, in the third embodiment, the lens surfaces on both sides of the second free-form surface lens L22 have a shape in which concave surfaces are directed toward the image display element DS in both the yz section and the xz section. .

ここで、投写面SC上での結像状態と台形歪みの状態が分かるように、投写面SCの位置が第1位置、第2位置、第3位置であるときのスポットダイアグラムを、図28、図30、図32に示す。また、投写面SCの位置が第1位置、第2位置、第3位置であるときの格子物点の二次元像シミュレーション画像を、図29、図31、図33に示す。   Here, FIG. 28 shows a spot diagram when the position of the projection plane SC is the first position, the second position, and the third position so that the image formation state and the trapezoidal distortion state on the projection plane SC can be understood. 30 and 32. In addition, FIGS. 29, 31, and 33 show two-dimensional image simulation images of lattice object points when the position of the projection surface SC is the first position, the second position, and the third position.

図28、図30、図32は、第3実施例に係る映像投写光学系PLのe線単色のスポットダイアグラムである。スポットダイアグラムの下部に表示してある直線の長さは、スクリーン上の1mmに相当する。対応する物点位置は、スポットダイアグラムの下から順に、(0.00,0.00)、(0.00,-1.54)、(-2.464,-1.54)、(-2.464,0.00)、(-2.464,1.54)、(0.00,1.54)、(0.00,-3.08)、(-2.464,-3.08)、(-4.928,-3.08)、(-4.928,-1.54)、(-4.928,0.00)、(-4.928,1.54)、(-4.928,3.08)、(-2.464,3.08)、(0.00,3.08)である。   28, 30 and 32 are e-line monochromatic spot diagrams of the image projection optical system PL according to the third embodiment. The length of the straight line displayed at the bottom of the spot diagram corresponds to 1 mm on the screen. Corresponding object point positions are (0.00,0.00), (0.00, -1.54), (-2.464, -1.54), (-2.464,0.00), (-2.464,1.54), ( 0.00,1.54), (0.00, -3.08), (-2.464, -3.08), (-4.928, -3.08), (-4.928, -1.54), (-4.928,0.00), (-4.928,1.54), (-4.928,3.08), (-2.464,3.08), (0.00,3.08).

図29、図31、図33は、画像表示エリアいっぱいに格子を表示させた場合の像を表現している。実際の計算では、物体像と光学系の点像強度分布の畳み込み積分を計算しているので、台形歪みの状態だけではなく、解像力も表現されている。また、図29、図31、図33において、物体の格子線幅は約0.01mmである。   FIG. 29, FIG. 31, and FIG. 33 represent images when a grid is displayed over the entire image display area. In the actual calculation, since the convolution integral of the object image and the point image intensity distribution of the optical system is calculated, not only the trapezoidal distortion state but also the resolving power is expressed. 29, 31 and 33, the lattice line width of the object is about 0.01 mm.

以上の図28〜図33によれば、第3実施例では、投写面SCの位置が第1位置〜第3位置のいずれであっても、台形歪みが良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。   According to FIGS. 28 to 33 described above, in the third embodiment, the trapezoidal distortion is corrected well and the imaging performance is excellent regardless of the position of the projection surface SC from the first position to the third position. It can be seen that

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)映像投写光学系PLは、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、回転対称レンズ群G1と、自由曲面レンズ群G2と、自由曲面ミラーMと、を有し、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、を有し、第2自由曲面レンズL22が光軸に沿って移動可能であるようにした。これにより、コンパクトな構成でありながら、投写画像の台形歪みを良好に補正することができることに加え、第2自由曲面レンズL22が光軸方向に移動することで、投写サイズを変えてもピントを合わせ直すことができる。
According to the embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The image projection optical system PL includes a rotationally symmetric lens group G1, a free-form surface lens group G2, and a free-form surface mirror M, which are arranged in order from the image display element DS side along the optical axis. The curved 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. Is movable along the optical axis. As a result, the trapezoidal distortion of the projected image can be satisfactorily corrected while having a compact configuration, and the second free-form surface lens L22 moves in the optical axis direction, so that the focus can be maintained even if the projection size is changed. Can be recombined.

(2)映像投写光学系PLにおいて、第2自由曲面レンズL22の両側のレンズ面は、自由曲面レンズ群G2および自由曲面ミラーM間の光軸と自由曲面ミラーMおよび投写面SC間の光軸とを通る第1の断面(y−z断面)と、第1の断面に対して垂直な第2の断面(x−z断面)とにおいて、映像表示素子DS側に概ね凹面を向けた形状を有するようにした。これにより、投写面SCの位置を変えて投写サイズを変えるのに伴って第2自由曲面レンズL22を移動させてピントを調整するときに、コマ収差や歪曲収差等の結像性能の劣化を少なくすることができる。 (2) In the image projection optical system PL, the lens surfaces on both sides of the second free-form surface lens L22 are an optical axis between the free-form surface lens group G2 and the free-form surface mirror M, and an optical axis between the free-form surface mirror M and the projection surface SC. And a second cross section (xz cross section) perpendicular to the first cross section with a substantially concave surface facing the image display element DS side. To have. Thereby, when the focus is adjusted by moving the second free-form surface lens L22 as the projection size is changed by changing the position of the projection surface SC, the degradation of imaging performance such as coma and distortion is reduced. can do.

(3)映像投写光学系PLにおいて、回転対称レンズ群G1全体の焦点距離fG1と、回転対称レンズ群G1における最も映像表示素子DS側の第1回転対称レンズL11の焦点距離fL11とが、上記条件式(5)を満足するようにした。これにより、コマ収差や像面湾曲などの諸収差を補正することができる。(3) In the image projection optical system PL, and the focal length f G1 of the entire group rotationally symmetrical lens G1, the focal length f L11 of the first rotationally symmetrical lens L11 on the most image display element DS side in rotationally symmetric lens group G1, The conditional expression (5) was satisfied. Thereby, various aberrations such as coma and curvature of field can be corrected.

(4)映像投写光学系PLにおいて、自由曲面ミラーMの反射面の中心曲率が負である場合には、自由曲面ミラーMの反射面の中心曲率半径MRが、上記条件式(6)を満足するようにした。これにより、ペッツバール和を小さくして像面湾曲を良好に補正することができる。 (4) In the image projection optical system PL, when the center curvature of the reflection surface of the free-form surface mirror M is negative, the center curvature radius MR of the reflection surface of the free-form surface mirror M satisfies the conditional expression (6). I tried to do it. As a result, the Petzval sum can be reduced and the field curvature can be corrected well.

−変形例−
映像表示素子DSが映像投写光学系PLに対して光軸方向に移動可能であるようにしてもよい。投写面SCの位置を変えて投写サイズを変えるときに、映像表示素子DSも移動させることで、諸収差の補正に有利となる。
-Modification-
The image display element DS may be movable in the optical axis direction with respect to the image projection optical system PL. Moving the image display element DS when changing the projection size by changing the position of the projection surface SC is advantageous in correcting various aberrations.

自由曲面ミラーMが映像表示素子DSに対し光軸方向に移動可能であるようにしてもよい。投写面SCの位置を変えて投写サイズを変えるときに、自由曲面ミラーMも移動させることで、投写サイズの調整により有利となる。   The free-form surface mirror M may be movable in the optical axis direction with respect to the image display element DS. When changing the projection size by changing the position of the projection surface SC, the free-form surface mirror M is also moved, which is advantageous for adjusting the projection size.

以上の説明はあくまで一例であり、上述した構成に何ら限定されるものではなく、種々の態様を変更してもよい。例えば、各レンズ群を構成するレンズ数や、各レンズの曲率半径、面間隔、硝材等を適宜変更してもよい。また、上述した実施の形態に各変形例の構成を適宜組み合わせてもかまわない。   The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration described above, and various aspects may be changed. For example, the number of lenses constituting each lens group, the radius of curvature of each lens, the surface interval, the glass material, and the like may be appropriately changed. Moreover, you may combine suitably the structure of each modification with embodiment mentioned above.

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願2013年第10403号(2013年1月23日出願)
日本国特許出願2013年第48040号(2013年3月11日出願)
The disclosure of the following priority application is hereby incorporated by reference.
Japan Patent Application 2013-10403 (filed January 23, 2013)
Japanese patent application 2013 No.48040 (filed on March 11, 2013)

PRJ…映像投写装置、DS…映像表示素子、PL…映像投写光学系、G1…回転対称レンズ群、L11…第1回転対称レンズ、L12…第2回転対称レンズ、L13…第3回転対称レンズ、L14…第4回転対称レンズ、G2…自由曲面レンズ群、L21…第1自由曲面レンズ、L22…第2自由曲面レンズ、L23…第3自由曲面レンズ、M…自由曲面ミラー PRJ: video projection device, DS: video display element, PL: video projection optical system, G1: rotationally symmetric lens group, L11: first rotationally symmetric lens, L12: second rotationally symmetric lens, L13: third rotationally symmetric lens, L14: Fourth rotationally symmetric lens, G2: Free-form surface lens group, L21: First free-form surface lens, L22 ... Second free-form surface lens, L23 ... Third free-form surface lens, M ... Free-form surface mirror

本発明の第1の態様によると、映像投写光学系は、映像表示素子側から順に並んだ、光軸に対して回転対称に形成された回転対称レンズからなる回転対称レンズ群と、前記光軸に対して非回転対称に形成された自由曲面レンズからなる自由曲面レンズ群と、前記光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有し、前記自由曲面レンズ群は、前記映像表示素子側から順に並んだ、第1自由曲面レンズと、第2自由曲面レンズと、第3自由曲面レンズと有し、前記第2自由曲面レンズが前記光軸に沿って移動することにより、前記第2自由曲面レンズと前記第1自由曲面レンズとの間隔、及び、前記第2自由曲面レンズと前記第3自由曲面レンズとの間隔が変化する
本発明の第2の態様によると、映像投写装置は、設置面に設置された状態で使用され、設置面と同じ面上または設置面と略平行な面上に映像を斜め方向から投写し、投写サイズに合わせてピント合わせ可能な機構を有し、1の態様の映像投写光学系を備える。
According to the first aspect of the present invention, the image projection optical system includes a rotationally symmetric lens group composed of rotationally symmetric lenses arranged in order from the image display element side and formed rotationally symmetric with respect to the optical axis, and the optical axis. non-rotating is formed symmetrically with the free-form surface lens group consisting of free-form surface lens, and a free-form surface mirror having a reflecting surface formed on the non-rotationally symmetrical to the optical axis, the free-form surface lens with respect to group, wherein arranged from the image display element side in order, a first free-form surface lens, a second free-form surface lens, and a third free curved lens, the second free-form surface lens along said optical axis By moving, the distance between the second free-form surface lens and the first free-form surface lens and the distance between the second free-form surface lens and the third free-form surface lens are changed .
According to a second aspect of the present invention, the image projection device is used in a state of being installed in a setting surface, and project images obliquely onto a plane substantially parallel to the same plane or on the installation surface and the installation surface , have a focusing mechanism capable to fit the projection size comprises a video projection optical system of the first aspect.

Claims (11)

映像表示素子に表示された映像を拡大して投写面に斜め方向から投写する映像投写光学系であって、
光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された回転対称レンズからなる回転対称レンズ群と、中心軸に対して非回転対称に形成された自由曲面レンズからなる自由曲面レンズ群と、中心軸に対して非回転対称に形成された反射面を有する自由曲面ミラーと、を有し、
前記自由曲面レンズ群は、前記映像表示素子側から順に並んだ、第1自由曲面レンズと、第2自由曲面レンズと、第3自由曲面レンズと、を有し、前記第2自由曲面レンズが光軸に沿って移動可能である映像投写光学系。
An image projection optical system for enlarging an image displayed on an image display element and projecting the image on a projection surface from an oblique direction,
A rotationally symmetric lens group composed of rotationally symmetric lenses formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis and arranged in order from the image display element side along the optical axis, and a free rotationally symmetric lens formed 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,
The free-form surface lens group includes a first free-form surface lens, a second free-form surface lens, and a third free-form surface lens arranged in order from the image display element side, and the second free-form surface lens is a light beam. An image projection optical system that is movable along an axis.
請求項1に記載の映像投写光学系において、
前記第2自由曲面レンズの両側のレンズ面は、前記自由曲面レンズ群と前記自由曲面ミラーとの間の光軸および前記自由曲面ミラーと前記投写面との間の光軸を通る第1の断面と、前記第1の断面に対して垂直な第2の断面とにおいて、前記映像表示素子側に概ね凹面を向けた形状を有する映像投写光学系。
The image projection optical system according to claim 1,
The lens surfaces on both sides of the second free-form surface lens have a first cross section passing through an optical axis between the free-form surface lens group and the free-form surface mirror and an optical axis between the free-form surface mirror and the projection surface. And a second cross section perpendicular to the first cross section, the image projection optical system having a shape with a substantially concave surface facing the image display element side.
請求項2に記載の映像投写光学系において、
前記映像表示素子から前記自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、前記第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軸として、前記第2自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,y,z)を定義し、0を含む自然数をmおよびnとし、xおよびyを含む多項式の係数をC(m,n)として、前記第2自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面のサグ量を表わす式を次式(1)
のように表したとき、次式(2)
(2,0)<0、C(0,2)<0 ・・・(2)
の条件を満足し、且つ、
前記映像表示素子から前記自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、前記第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軸として、前記第2自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,y,z)を定義し、0を含む自然数をmおよびnとし、xおよびyを含む多項式の係数をC(m,n)として、前記第2自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面のサグ量を表わす式を次式(3)
のように表したとき、次式(4)
(2,0)<0、C(0,2)<0 ・・・(4)
の条件を満足する映像投写光学系。
The image projection optical system according to claim 2,
The coordinate axis in the optical axis direction that is positive in the direction from the image display element toward the free-form curved mirror is z 1 axis, the coordinate axis perpendicular to the z 1 axis along the first cross section is y 1 axis, and A coordinate system perpendicular to the z 1 axis and the y 1 axis is defined as an x 1 axis, and a local coordinate system (x 1 , x 2 , x 2) having an origin at the intersection between the optical surface and the lens surface of the second free-form surface lens on the image display element side. y 1 , z 1 ), m and n are natural numbers including 0, and C 1 (m, n) is a coefficient of a polynomial including x 1 and y 1. The following formula (1) expresses the sag amount of the lens surface on the element side.
When expressed as (2)
C 1 (2,0) <0, C 1 (0,2) <0 (2)
Satisfy the conditions of
Wherein the optical axis direction of the coordinate axis positive direction toward the free-form surface mirror from the image display element and z 2 axis, the z 2 axis perpendicular axes along the first section and y 2 axes, wherein z 2 axis and the y 2 axis perpendicular coordinate axes as x 2 axis, the second said free-form surface mirror side lens surface and the local coordinate system with the origin at the intersection of the optical axis of the free-form surface lens (x 2, y 2 , z 2 ), m and n are natural numbers including 0, and C 2 (m, n) is a coefficient of a polynomial including x 2 and y 2. The free curved surface of the second free curved lens An expression representing the sag amount of the lens surface on the mirror side is the following expression (3)
When expressed as (4)
C 2 (2,0) <0, C 2 (0,2) <0 (4)
An image projection optical system that satisfies the above conditions.
請求項2または3に記載の映像投写光学系において、
前記映像表示素子から前記自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、前記第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軸として、前記第2自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,y,z)において、前記第2自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面の形状を表わす式をz=f(x,y)としたとき、前記映像表示素子からの光が通過する領域において、次式(9)
の条件を満たすf(0,α)が存在し、前記第2自由曲面レンズの前記映像表示素子側のレンズ面の形状を表す式に対しy’=y−αとする変数変換を行った式をz=f’(x,y’)としたとき、前記映像表示素子からの光が通過する領域において、x=0のとき、次式(10)
の条件を満足し、前記映像表示素子からの光が通過する領域において、y=0のとき、次式(11)
の条件を満足し、且つ、
前記映像表示素子から前記自由曲面ミラーへ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、前記第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軸として、前記第2自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,y,z)において、前記第2自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面の形状を表わす式をz=f(x,y)としたとき、前記映像表示素子からの光が通過する領域において、次式(12)
の条件を満たすf(0,α)が存在し、前記第2自由曲面レンズの前記自由曲面ミラー側のレンズ面の形状を表す式に対しy’=y−αとする変数変換を行った式をz=f’(x,y’)としたとき、前記映像表示素子からの光が通過する領域において、x=0のとき、次式(13)
の条件を満足し、前記映像表示素子からの光が通過する領域において、y=0のとき、次式(14)
の条件を満足する映像投写光学系。
In the image projection optical system according to claim 2 or 3,
The coordinate axis in the optical axis direction that is positive in the direction from the image display element toward the free-form curved mirror is z 1 axis, the coordinate axis perpendicular to the z 1 axis along the first cross section is y 1 axis, and A coordinate system perpendicular to the z 1 axis and the y 1 axis is defined as an x 1 axis, and the local coordinate system (x 1 , x In y 1 , z 1 ), when the expression representing the shape of the lens surface of the second free-form surface lens on the image display element side is z 1 = f 1 (x 1 , y 1 ), from the image display element In the region through which the light passes, the following equation (9)
F 1 (0, α 1 ) satisfying the following condition exists, and y 1 ′ = y 1 −α 1 with respect to the expression representing the shape of the lens surface of the second free-form surface lens on the image display element side Assuming that the converted expression is z 1 = f 1 ′ (x 1 , y 1 ′), in the region where the light from the image display element passes, when x 1 = 0, the following expression (10)
When y 1 = 0 in the region where the light from the image display element passes, the following formula (11) is satisfied:
Satisfy the conditions of
Wherein the optical axis direction of the coordinate axis positive direction toward the free-form surface mirror from the image display element and z 2 axis, the z 2 axis perpendicular axes along the first section and y 2 axes, wherein z 2 axis and the y 2 axis perpendicular coordinate axes as x 2 axis, the second said free-form surface mirror side lens surface and the local coordinate system with the origin at the intersection of the optical axis of the free-form surface lens (x 2, In y 2 , z 2 ), when the expression representing the shape of the lens surface of the second free-form surface lens on the free-form surface mirror side is z 2 = f 2 (x 2 , y 2 ), In the region through which the light passes, the following equation (12)
F 2 (0, α 2 ) satisfying the following condition exists, and a variable that sets y 2 ′ = y 2 −α 2 to the expression representing the shape of the lens surface of the second free-form surface lens on the free-form surface mirror side When the converted expression is z 2 = f 2 ′ (x 2 , y 2 ′), in the region where the light from the image display element passes, when x 2 = 0, the following expression (13)
When y 2 = 0 in the region where the light from the image display element passes, the following formula (14) is satisfied:
An image projection optical system that satisfies the above conditions.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の映像投写光学系において、
前記回転対称レンズ群の焦点距離をfG1、前記回転対称レンズ群における最も前記映像表示素子側の回転対称レンズの焦点距離をfL11とするとき、次式(5)
0.8≦fL11/fG1≦1.4 ・・・(5)
の条件を満足する映像投写光学系。
In the image projection optical system according to any one of claims 1 to 4,
When the focal length of the rotationally symmetric lens group is f G1 and the focal length of the rotationally symmetric lens closest to the image display element in the rotationally symmetric lens group is f L11 , the following equation (5)
0.8 ≦ f L11 / f G1 ≦ 1.4 (5)
An image projection optical system that satisfies the above conditions.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の映像投写光学系において、
前記映像表示素子が前記映像投写光学系に対して光軸方向に移動可能である映像投写光学系。
In the image projection optical system according to any one of claims 1 to 5,
An image projection optical system in which the image display element is movable in an optical axis direction with respect to the image projection optical system.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の映像投写光学系において、
前記第1自由曲面レンズが前記第2自由曲面レンズと一体となって光軸方向に移動可能である映像投写光学系。
In the image projection optical system according to any one of claims 1 to 6,
An image projection optical system in which the first free-form surface lens is integral with the second free-form surface lens and is movable in the optical axis direction.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の映像投写光学系において、
前記回転対称レンズ群全体または前記回転対称レンズ群の最も前記映像表示素子側の回転対称レンズが光軸方向に移動可能である映像投写光学系。
In the image projection optical system according to any one of claims 1 to 7,
An image projection optical system in which the entire rotationally symmetric lens group or the rotationally symmetric lens closest to the image display element in the rotationally symmetric lens group is movable in the optical axis direction.
請求項1〜8のいずれか一項に記載の映像投写光学系において、
前記自由曲面ミラーが前記映像表示素子に対し光軸方向に移動可能である映像投写光学系。
In the image projection optical system according to any one of claims 1 to 8,
An image projection optical system in which the free-form surface mirror is movable in the optical axis direction with respect to the image display element.
請求項1〜9のいずれか一項に記載の映像投写光学系において、
前記自由曲面ミラーの中心曲率半径をMRとするとき、次式(6)
−0.1<2/MR<−0.005 ・・・(6)
の条件を満足する映像投写光学系。
In the image projection optical system according to any one of claims 1 to 9,
When the center curvature radius of the free-form curved mirror is MR, the following formula (6)
−0.1 <2 / MR <−0.005 (6)
An image projection optical system that satisfies the above conditions.
設置面に設置された状態で使用され、前記設置面と同じ面上または前記設置面と略平行な面上に映像を斜め方向から投写し、投写サイズに合わせてピント合わせ可能な機構を有する映像投写装置であって、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の映像投写光学系を備える映像投写装置。
An image having a mechanism that can be used in a state where it is installed on an installation surface, projects an image from an oblique direction on the same surface as the installation surface or a surface substantially parallel to the installation surface, and can be focused according to the projection size A projection device,
An image projection apparatus comprising the image projection optical system according to claim 1.
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