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JP5987459B2 - Optical system for image projection device and image projection device - Google Patents

Optical system for image projection device and image projection device Download PDF

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JP5987459B2
JP5987459B2 JP2012106956A JP2012106956A JP5987459B2 JP 5987459 B2 JP5987459 B2 JP 5987459B2 JP 2012106956 A JP2012106956 A JP 2012106956A JP 2012106956 A JP2012106956 A JP 2012106956A JP 5987459 B2 JP5987459 B2 JP 5987459B2
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Description

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

映像投写装置において、映像表示素子に表示された映像等を歪み無くスクリーン(投写面)に投写するために、投写光学系の光軸はスクリーンに対して垂直になっているのが一般的である。しかし、映像投写装置の小型化、使い勝手、コストダウン等のために、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投写装置を構成する場合がある。所謂、斜め投写である。この場合、矩形の画像表示エリア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を補正する方法として、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つが良く知られている。   In an image projection apparatus, in order to project an image displayed on an image display element onto a screen (projection surface) without distortion, the optical axis of the projection optical system is generally perpendicular to the screen. . However, in some cases, the image projection apparatus is configured under the condition that the optical axis of the projection optical system is not perpendicular to the screen in order to reduce the size, ease of use, and cost of the image projection apparatus. This is so-called oblique projection. In this case, there arises a problem that the rectangular image display area is projected into a trapezoid. There are two well-known methods for correcting such trapezoidal distortion: a method of correcting by image processing and a method of correcting by an optical element having an optical surface that is non-rotationally symmetric 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ものである。この方法による補正は、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投写装置には採用できない。一方、光学的に非回転対称な台形歪みを補正する方法(例えば、特許文献1を参照)では、中心軸に対して非回転対称な光学面が必要になる。この方法による補正は、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。   The method of correcting by image processing is to cancel the trapezoidal distortion that is opposite to the trapezoidal distortion that occurs in the optical system by applying it to the display image in advance by image processing. Although correction by this method has an advantage of not requiring a new burden on the optical system, it has a great disadvantage that the image quality of the projected image is deteriorated. Therefore, it cannot be adopted for a projection apparatus having a large incident angle on the screen, that is, a large correction amount of trapezoidal distortion. On the other hand, a method for correcting optically non-rotationally symmetric trapezoidal distortion (see, for example, Patent Document 1) requires an optical surface that is nonrotationally symmetric with respect to the central axis. The correction by this method has an advantage that the image quality of the projected image does not deteriorate even if the keystone distortion is corrected.

特開2010−266482号公報JP 2010-266482 A

しかしながら、このような従来の映像投写装置では、斜め投写による装置の小型化が十分ではなかった。   However, in such a conventional image projection apparatus, the apparatus cannot be miniaturized by oblique projection.

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

このような目的達成のため、本発明を例示する態様に従えば、映像表示素子に表示された映像を拡大して所定の投写面に斜め方向から投写する映像投写装置用光学系であって、光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、光学素子群と、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を有す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自由曲面ミラーとを備え、前記光学素子群は、中心軸に対して回転対称に形成された非球面形状の反射面を有する非球面ミラーを有し、以下の条件式を満足することを特徴とする映像投写装置用光学系が提供される。
−0.10<2/MR<−0.01
20°<|α|<45°
但し、
MR:前記非球面ミラーの反射面の中心曲率半径、
α:前記映像表示素子と前記非球面ミラーとの間の光軸と前記非球面ミラーの中心軸とのなす角。
また、映像表示素子に表示された映像を拡大して所定の投写面に斜め方向から投写する映像投写装置用光学系であって、光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、光学素子群と、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を有す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自由曲面ミラーとを備え、前記光学素子群は、光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された非球面形状の反射面を有する非球面ミラーと、中心軸に対して回転対称に形成された凸レンズと凹レンズとを貼り合わせてなる正屈折力の接合レンズとからなり、以下の条件式を満足することを特徴とする映像投写装置用光学系が提供される。
1.00<fdu/F1<2.00
但し、
fdu:前記接合レンズの焦点距離、
F1:前記光学素子群の合成焦点距離。
In order to achieve such an object, according to an aspect of the present invention, an optical system for an image projection apparatus that enlarges an image displayed on an image display element and projects the image on a predetermined projection surface from an oblique direction, An optical element group arranged in order from the image display element side along the optical axis, a free-form surface lens group having a free-form surface lens formed non-rotationally symmetric with respect to the center axis, and non-rotation with respect to the center axis The optical element group includes an aspherical mirror having an aspherical reflecting surface formed rotationally symmetrically with respect to the central axis, and satisfies the following conditional expression: An optical system for a video projection device is provided.
−0.10 <2 / MR <−0.01
20 ° <| α | <45 °
However,
MR: radius of curvature of the reflection surface of the aspherical mirror,
α: An angle formed by the optical axis between the image display element and the aspherical mirror and the central axis of the aspherical mirror.
An optical system for an image projection apparatus that enlarges an image displayed on the image display element and projects the image on a predetermined projection plane from an oblique direction, and is arranged in order from the image display element side along the optical axis. An optical element group comprising: an element group; a free-form surface lens group having a free-form surface lens formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis; and a free-form surface mirror formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis. Are arranged in order from the image display element side along the optical axis, and an aspherical mirror having an aspherical reflecting surface formed rotationally symmetrically with respect to the central axis, and formed rotationally symmetrically with respect to the central axis There is provided an optical system for an image projection apparatus, which comprises a cemented lens having a positive refractive power formed by bonding a convex lens and a concave lens, and satisfies the following conditional expression.
1.00 <fdu / F1 <2.00
However,
fdu: focal length of the cemented lens,
F1: The combined focal length of the optical element group.

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

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

第1実施例に係る映像投写装置用光学系の光路図である。It is an optical path figure of the optical system for image projection apparatuses concerning the 1st example. 第1実施例に係る映像投写装置用光学系の拡大図である。It is an enlarged view of the optical system for image projection apparatuses concerning the 1st example. 第1実施例に係る映像投写装置用光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the optical system for image projection apparatuses concerning the 1st example. 第1実施例に係る映像投写装置用光学系のディストーションを示す図である。It is a figure which shows the distortion of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 1st Example. 第2実施例に係る映像投写装置用光学系の光路図である。It is an optical path figure of the optical system for image projection apparatuses concerning the 2nd example. 第2実施例に係る映像投写装置用光学系の拡大図である。It is an enlarged view of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 2nd Example. 第2実施例に係る映像投写装置用光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the optical system for video projectors concerning the 2nd example. 第2実施例に係る映像投写装置用光学系のディストーションを示す図である。It is a figure which shows the distortion of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 2nd Example. 第3実施例に係る映像投写装置用光学系の光路図である。It is an optical path figure of the optical system for image projection apparatuses concerning the 3rd example. 第3実施例に係る映像投写装置用光学系の拡大図である。It is an enlarged view of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 3rd Example. 第3実施例に係る映像投写装置用光学系のスポットダイアグラムである。It is a spot diagram of the optical system for video projectors concerning the 3rd example. 第3実施例に係る映像投写装置用光学系のディストーションを示す図である。It is a figure which shows the distortion of the optical system for image projection apparatuses which concerns on 3rd Example. 映像投写装置の斜視図である。It is a perspective view of a video projection device. 映像投写装置の内部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the inside of an image projection apparatus. ローカル座標系の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a local coordinate system.

以下、本発明の好ましい実施形態について図を参照しながら説明する。本実施形態の映像投写装置PRJが図13および図14に示されている。なお、図13は映像投写装置PRJの斜視図であり、図14は映像投写装置PRJの内部を示す断面図である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. An image projection apparatus PRJ of this embodiment is shown in FIGS. 13 is a perspective view of the image projection device PRJ, and FIG. 14 is a cross-sectional view showing the inside of the image projection device PRJ.

図13および図14に示す映像投写装置PRJは、正面に窓部Wを有する筒状箱形の筐体BDと、この筐体BDの内部にそれぞれ収容された、映像表示素子DSと、映像投写装置用光学系PLとを備えて構成される。このような映像投写装置PRJは、例えば、テーブル(もしくは机)の上面や、ホワイトボード近傍の壁面等、所定の設置面Qに設置された状態で使用され、光源(図示せず)からの光を映像表示素子DSで反射させた後、当該映像表示素子DSで反射して得られた映像(光)を、詳細は後述する映像投写装置用光学系PLおよび窓部Wを介して、映像投写装置PRJ(筐体BD)の設置面Qと同じ面上に設定された投写面R(スクリーン)に斜め方向から拡大して投写するように構成される。   The image projection apparatus PRJ shown in FIGS. 13 and 14 includes a cylindrical box-shaped housing BD having a window portion W on the front surface, an image display element DS accommodated in the inside of the housing BD, and an image projection. And an apparatus optical system PL. Such an image projection device PRJ is used in a state where it is installed on a predetermined installation surface Q such as the upper surface of a table (or desk) or a wall surface in the vicinity of a whiteboard, and light from a light source (not shown). After the image is reflected by the image display element DS, the image (light) obtained by the reflection by the image display element DS is projected through the image projection apparatus optical system PL and the window W, which will be described in detail later. The apparatus PRJ (housing BD) is configured to be enlarged and projected from an oblique direction onto a projection surface R (screen) set on the same surface as the installation surface Q.

なお、光源(図示せず)として、例えば、水銀ランプやハロゲンランプ等の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), 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.

映像投写装置用光学系PLは、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成されたミラーまたはレンズを有する光学素子群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を有す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自由曲面ミラーM2とを備えて構成される。このような映像投写装置用光学系PLにおいて、映像表示素子DSから射出した光は、光学素子群G1および自由曲面レンズ群G2を通り、自由曲面ミラーM2で斜め方向に反射して投写面R(スクリーン)に投写される。
The optical system PL for an image projection apparatus includes an optical element group G1 having a mirror or a lens formed in a rotationally symmetric manner with respect to the central axis, arranged in order from the video display element DS side along the optical axis, and the central axis. And a free-form surface lens group G2 having a free-form surface lens formed non-rotationally symmetric, and a free-form surface mirror M2 formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis. In such an image projection apparatus optical system PL, the light emitted from the image display element DS passes through the optical element group G1 and the free-form surface lens group G2, and is reflected by the free-form surface mirror M2 in an oblique direction and projected onto the projection surface R ( Is projected on the screen.

本実施形態において、光学素子群G1は、中心軸に対して回転対称に形成された非球面形状の反射面を有する非球面ミラーM1を有している。このような構成によれば、光学素子群G1に非球面ミラーM1を設けることで、ペッツバール和を低減させることが可能になり、像面湾曲を良好に補正することができる。   In the present embodiment, the optical element group G1 includes an aspherical mirror M1 having an aspherical reflecting surface formed rotationally symmetrically with respect to the central axis. According to such a configuration, by providing the aspherical mirror M1 in the optical element group G1, the Petzval sum can be reduced, and the field curvature can be corrected well.

本実施形態において、次の条件式(1)で表される条件を満足することが好ましい。   In the present embodiment, it is preferable that the condition represented by the following conditional expression (1) is satisfied.

−0.10<2/MR<−0.01 …(1)
但し、
MR:非球面ミラーM1の反射面の中心曲率半径。
−0.10 <2 / MR <−0.01 (1)
However,
MR: the radius of curvature of the center of the reflecting surface of the aspherical mirror M1.

条件式(1)は、光学素子群G1において非球面ミラーM1の適切な中心曲率半径の値を規定する条件式である。条件式(1)の下限値を下回る条件である場合、非球面ミラーM1のパワーが大きくなりすぎるので、軸外の球面収差が補正しきれなくなる。なお、全系の球面収差をより良好に補正するためには、条件式(1)の下限値を−0.05[mm-1]とすることが望ましい。一方、条件式(1)の上限値を上回る条件である場合、非球面ミラーM1のパワーが小さくなりすぎるので、光学素子群G1で発生する像面湾曲が増大する。なお、この像面湾曲をより良好に補正するためには、条件式(1)の上限値を−0.03[mm-1]とすることが望ましい。 Conditional expression (1) is a conditional expression that defines an appropriate value of the central curvature radius of the aspherical mirror M1 in the optical element group G1. When the condition is less than the lower limit value of the conditional expression (1), the power of the aspherical mirror M1 becomes too large, so that the off-axis spherical aberration cannot be corrected. In order to better correct the spherical aberration of the entire system, it is desirable to set the lower limit of conditional expression (1) to −0.05 [mm −1 ]. On the other hand, when the condition exceeds the upper limit value of the conditional expression (1), the power of the aspherical mirror M1 becomes too small, so that the field curvature generated in the optical element group G1 increases. In order to correct this field curvature more satisfactorily, it is desirable to set the upper limit value of conditional expression (1) to −0.03 [mm −1 ].

本実施形態において、次の条件式(2)で表される条件を満足することが好ましい。   In the present embodiment, it is preferable that the condition represented by the following conditional expression (2) is satisfied.

20°<|α|<45° …(2)
但し、
α:映像表示素子DSと非球面ミラーM1との間の光軸と非球面ミラーM1の中心軸とのなす角。
20 ° <| α | <45 ° (2)
However,
α: An angle formed by the optical axis between the image display element DS and the aspherical mirror M1 and the central axis of the aspherical mirror M1.

条件式(2)は、映像表示素子DSから発せられた光束を非球面ミラーM1が折り返す適切な角度を規定する条件式である。条件式(2)の下限値を下回る条件である場合、αが小さくなりすぎるので、光束がレンズやプリズムと干渉してしまう。なお、余裕を持って光学系を構成するためには、条件式(2)の下限値を25°とすることが望ましい。一方、条件式(2)の上限値を上回る条件である場合、αが大きくなりすぎるので、非球面ミラーM1の反射面で発生する球面収差やコマ収差の補正が困難となる。また、光学系全体が大きくなる。なお、諸収差をより良好に補正するためには、条件式(2)の上限値を40°とすることが望ましい。   Conditional expression (2) is a conditional expression that defines an appropriate angle at which the aspherical mirror M1 turns back the light beam emitted from the video display element DS. When the condition is less than the lower limit value of the conditional expression (2), α is too small, and the light beam interferes with the lens or the prism. In order to configure the optical system with a margin, it is desirable to set the lower limit of conditional expression (2) to 25 °. On the other hand, when the condition exceeds the upper limit value of the conditional expression (2), α becomes too large, so that it is difficult to correct spherical aberration and coma generated on the reflecting surface of the aspherical mirror M1. In addition, the entire optical system becomes large. In order to correct various aberrations better, it is desirable to set the upper limit of conditional expression (2) to 40 °.

本実施形態において、光学素子群G1が、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、非球面ミラーM1と、正屈折力の接合レンズとからなる場合には、次の条件式(3)で表される条件を満足することが好ましい。なお、接合レンズは、中心軸に対して回転対称に形成された凸レンズと凹レンズとを貼り合わせてなる接合型ダブレットである。   In the present embodiment, when the optical element group G1 includes an aspherical mirror M1 and a cemented lens having a positive refractive power, which are arranged in order from the image display element DS side along the optical axis, the following conditional expression ( It is preferable to satisfy the condition represented by 3). The cemented lens is a cemented doublet formed by bonding a convex lens and a concave lens that are formed rotationally symmetrically with respect to the central axis.

1.00<fdu/F1<2.00 …(3)
但し、
fdu:接合レンズの焦点距離、
F1:光学素子群G1の合成焦点距離。
1.00 <fdu / F1 <2.00 (3)
However,
fdu: focal length of the cemented lens,
F1: The combined focal length of the optical element group G1.

条件式(3)は、光学素子群G1における接合レンズ(接合型ダブレット)の適切な合成焦点距離を規定する条件である。条件式(3)の上限値を上回る条件である場合、接合レンズの焦点距離が大きくなりすぎるので、非球面ミラーM1のパワーの負担が増大し、結果として球面収差やコマ収差の補正が困難となる。なお、諸収差をより良好に補正するためには、条件式(3)の上限値を1.60とすることが望ましい。一方、条件式(3)の下限値を下回る条件である場合、接合レンズの焦点距離が小さくなりすぎるので、光学素子群G1で発生する像面湾曲の補正が困難となる。なお、この像面湾曲をより良好に補正するためには、条件式(3)の下限値を1.40とすることが望ましい。   Conditional expression (3) is a condition that defines an appropriate combined focal length of the cemented lens (junction type doublet) in the optical element group G1. When the condition exceeds the upper limit value of the conditional expression (3), the focal length of the cemented lens becomes too large, which increases the power burden of the aspherical mirror M1, and as a result, it is difficult to correct spherical aberration and coma aberration. Become. In order to correct various aberrations better, it is desirable to set the upper limit of conditional expression (3) to 1.60. On the other hand, when the condition is lower than the lower limit value of the conditional expression (3), the focal length of the cemented lens becomes too small, so that it is difficult to correct the curvature of field that occurs in the optical element group G1. In order to correct this curvature of field more satisfactorily, it is desirable to set the lower limit of conditional expression (3) to 1.40.

また、光学素子群G1が非球面ミラーM1と正屈折力の接合レンズとからなる場合には、次の条件式(4)で表される条件を満足することが好ましい。   Further, when the optical element group G1 includes the aspherical mirror M1 and a cemented lens having a positive refractive power, it is preferable that the condition represented by the following conditional expression (4) is satisfied.

0.10<Nen−Nep<0.30 …(4)
但し、
Nep:凸レンズの材料のe線に対する屈折率、
Nen:凹レンズの材料のe線に対する屈折率。
0.10 <Nen-Nep <0.30 (4)
However,
Nep: refractive index of the convex lens material for the e-line,
Nen: Refractive index with respect to e-line of the material of the concave lens.

条件式(4)は、接合レンズ(接合型ダブレット)における凸レンズと凹レンズの適切な組合せをe線基準の屈折率差によって規定する条件式である。条件式(4)の上限値を
上回る条件である場合、色収差が増大して波長差による球面収差の補正が困難となる。なお、波長差による球面収差をより良好に補正するためには、条件式(4)の上限値を0.20とすることが望ましい。一方、条件式(4)の下限値を下回る条件である場合、屈折率差が小さくなりすぎて、球面収差の補正が困難となる。なお、球面収差をより良好に補正するためには、条件式(4)の下限値を0.15とすることが望ましい。
Conditional expression (4) is a conditional expression that defines an appropriate combination of a convex lens and a concave lens in a cemented lens (a cemented doublet) by a refractive index difference based on e-line. When the condition exceeds the upper limit value of the conditional expression (4), chromatic aberration increases and it becomes difficult to correct spherical aberration due to the wavelength difference. In order to better correct spherical aberration due to the wavelength difference, it is desirable to set the upper limit of conditional expression (4) to 0.20. On the other hand, when the condition is lower than the lower limit value of the conditional expression (4), the refractive index difference becomes too small, and it becomes difficult to correct the spherical aberration. In order to correct spherical aberration better, it is desirable to set the lower limit of conditional expression (4) to 0.15.

また、光学素子群G1が非球面ミラーM1と正屈折力の接合レンズとからなる場合には、次の条件式(5)で表される条件を満足することが好ましい。   Further, when the optical element group G1 includes the aspherical mirror M1 and a cemented lens having a positive refractive power, it is preferable to satisfy the condition expressed by the following conditional expression (5).

20<νep−νen<50 …(5)
但し、
νep:凸レンズの材料のe線に対するアッベ数、
νen:凹レンズの材料のe線に対するアッベ数。
20 <νep−νen <50 (5)
However,
νep: Abbe number for the e-line of the convex lens material,
νen: Abbe number for the e-line of the material of the concave lens.

条件式(5)は、接合レンズ(接合型ダブレット)における凸レンズと凹レンズの適切な組合せをe線基準の分散の差によって規定する条件式である。条件式(5)の上限値を
上回る条件である場合、色収差が補正過剰となりすぎる。なお、色収差をより良好に補正するためには、条件式(5)の上限値を45とすることが望ましい。一方、条件式(5)の下限値を下回る条件である場合、色収差が補正不足となる。色収差をより良好に補正するためには、条件式(5)の下限値を30とすることが望ましい。
Conditional expression (5) is a conditional expression that defines an appropriate combination of a convex lens and a concave lens in a cemented lens (a cemented doublet) by a difference in dispersion on the basis of e-line. When the condition exceeds the upper limit value of conditional expression (5), the chromatic aberration is excessively corrected. In order to correct chromatic aberration more satisfactorily, it is desirable to set the upper limit of conditional expression (5) to 45. On the other hand, when the condition is lower than the lower limit value of the conditional expression (5), the chromatic aberration is insufficiently corrected. In order to correct chromatic aberration more satisfactorily, it is desirable to set the lower limit of conditional expression (5) to 30.

本実施形態において、自由曲面レンズ群G2は、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、回折光学素子と、自由曲面レンズとから構成されてもよい。このような構成によれば、回折光学素子により色収差を自由曲面形状に応じて良好に補正することができる。   In the present embodiment, the free-form surface lens group G2 may include a diffractive optical element and a free-form surface lens that are arranged in order from the image display element DS side along the optical axis. According to such a configuration, the chromatic aberration can be favorably corrected according to the free-form surface shape by the diffractive optical element.

なお、回折光学素子は、密着複層型の回折光学素子であって、次の条件式(6)で表される条件を満足することが好ましい。なお、密着複層型の回折光学素子は、相対的に屈折率が高くて分散が小さい第1の光学材料と、当該第1の光学材料に対して相対的に屈折率が低くて分散が大きい第2の光学材料とを用いて形成される。   The diffractive optical element is a close-contact multilayer diffractive optical element, and preferably satisfies the condition represented by the following conditional expression (6). The close-contact multilayer diffractive optical element has a first optical material having a relatively high refractive index and a small dispersion, and a relatively low refractive index and a large dispersion relative to the first optical material. And a second optical material.

Ne1−Ne2≧0.010 …(6)
但し、
Ne1:第1の光学材料のe線に対する屈折率、
Ne2:第2の光学材料のe線に対する屈折率。
Ne1−Ne2 ≧ 0.010 (6)
However,
Ne1: refractive index of the first optical material with respect to e-line
Ne2: Refractive index for the e-line of the second optical material.

条件式(6)は、回折光学素子の適切な材料の組合せをe線基準の屈折率差によって規
定する条件式である。条件式(6)の下限値を下回る条件である場合、回折面における格子高が大きくなりすぎるので、広範囲の波長域における回折効率が低下し、フレアーが増大する。また、回折光学素子の加工が困難となる。なお、より良好な密着複層型の回折光学素子を得るためには、条件式(6)の下限値を0.020とすることが望ましい。
Conditional expression (6) is a conditional expression that defines an appropriate combination of materials of the diffractive optical element by the refractive index difference based on the e-line. When the condition is less than the lower limit value of the conditional expression (6), the grating height on the diffraction surface becomes too large, so that the diffraction efficiency in a wide wavelength range is lowered and flare is increased. Moreover, it becomes difficult to process the diffractive optical element. In order to obtain a better adhesion multilayer diffractive optical element, it is desirable to set the lower limit of conditional expression (6) to 0.020.

また、回折光学素子は、密着複層型の回折光学素子であって、次の条件式(7)で表される条件を満足することが好ましい。   The diffractive optical element is a close-contact multilayer diffractive optical element, and preferably satisfies the condition represented by the following conditional expression (7).

(NF’2−NC’2)−(NF’1−NC’1)≧0.0015 …(7)
但し、
NF’1:第1の光学材料のF’線に対する屈折率、
NC’1:第1の光学材料のC’線に対する屈折率、
NF’2:第2の光学材料のF’線に対する屈折率、
NC’2:第2の光学材料のC’線に対する屈折率。
(NF'2-NC'2)-(NF'1-NC'1) ≥0.0015 (7)
However,
NF′1: Refractive index of the first optical material with respect to the F ′ line,
NC'1: Refractive index with respect to C 'line of the first optical material,
NF′2: refractive index of the second optical material with respect to the F ′ line,
NC'2: Refractive index with respect to the C 'line of the second optical material.

条件式(7)は、回折光学素子の適切な材料の組合せを材料の分散の差によって規定する条件式である。条件式(7)の下限値を下回る条件である場合、組合せる材料の分散の差が小さくなりすぎるので、広範囲の波長域において高い回折効率を維持することが困難となり、条件式(6)と同様に、フレアーが増大する原因となる。なお、より良好な回折効率を得るためには、条件式(7)の下限値を0.0020とすることが望ましい。   Conditional expression (7) is a conditional expression that defines an appropriate combination of materials of the diffractive optical element by a difference in dispersion of the materials. When the condition is lower than the lower limit value of the conditional expression (7), the difference in dispersion of the materials to be combined becomes too small, so that it is difficult to maintain high diffraction efficiency in a wide wavelength range, and the conditional expression (6) Similarly, flare increases. In order to obtain better diffraction efficiency, it is desirable to set the lower limit of conditional expression (7) to 0.0020.

また、回折光学素子は、映像投写装置用光学系PLの入射瞳近傍に配置され、回折光学素子の回折面は、中心軸に対して非回転対称に形成されることが好ましい。このような構成によれば、異なる波長によるアス成分(後述のx軸方向とy軸方向のピント差)の色収差を良好に補正することができる。   The diffractive optical element is preferably disposed in the vicinity of the entrance pupil of the optical system for image projection apparatus PL, and the diffractive surface of the diffractive optical element is preferably formed in a non-rotational symmetry with respect to the central axis. According to such a configuration, it is possible to satisfactorily correct the chromatic aberration of the as component (the focus difference between the x-axis direction and the y-axis direction described later) due to different wavelengths.

ここで、回折光学素子のローカル座標系について説明する。本実施形態において、回折光学素子のローカル座標系を、例えば図15に示すように、回折光学素子の回折面と光軸との交点を原点とした(x,y)座標系とする。このとき、映像表示素子DSと非球面ミラーM1との間の光軸および非球面ミラーM1と自由曲面ミラーM2との間の光軸を通る平面に沿って光軸と垂直な座標軸をy軸とし、光軸およびy軸と垂直な座標軸をx軸とする。   Here, the local coordinate system of the diffractive optical element will be described. In this embodiment, the local coordinate system of the diffractive optical element is, for example, as shown in FIG. 15, an (x, y) coordinate system with the intersection point between the diffractive surface of the diffractive optical element and the optical axis as the origin. At this time, the coordinate axis perpendicular to the optical axis along the plane passing through the optical axis between the image display element DS and the aspherical mirror M1 and the optical axis between the aspherical mirror M1 and the free-form mirror M2 is defined as the y axis. The coordinate axis perpendicular to the optical axis and the y axis is taken as the x axis.

このようなローカル座標系において、回折光学素子の回折面の位相形状は、次の式(A)で定義される。なお、次の式(A)において、回折光学素子の回折面の位相形状をφとし、参照波長をλ0とし、回折次数をmとし、0を含む自然数をiおよびjとし、xおよ
びyを含む多項式の係数をD(i,j)とする。
In such a local coordinate system, the phase shape of the diffractive surface of the diffractive optical element is defined by the following equation (A). In the following equation (A), the phase shape of the diffraction surface of the diffractive optical element is φ, the reference wavelength is λ 0 , the diffraction order is m, natural numbers including 0 are i and j, and x and y are Let D (i, j) be the coefficient of the polynomial that contains it.

Figure 0005987459
Figure 0005987459

本実施形態の回折光学素子においては、次の条件式(8)で表される条件を満足することが好ましい。

Figure 0005987459
In the diffractive optical element of this embodiment, it is preferable that the condition represented by the following conditional expression (8) is satisfied.
Figure 0005987459

条件式(8)は、回折光学面を規定する条件式である。条件式(8)の上限値および下限値から外れる条件である場合、非点収差が大きく発生するため、自由曲面レンズ群によって発生する非点収差や色収差を補正することが困難となる。なお、より良好な補正効果を得るためには、条件式(8)の下限値を2.90とすることが望ましい。また、より良好な補正効果を得るためには、条件式(8)の上限値を5.0とすることが望ましい。   Conditional expression (8) is a conditional expression that defines the diffractive optical surface. When the condition (8) is not within the upper limit and lower limit values, astigmatism is greatly generated, and it is difficult to correct astigmatism and chromatic aberration generated by the free-form surface lens group. In order to obtain a better correction effect, it is desirable to set the lower limit of conditional expression (8) to 2.90. In order to obtain a better correction effect, it is desirable to set the upper limit of conditional expression (8) to 5.0.

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

以下、本願の各実施例を添付図面に基づいて説明する。各実施例では、光軸(中心軸)に対して回転対称な非球面と、中心軸に対して非回転対称な非球面(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。   Embodiments of the present application will be described below with reference to the accompanying drawings. 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、次の式(B)で定義される。なお、次の式(B)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〜Eはhの各冪級数項に係る係数である。   First, the aspherical surface rotationally symmetric with respect to the optical axis (center axis) is defined by the following equation (B). In the following formula (B), 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 It is a conic constant, and A to E are coefficients related to each power series term of h.

Figure 0005987459
Figure 0005987459

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、次の式(C)で定義される。なお、次の式(C)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xmnの係数である。 Next, an aspheric surface (free curved surface) that is non-rotationally symmetric with respect to the central axis is defined by the following equation (C). In the following formula (C), 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 .

Figure 0005987459
Figure 0005987459

また、各実施例において、偏心は各面のローカル座標系で行う。ローカル座標は、映像表示素子DSから非球面ミラーM1へ向かう方向を正とする光軸方向の座標軸をz軸とし、映像表示素子DSと非球面ミラーM1との間の光軸、非球面ミラーM1と自由曲面ミラーM2との間の光軸、および自由曲面ミラーM2と投写面との間の光軸を通る平面に沿って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、光軸に沿って平行移動した座標系(右手系)である(図15を参照)。なお、各ローカル座標の
原点は各面と光軸の交点である。偏心の種類はx軸回りの回転(α回転と称する)であり、x軸の正方向を向いた時に反時計回りをα回転の正方向とする。
In each embodiment, the eccentricity is performed in the local coordinate system of each surface. In the local coordinates, the coordinate axis in the optical axis direction in which the direction from the image display element DS toward the aspherical mirror M1 is positive is the z axis, the optical axis between the image display element DS and the aspherical mirror M1, and the aspherical mirror M1. The coordinate axis perpendicular to the z axis along the plane passing through the optical axis between the free curved mirror M2 and the free curved mirror M2 and the optical axis between the free curved mirror M2 and the projection plane is the y axis, and perpendicular to the z axis and the y axis. This is a coordinate system (right-handed system) translated along the optical axis with the coordinate axis as the x axis (see FIG. 15). Note that the origin of each local coordinate is the intersection of each surface and the optical axis. The type of eccentricity is rotation about the x-axis (referred to as α rotation), and when turning in the positive direction of the x-axis, the counterclockwise direction is the positive direction of α rotation.

(第1実施例)
本願の第1実施例について、図1〜図4および表1〜表4を用いて説明する。図1は第1実施例に係る映像投写装置用光学系の光路図であり、図2は第1実施例に係る映像投写装置用光学系の拡大図である。第1実施例に係る映像投写装置用光学系PL(PL1)は、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された光学面を有する光学素子群G1と、中心軸に対して非回転対称に形成されたレンズ面を有す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M2とから構成される。各実施例に係る映像投写装置用光学系PLは、スクリーン入射角を大きく取れることによる投写能力と小型化を生かして、例えば、机の上に設置されて当該机をスクリーン(像面I)とし、視野の邪魔にならない位置から台形歪みのない映像(画像)を投写する卓上プロジェクターに用いられる。
(First embodiment)
1st Example of this application is described using FIGS. 1-4 and Table 1-Table 4. FIG. FIG. 1 is an optical path diagram of an optical system for an image projection apparatus according to the first embodiment, and FIG. 2 is an enlarged view of the optical system for an image projection apparatus according to the first embodiment. The optical system PL (PL1) for a video projection apparatus according to the first embodiment is an optical element having an optical surface that is arranged in order from the video display element DS side along the optical axis and that is rotationally symmetric with respect to the central axis. Consists of a group G1, a free-form surface lens group G2 having a lens surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis, and a free-form surface mirror M2 having a reflection surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis Is done. The optical system PL for a video projection apparatus according to each embodiment utilizes, for example, a projection capability and a reduction in size due to a large screen incident angle, and is installed on a desk, for example, and the desk is used as a screen (image plane I). It is used for a desktop projector that projects an image (image) without trapezoidal distortion from a position that does not interfere with the visual field.

なお、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。この平行平面板P1,P2は、表示素子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り、本発明の本質とは無関係である。また、光学素子群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。   Two parallel flat plates P1 and P2 are arranged in the vicinity of the video display element DS. The plane parallel plates P1 and P2 correspond to a face plate of a display element, a color synthesis prism, a PBS (polarization beam splitter), and the like, and are irrelevant to the essence of the present invention. An aperture stop S is arranged between the optical element group G1 and the free-form surface lens group G2.

光学素子群G1は、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、非球面ミラーM1と、正の屈折力を有する接合レンズL10とから構成される。非球面ミラーM1は、中心軸に対して回転対称に形成された非球面形状の反射面を有している。接合レンズL10は、中心軸に対して回転対称に形成された凸レンズL11と凹レンズL12とを貼り合わせてなる接合型ダブレットである。   The optical element group G1 includes an aspherical mirror M1 and a cemented lens L10 having positive refractive power, which are arranged in order from the image display element DS side along the optical axis. The aspherical mirror M1 has an aspherical reflecting surface formed rotationally symmetrical with respect to the central axis. The cemented lens L10 is a cemented doublet formed by bonding a convex lens L11 and a concave lens L12 that are formed rotationally symmetrically with respect to the central axis.

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、概ね正の屈折力を有する(収束作用を有する)第1自由曲面レンズL21と、概ね負の屈折力を有する(発散作用を有する)第2自由曲面レンズL22と、概ね負の屈折力を有する(発散作用を有する)第3自由曲面レンズL23とから構成される。第1〜第3自由曲面レンズL21〜L23における入射側(物体面側)と出射側(像面側)のレンズ面は、中心軸に対して非回転対称なレンズ面形状を有している。   The free-form surface lens group G2 is arranged in order from the image display element DS side and has a first positive curved surface lens L21 having a substantially positive refractive power (having a converging effect) and a substantially negative refractive power (having a diverging effect). ) The second free-form surface lens L22 and a third free-form surface lens L23 having a substantially negative refractive power (having a diverging action). The entrance-side (object plane side) and exit-side (image plane side) lens surfaces of the first to third free-form surface lenses L21 to L23 have lens surface shapes that are non-rotationally symmetric with respect to the central axis.

映像表示素子DSから射出した光束は、非球面ミラーM1の反射面で反射し、所定の角度で折り曲げられる。非球面ミラーM1の反射面で反射した光束は、接合レンズL10および第1〜第3自由曲面レンズL21〜L23を透過して、自由曲面ミラーM2の反射面で反射する。自由曲面ミラーM2の反射面で反射した光束は、スクリーン(像面I)上で結像する。   The light beam emitted from the video display element DS is reflected by the reflecting surface of the aspherical mirror M1, and is bent at a predetermined angle. The light beam reflected by the reflecting surface of the aspherical mirror M1 passes through the cemented lens L10 and the first to third free-form surface lenses L21 to L23 and is reflected by the reflecting surface of the free-form surface mirror M2. The light beam reflected by the reflecting surface of the free-form mirror M2 forms an image on the screen (image surface I).

下の表1に、第1実施例に係る映像投写装置用光学系PL1の諸データを示す。なお、以下の各実施例で示す表(光学系の数値データ)において、この中で表記されている「*A」はその面が回転対称な非球面であることを表し、「*F」はその面が非回転対称な非球面(自由曲面)であることを表している。また、各面において、光軸(Z軸)の正方向に曲率中心がある場合の曲率半径が正であるものとする。また、曲率半径「∞」は平面を示し、空気の屈折率は記載を省略している。また、非球面の曲率半径は、非球面の中心曲率半径を示している。また、表1における面番号1〜15は、図2における面1〜15と対応している。   Table 1 below shows various data of the optical system PL1 for the image projection apparatus according to the first example. In the tables (numerical data of optical systems) shown in the following examples, “* A” written therein represents that the surface is a rotationally symmetric aspheric surface, and “* F” represents It represents that the surface is a non-rotationally symmetric aspherical surface (free-form surface). In each surface, it is assumed that the radius of curvature is positive when the center of curvature is in the positive direction of the optical axis (Z-axis). The curvature radius “∞” indicates a plane, and the refractive index of air is omitted. The radius of curvature of the aspheric surface indicates the central radius of curvature of the aspheric surface. Further, the surface numbers 1 to 15 in Table 1 correspond to the surfaces 1 to 15 in FIG.

(表1)
(全体諸元)
Fナンバー 2.3
画像表示エリア 4.93[mm]×3.70[mm]
スクリーン 270[mm]×202.5[mm]

(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)
物体面 ∞ 1.410000
1 ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2 ∞ 10.000000 1.51872 64.0
3 ∞ 10.248448
4*A -65.64259 -11.000000 反射面
5 -11.66101 -3.532777 1.49845 81.1
6 17.64110 -1.000000 1.67718 37.9
7 168.25529 -5.542219
8(絞り) ∞ -1.000000
9*F ∞ -4.435885 1.53340 55.3
10*F ∞ -4.364562
11*F ∞ -5.000000 1.53340 55.3
12*F ∞ -9.666656
13*F ∞ -4.457901 1.53340 55.3
14*F ∞ -40.000000
15*F ∞ 200.000000 反射面
像面 ∞
(Table 1)
(Overall specifications)
F number 2.3
Image display area 4.93 [mm] x 3.70 [mm]
Screen 270 [mm] x 202.5 [mm]

(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index (e-line) Abbe number (νe)
Object plane ∞ 1.410000
1 ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2 ∞ 10.000000 1.51872 64.0
3 ∞ 10.248448
4 * A -65.64259 -11.000000 Reflective surface
5 -11.66101 -3.532777 1.49845 81.1
6 17.64110 -1.000000 1.67718 37.9
7 168.25529 -5.542219
8 (Aperture) ∞ -1.000000
9 * F ∞ -4.435885 1.53340 55.3
10 * F ∞ -4.364562
11 * F ∞ -5.000000 1.53340 55.3
12 * F ∞ -9.666656
13 * F ∞ -4.457901 1.53340 55.3
14 * F ∞ -40.000000
15 * F ∞ 200.000000 Reflection surface Image surface ∞

表1のレンズデータにおいて、第4面〜第7面は光学素子群G1のレンズ面または反射面であり、その中で、第4面が回転対称な非球面ミラーM1の反射面となっている。下の表2に、第4面の非球面係数を示す。なお、以下の各表において、「E-n」は「×10-n
」を示す。
In the lens data of Table 1, the fourth surface to the seventh surface are the lens surfaces or reflecting surfaces of the optical element group G1, and the fourth surface is the reflecting surface of the rotationally symmetric aspherical mirror M1. . Table 2 below shows the aspherical coefficients of the fourth surface. In each table below, “En” is “× 10 −n
Is shown.

(表2)
(非球面データ)
非球面係数 第4面
K 0.000000
A(4次) 5.627182E-06
B(6次) -5.134480E-08
C(8次) 2.715186E-11
D(10次) -8.763494E-13
E(12次) 0.000000
(Table 2)
(Aspheric data)
Aspheric coefficient 4th surface K 0.000000
A (4th) 5.627182E-06
B (6th) -5.134480E-08
C (8th) 2.715186E-11
D (10th order) -8.763494E-13
E (12th order) 0.000000

また、表1のレンズデータにおいて、第9面〜第15面は非回転対称な非球面(自由曲面)である。なお、本実施例では、第15面が自由曲面ミラーM2の反射面となっている。下の表3に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In the lens data of Table 1, the ninth to fifteenth surfaces are non-rotationally symmetric aspheric surfaces (free curved surfaces). In the present embodiment, the fifteenth surface is the reflecting surface of the free-form surface mirror M2. Table 3 below shows each term coefficient of these free-form surfaces.

(表3)
(自由曲面データ1)
各係数 第9面 第10面 第11面 第12面
c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) 5.148173E-02 2.308014E-02 -5.025392E-02 -2.852182E-02
C(2,0) -2.937228E-02 -4.711872E-02 -6.989631E-02 -7.949807E-02
C(0,2) -1.894080E-02 -4.650062E-02 8.033168E-02 7.816443E-02
C(2,1) 1.396806E-02 2.063164E-02 -8.473578E-03 -1.031970E-02
C(0,3) 1.167677E-02 1.880279E-02 1.575032E-03 6.696790E-04
C(4,0) 3.709295E-04 3.009881E-04 -4.876147E-05 -5.973960E-04
C(2,2) 1.634327E-03 7.302935E-04 1.480021E-03 5.626504E-04
C(0,4) 5.573566E-04 -1.972216E-04 1.836759E-03 3.161885E-04
C(4,1) 8.036593E-05 9.666960E-05 -4.744175E-05 -2.362004E-04
C(2,3) 6.291705E-05 -2.337218E-04 -3.147218E-04 -7.318666E-05
C(0,5) -7.242086E-05 -1.919848E-04 -1.429849E-04 -2.032247E-05
C(6,0) 2.962023E-06 1.350676E-06 -1.591020E-06 -1.663527E-05
C(4,2) -2.075704E-05 -8.824057E-05 1.941558E-05 2.950168E-05
C(2,4) -3.701313E-05 -9.232971E-05 -4.215870E-05 -2.775712E-05
C(0,6) -1.787244E-05 -3.175778E-06 -2.696655E-06 -2.503408E-06
C(6,1) -1.637241E-06 -1.475774E-06 -3.358678E-07 -2.444223E-06
C(4,3) -4.904205E-06 1.451216E-05 -6.051581E-06 1.900763E-06
C(2,5) -1.511312E-06 2.239830E-05 -9.171867E-06 -3.493655E-07
C(0,7) 1.368977E-06 6.806315E-06 -3.419959E-06 4.137932E-07
C(8,0) -1.793895E-08 7.429723E-09 4.708347E-08 -1.356529E-07
C(6,2) -1.272910E-07 1.204503E-07 -6.711180E-07 -1.121788E-07
C(4,4) -1.809962E-07 -2.102193E-07 2.444797E-06 3.263891E-07
C(2,6) 2.270762E-07 -2.248388E-06 1.539900E-06 1.727802E-07
C(0,8) 3.059935E-07 -5.847885E-07 3.233059E-07 -7.373199E-08

(自由曲面データ2)
各係数 第13面 第14面 第15面
c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) -0.15 -0.15 0.000000
C(2,0) 1.277650E-01 7.954907E-02 -1.308227E-02
C(0,2) -2.473396E-02 -5.411641E-02 -1.829500E-03
C(2,1) 9.786682E-03 4.562533E-03 -5.819697E-04
C(0,3) -3.788662E-04 -2.613505E-03 -1.266214E-04
C(4,0) 9.597456E-04 1.974206E-04 1.165172E-05
C(2,2) -3.397097E-05 -4.275910E-04 -1.766879E-05
C(0,4) -8.557827E-05 1.344918E-04 -5.264988E-06
C(4,1) 1.655594E-04 4.190430E-05 1.037640E-06
C(2,3) -5.524408E-05 -7.918923E-05 -3.100960E-07
C(0,5) 1.204902E-05 1.843350E-05 -1.498002E-07
C(6,0) 8.157403E-06 1.298398E-06 -1.160682E-08
C(4,2) 3.707107E-05 6.339190E-06 4.281360E-08
C(2,4) -3.590358E-06 5.497379E-06 7.984223E-09
C(0,6) -1.437177E-06 -2.318703E-06 -3.496029E-09
C(6,1) -7.065887E-06 -9.710311E-07 -1.133160E-09
C(4,3) 2.734848E-06 -6.178305E-07 1.160775E-09
C(2,5) 1.294144E-06 1.937084E-06 8.122962E-10
C(0,7) -3.043315E-07 -5.017731E-07 -9.735252E-11
C(8,0) -1.119206E-06 -8.204081E-08 5.760487E-12
C(6,2) 1.313329E-06 1.476638E-07 -4.267118E-11
C(4,4) -9.750863E-07 -3.174904E-07 2.846439E-11
C(2,6) 3.397909E-07 2.114011E-07 1.529598E-11
C(0,8) 3.742289E-08 4.888751E-09 -2.252242E-12
(Table 3)
(Free curved surface data 1)
Each coefficient 9th surface 10th surface 11th surface 12th surface c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) 5.148173E-02 2.308014E-02 -5.025392E-02 -2.852182E-02
C (2,0) -2.937228E-02 -4.711872E-02 -6.989631E-02 -7.949807E-02
C (0,2) -1.894080E-02 -4.650062E-02 8.033168E-02 7.816443E-02
C (2,1) 1.396806E-02 2.063164E-02 -8.473578E-03 -1.031970E-02
C (0,3) 1.167677E-02 1.880279E-02 1.575032E-03 6.696790E-04
C (4,0) 3.709295E-04 3.009881E-04 -4.876147E-05 -5.973960E-04
C (2,2) 1.634327E-03 7.302935E-04 1.480021E-03 5.626504E-04
C (0,4) 5.573566E-04 -1.972216E-04 1.836759E-03 3.161885E-04
C (4,1) 8.036593E-05 9.666960E-05 -4.744175E-05 -2.362004E-04
C (2,3) 6.291705E-05 -2.337218E-04 -3.147218E-04 -7.318666E-05
C (0,5) -7.242086E-05 -1.919848E-04 -1.429849E-04 -2.032247E-05
C (6,0) 2.962023E-06 1.350676E-06 -1.591020E-06 -1.663527E-05
C (4,2) -2.075704E-05 -8.824057E-05 1.941558E-05 2.950168E-05
C (2,4) -3.701313E-05 -9.232971E-05 -4.215870E-05 -2.775712E-05
C (0,6) -1.787244E-05 -3.175778E-06 -2.696655E-06 -2.503408E-06
C (6,1) -1.637241E-06 -1.475774E-06 -3.358678E-07 -2.444223E-06
C (4,3) -4.904205E-06 1.451216E-05 -6.051581E-06 1.900763E-06
C (2,5) -1.511312E-06 2.239830E-05 -9.171867E-06 -3.493655E-07
C (0,7) 1.368977E-06 6.806315E-06 -3.419959E-06 4.137932E-07
C (8,0) -1.793895E-08 7.429723E-09 4.708347E-08 -1.356529E-07
C (6,2) -1.272910E-07 1.204503E-07 -6.711180E-07 -1.121788E-07
C (4,4) -1.809962E-07 -2.102193E-07 2.444797E-06 3.263891E-07
C (2,6) 2.270762E-07 -2.248388E-06 1.539900E-06 1.727802E-07
C (0,8) 3.059935E-07 -5.847885E-07 3.233059E-07 -7.373199E-08

(Free curved surface data 2)
Each coefficient 13th surface 14th surface 15th surface c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) -0.15 -0.15 0.000000
C (2,0) 1.277650E-01 7.954907E-02 -1.308227E-02
C (0,2) -2.473396E-02 -5.411641E-02 -1.829500E-03
C (2,1) 9.786682E-03 4.562533E-03 -5.819697E-04
C (0,3) -3.788662E-04 -2.613505E-03 -1.266214E-04
C (4,0) 9.597456E-04 1.974206E-04 1.165172E-05
C (2,2) -3.397097E-05 -4.275910E-04 -1.766879E-05
C (0,4) -8.557827E-05 1.344918E-04 -5.264988E-06
C (4,1) 1.655594E-04 4.190430E-05 1.037640E-06
C (2,3) -5.524408E-05 -7.918923E-05 -3.100960E-07
C (0,5) 1.204902E-05 1.843350E-05 -1.498002E-07
C (6,0) 8.157403E-06 1.298398E-06 -1.160682E-08
C (4,2) 3.707107E-05 6.339190E-06 4.281360E-08
C (2,4) -3.590358E-06 5.497379E-06 7.984223E-09
C (0,6) -1.437177E-06 -2.318703E-06 -3.496029E-09
C (6,1) -7.065887E-06 -9.710311E-07 -1.133160E-09
C (4,3) 2.734848E-06 -6.178305E-07 1.160775E-09
C (2,5) 1.294144E-06 1.937084E-06 8.122962E-10
C (0,7) -3.043315E-07 -5.017731E-07 -9.735252E-11
C (8,0) -1.119206E-06 -8.204081E-08 5.760487E-12
C (6,2) 1.313329E-06 1.476638E-07 -4.267118E-11
C (4,4) -9.750863E-07 -3.174904E-07 2.846439E-11
C (2,6) 3.397909E-07 2.114011E-07 1.529598E-11
C (0,8) 3.742289E-08 4.888751E-09 -2.252242E-12

本実施例における各面の偏心量を下の表4に示す。なお、第4面および第15面は反射面であるので、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。また、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。   The amount of eccentricity of each surface in this example is shown in Table 4 below. Since the fourth surface and the fifteenth surface are reflection surfaces, the direction in which the light rays incident along the optical axis are reflected when the first-order term of the mathematical expression representing the surface is 0 is determined after the eccentric operation. The optical axis. Further, the decentering of the image plane is for decentering only the image plane, and the optical axis does not change.

(表4)
(偏心データ)
面番号 α回転(単位°)
第4面 -30.000
第15面 -45.000
像面 60.000
(Table 4)
(Eccentric data)
Surface number α rotation (unit: °)
4th surface -30.000
15th -45.000
Image plane 60.000

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

条件式(1) 2/MR=−0.0305[mm-1
条件式(2) |α|=30°
条件式(3) fdu/F1=1.494
条件式(4) Nen−Nep=0.17873
条件式(5) νep−νen=43.2
Conditional expression (1) 2 / MR = −0.0305 [mm −1 ]
Conditional expression (2) | α | = 30 °
Conditional expression (3) fdu / F1 = 1.494
Conditional expression (4) Nen-Nep = 0.18773
Conditional expression (5) νep−νen = 43.2

このように本実施例では、条件式(1)〜条件式(5)を満足していることが分かる。   As described above, in this example, it is understood that the conditional expressions (1) to (5) are satisfied.

スクリーン上での結像状態と台形歪みの状態が分かるように、スポットダイアグラムを図3に示し、格子物点の二次元像シミュレーション像を図4に示す。図3は、第1実施例に係る映像投写装置用光学系PL1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)、(0.00,0.925
)、(1.235,0.925)、(1.235,0.00)、(1.235,-0.925)、(0.00,-0.925)、(0.00,1.85)、(1.235,1.85)、(2.47,1.85)、(2.47,0.925)、(2.47,0.00)、(2.47,-0.925)、(2.47,-1.85)、(1.235,-1.85)、(0.00,-1.85)である。
A spot diagram is shown in FIG. 3 and a two-dimensional image simulation image of the lattice points is shown in FIG. 4 so that the imaging state on the screen and the trapezoidal distortion state can be understood. FIG. 3 is an e-line monochromatic spot diagram of the optical system PL1 for image projection apparatus according to the first embodiment. The length of the straight line displayed at the bottom of the spot diagram corresponds to 1 mm on the screen. Corresponding object point positions are (0.00, 0.00), (0.00, 0.925) from the bottom of the spot diagram.
), (1.235, 0.925), (1.235, 0.00), (1.235, -0.925), (0.00, -0.925), (0.00, 1.85), (1.235, 1.85), (2.47, 1.85), (2.47, 0.925) ), (2.47, 0.00), (2.47, -0.925), (2.47, -1.85), (1.235, -1.85), (0.00, -1.85).

図4は、表示エリアいっぱいに格子を表示させた場合の像(ディストーション)を表現している。実際の計算では、物体像と光学系の点像強度分布の畳み込み積分を計算しているので、台形歪みの状態だけではなく、解像力も表現されている。また、図4では、物体の格子線幅が約0.01mmである。そして、図3および図4より、第1実施例では、台形歪みが良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。   FIG. 4 represents an image (distortion) when a grid is displayed over the entire display area. In the actual calculation, since the convolution integral of the object image and the point image intensity distribution of the optical system is calculated, not only the trapezoidal distortion state but also the resolving power is expressed. In FIG. 4, the lattice line width of the object is about 0.01 mm. 3 and 4, it can be seen that in the first example, the trapezoidal distortion is corrected well and the imaging performance is excellent.

(第2実施例)
本願の第2実施例について、図5〜図8および表5〜表8を用いて説明する。図5は第2実施例に係る映像投写装置用光学系の光路図であり、図6は第2実施例に係る映像投写装置用光学系の拡大図である。第2実施例に係る映像投写装置用光学系PL(PL2)は、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された光学面を有する光学素子群G1と、中心軸に対して非回転対称に形成されたレンズ面を有す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M2とから構成される。
(Second embodiment)
A second embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 5 to 8 and Tables 5 to 8. FIG. FIG. 5 is an optical path diagram of the optical system for the image projection apparatus according to the second embodiment, and FIG. 6 is an enlarged view of the optical system for the image projection apparatus according to the second embodiment. The optical system PL (PL2) for the image projection apparatus according to the second embodiment has an optical element having an optical surface that is arranged in order from the image display element DS side along the optical axis and is formed rotationally symmetrical with respect to the central axis. Consists of a group G1, a free-form surface lens group G2 having a lens surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis, and a free-form surface mirror M2 having a reflection surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis Is done.

なお、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。この平行平面板P1,P2は、表示素子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り、本発明の本質とは無関係である。また、光学素子群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。
Two parallel flat plates P1 and P2 are arranged in the vicinity of the video display element DS. The plane parallel plates P1 and P2 correspond to a face plate of a display element, a color synthesis prism, a PBS (polarization beam splitter), and the like, and are irrelevant to the essence of the present invention. An aperture stop S is arranged between the optical element group G1 and the free-form surface lens group G2.

光学素子群G1は、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、非球面ミラーM1と、正の屈折力を有する接合レンズL10とから構成される。非球面ミラーM1は、中心軸に対して回転対称に形成された非球面形状の反射面を有している。接合レンズL10は、中心軸に対して回転対称に形成された凸レンズL11と凹レンズL12とを貼り合わせてなる接合型ダブレットである。   The optical element group G1 includes an aspherical mirror M1 and a cemented lens L10 having positive refractive power, which are arranged in order from the image display element DS side along the optical axis. The aspherical mirror M1 has an aspherical reflecting surface formed rotationally symmetrical with respect to the central axis. The cemented lens L10 is a cemented doublet formed by bonding a convex lens L11 and a concave lens L12 that are formed rotationally symmetrically with respect to the central axis.

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、概ね正の屈折力を有する(収束作用を有する)第1自由曲面レンズL21と、概ね負の屈折力を有する(発散作用を有する)第2自由曲面レンズL22と、概ね負の屈折力を有する(発散作用を有する)第3自由曲面レンズL23とから構成される。第1〜第3自由曲面レンズL21〜L23における入射側(物体面側)と出射側(像面側)のレンズ面は、中心軸に対して非回転対称なレンズ面形状を有している。   The free-form surface lens group G2 is arranged in order from the image display element DS side and has a first positive curved surface lens L21 having a substantially positive refractive power (having a converging effect) and a substantially negative refractive power (having a diverging effect). ) The second free-form surface lens L22 and a third free-form surface lens L23 having a substantially negative refractive power (having a diverging action). The entrance-side (object plane side) and exit-side (image plane side) lens surfaces of the first to third free-form surface lenses L21 to L23 have lens surface shapes that are non-rotationally symmetric with respect to the central axis.

映像表示素子DSから射出した光束は、非球面ミラーM1の反射面で反射し、所定の角度で折り曲げられる。非球面ミラーM1の反射面で反射した光束は、接合レンズL10および第1〜第3自由曲面レンズL21〜L23を透過して、自由曲面ミラーM2の反射面で反射する。自由曲面ミラーM2の反射面で反射した光束は、スクリーン(像面I)上で結像する。   The light beam emitted from the video display element DS is reflected by the reflecting surface of the aspherical mirror M1, and is bent at a predetermined angle. The light beam reflected by the reflecting surface of the aspherical mirror M1 passes through the cemented lens L10 and the first to third free-form surface lenses L21 to L23 and is reflected by the reflecting surface of the free-form surface mirror M2. The light beam reflected by the reflecting surface of the free-form mirror M2 forms an image on the screen (image surface I).

下の表5に、第2実施例に係る映像投写装置用光学系PL2の諸データを示す。なお、表5における面番号1〜15は、図6における面1〜15と対応している。   Table 5 below shows various data of the optical system PL2 for the image projection apparatus according to the second example. The surface numbers 1 to 15 in Table 5 correspond to the surfaces 1 to 15 in FIG.

(表5)
(全体諸元)
Fナンバー 2.3
画像表示エリア 4.93[mm]×3.70[mm]
スクリーン 270[mm]×202.5[mm]

(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)
物体面 ∞ 1.410000
1 ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2 ∞ 10.000000 1.51872 64.0
3 ∞ 10.248448
4*A -73.09341 -11.000000 反射面
5 -12.32593 -3.880976 1.49845 81.1
6 17.21008 -1.000000 1.67718 37.9
7 170.54732 -6.981641
8(絞り) ∞ -1.000000
9*F ∞ -4.732251 1.53340 55.3
10*F ∞ -6.000000
11*F ∞ -5.000000 1.53340 55.3
12*F ∞ -5.405131
13*F ∞ -5.000000 1.53340 55.3
14*F ∞ -40.000000
15*F ∞ 200.000000 反射面
像面 ∞
(Table 5)
(Overall specifications)
F number 2.3
Image display area 4.93 [mm] x 3.70 [mm]
Screen 270 [mm] x 202.5 [mm]

(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index (e-line) Abbe number (νe)
Object plane ∞ 1.410000
1 ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2 ∞ 10.000000 1.51872 64.0
3 ∞ 10.248448
4 * A -73.09341 -11.000000 Reflecting surface
5 -12.32593 -3.880976 1.49845 81.1
6 17.21008 -1.000000 1.67718 37.9
7 170.54732 -6.981641
8 (Aperture) ∞ -1.000000
9 * F ∞ -4.732251 1.53340 55.3
10 * F ∞ -6.000000
11 * F ∞ -5.000000 1.53340 55.3
12 * F ∞ -5.405131
13 * F ∞ -5.000000 1.53340 55.3
14 * F ∞ -40.000000
15 * F ∞ 200.000000 Reflection surface Image surface ∞

表5のレンズデータにおいて、第4面〜第7面は光学素子群G1のレンズ面または反射面であり、その中で、第4面が回転対称な非球面ミラーM1の反射面となっている。下の表6に、第4面の非球面係数を示す。   In the lens data in Table 5, the fourth surface to the seventh surface are lens surfaces or reflecting surfaces of the optical element group G1, and among these, the fourth surface is a reflecting surface of the rotationally symmetric aspherical mirror M1. . Table 6 below shows the aspherical coefficients of the fourth surface.

(表6)
(非球面データ)
非球面係数 第4面
K 0.000000
A(4次) 1.802282E-06
B(6次) -2.170337E-08
C(8次) -1.719167E-10
D(10次) 1.178557E-12
E(12次) 0.000000
(Table 6)
(Aspheric data)
Aspheric coefficient 4th surface K 0.000000
A (4th) 1.802282E-06
B (6th) -2.170337E-08
C (8th) -1.719167E-10
D (10th order) 1.178557E-12
E (12th order) 0.000000

また、表5のレンズデータにおいて、第9面〜第15面は非回転対称な非球面(自由曲面)である。なお、本実施例では、第15面が自由曲面ミラーM2の反射面となっている。下の表7に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In the lens data of Table 5, the ninth to fifteenth surfaces are non-rotationally symmetric aspheric surfaces (free curved surfaces). In the present embodiment, the fifteenth surface is the reflecting surface of the free-form surface mirror M2. Table 7 below shows each term coefficient of these free-form surfaces.

(表7)
(自由曲面データ1)
各係数 第9面 第10面 第11面 第12面
c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) 0.1 6.292720E-02 0.1 -6.368413E-02
C(2,0) -3.615332E-02 -4.891854E-02 -5.392192E-02 -5.197375E-02
C(0,2) -3.320069E-02 -6.990084E-02 8.847487E-02 7.354578E-02
C(2,1) 1.116885E-02 1.316880E-02 -1.772246E-02 -1.281312E-02
C(0,3) 1.192766E-02 1.836762E-02 -6.155899E-03 1.869901E-03
C(4,0) 3.609911E-04 3.524979E-04 2.572059E-04 3.189900E-04
C(2,2) 1.598202E-03 1.390082E-03 3.211056E-03 6.739473E-04
C(0,4) 8.693220E-04 4.122332E-04 2.617272E-03 3.427012E-04
C(4,1) 1.381821E-04 2.112115E-04 -1.749671E-04 -1.424435E-04
C(2,3) 2.282880E-04 4.394939E-06 -6.508579E-04 -5.082844E-05
C(0,5) 3.867255E-05 -9.873252E-05 -1.812487E-04 -3.073041E-05
C(6,0) 3.478526E-06 4.075746E-07 -1.836645E-06 -1.984394E-05
C(4,2) -4.067949E-06 -7.353821E-05 7.520969E-05 -7.914945E-06
C(2,4) -1.269135E-05 -1.119612E-04 6.764676E-05 -7.369728E-06
C(0,6) -1.359583E-05 -4.344457E-05 6.484832E-06 -4.427154E-06
C(6,1) -1.207197E-06 -3.428414E-06 -2.745069E-06 -1.805659E-06
C(4,3) -5.659167E-06 -3.321441E-06 -2.121549E-05 -1.887919E-06
C(2,5) -3.156474E-06 1.718841E-05 -1.216814E-05 8.724066E-07
C(0,7) 6.732389E-07 1.288942E-05 -2.528640E-07 1.081543E-06
C(8,0) 5.998389E-09 4.133237E-08 6.528619E-08 1.529932E-07
C(6,2) -1.702915E-07 9.178278E-07 2.511683E-07 -7.254361E-07
C(4,4) -8.421610E-07 1.726206E-06 2.352654E-06 1.824121E-07
C(2,6) -5.920103E-07 -1.565017E-06 4.730967E-07 -1.307629E-07
C(0,8) 1.147581E-07 -1.020064E-06 -3.529055E-07 -1.011652E-07

(自由曲面データ2)
各係数 第13面 第14面 第15面
c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) -0.15 6.542861E-02 0.000000
C(2,0) 7.013365E-02 5.150467E-02 -1.682587E-02
C(0,2) -5.129239E-02 -6.106159E-02 -1.831473E-03
C(2,1) 1.486557E-02 9.423129E-03 -7.637709E-04
C(0,3) 2.644636E-03 -3.414861E-03 -1.304184E-04
C(4,0) 5.673193E-04 -1.715218E-05 2.128705E-05
C(2,2) -3.079970E-04 -4.230305E-04 -1.860871E-05
C(0,4) 1.534514E-04 2.885222E-04 -5.734691E-06
C(4,1) 2.254569E-04 7.746436E-05 2.113120E-06
C(2,3) -2.155945E-04 -2.277955E-04 5.609346E-08
C(0,5) -6.093225E-05 -3.039918E-05 -1.216970E-07
C(6,0) -2.837928E-05 -7.073378E-06 -1.160682E-08
C(4,2) 3.091759E-05 1.569996E-05 6.896226E-08
C(2,4) -7.405109E-06 -8.466278E-06 4.045339E-08
C(0,6) 1.197878E-06 3.380346E-07 -7.615827E-10
C(6,1) -2.900777E-06 -4.001654E-07 -3.686499E-09
C(4,3) -4.206543E-06 -2.593639E-06 6.306152E-10
C(2,5) 2.600197E-06 3.070324E-06 2.533680E-09
C(0,7) 1.506264E-07 3.127900E-07 2.678283E-10
C(8,0) 2.356395E-07 8.287607E-09 -6.852655E-11
C(6,2) -5.152546E-07 -1.714849E-07 -4.267118E-11
C(4,4) -3.628126E-07 -2.826291E-07 -6.442610E-11
C(2,6) 2.437144E-07 2.817377E-07 8.430543E-11
C(0,8) 2.182210E-08 9.076565E-10 -2.789703E-13
(Table 7)
(Free curved surface data 1)
Each coefficient 9th surface 10th surface 11th surface 12th surface c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) 0.1 6.292720E-02 0.1 -6.368413E-02
C (2,0) -3.615332E-02 -4.891854E-02 -5.392192E-02 -5.197375E-02
C (0,2) -3.320069E-02 -6.990084E-02 8.847487E-02 7.354578E-02
C (2,1) 1.116885E-02 1.316880E-02 -1.772246E-02 -1.281312E-02
C (0,3) 1.192766E-02 1.836762E-02 -6.155899E-03 1.869901E-03
C (4,0) 3.609911E-04 3.524979E-04 2.572059E-04 3.189900E-04
C (2,2) 1.598202E-03 1.390082E-03 3.211056E-03 6.739473E-04
C (0,4) 8.693220E-04 4.122332E-04 2.617272E-03 3.427012E-04
C (4,1) 1.381821E-04 2.112115E-04 -1.749671E-04 -1.424435E-04
C (2,3) 2.282880E-04 4.394939E-06 -6.508579E-04 -5.082844E-05
C (0,5) 3.867255E-05 -9.873252E-05 -1.812487E-04 -3.073041E-05
C (6,0) 3.478526E-06 4.075746E-07 -1.836645E-06 -1.984394E-05
C (4,2) -4.067949E-06 -7.353821E-05 7.520969E-05 -7.914945E-06
C (2,4) -1.269135E-05 -1.119612E-04 6.764676E-05 -7.369728E-06
C (0,6) -1.359583E-05 -4.344457E-05 6.484832E-06 -4.427154E-06
C (6,1) -1.207197E-06 -3.428414E-06 -2.745069E-06 -1.805659E-06
C (4,3) -5.659167E-06 -3.321441E-06 -2.121549E-05 -1.887919E-06
C (2,5) -3.156474E-06 1.718841E-05 -1.216814E-05 8.724066E-07
C (0,7) 6.732389E-07 1.288942E-05 -2.528640E-07 1.081543E-06
C (8,0) 5.998389E-09 4.133237E-08 6.528619E-08 1.529932E-07
C (6,2) -1.702915E-07 9.178278E-07 2.511683E-07 -7.254361E-07
C (4,4) -8.421610E-07 1.726206E-06 2.352654E-06 1.824121E-07
C (2,6) -5.920103E-07 -1.565017E-06 4.730967E-07 -1.307629E-07
C (0,8) 1.147581E-07 -1.020064E-06 -3.529055E-07 -1.011652E-07

(Free curved surface data 2)
Each coefficient 13th surface 14th surface 15th surface c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) -0.15 6.542861E-02 0.000000
C (2,0) 7.013365E-02 5.150467E-02 -1.682587E-02
C (0,2) -5.129239E-02 -6.106159E-02 -1.831473E-03
C (2,1) 1.486557E-02 9.423129E-03 -7.637709E-04
C (0,3) 2.644636E-03 -3.414861E-03 -1.304184E-04
C (4,0) 5.673193E-04 -1.715218E-05 2.128705E-05
C (2,2) -3.079970E-04 -4.230305E-04 -1.860871E-05
C (0,4) 1.534514E-04 2.885222E-04 -5.734691E-06
C (4,1) 2.254569E-04 7.746436E-05 2.113120E-06
C (2,3) -2.155945E-04 -2.277955E-04 5.609346E-08
C (0,5) -6.093225E-05 -3.039918E-05 -1.216970E-07
C (6,0) -2.837928E-05 -7.073378E-06 -1.160682E-08
C (4,2) 3.091759E-05 1.569996E-05 6.896226E-08
C (2,4) -7.405109E-06 -8.466278E-06 4.045339E-08
C (0,6) 1.197878E-06 3.380346E-07 -7.615827E-10
C (6,1) -2.900777E-06 -4.001654E-07 -3.686499E-09
C (4,3) -4.206543E-06 -2.593639E-06 6.306152E-10
C (2,5) 2.600197E-06 3.070324E-06 2.533680E-09
C (0,7) 1.506264E-07 3.127900E-07 2.678283E-10
C (8,0) 2.356395E-07 8.287607E-09 -6.852655E-11
C (6,2) -5.152546E-07 -1.714849E-07 -4.267118E-11
C (4,4) -3.628126E-07 -2.826291E-07 -6.442610E-11
C (2,6) 2.437144E-07 2.817377E-07 8.430543E-11
C (0,8) 2.182210E-08 9.076565E-10 -2.789703E-13

本実施例における各面の偏心量を下の表8に示す。なお、第4面および第15面は反射面であるので、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。また、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。   The amount of eccentricity of each surface in this example is shown in Table 8 below. Since the fourth surface and the fifteenth surface are reflection surfaces, the direction in which the light rays incident along the optical axis are reflected when the first-order term of the mathematical expression representing the surface is 0 is determined after the eccentric operation. The optical axis. Further, the decentering of the image plane is for decentering only the image plane, and the optical axis does not change.

(表8)
(偏心データ)
面番号 α回転(単位°)
第4面 -40.000
第15面 -35.000
像面 60.000
(Table 8)
(Eccentric data)
Surface number α rotation (unit: °)
4th surface -40.000
15th -35.000
Image plane 60.000

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

条件式(1) 2/MR=−0.0273[mm-1
条件式(2) |α|=40°
条件式(3) fdu/F1=1.5005
条件式(4) Nen−Nep=0.17873
条件式(5) νep−νen=43.2
Conditional expression (1) 2 / MR = −0.0273 [mm −1 ]
Conditional expression (2) | α | = 40 °
Conditional expression (3) fdu / F1 = 1.005
Conditional expression (4) Nen-Nep = 0.18773
Conditional expression (5) νep−νen = 43.2

このように本実施例では、条件式(1)〜条件式(5)を満足していることが分かる。   As described above, in this example, it is understood that the conditional expressions (1) to (5) are satisfied.

スクリーン上での結像状態と台形歪みの状態が分かるように、スポットダイアグラムを図7に示し、格子物点の二次元像シミュレーション像を図8に示す。図7は、第2実施例に係る映像投写装置用光学系PL2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。   A spot diagram is shown in FIG. 7 and a two-dimensional image simulation image of the lattice points is shown in FIG. 8 so that the imaging state on the screen and the trapezoidal distortion state can be understood. FIG. 7 is an e-line monochromatic spot diagram of the optical system PL2 for image projection apparatus according to the second embodiment. The length of the straight line displayed at the bottom of the spot diagram corresponds to 1 mm on the screen. Corresponding object point positions are the same as in the first embodiment.

図8は、表示エリアいっぱいに格子を表示させた場合の像(ディストーション)を表現している。実際の計算では、物体像と光学系の点像強度分布の畳み込み積分を計算しているので、台形歪みの状態だけではなく、解像力も表現されている。また、図8では、物体の格子線幅が約0.01mmである。そして、図7および図8より、第2実施例では、台形歪みが良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。   FIG. 8 represents an image (distortion) when a grid is displayed over the entire display area. In the actual calculation, since the convolution integral of the object image and the point image intensity distribution of the optical system is calculated, not only the trapezoidal distortion state but also the resolving power is expressed. In FIG. 8, the lattice line width of the object is about 0.01 mm. 7 and 8, it can be seen that in the second embodiment, the trapezoidal distortion is corrected well and the imaging performance is excellent.

(第3実施例)
本願の第3実施例について、図9〜図12および表9〜表13を用いて説明する。図9は第3実施例に係る映像投写装置用光学系の光路図であり、図10は第3実施例に係る映像投写装置用光学系の拡大図である。第3実施例に係る映像投写装置用光学系PL(PL3)は、光軸に沿って映像表示素子DS側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された光学面を有する光学素子群G1と、中心軸に対して非回転対称に形成されたレンズ面を有す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M2とから構成される。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 9 to 12 and Tables 9 to 13. FIG. FIG. 9 is an optical path diagram of the optical system for the image projection apparatus according to the third embodiment, and FIG. 10 is an enlarged view of the optical system for the image projection apparatus according to the third embodiment. The optical system PL (PL3) for image projection apparatus according to the third embodiment has an optical element having an optical surface that is arranged in order from the image display element DS side along the optical axis and that is rotationally symmetric with respect to the central axis. Consists of a group G1, a free-form surface lens group G2 having a lens surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis, and a free-form surface mirror M2 having a reflection surface formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis Is done.

なお、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。この平行平面板P1,P2は、表示素子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り、本発明の本質とは無関係である。また、自由曲面レンズ群G2に開口絞りSが配置されている。   Two parallel flat plates P1 and P2 are arranged in the vicinity of the video display element DS. The plane parallel plates P1 and P2 correspond to a face plate of a display element, a color synthesis prism, a PBS (polarization beam splitter), and the like, and are irrelevant to the essence of the present invention. An aperture stop S is disposed in the free-form surface lens group G2.

光学素子群G1は、非球面ミラーM1のみから構成される。非球面ミラーM1は、中心軸に対して回転対称に形成された非球面形状の反射面を有している。   The optical element group G1 includes only an aspherical mirror M1. The aspherical mirror M1 has an aspherical reflecting surface formed rotationally symmetrical with respect to the central axis.

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、密着複層型の回折光学素子L2Dと、概ね正の屈折力を有する(収束作用を有する)第1自由曲面レンズL21と、概ね負の屈折力を有する(発散作用を有する)第2自由曲面レンズL22と、概ね負の屈折力を有する(発散作用を有する)第3自由曲面レンズL23とから構成される。第1〜第3自由曲面レンズL21〜L23における入射側(物体面側)と出射側(像面側)のレンズ面は、中心軸に対して非回転対称なレンズ面形状を有している。   The free-form surface lens group G2 includes a close-contact multilayer diffractive optical element L2D arranged in order from the image display element DS side, a first free-form surface lens L21 having a substantially positive refractive power (having a converging function), The second free-form lens L22 having a negative refractive power (having a diverging action) and a third free-form surface lens L23 having a substantially negative refractive power (having a diverging action). The entrance-side (object plane side) and exit-side (image plane side) lens surfaces of the first to third free-form surface lenses L21 to L23 have lens surface shapes that are non-rotationally symmetric with respect to the central axis.

密着複層型の回折光学素子L2Dは、詳細な図示を省略するが、2枚の平面硝子板の間に、相対的に屈折率が高くて分散が小さい第1の光学材料からなる第1の格子と、当該第1の光学材料に対して相対的に屈折率が低くて分散が大きい第2の光学材料からなる第2の格子とが密着積層されて形成される。そして、第1の格子と第2の格子との界面には、レリーフ型の回折面が中心軸に対して非回転対称に形成される。また、回折光学素子L2Dは、第3実施例に係る映像投写装置用光学系PL3の入射瞳近傍に配置されている。   Although not shown in detail, the close-contact multilayer diffractive optical element L2D includes a first grating made of a first optical material having a relatively high refractive index and low dispersion between two planar glass plates. The second grating made of the second optical material having a relatively low refractive index and a large dispersion with respect to the first optical material is closely laminated. A relief type diffractive surface is formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis at the interface between the first grating and the second grating. The diffractive optical element L2D is disposed in the vicinity of the entrance pupil of the optical system PL3 for image projection apparatus according to the third example.

映像表示素子DSから射出した光束は、非球面ミラーM1の反射面で反射し、所定の角度で折り曲げられる。非球面ミラーM1の反射面で反射した光束は、回折光学素子L2Dおよび第1〜第3自由曲面レンズL21〜L23を透過して、自由曲面ミラーM2の反射面で反射する。自由曲面ミラーM2の反射面で反射した光束は、スクリーン(像面I)上で結像する。   The light beam emitted from the video display element DS is reflected by the reflecting surface of the aspherical mirror M1, and is bent at a predetermined angle. The light beam reflected by the reflecting surface of the aspherical mirror M1 passes through the diffractive optical element L2D and the first to third free-form surface lenses L21 to L23, and is reflected by the reflecting surface of the free-form surface mirror M2. The light beam reflected by the reflecting surface of the free-form mirror M2 forms an image on the screen (image surface I).

下の表9に、第3実施例に係る映像投写装置用光学系PL3の諸データを示す。なお、
第3実施例で示す表(レンズデータ)において、この中で表記されている「*D」はその面が非回転対称な回折面であることを表している。また、表9における面番号1〜16は、図10における面1〜16と対応している。
Table 9 below shows various data of the optical system PL3 for image projection apparatus according to the third example. In addition,
In the table (lens data) shown in the third embodiment, “* D” written therein indicates that the surface is a non-rotationally symmetric diffraction surface. Further, the surface numbers 1 to 16 in Table 9 correspond to the surfaces 1 to 16 in FIG.

(表9)
(全体諸元)
Fナンバー 2.3
画像表示エリア 4.93[mm]×3.70[mm]
スクリーン 270[mm]×202.5[mm]

(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)
物体面 ∞ 1.410000
1 ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2 ∞ 10.000000 1.51872 64.0
3 ∞ 10.847303
4*A -43.33824 -11.000000 反射面
5 ∞ -2.000000 1.51872 64.0
6 ∞ -0.200000 1.55952 49.7
7*D ∞ -0.200000 1.53117 34.3
8 ∞ -2.000000 1.51872 64.0
9(絞り) ∞ -5.100000
10*F ∞ -4.000000 1.53340 55.3
11*F ∞ -6.000000
12*F ∞ -4.000000 1.53340 55.3
13*F ∞ -15.314491
14*F ∞ -6.000000 1.53340 55.3
15*F ∞ -34.185509
16*F ∞ 200.000000 反射面
像面 ∞
(Table 9)
(Overall specifications)
F number 2.3
Image display area 4.93 [mm] x 3.70 [mm]
Screen 270 [mm] x 202.5 [mm]

(Lens data)
Surface number Curvature radius Surface spacing Refractive index (e-line) Abbe number (νe)
Object plane ∞ 1.410000
1 ∞ 0.650000 1.50900 62.7
2 ∞ 10.000000 1.51872 64.0
3 ∞ 10.847303
4 * A -43.33824 -11.000000 Reflective surface
5 ∞ -2.000000 1.51872 64.0
6 ∞ -0.200000 1.55952 49.7
7 * D ∞ -0.200000 1.53117 34.3
8 ∞ -2.000000 1.51872 64.0
9 (Aperture) ∞ -5.100000
10 * F ∞ -4.000000 1.53340 55.3
11 * F ∞ -6.000000
12 * F ∞ -4.000000 1.53340 55.3
13 * F ∞ -15.314491
14 * F ∞ -6.000000 1.53340 55.3
15 * F ∞ -34.185509
16 * F ∞ 200.000000 Reflection surface Image surface ∞

表9のレンズデータにおいて、第4面は回転対称な非球面ミラーM1の反射面となっている。下の表10に、第4面の非球面係数を示す。   In the lens data of Table 9, the fourth surface is the reflecting surface of the rotationally symmetric aspherical mirror M1. Table 10 below shows the aspherical coefficients of the fourth surface.

(表10)
(非球面データ)
非球面係数 第4面
K 0.000000
A(4次) 2.761640E-06
B(6次) 2.159610E-08
C(8次) -2.778690E-10
D(10次) 1.325110E-12
E(12次) 0.000000
(Table 10)
(Aspheric data)
Aspheric coefficient 4th surface K 0.000000
A (4th) 2.761640E-06
B (6th) 2.159610E-08
C (8th) -2.778690E-10
D (10th order) 1.325110E-12
E (12th order) 0.000000

また、表9のレンズデータにおいて、第10面〜第16面は非回転対称な非球面(自由曲面)である。なお、本実施例では、第16面が自由曲面ミラーM2の反射面となっている。下の表11に、これら自由曲面の各項係数を示す。   In the lens data of Table 9, the tenth to sixteenth surfaces are non-rotationally symmetric aspheric surfaces (free curved surfaces). In the present embodiment, the sixteenth surface is the reflecting surface of the free-form surface mirror M2. Table 11 below shows each term coefficient of these free-form surfaces.

(表11)
(自由曲面データ1)
各係数 第10面 第11面 第12面 第13面
c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) -8.151211E-02 -1.000000E-01 -4.362286E-02 -1.000000E-01
C(2,0) -2.227068E-02 9.003893E-03 -6.002921E-02 -8.962254E-02
C(0,2) -6.284934E-02 -7.152796E-02 5.789446E-02 5.672609E-02
C(2,1) 6.356702E-03 2.973212E-03 -1.652923E-02 -1.293117E-02
C(0,3) 3.051455E-03 8.057268E-04 -3.705245E-03 9.510320E-04
C(4,0) 4.504302E-05 4.884778E-05 3.839637E-04 6.263245E-04
C(2,2) 1.054804E-03 2.391838E-03 2.545115E-03 5.332656E-04
C(0,4) 1.758918E-04 7.227359E-04 7.686204E-04 -2.050474E-05
C(4,1) 6.187495E-05 9.992876E-05 -1.383850E-04 -1.038152E-04
C(2,3) 1.714908E-04 2.308014E-04 -1.759300E-04 1.069443E-04
C(0,5) -8.875801E-06 -7.047297E-05 -1.744002E-05 4.714347E-05
C(6,0) -5.461069E-07 -2.131669E-06 -1.058808E-06 -7.044057E-06
C(4,2) 4.444867E-06 -1.666620E-05 5.992904E-06 -2.549457E-05
C(2,4) 4.090053E-06 -2.168276E-06 1.535737E-05 -1.785519E-05
C(0,6) -1.670659E-06 -2.608708E-06 -5.245131E-06 -9.296463E-06
C(6,1) 5.407970E-07 -3.570903E-07 -1.663601E-06 -2.597312E-06
C(4,3) 3.815478E-07 -5.292924E-06 2.490008E-06 4.109555E-06
C(2,5) -2.706481E-07 -2.388027E-06 7.123487E-06 3.822084E-06
C(0,7) 4.504526E-07 1.043037E-06 -7.270444E-07 9.305858E-07
C(8,0) 1.714598E-08 2.951818E-08 2.015010E-08 2.039171E-08
C(6,2) 1.715444E-07 2.514129E-07 -1.570572E-07 -6.474252E-07
C(4,4) 1.555826E-07 -5.386862E-21 -3.880917E-07 9.106516E-07
C(2,6) -6.916797E-08 -7.886033E-08 -1.528187E-06 -9.288357E-07
C(0,8) 2.362883E-08 1.653885E-07 3.497542E-07 -8.949595E-09

(自由曲面データ2)
各係数 第14面 第15面 第16面
c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C(0,1) -1.070668E-01 -3.908875E-02 0.000000
C(2,0) 7.707403E-02 4.342214E-02 -1.312847E-02
C(0,2) -3.288645E-02 -4.571330E-02 -1.661226E-03
C(2,1) 1.260457E-02 6.792436E-03 -5.887746E-04
C(0,3) 1.690374E-03 1.305426E-04 -1.297690E-04
C(4,0) 7.658357E-04 7.733192E-05 1.247585E-05
C(2,2) 2.005835E-04 -2.172205E-04 -1.558160E-05
C(0,4) -1.047519E-04 -3.348316E-05 -6.372598E-06
C(4,1) 1.823793E-04 2.801893E-05 1.178576E-06
C(2,3) 1.759186E-05 -1.822806E-05 -1.882989E-07
C(0,5) -2.439998E-05 -3.126682E-05 -1.993496E-07
C(6,0) 1.705856E-05 9.393517E-07 -8.966307E-09
C(4,2) 3.589583E-05 9.431397E-06 4.145007E-08
C(2,4) 3.343790E-06 2.818633E-06 1.634530E-08
C(0,6) 1.058225E-06 9.804789E-07 -4.140721E-09
C(6,1) 3.309285E-06 -3.221474E-07 -1.320675E-09
C(4,3) 2.844258E-06 -1.983188E-07 8.399838E-10
C(2,5) 2.493830E-07 5.749357E-07 1.284779E-09
C(0,7) 3.351893E-08 3.604318E-08 -4.052271E-11
C(8,0) -7.132181E-08 -1.910213E-08 1.782195E-12
C(6,2) 2.221546E-07 -5.281545E-08 -4.828478E-11
C(4,4) 1.502272E-08 -1.165786E-07 1.920646E-11
C(2,6) 6.344319E-10 3.117683E-08 2.946707E-11
C(0,8) -2.126928E-09 -1.212857E-08 -1.652437E-12
(Table 11)
(Free curved surface data 1)
Each coefficient 10th surface 11th surface 12th surface 13th surface c 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) -8.151211E-02 -1.000000E-01 -4.362286E-02 -1.000000E-01
C (2,0) -2.227068E-02 9.003893E-03 -6.002921E-02 -8.962254E-02
C (0,2) -6.284934E-02 -7.152796E-02 5.789446E-02 5.672609E-02
C (2,1) 6.356702E-03 2.973212E-03 -1.652923E-02 -1.293117E-02
C (0,3) 3.051455E-03 8.057268E-04 -3.705245E-03 9.510320E-04
C (4,0) 4.504302E-05 4.884778E-05 3.839637E-04 6.263245E-04
C (2,2) 1.054804E-03 2.391838E-03 2.545115E-03 5.332656E-04
C (0,4) 1.758918E-04 7.227359E-04 7.686204E-04 -2.050474E-05
C (4,1) 6.187495E-05 9.992876E-05 -1.383850E-04 -1.038152E-04
C (2,3) 1.714908E-04 2.308014E-04 -1.759300E-04 1.069443E-04
C (0,5) -8.875801E-06 -7.047297E-05 -1.744002E-05 4.714347E-05
C (6,0) -5.461069E-07 -2.131669E-06 -1.058808E-06 -7.044057E-06
C (4,2) 4.444867E-06 -1.666620E-05 5.992904E-06 -2.549457E-05
C (2,4) 4.090053E-06 -2.168276E-06 1.535737E-05 -1.785519E-05
C (0,6) -1.670659E-06 -2.608708E-06 -5.245131E-06 -9.296463E-06
C (6,1) 5.407970E-07 -3.570903E-07 -1.663601E-06 -2.597312E-06
C (4,3) 3.815478E-07 -5.292924E-06 2.490008E-06 4.109555E-06
C (2,5) -2.706481E-07 -2.388027E-06 7.123487E-06 3.822084E-06
C (0,7) 4.504526E-07 1.043037E-06 -7.270444E-07 9.305858E-07
C (8,0) 1.714598E-08 2.951818E-08 2.015010E-08 2.039171E-08
C (6,2) 1.715444E-07 2.514129E-07 -1.570572E-07 -6.474252E-07
C (4,4) 1.555826E-07 -5.386862E-21 -3.880917E-07 9.106516E-07
C (2,6) -6.916797E-08 -7.886033E-08 -1.528187E-06 -9.288357E-07
C (0,8) 2.362883E-08 1.653885E-07 3.497542E-07 -8.949595E-09

(Free curved surface data 2)
Each coefficient 14th surface 15th surface 16th surface c 0.000000 0.000000 0.000000
K 0.000000 0.000000 0.000000
C (0,1) -1.070668E-01 -3.908875E-02 0.000000
C (2,0) 7.707403E-02 4.342214E-02 -1.312847E-02
C (0,2) -3.288645E-02 -4.571330E-02 -1.661226E-03
C (2,1) 1.260457E-02 6.792436E-03 -5.887746E-04
C (0,3) 1.690374E-03 1.305426E-04 -1.297690E-04
C (4,0) 7.658357E-04 7.733192E-05 1.247585E-05
C (2,2) 2.005835E-04 -2.172205E-04 -1.558160E-05
C (0,4) -1.047519E-04 -3.348316E-05 -6.372598E-06
C (4,1) 1.823793E-04 2.801893E-05 1.178576E-06
C (2,3) 1.759186E-05 -1.822806E-05 -1.882989E-07
C (0,5) -2.439998E-05 -3.126682E-05 -1.993496E-07
C (6,0) 1.705856E-05 9.393517E-07 -8.966307E-09
C (4,2) 3.589583E-05 9.431397E-06 4.145007E-08
C (2,4) 3.343790E-06 2.818633E-06 1.634530E-08
C (0,6) 1.058225E-06 9.804789E-07 -4.140721E-09
C (6,1) 3.309285E-06 -3.221474E-07 -1.320675E-09
C (4,3) 2.844258E-06 -1.983188E-07 8.399838E-10
C (2,5) 2.493830E-07 5.749357E-07 1.284779E-09
C (0,7) 3.351893E-08 3.604318E-08 -4.052271E-11
C (8,0) -7.132181E-08 -1.910213E-08 1.782195E-12
C (6,2) 2.221546E-07 -5.281545E-08 -4.828478E-11
C (4,4) 1.502272E-08 -1.165786E-07 1.920646E-11
C (2,6) 6.344319E-10 3.117683E-08 2.946707E-11
C (0,8) -2.126928E-09 -1.212857E-08 -1.652437E-12

また、表9のレンズデータにおいて、第7面は非回転対称な回折面である。下の表12に、回折面の位相形状φを前述の式(A)で定義した場合における各項係数を示す。なお、第3実施例において、参照波長λ0=546.074nmとし、回折次数m=1とする
In the lens data of Table 9, the seventh surface is a non-rotationally symmetric diffraction surface. Table 12 below shows each term coefficient when the phase shape φ of the diffractive surface is defined by the above-described equation (A). In the third embodiment, the reference wavelength λ 0 = 546.074 nm and the diffraction order m = 1.

(表12)
(回折面データ)
各係数 第7面
D(2,0) -1.073977E-03
D(0,2) -3.685065E-04
D(2,1) 4.286725E-06
D(0,3) -3.211521E-05
D(4,0) 1.172544E-06
D(2,2) -5.302430E-06
D(0,4) 1.304254E-07
D(4,1) 1.195158E-06
D(2,3) 5.020064E-06
D(0,5) 5.323816E-06
D(6,0) -2.126839E-09
D(4,2) -4.454526E-07
D(2,4) 3.876746E-07
D(0,6) -5.363849E-07
D(6,1) 6.854850E-09
D(4,3) -1.847026E-07
D(2,5) -1.176489E-07
D(0,7) -9.348146E-08
D(8,0) -6.471787E-10
D(6,2) -7.235784E-09
D(4,4) -1.025453E-08
D(2,6) 8.736306E-09
D(0,8) 1.167841E-08
(Table 12)
(Diffraction surface data)
Each coefficient 7th surface
D (2,0) -1.073977E-03
D (0,2) -3.685065E-04
D (2,1) 4.286725E-06
D (0,3) -3.211521E-05
D (4,0) 1.172544E-06
D (2,2) -5.302430E-06
D (0,4) 1.304254E-07
D (4,1) 1.195158E-06
D (2,3) 5.020064E-06
D (0,5) 5.323816E-06
D (6,0) -2.126839E-09
D (4,2) -4.454526E-07
D (2,4) 3.876746E-07
D (0,6) -5.363849E-07
D (6,1) 6.854850E-09
D (4,3) -1.847026E-07
D (2,5) -1.176489E-07
D (0,7) -9.348146E-08
D (8,0) -6.471787E-10
D (6,2) -7.235784E-09
D (4,4) -1.025453E-08
D (2,6) 8.736306E-09
D (0,8) 1.167841E-08

本実施例における各面の偏心量を下の表13に示す。なお、第4面および第16面は反射面であるので、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。また、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。   Table 13 below shows the amount of eccentricity of each surface in this example. Since the fourth surface and the sixteenth surface are reflection surfaces, the direction in which light rays incident along the optical axis are reflected when the first-order term of the mathematical expression representing the surface is 0 is determined after the eccentric operation. The optical axis. Further, the decentering of the image plane is for decentering only the image plane, and the optical axis does not change.

(表13)
(偏心データ)
面番号 α回転(単位°)
第4面 -30.000
第16面 -45.000
像面 60.000
(Table 13)
(Eccentric data)
Surface number α rotation (unit: °)
4th surface -30.000
16th face -45.000
Image plane 60.000

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

条件式(1) 2/MR=−0.0461[mm-1
条件式(2) |α|=30°
条件式(6) Ne1−Ne2=0.0284
条件式(7) (NF’2−NC’2)−(NF’1−NC’1)=0.0042
条件式(8) D(2,0)/D(0,2)=2.914
Conditional expression (1) 2 / MR = −0.0461 [mm −1 ]
Conditional expression (2) | α | = 30 °
Conditional expression (6) Ne1-Ne2 = 0.0284
Conditional expression (7) (NF'2-NC'2)-(NF'1-NC'1) = 0.004
Conditional expression (8) D (2,0) / D (0,2) = 2.914

このように本実施例では、条件式(1)〜条件式(2)および条件式(6)〜条件式(8)を満足していることが分かる。   Thus, in the present Example, it turns out that conditional expression (1)-conditional expression (2) and conditional expression (6)-conditional expression (8) are satisfied.

スクリーン上での結像状態と台形歪みの状態が分かるように、スポットダイアグラムを図11に示し、格子物点の二次元像シミュレーション像を図12に示す。図11は、第3実施例に係る映像投写装置用光学系PL3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。   A spot diagram is shown in FIG. 11 and a two-dimensional image simulation image of the lattice points is shown in FIG. 12 so that the imaging state on the screen and the trapezoidal distortion state can be understood. FIG. 11 is an e-line monochromatic spot diagram of the optical system PL3 for image projection apparatus 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 the same as in the first embodiment.

図12は、表示エリアいっぱいに格子を表示させた場合の像(ディストーション)を表現している。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12では、物体の格子線幅が約0.01mmである。そして、図11および図12より、第3実施例では、台形歪みが良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。   FIG. 12 represents an image (distortion) when a grid is displayed over the entire display area. In the actual calculation, since the convolution integral of the object image and the point image intensity distribution of the optical system is calculated, not only the trapezoidal distortion state but also the resolving power is expressed. In FIG. 12, the lattice line width of the object is about 0.01 mm. 11 and 12, it can be seen that in the third example, the trapezoidal distortion is corrected well and the imaging performance is excellent.

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

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

PRJ 映像投写装置
DS 映像表示素子
PL 映像投写装置用光学系
G1 光学素子群
L10 接合レンズ
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 L2D 回折光学素子
M1 非球面ミラー M2 自由曲面ミラー
Q 設置面
PRJ image projection device DS image display element PL optical system for image projection device G1 optical element group L10 cemented 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 L2D diffractive optical element M1 Aspherical mirror M2 Free-form surface mirror Q Installation surface

Claims (8)

映像表示素子に表示された映像を拡大して所定の投写面に斜め方向から投写する映像投写装置用光学系であって、
光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、光学素子群と、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を有す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自由曲面ミラーとを備え、
前記光学素子群は、中心軸に対して回転対称に形成された非球面形状の反射面を有する非球面ミラーを有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする映像投写装置用光学系。
−0.10<2/MR<−0.01
20°<|α|<45°
但し、
MR:前記非球面ミラーの反射面の中心曲率半径、
α:前記映像表示素子と前記非球面ミラーとの間の光軸と前記非球面ミラーの中心軸とのなす角。
An optical system for an image projection apparatus that enlarges an image displayed on an image display element and projects the image on a predetermined projection surface from an oblique direction,
An optical element group arranged in order from the image display element side along the optical axis, a free-form surface lens group having a free-form surface lens formed non-rotationally symmetric with respect to the center axis, and non-rotation with respect to the center axis With a free-form surface mirror formed symmetrically,
The optical element group has an aspherical mirror having an aspherical reflecting surface formed rotationally symmetrical with respect to the central axis ,
An optical system for an image projection apparatus, characterized by satisfying the following conditional expression:
−0.10 <2 / MR <−0.01
20 ° <| α | <45 °
However,
MR: radius of curvature of the reflection surface of the aspherical mirror,
α: An angle formed by the optical axis between the image display element and the aspherical mirror and the central axis of the aspherical mirror.
映像表示素子に表示された映像を拡大して所定の投写面に斜め方向から投写する映像投写装置用光学系であって、An optical system for an image projection apparatus that enlarges an image displayed on an image display element and projects the image on a predetermined projection surface from an oblique direction,
光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、光学素子群と、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を有す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自由曲面ミラーとを備え、An optical element group arranged in order from the image display element side along the optical axis, a free-form surface lens group having a free-form surface lens formed non-rotationally symmetric with respect to the center axis, and non-rotation with respect to the center axis With a free-form surface mirror formed symmetrically,
前記光学素子群は、光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、中心軸に対して回転対称に形成された非球面形状の反射面を有する非球面ミラーと、中心軸に対して回転対称に形成された凸レンズと凹レンズとを貼り合わせてなる正屈折力の接合レンズとからなり、The optical element group is arranged in order from the image display element side along the optical axis, an aspherical mirror having an aspherical reflecting surface formed rotationally symmetrically with respect to the central axis, and the central axis It consists of a cemented lens with positive refractive power formed by bonding a convex lens and a concave lens formed in a rotational symmetry,
以下の条件式を満足することを特徴とする映像投写装置用光学系。An optical system for an image projection apparatus, characterized by satisfying the following conditional expression:
1.00<fdu/F1<2.001.00 <fdu / F1 <2.00
但し、However,
fdu:前記接合レンズの焦点距離、fdu: focal length of the cemented lens,
F1:前記光学素子群の合成焦点距離。F1: The combined focal length of the optical element group.
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項2に記載の映像投写装置用光学系。
0.10<Nen−Nep<0.30
20<νep−νen<50
但し、
Nep:前記凸レンズの材料のe線に対する屈折率、
Nen:前記凹レンズの材料のe線に対する屈折率、
νep:前記凸レンズの材料のe線に対するアッベ数、
νen:前記凹レンズの材料のe線に対するアッベ数。
The optical system for an image projection apparatus according to claim 2 , wherein the following conditional expression is satisfied.
0.10 <Nen-Nep <0.30
20 <νep−νen <50
However,
Nep: refractive index of the convex lens material with respect to e-line,
Nen: Refractive index with respect to e-line of the material of the concave lens,
νep: Abbe number for the e-line of the material of the convex lens,
νen: Abbe number for the e-line of the material of the concave lens.
前記自由曲面レンズ群は、光軸に沿って前記映像表示素子側から順に並んだ、回折光学素子と、前記自由曲面レンズとからなることを特徴とする請求項1に記載の映像投写装置用光学系。 The optical system for an image projection apparatus according to claim 1 , wherein the free-form surface lens group includes a diffractive optical element and the free-form surface lens, which are arranged in order from the image display element side along an optical axis. system. 前記回折光学素子は、相対的に屈折率が高くて分散が小さい第1の光学材料と、前記第1の光学材料に対して相対的に屈折率が低くて分散が大きい第2の光学材料とを用いて形成された、密着複層型の回折光学素子であり、
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項4に記載の映像投写装置用光学系。
Ne1−Ne2≧0.010
(NF’2−NC’2)−(NF’1−NC’1)≧0.0015
但し、
Ne1:前記第1の光学材料のe線に対する屈折率、
NF’1:前記第1の光学材料のF’線に対する屈折率、
NC’1:前記第1の光学材料のC’線に対する屈折率、
Ne2:前記第2の光学材料のe線に対する屈折率、
NF’2:前記第2の光学材料のF’線に対する屈折率、
NC’2:前記第2の光学材料のC’線に対する屈折率。
The diffractive optical element includes a first optical material having a relatively high refractive index and a small dispersion, and a second optical material having a relatively low refractive index and a large dispersion relative to the first optical material; It is a contact multilayer type diffractive optical element formed using
The optical system for an image projection apparatus according to claim 4 , wherein the following conditional expression is satisfied.
Ne1-Ne2 ≧ 0.010
(NF'2-NC'2)-(NF'1-NC'1) ≥0.0015
However,
Ne1: Refractive index of the first optical material with respect to e-line,
NF′1: the refractive index of the first optical material with respect to the F ′ line,
NC′1: Refractive index with respect to the C ′ line of the first optical material,
Ne2: Refractive index with respect to e-line of the second optical material,
NF′2: Refractive index of the second optical material with respect to the F ′ line,
NC'2: Refractive index with respect to the C 'line of the second optical material.
前記回折光学素子は、前記映像投写装置用光学系の入射瞳近傍に配置され、
前記回折光学素子の回折面は、中心軸に対して非回転対称に形成されることを特徴とする請求項4または5に記載の映像投写装置用光学系。
The diffractive optical element is disposed in the vicinity of an entrance pupil of the optical system for the image projection device,
6. The optical system for an image projection apparatus according to claim 4, wherein the diffractive surface of the diffractive optical element is formed non-rotationally symmetric with respect to the central axis.
前記映像表示素子と前記非球面ミラーとの間の光軸および前記非球面ミラーと前記自由曲面ミラーとの間の光軸を通る平面に沿って、前記非球面ミラーと前記自由曲面ミラーとの間の光軸と垂直な座標軸をy軸とし、前記非球面ミラーと前記自由曲面ミラーとの間の光軸およびy軸と垂直な座標軸をx軸として、前記回折光学素子の回折面と光軸との交点を原点とするローカル座標系(x,y)を定義し、前記回折光学素子の回折面の位相形状をφとし、参照波長をλ0とし、回折次数をmとし、0を含む自然数をiおよびjとし、xおよびyを含む多項式の係数をD(i,j)として、前記回折光学素子の回折面の位相形状を次式
Figure 0005987459
のように表したとき、次式
Figure 0005987459
の条件を満足することを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の映像投写装置用光学系。
Between the aspherical mirror and the free-form surface mirror along a plane passing through the optical axis between the image display element and the aspherical mirror and the optical axis between the aspherical mirror and the free-form surface mirror And the coordinate axis perpendicular to the optical axis is the y-axis, the optical axis between the aspherical mirror and the free-form surface mirror and the coordinate axis perpendicular to the y-axis are the x-axis, and the diffractive surface and the optical axis of the diffractive optical element Is defined as a local coordinate system (x, y) with the origin as an origin, the phase shape of the diffraction surface of the diffractive optical element as φ, the reference wavelength as λ 0 , the diffraction order as m, and a natural number including 0 The phase shape of the diffractive surface of the diffractive optical element is expressed by the following equation, where i and j are the coefficients of a polynomial including x and y:
Figure 0005987459
When expressed as
Figure 0005987459
The optical system for a video projector according to claim 4 , wherein the following condition is satisfied.
所定の設置面に設置された状態で使用され、前記設置面と同じ面上または前記設置面と略平行な面上に映像を斜め方向から投写する映像投写装置であって、前記映像投写装置を構成する光学系が請求項1から7のいずれか一項に記載の映像投写装置用光学系であることを特徴とする映像投写装置。 An image projection device that is used in a state where it is installed on a predetermined installation surface and projects an image from an oblique direction on the same surface as the installation surface or a surface substantially parallel to the installation surface, the image projection device An image projection apparatus, wherein the optical system is the optical system for an image projection apparatus according to any one of claims 1 to 7 .
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