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JP2018132565A - Projection optical system and image display device - Google Patents

Projection optical system and image display device Download PDF

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JP2018132565A
JP2018132565A JP2017024384A JP2017024384A JP2018132565A JP 2018132565 A JP2018132565 A JP 2018132565A JP 2017024384 A JP2017024384 A JP 2017024384A JP 2017024384 A JP2017024384 A JP 2017024384A JP 2018132565 A JP2018132565 A JP 2018132565A
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JP
Japan
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optical system
lens
projection optical
projection
image
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JP2017024384A
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洋平 ▲高▼野
洋平 ▲高▼野
Yohei Takano
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Ricoh Industrial Solutions Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a new projection optical system that includes a dioptric system and a reflection optical system having a refractive power, and considers the influence of heat.SOLUTION: The projection optical system is a projection optical system that enlarges and projects, on a projection target surface SC, an image displayed on an image forming part V of an image display element, and comprises a dioptric system 11 including a plurality of lens groups and a reflection optical system 12. The reflection optical system includes at least one reflection optical element 12 having a refractive power; the dioptric system 11 includes one or more positive lenses P1 of one type and one or more positive lenses P2 of the other type; the positive lenses P1 are formed of a lens material satisfying the conditions (1) and (2); and the positive lenses P2 are formed of a lens material satisfying the conditions (3) and (4).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は投射光学系および画像表示装置に関する。   The present invention relates to a projection optical system and an image display device.

画像表示素子の画像形成部に表示される画像を被投射面上に拡大投影して画像表示する画像表示装置(以下「プロジェクタ」ともいう。)は、従来から種々の方式のものが知られている。画像表示素子としては、DMD(デジタル・ミラー・デバイス)や、液晶パネル等、所謂「ライトバルブ」と呼ばれるものが種々知られている。画像形成部は、ライトバルブにおいて「拡大投影される画像が表示される部分」である。
被投射面上に拡大投影される画像を以下において「投射画像あるいは拡大画像」ともいう。
投射光学系は、画像形成部に表示される画像を被投射面上に拡大して結像させる光学系であり、従来から種々のものが提案されている。被投射面は一般的には「スクリーン面」である。
投射光学系の構成として、屈折光学系と「屈折力を有する反射光学系」とを組み合わせて短い投射距離を実現するものが知られている(特許文献1〜3等)。「屈折光学系」は、複数レンズの組み合わせで構成される光学系である。屈折光学系を通った結像光束を、屈折力を有する反射光学系で被投射面側に反射させることにより投射距離を短くできる。
近来、被投射面上に拡大投影される「拡大画像の明るさ」が強く求められているが、明るい拡大画像を実現しようとすると、光源や駆動電源において不可避的に発熱が増大し、投射光学系への熱の影響も避けがたい。熱の影響で投射光学系が昇温すると、像面湾曲や色収差等が影響を受け易く、また、解像度も影響を受けて低解像度化し易い。
Various types of image display devices (hereinafter also referred to as “projectors”) that display an image displayed on the projection surface by enlarging an image displayed on the image forming unit of the image display element have been known. Yes. As the image display element, various so-called “light valves” such as DMD (digital mirror device) and liquid crystal panel are known. The image forming unit is a “portion on which an enlarged image is displayed” in the light valve.
An image that is enlarged and projected on the projection surface is also referred to as a “projected image or enlarged image” below.
The projection optical system is an optical system that enlarges and forms an image displayed on the image forming unit on the projection surface, and various types have been proposed. The projected surface is generally a “screen surface”.
As a configuration of the projection optical system, one that realizes a short projection distance by combining a refractive optical system and a “reflective optical system having refractive power” is known (Patent Documents 1 to 3, etc.). The “refractive optical system” is an optical system configured by a combination of a plurality of lenses. The projection distance can be shortened by reflecting the imaging light beam that has passed through the refractive optical system toward the projection surface by a reflective optical system having refractive power.
Recently, there is a strong demand for “brightness of the enlarged image” that is enlarged and projected onto the projection surface. However, if a bright enlarged image is to be realized, heat generation will inevitably increase in the light source and drive power source, and projection optics will increase. The influence of heat on the system is unavoidable. When the temperature of the projection optical system rises due to heat, the field curvature and chromatic aberration are easily affected, and the resolution is also affected and the resolution is easily lowered.

この発明は、屈折光学系と屈折力を有する反射光学系とを有し、熱の影響を考慮した新規な投射光学系の実現を課題とする。   An object of the present invention is to realize a novel projection optical system that has a refractive optical system and a reflective optical system having a refractive power, and that takes into consideration the influence of heat.

この発明の投射光学系は、画像表示素子の画像形成部に表示される画像を被投射面上に拡大投影する投射光学系であって、複数のレンズ群を有する屈折光学系と、反射光学系とを有し、前記反射光学系は、屈折力のある反射光学素子を少なくとも1個有し、前記屈折光学系は、2種の正レンズP1、P2をそれぞれ1枚以上有し、前記正レンズP1は、20℃〜40℃の範囲におけるD線における相対屈折率の温度係数:dndTP1、アッベ数:vdP1が、条件:
(1) 2<dndTP1
(2) 60<vdP1
を満足するレンズ材料により形成され、前記正レンズP2は、
アッベ数:vdP2が条件:
(3) 50<vdP2
を満足し、且つ、g線、F線、d線、C線に対する屈折率をそれぞれ、ng、nF、nd、nCとして、
θgF2=(ng−nF)/(nF−nC)
で定義されるθgF2と前記アッベ数:vdP2とにより、
ΔθgF2=θgF2−(−0.001618×vdP2+0.6415)
で定義されるΔθgF2が、条件:
(4) 0.004<ΔθgF2
を満足するレンズ材料により形成されている。
A projection optical system according to the present invention is a projection optical system that enlarges and projects an image displayed on an image forming unit of an image display element on a projection surface, and includes a refractive optical system having a plurality of lens groups, and a reflective optical system The reflective optical system has at least one reflective optical element having refractive power, and the refractive optical system has at least one of two types of positive lenses P1 and P2, and the positive lens P1 is a temperature coefficient of relative refractive index at the D-line in the range of 20 ° C. to 40 ° C .: dndTP1, Abbe number: vdP1.
(1) 2 <dndTP1
(2) 60 <vdP1
The positive lens P2 is formed of a lens material satisfying
Abbe number: vdP2 is the condition:
(3) 50 <vdP2
And the refractive indices for g-line, F-line, d-line, and C-line are ng, nF, nd, and nC, respectively.
θgF2 = (ng−nF) / (nF−nC)
ΘgF2 defined by the above and the Abbe number: vdP2
ΔθgF2 = θgF2 − (− 0.001618 × vdP2 + 0.6415)
ΔθgF2 defined by the condition:
(4) 0.004 <ΔθgF2
It is formed with the lens material which satisfies these.

この発明によれば、屈折光学系と屈折力を有する反射光学系とを有し、熱の影響を考慮した新規な投射光学系を実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize a novel projection optical system that has a refractive optical system and a reflective optical system having refractive power, and that takes into consideration the influence of heat.

画像表示装置の実施の1形態を説明図的に示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of an image display apparatus explanatoryly. 画像表示装置における画像形成部の1例を説明する図であるFIG. 3 is a diagram illustrating an example of an image forming unit in an image display device. 被投射面(スクリーン)における画像形成部領域における画角(F1〜F13)の位置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position of the angle of view (F1-F13) in the image formation part area | region in a to-be-projected surface (screen). 図1に示す画像表示装置に用いられる投射光学系の屈折光学系を説明する図である。It is a figure explaining the refractive optical system of the projection optical system used for the image display apparatus shown in FIG. 実施例1の投射光学系の遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a spot diagram of each angle of view at a long distance of the projection optical system of Example 1. 実施例1の投射光学系の基準距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing spot diagrams of respective angles of view at a reference distance of the projection optical system of Example 1. 実施例1の投射光学系の近距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a spot diagram of each angle of view at a short distance of the projection optical system of Example 1. 実施例1の投射光学系の昇温時での遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。It is a figure which shows the spot diagram of each view angle in the long distance at the time of the temperature rising of the projection optical system of Example 1. FIG. 画像表示装置の実施の別形態を説明図的に示す図である。It is a figure which shows explanatoryally another form of implementation of an image display apparatus. 図9に示す画像表示装置に用いられる投射光学系の屈折光学系を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the refractive optical system of the projection optical system used for the image display apparatus shown in FIG. 実施例2の投射光学系の遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a spot diagram of each angle of view at a long distance of the projection optical system of Example 2. 実施例2の投射光学系の基準距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a spot diagram of each angle of view at a reference distance of the projection optical system of Example 2. 実施例2の投射光学系の近距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing spot diagrams of respective angles of view at a short distance of the projection optical system of Example 2. 実施例2の投射光学系の昇温時での遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。It is a figure which shows the spot diagram of each angle of view in the long distance at the time of temperature rising of the projection optical system of Example 2. FIG. 画像表示装置の実施の他の別形態を説明図的に示す図である。It is a figure which shows other another form of implementation of an image display apparatus explanatoryly. 図15に示す画像表示装置に用いられる投射光学系の屈折光学系を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the refractive optical system of the projection optical system used for the image display apparatus shown in FIG. 実施例3の投射光学系の遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。It is a figure which shows the spot diagram of each view angle in the long distance of the projection optical system of Example 3. FIG. 実施例3の投射光学系の基準距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。It is a figure which shows the spot diagram of each angle of view in the reference distance of the projection optical system of Example 3. FIG. 実施例3の投射光学系の近距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。It is a figure which shows the spot diagram of each angle of view in the short distance of the projection optical system of Example 3. FIG. 実施例3の投射光学系の昇温時での遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。It is a figure which shows the spot diagram of each view angle in the long distance at the time of the temperature rising of the projection optical system of Example 3. FIG.

具体的な実施の形態を説明するのに先立って、この発明の投射光学系と画像表示装置とを説明する。
上記の如く、この発明の投射光学系は、屈折光学系と反射光学系とを有し、屈折光学系は複数のレンズ群を有し、反射光学系は「屈折力を有する反射光学素子」を少なくとも1個有する。
「複数のレンズ群を有する屈折光学系」を構成するレンズのうちに、正レンズP1と正レンズP2との2種の正レンズが、それぞれ1枚以上含まれる。即ち、正レンズP1と正レンズP2とは、一方もしくは双方が2枚以上含まれていてもよい。
正レンズP1は、以下の条件(1)、(2)を満足するレンズ材料で形成される。
(1) 2<dndTP1
(2) 60<vdP1
条件(1)における「dndTP1」は、20℃〜40℃の範囲における「D線(波長589.29nm)における相対屈折率の温度係数」であり、条件(2)における「vdP1」は、アッベ数である。
Prior to describing specific embodiments, a projection optical system and an image display apparatus of the present invention will be described.
As described above, the projection optical system of the present invention includes a refractive optical system and a reflective optical system, the refractive optical system includes a plurality of lens groups, and the reflective optical system includes a “reflective optical element having refractive power”. Have at least one.
Of the lenses constituting the “refractive optical system having a plurality of lens groups”, at least one of two types of positive lenses P1 and P2 is included. That is, one or both of the positive lens P1 and the positive lens P2 may be included.
The positive lens P1 is formed of a lens material that satisfies the following conditions (1) and (2).
(1) 2 <dndTP1
(2) 60 <vdP1
“DndTP1” in condition (1) is “temperature coefficient of relative refractive index at D line (wavelength 589.29 nm)” in the range of 20 ° C. to 40 ° C., and “vdP1” in condition (2) is Abbe number It is.

正レンズP2は、以下の条件(3)、(4)を満足するレンズ材料で形成される。
(3) 50<vdP2
(4) 0.004<ΔθgF2
条件(3)における「vdP2」は、アッベ数である。
条件(4)における「ΔθgF2」は、以下の式(A)により定義される。
The positive lens P2 is formed of a lens material that satisfies the following conditions (3) and (4).
(3) 50 <vdP2
(4) 0.004 <ΔθgF2
“VdP2” in the condition (3) is an Abbe number.
“ΔθgF2” in the condition (4) is defined by the following equation (A).

(A) ΔθgF2=θgF2−(−0.001618×vdP2+0.6415)
式(A)における「vdP2」は、上記の如く正レンズP2のレンズ材料のアッベ数である。また、「θgF2」は、正レンズP2のレンズ材料の「部分分散比」であり、該レンズ材料のg線(波長435.83nm)での屈折率:Ng、F線(波長486.13nm)での屈折率:NF、d線(波長587.56nm)での屈折率:Nd、C線(波長656.27nm)での屈折率:NC、により、以下の式(B)で定義される。
θgF2=(ng−nF)/(nF−nC)
条件(4)のパラメータ:ΔθgFは「異常分散性を表す式」としてよく知られており、縦軸に部分分散比:θgF、横軸にアッベ数:vdを取り、OHARA社のNSL7(511605)とPBM2(620363)を結ぶ直線の式と各硝種のθgFとの差を表している。
(A) ΔθgF2 = θgF2 − (− 0.001618 × vdP2 + 0.6415)
“VdP2” in the formula (A) is the Abbe number of the lens material of the positive lens P2 as described above. “ΘgF2” is the “partial dispersion ratio” of the lens material of the positive lens P2, and the refractive index of the lens material at the g-line (wavelength 435.83 nm): Ng, F-line (wavelength 486.13 nm). Is defined by the following formula (B) by refractive index: NF, refractive index at d line (wavelength: 587.56 nm): Nd, refractive index at C line (wavelength: 656.27 nm): NC.
θgF2 = (ng−nF) / (nF−nC)
Parameter (4) parameter: ΔθgF is well known as “an anomaly dispersion equation”, the vertical axis is the partial dispersion ratio: θgF, the horizontal axis is Abbe number: vd, and OHARA's NSL7 (511605) Represents the difference between the equation of a straight line connecting PBM2 and PBM2 (620363) and θgF of each glass type.

条件(3)、(4)を満足するレンズ材料は「異常分散性の高い硝材」であり、このような材料により形成される正レンズP2を「屈折光学系中に1枚以上用いる」ことにより、高度な色収差補正が可能になり、「高精細な画像を表示できる画像表示素子」を用いて「高精細なカラーの投射画像」を得ることが可能となる。
しかしながら、条件(3)、(4)を満足するレンズ材料は、一般的に「屈折率温度係数の値が負で大きな値」を持つ。このため、温度変化による「屈折力の負の変化」が大きくなる。このため正レンズP2の正の屈折力が、投射光学系の温度上昇の影響を受けて弱まる方向へ変化する。
条件(1)、(2)を満足する正レンズP1は、条件(1)を満足することにより、正の屈折力が温度上昇により増加する方向に変化する。
従って、投射光学系の温度上昇による「正レンズP2における正の屈折力の減少傾向を、正レンズP1における正の屈折力の増加傾向により相殺する」ことにより、投射光学系の解像性能を「投射光学系の温度変化に拘らず良好に維持」することが可能となる。
The lens material satisfying the conditions (3) and (4) is “a glass material with high anomalous dispersion”, and “uses one or more positive lenses P2 formed of such a material in the refractive optical system”. Therefore, advanced chromatic aberration correction can be performed, and a “high-definition color projection image” can be obtained using an “image display element capable of displaying a high-definition image”.
However, a lens material that satisfies the conditions (3) and (4) generally has “a large value with a negative refractive index temperature coefficient value”. For this reason, the “negative change in refractive power” due to temperature change increases. For this reason, the positive refractive power of the positive lens P2 changes in a direction that is weakened by the influence of the temperature increase of the projection optical system.
When the positive lens P1 that satisfies the conditions (1) and (2) satisfies the condition (1), the positive refractive power changes in a direction in which the positive refractive power increases as the temperature rises.
Therefore, the resolution performance of the projection optical system can be reduced by “cancelling the decreasing tendency of the positive refractive power in the positive lens P2 by the increasing tendency of the positive refractive power in the positive lens P1” due to the temperature rise of the projection optical system. It is possible to “maintain well” regardless of the temperature change of the projection optical system.

条件(1)ないし(4)の各パラメータは、より好ましくは、以下の条件(1A)ないし(4A)を満足するのが良い。
(1A) 3<dndTP1
(2A) 62<vdP1
(3A) 72<vdP2
(4A) 0.0048<ΔθgF2
条件(2)、(4)の各パラメータは、より好ましくは、以下の条件(2B)、(4B)を満足するのが良い。
(2B) 62<vdP1<70
(4B) 0.007<ΔθgF2 。
More preferably, the parameters of the conditions (1) to (4) satisfy the following conditions (1A) to (4A).
(1A) 3 <dndTP1
(2A) 62 <vdP1
(3A) 72 <vdP2
(4A) 0.0048 <ΔθgF2
More preferably, each parameter of the conditions (2) and (4) satisfies the following conditions (2B) and (4B).
(2B) 62 <vdP1 <70
(4B) 0.007 <ΔθgF2.

2種の正レンズP1および正レンズP2は、さらに、以下の条件(5)を満足することが好ましい。
(5) 0.1<FP2/FP1<2
条件(5)において、「FP1」は正レンズP1のd線における焦点距離、「FP2」は正レンズP2のd線における焦点距離である。
条件(5)は正レンズP1と正レンズP2の屈折力(ともに正である。)の比の好適な範囲を規制している。
投射距離が短い投射光学系による投射画像の結像は、被投射面における焦点深度が狭く、解像度の高い高精細な投射画像を結像させようとすると、高度な温度補正が必要になる。
条件(5)の下限値を下回ると、正レンズP2の屈折力に対して、正レンズP1の屈折力が相対的に小さくなり、温度上昇に伴う正レンズP2の屈折力の減少を、正レンズP1の屈折力の増加で補償することが困難となり易い。逆に、条件(5)の上限を上回ると、正レンズP2の屈折力が、正レンズP1の屈折力に対して相対的に小さくなり、温度上昇に伴う正レンズP2の屈折力の減少に対して、正レンズP1の屈折力の増加が過剰となって適正な温度補正が困難になり易く、解像性能を劣化させ易い。
It is preferable that the two types of positive lens P1 and positive lens P2 further satisfy the following condition (5).
(5) 0.1 <FP2 / FP1 <2
In condition (5), “FP1” is the focal length of the positive lens P1 at the d-line, and “FP2” is the focal length of the positive lens P2 at the d-line.
Condition (5) regulates a preferable range of the ratio of the refractive powers (both positive) of the positive lens P1 and the positive lens P2.
Imaging of a projected image by a projection optical system with a short projection distance requires a high degree of temperature correction when attempting to form a high-definition projected image with a narrow depth of focus on the projection surface and high resolution.
If the lower limit value of the condition (5) is not reached, the refractive power of the positive lens P1 becomes relatively smaller than the refractive power of the positive lens P2, and the decrease of the refractive power of the positive lens P2 due to the temperature rise is reduced. It tends to be difficult to compensate with an increase in the refractive power of P1. On the contrary, when the upper limit of the condition (5) is exceeded, the refractive power of the positive lens P2 becomes relatively small with respect to the refractive power of the positive lens P1, and the refractive power of the positive lens P2 decreases with increasing temperature. As a result, the refractive power of the positive lens P1 is excessively increased, so that proper temperature correction tends to be difficult, and resolution performance is likely to deteriorate.

条件(5)のパラメータは、より好ましくは以下の条件:
(5A) 0.1<FP2/FP1<2
を満足することが好ましい。
The parameter of the condition (5) is more preferably the following condition:
(5A) 0.1 <FP2 / FP1 <2
Is preferably satisfied.

前述のごとく、正レンズP1は1枚以上用いることができるが、条件(1)、(2)を満足するレンズ材料による正レンズP1を、低コストで実現できる「球面レンズ」として形成すると、投射光学系のコスト低減に有効であり、正レンズP1を2枚以上用いても投射光学系のコスト上昇を抑制できる。   As described above, one or more positive lenses P1 can be used. However, if the positive lens P1 made of a lens material that satisfies the conditions (1) and (2) is formed as a “spherical lens” that can be realized at low cost, projection is possible. This is effective in reducing the cost of the optical system, and even if two or more positive lenses P1 are used, an increase in the cost of the projection optical system can be suppressed.

正レンズP2は、その「20℃ないし40℃の温度範囲におけるD線に対する相対屈折率の温度係数:dndTP2が、条件:
(6) 0> dndTP2
を満足することが好ましい。
条件(1)を満足する正レンズP1とともに、条件(6)を満足する正レンズP2を用いることにより、投射距離が極めて短い「超短投射プロジェクタ」においても、温度変化による像面移動量を小さくできる。
条件(6)のパラメータは、より好ましくは、以下の条件:
(6A) −3> dndTP2
を満足することが好ましい。
The positive lens P2 has a condition that the temperature coefficient of relative refractive index with respect to the D line in the temperature range of 20 ° C. to 40 ° C .: dndTP2
(6) 0> dndTP2
Is preferably satisfied.
By using the positive lens P2 that satisfies the condition (6) together with the positive lens P1 that satisfies the condition (1), even in an “ultra-short projection projector” having an extremely short projection distance, the amount of movement of the image plane due to the temperature change is reduced. it can.
The parameter of the condition (6) is more preferably the following condition:
(6A) -3> dndTP2
Is preferably satisfied.

屈折光学系は上述の如く「複数のレンズ群」を有し、正レンズP1、正レンズP2は、基本的には、複数のレンズ群中に適宜に配置することができる。
投射光学系が光源等の熱源からの熱の影響を受けた場合、熱源と屈折光学系の位置関係により、屈折光学系内で温度が均一にならずに、レンズ群の配列方向に温度勾配が発生しやすい。このような点を鑑みると、正レンズP1と正レンズP2とは「同一のレンズ群内」に含まれることが好ましい。正レンズP1と正レンズP2とを同一のレンズ群に含めると、これらの正レンズの距離が小さくなり、温度勾配によるレンズ間の温度差が小さくなって、温度変化による性能劣化の補償を効率よく行うことができる。
なお、ここで「レンズ群」とは、1つのレンズ保持部材により保持された複数のレンズを言う。
The refractive optical system has “a plurality of lens groups” as described above, and the positive lens P1 and the positive lens P2 can basically be appropriately arranged in the plurality of lens groups.
When the projection optical system is affected by heat from a heat source such as a light source, the temperature relationship is not uniform in the refractive optical system due to the positional relationship between the heat source and the refractive optical system, and a temperature gradient is generated in the lens group arrangement direction. Likely to happen. In view of this point, it is preferable that the positive lens P1 and the positive lens P2 are included in “the same lens group”. When the positive lens P1 and the positive lens P2 are included in the same lens group, the distance between the positive lenses is reduced, the temperature difference between the lenses due to the temperature gradient is reduced, and the performance deterioration due to the temperature change is efficiently compensated. It can be carried out.
Here, the “lens group” refers to a plurality of lenses held by one lens holding member.

正レンズP1と正レンズP2とはまた、開口絞りを含むレンズ群に含めるのが良い。開口絞りを含むレンズ群内に、含まれる正レンズP1が条件(2)を満足し、正レンズP2が条件(3)、(4)を満足することにより、色収差、特に「軸状色収差」を高度に補正することができる。
一方において、開口絞りの近傍は「光束が絞られる」ことにより昇温しやすく、温度が高くなり易い。このような位置に配置される正レンズP1が条件(1)を満足することにより、投射光学系の温度変化による像面移動も高度に補正することが可能となる。
The positive lens P1 and the positive lens P2 are preferably included in a lens group including an aperture stop. When the positive lens P1 included in the lens group including the aperture stop satisfies the condition (2) and the positive lens P2 satisfies the conditions (3) and (4), chromatic aberration, particularly “axial chromatic aberration” is obtained. It can be highly corrected.
On the other hand, in the vicinity of the aperture stop, the temperature is likely to rise and the temperature is likely to increase due to “the light beam being narrowed”. When the positive lens P1 arranged at such a position satisfies the condition (1), the image plane movement due to the temperature change of the projection optical system can be highly corrected.

なお、「開口絞り位置」は、屈折光学系を通る「画像表示素子全域からの光線の束(全体光束)の太さが最も細くなる位置」をいう。   The “aperture stop position” refers to a “position where the thickness of a bundle of rays (total light flux) from the entire area of the image display element is the smallest” that passes through the refractive optical system.

正レンズP1はまた「開口絞りよりも縮小側」に配置するのが良い。開口絞りの縮小側は特に温度が高くなりやすく、正レンズP1を「開口絞りの縮小側」に配置することにより、良好な温度補償を行うことが可能となる。   The positive lens P1 is also preferably arranged on the “reduction side with respect to the aperture stop”. The temperature tends to be particularly high on the reduction side of the aperture stop, and by arranging the positive lens P1 on the “reduction side of the aperture stop”, it is possible to perform good temperature compensation.

また、正レンズP1、正レンズP2ともに「最も縮小側のレンズ群」に含めるのが良い。最も縮小側のレンズ群は照明光学系等の熱源に近くなり易く、特に高温になりやすい。正レンズP1、正レンズP2を最も縮小側のレンズ群に配置することにより、温度変化に対する性能補償が容易になる。   Both the positive lens P1 and the positive lens P2 are preferably included in the “lens group on the most reduction side”. The lens group on the most reduction side tends to be close to a heat source such as an illumination optical system, and particularly tends to be at a high temperature. By disposing the positive lens P1 and the positive lens P2 in the lens group on the most reduction side, performance compensation with respect to a temperature change becomes easy.

さらに、フォーカシングに伴い移動する「移動レンズ群」が複数ある場合に、正レンズP1、正レンズP2を移動レンズ群に設ける場合には、正レンズP1、正レンズP2を「同一の移動レンズ群」に含めることが好ましい。フォーカシングに伴いレンズ群が変位しても、正レンズP1と正レンズP2との相対的な位置関係を不変に保てるので、温度変化に伴う補正が容易になるからである。   Further, when there are a plurality of “moving lens groups” that move in accordance with focusing and the positive lens P1 and the positive lens P2 are provided in the moving lens group, the positive lens P1 and the positive lens P2 are “the same moving lens group”. Is preferably included. This is because even if the lens group is displaced due to focusing, the relative positional relationship between the positive lens P1 and the positive lens P2 can be kept unchanged, so that correction according to temperature change is facilitated.

より好ましくは、正レンズP1、正レンズP2は「フォーカシングに際して移動しないレンズ群」に配置されることが好ましい。フォーカシングに伴う変位や、位置関係の変化を考慮せずに温度補正が可能となる。   More preferably, the positive lens P1 and the positive lens P2 are preferably arranged in a “lens group that does not move during focusing”. Temperature correction can be performed without taking into account the displacement accompanying the focusing and the change in the positional relationship.

正レンズP1および正レンズP2は「金属による保持部材により保持する」ことが好ましい。正レンズP1と正レンズP2とを保持する保持部材が金属製であると、金属の持つ高い熱伝導率により、正レンズP1と正レンズP2の温度差を迅速に減少させることができ、温度変化による光学特性の補正が容易になる。   The positive lens P1 and the positive lens P2 are preferably “held by a metal holding member”. If the holding member that holds the positive lens P1 and the positive lens P2 is made of metal, the temperature difference between the positive lens P1 and the positive lens P2 can be quickly reduced due to the high thermal conductivity of the metal, and the temperature changes. It becomes easy to correct the optical characteristics.

屈折光学系とともに投射光学系を構成する反射光学系の「屈折力を持つ反射光学素子」としては「凹面ミラー」を好適に用いることができる。反射光学素子は1個に限らず、複数個用いることもできる。また「光路を屈曲する平面鏡」を投射光学系内に適宜に配置できる。反射光学素子として凹面ミラーを用いると、凹面ミラーの屈折力を屈折光学系の結像機能に組み合わせて、良好な投射画像を実現することが容易である。   A “concave mirror” can be suitably used as the “reflecting optical element having refractive power” of the reflecting optical system that constitutes the projection optical system together with the refractive optical system. The number of reflective optical elements is not limited to one, and a plurality of reflective optical elements can be used. Further, a “plane mirror that bends the optical path” can be appropriately arranged in the projection optical system. When a concave mirror is used as the reflective optical element, it is easy to realize a good projection image by combining the refractive power of the concave mirror with the imaging function of the refractive optical system.

この場合、屈折光学系により「画像形成部に表示された画像に共役な中間像」を、屈折光学系と凹面ミラーとの間に結像させ、この中間像を凹面ミラーで拡大して被投射面上に拡大画像として結像させることができる。   In this case, the refracting optical system forms an “intermediate image conjugate with the image displayed on the image forming unit” between the refracting optical system and the concave mirror, and the intermediate image is enlarged by the concave mirror to be projected. An image can be formed as an enlarged image on the surface.

屈折光学系を構成する複数のレンズ群としては、種々の構成が可能である。
屈折光学系は、例えば「縮小側から拡大側に向かって順次、第1ないし第6レンズ群を配して構成」することができ、また「縮小側から拡大側に向かって順次、第1ないし第4レンズ群を配して構成」することもできる。勿論、屈折光学系のレンズ群構成はこれらの例に限定されるものではない。
Various configurations are possible for the plurality of lens groups constituting the refractive optical system.
For example, the refractive optical system can be “configured by sequentially arranging the first to sixth lens groups from the reduction side to the enlargement side”, and “from the first to the sixth side sequentially from the reduction side to the enlargement side”. The fourth lens group may be arranged ”. Of course, the lens group configuration of the refractive optical system is not limited to these examples.

この発明の画像表示装置(プロジェクタ)は、画像表示素子の画像形成部に表示される画像を投射光学系により被投射面上に拡大投影して画像表示する画像表示装置であって、上に説明した投射光学系を用いるものである。
画像表示装置に用いる投射光学系が「屈折力を持つ反射光学素子」として1枚の凹面ミラーを用いる場合には、条件:
(7) TR<0.35
を満足することが好ましい。
条件(7)のパラメータ「TR」は、凹面ミラーと結像光線との交点のうち「被投射面と垂直な方向において被投射面までの距離が最大となる交点P」から、被投射面までの「被投射面に垂直な方向における距離:PL」と、被投射面に投射される最大画像の横幅:Wとの比:PL/Wである。
「被投射面に投射される最大画像」は、被投射面に投射される投射画像の最大のものであり、投射距離が「遠距離」のときの投射画像である。
最大画像の横幅:Wが大きいほど「投射画像のサイズ」が大きく、距離:PLが短いほど、凹面ミラーと被投射面との間隔(これを以下において「投射距離」ともいう。)が小さくなる。条件(7)を満足することにより、短い投射距離で大きな投射画像を表示できる。
An image display apparatus (projector) according to the present invention is an image display apparatus that displays an image by enlarging and projecting an image displayed on an image forming unit of an image display element on a projection surface by a projection optical system. The projection optical system used is used.
When the projection optical system used in the image display apparatus uses a single concave mirror as the “reflecting optical element having refractive power”, the conditions are:
(7) TR <0.35
Is preferably satisfied.
The parameter “TR” in the condition (7) is from the “intersection P where the distance to the projection surface is maximum in the direction perpendicular to the projection surface” among the intersection points of the concave mirror and the imaging light ray to the projection surface. The ratio of the “distance in the direction perpendicular to the projection surface: PL” to the horizontal width of the maximum image projected on the projection surface: W: PL / W.
The “maximum image projected on the projection surface” is the maximum of the projection image projected on the projection surface, and is a projection image when the projection distance is “far”.
The larger the width of the maximum image: W, the larger the “projected image size”, and the shorter the distance: PL, the smaller the distance between the concave mirror and the projection surface (hereinafter also referred to as “projection distance”). . By satisfying the condition (7), a large projection image can be displayed with a short projection distance.

なお、パラメータ:TRは、より好ましくは、以下の条件:
(7A) TR<0.30
を満足するのが良い。
画像表示装置はまた、条件:
(8) BF/Y<3.5
を満足するのがよい。
条件(8)のパラメータにおける「BF」は、投射光学系における屈折光学系の光軸と画像形成部の交点と、屈折光学系の「画像形成部に最も近いレンズ」の画像形成部との間の光軸上の距離である。
即ち、「BF」は屈折光学系の縮小側の「バックフォーカス」である。
また「Y」は、屈折光学系の光軸と画像形成部との距離の最大値である。
補足すると、屈折光学系は複数の光軸対称なレンズを有する。これら光軸対称なレンズの複数個が共通の光軸を共有するとき、共有された光軸を「屈折光学系の光軸」と称する。屈折光学系を構成する複数のレンズのうちには、他のレンズと「光軸を共有しないレンズ」が1以上存在してもよく。このような場合には、このようなレンズ以外の「光軸を共有するレンズ」により共有された光軸を「屈折光学系の光軸」とする。
条件(8)を満足させることにより、バックフォーカス(BF)を短くできることにより、投射光学系の「より小型化」が可能となる。バックフォーカスを短くすると、照明光源等の熱源に近い「最も縮小側のレンズ群」が昇温し易く、温度変化による像面移動が起こり易くなるが、正レンズP1、正レンズP2を用いることにより、温度変化による像面移動を抑えることが可能となる。
The parameter TR is more preferably the following condition:
(7A) TR <0.30
Good to be satisfied.
The image display device also has the following conditions:
(8) BF / Y <3.5
It is good to satisfy.
“BF” in the parameter of the condition (8) is between the intersection of the optical axis of the refractive optical system and the image forming unit in the projection optical system and the image forming unit of the “lens closest to the image forming unit” of the refractive optical system. On the optical axis.
That is, “BF” is “back focus” on the reduction side of the refractive optical system.
“Y” is the maximum value of the distance between the optical axis of the refractive optical system and the image forming unit.
Supplementally, the refractive optical system has a plurality of optical axis symmetric lenses. When a plurality of these optical axis symmetric lenses share a common optical axis, the shared optical axis is referred to as an “optical axis of a refractive optical system”. Among the plurality of lenses constituting the refractive optical system, there may be one or more “lenses that do not share the optical axis” with other lenses. In such a case, the optical axis shared by the “lens sharing the optical axis” other than such a lens is defined as the “optical axis of the refractive optical system”.
By satisfying the condition (8), the back focus (BF) can be shortened, so that the projection optical system can be “downsized”. When the back focus is shortened, the “most reduction lens group” close to a heat source such as an illumination light source easily rises in temperature, and the image plane easily moves due to a temperature change. However, by using the positive lens P1 and the positive lens P2, Thus, it is possible to suppress image plane movement due to temperature changes.

また、上記「Y」は、画像表示素子の「画素ピッチ:PT」とともに、条件:
(9) PT/Y<0.001
を満足することが好ましい。
条件(9)を満足するような画像表示素子は「画素ピッチ:PTが小さく」、従って、高精細な画像の表示が可能である。画素ピッチが小さいと、被投射面における焦点深度も小さくなり、温度変化による像面の変位が温度変化に敏感になるが、正レンズP1と正レンズP2とを用いることにより、上述した如く、良好な投射を実現できる。
画像表示装置はまた、条件:
(10) 10<PLQ/Y<30
を満足することが好ましい。
条件(10)のパラメータにおける「PLQ」は、屈折光学系よりも拡大側にある光学素子と結像光線との交点のうち、画像形成部に直交する方向において「画像形成部からの距離が最大となる交点Q」と画像形成部との間の「画像形成部に直交する方向」における距離であり、「Y」は、上記の如く、屈折光学系の光軸と画像形成部との距離の最大値である。
条件(10)は、投射光学系全体の好適な大きさの範囲を規定している。
上限値を上回ると、投射光学系の「屈折光学系の光軸方向のサイズ」が大きくなって、画像表示装置の大型化を招来する。条件(10)の下限を下回ると、投射光学系のサイズが小さくなり、画像表示装置のコンパクト化には有利となるが、屈折光学系を構成するレンズ群の屈折力を大きくする必要が生じ、製造感度誤差が高くなり易い。
条件(10)のパラメータは、より好ましくは以下の条件:
(10A) 10<PLQ/Y<30
を満足することが好ましい。
In addition, the above “Y” is the condition: together with “pixel pitch: PT” of the image display element.
(9) PT / Y <0.001
Is preferably satisfied.
An image display element that satisfies the condition (9) is “pixel pitch: PT is small”, and therefore, a high-definition image can be displayed. When the pixel pitch is small, the depth of focus on the projection surface is also small, and the displacement of the image plane due to the temperature change becomes sensitive to the temperature change. However, as described above, the positive lens P1 and the positive lens P2 are favorable. Can be realized.
The image display device also has the following conditions:
(10) 10 <PLQ / Y <30
Is preferably satisfied.
“PLQ” in the parameter of the condition (10) indicates that “the distance from the image forming unit is the maximum in the direction orthogonal to the image forming unit among the intersections of the optical element on the enlargement side with respect to the refractive optical system and the imaging light beam. Is the distance in the “direction perpendicular to the image forming unit” between the intersection point Q and the image forming unit, and “Y” is the distance between the optical axis of the refractive optical system and the image forming unit as described above. It is the maximum value.
Condition (10) defines a preferable size range of the entire projection optical system.
If the upper limit is exceeded, the “size of the refractive optical system in the direction of the optical axis” of the projection optical system increases, leading to an increase in the size of the image display device. If the lower limit of the condition (10) is not reached, the size of the projection optical system is reduced, which is advantageous for making the image display device compact. However, it is necessary to increase the refractive power of the lens group constituting the refractive optical system, Manufacturing sensitivity error tends to be high.
The parameter of the condition (10) is more preferably the following condition:
(10A) 10 <PLQ / Y <30
Is preferably satisfied.

以下に、画像表示装置と投射光学系の実施の形態を3例説明する。
図1、図9、図15はそれぞれ、画像表示装置の実施の形態を説明図的に示している。これらの実施の形態において用いられる投射光学系は、図の順序で、後述する投射光学系の具体的な実施例1ないし3に対応する。
繁雑を避けるため、図1、図9、図15において、混同の恐れが無いと思われるものについて符号を共通化する。
これらの図において、符号Hは「画像表示装置」を示す。符号LVは画像表示素子の「画像形成部」、符号LSは「照明光学系」、符号Fは「透明平行平板」は、符号Prは「プリズム」を示し、符号SCは「被投射面」の実体をなすスクリーンを示している。透明平行平板Fは、画像形成部LVのカバーガラス(シールガラス)を想定している。
図1における符号11、図9における符号21、図15における符号31は、それぞれ「屈折光学系」を示し、図1における符号12、図9における符号22、図15における符号32、33はそれぞれ「反射光学系」を示す。
図1、図9に示す実施の形態においては、反射光学系は1枚の凹面ミラー12、22で構成されており、図15に示す実施の形態においては、反射光学系は平面ミラー32と凹面ミラー33により構成されている。
Hereinafter, three examples of embodiments of the image display device and the projection optical system will be described.
FIG. 1, FIG. 9, and FIG. 15 each illustrate an embodiment of an image display device. The projection optical system used in these embodiments corresponds to specific Examples 1 to 3 of the projection optical system to be described later in the order shown.
In order to avoid complications, in FIGS. 1, 9, and 15, the same reference numerals are used for those that are not likely to be confused.
In these drawings, symbol H indicates “image display device”. Reference numeral LV denotes an “image forming unit” of the image display element, reference numeral LS denotes an “illumination optical system”, reference numeral F denotes a “transparent parallel plate”, reference numeral Pr denotes a “prism”, and reference numeral SC denotes a “projection surface”. It shows the screen that forms the entity. The transparent parallel flat plate F is assumed to be a cover glass (seal glass) of the image forming unit LV.
1, reference numeral 21 in FIG. 9, and reference numeral 31 in FIG. 15 indicate “refractive optical systems”, respectively. Reference numeral 12 in FIG. 1, reference numeral 22 in FIG. 9, and reference numerals 32 and 33 in FIG. Reflective optical system ".
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 9, the reflecting optical system is composed of a single concave mirror 12, 22, and in the embodiment shown in FIG. 15, the reflecting optical system is a flat mirror 32 and a concave surface. A mirror 33 is used.

さらに、図1における符号13、図9における符号23、図15における符号34はそれぞれ「防塵ガラス」を示す。   Further, reference numeral 13 in FIG. 1, reference numeral 23 in FIG. 9, and reference numeral 34 in FIG. 15 indicate “dust-proof glass”.

また、図1、図9、図15における符号Sは、屈折光学系中に配置された「開口絞り」を示す。   1, 9, and 15 indicates an “aperture stop” disposed in the refractive optical system.

図1、図9、図15に示すように直交3軸X、Y、Zを設定する。X方向は「図面に直交」する方向であり、Y方向は「図の上下方向に平行」な方向、Z方向は「図の左右方向に平行」な方向である。   Three orthogonal axes X, Y, and Z are set as shown in FIGS. The X direction is a direction “perpendicular to the drawing”, the Y direction is a direction “parallel to the vertical direction of the drawing”, and the Z direction is a direction “parallel to the horizontal direction of the drawing”.

これらの図に示すように、Z方向はスクリーンSCおよび画像形成部LVに直交する方向であり、スクリーンSCおよび画像形成部LVはXY面に平行である。   As shown in these drawings, the Z direction is a direction orthogonal to the screen SC and the image forming unit LV, and the screen SC and the image forming unit LV are parallel to the XY plane.

またこれらの図において「点P」とあるのは、上に条件(7)のパラメータに関連して説明した「凹面ミラー12、22、33と結像光線との交点のうち被投射面SCと垂直な方向において被投射面SCまでの距離が最大となる交点P」であり、この交点PとスクリーンSCとのZ方向に平行な方向の距離が「投射距離」であり、上に条件(7)のパラメータ「TR」に関連して説明した距離:PLである。
また、図1、図9、図15において「点Q」とあるのは、上に条件(10)のパラメータにおける「PLQ」に関連して説明した、屈折光学系11、21、31よりも拡大側にある光学素子と結像光線との交点のうち、画像形成部LVに直交する方向(Z方向)において「画像形成部LVからの距離が最大となる交点Q」である。
Also, in these figures, “point P” means “projected surface SC among the intersections of concave mirrors 12, 22, and 33 and the imaging light beam described above in relation to the parameter of condition (7). An intersection P where the distance to the projection surface SC is the maximum in the vertical direction is the “projection distance”, and the distance in the direction parallel to the Z direction between the intersection P and the screen SC is the condition (7 The distance described in relation to the parameter “TR” in FIG.
In FIG. 1, FIG. 9, and FIG. 15, “point Q” is larger than the refractive optical systems 11, 21, and 31 described above in relation to “PLQ” in the parameter of condition (10). Among the intersections between the optical element on the side and the imaging light beam, the “intersection Q at which the distance from the image forming unit LV is maximum” in the direction orthogonal to the image forming unit LV (Z direction).

「点Q」は、図1および図9の実施の形態においては上に説明した「点P」と合致している。図15に示す実施の形態においては、点Qは、防塵ガラス34において「結像光線が防塵ガラス34と交わる交点のうちで、画像形成部LVからZ方向の距離が最大となる交点」である。
即ち、図1、図9の実施の形態では、点Qを定める「屈折光学系よりも拡大側にある光学素子」は凹面ミラー12、22であるが、図15に示す実施の形態においては、点Qを定める「屈折光学系よりも拡大側にある光学素子」は「防塵ガラス34」である。
“Point Q” corresponds to “point P” described above in the embodiment of FIGS. In the embodiment shown in FIG. 15, the point Q is “the intersection where the imaging light ray intersects with the dust-proof glass 34 and has the maximum distance in the Z direction from the image forming unit LV” in the dust-proof glass 34. .
That is, in the embodiment of FIGS. 1 and 9, the “optical elements on the enlargement side relative to the refractive optical system” that define the point Q are the concave mirrors 12 and 22, but in the embodiment shown in FIG. The “optical element on the enlargement side with respect to the refractive optical system” that defines the point Q is the “dust-proof glass 34”.

画像表示素子は「DMD」、「透過型液晶パネル」、「反射型液晶パネル」等のライトバルブを適宜に用いることができ、その画像形成部LVに画像が表示される。
照明光学系LSは、画像表示素子が自ら発光する機能を持たない場合に、画像形成部LVに形成された画像を照明するためのものであり、画像表示素子が「発光素子の2次元アレイ」のように「生成させた画像を発光させる機能を有する自己発光方式」のものを利用する場合は不要である。
As the image display element, light valves such as “DMD”, “transmission type liquid crystal panel”, and “reflection type liquid crystal panel” can be used as appropriate, and an image is displayed on the image forming unit LV.
The illumination optical system LS is for illuminating an image formed on the image forming unit LV when the image display element does not have a function of emitting light, and the image display element is a “two-dimensional array of light emitting elements”. Thus, it is not necessary to use the “self-emission method having a function of emitting the generated image” as in FIG.

以下に説明する実施形態例では、画像表示素子として「DMD」を想定し、DMDにおける2次元的なマイクロミラーアレイにおける個々のマイクロミラーの傾きにより形成される画像を、照明光学系LSからの照明光で照明する。照明光学系LSとしては画像形成部LVを効率よく照明する機能を有するものが好ましく、また、照明をより均一にするため、例えばロッドインテグレータやフライアイインテグレータを用いることが出来る。   In the embodiment described below, “DMD” is assumed as an image display element, and an image formed by the inclination of individual micromirrors in a two-dimensional micromirror array in DMD is illuminated from illumination optical system LS. Illuminate with light. The illumination optical system LS preferably has a function of efficiently illuminating the image forming unit LV. For example, a rod integrator or a fly eye integrator can be used to make the illumination more uniform.

照明の光源としては、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、LEDなどの白色光源を用いることができ、また単色発光LED、LDなどの単色光源も用いることが出来る。   As a light source for illumination, a white light source such as an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, or an LED can be used, and a monochromatic light source such as a monochromatic light emitting LED or LD can also be used.

以下に実施の形態を説明する画像表示装置はスクリーンSCに「カラー画像」を投射するものが想定されている。   The image display apparatus that will be described below is assumed to project a “color image” on the screen SC.

図1および図9に示す画像表示装置では、3個のDMDが画像表示素子として用いられ、これら3個のDMDの画像形成部に、カラー画像の赤色成分画像、緑色画像成分、青色画像成分が形成されて表示され、これらの色画像成分が、対応する色の照明光により照明される。
各照明光は、各色画像成分により変調され、プリズムPrにより「色合成」されて結像光束として投射光学系に入射する。
図15に示す画像表示装置では、画像表示素子としては1個のDMDが用いられ、その画像形成部LVに、カラー画像の赤色成分画像、緑色画像成分、青色画像成分がサイクリックに表示され、表示される各色成分画像にタイミングを合わせて、対応する色の照明光が順次に照射される。各照明光は、各色画像成分により変調され、結像光束として投射光学系に入射する。
In the image display apparatus shown in FIGS. 1 and 9, three DMDs are used as image display elements, and a red component image, a green image component, and a blue image component of a color image are included in the image forming unit of these three DMDs. Formed and displayed, these color image components are illuminated with corresponding colored illumination light.
Each illumination light is modulated by each color image component, is “color synthesized” by the prism Pr, and enters the projection optical system as an imaging light beam.
In the image display device shown in FIG. 15, one DMD is used as an image display element, and a red component image, a green image component, and a blue image component of a color image are cyclically displayed on the image forming unit LV. Corresponding colors of illumination light are sequentially emitted in synchronization with the displayed color component images. Each illumination light is modulated by each color image component and enters the projection optical system as an imaging light beam.

結像光束は、屈折光学系11、21、31を透過し、反射光学系12、22、「32と34」により反射され、防塵ガラス13、23、34を介してスクリーンSCに向かって照射され、スクリーンSC上に「カラーの拡大画像」を結像する。図15の画像表示装置の場合は、カラーの拡大画像は、赤・緑・青の投射画像が順次に切り替わり、視覚によりカラーの拡大画像」として合成される。   The imaging light beam passes through the refractive optical systems 11, 21, and 31, is reflected by the reflective optical systems 12, 22, and “32 and 34”, and is irradiated toward the screen SC through the dust-proof glasses 13, 23, and 34. The “color enlarged image” is formed on the screen SC. In the case of the image display device of FIG. 15, the enlarged image of the color is sequentially switched as the projected image of red, green, and blue, and is visually synthesized as a “color enlarged image”.

ここで、画像表示素子における「画像形成部」と、被投射面の実体をなすスクリーンの画像表示領域につき、図2と図3を参照して説明する。
図2は、画像表示素子の画像形成部LVを示している。図において、X、Yの各方向は、上に説明した如くであり、図2の図面に直交する方向がZ方向であって、このZ方向は屈折光学系の光軸に平行な方向であり、図の如く図面に直交する「光軸」を、XY面の原点としている。
画像形成部LVは図示の如く、X方向に長い矩形形状であり、その中心(画像形成部中心)は、図の如く、Y方向の正の方向(図の上方)へ光軸位置からシフトしている。
図における「光軸」と画像形成部LVとの距離のうちで最大になる距離が条件(9)および(10)における「Y」であり、この距離「Y」は、Y方向とは関わりない。
図3は、スクリーン上における「画像形成部領域」を説明図的に示している。画像形成部領域は、図2に示す画像形成部LVを拡大したものであるから、画像形成部と相似形状であるが、その大きさは「投射光学系による拡大倍率」により異なる。
Here, the “image forming unit” in the image display element and the image display area of the screen that forms the substance of the projection surface will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 shows the image forming unit LV of the image display element. In the figure, the X and Y directions are as described above, and the direction orthogonal to the drawing of FIG. 2 is the Z direction, which is parallel to the optical axis of the refractive optical system. As shown, the “optical axis” orthogonal to the drawing is the origin of the XY plane.
As shown in the figure, the image forming portion LV has a rectangular shape that is long in the X direction, and its center (image forming portion center) is shifted from the optical axis position in the positive direction in the Y direction (upward in the drawing) as shown. ing.
The maximum distance among the distances between the “optical axis” and the image forming unit LV in the drawing is “Y” in the conditions (9) and (10), and this distance “Y” is not related to the Y direction. .
FIG. 3 illustrates the “image forming area” on the screen in an explanatory manner. Since the image forming unit region is an enlargement of the image forming unit LV shown in FIG. 2, the image forming unit region has a similar shape to the image forming unit, but the size differs depending on the “magnification magnification by the projection optical system”.

画像形成部領域内に、図の如く代表的な13点、F1〜F13を定め、これらを画角F1〜F13と呼ぶ。   As shown in the figure, typical 13 points, F1 to F13, are defined in the image forming area, and these are called view angles F1 to F13.

「投射光学系の実施例」
以下、図1、図9、図15に実施の形態を示した画像表示装置に用いられている投射光学系の具体例を実施例1ないし3として説明する。
これら実施例1ないし3の投射光学系に用いられている屈折光学系11、21、31はいずれも複数の光軸回転対称なレンズで構成され、すべてのレンズは図中に示すように「光軸を共有」している。
"Example of projection optical system"
Hereinafter, specific examples of the projection optical system used in the image display apparatus shown in FIGS. 1, 9, and 15 will be described as Examples 1 to 3.
Each of the refractive optical systems 11, 21, and 31 used in the projection optical systems of Examples 1 to 3 is composed of a plurality of rotationally symmetric lenses, and all the lenses are “light” as shown in the figure. "Sharing axes".

実施例1と実施例2では、反射光学系として「1枚の凹面ミラー」が用いられ、実施例3で反射光学系として「1枚の平面ミラーと1枚の凹面ミラー」が用いられている。   In Example 1 and Example 2, “one concave mirror” is used as the reflecting optical system, and “one plane mirror and one concave mirror” is used as the reflecting optical system in Example 3. .

実施例1における屈折光学系の構成と、遠距離側から近距離側へのフォーカシングの伴うレンズ群の変位を図4に示す。
また、実施例2における屈折光学系の構成と、遠距離側から近距離側へのフォーカシングの伴うレンズ群の変位を図10に、実施例3における屈折光学系の構成と、遠距離側から近距離側へのフォーカシングの伴うレンズ群の変位を図16に示す。
繁雑を避けるため、これらの図4、図10、図16において、混同の恐れが無いと思われるものにつき符号を共通化する。これらの図の左方が「縮小側」、右方が「拡大側」
である。符号LVは前述の如く画像形成部、符号BFは、前述の条件(8)におけるBF(屈折光学系のバクフォーカス)である。
符号I〜VIにより、順次、第1レンズ群Iないし第6レンズ群VIを表す。実施例1と実施例2では、屈折光学系は第1〜第6レンズ群I〜VIで構成され、実施例3では、第1〜第4レンズ群I〜IVによって屈折光学系が構成されている。
符号P1により正レンズP1を表し、符号P2により正レンズP2を表す。
FIG. 4 shows the configuration of the refractive optical system in Example 1 and the displacement of the lens group accompanying focusing from the long distance side to the short distance side.
FIG. 10 shows the configuration of the refractive optical system in Example 2 and the displacement of the lens unit accompanying focusing from the long distance side to the short distance side. FIG. 10 shows the configuration of the refractive optical system in Example 3 and the distance from the long distance side to the near side. FIG. 16 shows the displacement of the lens group accompanying focusing on the distance side.
In order to avoid complication, in FIG. 4, FIG. 10, and FIG. 16, the same symbols are used for those that are considered not to be confused. The left side of these figures is “reduction side”, and the right side is “enlargement side”
It is. Reference numeral LV represents the image forming unit as described above, and reference numeral BF represents BF (back focus of the refractive optical system) under the above condition (8).
The first lens group I to the sixth lens group VI are sequentially represented by reference numerals I to VI. In Example 1 and Example 2, the refractive optical system is configured by the first to sixth lens groups I to VI, and in Example 3, the refractive optical system is configured by the first to fourth lens groups I to IV. Yes.
The positive lens P1 is represented by the symbol P1, and the positive lens P2 is represented by the symbol P2.

実施例に関する以下の説明において、記号の意味は以下の通りである。
f:全系の焦点距離
NA:開口数
ω:半画角(deg)
R:曲率半径(非球面にあっては近軸曲率半径)
D:面間隔
Nd:屈折率
νd:アッベ数
K:非球面の円錐定数
Ai:i次の非球面定数
C:近軸曲率(近軸曲率半径の逆数)
Cj:自由曲面係数 。
In the following description regarding the examples, the meanings of the symbols are as follows.
f: Focal length of the entire system
NA: Numerical aperture
ω: Half angle of view (deg)
R: radius of curvature (for aspheric surfaces, the paraxial radius of curvature)
D: Surface spacing
Nd: Refractive index
νd: Abbe number
K: Aspherical conical constant
Ai: i-th aspherical constant
C: Paraxial curvature (reciprocal of paraxial radius of curvature)
Cj: free-form surface coefficient.

実施例1と実施例2では、反射光学系をなす凹面ミラーの面形状に「非球面」が用いられ、実施例3においては、反射光学系中の凹面ミラーの面形状に「自由曲面」が用いられている。
「非球面の形状」は、近軸曲率:C、軸からの高さ:H、円錐定数:K、各次数の非球面係数:Aiを用い、ξを「軸方向における非球面量」として、周知の式:
ξ=CH/[1+√(1−(1+K)C)]+ΣAiH
により表し、C、K、Aiを与えて形状を特定する。
「自由曲面の形状」は、近軸曲率:C、軸からの高さ:H、円錐定数:K、自由曲面係数:Cjを用い、ηを光軸方向における自由曲面量として、周知の式:
η=CH/[1+√(1−(1+K)C)]+ΣCjx
により表す。
xおよびyは、自由曲面上で(H=0)を「原点」とする凹面ミラーに固定した座標系の座標位置を表し、自由曲面係数:Cjにおける「j」は、
j=[{(m+n)+m+3n}/2]+1
で定義される。
近軸曲率半径と円錐定数、自由曲面係数を与えることにより自由曲面の形状を特定する。なお、以下において、長さの次元を有する量に関して、特に断らない限り単位は「mm」である。
「実施例1」
実施例1の投射光学系における屈折光学系は、図4に示す如く、画像形成部LV側から拡大側に向かって順次に、正の屈折力を有する第1レンズ群Iと、正の屈折力を有する第2レンズ群IIと、正の屈折力を有する第3レンズ群IIIと、正の屈折力を有する第4レンズ群IVと、負の屈折力を有する第5レンズ群Vと、負の屈折力を有する第6レンズ群VIを有してなる。屈折光学系の拡大側に、図1の如く凹面ミラー21が配置されている。
遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際しては、第2レンズ群IIと第4レンズ群IV、第5レンズ群Vが画像形成部LV側に移動し、第3レンズ群IIIが拡大側に移動する。第1レンズ群Iと第6レンズ群VIとはフォーカシングに際し、移動しない。
In Example 1 and Example 2, “aspherical surface” is used as the surface shape of the concave mirror forming the reflective optical system, and in Example 3, “free curved surface” is used as the surface shape of the concave mirror in the reflective optical system. It is used.
“Aspherical shape” is a paraxial curvature: C, height from axis: H, conic constant: K, aspheric coefficient of each order: Ai, and ξ as “aspheric amount in axial direction” Well-known formula:
ξ = CH 2 / [1 + √ (1− (1 + K) C 2 H 2 )] + ΣAiH i
The shape is specified by giving C, K, and Ai.
“The shape of the free-form surface” is a well-known formula using paraxial curvature: C, height from the axis: H, conic constant: K, free-form surface coefficient: Cj, and η as the amount of free-form surface in the optical axis direction:
η = CH 2 / [1 + √ (1- (1 + K) C 2 H 2)] + ΣCjx m y n
Is represented by
x and y represent the coordinate position of the coordinate system fixed on the concave mirror with “H = 0” as the “origin” on the free-form surface, and “j” in the free-form surface coefficient Cj is
j = [{(m + n) 2 + m + 3n} / 2] +1
Defined by
The shape of the free-form surface is specified by giving the paraxial radius of curvature, the conic constant, and the free-form surface coefficient. In the following, regarding the quantity having the dimension of length, the unit is “mm” unless otherwise specified.
"Example 1"
As shown in FIG. 4, the refractive optical system in the projection optical system of Example 1 includes a first lens group I having a positive refractive power and a positive refractive power in order from the image forming unit LV side to the enlargement side. A second lens group II having positive refractive power, a third lens group III having positive refractive power, a fourth lens group IV having positive refractive power, a fifth lens group V having negative refractive power, and a negative A sixth lens unit VI having refractive power is included. A concave mirror 21 is arranged on the enlargement side of the refractive optical system as shown in FIG.
When focusing from the long distance side to the short distance side, the second lens group II, the fourth lens group IV, and the fifth lens group V move to the image forming unit LV side, and the third lens group III moves to the enlargement side. To do. The first lens group I and the sixth lens group VI do not move during focusing.

第1レンズ群Iは縮小側から順に、両凸レンズ、両面非球面両凸レンズと、「両凸レンズと両凹レンズと正メニスカスレンズを接合した3枚接合レンズ」と、両面非球面両凸レンズと、「負メニスカスレンズと両凸レンズを接合した接合レンズ」と、開口絞りと、「負メニスカスレンズと拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズを接合した接合レンズ」と、「正メニスカスレンズと両凹レンズを接合した接合レンズ」を配してなる。   The first lens group I includes, in order from the reduction side, a biconvex lens, a double-sided aspherical biconvex lens, a “three-piece cemented lens in which a biconvex lens, a biconcave lens, and a positive meniscus lens are cemented”, a double-sided aspherical biconvex lens, A cemented lens in which a meniscus lens and a biconvex lens are cemented, an aperture stop, a cemented lens in which a negative meniscus lens and a biconvex lens having a stronger convex surface on the enlargement side are cemented, and a positive meniscus lens and a biconcave lens are cemented. "Joint lens" is arranged.

第1レンズ群Iにおける上記「3枚接合レンズ」の拡大側の正メニスカスレンズが正レンズP1であり、上記開口絞りの縮小側の接合レンズにおける両凸レンズが正レンズP1である。   The positive meniscus lens on the magnification side of the “three-piece cemented lens” in the first lens group I is the positive lens P1, and the biconvex lens in the cemented lens on the reduction side of the aperture stop is the positive lens P1.

第2レンズ群IIは「両凸レンズと両凹レンズを接合した接合レンズ」によりなり、第3レンズ群IIIは、「両凸レンズと「正メニスカスレンズと負メニスカスレンズを接合した接合レンズ」とからなり、第4レンズ群IVは、両面非球面正メニスカスレンズ1枚からなり、第5レンズ群Vは両凸レンズと、負メニスカスレンズと、両面非球面両凹レンズとからなり、第6レンズ群VIは1枚の両凹レンズからなる。   The second lens group II is composed of “a cemented lens in which a biconvex lens and a biconcave lens are cemented”, and the third lens group III is composed of “a biconvex lens and“ a cemented lens in which a positive meniscus lens and a negative meniscus lens are cemented ”. The fourth lens group IV includes one double-sided aspherical positive meniscus lens, the fifth lens group V includes a biconvex lens, a negative meniscus lens, and a double-sided aspherical biconcave lens, and the sixth lens group VI includes one sheet. It consists of a biconcave lens.

以下に、投射光学系の実施例1のデータを示す。
開口数:0.2273
実施例1のデータを表1に示す。一番左側の欄に示す「面番号」は、画像形成部LVを面番号1とし、以下、透明平行平板F、プリズムPrの面を面番号2〜5としている。面番号6が屈折光学系の最も縮小側のレンズ面である。この点は、以下の実施例2においても同様である。
The data of Example 1 of the projection optical system is shown below.
Numerical aperture: 0.2273
The data of Example 1 is shown in Table 1. The “surface number” shown in the leftmost column is the surface number 1 for the image forming unit LV, and the surface numbers 2 to 5 are the surfaces of the transparent parallel flat plate F and the prism Pr. Surface number 6 is the lens surface on the most reduction side of the refractive optical system. This also applies to Example 2 below.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

「フォーカシングに伴う可変間隔」
近距離、基準距離(基準と表示)、遠距離におけるフォーカシングに伴う可変間隔を表2に示す。
“Variable intervals with focusing”
Table 2 shows variable intervals associated with focusing at short distance, reference distance (reference and display), and long distance.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

「非球面データ」
非球面は、上記データ中の面番号に「*印」を付した面であり(この点は以下の他の実施例でも同様である。)、そのデータを表3に示す。
"Aspherical data"
An aspherical surface is a surface obtained by adding “*” to the surface number in the above data (this is the same in other examples below), and the data is shown in Table 3.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

上記の表記において、例えば「2.8853E-10」は、「2.8853×10-10」を意味する。以下においても同様である。 In the above notation, for example, “2.8853E-10” means “2.8853 × 10 −10 ”. The same applies to the following.

「パラメータ:TRの値」
投射距離に対するパラメータ:TRの値を表4に示す。
"Parameter: TR value"
Table 4 shows the parameter TR with respect to the projection distance.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

実施例1において、画像形成部LVの仕様は以下の通りである。   In the first embodiment, the specification of the image forming unit LV is as follows.

ドットサイズ:5.4μm
横方向(X方向)長さ:14.6664mm
縦方向(Y方向)長さ:8.2512mm
光軸から画像形成部中心へのY方向の距離(シフト量):5.5256mm 。
Dot size: 5.4 μm
Lateral direction (X direction) length: 14.6664 mm
Longitudinal direction (Y direction) length: 8.2512 mm
Distance in the Y direction (shift amount) from the optical axis to the center of the image forming unit: 5.5256 mm.

図3に示した各画角F1〜F13に対応したスポットダイアグラムを、図5〜図8に示す。各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(mm)を波長:638nm(赤)、550nm(緑)、455nm(青)について示している。
図5〜図7の各スポットダイアグラムは、温度が20℃の時のものであり、図8に示すスポットダイアグラムは、温度が20℃昇温して40℃となったときの画面サイズ150インチにおけるものである。温度が20℃のときのもの(図5)と差異がなく、実施例1の投射光学系は「良好な温度補正」がなされていることが明らかである。
Spot diagrams corresponding to the respective angles of view F1 to F13 shown in FIG. 3 are shown in FIGS. Each spot diagram shows imaging characteristics (mm) on the screen surface for wavelengths: 638 nm (red), 550 nm (green), and 455 nm (blue).
Each of the spot diagrams in FIGS. 5 to 7 is for a temperature of 20 ° C., and the spot diagram shown in FIG. 8 is for a screen size of 150 inches when the temperature is increased by 20 ° C. to 40 ° C. Is. It is clear that there is no difference from that when the temperature is 20 ° C. (FIG. 5), and the projection optical system of Example 1 is “good temperature correction”.

実施例1においては、開口絞りより縮小側に配置された正レンズP1に条件(1)および(2)を満たす硝材として「OHARA社のL−BSL7 nd:1.51633、vd:64.06、dndT:4.7、θgF:0.5333)を用い、温度変化による焦点距離の変動と、メカ保持部の熱による膨張とのバランスをとっている。
また、正レンズP1を球面レンズとすることで、コストの低減を図っている。また、開口絞りより縮小側に配置された正レンズP2に条件(3)および(4)を満たす硝材として「OHARA社のS−FPL51 nd:1.49700、vd:81.54、dndT:−6.2、θgF:0.5375、ΔθgF:0.028」を用い、色収差の発生を抑えている。
In Example 1, as a glass material satisfying the conditions (1) and (2) for the positive lens P1 arranged on the reduction side from the aperture stop, “OHARA L-BSL7 nd: 1.51633, vd: 64.06, dndT: 4.7, θgF: 0.5333), and the balance between the fluctuation of the focal length due to the temperature change and the expansion of the mechanical holding portion due to the heat is balanced.
Further, the positive lens P1 is a spherical lens to reduce the cost. Further, as a glass material satisfying the conditions (3) and (4) for the positive lens P2 arranged on the reduction side from the aperture stop, “OH-ARA S-FPL51 nd: 1.49700, vd: 81.54, dndT: −6 .2, θgF: 0.5375, ΔθgF: 0.028 ”is used to suppress the occurrence of chromatic aberration.

屈折率温度係数が「負で大きい」材料の正レンズP2と、屈折率温度形成が「正で大きい」材料の正レンズP1を用いることにより、温度補償を行っている。   Temperature compensation is performed by using a positive lens P2 made of a material having a negative and large refractive index temperature coefficient and a positive lens P1 made of a material having a positive and large refractive index temperature formation.

「実施例2」
実施例2の投射光学系における屈折光学系は、図10に示す如く、画像形成部LV側から拡大側に向かって順次に、正の屈折力を有する第1レンズ群Iと、負の屈折力を有する第2レンズ群IIと、正の屈折力を有する第3レンズ群IIIと、負の屈折力を有する第4レンズ群IVと、負の屈折力を有する第5レンズ群Vと、負の屈折力を有する第6レンズ群VIとを有してなる。屈折光学系の拡大側に、図9の如く凹面ミラー22が配置されている。
遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際しては、第2レンズ群IIと第4レンズ群IV、第5レンズ群Vが画像形成部LV側に移動し、第3レンズ群IIIが拡大側に移動する。第1レンズ群Iと第6レンズ群VIはフォーカシングに際し、移動しない。
"Example 2"
As shown in FIG. 10, the refractive optical system in the projection optical system of Example 2 includes a first lens group I having a positive refractive power and a negative refractive power sequentially from the image forming unit LV side toward the enlargement side. A second lens group II having a positive refractive power, a third lens group III having a positive refractive power, a fourth lens group IV having a negative refractive power, a fifth lens group V having a negative refractive power, and a negative And a sixth lens group VI having refractive power. On the enlargement side of the refractive optical system, a concave mirror 22 is arranged as shown in FIG.
When focusing from the long distance side to the short distance side, the second lens group II, the fourth lens group IV, and the fifth lens group V move to the image forming unit LV side, and the third lens group III moves to the enlargement side. To do. The first lens group I and the sixth lens group VI do not move during focusing.

第1レンズ群Iは縮小側から順に、両凸レンズと、両面非球面両凸レンズと、「両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズとを接合した3枚接合レンズ」と、両面非球面両凸レンズと、「両凹レンズと正メニスカスレンズを接合した接合レンズ」と、開口絞りと、両凸レンズと、「正メニスカスレンズと両凹レンズを接合した接合レンズ」とからなる。
第1レンズ群Iにおける前記「3枚接合レンズ」における縮小側の両凸レンズが正レンズP1であり、拡大側の両凸レンズが正レンズP2である。
The first lens group I includes, in order from the reduction side, a biconvex lens, a double-sided aspherical biconvex lens, a “three-piece cemented lens in which a biconvex lens, a biconcave lens, and a biconvex lens are cemented”, a double-sided aspherical biconvex lens, The lens includes a cemented lens in which a biconcave lens and a positive meniscus lens are cemented, an aperture stop, a biconvex lens, and a cemented lens in which a positive meniscus lens and a biconcave lens are cemented.
The biconvex lens on the reduction side in the “three-piece cemented lens” in the first lens group I is the positive lens P1, and the biconvex lens on the magnification side is the positive lens P2.

第2レンズ群IIは「両凸レンズと、その拡大側に接合された両凹レンズとの接合レンズ」からなり、第3レンズ群IIIは、両凸レンズと、「両凸レンズと負メニスカスレンズを接合した接合レンズ」とからなり、第4レンズ群IVは、両面非球面両凸レンズと、負メニスカスレンズとからなり、第5レンズ群Vは、両凸レンズと、「正メニスカスレンズと両凹レンズを接合した接合レンズ」と両面非球面両凹レンズとからなり、第6レンズ群VIは1枚の負メニスカスレンズからなる。   The second lens group II is composed of “a cemented lens of a biconvex lens and a biconcave lens cemented on its enlargement side”, and the third lens group III is composed of a biconvex lens and “a cemented biconvex lens and a negative meniscus lens. The fourth lens group IV includes a double-sided aspherical biconvex lens and a negative meniscus lens. The fifth lens group V includes a biconvex lens and a cemented lens in which a positive meniscus lens and a biconcave lens are cemented. ”And a double-sided aspherical biconcave lens, and the sixth lens group VI comprises one negative meniscus lens.

以下に、投射光学系の実施例2のデータを示す。
開口数:0.2222
実施例2のデータを表5に示す。
The data of Example 2 of the projection optical system is shown below.
Numerical aperture: 0.2222
The data of Example 2 is shown in Table 5.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

「フォーカシングに伴う可変間隔」
近距離、基準距離、遠距離におけるフォーカシングに伴う可変間隔を表6に示す。
“Variable intervals with focusing”
Table 6 shows variable intervals associated with focusing at a short distance, a reference distance, and a long distance.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

「非球面データ」
非球面のデータを表7に示す。
"Aspherical data"
Table 7 shows the aspherical data.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

「パラメータ:TRの値」
投射距離に対するパラメータ:TRの値を表8に示す。
"Parameter: TR value"
Table 8 shows the parameter TR with respect to the projection distance.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

実施例2において、画像形成部LVの仕様は、光軸から画像形成部中心へのY方向の距離(シフト量):5.5256mmを含めて、実施例1のものと同じである。   In the second embodiment, the specifications of the image forming unit LV are the same as those of the first embodiment, including the distance (shift amount) in the Y direction from the optical axis to the center of the image forming unit: 5.5256 mm.

図3に示した各画角F1〜F13に対応したスポットダイアグラムを、図11〜図14に示す。実施例1のものと同じく、各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(mm)を波長:638nm(赤)、550nm(緑)、455nm(青)について示している。
図11〜図13の各スポットダイアグラムは、温度が20℃の時のものであり、図8に示すスポットダイアグラムは、温度が20℃昇温して40℃となったときの画面サイズ150インチにおけるものである。温度が20℃のときのもの(図11)と差異がなく、実施例2の投射光学系は「良好な温度補正」がなされていることが明らかである。
Spot diagrams corresponding to the respective angles of view F1 to F13 shown in FIG. 3 are shown in FIGS. As in the first embodiment, each spot diagram shows imaging characteristics (mm) on the screen surface for wavelengths: 638 nm (red), 550 nm (green), and 455 nm (blue).
Each of the spot diagrams in FIGS. 11 to 13 is when the temperature is 20 ° C., and the spot diagram shown in FIG. 8 is for a screen size of 150 inches when the temperature is raised by 20 ° C. to 40 ° C. Is. There is no difference from that when the temperature is 20 ° C. (FIG. 11), and it is clear that the projection optical system of Example 2 is “good temperature correction”.

実施例2においては、開口絞りより縮小側に配置された正レンズP1に条件(1)および(2)を満たす硝材として「光ガラス社のJ−PKH1 nd:1.5186、vd:69.89、dndT:3.6、θgF:0.5318)を用い、温度変化による焦点距離の変動と、メカ保持部の熱による膨張とのバランスをとっている。
また、正レンズP1を球面レンズとすることで、コストの低減を図っている。また、開口絞りより縮小側に配置された正レンズP2に条件式(3)および(4)を満たす硝材として「OHARA社のS−FPL51 nd:1.49700 vd:81.54、dndT:−6.2、θgF:0.5375、ΔθgF:0.028」を用いることで、色収差の発生を抑えている。
In Example 2, as a glass material satisfying the conditions (1) and (2) for the positive lens P1 arranged on the reduction side from the aperture stop, “J-PKH1 nd of Hikari Glass Co., Ltd .: 1.5186, vd: 69.89” , DndT: 3.6, θgF: 0.5318), and the balance between the variation of the focal length due to the temperature change and the expansion of the mechanical holding portion due to the heat is balanced.
Further, the positive lens P1 is a spherical lens to reduce the cost. Further, as a glass material satisfying the conditional expressions (3) and (4) for the positive lens P2 arranged on the reduction side from the aperture stop, “OH-ARA S-FPL51 nd: 1.49700 vd: 81.54, dndT: −6 .2, θgF: 0.5375, ΔθgF: 0.028 ”is used to suppress the occurrence of chromatic aberration.

屈折率温度係数が「負で大きい」材料の正レンズP2と、屈折率温度形成が「正で大きい」材料の正レンズP1を用いることにより、温度補償を行っている。   Temperature compensation is performed by using a positive lens P2 made of a material having a negative and large refractive index temperature coefficient and a positive lens P1 made of a material having a positive and large refractive index temperature formation.

「実施例3」
実施例3の投射光学系における屈折光学系は、図16に示す如く、画像形成部LV側から拡大側に向かって順次に、正の屈折力を有する第1レンズ群Iと、正の屈折力を有する第2レンズ群IIと、負の屈折力を有する第3レンズ群IIIと、正の屈折力を有する第4レンズ群IVとを有してなる。
図15に示す如く、屈折光学系31の拡大側には、図15に示す如くの如く屈折光学系として、平面ミラー32と凹面ミラー33が配置されている。
この実施例3においては、凹面ミラー33の鏡面形状として自由曲面が採用されている。
遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際しては、第2レンズ群IIと第3レンズ群IIIが画像形成部側に移動し、第4レンズ群IVが拡大側に移動する。第1レンズ群Iはフォーカシングに際し、移動しない。
"Example 3"
As shown in FIG. 16, the refractive optical system in the projection optical system of Example 3 includes a first lens group I having a positive refractive power and a positive refractive power sequentially from the image forming unit LV side toward the enlargement side. A second lens group II having a negative refractive power, a third lens group III having a negative refractive power, and a fourth lens group IV having a positive refractive power.
As shown in FIG. 15, on the enlargement side of the refractive optical system 31, a flat mirror 32 and a concave mirror 33 are arranged as a refractive optical system as shown in FIG.
In the third embodiment, a free curved surface is employed as the mirror surface shape of the concave mirror 33.
During focusing from the long distance side to the short distance side, the second lens group II and the third lens group III move to the image forming unit side, and the fourth lens group IV moves to the enlargement side. The first lens group I does not move during focusing.

第1レンズ群Iは縮小側から順に、両面非球面両凸レンズと正メニスカスレンズと、負メニスカスレンズと「負メニスカスレンズと正メニスカスレンズを接合した接合レンズ」と、開口絞りと、負メニスカスレンズと、両面非球面両凸レンズと、負メニスカスレンズと、「両凸レンズと両凹レンズを接合した接合レンズ」と、両凸レンズからなる。   The first lens group I includes, in order from the reduction side, a double-sided aspherical biconvex lens, a positive meniscus lens, a negative meniscus lens, “a cemented lens in which a negative meniscus lens and a positive meniscus lens are cemented”, an aperture stop, and a negative meniscus lens. And a double-sided aspherical biconvex lens, a negative meniscus lens, a “junction lens in which a biconvex lens and a biconcave lens are cemented”, and a biconvex lens.

縮小側から2枚目の凸面を拡大側に向けた正メニスカスレンズが正レンズP1であり、開口絞りの縮小側に設けられた接合レンズにおける正メニスカスレンズが正レンズP2である。   The positive meniscus lens with the second convex surface from the reduction side facing the enlargement side is the positive lens P1, and the positive meniscus lens in the cemented lens provided on the reduction side of the aperture stop is the positive lens P2.

第2レンズ群IIは、1枚の正メニスカスレンズからなり、第3レンズ群IIIは、両凹レンズと、両凹レンズと、両面非球面負メニスカスレンズからなり、第4レンズ群IVは、1枚の両面非球面正メニスカスレンズからなる。   The second lens group II is composed of one positive meniscus lens, the third lens group III is composed of a biconcave lens, a biconcave lens, and a double-sided aspheric negative meniscus lens, and the fourth lens group IV is composed of one sheet. It consists of a double-sided aspherical positive meniscus lens.

以下に、投射光学系の実施例3のデータを示す。
開口数:0.200
実施例3のデータを表9に示す。一番左側の欄に示す「面番号」は、画像形成部LVを面番号1とし、以下、透明平行平板Fの面を面番号2、3としている。面番号4が屈折光学系の最も縮小側のレンズ面である。
The data of Example 3 of the projection optical system is shown below.
Numerical aperture: 0.200
The data of Example 3 is shown in Table 9. The “surface number” shown in the leftmost column is the surface number 1 for the image forming unit LV, and the surface numbers 2 and 3 are the surfaces of the transparent parallel flat plate F. Surface number 4 is the lens surface on the most reduction side of the refractive optical system.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

「フォーカシングに伴う可変間隔」
近距離、基準距離、遠距離におけるフォーカシングに伴う可変間隔を表10に示す。
“Variable intervals with focusing”
Table 10 shows variable intervals associated with focusing at a short distance, a reference distance, and a long distance.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

「非球面データ」
非球面のデータを表11に示す。
"Aspherical data"
Table 11 shows the aspherical data.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

「自由曲面のデータ」
自由曲面は、上記データ中の面番号に「**印」を付した面であり、そのデータを表12に示す。
"Free-form surface data"
The free-form surface is a surface obtained by adding “**” to the surface number in the above data, and the data is shown in Table 12.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

「パラメータ:TRの値」
投射距離に対するパラメータ:TRの値を表13に示す。
"Parameter: TR value"
Table 13 shows the parameter TR with respect to the projection distance.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

実施例3において、画像形成部LVの仕様は以下の通りである。   In Example 3, the specification of the image forming unit LV is as follows.

ドットサイズ:7.56um
横方向(X方向)長さ:14.5152mm
縦方向(Y方向)長さ:8.1648mm
光軸から画像形成部中心へのY方向の距離(シフト量):5.3024mm
投射画像が最大となる合焦状態で、最も拡大側にあるレンズ面の頂点から、平面ミラー32、凹面ミラー33、防塵ガラス34の入射側面の「X方向、Y方向の座標」と、傾き角:α(面法線と光軸(Z方向)とのなす角(度) 時計回りが+である。)を、表14に示す。
Dot size: 7.56um
Horizontal direction (X direction) Length: 14.55152mm
Longitudinal direction (Y direction) length: 8.1648 mm
Distance in the Y direction from the optical axis to the center of the image forming unit (shift amount): 5.3024 mm
In the in-focus state where the projected image is maximized, the “X- and Y-direction coordinates” of the incident side surface of the plane mirror 32, the concave mirror 33, and the dust-proof glass 34 from the vertex of the lens surface on the most magnified side, and the tilt angle Table 14 shows α (the angle (degree) clockwise between the surface normal and the optical axis (Z direction) is +).

Figure 2018132565
Figure 2018132565

35面(凹面ミラー33)の面法線は、前述の自由曲面の定義式におけるη軸と光軸とのなす角である。
図3に示した各画角F1〜F13に対応したスポットダイアグラムを、図17〜図20に示す。実施例1のものと同じく、各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(mm)を波長:638nm(赤)、550nm(緑)、455nm(青)について示している。
図17〜図19の各スポットダイアグラムは、温度が20℃の時のものであり、図20に示すスポットダイアグラムは、温度が20℃昇温して40℃となったときの画面サイズ100インチにおけるものである。温度が20℃のときのもの(図11)と差異は微差であり、実施例3の投射光学系も「良好な温度補正」がなされていることが明らかである。
The surface normal of the 35th surface (concave mirror 33) is an angle formed by the η axis and the optical axis in the above-described free-form surface definition formula.
Spot diagrams corresponding to the angles of view F1 to F13 shown in FIG. 3 are shown in FIGS. As in the first embodiment, each spot diagram shows imaging characteristics (mm) on the screen surface for wavelengths: 638 nm (red), 550 nm (green), and 455 nm (blue).
Each of the spot diagrams in FIGS. 17 to 19 is when the temperature is 20 ° C., and the spot diagram shown in FIG. 20 is for a screen size of 100 inches when the temperature is raised by 20 ° C. to 40 ° C. Is. It is clear that the difference is slightly different from that when the temperature is 20 ° C. (FIG. 11), and the projection optical system of Example 3 is also “good temperature correction”.

実施例3においては、開口絞りより縮小側に配置された正レンズP1に条件(1)および(2)を満たす硝材として「OHARA社のL−BSL7 nd:1.51633、vd:64.06、dndT:4.7、θgF:0.5333」を用い、温度変化による焦点距離の変動と、メカ保持部の熱による膨張とのバランスをとっている。
また、正レンズP1を球面レンズとすることで、コストの低減を図っている。また、開口絞りより縮小側に配置された正レンズP2に条件式(3)および(4)を満たす硝材として「S−FPM3 nd:1.53775、vd:74.70、dndT:−4.3、θgF:0.5392、ΔθgF:0.0186」を用いることで、色収差の発生を抑えている。
屈折率温度係数が「負で大きい」材料の正レンズP2と、屈折率温度形成が「正で大きい」材料の正レンズP1を用いることにより、温度補償を行っている。
In Example 3, as a glass material satisfying the conditions (1) and (2) for the positive lens P1 arranged on the reduction side from the aperture stop, “OHARA L-BSL7 nd: 1.51633, vd: 64.06, dndT: 4.7, θgF: 0.5333 ”is used to balance the fluctuation of the focal length due to temperature change and the expansion of the mechanical holder due to heat.
Further, the positive lens P1 is a spherical lens to reduce the cost. Further, “S-FPM3 nd: 1.53775, vd: 74.70, dndT: −4.3” is used as a glass material that satisfies the conditional expressions (3) and (4) for the positive lens P2 disposed on the reduction side of the aperture stop. , ΘgF: 0.5392, ΔθgF: 0.0186 ”, the occurrence of chromatic aberration is suppressed.
Temperature compensation is performed by using a positive lens P2 made of a material having a negative and large refractive index temperature coefficient and a positive lens P1 made of a material having a positive and large refractive index temperature formation.

上に挙げた実施例1〜3の投射光学系における条件:(1)〜(10)のパラメータの値を表15に示す。   Table 15 shows parameter values of the conditions (1) to (10) in the projection optical systems of Examples 1 to 3 listed above.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

表15から明らかなように、実施例1〜3の投射光学系およびこれらを用いる画像表示装置は何れも、条件(1)〜(10)を満足している。
正レンズP1に好適な光学ガラスとしては、他に、例えば「住田ガラス社のK−PBK40 nd:1.51760、vd:63.50、dndT:4.4、θgF:0.5340」等も挙げられる。勿論、これに限定されるものではない。
正レンズP2に好適な光学ガラスとしては、上記以外に表16に示すごとき硝種を挙げることができる。勿論、これらの硝材に限定されるものではない。
As is apparent from Table 15, the projection optical systems of Examples 1 to 3 and the image display apparatus using these satisfy the conditions (1) to (10).
Other examples of the optical glass suitable for the positive lens P1 include “K-PBK40 nd: 1.51760, vd: 63.50, dndT: 4.4, θgF: 0.5340 from Sumita Glass Co., Ltd.”. It is done. Of course, it is not limited to this.
Examples of the optical glass suitable for the positive lens P2 include glass types as shown in Table 16 in addition to the above. Of course, it is not limited to these glass materials.

Figure 2018132565
Figure 2018132565

上に挙げた実施例1〜3では、屈折光学系を通った光は「画像形成部LVに形成された画像情報に共役な中間像」を凹面ミラーよりも画像形成部LV側に結像する。中間像は平面像として結像する必要はなく、実施例1〜3においても「曲面像」として形成している。中間像を「最も拡大側に配置した凹面ミラー12、22、33により拡大投影し、スクリーンSC上に投射する。
「中間像」は像面湾曲、歪曲を持っているが、凹面ミラーに非球面や自由曲面を用いることにより補正出来る。このため、屈折光学系の収差補正の負担が減り、設計の自由度が増して投射光学系ひいては画像表示装置の小型化等に有利となる。
In the first to third embodiments described above, the light passing through the refractive optical system forms an “intermediate image conjugate to the image information formed on the image forming unit LV” on the image forming unit LV side with respect to the concave mirror. . The intermediate image does not need to be formed as a planar image, and is also formed as a “curved surface image” in the first to third embodiments. The intermediate image is “magnified and projected by the concave mirrors 12, 22, and 33 arranged on the most magnified side, and projected onto the screen SC.
The “intermediate image” has field curvature and distortion, but can be corrected by using an aspherical surface or a free-form surface for the concave mirror. This reduces the burden of aberration correction of the refractive optical system, increases the degree of design freedom, and is advantageous for downsizing the projection optical system and thus the image display apparatus.

上に説明した画像表示装置の実施の形態では、凹面ミラーとスクリーンとの間に防塵ガラス13、23、34が設置されている。上記実施の形態においては防塵ガラスとして「平板ガラス」を用いているが、曲率を有してもよく、またレンズ等「屈折力を持った光学素子」としてもよい。また、Y軸に対して傾けて配置しているが、この角度は任意でよく「Y軸に対して直交」してもよい。   In the embodiment of the image display device described above, dustproof glasses 13, 23, and 34 are installed between the concave mirror and the screen. In the above embodiment, “flat glass” is used as the dust-proof glass, but it may have a curvature or may be a “optical element having refractive power” such as a lens. Moreover, although it arrange | positions inclining with respect to the Y-axis, this angle may be arbitrary and may be "perpendicular to the Y-axis".

また、実施例1〜3においては反射光学系の「屈折力を有する反射光学素子」として「1枚の凹面ミラー」を用いているが、複数の凹面ミラーを用いてもよい。実施例3では反射光学系を平面ミラーと凹面ミラーで構成しているが、平面ミラー32に曲率をつけて屈折力を持たせてもよい。   In Embodiments 1 to 3, “one concave mirror” is used as the “reflective optical element having refractive power” of the reflective optical system, but a plurality of concave mirrors may be used. In the third embodiment, the reflection optical system is constituted by a plane mirror and a concave mirror. However, the plane mirror 32 may have a refractive power by giving a curvature.

また、実施例1〜3においては正レンズP1、正レンズP2を「フォーカシングに際して移動しない第1レンズ群Iに配置しているが、これに限らず、フォーカシングに際して不動または移動する1以上の移動レンズ群に、正レンズP1および正レンズP2を配置してもよい。
実施例1〜3において、正レンズP1、正レンズP2を保持する鏡筒は「熱伝導率の高いアルミニウム」により構成されている。
In the first to third embodiments, the positive lens P1 and the positive lens P2 are arranged in the “first lens group I that does not move during focusing. However, the present invention is not limited to this, and one or more movable lenses that move or move during focusing. The positive lens P1 and the positive lens P2 may be disposed in the group.
In Examples 1 to 3, the lens barrel that holds the positive lens P1 and the positive lens P2 is made of “aluminum having high thermal conductivity”.

上に説明したように、この発明によれば以下の如き新規な投射光学系と画像表示装置を実現できる。投射光学系は、屈折光学系と反射光学系を有し、熱の影響が考慮されている。   As described above, according to the present invention, the following novel projection optical system and image display apparatus can be realized. The projection optical system has a refractive optical system and a reflective optical system, and the influence of heat is taken into consideration.

[1]
画像表示素子の画像形成部(LV)に表示される画像を被投射面(SC)上に拡大投影する投射光学系であって、複数のレンズ群を有する屈折光学系(11、21、31)と、反射光学系(12、22、32、33)とを有し、前記反射光学系は、屈折力のある反射光学素子を少なくとも1個有し、前記屈折光学系は、2種の正レンズP1、P2をそれぞれ1枚以上有し、前記正レンズP1は、20℃〜40℃の範囲におけるD線における相対屈折率の温度係数:dndTP1、アッベ数:vdP1が、条件:
(1) 2<dndTP1
(2) 60<vdP1
を満足するレンズ材料により形成され、前記正レンズP2は、
アッベ数:vdP2が条件:
(3) 50<vdP2
を満足し、且つ、g線、F線、d線、C線に対する屈折率をそれぞれ、ng、nF、nd、nCとして、
θgF2=(ng−nF)/(nF−nC)
で定義されるθgF2と前記アッベ数:vdP2とにより、
ΔθgF2=θgF2−(−0.001618×vdP2+0.6415)
で定義されるΔθgF2が、条件:
(4) 0.004<ΔθgF2
を満足するレンズ材料により形成されている投射光学系(実施例1〜3)。
[1]
A projection optical system for enlarging and projecting an image displayed on an image forming unit (LV) of an image display element onto a projection surface (SC), and a refractive optical system (11, 21, 31) having a plurality of lens groups And a reflective optical system (12, 22, 32, 33), the reflective optical system has at least one reflective optical element having refractive power, and the refractive optical system includes two types of positive lenses. Each of the positive lenses P1 has one or more P1 and P2 and the temperature coefficient of relative refractive index at the D-line in the range of 20 ° C. to 40 ° C .: dndTP1, Abbe number: vdP1.
(1) 2 <dndTP1
(2) 60 <vdP1
The positive lens P2 is formed of a lens material satisfying
Abbe number: vdP2 is the condition:
(3) 50 <vdP2
And the refractive indices for g-line, F-line, d-line, and C-line are ng, nF, nd, and nC, respectively.
θgF2 = (ng−nF) / (nF−nC)
ΘgF2 defined by the above and the Abbe number: vdP2
ΔθgF2 = θgF2 − (− 0.001618 × vdP2 + 0.6415)
ΔθgF2 defined by the condition:
(4) 0.004 <ΔθgF2
Projection optical system (Examples 1 to 3) formed of a lens material satisfying the above.

[2]
[1]記載の投射光学系であって、正レンズP1のd線における焦点距離:FP1、前記正レンズP2のd線における焦点距離:FP2が、条件:
(5) 0.1<FP2/FP1<2
を満足する投射光学系(実施例1〜3)。
[2]
[1] The projection optical system according to [1], wherein the focal length of the positive lens P1 at the d-line: FP1, and the focal length of the positive lens P2 at the d-line: FP2 are:
(5) 0.1 <FP2 / FP1 <2
Projection optical system satisfying the above (Examples 1 to 3).

[3]
[1]または[2]記載の投射光学系であって、前記正レンズP1が球面レンズである投射光学系(実施例1〜3)。
[3]
The projection optical system according to [1] or [2], wherein the positive lens P1 is a spherical lens (Examples 1 to 3).

[4]
[1]ないし[3]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記正レンズP2のレンズ材料の、20℃〜40℃の範囲におけるD線に対する相対屈折率の温度係数:dndTP2が、条件:
(6) 0>dndTP2
を満足する投射光学系(実施例1〜3)。
[4]
The projection optical system according to any one of [1] to [3], wherein a temperature coefficient of relative refractive index of the lens material of the positive lens P2 with respect to a D line in a range of 20 ° C. to 40 ° C .: dndTP2 is ,conditions:
(6) 0> dndTP2
Projection optical system satisfying the above (Examples 1 to 3).

[5]
[1]ないし[4]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記正レンズP1および前記正レンズP2が、開口絞り(S)を含むレンズ群(I)に含まれる投射光学系(実施例1〜3)。
[5]
The projection optical system according to any one of [1] to [4], wherein the positive lens P1 and the positive lens P2 are included in a lens group (I) including an aperture stop (S). (Examples 1-3).

[6]
[1]ないし[5]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記正レンズP1が、開口絞り(S)よりも縮小側に配置されている投射光学系(実施例1〜3)。
[6]
The projection optical system according to any one of [1] to [5], wherein the positive lens P1 is disposed closer to the reduction side than the aperture stop (S) (Examples 1 to 3). ).

[7]
[1]ないし[6]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記正レンズP1、P2が共に、最も縮小側のレンズ群(I)に含まれている投射光学系(実施例1〜3)。
[7]
The projection optical system according to any one of [1] to [6], wherein both the positive lenses P1 and P2 are included in the lens group (I) on the most reduction side (Example) 1-3).

[8]
[1]ないし[7]の何れか1に記載の投射光学系であって、フォーカシングに際して不動または移動する1以上の移動レンズ群を有し、前記2枚の正レンズP1および正レンズP2が、同一の移動レンズ群に含まれる投射光学系。
[8]
The projection optical system according to any one of [1] to [7], having one or more moving lens groups that move or move during focusing, wherein the two positive lenses P1 and P2 are: A projection optical system included in the same moving lens group.

[9]
[1]ないし[7]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記正レンズP1および正レンズP2はフォーカシングに際して移動しないレンズ群に含まれる投射光学系(実施例1〜3)。
[9]
The projection optical system according to any one of [1] to [7], wherein the positive lens P1 and the positive lens P2 are included in a lens group that does not move during focusing (Examples 1 to 3).

[10]
[1]ないし[9]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記正レンズP1および正レンズP2を保持する保持部材が金属である投射光学系(実施例1〜3)。
[10]
The projection optical system according to any one of [1] to [9], wherein the holding member that holds the positive lens P1 and the positive lens P2 is a metal (Examples 1 to 3).

[11]
[1]ないし[10]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記反射光学系における屈折力を有する反射光学素子が1枚の凹面ミラー(12、22、33)である投射光学系(実施例1〜3)。
[11]
The projection optical system according to any one of [1] to [10], wherein the reflective optical element having refractive power in the reflective optical system is a single concave mirror (12, 22, 33). System (Examples 1-3).

[12]
[1]ないし[11]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記屈折光学系が、前記縮小側から前記拡大側に向かって順次、第1ないし第6レンズ群(I〜VI)を配して構成される投射光学系(実施例1、2)。
[12]
[1] to [11] The projection optical system according to any one of [1] to [11], wherein the refractive optical system is sequentially arranged from the reduction side to the enlargement side in order from the first to sixth lens groups (I to VI). ) (FIGS. 1 and 2).

[13]
[1]ないし[11]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記屈折光学系が、前記縮小側から前記拡大側に向かって順次、第1ないし第4レンズ群(I〜IV)を配して構成される投射光学系(実施例3)。
[13]
[1] to [11] The projection optical system according to any one of [1] to [11], wherein the refractive optical system is sequentially arranged from the reduction side to the enlargement side in order from the first to fourth lens groups (I to IV). (Example 3).

[14]
画像表示素子の画像形成部(LV)に表示される画像を投射光学系(11、21、31)により被投射面(SC)上に拡大投影して画像表示する画像表示装置であって、前記投射光学系として[1]ないし[13]の何れか1に記載のものを用いる画像表示装置(図1、図9、図15)。
[14]
An image display apparatus that displays an image by enlarging and projecting an image displayed on an image forming unit (LV) of an image display element on a projection surface (SC) by a projection optical system (11, 21, 31), An image display device using the projection optical system according to any one of [1] to [13] (FIGS. 1, 9, and 15).

[15]
[14]記載の画像表示装置であって、投射光学系として[11]記載のものが用いられ、前記凹面ミラーと結像光線との交点のうち、前記被投射面と垂直な方向において前記被投射面までの距離が最大となる交点Pから前記被投射面までの前記被投射面に垂直な方向における距離:PLと、前記被投射面に投射される最大画像の横幅:Wとの比:TR(=PL/W)が、条件:
(7) TR<0.35
を満足する画像表示装置(図1、図9、図15、実施例1〜3)。
[15]
[14] The image display device according to [14], wherein the projection optical system according to [11] is used, and among the intersections of the concave mirror and the imaging light beam, the projection target is in a direction perpendicular to the projection surface. Ratio between the distance P in the direction perpendicular to the projection surface from the intersection P at which the distance to the projection surface is maximum to the projection surface: PL and the horizontal width W of the maximum image projected on the projection surface: TR (= PL / W) is the condition:
(7) TR <0.35
Display apparatus satisfying the above (FIGS. 1, 9, 15 and Examples 1 to 3).

[16]
[14]または[15]記載の画像表示装置であって、前記投射光学系における前記屈折光学系の光軸と前記画像形成部(LV)の交点と、前記屈折光学系の前記画像形成部に最も近いレンズの前記画像形成部との間の前記光軸上の距離:BF、前記光軸と前記画像形成部との距離の最大値:Yが、条件:
(8) BF/Y<3.5
を満足する画像表示装置(図1、図9、図15、実施例1〜3)。
[16]
The image display device according to [14] or [15], wherein an intersection between the optical axis of the refractive optical system and the image forming unit (LV) in the projection optical system, and the image forming unit of the refractive optical system The distance on the optical axis between the closest lens and the image forming unit: BF, and the maximum value of the distance between the optical axis and the image forming unit: Y are:
(8) BF / Y <3.5
Display apparatus satisfying the above (FIGS. 1, 9, 15 and Examples 1 to 3).

[17]
[14]または[16]の何れか1に記載の画像表示装置であって、前記画像形成部の画素ピッチ:PT、前記屈折光学系の光軸と前記画像形成部との距離の最大値:Yが、条件:
(9) PT/Y<0.001
を満足する画像表示装置(図1、図9、図15、実施例1〜3)。
[17]
[14] In the image display device according to any one of [16], the pixel pitch of the image forming unit: PT, and the maximum value of the distance between the optical axis of the refractive optical system and the image forming unit: Y is the condition:
(9) PT / Y <0.001
Display apparatus satisfying the above (FIGS. 1, 9, 15 and Examples 1 to 3).

[18]
[14]または[17]の何れか1に記載の画像表示装置であって、前記屈折光学系よりも拡大側にある光学素子と前記結像光線との交点のうち、前記画像形成部に直交する方向において前記画像形成部からの距離が最大となる交点Qと、前記画像形成部との前記方向における距離:PLQと、前記屈折光学系の光軸と前記画像形成部との距離の最大値:Yが、条件:
(10) 10<PLQ/Y<30
を満足する画像表示装置(図1、図9、図15、実施例1〜3)。
[18]
[14] The image display device according to any one of [17], wherein an intersection of the optical element on the enlargement side with respect to the refractive optical system and the imaging light beam is orthogonal to the image forming unit. Intersection point Q having the maximum distance from the image forming unit in the direction to be performed, distance in the direction from the image forming unit: PLQ, and the maximum value of the distance between the optical axis of the refractive optical system and the image forming unit : Y is the condition:
(10) 10 <PLQ / Y <30
Display apparatus satisfying the above (FIGS. 1, 9, 15 and Examples 1 to 3).

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態・実施例に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態・実施例に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments and examples described above, and is described in the claims unless specifically limited by the above description. Various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the invention.
The effects described in the embodiments and examples of the present invention are merely a list of preferred effects resulting from the invention, and the effects of the invention are not limited to those described in the embodiments. .

LV 画像表示素子の画像形成部
H 画像表示装置
LS 照明光学系
F 透明平行平板
Pr プリズム
SC 被投射面(スクリーン)
11、21、31 屈折光学系
S 開口絞り
P1 正レンズP1
P2 正レンズP2
12、22 反射光学系(凹面ミラー)
32、33 反射光学系
13、23、34 防塵ガラス
Image forming unit of LV image display element
H Image display device
LS illumination optical system
F Transparent parallel plate
Pr prism
SC Projected surface (screen)
11, 21, 31 Refractive optical system
S Aperture stop
P1 positive lens P1
P2 positive lens P2
12, 22 Reflective optical system (concave mirror)
32, 33 Reflective optical system
13, 23, 34 Dust-proof glass

特開2007−079524号公報JP 2007-079524 A 特開2009−251458号公報JP 2009-251458 A 特許第4668159号公報Japanese Patent No. 4668159

Claims (18)

画像表示素子の画像形成部に表示される画像を被投射面上に拡大投影する投射光学系であって、
複数のレンズ群を有する屈折光学系と、反射光学系とを有し、
前記反射光学系は、屈折力のある反射光学素子を少なくとも1個有し、
前記屈折光学系は、2種の正レンズP1、P2をそれぞれ1枚以上有し、
前記正レンズP1は、
20℃〜40℃の範囲におけるD線における相対屈折率の温度係数:dndTP1、アッベ数:vdP1が、条件:
(1) 2<dndTP1
(2) 60<vdP1
を満足するレンズ材料により形成され、
前記正レンズP2は、
アッベ数:vdP2が条件:
(3) 50<vdP2
を満足し、且つ、g線、F線、d線、C線に対する屈折率をそれぞれ、ng、nF、nd、nCとして、
θgF2=(ng−nF)/(nF−nC)
で定義されるθgF2と前記アッベ数:vdP2とにより、
ΔθgF2=θgF2−(−0.001618×vdP2+0.6415)
で定義されるΔθgF2が、条件:
(4) 0.004<ΔθgF2
を満足するレンズ材料により形成されている投射光学系。
A projection optical system that enlarges and projects an image displayed on an image forming unit of an image display element on a projection surface,
A refractive optical system having a plurality of lens groups, and a reflective optical system;
The reflective optical system has at least one reflective optical element having refractive power,
The refractive optical system has one or more of two positive lenses P1 and P2, respectively.
The positive lens P1 is
Temperature coefficient of relative refractive index at D line in the range of 20 ° C. to 40 ° C .: dndTP1, Abbe number: vdP1 are the conditions:
(1) 2 <dndTP1
(2) 60 <vdP1
Formed by a lens material that satisfies
The positive lens P2 is
Abbe number: vdP2 is the condition:
(3) 50 <vdP2
And the refractive indices for g-line, F-line, d-line, and C-line are ng, nF, nd, and nC, respectively.
θgF2 = (ng−nF) / (nF−nC)
ΘgF2 defined by the above and the Abbe number: vdP2
ΔθgF2 = θgF2 − (− 0.001618 × vdP2 + 0.6415)
ΔθgF2 defined by the condition:
(4) 0.004 <ΔθgF2
Projection optical system formed of a lens material that satisfies the above requirements.
請求項1記載の投射光学系であって、
前記正レンズP1のd線における焦点距離:FP1、前記正レンズP2のd線における焦点距離:FP2が、条件:
(5) 0.1<FP2/FP1<2
を満足する投射光学系。
The projection optical system according to claim 1,
The focal length of the positive lens P1 at the d line: FP1 and the focal length of the positive lens P2 at the d line: FP2
(5) 0.1 <FP2 / FP1 <2
Projection optical system that satisfies
請求項1または2記載の投射光学系であって、
前記正レンズP1が球面レンズである投射光学系。
The projection optical system according to claim 1 or 2,
A projection optical system in which the positive lens P1 is a spherical lens.
請求項1ないし3の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズP2のレンズ材料の、20℃〜40℃の範囲におけるD線に対する相対屈折率の温度係数:dndTP2が、条件:
(6) 0>dndTP2
を満足する投射光学系。
The projection optical system according to any one of claims 1 to 3,
The temperature coefficient of relative refractive index of the lens material of the positive lens P2 with respect to the D line in the range of 20 ° C. to 40 ° C .: dndTP2 is the condition:
(6) 0> dndTP2
Projection optical system that satisfies
請求項1ないし4の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズP1および前記正レンズP2が、開口絞りを含むレンズ群に含まれる投射光学系。
The projection optical system according to any one of claims 1 to 4,
A projection optical system in which the positive lens P1 and the positive lens P2 are included in a lens group including an aperture stop.
請求項1ないし5の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズP1が、開口絞りよりも縮小側に配置されている投射光学系。
A projection optical system according to any one of claims 1 to 5,
A projection optical system in which the positive lens P1 is disposed on the reduction side with respect to the aperture stop.
請求項1ないし6の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズP1、P2が共に、最も縮小側のレンズ群に含まれている投射光学系。
The projection optical system according to any one of claims 1 to 6,
A projection optical system in which both the positive lenses P1 and P2 are included in the lens group closest to the reduction side.
請求項1ないし7の何れか1項に記載の投射光学系であって、
フォーカシングに際して不動または移動する1以上の移動レンズ群を有し、前記2枚の正レンズP1および正レンズP2が、同一の移動レンズ群に含まれる投射光学系。
A projection optical system according to any one of claims 1 to 7,
A projection optical system that includes one or more moving lens groups that move or move during focusing, and the two positive lenses P1 and P2 are included in the same moving lens group.
請求項1ないし7の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズP1および正レンズP2はフォーカシングに際して移動しないレンズ群に含まれる投射光学系。
A projection optical system according to any one of claims 1 to 7,
The positive lens P1 and the positive lens P2 are projection optical systems included in a lens group that does not move during focusing.
請求項1ないし9の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズP1および正レンズP2を保持する保持部材が金属である投射光学系。
The projection optical system according to any one of claims 1 to 9,
A projection optical system in which a holding member for holding the positive lens P1 and the positive lens P2 is a metal.
請求項1ないし10の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記反射光学系における屈折力を有する反射光学素子が1枚の凹面ミラーである投射光学系。
A projection optical system according to any one of claims 1 to 10,
A projection optical system in which the reflective optical element having refractive power in the reflective optical system is a single concave mirror.
請求項1ないし11の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記屈折光学系が、前記縮小側から前記拡大側に向かって順次、第1ないし第6レンズ群を配して構成される投射光学系。
The projection optical system according to any one of claims 1 to 11,
A projection optical system in which the refractive optical system is configured by arranging first to sixth lens groups sequentially from the reduction side to the enlargement side.
請求項1ないし11の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記屈折光学系が、前記縮小側から前記拡大側に向かって順次、第1ないし第4レンズ群を配して構成される投射光学系。
The projection optical system according to any one of claims 1 to 11,
A projection optical system in which the refractive optical system is configured by sequentially arranging first to fourth lens groups from the reduction side to the enlargement side.
画像表示素子の画像形成部に表示される画像を投射光学系により被投射面上に拡大投影して画像表示する画像表示装置であって、
前記投射光学系として請求項1ないし13の何れか1項に記載のものを用いる画像表示装置。
An image display device that enlarges and projects an image displayed on an image forming unit of an image display element onto a projection surface by a projection optical system, and displays the image.
An image display device using the projection optical system according to any one of claims 1 to 13.
請求項14記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系として請求項11記載のものが用いられ、
前記凹面ミラーと結像光線との交点のうち、前記被投射面と垂直な方向において前記被投射面までの距離が最大となる交点Pから前記被投射面までの前記被投射面に垂直な方向における距離:PLと、前記被投射面に投射される最大画像の横幅:Wとの比:TR(=PL/W)が、条件:
(7) TR<0.35
を満足する画像表示装置。
The image display device according to claim 14,
The projection optical system according to claim 11 is used.
Of the intersections between the concave mirror and the imaging light beam, the direction perpendicular to the projection surface from the intersection P that maximizes the distance to the projection surface in the direction perpendicular to the projection surface. The distance between PL and the maximum image width projected on the projection surface: W ratio: TR (= PL / W) is the condition:
(7) TR <0.35
An image display device that satisfies the requirements.
請求項14または15記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系における前記屈折光学系の光軸と前記画像形成部の交点と、前記屈折光学系の前記画像形成部に最も近いレンズの前記画像形成部との間の前記光軸上の距離:BF、前記光軸と前記画像形成部との距離の最大値:Yが、条件:
(8) BF/Y<3.5
を満足する画像表示装置。
The image display device according to claim 14 or 15,
The distance on the optical axis between the intersection of the optical axis of the refractive optical system and the image forming unit in the projection optical system and the image forming unit of the lens closest to the image forming unit of the refractive optical system: BF, the maximum value of the distance between the optical axis and the image forming unit: Y is the condition:
(8) BF / Y <3.5
An image display device that satisfies the requirements.
請求項14ないし16の何れか1項に記載の画像表示装置であって、
前記画像形成部の画素ピッチ:PT、前記屈折光学系の光軸と前記画像形成部との距離の最大値:Yが、条件:
(9) PT/Y<0.001
を満足する画像表示装置。
The image display device according to any one of claims 14 to 16, comprising:
The pixel pitch of the image forming unit: PT, the maximum value of the distance between the optical axis of the refractive optical system and the image forming unit: Y, the conditions:
(9) PT / Y <0.001
An image display device that satisfies the requirements.
請求項14ないし17の何れか1項に記載の画像表示装置であって、
前記屈折光学系よりも拡大側にある光学素子と前記結像光線との交点のうち、前記画像形成部に直交する方向において前記画像形成部からの距離が最大となる交点Qと、前記画像形成部との前記方向における距離:PLQと、前記屈折光学系の光軸と前記画像形成部との距離の最大値:Yが、条件:
(10) 10<PLQ/Y<30
を満足する画像表示装置。
The image display device according to any one of claims 14 to 17,
Of the intersections between the optical elements on the magnification side of the refractive optical system and the imaging light rays, the intersection Q where the distance from the image formation unit is the maximum in the direction orthogonal to the image formation unit, and the image formation The distance in the direction from the part: PLQ, and the maximum value of the distance between the optical axis of the refractive optical system and the image forming part: Y are the conditions:
(10) 10 <PLQ / Y <30
An image display device that satisfies the requirements.
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