CN104460001B - 成像光学系统、图像投影光学系统和图像投影装置 - Google Patents

成像光学系统、图像投影光学系统和图像投影装置 Download PDF

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Abstract

公开了成像光学系统、图像投影光学系统和图像投影装置。成像光学系统使放大共轭侧和缩小共轭侧预定位置彼此共轭并且形成对这两个预定位置共轭的中间像。该光学系统包括：布置在比中间成像位置(IM)更远的放大共轭侧的作为第一透镜(L1)的放大侧正透镜，布置在比中间成像位置更远的缩小共轭侧的作为第三透镜的缩小侧正透镜(L3)，及布置在这些正透镜之间的作为第二透镜的负透镜(L2)。条件5<ν2‑ν1<80，5<ν2‑ν3<80，0.03<N1‑N2<1.0和0.03<N3‑N2<1.0被满足，其中ν1、ν2和ν3表示第一、第二和第三透镜的材料的阿贝数，N1、N2和N3表示第一、第二和第三透镜的材料的折射率。

Description

成像光学系统、图像投影光学系统和图像投影装置
技术领域
本发明涉及用作图像投影装置的图像投影光学系统等等的成像光学系统。
背景技术
图像投影装置需要具有作为广视角图像投影光学系统的成像光学系统以便能够以更短的投影距离投影更大的图像。一般地，作为这种广视角成像光学系统，使用所谓的后聚焦型光学系统，其中具有负折光力的透镜被布置在放大共轭侧并且具有正折光力的透镜被布置在缩小共轭侧。
然而，在这种后聚焦型成像光学系统中，其布置在放大共轭侧的透镜倾向于随着其视角增大而具有更大的直径。尤其是在例如图像投影光学系统这样的要求长的反焦距(backfocus)和高的远心度的情况中，会出现这个倾向。美国专利5,357,289号和7,009,765号公开了能够解决此问题的以下成像光学系统。
美国专利5,357,289号公开了一种成像光学系统，其使得入射光在其中形成中间像以使得能够容易地确保足够的反焦距，并且在中间像(中间成像位置)前后独立地执行像差校正以提供令人满意的图像质量。
美国专利7,009,765号公开了一种成像光学系统，其不仅使得入射光在其中形成中间像并且在中间像(中间成像位置)前后执行像差校正，而且通过反射面来使光的光路弯曲以使得光学系统紧凑。
然而，虽然美国专利5,357,289号和7,009,765号公开了在中间成像位置前后执行像差校正，但它们都没有公开光学系统的具体配置。此外，为了利用每个形成中间像的这种成像光学系统提供高清晰度图像，必须考虑对高阶轴外像差的校正和对在中间成像位置前后组合的轴上(纵向)色差的校正。
发明内容
本发明提供了形成中间像并且能够提供高清晰度图像的成像光学系统作为图像投影光学系统等等。本发明还提供了一种使用该成像光学系统的图像投影装置。
本发明作为其一方面提供一种成像光学系统，其被配置为使得放大共轭侧的预定位置和缩小共轭侧的另一预定位置彼此共轭并且被配置为形成对这两个预定位置共轭的中间像。该光学系统包括：放大侧正透镜，被布置在比形成中间像的中间成像位置更远的放大共轭侧并且朝着放大共轭侧凸起，中间成像位置位于两个点之间，在这两个点处，进入光学系统的光束的轴外主光线与光学系统的光轴相交；缩小侧正透镜，被布置在所述两个点之间且在比中间成像位置更远的缩小共轭侧并且朝着缩小共轭侧凸起；以及负透镜，被布置在放大侧正透镜和缩小侧正透镜之间。当放大侧正透镜、负透镜和缩小侧正透镜分别被称为第一透镜、第二透镜和第三透镜时，满足以下条件：
5＜v2-v1＜80
5＜v2-v3＜80
0.03＜N1-N2＜1.0
0.03＜N3-N2＜1.0
其中v1表示第一透镜的材料的阿贝数，v2表示第二透镜的材料的阿贝数，v3表示第三透镜的材料的阿贝数，N1表示第一透镜的材料的折射率，N2表示第二透镜的材料的折射率，并且N3表示第三透镜的材料的折射率。
本发明作为其另一方面提供一种图像投影光学系统，其包括光调制元件，以及被用作投影经光调制元件调制的光的投影光学系统的上述成像光学系统。
本发明还作为其另一方面提供一种图像投影装置，其包括上述图像投影光学系统，以及基于输入图像信号来驱动光调制元件的驱动器。
本发明的其他方面和特征将在以下实施例中描述。
附图说明
图1是作为本发明的实施例1的成像光学系统的截面图。
图2是实施例1的成像光学系统的像差图。
图3是作为本发明的实施例2的成像光学系统的截面图。
图4是实施例2的成像光学系统的像差图。
图5是作为本发明的实施例3的成像光学系统的截面图。
图6是实施例3的成像光学系统的像差图。
图7示出形成中间像的成像光学系统的每个单元。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的示范性实施例。
图7示出作为本发明的典型实施例的成像光学系统。首先，参考图7，将对稍后描述的具体实施例共同的事项进行描述。如图7中所示，实施例的成像光学系统从放大共轭侧(在图中指示为“放大侧”)到缩小(缩倍)共轭侧(在图中指示为“缩小侧”)依次由广角透镜部WL、物镜(field lens)部FL和中继透镜部RL构成，每个透镜部包括多个透镜。放大共轭侧指的是放大侧共轭面所在的侧，并且缩小共轭侧指的是缩小侧共轭面所在的侧。
物镜部FL的内部具有中间成像面(图中的IM表示中间成像面所在的中间成像位置)。物镜部FL在广角透镜部WL的出射光瞳和中继透镜部RL的入射光瞳之间提供共轭关系。中继透镜部RL把由物镜部FL内部的中间成像形成的中间像中继到最终像面。放置在放大共轭侧的物体的像在成像光学系统内部被颠倒形成，然后在最终像面上被再颠倒，从而形成为正立的像。
将描述其中光进入成像光学系统的情况。物镜部FL是由布置在广角透镜部WL中的轴上光束在处于大致远焦状态之后开始会聚的位置和中继透镜部RL中的轴上光束进入大致远焦状态的位置之间的一系列透镜形成的。构成物镜部FL的透镜在比中间成像位置(中间成像面)更远的放大共轭侧和缩小共轭侧两者形成作为其他中间像的虚像。尽管描述了其中光从放大共轭侧进入成像光学系统的情况，但是光可以从缩小共轭侧进入成像光学系统。
各自形成中间像的成像光学系统可具有如下配置：上述三个透镜部WL、FL和RL共享角色，使得每个透镜部对其他透镜部的缺点进行补偿。具体地，此配置允许广角透镜部WL不仅由其自己执行对由于其广视角引起的轴外像差的严格校正，这使得可以大幅地使广角透镜部WL小型化。
然而，在实施例的成像光学系统中，由于三个透镜部WL、FL和RL中的每一个具有正折光力，所以轴上色差在中间成像位置IM前后被组合。另外，由于成像光学系统对光线高度低的位置处的由于视角的增大而生成的高阶轴外像差进行校正，所以高阶像差被不充分地校正，这使得像面弯曲和畸变在中间像高处显著地保持。
物镜部FL被布置在两个点P1和P2之间，在这两个点P1和P2处，入射光束的轴外主光线与成像光学系统的光轴相交。虽然是在随后的具体实施例中的图中示出的，但物镜部FL包括被布置在比中间成像位置IM更远的放大共轭侧并且朝着放大共轭侧凸起的放大侧正透镜(第一透镜)L1，被布置在比中间成像位置IM更远的缩小共轭侧并且朝着缩小共轭侧凸起的缩小侧正透镜(第三透镜)L3，以及布置在正透镜L1和L3之间的负透镜(第二透镜)L2。满足稍后描述的预定条件的物镜单元FL促进对上述像差的校正。
在物镜部FL内部，轴上光束被转换成从放大共轭侧朝着中间成像位置IM会聚的会聚光束，形成中间像，然后变成发散光束。在这个物镜部FL中，形成朝着放大共轭侧凸起状的正透镜L1使得能够减小正透镜L1对轴上光束的影响，从而在朝着成像光学系统的光轴的方向上强烈地折射轴外光束。此外，在比中间成像位置IM更远的缩小共轭侧布置朝着缩小共轭侧凸起状形成的凸正透镜L3使得能够减小对轴上光束的影响，从而在会聚方向上强烈地折射轴外光束，这与正透镜L1类似。
正透镜L1和L3通过其跨中间成像位置IM的布置而提供各自具有校正轴外像差的功能的折射。也就是说，这些折射校正低阶轴外像差并且生成高阶轴外像差，这尤其使得可以校正在广角透镜部WL中生成的高阶轴外像差。利用具有高折射率的材料作为正透镜L1和L3的材料使得能够减小物镜部FL在光轴方向上的长度。
此外，在正透镜L1和L3之间布置负透镜L2以发散轴外光束使得能够增大轴外光束的折射，这提供校正轴外像差的更好效果。一般地，后聚焦型光学系统被用作广角透镜部WL。在这种情况下，像面弯曲和畸变在负侧有可能保持。从而，物镜部FL和中继透镜部RL必须在像面弯曲和畸变被校正的方向上生成像差。因此，希望向负透镜L2提供比正透镜L1和L3的折射率更低的折射率以使得负透镜L2生成高阶轴外像差。
另一方面，作为校正轴上色差的方法，提出一种方法，该方法与具有强消色差效果的消色差透镜一起，对于正透镜使用高色散(dispersion)材料来校正二维轴上色差。然而，在此方法中，对于轴上光束使用强折射面使得消色差效果不充分或者过度增大透镜数目，这是不合需要的。在形成中间像的成像光学系统中，希望对于物镜部FL的正透镜L1和L3使用高色散材料。具体地，对于正透镜L1使用高色散材料使得正透镜L1和L3也能够提供如下折射：其中每个折射具有校正有可能在广角透镜部WL中生成的二阶倍率色差的功能。在此情况下，必须将正透镜L1、负透镜L2和正透镜L3的材料的阿贝数v1、v2和v3设定在以下范围内：
5＜v2-v1＜80 (1)
5＜v2-v3＜80 (2)
比表达式(1)的下限更低的v2-v1的值减小正透镜L1的材料的色散或者增大负透镜L2的材料的色散，这减小对二阶轴上色差的校正量或者增大倍率色差的生成量。另一方面，比表达式(1)的上限更高的v2-v1的值不合需要地使得不可能找到其化学、热和机械属性在可见光区域中能够得到确保的玻璃。比表达式(2)的下限更低的v2-v3的值不合需要地使得对于在正透镜L1中生成的倍率色差的校正功能不足。另一方面，比表达式(2)的上限更高的v2-v3的值不合需要地使得不可能找到其化学、热和机械属性在可见光区域中能够得到确保的玻璃。
希望将正透镜L1、负透镜L2和正透镜L3的材料的折射率N1、N2和N3设定在以下范围内：
0.03＜N1-N2＜1.0 (3)
0.03＜N3-N2＜1.0 (4)
比表达式(3)的下限更低的N1-N2的值不合需要地增大正透镜L1中的高阶轴外像差的生成量或者减小要由负透镜L2校正的高阶轴外像差的校正量。比表达式(4)的下限更低的N3-N2的值不合需要地使得难以选择能够充分地校正要由负透镜L2校正的高阶轴外像差的玻璃。比表达式(3)的上限更高的N1-N2的值和比表达式(4)的上限更高的N3-N2的值使得不可能找到其透射属性、加工性能等等在可见光区域中稳定的玻璃。
如上所述，希望由正透镜L1、负透镜L2和正透镜L3构成物镜部FL，以使用高折射率和高色散玻璃作为正透镜L1和L3的材料并且使用低折射率和低色散玻璃作为负透镜L2的材料。
另外，在广角透镜部WL中，布置具有朝着与正透镜L1相反的方向(即，朝着缩小共轭侧)凸起的形状的透镜并且对于该透镜使用低色散材料使得能够抑制轴上色差的生成。类似地，在中继透镜部RL中，布置具有朝着与正透镜L3相反的方向(即，朝着放大共轭侧)凸起的形状的透镜并且对于该透镜使用低色散材料使得能够抑制轴上色差的生成。由于这些原因，在实施例中，广角透镜部WL包括被布置在比正透镜L1更远的放大共轭侧并且朝着缩小共轭侧凸起的正透镜L4(第四透镜)，并且中继透镜部RL包括被布置在比正透镜L3更远的缩小共轭侧并且朝着放大共轭侧凸起的正透镜L5(第五透镜)。
为了以小数目的透镜增大会聚力，希望向正透镜L4提供朝着缩小共轭侧凸起的形状并且向正透镜L5提供朝着放大共轭侧凸起的形状。
还希望，当SP1表示正透镜L1的形状因子并且SP3表示正透镜L3的形状因子时，SP1和SP3满足以下表达式(7)和(8)：
-10＜SP1＜0 (7)
0＜SP3＜+10 (8)
形状因子SP由以下表达式定义：SP＝(R1+R2)/(R1-R2)，其中R1表示放大共轭侧透镜面的曲率半径，并且R2表示缩小共轭侧透镜面的曲率半径。
比表达式(7)的下限更低的形状因子SP1向正透镜L1提供过强的弯月形状，从而使得不可能充分地校正二阶轴上色差，这是不合需要的。比表达式(7)的上限更高的形状因子SP1过度增大正透镜L1中生成的一阶轴上色差的生成量，从而不必要地造成大数目的消色差透镜，这是不合需要的。比表达式(8)的下限更低的形状因子SP3过度增大在正透镜L3中生成的一阶轴上色差的生成量，这是不合需要的。比表达式(8)的上限更高的因子SP3不合需要地使得不可能充分地校正二阶轴上色差。
另外，希望将正透镜L1的部分色散比θgf1设定在以下范围内：
0.600＜θgf1＜0.800 (9)
部分色散比θgf1由以下表达式定义，其中Ng、Nf和NC分别表示正透镜L1的材料对于g线、f线和C线的折射率。
θgf1＝(Ng-Nf)/(Nf-NC)
增大正透镜L1的色散使得能够校正二阶倍率色差和二阶轴上色差两者。比表达式(9)的下限更低的部分色散比θgf1不合需要地劣化上述校正的效果。比表达式(9)的上限更高的部分色散比θgf1不合需要地使得不可能找到其化学、热和机械属性在可见光区域中能够得到确保的玻璃。
更希望将正透镜L1的反常色散Δθgf1设定在以下范围内：
0.010＜Δθgf1＜0.050…(10)
其中反常色散Δθgf1由Δθgf1＝θgf1-(0.6438-0.001682×v1)定义。
将反常色散Δθgf1设定在表达式(10)的范围内使得能够更有效地校正二阶倍率色差和二阶轴上色差。比表达式(10)的下限更低的反常色散Δθgf1不合需要地劣化上述校正的效果。比表达式(10)的上限更高的反常色散Δθgf1不合需要地使得不可能找到其化学、热和机械属性在可见光区域中能够得到确保的玻璃。
另外，希望满足以下条件，其中fWL、fFL和fRL分别表示广角透镜部WL、物镜部FL和中继透镜部RL的焦距。
0.0＜fWL/fFL＜2.0 (11)
0.0＜fWL/fRL＜2.0 (12)
比表达式(11)的下限更低的fWL/fFL的值和比表达式(12)的下限更低的fWL/fRL的值各自劣化在广角透镜部WL、物镜部FL和中继透镜部RL之间共享像差校正时的关系。这个劣化使得每个透镜部中的像差校正成为必要，这不合需要地增加透镜的数目。另一方面，比表达式(11)的上限更高的fWL/fFL的值和比表达式(12)的上限更高的fWL/fRL的值各自使得难以提供充分的视角或者各自增大成像光学系统的中间部分的有效直径或者成像光学系统的整体长度，这是不合需要的。
此外，希望满足以下条件，其中f1、f2和f3各自表示正透镜L1、负透镜L2和正透镜L3的焦距。
0.5＜f1/f3＜3.0 (13)
-2.0＜f2/f3＜-0.5 (14)
比表达式(13)的上限更高的f1/f3的值或者比其下限更低的f1/f3的值劣化由正透镜L1和L3提供的像差校正功能或者增加透镜的数目，这是不合需要的。比表达式(14)的下限更低的f2/f3的值过度减小负透镜L2对轴外像差的校正量，这不合需要地使得对轴外像差的校正不足。
比表达式(14)的上限更高的f2/f3的值过度增大负透镜L2对轴外像差的校正量，从而增大像面弯曲和畸变，这不合需要地增加透镜的数目。
另外，希望将正透镜L1和L3的材料的色散之间的关系设定在以下范围内：
0＜v3-v1＜20 (15)
与能够校正二阶轴上色差的正透镜L1不同，正透镜L3主要具有抵消在正透镜L1中生成的一阶像差的作用，从而希望将正透镜L3的材料的色散设定为比正透镜L1的材料的色散略低的色散。比表达式(15)的下限更低的v3-v1的值减小对二阶轴上色差的校正量。比表达式(15)的上限更高的v3-v1的值不合需要地劣化抵消一阶像差的功能。
其他透镜配置如下。为了校正高阶轴外像差和二阶轴上色差，对于物镜部FL的正透镜L1和L3中的每一个使用高色散玻璃，从而使得广角透镜部WL和中继透镜部RL中的每一个包括具有强消色差效果的多个消色差透镜。
成像光学系统包括与正透镜L1、负透镜L2和正透镜L3中的每一个相对应的至少一个透镜，就足够了。另外，在透镜L1和L5之间的空间中可包括具有弱折光力的透镜、平行板等。
下面将描述本发明的具体实施例。
[实施例1]
图1和表1示出包括作为实施例1(数值例)的成像光学系统的图像投影光学系统的配置。这个光学系统用在把由诸如液晶面板和数字微镜设备之类的光调制元件调制的光投影到投影面上的图像投影装置中；光调制元件布置在图中的最缩小共轭侧位置处示出的垂直线的位置处。虽然图1示出一个光调制元件，但在实际图像投影装置中设有多个光调制元件。
图像投影装置包括驱动器DR，其基于输入到装置的图像信号来驱动光调制元件。成像光学系统用作投影光学系统，其把被布置在缩小共轭侧的光调制元件调制的光(入射光束)投影到投影面上，投影面例如是布置在扩大共轭侧的屏幕。在成像光学系统中，在比中继透镜部RL更远的缩小共轭侧布置棱镜RP，其组合分别被多个光调制元件调制的多色光并将组合光引入到成像光学系统(投影光学系统)。稍后描述的实施例2和3同样具有上述配置。
此实施例的成像光学系统具有以下透镜配置。广角透镜部WL由七个透镜构成，这七个透镜包括布置在广角透镜部WL中的最缩小共轭侧位置(最接近物镜部FL)的正透镜L4。物镜部FL由五个透镜构成，从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包括正透镜L1、负透镜L2和正透镜L3。正透镜L1和负透镜L2中的每一个由两个透镜构成，并且正透镜L3由单个透镜构成。中继透镜部RL由七个透镜构成，这七个透镜包括布置在中继透镜部RL中的最放大共轭侧位置(最接近物镜部FL)的正透镜L5。中间成像位置IM位于正透镜L1和负透镜L2之间。
正透镜L1被分成用于校正轴外光束的像差的两个透镜。这两个透镜中的每一个由高折射率和高色散材料形成。
负透镜L2也被分成两个透镜。这两个透镜中的每一个由低折射率和低色散材料形成。由于负透镜L2定位为接近中间成像点IM，所以经过负透镜L2的轴上光束的光线高度比其他透镜中的那些低。从而，负透镜L2对于轴上光束具有更小的影响。另一方面，负透镜L2被设定为向轴外光束提供大偏离角，使得负透镜L2生成高阶轴外像差。在此实施例中，负透镜L2被分成两个透镜，并且其中布置在缩小共轭侧的一个具有非球面形状，这使得能够校正球面像差和彗形像差。
正透镜L3由高折射率和高色散材料形成，这使得正透镜L3能够抵消在正透镜L1中生成的相对低阶的轴外像差并且向整个物镜部FL提供专用于高阶轴外像差的校正的配置。
另外，物镜部FL包括布置在中间成像位置IM前后的透镜，以便具有像差校正功能。然而，只具有这种配置的物镜部FL使得难以抑制由具有大视角的广角透镜部WL生成的像差。因此，广角透镜部WL设有非球面透镜以减小其中生成的像差，并且中继透镜部RL设有非球面透镜以校正轴外像差。广角透镜部WL和中继透镜部RL的这个配置与物镜部FL的配置相结合使得可以提供极好的像差校正效果。
另一方面，对于正透镜L1和L3中的每一个必须使用高色散材料并且校正一阶轴上色差。从而，在此实施例中，广角透镜部WL设有包括在表1中的面编号(Surf)为6的胶合透镜面的胶合透镜和包括面编号为9的胶合透镜面的消色差胶合透镜。另外，中继透镜部RL设有包括面编号为27的胶合透镜面的胶合透镜和包括面编号为30的胶合透镜面的消色差胶合透镜。
在表1(以及分别示出数值例2和3的表2和3)中，由符号Surf指示的每个面编号i是按从放大共轭侧到缩小共轭侧的顺序的每个透镜面的序号，并且符号Φea表示每个透镜的光线有效直径。符号R表示第i透镜面的曲率半径，并且D是第i透镜面与第i+1透镜面之间的距离。符号glass表示每个透镜的玻璃材料。符号Nd和vd分别表示玻璃材料对于d线(587.56nm)的折射率和阿贝数。
面编号后面带有星号(＊)的每个透镜面具有由以下函数表示的非球面形状。每个表示出函数中的非球面系数。符号e±M表示×10±M。符号y和x分别表示直径方向上的坐标和光轴方向上的坐标，其中每一个是以透镜面的面顶点作为基准点来定义的：
x＝(y2/R)/{1+[1-(1+K)(y2/R2)]1/2}
+Ay4+By6+Cy8+Dy10+Ey12+Fy14+Gy16
符号Fno表示F数，Φ表示有效像圈直径(image circle diameter)，并且ω表示半视角。
在表1中，整个成像光学系统的焦距由绝对值|f|表示。其原因是在其内部形成共轭点的成像光学系统在最终像面上形成正立的像，从而整个成像光学系统的焦距取决于其定义可以是负值。然而，由于整个成像光学系统的组合折光力具有正值，所以其焦距由绝对值指示。表2和3同样使用这个表示法。
表4总体示出数值例1中的整个成像光学系统和每个透镜部的焦距以及表达式(1)至(15)的值。
图2示出表示数值例1的成像光学系统的成像性能的像差图。图2从左侧起依次示出球面像差图、像散图和畸变图。在球面像差图中，实线指示对于d线(587.56nm)的球面像差，虚线指示对于F线(486.13nm)的球面像差，并且点线指示对于C线(656.27nm)的球面像差。水平刻度指示从-0.15到+0.15[mm]的范围中的散焦量。在像散图中，实线指示弧矢像面上的像散，并且点线指示子午像面上的像面弯曲。水平刻度与球面像差图类似地指示散焦量。在畸变图中，水平刻度指示在从-0.5到+0.5[％]范围中的畸变。数值例2和3中的像差图同样使用上述表示法。
如图2中所示，此实施例(数值例1)的成像光学系统充分地校正轴上色差和依据像高变动的轴外像差两者。
[实施例2]
图3和表2示出包括作为实施例2(数值例2)的成像光学系统的图像投影光学系统的配置。此实施例的成像光学系统与实施例1中的相比具有略短的焦距并且使用不同类型的玻璃材料。
此实施例的成像光学系统具有与实施例1类似的以下透镜配置。也就是说，广角透镜部WL由七个透镜构成，这七个透镜包括布置在广角透镜部WL中的最缩小共轭侧位置(最接近物镜部FL)的正透镜L4。物镜部FL由五个透镜构成，从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包括正透镜L1、负透镜L2和正透镜L3。正透镜L1和负透镜L2中的每一个由两个透镜构成，并且正透镜L3由单个透镜构成。中继透镜部RL由七个透镜构成，这七个透镜包括布置在中继透镜部RL中的最放大共轭侧位置(最接近物镜部FL)的正透镜L5。中间成像位置IM位于正透镜L1和负透镜L2之间。
表4总体示出数值例2中的整个成像光学系统和每个透镜部的焦距以及表达式(1)至(15)的值。
图4示出表示数值例2的成像光学系统的成像性能的像差图。如图4中所示，只要玻璃材料满足上述条件(1)至(15)，玻璃材料与实施例1中的不同的这个实施例(数值例2)的成像光学系统就可提供充分的像差校正效果。
[实施例3]
图5和表3示出包括作为实施例3(数值例3)的成像光学系统的图像投影光学系统的配置。此实施例的成像光学系统包括消色差胶合透镜，其中每个消色差胶合透镜与实施例1中的相比具有略弱的消色差效果。
此实施例的成像光学系统具有与实施例1类似的以下透镜配置。也就是说，广角透镜部WL由七个透镜构成，这七个透镜包括布置在广角透镜部WL中的最缩小共轭侧位置(最接近物镜部FL)的正透镜L4。物镜单元FL由五个透镜构成，从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包括正透镜L1、负透镜L2和正透镜L3。正透镜L1和负透镜L2中的每一个由两个透镜构成，并且正透镜L3由单个透镜构成。中继透镜部RL由七个透镜构成，这七个透镜包括布置在最放大共轭侧位置(最接近物镜部FL)的正透镜L5。中间成像位置IM位于正透镜L1和负透镜L2之间。
表4总体示出数值例3中的整个成像光学系统和每个透镜部的焦距以及表达式(1)至(15)的值。图6示出表示数值例3的成像光学系统的成像性能的像差图。
包括与要调制的三色光相对应的三个光调制元件的三面板图像投影装置允许独立地对光调制元件的位置进行精细调整，从而可以使用像差被校正到图6所示的级别的成像光学系统。此实施例的成像光学系统可控制其轴上色差，从而在有意使三个光调制元件的位置相对于彼此有位移的情况中尤其有效。
在每个上述实施例中描述的形成中间像的成像光学系统可以充分地校正高阶轴外像差和轴上色差以形成高清晰度图像。另外，使用该成像光学系统的图像投影装置能够以短的投影距离投影高清晰度且大尺寸的图像。
[表1]
(数值例1)
|f|＝8.526 Fno＝2.8 Φ＝29.4 ω＝59.9
IMG
[表2]
(数值例2)
|f|＝7.500 Fno＝3.5 Φ＝29.4 ω＝63.0
IMG
[表3]
(数值例3)
|f|＝8.751 Fno＝2.8 Φ＝29.4 ω＝59.2
IMG
[表4]
数值例1 数值例2 数值例3
整个光学系统的焦距 -8.53 -7.50 -8.75
广角透镜部的焦距fWL 28.52 69.67 26.50
向场透镜部的焦距fFL 69.71 65.53 72.60
中继透镜部的焦距fRL 67.45 63.16 60.37
正透镜L1的焦距f1 68.01 66.35 68.10
负透镜L2的焦距f2 -39.85 -34.11 -34.90
正透镜L3的焦距f3 41.13 35.44 38.20
条件 数值例1 数值例2 数值例3
(1) 5＜v2-v1＜80 45.30 47.46 41.38
(2) 5＜v2-v3＜80 40.40 44.81 40.36
(3) 0.03＜N1-N2＜1.0 0.407 0.321 0.292
(4) 0.03＜N3-N2＜1.0 0.330 0.359 0.330
(7) -10＜SP1＜0 -0.67 -1.02 -0.83
(8) 0＜SP3＜+10 1.63 1.29 1.51
(9) 0.600＜θgf1＜0.800 0.6495 0.6191 0.6307
(10) 0.010＜Δθgf1＜0.050 0.0386 0.0137 0.0261
(11) 0.0＜fWL/fFL＜2.0 0.41 1.06 0.36
(12) 0.0＜fWL/fRL＜2.0 0.42 1.10 0.44
(13) 0.5＜f1/f3＜3.0 1.65 1.87 1.78
(14) -2.0＜f2/f3＜-0.5 -0.97 -0.96 -0.91
(15) 0＜v3-v1＜20 4.90 2.66 1.02
虽然已参考示范性实施例描述了本发明，但要理解本发明不限于公开的示范性实施例。所附权利要求的范围应赋予最宽解释以涵盖所有这种修改和等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种成像光学系统，被配置为使得放大共轭侧的预定位置和缩小共轭侧的另一预定位置彼此共轭并且被配置为形成对这两个预定位置共轭的中间成像位置(IM)的中间像，所述成像光学系统从所述放大共轭侧到所述缩小共轭侧依次包括：
广角透镜部(WL)；
物镜部(FL)；及
中继透镜部(RL)，
其中，物镜部包括：
第一正透镜，被布置在比所述中间成像位置更远的所述放大共轭侧并且在两个点(P1、P2)之间，在这两个点处，进入所述成像光学系统的光束的轴外主光线与所述成像光学系统的光轴相交，该第一正透镜的放大共轭侧透镜面是朝着所述放大共轭侧的凸面；
第二正透镜，被布置在比所述中间成像位置更远的所述缩小共轭侧并且在所述两个点之间，该第二正透镜的缩小共轭侧透镜面是朝着所述缩小共轭侧的凸面；以及
负透镜，被布置在所述第一正透镜和所述第二正透镜之间，
所述成像光学系统的特征在于：
以下条件被满足：
5＜v2-v1＜80
5＜v2-v3＜80
0＜v3-v1＜20
0.03＜N1-N2＜1.0
0.03＜N3-N2＜1.0
其中v1表示所述第一正透镜的材料的阿贝数，v2表示所述负透镜的材料的阿贝数，v3表示所述第二正透镜的材料的阿贝数，N1表示所述第一正透镜的材料的折射率，N2表示所述负透镜的材料的折射率，并且N3表示所述第二正透镜的材料的折射率。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，满足以下条件：
-10＜SP1＜0
0＜SP3＜+10
其中SP1表示所述第一正透镜的形状因子，并且SP3表示所述第二正透镜的形状因子；形状因子SP由下式定义：
SP＝(R1+R2)/(R1-R2)
其中R1表示每个透镜的放大共轭侧透镜面的曲率半径，并且R2表示每个透镜的缩小共轭侧透镜面的曲率半径。
3.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，满足以下条件：
0.600＜θgf1＜0.800
其中θgf1表示所述第一正透镜的材料的部分色散比；部分色散比θgf1由下式定义：
θgf1＝(Ng-Nf)/(Nf-NC)
其中Ng、Nf和NC分别表示所述第一正透镜的材料对于g线、f线和C线的折射率。
4.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，满足以下条件：
0.010＜Δθgf1＜0.050
其中Δθgf1表示所述第一正透镜的材料的反常色散；反常色散Δθgf1由下式定义：
Δθgf1＝θgf1-(0.6438-0.001682×v1)，
其中θgf1表示所述第一正透镜的材料的部分色散比；部分色散比θgf1由下式定义：
θgf1＝(Ng-Nf)/(Nf-NC)
其中Ng、Nf和NC分别表示所述第一正透镜的材料对于g线、f线和C线的折射率。
5.根据权利要求1所述的成像光学系统，
其中，满足以下条件：
0＜fWL/fFL＜2.0
0＜fWL/fRL＜2.0
其中fWL表示放大共轭侧透镜部的焦距，fFL表示所述物镜部的焦距，并且fRL表示所述中继透镜部的焦距。
6.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，满足以下条件：
0.5＜f1/f3＜3.0
-2.0＜f2/f3＜-0.5
其中f1表示所述第一正透镜的焦距，f2表示所述负透镜的焦距，并且f3表示所述第二正透镜的焦距。
7.根据权利要求1所述的成像光学系统，还包括：
被布置在所述负透镜和所述第二正透镜之间的非球面透镜。
8.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，所述负透镜被布置在比所述中间成像位置更远的所述缩小共轭侧。
9.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，在所述成像光学系统所包括的多个透镜之中的被布置在比所述中间成像位置更远的缩小共轭侧的多个透镜中，所述负透镜最接近所述中间成像位置。
10.一种图像投影装置，包括：
图像投影光学系统，该图像投影光学系统的特征在于包括：
光调制元件，被配置为对入射光进行调制；以及
根据权利要求1至9中的任一项所述的成像光学系统，该成像光学系统是如下的投影光学系统，该投影光学系统被配置为将由布置在比所述成像光学系统更远的缩小共轭侧的所述光调制元件调制的光投影到布置在比所述成像光学系统更远的放大共轭侧的投影面上；以及
驱动器，基于输入图像信号来驱动所述光调制元件。
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