CN107148588B - 投射光学系统和投影仪装置 - Google Patents

Abstract

投射光学系统(10)是从缩小侧的第一像面(5)向放大侧的第二像面(6)进行投射的光学系统。该投射光学系统(10)具有：第一光学系统(11)，其包括多个透镜，将由从缩小侧入射的光在该第一光学系统(11)的内部成像的第一中间像(51)在比该第一光学系统(11)靠放大侧的位置处成像为第二中间像(52)；第二光学系统(12)，其包括第一反射面(M1)，该第一反射面(M1)位于比第二中间像(52)靠放大侧的位置处，具有正的折射力；以及玻璃块(30)，其配置于第一光学系统(11)与第一反射面(M1)之间，从第一光学系统(11)到达第二中间像(52)的光线通过该玻璃块(30)。

Description

投射光学系统和投影仪装置

技术领域

本发明涉及一种投影仪装置的投射光学系统。

背景技术

日本专利公开公报2004-258620号(文献1)中记载了实现如下的投射光学系统和使用这样的投射光学系统的图像投射装置，该投射光学系统为了实现投射画面的大画面化并且缩小投射装置外的投影空间而采用包括反射面的成像光学系统，并且也能够校正色像差。因此，文献1中记载了以下内容：从灯泡侧起至灯泡的投影侧，将第一光学系统、第二光学系统按上述顺序配置，第一光学系统包括一个以上的折射光学系统，具有正的焦度，第二光学系统包括一个以上的具有焦度的反射面，具有正的焦度，使由灯泡形成的图像在第一光学系统和第二光学系统的光路上成像为中间像，将中间像进一步放大后投射到屏幕上。

发明内容

在展示用、学校教育用等各种用途中，迫切期望更为小型且能够支持广角化的要求的投射光学系统。

本发明的一个方式是从缩小侧的第一像面向放大侧的第二像面进行投射的投射光学系统。该投射光学系统具有：第一光学系统，其包括多个透镜，将第一中间像在比该第一光学系统靠放大侧的位置处成像为第二中间像，该第一中间像是由从缩小侧入射的光在该第一光学系统的内部成像得到的；第二光学系统，其包括第一反射面，该第一反射面位于比第二中间像靠放大侧的位置处，具有正的折射力；以及玻璃块，其配置于第一光学系统与第一反射面之间，从第一光学系统到达第二中间像的光线通过该玻璃块。

在想要将玻璃块插入到光路中来控制光路的情况下，在使用凸面镜的系统中，对于凸面镜而言的入射光和出射光通过玻璃块，因此入射光与出射光发生干扰。因此，很难插入玻璃块。在使用凹面镜的系统中，从透镜系统到达放大侧的凹面镜的光束散射，特别是，在想要以广角对像进行投影的系统中，从透镜系统到达凹面镜的光线宽度变大，很难以对其间的全部光线大致均等地产生作用的方式插入玻璃块。对此，本申请的发明人发现，通过采用在内部形成中间像的第一光学系统，能够将第一中间像置于缩小侧的第一像面同形成于第一光学系统与第一反射面之间的第二中间像之间，能够抑制从第一光学系统到达第一反射面的光线的散射。因而，在本发明的投射光学系统中，能够对从第一光学系统到达第一反射面的全部光线产生作用，还能够将玻璃块以不与从第一反射面输出的光发生干扰的方式插入。

当想要将视场角高的图像投影到第二像面时，第一反射面的大小(直径)变大，若想要抑制直径的增加则第一光学系统的焦度变大，从而难以进行各像差的校正。通过组合在内部形成中间像的第一光学系统，能够抑制从第一光学系统到达第一反射面的光束的散射。因此，能够使用小型的第一反射面对视场角高的图像进行投影。并且，通过在从第一光学系统到第一反射面的光路中配置作为折射率高的介质的玻璃块，能够降低光线高度，不增强第一光学系统特别是缩小侧的光学系统的焦度就能够抑制第一反射面变大，从而能够提供更为小型的投射光学系统。

第一光学系统也可以是在内部形成多个中间像的结构。典型地，第一光学系统包括第一折射光学系统和第二折射光学系统，该第一折射光学系统配置于缩小侧，用于形成第一中间像，该第二折射光学系统配置于放大侧，用于将第一中间像形成于第一反射面的缩小侧。典型地，具有正的折射力的第一反射面为凹面镜，将第二中间像向第二像面进行放大投影。第一反射面既可以是旋转对称的，也可以是非旋转对称的。

在该投射光学系统中，能够使第一反射面相对于缩小侧的第一像面的像高来说小型。在投射光学系统中也可以是，第一像面的像高Ih与第一反射面的直径MR满足以下的式子。

2.0＜MR/Ih＜4.5···(1)

在该投射光学系统中，对由第一反射面的大致半圆的部分反射的光进行投影。因而也可以是，第一像面的像高Ih与第一反射面的半径Mr满足以下的式子。

1.0＜Mr/Ih＜2.25···(2)

在该投射光学系统中，使在第一反射面中使用的面积相对于第一像面的发光面积变小。因而也可以是，第一像面的发光面积Vs与第一反射面的有效面积Ms满足以下的式子。

1.0＜Ms/Vs＜6.0···(3)

在该投射光学系统中，能够使第二中间像缩小。因而也可以是，第一像面的发光面积Vs与第二中间像的面积I2s满足以下的式子。

1.0＜I2s/Vs＜3.0···(4)

在该投射光学系统中期望的是，第一像面的发光面积Vs与第一中间像的面积I1s满足以下的式子。能够提供性能与尺寸之间取得良好的平衡的投射光学系统。

0.5＜I1s/Vs＜2.0···(5)

玻璃块也可以配置于第一光学系统与第二中间像之间。通过将第二中间像形成于玻璃块之外，能够防止在第二中间像中呈现出玻璃块的物理影响、例如伤痕、污物的影响，能够抑制最终投影到第二像面的图像的质量降低。

也可以是，玻璃块包括靠第一光学系统侧的入射面、靠第一反射面侧的出射面以及出射面与入射面之间的侧面，侧面的至少一部分相对于第一光学系统与第一反射面之间的光轴倾斜。例如也可以是，侧面包括以与从第一反射面到达第二像面的投射光的下限光线大致平行的方式倾斜的面。能够抑制下限光线与玻璃块之间的干扰。也可以是，玻璃块的侧面包括对从第一光学系统到达第一反射面的光线进行反射的内部反射面。

期望的是，玻璃块的沿着上述第一光学系统与第一反射面之间的光轴的长度GBL同第一光学系统与第一反射面之间的沿着光轴的长度LML满足以下的式子。

0.1＜GBL/LML＜0.9···(6)

期望的是，玻璃块的沿着第一光学系统与第一反射面之间的光轴的长度GBL、第一光学系统与第一反射面之间的沿着光轴的长度LML以及玻璃块的折射率GBn满足以下的式子。

0.05＜GBL/GBn/LML＜0.7···(7)

期望的是，玻璃块的阿贝数GBv满足以下的式子。

30＜GBv＜100···(8)

期望的是，第一光学系统在隔着离第一中间像的广角侧最近的非球面透镜的广角侧包括折射力为正的透镜组G2r，透镜组G2r的焦距G2rF满足以下的式子。

0＜G2rF＜1000···(9)

更为优选的是，第一光学系统与第一反射面之间的最周边像高的上限光线的光路长度OP1d和下限光线的光路长度OP2d满足以下的式子。

1＜OP1d/OP2d＜1.15···(10)

本发明的不同的方式之一是具有上述的投射光学系统和在第一像面形成图像的调光器的投影仪。投影仪也可以包括对第一像面进行照明的照明光学系统。

附图说明

图1的(a)～(d)是表示包括玻璃块的类型的投射光学系统的布局和不包括玻璃块的类型的投射光学系统的布局的图。

图2的(a)是表示各类型的各数值的图，图2的(b)是表示各类型的条件的图，图2的(c)和(d)是表示像高和反射镜尺寸的图。

图3是包括玻璃块的投射光学系统的一例。

图4是表示透镜数据的图。

图5是表示非球面数据的图。

图6是表示像差的图。

图7是对玻璃块进行放大表示的图。

图8是表示不同的投射光学系统的例子的图。

图9是例示与投影仪的主体发生的干扰的图。

图10是表示不同的投射光学系统的图。

具体实施方式

图1的(a)～(d)中示出投影仪的几个例子。投影仪1包括从缩小侧的调光器(灯泡)5的像面(第一像面)5a向放大侧的屏幕或者壁面(第二像面)6进行投射的投射光学系统10或者90。灯泡5只要是LCD、数字微镜器件(DMD)或者有机EL等能够形成图像的结构即可，既可以是单板式，也可以是分别形成各颜色的图像的方式。灯泡5既可以是发光型，也可以是照明型。在照明型的情况下，投影仪1还包括照明光学系统(未图示)。屏幕6也可以是壁面、白板等，投影仪1既可以是前投式投影仪，也可以是包括屏幕的背投式投影仪。

投射光学系统10和90包括第一光学系统11和第二光学系统12，其中，第一光学系统11包括多个透镜，第二光学系统12包括具有正的折射力的第一反射面M1。第二光学系统12的反射面(第一反射面)M1对从第一光学系统11输出的光进行反射并将其作为投影光19投射到屏幕6。第一光学系统11是将由从缩小侧入射的光在第一光学系统11的内部成像的第一中间像51在比第一光学系统11靠放大侧的位置处成像为第二中间像52的折射光学系统(透镜系统)。第一光学系统11包括配置于缩小侧(输入侧)的第一透镜组(第一折射光学系统)G1以及隔着第一中间像51配置于放大侧(输出侧)的第二透镜组(第二折射光学系统)G2。第二透镜组G2将第一中间像51在第一反射面(反射镜)M1的缩小侧成像为第二中间像52。反射镜M1将第二中间像52放大投影到屏幕6上。

图1的(a)和(b)所示的投影仪1的投射光学系统10还包括配置于第一光学系统11与第一反射面(反射镜)M1之间的玻璃块(GB，棱镜)30。从第一光学系统11到达第二中间像52的光线通过玻璃块30。

图1的(a)～(d)所示的光学系统10和90是形成多个中间像的光学系统。即，这些光学系统10和90包括第一光学系统(典型地为折射光学系统)11与反射镜M1的组合，第一光学系统11在内部形成中间像51并且在反射镜M1之前形成第二投影用的中间像52。这些光学系统10和90的最大优点是能够使非球面反射镜M1相对于文献1所示的仅形成一个中间像的光学系统大幅度地小型化。

并且，在图1的(a)和(b)所示的投射光学系统10中，在第二透镜组G2与反射镜M1之间插入了玻璃块30。首先，通过采用在内部形成中间像51的第一光学系统11，能够在第一光学系统11与反射镜M1之间的中间像(第二中间像)52的上游的、比灯泡5的像更靠近形成于第二中间像52的位置处形成中间像51。因而，能够抑制从在内部包括中间像51的第一光学系统11经由反射镜M1的上游的第二中间像52到达反射镜M1的光线的散射。因此，能够将玻璃块30以使从第一光学系统11到达反射镜M1的全部光线通过该玻璃块30的方式插入到第二透镜组G2与反射镜M1之间。由此，能够使反射镜M1的尺寸相对于图1的(c)和(d)所示的无玻璃块的光学系统90中的反射镜M1的尺寸进一步小型化。

图2的(a)中示出图1的(a)～(d)的各类型的光学系统中的(以下，有时称为类型a、类型b、类型c以及类型d)各数值。如图2的(c)所示，像高Ih是灯泡5中的像高，与影像圈5c的半径对应。作为第一像面的灯泡5设置于从折射光学系统11的透镜光轴9偏移了偏移量5f的位置处，作为与灯泡5的离透镜光轴9最远的一端外接的外接圆的圆盘被设定为影像圈5c。发光面积Vs为灯泡5的发光面积，关于各类型的光学系统的灯泡5的尺寸(水平尺寸、垂直尺寸、偏移值(mm))，类型a为(19.35、12.10、8.00)，类型b为(19.15、14.36、10.14)，类型c为(14.52、8.16、5.60)，类型d为(14.01、10.51、8.48)。

第一中间像面积I1s和第二中间像面积I2s是将灯泡5的发光面积Vs成像为第一中间像51和第二中间像52时的、在与各光轴垂直的面上观察到的(投影出的)面积(mm²)。如图2的(d)所示，反射镜半径Mr和直径MR是将反射镜M1向与其光轴39垂直的面投影时的圆的半径和直径，在图1所示的各类型的光学系统中，反射镜M1实际上如图2的(d)所示那样仅使用比光轴39靠下侧的部分。另外，实际设置的反射镜M1的尺寸也可以比上述的尺寸大，图2的(a)所记载的数值实际上是离光轴39最远的照射面积(由来自灯泡5的光所照射的面积)的外接圆(有效圆)的半径和直径。反射镜面积(有效面积)Ms是反射镜M1将由来自灯泡5的发光面积Vs的光(光束)所照射的面积向与光轴39垂直的面投影时的面积。

一般来说，在使用反射镜的投射光学系统中，存在影像圈越大则反射镜尺寸(反射镜的有效直径)MR也越大的趋势。在图1的(c)和(d)所示的无玻璃块的光学系统(类型c和类型d)中，像高Ir与反射镜尺寸MR存在相关性。另一方面，在图1的(a)和(b)所示的有玻璃块GB的光学系统(类型a和类型b)中，反射镜尺寸MR依然为类型d的反射镜尺寸，像高Ir比类型d的像高大，进而可知不改变反射镜尺寸MR就能够增大像高。

因而，根据玻璃块30的效果，能够在维持反射镜尺寸MR的同时增大像高，能够提供更小型且能够投影更大的图像的投影仪1。关于玻璃块30的效果，例如能够用反射镜尺寸(反射镜M1的有效直径(直径)，mm)MR与像高Ir的比率MIR1来表示，能够设定为满足以下的式(1)的范围。

MIR1＝反射镜尺寸(直径)MR/像高Ih

2.0＜MIR1＜4.5···(1)

在形成多个中间像的光学系统90中，MIR1为5.5以下，优选为小到5.1以下。在包括玻璃块30的光学系统10中，能够进一步减小MIR1。在包括玻璃块30的光学系统10中，关于MIR1，进一步优选为4.4以下，更优选为4.2以下，更进一步优选为4.1以下。若考虑良好地校正折射光学系统(第一光学系统)11的像差，则下限为2.0左右。

关于玻璃块30的效果，例如还能够用反射镜M1的有效半径(mm)Mr与像高Ir的比率MIR2来表示，能够设定为满足以下的式(2)的范围。

MIR2＝反射镜尺寸(半径)Mr/像高Ih

1.0＜MIR2＜2.25···(2)

关于MIR2，与上述同样地优选为2.2以下，更优选为2.1以下，进一步优选为2.05以下。若考虑良好地校正折射光学系统11的像差，则下限为1.0左右。

关于玻璃块30的效果，能够用第一像面、即灯泡5的发光面积Vs和作为第一反射面的反射镜M1的有效面积Ms来表示，能够设定为满足以下的式子的范围。

MVR＝反射镜面积Ms/发光面积Vs

1.0＜MVR＜6.0···(3)

关于MVR，优选为5.8以下，更优选为5.6以下，进一步优选为5.5以下。若考虑良好地校正折射光学系统11的像差，则下限为1.0左右。

关于玻璃块30的效果，还能够用第一像面、即灯泡5的发光面积Vs和第二中间像52的面积I2s来表示，能够设定为满足以下的式子的范围。

IVR2＝中间像的面积I2s/发光面积Vs

1.0＜IVR2＜3.0···(4)

关于IVR2，优选为2.8以下，更优选为2.6以下，进一步优选为2.5以下。若考虑良好地校正折射光学系统11的像差，则下限为1.0左右。

在该光学系统1中，若考虑是放大投射光学系统，则作为像尺寸，优选按灯泡5的像、折射光学系统11的内部的中间像(透镜内中间像)、折射光学系统11与反射镜M1之间的空中的中间像(空中像)的顺序阶梯式地增大。即，优选发光面积Vs、第一中间像51的面积Is1以及第二中间像52的面积I2s满足以下的条件。

Vs＜I1s＜I2s···(4.5)

另一方面，当透镜内中间像变大时，反射镜M1的尺寸相对地变大。当想要在透镜内中间像大的状态下使反射镜M1小型化时，需要增强折射光学系统11的焦度，不利于像差校正。若透镜内中间像的倍率大幅度低于等倍，则在考虑为放大投射时不利于像差校正。当透镜内中间像的倍率大幅度高于等倍时，会招致反射镜M1的大型化，在强行将反射镜M1小型化的情况下，需要增强折射光学系统11的焦度，不利于像差校正。期望的是，根据这些关系，使灯泡5的像(发光面积Vs)与中间像(第一中间像51的面积I1s)的比率收敛于以下条件的范围。

IVR1＝中间像的面积I1s/发光面积Vs

0.5＜IVR1＜2.0···(5)

无论有无玻璃块GB，该条件对于包括类型a～d在内的在折射光学系统11的内部形成中间像的全部的光学系统而言都是有效的。关于上限，期望为1.8以下，更优选为1.6以下。关于下限，优选为0.6以上，更优选为0.7以上。

图3中示出包括玻璃块30的投射光学系统10的更具体的一例。图4中示出投射光学系统10的各元件的数据。图5示出各元件中的非球面数据。该投射光学系统10是上述的类型b的具体例之一。因而，满足图2的(a)和(b)所记载的类型b的各数值和条件。

在图4中，Rdy为从缩小侧起按顺序排列的各元件(在透镜的情况下为各透镜面)的曲率半径(mm)，各元件的曲面类型(SPH为球面，ASP为非球面)，Thi为从缩小侧起按顺序排列的各元件的面之间的距离(mm)，H*2为各元件的有效直径(mm)，并且，在各元件为玻璃的情况下，示出玻璃种类、折射率(d线)、阿贝数(d线)。

当将X设为光轴方向上的坐标、将Y设为与光轴垂直的方向上的坐标、将光的行进方向设为正、将R设为近轴曲率半径时，使用图5中示出的系数R、K、A3、A4、A6、A8、A10以及A12来用下式表示非球面。此外，“en”意味着“10的n次方”。

X＝(1/R)Y²/[1+{1－(1+K)(1/R)²Y²}1/2+A3Y³+A4Y⁴+A6Y⁶+A8Y⁸+A10Y¹⁰+A12Y¹²

图6中示出各像高的横向像差图。如该图所示，能够良好地校正彗形像差，将清晰的像投影到屏幕6。此外，关于彗形像差，示出波长620nm(长虚线)、波长546nm(实线)、波长450nm(短虚线)，并分别示出切向光线(T)和弧矢光线(S)的像差。

投射光学系统10具有从缩小侧起配置的第一光学系统(折射光学系统、透镜系统)11和第二光学系统(反射光学系统、反射镜系统)12，第一光学系统11包括入射侧的玻璃块15、第一透镜组G1以及第二透镜组G2，第二光学系统12包括输出侧的玻璃块30和反射镜M1。第一透镜组G1利用从缩小侧的第一像面5a入射的光在放大侧形成第一中间像51。第一透镜组G1包括17个透镜L11～L17，在透镜L11与透镜L12之间配置有光圈S。第二透镜组G2将缩小侧的第一中间像51在放大侧成像为第二中间像52。第二透镜组G2包括6个透镜L21～L26，包括由面对第一中间像51的非球面且具有正的焦度的凸弯月透镜L21构成的前组G2f和由其它的5个透镜L22～L26构成的后组G2r。各透镜L11～L17以及L21～L26的类型如图4的透镜数据所示。

在不设置输出侧的玻璃块30以使反射镜M1小型化的情况下，需要增强第一透镜组G1的焦度。增强第一透镜组G1的焦度会导致彗形像差的增大，可能有损周边的分辨率性能。通过在第一光学系统11的输出侧插入玻璃块30，能够降低通过玻璃块30去向反射镜M1的光线的光线高度。由此，不增强第一透镜组G1的焦度就能够减小反射镜M1。通过适当地选择玻璃块30的厚度(沿着光轴39的长度)，还能够反而减弱第一透镜组G1的焦度来促进高分辨率化。因此，能够将如图6所示那样良好地校正了各像差的图像投影到屏幕6。

关于该效果，玻璃块30占第一光学系统11与反射镜M1之间的距离的比例越多，则效果越强。因而，期望的是，玻璃块30的沿着第一光学系统11与反射镜(第一反射面)M1之间的光轴39的长度GBL同第一光学系统11与反射镜M1之间的沿着光轴39的长度LML的比率处于以下的式(6)的范围。在图3所示的投射光学系统10中，该比率为0.59(75/127.45)。

0.1＜GBL/LML＜0.9···(6)

关于式(6)的下限，优选为0.40，更优选为0.50。

玻璃块30的折射率GBn对由玻璃块30得到的上述的效果进行补充。因而，期望折射率GBn高。然而，折射率高的玻璃的阿贝数低，蓝色光的透过率变差。因此，优选为包括玻璃块30的折射率GBn在内的以下的式(7)的范围。图3所示的投射光学系统10中的式(7)(光路换算尺寸)为0.34(75/1.743198)。

0.05＜GBL/GBn/LML＜0.7···(7)

关于式(7)的下限，优选为0.15，更优选为0.25。关于上限，优选为0.6，更优选为0.5。若该值过大，则玻璃块30的厚度过大，与光线(由反射镜M1反射的光线)发生干扰的可能性变高。另外，若折射率GBn变低，则使反射镜M1小型化的效果会减弱。

另外，当考虑蓝色的透过率和成本时，期望玻璃块30的阿贝数GBv满足以下的式(8)。在图3所示的投射光学系统中为49.3。

30＜GBv＜100···(8)

关于式(8)的下限，优选为40，更优选为50。当考虑成本时，上限优选为75，更优选为65。

另外，期望第二透镜组G2的后组G2r的焦距G2rF满足以下的式(9)。后组G2r整体具有正的焦度，其焦距对第二中间像的位置产生影响，进而对反射镜M1的大小也产生影响。在图3所示的投射光学系统中为111.0mm。

0＜G2rF＜1000(mm)···(9)

关于上限，从使反射镜M1减小出发，优选为500，更优选为200。

在比第一中间像51靠反射镜M1侧的光学系统中，若使除了离第一中间像51最近并且具有正的焦度的非球面透镜L21以外的后组G2r长焦距化来使焦度减小，则对彗形像差校正是有意义的。另外，通过减少焦度，能够确保用于插入玻璃块30的距离。因而，关于式(9)的下限，优选为31，更优选为40，进一步优选为50。

另外，在比第一中间像51靠反射镜M1侧的光学系统中，为了将玻璃块30插入到第一光学系统11与反射镜M1之间，除了离第一中间像51最近并且具有正的焦度的非球面透镜L21以外的部位(后组G2r)的合成焦距GwrF为正是重要的。

图7中示出通过玻璃块30之中的光线的概要。最周边视场角的光束的光线、特别是下限光线OP2通过反射镜M1的最周边。因而，成为用于决定反射镜M1的尺寸的最重要的参数之一。反射镜M1为非球面镜，根据想要获得的视场角在某种程度上决定其形状。当着眼于靠近周边的像高时，光束的上限光线OP1和下限光线OP2在反射镜M1的面上的反射角大不相同。由此，容易产生大的像散和彗形像差。对于该像差校正，透镜(第一光学系统)11与反射镜M1之间的光路差起到很大的作用。期望的是，将下限光线OP2的光路长度取为相对于由反射镜M1反射后的光线(投射光)19的光路长度长。因此，对于任意的光学规格而言，都分别可存在最佳的反射镜M1的尺寸。因而，在想要通过最佳反射镜尺寸将反射镜M1设计得小的情况下，无法取足够的反射镜反射后的上限光线与下限光线的光路差。

通过插入玻璃块30，能够通过折射率的效果来获得对上述的光路差进行校正的效果。由此，即使减小反射镜尺寸也能够确保性能。优选的是，第一光学系统11与反射镜(第一反射面)M1之间的最周边像高的上限光线OP1的光路长度OP1d和下限光线OP2的光路长度OP2d满足以下的式子。在图3所示的投射光学系统10中为1.04(178.2/171.56)。

1＜OP1d/OP2d＜1.15···(10)

关于上限，优选为1.10，更优选为1.05。

根据式(6)，玻璃块30长时容易获得使反射镜M1小型的效果。另一方面，当使玻璃块30接近反射镜M1时，存在玻璃块30的出射面32与第二中间像52重叠的可能性。当第二中间像52跨越出射面(射出面)32时，附着于出射面32的污物、伤痕可能会转移到影像上。另外，在作为投影仪1使用的情况下，也存在由于高照度的光而污物在出射面32上烧焦的可能性。因而，防止这样的不良状况于未然的方法之一是设为第二中间像52不跨越玻璃块30的出射面32的构造。

另一方面，在第二中间像52中，关于接近最周边像高的视场角，成像状态不会那么良好地被控制。并且，第二中间像52以最周边像高接近玻璃块30的方式向缩小侧倾斜。因此，第二中间像52的接近玻璃块30的成像的光斑尺寸变大，如果只是接近最周边的像高，则即使跨越玻璃块30的射出面32，对投影到屏幕6的图像的品质的影响也少，另一方面，容易获得使反射镜M1减小的效果。

因而，为了实现兼顾反射镜尺寸和画质，优选的是，第二中间像52的像面中的到最大像高的50％为止的成像点不跨越射出面32。另一方面，在优先考虑画质的情况下，优选的是，到最大像高的75％为止的成像点不跨越射出面32，更优选的是，到最大像高的90％为止的成像点不跨越射出面32。

另外，如图7所示，为了避免与来自反射镜M1的反射光线、特别是投影图像的下限光线19a发生干扰，优选玻璃块30的上表面33与下限光线19a大致平行。典型的玻璃块30是如下的玻璃块：缩小侧的入射面31和出射面32平行且垂直于光轴39，连接入射面31与出射面32的侧面、特别是投影侧的侧面33相对于光轴39倾斜。在该例中，侧面33整体倾斜，但也可以是侧面33的一部分倾斜。

若考虑投影侧的下限光线19a并考虑能够将第一中间像51与第二中间像52设置在隔着光轴39的相反侧，则优选出射面32相对于入射面31向光轴39的与投影侧相反的一侧偏移。玻璃块30也可以是平行地变形的圆筒状或者长方体状。在该投射光学系统10中，若考虑从第一光学系统11到达反射镜M1的光束收敛，则玻璃块30也可以为在放大侧变细的角锥或者圆锥状。

图8中示出包括不同的玻璃块30的投射光学系统10和包括投射光学系统10的投影仪1。在该投射光学系统10中，通过使在玻璃块30的内部(侧面)具有两个反射面35和36，能够改变投射方向、确保光线19例如下限光线19a与反射镜M1之间的偏移量。

图9中示出将图3所示的投射光学系统10收纳于外壳(主体)2的一例。在作为投影仪1使用的情况下，需要避免由反射镜M1反射后的下限光线19a与投射光学系统10本身及投影仪1的主体2这两方发生干扰。

在无玻璃块的光学系统的情况下，存在增加灯泡5的离轴量以提高下限光线19a的方法。在该避免方法中，需要将离轴量增加为所需以上，因此存在屏幕上的投影仪与投射画面的位置关系远离的问题。另外，影像圈也变大，存在在光学设计性能以及反射镜尺寸的观点看来变得不利的问题。

如图9的(a)所示，通过插入玻璃块30，能够通过确保反射镜M1与主体2之间的距离来改善该问题。然而，若如图9的(a)所示那样与主体2发生干扰，则需要提高下限光线19a来控制能够向屏幕6投影的高度，以防止如图9的(b)所示那样与主体2发生干扰。

在有玻璃块30的情况下，如图8所示，通过在玻璃块30内设置反射面35和36，不增加灯泡5的离轴量就能够提高下限光线19a，从而能够避免光线的干扰。在将玻璃块30也用作棱镜的情况下，期望对置的反射面35和36大致平行。另外，若在反射面35和36保持大致平行的关系的状态下使倾斜角大于45度，则向反射面35和37入射的光线的角度超过全反射角。如果向反射面35和36入射的光线全部成为全反射，则也可以不在反射面35和36上涂敷反射膜，能够减少成本。因而，期望玻璃块30的处于大致平行关系的反射面35和36的相对于入射面31的角度大于45度。

图10中示出包括另外的不同的玻璃块30的投射光学系统10和包括投射光学系统10的投影仪1。该投影仪1能够是垂直放置方式，例如，使投影仪1倚靠于壁面，能够向投影仪1的上方在屏幕6中投影出广大的图像。该玻璃块30在内部包括45度的反射面35，入射面31与出射面32不平行，并且，与出射面32邻接的投影侧的面33是与下限光线19a大致平行且相对于光轴倾斜的面。为了避免干扰，优选与光线相对的面33同下限光线19a大致平行。通过像这样在玻璃块(棱镜)30中设置45度的反射面35，能够获得能够通过玻璃块30使反射镜M1小型化的效果以及能够变更投射方向的效果。

在玻璃块(棱镜)30的反射面为一个的情况下，需要设为45度。在反射面为两个的情况下，如果将这两个面设为相同的角度则光学性能得到补偿。例如，能够准备两个50度的反射面来调整光路。另外，如果设为该角度，通过蓝色的光路入射的光线在斜面上超过全反射临界角，即使不对斜面进行涂敷也能够获得高反射率。

反射面35也可以使用金属系的反射膜来形成。另一方面，在光线集中的情况下，有可能由于金属的光吸收所导致的发热而产生温度漂移。对于45度面35，也可以使用电介质多层膜。也可以用金属与电介质多层膜的复合膜来形成反射面35。如果不存在设计上的约束，则也可以将反射面35设为能够确保全反射的面。

即，在棱镜30包括两个作为反射面的斜面的情况下，期望的是，这些斜面彼此的角度大致平行，比45度更倾斜，并且是从灯泡5放射的全部光束在这些斜面形成全反射的角度。在棱镜30包括一个作为反射面的斜面的情况下，既可以应用于斜面的膜是带电介质多层膜的金属反射膜，也可以应用于斜面的膜是电介质多层反射膜。

也可以是，玻璃块30的入射面31和出射面32这两方或者其中一方是具有焦度的面。另外，玻璃块30也可以由多个折射率和/或阿贝数的玻璃的接合体构成。也可以是玻璃块30能够是多个折射率和/或阿贝数的玻璃的接合体，在接合面具有焦度。

Claims (15)

1.一种投射光学系统，从缩小侧的第一像面向放大侧的第二像面进行投射，该投射光学系统具有：

第一光学系统，其包括多个透镜，将第一中间像在比该第一光学系统靠放大侧的位置处成像为第二中间像，该第一中间像是由从缩小侧入射的光在该第一光学系统的内部成像得到的；

第二光学系统，其包括第一反射面，该第一反射面位于比所述第二中间像靠放大侧的位置处，具有正的折射力；以及

玻璃块，其配置于所述第一光学系统与所述第一反射面之间，从所述第一光学系统到达所述第二中间像的光线通过该玻璃块，

所述玻璃块的沿着所述第一光学系统与所述第一反射面之间的光轴的长度GBL同所述第一光学系统与所述第一反射面之间的沿着所述光轴的长度LML满足以下的式子，

0.1＜GBL/LML＜0.9。

2.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第一像面的像高Ih与所述第一反射面的直径MR满足以下的式子，

2.0＜MR/Ih＜4.5。

3.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第一像面的像高Ih与所述第一反射面的半径Mr满足以下的式子，

1.0＜Mr/Ih＜2.25。

4.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第一像面的发光面积Vs与所述第一反射面的有效面积Ms满足以下的式子，

1.0＜Ms/Vs＜6.0。

5.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第一像面的发光面积Vs与所述第二中间像的面积I2s满足以下的式子，

1.0＜I2s/Vs＜3.0。

6.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第一像面的发光面积Vs与所述第一中间像的面积I1s满足以下的式子，

0.5＜I1s/Vs＜2.0。

7.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述玻璃块的阿贝数GBv满足以下的式子，

30＜GBv＜100。

8.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述玻璃块的沿着所述第一光学系统与所述第一反射面之间的光轴的长度GBL、所述第一光学系统与所述第一反射面之间的沿着所述光轴的长度LML以及所述玻璃块的折射率GBn满足以下的式子，

0.05＜GBL/GBn/LML＜0.7。

9.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第一光学系统在隔着离所述第一中间像的广角侧最近的非球面透镜的广角侧包括折射力为正的透镜组G2r，所述透镜组G2r的焦距G2rF满足以下的式子，

0＜G2rF＜1000mm。

10.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第一光学系统与所述第一反射面之间的最周边像高的上限光线的光路长度OP1d和下限光线的光路长度OP2d满足以下的式子，

1＜OP1d/OP2d＜1.15。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的投射光学系统，其特征在于，

所述玻璃块配置于所述第一光学系统与所述第二中间像之间。

12.根据权利要求1至10中的任一项所述的投射光学系统，其特征在于，

所述玻璃块包括：

靠所述第一光学系统侧的入射面；

靠所述第一反射面侧的出射面；以及

所述出射面与所述入射面之间的侧面，该侧面的至少一部分相对于所述第一光学系统与所述第一反射面之间的光轴倾斜。

13.根据权利要求12所述的投射光学系统，其特征在于，

所述侧面包括以与从所述第一反射面到达所述第二像面的投射光的下限光线大致平行的方式倾斜的面。

14.根据权利要求12所述的投射光学系统，其特征在于，

所述侧面包括对从所述第一光学系统到达所述第一反射面的光线进行反射的内部反射面。

15.一种投影仪，具有：

根据权利要求1至14中的任一项所述的投射光学系统；以及

调光器，其在所述第一像面形成图像。

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