CN107636511A

CN107636511A - 投射光学系统和投影仪

Info

Publication number: CN107636511A
Application number: CN201680033042.2A
Authority: CN
Inventors: 峯藤延孝
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2018-01-26
Anticipated expiration: 2036-06-10
Also published as: US10534252B2; CN107636511B; EP3309598A4; WO2016199426A1; US20180173088A1; EP3309598A1

Abstract

提供投射光学系统和投影仪，虽然具有比较少的片数的透镜但能够覆盖较大的变倍范围。利用由在缩小侧具有凸面的1片正透镜构成的透镜(F1)、由在放大侧具有凸面的1片负凹凸透镜构成的透镜(F2)、由1片负透镜构成的透镜(F3)构成作为对焦透镜组的第1‑2透镜组，在伴随变倍的对焦时，使第1‑2透镜组移动。

Description

投射光学系统和投影仪

技术领域

本发明涉及适于组装到放大投射图像显示元件的图像的投影仪中的投射光学系统和使用了该投射光学系统的投影仪。

背景技术

近年来，提出了使用折射光学系统和凹面镜作为能够从近距离投射而获得大画面的投影仪用投射光学系统的内容(例如参照专利文献1、2等)。

但是，例如在专利文献1(特开2006-235516号)中，使用折射光学系统和凹面镜，实现了非常大的视场角，但曲面反射镜非常大、且全长非常长。此外，在专利文献2(特开2007-079524号)中，例如在第8实施例中，设视场角为60度左右，并组合凹面镜和凸面镜，由此缩小了镜尺寸。但是，与上述专利文献2相同，全长非常长。此外，构成的2片反射镜为非球面，从精度、组装的观点来看，制造也非常困难。

如上所述，在折射光学系统和凹面镜的复合光学系统中，能够得到超大视场角，相反，难以缩小全长。因此，该复合光学系统例如不适于前投式投影仪那样重视可移动性的设备。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-235516号公报

专利文献2：日本特开2007-079524号公报

发明内容

本发明正是鉴于上述背景而完成的，其目的在于提供一种虽然具有比较少的片数的透镜但能够覆盖较大变倍范围的投射光学系统和具有该投射光学系统的投影仪。

为了达成上述目的，本发明的投射光学系统从缩小侧起依次由第1光学组和第2光学组构成，该第1光学组由多个透镜构成，具有正的屈光力，该第2光学组包含1片具有凹面非球面形状的反射面，其特征在于，第1光学组以最大的空气间隔为边界，由第1-1透镜组和第1-2透镜组构成，该第1-1透镜组在伴随变倍的对焦时固定且具有正的屈光力，该第1-2透镜组在伴随变倍的对焦时移动，第1-2透镜组从缩小侧起依次由F1透镜、F2透镜和F3透镜这3片透镜构成，该F1透镜由在缩小侧具有凸面的1片正透镜构成，该F2透镜由在放大侧具有凸面的1片负凹凸透镜构成，该F3透镜由1片负透镜构成。

在上述投射光学系统中，第1-2透镜组配置于第1光学组中的放大侧，需要比较大的透镜。在上述投射光学系统中，第1-2透镜组具有F1透镜、F2透镜和F3透镜，该F1透镜由在缩小侧具有凸面的1片正透镜构成，该F2透镜由在放大侧具有凸面的1片负凹凸透镜构成，该F3透镜由1片负透镜构成，由此，能够覆盖期望的变倍范围。并且，能够使投射光学系统整体紧凑。

根据本发明的具体方面，第1-1透镜组在第1-1透镜组的内部具有开口光圈，在比开口光圈靠缩小侧的位置包含具有凸面形状非球面的正透镜。在该情况下，即使是由3片透镜构成第1-2透镜组的简单结构，也能够获得眩光少、对比度高的图像。此外，通过抑制构成透镜的片数，能够缩短透镜的全长。

根据本发明的另一方面，第1-1透镜组在第1-1透镜组的内部具有开口光圈，在比开口光圈靠放大侧的位置具有包含至少1片正透镜的具有正的屈光力的透镜组。在该情况下，发挥取入从物体侧射出的光线束(下面，也称作光束。)并送出到第1-2透镜组的作用的第1-1透镜组调整光线束的状态，由此能够在较大的变倍范围内，通过第1-2透镜组生成适当的1次像(中间像)。

根据本发明的再一个方面，第1-1透镜组在第1-1透镜组的内部具有开口光圈，在比开口光圈靠缩小侧的位置包含2片正透镜、由正透镜和负透镜构成的第1接合透镜、以及由正透镜和负透镜构成的第2接合透镜。在该情况下，在第1-1透镜组中包含接合透镜，由此能够防止例如色像差的产生。

根据本发明的再一个方面，第1-1透镜组在第1-1透镜组的内部具有开口光圈，在开口光圈的附近配置有在至少1个面上具有非球面形状的负透镜。这里，配置在开口光圈的附近的透镜是构成投射光学系统的透镜中的、位于最靠开口光圈的位置的透镜。在该情况下，通过设配置于开口光圈的附近的透镜为至少1个面具有非球面形状的负透镜，能够增大物体侧的数值孔径。

根据本发明的再一个方面，第1-2透镜组将3个透镜分为至少2个透镜组而分别使它们移动。在该情况下，即使在较大的变倍范围(例如1.5倍以上)内，也能够生成使得可最终获得良好图像的1次像(中间像)。

根据本发明的再一个方面，F3透镜由双面非球面透镜构成，该双面非球面透镜利用树脂成型。根据该结构，即使是如F3透镜那样，第1光学组中的、由于配置在放大侧因此具有变大的倾向且在双面具有非球面的透镜，也容易制作。此外，F3透镜可能与在构成第2光学组的反射镜上返回的光线发生干扰。因此，有时需要切除构成F3透镜的透镜的一部分，但通过设为树脂成型，容易使透镜成为非圆形形状等。

根据本发明的再一个方面，F3透镜在光轴附近，在缩小侧具有凹面形状。在该情况下，容易使F2透镜成为在放大侧具有凸面的负凹凸透镜形状。

根据本发明的再一个方面，物体侧的数值孔径为0.3以上。在该情况下，能够形成足够亮的投射图像。

根据本发明的再一个方面，缩小侧为大致远心。

根据本发明的再一个方面，构成第1光学组和第2光学组的要素全部为旋转对称系统。

根据本发明的再一个方面，变倍范围为1.5倍以上。

根据本发明的再一个方面，第1-2透镜组整体上具有负的屈光力。

为了达成上述目的，本发明的投影仪具有：光调制元件，其对来自光源的光进行调制而形成图像光；以及上述任意一个投射光学系统，其投射来自光调制元件的图像光。投影仪具有上述任意一个投射光学系统，由此，能够成为抑制了透镜片数的结构，覆盖期望的变倍范围。

附图说明

图1是示出组装了实施方式的投射光学系统的投影仪的概略结构的图。

图2是实施方式或实施例1的投射光学系统中的物体面至投射面的结构和光线图。

图3是图2中的物体面至凹面镜的部分放大图。

图4是示出实施例1的投射光学系统的结构的图。

图5的(A)～(C)是实施例1的投射光学系统的缩小侧像差图。

图6的(A)～(E)是与图5的(A)对应的投射光学系统的横向像差图。

图7的(A)～(E)是与图5的(B)对应的投射光学系统的横向像差图。

图8的(A)～(E)是与图5的(C)对应的投射光学系统的横向像差图。

图9是示出实施例2的投射光学系统的结构的图。

图10的(A)～(C)是实施例2的投射光学系统的缩小侧像差图。

图11的(A)～(E)是与图10的(A)对应的投射光学系统的横向像差图。

图12的(A)～(E)是与图10的(B)对应的投射光学系统的横向像差图。

图13的(A)～(E)是与图10的(C)对应的投射光学系统的横向像差图。

图14是示出实施例3的投射光学系统的结构的图。

图15的(A)～(C)是实施例3的投射光学系统的缩小侧像差图。

图16的(A)～(E)是与图15的(A)对应的投射光学系统的横向像差图。

图17的(A)～(E)是与图15的(B)对应的投射光学系统的横向像差图。

图18的(A)～(E)是与图15的(C)对应的投射光学系统的横向像差图。

图19是示出实施例4的投射光学系统的结构的图。

图20的(A)～(C)是实施例4的投射光学系统的缩小侧像差图。

图21的(A)～(E)是与图20的(A)对应的投射光学系统的横向像差图。

图22的(A)～(E)是与图20的(B)对应的投射光学系统的横向像差图。

图23的(A)～(E)是与图20的(C)对应的投射光学系统的横向像差图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施方式的投射光学系统。

如图1所示，组装有本发明的一个实施方式的投射光学系统的投影仪2具有：光学系统部分50，其投射图像光；以及电路装置80，其控制光学系统部分50的动作。

在光学系统部分50中，光源10例如为超高压水银灯，射出包含R光、G光和B光的光。这里，光源10也可以是超高压水银灯以外的放电光源，也可以是LED或激光器这样的固体光源。第1积分透镜11和第2积分透镜12具有呈阵列状排列的多个透镜元件。第1积分透镜11将来自光源10的光束分割为多个。第1积分透镜11的各透镜元件使来自光源10的光束在第2积分透镜12的透镜元件附近会聚。第2积分透镜12的透镜元件与重叠透镜14协作地将第1积分透镜11的透镜元件的像形成在液晶面板18R、18G、18B上。根据这样的结构，来自光源10的光以大致均匀的亮度对液晶面板18R、18G、18B的显示区域的整体进行照明。

偏振转换元件13将来自第2积分透镜12的光转换为规定的直线偏振光。重叠透镜14经由第2积分透镜12使第1积分透镜11的各透镜元件的像在液晶面板18R、18G、18B的显示区域上重叠。

第1分色镜15使从重叠透镜14入射的R光反射，使G光和B光透过。被第1分色镜15反射的R光经过反射镜16和场透镜17R，入射到作为光调制元件的液晶面板18R。液晶面板18R根据图像信号调制R光，由此形成R色的图像。

第2分色镜21使来自第1分色镜15的G光反射，使B光透过。被第2分色镜21反射的G光经过场透镜17G，入射到作为光调制元件的液晶面板18G。液晶面板18G根据图像信号调制G光，由此形成G色的图像。在第2分色镜21中透过的B光经过中继透镜22、24、反射镜23、25和场透镜17B，入射到作为光调制元件的液晶面板18B。液晶面板18B根据图像信号调制B光，由此形成B色的图像。

十字分色棱镜19为光合成用的棱镜，对被各液晶面板18R、18G、18B调制后的光进行合成使其成为图像光，向投射光学系统40行进。

投射光学系统40是将被各液晶面板18G、18R、18B调制并被十字分色棱镜19合成的图像光放大投射在未图示的屏幕上的投射用变焦透镜。

电路装置80具有：图像处理部81，其输入视频信号等外部图像信号；显示驱动部82，其根据图像处理部81的输出，驱动设置于光学系统部分50的液晶面板18G、18R、18B；透镜驱动部83，其使设置于投射光学系统40的驱动机构(未图示)动作来调整投射光学系统40的状态；以及主控制部88，其统一控制这些电路部分81、82、83等的动作。

图像处理部81将所输入的外部图像信号转换为包含各色的灰度等的图像信号。另外，图像处理部81还能够对外部图像信号进行失真校正或颜色校正等各种图像处理。

显示驱动部82能够根据从图像处理部81输出的图像信号使液晶面板18G、18R、18B动作，能够使与该图像信号对应的图像或与对该图像信号实施图像处理后的信号对应的图像形成在液晶面板18G、18R、18B上。

透镜驱动部83在主控制部88的控制下动作，使构成投射光学系统40的一部分的光学要素经由致动器AC沿着光轴OA适当移动，由此能够在投射光学系统40进行的对屏幕的图像投射中进行伴随变倍的对焦(变倍时的对焦)。另外，透镜驱动部83通过使投射光学系统40整体在与光轴OA垂直的上下方向上移动的倾斜的调整，还能够改变投射在屏幕上的图像的纵向位置。

下面，参照图2和图3等，对实施方式的投射光学系统40具体地进行说明。另外，在图2等中例示的投射光学系统40为与后述的实施例1的投射光学系统40相同的结构。

实施方式的投射光学系统40将形成在液晶面板18G(18R、18B)上的图像投射至未图示的屏幕上。这里，投射光学系统40与液晶面板18G(18R、18B)之间配置有相当于图1的十字分色棱镜19的棱镜PR。

投射光学系统40从缩小侧起依次由第1光学组40a和第2光学组40b构成，该第1光学组40a由多个透镜构成，具有正的屈光力，该第2光学组40b由包含具有凹面非球面形状的反射面的反射镜MR构成。第1光学组40a以形成在所包含的透镜之间的空间中的、最大的空气间隔BD为边界，由第1-1透镜组41和第1-2透镜组42构成，该第1-1透镜组41设置于缩小侧，具有正的屈光力，该第1-2透镜组42设置于放大侧，具有比第1-1透镜组41的屈光力弱的负的屈光力。

第1-1透镜组41在第1-1透镜组41的内部具有开口光圈ST，由比开口光圈ST靠缩小侧的透镜组E1和比开口光圈ST靠放大侧的透镜组E2构成。

第1-2透镜组42从缩小侧起依次具有F1透镜(以下为透镜F1)、F2透镜(以下为透镜F2)和F3透镜(以下为透镜F3)。透镜F1、透镜F2、透镜F3分别在伴随变倍的对焦时在光轴方向上移动。透镜F1～F3中的位于最靠缩小侧位置的透镜F1为在缩小侧具有凸面的正透镜(透镜L12)，位于透镜F1与透镜F3之间的透镜F2为在放大侧具有凸面的负凹凸透镜(透镜L13)，位于最靠放大侧的位置的透镜F3为负透镜(透镜L14)。透镜F3还是利用树脂成型的双面非球面透镜，在光轴附近在缩小侧具有凹面形状。此外，透镜F1～F3借助致动器AC，在变倍时的对焦时在沿着光轴OA的方向A1上移动。这里，假设透镜F1、F2能够一体地移动，透镜F3能够与透镜F1、F2独立地移动。即，透镜F1～F3至少分为2个透镜组(由透镜F1、F2构成的透镜组和由透镜F3构成的透镜组)，各个透镜组能够相互独立地移动。由此，即使在较大的变倍范围中，也能够生成使得可最终获得良好图像的1次像。另外，关于基于致动器AC的透镜F1～F3的移动方法，能够根据变倍时的对焦方式而采用多种方式。例如，可以使透镜F1～F3完全独立地移动，也可以利用凸轮机构等使它们相互联动地移动。

下面，从缩小侧起依次对构成各透镜组的透镜进行说明。透镜组E1具有透镜L1～L9，透镜组E2具有透镜L10、L11。透镜F1由透镜L12构成，透镜F2由透镜L13构成，透镜F3由透镜L14构成。即，第1光学组40a整体上由14片透镜L1～L14构成。

透镜L2、L4、L6、L7分别为正透镜，透镜L3、L5、L8分别为负透镜。透镜L2和透镜L3为第1接合透镜，透镜L4和透镜L5为第2接合透镜。透镜L6具有凸面形状的非球面。透镜L7和透镜L8成为接合透镜。第1-1透镜组41包含：至少2组(这里为3组)的接合透镜，其由设置于比开口光圈ST靠缩小侧的位置的正透镜和负透镜构成；以及正透镜，其具有至少1片凸面形状的非球面。此外，透镜L1～L9分别为玻璃制的透镜，是关于光轴OA轴对称的圆形。此外，透镜L6以外全部为球面透镜。

作为负凹凸透镜的透镜L10与作为双凸正透镜的透镜L11成为接合透镜。此外，在改变观察方式时，透镜组E2可以说是包含至少1片正透镜(透镜L11)的具有正屈光力的透镜组。在该情况下，发挥取入从物体侧即面板面PI射出的光线束并送出到第1-2透镜组的作用的第1-1透镜组41调整光线束的状态，由此在较大的变倍范围内可利用第1-2透镜组42生成适当的1次像(中间像)。另外，透镜L10、L11为玻璃制的球面透镜，是关于光轴OA轴对称的圆形。

如上所述，第1-1透镜组41整体上由11片透镜L1～L11构成。本实施方式的投射光学系统40能够利用比较少的片数的透镜减少色像差。并且，能够增大数值孔径。此外，组装时的偏差的影响较小。并且，在开口光圈ST的缩小侧(透镜组E1)具有玻璃制的非球面的正透镜(L6)，所以，即使是由3个透镜F1～F3构成第1-2透镜组42的简单结构，也能够获得眩光少、对比度高的图像。此外，通过抑制构成透镜的片数，能够缩短透镜的全长。

透镜L12为至少在缩小侧具有凸面的正透镜。透镜L12不仅发挥将从第1-1透镜组41作为发散光而射出的光束转换为接近平行光的状态后引导至透镜L13的作用，还具有容易进行基于对焦时的透镜L13、透镜L14的像差校正的作用。在透镜L12的缩小侧的面为平面或凹面的情况下，缩小侧的面中的像差校正效果较小，所以难以进行基于透镜L13、透镜L14的像差校正。因此，F1透镜优选为在缩小侧具有凸面的正透镜。另外，透镜L12为玻璃制的球面透镜，是关于光轴OA轴对称的圆形。

透镜L13是在放大侧具有凸面的负凹凸透镜。透镜L13与透镜L12协作地在对焦时生成良好的1次像。透镜L13在缩小侧具有由凹面构成的发散面，由此能够平衡良好地校正与透镜L12的对焦时的像差。此外，透镜L13在放大侧具有由凸面构成的集光面，能够抑制入射到透镜L14的光线的发散，能够减小由于被赋予了较强的非球面的透镜L14的偏差等引起的影响。另外，透镜L13为玻璃制的球面透镜，是关于光轴OA轴对称的圆形。

如上所述，透镜L14是在光轴OA的附近具有负的屈光力的双面非球面透镜，利用树脂成型。透镜L14即透镜F3为在缩小侧具有凹面的形状的非球面透镜，由此能够使透镜L13即透镜F2成为在放大侧具有凸面的负凹凸透镜形状。另外，透镜L14也可以是关于光轴OA轴对称的圆形，也可以为非圆形形状。例如，也可以是切除关于光轴OA轴对称的圆形的上侧(投射影像光的一侧)的一部分后的形状。

如上所述，第2光学组40b由具有凹面非球面形状的反射镜MR构成。反射镜MR朝向屏幕反射从第1光学组40a射出的影像光。

如上所述，构成第1光学组40a的透镜L1～L14分别是关于光轴OA轴对称的圆形状，或者，至少透镜L14是切除关于光轴OA轴对称的圆形的一部分后的形状。此外，构成第2光学组40b的反射镜MR也是切除关于光轴OA轴对称的形状的一部分后的形状。即，各个透镜L1～L14与反射镜MR具有的反射面为旋转对称系统。此外，如图示那样，在投射光学系统40中，缩小侧为大致远心。由此，例如如上所述，能够假设在十字分色棱镜19对由各液晶面板18R、18G、18B调制后的光进行合成而使其成为图像光的情况下，容易吸收组装的偏差。

在接近投射光学系统中，一般而言，到屏幕的距离非常近。在投射光学系统40中，利用第1光学组40a使形成在液晶面板18G(18R、18B)的面板面PI上的图像暂时在第2光学组40b的反射镜的近前成像，利用第2光学组40b使图像在屏幕上重新成像，由此进行接近投射。即，第1光学组40a在反射镜MR的近前生成1次像(中间像)。在如上述那样的接近投射光学系统中，变倍时的像差变动比较大，所以，可能不太能够取得较大的变倍范围。因此，优选的是，对由第1光学组40a形成的1次像进行优化，以使得即使改变投射倍率，也能够获得良好的图像。此外，在一般的接近投射光学系统中，由于像面弯曲、像散的变动引起的对比度下降较大。此外，变倍时的畸变像差的变化比通常透镜系统大的倾向较高。

但是，如上所述，在本实施方式的投射光学系统40中，作为对焦透镜组的第1-2透镜组42由3片透镜(1片正透镜和2片负透镜)构成，并且非球面透镜仅为最靠放大侧的1片负透镜(透镜L14)这样的简单结构，但第1-2透镜组42能够沿着光轴OA移动，所以，能够覆盖期望的变倍范围。并且，能够使投射光学系统紧凑，并且能够实现低成本化。更具体而言，在伴随变倍的对焦时，为了在较大的变倍范围中形成良好图像，假设将构成第1-2透镜组42的3片透镜分为至少2个透镜组，使至少2个透镜组能够单独移动。另外，第1-2透镜组42通过配置于缩小侧的正透镜(透镜F1即透镜L12)，使来自第1-1透镜组41的发散光束的角度变缓而入射到下一负透镜(透镜F2即透镜L13)，透镜F2在不使良好校正后的像差恶化的情况下进行中继，通过配置在放大侧的负透镜(透镜F3即透镜L14)进一步使光束发散并成像，由此生成所需的1次像(中间像)。

在本实施方式中，在构成在对焦时不移动的固定组的第1-1透镜组41中，例如在开口光圈ST的缩小侧配置由玻璃形成的非球面(透镜L6的透镜面)，由此在不提高树脂非球面透镜(透镜L14)的灵敏度的情况下，在较大的变倍范围中也减少了像差变动。更具体地进行说明，首先，如上所述，第1-1透镜组41的配置在比开口光圈ST靠缩小侧(透镜组E1)的位置的多个透镜L1～L9高效地取入从面板面PI射出的光线束。这里，在仅由球面透镜构成包含透镜L1～L9的第1-1透镜组41的情况下，透镜的片数增加。但是，在投射光学系统40中，当透镜片数增加时，透射率减小，并且透镜全长增加，所以要求尽量设为最低限度的透镜构成片数。并且，在由如上述那样的3片的最小限度的构成片数构成第1-2透镜组42的情况下，需要对入射到第1-2透镜组42的光线束也进行适当的控制。与此相对，在本实施方式中，第1-1透镜组41具有至少1个面的凸面形状的非球面，因此，能够提供抑制眩光的产生、对比度较高的图像。另外，在第1-1透镜组41的开口光圈ST的放大侧(透镜组E2)配置有至少2片透镜(L10、L11)，以使得能够在较大的变倍范围内利用第1-2透镜组42更可靠地生成适当的中间像。此外，第1-2透镜组42中的、具有负屈光力并由非球面形状的透镜构成的透镜F3与由具有凹面非球面形状的反射镜MR构成的第2光学组40b协作地进行最终的像差量的校正。第2光学组40b是供各像高的光束分离地入射的反射面，通过设第1光学组40a中的配置于第2光学组40b的紧前方的透镜F3为非球面透镜，能够对各像高有效地进行最佳的校正。通过形成为如上那样的构成，使构成对焦透镜组的第1-2透镜组42为3片，作为投射光学系统40整体也为13～14片左右，并且即使在如第2光学组40b由1片反射镜MR构成的情况下，也使1次像中包含适当的像差，由此能够使经由第2光学组40b投射在屏幕上的图像成为像差较少的良好图像。即，作为接近型投影仪的投影仪2成为覆盖较大的变倍范围且还能够应对高分辨率的图像显示元件的投影仪。

并且，通过形成为上述那样的结构，具有设物体侧的数值孔径为0.27以上、即F值为1.8左右的亮度，确保1.5倍以上(进一步为1.6倍以上)的较高的变倍范围，还能够充分应对高分辨率的图像显示元件。另外，如在实施例3中后述的那样，通过适当配置玻璃非球面，能够抑制构成透镜的片数，因此能够缩短透镜全长。此外，如在实施例4中后述的那样，在开口光圈ST的附近适当配置玻璃非球面，由此还能够得到具有数值孔径为0.3以上、即F值为1.6左右的亮度且眩光少、对比度高的图像。

[实施例]

下面，对投射光学系统40的具体实施例进行说明。下面，总结了在以下说明的实施例1～4中共同的各元素的含义。

f 整体系统的焦距

ω 半视场角

NA 数值孔径

R 曲率半径

D 轴上面间隔(透镜厚度或透镜间隔)

Nd d线的折射率

Vd d线的阿贝数

非球面利用以下的多项式(非球面式)确定。

其中，

c：曲率(1/R)

h：从光轴起的高度

k：非球面的圆锥系数

Ai：非球面的高阶非球面系数

另外，OBJ表示面板面PI，STO表示开口光圈ST，IMG表示屏幕上的像面(被投射面)。此外，在面编号的前面记载有“*”的面为具有非球面形状的面。

(实施例1)

以下的表1示出实施例1的透镜面的数据。

[表1]

在以上的表1和以下的表中，假设使用E(例如1.00E+18)表示10的幂(例如1.00×10⁺¹⁸)。

以下的表2是实施例1的透镜面的非球面系数。

[表2]

非球面系数

以下的表3示出投射倍率125倍、投射倍率101倍和投射倍率169倍时的、表1中的可变间隔21、25、27、28的值。

[表3]

可变间隔

图4是实施例1的投射光学系统40的剖视图。图4的投射光学系统40相当于实施方式1的投射光学系统40。在图4中，投射光学系统40以与到屏幕的距离对应的倍率放大投射面板面PI上的像。投射光学系统40从缩小侧起依次具有构成第1-1透镜组41的透镜组E1的透镜L1～L9、构成透镜组E2的透镜L10、L11、构成第1-2透镜组42的透镜F1的透镜L12、构成透镜F2的透镜L13和构成透镜F3的透镜L14这14片透镜L1～L14。例如，从壁面投射变更为地面投射的情况那样，通过使投射位置改变(投射距离改变)，进行变倍。在伴随这样的变倍的对焦时，第1-1透镜组41保持被固定的状态，另一方面，透镜F1～F3分别移动。这里，第1-2透镜组42在变倍时，使3个透镜F1、F2、F3中的透镜F1、F2一体地移动，使透镜F3与透镜F1、F2独立地移动，由此进行合焦。

对各透镜L1～L14详细地进行说明，作为第1透镜的透镜L1为双凸形状的正透镜，作为第2透镜的透镜L2为双凸形状的正透镜，作为第3透镜的透镜L3为双凹形状的负透镜，第2透镜和第3透镜为接合透镜，作为第4透镜的透镜L4为双凸形状的正透镜，作为第5透镜的透镜L5为双凹形状的负透镜，第4透镜和第5透镜为接合透镜，作为第6透镜的透镜L6为对双面赋予了非球面的双凸形状的正透镜，作为第7透镜的透镜L7为双凸形状的正透镜，作为第8透镜的透镜L8为双凹形状的负透镜，第7透镜和第8透镜为接合透镜，作为第9透镜的透镜L9为双凹形状的负透镜，位于开口光圈ST的后级的作为第10透镜的透镜L10为双凹形状的负透镜，作为第11透镜的透镜L11为双凸形状的正透镜，第10透镜和第11透镜为接合透镜。作为第12透镜的透镜L12为双凸形状的正透镜(即至少在缩小侧具有凸面的正透镜)，作为第13透镜的透镜L13为在放大侧具有凸面的负凹凸透镜，作为第14透镜的透镜L14为在双面赋予了非球面、在光轴附近为双凹形状的负透镜。透镜L14为利用树脂成型的透镜。此外，第2光学组40b由1片凹面非球面反射镜构成。

图5的(A)是投射倍率125倍时的投射光学系统的缩小侧像差图(球面像差、像散、畸变像差)，图5的(B)是投射倍率100倍时的投射光学系统的缩小侧像差图，图5的(C)是投射倍率169倍时的投射光学系统的缩小侧像差图。此外，图6的(A)～6的(E)是与图5的(A)对应的投射光学系统的横向像差图。图6的(A)～6的(E)分别示出像高为100％、80％、60％、40％、15％时的横向像差。图6的(A)对应于最大视场角的情况。同样，图7的(A)～7的(E)是与图5的(B)对应的投射光学系统的横向像差图，图8的(A)～8的(E)是与图5的(C)对应的投射光学系统的横向像差图。

(实施例2)

以下的表4示出实施例2的透镜面的数据。

[表4]

以下的表5是实施例2的透镜面的非球面系数。

[表5]

非球面系数

以下的表6示出投射倍率125倍、投射倍率101倍和投射倍率169倍时的、表4中的可变间隔22、24、26、29的值。

[表6]

可变间隔

图9是实施例2的投射光学系统40的剖视图。在实施例2中，在从缩小侧数起时，第1光学组40a由透镜L1(第1透镜)至透镜L14(第14透镜)这14片透镜构成，第1光学组40a以最大的空气间隔BD为边界，划分为在缩小侧具有正屈光力的第1-1透镜组41和在放大侧具有比第1-1透镜组41的屈光力弱的负屈光力的第1-2透镜组42。第2光学组40b由1片凹面非球面反射镜MR构成。另外，在图9中不切除而直接描绘了透镜L12和反射镜MR等，但在实际的光学系统中，至少反射镜MR为从圆形状中切除一部分后的形状，其他光学系统也有时成为从圆形状中切除一部分后的形状。

在图9中，投射光学系统40以与到屏幕的距离对应的倍率放大投射面板面PI上的像。即，从缩小侧起依次具有构成第1-1透镜组41的透镜组E1的透镜L1～L9、构成透镜组E2的透镜L10、L11、构成第1-2透镜组42的透镜F1的透镜L12、构成透镜F2的透镜L13和构成透镜F3的透镜L14这14片透镜L1～L14。例如从壁面投射变更为地面投射的情况那样，通过使投射位置改变(投射距离改变)，进行变倍。在这样的变倍时的对焦时，第1-1透镜组41和构成第1-2透镜组42的透镜F1～F3中的透镜F3保持被固定的状态，另一方面，透镜F1、F2分别移动。即，第1-2透镜组42在变倍时，使3个透镜F1、F2、F3中的2个透镜F1、F2分别独立地移动，由此进行合焦。

对各透镜L1～L14详细地进行说明，作为第1透镜的透镜L1为双凸形状的正透镜，作为第2透镜的透镜L2为双凸形状的正透镜，作为第3透镜的透镜L3为双凹形状的负透镜，第2透镜和第3透镜为接合透镜，作为第4透镜的透镜L4为双凸形状的正透镜，作为第5透镜的透镜L5为双凹形状的负透镜，第4透镜和第5透镜为接合透镜，作为第6透镜的透镜L6为对双面赋予了非球面的双凸形状的正透镜，作为第7透镜的透镜L7为双凸形状的正透镜，作为第8透镜的透镜L8为双凹形状的负透镜，第7透镜和第8透镜为接合透镜，作为第9透镜的透镜L9为在放大侧具有凸面的正凹凸透镜，位于开口光圈ST的后级的作为第10透镜的透镜L10为在缩小侧具有凸面的负凹凸透镜，作为第11透镜的透镜L11为双凸形状的正透镜，第10透镜和第11透镜为接合透镜。此外，作为第12透镜的透镜L12为双凸形状的正透镜(即至少在缩小侧具有凸面的正透镜)，作为第13透镜的透镜L13为在放大侧具有凸面的负凹凸透镜，作为第14透镜的透镜L14为在双面赋予了非球面、在光轴附近为双凹形状的负透镜。其中的透镜L14为利用树脂成型的透镜。另外，如上所述，第2光学组40b由1片凹面非球面反射镜构成。

图10的(A)是投射倍率125倍时的投射光学系统的缩小侧像差图(球面像差、像散、畸变像差)，图10的(B)是投射倍率100倍时的投射光学系统的缩小侧像差图，图10的(C)是投射倍率169倍时的投射光学系统的缩小侧像差图。此外，图11的(A)～11的(E)是与图10的(A)对应的投射光学系统的横向像差图。图11的(A)～11的(E)分别示出像高为100％、80％、60％、40％、15％时的横向像差。图11的(A)对应于最大视场角的情况。同样，图12的(A)～12的(E)是与图10的(B)对应的投射光学系统的横向像差图，图13的(A)～13的(E)是与图10的(C)对应的投射光学系统的横向像差图。

(实施例3)

以下的表7示出实施例3的透镜面的数据。特别是，在本实施例中，在第1-1透镜组41中，在至少1个面上配置有具有非球面形状的负透镜(透镜L6、L9)，因此，抑制了透镜片数的增大，实现装置的小型化。[表7]

以下的表8是实施例3的透镜面的非球面系数。

[表8]

非球面系数

以下的表9示出投射倍率125倍、投射倍率101倍和投射倍率169倍时的、表7中的可变间隔20、22、24、26、27的值。

[表9]

可变间隔

图14是实施例3的投射光学系统40的剖视图。在实施例3中，在从缩小侧数起时，第1光学组40a由透镜L1(第1透镜)至透镜L13(第13透镜)这13片透镜构成，第1光学组40a以最大的空气间隔BD为边界，分为在缩小侧具有正屈光力的第1-1透镜组41和在放大侧具有比第1-1透镜组41的屈光力弱的负屈光力的第1-2透镜组42。第2光学组40b由1片凹面非球面反射镜MR构成。另外，在图14中不切除地直接描绘了透镜L13或反射镜MR等，但在实际的光学系统中，至少反射镜MR成为从圆形状中部分切除的形状，其他光学系统也有时成为从圆形状中部分切除的形状。

在图14中，投射光学系统40以与到屏幕的距离对应的倍率放大投射面板面PI上的像。即，从缩小侧起依次具有构成第1-1透镜组41的透镜组E1的透镜L1～L9、构成透镜组E2的透镜L10、构成第1-2透镜组42的透镜F1的透镜L11、构成透镜F2的透镜L12和构成透镜F3的透镜L13这13片透镜L1～L13。例如从壁面投射变更为地面投射的情况那样，通过使投射位置改变(投射距离改变)，进行变倍。在这样的变倍时的对焦时，第1-1透镜组41保持被固定的状态，另一方面，透镜F1～F3分别移动。即，第1-2透镜组42在变倍时，通过使3个透镜F1～F3分别独立地移动，进行合焦。

对各透镜L1～L13详细地进行说明，作为第1透镜的透镜L1为双凸形状的正透镜，作为第2透镜的透镜L2为双凸形状的正透镜，作为第3透镜的透镜L3为双凹形状的负透镜，第2透镜和第3透镜为接合透镜，作为第4透镜的透镜L4为双凸形状的正透镜，作为第5透镜的透镜L5为双凹形状的负透镜，第4透镜和第5透镜为接合透镜，作为第6透镜的透镜L6为在双面赋予了非球面、在缩小侧具有凸面的正凹凸透镜，作为第7透镜的透镜L7为双凸形状的正透镜，作为第8透镜的透镜L8为在放大侧具有凸面的负凹凸透镜，第7透镜和第8透镜为接合透镜，作为第9透镜的透镜L9为在双面赋予了非球面、在放大侧具有凸面的负凹凸透镜，位于开口光圈ST的后级的作为第10透镜的透镜L10为双凸形状的正透镜。此外，作为第11透镜的透镜L11为在缩小侧具有凸面的正凹凸透镜，作为第12透镜的透镜L12为在放大侧具有凸面的负凹凸透镜，作为第13透镜的透镜L13为对双面赋予了非球面、在光轴附近为双凹形状的负透镜。其中的透镜L14为利用树脂成型的透镜。另外，如上所述，第2光学组40b由1片凹面非球面反射镜构成。

在本实施例中，在第1-1透镜组41中加入包含凹面形状的非球面的透镜(透镜L6、L9)，由此抑制透镜片数，并且缩小了透镜全长和第2光学组40b的反射镜半径。具体而言，例如与上述实施例1、2相比，减少了1片透镜片数，并且实现了透镜全长为大约-5％左右、反射镜半径为大约-8％左右的小型化。

图15的(A)是投射倍率125倍时的投射光学系统的缩小侧像差图(球面像差、像散、畸变像差)，图15的(B)是投射倍率101倍时的投射光学系统的缩小侧像差图，图15的(C)是投射倍率169倍时的投射光学系统的缩小侧像差图。此外，图16的(A)～16的(E)是与图15的(A)对应的投射光学系统的横向像差图。图16的(A)～16的(E)分别示出像高为100％、80％、60％、40％、15％时的横向像差。图16的(A)对应于最大视场角的情况。同样，图17的(A)～17的(E)是与图15的(B)对应的投射光学系统的横向像差图，图18的(A)～18的(E)是与图15的(C)对应的投射光学系统的横向像差图。

(实施例4)

以下的表10示出实施例4的透镜面的数据。特别是，在本实施例中，在第1-1透镜组41中，在开口光圈ST的附近配置有在至少1个面上具有非球面形状的负透镜(透镜L9)。即，使各透镜L1～L13中的、位于距离开口光圈ST最近的位置的透镜(透镜L9)成为在至少1个面上具有非球面形状的负透镜，由此成为数值孔径NA为0.3以上(即F值1.6左右)的较亮的图像。

[表10]

以下的表11是实施例4的透镜面的非球面系数。

[表11]

非球面系数

以下的表12示出投射倍率125倍、投射倍率101倍和投射倍率169倍时的、表10中的可变间隔21、25、27、28的值。

[表12]

可变间隔

图19是实施例4的投射光学系统40的剖视图。在实施例4中，在从缩小侧数起时，第1光学组40a由透镜L1(第1透镜)至透镜L14(第14透镜)这14片透镜构成，第1光学组40a以最大的空气间隔BD为边界，划分为在缩小侧具有正屈光力的第1-1透镜组41和在放大侧具有比第1-1透镜组41的屈光力弱的负屈光力的第1-2透镜组42。第2光学组40b由1片凹面非球面反射镜MR构成。另外，在图19中不切除而直接描绘了透镜L12和反射镜MR等，但在实际的光学系统中，至少反射镜MR为从圆形状中切除一部分后的形状，其他光学系统也有时成为从圆形状中切除一部分后的形状。

在图19中，投射光学系统40以与到屏幕的距离对应的倍率放大投射面板面PI上的像。即，从缩小侧起依次具有构成第1-1透镜组41的透镜组E1的透镜L1～L9、构成透镜组E2的透镜L10、L11、构成第1-2透镜组42的透镜F1的透镜L12、构成透镜F2的透镜L113和构成透镜F3的透镜L14这14片透镜L1～L14。例如从壁面投射变更为地面投射的情况那样，通过使投射位置改变(投射距离改变)，进行变倍。在这样的变倍时的对焦时，第1-1透镜组41保持被固定的状态，另一方面，透镜F1～F3分别移动。这里，第1-2透镜组42在变倍时，使透镜F1、F2一体地移动，使透镜F3与透镜F1、F2独立地移动，由此进行合焦。

对各透镜L1～L14详细地进行说明，第1-1透镜组41中的作为第1透镜的透镜L1为双凸形状的正透镜，作为第2透镜的透镜L2为双凸形状的正透镜，作为第3透镜的透镜L3为双凹形状的负透镜，第2透镜和第3透镜为接合透镜，作为第4透镜的透镜L4为双凸形状的正透镜，作为第5透镜的透镜L5为双凹形状的负透镜，第4透镜和第5透镜为接合透镜，作为第6透镜的透镜L6为对双面赋予了非球面的双凸形状的正透镜，作为第7透镜的透镜L7为双凸形状的正透镜，作为第8透镜的透镜L8为双凹形状的负透镜，第7透镜和第8透镜为接合透镜，作为第9透镜的透镜L9为在放大侧具有赋予了非球面的凸面的负凹凸透镜，位于开口光圈ST的后级的作为第10透镜的透镜L10为在缩小侧具有凸面的负凹凸透镜，作为第11透镜的透镜L11为双凸形状的正透镜，第10透镜和第11透镜为接合透镜。此外，第1-2透镜组42中的作为第12透镜的透镜L12为双凸形状的正透镜(即，至少在缩小侧具有凸面的正透镜)，作为第13透镜的透镜L13为在放大侧具有凸面的负凹凸透镜，作为第14透镜的透镜L14是对双面赋予了非球面、在光轴附近为双凹形状的负透镜。其中的透镜L14为利用树脂成型的透镜。另外，如上所述，第2光学组40b由1片凹面非球面反射镜构成。

在本实施例中，在第1-1透镜组41中，在开口光圈ST的附近配置有在至少1个面(放大侧的面)上包含非球面形状的负透镜(透镜L9)，由此，能够维持在较大的变倍范围中良好地校正像面弯曲、像散特性并获得稳定的性能的情况、且数值孔径NA为0.3以上(即F值1.6左右)的较亮的图像。

图20的(A)是投射倍率125倍时的投射光学系统的缩小侧像差图(球面像差、像散、畸变像差)，图20的(B)是投射倍率100倍时的投射光学系统的缩小侧像差图，图20的(C)是投射倍率169倍时的投射光学系统的缩小侧像差图。此外，图21的(A)～21的(E)是与图20的(A)对应的投射光学系统的横向像差图。图21的(A)～21的(E)分别示出像高为100％、80％、60％、40％、15％时的横向像差。图21的(A)对应于最大视场角的情况。同样，图22的(A)～22的(E)是与图20的(B)对应的投射光学系统的横向像差图，图23的(A)～23的(E)是与图20的(C)对应的投射光学系统的横向像差图。

[实施例的总结]

在任意一个实施例中都为如下的简单结构：虽然具有广角端的半视场角70度以上的较大视场角，但在作为对焦透镜组的第1-2透镜组42中，设树脂制非球面透镜仅为1片透镜F3(F3透镜)，作为第1-2透镜组42整体，也利用透镜F1～F3的正、负、负的3片透镜构成。在该情况下，使透镜F1～F3移动的机构也能够设为简单的机构。此外，成为一种即使在投射光学系统40整体中也使透镜片数为13～14片的较少的透镜结构。

本发明不限于上述实施方式或实施例，能够在不脱离其主旨的范围内以各种方式来实施。

例如，在各实施例中，能够在构成各透镜组的透镜的前后或之间追加1个以上的实际上不具有屈光力的透镜。

此外，投射光学系统40的放大投射的对象不限于液晶面板，还能够利用投射光学系统40放大投射由将微镜作为像素的数字微镜器件等光调制元件形成的图像。

标号说明

2：投影仪；11、12：积分透镜；13：偏振转换元件；14：重叠透镜；15：分色镜；16：反射镜；17G、17R、17B：场透镜；18G、18R、18B：液晶面板；19：十字分色棱镜；21：分色镜；22：中继透镜；23：反射镜；40：投射光学系统；40a：第1光学组；40b：第2光学组；41：透镜组；42：透镜组；50：光学系统部分；70：半视场角；80：电路装置；81：图像处理部；81、82、83：电路部分；82：显示驱动部；83：透镜驱动部；88：主控制部；A1：方向；AC：致动器；BD：空气间隔；E1、E2：透镜组；F1：透镜(F1透镜)；F2：透镜(F2透镜)；F3：透镜(F3透镜)；L1-L14：透镜；MR：凹面非球面反射镜；OA：光轴；PI：面板面；PR：棱镜。

Claims

1.一种投射光学系统，其从缩小侧起依次由第1光学组和第2光学组构成，该第1光学组由多个透镜构成，具有正的屈光力，该第2光学组包含1片具有凹面非球面形状的反射面，其特征在于，

所述第1光学组以最大的空气间隔为边界，由第1-1透镜组和第1-2透镜组构成，该第1-1透镜组在伴随变倍的对焦时固定且具有正的屈光力，该第1-2透镜组在伴随变倍的对焦时移动，

所述第1-2透镜组从缩小侧起依次由F1透镜、F2透镜和F3透镜这3片透镜构成，该F1透镜由在缩小侧具有凸面的1片正透镜构成，该F2透镜由在放大侧具有凸面的1片负凹凸透镜构成，该F3透镜由1片负透镜构成。

2.根据权利要求1所述的投射光学系统，其中，

所述第1-1透镜组在所述第1-1透镜组的内部具有开口光圈，在比所述开口光圈靠缩小侧的位置包含具有凸面形状非球面的正透镜。

3.根据权利要求1所述的投射光学系统，其中，

所述第1-1透镜组在所述第1-1透镜组的内部具有开口光圈，在比所述开口光圈靠放大侧的位置具有包含至少1片正透镜的具有正的屈光力的透镜组。

4.根据权利要求1所述的投射光学系统，其中，

所述第1-1透镜组在所述第1-1透镜组的内部具有开口光圈，在比所述开口光圈靠缩小侧的位置包含2片正透镜、由正透镜和负透镜构成的第1接合透镜、以及由正透镜和负透镜构成的第2接合透镜。

5.根据权利要求1所述的投射光学系统，其中，

所述第1-1透镜组在所述第1-1透镜组的内部具有开口光圈，在所述开口光圈的附近配置有在至少1个面上具有非球面形状的负透镜。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的投射光学系统，其中，

所述F1透镜、所述F2透镜和所述F3透镜分割为至少2个透镜组，

所述至少2个透镜组在伴随变倍的对焦时分别移动。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的投射光学系统，其中，

所述F3透镜由双面非球面透镜构成，该双面非球面透镜由树脂构成。

8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的投射光学系统，其中，

所述F3透镜在光轴附近在缩小侧具有凹面形状。

9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的投射光学系统，其中，

物体侧的数值孔径为0.3以上。

10.根据权利要求1～9中的任意一项所述的投射光学系统，其中，

缩小侧为大致远心。

11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的投射光学系统，其中，

构成所述第1光学组和所述第2光学组的要素全部为旋转对称系统。

12.根据权利要求1～11中的任意一项所述的投射光学系统，其中，

变倍范围为1.5倍以上。

13.根据权利要求1～12中的任意一项所述的投射光学系统，其中，

所述第1-2透镜组整体上具有负的屈光力。

14.一种投影仪，其具有：

光调制元件，其对来自光源的光进行调制而形成图像光；以及

权利要求1～13中的任意一项所述的投射光学系统，其投射来自所述光调制元件的所述图像光。