CN107924046B - 投影光学系统和投影仪 - Google Patents

投影光学系统和投影仪 Download PDF

Info

Publication number
CN107924046B
CN107924046B CN201680048554.6A CN201680048554A CN107924046B CN 107924046 B CN107924046 B CN 107924046B CN 201680048554 A CN201680048554 A CN 201680048554A CN 107924046 B CN107924046 B CN 107924046B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical system
lens
reflection
projection
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680048554.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107924046A (zh
Inventor
峯藤延孝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN107924046A publication Critical patent/CN107924046A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107924046B publication Critical patent/CN107924046B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/0095—Relay lenses or rod lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/082—Catadioptric systems using three curved mirrors
    • G02B17/0828—Catadioptric systems using three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/28—Reflectors in projection beam

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

提供虽然紧凑但能够进行接近投影的投影光学系统以及具备该投影光学系统的投影仪。投影光学系统(40)具备作为折射光学系统的第1光学组(40a)和作为反射光学系统的第2光学组(40b)。第2光学组(40b)包含第1～第3反射光学系统(MR1～MR3)，所述第1～第3反射光学系统(MR1～MR3)分别包含具有凹面形状的第1反射面、具有曲面形状的第2反射面以及具有凸面形状的第3反射面。第1～第3反射光学系统(MR1～MR3)满足与焦距相关的条件式(1)。从第1光学组(40a)射出的图像光被第2光学组(40b)反射而投影到被投影面上。

Description

投影光学系统和投影仪
技术领域
本发明涉及适于安装到放大投射图像显示元件的图像的投影仪中的投影光学系统以及使用该投影光学系统的投影仪。
背景技术
近年来，作为能够从近距离进行投影而得到大画面的投影仪用的投影光学系统，例如提出了使用折射光学系统和一个非球面反射面的投影光学系统(例如参照专利文献1等)。
然而，在例如专利文献1(日本特开2008-250296号)中，由于折射光学系统包含非球面透镜，此外，用于再次成像的非球面反射面为一个，因此，对折射光学系统造成很大负担。例如，要将F数设置得较明亮以应对较大的变倍范围时，例如存在这样的可能性：即使包含多个较强的非球面，也需要十几个透镜。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2008-250296号公报
发明内容
本发明是鉴于上述背景而完成的，目的在于提供虽然紧凑但能够进行接近投影的投影光学系统以及具备该投影光学系统的投影仪。
为了实现所述目的，本发明的第1反射光学系统具备从缩小侧起依次设置的折射光学系统和反射光学系统，该折射光学系统由多个透镜构成，具有正屈光力，其特征在于，反射光学系统包含有在从折射光学系统射出的光的光路上从折射光学系统侧起依次设置的第1反射光学系统、第2反射光学系统和第3反射光学系统，第1反射光学系统包含具有凹面形状的第1反射面，第2反射光学系统包含具有曲面形状的第2反射面，第3反射光学系统包含具有凸面形状的第3反射面，第1反射面、第2反射面和第3反射面中的至少两个具有非球面形状，在设第1反射光学系统的焦距为f1、第2反射光学系统的焦距为f2、第3反射光学系统的焦距为f3时，f1、f2、f3满足条件式(1)：|f2|＞|f3|＞|f1|…(1)。
所述投影光学系统具备第1～第3反射光学系统，所述第1～第3反射光学系统分别包含具有凹面形状的第1反射面、具有曲面形状的第2反射面以及具有凸面形状的第3反射面。此外，第1～第3反射光学系满足条件式(1)。因此，所述投影光学系统虽然紧凑但能够进行接近投影。另外，在设第1～第3反射光学系统的屈光力为
Figure BDA0001580494230000021
时，条件式(1)为：
Figure BDA0001580494230000022
其中，fk可以表述为条件式(1)所示的各反射光学系统的焦距。
即，第2反射光学系统的屈光力最弱，第1反射光学系统的屈光力最强，第3反射光学系统的屈光力在它们中间。
根据本发明的具体的侧面，在设整个系统的焦距为F、折射光学系统的焦距为FL时，满足条件式(2)：0.05＜F/FL＜0.15…(2)。
在该情况下，能够在将后焦点设得较长的情况下，实现装置整体的小型化。
根据本发明的另一侧面，所述多个透镜全部为旋转对称系统。
根据本发明的又一侧面，所述多个透镜和第1～第3反射光学系统的全部的面是由旋转对称面构成、具有同一光轴的共轴光学系统。
根据本发明的再一侧面，所述多个透镜包含光透过反射光学系统，所述光透过反射光学系统具有作为折射光学系统的一部分发挥功能的光透过区域和作为第2反射面发挥功能的光反射区域。该情况下，能够将折射光学系统的透镜的透镜面的一部分和反射光学系统的反射面构成为共有面。
根据本发明的再一侧面，光透过反射光学系统在折射光学系统中被配置成最靠放大侧，在与投影距离的变更相伴的变倍时的对焦时被固定。
根据本发明的再一侧面，折射光学系统具有至少一个在变倍时移动的透镜组，以最靠缩小侧的可变间隔为边界，从缩小侧起依次由具有正屈光力的第1-1透镜组和具有正屈光力的第1-2透镜组构成，在设第1-1透镜组的焦距为F1-1、第1-2透镜组的焦距为F1-2时，满足条件式(3)：0.0＜|F1-1/F1-2|＜1.0…(3)。
该情况下，能够对像面弯曲及畸变进行校正。
根据本发明的再一侧面，物体侧的数值孔径在0.27以上。
根据本发明的再一侧面，缩小侧是大致远心的。
根据本发明的再一侧面，变倍范围在1.4倍以上。
为了实现所述目的，本发明的第2投影光学系统具备从缩小侧起依次设置的折射光学系统和反射光学系统，该折射光学系统由多个透镜构成，具有正屈光力，该反射光学系统具有至少3个反射面，其特征在于，构成折射光学系统的多个透镜包含光透过反射光学系统，光透过反射光学系统具有作为折射光学系统的一部分发挥功能的光透过区域和作为反射光学系统的反射面发挥功能的光反射区域。
在所述投影光学系统中，通过使光透过反射光学系统兼用作为折射透镜的功能和作为反射镜的功能，能够在虽然紧凑的情况下进行接近投影。
为了实现所述目的，本发明的投影仪具备：光源；光调制元件，其对来自光源的光进行调制而形成图像光；以及所述任意一个投影光学系统，其投射图像光。投影仪通过具备所述任意一个投影光学系统，能够在虽然紧凑的情况下进行接近投影。
附图说明
图1是示出组装有实施方式的投影光学系统的投影仪的概要结构的图。
图2是实施方式或实施例1的投影光学系统中的从物体面至投影面的结构和光线图。
图3是从图2中的物体面至凹面反射镜的局部放大图。
图4是示出实施例1的投影光学系统的结构的图。
图5(A)～(C)是实施例1的投影光学系统的缩小侧像差图。
图6(A)～(E)是与图5(A)对应的投影光学系统的横向像差图。
图7(A)～(E)是与图5(B)对应的投影光学系统的横向像差图。
图8(A)～(E)是与图5(C)对应的投影光学系统的横向像差图。
图9是示出实施例2的投影光学系统的结构的图。
图10(A)～(C)是实施例2的投影光学系统的缩小侧像差图。
图11(A)～(E)是与图10(A)对应的投影光学系统的横向像差图。
图12(A)～(E)是与图10(B)对应的投影光学系统的横向像差图。
图13(A)～(E)是与图10(C)对应的投影光学系统的横向像差图。
图14是示出实施例3的投影光学系统的结构的图。
图15(A)～(C)是实施例3的投影光学系统的缩小侧像差图。
图16(A)～(E)是与图15(A)对应的投影光学系统的横向像差图。
图17(A)～(E)是与图15(B)对应的投影光学系统的横向像差图。
图18(A)～(E)是与图15(C)对应的投影光学系统的横向像差图。
图19是示出实施例4的投影光学系统的结构的图。
图20(A)～(C)是实施例4的投影光学系统的缩小侧像差图。
图21(A)～(E)是与图20(A)对应的投影光学系统的横向像差图。
图22(A)～(E)是与图20(B)对应的投影光学系统的横向像差图。
图23(A)～(E)是与图20(C)对应的投影光学系统的横向像差图。
图24是示出实施例5的投影光学系统的结构的图。
图25(A)～(C)是实施例5的投影光学系统的缩小侧像差图。
图26(A)～(E)是与图25(A)对应的投影光学系统的横向像差图。
图27(A)～(E)是与图25(B)对应的投影光学系统的横向像差图。
图28(A)～(E)是与图25(C)对应的投影光学系统的横向像差图。
图29是从实施例6的投影光学系统的物体面至凹面反射镜的结构和光线图。
图30是示出实施例6的投影光学系统的结构的图。
图31(A)～(C)是实施例6的投影光学系统的缩小侧像差图。
图32(A)～(E)是与图31(A)对应的投影光学系统的横向像差图。
图33(A)～(E)是与图31(B)对应的投影光学系统的横向像差图。
图34(A)～(E)是与图31(C)对应的投影光学系统的横向像差图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各实施方式的投影光学系统详细地进行说明。
如图1所示，组装有本发明的一个实施方式的投影光学系统的投影仪2具备投射图像光的光学系统部分50和控制光学系统部分50的动作的电路装置80。
在光学系统部分50，光源10例如是超高压水银灯，射出包含R光、G光及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、激光器那样的固体光源。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协作而在液晶面板18R、18G、18B上形成第1积分透镜11的透镜元件的像。利用这样的结构使来自光源10的光以大致均匀的明亮度对液晶面板18R、18G、18B的显示区域整体进行照明。
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使第1积分透镜11的各透镜元件的像经由第2积分透镜12而在液晶面板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光进行反射，使G光和B光透过。第1分色镜15反射后的R光经过反射镜16和场透镜17R而入射到作为光调制元件的液晶面板18R。液晶面板18R根据图像信号对R光进行调制，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光进行反射，使B光透过。第2分色镜21反射后的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根据图像信号对G光进行调制，由此形成G色的图像。透过第2分色镜21后的B光经过中继透镜22、24、反射镜23、25以及场透镜17B入射到作为光调制元件的液晶面板18B。液晶面板18B根据图像信号对B光进行调制，由此形成B色的图像。
十字分色棱镜19是光合成用的棱镜，将被各液晶面板18R、18G、18B调制后的光合成而成为图像光，并使其向投射光学系统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合成后的图像光放大投射到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，对设置于光学系统部分50的液晶面板18G、18R、18B进行驱动；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，其统一地对这些电路部分81、82、83等的动作进行控制。
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也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，能够将与该图像信号对应的图像、或者与对该图像信号实施了图像处理后的图像信号对应的图像形成于液晶面板18G、18R、18B。
透镜驱动部83在主控制部88的控制下进行动作，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适当地移动，由此，能够在投射光学系统40向屏幕上投射图像的过程中，进行伴随着变倍的对焦(变倍时的对焦)。另外，透镜驱动部83也能够通过使投射光学系统40整体沿与光轴OA垂直的上下方向移动的倾斜度的调整，来改变投射到屏幕上的图像的纵向位置。
以下，参照图2和图3等对实施方式的投影光学系统40具体进行说明。另外，在图2等中例示的投影光学系统40构成为与后述的实施例1的投影光学系统40相同的结构。为了方便起见，设+Y方向为上方向、-Y方向为下方向。
实施方式的投影光学系统40将液晶面板18G(18R、18B)上形成的图像投射到未图示的屏幕上。这里，在投影光学系统40与液晶面板18G(18R、18B)之间配置有与图1的十字分色棱镜19相当的棱镜PR。
投影光学系统40从缩小侧起依次包含作为折射光学系统的第1光学组40a和作为反射光学系统的第2光学组40b，第1光学组40a由多个透镜构成，具有正屈光力，第2光学组40b由多个反射镜构成，具有各种曲面形状的反射面。
第1光学组40a是这样的折射光学系统：以形成在所包含的透镜之间的空间中的、通过透镜的移动而可变的间隔中的最靠缩小侧的可变间隔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的屈光力弱的正屈光力。
第2光学组40b是具有在从第1光学组40a射出的光的光路上从第1光学组40a侧起依次设置的第1反射光学系统MR1、第2反射光学系统MR2和第3反射光学系统MR3的反射光学系统。
这里，在图示的示例中，第1光学组40a和第2光学组40b共有一部分要素(设为透镜L7或第2反射光学系统MR2)。换言之，该一部分要素是如下这样的光透过反射光学系统：如果看作透镜L7，则作为折射光学系统即第1光学组40a的一部分发挥功能，如果看作第2反射光学系统MR2，则作为反射光学系统即第2光学组40b的一部分发挥功能。这里，透镜L7(或者第2反射光学系统MR2)的下侧区域形成为具有作为使光透过折射的透镜(折射透镜)的功能的光透过区域。另一方面，第2反射光学系统MR2(或者透镜L7)的上侧区域成为具有作为反射光的反射镜(反射透镜)的功能的光反射区域。因此，在图1所示的情况下，从液晶面板18G(18R、18B)经棱镜PR而被投影的图像光的光线在经第1光学组40a而被射出至第2光学组40b时，穿过配置在第1光学组40a的最靠放大侧的透镜L7(或者第2反射光学系统MR2)的下侧。此外，该光线在被第2光学组40b的第1反射光学系统MR1反射之后，再次入射到第2反射光学系统MR2(或者透镜L7)。这时，该光线在第2反射光学系统MR2(或者透镜L7)的上侧朝向第3反射光学系统MR3反射。
以下，对作为折射光学系统的第1光学组40a详细地进行说明。
第1光学组40a中的第1-1透镜组41具有开口光圈ST，在比开口光圈ST靠缩小侧具有透镜组(透镜L1～L4)。透镜L1～L4在伴随着投影距离变更的变倍时的对焦时被固定。
第1-2透镜组42具有配置在比开口光圈ST靠放大侧的透镜组(透镜L5～L7)。这些透镜中的透镜L5、L6构成对焦组。在伴随着投影距离变更的变倍时的对焦时，利用致动器AC使透镜L5、L6分别在沿光轴OA的方向A1(光轴方向)上移动。这里，设透镜L5和透镜L6能够独立地移动。由此，即使在较大的变倍区域中，也能够生成可最终得到良好图像的1次像。另外，关于基于致动器AC的移动方法，根据变倍时的对焦方式可以有各种方式，例如可以使各透镜完全独立地移动，也可以利用凸轮机构等使各透镜彼此联动地移动。另一方面，在第1光学组40a中配置在最靠放大侧的透镜L7(或者第2反射光学系统MR2)在伴随着上述变倍的对焦时被固定。
以下，从缩小侧起依次对构成第1光学组40a的各透镜进行说明。如前文所述，第1-1透镜组41由4个透镜L1～L4构成，透镜L1、L2是正透镜，透镜L3和透镜L4是接合透镜。如前文所述，第1-2透镜组42由3个透镜L5～L7构成，透镜L5是正透镜，透镜L6是正凹凸透镜，透镜L7是两面非球面的负透镜。即，第1光学组40a整体上由7个透镜L1～L7构成。透镜L1～L7分别形成为关于光轴OA轴对称的圆形状。换言之，构成作为折射光学系统的第1光学组40a的多个透镜L1～L7全部为旋转对称系统。此外，透镜L7以外全部为玻璃制的球面透镜。透镜L7是两面非球面透镜，透镜直径也较大，因此，由于价格低廉，所以，优选构成为树脂透镜。但是，透镜L7形成为轴对称的圆形状，也可以将一部分用作反射面，因此，也可以构成为易于确保精度的玻璃非球面透镜。
以下，对第2光学组40b详细地进行说明。
在第2光学组40b中，第1反射光学系统MR1包含第1反射面R1，该第1反射面R1配置在第1光学组40a的射出侧(放大侧)、即第2光学组40b的最靠缩小侧的位置，具有凹面形状。第1反射光学系统MR1利用第1反射面R1上的反射而使从第1光学组40a射出的光线朝向第2反射光学系统MR2射出。
第2反射光学系统MR2包含第2反射面R2，该第2反射面R2在光路上配置在第1反射光学系统MR1的放大侧，具有曲面形状。这里，如前文所述，第2反射光学系统MR2(或者透镜L7)在构成第1光学组40a的透镜L7中的未被用作折射透镜的一部分中形成光反射区域，由此，具有第2反射面R2。此外，如上所述，作为设置第2反射面R2的对象的透镜为两面非球面的负透镜，相应地，作为其一部分的面的第2反射面R2也构成为非球面。如果改变看法，则第2反射光学系统MR2为非球面反射镜。第2反射光学系统MR2利用第2反射面R2上的反射而使从第1反射光学系统MR1射出的光线朝向第3反射光学系统MR3射出。
第3反射光学系统MR3包含第3反射面R3，该第3反射面R3在光路上配置在第2反射光学系统MR2的放大侧、即最靠放大侧的位置，具有凸面形状。第3反射光学系统MR3利用第3反射面R3上的反射而使从第2反射光学系统MR2射出的光线朝向作为被照射面的屏幕射出。
以下，对构成第2光学组40b的各反射镜(反射光学系统MR1～MR3)的特性进行说明。首先，第1～第3反射光学系统MR1～MR3的全部反射面R1～R3分别具有非球面形状，并且由旋转对称面构成，具有同一光轴。
此外，设第1反射光学系统MR1的焦距为f1、第2反射光学系统MR2的焦距为f2、第3反射光学系统MR3的焦距为f3时，f1、f2、f3满足下述条件式(1)。
|f2|＞|f3|＞|f1|…(1)
另外，关于上述要件，设第1～第3反射光学系统MR1～MR3的屈光力为
Figure BDA0001580494230000081
Figure BDA0001580494230000082
时，条件式(1)为：
Figure BDA0001580494230000083
其中，fk可以表述为条件式(1)所示的各反射光学系统的焦距。
条件式(1)是与三个反射面R1～R3的焦距f1、f2、f3相关的条件，并且是用于以下用途的条件：通过适当地设定各反射面R1～R3的屈光力
Figure BDA0001580494230000084
能够实现第2光学组40b的小型化，并且，使含有由第1光学组40a生成的像差的1次像成为高效地充分校正了像差后的2次像而在屏幕上成像。假设第1反射面R1的焦距f1的绝对值大于第3反射面R3的焦距f3的绝对值、即正屈光力变得过弱，则第1反射面R1的尺寸会增大，并且第2反射面R2的尺寸也会增大，从而在实现小型化这方面不是优选的。与此相对，通过将第1反射面R1构成为屈光力比其它两个反射面R2、R3强的面，能够使入射到第2反射面R2的光束的位置成为较低的位置，能够使第1反射面R2、第2反射面R3小型化。
此外，例如通过使第2反射面R2的焦距f2的绝对值大于反射面R1的焦距f1的绝对值和反射面R3的焦距f3的绝对值，即，构成为屈光力较弱的面，能够平衡性良好地设定第1反射面R1的正屈光力和第3反射面R3的负屈光力，从而能够平衡性良好地对各像差进行校正。此外，通过减弱第2反射面R2的屈光力，能够将上述的第1光学组40a(折射光学系统)的透镜(透镜L7)的透镜面的一部分和反射面(第2反射面R2)构成为共有面。
此外，在以上投影光学系统40的情况下，其结果是，构成第1光学组40a(折射光学系统)的多个透镜L1～L7以及构成第2光学组40b(反射光学系统)的第1～第3反射光学系统MR1～MR3的全部的面是由旋转对称面构成、具有同一光轴的共轴光学系统。
此外，在上述结构的投影光学系统40中，设整个系统的焦距为F、第1光学组40a(折射光学系统)的焦距为FL时，投影光学系统40满足下述条件式(2)。
0.05＜F/FL＜0.15…(2)
条件式(2)是关于整个系统的焦距与第1透镜组的焦距之比的条件，并且是在将后焦点(back focus)设得较长的情况下用于实现装置整体的小型化的条件。
在这种超广角投影光学系统中，为了得到焦距非常短且用于插入色合成棱镜PR等的较长的后焦点，需要加长具有生成1次像的作用的第1光学组40a(折射光学系统)的焦距。
如果超过条件式(2)的上限而使得第1光学组40a的焦距过短，则会导致难以进行各像差的校正，相应地需要增加透镜个数，因此，不是优选的。此外，还难以确保所需的后焦点。相反地，如果超过条件式(2)的下限而使得第1光学组40a的焦距过长，虽然像差校正变得容易，但是导致透镜全长变长，从而在小型化这方面不是优选的。通过满足条件式(2)，能够在将后焦点设得较长的同时实现装置整体的小型化。
此外，设第1-1透镜组41的焦距为F1-1、第1-2透镜组42的焦距为F1-2时，投影光学系统40满足下述条件式(3)。
0.0＜|F1-1/F1-2|＜1.0…(3)
在本实施方式的超广角投影光学系统中，由于具有非常大的视场角，因此，相比于一般的投影光学系统(例如半视场角30°左右的投影光学系统)，基于投影距离的像差变化量非常大。当使投影距离变化时，焦距非常短，因此，相比于低像高位置处的焦点变化较少的情况，高像高位置的画面周边部处的像面弯曲及畸变大幅变化。因此，在本实施方式的投影光学系统中，在进行伴随着变倍的对焦时，主要对画面周边部处的像面弯曲变化及畸变进行校正。可以说，条件式(3)是关于第1光学组40a内的对焦时的固定组与移动组之间的焦距之比的条件，并且是用于以简单的结构进行对焦的条件。通过加长对焦组的焦距、减小屈光力，能够减少低像高位置处的焦点变化，对高像高位置处的像面弯曲及畸变进行校正。
如果超过条件式(3)的上限而使对焦组的焦距缩短、屈光力变得过强，则在进行对焦时，用于校正周边部的像面弯曲及失真的移动量会变得过大，因此，不是优选的。相反地，如果超过条件式(3)的下限而使对焦组的屈光力变得过弱，则在移动透镜组时，光轴附近的焦点位置也会移动，为了使低像高位置和高像高位置处的焦点位置一致，需要高精度地移动多个透镜组，在框架结构上也难以实现，因此，不是优选的。通过满足条件式(3)，在进行伴随变倍的对焦时，能够进行充分地抑制像面弯曲及畸变的校正。
另外，如上所述，构成第1光学组40a的透镜L1～L7分别形成为关于光轴OA轴对称的圆形状。最容易增大的放大侧的透镜L7也形成为圆形。由此，能够尽可能地抑制制造过程中的误差。此外，可以将全部透镜L1～L7形成为圆形状。作为比较例，例如，考虑由一个凹面反射镜构成第2光学组40b的投影光学系统，则在该投影光学系统中，该凹面反射镜反射后的光束与折射光学系统发生干扰，因此，可能需要将配置在反射镜侧的透镜(第1光学组40a中最靠放大侧的透镜)切割为非圆形形状的可能性。如果将透镜形成为非圆形形状，则收纳透镜的镜框结构变得复杂，成本增加。与此相对，在本实施方式中，通过使位于最靠放大侧的透镜L7的透镜面的一部分作为反射面发挥功能，能够将透镜L1～L7的各个透镜全部形成为圆形状，采用一般的透镜镜框结构，能够在实现低成本化的同时实现精度提高。
此外，如图示那样，在投影光学系统40中，缩小侧是大致远心的。由此，例如，如上所述，在十字分色棱镜19中，在将由各液晶面板18R、18G、18B调制后的光进行合成而形成图像光时，容易吸收组装的偏差。
在接近投影光学系统中，距屏幕的距离一般非常近。在投影光学系统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使图像在屏幕上再次成像，由此，进行接近投影。即，第1光学组40a在第2光学组40b的近前处生成1次像(中间像)。在上述的接近投影光学系统中，变倍时的像差变动较大，因此，可能无法将变倍范围设定得太大。因此，优选的是，对第1光学组40a形成的1次像进行优化，以使得即使使投射倍率变化，也能够得到良好的图像。此外，在一般的接近投影光学系统中，由于像面弯曲、像散的变动而引起的对比度下降幅度较大。此外，变倍时的畸变的变化比通常的透镜系统大的趋势也很明显。
但是，如上所述，本实施方式的投影光学系统40在利用第2光学组40b使由第1光学组40a生成的1次像再次成像时，通过将第2光学组40b的结构构成为不产生色像差的三个反射镜(反射光学系统MR1～MR3)，尽可能减少光学系统整体的色像差的产生，并且，使光多次进行反射而加长实质上的光路长度，从而能够减小各光学要素的屈光力。其结果是，能够减轻第1光学组40a的负担。因此，即使不使用具有较强的非球面的透镜，也能够构成减少第1光学组40a的构成个数并能够应对较大的变倍范围的投影光学系统，从而能够实现低成本化、紧凑化。
此外，在本实施方式中，构成第2光学组40b的反射镜的个数为奇数个。该情况下，通过构成为使投影光返回到光源侧、即在进行接近投影时将屏幕配置在光源侧，从而在投影仪的设置上，相比于一般的不使用反射镜的方式以及利用偶数个反射镜进行折返的情况，能够缩短用于将投影仪设置于壁面的臂，还可以减小强度。
此外，通过构成为上述那样的结构，在使物体侧的数值孔径为0.27以上、即F数具有1.8左右的明亮度的情况下，确保1.4倍以上(乃至1.5倍以上、1.6倍以上)的较高变倍范围，从而具有能够充分应对高分辨率的图像显示元件的性能。
此外，作为与本申请发明不同的思路，还可以考虑将树脂成型的非球面透镜应用于折射光学系统的情况。然而，必须对树脂成型的非球面透镜的两面高精度地进行成型，如果中心部与周边部的厚度之比即厚度比大，则在成型时容易发生内部畸变。特别是在较大的透镜使用非球面的情况下，从制造的方面来看，存在形状上的限制。相比于非球面透镜，在进行非球面反射镜的树脂成型时，可以仅进行单面的成型，利用表面反射，因此，内部畸变的影响较小，还能够以容易成型的厚度使反射镜厚度均匀，因此，比非球面透镜更容易确保精度。此外，作为另一思路，还可以考虑仅利用反射镜构成投影光学系统。但是，如果只依赖于反射，则容易产生反射后的光路与反射面之间发生干扰的问题，如果为了解决该问题而增加自由曲面反射镜以及偏心的要素，则在制造上会非常困难。在本实施方式中，能够构成为比较容易制造、高精度且紧凑的结构。
〔实施例〕
以下，对投射光学系统40的具体实施例进行说明。对以下说明的实施例1～4中共同的参数定义总结如下。
f 整个系统的焦距
Ω 半视场角
NA 数值孔径
R 曲率半径
D 轴上表面间隔(透镜厚度或透镜间隔)
Nd d线的折射率
Vd d线的阿贝数
非球面通过以下的多项式(非球面式)而确定。
Figure BDA0001580494230000121
其中，
c：曲率(1/R)
h：距光轴的高度
k：非球面的圆锥系数
Ai：非球面的高次非球面系数
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(被投影面)。此外，在面编号的前面记载有“＊”的面是具有非球面形状的面。
(实施例1)
以下的表1中示出实施例1的透镜面的数据。
〔表1〕
f 4.002
ω 69.9°
NA 0.278
Figure BDA0001580494230000131
在以上的表1以及以下的表中，使用E(例如1.00E+18)来表示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〕
Figure BDA0001580494230000141
以下的表3示出在投射倍率126倍、投射倍率162倍以及投射倍率110倍时的、表1中的可变间隔9、12、14、19的值。
〔表3〕
可变间隔
Figure BDA0001580494230000142
图4是实施例1的投影光学系统40的剖视图。图4的投影光学系统40与实施方式1的投影光学系统40相当。在图4中，投影光学系统40以与距屏幕的距离对应的倍率放大投射面板面PI上的像。在投影光学系统40中，第1光学组40a从缩小侧起依次具有构成第1-1透镜组41的透镜L1～L4以及构成第1-2透镜组42的透镜L5～L7这7个透镜L1～L7。此外，第2光学组40b具有三个非球面反射镜即第1～第3反射光学系统MR1～MR3。另外，关于第2反射光学系统MR2以外的非球面反射镜，在图4中，没有切掉而是照原样进行了描绘，但是，在实际的光学系统中，是从圆形状切掉一部分后的形状(参照图3)。
关于各光学要素，按照光路顺序详细地进行说明，作为折射光学系统的第1光学组40a从缩小侧起依次由以下7个透镜构成：双凸形状的正第1透镜(透镜L1)、双凸形状的正第2透镜(透镜L2)、双凹形状的负第3透镜(透镜L3)和双凸形状的正第4透镜(透镜L4)的接合透镜、开口光圈ST、双凸形状的第5透镜(透镜L5)、凸面朝向缩小侧的弯月形状的正第6透镜(透镜L6)以及按照双凹形状在两面施加了非球面的负第7透镜(透镜L7)。从第1光学组40a射出的光线束在第1光学组40a与第2光学组40b的第1反射光学系统MR1之间进行1次成像之后，被第1反射光学系统MR1的非球面凹反射面R1反射。被第1反射光学系统MR1反射后的光线束返回第1光学组40a侧，由配置在第1光学组40a的最靠放大侧的第7透镜(透镜L7)的透镜面的上半部分所设置的第2反射光学系统MR2的非球面凹反射面R2反射。另外，第1光学组40a的最靠放大侧的折射面和第2反射光学系统MR2的反射面R2以共面形状构成，隔着光轴OA，大致一半形成为透过面，剩余的一半形成为反射面。被第2反射光学系统MR2反射后的光线束被第3反射光学系统MR3的非球面凸反射面R3反射，在屏幕上成像。
在变更投影距离而进行变倍时，利用浮动功能(floating)移动第1-2透镜组42中的第5透镜(透镜L5)和第6透镜(透镜L6)而进行对焦。另外，与第2反射光学系统MR2兼用的最靠放大侧的第7透镜(透镜L7)是固定的。此外，第1-1透镜组41和第2光学组40b也是固定的。
图5(A)是投射倍率126倍时的投影光学系统的缩小侧像差图(球面像差、像散、畸变)，图5(B)是投射倍率162倍时的投影光学系统的缩小侧像差图，图5(C)是投射倍率110倍时的投影光学系统的缩小侧像差图。此外，图6(A)～6(E)是与图5(A)对应的投影光学系统的横向像差图。图6(A)～6(E)分别示出像高100％、80％、60％、40％、15％处的横像差。图6(A)与最大视场角的情况对应。同样地，图7(A)～7(E)是与图5(B)对应的投影光学系统的横向像差图，图8(A)～8(E)是与图5(C)对应的投影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〕
f 4.029
ω 69.8゜
NA 0.278
Figure BDA0001580494230000161
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
Figure BDA0001580494230000162
以下的表6示出在投射倍率125倍、投射倍率161倍以及投射倍率110倍时的、表4中的可变间隔9、12、14、19的值。
〔表6〕
可变间隔
Figure BDA0001580494230000171
图9是实施例2的投影光学系统40的剖视图。在图9中，投影光学系统40以与距屏幕的距离对应的倍率放大投射面板面PI上的像。在投影光学系统40中，第1光学组40a从缩小侧起依次具有构成第1-1透镜组41的透镜L1～L4以及构成第1-2透镜组42的透镜L5～L7这7个透镜L1～L7。此外，第2光学组40b具有三个非球面反射镜即第1～第3反射光学系统MR1～MR3。另外，另外，关于第2反射光学系统MR2以外的非球面反射镜，在图9中，没有切掉而是照原样进行了描绘，但是，在实际的光学系统中，是从圆形状切掉一部分后的形状。
关于各光学要素，按照光路顺序详细地进行说明，作为折射光学系统的第1光学组40a从缩小侧起依次由以下7个透镜构成：双凸形状的正第1透镜(透镜L1)、凸面朝向缩小侧的弯月形状的正第2透镜(透镜L2)、双凹形状的第3透镜(透镜L3)和双凸形状的正第4透镜(透镜L4)的接合透镜、开口光圈ST、双凸形状的正第5透镜(透镜L5)、凸面朝向缩小侧的弯月形状的、两面施加了非球面的负第6透镜(透镜L6)以及凸面朝向缩小侧的弯月形状的正第7透镜(透镜L7)。从第1光学组40a射出的光线束在第1光学组40a与第2光学组40b的第1反射光学系统MR1之间进行1次成像之后，被第1反射光学系统MR1的凹反射面R1反射。被第1反射光学系统MR1反射后的光线束返回到第1光学组40a侧，由配置在第1光学组40a的最靠放大侧的第7透镜(透镜L7)的透镜面的上半部分所设置的第2反射光学系统MR2的凹面反射面R2反射。另外，第1光学组40a的最靠放大侧的折射面和第2反射光学系统MR2的反射面R2以共面形状构成，隔着光轴OA，大致一半形成为透过面，剩余的一半形成为反射面。被第2反射光学系统MR2反射后的光线束被第3反射光学系统MR3的非球面凸反射面R3反射而在屏幕上成像。
在实施例2中，与第2反射光学系统MR2的凹面反射面R2共有的第1光学组40a的最靠放大侧的透镜(透镜L7)构成为球面透镜。假使将该面设为非球面，则这样大口径的透镜一般为树脂透镜，但是，由于球面透镜可以利用玻璃高精度地进行加工，为了防止性能的偏差是非常有效的。
在变更投影距离而进行变倍时，利用浮动功能(floating)移动第1-2透镜组42中的第5透镜(透镜L5)和第6透镜(透镜L6)而进行对焦。另外，与第2反射光学系统MR2兼用的最靠放大侧的第7透镜(透镜L7)是固定的。此外，第1-1透镜组41和第2光学组40b也是固定的。
图10(A)是投射倍率125倍时的投影光学系统的缩小侧像差图(球面像差、像散、畸变)，图10(B)是投射倍率161倍时的投影光学系统的缩小侧像差图，图10(C)是投射倍率110倍时的投影光学系统的缩小侧像差图。此外，图11(A)～11(E)是与图10(A)对应的投影光学系统的横向像差图。图11(A)～11(E)分别示出像高100％、80％、60％、40％、15％处的横像差。图11(A)与最大视场角的情况对应。同样地，图12(A)～12(E)是与图10(B)对应的投影光学系统的横向像差图，图13(A)～13(E)是与图10(C)对应的投影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。
〔表7〕
f 3.977
ω 69.9゜
NA 0.278
Figure BDA0001580494230000191
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
Figure BDA0001580494230000192
以下的表9示出在投射倍率126倍、投射倍率162倍以及投射倍率110倍时的、表7中的可变间隔9、12、14、19的值。
〔表9〕
可变间隔
Figure BDA0001580494230000201
图14是实施例3的投影光学系统40的剖视图。在图14中，投影光学系统40以与距屏幕的距离对应的倍率放大投射面板面PI上的像。在投影光学系统40中，第1光学组40a从缩小侧起依次具有构成第1-1透镜组41的透镜L1～L4以及构成第1-2透镜组42的透镜L5～L7这7个透镜L1～L7。此外，第2光学组40b具有三个非球面反射镜即第1～第3反射光学系统MR1～MR3。另外，另外，关于第2反射光学系统MR2以外的非球面反射镜，在图14中，没有切掉而是照原样进行了描绘，但是，在实际的光学系统中，是从圆形状切掉一部分后的形状。
关于各光学要素，按照光路顺序详细地进行说明，作为折射光学系统的第1光学组40a从缩小侧起依次由以下7个透镜构成：双凸形状的正第1透镜(透镜L1)、凸面朝向缩小侧的弯月形状的正第2透镜(透镜L2)、凸面朝向缩小侧的弯月形状的第3透镜(透镜L3)和双凸形状的正第4透镜(透镜L4)的接合透镜、开口光圈ST、双凸的具有正折射力的第5透镜(透镜L5)、凸面朝向放大侧的弯月形状的、两面施加了非球面的负第6透镜(透镜L6)以及双凸形状的具有正折射力的第7透镜(透镜L7)。从第1光学组40a射出的光线束在第1光学组40a与第2光学组40b的第1反射光学系统MR1之间进行1次成像之后，被第1反射光学系统MR1的凹反射面R1反射。被第1反射光学系统MR1反射后的光线束返回到第1光学组40a侧，由配置在第1光学组40a的最靠放大侧的第7透镜(透镜L7)的透镜面的上半部分所设置的第2反射光学系统MR2的凸面反射面R2反射。另外，第1光学组40a的最靠放大侧的折射面和第2反射光学系统MR2的反射面R2以共面形状构成，隔着光轴OA，大致一半形成为透过面，剩余的一半形成为反射面。被第2反射光学系统MR2反射后的光线束被第3反射光学系统MR3的非球面凸反射面R3反射而在屏幕上成像。
在实施例3中，第2反射光学系统MR2形成为凸面。即，第2反射光学系统MR2还可以构成为凸面。在构成为凸面的情况下，第3反射光学系统MR3形成为相对于光轴较接近于垂直的形状，因此，能够减小进深方向上的厚度。
在变更投影距离而进行变倍时，利用浮动功能移动第1-2透镜组42中的第5透镜(透镜L5)和第6透镜(透镜L6)而进行对焦。另外，与第2反射光学系统MR2兼用的最靠放大侧的第7透镜(透镜L7)是固定的。此外，第1-1透镜组41和第2光学组40b也是固定的。
图15(A)是投射倍率126倍时的投影光学系统的缩小侧像差图(球面像差、像散、畸变)，图15(B)是投射倍率162倍时的投影光学系统的缩小侧像差图，图15(C)是投射倍率110倍时的投影光学系统的缩小侧像差图。此外，图16(A)～16(E)是与图15(A)对应的投影光学系统的横向像差图。图16(A)～16(E)分别示出像高100％、80％、60％、40％、15％处的横像差。图16(A)与最大视场角的情况对应。同样地，图17(A)～17(E)是与图15(B)对应的投影光学系统的横向像差图，图18(A)～18(E)是与图15(C)对应的投影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，在本实施例和接下来的实施例5中，第2反射光学系统MR2不是与第1光学组40a的一部分共有的，而是单独存在。
〔表10〕
f 3.994
ω 70.0゜
NA 0.278
Figure BDA0001580494230000221
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
Figure BDA0001580494230000222
以下的表12示出在投射倍率126倍、投射倍率161倍以及投射倍率110倍时的、表10中的可变间隔7，10，12，15的值。
〔表12〕
可变间隔
Figure BDA0001580494230000231
图19是实施例4的投影光学系统40的剖视图。在图19中，投影光学系统40以与距屏幕的距离对应的倍率放大投射面板面PI上的像。在投影光学系统40中，第1光学组40a从缩小侧起依次具有构成第1-1透镜组41的透镜L1～L3以及构成第1-2透镜组42的透镜L4、L5这5个透镜L1～L5。此外，第2光学组40b具有三个非球面反射镜即第1～第3反射光学系统MR1～MR3。这里，如前文所述，第2反射光学系统MR2单独存在。另外，关于非球面反射镜，在图19中，没有切掉而是照原样进行了描绘，但是，在实际的光学系统中，是从圆形状切掉一部分后的形状。
关于各光学要素，按照光路顺序详细地进行说明，作为折射光学系统的第1光学组40a从缩小侧起依次由以下5个透镜构成：双凸形状的正第1透镜(透镜L1)、凸面朝向缩小侧的负弯月形状的第2透镜(透镜L2)和双凸形状的正第3透镜(透镜L3)的接合透镜、开口光圈ST、凸面朝向缩小侧的弯月形状的正第4透镜(透镜L4)以及双凸形状的正第5透镜(透镜L5)。从第1光学组40a射出的光线束在第1光学组40a与第2光学组40b的第1反射光学系统MR1之间进行1次成像之后，被第1反射光学系统MR1反射。被第1反射光学系统MR2反射后的光线束返回到第1光学组40a侧，被第2反射光学系统MR2的非球面凹反射面R2反射。被第2反射光学系统MR2反射后的光线束被第3反射光学系统MR3的非球面凸反射面R3反射而在屏幕上成像。
另外，在以上内容中，第2反射光学系统MR2仅构成为单独的反射镜面，但与实施例1～3的情况同样地，也可以将位于第1光学组40a的最靠放大侧的透镜的一部分用作第2反射光学系统MR2的反射面R2。
但是，在实施例4中，在第2光学组40b中使用3面单独的非球面反射镜，从而利用5个透镜构成作为折射光学系统的第1光学组40a。此外，第1光学组40a全部由易于确保精度的球面透镜构成，并且能够形成为一般的圆形状，因此，还可以在制造上减少偏差。此外，在第2光学组40b中，3面的非球面反射镜全部旋转对称且与折射系统的光轴同轴，因此，很容易确保设置精度。由于第2反射光学系统MR2形成得较为小型，因此，能够成型为易于确保精度的圆形状的玻璃非球面反射镜，通过在光轴上切断为一半，还可以由一个圆形状的玻璃非球面反射镜制造出两个部件。
在变更投影距离而进行变倍时，利用浮动功能移动第1-2透镜组42的第4透镜(透镜L4)和第5透镜(透镜L5)而进行对焦。另外，第1-1透镜组41和第2光学组40b是固定的。
图20(A)是投射倍率126倍时的投影光学系统的缩小侧像差图(球面像差、像散、畸变)，图20(B)是投射倍率161倍时的投影光学系统的缩小侧像差图，图20(C)是投射倍率110倍时的投影光学系统的缩小侧像差图。此外，图21(A)～21(E)是与图20(A)对应的投影光学系统的横向像差图。图21(A)～21(E)分别示出像高100％、80％、60％、40％、15％处的横像差。图21(A)与最大视场角的情况对应。同样地，图22(A)～22(E)是与图20(B)对应的投影光学系统的横向像差图，图23(A)～23(E)是与图20(C)对应的投影光学系统的横向像差图。
(实施例5)
以下的表13示出实施例5的透镜面的数据。
〔表13〕
f 4.019
ω 70.7゜
NA 0.278
Figure BDA0001580494230000251
以下的表14是实施例5的透镜面的非球面系数。
〔表14〕
非球面系数
Figure BDA0001580494230000252
以下的表15示出在投射倍率125倍、投射倍率161倍以及投射倍率110倍时的、表13中的可变间隔7、10、12、15的值。
〔表15〕
可变间隔
Figure BDA0001580494230000261
图24是实施例5的投影光学系统40的剖视图。在图24中，投影光学系统40以与距屏幕的距离对应的倍率放大投射面板面PI上的像。在投影光学系统40中，第1光学组40a从缩小侧起依次具有构成第1-1透镜组41的透镜L1～L3以及构成第1-2透镜组42的透镜L4、L5这5个透镜L1～L5。此外，第2光学组40b具有三个非球面反射镜即第1～第3反射光学系统MR1～MR3。这里，如前文所述，第2反射光学系统MR2单独存在。另外，关于非球面反射镜，在图24中，没有切掉而是照原样进行了描绘，但是，在实际的光学系统中，是从圆形状切掉一部分后的形状。
关于各光学要素，按照光路顺序详细地进行说明，作为折射光学系统的第1光学组40a从缩小侧起依次由以下5个透镜构成：双凸形状的正第1透镜(透镜L1)、双凸形状的正第2透镜(透镜L2)和凸面朝向放大侧的负弯月形状的第3透镜(透镜L3)的接合透镜、开口光圈ST、双凸形状的第4透镜(透镜L4)以及两面施加了非球面、凸面朝向放大侧的负弯月透镜的第5透镜(透镜L5)。从第1光学组40a射出的光线束在第1光学组40a与第2光学组40b的第1反射光学系统MR1之间进行1次成像之后，被第1反射光学系统MR1的非球面凹反射面R1反射。被第1反射光学系统MR2反射后的光线束返回到第1光学组40a侧，被第2反射光学系统MR2的非球面凹反射面R2反射。被第2反射光学系统MR2反射后的光线束被第3反射光学系统MR3的非球面凸反射面R3反射而在屏幕上成像。
在实施例5中，在第2光学组40b中设置3个非球面反射镜，并在第1光学组40a中设置一个非球面透镜(透镜L5)，由此，作为折射光学系统的第1光学组40a形成5个的结构这样的个数非常少的结构，相比于实施例4，缩短了全长。此外，由于第1光学组40a形成为一般的圆形状，因此，在制造上问题也较少，非球面透镜(透镜L5)由厚度比小、屈光力小的透镜构成，因此，还可以缩小内部畸变等的影响。
在变更投影距离而进行变倍时，利用浮动功能移动第1-2透镜组42的第4透镜(透镜L4)和第5透镜(透镜L5)而进行对焦。另外，第1-1透镜组41和第2光学组40b是固定的。
图25(A)是投射倍率126倍时的投影光学系统的缩小侧像差图(球面像差、像散、畸变)，图25(B)是投射倍率161倍时的投影光学系统的缩小侧像差图，图25(C)是投射倍率110倍时的投影光学系统的缩小侧像差图。此外，图26(A)～26(E)是与图25(A)对应的投影光学系统的横向像差图。图26(A)～26(E)分别示出像高100％、80％、60％、40％、15％处的横像差。图26(A)与最大视场角的情况对应。同样地，图27(A)～27(E)是与图25(B)对应的投影光学系统的横向像差图，图28(A)～28(E)是与图25(C)对应的投影光学系统的横向像差图。
(实施例6)
以下的表16示出实施例6的透镜面的数据。特别是，在本实施例中，例如如图29所示，第2反射光学系统MR2是与第1光学组40a中、位于比最靠放大侧的透镜(透镜L10)靠缩小侧的位置的透镜(透镜L9)共有的。
〔表16〕
f 4.094
ω 70.2゜
NA 0.278
Figure BDA0001580494230000281
以下的表17是实施例6的透镜面的非球面系数。
〔表17〕
非球面系数
Figure BDA0001580494230000291
以下的表18示出在投射倍率125倍、投射倍率171倍以及投射倍率99倍时的、表16中的可变间隔12、16、18、29的值。
〔表18〕
可变间隔
Figure BDA0001580494230000292
图29是从实施例6的投影光学系统40的物体面至凹面反射镜的结构和光线图。此外，图30是实施例6的投影光学系统40的剖视图。在图29和图30中，投影光学系统40以与距屏幕的距离对应的倍率放大投射面板面PI上的像。在投影光学系统40中，第1光学组40a从缩小侧起依次具有构成第1-1透镜组41的透镜L1～L4以及构成第1-2透镜组42的透镜L5～L10这10个透镜L1～L10。此外，第2光学组40b具有三个非球面反射镜即第1～第3反射光学系统MR1～MR3。这里，如前文所述，第2反射光学系统MR2是与第1光学组40a中、位于比最靠放大侧的透镜靠缩小侧的位置的透镜共有的。另外，关于第2反射光学系统MR2以外的非球面反射镜，在图30中，没有切掉而是照原样进行了描绘，但是，在实际的光学系统中，是从圆形状切掉一部分后的形状。
关于各光学要素，按照光路顺序详细地进行说明，作为折射光学系统的第1光学组40a从缩小侧起依次由以下10个透镜构成：双凸的正第1透镜(透镜L1)、朝缩小侧凸出的正第2透镜(透镜L2)、双凹形状的负第3透镜(透镜L3)和双凸形状的正第4透镜(透镜L4)的接合透镜、开口光圈ST、双凸形状的正第5透镜(透镜L5)、凸面朝向缩小侧的正弯月透镜的第6透镜(透镜L6)、凸面朝向放大侧的负弯月透镜的第7透镜(透镜L7)、凸面朝向放大侧的负弯月透镜的第8透镜(透镜L8)、凸面朝向缩小侧的正弯月透镜的第9透镜(透镜L9)以及凸面朝向放大侧的负弯月透镜的第10透镜(透镜L10)。第1光学组40a全部由球面透镜构成。从第1光学组40a射出的光线束在第1光学组40a与第2光学组40b的第1反射光学系统MR1之间进行1次成像之后，被第1反射光学系统MR1的非球面凹反射面R1反射。被第1反射光学系统MR1反射后的光线束返回到第1光学组40a侧，通过第1光学组40a的第10透镜(透镜L10)之后，被第2反射光学系统MR2的凹反射面R2反射。凹反射面R2由形成在第1光学组40a的第9透镜(透镜L9)的上半部分的反射膜构成，即，反射面R2与第9透镜(透镜L9)的折射面共有。被第2反射光学系统MR2反射后的光线束再次通过第10透镜(透镜L10)，被第3反射光学系统MR3的非球面凸反射面R3反射而在屏幕上成像。
在实施例6中，作为折射光学系统的第1光学组40a全部由易于确保精度的球面透镜构成，并且能够形成为一般的圆形状，因此，还可以使得在制造上也问题较少。此外，实施例6中的非球面只是第1反射光学系统MR1和第3反射光学系统MR3的反射面R1、R3这两个面，并且由一般的旋转对称面构成，因此，比较易于制造，第2光学组40b构成为与第1光学组40a同轴的结构，设置性也良好，并且易于制作。
在变更投影距离而进行变倍时，利用浮动功能移动第1-2透镜组42中的、能够一体地移动的第6和第7透镜(透镜L6、L7)和能够单独移动的第8透镜(透镜L8)而进行对焦。另外，第1-2透镜组42中的其它透镜以及第1-1透镜组41和第2光学组40b是固定的。
图31(A)是投射倍率125倍时的投影光学系统的缩小侧像差图(球面像差、像散、畸变)，图31(B)是投射倍率171倍时的投影光学系统的缩小侧像差图，图31(C)是投射倍率99倍时的投影光学系统的缩小侧像差图。此外，图32(A)～32(E)是与图31(A)对应的投影光学系统的横向像差图。图32(A)～32(E)分别示出像高100％、80％、60％、40％、15％处的横像差。图32(A)与最大视场角的情况对应。同样地，图33(A)～33(E)是与图31(B)对应的投影光学系统的横向像差图，图34(A)～34(E)是与图31(C)对应的投影光学系统的横向像差图。
〔实施例的汇总〕
关于上述实施例1～6，与关于焦距等的条件式(1)～(3)相关的项目如下述表19所示。另外，根据下栏的各数值可知已满足条件式(1)～(3)。
〔表19〕
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
r1 27.121 28.934 25.925 28.287 31.044 29.281
f2 129.853 237.518 -432.500 121.628 103.860 102.500
f3 -38.339 -41.572 -42.730 -35.107 -37.315 -41.225
F 4.002 4.029 3.977 3.994 4.019 4.094
FL 49.000 48.806 50.385 50.271 37.403 53.388
F<sub>1-1</sub> 41.454 50.705 49.197 44.837 45.7565 41.4536
F<sub>1-2</sub> 155.477 59.584 77.937 89.326 72.045 157.834
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
|f1| 27.121 28.934 25.925 28.287 31.044 29.281
|f2| 129.853 237.518 432.500 121.628 103.860 102.500
|f3| 38.339 41.572 42.730 35.107 37.315 41.225
F/FL 0.082 0.083 0.079 0.079 0.107 0.077
|F<sub>1-1</sub>/F<sub>1-2</sub>| 0.267 0.851 0.631 0.502 0.635 0.263
此外，在任何一个实施例中，都可以构成为具有广角端的半视场角70°左右的较大的视场角、并且折射光学系统(第1光学组40a)为5个至7个左右的较少的透镜结构。此外，作为比较，在例如将反射光学系统设为1个反射镜方式的情况下，被凹透镜反射后的光束与折射光学系统的最靠放大侧的透镜发生干扰，因此，可能需要提高屏幕的偏移量、或削减透镜的一部分。与此相对，如本实施方式那样，在将反射光学系统构成为3个反射镜结构的情况下，根据结构，可以如上述示例那样，将折射光学系统中、可能会发生干扰的放大侧部分用作反射镜(可以兼用)，因此，构成变得容易，在成本上也有利。
如上所述，本实施方式的投影光学系统或者使用该投影光学系统的投影仪中，反射光学系统(第2光学组)整体具有负屈光力，因此，折射光学系统(第1光学组)构成为比以往更简单的结构，并且，还具有与像以往那样利用多个透镜构成折射光学系统(第1光学组)的情况同等的足够良好的光学性能，并且，对焦组全长较短，实现了轻量化。由此，即使简化对焦组与主镜筒的结合部，也能够实现透镜整体的小型化并降低成本而不会对性能产生影响。
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，第2反射光学系统MR2的曲面形状虽然形成为凹面或凸面，但也可以为平面的结构。
此外，在上述实施方式中，例如，关于作为光透过反射光学系统的透镜L7的制造方法，可以有各种方式。例如在利用通常的透镜制造工序对折射透镜进行成型之后，实施透镜用涂层。然后，可以在以仅在与光反射区域相当的部位形成反射膜的方式遮蔽与光透过区域相当的区域的状态下蒸镀铝来制造透镜L7。
此外，例如，在各实施例中，可以构成各透镜组的透镜的前后或在透镜之间追加一个以上的实质性地不具有屈光力的透镜。
此外，投影光学系统40放大投射的对象不限于由液晶面板形成的图像，还可以利用投影光学系统40对由数字/微镜/器件等光调制元件形成的图像进行放大投射。
标号说明
2：投影仪；10：光源；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；17B：场透镜；17G：场透镜；17R：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：投影光学系统；40a：第1光学组；40b：第2光学组；41：第1-1透镜组；42：第1-2透镜组；50：光学系统部分；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：可变间隔；L1：透镜；L1-L10：透镜；MR1-MR3：反射光学系统；OA：光轴；PI：面板面；PR：棱镜；R1-R3：反射面；f1、f2、f3：焦距；
Figure BDA0001580494230000321
屈光力。

Claims (11)

1.一种投影光学系统，该投影光学系统具备从缩小侧起依次设置的折射光学系统和反射光学系统，该折射光学系统由多个透镜构成，具有正屈光力，其特征在于，
所述反射光学系统包含有在从所述折射光学系统射出的光的光路上从所述折射光学系统侧起依次设置的第1反射光学系统、第2反射光学系统和第3反射光学系统，
所述第1反射光学系统包含具有凹面形状的第1反射面，
所述第2反射光学系统包含具有曲面形状的第2反射面，
所述第3反射光学系统包含具有凸面形状的第3反射面，
所述第1反射面、所述第2反射面和所述第3反射面中的至少两个具有非球面形状，
在设所述第1反射光学系统的焦距为f1、所述第2反射光学系统的焦距为f2、所述第3反射光学系统的焦距为f3时，f1、f2、f3满足条件式(1)：
|f2|＞|f3|＞|f1|…(1)。
2.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，
在设整个系统的焦距为F、所述折射光学系统的焦距为FL时，满足条件式(2)：
0.05＜F/FL＜0.15…(2)。
3.根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其特征在于，
所述多个透镜全部为旋转对称系统。
4.根据权利要求3所述的投影光学系统，其特征在于，
所述多个透镜和所述第1～第3反射光学系统的全部的面是由旋转对称面构成、具有同一光轴的共轴光学系统。
5.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，
所述多个透镜包含光透过反射光学系统，所述光透过反射光学系统具有作为所述折射光学系统的一部分发挥功能的光透过区域和作为所述第2反射面发挥功能的光反射区域。
6.根据权利要求5所述的投影光学系统，其特征在于，
所述光透过反射光学系统在所述折射光学系统中被配置成最靠放大侧，在与投影距离的变更相伴的变倍时的对焦时被固定。
7.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，
所述折射光学系统具有至少一个在变倍时移动的透镜组，以最靠缩小侧的可变间隔为边界，从缩小侧起依次由具有正屈光力的第1-1透镜组和具有正屈光力的第1-2透镜组构成，在设所述第1-1透镜组的焦距为F1-1、所述第1-2透镜组的焦距为F1-2时，满足条件式(3)：
0.0＜|F1-1/F1-2|＜1.0…(3)。
8.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，
物体侧的数值孔径在0.27以上。
9.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，
缩小侧是大致远心的。
10.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，
变倍范围在1.4倍以上。
11.一种投影仪，其特征在于，所述投影仪具备：
光源；
光调制元件，其对来自所述光源的光进行调制而形成图像光；以及
权利要求1～10中的任意一项所述的投影光学系统，其投射所述图像光。
CN201680048554.6A 2015-08-21 2016-08-19 投影光学系统和投影仪 Active CN107924046B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015163476A JP6582728B2 (ja) 2015-08-21 2015-08-21 投射光学系及びプロジェクター
JP2015-163476 2015-08-21
PCT/JP2016/003789 WO2017033445A1 (ja) 2015-08-21 2016-08-19 投射光学系及びプロジェクター

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107924046A CN107924046A (zh) 2018-04-17
CN107924046B true CN107924046B (zh) 2020-06-19

Family

ID=58100437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680048554.6A Active CN107924046B (zh) 2015-08-21 2016-08-19 投影光学系统和投影仪

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10466452B2 (zh)
JP (1) JP6582728B2 (zh)
CN (1) CN107924046B (zh)
WO (1) WO2017033445A1 (zh)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017213058A1 (ja) * 2016-06-08 2017-12-14 キヤノン株式会社 結像光学系、それを備える撮像装置及び投射装置
JP2017219740A (ja) * 2016-06-08 2017-12-14 キヤノン株式会社 結像光学系、それを備える撮像装置及び投射装置
JP6415520B2 (ja) * 2016-11-28 2018-10-31 キヤノン株式会社 結像光学系、それを備える撮像装置及び投射装置
JP6780315B2 (ja) * 2016-06-22 2020-11-04 カシオ計算機株式会社 投影装置、投影システム、投影方法及びプログラム
JP7002552B2 (ja) * 2017-01-17 2022-02-04 シグニファイ ホールディング ビー ヴィ 調節可能なスポットライト位置生成
CN108927994A (zh) * 2017-05-22 2018-12-04 三纬国际立体列印科技股份有限公司 立体打印装置
WO2019012795A1 (ja) * 2017-07-10 2019-01-17 ソニー株式会社 画像表示装置及び投射光学系
JP6873877B2 (ja) 2017-09-25 2021-05-19 キヤノン株式会社 光学系、および画投影装置
JP2019124796A (ja) 2018-01-16 2019-07-25 キヤノン株式会社 結像光学系、画像投射装置およびカメラシステム
TWI812715B (zh) 2018-06-29 2023-08-21 日商索尼股份有限公司 圖像顯示裝置及投射光學系統
US10996448B2 (en) * 2018-07-26 2021-05-04 Fujifilm Corporation Imaging optical system, projection display device, and imaging apparatus having a catoptric system and a dioptric system
JP2020086174A (ja) 2018-11-27 2020-06-04 富士フイルム株式会社 結像光学系、投写型表示装置、および撮像装置
TWI831849B (zh) 2018-12-07 2024-02-11 日商索尼股份有限公司 圖像顯示裝置及投射光學系統
JP7259411B2 (ja) 2019-03-01 2023-04-18 セイコーエプソン株式会社 投写光学系、投写型画像表示装置、および撮像装置
JP7259412B2 (ja) 2019-03-01 2023-04-18 セイコーエプソン株式会社 投写光学系、投写型画像表示装置、撮像装置、および光学素子の製造方法
JP7259413B2 (ja) * 2019-03-01 2023-04-18 セイコーエプソン株式会社 投写光学系、投写型画像表示装置、および撮像装置
JP2021117279A (ja) * 2020-01-23 2021-08-10 セイコーエプソン株式会社 投写光学系およびプロジェクター
JP7120259B2 (ja) * 2020-01-24 2022-08-17 セイコーエプソン株式会社 投写光学系、およびプロジェクター
US11982798B2 (en) * 2020-11-18 2024-05-14 Coretronic Corporation Projection lens and projection apparatus
CN113589496B (zh) * 2021-07-27 2022-10-25 深圳市凯润智能照明有限公司 一种用于胶片投影的光学系统及投影设备
CN116300292A (zh) * 2023-03-29 2023-06-23 广州市小萤成像技术有限公司 一种投影光路结构及投影广告灯

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103091820A (zh) * 2011-10-28 2013-05-08 株式会社理光 投影光学系统以及使用该系统的图像显示设备
CN103782222A (zh) * 2011-07-05 2014-05-07 日东光学株式会社 投射光学系统及投影装置
CN103837971A (zh) * 2012-11-26 2014-06-04 株式会社理光 投影光学系统与图像投影装置
CN204178106U (zh) * 2013-09-19 2015-02-25 富士胶片株式会社 投影光学系统以及投影型显示装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001222063A (ja) * 2000-02-07 2001-08-17 Minolta Co Ltd リアプロジェクション光学系
WO2002093230A1 (en) * 2001-05-15 2002-11-21 Industrial Research Limited High etendue optical imaging system
TWI289210B (en) 2004-10-21 2007-11-01 Sony Corp Projection optical system and projection type image display device
JP2007079524A (ja) 2004-10-21 2007-03-29 Sony Corp 投射光学系及び投射型画像表示装置
JP5049464B2 (ja) * 2004-12-28 2012-10-17 富士フイルム株式会社 反射型光学系およびこれを用いた投写型表示装置
US20060198018A1 (en) * 2005-02-04 2006-09-07 Carl Zeiss Smt Ag Imaging system
JP4890771B2 (ja) 2005-02-28 2012-03-07 富士フイルム株式会社 投写光学系およびこれを用いた投写型表示装置
US8992025B2 (en) * 2007-01-25 2015-03-31 Young Optics Inc. Rear projection apparatus and method for a rear projection apparatus
JP5274030B2 (ja) 2007-03-07 2013-08-28 リコー光学株式会社 投射光学系およびプロジェクタ装置および画像読取装置
JP5332686B2 (ja) 2009-02-13 2013-11-06 セイコーエプソン株式会社 投射光学系及び投射型画像表示装置
JP5632782B2 (ja) 2011-03-24 2014-11-26 リコー光学株式会社 投射光学系および投射型画像表示装置
JP2013242594A (ja) * 2013-07-26 2013-12-05 Seiko Epson Corp 投射光学系及び投射型画像表示装置
JP2015215478A (ja) 2014-05-12 2015-12-03 セイコーエプソン株式会社 投写レンズ及びプロジェクター
JP5930085B1 (ja) 2015-01-27 2016-06-08 セイコーエプソン株式会社 投射光学系
JP5949975B1 (ja) 2015-02-18 2016-07-13 セイコーエプソン株式会社 投射光学系
JP5930088B1 (ja) 2015-02-18 2016-06-08 セイコーエプソン株式会社 投射光学系
JP5939324B1 (ja) 2015-02-18 2016-06-22 セイコーエプソン株式会社 投射光学系
JP5930101B1 (ja) 2015-06-12 2016-06-08 セイコーエプソン株式会社 投射光学系及びプロジェクター
JP5950000B1 (ja) 2015-06-12 2016-07-13 セイコーエプソン株式会社 投射光学系及びプロジェクター

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103782222A (zh) * 2011-07-05 2014-05-07 日东光学株式会社 投射光学系统及投影装置
CN103091820A (zh) * 2011-10-28 2013-05-08 株式会社理光 投影光学系统以及使用该系统的图像显示设备
CN103837971A (zh) * 2012-11-26 2014-06-04 株式会社理光 投影光学系统与图像投影装置
CN204178106U (zh) * 2013-09-19 2015-02-25 富士胶片株式会社 投影光学系统以及投影型显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6582728B2 (ja) 2019-10-02
JP2017040849A (ja) 2017-02-23
US20180246302A1 (en) 2018-08-30
CN107924046A (zh) 2018-04-17
WO2017033445A1 (ja) 2017-03-02
US10466452B2 (en) 2019-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107924046B (zh) 投影光学系统和投影仪
US11042082B2 (en) Projection optical system including movable lens groups, a non-movable lens group, and a curved mirror
CN107533215B (zh) 投射光学系统以及投影仪
CN110286465B (zh) 投射光学系统以及投射型图像显示装置
CN109073869B (zh) 投影光学系统以及投影仪
CN108227118B (zh) 投射光学系统和投射型图像显示装置
EP3051327A1 (en) Projection optical system
JP6035416B2 (ja) 投写型映像表示装置
US20090219624A1 (en) Projection zoom lens system and projection type display apparatus
CN107636511B (zh) 投射光学系统和投影仪
JP2007212878A (ja) 単焦点撮像レンズ及びそれを備えた撮像装置
JP2011107312A (ja) ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP2016151688A (ja) 投射光学系
US10884326B2 (en) Projection optical system and projector
JP6393906B2 (ja) 投写光学系および画像投写装置
JP2015138039A (ja) 投射光学系および画像投射装置
EP3605182A1 (en) Projection optical system, image projection device and image projection system
US7038857B1 (en) Projection zoom lens
US9348124B2 (en) Projection system and projection-type image display apparatus
CN109983384B (zh) 投射光学系统和投影仪
CN110780418A (zh) 成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置
CN114089501B (zh) 应用于投影的光学镜头
CN116430652A (zh) 投影镜头
JP2012208316A (ja) ズームレンズ及びそれを用いた投射型表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant