CN110780434B - 投射光学系统和投射型图像显示装置 - Google Patents

投射光学系统和投射型图像显示装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110780434B
CN110780434B CN201910675981.2A CN201910675981A CN110780434B CN 110780434 B CN110780434 B CN 110780434B CN 201910675981 A CN201910675981 A CN 201910675981A CN 110780434 B CN110780434 B CN 110780434B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical system
axis
lens
image
transmission surface
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
CN201910675981.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110780434A (zh
Inventor
守国荣时
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
Priority claimed from JP2019105945A external-priority patent/JP2020024377A/ja
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN110780434A publication Critical patent/CN110780434A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110780434B publication Critical patent/CN110780434B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • G02B17/086—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
    • 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
    • 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
    • G03B21/147—Optical correction of image distortions, e.g. keystone

Abstract

投射光学系统和投射型图像显示装置。即使在缩短投射距离的情况下也能够抑制配置在中间像的放大侧的凹形状的反射面大型化。投射光学系统从缩小侧起依次由第1光学系统和第2光学系统构成，在缩小侧成像面与放大侧成像面之间形成中间像。第2光学系统是透镜。透镜从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面、反射面和第2透过面。第1透过面和反射面位于在Z轴方向上延伸的假想轴(M)的下方，第2透过面位于假想轴(M)的上方。反射面具有凹形状，第2透过面具有向放大侧突出的凸形状。透镜内规定的假想线(P)在YZ平面中相对于与假想轴(M)垂直的假想垂直线(V)倾斜，中间像位于透镜中的第1透过面与反射面之间。

Description

投射光学系统和投射型图像显示装置
技术领域
本发明涉及在中间像的放大侧具有凹形状的反射面的投射光学系统和具有该投射光学系统的投射型图像显示装置。
背景技术
在专利文献1中记载了通过投射光学系统将图像形成部形成的投射图像放大并进行投射的投射型图像显示装置。该文献的投射光学系统从缩小侧朝向放大侧依次由第1光学系统和第2光学系统构成。第1光学系统具有折射光学系统。第2光学系统由具有凹形状的反射面的反射镜构成。图像形成部具有光源和光阀。图像形成部在投射光学系统的缩小侧成像面形成投射图像。投射光学系统在第1光学系统与反射面之间形成中间像，并向配置于放大侧成像面的屏幕投射最终像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-20344号公报
在专利文献1的投射光学系统中，当缩短投射距离时，位于反射面的缩小侧的中间像在沿着第1光学系统的光轴的方向上倾斜。
这里，中间像随着倾斜而变大。当中间像变大时，需要增大位于中间像的放大侧的反射面。因此，在中间像的放大侧仅具有凹形状的反射面的投射光学系统中，在缩短投射距离的情况下，存在反射面容易大型化这样的问题。
发明内容
本发明的课题在于，鉴于这种情况，提供即使在缩短投射距离的情况下也能够抑制配置在中间像的放大侧的凹形状的反射面大型化的投射光学系统。此外，提供具有这种投射光学系统的投射型图像显示装置。
为了解决上述课题，本发明的投射光学系统从缩小侧朝向放大侧依次由第1光学系统和第2光学系统构成，在缩小侧成像面与放大侧成像面之间形成中间像，其特征在于，所述第2光学系统是透镜，所述透镜从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面、反射面和第2透过面，在设相互正交的3个轴为X轴、Y轴和Z轴、所述第1透过面和所述反射面排列的方向为Z轴方向、所述Y轴的一侧为上方、所述Y轴的另一侧为下方、与所述X轴垂直且包含所述Y轴和所述Z轴的面为YZ平面的情况下，所述第1透过面和所述反射面位于在所述Z轴方向上延伸的假想轴的下方，所述第2透过面位于所述假想轴的上方，所述反射面具有凹形状，所述第2透过面具有向所述放大侧突出的凸形状，连结上侧交点和下侧交点的假想线在所述YZ平面中相对于与所述假想轴垂直的假想垂直线倾斜，该上侧交点是通过所述第2透过面的有效光线范围的Y轴方向的上端的上端光束的上周边光线和通过该有效光线范围的Y轴方向的下端的下端光束的上周边光线在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点是所述上端光束的下周边光线和所述下端光束的下周边光线在所述YZ平面上交叉的交点，所述中间像位于所述透镜中的所述第1透过面与所述反射面之间。
在本发明中，所述第1光学系统能够形成为折射光学系统。
在本发明中，所述假想轴能够形成为与所述第1光学系统的光轴一致。
在本发明中，优选在所述第1光学系统与所述第2光学系统之间，主光线彼此的间隔随着接近所述第2光学系统而变窄。
在本发明中，优选所述第1透过面、所述反射面和所述第2透过面中的任意一方是非球面。
在本发明中，优选所述第1透过面是非球面。
在本发明中，所述中间像能够形成为使得形成在放大侧成像面上的最终像的梯形失真变小的形状。
在本发明中，也可以是，所述第1透过面、所述反射面和所述第2透过面是具有相对于所述假想轴旋转对称的面的共轴光学系统，所述假想轴是设计基准轴。
在本发明中，优选在设所述假想线的所述上侧交点侧相对于所述假想垂直线以该假想垂直线与该假想线的交点为轴而逆时针旋转的倾斜角度为θ、所述下端光束的下周边光线与所述假想轴交叉的从该假想轴起的角度为γ的情况下，满足以下条件式：
0°<θ<90°+γ··(1)。
在本发明中，优选满足以下条件式(2)：
90°<θ··(2)。
接着，本发明的投射型图像显示装置的特征在于，其具有：上述投射光学系统；以及图像形成部，其在所述投射光学系统的缩小侧成像面上形成投射图像。
在本发明中，所述图像形成部能够在比所述第1光学系统的光轴靠上方的位置形成所述投射图像。
附图说明
图1是具有本发明的投射光学系统的投射型图像显示装置的概略结构图。
图2是示出实施例1的投射光学系统的整体的光线图。
图3是图2的A部分的局部放大图。
图4是图2的B部分的局部放大图。
图5是实施例1的投射光学系统的光线图。
图6是将实施例1的投射光学系统的第2光学系统的部分放大后的光线图。
图7是第2光学系统仅具有反射面的情况下的倍率的说明图。
图8是第2光学系统具有反射面和第2透过面的情况下的倍率的说明图。
图9是示出实施例1的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
图10是实施例1的投射光学系统的点列图。
图11是示出比较例的投射光学系统的整体的光线图。
图12是比较例的投射光学系统的光线图。
图13是示出比较例的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
图14是比较例的投射光学系统的点列图。
图15是示出实施例2的投射光学系统的整体的光线图。
图16是实施例2的投射光学系统的光线图。
图17是将实施例2的投射光学系统的第2光学系统的部分放大后的光线图。
图18是示出实施例2的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
图19是实施例2的投射光学系统的点列图。
图20是示出实施例3的投射光学系统的整体的光线图。
图21是实施例3的投射光学系统的光线图。
图22是将实施例3的投射光学系统的第2光学系统的部分放大后的光线图。
图23是示出实施例3的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
图24是实施例3的投射光学系统的点列图。
图25是示出实施例4的投射光学系统的整体的光线图。
图26是实施例4的投射光学系统的光线图。
图27是将实施例4的投射光学系统的第2光学系统的部分放大后的光线图。
图28是示出实施例4的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
图29是实施例4的投射光学系统的点列图。
标号说明
1：投射型图像显示装置；2：图像形成部；3、3A、3B、3C、3D：投射光学系统；4：控制部；6：图像处理部；7：显示驱动部；10：光源；11：第1积分透镜；12：第2积分透镜；13：偏振转换元件；14：重叠透镜；15：第1分色镜；16：反射镜；17B：场透镜；17G：场透镜；17R：场透镜；18：光调制装置；18B：液晶面板；18G：液晶面板；18R：液晶面板；19：十字分色棱镜；21：第2分色镜；22：中继透镜；23：反射镜；24：中继透镜；25：反射镜；31：第1光学系统；32：第2光学系统；33：中间像；35：透镜；41：第1透过面；42：反射面；43：第2透过面；44：光瞳；50：有效光线范围；51：上端光束；51a：上周边光线；51b：下周边光线；52：下端光束；52a：上周边光线；52b：下周边光线；53：上侧交点；54：下侧交点；101：反射镜；F1～F11：光束；L1～L15：透镜；L21～L24：接合透镜；LG25：放大侧透镜组；N：第1光学系统的光轴；M：假想轴；O：光圈；P：假想线。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式的投射光学系统和具有该投射光学系统的投射型图像显示装置进行详细说明。
(投射型图像显示装置)
图1是具有本发明的投射光学系统的投射型图像显示装置的概略结构图。如图1所示，投射型图像显示装置1具有生成向屏幕S投射的图像光的图像形成部2、将图像光放大并进行投射的投射光学系统3、对图像形成部2的动作进行控制的控制部4。
(图像光生成光学系统和控制部)
图像形成部2具有光源10、第1积分透镜11、第2积分透镜12、偏振转换元件13、重叠透镜14。光源10例如由超高压汞灯、固体光源等构成。第1积分透镜11和第2积分透镜12分别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的光束分割成多个。第1积分透镜11的各透镜元件使来自光源10的光束会聚在第2积分透镜12的各透镜元件的附近。
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重叠在后述的液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B的显示区域上。
此外，图像形成部2具有第1分色镜15、反射镜16、场透镜17R和液晶面板18R。第1分色镜15使作为从重叠透镜14入射的光线的一部分的R光反射，使作为从重叠透镜14入射的光线的一部分的G光和B光透过。被第1分色镜15反射后的R光经由反射镜16和场透镜17R入射到液晶面板18R。液晶面板18R根据图像信号对R光进行调制，由此形成红色的投射图像。
进而，图像形成部2具有第2分色镜21、场透镜17G和液晶面板18G。第2分色镜21使作为来自第1分色镜15的光线的一部分的G光反射，使作为来自第1分色镜15的光线的一部分的B光透过。被第2分色镜21反射后的G光经由场透镜17G入射到液晶面板18G。液晶面板18G是图像显示元件。液晶面板18G根据图像信号对G光进行调制，由此形成绿色的投射图像。
此外，图像形成部2具有中继透镜22、反射镜23、中继透镜24、反射镜25、场透镜17B和液晶面板18B。透过第2分色镜21的B光经由中继透镜22、反射镜23、中继透镜24、反射镜25和场透镜17B入射到液晶面板18B。液晶面板18B是图像显示元件。液晶面板18B根据图像信号对B光进行调制，由此形成蓝色的投射图像。
液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B从3个方向包围十字分色棱镜19。十字分色棱镜19是光合成用的棱镜，对由各液晶面板18R、18G、18B调制后的光进行合成而生成图像光。
这里，十字分色棱镜19构成投射光学系统3的一部分。投射光学系统3将十字分色棱镜19合成的图像光(各液晶面板18R、18G、18B形成的投射图像)放大后向屏幕S投射。
控制部4具有被输入视频信号等外部图像信号的图像处理部6以及根据从图像处理部6输出的图像信号对液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B进行驱动的显示驱动部7。
图像处理部6将从外部设备输入的图像信号转换为包含各色的灰度等的图像信号。显示驱动部7根据从图像处理部6输出的各色的投射图像信号使液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B进行动作。由此，图像处理部6在液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B中显示与图像信号对应的投射图像。
(投射光学系统)
接着，对投射光学系统3进行说明。下面，作为搭载于投射型图像显示装置1的投射光学系统3的结构例，对实施例1～4进行说明。
(实施例1)
图2是示出本发明的实施例1的投射光学系统的整体的光线图。图3是图2的A部分的局部放大图。图4是图2的B部分的局部放大图。图5是实施例1的投射光学系统的光线图。图6是将实施例1的投射光学系统的第2光学系统的部分放大后的光线图。在图2中示意地示出从投射光学系统3A到达屏幕S的11条的光束F1～F11。光束F1是到达像高最低的位置的光束。光束F11是到达像高最高的位置的光束。光束F2～光束F10是到达光束F1与光束F11之间的各高度位置的光束。
如图2所示，本例的投射光学系统3A从缩小侧朝向放大侧依次由第1光学系统31和第2光学系统32构成。如图5所示，投射光学系统3A在缩小侧成像面与放大侧成像面之间形成中间像33。
第1光学系统31是具有多枚透镜的折射光学系统。在本例中，第1光学系统31具有15枚透镜。第2光学系统32由1枚透镜35构成。在缩小侧成像面配置有图像形成部2的液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B。在图2和图5中，示出作为3枚液晶面板18R、18G、18B中的一枚的液晶面板18G。液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B在缩小侧成像面中的第1光学系统31的光轴N的一侧形成投射图像。在放大侧成像面配置有屏幕S。
中间像33形成在第2光学系统32的内侧即透镜35的内侧。中间像33形成在第1光学系统31的光轴N的另一侧。向屏幕S投射的最终像是横向较长的长方形。在本例中，最终像的纵横比为16：10。
如图5所示，第1光学系统31具有十字分色棱镜19和15枚透镜即第1透镜L1～第15透镜L15。第1透镜L1～第15透镜L15从缩小侧朝向放大侧依次配置。在本例中，第2透镜L2和第3透镜L3是通过接合而得到的第1接合透镜L21。第4透镜L4和第5透镜L5是通过接合而得到的第2接合透镜L22。第11透镜L11和第12透镜L12是通过接合而得到的第3接合透镜L23。第13透镜L13和第14透镜L14是通过接合而得到的第4接合透镜L24。在第7透镜L7与第8透镜L8之间配置有光圈O。此外，在本例中，第6透镜L6、第9透镜L9、第15透镜L15这3枚透镜是两面为非球面的非球面透镜。
在第1光学系统31中，位于最靠放大侧的第15透镜L15具有正光焦度。此外，在第1光学系统31中，配置在最接近第2光学系统32的位置的放大侧透镜组LG25具有正光焦度。放大侧透镜组LG25是从第2光学系统32侧起的3枚透镜。即，第13透镜L13、第14透镜L14和第15透镜L15构成放大侧透镜组LG25。在第1光学系统31中，放大侧透镜组LG25具有正光焦度，因此，如图5所示，第1光学系统31与第2光学系统32之间的主光线彼此的间隔随着接近第2光学系统32而变窄。
构成第2光学系统32的透镜35是树脂制的。如图6所示，透镜35从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面41、反射面42和第2透过面43。在透镜35为树脂制的情况下，能够通过注塑成型来制作该透镜35。因此，容易制造具有复杂形状的透镜35。
这里，在以下的说明中，为了方便起见，设相互正交的3个轴为X轴、Y轴和Z轴。而且，设第1透过面41和反射面42排列的方向为Z轴方向，设Y轴的一侧为上方Y1，Y轴的另一侧为下方Y2，设与X轴垂直且包含Y轴和Z轴的面为YZ平面。因此，图1～图6的各图示出YZ平面。第1光学系统31的光轴N在Z轴方向上延伸。图像形成部2在第1光学系统31的光轴N的上方Y1形成投射图像。中间像33形成在第1光学系统31的光轴N的下方Y2。屏幕S的横向为X轴方向。此外，在以下的说明中，在YZ平面上设定沿Z轴方向延伸的假想轴M。假想轴M是透镜35的设计基准轴。此外，假想轴M与放大侧成像面即屏幕S垂直。另外，假想轴M有时相对于屏幕S大致垂直。
第1透过面41和反射面42位于假想轴M的下方Y2。第2透过面43位于假想轴M的上方Y1。反射面42具有凹形状。因此，反射面42具有正光焦度。通过从外侧对透镜35实施反射涂层来设置反射面42。第2透过面43具有向放大侧突出的凸形状。因此，第2透过面43具有正光焦度。这里，第1透过面41、反射面42和第2透过面43是具有相对于假想轴M旋转对称的面的共轴光学系统。因此，假想轴M是透镜35的设计基准轴，并且是透镜35的光轴。在本例中，假想轴M与第1光学系统31的光轴N一致。另外，假想轴M不是必须与第1光学系统31的光轴N一致。
透镜35的上半部分、下半部分分别构成为以假想轴M为中心的旋转对称。即，第1透过面41、反射面42和第2透过面43具有使图6所示的YZ平面的截面形状以假想轴M为中心分别向X轴方向的一侧和另一侧在90°的角度范围内旋转而得到的形状。在本例中，第1透过面41、反射面42和第2透过面43均为非球面。
如图6所示，能够在第2光学系统32的透镜35中规定连结上侧交点53和下侧交点54的假想线P，该上侧交点53是通过第2透过面43的有效光线范围50的Y轴方向的上端的上端光束51的上周边光线51a和通过该有效光线范围50的Y轴方向的下端的下端光束52的上周边光线52a在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点54是上端光束51的下周边光线51b和下端光束52的下周边光线52b在YZ平面上交叉的交点。假想线P在YZ平面中相对于与假想轴M垂直的假想垂直线V倾斜98.77°。此外，在第2光学系统32的透镜35中，在从第2透过面43朝向反射面42追寻上端光束51的上周边光线51a时，设上周边光线51a与被反射面42反射的其他光线最初相交的点为第1交点，在从第2透过面43朝向反射面42追寻下端光束52的下周边光线52b时，设下周边光线52b与被反射面42反射的其他光线最初相交的点为第2交点，此时，将连结第1交点和第2交点的线规定为光瞳44。在本例中，光瞳44在YZ平面中相对于假想垂直线V倾斜103.315°。
这里，中间像33是相对于最终像上下反转的图像。此外，中间像33是以向放大侧成像面即屏幕S投射长方形的最终像的方式发生失真的图像。更具体而言，中间像33是使得形成在屏幕S上的最终像的梯形失真变小的形状。即，中间像33相对于最终像的梯形失真相反地失真。因此，在中间像33中，屏幕S中的像高最高的边最短。
(透镜数据)
投射光学系统3A的透镜数据如下所述。从缩小侧到放大侧依次标注面编号。标注了*的面编号的面为非球面。面编号1是十字分色棱镜19的缩小侧的面，面编号2是放大侧的面。面编号20的栏是虚设数据。标号在第1光学系统31中是各透镜的标号。此外，标号在第2光学系统32中是第1透过面41、反射面42和第2透过面43的标号。即，面编号31是透镜35的第1透过面41。面编号33是透镜35的反射面42。面编号35是透镜35的第2透过面43。r是曲率半径，单位为mm。d是轴上面间隔，单位为mm。nd是折射率。νd是阿贝值。Y是Y轴方向的有效半径。X是X轴方向的有效半径。
面编号 标号 r d nd vd Y X
物体面 0 9.39 - - - -
1 0 25.91 1.516331 64.14 13.27 13.27
2 0 0.1 - - 16.289 16.289
3 L1 56.80565 6.965816 1.646732 58.36 16.758 16.758
4 -42.68536 0.1995 - - 16.795 16.795
5 L2 32.84132 9.903502 1.483259 59.69 15.087 15.087
6 L3 -33.73055 1.197 1.841678 29.18 14.07 14.07
7 599.36572 0.1995 - - 13.431 13.431
8 L4 25.79278 10.192649 1.516331 64.14 12.589 12.589
9 L5 -20.37894 1.197 1.903658 31.32 11.379 11.379
10 21.51184 1.012845 - - 10.637 0.637
*11 L6 14.98812 1.3965 1.437002 95.1 10.831 10.831
*12 15.82309 0.370963 - - 10.927 10.927
13 L7 21.34706 5.192064 1.458241 77.43 11.381 11.381
14 -203.44571 2.49375 - - 11.28 11.28
光圈面 0 3.49125 - - 12 12
16 L8 27.16508 4.1895 1.846663 23.78 10.379 10.379
17 -90.48264 3.3915 - - 10 10
*18 L9 127.94794 1.7955 1.787436 38.46 9.476 9.476
*19 24.80943 2.9925 - - 9.581 9.581
20 虚设 0 1.662166 - - 9.975 9.975
21 L10 -30.9257 11 1.846663 23.78 9.978 9.978
22 -37.46179 8.254402 - - 13.744 13.744
23 L11 -96.87787 10 1.665537 43.64 17.097 17.097
24 L12 -20.35957 11 1.834105 30.43 17.528 17.528
25 -43.79383 14.751624 - - 23.012 23.012
26 L13 39.90785 16.825248 1.604992 61.79 30 30
27 L14 -209.92296 1.995 1.844769 25.57 29.686 29.686
28 85.46293 25.235494 - - 27.781 27.781
*29 L15 -94.94674 11 1.531132 55.75 25.435 25.435
*30 52.35571 2.93364 - - 24.657 24.657
*31 41 -48.1898 33.25 1.531132 55.75 24.603 24.603
32 0 0 1.531132 55.75 22.06 22.06
*33 42 -26.026 0 1.531132 55.75 21.22 21.22
34 0 -33.25 1.531132 55.75 41.157 41.157
*35 43 20.45512 -466.75 - - 20.295 20.295
像面 0 0 - - 1451.182 1451.182
如透镜数据所示，透镜35的折射率nd为1.531132。透镜35的阿贝值νd为55.75。面编号35的栏的轴上面间距离d是屏幕S与透镜35的第2透过面43之间的距离。因此，面编号35的栏的轴上面间距离d是投射光学系统3A的投射距离f。在本例中，f＝466.75mm。此外，在本例中，反射面42的有效半径为Y＝21.22mm，X＝21.22mm。
第11面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000101
第12面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000102
第18面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000103
第19面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000104
第29面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000105
第30面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000111
第31面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000112
第33面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000113
第35面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000114
(效果)
在本例的投射光学系统3A中，构成第2光学系统32的透镜35具有凹形状的反射面42和向放大侧突出的凸形状的第2透过面43。因此，透镜35能够使被反射面42反射的光束在第2透过面43上折射。由此，与第2光学系统32仅具有反射面42的情况相比，容易实现投射光学系统3A的短焦点化，即容易缩短投射距离。
此外，在本例中，即使在缩短投射距离的情况下，也能够抑制配置在中间像33的放大侧的凹形状的反射面42大型化。
参照图7和图8对该效果进行详细说明。图7是第2光学系统32在中间像33的放大侧仅具有反射面42的情况下的倍率的说明图。图8是第2光学系统32在中间像33的放大侧具有反射面42和凸形状的第2透过面43的情况下的倍率的说明图。
如图7所示，在第2光学系统32在中间像33的放大侧仅具有反射面42的情况下，投射光学系统的倍率Q是在从中间像33到屏幕S的特定光线的光路中从反射面42到屏幕S的距离T相对于中间像33与反射面42的距离R的比。即，Q＝T/R。因此，与放大侧成像面即屏幕S共轭的中间像33为了匹配倍率Q而在沿着假想轴M的方向上大幅倾斜，产生像面弯曲。这里，中间像33在倾斜时变大。此外，当中间像33变大时，需要增大位于中间像33的放大侧的反射面42。因此，在中间像33的放大侧仅具有凹形状的反射面42的投射光学系统中，在缩短投射距离的情况下，反射面42容易大型化。此外，中间像33在倾斜时变大。因此，第1光学系统31与第2光学系统32之间需要距离，投射光学系统3A的全长变长。
与此相对，在本例中，第2光学系统32在反射面42的放大侧具有凸形状的第2透过面43，因此，能够抑制中间像33变大。即，如图8所示，在本例中，投射光学系统3A的倍率Q是在从中间像33到屏幕S的特定的光线的光路中，第2透过面43与屏幕S之间的距离T′相对于中间像33与反射面42之间的距离R1和反射面42与第2透过面43之间的距离R2的合计的比。即，Q＝T′/(R1+R2)。由此，与放大侧成像面即屏幕S共轭的中间像33不会为了匹配倍率而沿着假想轴M大幅倾斜，像面弯曲减少。由此，能够抑制中间像33变大。因此，能够抑制位于中间像33的放大侧的反射面42大型化。此外，如果最外周的上端光束51在通过第1透过面41时能够使其向内侧折射，则能够进一步使反射面42小型化。此外，第2透过面43具有凸的光焦度，因此，与不具有第2透过面43的情况相比，发挥使光束会聚的作用，能够抑制反射面42大型化。
此外，在本例中，如图5所示，位于第1光学系统31的最靠放大侧的放大侧透镜组LG25具有正光焦度。由此，在第1光学系统31与第2光学系统32之间，主光线彼此的间隔随着接近第2光学系统32而变窄。因此，中间像33的形成容易，并且能够减小中间像33。由此，能够使位于中间像33的放大侧的反射面42更加小型化。
进而，在本例中，中间像33位于透镜35中的第1透过面41与反射面42之间。因此，与中间像33形成在第1光学系统31与透镜35之间的情况相比，能够使第1光学系统31和透镜35接近。由此，能够使投射光学系统3A变得紧凑。
此外，在本例中，在第1光学系统31中具有3枚非球面透镜。进而，第2光学系统32的第1透过面41、反射面42和第2透过面43为非球面。因此，在本例的投射光学系统3A中，能够抑制像差的产生。
进而，在本例中，在中间像33的缩小侧与中间像33相邻的第1透过面41为非球面，因此，能够抑制中间像33中的像差的产生。此外，在本例中，第2光学系统32在反射面42的放大侧具有凸形状的第2透过面43，因此，中间像33不会沿着假想轴M大幅倾斜。换言之，在本例中，中间像33竖立在与假想轴M垂直的方向上。因此，根据本例，容易使第1透过面41和中间像33在Z轴方向上接近，能够将非球面配置在接近中间像33的位置。因此，能够高效地校正中间像33中产生的像差。
此外，在本例中，如图6所示，第2光学系统32的透镜35满足以下条件式(1)～条件式(4)。
0°<θ<90°+γ··(1)
90°<θ··(2)
0°<η<90°+γ··(3)
90°<η··(4)
θ：假想线P的上侧交点53侧相对于假想垂直线V以假想垂直线V与假想线P的交点为轴而逆时针旋转的倾斜角度
η：光瞳44的第1交点侧相对于假想垂直线V以假想垂直线V与光瞳44的交点为轴而逆时针旋转的倾斜角度
γ：第2透过面43的有效光线范围50的下端光束52的下周边光线52b与假想轴M交叉的从该假想轴M起的角度
即，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜98.77°。因此，θ＝98.77°，满足条件式(1)和条件式(2)。此外，在本例中，透镜的光瞳44相对于假想垂直线V倾斜103.315°。因此，η＝103.315°，满足条件式(3)和条件式(4)。
这里，本例满足条件式(1)，因此，假想线P相对于假想垂直线V倾斜。当条件式(1)成为0°时，假想线P与假想轴M垂直。即，假想线P与设计基准轴垂直。此外，在本例中，满足条件式(3)，因此，光瞳44相对于假想垂直线V倾斜。当条件式(3)成为0°时，光瞳44与假想轴M垂直。当条件式(1)或条件式(3)中的至少一方高于上限值时，下端光束52被遮光。本例满足条件式(1)和条件式(3)，因此，通过第2透过面43的有效光线范围50的下端的下端光束52到达屏幕S而不会被遮光。
此外，本例的透镜35满足条件式(1)，因此，与假想线P与假想垂直线V平行的情况相比，能够抑制屏幕S的上侧的周边部的光量降低。
即，在假想线P与假想轴M垂直即θ＝0°的情况下，随着放大侧的视场角增大，到达屏幕S的上部的光束的打开角度θ0减小。图3和图4中示出打开角度θ0。此外，到达屏幕S的上部的光束的打开角度θ0与到达屏幕S的下部的光束的打开角度θ0之差增大。其结果，与下部相比，屏幕S的上部的周边部的光量降低。
另一方面，本例满足条件式(1)，因此，假想线P相对于假想垂直线V倾斜。其结果，到达屏幕S的上部的光束的打开角度θ0增大。由此，到达屏幕S的上部的光量增多。此外，如果到达屏幕S的上部的光束的打开角度θ增大，则与到达成像面的下部的光束的打开角度θ0之差减小。因此，与下部相比，能够抑制屏幕S的上部的周边部的光量降低。
而且，本例的透镜35满足条件式(2)，因此，到达屏幕S的下部的光束的打开角度θ0减小。由此，到达屏幕S的上部的光束的打开角度θ0与到达屏幕S的下部的光束的打开角度θ0之差减小，因此，能够抑制屏幕S中产生的上部与下部之间的光量差。
图9是示出投射光学系统3A的放大侧的MTF的图。对利用Y轴分割成像面而得到的一半区域进行11分割来计算MTF。在MTF的计算中使用的光线以620nm的波长的光线、550nm的波长的光线、470nm的波长的光线之比为2：7：1的方式进行加权。示出MTF的图9的横轴是空间频率。空间频率0.24cycle相当于分辨率16.7μm。纵轴是对比度再现比。如图9所示，在本例中，抑制了分辨率的降低。图10是投射光学系统3A的点列图。如图10所示，在本例中，抑制了点的偏差。
(比较例)
这里，关于即使在缩短投射距离的情况下也能够抑制配置在中间像33的放大侧的凹形状的反射面42大型化这样的投射光学系统3A的效果，与比较例对比地示出该效果。
比较例是第2光学系统仅由具有反射面的反射镜构成的投射光学系统。图11是示出比较例的投射光学系统的整体的光线图。图12是比较例的投射光学系统的光线图。在图11中示意地示出从比较例的投射光学系统100到达屏幕S的11束的光束F1～F11。光束F1是到达像高最低的位置的光束。光束F11是到达像高最高的位置的光束。光束F2～光束F10是到达光束F1与光束F11之间的各高度位置的光束。这里，比较例的投射光学系统100具有与作为现有技术文献说明的日本特开2010-20344号公报所记载的投射光学系统对应的结构。此外，比较例的投射光学系统100具有与上述例子的投射光学系统3A对应的结构，因此，对对应的结构标注相同标号进行说明。
如图11所示，本例的投射光学系统100从缩小侧朝向放大侧依次具有第1光学系统31和第2光学系统32。如图12所示，投射光学系统100在缩小侧成像面与放大侧成像面之间形成中间像33。第1光学系统31是具有多枚透镜的折射光学系统。第2光学系统32是具有反射面的反射镜101。在缩小侧成像面配置有图像形成部2的液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B。在图11和图12中，示出3枚液晶面板18R、18G、18B中的一枚即液晶面板18G。液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B在缩小侧成像面中的第1光学系统31的光轴N的一侧形成投射图像。在放大侧成像面配置有屏幕S。中间像33形成在第1光学系统31的光轴N的另一侧。向屏幕S投射的最终像是横向较长的长方形。在本例中，最终像的纵横比为16：10。
如图12所示，第1光学系统31具有十字分色棱镜19和15枚透镜即第1透镜L1～第15透镜L15。第1透镜L1～第15透镜L15从缩小侧朝向放大侧依次配置。在本例中，第2透镜L2和第3透镜L3是通过接合而得到的第1接合透镜L21。第4透镜L4和第5透镜L5是通过接合而得到的第2接合透镜L22。第11透镜L11和第12透镜L12是通过接合而得到的第3接合透镜L23。在第7透镜L7与第8透镜L8之间配置有光圈O。在本例中，第6透镜L6、第9透镜L9和第15透镜L15这3枚透镜是两面为非球面的非球面透镜。
在第1光学系统31中，位于最靠放大侧的第15透镜L15具有负光焦度。第1光学系统31与第2光学系统32之间的主光线彼此的间隔随着接近第2光学系统32而变宽。
第2光学系统32由具有反射面42的反射镜101构成。反射面42位于第1光学系统31的光轴N的下方Y2。反射面42具有使图12所示的YZ平面的截面形状以光轴N为中心分别向X轴方向的一侧和另一侧在90°的角度范围内旋转而得到的形状。反射面42为非球面。
中间像33形成在第1光学系统31的第15透镜L15与第2光学系统32的反射镜101之间。如图12所示，与放大侧成像面即屏幕S共轭的中间像33为了匹配倍率Q而在沿着光轴N的方向上大幅倾斜。这里，中间像33是相对于最终像上下反转的共轭像。此外，中间像33以向放大侧成像面即屏幕S投射长方形的最终像的方式发生失真。更具体而言，中间像33是使形成在屏幕S上的最终像的梯形失真较小的形状。即，中间像33相对于最终像的梯形失真相反地失真。因此，在中间像33中，屏幕S中的像高最高的边最短。
(透镜数据)
投射光学系统100的透镜数据如下所述。从缩小侧到放大侧依次标注面编号。面编号1是十字分色棱镜19的缩小侧的面，面编号2是放大侧的面。面编号20的栏是虚设数据。标号在第1光学系统31中是各透镜的标号。此外，标号在第2光学系统32中是反射面42的标号。即，面编号32是反射镜101的反射面42。r是曲率半径，单位为mm。d是轴上面间隔，单位为mm。nd是折射率。νd是阿贝值。Y是Y轴方向的有效半径。X是X轴方向的有效半径。
面编号 标号 r d nd vd Y X
物体面 0 9.5 - - - -
1 0 25.91 1.516331 64.14 13.149 13.149
2 0 0 - - 15.92 15.92
3 L1 28.94031 9.6 1.497 81.55 16.8 16.8
4 -72.35054 0.2 - - 16.597 16.597
5 L2 28.00787 7.6 1.497 81.55 14.95 14.95
6 L3 -80.72822 1.2 1.805181 25.43 14.201 14.201
7 84.18233 0.2 - - 13.279 13.279
8 L4 23.1621 10.5 1.516331 64.14 12.332 12.332
9 L5 -18.39049 1.2 1.903658 31.32 10.829 10.829
10 49.86134 0.2 - - 10.088 10.088
*11 L6 22.23222 1.4 1.589131 61.15 10.088 10.088
*12 14.51177 0.5 - - 9.871 9.871
13 L7 18.70105 4 1.487491 70.24 9.984 9.984
14 85.77957 2.5 - - 9.744 9.744
光圈面 0 2.657363 - - 9.434 9.434
16 L8 26.25511 4.2 1.84666 23.78 9.973 9.973
17 -72.32644 2.804685 - - 9.8 9.8
*18 L9 -285.96073 1.8 1.743198 49.3 9.312 9.312
*19 20.09443 3 - - 9.563 9.563
20 虚设 0 11.16296 - - 10 10
21 L10 294.94797 3.8 1.761821 26.52 16.702 16.702
22 -185.55163 0.2 - - 17.394 17.394
23 L11 88.77106 11.7 1.654115 39.68 18.691 18.691
24 L12 -32.58663 2 1.805181 25.43 19.198 19.198
25 -207.71339 7.258462 - - 20.588 20.588
26 L13 47.46195 11 1.581439 40.75 24.7 24.7
27 -286.50997 1.90653 - - 24.527 24.527
28 L14 -162.79029 2 1.805181 25.43 24.367 24.367
29 86.54168 13.837579 - - 24.298 24.298
*30 L15 278 2.8 1.531132 55.75 26.772 26.772
*31 32.7897 112.362421 - - 28.077 28.077
*32 42 -53.40115 -501 - - 59.723 59.723
33 0 0 - - 1450.989 1450.989
像面 0 0 - - 1450.989 1450.989
如透镜数据所示，面编号32的栏的轴上面间距离d是屏幕S与反射面42之间的距离。因此，面编号32的栏的轴上面间距离d是投射光学系统100的投射距离f。在本例中，f＝501mm。此外，在本例中，反射面42的有效半径为Y＝59.723mm，X＝59.723mm。
第11面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000181
第12面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000182
第18面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000183
第19面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000184
第30面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000185
第31面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000191
第32面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000192
接着，图13是示出比较例的投射光学系统100的放大侧的MTF的图。图14是比较例的投射光学系统100的点列图。
这里，如透镜数据所示，比较例的投射光学系统100的投射距离为f＝501mm。此外，在比较例的投射光学系统100中，反射面42的有效半径为Y＝59.723mm，X＝59.723mm。与此相对，在实施例1的投射光学系统3A中，投射距离为f＝466.75mm。另一方面，在实施例1的投射光学系统3A中，反射面42的有效半径为X＝21.22mm，Y＝21.22mm。因此，根据实施例1的投射光学系统3A，即使在缩短投射距离的情况下，也抑制了反射面42大型化。
(实施例2)
图15是示出本发明的实施例2的投射光学系统的整体的光线图。图16是实施例2的投射光学系统的光线图。图17是将实施例2的投射光学系统的第2光学系统的部分放大后的光线图。在图15中示意地示出从投射光学系统3B到达屏幕S的11束的光束F1～F11。光束F1是到达像高最低的位置的光束。光束F11是到达像高最高的位置的光束。光束F2～光束F10是到达光束F1与光束F11之间的各高度位置的光束。另外，本例的投射光学系统3B具有与上述例子的投射光学系统3A对应的结构，因此，对对应的结构标注相同标号进行说明。
如图15所示，本例的投射光学系统3B从缩小侧朝向放大侧依次具有第1光学系统31和第2光学系统32。如图16所示，投射光学系统3B在缩小侧成像面与放大侧成像面之间形成中间像33。
第1光学系统31是具有多枚透镜的折射光学系统。第2光学系统32是透镜35。在缩小侧成像面配置有图像形成部2的液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B。在图15和图16中示出作为3枚液晶面板18R、18G、18B中的一枚的液晶面板18G。液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B在缩小侧成像面中的第1光学系统31的光轴N的一侧形成投射图像。在放大侧成像面配置有屏幕S。
中间像33形成在第2光学系统32的内侧即透镜35的内侧。中间像33形成在第1光学系统31的光轴N的另一侧。向屏幕S投射的最终像是横向较长的长方形。在本例中，最终像的纵横比为16：10。
如图16所示，第1光学系统31具有十字分色棱镜19和15枚透镜即第1透镜L1～第15透镜L15。第1透镜L1～第15透镜L15从缩小侧朝向放大侧依次配置。在本例中，第2透镜L2和第3透镜L3是通过接合而得到的第1接合透镜L21。第4透镜L4和第5透镜L5是通过接合而得到的第2接合透镜L22。第11透镜L11和第12透镜L12是通过接合而得到的第3接合透镜L23。第13透镜L13和第14透镜L14是通过接合而得到的第4接合透镜L24。在本例中，构成第1光学系统31的第1透镜L1～第15透镜L15全部是球面透镜。
在第1光学系统31中，位于最靠放大侧的第15透镜L15具有正光焦度。此外，在第1光学系统31中，配置在最接近第2光学系统32的位置的放大侧透镜组LG25具有正光焦度。放大侧透镜组LG25是从第2光学系统32侧起的3枚透镜。即，第13透镜L13、第14透镜L14和第15透镜L15构成放大侧透镜组LG25。在第1光学系统31中，放大侧透镜组LG25具有正光焦度，因此，第1光学系统31与第2光学系统32之间的主光线彼此的间隔随着接近第2光学系统32而变窄。
构成第2光学系统32的透镜35是树脂制的。如图17所示，透镜35从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面41、反射面42和第2透过面43。在透镜35为树脂制的情况下，能够通过注塑成型来制作该透镜35。因此，容易制造具有复杂形状的透镜35。
这里，在本例的说明中，为了方便起见，设相互正交的3个轴为X轴、Y轴和Z轴。而且，设第1透过面41和反射面42所排列的方向为Z轴方向，设Y轴的一侧为上方Y1，设Y轴的另一侧为下方Y2，设与X轴垂直且包含Y轴和Z轴的面为YZ平面。因此，图15～图17的各图示出YZ平面。第1光学系统31的光轴N在Z轴方向上延伸。图像形成部2在第1光学系统31的光轴N的上方Y1形成投射图像。中间像33形成在第1光学系统31的光轴N的下方Y2。屏幕S的横向为X轴方向。此外，在以下的说明中，在YZ平面上设定沿Z轴方向延伸的假想轴M。假想轴M是透镜35的设计基准轴。此外，假想轴M与放大侧成像面即屏幕S垂直。另外，假想轴M有时相对于屏幕S大致垂直。
第1透过面41和反射面42位于假想轴M的下方Y2。第2透过面43位于假想轴M的上方Y1。反射面42具有凹形状。因此，反射面42具有正光焦度。通过从外侧对透镜35实施反射涂层来设置反射面42。第2透过面43具有向放大侧突出的凸形状。因此，第2透过面43具有正光焦度。这里，第1透过面41、反射面42和第2透过面43是具有相对于假想轴M旋转对称的面的共轴光学系统。因此，假想轴M是透镜35的设计基准轴，并且是透镜35的光轴。在本例中，假想轴M与第1光学系统31的光轴N一致。另外，假想轴M不是必须与第1光学系统31的光轴N一致。
透镜35的上半部分、下半部分分别构成为以假想轴M为中心的旋转对称。即，第1透过面41、反射面42和第2透过面43具有使图17所示的YZ平面的截面形状以假想轴M为中心分别向X轴方向的一侧和另一侧在90°的角度范围内旋转而得到的形状。在本例中，第1透过面41、反射面42和第2透过面43均为非球面。
如图17所示，能够在第2光学系统32的透镜35中规定连结上侧交点53和下侧交点54的假想线P，该上侧交点53是通过第2透过面43的有效光线范围50的Y轴方向的上端的上端光束51的上周边光线51a和通过该有效光线范围50的Y轴方向的下端的下端光束52的上周边光线52a在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点54是上端光束51的下周边光线51b和下端光束52的下周边光线52b在YZ平面上交叉的交点。假想线P在YZ平面中相对于与假想轴M垂直的假想垂直线V倾斜96.64°。此外，在第2光学系统32的透镜35中，在从第2透过面43朝向反射面42追寻上端光束51的上周边光线51a时，设上周边光线51a与被反射面42反射的其他光线最初相交的点为第1交点，在从第2透过面43朝向反射面42追寻下端光束52的下周边光线52b时，设下周边光线52b与被反射面42反射的其他光线最初相交的点为第2交点，此时，将连结第1交点和第2交点的线规定为光瞳44。在本例中，光瞳44在YZ平面中相对于假想垂直线V倾斜100.348°。另外，透镜35的光轴即假想轴M也可以不通过假想线P的中心。
这里，中间像33是相对于最终像上下反转的图像。此外，中间像33是以向放大侧成像面即屏幕S投射长方形的最终像的方式发生失真的图像。更具体而言，中间像33是使形成在屏幕S上的最终像的梯形失真较小的形状。即，中间像33相对于最终像的梯形失真相反地失真。因此，在中间像33中，屏幕S中的像高最高的边最短。
(透镜数据)
投射光学系统3B的透镜数据如下所述。从缩小侧到放大侧依次标注面编号。面编号1是十字分色棱镜19的缩小侧的面，面编号2是放大侧的面。面编号20的栏是虚设数据。在面编号31与面编号33之间形成中间像33。标号在第1光学系统31中是各透镜的标号。此外，标号在第2光学系统32中是第1透过面41、反射面42、和第2透过面43的标号。即，面编号31是透镜35的第1透过面41。面编号33是透镜35的反射面42。面编号35是透镜35的第2透过面43。r是曲率半径，单位为mm。d是轴上面间隔，单位为mm。nd是折射率。νd是阿贝值。Y是Y轴方向的有效半径。X是X轴方向的有效半径。
面编号 标号 r d nd vd Y X
物体面 0 7.125 - - - -
1 0 19.4325 1.516331 64.14 10.237 10.237
2 0 0.29133 - - 12.974 12.974
3 L1 -291.41008 3.665508 1.700675 28.54 13 13
4 -30.58875 0.15 - - 13.118 13.118
5 L2 87.97506 6.762902 1.437002 95.1 12.773 12.773
6 L3 -19.01953 0.9 1.846579 23.86 12.67 12.67
7 -56.62914 0.15 - - 13.166 13.166
8 L4 64.3433 6.854463 1.516331 64.14 13.218 13.218
9 L5 -23.14892 0.9 1.903658 31.32 13.134 13.134
10 -673.61176 0 - - 13.581 13.581
11 L6 68.20357 7.449857 1.437002 95.1 13.827 13.827
12 -32.37093 32.96947 - - 13.955 13.955
13 L7 0 6 - - 9 9
14 15.69631 1.983635 1.437135 94.92 10.047 10.047
光圈面 17.29696 7.423181 - - 9.814 9.814
16 L8 22.66617 3.7217 1.825709 24.28 10.179 10.179
17 519.71825 1.496478 - - 9.907 9.907
18 L9 30.75598 1.4 1.437002 95.1 8.944 8.944
19 14.84402 2.91106 - - 8.107 8.107
20 虚设 0 1.885816 - - 8 8
21 L10 -17.94171 3.372831 1.835309 41.31 8 8
22 -37.88337 2.921753 - - 8.913 8.913
23 L11 44.95773 6.413839 1.5256 71.65 9.921 9.921
24 L12 -15.02119 6.2879 1.846663 23.78 9.99 9.99
25 -64.64749 41.303086 - - 11.656 11.656
26 L13 30.13656 10 1.755001 52.32 23 23
27 L14 45.37156 11.668738 1.590317 63.23 20.45 20.45
28 -77.39811 0.227404 - - 19.09 19.09
29 L15 -83.1086 10 1.846663 23.78 18.642 18.642
30 28.59819 3.217563 - - 14.833 14.833
*31 41 -29.46454 20 1.531132 55.75 14.986 14.986
32 0 0 1.531132 55.75 12.839 12.839
*33 42 -16.13835 0 1.531132 55.75 12.678 12.678
34 0 -20 1.531132 55.75 24.667 24.667
*35 43 12.4031 -290 - - 12.305 12.305
像面 0 0 - - 869.934 869.934
如透镜数据所示，透镜35的折射率nd为1.531132。透镜35的阿贝值νd为55.75。面编号35的栏的轴上面间距离d是屏幕S与透镜35的第2透过面43之间的距离。因此，面编号35的栏的轴上面间距离d是投射光学系统3B的投射距离f。在本例中，f＝290mm。
第31面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000241
第33面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000242
第35面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000243
(效果)
在本例中，也能够得到与上述例子相同的效果。
此外，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度θ为倾斜96.64°。因此，θ＝96.64°，满足以下条件式(1)和条件式(2)。此外，光瞳44相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度η为100.348°。因此，η＝100.348°，满足以下条件式(3)、条件式(4)。由此，根据本例的投射光学系统3B，能够抑制屏幕S中产生的上部与下部之间的光量之差。
0°<θ<90°+γ··(1)
90°<θ··(2)
0°<η<90°+γ··(3)
90°<η··(4)
θ：假想线P的上侧交点53侧相对于假想垂直线V以假想垂直线V与假想线P的交点为轴而逆时针旋转的倾斜角度
η：光瞳44的第1交点侧相对于假想垂直线V以假想垂直线V与光瞳44的交点为轴而逆时针旋转的倾斜角度
γ：第2透过面43的有效光线范围50的下端光束52的下周边光线52b与假想轴M交叉的从该假想轴M起的角度
这里，在本例的投射光学系统3B中，投射距离为f＝290mm。此外，在本例的投射光学系统3B中，反射面42的有效半径为X＝12.678mm，Y＝12.678nn。因此，根据本例的投射光学系统3B，即使在缩短投射距离的情况下，也抑制了反射面42大型化。
图18是示出投射光学系统3B的放大侧的MTF的图。对利用Y轴分割成像面而得到的一半区域进行11分割来计算MTF。在MTF的计算中使用的光线以620nm的波长的光线、550nm的波长的光线、470nm的波长的光线之比为2：7：1的方式进行加权。示出MTF的图18的横轴是空间频率。空间频率0.24cycle相当于分辨率16.7μm。纵轴是对比度再现比。如图18所示，在本例中，抑制了分辨率的降低。图19是投射光学系统3B的点列图。如图19所示，在本例中，抑制了点的偏差。
在本例中，构成第1光学系统31的第1透镜L1～第15透镜L15全部为球面透镜，但是，光学特性良好。即，在本例中，尽管在折射光学系统即第1光学系统31中不具有非球面透镜，但是，能够良好地抑制像差的产生。
(实施例3)
图20是示出本发明的实施例3的投射光学系统的整体的光线图。图21是实施例3的投射光学系统的光线图。图22是将实施例3的投射光学系统的第2光学系统的部分放大后的光线图。在图20中示意地示出从投射光学系统3C到达屏幕S的11束的光束F1～F11。光束F1是到达像高最低的位置的光束。光束F11是到达像高最高的位置的光束。光束F2～光束F10是到达光束F1与光束F11之间的各高度位置的光束。另外，本例的投射光学系统3C具有与上述各实施例对应的结构，因此，对对应的结构标注相同标号进行说明。此外，省略与上述各实施例相同的结构的说明。
如图20所示，本例的投射光学系统3C从缩小侧朝向放大侧依次具有第1光学系统31和第2光学系统32。如图21所示，投射光学系统3C在缩小侧成像面与放大侧成像面之间形成中间像33。
中间像33形成在第2光学系统32的内侧即透镜35的内侧。中间像33形成在第1光学系统31的光轴N的另一侧。向屏幕S投射的最终像是横向较长的长方形。在本例中，最终像的纵横比为16：10。
如图21所示，第1光学系统31具有十字分色棱镜19和15枚透镜即第1透镜L1～第15透镜L15。第1透镜L1～第15透镜L15从缩小侧朝向放大侧依次配置。在本例中，第2透镜L2和第3透镜L3是通过接合而得到的第1接合透镜L21。第4透镜L4和第5透镜L5是通过接合而得到的第2接合透镜L22。第10透镜L10和第11透镜L11是通过接合而得到的第3接合透镜L23。第12透镜L12和第13透镜L13是通过接合而得到的第4接合透镜L24。在本例中，构成第1光学系统31的透镜中的第6透镜L6、第9透镜L9和第15透镜L15是非球面透镜，除此以外的透镜是球面透镜。另外，第1光学系统31的全部透镜也可以由球面透镜构成。
在第1光学系统31中，位于最靠放大侧的第15透镜L15具有正光焦度。此外，在第1光学系统31中，配置在最接近第2光学系统32的位置的放大侧透镜组LG25具有正光焦度。放大侧透镜组LG25由第14透镜L14和第15透镜L15构成。在第1光学系统31中，放大侧透镜组LG25具有正光焦度，因此，第1光学系统31与第2光学系统32之间的主光线彼此的间隔随着接近第2光学系统32而变窄。
构成第2光学系统32的透镜35是树脂制的。如图22所示，透镜35从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面41、反射面42和第2透过面43。在透镜35为树脂制的情况下，能够通过注塑成型来制作该透镜35。因此，容易制造具有复杂形状的透镜35。
这里，在本例中，坐标轴的设定与上述各实施例相同。此外，在以下的说明中，假想轴M是透镜35的设计基准轴。此外，假想轴M与放大侧成像面即屏幕S垂直。另外，假想轴M有时相对于屏幕S大致垂直。
第1透过面41和反射面42位于假想轴M的下方Y2。第2透过面43位于假想轴M的上方Y1。反射面42具有凹形状。因此，反射面42具有正光焦度。通过从外侧对透镜35实施反射涂层来设置反射面42。第2透过面43具有向放大侧突出的凸形状。因此，第2透过面43具有正光焦度。这里，第1透过面41、反射面42和第2透过面43是具有相对于假想轴M旋转对称的面的共轴光学系统。因此，假想轴M是透镜35的设计基准轴，并且是透镜35的光轴。在本例中，假想轴M与第1光学系统31的光轴N一致。另外，假想轴M不是必须与第1光学系统31的光轴N一致。
透镜35的上半部分、下半部分分别构成为以假想轴M为中心的旋转对称。即，第1透过面41、反射面42和第2透过面43具有使图22所示的YZ平面的截面形状以假想轴M为中心分别向X轴方向的一侧和另一侧在90°的角度范围内旋转而得到的形状。在本例中，第1透过面41、反射面42和第2透过面43均为非球面。
如图22所示，能够在第2光学系统32的透镜35中规定连结上侧交点53和下侧交点54的假想线P，该上侧交点53是通过第2透过面43的有效光线范围50的Y轴方向的上端的上端光束51的上周边光线51a和通过该有效光线范围50的Y轴方向的下端的下端光束52的上周边光线52a在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点54是上端光束51的下周边光线51b和下端光束52的下周边光线52b在YZ平面上交叉的交点。在本例中，假想线P在YZ平面中相对于与假想轴M垂直的假想垂直线V倾斜97.74°。此外，在第2光学系统32的透镜35中，在从第2透过面43朝向反射面42追寻上端光束51的上周边光线51a时，设上周边光线51a与被反射面42反射的其他光线最初相交的点为第1交点，在从第2透过面43朝向反射面42追寻下端光束52的下周边光线52b时，设下周边光线52b与被反射面42反射的其他光线最初相交的点为第2交点，此时，将连结第1交点和第2交点的线规定为光瞳44。在本例中，光瞳44在YZ平面中相对于假想垂直线V倾斜103.93°。
这里，中间像33是相对于最终像上下反转的图像。此外，中间像33是以向放大侧成像面即屏幕S投射长方形的最终像的方式发生失真的图像。更具体而言，中间像33以抵消第2光学系统32中产生的失真的方式发生失真，以使得形成在屏幕S上的最终像的梯形失真较小。即，中间像33相对于最终像的梯形失真相反地失真。因此，在中间像33中，屏幕S中的像高最高的边最短。
(透镜数据)
投射光学系统3C的透镜数据如下所述。从缩小侧到放大侧依次标注面编号。标注了*的面编号的面为非球面。面编号1是十字分色棱镜19的缩小侧的面，面编号2是放大侧的面。标号在第1光学系统31中是各透镜的标号。此外，标号在第2光学系统32中是第1透过面41、反射面42、假想线P和第2透过面43的标号。即，面编号29是透镜35的第1透过面41。面编号31是透镜35的反射面42。面编号33是透镜35的第2透过面43。r是曲率半径，单位为mm。d是轴上面间隔，单位为mm。nd是折射率。νd是阿贝值。Y是Y轴方向的有效半径。X是X轴方向的有效半径。
面编号 标号 r d nd vd Y X
物体面 0 9.5 - - - -
1 0 25.91 1.51633 64.14 13.806 13.806
2 0 0 - - 17.538 17.538
3 L1 30.66626 10.398215 1.642947 58.64 19 19
4 -98.82479 0.1 - - 18.725 18.725
5 L2 31.47401 10.907936 1.532449 47.06 16.268 16.268
6 L3 -29.14613 0.9 1.846551 23.88 15.353 15.353
7 -109.24868 0.1 - - 14.457 14.457
8 L4 18.90506 8.366757 1.440532 90.6 11.564 11.564
9 L5 -23.45512 2.394143 1.841404 29.55 10.378 10.378
10 76.54712 2.180012 - - 8.986 8.986
*11 L6 -28.52627 8 1.84133 29.65 8.869 8.869
*12 48.93629 1.220916 - - 8.193 8.193
光圈面 L7 26.28885 5 1.437001 95.1 7.716 7.716
14 45.09823 12.233959 - - 8.2 8.2
15 L8 -150.87431 7.221167 1.845819 24.55 17.096 17.096
16 -28.43438 19.451476 - - 17.914 17.914
*17 L9 27.31547 6 1.531131 55.75 22.803 22.803
*18 23.24316 3.756493 - - 25.218 25.218
19 L10 75.10348 15 1.487489 70.44 26.918 26.918
20 L11 -50.52584 2 1.846663 23.78 27.009 27.009
21 -115.09535 0.1 - - 27.983 27.983
22 L12 89.00944 12 1.499021 76.62 28.568 28.568
23 L13 -84.73782 8 1.846663 23.78 28.411 28.411
24 137.31138 5 - - 28.655 28.655
25 L14 85.69705 12 1.549983 67.99 30.314 30.314
26 -154.25872 9.093339 - - 30.31 30.31
*27 L15 485.02001 8 1.531131 55.75 27.967 27.967
*28 31.34185 7.83338 - - 25.384 25.384
*29 41 -92.52796 26 1.509398 56.47 22.114 22.114
30 33 0 0 1.509398 56.47 16.37 16.37
*31 42 -22.23699 0 1.509398 56.47 16.008 16.008
32 0 -26 1.509398 56.47 24.459 24.459
*33 43 20 -444 - - 19.843 19.843
像面 0 0 - - 1463.027 1463.027
如透镜数据所示，透镜35的折射率nd为1.509398。透镜35的阿贝值νd为56.47。面编号33的栏的轴上面间距离d是屏幕S与透镜35的第2透过面43之间的距离。因此，面编号33的栏的轴上面间距离d是投射光学系统3C的投射距离f。在本例中，f＝444mm。此外，在本例中，反射面42的有效半径为Y＝16.008mm、X＝16.008mm。
第11面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000291
第12面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000292
第17面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000293
第18面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000294
第27面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000295
第28面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000296
第29面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000301
第31面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000302
第33面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000303
(效果)
在本例中，也能够得到与上述各实施例相同的效果。
此外，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度θ为倾斜97.74°。因此，θ＝97.74°，满足以下条件式(1)和条件式(2)。此外，光瞳44相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度η为103.93°。因此，η＝103.93°，满足以下条件式(3)、条件式(4)。由此，根据本例的投射光学系统3C，能够抑制屏幕S中产生的上部与下部之间的光量之差。
0°<θ<90°+γ··(1)
90°<θ··(2)
0°<η<90°+γ··(3)
90°<η··(4)
θ：假想线P的上侧交点53侧相对于假想垂直线V以假想垂直线V与将假想线P延长后的线段的交点为轴而使假想线P逆时针旋转的倾斜角度
η：光瞳44的第1交点侧相对于假想垂直线V以假想垂直线V与光瞳44的交点为轴而逆时针旋转的倾斜角度
γ：第2透过面43的有效光线范围50的下端光束52的下周边光线52b与假想轴M交叉的从该假想轴M起的角度
这里，在本例的投射光学系统3C中，反射面42的有效半径为X＝16.008、Y＝16.008。因此，在本例的投射光学系统3C中，也抑制了反射面42大型化。
图23是示出投射光学系统3C的放大侧的MTF的图。对利用Y轴分割成像面而得到的一半区域进行11分割来计算MTF。在MTF的计算中使用的光线以620nm的波长的光线、550nm的波长的光线、470nm的波长的光线之比为2：7：1的方式进行加权。示出MTF的图23的横轴是空间频率。空间频率0.24cycle相当于分辨率16.7μm。纵轴是对比度再现比。如图23所示，在本例中，抑制了分辨率的降低。图24是投射光学系统3C的点列图。如图24所示，在本例中，抑制了点的偏差。
(实施例4)
下面，对本发明的实施例4进行说明。本例与上述各实施例的不同之处在于图像形成部2具有1枚光调制装置18。作为光调制装置18，例如举出数字镜器件(DMD)、液晶面板。该情况下，图像形成部2在光调制装置18的前级具有用于依次射出红色光、绿色光、蓝色光的各色光的色轮、以及用于使各色光分别会聚在液晶面板的各像素的光学系统。此外，在本例的情况下，不需要如上述各实施例那样对各色的投射图像进行合成。因此，在本例的情况下，在投射光学系统中不需要十字分色棱镜。
图25是示出本发明的实施例4的投射光学系统的整体的光线图。图26是实施例4的投射光学系统的光线图。图27是将实施例4的投射光学系统的第2光学系统的部分放大后的光线图。在图25中示意地示出从投射光学系统3D到达屏幕S的11束的光束F1～F11。光束F1是到达像高最低的位置的光束。光束F11是到达像高最高的位置的光束。光束F2～光束F10是到达光束F1与光束F11之间的各高度位置的光束。另外，本例的投射光学系统3D具有与上述各实施例对应的结构，因此，对对应的结构标注相同标号进行说明。此外，省略与上述各实施例相同的结构的说明。
如图25所示，本例的投射光学系统3D从缩小侧朝向放大侧依次具有第1光学系统31和第2光学系统32。如图26所示，投射光学系统3D在缩小侧成像面与放大侧成像面之间形成中间像33。
第1光学系统31是具有多枚透镜的折射光学系统。第2光学系统32是透镜35。在缩小侧成像面上配置有图像形成部2的光调制装置18。光调制装置18在缩小侧成像面中的第1光学系统31的光轴N的一侧形成投射图像。在放大侧成像面配置有屏幕S。
中间像33形成在第2光学系统32的内侧即透镜35的内侧。中间像33形成在第1光学系统31的光轴N的另一侧。向屏幕S投射的最终像是横向较长的长方形。在本例中，最终像的纵横比为16：10。
如图26所示，第1光学系统31具有15枚透镜即第1透镜L1～第15透镜L15。此外，在本例中，第1光学系统31不具有十字分色棱镜。第1透镜L1～第15透镜L15从缩小侧朝向放大侧依次配置。在本例中，第2透镜L2和第3透镜L3是通过接合而得到的第1接合透镜L21。第4透镜L4和第5透镜L5是通过接合而得到的第2接合透镜L22。第10透镜L10和第11透镜L11是通过接合而得到的第3接合透镜L23。第12透镜L12和第13透镜L13是通过接合而得到的第4接合透镜L24。在本例中，构成第1光学系统31的透镜中的第6透镜L6、第9透镜L9和第15透镜L15是非球面透镜，除此以外的透镜是球面透镜。另外，第1光学系统31的全部透镜也可以由球面透镜构成。
在第1光学系统31中，位于最靠放大侧的第15透镜L15具有正光焦度。此外，在第1光学系统31中，配置在最接近第2光学系统32的位置的放大侧透镜组LG25具有正光焦度。放大侧透镜组LG25由第14透镜L14和第15透镜L15构成。在第1光学系统31中，放大侧透镜组LG25具有正光焦度，因此，第1光学系统31与第2光学系统32之间的主光线彼此的间隔随着接近第2光学系统32而变窄。
构成第2光学系统32的透镜35是树脂制的。如图27所示，透镜35从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面41、反射面42和第2透过面43。在透镜35为树脂制的情况下，能够通过注塑成型来制作该透镜35。因此，容易制造具有复杂形状的透镜35。
这里，在本例的说明中，为了方便起见，设相互正交的3个轴为X轴、Y轴和Z轴。而且，设第1透过面41和反射面42所排列的方向为Z轴方向，设Y轴的一侧为上方Y1，Y轴的另一侧为下方Y2，设与X轴垂直且包含Y轴和Z轴的面为YZ平面。因此，图25～图27的各图示出YZ平面。第1光学系统31的光轴N在Z轴方向上延伸。图像形成部2在第1光学系统31的光轴N的上方Y1形成投射图像。中间像33形成在第1光学系统31的光轴N的下方Y2。屏幕S的横向为X轴方向。此外，在以下的说明中，在YZ平面上设定沿Z轴方向延伸的假想轴M。假想轴M是透镜35的设计基准轴。此外，假想轴M与放大侧成像面即屏幕S垂直。另外，假想轴M有时相对于屏幕S大致垂直。
第1透过面41和反射面42位于假想轴M的下方Y2。第2透过面43位于假想轴M的上方Y1。反射面42具有凹形状。因此，反射面42具有正光焦度。通过从外侧对透镜35实施反射涂层来设置反射面42。第2透过面43具有向放大侧突出的凸形状。因此，第2透过面43具有正光焦度。这里，第1透过面41、反射面42和第2透过面43是具有相对于假想轴M旋转对称的面的共轴光学系统。因此，假想轴M是透镜35的设计基准轴，并且是透镜35的光轴。在本例中，假想轴M与第1光学系统31的光轴N一致。另外，假想轴M不是必须与第1光学系统31的光轴N一致。
透镜35的上半部分、下半部分分别构成为以假想轴M为中心的旋转对称。即，第1透过面41、反射面42和第2透过面43具有使图27所示的YZ平面的截面形状以假想轴M为中心分别向X轴方向的一侧和另一侧在90°的角度范围内旋转而得到的形状。在本例中，第1透过面41、反射面42和第2透过面43均为非球面。
如图27所示，在本例中，能够在第2光学系统32的透镜35中规定连结上侧交点53和下侧交点54的假想线P，该上侧交点53是通过第2透过面43的有效光线范围50的Y轴方向的上端的上端光束51的上周边光线51a和通过该有效光线范围50的Y轴方向的下端的下端光束52的上周边光线52a在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点54是上端光束51的下周边光线51b和下端光束52的下周边光线52b在YZ平面上交叉的交点。在本例中，假想线P在YZ平面中相对于与假想轴M垂直的假想垂直线V倾斜100.03°。此外，在第2光学系统32的透镜35中，在从第2透过面43朝向反射面42追寻上端光束51的上周边光线51a时，设上周边光线51a与被反射面42反射的其他光线最初相交的点为第1交点，在从第2透过面43朝向反射面42追寻下端光束52的下周边光线52b时，设下周边光线52b与被反射面42反射的其他光线最初相交的点为第2交点，此时，将连结第1交点和第2交点的线规定为光瞳44。在本例中，光瞳44在YZ平面中相对于假想垂直线V倾斜104.34°。
这里，中间像33是相对于最终像上下反转的图像。此外，中间像33是以向放大侧成像面即屏幕S投射长方形的最终像的方式发生失真的图像。更具体而言，中间像33以抵消第2光学系统32中产生的失真的方式发生失真，以使得形成在屏幕S上的最终像的梯形失真较小。即，中间像33相对于最终像的梯形失真相反地失真。因此，在中间像33中，屏幕S中的像高最高的边最短。
(透镜数据)
投射光学系统3D的透镜数据如下所述。从缩小侧到放大侧依次标注面编号。标注了*的面编号的面为非球面。面编号1是投射光学系统3D的缩小侧的面。标号在第1光学系统31中是各透镜的标号。此外，标号在第2光学系统32中是第1透过面41、反射面42和第2透过面43的标号。即，面编号27是透镜35的第1透过面41。面编号29是透镜35的反射面42。面编号31是透镜35的第2透过面43。r是曲率半径，单位为mm。d是轴上面间隔，单位为mm。nd是折射率。νd是阿贝值。Y是Y轴方向的有效半径。X是X轴方向的有效半径。
面编号 标号 r d nd vd Y X
物体面 0 35.41 - - · -
1 L1 27.04015 10.723313 1.596189 62.64 19 19
2 -184.03214 0.1 - - 18.587 18.587
3 L2 28.75428 10.3193 1.493446 77.82 16.057 16.057
4 L3 -35.15431 0.9 1.843135 27.36 15.03 15.03
5 -796.26153 0.1 - - 13.976 13.976
6 L4 21.30955 8.220652 1.447755 82.78 11.913 11.913
7 L5 -24.50612 3.781704 1.838229 34.67 10.688 10.688
8 54.29446 1.630421 - - 8.992 8.992
*9 L6 -324.9208 8 1.83624 38.92 8.898 8.898
*10 22.55933 0.2 - - 8.21 8.21
光圈面 L7 22.46308 5 1.440559 90.57 7.772 7.772
12 43.18975 10.0417 - - 8.2 8.2
13 L8 1027.43527 7.142823 1.724905 27.48 15.179 15.179
14 -27.759 29.55954 - - 15.933 15.933
*15 L9 26.18195 6 1.531131 55.75 21.895 21.895
*16 24.46638 3.251569 - - 24.544 24.544
17 L10 52.54104 15 1.487489 70.44 27.899 27.899
18 L11 -99.67582 2 1.846663 23.78 27.867 27.867
19 367.31767 0.1 - - 28.209 28.209
20 L12 144.86083 11.949038 1.499714 76.47 28.501 28.501
21 L13 -70 2 1.846663 23.78 28.609 28.609
22 -2882.97645 5 - - 29.502 29.502
23 L14 -143.56752 12 1.523218 72.05 29.907 29.907
24 -47.93833 0.3 - - 30.731 30.731
*25 L15 -278.45036 8 1.531131 55.75 28.533 28.533
*26 32.5217 6.620327 - - 25.549 25.549
*27 41 -91.46 26 1.509398 56.47 22.401 22.401
28 0 0 1.509398 56.47 16.349 16.349
*29 42 -23.52443 0 1.509398 56.47 16.243 16.243
30 0 -26 1.509398 56.47 24.783 24.783
*31 43 20 -444 - - 19.834 19.834
像面 0 0 - - 1478.174 1478.174
如透镜数据所示，透镜35的折射率nd为1.509398。透镜35的阿贝值νd为56.47。面编号31的栏的轴上面间距离d是屏幕S与透镜35的第2透过面43之间的距离。因此，面编号31的栏的轴上面间距离d是投射光学系统3D的投射距离f。在本例中，f＝444mm。此外，在本例中，反射面42的有效半径为Y＝16.243mm、X＝16.243mm。
第9面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000361
第10面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000362
第15面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000363
第16面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000364
第25面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000365
第26面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000366
第27面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000367
第29面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000371
第31面的非球面数据如下所述。
Figure BDA0002143295390000372
(效果)
在本例中，也能够得到与上述各实施例相同的效果。
此外，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度θ为倾斜100.03°。因此，θ＝100.03°，满足以下条件式(1)和条件式(2)。此外，光瞳44相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度η为104.34°。因此，η＝104.34°，满足以下条件式(3)、条件式(4)。由此，根据本例的投射光学系统3D，能够抑制屏幕S中产生的上部与下部之间的光量之差。
0°<θ<90°+γ··(1)
90°<θ··(2)
0°<η<90°+γ··(3)
90°<η··(4)
θ：假想线P的上侧交点53侧相对于假想垂直线V以假想垂直线V与将假想线P延长后的线段的交点为轴而使假想线P逆时针旋转的倾斜角度
η：光瞳44的第1交点侧以假想垂直线V相对于假想垂直线V与光瞳44的交点为轴逆时针旋转的倾斜角度
γ：第2透过面43的有效光线范围50的下端光束52的下周边光线52b与假想轴M交叉的从该假想轴M起的角度
这里，在本例的投射光学系统3D中，投射距离f＝444mm。因此，在本例的投射光学系统3D中，在第1光学系统中不包含分色棱镜，实现与实施例3的投射光学系统3C相同的投射距离。此外，反射面42的有效半径为X＝16.243、Y＝16.243。因此，在本例的投射光学系统3D中，也抑制了反射面42的大型化。
图28是示出投射光学系统3D的放大侧的MTF的图。对利用Y轴分割成像面而得到的一半区域进行11分割来计算MTF。在MTF的计算中使用的光线以620nm的波长的光线、550nm的波长的光线、470nm的波长的光线之比为2：7：1的方式进行加权。示出MTF的图28的横轴是空间频率。空间频率0.24cycle相当于分辨率16.7μm。纵轴是对比度再现比。如图28所示，在本例中，抑制了分辨率的降低。图29是投射光学系统3D的点列图。如图29所示，在本例中，抑制了点的偏差。
(其他实施方式)
另外，在上述实施例1～4中，透镜35为树脂制的，但是，也可以为玻璃制。在透镜35为玻璃制的情况下，与透镜35为树脂制的情况相比，能够高精度地加工。此外，在透镜35为玻璃制的情况下，与透镜35为树脂制的情况相比，在由于内部吸收而温度上升的情况下，能够抑制形状的膨胀量。因此，如果透镜35为玻璃制，则由于热引起的透镜35的变形被抑制，因此，在入射有高亮度的光束的情况下，也能够维持光学性能。此外，如果透镜35为玻璃制，则与树脂制相比，耐热性提高，因此，还能够提高透镜35的可靠性。
进而，也可以将透镜35分成多个部件来形成。此时，多个部件可以利用分别不同的材质形成。例如，可以利用玻璃构成透镜35中的温度容易上升的包含光瞳44附近的区域，利用树脂构成其余部分。由此，第1透过面41、反射面42和第2透过面43利用树脂构成，因此，能够容易地形成复杂的非球面形状，能够提高透镜35的光学性能。进而，利用玻璃构成温度容易上升的区域，因此，还能够提高透镜35的耐热性。因此，能够实现具有光学性能更高且可靠性提高的透镜35的投射光学系统。
此外，在上述例子中，透镜35的第1透过面41、反射面42和第2透过面43全部形成为非球面，但是，如果其中至少一面形成为非球面，则能够抑制向屏幕S投射的最终像中产生的像差。
进而，在上述例子中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度θ满足条件式(1)和条件式(2)，但是，如果至少满足条件式(1)，则与屏幕S的下部相比，能够抑制屏幕S的上部的周边部的光量降低。
此外，在上述实施例1～4中，也可以在透镜35中设置遮光部。该情况下，遮光部沿着假想线P倾斜，对从该假想线P上的有效光线范围50偏离的光线进行遮光。这样，能够防止在透镜35内产生杂散光。
进而，也可以将透镜35的第1透过面41、反射面42和第2透过面43中的任意一方形成为自由曲面。这样，容易进一步缩短投射光学系统的投射距离。
而且，上述各实施例中的投射光学系统在光调制装置18、液晶面板18R、液晶面板18G、液晶面板18B的位置配置摄像元件，由此，还能够用作对从透镜35的第2透过面43入射的外部光进行摄像的摄像光学系统。

Claims (11)

1.一种投射光学系统，其由从缩小侧朝向放大侧依次配置的第1光学系统和第2光学系统构成，在缩小侧成像面与放大侧成像面之间形成中间像，其特征在于，
所述第2光学系统是透镜，
所述透镜从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面、反射面和第2透过面，
在设相互正交的3个轴为X轴、Y轴和Z轴、所述第1透过面和所述反射面排列的方向为Z轴方向、所述Y轴的一侧为上方、所述Y轴的另一侧为下方、与所述X轴垂直且包含所述Y轴和所述Z轴的面为YZ平面的情况下，
所述第1透过面和所述反射面位于在所述Z轴方向上延伸的假想轴的下方，
所述第2透过面位于所述假想轴的上方，
所述反射面具有凹形状，
所述第2透过面具有向所述放大侧突出的凸形状，
连结上侧交点和下侧交点的假想线在所述YZ平面中相对于与所述假想轴垂直的假想垂直线倾斜，该上侧交点是通过所述第2透过面的有效光线范围的Y轴方向的上端的上端光束的上周边光线和通过该有效光线范围的Y轴方向的下端的下端光束的上周边光线在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点是所述上端光束的下周边光线和所述下端光束的下周边光线在所述YZ平面上交叉的交点，
所述中间像位于所述透镜中的所述第1透过面与所述反射面之间，
所述中间像是使得形成在放大侧成像面上的最终像的梯形失真变小的形状。
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1光学系统是折射光学系统。
3.根据权利要求2所述的投射光学系统，其特征在于，
所述假想轴与所述第1光学系统的光轴一致。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的投射光学系统，其特征在于，
在所述第1光学系统与所述第2光学系统之间，主光线彼此的间隔随着接近所述第2光学系统而变窄。
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1透过面、所述反射面和所述第2透过面中的任意一方是非球面。
6.根据权利要求5所述的投射光学系统，其特征在于，
所述第1透过面是非球面。
7.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，
所述第1透过面、所述反射面和所述第2透过面是具有相对于所述假想轴旋转对称的面的共轴光学系统，
所述假想轴是设计基准轴。
8.一种投射光学系统，其由从缩小侧朝向放大侧依次配置的第1光学系统和第2光学系统构成，在缩小侧成像面与放大侧成像面之间形成中间像，其特征在于，
所述第2光学系统是透镜，
所述透镜从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面、反射面和第2透过面，
在设相互正交的3个轴为X轴、Y轴和Z轴、所述第1透过面和所述反射面排列的方向为Z轴方向、所述Y轴的一侧为上方、所述Y轴的另一侧为下方、与所述X轴垂直且包含所述Y轴和所述Z轴的面为YZ平面的情况下，
所述第1透过面和所述反射面位于在所述Z轴方向上延伸的假想轴的下方，
所述第2透过面位于所述假想轴的上方，
所述反射面具有凹形状，
所述第2透过面具有向所述放大侧突出的凸形状，
连结上侧交点和下侧交点的假想线在所述YZ平面中相对于与所述假想轴垂直的假想垂直线倾斜，该上侧交点是通过所述第2透过面的有效光线范围的Y轴方向的上端的上端光束的上周边光线和通过该有效光线范围的Y轴方向的下端的下端光束的上周边光线在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点是所述上端光束的下周边光线和所述下端光束的下周边光线在所述YZ平面上交叉的交点，
所述中间像位于所述透镜中的所述第1透过面与所述反射面之间，
在设所述假想线的所述上侧交点侧相对于所述假想垂直线以该假想垂直线与该假想线的交点为轴而逆时针旋转的倾斜角度为θ、所述下端光束的下周边光线与所述假想轴交叉的从该假想轴起的角度为γ的情况下，满足以下条件式：
0°<θ<90°+γ··(1)。
9.根据权利要求8所述的投射光学系统，其特征在于，
满足以下条件式(2)：
90°<θ··(2)。
10.一种投射型图像显示装置，其特征在于，其具有：
权利要求1～9中的任意一项所述的投射光学系统；以及
图像形成部，其在所述投射光学系统的缩小侧成像面上形成投射图像。
11.根据权利要求10所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述图像形成部在比所述第1光学系统的光轴靠上方的位置形成所述投射图像。
CN201910675981.2A 2018-07-27 2019-07-25 投射光学系统和投射型图像显示装置 Active CN110780434B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018141034 2018-07-27
JP2018-141034 2018-07-27
JP2019105945A JP2020024377A (ja) 2018-07-27 2019-06-06 投写光学系および投写型画像表示装置
JP2019-105945 2019-06-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110780434A CN110780434A (zh) 2020-02-11
CN110780434B true CN110780434B (zh) 2022-04-05

Family

ID=67438875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910675981.2A Active CN110780434B (zh) 2018-07-27 2019-07-25 投射光学系统和投射型图像显示装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11042083B2 (zh)
EP (1) EP3611548B1 (zh)
CN (1) CN110780434B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
JP7459523B2 (ja) 2020-01-23 2024-04-02 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
JP7424072B2 (ja) * 2020-01-24 2024-01-30 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
JP2022040639A (ja) * 2020-08-31 2022-03-11 セイコーエプソン株式会社 光学系、プロジェクター、および撮像装置
US20220155569A1 (en) * 2020-11-18 2022-05-19 Coretronic Corporation Projection lens and projection apparatus
CN114518644A (zh) * 2020-11-18 2022-05-20 中强光电股份有限公司 投影镜头及投影装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090116124A1 (en) * 2007-11-06 2009-05-07 Seiko Epson Corporation Projection type image display device
CN201749248U (zh) * 2009-07-30 2011-02-16 富士胶片株式会社 投射光学系统及使用该投射光学系统的投射型显示装置
EP2456207A2 (en) * 2010-11-16 2012-05-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Projection optical system and image projection device employing the same
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
CN108027498A (zh) * 2016-03-30 2018-05-11 松下知识产权经营株式会社 投射光学系统以及图像投射装置
CN111699429A (zh) * 2018-02-01 2020-09-22 理光工业解决方案有限公司 投影光学系统及图像显示装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4040122B2 (ja) 1996-03-26 2008-01-30 キヤノン株式会社 変倍光学系及びそれを用いた撮像装置
JP4210314B2 (ja) 2003-02-06 2009-01-14 株式会社リコー 投射光学系、拡大投射光学系、拡大投射装置及び画像投射装置
JP4223936B2 (ja) 2003-02-06 2009-02-12 株式会社リコー 投射光学系、拡大投射光学系、拡大投射装置及び画像投射装置
JP4500497B2 (ja) 2003-02-13 2010-07-14 株式会社リコー 画像投射装置
JP2004361777A (ja) 2003-06-06 2004-12-24 Nikon Corp ソリッド型カタディオプトリック光学系
JP4478408B2 (ja) * 2003-06-30 2010-06-09 キヤノン株式会社 結像光学系、撮像装置、画像読み取り装置および投射型画像表示装置
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
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
JP4396769B2 (ja) 2007-11-06 2010-01-13 セイコーエプソン株式会社 投射型画像表示装置
JP5359607B2 (ja) * 2008-09-02 2013-12-04 株式会社リコー 変倍光学系、プロジェクタ
US8434878B2 (en) 2008-12-26 2013-05-07 Seiko Epson Corporation Proximity projector with a transmissive cover with modified reflectance properties
CN103782222B (zh) 2011-07-05 2016-01-27 日东光学株式会社 投射光学系统及投影装置
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
JP6280063B2 (ja) * 2015-02-25 2018-02-14 富士フイルム株式会社 投写用光学系および投写型表示装置
JP6604090B2 (ja) * 2015-08-27 2019-11-13 株式会社リコー 投射光学系および投射装置および投射システム
JP2017156713A (ja) 2016-03-04 2017-09-07 キヤノン株式会社 撮像装置及び投影装置
JP6746328B2 (ja) 2016-03-04 2020-08-26 キヤノン株式会社 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置
JP2017156712A (ja) 2016-03-04 2017-09-07 キヤノン株式会社 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置
JP6587590B2 (ja) * 2016-08-30 2019-10-09 富士フイルム株式会社 ズームレンズ、投写型表示装置、および、撮像装置
JP6744797B2 (ja) 2016-10-07 2020-08-19 リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 投射光学系および投射装置および撮像装置
JP2018141034A (ja) 2017-02-27 2018-09-13 東レ株式会社 ポリエステル重合用触媒およびポリエステル樹脂組成物の製造方法
JP7019961B2 (ja) * 2017-04-20 2022-02-16 コニカミノルタ株式会社 投影光学系及び投影装置
CN110832377B (zh) 2017-07-10 2022-04-26 索尼公司 图像显示装置和投影光学系统
JP6797087B2 (ja) * 2017-08-17 2020-12-09 富士フイルム株式会社 投写用光学系及び投写型表示装置
JP6958308B2 (ja) 2017-12-11 2021-11-02 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載更新装置、プログラム及び、プログラム又はデータの更新方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090116124A1 (en) * 2007-11-06 2009-05-07 Seiko Epson Corporation Projection type image display device
CN201749248U (zh) * 2009-07-30 2011-02-16 富士胶片株式会社 投射光学系统及使用该投射光学系统的投射型显示装置
EP2456207A2 (en) * 2010-11-16 2012-05-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Projection optical system and image projection device employing the same
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
CN108027498A (zh) * 2016-03-30 2018-05-11 松下知识产权经营株式会社 投射光学系统以及图像投射装置
CN111699429A (zh) * 2018-02-01 2020-09-22 理光工业解决方案有限公司 投影光学系统及图像显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3611548B1 (en) 2023-01-18
US11042083B2 (en) 2021-06-22
US20200033715A1 (en) 2020-01-30
CN110780434A (zh) 2020-02-11
EP3611548A1 (en) 2020-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110780434B (zh) 投射光学系统和投射型图像显示装置
CN110780435B (zh) 投射光学系统和投射型图像显示装置
JP2020024377A (ja) 投写光学系および投写型画像表示装置
CN111638589B (zh) 投射光学系统、投射型图像显示装置和摄像装置
CN111638590B (zh) 投射光学系统、投射型图像显示装置和摄像装置
CN113176698B (zh) 投射光学系统和投影仪
CN111638591B (zh) 投射光学系统、投射型图像显示装置、摄像装置和光学元件的制造方法
CN113176699B (zh) 投射光学系统和投影仪
US11822224B2 (en) Projection system and projector having deflector and optical element
CN113219771B (zh) 投射光学系统和投影仪
WO2022044674A1 (ja) 反射光学系および投写型表示装置
US11892764B2 (en) Projection system and projector
US11385532B2 (en) Projection system and projector
US20230176464A1 (en) Optical system and projector
CN116466536A (zh) 投射光学系统和投影仪
CN116466535A (zh) 投射光学系统和投影仪
CN113156746A (zh) 投射光学系统和投影仪
JP2022040639A (ja) 光学系、プロジェクター、および撮像装置
CN114675397A (zh) 投射光学系统和投影仪

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