CN111638589A - 投射光学系统、投射型图像显示装置和摄像装置 - Google Patents

Abstract

投射光学系统、投射型图像显示装置和摄像装置。提出投射光学系统，即使在由一个光学元件构成第2光学系统的情况下，也能够在第2光学系统中进行像差的校正。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光学系统为光学元件。光学元件从缩小侧起朝向放大侧依次具有第1透过面、反射面和第2透过面。光学元件在通过该光学元件的光线的光路上具有第1部件部分和折射率与第1部件部分不同的第2部件部分。第1部件部分与第2部件部分的接合面具有曲面形状。

Description

投射光学系统、投射型图像显示装置和摄像装置

技术领域

本发明涉及在中间像的放大侧具有凹曲面形状的反射面的投射光学系统、具有投射光学系统的投射型图像显示装置和具有投射光学系统的摄像装置。

背景技术

在专利文献1中记载了利用投射光学系统放大并投射图像形成部所形成的投射图像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光学系统由具有凹曲面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，将最终像投射到配置在放大侧成像面上的屏幕上。

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向沿着第1光学系统的光轴的方向倾斜。这里，中间像伴随倾斜而增大。当中间像增大时，需要增大位于中间像的放大侧的反射面。因此，关于在中间像的放大侧仅具有凹曲面形状的反射镜的投射光学系统，在缩短投射距离的情况下，存在反射镜容易大型化的问题。

发明内容

为了解决上述的课题，本发明是一种投射光学系统，其特征在于，该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，所述第2光学系统是从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面、反射面和第2透过面的光学元件，所述第1透过面和所述反射面位于预先设定的假想轴的一侧，所述第2透过面位于所述假想轴的另一侧，所述反射面具有凹曲面形状，所述第2透过面具有向所述放大侧突出的凸曲面形状，所述光学元件在通过该光学元件的光线的光路上具有第1部件部分和折射率与所述第1部件部分不同的第2部件部分，所述第1部件部分与所述第2部件部分的接合面具有曲面形状。

附图说明

图1是具有投射光学系统的投射型图像显示装置的概略结构图。

图2是示意性示出投射光学系统的整体的光线图。

图3是实施例的投射光学系统的光线图。

图4是第2光学系统的光线图。

图5是构成第2光学系统的光学元件的材质的说明图。

图6是在中间像的放大侧仅具有反射面的情况下的倍率的说明图。

图7是在中间像的放大侧具有反射面和第2透过面的情况下的倍率的说明图。

图8是到达屏幕的上方的光束的打开角度的说明图。

图9是到达屏幕的下方的光束的打开角度的说明图。

图10是示出实施例的投射光学系统的放大侧的MTF的图。

图11是比较例的投射光学系统的光线图。

图12是比较例的第2光学系统的光线图。

图13是构成比较例的第2光学系统的光学元件的材质的说明图。

图14是示出比较例的投射光学系统的放大侧的MTF的图。

标号说明

1：投射型图像显示装置；2：图像形成部；3、3A、3B：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：液晶面板；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：光学元件；41：第1透过面；42：反射面；43：第2透过面；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；65：第1部件部分；65(1)：第一第1部件部分；65(2)：第二第1部件部分；66：第2部件部分；100：摄像元件；L1～L15：透镜；L21～L24：接合透镜；O1、O2：光圈。

具体实施方式

下面，参照附图详细地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具有生成投射到屏幕S上的图像光的图像形成部2、放大并投射图像光的投射光学系统3和控制图像形成部2的动作的控制部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分别具有排列成阵列状的多个透镜元件。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的光束会聚到第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的显示区域上重叠。

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通过根据图像信号对R光进行调制，形成红色的投射图像。

并且，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为图像显示元件。液晶面板18G通过根据图像信号对G光进行调制，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后的B光经由中继透镜22、反射镜23、中继透镜24、反射镜25以及场透镜17B入射到液晶面板18B。液晶面板18B为图像显示元件。液晶面板18B通过根据图像信号对B光进行调制，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，合成被各液晶面板18R、18G、18B调制后的光而生成图像光。

投射光学系统3将十字分色棱镜19合成后的图像光(各液晶面板18R、18G、18B形成的投射图像)放大并投射到屏幕S上。

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输出的图像信号驱动液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B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成包含各颜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输出的各颜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将与图像信号对应的投射图像显示在液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B上。

(投射光学系统)

接着，对投射光学系统3进行说明。以下，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，说明实施例。

(实施例)

图2是示意性示出本发明的投射光学系统3的整体的光线图。在图2中，示意性示出从投射光学系统3到达屏幕S的11条光束F1～F11。光束F1为到达像高最低的位置的光束。光束F11为到达像高最高的位置的光束。光束F2至光束F10为到达光束F1与光束F11之间的各高度位置的光束。图3是实施例的投射光学系统的光线图。图4是第2光学系统的光线图。图5是构成第2光学系统的光学元件的材质的说明图。

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3、图4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。在本例中，中间像33形成于第2光学系统32的内侧。另外，中间像33也可以不形成于第2光学系统32的内侧。

第1光学系统31为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枚光学元件35构成。中间像33形成于光学元件35的内侧。

在缩小侧成像面上配置有图像形成部2的液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B。在图2、图3中，示出3个液晶面板18R、18G、18B中的一个即液晶面板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。在放大侧成像面上配置有屏幕S。

如图3所示，第1光学系统31具有十字分色棱镜19和15枚透镜L1～L15。从缩小侧朝向放大侧依次配置有第1透镜L1～第15透镜L15。在本例中，第2透镜L2和第3透镜L3是接合起来的第1接合透镜L21。第4透镜L4和第5透镜L5是接合起来的第2接合透镜L22。第11透镜L11和第12透镜L12是接合起来的第3接合透镜L23。第13透镜L13和第14透镜L14是接合起来的第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O1。另外，第1光学系统31有时不具有十字分色棱镜19。

如图4所示，光学元件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。在以下的说明中，为了方便说明，设相互正交的3个轴为X轴、Y轴和Z轴。而且，设排列有第1透过面41和反射面42的方向为Z轴方向、Y轴的一侧为上方Y1、Y轴的另一侧为下方Y2、与X轴垂直并且包含Y轴和Z轴的面为YZ平面。因此，图1至图5的各图表示从与X轴平行的方向观察的情况。如图2所示，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形成于第1光学系统31的光轴N的下方Y2。屏幕S位于第1光学系统31的光轴N的上方Y1。屏幕S的横向为X轴方向。中间像33是相对于形成在屏幕S上的投射图像上下反转的图像。此外，中间像33是畸变成使得长方形的最终像投射到作为放大侧成像面的屏幕S上的图像。更具体而言，中间像33是形成在屏幕S上的最终像的梯形畸变变小的形状。即，中间像33与最终像的梯形畸变相反地畸变。因此，在中间像33中，屏幕S上的像高最高的边最短。

此外，在以下的说明中，设定了在YZ平面上沿Z轴方向延伸的假想轴M。假想轴M为光学元件35的设计基准轴。假想轴M与作为放大侧成像面的屏幕S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从第1透过面41或第2透过面43观察时具有凹曲面形状。因此，反射面42从第1透过面41或第2透过面43观察时具有凹曲面形状。反射面42具有正屈光力。反射面42通过从外侧对光学元件35施加反射涂层来设置。第2透过面43具有向放大侧突出的凸曲面形状。因此，第2透过面43具有正屈光力。这里，第1透过面41、反射面42和第2透过面43为具有关于假想轴M旋转对称的面的共轴光学系统。因此，假想轴M为光学元件35的设计基准轴。在本例中，假想轴M与第1光学系统31的光轴N一致。

光学元件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4所示的YZ平面的截面形状以假想轴M为中心向X轴方向的一侧和另一侧分别旋转90°的角度范围而成的形状。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。

能够在第2光学系统32的光学元件35上规定假想线P，该假想线P连接上侧交点53和下侧交点54，该上侧交点53是在第2透过面43的有效光线范围50的Y轴方向的上端通过的上端光束51的上周边光线51a与在该有效光线范围50的Y轴方向的下端通过的下端光束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与下端光束52的下周边光线52b在YZ平面上交叉的交点。假想线P相对于在YZ平面上与假想轴M垂直的假想垂直线V倾斜。此外，假想线P相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度θ为90°以上。傾斜角度θ为从假想垂直线V起在图4的附图上绕顺时针取得的角度。即，假想线P的上侧交点53的一侧以假想垂直线V与假想线P的交点为轴相对于假想垂直线V顺时针转动的倾斜角度θ为90°以上。这里，假想线P也能够称作YZ平面上的光瞳。入射到光学元件的光线在假想线P或假想线P的附近会聚。入射到光学元件的光线的光束直径在假想线P的附近的区域A中成为最小。

这里，如图5所示，光学元件35在入射的光线的光路上具有第1部件部分65和折射率与第1部件部分65不同的第2部件部分66。第1部件部分65具有：第一第1部件部分65(1)，其具有第1透过面41和第2透过面43；以及第二第1部件部分65(2)，其具有反射面42。第2部件部分在Z轴方向上位于第一第1部件部分65(1)与第二第1部件部分65(2)之间。在本例中，第1部件部分65由树脂构成。第2部件部分66由玻璃构成。如图4所示，在第2部件部分66中入射到光学元件35的光线的光束直径最小。入射到光学元件35的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分66的内侧。

第2部件部分66整体上形成圆盘形状。第2部件部分66在第一第1部件部分65(1)的一侧具有圆形的平坦面，在第二第1部件部分65(2)的一侧具有圆形的凹曲面。第一第1部件部分65(1)与第2部件部分66的Z轴方向上的一侧紧贴，第二第1部件部分65(2)与第2部件部分66的Z轴方向上的另一侧紧贴。因此，第一第1部件部分65(1)的接合面、和第2部件部分66的与第一第1部件部分65(1)的接合面具有对应的平面形状。第2部件部分66的与第二第1部件部分65(2)的接合面为凹曲面形状。第二第1部件部分65(2)的与第2部件部分66的接合面为与第2部件部分66的凹曲面形状对应的凸曲面形状。

第1部件部分65和第2部件部分66的折射率不同。此外，第2部件部分66与第二第1部件部分65(2)的接合面为曲面形状。因此，光学元件35在第2部件部分66与第二第1部件部分65(2)的接合面中具有屈光力。

此外，第1部件部分65和第2部件部分66的材质不同，因此，耐热性不同。即，与由树脂构成的第1部件部分65相比，由玻璃构成的第2部件部分66的短波长的光线的透过率高。由此，在第2部件部分66中，可抑制由于吸收短波长的光线而引起的温度上升。因此，与第1部件部分65相比，第2部件部分66难以发热，耐热性高。

这里，有时在光学元件35中设置有光圈O2。通过如下方法等来设置光圈O2：沿着假想线P对光学元件35进行分割，在分割面上涂敷遮光用的墨，之后将分割后的光学元件35接合为一个。另外，使用能够遮挡光束的一部分的部件来形成光圈O2即可，不限于使用墨来形成。

(透镜数据)

投射光学系统3A的透镜数据如下所述。面编号是从缩小侧向放大侧依次标注的。附加有*的面编号的面为非球面。标号在第1光学系统31中表示各透镜的标号。在第2光学系统32中表示第1透过面41、反射面42和第2透过面43的标号和第一第1部件部分65(1)、第2部件部分66、第二第1部件部分65(2)。即，面编号32为第1透过面41。面编号33为第一第1部件部分65(1)与第2部件部分66的接合面。面编号34为第2部件部分66与第二第1部件部分65(2)的接合面。面编号35为反射面42。面编号36为第二第1部件部分65(2)与第2部件部分66的接合面。面编号37为第2部件部分66与第一第1部件部分65(1)的接合面。因此，面编号33和面编号37具有平面形状。此外，面编号34和面编号36具有对应的曲面形状。面编号38为第2透过面43。r为曲率半径，单位为mm。d为轴上面间隔，单位为mm。nd为折射率。νd为阿贝数。E为有效直径。

面编号32、35、38的非球面数据如下。

(效果)

在本例的投射光学系统3A中，构成第2光学系统32的光学元件35具有凹曲面形状的反射面42和向放大侧突出的凸曲面形状的第2透过面43。因此，光学元件35能够使被反射面42反射的光束在第2透过面43上折射。因此，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的短焦化、即缩短投射距离。此外，光学元件35具有向放大侧突出的凸曲面形状的第2透过面43，因此，即使在缩短投射距离的情况下，也能够抑制配置于中间像33的放大侧的凹曲面形状的反射面42发生大型化。

参照图6和图7，对该效果进行说明。图6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7是第2光学系统32在中间像33的放大侧具有反射面42和凸曲面形状的第2透过面43的情况下的倍率的说明图。

如图6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3A的倍率Q为在从中间像33到屏幕S的特定的光线的光路中从反射面42到屏幕S的距离T与中间像33与反射面42之间的距离R之比。即，Q＝T/R。因此，与放大侧成像面即屏幕S共轭的中间像33为了使倍率Q一致而向沿着假想轴M的方向大幅倾斜，从而产生像面弯曲。这里，中间像33在倾斜时会增大。此外，当中间像33增大时，需要增大位于中间像33的放大侧的反射面42。因此，关于在中间像33的放大侧仅具有凹曲面形状的反射面42的投射光学系统3A，在缩短投射距离的情况下，反射面42容易发生大型化。此外，当中间像33增大时，需要第1光学系统31与第2光学系统32之间的距离，投射光学系统3A的全长增长。

与此相对，在本例中，第2光学系统32在反射面42的放大侧具有凸曲面形状的第2透过面43，因此，能够抑制中间像33增大。即，如图7所示，在本例中，投射光学系统3A的倍率Q为在从中间像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′与距离R1和距离R2的合计之比，距离R1是中间像33与反射面42之间的距离，距离R2是反射面42与第2透过面43之间的距离。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不会为了使倍率一致而沿着假想轴M大幅倾斜，减小了像面弯曲。因此，能够抑制中间像33增大。因此，能够抑制位于中间像33的放大侧的反射面42发生大型化。此外，如果最外周的光线51在通过第1透过面41时能够向内侧折射，则能够进一步使反射面42小型化。此外，第2透过面43为凸曲面形状，具有正屈光力，因此，与不具有第2透过面43的情况相比，起到使光束会聚的作用，能够抑制反射面42发生大型化。

并且，在本例中，中间像33位于光学元件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与光学元件35之间的情况相比，能够使第1光学系统31与光学元件35接近。由此，能够使投射光学系统3A紧凑。

此外，在本例中，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。

并且，在本例中，位于中间像33的缩小侧的第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。并且，在本例中，中间像33不沿着假想轴M大幅倾斜，中间像33在与假想轴M垂直的方向上竖立。因此，容易使第1透过面41与中间像33在Z轴方向上接近，能够将非球面配置于与中间像33接近的位置。因此，能够高效地校正在中间像33中产生的像差。

此外，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜，因此，能够不遮挡在第2透过面43的有效光线范围50的下端通过的下端光束52而使其到达屏幕S。

并且，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜，因此，与假想线P和假想垂直线V平行的情况相比，能够抑制屏幕S的上方的周边部的光量下降。即，如果假想线P相对于假想垂直线V倾斜，则与假想线P和假想垂直线V平行的情况相比，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。这里，图8是到达屏幕S的光束的打开角度的说明图。图8是图2的A部分的部分放大图。到达屏幕S的上部的光束的打开角度θ0为屏幕S和上端光束51的上周边光线51a所形成的角度θ1与屏幕S和上端光束51的下周边光线51b所形成的角度θ2之差。

此外，如果到达屏幕S的上部的光束的打开角度θ0增大，则与到达屏幕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的上部的周边部的光量低于下部。这里，图9是到达屏幕S的光束的打开角度的说明图。图9是图2的B部分的部分放大图。到达屏幕S的下部的光束的打开角度θ0为屏幕S和下端光束52的上周边光线52a所形成的角度θ1与屏幕S和下端光束52的下周边光线52b所形成的角度θ2之差。

并且，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度为90°以上。由此，到达屏幕S的下部的光束的打开角度θ0减小。因此，到达屏幕S的上部的光束的打开角度θ0与到达屏幕S的下部的光线的打开角度θ0之差减小，因此，能够抑制在屏幕S中产生的上部与下部之间的光量之差。

接着，在本例中，通过光学元件35的光线利用凹曲面形状的反射面42在光学元件35的内部会聚。因此，在光学元件35的内部，光密度升高，有时光学元件35的一部分变为高温。该情况下，存在变为高温的光学元件35的一部分热膨胀而导致投射光学系统3A的光学性能的劣化的问题。

针对这样的问题，光学元件35在通过该光学元件35的光线的光路上具有由树脂构成的第1部件部分65和由玻璃构成的第2部件部分66。而且，使入射到光学元件35的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分66。由此，在光学元件35的内部光密度升高而容易变为高温的区域A由耐热性较高的材质构成。因此，能够抑制或避免变为高温的光学元件35的一部分热膨胀而导致投射光学系统3A的光学性能的劣化。

此外，由玻璃构成的第2部件部分66的Z轴方向上的一个面为平坦面。此外，由玻璃构成的第2部件部分66的另一个面为凹曲面形状，但不是非球面。因此，第2部件部分66的制造较容易。另一方面，在光学元件35中，具有非球面的第1透过面41和非球面的第2透过面43的第一第1部件部分65(1)以及具有非球面的反射面42的第二第1部件部分65(2)均由树脂构成。因此，与第一第1部件部分65(1)和第二第1部件部分65(2)为玻璃制的情况相比，容易在光学元件35中设置非球面。

并且，中间像33形成于第2部件部分66，因此，中间像33不会横穿第1部件部分65与第2部件部分66的接合面。因此，能够抑制投射图像由于第1部件部分65与第2部件部分66的接合面而劣化。

并且，在本例中，第1部件部分65和第2部件部分66的折射率不同。此外，第2部件部分66与第二第1部件部分65(2)的接合面为曲面形状。因此，光学元件35在第2部件部分66与第二第1部件部分65(2)的接合面中具有正屈光力。因此，光学元件35能够在第2部件部分66与第二第1部件部分65(2)的接合面中控制各种像差，从而提高分辨率。

这样，根据本例的投射光学系统3A，即使在由一个光学元件35构成第2光学系统32的情况下，也能够在第2光学系32中进行各种像差的校正。因此，能够确保第1光学系统31的设计的自由度。

图10是示出投射光学系统3A的放大侧的MTF的图。表示MTF的图10的横轴为空间频率。纵轴为对比度再现率。如图10所示，本例的投射光学系统3A具有高分辨率。

(比较例)

这里，通过与比较例的投射光学系统的效果相比较来说明实施例的投射光学系统3A具有较高的分辨率这一效果。图11是比较例的投射光学系统的光线图。图12是比较例的第2光学系统的光线图。图13是构成比较例的第2光学系统的光学元件的材质的说明图。与投射光学系统3A同样，本例的投射光学系统3B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。即，投射光学系统3B具有与图2所示的投射光学系统3A相同的结构。此外，如图11、图12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。中间像33形成于第2光学系统32的内侧。

第1光学系统31为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枚光学元件35B构成。中间像33形成于光学元件35B的内侧。

在缩小侧成像面上配置有图像形成部2的液晶面板18R、液晶面板18G和液晶面板18B。在图11中，示出3个液晶面板18R、18G、18B中的一个即液晶面板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。在放大侧成像面上配置有屏幕S。

如图11所示，第1光学系统31具有十字分色棱镜19和15枚透镜L1～L15。从缩小侧朝向放大侧依次配置有第1透镜L1～第15透镜L15。在本例中，第2透镜L2和第3透镜L3是接合起来的第1接合透镜L21。第4透镜L4和第5透镜L5是接合起来的第2接合透镜L22。第11透镜L11和第12透镜L12是接合起来的第3接合透镜L23。第13透镜L13和第14透镜L14是接合起来的第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O1。另外，第1光学系统31有时不具有十字分色棱镜19。

如图12所示，光学元件35B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。如图2所示，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形成于第1光学系统31的光轴N的下方Y2。屏幕S位于第1光学系统31的光轴N的上方Y1。屏幕S的横向为X轴方向。

中间像33是相对于形成在屏幕S上的投射图像上下反转的图像。此外，中间像33是畸变成使得长方形的最终像投射到作为放大侧成像面的屏幕S上的图像。更具体而言，中间像33是形成在屏幕S上的最终像的梯形畸变变小的形状。即，中间像33与最终像的梯形畸变相反地畸变。因此，在中间像33中，屏幕S上的像高最高的边最短。

在本例中，设定了在YZ平面上沿Z轴方向延伸的假想轴M。假想轴M为光学元件35B的设计基准轴。假想轴M与作为放大侧成像面的屏幕S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具有向远离第1透过面41的方向凹陷的凹曲面形状。因此，反射面42具有正屈光力。反射面42是通过从外侧对光学元件35B施加反射涂层来设置的。第2透过面43具有向放大侧突出的凸曲面形状。因此，第2透过面43具有正屈光力。这里，第1透过面41、反射面42和第2透过面43为具有关于假想轴M旋转对称的面的共轴光学系统。因此，假想轴M为光学元件35B的设计基准轴并且为光学元件35B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。

光学元件35B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11所示的YZ平面的截面形状以假想轴M为中心向X轴方向的一侧和另一侧分别旋转90°的角度范围而成的形状。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。

能够在第2光学系统32的光学元件35B上规定假想线P，该假想线P连接上侧交点53和下侧交点54，该上侧交点53是在第2透过面43的有效光线范围50的Y轴方向的上端通过的上端光束51的上周边光线51a与在该有效光线范围50的Y轴方向的下端通过的下端光束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与下端光束52的下周边光线52b在YZ平面上交叉的交点。假想线P相对于在YZ平面上与假想轴M垂直的假想垂直线V倾斜。此外，假想线P相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度θ为90°以上。即，假想线P的上侧交点53的一侧以假想垂直线V与假想线P的交点为轴相对于假想垂直线V顺时针转动的倾斜角度θ为90°以上。这里，假想线P也能够称作YZ平面上的光瞳。入射到光学元件的光线在假想线P或假想线P的附近会聚。入射到光学元件的光线的光束直径在假想线P的附近的区域A中成为最小。

这里，如图13所示，光学元件35B在入射的光线的光路上具有第1部件部分65和折射率与第1部件部分65不同的第2部件部分66。第1部件部分65具有：第一第1部件部分65(1)，其具有第1透过面41和第2透过面43；以及第二第1部件部分65(2)，其具有反射面42。第2部件部分在Z轴方向上位于第一第1部件部分65(1)与第二第1部件部分65(2)之间。在本例中，第1部件部分65由树脂构成。第2部件部分66由玻璃构成。如图12所示，在第2部件部分66中入射到光学元件35B的光线的光束直径最小。即，入射到光学元件35B的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分66的内侧。

第2部件部分66整体上呈圆盘形状。第2部件部分66的Z轴方向的双面为平坦面。即，第2部件部分66在第一第1部件部分65(1)侧和第二第1部件部分65(2)侧具有圆形的平坦面。第一第1部件部分65(1)与第2部件部分66的Z轴方向上的一侧紧贴，第二第1部件部分65(2)与第2部件部分66的Z轴方向上的另一侧紧贴。因此，第一第1部件部分65(1)的接合面、和第2部件部分66的与第一第1部件部分65(1)的接合面具有平面形状。此外，第2部件部分66的与第二第1部件部分65(2)的接合面、和第二第1部件部分65(2)的与第2部件部分66的接合面具有平面形状。因此，光学元件35B在第2部件部分66与第一第1部件部分65(1)的接合面中不具有屈光力。此外，在第2部件部分66与第二第1部件部分65(2)的接合面中不具有屈光力。

(透镜数据)

投射光学系统3B的透镜数据如下所述。面编号是从缩小侧向放大侧依次标注的。附加有*的面编号的面为非球面。面编号1为液晶面板18，并且为缩小侧成像面。面编号2为十字分色棱镜19的缩小侧的面，面编号3为放大侧的面。面编号21的栏为虚设的数据。标号在第1光学系统31中为各透镜的标号。

此外，标号在第1光学系统31中表示各透镜的标号。在第2光学系统32中表示第1透过面41、反射面42和第2透过面43的标号和第一第1部件部分65(1)、第2部件部分66、第二第1部件部分65(2)。即，面编号32为第1透过面41。面编号33为第一第1部件部分65(1)与第2部件部分66的接合面。面编号34为第2部件部分66与第二第1部件部分65(2)的接合面。面编号35为反射面42。面编号36为第二第1部件部分65(2)与第2部件部分66的接合面。面编号37为第2部件部分66与第一第1部件部分65(1)的接合面。因此，面编号33、面编号34、面编号36和面编号37具有平面形状。面编号38为第2透过面43。r为曲率半径，单位为mm。d为轴上面间隔，单位为mm。nd为折射率。νd为阿贝数。E为有效直径。

面编号32、35、38的非球面数据如下。

这里，在比较例的投射光学系统3B中，在第2部件部分66与第二第1部件部分65(2)的接合面不具有屈光力。因此，在光学元件35B中，难以在第2部件部分66与第二第1部件部分65(2)的接合面中控制各种像差。

图14是示出比较例的投射光学系统3B的放大侧的MTF的图。表示MTF的图14的横轴为空间频率。纵轴为对比度再现率。对图10与图14进行比较可知，实施例的投射光学系统3A与本例的投射光学系统3B相比，抑制了分辨率的下降。

(其他实施方式)

在实施例的投射光学系统3A的光学元件35中，第2部件部分66也可以在第一第1部件部分65(1)的一侧具有凸曲面，在第二第1部件部分65(2)的一侧具有凹曲面。这样，光学元件35能够在第2部件部分66与第一第1部件部分65(1)的接合面中具有屈光力。因此，光学元件35能够在第2部件部分66与第一第1部件部分65(1)的接合面中控制各种像差，从而提高分辨率。

另外，在投射光学系统3A中，中间像33也可以形成于光学元件35的第1部件部分65。即使在该情况下，中间像33也不会横穿第1部件部分65与第2部件部分66的接合面，因此，能够抑制投射图像由于第1部件部分65与第2部件部分66的接合面而劣化。

在摄像装置中使用投射光学系统3的情况下，如图2所示，在投射光学系统3的缩小侧成像面上配置摄像元件100。

Claims (12)

1.一种投射光学系统，其特征在于，该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，

所述第2光学系统是从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面、反射面和第2透过面的光学元件，

所述第1透过面和所述反射面位于预先设定的假想轴的一侧，

所述第2透过面位于所述假想轴的另一侧，

所述反射面具有凹曲面形状，

所述第2透过面具有向所述放大侧突出的凸曲面形状，

所述光学元件在通过该光学元件的光线的光路上具有第1部件部分和折射率与所述第1部件部分不同的第2部件部分，

所述第1部件部分与所述第2部件部分的接合面具有曲面形状。

2.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述中间像位于所述光学元件中的所述第1透过面与所述反射面之间。

3.根据权利要求1或2所述的投射光学系统，其特征在于，

在设相互正交的3轴为X轴、Y轴和Z轴、所述假想轴延伸的方向为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轴垂直并且包含所述Y轴和所述Z轴的面为YZ平面的情况下，

将上侧交点与下侧交点连接的假想线相对于在所述YZ平面上与所述假想轴垂直的假想垂直线倾斜，所述上侧交点是在所述第2透过面的有效光线范围的Y轴方向的上端通过的上端光束的上周边光线与在该有效光线范围的Y轴方向的下端通过的下端光束的上周边光线在YZ平面上交叉的交点，所述下侧交点是所述上端光束的下周边光线与所述下端光束的下周边光线在所述YZ平面上交叉的交点。

4.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第2部件部分的耐热性比所述第1部件部分的耐热性高，

在所述第2部件部分中入射到所述光学元件的光线的光束直径最小。

5.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述中间像位于所述第2部件部分。

6.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第1透过面、所述反射面和所述第2透过面设置于所述第1部件部分。

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部件部分的材质为树脂。

8.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第2部件部分的材质为玻璃。

9.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述光学元件具有光圈。

10.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第1透过面、所述反射面和所述第2透过面中的任意的面为非球面。

11.一种投射型图像显示装置，其特征在于，其具有：

权利要求1～10中的任意一项所述的投射光学系统；以及

图像形成部，其在所述缩小侧成像面上形成投射图像。

12.一种摄像装置，其特征在于，其具有：

权利要求1～10中的任意一项所述的投射光学系统；以及

摄像元件，其配置于所述缩小侧成像面。

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