CN111638590A - 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。能够防止光学元件的一部分变为高温并热膨胀从而导致光学性能的劣化。投射光学系统(3A)从缩小侧起依次由第1光学系统(31)和第2光学系统(32)构成，在缩小侧成像面与放大侧成像面之间形成中间像(33)。第2光学系统(32)为光学元件(35C)。光学元件(35C)从缩小侧起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)。光学元件(35C)在通过该光学元件(35C)的光线的光路上具有第1部件部分(65)和材质与第1部件部分不同的第2部件部分(66)。

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光学系统由凹曲面形状的反射镜构成。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，位于反射镜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镜。因此，关于在中间像的放大侧仅具有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部件部分和材质与所述第1部件部分不同的第2部件部分。

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1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1的投射光学系统的放大侧的MTF的图。

图11是实施例2的投射光学系统的光线图。

图12是实施例2的第2光学系统的光线图。

图13是构成实施例2的第2光学系统的光学元件的材质的说明图。

图14是示出实施例2的投射光学系统的放大侧的MTF的图。

图15是实施例3的投射光学系统的光线图。

图16是实施例3的第2光学系统的光线图。

图17是构成实施例3的第2光学系统的光学元件的材质的说明图。

图18是示出实施例3的投射光学系统的放大侧的MTF的图。

图19是光学元件的变形例的说明图。

标号说明

1：投射型图像显示装置；2：图像形成部；3、3A、3B、3C：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；61：第1区域；62：第2区域；63：第3区域；64：第4区域；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；71、72、73：假想的边界面；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1至3。

(实施例1)

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1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35A构成。中间像33形成于光学元件35A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6透镜L6与第7透镜L7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35A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是最终像的梯形畸变比形成在屏幕S上的理想的长方形的最终像小的形状。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35A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具有正屈光力。反射面42是通过从外侧对光学元件35A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35A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35A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3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35A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逆时针转动的倾斜角度θ超过90°。假想线P也能够称作YZ平面上的投射光学系统3A的光瞳。因此，投射光学系统3A的光瞳相对于与假想轴M垂直的面倾斜。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，关于光学元件35A，能够在通过该光学元件35A的光线的光路上定义第1区域61、第2区域62、第3区域63和第4区域64这4个区域。第1区域61在Z轴方向上位于第1透过面41与反射面42之间，并且在Z轴方向上位于反射面42与第2透过面43之间。第1区域61的Z轴方向上的厚度是恒定的。在本例中，第1区域61形成圆盘形状。另外，第1区域61也可以为长方体形状。中间像33形成于光学元件35A的内侧。如图4所示，入射到光学元件35A的光线的光束直径成为最小的区域A的至少一部分位于第1区域61的内侧。

第2区域62在假想轴M的下方Y2与第1区域61的一侧相邻。第2区域62具有第1透过面41。第1区域61与第2区域62的假想的边界面71为平坦面。边界面71为后述的透镜数据的面编号33。

第3区域63在假想轴M的下方Y2位于第1区域61的与第2区域62相反的一侧。第3区域63与第1区域61在Z轴方向上相邻。第3区域63具有反射面42。第3区域63与第1区域61的假想的边界面72为平坦面。边界面72为后述的透镜数据的面编号34、面编号36。第2区域62和第3区域63从Z轴方向的两侧夹着第1区域61。

第4区域64在假想轴M的上方Y1与第1区域61的一侧相邻。此外，第4区域64与第2区域62的上方Y1相邻。第4区域64具有第2透过面43。此外，第4区域64与第1区域61的假想的边界面73为平坦面。边界面73为后述的透镜数据的面编号37。

在本例中，第2区域62、第3区域63和第4区域64由树脂构成。即，光学元件35A的第2区域62、第3区域63和第4区域64为由树脂构成的第1部件部分65。另一方面，第1区域61由玻璃构成。即，光学元件35A的第1区域61为由玻璃构成的第2部件部分66。在本例中，第1区域61由石英玻璃构成。

第1部件部分65具有：第一第1部件部分65(1)，其在Z轴方向上的第2部件部分66的一侧具有第2区域62和第4区域64；以及第二第1部件部分65(2)，其在第2部件部分66的另一侧具有第3区域63。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形状。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)的接合面均为平坦面。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)的接合面具有对应的形状。因此，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)的接合面均为平坦面。

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更高。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。

另外，如图4中虚线所示，有时在光学元件35A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35A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35A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。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的与第二第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的与第一第1部件部分65(1)的接合面。面编号38为第2透过面43。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。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35A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35A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35A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并且在反射面42的放大侧具有凸曲面形状的第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不会为了使倍率在屏幕S的上方和下方一致而沿着假想轴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35A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35A之间的情况相比，能够使第1光学系统31与光学元件35A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的缩小侧旁边的第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，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和中间像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的上方的光束的打开角度θ0增大。由此，到达屏幕S的上方的光量增多。这里，图8是到达屏幕S的上方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的上方的光束的打开角度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的上方的光束的打开角度θ0增大，则与到达屏幕S的下方的光束的打开角度θ0之差减小。因此，能够抑制屏幕S的上方的周边部的光量低于下方。这里，图9是到达屏幕S的下方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的下方的光束的打开角度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的下方的光束的打开角度θ0减小。因此，到达屏幕S的上方的光束的打开角度θ0与到达屏幕S的下方的光线的打开角度θ0之差减小，因此，能够抑制在屏幕S中产生的上方与下方之间的光量之差。

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

与此相对，光学元件35A在通过该光学元件35A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35A的光线的光束直径成为最小的区域A位于第2部件部分66。由此，在光学元件35A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35A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的双面是平坦的。因此，第2部件部分66的制造较容易。另一方面，在光学元件35A中，具有非球面的第1透过面41的第2区域62、具有非球面的反射面42的第3区域63以及具有非球面的第2透过面43的第4区域64均为第1部件部分65，由树脂构成。因此，与使第2区域62、第3区域63和第4区域64为玻璃制的情况相比，容易对光学元件35A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中间像33位于第1部件部分65与第2部件部分66的接合面上而劣化。

此外，在本例中，能够在位于第2部件部分66的Z轴方向上的一侧的第一第1部件部分65(1)设置第1透过面41和第2透过面43这2个面。因此，光学元件35A的制造变得容易。

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，在本例中，抑制了分辨率的下降。

(实施例2)

图11是实施例2的投射光学系统的光线图。图12是实施例2的投射光学系统的第2光学系统的光线图。图13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。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。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也可以不位于第2光学系统32的内侧。此外，第1光学系统31有时不具有十字分色棱镜19。这里，投射光学系统3B具有与实施例1的投射光学系统3A对应的结构，因此，对于对应的结构标注相同的标号，并省略说明。

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。

如图13所示，在光学元件35B中，也能够在通过该光学元件35B的光线的光路上定义第1区域61、第2区域62、第3区域63和第4区域64这4个区域。第1区域61在Z轴方向上位于第1透过面41与反射面42之间，并且在Z轴方向上位于反射面42与第2透过面43之间。第1区域61的Z轴方向上的厚度是恒定的。在本例中，第1区域61形成圆盘形状。中间像33形成于光学元件35A的内侧。如图12所示，入射到光学元件35B的光线的光束直径最小的区域A的至少一部分位于第1区域61的内侧。第2区域62在假想轴M的下方Y2与第1区域61的一侧相邻。第2区域62具有第1透过面41。第3区域63在假想轴M的下方Y2位于第1区域61的与第2区域62相反的一侧。第3区域和第1区域在Z轴方向上相邻。第3区域63具有反射面42。第2区域62和第3区域63从Z轴方向的两侧夹着第1区域61。第4区域64在假想轴M的上方Y1与第1区域61的一侧相邻。此外，第4区域64与第2区域62的上方Y1相邻。第4区域64具有第2透过面43。

在本例中，第2区域62和第4区域64由树脂构成。即，如图13所示，光学元件35B的第2区域62和第4区域64为由树脂构成的第1部件部分65。另一方面，第1区域61和第3区域63由石英玻璃构成。即，光学元件35B的第1区域61和第3区域63为由玻璃构成的第2部件部分66。第1部件部分65一体地具有第2区域62和第4区域64。第2部件部分66一体地具有第1区域61和第3区域63。

第1部件部分65与第2部件部分66的Z轴方向上的一侧紧贴。因此，第1部件部分65的接合面、和第2部件部分66的与第1部件部分65的接合面具有对应的形状。因此，第1部件部分65的接合面、和第2部件部分66的与第1部件部分65的接合面均为平坦面。

这里，第2部件部分66为玻璃制，因此，与树脂制的第1部件部分65相比，难以发热，耐热性高。另外，如图12中虚线所示，有时在光学元件35B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35B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35B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、第1部件部分65和第2部件部分66。即，面编号32为第1透过面41。面编号33为第1部件部分65与第2部件部分66的接合面。面编号34为第1区域61与第3区域63之间的假想的边界面。面编号35为反射面42。面编号36为第3区域63与第1区域61之间的假想的边界面。面编号37为第2部件部分66的与第1部件部分65的接合面。面编号38为第2透过面43。面编号33、面编号34、面编号36和面编号37具有平面形状。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3B中，构成第2光学系统32的光学元件35B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35B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3B的短焦化、即缩短投射距离。此外，光学元件35B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。

此外，在本例中，中间像33位于光学元件35B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35B之间的情况相比，能够使第1光学系统31与光学元件35B接近。由此，能够使投射光学系统3B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3B中，能够抑制像差的产生。

并且，在本例中，位于中间像33的缩小侧旁边的第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，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和中间像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。并且，如果到达屏幕S的上方的光束的打开角度θ0增大，则与到达屏幕S的下方的光束的打开角度θ0之差减小。因此，能够抑制屏幕S的上方的周边部的光量低于下方。

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

接着，在本例中，光学元件35B在通过该光学元件35B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35B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35B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35B的一部分热膨胀而导致投射光学系统3B的光学性能的劣化。

此外，在本例中，将具有反射面42的第3区域63设为由玻璃构成的第2部件部分66。这里，在第3区域63中，从缩小侧朝向反射面42的光线与被反射面42反射并朝向放大侧的光线重叠，因此，光密度升高，容易变为高温。与此相对，在本例中，使第3区域63成为由玻璃构成的第2部件部分66，因此，能够抑制或避免变为高温的第3区域63热膨胀而导致投射光学系统3B的光学性能的劣化。

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。

此外，在本例中，在位于第2部件部分66的Z轴方向的一侧的第1部件部分65设置有第1透过面41和第2透过面43这2个面。此外，本例的光学元件35B由一个第1部件部分65和第2部件部分66构成。因此，与第1部件部分65设置于光学元件35B的隔开的两个位置上的情况相比，容易制造光学元件35B。

并且，具有非球面的第1透过面41的第2区域62和具有非球面的第2透过面43的第4区域64均由树脂构成。因此，与第2区域62和第4区域64为玻璃制的情况相比，容易对光学元件35B设置非球面的第1透过面41和非球面的第2透过面43。

图14是示出投射光学系统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。如图14所示，在本例中，抑制了分辨率的下降。

(实施例3)

图15是实施例3的投射光学系统的光线图。图16是第2光学系统的光线图。图17是构成第2光学系统的光学元件的材质的说明图。如图15所示，本例的投射光学系统3C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15、图16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。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。此外，第1光学系统31有时不具有十字分色棱镜19。这里，投射光学系统3C具有与实施例1的投射光学系统3A对应的结构，因此，对于对应的结构标注相同的标号，并省略说明。

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35C构成。中间像33形成于光学元件35C的内侧。

如图17所示，在光学元件35C中，也能够在通过该光学元件35C光线的光路上定义第1区域61、第2区域62、第3区域63和第4区域64这4个区域。第1区域61在Z轴方向上位于第1透过面41与反射面42之间，并且在Z轴方向上位于反射面42与第2透过面43之间。第1区域61的Z轴方向上的厚度是恒定的。在本例中，第1区域61形成圆盘形状。中间像33形成于光学元件35A的内侧。如图16所示，入射到光学元件35C的光线的光束直径最小的区域A的至少一部分位于第1区域61的内侧。第2区域62在假想轴M的下方Y2与第1区域61的一侧相邻。第2区域62具有第1透过面41。第3区域63在假想轴M的下方Y2位于第1区域61的与第2区域62相反的一侧。第3区域和第1区域在Z轴方向上相邻。第3区域63具有反射面42。第2区域62和第3区域63从Z轴方向的两侧夹着第1区域61。第4区域64在假想轴M的上方Y1与第1区域61的一侧相邻。此外，第4区域64与第2区域62的上方Y1相邻。第4区域64具有第2透过面43。

在本例中，第2区域62和第3区域63由树脂构成。即，如图17所示，光学元件35C的第2区域62和第3区域63为由树脂构成的第1部件部分65。另一方面，第1区域61和第4区域64由石英玻璃构成。即，光学元件35C的第1区域61和第4区域64为由玻璃构成的第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2区域62；以及第二第1部件部分65(2)，其具有第3区域63。

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形状。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)的接合面均为平坦面。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)的接合面具有对应的形状。第2部件部分66的与第二第1部件部分65(2)的接合面和第二第1部件部分65(2)的接合面均为平坦面。

这里，第2部件部分66为玻璃制，因此，与树脂制的第1部件部分65相比，难以发热，耐热性高。另外，如图16中虚线所示，有时在光学元件35C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35C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35C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3C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的标号以及第一第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1区域61与第4区域64之间的假想的边界面。面编号38为第2透过面43。面编号33、面编号34、面编号36和面编号37具有平面形状。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3C中，构成第2光学系统32的光学元件35C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35C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3C的短焦化、即缩短投射距离。此外，光学元件35C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。

此外，在本例中，中间像33位于光学元件35C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35C之间的情况相比，能够使第1光学系统31与光学元件35C接近。由此，能够使投射光学系统3C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3C中，能够抑制像差的产生。

并且，在本例中，位于中间像33的缩小侧旁边的第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，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和中间像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。并且，如果到达屏幕S的上方的光束的打开角度θ0增大，则与到达屏幕S的下方的光束的打开角度θ0之差减小。因此，能够抑制屏幕S的上方的周边部的光量低于下方。

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

接着，在本例中，光学元件35C在通过该光学元件35C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35C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35C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35C的一部分热膨胀而导致投射光学系统3C的光学性能的劣化。

此外，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。

此外，在本例中，具有非球面的第1透过面41的第2区域62和具有非球面的反射面42的第3区域63均由树脂构成。因此，与第2区域62和第3区域63为玻璃制的情况相比，容易对光学元件35C设置非球面的第1透过面41和非球面的反射面42。

图18是示出投射光学系统3C的放大侧的MTF的图。表示MTF的图18的横轴为空间频率。纵轴为对比度再现率。如图18所示，在本例中，抑制了分辨率的下降。

(其他实施方式)

图19示出投射光学系统3的第2光学系统32中可采用的光学元件35的变形例。在图19所示的变形例的光学元件35D中，将第1区域61和第2区域62设为由玻璃构成的第2部件部分66，将第3区域63和第4区域64设为由树脂构成的第1部件部分65。第1部件部分65具有：第一第1部件部分65(1)，其具有第3区域63；以及第二第1部件部分65(2)，其具有第4区域64。

即使这样，也能够使入射到光学元件35D的光线的光束直径最小的区域位于第2部件部分66。因此，在光学元件35D的内部光密度升高而容易变为高温的区域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35D的一部分热膨胀而导致投射光学系统的光学性能的劣化。

另外，在使用投射光学系统3构成摄像装置的情况下，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 (18)

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部件部分和材质与所述第1部件部分不同的第2部件部分。

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，

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，

入射到所述光学元件的光线的光束直径最小的区域的至少一部分与所述第2部件部分重叠。

4.根据权利要求1或2所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第2部件部分的光线的透过率比所述第1部件部分的光线的透过率高，

入射到所述光学元件的光线的光束直径最小的区域的至少一部分与所述第2部件部分重叠。

5.根据权利要求1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。

6.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

光瞳在所述光学元件的内侧相对于与所述假想轴垂直的面倾斜。

7.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述中间像形成于所述第2部件部分。

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。

9.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第1透过面和所述第2透过面设置于所述第1部件部分，

所述反射面设置于所述第2部件部分。

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透过面和所述反射面设置于所述第1部件部分，

所述第2透过面设置于所述第2部件部分。

11.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。

12.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。

13.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部件部分与所述第2部件部分的接合面具有相互对应的面形状。

14.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。

15.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，

所述光学元件在比所述反射面靠放大侧的位置具有光圈。

16.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光学系统为折射光学系统。

17.一种投射型图像显示装置，其特征在于，其具有：

权利要求1～16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。

18.一种摄像装置，其特征在于，其具有：

权利要求1～16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。

Images