CN111665615B - 投射型图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

光学元件和投射型图像显示装置。提供由一个光学元件构成并能够校正色差的投射光学系统。光学元件(3A)从缩小侧向放大侧依次具有第1透射面(11)、反射面(12)、第2透射面(13)。第1透射面(11)和反射面(12)位于沿Z轴方向延伸的假想轴(L)的下方(Y2)，第2透射面(13)位于假想轴(L)的上方(Y1)。反射面(12)具有凹形状，第2透射面(13)具备向放大侧突出的凸形状。光学元件(3A)在入射的光线的光路上具备第1部件部分(31)和折射率与第1部件部分(31)不同的第2部件部分(32)。

Description

投射型图像显示装置
技术领域
本发明涉及具备凹形状的反射面的光学元件和投射型图像显示装置。
背景技术
通过投射光学系统放大并投射图像形成部形成的投射图像的投射型图像显示装置记载于专利文献1。该文献的投射光学系统从缩小侧向放大侧依次由第1光学系统和第2光学系统构成。第1光学系统具备折射光学系统。第2光学系统由具备凹形状的反射面的反射镜构成。图像形成部具备光源和光阀。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，向配置在放大侧成像面的屏幕投射最终像。
专利文献1：日本特开2010-20344号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了抑制构成投射光学系统的光学元件的数量，可考虑省略由折射光学系统构成的第1光学系统，将图像形成部配置在第2光学系统的缩小侧，并且在第2光学系统具备反射镜和透镜。但是，在这种情况下，在第2光学系统中，光学元件的数量増加。
用于解决课题的手段
本申请的光学元件的特征在于，所述光学元件从缩小侧向放大侧依次具有第1透射面、反射面以及第2透射面，在设彼此正交的3轴为X轴、Y轴及Z轴、设所述第1透射面及所述反射面排列的方向为Z轴方向、设所述Y轴的一侧为上方、设所述Y轴的另一侧为下方、设与所述X轴垂直且包括所述Y轴及所述Z轴的面为YZ平面的情况下，所述第1透射面和所述反射面位于沿所述Z轴方向延伸的假想轴的下方，所述第2透射面位于所述假想轴的上方，所述反射面具有凹形状，在入射的光线的光路上具备第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。
附图说明
图1是表示实施例1的投射型图像显示装置的整体的光线图。
图2是图1的A部分的局部放大图。
图3是图1的B部分的局部放大图。
图4是光学元件的光线图。
图5是在光学元件的内部规定的假想线的说明图。
图6是示出屏幕中的畸变网格的图。
图7是示出缩小侧成像面中的畸变网格的图。
图8是示出光学元件的放大侧的MTF的图。
图9是示出光学元件的红色光线的MTF的图。
图10是示出光学元件的绿色光线的MTF的图。
图11是示出光学元件的蓝色光线的MTF的图。
图12是光学元件的点列图。
图13是表示比较例的投射型图像显示装置的整体的光线图。
图14是比较例的光学元件的光线图。
图15是示出屏幕中的畸变网格的图。
图16是示出光学元件的缩小侧成像面中的畸变网格的图。
图17是示出光学元件的放大侧的MTF的图。
图18是示出光学元件的红色光线的MTF的图。
图19是示出光学元件的绿色光线的MTF的图。
图20是示出光学元件的蓝色光线的MTF的图。
图21是光学元件的点列图。
图22是表示实施例2的投射型图像显示装置的整体的光线图。
图23是实施例2的光学元件的光线图。
图24是在光学元件内规定的假想线的说明图。
图25是示出屏幕中的畸变网格的图。
图26是示出光学元件的缩小侧成像面中的畸变网格的图。
图27是示出光学元件的放大侧的MTF的图。
图28是示出光学元件的红色光线的MTF的图。
图29是示出光学元件的绿色光线的MTF的图。
图30是示出光学元件的蓝色光线的MTF的图。
图31是光学元件的点列图。
图32是表示实施例3的投射型图像显示装置的整体的光线图。
图33是实施例3的投射型图像显示装置的光学元件的光线图。
图34是在光学元件内规定的假想线的说明图。
图35是示出屏幕中的畸变网格的图。
图36是示出光学元件的缩小侧成像面中的畸变网格的图。
图37是示出光学元件的放大侧的MTF的图。
图38是示出光学元件的红色光线的MTF的图。
图39是示出光学元件的绿色光线的MTF的图。
图40是示出光学元件的蓝色光线的MTF的图。
图41是光学元件的点列图。
图42是表示实施例4的投射型图像显示装置的整体的光线图。
图43是实施例4的投射型图像显示装置的光学元件的光线图。
图44是在光学元件内规定的假想线的说明图。
图45是示出屏幕中的畸变网格的图。
图46是示出光学元件的缩小侧成像面中的畸变网格的图。
图47是示出光学元件的放大侧的MTF的图。
图48是示出光学元件的红色光线的MTF的图。
图49是示出光学元件的绿色光线的MTF的图。
图50是示出光学元件的蓝色光线的MTF的图。
图51是光学元件的点列图。
图52是示出在各实施例中到达屏幕的光束的张角的图。
标号说明
1A～1D、100：投射型图像显示装置；2：图像形成部；3：光学元件；3、3A～3D：光学元件；4：液晶光阀；11：第1透射面；12：反射面；13：第2透射面；20：有效光线范围；21：上端光束；21a：上周边光线；21b：下周边光线；22：下端光束；22a：上周边光线；22b：下周边光线；23：上侧交点；24：下侧交点；31：第1部件部分；31(1)：第一第1部件部分；31(2)：第二第1部件部分；32：第2部件部分。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式的光学元件和投射型图像显示装置进行详细说明。
(实施例1)
图1是表示实施例1的投射型图像显示装置的整体的光线图。图2是图1的A部分的局部放大图。A部分是在沿着屏幕的Y轴的方向上像高最高的部分的附近。图3是图1的B部分的局部放大图。B部分是在沿着屏幕的Y轴的方向上像高最低的部分的附近。像高较高的A部分是与光学元件的光轴的距离最远的像位置，即屏幕中的最上方的像位置。像高较低的B部分是与光学元件的光轴的距离最近的像位置，即屏幕中的最下方的像位置。图4是光学元件的光线图。图5是在光学元件的内部规定的假想线的说明图。
如图1所示，本例的投射型图像显示装置1A具备图像形成部2和光学元件3A。图像形成部2使投射图像在光学元件3A的缩小侧成像面上成像。在光学元件3A的放大侧成像面配置有屏幕S。即，屏幕S是光学元件3A的放大侧成像面。
图像形成部2具备光源装置和光调制部。在本例中，光调制部是液晶光阀4。液晶光阀4具备液晶面板、光入射侧偏振板、光射出侧偏振板。液晶光阀4按像素的单位对从光源装置入射的光源光的强度的空间分布进行调制而形成投射图像。在图1、图4中，作为图像形成部2，示出液晶光阀4，省略光源装置的图示。
如图4所示，光学元件3A从缩小侧向放大侧依次具有第1透射面11、反射面12、以及第2透射面13。在以下的说明中，为了方便起见，将彼此正交的三轴设为X轴、Y轴以及Z轴。并且，将排列有第1透射面11和反射面12的方向设为Z轴方向，将Y轴的一方侧设为上方Y1，将Y轴的另一方侧设为下方Y2。此外，将与X轴垂直且包括Y轴和Z轴的面设为YZ平面。因此，图1至图5的各图示出从与X轴平行的方向观察的情况。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L。假想轴L是光学元件3A的设计基准轴。在本例中，假想轴L与作为放大侧成像面的屏幕S垂直。另外，假想轴L有时也不与屏幕S垂直。
第1透射面11和反射面12位于假想轴L的下方Y2。第2透射面13位于假想轴L的上方Y1。反射面12具备朝与第1透射面11分离的方向凹陷的凹形状。因此，反射面12具有正屈光力。反射面12是通过从外侧对光学元件3A施加反射涂层而设置的。第2透射面13具有向放大侧突出的凸形状。因此，第2透射面13具有正屈光力。
在第1透射面11上粘贴有液晶光阀4。在液晶光阀4映出的投射图像依次经由第1透射面11、反射面12及第2透射面13投射到屏幕S。投射到屏幕S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。
光学元件3A构成为上半部分、下半部分分别以假想轴L为中心的旋转对称。即，第1透射面11、反射面12、以及第2透射面13具备将图5所示的YZ平面的截面形状以假想轴L为中心向X轴方向的一侧及另一侧分别在90°的角度范围内旋转而成的形状。在本例中，反射面12及第2透射面13为非球面。
如图5所示，能够在光学元件3A上规定假想线P，该假想线P连接上侧交点23和下侧交点24，该上侧交点23是在第2透过面13的有效光线范围20的Y轴方向的上端通过的上端光束21的上周边光线21a与在该有效光线范围20的Y轴方向的下端通过的下端光束22的上周边光线22a在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点24是上端光束21的下周边光线21b与下端光束22的下周边光线22b在YZ平面上交叉的交点。在本例中，假想线P与在YZ平面中和假想轴L垂直的假想垂直线V平行。即，假想线P在YZ平面中与假想轴L垂直。在本例中，假想线P也可以称为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在假想线P附近的区域A中光束直径最小。
此处，如图4所示，光学元件3A在入射的光线的光路上具备第1部件部分31和折射率与第1部件部分31不同的第2部件部分32。第1部件部分31具备：具有第1透射面11及第2透射面13的第一第1部件部分31(1)；和具有反射面12的第二第1部件部分31(2)。第2部件部分在Z轴方向上位于第一第1部件部分31(1)与第二第1部件部分31(2)之间。在本例中，第1部件部分31由树脂构成。第2部件部分32由玻璃构成。入射到光学元件3A的光线的光束直径在第2部件部分32处最小。即，入射到光学元件3A的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分32的内侧。
第2部件部分32整体呈圆盘形状。第2部件部分32在第一第1部件部分31(1)侧具备圆形的凸曲面，在第二第1部件部分31(2)侧具备圆形的凹曲面。第一第1部件部分31(1)与第2部件部分32的Z轴方向上的一侧紧贴，第二第1部件部分31(2)与第2部件部分32的Z轴方向上的另一侧紧贴。因此，第一第1部件部分31(1)的接合面和第2部件部分32的与第一第1部件部分31(1)的接合面具备对应的曲面形状。换言之，第2部件部分32的与第一第1部件部分31(1)的接合面是凸曲面形状。第一第1部件部分31(1)的与第2部件部分32的接合面是与第2部件部分32的凸曲面形状对应的凹曲面形状。此外，第2部件部分32的与第二第1部件部分31(2)的接合面是凹曲面形状。第二第1部件部分31(2)的与第2部件部分32的接合面是与第2部件部分32的凹曲面形状对应的凸曲面形状。
第1部件部分31与第2部件部分32的折射率不同。此外，第2部件部分32与第一第1部件部分31(1)的接合面为曲面形状，第2部件部分32与第二第1部件部分31(2)的接合面为曲面形状。因此，光学元件3A在第2部件部分32与第一第1部件部分31(1)的接合面、第2部件部分32与第二第1部件部分31(2)的接合面中具有屈光力。
此外，第1部件部分31与第2部件部分32的材质不同，因此，耐热性不同。即，由玻璃构成的第2部件部分32与由树脂构成的第1部件部分31相比，短波长的光线的透过率高。由此，在第2部件部分32中，抑制了吸收短波长的光线而引起的温度上升。因此，第2部件部分32与第1部件部分31相比，耐热性高。
在光学元件3A设置有光圈O。假想线P由被光圈O限制的光束定义。光圈O沿着假想线P设置。通过如下方法等来设置光圈O：沿着假想线P对光学元件3A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3A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O即可，不限于使用墨来形成。
此处，作为接合第1部件部分31与第2部件部分32的手段，优选使用具备接近构成第1部件部分31的部件、或构成第2部件部分32的部件的折射率的粘接剂来接合。由此，能够将粘接剂对折射率的影响限制在最小限度。此外，如果使用粘接剂，则2个部件的接合变容易，光学元件3A的量产性优异。
(透镜数据)
光学元件3A的透镜数据如下所示。面编号是从放大侧向缩小侧依次标注的。标注*的面编号的面为非球面。面编号1和面编号8为假想面。面编号2是第2透射面13。面编号6是反射面12。面编号10是像面，即第1透射面11。面编号4是光圈。
面编号3是第一第1部件部分31(1)与第2部件部分32的接合面。面编号5是第2部件部分32与第二第1部件部分31(2)的接合面。面编号7是第二第1部件部分31(2)与第2部件部分32的接合面。面编号9是第2部件部分32与第一第1部件部分31(1)的接合面。因此，面编号3与面编号9具备对应的面形状。此外，面编号5与面编号7具备对应的面形状。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为阿贝值。Y是Y轴方向的有效半径。X是X轴方向的有效半径。
Figure GDA0003520718300000071
从物面至面编号2的轴上面间距离d是图1所示的投射型图像显示装置1A的投射距离f。在本例中，f＝159.925192mm。
面编号2即第2透射面13的非球面数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000072
面编号6即反射面12的非球面数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000073
(投射图像)
接下来，说明图像形成部2形成的投射图像。图6是示出屏幕S中的畸变网格的图。图7是示出光学元件3A的缩小侧成像面中的畸变网格的图。缩小侧成像面的畸变网格发生畸变，但没有像面弯曲。
图像形成部2在缩小侧成像面形成相对于最终像上下反转的投射图像。此外，图像形成部2预先在光学元件3A的缩小侧成像面形成畸变的投射图像，以使得长方形的投射图像投射到放大侧成像面即屏幕S。更具体而言，图像形成部2在缩小侧成像面形成与图7所示的畸变网格对应的畸变的投射图像，以使得与图6所示的畸变网格对应的最终像投射到屏幕S。投射图像是使得最终像的梯形畸变相对于形成在屏幕S的理想长方形的最终像减小的形状。即，投射图像相对于最终像的梯形畸变相反地畸变。因此，投射图像在屏幕S中的像高最高的边最短。
(效果)
在本例的投射型图像显示装置1A中，光学元件3A具备凹形状的反射面12和向放大侧突出的凸形状的第2透射面13。因此，光学元件3A能够利用第2透射面13使被反射面12反射的光束折射。因此，光学元件3A的短焦化容易，即容易缩短投射距离。
此外，在光学元件3A中，反射面12和第2透射面13为非球面。而且，面编号3、面编号5、面编号7及面编号9是折射率不同的第1部件部分31与第2部件部分32的接合面，均具备曲面形状。因此，在光学元件3A中，能够抑制像差的产生。
此处，图8～图11是示出光学元件3A的放大侧的MTF的图。MTF将用Y轴分割成像面后的一半区域分割成25部分而算出。图8～图11的横轴是空间频率。空间频率30cycle相当于分辨力16.7μm。图8～图11的纵轴是对比度再现比。在图8中，关于MTF的计算中使用的光线，620nm的波长的光线、550nm的波长的光线、470nm的波长的光线之比按2：7：1进行加权。在图9中，MTF的计算中使用的光线是620nm波长的光线。即，图9示出红色的光线的分辨率。在图10中，MTF的计算中使用的光线是550nm波长的光线。即，图10示出绿色的光线的分辨率。在图11中，MTF的计算中使用的光线是470nm波长的光线。即，图11示出蓝色的光线的分辨率。如图8～图11所示可知，在本例中，抑制了分辨率的下降，各色的MTF的下降也被抑制，良好地校正了色差。
图12是光学元件3A的点列图。在图12的点列图中，点很小。因此，在本例中，良好地校正了像差。另外，在图12中，在屏幕S的像高较低的位置，点稍许增大。但是，投射到屏幕S的像高较低的位置的投射图像的图像部分是在图7所示的光学元件3A的缩小侧成像面的畸变网格中网格的间隔大的部分。因此，投射到屏幕S的像高较低的位置的图像部分在图像形成部2中能够使用更多的像素表达。因而，在本例的投射型图像显示装置1A中，能够抑制最终像的分辨率在点列图的点较大的部位、即屏幕S的像高较低的位置下降。
此处，作为参考，示出到达屏幕S的各像高的各光束F1～F5的张角θ0的数据。如图1所示，光束F1是到达像高最低的位置的光束。光束F5是到达像高最高的位置的光束。光束F2至光束F4是到达光束F1与光束F5之间的各高度位置的光束。在设光束F1在YZ平面中的Y轴上的坐标为780、光束F5的Y轴上坐标为180的情况下，光束F2的Y轴上的坐标为330，光束F3的Y轴上的坐标为480。光束F4的Y轴上的坐标为630。θ1是光束F1～F5的上周边光线角度，如图2、图3所示，是各光束F1～F5的上周边光线与屏幕S交叉的角度。θ2是光束F1～F5的下周边光线角度，如图2、图3所示，是各光束F1～F5的上周边光线与屏幕S交叉的角度。θ0为张角，是θ2与θ1之差。R是张角比。张角比是将张角最大的光束F1的张角设为100的情况下的比例。
到达屏幕S的各像高的各光束F1～F5的张角θ0的数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000091
此处，通过光学元件3A的光线利用具备凹曲面形状的反射面12在光学元件3A的内部会聚。因此，有时在光学元件3A的内部，光密度变高，光学元件3A的一部分成为高温。在该情况下，存在这样的问题：成为高温的光学元件3A的一部分热膨胀，导致光学元件3A的光学性能劣化。
对于这样的问题，光学元件3A在光线入射的光路上具备由树脂构成的第1部件部分31和由玻璃构成的第2部件部分32。并且，入射到光学元件3A的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分32。即，在光学元件3A中，在光学元件3A的内部，光密度变高而容易成为高温的区域A由光线的透过率高、耐热性高的材质构成。因此，能够抑制或避免成为高温的光学元件3A的一部分热膨胀而导致光学元件3A的光学性能劣化。
此外，在光学元件3A中，非球面的第2透射面13设置于第一第1部件部分31(1)，非球面的反射面12设置于第二第1部件部分31(2)。因此，与将非球面的第2透射面13和非球面的反射面12设置于玻璃制的部件部分的情况相比，容易对光学元件3A设置非球面。
(比较例)
接下来，在实施例1中，对于能够抑制分辨率下降的效果、以及能够良好地校正色差的效果，参照比较例进行说明。图13是表示比较例的投射型图像显示装置的整体的光线图。图14是比较例的光学元件的光线图。本例的投射型图像显示装置100除了光学元件3由单一材质构成以外，具备与实施例1的投射型图像显示装置1A同样的结构。因此，对于对应的结构标注同一标号。
如图13所示，本例的投射型图像显示装置100具备图像形成部2和光学元件3。图像形成部2配置在光学元件3的缩小侧。图像形成部2具备光源装置和光调制部。光调制部具备液晶光阀4。
光学元件3由单一的材质构成。在本例中，光学元件3是树脂制。如图14所示，光学元件3从缩小侧向放大侧依次具有第1透射面11、反射面12、以及第2透射面13。在第1透射面11上粘贴有液晶光阀4。液晶光阀4映出的投射图像依次经由第1透射面11、反射面12及第2透射面13投射到屏幕S。投射到屏幕S的最终像是横向较长的长方形。最终像的纵横比为16：10。在本例中，也设定了在YZ平面上沿Z轴方向延伸的假想轴L。假想轴L是光学元件3的设计基准轴。假想轴L与作为放大侧成像面的屏幕S垂直。
第1透射面11和反射面12位于假想轴L的下方Y2。第2透射面13位于假想轴L的上方Y1。反射面12具备朝与第1透射面11分离的方向凹陷的凹形状。因此，反射面12具有正屈光力。反射面12是通过从外侧对光学元件3施加反射涂层而设置的。第2透射面13具备朝放大侧突出的凸形状。因此，第2透射面13具有正屈光力。此外，光学元件3构成为上半部分、下半部分分别以假想轴L为中心的旋转对称。即，第1透射面11、反射面12以及第2透射面13具备将图14所示的YZ平面的截面形状以假想轴L为中心向X轴方向的一侧及另一侧分别在90°的角度范围内旋转而成的形状。反射面12和第2透射面13为非球面。
能够在光学元件3上规定假想线P，该假想线P连接上侧交点23和下侧交点24，该上侧交点23是在第2透过面13的有效光线范围20的Y轴方向的上端通过的上端光束21的上周边光线21a与在该有效光线范围20的Y轴方向的下端通过的下端光束22的上周边光线22a在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点24是上端光束21的下周边光线21b与下端光束22的下周边光线22b在YZ平面上交叉的交点。假想线P与在YZ平面中和假想轴L垂直的假想垂直线V平行。即，假想线P在YZ平面中与假想轴L垂直。在本例中，假想线P也可以称为YZ平面上的光瞳。
比较例的光学元件3的透镜数据如下所示。面编号是从放大侧向缩小侧依次标注的。标注*的面编号的面为非球面。面编号1是第2透射面13。面编号2是光圈。面编号3是反射面12。像面是第1透射面11。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为阿贝值。Y是Y轴方向的有效半径。X是X轴方向的有效半径。
Figure GDA0003520718300000111
物面一栏的轴上面间距离d是屏幕S与面编号1之间的距离。因此，物面一栏的轴上面间距离d是投射型图像显示装置100的投射距离f。在本例中，f＝295mm。
面编号1即第2透射面13的非球面数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000112
面编号3即反射面12的非球面数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000113
(投影图像)
接下来，说明图像形成部2生成的投射图像。图15是示出屏幕S中的畸变网格的图。图16是示出光学元件3的缩小侧成像面中的畸变网格的图。光学元件3的缩小侧成像面中的畸变网格发生了畸变，但没有像面弯曲。图像形成部2在缩小侧成像面形成相对于最终像上下反转的投射图像。此外，图像形成部2预先在光学元件3的缩小侧成像面形成畸变的投射图像，以使得长方形的投射图像投射到放大侧成像面即屏幕S。即，图像形成部2在缩小侧成像面形成与图16所示的畸变网格对应的畸变的投射图像，以使得与图15所示的畸变网格对应的最终像投射到屏幕S。
(光学性能)
图17～图20是示出比较例的光学元件3的放大侧的MTF的图。MTF与实施例1同样地算出。在图17中，关于MTF的计算中使用的光线，620nm波长的光线、550nm波长的光线、470nm波长的光线之比按2：7：1进行了加权。在图18中，MTF的计算中使用的光线是620nm波长的光线。在图19中，MTF的计算中使用的光线是550nm波长的光线。在图20中，MTF的计算中使用的光线是470nm波长的光线。比较图8～图11所示的实施例1的光学元件3A的MTF与图17～图20所示的比较例的光学元件3的MTF可知，根据实施例1的光学元件3A，抑制了分辨率的下降。即，根据实施例1的光学元件3A，尽管将投射距离f缩短到比较例的光学元件3的大致一半，也抑制了分辨率的下降，各色的MTF的下降也被抑制，色差也被良好地校正。
图21是比较例的光学元件3的点列图。在图21的点列图中，与图12所示的实施例1的光学元件3A的点列图相比，点较大。因此，可知实施例1的光学元件3A良好地校正了像差。
(实施例2)
接下来，说明实施例2的投射型图像显示装置。图22是表示实施例2的投射型图像显示装置的整体的光线图。图23是实施例2的光学元件的光线图。图24是在光学元件内规定的假想线P的说明图。图22至图24的各图示出从与X轴平行的方向观察的情况。在本例的投射型图像显示装置1B中，在光学元件3B的内部规定的假想线P相对于假想垂直线V倾斜，其他的结构与实施例1的投射型图像显示装置1B相同。因此，对与实施例1的投射型图像显示装置1A对应的结构标注同一标号。
如图22所示，本例的投射型图像显示装置1B具备图像形成部2和光学元件3B。图像形成部2配置在光学元件3B的缩小侧。图像形成部2具备光源装置和光调制部。光调制部具备液晶光阀4。如图23所示，光学元件3B从缩小侧向放大侧依次具有第1透射面11、反射面12、以及第2透射面13。在第1透射面11上粘贴有液晶光阀4。在液晶光阀4映出的投射图像依次经由第1透射面11、反射面12及第2透射面13投射到屏幕S。投射到屏幕S的最终像是横向较长的长方形。最终像的纵横比为16：10。在本例中，也设定了沿Z轴方向延伸的假想轴L。假想轴L是光学元件3B的设计基准轴。在本例中，假想轴L与作为放大侧成像面的屏幕S垂直。另外，假想轴L有时也不与屏幕S垂直。
第1透射面11和反射面12位于假想轴L的下方Y2。第2透射面13位于假想轴L的上方Y1。反射面12具备凹形状。因此，反射面12具有正屈光力。反射面12是通过从外侧对光学元件3B施加反射涂层而设置的。第2透射面13具备向放大侧突出的凸形状。因此，第2透射面13具有正屈光力。此外，光学元件3B构成为上半部分、下半部分分别以假想轴L为中心的旋转对称。即，第1透射面11、反射面12、以及第2透射面13具备将图23所示的YZ平面的截面形状以假想轴L为中心向X轴方向的一侧及另一侧分别在90°的角度范围内旋转而成的形状。
如图24所示，能够在光学元件3B上规定假想线P，该假想线P连接上侧交点23和下侧交点24，该上侧交点23是在第2透过面13的有效光线范围20的Y轴方向的上端通过的上端光束21的上周边光线21a与在该有效光线范围20的Y轴方向的下端通过的下端光束22的上周边光线22a在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点24是上端光束21的下周边光线21b与下端光束22的下周边光线22b在YZ平面上交叉的交点。
在本例中，假想线P相对于在YZ平面中与假想轴L垂直的假想垂直线V倾斜45°。即，如果设假想线P的上侧交点23侧相对于假想垂直线V以假想垂直线V与假想线P的交点为轴顺时针旋转的倾斜角度为θ，则θ＝45°。在假想线P也可以称为YZ平面上的光瞳。入射到光学元件3B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3B的光线在假想线P附近的区域A中光束直径最小。
此处，光学元件3B在入射的光线的光路上具备第1部件部分31和折射率与第1部件部分31不同的第2部件部分32。第1部件部分31具有：具备第1透射面11以及第2透射面13的第一第1部件部分31(1)；和具备反射面12的第二第1部件部分31(2)。第2部件部分在Z轴方向上位于第一第1部件部分31(1)与第二第1部件部分31(2)之间。在本例中，第1部件部分31由树脂构成。第2部件部分32由玻璃构成。如图23所示，入射到光学元件3B的光线的光束直径在第2部件部分32处最小。即，入射到光学元件3B的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分32的内侧。
第2部件部分32整体呈圆盘形状。第2部件部分32在第一第1部件部分31(1)侧具备凸曲面，在第二第1部件部分31(2)侧具备凹曲面。第一第1部件部分31(1)与第2部件部分32的Z轴方向的一侧紧贴，第二第1部件部分31(2)与第2部件部分32的Z轴方向的另一侧紧贴。因此，第一第1部件部分31(1)的接合面和第2部件部分32的与第一第1部件部分31(1)的接合面具备对应的曲面形状。换言之，第2部件部分32的与第一第1部件部分31(1)的接合面是凸曲面形状。第一第1部件部分31(1)的与第2部件部分32的接合面是与第2部件部分32的凸曲面形状对应的凹曲面形状。此外，第2部件部分32的与第二第1部件部分31(2)的接合面是凹曲面形状。第二第1部件部分31(2)的与第2部件部分32的接合面是与第2部件部分32的凹曲面形状对应的凸曲面形状。
此处，第1部件部分31与第2部件部分32的折射率不同。此外，第2部件部分32与第一第1部件部分31(1)的接合面为曲面形状，第2部件部分32与第二第1部件部分31(2)的接合面为曲面形状。因此，光学元件3B在第2部件部分32与第一第1部件部分31(1)的接合面、第2部件部分32与第二第1部件部分31(2)的接合面具备屈光力。
此外，第1部件部分31与第2部件部分32的材质不同，因此，耐热性不同。即，由玻璃构成的第2部件部分32与第1部件部分31相比，耐热性较高。
在光学元件3B设置有光圈O。假想线P由被光圈O限制的光束定义。光圈O沿着假想线P设置。通过如下方法等来设置光圈O：沿着假想线P对光学元件3B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3B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O即可，不限于使用墨来形成。
另外，作为接合第1部件部分31与第2部件部分32的手段，优选使用具备接近构成第1部件部分31的部件、或构成第2部件部分32的部件的折射率的粘接剂来接合。由此，能够将粘接剂对折射率的影响抑制为最小限度。此外，如果使用粘接剂，则2个部件的接合变得容易，量产性优异。
(透镜数据)
光学元件3B的透镜数据如下所示。面编号是从放大侧向缩小侧依次标注的。标注*的面编号的面为非球面。面编号1和面编号8为假想面。面编号2是第2透射面13。面编号6是反射面12。面编号10是像面，即第1透射面11。面编号4是光圈。
面编号3是第一第1部件部分31(1)与第2部件部分32的接合面。面编号5是第2部件部分32与第二第1部件部分31(2)的接合面。面编号7是第二第1部件部分31(2)与第2部件部分32的接合面。面编号9是第2部件部分32与第一第1部件部分31(1)的接合面。因此，面编号3与面编号9具备对应的面形状。此外，面编号5具备与面编号7对应的面形状。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为阿贝值。Y是Y轴方向的有效半径。X是X轴方向的有效半径。
Figure GDA0003520718300000151
从物面至面编号2的轴上面间距离d是图22所示的投射型图像显示装置1A的投射距离f。在本例中，f＝159.925192mm。
在本例中，面编号4的偏心与回归α是-45°。即，光瞳相对于在YZ平面与光轴正交的假想垂直线V倾斜45°。
面编号2即第2透射面13的非球面数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000152
面编号6即反射面12的非球面数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000161
(投影图像)
接下来，说明图像形成部2形成的投射图像。图25是示出屏幕S中的畸变网格的图。图26是示出光学元件3B的缩小侧成像面中的畸变网格的图。缩小侧成像面的畸变网格发生了畸变，但没有像面弯曲。
图像形成部2在缩小侧成像面形成相对于最终像上下反转的投射图像。此外，图像形成部2预先在光学元件3B的缩小侧成像面形成畸变的投射图像，以使得长方形的投射图像投射到放大侧成像面即屏幕S。更具体而言，图像形成部2在缩小侧成像面形成与图26所示的畸变网格对应的畸变的投射图像，以使得与图25所示的畸变网格对应的最终像投射到屏幕S。投射图像是使得最终像的梯形畸变相对于形成在屏幕S的理想长方形的最终像减小的形状。即，投射图像相对于最终像的梯形畸变而相反地畸变。因此，投射图像在屏幕S中的像高最高的边最短。
(效果)
在本例的投射型图像显示装置1B中，光学元件3B具备凹形状的反射面12和向放大侧突出的凸形状的第2透射面13。因此，光学元件3B能够利用第2透射面13使被反射面12反射的光束折射。因此，光学元件3B的短焦化容易，即容易缩短投射距离。
此外，在光学元件3B中，面编号6的反射面12和面编号2的第2透射面13为非球面。而且，面编号3、面编号5、面编号7、及面编号9是折射率不同的第1部件部分31与第2部件部分32的接合面，均具备曲面形状。因此，在光学元件3B中，能够抑制像差的产生。
此处，图27～图30是示出光学元件3B的放大侧的MTF的图。MTF与实施例1同样地算出。在图27中，关于MTF的计算中使用的光线，620nm波长的光线、550nm波长的光线、470nm波长的光线之比按2：7：1进行加权。在图28中，MTF的计算中使用的光线是620nm波长的光线。在图29中，MTF的计算中使用的光线是550nm波长的光线。在图30中，MTF的计算中使用的光线是470nm波长的光线。如果比较图27～图30与图17～图20所示的比较例的光学元件3的MTF可知，在本例中，抑制了分辨率的下降，各色的MTF的下降也被抑制，色差也被良好地校正。
图31是光学元件3B的点列图。在图31的点列图中，与图21所示的比较例的光学元件3的点列图相比，点较小。因此，根据本例的光学元件3B，良好地校正了像差。
此处，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜，因此，通过第2透射面13的有效光线范围20的下端的下端光束22不被遮光而到达屏幕S。
此外，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜，因此，相比于假想线P与假想垂直线V平行的情况，能够抑制屏幕S的上侧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，则相比于假想线P与假想垂直线V平行的情况，到达屏幕S的上方的光束的张角θ0增大。由此，到达屏幕S的上方的光量增多。
而且，如果到达屏幕S的上方的光束的张角θ0增大，则与到达屏幕S的下方的光束的张角θ0之差减小。因此，能够抑制屏幕S的上方的周边部的光量比下方下降。
以下示出到达屏幕S的各像高的各光束F1～F5的张角θ0的数据。θ1是光束F1～F5的下周边光线角度，即各光束F1～F5的下周边光线与屏幕S交叉的角度。θ2是光束F1～F5的上周边光线角度，即各光束F1～F5的上周边光线与屏幕S交叉的角度。θ0为张角，是θ2与θ1之差。R是张角比。张角比是将张角最大的光束F1的张角设为100的情况下的比例。
Figure GDA0003520718300000171
在本例中，到达像高最高的位置的光束F5的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的15％。此外，到达像高第2高的位置的光束F4的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的20％。到达像高第3高的位置的光束F3的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的30％。到达像高第4高的位置的光束F4的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的50％。这些值在假想线P相对于假想轴L垂直的情况下，即比实施例1的投射型图像显示装置1A的值大。因此，到达屏幕S的上方的光束的光量增多。此外，能够抑制屏幕S的上方的周边部的光量比下方降低。
此外，光学元件3B在光线入射的光路上具备由树脂构成的第1部件部分31和由玻璃构成的第2部件部分32。并且，入射到光学元件3B的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分32。即，在光学元件3B中，在光学元件3B的内部，光密度变高从而容易成为高温的区域A由耐热性高的材质构成。因此，能够抑制或避免成为高温的光学元件3B的一部分热膨胀而导致光学元件3B的光学性能的劣化。
而且，在光学元件3B中，非球面的第2透射面13设置于第一第1部件部分31(1)，非球面的反射面12设置于第二第1部件部分31(2)。因此，与将非球面的第2透射面13和非球面的反射面12设置于玻璃制的部件部分的情况相比，容易对光学元件3A设置非球面。
(实施例3)
接下来，说明实施例3的投射型图像显示装置1C。图32是表示实施例3的投射型图像显示装置1C的整体的光线图。图33是实施例3的投射型图像显示装置1C的光学元件的光线图。图34是在光学元件内规定的假想线P的说明图。图32至图34的各图示出从与X轴平行的方向观察的情况。在本例的投射型图像显示装置1C中，在光学元件3B的内部规定的假想线P相对于假想垂直线V倾斜，但其他的结构与实施例1的投射型图像显示装置1A相同。因此，对与实施例1的投射型图像显示装置1A对应的结构标注同一标号，省略其说明。
如图34所示，能够在光学元件3C上规定假想线P，该假想线P连接上侧交点23和下侧交点24，该上侧交点23是在第2透过面13的有效光线范围20的Y轴方向的上端通过的上端光束21的上周边光线21a与在该有效光线范围20的Y轴方向的下端通过的下端光束22的上周边光线22a在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点24是上端光束21的下周边光线21b与下端光束22的下周边光线22b在YZ平面上交叉的交点。
在本例中，假想线P相对于在YZ平面中与假想轴L垂直的假想垂直线V倾斜90°。即，如果设假想线P的上侧交点23侧相对于假想垂直线V以假想垂直线V与假想线P的交点为轴顺时针旋转的倾斜角度为θ，则θ＝90°。假想线P也可以称为YZ平面上的光瞳。入射到光学元件31C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3C的光线在假想线P的附近的区域A中光束直径最小。
此处，光学元件3C在入射的光线的光路上具备第1部件部分31和折射率与第1部件部分31不同的第2部件部分32。第1部件部分31具备：具有第1透射面11及第2透射面1的第一第1部件部分31(1)；和具有反射面12的第二第1部件部分31(2)。第2部件部分在Z轴方向上位于第一第1部件部分31(1)与第二第1部件部分31(2)之间。在本例中，第1部件部分31由树脂构成。第2部件部分32由玻璃构成。如图33所示，入射到光学元件3C的光线的光束直径在第2部件部分32处最小。即，入射到光学元件3C的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分32的内侧。
(透镜数据)
光学元件3C的透镜数据如下所示。面编号是从放大侧向缩小侧依次标注的。标注*的面编号的面为非球面。面编号1和面编号8为假想面。面编号2是第2透射面13。面编号6是反射面12。面编号10是像面，是第1透射面11。面编号4是光圈。
面编号3是第一第1部件部分31(1)与第2部件部分32的接合面。面编号5是第2部件部分32与第二第1部件部分31(2)的接合面。面编号7是第二第1部件部分31(2)与第2部件部分32的接合面。面编号9是第2部件部分32与第一第1部件部分31(1)的接合面。因此，面编号3与面编号9具备对应的面形状。此外，面编号5具备与面编号7对应的面形状。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为阿贝值。Y是Y轴方向的有效半径。X是X轴方向的有效半径。
Figure GDA0003520718300000191
从物面至面编号2的轴上面间距离d是图32所示的投射型图像显示装置1C的投射距离f。在本例中，f＝159.925192mm。
在本例中，面编号4的偏心与回归α是-90°。即，光瞳相对于在YZ平面与光轴正交的假想垂直线V倾斜90°。
面编号2即第2透射面13的非球面数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000201
面编号6即反射面12的非球面数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000202
(投影图像)
接下来，说明图像形成部2形成的投射图像。图35是示出屏幕S中的畸变网格的图。图36是示出光学元件3C的缩小侧成像面中的畸变网格的图。缩小侧成像面的畸变网格发生了畸变，但没有像面弯曲。
图像形成部2在缩小侧成像面形成相对于最终像上下反转的投射图像。此外，图像形成部2预先在光学元件3C的缩小侧成像面形成畸变的投射图像，以使得长方形的投射图像投射到放大侧成像面即屏幕S。更具体而言，图像形成部2在缩小侧成像面形成与图36所示的畸变网格对应的畸变的投射图像，以使得与图35所示的畸变网格对应的最终像投射到屏幕S。投射图像是使得最终像的梯形畸变相对于形成在屏幕S的理想长方形的最终像减小的形状。即，投射图像相对于最终像的梯形畸变而相反地畸变。因此，投射图像在屏幕S中的像高最高的边最短。
(效果)
在本例的投射型图像显示装置1C中，光学元件3C具备凹形状的反射面12和向放大侧突出的凸形状的第2透射面13。因此，光学元件3C能够利用第2透射面13使被反射面12反射的光束折射。因此，光学元件3C的短焦化容易，即容易缩短投射距离。
此外，在光学元件3C中，面编号6的反射面12和面编号2的第2透射面13为非球面。而且，面编号3、面编号5、面编号7、及面编号9各自是折射率不同的第1部件部分31与第2部件部分32的接合面，均具备曲面形状。因此，在光学元件3C中，能够抑制像差的产生，各色的MTF的下降也被抑制，色差也被良好地校正。
此处，图37～图40是示出光学元件3C的放大侧的MTF的图。MTF与实施例1同样地算出。在图37中，关于MTF的计算中使用的光线，620nm波长的光线、550nm波长的光线、470nm波长的光线之比按2：7：1进行加权。在图38中，MTF的计算中使用的光线是620nm波长的光线。在图39中，MTF的计算中使用的光线是550nm波长的光线。在图40中，MTF的计算中使用的光线是470nm波长的光线。比较图37～图40与图17～图20所示的比较例的光学元件3的MTF可知，在本例中，抑制了分辨率的下降。
图41是光学元件3C的点列图。在图41的点列图中，与图21所示的比较例的光学元件3的点列图相比，点较小。因此，根据本例的光学元件3C，像差被良好地校正。
此处，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜，因此，通过第2透射面13的有效光线范围20的下端的下端光束22不被遮光而到达屏幕S。此外，假想线P相对于假想垂直线V倾斜，因此，相比于假想线P与假想垂直线V平行的情况，能够抑制屏幕S的上侧的周边部的光量下降。而且，如果到达屏幕S的上方的光束的张角θ0增大，则与到达屏幕S的下方的光束的张角θ0之差减小。因此，能够抑制屏幕S的上方的周边部的光量比下方降低。
除此之外，在本例的光学元件3C中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜的角度为90°以上。由此，到达屏幕S的下方的光束F1的张角θ0减小。其结果是，到达屏幕S的上方的光束的张角θ0与到达屏幕S的下方的光线的张角θ0之差减小，因此，能够抑制屏幕S中产生的上方与下方之间的光量差。
以下示出到达屏幕S的各像高的各光束F1～F5的张角θ0的数据。θ1是光束F1～F5的下周边光线角度，即各光束F1～F5的下周边光线与屏幕S交叉的角度。θ2是光束F1～F5的上周边光线角度，即各光束F1～F5的上周边光线与屏幕S交叉的角度。θ0为张角，是θ2与θ1之差。R是张角比。张角比是将张角最大的光束F1的张角设为100的情况下的比例。
Figure GDA0003520718300000221
在本例中，到达像高最高的位置的光束F5的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的20％。此外，到达像高第2高的位置的光束F4的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的27％。到达像高第3高的位置的光束F3的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的38％。到达像高第4高的位置的光束F4的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的60％。这些值在假想线P与假想轴L垂直的情况下，即，与实施例1的投射型图像显示装置1A的值相比，较大。因此，根据本例，到达屏幕S的上方的光束的光量增多。
此外，光学元件3C在光线入射的光路上具备由树脂构成的第1部件部分31和由玻璃构成的第2部件部分32。入射到光学元件3C的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分32。即，在光学元件3C中，在光学元件3C的内部，光密度变高从而容易成为高温的区域A由耐热性高的材质构成。因此，能够抑制或避免成为高温的光学元件3C的一部分热膨胀而导致光学元件3C的光学性能的劣化。
而且，在光学元件3C中，非球面的第2透射面13设置于第一第1部件部分31(1)，非球面的反射面12设置于第二第1部件部分31(2)。因此，与将非球面的第2透射面13和非球面的反射面12设置于玻璃制的部件部分的情况相比，容易对光学元件3C设置非球面。
(实施例4)
接下来，说明实施例4的投射型图像显示装置1D。图42是表示实施例4的投射型图像显示装置1D的整体的光线图。图43是实施例4的投射型图像显示装置1D的光学元件的光线图。图44是在光学元件内规定的假想线P的说明图。图42至图44的各图示出从与X轴平行的方向观察的情况。在本例的投射型图像显示装置1D中，在光学元件3D的内部规定的假想线P相对于假想垂直线V倾斜，其他的结构与实施例1的投射型图像显示装置1A相同。因此，对与实施例1的投射型图像显示装置1A对应的结构标注同一标号，省略其说明。
如图44所示，能够在光学元件3D上规定假想线P，该假想线P连接上侧交点23和下侧交点24，该上侧交点23是在第2透过面13的有效光线范围20的Y轴方向的上端通过的上端光束21的上周边光线21a与在该有效光线范围20的Y轴方向的下端通过的下端光束22的上周边光线22a在YZ平面上交叉的交点，该下侧交点24是上端光束21的下周边光线21b与下端光束22的下周边光线22b在YZ平面上交叉的交点。
在本例中，假想线P相对于在YZ平面中与假想轴L垂直的假想垂直线V倾斜110°。即，如果设假想线P的上侧交点23侧相对于假想垂直线V以假想垂直线V与假想线P的交点为轴顺时针旋转的倾斜角度为θ，则θ＝110°。假想线P也可以称为YZ平面上的光瞳。入射到光学元件3D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3D的光线在假想线P的附近的区域A中光束直径最小。
此处，光学元件3D在入射的光线的光路上具备第1部件部分31和折射率与第1部件部分31不同的第2部件部分32。第1部件部分31具备：具有第1透射面11及第2透射面1的第一第1部件部分31(1)；和具有反射面12的第二第1部件部分31(2)。第2部件部分在Z轴方向上位于第一第1部件部分31(1)与第二第1部件部分31(2)之间。在本例中，第1部件部分31由树脂构成。第2部件部分32由玻璃构成。如图43所示，入射到光学元件3D的光线的光束直径在第2部件部分32处最小。即，入射到光学元件3D的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分32的内侧。
(透镜数据)
光学元件3D的透镜数据如下所示。面编号是从放大侧向缩小侧依次标注的。标注*的面编号的面为非球面。面编号1和面编号8为假想面。面编号2是第2透射面13。面编号6是反射面12。面编号10是像面，是第1透射面11。面编号4是光圈。
面编号3是第一第1部件部分31(1)与第2部件部分32的接合面。面编号5是第2部件部分32与第二第1部件部分31(2)的接合面。面编号7是第二第1部件部分31(2)与第2部件部分32的接合面。面编号9是第2部件部分32与第一第1部件部分31(1)的接合面。因此，面编号3与面编号9具备对应的面形状。此外，面编号5具备与面编号7对应的面形状。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为阿贝值。Y是Y轴方向的有效半径。X是X轴方向的有效半径。
Figure GDA0003520718300000241
从物面至面编号2的轴上面间距离d是图42所示的投射型图像显示装置1D的投射距离f。在本例中，f＝159.925192mm。
在本例中，面编号4的偏心与回归α是-110°。即，光瞳相对于在YZ平面与光轴正交的假想垂直线V倾斜110°。
面编号2即第2透射面13的非球面数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000242
面编号6即反射面12的非球面数据如下所示。
Figure GDA0003520718300000243
(投影图像)
接下来，说明图像形成部2形成的投射图像。图45是示出屏幕S中的畸变网格的图。图46是示出光学元件3D的缩小侧成像面中的畸变网格的图。缩小侧成像面的畸变网格发生了畸变，但没有像面弯曲。
图像形成部2在缩小侧成像面形成相对于最终像上下反转的投射图像。此外，图像形成部2预先在光学元件3D的缩小侧成像面形成畸变的图像，以使得长方形的投射图像投射到放大侧成像面即屏幕S。更具体而言，图像形成部2在缩小侧成像面形成与图46所示的畸变网格对应的畸变的投射图像，以使得与图45所示的畸变网格对应的最终像投射到屏幕S。投射图像是使得最终像的梯形畸变相对于形成在屏幕S的理想长方形的最终像减小的形状。即，投射图像相对于最终像的梯形畸变而相反地畸变。因此，投射图像在屏幕S中的像高最高的边最短。
(效果)
在本例的投射型图像显示装置1D中，光学元件3D具备凹形状的反射面12和向放大侧突出的凸形状的第2透射面13。因此，光学元件3D能够利用第2透射面13使被反射面12反射的光束折射。因此，光学元件3D的短焦化容易，即容易缩短投射距离。
此外，在光学元件3D中，面编号6的反射面12和面编号2的第2透射面13为非球面。而且，面编号3、面编号5、面编号7、及面编号9各自是折射率不同的第1部件部分31与第2部件部分32的接合面，均具备曲面形状。因此，在光学元件3D中，能够抑制像差的产生。
此处，图47～图50是示出光学元件3D的放大侧的MTF的图。MTF与实施例1同样地算出。在图47中，关于MTF的计算中使用的光线，620nm波长的光线、550nm波长的光线、470nm波长的光线之比按2：7：1进行加权。在图48中，MTF的计算中使用的光线是620nm波长的光线。在图49中，MTF的计算中使用的光线是550nm波长的光线。在图50中，MTF的计算中使用的光线是470nm波长的光线。比较图47～图50与图17～图20所示的比较例的光学元件3的MTF可知，在本例中，抑制了分辨率的下降，各色的MTF的下降也被抑制，色差也被良好地校正。
图51是光学元件3D的点列图。在图51的点列图中，与图21所示的比较例的光学元件3的点列图相比，点较小。因此，根据本例的光学元件3D，像差被良好地校正。
此处，在本例中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜，因此，通过第2透射面13的有效光线范围20的下端的下端光束22不被遮光而到达屏幕S。此外，假想线P相对于假想垂直线V倾斜，因此，相比于假想线P与假想垂直线V平行的情况，能够抑制屏幕S的上侧的周边部的光量下降。而且，如果到达屏幕S的上方的光束的张角θ0增大，则与到达屏幕S的下方的光束的张角θ0之差减小。因此，能够抑制屏幕S的上方的周边部的光量比下方降低。
除此之外，在本例的光学元件3D中，假想线P相对于假想垂直线V倾斜的角度为90°以上。由此，到达屏幕S的下方的光束F1的张角θ0减小。其结果是，到达屏幕S的上方的光束的张角θ0与到达屏幕S的下方的光线的张角θ0之差减小，因此，能够抑制屏幕S中产生的上方与下方之间的光量差。
以下示出到达屏幕S的各像高的各光束F1～F5的张角θ0的数据。θ1是光束F1～F5的下周边光线角度，即各光束F1～F5的下周边光线与屏幕S交叉的角度。θ2是光束F1～F5的上周边光线角度，即各光束F1～F5的上周边光线与屏幕S交叉的角度。θ0为张角，是θ2与θ1之差。R是张角比。张角比是将张角最大的光束F1的张角设为100的情况下的比例。
Figure GDA0003520718300000261
在本例中，到达像高最高的位置的光束F5的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的22％。此外，到达像高第2高的位置的光束F4的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的30％。到达像高第3高的位置的光束F3的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的42％。到达像高第4高的位置的光束F4的张角θ0是到达像高最低的位置的光束F1的张角θ0的65％。这些值在假想线P相对于假想轴L垂直的情况下，即与实施例1的投射型图像显示装置1A的值相比，较大。因此，根据本例，到达屏幕S的上方的光束的光量增多。
此外，光学元件3D在光线入射的光路上具备由树脂构成的第1部件部分31和由玻璃构成的第2部件部分32。并且，入射到光学元件3D的光线的光束直径最小的区域A位于第2部件部分32。即，在光学元件3D中，在光学元件3D的内部，光密度变高从而容易成为高温的区域A由耐热性高的材质构成。因此，能够抑制或避免成为高温的光学元件3D的一部分热膨胀而导致光学元件3D的光学性能的劣化。
而且，在光学元件3D中，非球面的第2透射面13设置于第一第1部件部分31(1)，非球面的反射面12设置于第二第1部件部分31(2)。因此，与将非球面的第2透射面13和非球面的反射面12设置于玻璃制的部件部分的情况相比，容易对光学元件3D设置非球面。
此处，图52是针对实施例1～4的投射型图像显示装置1A～1D总结到达屏幕S的各像高的各光束F1～F5的张角θ0的曲线图。以下，示出针对实施例1～4的投射型图像显示装置1A～1D总结到达屏幕S的各像高的各光束F1～F5的张角θ0的数据。在以下的张角的数据和图52中，将屏幕S上的F1的张角设为1，示出各高度位置F2～F5处的张角。
Figure GDA0003520718300000271
如图52所示，与实施例1相比，在实施例2～4中，到达屏幕S的上方的光线的张角增大。因此，到达屏幕S的上方的光束的光量增多。
(其他实施方式)
此处，光学元件3A～3D分割为3个，但光学元件只要在入射的光线的光路上具备第1部件部分31和折射率与第1部件部分31不同的第2部件部分32即可，未必需要分割为3个。即，光学元件可以分割为2部分，也可以分割为4部分以上。
此外，夹着第2部件部分32的第一第1部件部分31(1)与第二第1部件部分31(2)也可以是具有不同的折射率、阿贝值的树脂材料。这样，能够进一步校正色差。
此外，第1部件部分31也可以是折射率与第2部件部分32不同的玻璃。此处，在将光学元件3A～3D形成得较小的情况下，也可以是非球面玻璃成型。因此，如果将第1部件部分31以及第2部件部分32设为玻璃，则能够实现耐热性更优异的光学系统。
另外，第2部件部分32的形状或面形状不限于上述例子。通过变更第2部件部分32的形状或面形状，能够实现与投射距离、分辨力相应的最佳的光学系统。
此外，在无法设置光圈O的情况下，通过使从图像形成部2射出的射出光的射出角度、以及扩展角度在射出面内优化，能够具有与光圈O相同的效果。
此处，本例的光学元件3A～3D能够用于摄像光学系统。在该情况下，在光学元件3D的缩小侧成像面配置CCD等摄像元件。此处，在将光学元件3D用于摄像光学系统的情况下，在缩小侧成像面形成畸变的像。但是，通过对来自摄像元件的信号实施图像处理，能够校正像的畸变。

Claims (12)

1.一种投射型图像显示装置，其特征在于，
所述投射型图像显示装置从缩小侧向放大侧依次具有第1透射面、反射面以及第2透射面，
在设彼此正交的3轴为X轴、Y轴及Z轴、设所述第1透射面及所述反射面排列的方向为Z轴方向、设所述Y轴的一侧为上方、设所述Y轴的另一侧为下方、设与所述X轴垂直且包括所述Y轴及所述Z轴的面为YZ平面的情况下，
所述第1透射面和所述反射面位于沿所述Z轴方向延伸的假想轴的下方，
所述第2透射面位于所述假想轴的上方，
所述反射面具有凹形状，
在入射的光线的光路上具备第1部件部分、折射率与所述第1部件部分不同的第2部件部分以及在所述第1透射面形成投射图像的图像形成部，
所述图像形成部位于沿着所述Z轴方向延伸的假想轴的下方，
连结上侧交点与下侧交点的假想线相对于在所述YZ平面中与所述假想轴垂直的假想垂直线倾斜，该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，该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。
2.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，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曲面形状。
3.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述假想线位于所述第2部件部分。
4.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述第2部件部分的耐热性比所述第1部件部分高，
入射的光线的光束直径在所述第2部件部分处最小。
5.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述第2部件部分的光线透过率比所述第1部件部分高，
入射的光线的光束直径在所述第2部件部分处最小。
6.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述反射面设置于所述第1部件部分。
7.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述第1透射面及所述第2透射面设置于所述第1部件部分。
8.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述第1部件部分的材质是树脂。
9.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述第2部件部分的材质是玻璃。
10.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述投射型图像显示装置具备光圈。
11.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述投射型图像显示装置具备光圈，
所述光圈沿着所述假想线设置。
12.根据权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于，
所述第1透射面、所述反射面以及所述第2透射面中的至少任意一个为非球面。
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