CN113176698B - 投射光学系统和投影仪 - Google Patents

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Abstract

投射光学系统和投影仪，能够缩短投射距离。投射光学系统具有：第1光学系统；第2光学系统，其具有第1光学元件和第2光学元件，配置于第1光学系统的放大侧；以及配置机构，其选择性地将第1光学元件和第2光学元件中的一方配置于第1光学系统的第1光轴上。第1光学元件具有第1入射面、配置于第1入射面的放大侧的第1反射面、以及配置于第1反射面的放大侧的第1射出面。第2光学元件具有第2入射面、配置于第2入射面的放大侧的第2反射面、以及配置于第2反射面的放大侧的第2射出面。

Description

投射光学系统和投影仪
技术领域
本发明涉及投射光学系统和投影仪。
背景技术
专利文献1记载了通过投射光学系统放大投射由图像形成部形成的投射图像的投影仪。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，向配置于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
发明要解决的课题
投射光学系统和投影仪被要求缩短投射距离。但是，在使用专利文献1的投射光学系统进行投射规格的变更的情况下，无法容易地变更投射规格，存在投射规格的变更花费成本的课题。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的投射光学系统具有：第1光学系统；第2光学系统，其具有第1光学元件和第2光学元件，配置于所述第1光学系统的放大侧；以及配置机构，其选择性地将所述第1光学元件和所述第2光学元件中的一方配置于所述第1光学系统的第1光轴上，所述第1光学元件具有第1入射面、配置于所述第1入射面的所述放大侧的第1反射面、以及配置于所述第1反射面的所述放大侧的第1射出面，所述第2光学元件具有第2入射面、配置于所述第2入射面的所述放大侧的第2反射面、以及配置于所述第2反射面的所述放大侧的第2射出面。
接着，本发明的投影仪具有：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形成投射图像。
附图说明
图1是具有投射光学系统的投影仪的概略结构图。
图2是投射光学系统具有的配置机构的说明图。
图3是示意地示出实施例1的第1方式的投射光学系统的整体的光线图。
图4是实施例1的投射光学系统的第1方式的光线图。
图5是实施例1的投射光学系统的第1方式的第2光学系统的光线图。
图6是示意地示出实施例1的第2方式的投射光学系统的整体的光线图。
图7是实施例1的投射光学系统的第2方式的光线图。
图8是实施例1的投射光学系统的第2方式的第2光学系统的光线图。
图9是实施例1的第1光学元件和第2光学元件的形状的差异的说明图。
图10是示出实施例1的第1方式的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
图11是示出实施例1的第2方式的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
图12是示意地示出实施例2的第1方式的投射光学系统的整体的光线图。
图13是实施例2的投射光学系统的第1方式的光线图。
图14是实施例2的投射光学系统的第1方式的第2光学系统的光线图。
图15是示意地示出实施例2的第2方式的投射光学系统的整体的光线图。
图16是实施例2的投射光学系统的第2方式的光线图。
图17是实施例2的投射光学系统的第2方式的第2光学系统的光线图。
图18是实施例2的第1光学元件和第2光学元件的形状的差异的说明图。
图19是示出实施例2的第1方式的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
图20是示出实施例2的第2方式的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
图21是示意地示出实施例3的第1方式的投射光学系统的整体的光线图。
图22是实施例3的投射光学系统的第1方式的光线图。
图23是实施例3的投射光学系统的第1方式的第2光学系统的光线图。
图24是示意地示出实施例3的第2方式的投射光学系统的整体的光线图。
图25是实施例3的投射光学系统的第2方式的光线图。
图26是实施例3的投射光学系统的第2方式的第2光学系统的光线图。
图27是示出实施例3的第1方式的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
图28是示出实施例3的第2方式的投射光学系统的放大侧的MTF的图。
标号说明
1：投影仪；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积分器透镜；12：第2积分器透镜；13：偏振转换元件；14：重叠透镜；15：第1分色镜；16：反射镜；17R：场透镜；17G：场透镜；17B：场透镜；18R：液晶面板；18G：液晶面板；18B：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：第1光学元件；34：第2光学元件；35：中间像；41：第1入射面；42：第1反射面；43：第1射出面；46：第2入射面；47：第2反射面；48：第2射出面；49：第3反射面；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；60：配置机构；61：第1保持部件；62：第2保持部件；66：第1移动机构；66A：第1选择位置；66B：第1退避位置；67：第2移动机构；67A：第2选择位置；67B：第2退避位置；F1～F3：光束；L1～L14：透镜；L21～L23：接合透镜；N：第1光轴；M：第2光轴；P1：第1光瞳；P2：第2光瞳；S：屏幕；V：假想垂直线；θ1：第1投射角度；θ2：第2投射角度。
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影仪进行详细说明。
(投影仪)
图1是具有本发明的投射光学系统3的投影仪的概略结构图。如图1所示，投影仪1具有生成向屏幕S投射的投射图像的图像形成部2、放大投射图像并向屏幕S投射放大像的投射光学系统3、以及对图像形成部2的动作进行控制的控制部4。
(图像生成光学系统和控制部)
图像形成部2具有光源10、第1积分器透镜11、第2积分器透镜12、偏振转换元件13和重叠透镜14。光源10例如由超高压汞灯、固体光源等构成。第1积分器透镜11和第2积分器透镜12分别具有呈阵列状排列的多个透镜元件。第1积分器透镜11将来自光源10的光束分割成多个。第1积分器透镜11的各透镜元件使来自光源10的光束会聚在第2积分器透镜12的各透镜元件的附近。
偏振转换元件13将来自第2积分器透镜12的光转换为规定的直线偏振光。重叠透镜14使第1积分器透镜11的各透镜元件的像经由第2积分器透镜12在后述液晶面板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是光调制元件。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是光调制元件。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。透过了第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是光调制元件。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，生成对由各液晶面板18R、18G、18B调制后的光进行合成而得的投射图像。
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合成的投射图像(各液晶面板18R、18G、18B形成的图像)放大投射到屏幕S。屏幕S是投射光学系统3的放大侧成像面。
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将从外部的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上显示与图像信号对应的投射图像。
(投射光学系统)
下面，作为搭载于投影仪1的投射光学系统3的结构例，对实施例1～3进行说明。在实施例1～3中，各投射光学系统3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。此外，各投射光学系统3在第2光学系统32中具有第1光学元件33和第2光学元件34，并且在第2光学系统32中具有能够选择性地配置第1光学元件33和第2光学元件34的一方的配置机构60。在第2光学系统32中无论是选择了第1光学元件33的情况下、还是选择了第2光学元件34的情况下，第1光学系统31是公共的。即，在各实施例中，第1光学系统31为1个。
图2是配置机构60的说明图。配置机构60选择性地在第1光学系统31的第1光轴N上配置第1光学元件33和第2光学元件34中的一方。作为配置机构60，例如能够具有保持第1光学元件33的第1保持部件61、保持第2光学元件34的第2保持部件62、使第1保持部件61移动的第1移动机构66和使第2保持部件62移动的第2移动机构67。第1移动机构66使第1保持部件61在第1选择位置66A与第1退避位置66B之间移动，第1选择位置66A是第1光学元件33在第1光学系统31的第1光轴N上所处的位置，第1退避位置66B是第1光学元件33从第1光学系统31的第1光轴N分离的位置。第2移动机构67使第2保持部件62在第2选择位置67A与第2退避位置67B之间移动，第2选择位置67A是第2光学元件34在第1光学系统31的第1光轴N上所处的位置，第2退避位置67B是第2光学元件34从第1光学系统31的第1光轴N分离的位置。关于第1选择位置66A和第2选择位置67A，第1光学系统31的第1光轴方向上的位置有时不同。在第1保持部件61位于第1选择位置66A的情况下，第2保持部件62配置于第2退避位置67B。在第2保持部件62位于第2选择位置67A的情况下，第1保持部件61配置于第1退避位置66B。第1移动机构66和第2移动机构67联动地动作。
在各实施例1～3的投射光学系统的说明中，并列示出在第2光学系统32中选择了第1光学元件33的第1方式和在第2光学系统32中选择了第2光学元件34的第2方式。此外，在各实施例1～3中，在各投射光学系统的光线图中，将液晶面板18R、液晶面板18G、液晶面板18B表示为液晶面板18。
(实施例1)
图3是示意地示出实施例1的第1方式的投射光学系统3A的整体的光线图。图4是实施例1的投射光学系统3A的第1方式的光线图。图5是实施例1的投射光学系统3A的第1方式中的第2光学系统的光线图。图6是示意地示出实施例1的第2方式的投射光学系统3A的整体的光线图。图7是实施例1的第2方式的投射光学系统3A的光线图。图8是实施例1的投射光学系统3A的第2方式中的第2光学系统的光线图。
如图3所示，第1方式的投射光学系统3A能够进行广角投影。即，第1方式的投射光学系统3A向屏幕S投射最终像的投射角度即第1投射角度θ1较宽。在图3和图6中，利用光束F1～F3示意地示出从本例的投射光学系统3A到达屏幕S的光束。光束F1是到达像高最低的位置的光束。光束F3是到达像高最高的位置的光束。光束F2是到达光束F1与光束F3之间的位置的光束。这里，投射角度是第1光学系统31的第1光轴N和光束F3的最外轮廓的光线所成的角度。
(实施例1的第1方式)
如图4所示，第1方式的投射光学系统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。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由第1光学元件33构成。第1光学元件33从缩小侧起依次具有第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43。第1入射面41是向缩小侧突出的凸形状。第1反射面42具有凹形状。第1射出面43是向放大侧突出的凸形状。构成第2光学系统32的第1光学元件33配置于第1光学系统31的第1光轴N。在本例中，第1光学系统31的第1光轴N和第1光学元件33的第1反射面42的第2光轴M一致。
在投射光学系统3A的缩小侧成像面配置有图像形成部2的液晶面板18。液晶面板18在与第1光学系统31的第1光轴N垂直的面内，相对于第1光轴N在一侧形成投射图像。在投射光学系统3A的放大侧成像面配置有屏幕S。在第1光学系统31与第1光学元件33的第1反射面42之间形成有与缩小侧成像面共轭的中间像35。中间像35还与放大侧成像面共轭。在本例中，中间像35形成于第1光学元件33的内侧。即，中间像35形成于第1光学元件33的第1入射面41与第1反射面42之间。
在以下的说明中，为了方便起见，将彼此正交的3轴设为X轴、Y轴(第1轴)和Z轴。此外，将放大侧成像面即屏幕S的宽度方向设为X轴方向，将屏幕S的上下方向设为Y轴方向，将与屏幕S垂直的方向设为Z轴方向。此外，将包含第1光学系统31的第1光轴N和第1光学元件的第1反射面42的第2光轴M的平面设为YZ平面。
在本例中，第1光学系统31的第1光轴N和第1光学元件33的第1反射面42的第2光轴M在Z轴方向上延伸。图3、图4、图5是YZ平面上的光线图。液晶面板18在第1光学系统31的第1光轴N的上方Y1形成投射图像。
如图4所示，第1光学系统31具有十字分色棱镜19和14枚透镜L1～L14。透镜L1～透镜L14从缩小侧朝向放大侧依次配置。在本例中，透镜L2和透镜L3是被接合的第1接合透镜L21。透镜L4和透镜L5是被接合的第2接合透镜L22。透镜L9和透镜L10是被接合的第3接合透镜L23。在透镜L7与透镜L8之间配置有光圈O。
如图5所示，第1光学元件33是将第1反射面42的第2光轴M作为设计轴而设计的。换言之，第2光轴M是第1入射面41、第1射出面43和第1反射面42的设计上的光轴。第1入射面41和第1反射面42位于第1反射面42的第2光轴M的下方Y2，第1射出面43位于第1反射面42的第2光轴M的上方Y1。在本例中，第1光学元件33的第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43具有以第1反射面42的第2光轴M为旋转轴而旋转对称的形状。因此，第1入射面41和第1射出面43具有旋转对称的形状。第1光学元件33的第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43均是非球面。第1反射面42是设置于第1光学元件33的与第1入射面41相反一侧的面的反射涂层。另外，各非球面存在自由曲面的情况。该情况下，自由曲面也是将第2光轴M作为设计轴而设计的。
如图5所示，第2光学系统32的第1光瞳P1位于第1光学元件33的内侧。YZ平面中的第2光学系统32的第1光瞳P1由连结上侧交点53和下侧交点54的线规定，该上侧交点53是通过第1射出面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。第1光瞳P1在YZ平面上相对于与第1反射面42的第2光轴M垂直的假想垂直线V倾斜。
(透镜数据)
投射光学系统3A的透镜数据如下所述。从缩小侧向放大侧依次标注面编号。符号是透镜、第1入射面、第1反射面和第1射出面的符号。不与透镜、第1入射面、第1反射面以及第1射出面对应的面编号的数据是虚拟数据。R是曲率半径。D是轴上面间隔。C是孔径半径。R、D、C的单位是mm。
Figure BDA0002911175760000091
各非球面的非球面系数如下所述。
Figure BDA0002911175760000101
Figure BDA0002911175760000102
此外，第1方式的投射光学系统3A的最大物高、F数、投射角度、TR如下所述。最大物高是液晶面板18面上的图像形成区域中、从第1方式的投射光学系统3A的第1光轴N到最远的点的尺寸。最大物高的单位是mm。用FNO表示F数。投射角度是第1投射角度θ1，单位是deg。TR是投射比，是投射距离除以向屏幕S投射投射图像时的X轴方向的尺寸而得到的值。
Figure BDA0002911175760000103
(实施例1的第2方式)
如图3和图6所示，第2方式的投射光学系统3A向屏幕S投射最终像的投射角度即第2投射角度θ2比第1方式的投射光学系统3A向屏幕S投射最终像的第1投射角度θ1窄。
如图7所示，第2方式的投射光学系统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。第2光学系统32由第2光学元件34构成。第2光学元件34从缩小侧起依次具有第2入射面46、第2反射面47和第2射出面48。第2入射面46为向缩小侧突出的凸形状。第2反射面47具有凹形状。第2射出面48为向放大侧突出的凸形状。构成第2光学系统32的第2光学元件34配置于第1光学系统31的第1光轴N上。在本例中，第1光学系统31的第1光轴N和第2反射面47的第2光轴M一致。第1光学系统31与第1方式的投射光学系统相同。液晶面板18的配置也与第1方式的投射光学系统相同。
在第1光学系统31与第2光学元件34的第2反射面47之间形成有与缩小侧成像面共轭的中间像35。中间像35还与放大侧成像面共轭。中间像35形成于第2光学元件34的内侧。即，中间像35形成于第2光学元件34的第2入射面46与第2反射面47之间。
如图8所示，第2光学元件34是将第2反射面47的第2光轴M作为设计轴而设计的。换言之，第2光轴M是第2入射面46、第2射出面48和第2反射面47的设计上的光轴。第2入射面46和第2反射面47位于第2反射面47的第2光轴M的下方Y2，第2射出面48位于第2反射面47的第2光轴M的上方Y1。在本例中，第2光学元件34的第2入射面46、第2反射面47和第2射出面48具有以第2反射面47的第2光轴M为旋转轴而旋转对称的形状。因此，第2入射面46和第2射出面48具有旋转对称的形状。第2光学元件34的第2入射面46、第2反射面47和第2射出面48均是非球面。第2反射面47是设置于第2光学元件34的与第2入射面46相反一侧的面的反射涂层。另外，各非球面存在自由曲面的情况。该情况下，自由曲面是将第2光轴M作为设计轴而设计的。
图9是第1光学元件33和第2光学元件34的形状的差异的说明图。在图9中，示出第1光学元件33和第2光学元件34重叠的情况。如图9所示，第1光学元件33的第1入射面41、第1反射面42以及第1射出面43的形状和第2光学元件34的第2入射面46、第2反射面47以及第2射出面48的形状分别彼此不同。即，第2光学元件34的第2入射面46的非球面形状与第1光学元件33的第1入射面41不同。第2光学元件34的第2反射面47的非球面形状与第1光学元件33的第1反射面42不同。第2光学元件34的第2射出面48的非球面形状与第1光学元件33的第1射出面43不同。此外，在第1光学元件33中，在第1反射面42上反射后的第1光束的主光线入射到第1射出面43的第1入射角度比在第2光学元件34中在第2反射面47上反射后的第2光束的主光线入射到第2射出面48的第2入射角度大。
如图8所示，第2光学系统32的第2光瞳P2位于第2光学元件34的内侧。YZ平面中的第2光学系统32的第2光瞳P2由连结上侧交点53和下侧交点54的线规定，该上侧交点53是通过第2射出面48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。第2光瞳P2在YZ平面上相对于与第2反射面47的第2光轴M垂直的假想垂直线V倾斜。
(透镜数据)
在第2方式的投射光学系统3A中，第1光学系统31的透镜L14与第2光学元件34的轴上面间距离即第2距离和第1方式的投射光学系统3A的第1光学系统31的透镜L14与第1光学元件33的轴上面间距离即第1距离不同。即，在本例的投射光学系统中，配置机构60将第1光学元件33和第2光学元件34在第1光学系统31的第1光轴N上配置于不同的位置。第2方式的投射光学系统3A的透镜数据如下所述。从缩小侧向放大侧依次标注面编号。符号是透镜、第2入射面、第2反射面和第2射出面的符号。不与透镜、第2入射面、第2反射面以及第2射出面对应的面编号的数据是虚拟数据。R是曲率半径。D是轴上面间隔。C是孔径半径。R、D、C的单位是mm。
Figure BDA0002911175760000131
第2光学元件34的各非球面的非球面系数如下所述。
Figure BDA0002911175760000141
此外，第2方式的投射光学系统3A的最大物高、F数、投射角度、TR如下所述。最大物高是液晶面板18面上的图像形成区域中、从第2方式的投射光学系统3A的第1光轴N到最远的点的尺寸。最大物高的单位是mm。用FNO表示F数。投射角度是第2投射角度θ2，单位是deg。TR是投射比，是投射距离除以向屏幕S投射投射图像时的X轴方向的尺寸而得到的值。
Figure BDA0002911175760000142
(作用效果)
本例的投射光学系统3A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。此外，投射光学系统3A具备第1光学元件33和第2光学元件34，第1光学元件33从缩小侧起依次具有第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43，第2光学元件34从缩小侧起依次具有第2入射面46、第2反射面47和第2射出面48，在第2光学系统32中以能够更换的方式配置有第1光学元件33或第2光学元件34中的一方。此外，投射光学系统3A具有选择性地将第1光学元件33或第2光学元件34中的一方配置于第2光学系统32的配置机构60。
因此，无论在第2光学系统32中选择了第1光学元件33和第2光学元件34中的哪一方，本例的投射光学系统3A均能够使在反射面上反射后的光束在射出面折射。由此，与第2光学系统仅具有反射面的情况相比，容易缩短投射光学系统的投射距离。换言之，与第2光学系统仅具有反射面的情况相比，本例的投射光学系统3A能够使投射光学系统短焦点化。
此外，在本例中，在设第2光学系统32配置有第1光学元件33的情况下的投射角度为第1投射角度θ1、第2光学系统32配置有第2光学元件34的情况下的投射角度为第2投射角度θ2的情况下，第1投射角度θ1和第2投射角度θ2不同。即，在本例中，在第2光学系统32中选择了第1光学元件33的情况和选择了第2光学元件34的情况下，能够使投射光学系统3A的投射角度变化。这里，以往，为了改变投射角度，需要更换投射光学系统的整体。与此相对，根据本例的投射光学系统3A，仅通过选择性地配置预先准备的2个第2光学系统32，就能够变更投射角度。由此，能够抑制透镜更换的成本，并且变更投影仪的投射角度。
进而，在本例中，在第2光学系统32中选择了第1光学元件33的情况下和选择了第2光学元件34的情况下，第1光学系统31是公共的。即，第1光学系统为1个。因此，能够抑制变更投射角度所花费的成本。
此外，在第1方式的投射光学系统3A中，第1光学元件33具有向放大侧突出的凸形状的第1射出面43，因此，能够使光束在第1射出面43折射。因此，能够抑制与放大侧成像面即屏幕S共轭的中间像35沿着第1反射面42的第2光轴M倾斜而增大。由此，能够抑制位于中间像35的放大侧的第1反射面42大型化。同样，在第2方式的投射光学系统3A中，第2光学元件34具有向放大侧突出的凸形状的第2射出面48，因此，能够使光束在第2射出面48折射。因此，能够抑制与放大侧成像面即屏幕S共轭的中间像35沿着第2反射面47的第2光轴M倾斜而增大。由此，能够抑制位于中间像35的放大侧的第2反射面47大型化。
此外，在第1光学元件33中，第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43具有以第1反射面42的第2光轴M为旋转轴而旋转对称的形状。因此，容易制造第1光学元件33。此外，第1光学元件33具有旋转对称的形状，因此，与第1光学元件33不是旋转对称的形状的情况相比，制造时的第1光学元件33的成品率提高。同样，在第2光学元件34中，第2入射面46、第2反射面47和第2射出面48具有以第2反射面47的第2光轴M为旋转轴而旋转对称的形状。因此，容易制造第2光学元件34。此外，第2光学元件34具有旋转对称的形状，因此，与第2光学元件34不是旋转对称的形状的情况相比，制造时的第2光学元件的成品率提高。
这里，在第2光学系统32中选择了第1光学元件33的情况下和选择了第2光学元件34的情况下，第2光学系统32的光瞳P(第1光瞳P1和第2光瞳P2)相对于与第1反射面42以及第2反射面47的第2光轴M垂直的假想垂直线V倾斜。因此，相比于第2光学系统32的光瞳P与假想垂直线V平行的情况，能够抑制屏幕S的上方Y1的周边部的光量降低。即，如果光瞳P相对于假想垂直线V倾斜，则相比于光瞳P与假想垂直线V平行的情况，到达屏幕S的上部的光束F1的光量增多。此外，如果到达屏幕S的上部的光束F1的光量增多，则与到达屏幕S的下部的光束F3的光量之差减小。因此，能够抑制屏幕S的上部的周边部的光量比下部低。
进而，在本例中，在第1光学元件33中，位于中间像35的缩小侧的第1入射面41是非球面，因此，能够抑制在中间像35中产生像差。此外，第1光学元件33的第1反射面42和第1射出面43是非球面。因此，能够在放大侧成像面抑制产生像差。同样，在第2光学元件34中，位于中间像35的缩小侧的第2入射面46是非球面，因此，能够抑制在中间像35中产生像差。此外，第2光学元件34的第2反射面47和第2射出面48是非球面。因此，能够在放大侧成像面中抑制产生像差。
此外，在本例中，第1光学元件33的第1入射面41、第1反射面42以及第1射出面43的形状和第2光学元件34的第2入射面46、第2反射面47以及第2射出面48的形状分别彼此不同。因此，在选择性地配置了第1光学元件33和第2光学元件34时，容易变更投射光学系统的投射角度。
进而，在本例中，在第1光学元件33中在第1反射面42反射后的第1光束的主光线入射到第1射出面43的第1入射角度比在第2光学元件34中在第2反射面47上反射后的第2光束的主光线入射到第2射出面48的第2入射角度大。通过这样配置，能够使第1方式的投射光学系统3A的第1投射角度θ1比第2方式的投射光学系统的第2投射角度θ2大。
图10是示出第1方式的投射光学系统3A的放大侧的MTF的图。图11是示出第2方式的投射光学系统3A的放大侧的MTF的图。在图10、图11中，横轴是空间频率，纵轴是对比度再现比。在图10、图11中，黑色的曲线图表示切向光线(T)，灰色的曲线图表示径向光线(R)。此外，在各个切向光线(T)和各个径向光线(R)中，实线是光束F1，线段较长的虚线是光束F2，虚线是光束F3。如图10、图11所示，本例的投射光学系统3A具有较高的分辨率。
(实施例2)
图12是示意地示出实施例2的第1方式的投射光学系统3B的整体的光线图。
图13是实施例2的投射光学系统3B的第1方式的光线图。图14是实施例2的投射光学系统3B的第1方式的第2光学系统的光线图。图15是示意地示出实施例2的第2方式的投射光学系统3B的整体的光线图。图16是实施例2的第2方式的投射光学系统3B的光线图。图17是实施例2的投射光学系统3B的第2光学系统的光线图。
如图12所示，第1方式的投射光学系统3B能够进行广角投影。即，第1方式的投射光学系统3B向屏幕S投射最终像的投射角度即第1投射角度θ1较宽。在图12和图15中，利用光束F1～F3示意地示出从本例的投射光学系统3B到达屏幕S的光束。光束F1是到达像高最低的位置的光束。光束F3是到达像高最高的位置的光束。光束F2是到达光束F1与光束F3之间的位置的光束。这里，投射角度是第1光学系统31的第1光轴N和光束F3的最外轮廓的光线所成的角度。
(实施例2的第1方式)
如图12所示，第1方式的投射光学系统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。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由第1光学元件33构成。第1光学元件33从缩小侧起依次具有第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43。第1入射面41为向缩小侧突出的凸形状。第1反射面42具有凹形状。第1射出面43为向放大侧突出的凸形状。构成第2光学系统32的第1光学元件33配置于第1光学系统31的第1光轴N上。在本例中，第1光学系统31的第1光轴N和第1光学元件33的第1反射面42的第2光轴M一致。
在投射光学系统3B的缩小侧成像面配置有图像形成部2的液晶面板18。液晶面板18在与第1光学系统31的第1光轴N垂直的面内，相对于第1光轴N在一侧形成投射图像。在投射光学系统3B的放大侧成像面配置有屏幕S。在第1光学系统31与第1光学元件33的第1反射面42之间形成有与缩小侧成像面共轭的中间像35。中间像35还与放大侧成像面共轭。在本例中，中间像35形成于第1光学元件33的内侧。即，中间像35形成于第1光学元件33的第1入射面41与第1反射面42之间。
在本例中，第1光学系统31的第1光轴N和第1光学元件33的第1反射面42的第2光轴M在Z轴方向上延伸。图12、图13、图14是YZ平面上的光线图。液晶面板18在第1光学系统31的第1光轴N的上方Y1形成投射图像。
如图13所示，第1光学系统31具有十字分色棱镜19和14枚透镜L1～L14。透镜L1～透镜L14从缩小侧朝向放大侧依次配置。在本例中，透镜L2和透镜L3是被接合的第1接合透镜L21。透镜L4和透镜L5是被接合的第2接合透镜L22。透镜L9和透镜L10是被接合的第3接合透镜L23。在透镜L7与透镜L8之间配置有光圈O。
如图14所示，第1光学元件33是将第1反射面42的第2光轴M作为设计轴而设计的。换言之，第2光轴M是第1入射面41、第1射出面43和第1反射面42的设计上的光轴。第1入射面41和第1反射面42位于第1反射面42的第2光轴M的下方Y2，第1射出面43位于第1反射面42的第2光轴M的上方Y1。在本例中，第1光学元件33的第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43具有以第1反射面42的第2光轴M为旋转轴而旋转对称的形状。因此，第1入射面41和第1射出面43具有旋转对称的形状。第1光学元件33的第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43均是非球面。第1反射面42是设置于第1光学元件33的与第1入射面41相反一侧的面的反射涂层。另外，各非球面存在自由曲面的情况。该情况下，自由曲面是将第2光轴M作为设计轴而设计的。
如图14所示，第2光学系统32的第1光瞳P1位于第1光学元件33的内侧。YZ平面中的第2光学系统32的第1光瞳P1由连结上侧交点53和下侧交点54的线规定，该上侧交点53是通过第1射出面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。第1光瞳P1在YZ平面上相对于与第1反射面42的第2光轴M垂直的假想垂直线V倾斜。
(透镜数据)
投射光学系统3B的透镜数据如下所述。从缩小侧向放大侧依次标注面编号。符号是透镜、第1入射面、第1反射面和第1射出面的符号。不与透镜、第1入射面、第1反射面以及第1射出面对应的面编号的数据是虚拟数据。R是曲率半径。D是轴上面间隔。C是孔径半径。R、D、C的单位是mm。
Figure BDA0002911175760000191
各非球面的非球面系数如下所述。
Figure BDA0002911175760000201
Figure BDA0002911175760000202
此外，第1方式的投射光学系统3B的最大物高、F数、投射角度、TR如下所述。最大物高是液晶面板18面上的图像形成区域中、从第1方式的投射光学系统3B的第1光轴N到最远的点的尺寸。最大物高的单位是mm。用FNO表示F数。投射角度是第1投射角度θ1，单位是deg。TR是投射比，是投射距离除以向屏幕S投射投射图像时的X轴方向的尺寸而得到的值。
Figure BDA0002911175760000203
(实施例2的第2方式)
如图12和图15所示，第2方式的投射光学系统3B向屏幕S投射最终像的投射角度即第2投射角度θ2比第1方式的投射光学系统3B向屏幕S投射最终像的第1投射角度θ1窄。
如图16所示，第2方式的投射光学系统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。第2光学系统32由第2光学元件34构成。第2光学元件34从缩小侧起依次具有第2入射面46、第2反射面47和第2射出面48。第2入射面46为向缩小侧突出的凸形状。第2反射面47具有凹形状。第2射出面48为向放大侧突出的凸形状。构成第2光学系统32的第2光学元件34配置于第1光学系统31的第1光轴N上。在本例中，第1光学系统31的第1光轴N和第2反射面47的第2光轴M一致。第1光学系统31与第1方式的投射光学系统相同。液晶面板18的配置也与第1方式的投射光学系统相同。
在第1光学系统31与第2光学元件34的第2反射面47之间形成有与缩小侧成像面共轭的中间像35。中间像35还与放大侧成像面共轭。中间像35形成于第2光学元件34的内侧。即，中间像35形成于第2光学元件34的第2入射面46与第2反射面47之间。
如图17所示，第2光学元件34是将第2反射面47的第2光轴M作为设计轴而设计的。换言之，第2光轴M是第2入射面46、第2射出面48和第2反射面47的设计上的光轴。第2入射面46和第2反射面47位于第2反射面47的第2光轴M的下方Y2，第2射出面48位于第2反射面47的第2光轴M的上方Y1。在本例中，第2光学元件34的第2入射面46、第2反射面47和第2射出面48具有以第2反射面47的第2光轴M为旋转轴而旋转对称的形状。因此，第2入射面46和第2射出面48具有旋转对称的形状。第2光学元件34的第2入射面46、第2反射面47和第2射出面48均是非球面。第2反射面47是设置于第2光学元件34的与第2入射面46相反一侧的面的反射涂层。另外，各非球面存在自由曲面的情况。该情况下，自由曲面是将第2光轴M作为设计轴而设计的。
图18是第1光学元件33和第2光学元件34的形状的差异的说明图。在图18中，示出第1光学元件33和第2光学元件34重叠的情况。如图18所示，第1光学元件33的第1入射面41、第1反射面42以及第1射出面43的形状和第2光学元件34的第2入射面46、第2反射面47以及第2射出面48的形状分别彼此不同。即，第2光学元件34的第2入射面46的非球面形状与第1光学元件33的第1入射面41不同。第2光学元件34的第2反射面47的非球面形状与第1光学元件33的第1反射面42不同。第2光学元件34的第2射出面48的非球面形状与第1光学元件33的第1射出面43不同。此外，在第1光学元件33中，在第1反射面42上反射后的第1光束的主光线入射到第1射出面43的第1入射角度比在第2光学元件34中在第2反射面47上反射后的第2光束的主光线入射到第2射出面48的第2入射角度大。
如图17所示，第2光学系统32的第2光瞳P2位于第2光学元件34的内侧。YZ平面中的第2光学系统32的第2光瞳P2由连结上侧交点53和下侧交点54的线规定，该上侧交点53是通过第2射出面48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。第2光瞳P2在YZ平面上相对于与第2反射面47的第2光轴M垂直的假想垂直线V倾斜。
(透镜数据)
在第2方式的投射光学系统3B中，第1光学系统31的透镜L14与第2光学元件34的轴上面间距离即第2距离和第1方式的投射光学系统3B的第1光学系统31的透镜L14与第1光学元件33的轴上面间距离即第1距离不同。即，在本例的投射光学系统3B中，配置机构60将第1光学元件33和第2光学元件34在第1光学系统31的第1光轴N上配置于不同的位置。此外，在第2方式的投射光学系统3B中，为了对焦，使位于第1光学系统31的最靠放大侧的第1透镜即透镜L14和与透镜L14相比位于缩小侧的第2透镜即透镜L13在第1光学系统31的第1光轴N上移动。即，在本例的投射光学系统3B中，在第2光学系统32配置了第2光学元件34的情况下和第2光学系统32配置了第1光学元件33的情况下，透镜L14与透镜L13之间的距离不同。第2方式的投射光学系统3B的透镜数据如下所述。从缩小侧向放大侧依次标注面编号。符号是透镜、第2入射面、第2反射面和第2射出面的符号。不与透镜、第2入射面、第2反射面以及第2射出面对应的面编号的数据是虚拟数据。R是曲率半径。D是轴上面间隔。C是孔径半径。R、D、C的单位是mm。
Figure BDA0002911175760000231
第2光学元件34的各非球面的非球面系数如下所述。
Figure BDA0002911175760000241
此外，第2方式的投射光学系统3B的最大物高、F数、投射角度、TR如下所述。最大物高是液晶面板18面上的图像形成区域中、从第2方式的投射光学系统3B的第1光轴N到最远的点的尺寸。最大物高的单位是mm。用FNO表示F数。投射角度是第2投射角度θ2，单位是deg。TR是投射比，是投射距离除以向屏幕S投射投射图像时的X轴方向的尺寸而得到的值。
Figure BDA0002911175760000242
(作用效果)
在本例中，也能够得到与实施例1的投射光学系统相同的作用效果。
图19是示出第1方式的投射光学系统3B的放大侧的MTF的图。图20是示出第2方式的投射光学系统3B的放大侧的MTF的图。在图19、图20中，横轴是空间频率，纵轴是对比度再现比。如图19、图20所示，本例的投射光学系统3B具有较高的分辨率。
(实施例3)
图21是示意地示出实施例3的第1方式的投射光学系统3C的整体的光线图。图22是实施例2的投射光学系统3C的第1方式的光线图。图23是实施例3的投射光学系统3C的第1方式的第2光学系统的光线图。图24是示意地示出实施例3的第2方式的投射光学系统3C的整体的光线图。图25是实施例3的第2方式的投射光学系统3C的光线图。图26是实施例3的投射光学系统3C的第2方式的第2光学系统的光线图。
如图21所示，第1方式的投射光学系统3C能够进行广角投影。即，第1方式的投射光学系统3C向屏幕S投射最终像的投射角度即第1投射角度θ1较宽。在图21和图24中，利用光束F1～F3示意地示出从本例的投射光学系统3C到达屏幕S的光束。光束F1是到达像高最低的位置的光束。光束F3是到达像高最高的位置的光束。光束F2是到达光束F1与光束F3之间的位置的光束。这里，投射角度是第1光学系统31的第1光轴N和光束F3的最外轮廓的光线所成的角度。
(实施例3的第1方式)
如图21所示，第1方式的投射光学系统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。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由第1光学元件33构成。第1光学元件33从缩小侧起依次具有第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43。第1入射面41为向缩小侧突出的凸形状。第1反射面42具有凹形状。第1射出面43为向放大侧突出的凸形状。构成第2光学系统32的第1光学元件33配置于第1光学系统31的第1光轴N上。在本例中，第1光学系统31的第1光轴N和第1光学元件33的第1反射面42的第2光轴M一致。
在投射光学系统3C的缩小侧成像面配置有图像形成部2的液晶面板18。液晶面板18在与第1光学系统31的第1光轴N垂直的面内，相对于第1光轴N在一侧形成投射图像。在投射光学系统3C的放大侧成像面配置有屏幕S。在第1光学系统31与第1光学元件33的第1反射面42之间形成有与缩小侧成像面共轭的中间像35。中间像35还与放大侧成像面共轭。在本例中，中间像35形成于第1光学元件33的内侧。即，中间像35形成于第1光学元件33的第1入射面41与第1反射面42之间。
在本例中，第1光学系统31的第1光轴N和第1光学元件33的第1反射面42的第2光轴M在Z轴方向上延伸。图21、图22、图23是YZ平面上的光线图。液晶面板18在第1光学系统31的第1光轴N的上方Y1形成投射图像。
如图21所示，第1光学系统31具有十字分色棱镜19和14枚透镜L1～L14。透镜L1～透镜L14从缩小侧朝向放大侧依次配置。在本例中，透镜L2和透镜L3是被接合的第1接合透镜L21。透镜L4和透镜L5是被接合的第2接合透镜L22。透镜L9和透镜L10是被接合的第3接合透镜L23。在透镜L7与透镜L8之间配置有光圈O。
如图23所示，第1光学元件33是将第1反射面42的第2光轴M作为设计轴而设计的。换言之，第2光轴M是第1入射面41、第1射出面43和第1反射面42的设计上的光轴。第1入射面41和第1反射面42位于第1反射面42的第2光轴M的下方Y2，第1射出面43位于第1反射面42的第2光轴M的上方Y1。第1光学元件33的第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43均是非球面。第1反射面42是设置于第1光学元件33的与第1入射面41相反一侧的面的反射涂层。另外，各非球面存在自由曲面的情况。该情况下，自由曲面是将第2光轴M作为设计轴而设计的。
如图23所示，第2光学系统32的第1光瞳P1位于第1光学元件33的内侧。YZ平面中的第2光学系统32的第1光瞳P1由连结上侧交点53和下侧交点54的线规定，该上侧交点53是通过第1射出面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。第1光瞳P1在YZ平面上相对于与第1反射面42的第2光轴M垂直的假想垂直线V倾斜。
(透镜数据)
投射光学系统3C的透镜数据如下所述。从缩小侧向放大侧依次标注面编号。符号是透镜、第1入射面、第1反射面和第1射出面的符号。不与透镜、第1入射面、第1反射面以及第1射出面对应的面编号的数据是虚拟数据。R是曲率半径。D是轴上面间隔。C是孔径半径。R、D、C的单位是mm。
Figure BDA0002911175760000271
各非球面的非球面系数如下所述。
Figure BDA0002911175760000281
Figure BDA0002911175760000282
此外，第1方式的投射光学系统3C的最大物高、开口数、投射角度、TR如下所述。最大物高是液晶面板18面上的图像形成区域中、从第1方式的投射光学系统3C的第1光轴N到最远的点的尺寸。最大物高的单位是mm。开口数由NA表示。投射角度是第1投射角度θ1，单位是deg。TR是投射比，是投射距离除以向屏幕S投射投射图像时的X轴方向的尺寸而得到的值。
Figure BDA0002911175760000283
(实施例3的第2方式)
如图21和图24所示，第2方式的投射光学系统3C的投射方向(第2投射方向)与第1方式的投射光学系统3C的投射方向(第1投射方向)不同。即，在第2方式的投射光学系统3C中，从第2光学系统32朝向与第1光学系统31相反的一侧投射光束。另外，第2方式的投射光学系统3C向屏幕S投射最终像的投射角度即第2投射角度θ2与第1方式的投射光学系统3A向屏幕S投射最终像的第1投射角度θ1相同。
如图25所示，第2方式的投射光学系统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。第2光学系统32由第2光学元件34构成。第2光学元件34从缩小侧起依次具有第2入射面46、第2反射面47、第3反射面49和第2射出面48。即，第2光学系统32在第2反射面47与第2射出面48之间的光路上具有第3反射面49。在沿着第2反射面47的第2光轴M的方向上，第3反射面49位于第2入射面46与第2反射面47之间。此外，在沿着第2反射面47的第2光轴M的方向上，第3反射面49位于第2入射面46与第2射出面48之间。
第2入射面46是向缩小侧突出的凸形状。第2反射面47具有凹形状。第3反射面49是平面。即，第3反射面49是平面反射镜。第2射出面48是向放大侧突出的凸形状。构成第2光学系统32的第2光学元件34配置于第1光学系统31的第1光轴N上。在本例中，第1光学系统31的第1光轴N和第2反射面47的第2光轴M一致。第1光学系统31与第1方式的投射光学系统相同。液晶面板18的配置也与第1方式的投射光学系统相同。
在第1光学系统31与第2光学元件34的第2反射面47之间形成有与缩小侧成像面共轭的中间像35。中间像35还与放大侧成像面共轭。中间像35形成于第2光学元件34的内侧。即，中间像35形成于第2光学元件34的第2入射面46与第2反射面47之间。
如图26所示，第2光学元件34是将第2反射面47的第2光轴M作为设计轴而设计的。换言之，第2光轴M是第2入射面46、第2射出面48和第2反射面47的设计上的光轴。第2入射面46和第2反射面47位于第2反射面47的第2光轴M的下方Y2，第3反射面49和第2射出面48位于第2反射面47的第2光轴M的上方Y1。第2光学元件34的第2入射面46、第2反射面47和第2射出面48均是非球面。第2反射面47是设置于第2光学元件34的与第2入射面46相反一侧的面的反射涂层。第3反射面49是设置于平面部的反射涂层，该平面部在第2光学元件34中在中间隔着第2光轴M而与第2入射面46相反的一侧朝向第1光学系统31的一侧。另外，各非球面存在自由曲面的情况。该情况下，自由曲面是将第2光轴M作为设计轴而设计的。
如图26所示，第2光学系统32的第2光瞳P2位于第2光学元件34的内侧。YZ平面中的第2光学系统32的第2光瞳P2由连结上侧交点53和下侧交点54的线规定，该上侧交点53是通过第2射出面48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。第2光瞳P2在YZ平面上相对于与第2反射面47的第2光轴M垂直的假想垂直线V倾斜。
(透镜数据)
投射光学系统3C的透镜数据如下所述。从缩小侧向放大侧依次标注面编号。符号是透镜、第2入射面、第2反射面、第3反射面和第2射出面的符号。不与透镜、第2入射面、第2反射面、第3反射面以及第2射出面对应的面编号的数据是虚拟数据。R是曲率半径。D是轴上面间隔。C是孔径半径。R、D、C的单位是mm。
Figure BDA0002911175760000311
第2光学元件34的各非球面的非球面系数如下所述。
Figure BDA0002911175760000321
此外，第2方式的投射光学系统3C的最大物高、开口数、投射角度、TR如下所述。最大物高是液晶面板18面上的图像形成区域中、从第2方式的投射光学系统3C的第1光轴N到最远的点的尺寸。最大物高的单位是mm。开口数由NA表示。投射角度是第2投射角度θ2，单位是deg。TR是投射比，是投射距离除以向屏幕S投射投射图像时的X轴方向的尺寸而得到的值。
Figure BDA0002911175760000322
(作用效果)
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。此外，作为第2光学系统32而选择性地配置的第1光学元件33从缩小侧起依次具有第1入射面41、第1反射面42和第1射出面43，第2光学元件34从缩小侧起依次具有第2入射面46、第2反射面47、第3反射面49和第2射出面48。
因此，本例的投射光学系统3C在选择了第1光学元件33和第2光学元件34中的任意一方作为第2光学系统32的情况下，均能够使在反射面反射后的光束在射出面折射。由此，与第2光学系统仅具有反射面的情况相比，容易缩短投射光学系统的投射距离。换言之，与第2光学系统仅具有反射面的情况相比，本例的投射光学系统3C能够使投射光学系统实现短焦点化。
这里，在本例中，在颠倒第1光学元件33和第2光学元件34的情况下，屏幕S和第1光轴N所成的角相同，但能够变更投射方向。即，在本例的投射光学系统3C中，第2光学元件34在第2反射面47与第2射出面48之间的光路上具有第3反射面49。由此，在本例的投射光学系统3C中，在颠倒第1光学元件33和第2光学元件34的情况下，能够变更投射方向。
这里，在本例中，在第2光学系统32中选择了第1光学元件33的情况下和选择了第2光学元件34的情况下，第1光学系统31是公共的。即，第1光学系统31为1个。因此，能够抑制投射方向的变更所花费的成本。
另外，在本例中，在第1方式与第2方式之间，屏幕S和第1光轴N所成的角度相同，但是，除了这点以外，本例也能够得到与上述投射光学系统相同的效果。
图27是示出第1方式的投射光学系统3C的放大侧的MTF的图。图28是示出第2方式的投射光学系统3C的放大侧的MTF的图。在图27、图28中，横轴是空间频率，纵轴是对比度再现比。如图27、图28所示，本例的投射光学系统3C具有较高的分辨率。
这里，在上述实施例1～3中，投射光学系统3具有能够选择性地配置第1光学元件33和第2光学元件34中的一方的配置机构60，但是，投射光学系统3也可以构成为不具有配置机构60。即，只要能够交换第1光学元件33和第2光学元件34，投射光学系统3也可以不具有配置机构60。

Claims (30)

1.一种投射光学系统，其特征在于，其具有：
第1光学系统；
第2光学系统，其具有第1光学元件和第2光学元件，配置于所述第1光学系统的放大侧；以及
配置机构，其选择性地将所述第1光学元件和所述第2光学元件中的一方配置于所述第1光学系统的第1光轴上，
所述第1光学元件具有第1入射面、配置于所述第1入射面的所述放大侧的第1反射面、以及配置于所述第1反射面的所述放大侧的第1射出面，
所述第2光学元件具有第2入射面、配置于所述第2入射面的所述放大侧的第2反射面、以及配置于所述第2反射面的所述放大侧的第2射出面，
在所述第2光学系统配置有所述第1光学元件的第1配置中的第1投射角度与在所述第2光学系统配置有所述第2光学元件的第2配置中的第2投射角度不同。
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2光学元件在所述第2反射面与所述第2射出面之间的光路上具有第3反射面。
3.根据权利要求2所述的投射光学系统，其特征在于，
在所述第2光学系统配置有所述第1光学元件的第1配置中从所述第1射出面投射的光束的第1投射方向与在所述第2光学系统配置有所述第2光学元件的第2配置中从所述第2射出面投射的光束的第2投射方向不同。
4.根据权利要求3所述的投射光学系统，其特征在于，
所述第2投射方向是在沿着所述第1光学系统的所述第1光轴的方向上与所述第1投射方向相反的方向。
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光学系统在所述第2光学系统配置有所述第1光学元件的第1配置和所述第2光学系统配置有所述第2光学元件的第2配置之间是公共的。
6.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，
所述配置机构在所述第2光学系统配置有所述第1光学元件的第1配置中，使所述第1光学系统与所述第1光学元件的轴上面间距离成为第1距离，在所述第2光学系统配置有所述第2光学元件的第2配置中，使所述第1光学系统与所述第2光学元件的轴上面间距离成为与所述第1距离不同的第2距离，
所述轴上面间距离是所述第1光学系统的光轴上的面间距离。
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反射面和所述第2反射面的形状不同。
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射出面和所述第2射出面的形状不同。
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入射面和所述第2入射面的形状不同。
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光学系统具有配置于所述第1光学系统的最靠所述放大侧的第1透镜、以及配置于所述第1透镜的缩小侧的第2透镜，
所述第1透镜与所述第2透镜之间的距离在所述第2光学系统配置有所述第1光学元件的第1配置与所述第2光学系统配置有所述第2光学元件的第2配置之间不同。
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1反射面为凹形状。
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2反射面为凹形状。
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射出面为向放大侧突出的凸形状。
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2射出面为向放大侧突出的凸形状。
15.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入射面为向缩小侧突出的凸形状。
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2入射面为向缩小侧突出的凸形状。
17.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入射面和所述第1反射面相对于所述第1反射面的光轴配置于一侧，
所述第1射出面相对于所述第1反射面的所述光轴配置于另一侧。
18.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入射面和所述第2反射面相对于所述第2反射面的光轴配置于一侧，
所述第2射出面相对于所述第2反射面的光轴配置于另一侧。
19.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反射面是非球面。
20.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反射面是非球面。
21.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射出面是非球面。
22.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射出面是非球面。
23.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入射面是非球面。
24.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入射面是非球面。
25.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入射面、所述第1反射面和所述第1射出面分别具有以所述第1反射面的光轴为中心的旋转对称的形状。
26.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入射面、所述第2反射面和所述第2射出面分别具有以所述第2反射面的光轴为中心的旋转对称的形状。
27.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，
沿着与所述第1反射面的光轴正交的轴的方向是第1轴方向，
连结上侧交点和下侧交点的第1光瞳在包含所述第1光学系统的所述第1光轴和所述第1反射面的光轴的平面上相对于与所述第1反射面的所述光轴垂直的假想垂直线倾斜，
所述上侧交点是所述第1射出面的有效光线范围内通过所述第1轴方向的上端的上端光束中的上周边光线和所述有效光线范围内通过所述第1轴方向的下端的下端光束中的上周边光线在所述平面上交叉的交点，
所述下侧交点是所述上端光束中的下周边光线和所述下端光束中的下周边光线在所述平面上交叉的交点。
28.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，
沿着与所述第2反射面的光轴正交的轴的方向是第1轴方向，
连结上侧交点和下侧交点的第2光瞳在包含所述第1光学系统的所述第1光轴和所述第2反射面的光轴的平面上相对于与所述第2反射面的所述光轴垂直的假想垂直线倾斜，
所述上侧交点是所述第1射出面的有效光线范围内通过所述第1轴方向的上端的上端光束中的上周边光线和所述有效光线范围内通过所述第1轴方向的下端的下端光束中的上周边光线在所述平面上交叉的交点，
所述下侧交点是所述上端光束中的下周边光线和所述下端光束中的下周边光线在所述平面上交叉的交点。
29.根据权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，
在所述第2光学系统配置有所述第1光学元件的第1配置中相对于所述第1反射面在缩小侧形成中间像，在所述第2光学系统配置有所述第2光学元件的第2配置中相对于所述第2反射面在所述缩小侧形成中间像。
30.一种投影仪，其特征在于，其具有：
权利要求1～29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形成投射图像。
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