CN113219771B

CN113219771B - 投射光学系统和投影仪

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Publication number: CN113219771B
Application number: CN202110063256.7A
Authority: CN
Inventors: 守国荣时; 渡边果步
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2041-01-18
Also published as: JP2021113913A; CN113219771A; JP7088217B2; US20210223674A1

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；以及第2光学系统，其具有光学元件，配置于第1光学系统的放大侧。第1光学系统具有第1透镜和配置于第1透镜的缩小侧的第2透镜。光学元件具有第1透过面、配置于第1透过面的放大侧的反射面、以及配置于反射面的放大侧的第2透过面。第1透镜的两面是非球面。第2透镜的两面是非球面。光学元件、第1透镜和第2透镜中的至少一方在沿着第1光学系统的第1光轴的光轴方向上移动。

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光学系统具备具有多枚透镜的折射光学系统。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的投射光学系统要进一步缩短投射距离的情况下，存在难以设计投射光学系统这样的课题。

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；以及第2光学系统，其具有光学元件，配置于所述第1光学系统的放大侧。所述第1光学系统具有第1透镜和配置于所述第1透镜的缩小侧的第2透镜。所述光学元件具有第1透过面、配置于所述第1透过面的所述放大侧的反射面、以及配置于所述反射面的所述放大侧的第2透过面。所述第1透镜的两面是非球面。所述第2透镜的两面是非球面。所述第1透镜和所述第2透镜中的至少一方在沿着所述第1光学系统的第1光轴的光轴方向上移动。

此外，本发明的另一个投射光学系统具有：第1光学系统；以及第2光学系统，其具有光学元件，配置于所述第1光学系统的放大侧。所述第1光学系统具有第1透镜和配置于所述第1透镜的缩小侧的第2透镜。所述光学元件具有第1透过面、配置于所述第1透过面的所述放大侧的反射面、以及配置于所述反射面的所述放大侧的第2透过面。所述光学元件在沿着所述第1光学系统的第1光轴的光轴方向上移动。

并且，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是示意地示出投射距离为基准距离的情况下的投射光学系统的整体的光线图。

图3是示意地示出投射距离为近距离的情况下的投射光学系统的整体的光线图。

图4是示意地示出投射距离为远距离的情况下的投射光学系统的整体的光线图。

图5是投射光学系统的光线图。

图6是第2光学系统的光线图。

图7是实施例1的投射光学系统的说明图。

图8是实施例2的投射光学系统的说明图。

图9是实施例3的投射光学系统的说明图。

图10是实施例4的投射光学系统的说明图。

图11是实施例5的投射光学系统的说明图。

图12是实施例6的投射光学系统的说明图。

图13是实施例7的投射光学系统的说明图。

图14是实施例8的投射光学系统的说明图。

图15是实施例9的投射光学系统的说明图。

标号说明

1：投影仪；2：图像形成部；3：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；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：光学元件；35：第1透过面；36：反射面；37：第2透过面；40：中间像；41：光瞳；D1～D7：轴上面间距离；F1～F5：光束；J1：基准距离；J2：近距离；J3：远距离；L1～L14：透镜；L21：第1接合透镜；L22：第2接合透镜；L23：第3接合透镜；L24：第4接合透镜；L25：第5接合透镜；N1：第1光轴；N2：第2光轴；P1：第1基准位置；P2：第2基准位置；S：屏幕。

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，对搭载于投影仪1的投射光学系统3的实施例进行说明。投射光学系统3能够使投射距离在预先设定的基准距离J1、比基准距离J1短的近距离J2、比基准距离J1长的远距离J3之间进行变更。

图2是示意地示出以基准距离J1进行投射的情况下的投射光学系统3的整体的光线图。图3是示意地示出以近距离J2进行投射的情况下的投射光学系统3的整体的光线图。图4是示意地示出以远距离J3进行投射的情况下的投射光学系统3的整体的光线图。图5是以基准距离J1进行投射的情况下的投射光学系统3的光线图。图6是以基准距离J1进行投射的情况下的投射光学系统3的第2光学系统的光线图。在图2、图3和图4中，通过光束F1～F5示意地示出从本例的投射光学系统3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F5是到达像高最高的位置的光束。光束F3是到达光束F1与光束F5的中间位置的光束。光束F2是到达光束F1与光束F3的中间位置的光束。光束F4是到达光束F3与光束F5的中间位置的光束。此外，在以下的附图和说明中，将液晶面板18R、液晶面板18G、液晶面板18B表示为液晶面板18。

如图5所示，投射光学系统3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由一个光学元件33构成。光学元件33从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面35、反射面36和第2透过面37。第1透过面35是向缩小侧突出的凸形状。反射面36具有凹形状。第2透过面37是向放大侧突出的凸形状。构成第2光学系统32的光学元件33配置于第1光学系统31的第1光轴N1上。在第2光学系统32中，反射面36的第2光轴N2与第1光轴N1一致。

在投射光学系统3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在第1光学系统31的第1光轴N1的一侧形成投射图像。如图2、图3和图4所示，在投射光学系统3的放大侧成像面配置有屏幕S。向屏幕S投射最终像。屏幕S相对于第1光轴N1位于与液晶面板18的投射图像相同的一侧。在第1光学系统31与光学元件33的反射面36之间形成有与缩小侧成像面以及放大侧成像面共轭的中间像40。中间像40是相对于最终像上下反转的共轭像。在本例中，中间像40形成于光学元件33的内侧。更具体而言，中间像40形成于光学元件33的第1透过面35与反射面36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轴和Z轴。此外，将放大侧成像面即屏幕S的左右方向设为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。Z轴方向是沿着第1光学系统31的第1光轴N1的光轴方向。在Z轴方向上，将第1光学系统31所在的一侧设为第1方向Z1，将第2光学系统32所在的一侧设为第2方向Z2。此外，将包含第1光学系统31的第1光轴N1、光学元件33的反射面36的第2光轴N2和Y轴的平面设为YZ平面。图2～图6分别是YZ平面上的光线图。第1光轴N1和第2光轴N2在Z轴方向上延伸。液晶面板18在第1光学系统31的第1光轴N1的上方Y1形成投射图像。屏幕S配置于第1光学系统31的第1光轴N1的上方Y1。中间像40形成于第1光轴N1的下方Y2。

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L1～L15。透镜L1～透镜L15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L6和透镜L7是被接合的第3接合透镜L23。透镜L10和透镜L11是被接合的第4接合透镜L24。透镜L12和透镜L13是被接合的第5接合透镜L25。在第3接合透镜L23与透镜L8之间配置有光圈O。

在第1光学系统31中，位于最靠放大侧的透镜L15(第1透镜)的放大侧和缩小侧的两面是非球面。此外，在第1光学系统31中，位于从最靠放大侧起第2个透镜的位置的透镜L14(第2透镜)的放大侧和缩小侧的两面也是非球面。另外，将投射距离为基准距离J1的情况下的透镜L15的位置设为第1基准位置P1，将透镜L14的位置设为第2基准位置P2。

这里，在第1光学系统31中，透镜L14具有正光焦度。此外，第1光学系统31整体具有正光焦度。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。

光学元件33是将反射面36的第2光轴N2作为设计轴而设计的。换言之，第2光轴N2是第1透过面35、第2透过面37和反射面36的设计上的光轴。如图5、图6所示，第1透过面35和反射面36位于第2光轴N2的下方Y2，第2透过面37位于第2光轴N2的上方Y1。在本例中，光学元件33的第1透过面35、反射面36和第2透过面37具有以第2光轴N2为中心的旋转对称的形状。第1透过面35、反射面36和第2透过面37分别设置在以第2光轴N2为中心的180°的角度范围内。

光学元件33的第1透过面35、反射面36和第2透过面37均是非球面。反射面36是设置于光学元件33的与第1透过面35相反一侧的面的反射涂层。另外，第1透过面35、反射面36和第2透过面37分别可以设为自由曲面。自由曲面是非球面形状的一种形式。该情况下，各自由曲面是将第2光轴N2作为设计轴而设计的。因此，在投射光学系统3中，在第1透过面35、反射面36和第2透过面37均是自由曲面的情况下，也将反射面36的第2光轴N2称为光学元件33的光轴。

如图6所示，第2光学系统32的光瞳41位于光学元件33的内侧。YZ平面中的第2光学系统32的光瞳41由连结上侧交点Q1和下侧交点Q2的线规定，该上侧交点Q1是通过第2透过面37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Q2是上端光束的下周边光线和下端光束的下周边光线在YZ平面上交叉的交点。

光瞳41在YZ平面上相对于与第2光轴N2垂直的假想垂直线V倾斜。在本例中，光瞳41相对于假想垂直线V倾斜的倾斜角度θ为90°以上。倾斜角度θ是从假想垂直线V起在图6的附图上顺时针旋转而取的角度。

(透镜数据)

投射距离为基准距离J1的情况下的投射光学系统3的透镜数据如下所述。从放大侧朝向缩小侧依次标注面编号。对非球面的面编号标注*。符号是透镜和反射镜的符号。不与透镜以及反射镜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。nd是折射率。vd是阿贝数。Y是有效半径。r、d、Y的单位是mm。

各非球面的非球面系数如下所述。

(投射距离的变更)

接着，对将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况、和将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下的透镜位置进行说明。另外，关于各实施例的模拟中使用的光线，620nm的波长的光线、550nm的波长的光线、470nm的波长的光线之比按照2：7：1进行加权。

(实施例1)

图7是实施例1的说明图。在本例中，在变更了投射距离的情况下，使构成第2光学系统32的光学元件33在Z轴方向上移动。即，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，如图7中箭头G所示，使光学元件33向第1方向Z1移动。在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，使光学元件33向第2方向Z2移动。

投射光学系统3的各投射距离中的轴上面间距离如下所述。在以下所示的轴上面间距离的数据中，S1的栏的值是图5中用J1、J2、J3示出的投射距离。换言之，S1的栏的值是图2所示的基准距离J1、图3所示的近距离J2和图4所示的远距离J3。即，S1的栏的值是Z轴方向上的光学元件33的第2透过面37与屏幕S之间的轴上面间距离。如图5所示，S4的栏的值是光学元件33的第1透过面35与第1光学系统31的透镜L15之间的轴上面间距离D1。S6的栏的值是第1光学系统31的透镜L15的缩小侧的面L15a与透镜L14的轴上面间距离D2。S8的栏的值是第1光学系统31的透镜L14的缩小侧的面L14a与透镜L13的轴上面间距离D3。S3～S33的栏的值表示光学元件33的反射面36与液晶面板18的轴上面间距离D4。S5～S33的栏的值表示第1光学系统31的透镜L15的放大侧的面L15b与液晶面板18的轴上面间距离D5。S7～S33的栏的值表示第1光学系统31的透镜L14的放大侧的面L14b与液晶面板18的轴上面间距离D6。

如轴上面间距离的数据所示，在本例中，在变更了投射距离的情况下，仅使光学元件33移动。第1光学系统31的透镜L1～L15被固定。

根据本例，仅通过光学元件33的移动就能够变更投射距离。因此，在本例中，通过在保持投射光学系统3的镜筒或支承投射光学系统3的投影仪1的框架上设置将光学元件33支承为能够移动的支承机构，能够进行对焦。

(实施例2)

图8是实施例2的说明图。在本例中，在变更了投射距离的情况下，使光学元件33和第1光学系统31的透镜L14在Z轴方向上移动。即，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，如图8中箭头G所示，使光学元件33向第1方向Z1移动。此外，如图8中箭头H所示，使透镜L14从第2基准位置P2向第1方向Z1移动。在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，使光学元件33向第2方向Z2移动，并且使透镜L14向第2方向Z2移动。第1光学系统31的透镜L1～L13和透镜L15被固定。投射光学系统3的各投射距离中的轴上面间距离如下所述。

根据本例，通过使光学元件33和第1光学系统31的1枚透镜在Z轴方向上移动，能够变更投射距离。本例与实施例1相比，在投射距离为近距离J2的情况下，能够进一步抑制像散的产生。

(实施例3)

图9是实施例3的说明图。在本例中，在变更了投射距离的情况下，使光学元件33、第1光学系统31的透镜L14和第1光学系统31的透镜L15在Z轴方向上移动。即，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，如图9中箭头G所示，使光学元件33向第2方向Z2移动。此外，如图9中箭头H、I所示，使透镜L14从第2基准位置P2向第2方向Z2移动，并且使透镜L15从第1基准位置P1向第2方向Z2移动。在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，使光学元件33向第1方向Z1移动。此外，使透镜L14从第2基准位置P2向第1方向Z1移动，并且使透镜L15从第1基准位置P1向第1方向Z1移动。第1光学系统31的透镜L1～L13被固定。投射光学系统3的各投射距离中的轴上面间距离如下所述。

在本例中，如S6的栏的值所示，在使透镜L14和透镜L15移动时，不使透镜L14与透镜L15的轴上面间距离D2变化。即，在本例中，使光学元件33向规定的方向移动，并且使透镜L14和透镜L15向与光学元件33的移动方向相同的方向移动相同距离。

本例与实施例1、2相比，在投射距离为近距离J2的情况下，能够进一步抑制像散的产生。此外，在本例中，能够使第1光学系统31的透镜L14以及透镜L15一体地移动。因此，在使1枚光学元件33和2枚透镜L14、透镜L15移动的情况下，通过在镜筒或框架上设置将光学元件33支承为能够在Z轴方向上移动的第1移动机构、以及将透镜L14和透镜L15支承为能够在Z轴方向上移动的第2移动机构，能够变更投射距离。

(实施例4)

图10是实施例4的说明图。在本例中，在变更了投射距离的情况下，使光学元件33和第1光学系统31的透镜L15在Z轴方向上移动。即，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，如图10中箭头G所示，使光学元件33向第1方向Z1移动。此外，如图10中箭头I所示，使透镜L15从第1基准位置P1向第2方向Z2移动。在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，使光学元件33向第2方向Z2移动。此外，使透镜L15从第1基准位置P1向第1方向Z1移动。第1光学系统31的透镜L1～L14被固定。投射光学系统3的各投射距离中的轴上面间距离如下所述。

根据本例，通过使光学元件33和第1光学系统31的1枚透镜在Z轴方向上移动，能够变更投射距离。

(实施例5)

图11是实施例5的说明图。在本例中，在变更了投射距离的情况下，使光学元件33、以及第1光学系统31的透镜L14和透镜L15在Z轴方向上移动。即，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，如图11中箭头G所示，使光学元件33向第2方向Z2移动。此外，如图11中箭头H所示，使透镜L14从第2基准位置P2向第2方向Z2移动，并且，如箭头I所示，使透镜L15从第1基准位置P1向第2方向Z2移动。在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，使光学元件33向第1方向Z1移动。此外，使透镜L14从第2基准位置P2向第1方向Z1移动，并且使透镜L15从第1基准位置P1向第1方向Z1移动。第1光学系统31的透镜L1～L13被固定。投射光学系统3的各投射距离中的轴上面间距离如下所述。

对S5～S33的栏的值和S7～S33的值的栏进行比较可知，在本例中，变更了投射距离时的透镜L14和透镜L15的移动距离不同。即，如图11中箭头H、I的长度所示，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，透镜L15从第1基准位置P1向第2方向Z2移动的第1距离比透镜L14从第2基准位置P2向第2方向Z2移动的第2距离长。此外，在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，透镜L15从第1基准位置P1向第1方向Z1移动的第3距离比第2透镜从第2基准位置P2向第1方向Z1移动的第4距离长。

根据本例，在将投射距离设为远距离J3的情况下，也能得到与投射距离为基准距离J1的情况相同的分辨率。此外，在将投射距离设为近距离J2的情况下，也能得到与投射距离为基准距离J1的情况相同的分辨率。

(实施例6)

图12是实施例6的说明图。在本例中，在变更了投射距离的情况下，仅使第1光学系统31的透镜L14在Z轴方向上移动。即，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，如图12中箭头H所示，使透镜L14从第2基准位置P2向第1方向Z1移动。在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，使透镜L14从第2基准位置P2向第2方向Z2移动。光学元件33被固定，光学元件33在变更投射距离时不移动。此外，第1光学系统31的透镜L1～L13和透镜L15被固定。投射光学系统3的各投射距离中的轴上面间距离如下所述。

根据本例，通过使第1光学系统31的1枚透镜在Z轴方向上移动，能够变更投射距离。此外，不需要使光学元件33移动，因此，在变更投射距离时，能够避免光学元件33的第1透过面35、反射面36和第2透过面37的位置精度降低。

(实施例7)

图13是实施例7的说明图。在本例中，在变更了投射距离的情况下，使第1光学系统31的透镜L15在Z轴方向上移动。即，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，如图13中箭头I所示，使透镜L15从第1基准位置P1向第2方向Z2移动。在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，使透镜L15从第1基准位置P1向第1方向Z1移动。光学元件33被固定，在变更投射距离时不移动。此外，第1光学系统31的透镜L1～L14被固定。投射光学系统3的各投射距离中的轴上面间距离如下所述。

根据本例，通过使第1光学系统31的1枚透镜在Z轴方向上移动，能够变更投射距离。此外，在本例中，在投射距离为远距离J3的情况下，容易抑制像散的产生。进而，在本例中，不需要使光学元件33移动，因此，在变更投射距离时，能够避免光学元件33的第1透过面35、反射面36和第2透过面37的位置精度降低。

(实施例8)

图14是实施例8的说明图。在本例中，在变更了投射距离的情况下，使第1光学系统31的透镜L14和透镜L15在Z轴方向上移动。即，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，如图14中箭头H、I所示，使透镜L14从第2基准位置P2向第2方向Z2移动，并且使透镜L15从第1基准位置P1向第2方向Z2移动。在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，使透镜L14从第2基准位置P2向第1方向Z1移动，并且使透镜L15从第1基准位置P1向第1方向Z1移动。光学元件33被固定，在变更投射距离时不移动。此外，第1光学系统31的透镜L1～L13被固定。投射光学系统3的各投射距离中的轴上面间距离如下所述。

在本例中，如S6的栏的值所示，在使透镜L14和透镜L15移动时，不使透镜L14与透镜L15的轴上面间距离D2变化。即，在本例中，在变更投射距离时，使透镜L14和透镜L15向相同方向移动相同距离。

在本例中，能够与投射距离无关地抑制像散的产生。此外，根据本例，能够使第1光学系统31的透镜L14以及透镜L15一体地移动。因此，在使2枚透镜L14、透镜L15移动的情况下，通过在镜筒或框架上设置将透镜L14和透镜L15支承为能够在Z轴方向上移动的1个移动机构，能够变更投射距离。进而，在本例中，不需要使光学元件33移动，在变更投射距离时，能够避免光学元件33的第1透过面35、反射面36和第2透过面37的位置精度降低。

(实施例9)

图15是实施例9的说明图。在本例中，在变更了投射距离的情况下，使第1光学系统31的透镜L14和透镜L15在Z轴方向上移动。即，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，如图15中箭头H所示，使透镜L14从第2基准位置P2向第2方向Z2移动，并且，如箭头I所示，使透镜L15从第1基准位置P1向第2方向Z2移动。在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，使透镜L14从第2基准位置P2向第1方向Z1移动，并且使透镜L15从第1基准位置P1向第1方向Z1移动。光学元件33被固定，在变更投射距离时不移动。此外，第1光学系统31的透镜L1～L13被固定。投射光学系统3的各投射距离中的轴上面间距离如下所述。

对S5～S33的栏的值和S7～S33的值的栏进行比较可知，在本例中，在变更投射距离时，透镜L14和透镜L15的移动距离不同。即，如图15中箭头H、I的长度所示，在将投射距离从基准距离J1变更为远距离J3的情况下，透镜L15从第1基准位置P1向第2方向Z2移动的第1距离比透镜L14从第2基准位置P2向第2方向Z2移动的第2距离长。此外，在将投射距离从基准距离J1变更为近距离J2的情况下，透镜L15从第1基准位置P1向第1方向Z1移动的第3距离比第2透镜从第2基准位置P2向第1方向Z1移动的第4距离长。

根据本例，在将投射距离设为远距离J3的情况下，也能得到与投射距离为基准距离J1的情况相同的分辨率。此外，在将投射距离设为近距离J2的情况下，也能得到与投射距离为基准距离J1的情况相同的分辨率。此外，在本例中，不需要使光学元件33移动，因此，在变更投射距离时，能够避免光学元件33的第1透过面35、反射面36和第2透过面37的位置精度降低。

(作用效果)

本例的投射光学系统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。第2光学系统32具有光学元件33，该光学元件33从缩小侧朝向放大侧依次具有第1透过面35、反射面36和第2透过面37。第1透镜和第2透镜的两面均是非球面。

因此，本例的投射光学系统3在第2光学系统32中，能够使在反射面36反射后的光束在第2透过面37进行折射。由此，与第2光学系统32仅具有反射面36的情况相比，容易缩短投射光学系统3的投射距离。换言之，本例的投射光学系统3与第2光学系统32仅具有反射面36的情况相比，能够使投射光学系统3实现短焦点化。

此外，在本例的投射光学系统3中，在第1光学系统31中位于最靠放大侧的透镜L15和从最靠放大侧起第2枚透镜L14中的至少一方能够在沿着第1光学系统31的第1光轴N1的Z轴方向上移动。因此，在变更了投射光学系统3的投射距离的情况下，能够进行对焦。

此外，光学元件33的第2透过面37具有向放大侧突出的凸形状。因此，能够使光束在第2透过面37进行折射。由此，能够抑制与放大侧成像面即屏幕S共轭的中间像40沿着第2光轴N2倾斜而增大。由此，能够抑制位于中间像40的放大侧的反射面36大型化。

此外，在本例中，中间像40位于光学元件33中的第1透过面35与反射面36之间。因此，与中间像40形成于第1光学系统31与光学元件33之间的情况相比，能够使第1光学系统31和光学元件33接近。由此，能够使投射光学系统3在Z轴方向上变得紧凑。

进而，在光学元件33中，第1透过面35、反射面36和第2透过面37以第2光轴N2为中心具有旋转对称的形状。因此，与这些面不是旋转对称的情况相比，容易制造光学元件33。

这里，第2光学系统32的光瞳41相对于与第2光轴N2垂直的假想垂直线V倾斜。由此，在投射光学系统3中，相比于光瞳41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41相对于与第2光轴N2垂直的假想垂直线V倾斜，则相比于光瞳41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的情况。

进而，在本例中，在光学元件33中，位于中间像40的缩小侧的第1透过面35是非球面，因此，能够抑制中间像40中产生像差。此外，光学元件33的反射面36和第2透过面37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，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，容易形成中间像40，并且能够减小中间像40。由此，容易实现位于中间像40的放大侧的反射面36的小型化。

另外，投射光学系统3还能够在第2光学系统32的放大侧具备第3光学系统，该第3光学系统具有透镜或反射镜等光学部件。

Claims

1.一种投射光学系统，其特征在于，其从缩小侧向放大侧依次配置有：

第1光学系统；以及

第2光学系统，其具有光学元件，配置于所述第1光学系统的放大侧，

所述第1光学系统具有第1透镜和配置于所述第1透镜的缩小侧的第2透镜，

所述光学元件具有第1透过面、配置于所述第1透过面的所述放大侧的反射面、以及配置于所述反射面的所述放大侧的第2透过面，

所述第1透镜的两面是非球面，

所述第2透镜的两面是非球面，

所述第1透镜和所述第2透镜双方在沿着所述第1光学系统的第1光轴的光轴方向上向所述光轴方向中的同一方向移动，

所述光学元件不在所述光轴方向上移动，

所述第1透镜的第1移动距离比所述第2透镜的第2移动距离长。

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透镜在所述第1光学系统中配置于最靠所述放大侧，

所述第2透镜配置于与所述第1透镜相邻的位置。

3.一种投射光学系统，其特征在于，其从缩小侧向放大侧依次配置有：

第1光学系统；以及

所述光学元件在沿着所述第1光学系统的第1光轴的光轴方向上移动，

所述第1透镜和所述第2透镜不在所述光轴方向上移动。

4.根据权利要求1或3所述的投射光学系统，其特征在于，

所述反射面的第2光轴与所述第1光轴一致。

5.根据权利要求4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透过面分别具有以所述第2光轴为中心的旋转对称的形状。

6.根据权利要求4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相对于所述第2光轴配置于一侧，

所述第2透过面相对于所述第2光轴配置于另一侧。

7.根据权利要求4所述的投射光学系统，其特征在于，

X轴、Y轴和Z轴是彼此正交的3轴，X轴方向是放大侧成像面的宽度方向，Y轴方向是所述放大侧成像面的上下方向，Z轴方向是与所述放大侧成像面垂直的方向，

连结上侧交点和下侧交点的光瞳在包含所述第1光轴和所述第2光轴且沿所述Y轴方向延伸的YZ平面上相对于与所述第2光轴垂直的假想垂直线倾斜，

所述上侧交点是所述第2透过面的有效光线范围内通过所述Y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Y轴方向的下端的下端光束中的上周边光线在所述YZ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YZ平面上交叉的交点。

8.根据权利要求1或3所述的投射光学系统，其特征在于，

所述反射面具有凹形状。

9.根据权利要求1或3所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第2透过面具有向所述放大侧突出的凸形状。

10.根据权利要求1或3所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第1透过面具有向所述缩小侧突出的凸形状。

11.根据权利要求1或3所述的投射光学系统，其特征在于，

所述反射面是非球面。

12.根据权利要求1或3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。

13.根据权利要求1或3所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第2透过面是非球面。

14.根据权利要求1或3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。

15.根据权利要求1或3所述的投射光学系统，其特征在于，

相对于所述反射面在所述缩小侧形成中间像。

16.一种投射光学系统，其特征在于，其从缩小侧向放大侧依次配置有：

第1光学系统；以及

所述第2透镜在所述光轴方向上移动，

所述光学元件和所述第2透镜向所述光轴方向中的同一方向移动。

17.一种投射光学系统，其特征在于，其从缩小侧向放大侧依次配置有：

第1光学系统；以及

所述第1透镜在所述光轴方向上移动，

所述光学元件向所述光轴方向中的第1方向移动，

所述第1透镜向所述光轴方向中的与所述第1方向相反的第2方向移动。

18.一种投射光学系统，其特征在于，其从缩小侧向放大侧依次配置有：

第1光学系统；以及

所述第1透镜和所述第2透镜在所述光轴方向上移动，

所述光学元件、所述第1透镜和所述第2透镜向所述光轴方向中的同一方向移动。

19.根据权利要求18所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第1透镜的第1移动距离与所述第2透镜的第2移动距离相同。

20.根据权利要求18所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第1透镜的第1移动距离比所述第2透镜的第2移动距离长。

21.根据权利要求3、16～20中的任意一项所述的投射光学系统，其特征在于，

所述第1透镜在所述第1光学系统中配置于最靠所述放大侧，

所述第2透镜配置于与所述第1透镜相邻的位置。

22.一种投影仪，其特征在于，其具有：

权利要求1～21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。