CN116243540A - 光学系统以及投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供光学系统以及投影仪，能够使第1反射面与第2反射面接近。光学系统具备第1光学元件和配置于所述第1光学元件的缩小侧的第2光学元件。所述第1光学元件具有凹形状的第1反射面，所述第2光学元件具有第1透射面、配置于所述第1透射面的缩小侧的第2反射面、以及配置于所述第2反射面的缩小侧的第2透射面。所述第1反射面的第1光轴与所述第1透射面的第2光轴平行。所述第1透射面、所述第2反射面以及所述第2透射面中的至少一方具有屈光力。

Description

光学系统以及投影仪

技术领域

本发明涉及光学系统以及投影仪。

背景技术

在专利文献1中记载了从缩小侧朝向放大侧依次具有投射透镜、第1反射镜、第2反射镜的投射光学系统。第1反射镜为平面形状，第2反射镜为凹面形状。在将投射光学系统用于投影仪时，在投射光学系统的缩小侧成像面设置图像显示元件。在投射光学系统的放大侧成像面上设置屏幕。在该文献中，从图像显示元件侧透过投射透镜而入射到第1反射镜的投射光是漫射光束，被第1反射镜反射后被第2反射镜反射的投射光暂时聚光后，到达配置于放大侧成像面的屏幕。

专利文献1：日本特开2013-064816号公报

在专利文献1的投射光学系统中，为了使位于投射透镜的放大侧的第1反射镜与投射透镜和第2反射镜双方在物理上不干涉，需要确保第1反射镜与第2反射镜之间的空气间隔较宽。因此，难以使第1反射镜和第2反射镜接近，因此投射光学系统变大。

发明内容

为了解决上述课题，本发明的光学系统具有：第1光学元件；以及第2光学元件，其配置在所述第1光学元件的缩小侧，所述第1光学元件具有凹形状的第1反射面，所述第2光学元件具有：第1透射面；第2反射面，其配置在所述第1透射面的缩小侧；以及第2透射面，其配置在所述第2反射面的缩小侧，所述第1反射面的第1光轴与所述第1透射面的第2光轴平行，所述第1透射面、所述第2反射面以及所述第2透射面中的至少一方具有屈光力。

接着，本发明的投影仪具有：光调制元件，其配置于缩小侧共轭面，对从光源射出的光进行调制；以及上述的光学系统，其投射由所述光调制元件调制后的光。

附图说明

图1是表示具有本发明的光学系统的投影仪的概略结构的图。

图2是示意性地表示实施例1的光学系统的整体的光线图。

图3是实施例1的光学系统的光线图。

图4是表示实施例1的光学系统的放大侧的MTF的图。

图5是实施例1的光学系统的点图(spot diagram)。

图6是示意性地表示实施例2的光学系统的整体的光线图。

图7是实施例2的光学系统的光线图。

图8是表示实施例2的光学系统的放大侧的MTF的图。

图9是实施例2的光学系统的点图。

图10是示意性地表示实施例3的光学系统的整体的光线图。

图11是实施例3的光学系统的光线图。

图12是实施例3的第1光学系统的光线图。

图13是表示实施例3的光学系统的放大侧的MTF的图。

图14是实施例3的光学系统的点图。

图15是示意性地表示实施例4的光学系统的整体的光线图。

图16是实施例4的光学系统的光线图。

图17是实施例4的第1光学系统的光线图。

图18是表示实施例4的光学系统的放大侧的MTF的图。

图19是实施例4的光学系统的点图。

标号说明

1：投影仪；2：图像形成部；3、3A、3B、3C、3D：光学系统；4：控制部；6：图像处理部；7：显示驱动部；10：光源；11：积分器透镜；12：积分器透镜；13：偏振转换元件；14：重叠透镜；15：分色镜；16：反射镜；17R：场透镜；17G：场透镜；17B：场透镜；18(18B、18R、18G)：液晶面板；19：十字分色棱镜；21：分色镜；22：中继透镜；23：反射镜；24：中继透镜；25：反射镜；30：中间像；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：校正透镜；36：校正光学元件；37：第2中继元件；38：第1中继元件；40：第1反射面；41：第3透射面；42：第1反射面；43：第4透射面；51：第1透射面；52：第2反射面；53：第2透射面；61：第1透镜面；62：第2透镜面；L1～L15：透镜；N：光轴；M：光轴；P：最大有效点；Q：假想线；S：屏幕。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的光学系统和投影仪进行说明。

(投影仪)

图1是表示具有本发明的光学系统3的投影仪的概略结构的图。如图1所示，投影仪1具有：图像形成部2，其生成向屏幕S投射的投射图像；光学系统3，其放大投射图像并向屏幕S投射放大像；以及控制部4，其控制图像形成部2的动作。

(图像形成部以及控制部)

图像形成部2具备光源10、第1积分器透镜11、第2积分器透镜12、偏振转换元件13、重叠透镜14。光源10例如由超高压水银灯、固体光源等构成。第1积分器透镜11及第2积分器透镜12分别具有排列成阵列状的多个透镜元件。第1积分器透镜11将来自光源10的光束分割为多个。第1积分器透镜11的各透镜元件使来自光源10的光束会聚到第2积分器透镜12的各透镜元件的附近。

偏振转换元件13使来自第2积分器透镜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在后述的液晶面板18R、液晶面板18G以及液晶面板18B的显示区域上重叠。

另外，图像形成部2具备第1分色镜15、反射镜16、场透镜17R以及液晶面板18R。第1分色镜15使作为从重叠透镜14入射的光的一部分的R光反射，使作为从重叠透镜14入射的光的一部分的G光和B光透过。被第1分色镜15反射的R光经过反射镜16以及场透镜17R，向液晶面板18R入射。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。

并且，图像形成部2具备第2分色镜21、场透镜17G以及液晶面板18G。第2分色镜21使作为来自第1分色镜15的光的一部分的G光反射，使作为来自第1分色镜15的光的一部分的B光透过。被第2分色镜21反射的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。

另外，图像形成部2具备中继透镜22、反射镜23、中继透镜24、反射镜25、场透镜17B、液晶面板18B以及十字分色棱镜19。透过了第2分色镜21的B光经过中继透镜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以及液晶面板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到的投射图像。

光学系统3将十字分色棱镜19合成的投射图像放大投射到屏幕S上。

控制部4具备：图像处理部6，其被输入视频信号等外部图像信号；以及显示驱动部7，其根据从图像处理部6输出的图像信号来驱动液晶面板18R、液晶面板18G以及液晶面板18B。

图像处理部6将从外部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以及液晶面板18B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于液晶面板18R、液晶面板18G以及液晶面板18B。

(实施例1)

图2是示意性地表示实施例1的光学系统的整体的光线图。图3是实施例1的光学系统3A的光线图。如图2、图3所示，在光学系统3A的缩小侧共轭面配置有液晶面板18。

在以下的说明中，为了方便，将相互正交的3轴设为X轴、Y轴以及Z轴。另外，将作为放大侧共轭面的屏幕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。在Y轴方向上，将屏幕S的上方设为Y1方向，将屏幕S的下方设为Y2方向。将在Z轴方向上屏幕S所处的一侧设为Z1方向，将其相反侧设为Z2方向。

如图2所示，本例的光学系统3A从放大侧朝向缩小侧依次具有第1光学系统31和第2光学系统32。第1光学系统31是反射光学系统。第1光学系统31具有第1光学元件33和第2光学元件34。第1光学元件33和第2光学元件34按该顺序从放大侧朝向缩小侧依次配置。第1光学元件33的光轴M沿Z轴方向延伸。即，第1光学元件33的光轴M与屏幕S垂直。第2光学系统32是折射光学系统。第2光学系统32的光轴N(第6光轴)沿着Y轴方向延伸。屏幕S位于光轴N的Z1方向。

如图3所示，第1光学元件33具备朝向Z1方向的第1反射面40。第1反射面40具有向Z2方向凹陷的凹面形状。第1反射面40的第1光轴是第1光学元件33的光轴M。第1反射面40具有以第1光轴为中心的旋转对称的形状。第1反射面40具有非球面形状。在此，第1光学元件33以光轴M为设计轴而设计。即，第1光轴是第1反射面40的设计上的光轴。

第2光学元件34由1个光学元件构成。第2光学元件34位于第1光学元件33的Z1方向。第2光学元件34具有第1透射面51、位于第1透射面51的缩小侧的第2反射面52、以及位于第2反射面52的缩小侧的第2透射面53。

第1透射面51与第1反射面40在Z轴方向上对置。第1透射面51具有朝向Z2方向的凸面形状。第1透射面51的第2光轴与第1反射面40的第1光轴大致平行。在本例中，第1透射面51的第2光轴与第1反射面40的第1光轴一致。换言之，第1透射面51的第2光轴与第1光学元件33的光轴M一致。第1透射面51具备以第2光轴为中心的旋转对称的形状。第1透射面51具有正的屈光力。第1透射面51具有非球面形状。

第2反射面52是不具备屈光力的平面反射镜。第2反射面52相对于Y轴和Z轴倾斜45°。第2反射面52在第1透射面51与第2透射面53之间将光路弯折90°。第2反射面52通过在第2光学元件34的Z1方向的外侧面设置反射涂层而形成。

第2透射面53朝向Y2方向并与透镜L15对置。第2透射面53的光轴与第1透射面51的第2光轴所成的角度为90°。即，第2透射面53的光轴与第1光学元件33的光轴M所成的角度为90°。另外，第2透射面53的光轴与第2光学系统32的光轴N一致。第2透射面53具有以第2透射面53的光轴为中心的旋转对称的形状。第2透射面53具有正的屈光力。第2透射面53具有非球面形状。

如图3所示，第2光学系统32具备15片透镜L1～L15。透镜L1～透镜L15按该顺序从缩小侧朝向放大侧依次配置。在本例中，透镜L2和透镜L3是接合起来的第1接合透镜L21。透镜L4和透镜L5是接合起来的第2接合透镜L22。透镜L11和透镜L12是接合起来的第3接合透镜L23。透镜L13和透镜L14是接合起来的第4接合透镜L24。在透镜L9与透镜L10之间配置有光圈O。透镜L6、透镜L9以及透镜L15是在两面具备非球面形状的非球面透镜。在第2光学系统32中，各透镜均具备以光轴N为中心的旋转对称面。

在此，如图3所示，配置于光学系统3A的缩小侧共轭面的液晶面板18在光轴N的Z2方向侧形成投射图像。另外，第1光学元件33的光轴M与第2光学系统32的光轴N所成的角度θ1为90°以下。在本例中，所成的角度θ1为90°。因此，来自液晶面板18侧的光在通过第2光学系统32之后，被第2光学元件34的第2反射面52弯折90°而朝向Z2方向。朝向Z2方向的光通过第1光学元件33的第1反射面40向Z1方向以及Y1方向折回而到达屏幕S。

此外，如图3所示，光学系统3A在缩小侧共轭面和放大侧共轭面之间形成与缩小侧共轭面和放大侧共轭面共轭的中间像30。在本例中，中间像30形成在第1光学元件33的第1反射面40与第2光学元件34的第2透射面53之间。

光学系统3A的透镜数据如下。面编号是从缩小侧向放大侧依次标注的。标号是液晶面板、分色棱镜、透镜以及屏幕的标号。与液晶面板、分色棱镜、透镜以及屏幕不对应的面编号的数据是虚拟数据。在面编号上标注有*的面为非球面。R是曲率半径。D是轴上面间隔。nd是折射率。νd是阿贝数。Y为光圈半径。R、D、Y的单位为mm。另外，本例的透镜数据是使用Synopsys公司的CODE V而设计的。

各非球面系数如下。

/>

物体面上的光线坐标如下。

另外，在本例中，面编号33是偏心面。偏心面的参数如下。

(作用效果)

本例的光学系统3A中，配置于最靠放大侧的第1光学元件33具有凹形状的第1反射面40。配置于第1光学元件33的缩小侧的第2光学元件34具有第1透射面51、配置于第1透射面51的缩小侧的第2反射面52、以及配置于第2反射面52的缩小侧的第2透射面53。第1反射面40的第1光轴与第1透射面51的第2光轴一致。第1透射面51和第2透射面53具有正的屈光力。

根据本例，具备将投射光朝向第1光学元件33投射的第1透射面51的第2光学元件34具备屈光力。由此，能够控制从第1透射面51朝向第1反射面40的光的扩散和方向，因此能够缩短第1光学元件33与第2光学元件34之间的空气间隔。因此，在第1光学元件33的第1反射面40中，容易控制投射光。因此，能够向屏幕S投射良好地校正了像差的放大像。另外，由于能够缩短第1光学元件33与第2光学元件34之间的空气间隔，因此能够缩小光学系统。

另外，在本例中，第1光学元件33的光轴M与第2光学系统32的光轴N所成的角度θ1为90°以下。由此，能够将配置于比第2光学元件34靠放大侧的光学要素配置于与放大侧成像面平行或者远离放大侧成像面的方向。因此，能够防止配置于比第2光学元件34靠放大侧的光学要素与放大侧成像面干涉。因此，能够将光学系统设置在靠近屏幕S的位置。

另外，在本例中，在第1光学元件33的第1反射面40与第2光学元件34的第2透射面53之间形成有与缩小侧共轭面和放大侧共轭面共轭的中间像30。由此，具备屈光力的第2光学元件34位于中间像30的附近。因此，能够抑制在中间像中产生色像差等。

在本例中，配置于第2光学元件34的缩小侧的第2光学系统32是折射光学系统。折射光学系统具备多个透镜，多个透镜均具备以光轴N为中心的旋转对称面。这样，第2光学系统32的制造变得容易。

图4是表示光学系统3A的放大侧的MTF的图。图4的横轴是空间频率，纵轴是对比度再现比。如图4所示，本例的光学系统3A具有高分辨率。

图5是光学系统3A的点图。如图5所示，在本例中，抑制了点的偏差。

(实施例2)

图6是示意性地表示实施例2的光学系统的整体的光线图。图7是实施例2的光学系统3B的光线图。如图6、图7所示，在光学系统3B的缩小侧共轭面配置有液晶面板18。

在以下的说明中，为了方便，将相互正交的3轴设为X轴、Y轴以及Z轴。另外，将作为放大侧共轭面的屏幕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。在Y轴方向上，将屏幕S的上方设为Y1方向，将屏幕S的下方设为Y2方向。将在Z轴方向上屏幕S所处的一侧设为Z1方向，将其相反侧设为Z2方向。

如图6所示，本例的光学系统3B从放大侧朝向缩小侧依次具有第1光学系统31和第2光学系统32。第1光学系统31是反射光学系统。第1光学系统31具有第1光学元件33和第2光学元件34。第1光学元件33和第2光学元件34按该顺序从放大侧朝向缩小侧依次配置。第1光学元件33的光轴M沿Z轴方向延伸。即，第1光学元件33的光轴M与屏幕S垂直。第2光学系统32是折射光学系统。第2光学系统32的光轴N(第6光轴)沿着Y轴方向延伸。屏幕S位于光轴N的Z1方向。

如图7所示，第1光学元件33具备朝向Z1方向的第1反射面40。第1反射面40具有向Z2方向凹陷的凹面形状。第1反射面40的第1光轴是第1光学元件33的光轴M。第1反射面40具有以第1光轴为中心的旋转对称的形状。第1反射面40具有非球面形状。在此，第1光学元件33是以光轴M为设计轴而设计的。即，第1光轴是第1反射面40的设计上的光轴。

第2光学元件34由1个光学元件构成。第2光学元件34位于第1光学元件33的Z1方向。第2光学元件34具有第1透射面51、位于第1透射面51的缩小侧的第2反射面52、以及位于第2反射面52的缩小侧的第2透射面53。

第1透射面51与第1反射面40在Z轴方向上对置。第1透射面51具有朝向Z2方向的凸面形状。第1透射面51的第2光轴与第1反射面40的第1光轴大致平行。在本例中，第1透射面51的第2光轴与第1反射面40的第1光轴一致。换言之，第1透射面51的第2光轴与第1光学元件33的光轴M一致。第1透射面51具备以第2光轴为中心的旋转对称的形状。第1透射面51具有正的屈光力。第1透射面51具有非球面形状。

第2反射面52是具备非平面形状的反射镜。这里，非平面形状包括非球面形状和自由曲面形状。在本例中，第2反射面52具备非球面形状。第2反射面52相对于Y轴和Z轴倾斜45°。第2反射面52在第1透射面51与第2透射面53之间将光路弯折90°。第2反射面52通过在第2光学元件34的Z1方向的外侧面设置反射涂层而形成。

第2透射面53朝向Y2方向并与透镜L15对置。第2透射面53的光轴与第1透射面51的第2光轴所成的角度为90°。即，第2透射面53的光轴与第1光学元件33的光轴M所成的角度为90°。另外，第2透射面53的光轴与第2光学系统32的光轴N一致。第2透射面53具有以第2透射面53的光轴为中心的旋转对称的形状。第2透射面53具有正的屈光力。第2透射面53具有非球面形状。

如图7所示，第2光学系统32具备15片透镜L1～L15。透镜L1～透镜L15按该顺序从缩小侧朝向放大侧配置。在本例中，透镜L2和透镜L3是接合起来的第1接合透镜L21。透镜L4和透镜L5是接合起来的第2接合透镜L22。透镜L11和透镜L12是接合起来的第3接合透镜L23。透镜L13和透镜L14是接合起来的第4接合透镜L24。在透镜L9与透镜L10之间配置有光圈O。透镜L6、透镜L9以及透镜L15是在两面具备非球面形状的非球面透镜。在第2光学系统32中，各透镜均具备以光轴N为中心的旋转对称面。

在此，如图7所示，配置于光学系统3B的缩小侧共轭面的液晶面板18在光轴N的Z2方向侧形成投射图像。另外，第1光学元件33的光轴M与第2光学系统32的光轴N所成的角度θ1为90°以下。在本例中，所成的角度θ1为90°。因此，来自液晶面板18侧的光在通过第2光学系统32之后，被第2光学元件34的第2反射面52弯折90°而朝向Z2方向。朝向Z2方向的光通过第1光学元件33的第1反射面40向Z1方向以及Y1方向折回而到达屏幕S。

此外，如图7所示，光学系统3B在缩小侧共轭面和放大侧共轭面之间形成与缩小侧共轭面和放大侧共轭面共轭的中间像30。在本例中，中间像30形成在第1光学元件33的第1反射面40与第2光学元件34的第2透射面53之间。

光学系统3B的透镜数据如下。面编号从缩小侧向放大侧依次标注。标号是液晶面板、分色棱镜、透镜以及屏幕的标号。与液晶面板、分色棱镜、透镜以及屏幕不对应的面编号的数据是虚拟数据。在面编号上标注有*的面为非球面。R是曲率半径。D是轴上面间隔。nd是折射率。νd是阿贝数。Y为光圈半径。R、D、Y的单位为mm。另外，本例的透镜数据是使用Synopsys公司的CODE V而设计的。

各非球面系数如下。

/>

物体面上的光线坐标如下。

另外，在本例中，面编号33是偏心面。偏心面的参数如下。

(作用效果)

本例的光学系统3B能够得到与实施例1的光学系统3A同样的作用效果。另外，在本例中，第2反射面52具备非平面形状。即，第2反射面52为非球面或自由曲面。具体而言，第2反射面52具备非球面形状。因此，更容易校正中间像30中的各像差。

图8是表示光学系统3B的放大侧的MTF的图。图8的横轴是空间频率，纵轴是对比度再现比。如图8所示，本例的光学系统3B具有高分辨率。

图9是光学系统3B的点图。如图9所示，在本例中，抑制了点的偏差。

(实施例3)

图10是示意性地表示实施例3的光学系统的整体的光线图。图11是实施例3的光学系统3C的光线图。图12是实施例3的第1光学系统的光线图。如图10、图11所示，在光学系统3C的缩小侧共轭面配置有液晶面板18。

在以下的说明中，为了方便，将相互正交的3轴设为X轴、Y轴以及Z轴。另外，将作为放大侧共轭面的屏幕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。在Y轴方向上，将屏幕S的上方设为Y1方向，将屏幕S的下方设为Y2方向。将在Z轴方向上屏幕S所处的一侧设为Z1方向，将其相反侧设为Z2方向。

如图10所示，本例的光学系统3C从放大侧朝向缩小侧依次具有第1光学系统31和第2光学系统32。第1光学系统31是反射光学系统。第1光学系统31具有第1光学元件33和第2光学元件34。第1光学元件33和第2光学元件34按该顺序从放大侧朝向缩小侧配置。第1光学元件33的光轴M沿Z轴方向延伸。即，第1光学元件33的光轴M与屏幕S垂直。第2光学系统32是折射光学系统。第2光学系统32的光轴N(第6光轴)沿着Y轴方向延伸。屏幕S位于光轴N的Z1方向。

如图11所示，第1光学元件33由1个光学元件构成。第1光学元件33位于第2光学元件34的Z2方向。第1光学元件33具有第3透射面41、位于第3透射面41的缩小侧的第1反射面42、以及位于第1反射面42的缩小侧的第4透射面43。

第3透射面41具有朝向Y1方向的凸面形状。第3透射面41的第3光轴与第1光学系统31的光轴M一致。第3透射面41具备以第3透射面41的第3光轴为中心的旋转对称的形状。第3透射面41具有正的屈光力。

第1反射面42位于第3透射面41的Y2方向。第1反射面42具有向Z2方向凹陷的凹面形状。第1反射面42的第1光轴与第1光学系统31的光轴M一致。第1反射面42具备以第1反射面42的第1光轴为中心的旋转对称的形状。第1反射面42具有正的屈光力。第1反射面42具有非球面形状。第1反射面42通过在第1光学元件33的Z2方向的外侧面设置反射涂层而形成。

第4透射面43的第4光轴与第1光学系统31的光轴M一致。第4透射面43具有以第4透射面43的第4光轴为中心的旋转对称的形状。第4透射面43具有正的屈光力。第4透射面43具有非球面形状。

在此，第1光学元件33以光轴M为设计轴而设计。即，第3光轴是第3透射面41的设计上的光轴。第1光轴是第1反射面42的设计上的光轴。第4光轴是第4透射面43的设计上的光轴。

第2光学元件34由1个光学元件构成。第2光学元件34位于第1光学元件33的Z1方向。第2光学元件34具有第1透射面51、位于第1透射面51的缩小侧的第2反射面52、以及位于第2反射面52的缩小侧的第2透射面53。

第1透射面51与第4透射面43在Z轴方向上对置。第1透射面51具有朝向Z2方向的凸面形状。第1透射面51的第2光轴与第1反射面42的第1光轴大致平行。在本例中，第1透射面51的第2光轴与第1反射面42的第1光轴一致。换言之，第1透射面51的第2光轴与第1光学元件33的光轴M一致。第1透射面51具备以第2光轴为中心的旋转对称的形状。第1透射面51具有正的屈光力。第1透射面51具有非球面形状。

第2反射面52是不具备屈光力的平面反射镜。第2反射面52相对于Y轴和Z轴倾斜45°。第2反射面52在第1透射面51与第2透射面53之间将光路弯折90°。第2反射面52通过在第2光学元件34的Z1方向的外侧面设置反射涂层而形成。

第2透射面53朝向Y2方向并与透镜L15对置。第2透射面53的光轴与第1透射面51的第2光轴所成的角度为90°。即，第2透射面53的光轴与第1光学元件33的光轴M所成的角度为90°。另外，第2透射面53的光轴与第2光学系统32的光轴N一致。第2透射面53具有以第2透射面53的光轴为中心的旋转对称的形状。第2透射面53具有正的屈光力。第2透射面53具有非球面形状。

如图11所示，第2光学系统32具备12片透镜L1～L12。透镜L1～透镜L12按该顺序从缩小侧朝向放大侧配置。透镜L2、透镜L7以及透镜L12是在两面具备非球面形状的非球面透镜。在第1光学系统31中，各透镜均具备以光轴N为中心的旋转对称面。

在此，如图11所示，配置于光学系统3C的缩小侧共轭面的液晶面板18在光轴N的Z2方向侧形成投射图像。另外，第1光学元件33的光轴M与第2光学系统32的光轴N所成的角度θ1为90°以下。在本例中，所成的角度θ1为90°。因此，来自液晶面板18侧的光在通过第2光学系统32之后，被第2光学元件34的第2反射面52弯折90°而朝向Z2方向。朝向Z2方向的光通过第1光学元件33的第1反射面42向Z1方向以及Y1方向折回而到达屏幕S。

此外，如图11所示，光学系统3C在缩小侧共轭面和放大侧共轭面之间形成与缩小侧共轭面和放大侧共轭面共轭的中间像30。在本例中，中间像30形成在第1光学元件33的第1反射面42与第2光学元件34的第2透射面53之间。

在此，如图12所示，在第3透射面41与第1反射面42之间行进的光具备随着接近第3透射面41而向远离作为放大侧共轭面的屏幕S的方向倾斜的周边光L。周边光L在第3透射面41与屏幕S之间随着远离第3透射面41而向接近屏幕S的方向倾斜。另外，将第3透射面41上的周边光L的最大有效点P与第3透射面41的曲率中心连结的假想线Q相对于光轴M(第3光轴)以90°以上的角度θ2交叉。

光学系统3C的透镜数据如下。面编号从缩小侧向放大侧依次标注。标号是液晶面板、分色棱镜、透镜以及屏幕的标号。与液晶面板、分色棱镜、透镜以及屏幕不对应的面编号的数据是虚拟数据。在面编号上标注有*的面为非球面。R是曲率半径。D是轴上面间隔。nd是折射率。νd是阿贝数。Y为光圈半径。R、D、Y的单位为mm。另外，本例的透镜数据是使用Synopsys公司的CODE V而设计的。

各非球面系数如下。

/>

物体面上的光线坐标如下。

另外，在本例中，面编号29、33、34是偏心面。偏心面的参数如下。

/>

(作用效果)

本例的光学系统3C能够得到与实施例1的光学系统3A同样的作用效果。另外，在本例中，第1光学元件33具有位于第1反射面42的放大侧的第3透射面41和位于第1反射面42的缩小侧的第4透射面43。因此，从第2光学元件34的第1透射面51射出的光依次经由第1光学元件33的第4透射面43、第1反射面42以及第3透射面41而到达屏幕S。由此，能够在投射光入射到第1反射面42之前控制投射光，因此能够抑制在第1反射面42的缩小侧形成的中间像30的像面弯曲像差。并且，由于能够在中间像30中校正像面弯曲像差，因此能够降低消除其弯曲量的缩小侧的光学系统的负担。由此，能够使光学系统的整体小型化。

在本例中，第3透射面41具备以其第3光轴为中心的旋转对称的凸面形状。另外，在本例的光学系统3C中，通过第3透射面41与第1反射面42之间的光具备随着接近第3透射面41而向远离作为放大侧共轭面的屏幕S的方向倾斜的周边光L。并且，在规定了连结第3透射面41上的周边光L的最大有效点P与第3透射面41的曲率中心的假想线Q时，假想线Q相对于第3光轴以90°以上的角度θ2交叉。因此，从缩小侧的第4透射面43入射到第1光学元件33的光在第1反射面42处折回而朝向第3透射面41时，光的周边光L朝向远离屏幕S的方向，并且到达第3透射面41中的不与屏幕S正对的区域。在此，如果该周边光L未到达屏幕S，则会产生投射到屏幕S上的放大像的周边变暗的问题。与此相对，在本例中，第3透射面41具有屈光力。由此，周边光L在第3透射面41与屏幕S之间随着远离第3透射面41而向接近屏幕S的方向倾斜。即，在第1反射面42折回后在第1光学元件33内朝向远离屏幕S的方向的周边光L经由第3透射面41而朝向屏幕S。因此，能够确保投射到屏幕S的放大像的周边的光量。

在本例中，第3透射面41的第3光轴和第4透射面的第4光轴与第1光轴一致。这样，第1光学元件33的制造变得容易。

在本例中，第1反射面42和第4透射面43具有非球面形状。因此，更容易校正各像差。

图13是表示光学系统3C的放大侧的MTF的图。图13的横轴是空间频率，纵轴是对比度再现比。如图13所示，本例的光学系统3C具有高分辨率。

图14是光学系统3C的点图。如图14所示，在本例中，抑制了点的偏差。

(实施例4)

图15是示意性地表示实施例4的光学系统的整体的光线图。图16是实施例4的光学系统3D的光线图。图17是实施例4的第1光学系统的光线图。如图15、图16所示，在光学系统3D的缩小侧共轭面配置有液晶面板18。

在以下的说明中，为了方便，将相互正交的3轴设为X轴、Y轴以及Z轴。另外，将作为放大侧共轭面的屏幕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。在Y轴方向上，将屏幕S的上方设为Y1方向，将屏幕S的下方设为Y2方向。将在Z轴方向上屏幕S所处的一侧设为Z1方向，将其相反侧设为Z2方向。

如图15所示，本例的光学系统3D从放大侧朝向缩小侧依次具有第1光学系统31和第2光学系统32。第1光学系统31是反射光学系统。第1光学系统31包括校正透镜35、第1光学元件33和第2光学元件34。校正透镜35、第1光学元件33以及第2光学元件34按该顺序从放大侧朝向缩小侧配置。第1光学元件33的光轴M沿Z轴方向延伸。即，第1光学元件33的光轴M与屏幕S垂直。第2光学系统32是折射光学系统。第2光学系统32的光轴N(第6光轴)沿着Y轴方向延伸。屏幕S位于光轴N的Z1方向。

校正透镜35位于第1光学元件33的Y1方向上。校正透镜35的第5光轴与第1光学系统31的光轴M一致。校正透镜35具有正的屈光力。校正透镜35具备朝向放大侧的第1透镜面61和朝向缩小侧的第2透镜面62。第1透镜面61具备凸面形状。第1透镜面61具备非球面形状。第2透镜面62具备凹面形状。第2透镜面62具备非球面形状。第1透镜面61和第2透镜面62均具备以校正透镜35的第5光轴为中心的旋转对称的形状。

如图16所示，第1光学元件33由1个光学元件构成。第1光学元件33位于第2光学元件34的Z2方向。第1光学元件33具有第3透射面41、位于第3透射面41的缩小侧的第1反射面42、以及位于第1反射面42的缩小侧的第4透射面43。

第3透射面41具有朝向Y1方向的凸面形状。第3透射面41的第3光轴与第1光学系统31的光轴M一致。第3透射面41具备以第3透射面41的第3光轴为中心的旋转对称的形状。第3透射面41具有正的屈光力。

第1反射面42位于第3透射面41的Y2方向。第1反射面42具有向Z2方向凹陷的凹面形状。第1反射面42的第1光轴与第1光学系统31的光轴M一致。第1反射面42具备以第1反射面42的第1光轴为中心的旋转对称的形状。第1反射面42具有正的屈光力。第1反射面42具有非球面形状。第1反射面42通过在第1光学元件33的Z2方向的外侧面设置反射涂层而形成。

第4透射面43的第4光轴与第1光学系统31的光轴M一致。第4透射面43具有以第4透射面43的第4光轴为中心的旋转对称的形状。第4透射面43具有正的屈光力。第4透射面43具有非球面形状。

在此，第1光学元件33以光轴M为设计轴而设计。即，第3光轴是第3透射面41的设计上的光轴。第1光轴是第1反射面42的设计上的光轴。第4光轴是第4透射面43的设计上的光轴。

第2光学元件34由1个光学元件构成。第2光学元件34位于第1光学元件33的Z1方向。第2光学元件34具有第1透射面51、位于第1透射面51的缩小侧的第2反射面52、以及位于第2反射面52的缩小侧的第2透射面53。

第1透射面51与第4透射面43在Z轴方向上对置。第1透射面51具有朝向Z2方向的凸面形状。第1透射面51的第2光轴与第1反射面42的第1光轴大致平行。在本例中，第1透射面51的第2光轴与第1反射面42的第1光轴一致。换言之，第1透射面51的第2光轴与第1光学元件33的光轴M一致。第1透射面51具有以第2光轴为中心的旋转对称的形状。第1透射面51具有正的屈光力。第1透射面51具有非球面形状。

第2反射面52是不具备屈光力的平面反射镜。第2反射面52相对于Y轴和Z轴倾斜45°。第2反射面52在第1透射面51与第2透射面53之间将光路弯折90°。第2反射面52通过在第2光学元件34的Z1方向的外侧面设置反射涂层而形成。

第2透射面53朝向Y2方向并与透镜L12对置。第2透射面53的光轴与第1透射面51的第2光轴所成的角度为90°。即，第2透射面53的光轴与第1光学元件33的光轴M所成的角度为90°。另外，第2透射面53的光轴与第2光学系统32的光轴N一致。第2透射面53具有以第2透射面53的光轴为中心的旋转对称的形状。第2透射面53具有正的屈光力。第2透射面53具有非球面形状。

如图16所示，第2光学系统32具备12片透镜L1～L12。透镜L1～透镜L12按该顺序从缩小侧朝向放大侧配置。透镜L2、透镜L7以及透镜L12是在两面具备非球面形状的非球面透镜。在第1光学系统31中，各透镜均具备以光轴N为中心的旋转对称面。

在此，如图16所示，配置于光学系统3D的缩小侧共轭面的液晶面板18在光轴N的Z2方向侧形成投射图像。另外，第1光学元件33的光轴M与第2光学系统32的光轴N所成的角度θ1为90°以下。在本例中，所成的角度θ1为90°。因此，来自液晶面板18侧的光在通过第2光学系统32之后，被第2光学元件34的第2反射面52弯折90°而朝向Z2方向。朝向Z2方向的光通过第1光学元件33的第1反射面42向Z1方向以及Y1方向折回而到达屏幕S。

此外，如图16所示，光学系统3D在缩小侧共轭面和放大侧共轭面之间形成与缩小侧共轭面和放大侧共轭面共轭的中间像30。在本例中，中间像30形成在第1光学元件33的第1反射面42与第2光学元件34的第2透射面53之间。

在此，如图17所示，在第3透射面41与第1反射面42之间行进的光具备随着接近第3透射面41而向远离作为放大侧共轭面的屏幕S的方向倾斜的周边光L。周边光L在第3透射面41与校正透镜35之间随着远离第3透射面41而向远离屏幕S的方向倾斜。另外，周边光L在校正透镜35与屏幕S之间随着远离校正透镜35而向接近屏幕S的方向倾斜。另外，将第3透射面41上的周边光L的最大有效点P与第3透射面41的曲率中心连结的假想线Q相对于光轴M(第3光轴)以90°以上的角度θ2交叉。

光学系统3D的透镜数据如下。面编号从缩小侧向放大侧依次标注。标号是液晶面板、分色棱镜、透镜以及屏幕的标号。与液晶面板、分色棱镜、透镜以及屏幕不对应的面编号的数据是虚拟数据。在面编号上标注有*的面为非球面。R是曲率半径。D是轴上面间隔。nd是折射率。νd是阿贝数。Y为光圈半径。R、D、Y的单位为mm。另外，本例的透镜数据是使用Synopsys公司的CODE V而设计的。

各非球面系数如下。

物体面上的光线坐标如下。

另外，在本例中，面编号29、33、34、36是偏心面。偏心面的参数如下。

/>

(作用效果)

本例的光学系统3D能够得到与实施例3的光学系统3C同样的作用效果。另外，本例的光学系统3D具备配置于第1光学元件33的放大侧的校正透镜35，因此能够在接近屏幕S的位置控制投射光。因此，通过第3透射面41和校正透镜35，能够使周边光L随着远离校正透镜35而向接近屏幕S的方向倾斜。即，能够在第3透射面41和校正透镜35这2个中产生用于使周边光L朝向屏幕S折射的透镜屈光力。由此，与实施例3相比，能够减小第3透射面41的透镜屈光力，因此容易加工第1光学元件33。另外，由于能够减小第3透射面41的透镜屈光力，因此更容易校正放大像中的各像差。

另外，在本例中，校正透镜35的第5光轴与第1反射面42的第1光轴一致。即，校正透镜35的第5光轴与第1光学元件33的光轴M一致。因此，能够高精度地配置第1光学元件33和校正透镜35。

图18是表示光学系统3D的放大侧的MTF的图。图18的横轴是空间频率，纵轴是对比度再现比。如图18所示，本例的光学系统3D具有高分辨率。

图19是光学系统3D的点图。如图19所示，在本例中，抑制了点的偏差。

(其他实施方式)

另外，本例的光学系统3能够用作摄像镜头。在该情况下，在光学系统3的缩小侧成像面配置摄像元件。

Claims (12)

1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统具有：

第1光学元件；以及

第2光学元件，其配置在所述第1光学元件的缩小侧，

所述第1光学元件具有凹形状的第1反射面，

所述第2光学元件具有：第1透射面；第2反射面，其配置在所述第1透射面的缩小侧；以及第2透射面，其配置在所述第2反射面的缩小侧，

所述第1反射面的第1光轴与所述第1透射面的第2光轴平行，

所述第1透射面、所述第2反射面以及所述第2透射面中的至少一方具有屈光力。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，

在所述第1反射面与所述第2透射面之间形成有与缩小侧共轭面和放大侧共轭面共轭的中间像。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，

所述第1光学元件具有：第3透射面，其配置在所述第1反射面的放大侧；以及第4透射面，其配置在所述第1反射面的缩小侧，

所述第4透射面与所述第1透射面对置。

4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，

所述第3透射面的第3光轴和所述第4透射面的第4光轴与所述第1光轴一致。

5.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，

所述光学系统还具有校正透镜，所述校正透镜配置在所述第1光学元件的放大侧。

6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，

所述校正透镜的第5光轴与所述第1光轴一致。

7.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，

所述第3透射面具备以所述第3光轴为中心的旋转对称的凸面形状，

通过所述第3透射面与所述第1反射面之间的光具备随着接近所述第3透射面而向远离放大侧共轭面的方向倾斜的周边光，

连结所述第3透射面中的所述周边光的最大有效点与所述第3透射面的曲率中心的假想线相对于所述第3光轴以90°以上的角度交叉。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述第2反射面具有非平面形状。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述光学系统还具有折射光学系统，所述折射光学系统配置在所述第2光学元件的缩小侧。

10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，

所述折射光学系统具备多个透镜，

所述多个透镜具备以所述折射光学系统的第6光轴为中心的旋转对称的形状。

11.根据权利要求10所述的光学系统，其特征在于，

所述第1光轴与所述第6光轴所成的角度为90°以下。

12.一种投影仪，其特征在于，所述投影仪具有：

光调制元件，其配置于缩小侧共轭面，对从光源射出的光进行调制；以及

权利要求1至11中的任一项所述的光学系统，其投射由所述光调制元件调制后的光。

Images