CN201837783U - 投射光学系统及使用该投射光学系统的投射型显示装置 - Google Patents

投射光学系统及使用该投射光学系统的投射型显示装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种投射光学系统及其使用的投射型显示装置，该投射光学系统使用反射型光阀、紧凑并可以使偏光分离部的偏光分离状态良好、且不必设置生成焦阑性状态的另外的光学系统。投射光学系统(10)从放大侧依次排列以下部件而成：将照明光和调制光分离的偏光分离机构的PBS1；由多片透镜(L1～L4)构成的投射透镜(2)，使入射到该反射型光阀的上述照明光以及从该反射型光阀射出的调制光通过、且缩小侧为焦阑性的；以及作为反射型光阀LCOS3，将所入射的照明光按照所输入的图像信号调制后的调制光反射射出。另外，投射光学系(10)优选满足下述条件式(1)：-1.0＜FF/f＜1.0…(1)。其中，FF表示投射透镜(2)的放大侧焦点位置，f表示投射透镜(2)的焦距。

Description

投射光学系统及使用该投射光学系统的投射型显示装置
技术领域
本发明涉及将反射型光阀所显示的图像放大投射到屏幕上的投射光学系统以及搭载该投射光学系统的投射型显示装置，尤其涉及极为小型且便携性优异、光源的亮度也较小的投射光学系统以及投射型显示装置。
背景技术
近几年，在投影仪中要求便携性优异的便携式投影仪。
这种便携式投影仪中，若投影仪如电筒或钢笔式电筒那样能够由单手握持且向所希望的场所(例如墙壁或天花板等)进行投射，就会很方便。
但是，作为投影仪所搭载的光阀，公知有反射型液晶显示元件(LCOS)或DMD(数字微型器件)等的反射型光阀。反射型光阀不仅可以与透过型光阀相比使孔径率增大、且具有光量转换的效率化的优点，并且在促进装置的紧凑化方面也有用。
另一方面，作为这种投射光学系统的配置，一般公知有在投射透镜和反射型光阀之间配置作为偏光分离部的PBS(偏光分离棱镜)，且来自光源部的照明光经由PBS而入射到反射型光阀，并且来自该反射型光阀的调制光在上述PBS中与上述照明光光路分离，并使用投射透镜向屏幕方向进行投射。
但是，在这种投射光学系统中，若上述PBS具有入射角度特性，朝向偏光分离面的光入射角度具有范围，则由此会发生亮度不匀或色不匀等的不足，从而需要对PBS在焦阑性状态下入射照明光，需要在采用可将投射透镜的缩小侧形成为焦阑性状态的结构之上、配置PBS及反射型光阀。
图16表示搭载这种以往的投射光学系统的投射显示装置的一例。即，从由该3色LED光源111a～c、分色镜112a、b、作为光量均匀化机构的蝇眼积分器113a、b、使照明光与任意直线偏光(P偏光或者S偏光)一致的梳子型滤光片114及1对的场透镜(聚光透镜)115a、115b构成的照明光学系统120所射出的照明光，入射到投射光学系统110的PBS101。入射到PBS101后的照明光按照与预定的直线偏光方向一致的方式由偏光分离面向反射型液晶显示元件103方向反射，在此反射型液晶显示元件103中，由预定的图像信号调制且被转换为逆相位的直线偏光。此后，从反射型液晶显示元件103反射射出的调制光因为被转换为逆相位的直线偏光，所以透过PBS101的偏光分离面，而被投射透镜102放大投射到屏幕上。
但是，根据如图16所示的以往的例子，如上述，需要将投射透镜102的缩小侧形成为焦阑性状态、且确保可插入PBS的后部，并且投射透镜中的尤其缩小侧的透镜的直径大型化，其结果，存在无法实现作为投射光学系统或投射型显示装置的紧凑化的问题。并且，在如图16所示的以往的例子中，来自照明光学系统120的光束入射到PBS101时，需要考虑偏光分离面的入射角度特性，由此需要为了将自照明光学系统120的光束设为焦阑性状态的聚光透镜115a、115b，存在与投射光学系统的成本增加及大型化相关联的问题。
根据这种问题，作为通过光学要素配置的研究可实现光学系统的紧凑化的投射光学系统，公知有下述专利文献1、2所述的内容。
专利文献1：日本专利公开平4-326315
专利文献2：日本专利公开平5-203872
上述专利文献1、2所述的光学系统中，投射透镜以夹着PBS的方式被分断为2个部分，一部分被配置于PBS的屏幕侧，另一部分被配置于PBS的反射型液晶显示元件侧。
如此，通过将PBS配置于投射透镜的中间部，需要确保可以插入PBS的后部的空间的所谓所述的以往技术的问题在某种程度被缓解。并且，由于不仅在PBS的放大侧并且也在缩小侧配置投射透镜的一部分，所以可以不要如图16的聚光透镜115a、115b的光学要素。
然而，根据上述专利文献1、2所述的内容，在一般的缩小侧焦阑性的投射透镜的光瞳附近配置PBS，在PBS的放大侧配置投射透镜的一部分，因此，不能说投射透镜整体上的大型化被充分地抑制。另外，作为包括照明光学系统的投射型显示装置也难以实现充分地紧凑化。
并且，因为在投射透镜的透镜组之间配置PBS，所以如上述投射透镜的结构被PBS分断成放大侧和缩小侧，若考虑投射透镜的组装操作的难易性，良好的透镜性能的确保变得困难。
发明内容
本发明是借鉴于上述情况而提出的，其目的在于，使用反射型光阀、紧凑并可以使偏光分离部的偏光分离状态良好、且不必设置生成焦阑性状态的另外的光学系统的并且光学性能良好的投射光学系统以及使用该投射光学系统的投射型光学装置。
本发明所涉及的投射光学系统，其特征在于，顺次排列以下部件而成：反射型光阀，将所入射的照明光按照所输入的图像信号调制后的调制光反射射出；投射透镜，使入射到该反射型光阀的上述照明光以及从该反射型光阀射出的调制光通过的、且缩小侧成为焦阑性的；偏光分离机构，将入射到该投射透镜的上述照明光和从该投射透镜射出的调制光的光路进行分离。
并且，上述投射透镜优选满足以下条件式(1)。
-1.0＜FF/f＜1.0…(1)
其中，
FF：上述投射透镜的放大侧的焦点位置(该投射透镜的最靠放大侧的透镜的放大侧面顶点设为原点，将朝向缩小侧的方向取为正)
f：上述投射透镜的焦距
并且，上述反射型光阀由1片构成，并且优选还满足下述条件式(2)。
Bf/f＜0.8…(2)
其中，
Bf：上述投射透镜的缩小侧后截距
并且，优选上述投射型透镜由4片以下的透镜构成。
另外，优选上述投射透镜的最靠缩小侧所配置的透镜的至少1面成为非球面。
通过上述投射透镜的全透镜的光束中的、在相对于光轴为垂直方向上的有效光束直径的最大值为15mm以下时，尤其有用。
并且，本发明的投射型显示装置，其特征在于，具备：上述的任意一个投射光学系统；和进行发光作为照明光、且实现该照明光的光量均匀化的照明光学系统。
根据本发明所涉及的投射光学系统，照明光首先入射到偏光分离部、其次在投射透镜总长范围通过并被照射到反射型光阀。另一方面，调制光(投射光)由反射型光阀反射射出，在投射透镜以返回的方式在总长范围通过，在偏光分离部中与照明光的光路分离地向屏幕方向投射。如此，在本发明的投射光学系统，偏光分离部位于所有投射透镜的放大侧(屏幕侧)，可以使透镜后部极为短缩化。若能使透镜后部极为短缩化，则能够使与透镜后部是焦阑性的投射透镜的缩小侧接近的透镜的直径变小，所以可实现投射光学系统以及搭载该投射光学系统的投射型显示装置的紧凑化。另外，对于来自照明光学系统的照明光由投射光学系统构筑成焦阑性状态，因此不必设置如图16所示的另外的透镜115a、115b，即可促进投射光学系统以及投射型光学装置的紧凑化。
由此，结合使用可将装置结构紧凑化的反射型光阀，例如，能够形成可将装置整体如电筒或钢笔式电筒那样由单手握持、紧凑式投射型显示装置。
并且，在本发明的投射型光学系统中，若构成为满足上述条件式(1)，则易于将投射透镜的前侧光瞳位置设定在投射透镜中最靠放大侧的透镜以及从此透镜直到偏光分离部的区域，因此，能够将投射透镜中的接近缩小侧的透镜的直径变小、且使偏光分离部中的偏光分离特性良好。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1所涉及的投射光学系统的结构图。
图2是表示本发明的实施例2所涉及的投射光学系统的结构图。
图3是表示本发明的实施例3所涉及的投射光学系统的结构图。
图4是表示本发明的实施例4所涉及的投射光学系统的结构图。
图5是表示本发明的实施例5所涉及的投射光学系统的结构图。
图6是表示本发明的实施例6所涉及的投射光学系统的结构图。
图7是表示本发明的实施例7所涉及的投射光学系统的结构图。
图8是表示实施例1所涉及的投射光学系统的各种像差图。
图9是实施例2所涉及的投射光学系统的各种像差图。
图10是实施例3所涉及的投射光学系统的各种像差图。
图11是实施例4所涉及的投射光学系统的各种像差图。
图12是实施例5所涉及的投射光学系统的各种像差图。
图13是实施例6所涉及的投射光学系统的各像差图。
图14是实施例7所涉及的投射光学系统的各像差图。
图15是表示本发明的实施方式所涉及的投射型显示装置的主要部分的简要结构的图。
图16是表示在以往例中所涉及的投射型显示装置的主要部分的简要结构的图。
图中：1、101-偏光分离棱镜(PBS)，1A-偏光分离镜，2、102-投射透镜，3、103-反射型液晶显示元件(LCOS)，10、110-投射光学系统，11a～11c、111a～111c-3色LED光源，12a、12b、112a、112b-二向色镜，13a、13b、113a、113b-蝇眼积分器，14、114-偏光转换元件(梳子型滤光片)，20、120-照明光学系统，L1～L4-透镜，R1～R10-透镜面等的曲率半径，D1～D9-轴上面间隔，Z-光轴。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图15是用于说明本发明实施方式所涉及的投射型显示装置的简要图。
此装置具备以下部件而成：由3色LED光源11a～c、将该光源11a～c所射出的各照明光进行合成的二向色镜12a、b、作为光量均匀化机构的蝇眼积分器13a、b以及使振动面正交的2个直线偏光的一方与另一方一致地射出的偏光转换元件(梳子型滤光片)14构成的照明光学系统20；由作为偏光分离机构的偏光分离棱镜(PBS：以下相同)1；由多片透镜(L1～L4)构成的投射透镜2；由反射型液晶显示元件(LCOS：以下相同)3构成的投射光学系统10。
即，照明光学系统20是将R、G、B的3色合成而成的预定的直线偏光输出的迄今公知的照明光学系统，该预定的直线偏光的偏光方向按照在PBS1的偏光分离面1P被反射大约100％的方式设定。
并且，投射光学系统10如上述其配置的特征是PBS1、投射透镜2及LCOS3的配置。即，来自照明光学系统20的照明光由PBS1反射且在投射透镜2遍及该总长地通过并被照射到LCOS3，被LCOS3调制的同时被转换为逆相位的直线偏光(直线偏光的相位旋转180度)。调制光由于直线偏光的相位转换为逆相位，因此从该LCOS3反射射出且在投射透镜2遍及该总长地通过之后，就透过PBS1的偏光分离面1P而被投射到未图示的屏幕上。另外，LCOS3的照明光的调制是基于所输入的预定的图像信号而进行的调制，由此，承载于调制光的图像信息被放大投射到屏幕上。
如此，在本实施方式的投射光学系统中，照明光首先入射到PBS1、其次通过投射透镜2而被照射到LCOS3。另一方面，调制光从LCOS3反射射出、通过投射透镜2且在PBS1中与照明光的光路分离地向屏幕方向行进。从而，在本实施方式的光学系统中，PBS1就位于所有投射透镜2的放大侧(屏幕侧)，可以短缩投射透镜2和LCOS3的距离。若该距离能短缩，将投射透镜2的缩小侧后部设为焦阑性的同时，可以将投射透镜2中的缩小侧透镜L4的直径变小。由此，能实现投射光学系统以及搭载该投射光学系统的投射型显示装置的紧凑化。
并且，优选上述投射光学系统10满足下述条件式(1)。
-1.0＜FF/f＜1.0…(1)
其中，
FF：投射透镜2的放大侧焦点位置(将投射透镜2的最靠放大侧的透镜L1的放大侧面顶点设为原点，将朝向缩小侧的方向设为正)
f：投射透镜2的焦距
即，通过满足上述条件式(1)，容易将投射透镜2的放大侧光瞳位置设定在投射透镜2中最靠放大侧的透镜L1以及从该透镜L1直到PBS1的区域附近，因此将投射透镜2的最靠缩小侧的透镜L4的直径变小，并且将PBS1中的偏光分离特性能设为良好。对此进一步具体地说明，则在PBS1的附近配置缩小侧为焦阑性的投射透镜的放大侧焦点位置，从而向反射型光阀的各像素的照明光或来自反射型光阀的各像素的投射光在PBS内成为大致平行光束，因此能维持在一定角度内的分离特性被均匀化的偏光分离特性。
而且，由此能抑制画面内的亮度不均匀或色不均匀的发生。
并且，通过在PBS1的附近配置缩小侧为焦阑性的投射透镜的放大侧焦点位置，从而在光束最为集中、在有效光束区域变小的部分可以配置在经济上并在重量上占较大比重的PBS，可以将此PBS设为小的尺寸，因而能实现成本减小或轻量化。
若脱离该条件式的范围，则在投射透镜的缩小侧所接近的透镜的直径大型化的同时，PBS1的偏光分离性劣化。
从这种观点，优选代替上述条件式(1)满足下述条件式(1′)。
-0.5＜FF/f＜0.6…(1′)
并且，优选代替上述条件式(1′)满足下述条件式(1″)。
-0.25＜FF/f＜0.45…(1″)
另外，在上述投射光学系统10中，优选LCOS3由1片(单板)构成，还满足下述条件式(2)。
Bf/f＜0.8…(2)
其中，
Bf：投射透镜2的缩小侧后截距
若LCOS3为单板，则不必在投射透镜2和LCOS3之间插入合色光学系统，容易设成该条件式(2)的范围，并且实际上通过满足该范围，可实现投射光学系统的紧凑化。
并且，从这种观点，若也一并考虑光学系统的组装操作性等问题，则优选代替上述条件式(2)满足下述条件式(2′)。
0.05＜Bf/f＜0.50…(2′)
另外，作为投射透镜2的构成片数，在采用便携性优异的便携式投影仪时，必须成为基于限制透镜片数的紧凑化，因此优选4片以下。即，实际上优选设成4片(参照实施例1)、3片(参照实施例2、3、4、5)或者2片(参照实施例6、7)。
并且，优选在投射透镜2的最靠缩小侧所配置的透镜的至少1面(在图15中为透镜L4的双面)成为非球面。由此，可设为在投射光学系统中尤其重要的歪曲(也称畸变)的像差校正为良好的系统。另外，从通过片数少的透镜使各种像差尽量良好的观点，优选将在其他透镜中的至少1片设为非球面透镜。
另外，优选通过投射透镜2的整个透镜(在图15中为L1～L4)的光束中的、在相对于光轴Z为垂直方向上的有效光束直径的最大值为15mm以下。
即，在本实施方式中，优选使用于如这样有效光束直径的最大值成为15mm以下的、例如可确保100流明(优选10流明)程度的明度(与一般投影仪的明度相比为(1/10)～(1/100)的明度)的小型的投影仪。
如上述，在本实施方式中，将PBS1配置于投射透镜2的放大侧(屏幕侧)可得到很多优点，其相反方面也发生光束2次通过投射透镜2而容易产生投射透镜热性变形的课题。但，如本实施方式的主要用途是将便携性优异的便携式小型投影仪进行近距离投影，可以在这种用途中，认为例如若能确保100流明的明度即可充分，如果是这样，即使光束在投射透镜2往返也几乎不产生热性变形，本发明是基于这种申请发明人的发现而成的。因此，本发明的投射型光学装置应用于这样的小型投影仪极为有效。
[实施例]
以下，对于本发明所涉及的投射透镜的具体的实施例进行说明。另外，在各实施例中，对于相互起到相同的作用效果的部件附加相同的符号。
[实施例1]
<4片结构方式>
如图1所示，实施例1所涉及的投射光学系统从放大侧依次由如下部件构成：PBS1；由双凸透镜构成的第1透镜L1；由双凹透镜构成的第2透镜L2；由双凸透镜构成的第3透镜L3；由在光轴Z上将凸面朝向缩小侧的且为正弯月形的双面非球面透镜构成的第4透镜L4；LCOS3。另外，由上述4片透镜L1～L4构成投射透镜2。
在本实施例中，由于如上述构成，因此能构成紧凑化并且更高性能的光学系统。
并且，上述第4透镜L4的双面非球面形状由下述非球面式规定。
[数1]
Z = Y 2 / R 1 + 1 - K &times; Y 2 / R 2 + &Sigma; i = 3 12 A i Y i
其中，
Z：从距光轴为距离Y的非球面上的点下垂到非球面顶点的切平面(垂直于光轴的平面)的垂线的长度
Y：距光轴的距离
R：非球面的光轴附近的曲率半径
K：离心率
Ai：非球面系数(i＝3～12)
将实施例1所涉及的投射光学系统的各透镜面的曲率半径R、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的空气间隔(以下称为“轴上面间隔”)D、各透镜的d线的折射率Nd以及阿贝数νd的值示于表1的上段。另外，在表1以及以下的表中，面号码的数字表示从放大侧的顺序编号，在面号码的右侧标有*符号的面成为非球面。另外，表1的面号码1、2表示PBS1的双面。并且，在表1的下段示出表示各非球面的非球面系数。另外，表1中的OBJ是未图示的屏幕的位置(以下的表2～7中相同)。并且，在表1中，第1、2面表示PBS1的双面(在以下的表2～4、6、7中相同)。
[表1]
  面   R   D   Nd   νd
  OBJ   ∞   81.433
  1   ∞   0.509   1.5163   64.1
  2   ∞   0.020
  3   0.430   0.197   1.6667   48.3
  4   -44.302   0.142
  5   -0.504   0.061   1.7618   26.5
  6   0.390   0.028
  7   2.957   0.202   1.7725   49.6
  8   -0.399   0.231
  9*   -0.707   0.306   1.6935   53.2
  10*   -0.441   0.260
  11   ∞   0.112   1.5163   64.1
  12   ∞
*非球面
非球面系数
  面   K   A4   A6   A8   A10
  9   1.0000   -2.7002E+00   -8.5065E+00   -3.1837E+02   1.7117E+03
  10   1.0000   -7.7231E-01   -2.1999E+00   2.2952E+01   -1.7147E+02
并且，实施例1所涉及的投射光学系统如表8所示，满足条件式(1)、(2)、(1′)、(1″)、(2′)。
[实施例2]
<3片结构方式1>
实施例2所涉及的投射光学系统的结构如图2所示，从放大侧依次由如下部件构成：PBS1；由凸面朝向放大侧的正弯月形透镜构成的第1透镜L1；由双凹透镜构成的第2透镜L2；由在光轴Z上将凸面朝向缩小侧的正弯月形的双面非球面透镜构成的第3透镜L3；LCOS3。另外，由上述3片透镜L1～L3构成投射透镜2(在以下的实施例3～5相同)。
在本实施例中，因为如上述构成，所以可设成实现紧凑化和高性能化两者的光学系统。
上述第3透镜L3的双面非球面形状由上述非球面式规定。
将实施例2所涉及的投射光学系统的各透镜面的曲率半径R、轴上面间隔D、各透镜的d线的折射率Nd以及阿贝数νd的值示于表2的上段。另外，将表示各非球面的非球面系数示于表2的下段。
[表2]
  面   R   D   Nd   νd
  OBJ   ∞   88.948
  1   ∞   0.556   1.5163   64.1
  2   ∞   0.056
  3   0.330   0.329   1.6667   48.3
  4   3.195   0.049
  5   -0.704   0.067   1.7847   25.7
  6   0.631   0.072
  7*   -2.245   0.560   1.6935   53.2
  8*   -0.367   0.155
  9   ∞   0.078   1.5163   64.1
Figure GSA00000142328400111
*非球面
非球面系数
面 K A3 A4 A5 A6
  7   1.0000   0.0000E+00   -3.2076E+02   1.2092E+04   -2.1134E+05
  8   1.0000   0.0000E+00   -2.4130E+01   3.9035E+02   -2.4446E+03
  面   A7   A8   A9   A10   A11   A12
  7   1.8970E+06   -8.5928E+06   1.5325E+07   -1.8095E+05   0.0000E+00   0.0000E+00
  8   5.2613E+03   9.2433E+03   -5.7719E+04   6.9011E+04   0.0000E+00   0.0000E+00
(并且，实施例2所涉及的投射光学系统如表8所示，满足条件式(1)、(2)、(1′)、(1″)、(2′)。
[实施例3]
<3片结构方式2>
实施例3所涉及的投射光学系统的结构如图3所示，虽然成为与实施例2大致相同结构，但主要不同点在于，第1透镜L1成为双凸透镜、第2透镜L2成为双凹形状的双面非球面透镜、第3透镜L3成为在光轴Z上为双凸形状的双面非球面透镜。
在本实施例中，因如上述构成，所以能设为实现紧凑化和高性能化的两者光学系统。
上述第2透镜L2以及第3透镜L3的双面非球面形状由上述非球面式规定。
将实施例3所涉及的投射光学系统的各透镜面的曲率半径R、轴上面间隔D、各透镜的d线的折射率Nd以及阿贝数νd的值示于表3的上段。另外，将表示各非球面的非球面系数示于表3的下段。
[表3]
  面   R   D   Nd   νd
  OBJ   ∞   92.448
  1   ∞   0.489   1.7725   49.6
  2   ∞   0.054
  3   0.358   0.262   1.7725   49.6
  4   -0.830   0.027
  5*   -0.356   0.054   1.6030   28.4
  6*   0.287   0.171
  7*   2.103   0.495   1.4910   57.6
  8*   -0.353   0.158
  9   ∞   0.076   1.5163   64.1
  10   ∞
*非球面
非球面系数
  面   K   A3   A4   A5   A6
  5   1.0000   0.0000E+00   9.2955E+00   0.0000E+00   -4.3208E+01
  6   1.0000   0.0000E+00   4.1338E+00   0.0000E+00   2.4159E+02
  7   1.0000   0.0000E+00   -8.1824E+01   2.0885+03   -2.6514E+04
  8   1.0000   0.0000E+00   -2.8981E+01   5.1991E+02   -3.4630E+03
  面   A7   A8   A9   A10   A11   A12
  5   0.0000E+00   6.1339E+02   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00
  6   0.0000E+00   2.6738E+03   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00
  7   1.7283E+05   -5.7642E+05   8.1188E+05   -2.2103E+05   0.0000E+00   0.0000E+00
  8   7.8392E+03   1.3016E+04   -8.5824E+04   1.0432E+05   0.0000E+00   0.0000E+00
实施例3所涉及的投射光学系统如表8所示，构成为满足上述条件式(1)、(2)、(1′)、(1″)、(2′)。)
[实施例4]
<3片结构方式3>
实施例4所涉及的投射光学系统的结构如图4所示，成为与实施例3的结构大致相同的结构。
在本实施例中由于如此构成，所以能设为实现紧凑化合高性能化两者的光学系统。
上述第2透镜L2以及第3透镜L3的双面非球面形状由上述非球面式规定。
将实施例4所涉及的投射光学系统的各透镜面的曲率半径R、轴上面间隔D、各透镜的d线的折射率Nd以及阿贝数νd的值示于表4的上段。并且，将表示各非球面的非球面系数示于表4的下段。
[表4]
  面   R   D   Nd   νd
  OBJ   ∞   92.835
  1   ∞   0.491   1.7725   49.6
  2   ∞   0.055
  3   0.351   0.255   1.7725   49.6
  4   -1.046   0.031
  5*   -0.406   0.055   1.6340   23.9
  6*   0.291   0.172
  7*   1.635   0.492   1.4910   57.6
  8*   -0.355   0.164
  9   ∞   0.076   1.5163   64.1
  10   ∞
*非球面
非球面系数
  面   K   A3   A4   A5   A6
  5   1.0000   0.0000E+00   7.9777E+00   0.0000E+00   -6.3978E+01
  6   1.0000   0.0000E+00   5.4765E+00   0.0000E+00   2.3575E+02
  7   1.0000   0.0000E+00   -8.1183E+01   2.0649E+03   -2.5926E+04
  8   1.0000   0.0000E+00   -2.8621E+01   5.1128E+02   -3.3913E+03
面 A7 A8 A9 A10 A11 A12
  5   0.0000E+00   7.1222E+02   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00
  6   0.0000E+00   2.9524E+03   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00
  7   1.6823E+05   -5.6249E+05   8.0402E+05   -2.1287E+05   0.0000E+00   0.0000E+00
  8   7.6449E+03   1.2641E+04   -8.3000E+04   1.0046E+05   0.0000E+00   0.0000E+00
实施例4所涉及的投射光学系统如表8所示，构成为满足上述条件式(1)、(2)、(1′)、(1″)、(2′)。
[实施例5]
<3片结构方式4>
实施例5所涉及的投射光学系统的结构如图5所示，成为与实施例3、4的结构大致相同的结构，但主要不同点在于，作为偏光分离机构使用偏光分离镜1A、第2透镜L2由球面透镜构成、第3透镜L3不仅在光轴Z上并且在透镜整体上均成为双凸形状的双面非球面透镜。
在本实施例中，因为如上述构成，所以能设为实现紧凑化和高性能化的两者光学系统。
上述第3透镜L3的双面的非球面形状由上述非球面式规定。
将实施例5所涉及的各投射光学系统的各透镜面的曲率半径R、轴上面间隔D、各透镜的d线的折射率Nd以及阿贝数νd的值示于表5的上段。另外，表5的面号码1、2表示第1透镜L1的双面。
并且，将表示各非球面的非球面系数示于表5的下段。
[表5]
  面   R   D   Nd   νd
*非球面
非球面系数
  面   K   A4   A6   A8   A10
  5   1.0000   -1.3313E+00   1.8078E+01   -1.1145E+02   4.9642E+02
  6   1.0000   6.3192E-01   2.6294E+00   2.1774E+01   4.8744E+01
实施例5所涉及的投射光学系统如表8所示，构成为满足上述条件式(1)、(2)、(1′)、(1″)、(2′)。
[实施例6]
<2片结构方式1>
实施例6所涉及的投射光学系统的结构如图6所示，从放大侧依次由如下部件构成：PBS1；整体上由将凸面朝向放大侧的弯月形的双面非球面透镜构成的第1透镜L1；整体上由将凸面朝向缩小侧的正弯月形的双面非球面透镜构成的第2透镜L2；LCOS3。另外，由2片上述透镜L1、L2构成投射透镜L2。(在以下的实施例7也相同)
本实施例的投射光学系统因如上述构成，所以能设为进一步紧凑化的光学系统。
上述第1透镜L1以及上述第2透镜L2的双面非球面形状由上述非球面式规定。
将实施例6所涉及的投射光学系统的各透镜面的曲率半径R、轴上面间隔D、各透镜的d线的折射率Nd以及阿贝数νd的值示于表6的上段。另外，将表示各非球面的非球面系数示于表6的下段。
[表6]
面 R D Nd νd
  OBJ   ∞   93.050
  1   ∞   0.372   1.7725   49.6
  2   ∞   0.047
  3*   0.252   0.317   1.4910   57.6
  4*   0.343   0.238
  5*   -0.439   0.419   1.6935   53.02
  6*   -0.301   0.140
  7   ∞   0.065   1.5163   64.1
  8   ∞
*非球面
非球面系数
  面   K   A3   A4   A5   A6
  3   1.0000   0.0000E+00   -1.1970E+00   0.0000E+00   7.5317E+00
  4   1.0000   0.0000E+00   1.4854E+01   0.0000E+00   9.0112E+02
  5   1.0000   0.0000E+00   -8.9033E+01   2.8289E+03   -4.9693E+04
  6   1.0000   0.0000E+00   -2.9011E+01   7.0284E+02   -5.7191E+03
  面   A7   A8   A9   A10   A11   A12
  3   0.0000E+00   -7.1864E+02   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00
  4   0.0000E+00   1.9374E+03   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00   0.0000E+00
  5   4.6202E+05   -2.2547E+06   4.6257E+06   -9.0158E+05   0.0000E+00   0.0000E+00
  6   1.5595E+04   3.3225E+04   -2.5999E+05   3.8752E+05   0.0000E+00   0.0000E+00
并且，实施例6所涉及的光学系统如表8所示，满足条件式(1)、(2)(1′)、(1″)、(2′)。
[实施例7]
<2片结构方式2>
实施例7所涉及的投射光学系统的结构如图7所示，成为与实施例6的结构大致相同的结构。
本实施例中因如此构成，所以可设为进一步紧凑化的光学系统。
上述第1透镜L1以及上述第2透镜L2的双面非球面形状由上述非球面式规定。
将实施例7所涉及的投射光学系统的各透镜面的曲率半径R、轴上面间隔D、各透镜的d线的折射率Nd以及阿贝数νd的值示于表7的上段。另外将表示各非球面的非球面系数示于表7的下段。
[表7]
  面   R   D   Nd   νd
  0BJ   ∞   94.516
  1   ∞   0.350   1.7725   49.6
  2   ∞   0.047
  3*   0.235   0.284   1.4910   57.6
  4*   0.218   0.420
  5*   -5.921   0.244   1.4910   57.6
  6*   -0.302   0.144
  7   ∞   0.066   1.5163   64.1
  8   ∞
*非球面
非球面系数
  面   K   A3   A4   A5   A6
  3   1.0000   0.0000E+00   5.4419E+00   -9.6769E+01   3.9447E+02
  4   1.0000   0.0000E+00   3.7770E+01   3.7578E+02   -1.4389E+04
  5   1.0000   0.0000E+00   -5.7180E+01   1.4616E+03   -1.7364E+04
  6   1.0000   0.0000E+00   -3.1269E+01   7.2421E+02   -5.4986E+03
  面   A7   A8   A9   A10   A11   A12
  3   3.1801E+02   -2.6516E+03   -8.4628E+03   -2.4370E+04   0.0000E+00   0.0000E+00
  4   8.7280E+04   8.9046E+05   -7.2305E+06   -1.3024E+01   0.0000E+00   0.0000E+00
  5   1.1300E+05   -4.2516E+05   8.8331E+05   -7.8461E+05   0.0000E+00   0.0000E+00
  6   1.3675E+04   3.1105E+04   -2.2210E+05   3.2725E+05   0.0000E+00   0.0000E+00
并且，实施例7所涉及的投射光学系统如表8所示，满足条件式(1)、(2)、(1′)、(1″)、(2′)。
并且，图8～14是表示实施例1～7所涉及的投射光学系统的各种像差(球面像差(也称球差)、非点像差(也称像散)、畸变(也称畸变像差)以及倍率色像差(也称倍率色差))的像差图中。在这些像差图，ω表示半视场角，在球面像差的像差图表示d线、F线以及C线的像差曲线，在倍率色像差的像差图示出相对于d线的F线(虚线：以下相同)以及C线(双点划线：以下相同)的像差曲线。如图8～14所示，实施例1～7所涉及的投射光学系统良好地校正以畸变像差或倍率色像差为首的各像差。
[表8]
Figure GSA00000142328400181
 实施例6   0.29   0.18
 实施例7   0.19   0.19
另外，作为本发明的投射光学系统，不限定于上述实施例，可以进行各种方式的变更，例如可以适当变更各透镜的曲率半径R以及透镜间隔(或透镜厚度)D。
并且，作为本发明的投射型显示装置，也不限于上述结构，可以实现具备本发明的投射光学系统的各种装置结构。作为光阀，只要是反射型的光阀即可，例如代替上述反射型液晶显示元件(LCOS)，可以使用将可改变倾斜度的微小的镜在大致平面上形成多个的微镜元件(例如，Texas Instruments公司制的数字微镜器件)。另外，作为照明光学系统，也可以采用对应于光阀种类的适当的结构。
并且，在上述的偏光分离面和反射型液晶显示元件之间的光路中配设镜等时，只要与上述实施方式实际上起相同作用，则也包含在上述实施方式中。
并且，在上述实施方式的偏光分离机构中，通过将照明光反射而将调制光透过以将两者的光路分离，但通过将照明光透过而将调制光反射来将两者的光路分离也可。
并且，优选投射透镜的构成透镜的片数设成4片以下，但在设成5片以上的透镜片数的结构中，当然也可以应用本发明。
并且，作为上述光源部的发光体，可以使用半导体激光等其他发光体，由此，可以实现装置的紧凑化。当然，也可以使用其他种类的激光或其他种类的光源。
另外，照明光也可以在从光源射出阶段为直线偏光，如图15所示，也可以从光源射出后转换为直线偏光。

Claims (7)

1.一种投射光学系统，其特征在于，
顺次排列以下部件而成：
反射型光阀，其将所入射的照明光按照所输入的图像信号调制后的调制光反射射出；
投射透镜，其使入射到该反射型光阀的上述照明光以及从该反射型光阀射出的调制光通过、且缩小侧为焦阑性的；
偏光分离机构，其将入射到该投射透镜的上述照明光和从该投射透镜射出的调制光的光路进行分离。
2.如权利要求1所述的投射光学系统，其特征在于，
上述投射透镜满足以下条件式(1)：
-1.0＜FF/f＜1.0…(1)
其中，
FF：上述投射透镜的放大侧焦点位置，在此将该投射透镜的最靠放大侧的透镜的放大侧面顶点设为原点，将朝向缩小侧的方向取为正，
f：上述投射透镜的焦距。
3.如权利要求1或2所述的投射光学系统，其特征在于，
上述反射型光阀由1片构成，并且满足下述条件式(2)：
Bf/f＜0.8…(2)
其中，
Bf：上述投射透镜的缩小侧后截距。
4.如权利要求1或2所述的投射光学系统，其特征在于，
上述投射透镜由4片以下的透镜构成。
5.如权利要求4所述的投射光学系统，其特征在于，
上述投射透镜的最靠缩小侧所配置的透镜的至少1面为非球面。
6.如权利要求1或2所述的投射光学系统，其特征在于，
通过上述投射透镜的全部透镜的光束中的、在相对于光轴为垂直方向上的有效光束直径的最大值为15mm以下。
7.一种投射型显示装置，其特征在于，具备：
权利要求1～6中的任一项所述的投射光学系统、和
进行发光作为照明光、且实现该照明光的光量均匀化的照明光学系统。
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