CN208834076U - 投射用光学系统及投射型显示装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种在由反射光学系统与折射光学系统的组合来构成且形成中间像的光学系统中，能够降低因异物的附着等而引起的对成像性能带来的影响，且具有良好的性能的投射用光学系统及投射型显示装置。本实用新型的投射用光学系统在与缩小侧成像面共轭的位置上形成中间像(MI)，并使与中间像(MI)共轭的最终像在放大侧成像面成像。投射用光学系统具备：凸面反射镜(M)，配置得比中间像(MI)更靠放大侧；及至少1片透镜，配置在比凸面反射镜(M)更靠放大侧的光路且具有正或负的屈光力。

Description

投射用光学系统及投射型显示装置
技术领域
本实用新型涉及一种投射用光学系统及具备该投射用光学系统的投射型显示装置。
背景技术
以往，将显示在液晶显示元件或DMD(Digital Micromirror Device(数字微镜器件)：注册商标)等光阀的图像放大投射在屏幕等的投射型显示装置被广泛使用。近年来由于受到光阀的性能提高的影响，要求对在投射型显示装置中与光阀并用的投射用光学系统，进行与光阀的分辨率相称的良好的像差校正。并且，考虑到至屏幕为止的距离设定的自由度的提高及室内空间中的设置性，对投射用光学系统要求小型的结构的同时还要求具有更高性能且更加广角。
作为能够应用于以往已知的投射型显示装置的投射用光学系统，例如能够举出下述专利文献1～3中记载的光学系统。在专利文献1～3中记载了如下光学系统：组合构成由配置在最靠放大侧的反射镜构成的反射光学系统及包括多个透镜的折射光学系统，并在折射光学系统的内部形成中间像。
专利文献1：日本特开2017-10023号公报
专利文献2：日本特开2017-32925号公报
专利文献3：日本特开2017-32927号公报
然而，专利文献1～3中记载的光学系统是配置在最靠放大侧的反射镜的反射面暴露在外部气体中的结构，因此有可能会产生因对反射面的垃圾或尘埃等异物的附着等而引起的成像性能的劣化。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种在组合反射光学系统与折射光学系统来构成且形成中间像的投射用光学系统中，能够降低因异物的附着等而引起的对成像性能带来的影响，且具有良好的性能的投射用光学系统及具备该投射用光学系统的投射型显示装置。
为了解决上述课题，本实用新型的投射用光学系统在与缩小侧成像面共轭的位置上形成中间像，并使与中间像共轭的最终像在放大侧成像面成像，该投射用光学系统具备：凸面反射镜，配置得比中间像更靠放大侧；及至少1片透镜，配置在比凸面反射镜更靠放大侧的光路且具有正或负的屈光力。
在本实用新型的投射用光学系统中，优选配置在比凸面反射镜更靠放大侧的光路的透镜仅为第1透镜这1片透镜。
在本实用新型的投射用光学系统中，将投射用光学系统的焦距设为f，将第1透镜的焦距设为fL1时，优选满足下述条件式(1)，更优选满足下述条件式(1-1)。
|f/fL1|＜0.2……(1)
|f/fL1|＜0.15……(1-1)
并且，在本实用新型的投射用光学系统中，优选第1透镜与凸面反射镜具有共同的光轴，第1透镜是具有旋转对称的形状的非球面透镜。
并且，在本实用新型的投射用光学系统中，第1透镜与凸面反射镜具有共同的光轴，将投射用光学系统的焦距设为f，将第1透镜的凸面反射镜侧的透镜面距光轴的高度最低的位置上的第1透镜与凸面反射镜在光轴方向的间隔设为Dm时，优选满足下述条件式(2)，更优选满足下述条件式(2-1)。
0.05＜|f/Dm|＜2……(2)
0.07＜|f/Dm|＜1.5……(2-1)
另外，在本实用新型的投射用光学系统中，第1透镜也可以构成为横跨比凸面反射镜更靠放大侧的光路及比凸面反射镜更靠缩小侧的光路而配置。
并且，在本实用新型的投射用光学系统中，将投射用光学系统的焦距设为f，将凸面反射镜的近轴曲率半径设为Mr时，优选满足下述条件式(3)，更优选满足下述条件式(3-1)。
0.01＜|f/Mr|＜0.2……(3)
0.03＜|f/Mr|＜0.15……(3-1)
并且，在本实用新型的投射用光学系统中，优选构成投射用光学系统的所有的光学要件具有共同的光轴。
本实用新型的投射型显示装置具备光源、入射来自光源的光的光阀及本实用新型的投射用光学系统，上述投射用光学系统将基于被光阀调制的调制光的光学像投射在屏幕上。
另外，在本实用新型的投射型光学系统应用于投射型显示装置的情况下，上述“放大侧”表示被投射侧(屏幕侧)，上述“缩小侧”表示原图像显示区域侧(光阀侧)。
另外，本说明书中的屈光力(也称为光焦度)的符号及光学面的面形状只要没有特别说明，设为在近轴区域中考虑。并且，上述条件式中使用的值为将从放大侧成像面至最靠放大侧的透镜面为止的距离设为无限远，以d线(波长587.6nm(纳米))为基准时的值。
另外，本说明书的“由～构成”以实质性的含义使用，表示除了作为构成要件所举出的构件以外，还可以包括实质上不具有光焦度的透镜、以及光圈、滤光片及盖玻璃等透镜以外的光学要件、以及透镜凸缘、镜筒、成像元件及手抖校正机构等机构部分等。
实用新型效果
根据本实用新型，能够提供一种在组合反射光学系统与折射光学系统来构成且形成中间像的投射用光学系统中，能够降低因异物的附着等而引起的对成像性能带来的影响，且具有良好的性能的投射用光学系统及具备该投射用光学系统的投射型显示装置。
附图说明
图1是表示本实用新型的实施例1的投射用光学系统的结构与光路的剖视图。
图2是表示本实用新型的实施例2的投射用光学系统的结构与光路的剖视图。
图3是表示本实用新型的实施例3的投射用光学系统的结构与光路的剖视图。
图4是本实用新型的实施例1的投射用光学系统的各像差图。
图5是本实用新型的实施例2的投射用光学系统的各像差图。
图6是本实用新型的实施例3的投射用光学系统的各像差图。
图7是本实用新型的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图8是本实用新型的另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图9是本实用新型的又一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
具体实施方式
以下，参考附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。图1是表示本实用新型的一实施方式所涉及的投射用光学系统的结构的剖视图。图1所示的结构例与后述的实施例1对应。图1中，将左侧设为放大侧，将右侧设为缩小侧，还一同示出了最大视角的光束k1及低视角的光束k2。
在图1中，设想成搭载于投射型显示装置的情况，还图示了光学部件PP、光阀的图像显示面Sim。光学部件PP是入射面与出射面平行的部件，是设想成用于彩色合成部或照明光分离部的棱镜、滤光片及盖玻璃等的部件。光学部件PP并非是必须的构成要件，电有可能省略光学部件PP而构成。
在将图1所示的结构应用于投射型显示装置时，图像显示面Sim中赋予图像信息的光束经由光学部件PP而入射到投射用光学系统并通过投射用光学系统投射于屏幕(未图示)上。即，图像显示面Sim与缩小侧成像面对应，屏幕与放大侧成像面对应。
图1所示的例子的投射用光学系统从放大侧朝向缩小侧依次配置凸面反射镜M、第1透镜L1、透镜L2～L16、孔径光圈St及透镜L17～L20而成。其中，图1的例子中，第1透镜L1横跨比凸面反射镜M更靠放大侧的光路及比凸面反射镜M更靠缩小侧的光路这两者而配置，光线构成为在凸面反射镜M的反射前和反射后共计透射2次第1透镜L1。另外，图1所示的例子是一例，也能够将投射用光学系统所具有的透镜的片数设为与图1所示的例子不同的数。
该投射用光学系统在与缩小侧成像面共轭的位置上形成中间像MI，并使与该中间像MI共轭的最终像在放大侧成像面成像。即，投射用光学系统使形成在投射用光学系统内部的中间像MI在放大侧成像面再成像。在图1的例子中，中间像MI位于透镜L10与透镜L11之间。另外，在图1中，概念性地示出了中间像MI，以虚线示出了包括中间像MI的光轴附近的仅一部分，中间像MI的光轴方向的位置以光轴附近的位置为基础而示出。
在设为形成中间像的结构的投射用光学系统中，能够缩短由比中间像MI更靠放大侧的光学要件构成的光学系统的后焦距，并且能够缩小放大侧的透镜的直径，从而缩短整个系统的焦距而成为适合于实现广角化的光学系统。
该投射用光学系统在比中间像MI更靠放大侧具有凸面反射镜M。凸面反射镜M是具有凸面形状的反射面的反射镜。通过在比中间像MI更靠放大侧具有凸面反射镜M，能够进行与轴外光线有关的校正而不产生倍率色差，从而有利于像差校正。
并且，该投射用光学系统中，在比凸面反射镜M更靠放大侧的光路上配置有具有正或负的屈光力的至少1片透镜。由于能够使配置在比凸面反射镜M更靠放大侧的光路的透镜具有凸面反射镜M的密封效果，因此能够避免因相对于凸面反射镜M的垃圾或尘埃等异物的附着而产生的成像性能的劣化及明度的降低等问题。而且，通过将配置在比凸面反射镜M更靠放大侧的光路的部件设为具有屈光力的透镜，而非设为盖玻璃等不具有屈光力的部件，能够进行与轴外光线有关的校正，并能够良好地校正畸变像差及像面弯曲。
图1的例子中，第1透镜L1位于比凸面反射镜M更靠放大侧的光路，配置在比凸面反射镜M更靠放大侧的光路的透镜仅为该第1透镜L1这1片透镜。配置在放大侧的透镜容易变大，但通过将配置在比凸面反射镜M更靠放大侧的光路的透镜的片数设为最少片数即仅1片，能够抑制光学系统的大型化，从而有助于成本降低。另外，在此所希望的“1片透镜”表示未经接合的1片单透镜。
如图1的例子所示，优选第1透镜L1与凸面反射镜M具有共同的光轴Z。在如此设定的情况下，能够简化结构，因此能够有助于低成本化。
而且，优选构成投射用光学系统的所有的光学要件具有共同的光轴。在如此设定的情况下，能够简化透镜系统整体的结构，因此能够有助于低成本化。另外，在此所说的构成投射用光学系统的所有的光学要件包括反射镜及透镜这两者。并且，上述的共同的光轴是指，还包括大致共同的光轴的情况，例如还包括不使光学系统的性能显著下降的制造上的公差范围。
优选第1透镜L1是具有旋转对称的形状的非球面透镜。图1的结构中，第1透镜L1与凸面反射镜M具有共同的光轴Z，第1透镜L1相对于该共同的光轴Z而具有旋转对称的非球面形状的透镜面。由于第1透镜L1是配置在最靠放大侧的光路的透镜，因此通过将第1透镜L1设为非球面透镜，能够分别对各像高的光线进行适当的像差校正，因此能够通过校正广角化时成为问题的畸变像差及像面弯曲而更有效地发挥作用。
将投射用光学系统的焦距设为f，将第1透镜L1的焦距设为fL1时，优选满足下述条件式(1)。通过设成不成为条件式(1)的上限以上，能够抑制第1透镜L1的屈光力。在第1透镜L1为正透镜的情况下，通过设成不成为条件式(1)的上限以上，能够抑制缩小基于第1透镜L1的视角，因此能够不会为了广角化而对凸面反射镜M施加过大的负担。在第1透镜L1为负透镜的情况下，通过设成不成为条件式(1)的上限以上，畸变像差及像面弯曲的校正变得容易。另外，由于第1透镜L1是具有正或负的屈光力的透镜，以及投射用光学系统是成像光学系统，因此必然地会成为0≤|f/fL1|。另外，若设为代替条件式(1)而满足下述条件式(1-1)的结构，则能够成为更良好的特性。
|f/fL1|＜0.2……(1)
|f/fL1|＜0.15……(1-1)
并且，在第1透镜L1与凸面反射镜M具有共同的光轴Z的情况下，将投射用光学系统的焦距设为f，将第1透镜L1的凸面反射镜M侧的透镜面距光轴Z的高度最低的位置上的第1透镜L1与凸面反射镜M在光轴方向的间隔设为Dm时，优选满足下述条件式(2)。通过设成不成为条件式(2)的下限以下，能够使第1透镜L1与凸面反射镜M之间的空气间隔不会变得过大，并能够抑制第1透镜L1的透镜直径。通过设成不成为条件式(2)的上限以上，能够使第1透镜L1与凸面反射镜M之间的空气间隔不会变得过小，从而避免第1透镜L1与凸面反射镜M的物理干扰变得容易，并且各部件的保持结构的构成变得容易。另外，若设为代替条件式(2)而满足下述条件式(2-1)的结构，则能够成为更良好的特性。
0.05＜|f/Dm|＜2……(2)
0.07＜|f/Dm|＜1.5……(2-1)。
为了帮助理解，在图1中图示了Dm。另外，如图1的例子那样，在光轴Z上存在第1透镜L1的凸面反射镜M侧的透镜面的情况下，上述“第1透镜L1的凸面反射镜M侧的透镜面距光轴Z的高度最低的位置”成为距光轴Z的高度为0的位置，即光轴上的位置。因此，在光轴Z上存在第1透镜L1的凸面反射镜M侧的透镜面的情况下的“Dm”成为第1透镜L1的凸面反射镜M侧的透镜面与凸面反射镜M在光轴上的距离。
并且，将投射用光学系统的焦距设为f，将凸面反射镜M的近轴曲率半径设为Mr时，优选满足下述条件式(3)。通过设成不成为条件式(3)的下限以下，能够确保凸面反射镜M的光焦度，因此能够抑制配置在凸面反射镜M的直径及配置在比凸面反射镜M更靠放大侧的光路的透镜的直径。通过设成不成为条件式(3)的上限以上，能够抑制凸面反射镜M的光焦度，因此以比凸面反射镜M更靠缩小侧的透镜校正凸面反射镜M中产生的畸变像差及像面弯曲变得容易。另外，若设为代替条件式(3)而满足下述条件式(3-1)的结构，则能够成为更良好的特性。
0.01＜|f/Mr|＜0.2……(3)
0.03＜|f/Mr|＜0.15……(3-1)。
并且，将由构成投射用光学系统的光学要件之中位于比中间像MI更靠放大侧的光路的所有的光学要件构成的系统称为第1光学系统，将该第1光学系统的焦距设为f1，将投射用光学系统的焦距设为f时，优选满足下述条件式(4)。条件式(4)是与中继倍率有关的条件式。若成为条件式(4)的下限以下，则中继倍率变小，从而第1光学系统的F值呈变小的倾向。若欲以F值小的光学系统实现广角化与高性能，则必须进行与这种光学系统对应的像差的校正，例如必须进行球面像差及像散的校正。通过设成不成为条件式(4)的下限以下，能够使第1光学系统的F值不会变得过小，因此有利于实现广角化的同时进行球面像差及像散的校正。若成为条件式(4)的上限以上，则中继倍率变大，从而中间像MI的尺寸呈变大的倾向。通过设成不成为条件式(4)的上限以上，能够抑制中间像MI的尺寸，因此能够抑制第1光学系统的透镜直径的大型化。并且，通过设成不成为条件式(4)的上限以上，第1光学系统中的畸变像差及像面弯曲的校正变得容易。另外，若设为代替条件式(4)而满足下述条件式(4-1)的结构，则能够成为更良好的特性。
1＜|f1/f|＜2.5……(4)
1.3＜|f1/f|＜2.2……(4-1)
另外，如图1的例子那样，第1透镜L1也可以构成为横跨比凸面反射镜M更靠放大侧的光路及比凸面反射镜M更靠缩小侧的光路这两者而配置。在如此设定的情况下，从画像表示面Sim朝向屏幕的光线在投射用光学系统中入射凸面反射镜M之前透射第1透镜L1，在凸面反射镜M反射之后还透射第1透镜L1。由此，能够以1片透镜具有4个面的量的像差校正的效果，从而在轴外像差的校正上变得有利。
上述优选的结构及可能的结构能够进行任意组合，优选根据所要求的规格适当选择性地采用。根据本实施方式，在具备反射镜及多个透镜且形成中间像的类型的投射用光学系统中，能够降低因异物的附着等而引起的对成像性能带来的影响，从而能够保持良好的性能。并且，本实施方式中，例如在全视角大于130度的广角的光学系统中，有利于保持良好的性能。
接着，对本实用新型的投射用光学系统的数值实施例进行说明。另外，以下示出的实施例的数值数据均被标准化成整个系统的焦距的绝对值为1.00，且均以规定的位数舍入。
[实施例1]
实施例1的投射用光学系统的透镜结构和光路在图1中示出，其结构及图示方法如上述，因此在此省略一部分重复说明。实施例1的投射用光学系统具有凸面反射镜M、第1透镜L1及透镜L2～L20。第1透镜L1横跨比凸面反射镜M更靠缩小侧的光路及比凸面反射镜M更靠放大侧的光路这两者而配置。中间像MI形成于透镜L10与透镜L11之间。在透镜L16与透镜L17之间配置有孔径光圈St。
将实施例1的投射用光学系统的基本透镜数据示于表1中，将规格示于表2中，将非球面系数示于表3中。在表1中，在面编号栏中示出了将最靠放大侧的面设为第1面而随着朝向缩小侧逐一增加了编号时的面编号，在R栏中示出了各面的曲率半径，在D栏中示出了各面与在其缩小侧相邻的面的光轴上的面间隔。并且，在Nd栏中示出了各构成要件相对于d线(波长587.6nm(纳米))的折射率，在vd栏中示出了各构成要件的d线基准的色散系数。
在表1中，关于曲率半径的符号，将凸面朝向放大侧的面形状的情况设为正，将凸面朝向缩小侧的面形状的情况设为负。在表1中还一并示出了孔径光圈St及光学部件PP。在表1中，在相当于凸面反射镜M的面的Nd栏中记载有反射面这一术语，在相当于孔径光圈St的面的面编号的栏中记载有面编号及(St)这一术语。表1的D的最上栏的数值与从放大侧成像面至第1透镜L1为止的距离对应。并且，由表1的第1面和第2面构成的构成要件及由表1的第4面和第5面构成的构成要件与第1透镜L1对应。
在表2中，作为投射用光学系统的规格，以d线基准表示焦距的绝对值f、将缩小侧设为后侧时的以空气换算距离计的后焦距Bf、F值FNo.、最大全视角2ω的各值。2ω栏的[°]表示单位为度。
在表1中，在非球面的面编号上标有*标记，在非球面的曲率半径栏中记载有近轴的曲率半径的数值。在表3中示出非球面的面编号及与各非球面相关的非球面系数。表3的非球面系数的数值的“E±n”(n：整数)表示“×10±n”。非球面系数为由下式所表示的非球面式中的各系数KA、Am(m＝3、4、5、……)的值。
Zd＝C×h2/{1+(1-KA×C2×h2)1/2}+∑Am×hm
其中，
Zd：非球面深度(从高度h的非球面上的点下垂至与非球面顶点相切的光轴垂直的平面的垂线的长度)；
h：高度(从光轴至透镜面为止的距离)；
C：近轴曲率；
KA、Am：非球面系数，
非球面式的∑表示与m相关的总和。
[表1]
实施例1
面编号 R D Nd vd
-130.9057
*1 14.6389 -0.5546 1.53158 55.08
*2 -30.7593 -0.9244
*3 -12.1698 0.9244 反射面
*4 -30.7593 0.5546 1.53158 55.08
*5 14.6389 7.3702
6 -2.4855 0.2404 1.76182 26.52
7 -11.6130 0.2601
8 -6.3363 1.4369 1.72916 54.68
9 -3.7288 0.0371
10 -20.8462 1.1330 1.89286 20.36
11 -5.3954 0.1161
12 13.3618 2.2204 1.62041 60.29
13 -6.6564 0.2494 1.84666 23.78
14 8.5232 1.8261 1.49700 81.61
15 -10.6704 8.4665
*16 6.0986 1.0171 1.51007 56.24
*17 7.0537 0.2772
18 10.6663 1.8580 1.80000 29.84
19 105.4092 0.0368
20 5.8428 2.7735 1.80400 46.58
21 8.5326 2.4413
22 -13.2254 0.2773 1.58913 61.13
23 5.4722 1.4640
24 -9.0034 0.2772 1.62041 60.29
25 9.2385 2.6276
26 53.6287 3.1434 1.80100 34.97
27 -7.9801 2.3462
28 9.3083 2.7161 1.80400 46.58
29 -6.8617 0.2587 1.84666 23.78
30 -56.8728 1.4528
31 3.2648 1.4792 1.80518 25.42
32 2.0373 1.5563
33(St) ∞ 0.7394
34 -2.5640 1.2624 1.74077 27.79
35 19.9752 1.0368 1.59282 68.62
36 -4.1708 0.0368
37 173.9237 2.7734 1.49700 81.61
38 -5.0349 1.3616
39 8.2094 1.1219 1.69680 55.53
40 299.0762 2.6959
41 ∞ 5.9721 1.51633 64.14
42 ∞
[表2]
实施例1
|f| 1.00
Bf 6.63
FNo. 2.00
2ω[°] 139.6
[表3]
实施例1
在图4中从左依次示出实施例1的投射用光学系统的球面像差、像散、畸变像差及倍率色差的各像差图。球面像差图中，以实线、长虚线及短虚线分别表示与d线(波长587.6nm)、C线(波长656.3nm)及F线(波长486.1nm)相关的像差。像散图中，以实线来表示弧矢方向的与d线相关的像差，以短虚线来表示子午方向的与d线相关的像差。畸变像差图中，以实线来表示与d线相关的像差。倍率色差图中，以长虚线及短虚线分别表示与C线及F线相关的像差。球面像差图的FNo.表示F值，其他的像差图的ω表示半视角。这些像差图是从放大侧成像面至第1透镜L1为止的距离为表1所示的值时的像差图。
关于在上述实施例1的说明中叙述的各数据的记号、含义及记载方法，若没有特别说明，则以下实施例的各数据的记号、含义及记载方法也相同，因此以下省略重复说明。
[实施例2]
将实施例2的投射用光学系统的透镜结构与光路的剖视图示于图2中。实施例2的投射用光学系统具有凸面反射镜M、第1透镜L1及透镜L2～L20。第1透镜L1横跨比凸面反射镜M更靠缩小侧的光路及比凸面反射镜M更靠放大侧的光路这两者而配置。中间像MI形成于透镜L10与透镜L11之间。在透镜L16与透镜L17之间配置有孔径光圈St。
将实施例2的投射用光学系统的基本透镜数据示于表4中，将规格示于表5中，将非球面系数示于表6中，将各像差图示于图5中。像差图是从放大侧成像面至第1透镜L1为止的距离为表4所示的值时的像差图。
[表4]
实施例2
面编号 R D Nd vd
-131.2381
*1 12.5973 -0.5826 1.53158 55.08
*2 -10.3002 -1.1227
*3 -20.6008 1.1227 反射面
*4 -10.3002 0.5826 1.53158 55.08
*5 12.5973 8.4820
6 -2.8308 0.9028 1.76182 26.52
7 -22.2309 0.3111
8 -9.2345 0.9526 1.72916 54.68
9 -4.2962 0.2220
10 -38.2793 1.3114 1.89286 20.36
11 -6.2614 0.0379
12 10.8846 1.6006 1.62041 60.29
13 -12.1243 2.2860 1.84666 23.78
14 6.3316 2.8594 1.49700 81.61
15 -9.6329 6.6699
*16 8.8726 1.0477 1.51007 56.24
*17 9.7232 0.2925
18 8.1366 1.5421 1.80000 29.84
19 17.0449 0.0379
20 6.5692 1.5062 1.80400 46.58
21 17.5597 2.8439
22 -7.8801 1.8937 1.58913 61.13
23 7.9970 1.0761
24 -17.1158 0.7928 1.62041 60.29
25 11.8282 1.7386
26 36.0389 3.2385 1.80100 34.97
27 -8.3162 1.6403
28 10.0752 3.0966 1.80400 46.58
29 -7.1957 0.7621 1.84666 23.78
30 -50.5853 2.0884
31 3.1220 1.5241 1.80518 25.42
32 1.9104 1.5461
33(St) ∞ 0.7621
34 -2.3219 0.2408 1.74077 27.79
35 14.6951 1.1385 1.59282 68.62
36 -3.3344 0.0380
37 -21.1301 2.8572 1.49700 81.61
38 -4.1107 2.3419
39 8.7335 1.4768 1.69680 55.53
40 -77.6921 2.7914
41 ∞ 6.1528 1.51633 64.14
42 ∞
[表5]
实施例2
|f| 1.00
Bf 6.84
FNo. 2.00
2ω[°] 140.5
[表6]
实施例2
[实施例3]
将实施例3的投射用光学系统的透镜结构与光路的剖视图示于图3中。实施例3的投射用光学系统具有凸面反射镜M、第1透镜L1及透镜L2～L19。第1透镜L1不存在于光轴上，而仅配置在比凸面反射镜M更靠放大侧的光路。中间像MI形成于透镜L9与透镜L10之间。在透镜L15与透镜L16之间配置有孔径光圈St。
将实施例3的投射用光学系统的基本透镜数据示于表7中，将规格示于表8中，将非球面系数示于表9中，将各像差图示于图6中。像差图是从放大侧成像面至第1透镜L1为止的距离为表7所示的值时的像差图。
[表7]
实施例3
面编号 R D Nd v d
-137.9404
*1 -52.9046 -0.7345 1.53158 55.08
*2 -58.4378 -8.6312
*3 -8.3996 9.7309 反射面
4 -2.5172 2.0414 1.80518 25.42
5 -3.9789 0.0366
6 -22.3238 0.8397 1.89286 20.36
7 -6.1776 0.0366
8 18.9700 1.4034 1.62041 60.29
9 -6.1600 0.2478 1.84666 23.78
10 7.9056 1.6635 1.53775 74.70
11 -11.3989 9.9597
12 11.7388 2.4062 1.80400 46.58
13 -150.7573 0.4286
*14 6.9219 1.0104 1.51007 56.24
*15 8.9816 0.2755
16 5.2799 2.5641 1.80610 33.27
17 9.5818 1.7536
18 -194.6118 1.4810 1.51680 64.20
19 3.0329 2.0162
20 -4.7029 0.3305 1.63980 34.47
21 6.8850 2.6620
22 37.8974 3.1225 1.80000 29.84
23 -7.2652 0.0366
24 11.8273 2.7422 1.75500 52.32
25 -5.4796 0.2572 1.80518 25.42
26 -26.1390 2.5470
27 3.9312 1.8366 1.80518 25.42
28 2.3649 0.9283
29(St) ∞ 0.9182
30 -2.2004 0.1838 1.80518 25.42
31 33.5527 1.9591 1.59282 68.62
32 -3.5296 0.0367
33 30.8115 1.0097 1.49700 81.61
34 -5.2033 3.1882
35 9.9948 0.9663 1.72916 54.68
36 -45.9818 2.5495
37 ∞ 5.9328 1.51633 64.14
38 ∞
[表8]
实施例3
|f| 1.00
Bf 6.45
FNo. 2.00
2ω[°] 139.2
[表9]
实施例3
在表10中示出实施例1～3的投射用光学系统的条件式(1)～(4)的对应值。实施例1～3以d线为基准波长，在表10中示出以d线为基准时的值。
[表10]
式编号 实施例1 实施例2 实施例3
(1) |f/fL1| 0.05 0.09 0.00
(2) |f/Dm| 1.08 0.89 0.15
(3) |f/Mr| 0.08 0.05 0.12
(4) |f1/f| 1.98 1.61 1.68
从以上数据可知，实施例1～3的投射用光学系统中，全视角为139°以上而构成为广角，F值为2而具有较小的F值，并且各像差得到良好的校正，从而实现了高光学性能。
接着，对本实用新型的实施方式所涉及的投射型显示装置进行说明。图7是本实用新型的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图7所示的投射型显示装置100具有本实用新型的实施方式所涉及的成像光学系统10、光源15、与各色光对应的作为光阀的透射型显示元件11a～11c、用于分色的分色镜12、13、用于彩色合成的十字分色棱镜14、聚光透镜16a～16c及用于偏转光路的全反射镜18a～18c。另外，在图7中示意地图示了成像光学系统10。并且，在光源15与分色镜12之间配置有积分器，但在图7中省略了其图示。
来自光源15的白色光在分色镜12、13中分解成3个色光光束(绿光、蓝光、红光)后，分别经过聚光透镜16a～16c入射于分别与各色光光束对应的透射型显示元件11a～11c而被调制，并通过十字分色棱镜14彩色合成后，入射于成像光学系统10。成像光学系统10将基于被透射型显示元件11a～11c调制的调制光的光学像投射在屏幕105上。
图8是本实用新型的另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图8所示的投射型显示装置200具有本实用新型的实施方式所涉及的成像光学系统210、光源215、与各色光对应的作为光阀的DMD元件21a～21c、用于分色及彩色合成的TIR(全内反射，Total Internal Reflection)棱镜24a～24c、分离照明光与投射光的偏振光分离棱镜25。另外，在图8中示意地图示了成像光学系统210。并且，在光源215与偏振光分离棱镜25之间配置有积分器，但在图8中省略了其图示。
来自光源215的白色光在偏振光分离棱镜25内部的反射面被反射后，通过TIR棱镜24a～24c分解成3个色光光束(绿光、蓝光、红光)。分解后的各色光光束分别入射于所对应的DMD元件21a～21c而被调制，并再次在TIR棱镜24a～24c中向反方向行进而彩色合成后，透射偏振光分离棱镜25而入射于成像光学系统210。成像光学系统210将基于被DMD元件21a～21c调制的调制光的光学像投射在屏幕205上。
图9是本实用新型的又一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图9所示的投射型显示装置300具有本实用新型的实施方式所涉及的成像光学系统310、光源315、与各色光对应的作为光阀的反射型显示元件31a～31c、用于分色的分色镜32、33、用于彩色合成的十字分色棱镜34、用于偏转光路的全反射镜38、及偏振光分离棱镜35a～35c。另外，在图9中示意地图示了成像光学系统310。并且，在光源315与分色镜32之间配置有积分器，但在图9中省略了其图示。
来自光源315的白色光通过分色镜32、33而被分解成3个色光光束(绿光、蓝光、红光)。分解后的各色光光束分别经过偏振光分离棱镜35a～35c，入射于分别与各色光光束对应的反射型显示元件31a～31c而被调制，并通过十字分色棱镜34彩色合成后，入射于成像光学系统310。成像光学系统310将基于被反射型显示元件31a～31c调制的调制光的光学像投射在屏幕305上。
以上，举出实施方式及实施例对本实用新型进行了说明，但本实用新型并不限定于上述实施方式及实施例，能够进行各种变形。例如，各透镜的曲率半径、面间隔、折射率、色散系数及非球面系数等并不限定于上述各数值实施例中示出的值，也可以采用其他值。
并且，本实用新型的投射型显示装置也并不限定于上述结构，例如，用于光束分离或光束合成的光学部件及光阀能够进行各种方式的变更。
符号说明
10、210、310-投射用光学系统，11a～11c-透射型显示元件，12、13、32、33-分色镜，14、34-十字分色棱镜，15、215、315-光源，16a～16c-聚光透镜，18a～18c、38-全反射镜，21a～21c-DMD元件，24a～24c-TIR棱镜，25、35a～35c-偏振光分离棱镜，31a～31c-反射型显示元件，100、200、300-投射型显示装置，105、205、305-屏幕，k1-最大视角的光束，k2-低视角的光束，L1-第1透镜，L2～L20-透镜，M-凸面反射镜，MI-中间像，PP-光学部件，Sim-图像显示面，St-孔径光圈，Z-光轴。

Claims (12)

1.一种投射用光学系统，其在与缩小侧成像面共轭的位置上形成中间像，并使与该中间像共轭的最终像在放大侧成像面成像，
该投射用光学系统的特征在于，具备：
凸面反射镜，配置得比所述中间像更靠放大侧；及
至少1片透镜，配置在比所述凸面反射镜更靠放大侧的光路且具有正或负的屈光力。
2.根据权利要求1所述的投射用光学系统，其中，
配置在比所述凸面反射镜更靠放大侧的光路的透镜仅为第1透镜这1片透镜。
3.根据权利要求2所述的投射用光学系统，其中，
将所述投射用光学系统的焦距设为f，将所述第1透镜的焦距设为fL1时，满足由如下表示的条件式(1)：
|f/fL1|＜0.2 (1)。
4.根据权利要求2或3所述的投射用光学系统，其中，
所述第1透镜与所述凸面反射镜具有共同的光轴，
所述第1透镜是具有旋转对称的形状的非球面透镜。
5.根据权利要求2或3所述的投射用光学系统，其中，
所述第1透镜与所述凸面反射镜具有共同的光轴，
将所述第1透镜的所述凸面反射镜侧的透镜面距所述光轴的高度最低的位置上的所述第1透镜与所述凸面反射镜在光轴方向的间隔设为Dm，将所述投射用光学系统的焦距设为f时，满足由如下表示的条件式(2)：
0.05＜|f/Dm|＜2 (2)。
6.根据权利要求2或3所述的投射用光学系统，其中，
所述第1透镜横跨比所述凸面反射镜更靠放大侧的光路及比所述凸面反射镜更靠缩小侧的光路而配置。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的投射用光学系统，其中，
将所述投射用光学系统的焦距设为f，将所述凸面反射镜的近轴曲率半径设为Mr时，满足由如下表示的条件式(3)：
0.01＜|f/Mr|＜0.2 (3)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的投射用光学系统，其中，
构成所述投射用光学系统的所有的光学要件具有共同的光轴。
9.根据权利要求3所述的投射用光学系统，其中，
该投射用光学系统满足由如下表示的条件式(1-1)：
|f/fL1|＜0.15 (1-1)。
10.根据权利要求5所述的投射用光学系统，其中，
该投射用光学系统满足由如下表示的条件式(2-1)：
0.07＜|f/Dm|＜1.5 (2-1)。
11.根据权利要求7所述的投射用光学系统，其中，
该投射用光学系统满足由如下表示的条件式(3-1)：
0.03＜|f/Mr|＜0.15 (3-1)。
12.一种投射型显示装置，其特征在于，具备：
光源；
光阀，入射来自该光源的光；及
权利要求1至11中任一项所述的投射用光学系统，
该投射用光学系统将基于被所述光阀调制的调制光的光学像投射在屏幕上。
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