投射光学系统和投影仪的制作方法

1.本发明涉及投射光学系统和投影仪。


背景技术：

2.在专利文献1中记载了利用投射光学系统将显示于图像显示元件的投射图像放大并投射到屏幕上的投影仪。投射光学系统从缩小侧朝向放大侧按顺序具有第1折射光学系统、反射光学系统以及第2折射光学系统。第1折射光学系统具有多个折射透镜。反射光学系统具有凹面镜，将来自第1折射光学系统的光线朝向图像显示元件侧在与第1折射光学系统的光轴交叉的方向上反射。第2折射光学系统由1片折射透镜构成。折射透镜是在投射光学系统中位于最靠放大侧的放大侧透镜。来自凹面镜的光线从与放大侧透镜的光轴交叉的方向入射到放大侧透镜。
3.专利文献1所公开的投射光学系统的实施例中，投射距离最短的投射光学系统的投射距离为257.6mm。该投射光学系统的放大侧透镜的有效半径为79.7mm。另外，该投射光学系统的投射比为0.154。
4.专利文献1：日本特开2020-34690号公报
5.投影仪中，投射光学系统的投射比越小，投射规定大小的放大像时的投射距离越短。因此，对于在室内等使用的投影仪所搭载的投射光学系统，要求投射比为0.2以下的短焦点的投射光学系统。
6.这里，当使投射光学系统短焦化时，在放大侧产生的像差容易变大。因此，需要增大来自凹面镜的光线倾斜地通过的放大侧透镜的有效半径，在放大侧透镜中进行每个像高的光线的校正。但是，当为了确保有效半径而使放大侧透镜大型化时，放大侧透镜从第1折射光学系统的第1光轴向径向突出的突出量变大，投射光学系统整体变粗。因此，搭载投射光学系统的投影仪的小型化受到阻碍。


技术实现要素：

7.为了解决上述课题，本发明的投射光学系统用于对配置于缩小侧共轭面的图像形成元件所形成的投射图像进行放大并将放大像投射到放大侧共轭面，该投射光学系统的特征在于，从缩小侧朝向放大侧按顺序具有第1光学系统和第2光学系统，所述第1光学系统具有光圈，所述第2光学系统从缩小侧朝向放大侧按顺序具有：光学元件，其具有凹形状的反射面；以及第1透镜，其具有负的屈光力，在所述第1光学系统与所述第2光学系统之间，形成有与所述缩小侧共轭面以及所述放大侧共轭面共轭的中间像，比所述第1光学系统靠缩小侧是远心的，在将所述第1透镜的最大半径设为ll，将所述反射面的最大半径设为mr，将从光轴到所述图像形成元件的最大像高的第1距离设为imy，将投射距离除以从所述光轴到所述放大像的最大像高的第2距离而得到的投射比设为tr，将所述图像形成元件的数值孔径设为na时，满足以下的条件式(1)以及(2)：
8.3.5≤(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)≤6.0(1)
9.tr≤0.2
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(2)。
10.此外，本发明的投射光学系统用于对配置于缩小侧共轭面的图像形成元件所形成的投射图像进行放大并将放大像投射到放大侧共轭面，该投射光学系统的特征在于，从缩小侧朝向放大侧按顺序具有第1光学系统和第2光学系统，所述第2光学系统从缩小侧朝向放大侧按顺序具有：光学元件，其具有凹形状的反射面；以及第1透镜，其具有负的屈光力，在所述第1光学系统与所述第2光学系统之间，形成有与所述缩小侧共轭面以及所述放大侧共轭面共轭的中间像，将所述第1透镜的缩小侧的缩小侧透镜面中的光束通过区域投影到光轴上而得到的第1区域与将所述反射面中的光束通过区域投影到所述光轴上而得到的第2区域相互重叠。
11.其次，本发明的投影仪的特征在于，该投影仪具有：上述投射光学系统；以及所述图像形成元件，其在所述投射光学系统的所述缩小侧共轭面上形成投射图像。
附图说明
12.图1是表示具有本发明的投射光学系统的投影仪的概略结构的图。
13.图2是实施例1的投射光学系统的光线图。
14.图3是实施例1的投射光学系统的基准距离处的横向像差的图。
15.图4是实施例1的投射光学系统的基准距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
16.图5是实施例1的投射光学系统的近距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
17.图6是实施例1的投射光学系统的远距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
18.图7是实施例2的投射光学系统的光线图。
19.图8是实施例2的投射光学系统的基准距离处的横向像差的图。
20.图9是实施例2的投射光学系统的基准距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
21.图10是实施例2的投射光学系统的近距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
22.图11是实施例2的投射光学系统的远距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
23.图12是实施例3的投射光学系统的光线图。
24.图13是实施例3的投射光学系统的基准距离处的横向像差的图。
25.图14是实施例3的投射光学系统的基准距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
26.图15是实施例3的投射光学系统的近距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
27.图16是实施例3的投射光学系统的远距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
28.图17是实施例4的投射光学系统的光线图。
29.图18是实施例4的投射光学系统的基准距离处的横向像差的图。
30.图19是实施例4的投射光学系统的基准距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
31.图20是实施例4的投射光学系统的近距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
32.图21是实施例4的投射光学系统的远距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
33.图22是实施例5的投射光学系统的光线图。
34.图23是实施例5的投射光学系统的基准距离处的横向像差的图。
35.图24是实施例5的投射光学系统的基准距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
36.图25是实施例5的投射光学系统的近距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
37.图26是实施例5的投射光学系统的远距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
38.标号说明
39.1：投影仪；2：图像形成部；3、3a、3b、3c、3d、3e：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：积分透镜；12：积分透镜；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：光学元件；34：第1透镜；36：第1面；37：第2面；41：第1透射面；42：反射面；43：第2透射面；44：反射面；51：光圈；l1～l19：透镜；l21～l24：接合透镜；n：光轴；s：屏幕；v1：第1区域；v2：第2区域。
具体实施方式
40.以下，参照附图对本发明实施方式的光学系统和投影仪进行说明。
41.(投影仪)
42.图1是表示具有本发明的投射光学系统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；投射光学系统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。
43.(图像形成部以及控制部)
44.图像形成部2具有光源10、第1积分透镜11、第2积分透镜12、偏振转换元件13以及重叠透镜14。光源10例如由超高压水银灯、固体光源等构成。第1积分透镜11和第2积分透镜12分别具有排列成阵列状的多个透镜元件。第1积分透镜11将来自光源10的光束分割为多个。第1积分透镜11的各透镜元件使来自光源10的光束会聚到第2积分透镜12的各透镜元件的附近。
45.偏振转换元件13使来自第2积分透镜12的光转换为规定的线偏振光。重叠透镜14使第1积分透镜11的各透镜元件的像经由第2积分透镜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。
46.另外，图像形成部2具有第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反射的r光经过反射镜16以及场透镜17r，入射到液晶面板18r。液晶面板18r是作为图像形成元件的光调制元件。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。
47.并且，图像形成部2具有第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反射的g光经由场透镜17g入射到液晶面板18g。液晶面板18g是作为图像形成元件的光调制元件。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。
48.另外，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、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是作为图像形成元件的光调制元件。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。
49.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，生成将由各液晶面板18r、18g、18b调制后的光合成而得到的投射图像。
50.投射光学系统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。
51.控制部4具有：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。
52.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。
53.(投射光学系统)
54.接着，对投射光学系统3进行说明。如图1所示，在投射光学系统3的放大侧共轭面配置有屏幕s。在投射光学系统3的缩小侧共轭面配置有液晶面板18r、液晶面板18g以及液晶面板18b。
55.以下，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1～5进行说明。
56.(实施例1)
57.图2是实施例1的投射光学系统3a的光线图。另外，在实施例1～5的投射光学系统3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。如图2所示，本例的投射光学系统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配置在第1光学系统31的光轴n上。
58.在以下的说明中，为了方便，将相互垂直的3轴设为x轴、y轴以及z轴。z轴与第1光学系统31的光轴n一致。z轴方向是沿着光轴n的方向。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。y轴沿着屏幕s延伸。y轴方向是上下方向，将y轴方向的一侧设为上方y1，将另一侧设为下方y2。x轴在屏幕的宽度方向上延伸。
59.第1光学系统31是折射光学系统。第1光学系统31由16片透镜l1～l16构成。透镜l1～l16从缩小侧朝向放大侧按顺序配置。在透镜l9与透镜l10之间配置有光圈51。
60.透镜l6在两面具有非球面形状。透镜l13在两面具有非球面形状。透镜l14在两面具有非球面形状。透镜l2以及透镜l3是接合后的接合透镜l21。透镜l4以及透镜l5是接合后的接合透镜l22。透镜l7以及透镜l8是接合后的接合透镜l23。透镜l15以及透镜l16是接合后的接合透镜l24。
61.第2光学系统32具有光学元件33和第1透镜34。光学元件33和第1透镜34从缩小侧朝向放大侧按顺序配置。光学元件33具有朝向缩小侧的第1面36和朝向第1面36的相反侧的第2面37。另外，光学元件33在第2面37具有反射涂层。第1面36具有凹形状。第2面37具有凸形状。在此，光学元件33从缩小侧朝向放大侧按顺序具有第1透射面41、反射面42以及第2透射面43。第1透射面41设置于第1面36。第1透射面41具有凹形状。反射面42是反射涂层，具有转印有第2面37的表面形状的凹形状。反射面42在光学元件33的内部对光进行反射。第2透射面43设置于第1面36。第2透射面43具有凹形状。第1透射面41、反射面42以及第2透射面43
具有非球面形状。如图2所示，第1透射面41、反射面42以及第2透射面43位于光轴n的下方y2。
62.第1透镜34在光轴n方向上配置于透镜l16与光学元件33之间且比光轴n靠上方y1的位置。第1透镜34具有负的屈光力。第1透镜34在放大侧的面具有凸形状，在缩小侧的面具有凹形状。第1透镜34在两面具有非球面形状。
63.如图2所示，将第1透镜34的缩小侧的透镜面34a(缩小侧透镜面)中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第1区域v1、与将反射面42中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第2区域v2相互重叠。
64.在此，在投射光学系统3a的缩小侧共轭面配置有图像形成部2的液晶面板18。在投射光学系统3a的放大侧共轭面配置有屏幕s。
65.液晶面板18在与第1光学系统31的光轴n垂直的图像形成面内形成投射图像。液晶面板18配置在相对于第1光学系统31的光轴n向上方y1偏移的位置。因此，投射图像形成在相对于光轴n向上方y1偏移的位置。
66.来自液晶面板18的光线按顺序通过第1光学系统31和第2光学系统32。在第1光学系统31与第2光学系统32之间，光线通过光轴n的下方y2。由此，光线入射到构成第2光学系统32的光学元件33的第1透射面41。
67.经由第1透射面41入射到光学元件33的光线朝向反射面42。到达反射面42的光线朝向第1方向z1以及上方y1折返。被反射面42折返的光线朝向第2透射面43。从第2透射面43射出的光线向上方y1横穿光轴n而朝向第1透镜34。透过了第1透镜34的光线被第1透镜34扩展而到达屏幕s。
68.中间像30形成在透镜l16与反射面42之间。
69.在投射光学系统3a中，比第1光学系统31靠缩小侧是远心的。远心是指通过第1光学系统31与配置于缩小侧共轭面的液晶面板18之间的各光束的中心光线与光轴平行或与光轴大致平行。
70.在此，投射光学系统3a能够变更投射距离。在变更了投射距离的情况下，使第1光学系统31的透镜l13以及透镜l14沿着光轴n移动来进行对焦。
71.在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面42的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将从光轴n至投射到屏幕s的放大像的最大像高为止的第2距离设为scy，将第2距离除以第1距离而得到的投射倍率设为m，将从第1透镜34到屏幕s为止的距离即投射距离设为pd，将投射距离除以第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na，将第1区域除以第2区域而得到的重叠率设为ol时，投射光学系统3a的数据如下。
72.[0073][0074]
投射光学系统3a的透镜数据如下所述。面编号从缩小侧到放大侧按顺序标注。标号是液晶面板、分色棱镜、透镜、光学元件、第1透镜以及屏幕的标号。不与液晶面板、分色棱镜、透镜、光学元件、第1透镜和屏幕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是光圈半径，光圈半径的2倍是透镜面的直径。r、d、c的单位是mm。
[0075]
[0076][0077]
在此，本例的投射光学系统3a能够使投射距离在基准距离、比基准距离短的近距离、比基准距离远的远距离之间变化。在使投射距离变化的情况下，使透镜l13以及透镜l14分别在光轴n方向上移动来进行对焦。
[0078]
以下示出进行了对焦时的各投射距离中的可变间隔1、可变间隔2、可变间隔3、可变间隔4。可变间隔1是透镜l12与透镜l13的轴上面间隔。可变间隔2是透镜l13与透镜l14的轴上面间隔。可变间隔3是透镜l14与透镜l15的轴上面间距离。
[0079]
可变间隔4是投射距离。
[0080]
[0081][0082]
各非球面系数如下所述。
[0083][0084]
[0085]
在此，在本例的投射光学系统3a中，在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面42的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将投射距离除以从光轴n到屏幕s上的放大像的最大像高为止的第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na时，满足以下的条件式(1)和(2)。
[0086]
3.5≤(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)≤6.0
···
(1)
[0087]
tr≤0.2
···
(2)
[0088]
在本例中，
[0089][0090]
因此，(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)＝3.52，满足条件式(1)。tr＝0.114，满足条件式(2)。
[0091]
另外，第1区域v1除以第2区域v2而得到的重叠率ol为10％以上。即，第1区域v1相对于第2区域v2重叠10％以上。在本例中，重叠率ol为11％，第1区域v1相对于第2区域v2重叠11％。
[0092]
(作用效果)
[0093]
本例的投射光学系统3a对配置于缩小侧共轭面的液晶面板18所形成的投射图像进行放大并将放大像投射到放大侧共轭面。本例的投射光学系统3a从缩小侧朝向放大侧按顺序具有第1光学系统31和第2光学系统32。第1光学系统31具有光圈51。第2光学系统32从缩小侧朝向放大侧按顺序具有：光学元件33，其具有凹形状的反射面42；以及第1透镜34，其具有负的屈光力。在第1光学系统31和第2光学系统32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。比第1光学系统31靠缩小侧是远心的。
[0094]
另外，在本例的投射光学系统3a中，在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面42的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将投射距离除以从光轴n到屏幕s上的放大像的最大像高为止的第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na时，满足以下的条件式(1)和(2)。
[0095]
3.5≤(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)≤6.0(1)
[0096]
tr≤0.2(2)
[0097]
本例的投射光学系统3a满足条件式(2)。因此，投射光学系统3被短焦化。这里，当使投射光学系统短焦化时，在放大侧产生的像差容易变大。因此，需要增大来自凹面镜的光线倾斜地通过的放大侧透镜的有效半径，在放大侧透镜中进行每个像高的光线的校正。但是，当为了确保有效半径而使放大侧透镜大型化时，放大侧透镜从第1折射光学系统的第1光轴向径向突出的突出量变大，投射光学系统整体变粗。
[0098]
针对该问题，本例的投射光学系统3a满足条件式(1)。因此，通过抑制第1透镜34从光轴n向径向突出的突出量，能够抑制投射光学系统整体变粗，所以能够使搭载投射光学系统3a的投影仪小型化。此外，能够抑制第1透镜34从光轴n向径向突出的突出量，并且可在第
1透镜34中确保能够校正每个像高的光线的有效直径。即，当条件式(1)低于下限时，相对于tr和1/na，第1透镜34的透镜直径变得过小，因此难以校正每个像高的光线，从而难以确保投射光学系统3a的分辨性能。另外，即使在设计上形成了能够得到分辨性能的透镜，该透镜也要求制造时的成型精度，因此存在量产性不高的问题。若条件式(1)超过上限，则第1透镜34的透镜直径变得过大。即，第1透镜34从光轴n向径向突出的突出量变大，因此投射光学系统整体变粗。因此，搭载投射光学系统的投影仪大型化。
[0099]
在此，作为比较例，对作为现有技术文献的、日本特开2020-34690号公报的实施例3进行研究。比较例的投射光学系统从缩小侧朝向放大侧按顺序具有第1折射光学系统、反射光学系统以及第2折射光学系统。第1折射光学系统具有多个折射透镜。反射光学系统具有凹面镜，将来自第1折射光学系统的光线朝向图像显示元件侧在与第1折射光学系统的光轴交叉的方向上反射。第2折射光学系统由1片折射透镜构成。折射透镜是在投射光学系统中位于最靠放大侧的放大侧透镜。来自凹面镜的光线从与放大侧透镜的光轴交叉的方向入射到放大侧透镜。比较例的数据如下。
[0100][0101][0102]
在比较例中，tr＝0.154。因此，比较例的投射光学系统满足条件式(2)。但是，在比较例中，条件式(1)为(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)＝6.02。因此，比较例的投射光学系统不满足条件式(1)。因此，在投射比相等的情况下，比较例的投射光学系统的放大侧透镜的透镜半径比本例的投射光学系统3a的第1透镜的有效半径大。即，比较例的投射光学系统整体比本例的投射光学系统3a整体粗。
[0103]
在此，本例的第1光学系统31在比光圈51靠放大侧具备2片具有非球面形状的透镜l13及透镜l14(非球面透镜)。因此，投射光学系统能够校正每个像高的畸变像差以及像面弯曲像差。
[0104]
另外，透镜l13和透镜l14在对焦时分别在光轴n方向上移动。使校正每个像高的各像差的透镜l13和透镜l14分别在光轴n方向上移动，因此能够抑制对焦时的各像差的产生。
[0105]
并且，第1光学系统31在比光圈51靠放大侧的位置具有接合透镜l24。因此，能够良好地校正色像差。
[0106]
在将液晶面板18的数值孔径设为na时，本例的投射光学系统3a满足以下的条件式(3)。
[0107]
0.3≤na(3)
[0108]
本例的投射光学系统3a为na＝0.313，满足条件式(3)。因此，能够成为明亮的投射光学系统。
[0109]
在此，本例的投射光学系统3a由反射面42和第1透镜34承担使中间像30在屏幕s上放大成像的功能。来自反射面42的光线从与第1透镜34的光轴交叉的方向入射到第1透镜
34。在这样的结构中，高像高的光束在反射面42中最远离光轴n的部分相对于光轴n以较大的角度反射，入射到第1透镜34中最远离光轴的部分。特别是，第1透镜34与反射面42的距离越小，由反射面42反射的高像高的光束相对于光轴n的角度越大。此时，在第1透镜34中，按照余弦四次方定律，包含高像高的光束的周边光束的光量存在光量下降的问题。因此，为了确保包含高像高的光束的周边光束，需要增大高像高的光束中的光瞳。在该情况下，考虑增大作为放大侧的最终透镜的第1透镜34，可靠地取入高像高的光束，但第1透镜34变大，从而投射光学系统大型化。
[0110]
因此，为了解决上述问题，本例的投射光学系统3a中，将第1透镜34的缩小侧的透镜面34a中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第1区域v1、与将反射面42中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第2区域v2相互重叠。即，在第1透镜34中高像高的光束入射的部分、与在反射面42中高像高的光束反射的部分在与光轴n垂直的方向上重叠。因此，即使减小第1透镜34与反射面42的距离，只要第1区域v1与第2区域v2相互重叠，第1透镜34就容易取入被反射面42反射的光线中的高像高的光束。其结果，本例的投射光学系统3a能够抑制第1透镜34的透镜直径变大，并且能够使投射光学系统短焦化。另外，在上述的比较例中，第1区域v1和第2区域v2不相互重叠，因此，与本例的投射光学系统3a的第1透镜34的透镜直径相比，比较例的第2折射光学系统的折射透镜的透镜直径较大。
[0111]
另外，在本例的投射光学系统3a中，第1区域v1相对于第2区域v2重叠11％。因此，通过确保重叠量为10％以上，能够确保周边光束的光量为40％左右。由此，投射光学系统3a能够将明亮的放大像投射到周边。
[0112]
图3是投射光学系统3a的基准距离处的横向像差的图。图4是投射光学系统3a的基准距离处的球面像差、像散以及畸变的图。图5是投射光学系统3a的近距离处的球面像差、像散以及畸变的图。图6是投射光学系统3a的远距离处的球面像差、像散以及畸变的图。如图3～图6所示，本例的投射光学系统3a抑制了放大像中的各像差。
[0113]
(实施例2)
[0114]
图7是实施例2的投射光学系统3b的光线图。如图7所示，本例的投射光学系统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配置在第1光学系统31的光轴n上。
[0115]
第1光学系统31是折射光学系统。第1光学系统31由19片透镜l1～l19构成。透镜l1～l19从缩小侧朝向放大侧按顺序配置。在透镜l10与透镜l11之间配置有光圈51。
[0116]
透镜l4在缩小侧的面具有非球面形状。透镜l18在两面具有非球面形状。透镜l19在两面具有非球面形状。透镜l2以及透镜l3是接合后的接合透镜l21。透镜l4以及透镜l5是接合后的接合透镜l22。透镜l8以及透镜l9是接合后的接合透镜l23。透镜l11以及透镜l12是接合后的接合透镜l24。
[0117]
第2光学系统32具有光学元件33和第1透镜34。光学元件33和第1透镜34从缩小侧朝向放大侧按顺序配置。光学元件33具有朝向缩小侧的反射面44。反射面44具有向第2方向z2凹陷的凹形状。反射面44具有非球面形状。如图7所示，反射面44位于光轴n的下方y2。反射面44通过在光学元件33的第1方向z1的外侧面设置反射涂层(反射层)而形成。反射面44在光学元件33的z1方向的表面对光进行反射。
[0118]
第1透镜34在光轴n方向上配置于透镜l19与光学元件33之间且比光轴n靠上方y1
的位置。第1透镜34具有负的屈光力。第1透镜34在放大侧的面具有凸形状，在缩小侧的面具有凹形状。第1透镜34在两面具有非球面形状。
[0119]
另外，在实施例1的投射光学系统3a的第2光学系统32中，第1区域v1与第2区域v2相互重叠，但在本例的投射光学系统3b的第2光学系统32中，第1区域v1与第2区域v2不重叠。
[0120]
在此，在投射光学系统3b的缩小侧共轭面配置有图像形成部2的液晶面板18。在投射光学系统3b的放大侧共轭面配置有屏幕s。
[0121]
液晶面板18在与第1光学系统31的光轴n垂直的图像形成面内形成投射图像。液晶面板18配置在相对于第1光学系统31的光轴n向上方y1偏移的位置。因此，投射图像形成在相对于光轴n向上方y1偏移的位置。
[0122]
来自液晶面板18的光线按顺序通过第1光学系统31和第2光学系统32。在第1光学系统31与第2光学系统32之间，光线通过光轴n的下方y2。由此，光线在第2光学系统32中朝向反射面44。到达反射面44的光线朝向第1方向z1以及上方y1折返。被反射面44折返的光线向上方y1横穿光轴n而朝向第1透镜34。透过了第1透镜34的光线被第1透镜34扩展而到达屏幕s。
[0123]
中间像30形成在透镜l19与反射面44之间。
[0124]
在投射光学系统3b中，比第1光学系统31靠缩小侧是远心的。
[0125]
在此，投射光学系统3b能够变更投射距离。在变更了投射距离的情况下，使第1光学系统31的7片透镜l13～l19沿着光轴n移动来进行对焦。在对焦中，使透镜l13和透镜l14一体地移动。另外，在对焦中，使透镜l15、透镜l16以及透镜l17一体地移动。
[0126]
在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面44的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将从光轴n至投射到屏幕s的放大像的最大像高为止的第2距离设为scy，将第2距离除以第1距离而得到的投射倍率设为m，将从第1透镜34到屏幕s为止的距离即投射距离设为pd，将投射距离除以第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na，将第1区域除以第2区域而得到的重叠率设为ol时，投射光学系统3b的数据如下。
[0127][0128]
投射光学系统3b的透镜数据如下所述。面编号从缩小侧到放大侧按顺序标注。标
号是液晶面板、分色棱镜、透镜、光学元件、第1透镜以及屏幕的标号。不与液晶面板、分色棱镜、透镜、光学元件、第1透镜和屏幕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是光圈半径，光圈半径的2倍是透镜面的直径。r、d、c的单位是mm。
[0129]
[0130]
[0131][0132]
在此，本例的投射光学系统3b能够使投射距离在基准距离、比基准距离短的近距离、比基准距离远的远距离之间变化。在使投射距离变化的情况下，使第1光学系统31的7片透镜l13～l19沿着光轴n移动来进行对焦。
[0133]
以下示出进行对焦时的各投射距离中的可变间隔1、可变间隔2、可变间隔3、可变间隔4、可变间隔5、可变间隔6。可变间隔1是透镜l12与透镜l13的轴上面间隔。可变间隔2是透镜l14与透镜l15的轴上面间隔。可变间隔3是透镜l17与透镜l18的轴上面间距离。可变间隔4是透镜l18与透镜l19的轴上面间距离。可变间隔5是透镜l19与反射面44的轴上面间距离。可变间隔6是投射距离。
[0134][0135]
各非球面系数如下所述。
[0136]
[0137][0138]
在此，在本例的投射光学系统3b中，在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面44的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将投射距离除以从光轴n到屏幕s上的放大像的最大像高为止的第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na时，满足以下的条件式(1)和(2)。
[0139]
3.5≤(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)≤6.0
···
(1)
[0140]
tr≤0.2
···
(2)
[0141]
在本例中，
[0142][0143][0144]
因此，(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)＝4.02，满足条件式(1)。tr＝0.114，满足条件式(2)。
[0145]
(作用效果)
[0146]
在本例的投射光学系统3b中，第1光学系统31在比光圈51靠放大侧的位置具有2片
具有非球面形状的透镜l18和透镜l19(非球面透镜)。因此，投射光学系统3a能够校正每个像高的畸变像差和像面弯曲像差。
[0147]
另外，透镜l18和透镜l19在对焦时分别在光轴n方向上移动。使校正每个像高的各像差的透镜l18和透镜l19分别在光轴n方向上移动，因此能够抑制对焦时的各像差的产生。
[0148]
并且，第1光学系统31在比光圈51靠放大侧的位置具有接合透镜l24。因此，能够良好地校正色像差。
[0149]
在将液晶面板18的数值孔径设为na时，本例的投射光学系统3b满足以下的条件式(3)。
[0150]
0.3≤na(3)
[0151]
本例的投射光学系统3b为na＝0.313，满足条件式(3)。因此，能够成为明亮的投射光学系统。
[0152]
在本例的投射光学系统3b中，反射面44在表面具有反射涂层(反射层)。在此，实施例1的反射面42是设置于光学元件33的内部的结构，因此设置有反射面42的第2面37的形状精度依赖于光学元件33的形状精度。即，为了提高第2面37的形状精度，还需要提高第1面36的形状精度。与此相对，本例的投射光学系统3b的反射面44设置于光学元件33的外侧面，因此仅提高光学元件33的外侧面的形状精度即可。因此，本例的反射面44与实施例1的反射面42相比，容易提高反射面的形状精度。
[0153]
另外，在实施例1中，在成型出光学元件33后，在光学元件33的第2面37形成反射涂层，由此形成反射面42，但此时，需要在反射涂层与第2面37之间设置支承膜层。通过设置支承膜层，反射涂层难以从第2面37剥离，但通过夹设有支承膜层，反射面42的光学性能容易下降，制造时的反射面42的光学性能容易产生偏差。与此相对，在本例的投射光学系统3b中，支承膜层设置于反射涂层的与反射面侧相反的一侧，因此反射面44的光学性能不易下降。因此，制造时的反射面44的光学性能容易稳定。
[0154]
在此，本例的投射光学系统3b满足条件式(1)(2)，因此能够得到与实施例1的投射光学系统3a同样的作用效果。图8是投射光学系统3b的基准距离处的横向像差的图。图9是投射光学系统3b的基准距离处的球面像差、像散以及畸变的图。
[0155]
图10是投射光学系统3b的近距离处的球面像差、像散以及畸变的图。图11是投射光学系统3b的远距离处的球面像差、像散以及畸变的图。如图8～图11所示，本例的投射光学系统3b抑制了放大像中的各像差。
[0156]
(实施例3)
[0157]
图12是实施例3的投射光学系统3c的光线图。如图12所示，本例的投射光学系统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配置在第1光学系统31的光轴n上。
[0158]
第1光学系统31是折射光学系统。第1光学系统31由17片透镜l1～l17构成。透镜l1～l17从缩小侧朝向放大侧按顺序配置。在透镜l9与透镜l10之间配置有光圈51。
[0159]
透镜l6在两面具有非球面形状。透镜l13在两面具有非球面形状。透镜l14在两面具有非球面形状。透镜l17在两面具有非球面形状。透镜l2以及透镜l3是接合后的接合透镜l21。透镜l4以及透镜l5是接合后的接合透镜l22。透镜l7以及透镜l8是接合后的接合透镜l23。透镜l15以及透镜l16是接合后的接合透镜l24。
[0160]
第2光学系统32具有光学元件33和第1透镜34。光学元件33和第1透镜34从缩小侧朝向放大侧按顺序配置。光学元件33具有朝向缩小侧的第1面36和朝向第1面36的相反侧的第2面37。另外，光学元件33在第2面37具有反射涂层。第1面36具有凹形状。第2面37具有凸形状。在此，光学元件33从缩小侧朝向放大侧按顺序具有第1透射面41、反射面42以及第2透射面43。第1透射面41设置于第1面36。第1透射面41具有凹形状。反射面42是反射涂层，具有转印有第2面37的表面形状的凹形状。反射面42在光学元件33的内部对光进行反射。第2透射面43设置于第1面36。第2透射面43具有凹形状。第1透射面41、反射面42以及第2透射面43具有非球面形状。如图12所示，第1透射面41、反射面42以及第2透射面43位于光轴n的下方y2。
[0161]
第1透镜34在光轴n方向上配置于透镜l17与光学元件33之间且比光轴n靠上方y1的位置。第1透镜34具有负的屈光力。第1透镜34在放大侧的面具有凸形状，在缩小侧的面具有凹形状。第1透镜34在两面具有非球面形状。
[0162]
如图12所示，将第1透镜34的缩小侧的透镜面34a中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第1区域v1与将反射面42中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第2区域v2相互重叠。
[0163]
在此，在投射光学系统3c的缩小侧共轭面配置有图像形成部2的液晶面板18。在投射光学系统3c的放大侧共轭面配置有屏幕s。
[0164]
液晶面板18在与第1光学系统31的光轴n垂直的图像形成面内形成投射图像。液晶面板18配置在相对于第1光学系统31的光轴n向上方y1偏移的位置。因此，投射图像形成在相对于光轴n向上方y1偏移的位置。
[0165]
来自液晶面板18的光线按顺序通过第1光学系统31和第2光学系统32。在第1光学系统31与第2光学系统32之间，光线通过光轴n的下方y2。由此，光线入射到构成第2光学系统32的光学元件33的第1透射面41。
[0166]
经由第1透射面41入射到光学元件33的光线朝向反射面42。到达反射面42的光线朝向第1方向z1以及上方y1折返。从第2透射面43射出的光线向上方y1横穿光轴n而朝向第1透镜34。透过了第1透镜34的光线被第1透镜34扩展而到达屏幕s。
[0167]
中间像30形成在透镜l17与反射面42之间。
[0168]
在投射光学系统3c中，比第1光学系统31靠缩小侧是远心的。
[0169]
在此，投射光学系统3c能够变更投射距离。在变更了投射距离的情况下，使第1光学系统31的透镜l13以及透镜l14沿着光轴n移动来进行对焦。
[0170]
在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面42的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将从光轴n至投射到屏幕s的放大像的最大像高为止的第2距离设为scy，将第2距离除以第1距离而得到的投射倍率设为m，将从第1透镜34到屏幕s为止的距离即投射距离设为pd，将投射距离除以第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na，将第1区域除以第2区域而得到的重叠率设为ol时，投射光学系统3c的数据如下。
[0171]
[0172][0173]
投射光学系统3c的透镜数据如下所述。面编号从缩小侧到放大侧按顺序标注。标号是液晶面板、分色棱镜、透镜、光学元件、第1透镜以及屏幕的标号。不与液晶面板、分色棱镜、透镜、光学元件、第1透镜和屏幕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是光圈半径，光圈半径的2倍是透镜面的直径。r、d、c的单位是mm。
[0174]
[0175][0176]
在此，本例的投射光学系统3c能够使投射距离在基准距离、比基准距离短的近距离、比基准距离远的远距离之间变化。在使投射距离变化的情况下，使透镜l13以及透镜l14
分别在光轴n方向上移动来进行对焦。
[0177]
以下示出进行对焦时的各投射距离中的可变间隔1、可变间隔2、可变间隔3、可变间隔4。可变间隔1是透镜l12与透镜l13的轴上面间隔。可变间隔2是透镜l13与透镜l14的轴上面间隔。可变间隔3是透镜l14与透镜l15的轴上面间距离。
[0178]
可变间隔4是投射距离。
[0179]
[0180][0181]
在此，本例的投射光学系统3c中，在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面42的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将投射距离除以从光轴n到屏幕s上的放大像的最大像高为止的第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na时，满足以下的条件式(1)和(2)。
[0182]
3.5≤(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)≤6.0
···
(1)
[0183]
tr≤0.2
···
(2)
[0184]
在本例中，
[0185][0186]
[0187]
因此，(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)＝3.51，满足条件式(1)。tr＝0.114，满足条件式(2)。
[0188]
另外，第1区域v1除以第2区域v2而得到的重叠率ol为10％以上。即，第1区域v1相对于第2区域v2重叠10％以上。在本例中，重叠率ol为17％，第1区域v1相对于第2区域v2重叠17％。
[0189]
(作用效果)
[0190]
在本例的投射光学系统3c中，第1光学系统31在比光圈51靠放大侧具备3片具有非球面形状的透镜l13、透镜l14以及透镜l17(非球面透镜)。因此，投射光学系统3c能够校正每个像高的畸变像差以及像面弯曲像差。
[0191]
另外，透镜l13和透镜l14在对焦时分别在光轴n方向上移动。使校正每个像高的各像差的透镜l13和透镜l14分别在光轴n方向上移动，因此能够抑制对焦时的各像差的产生。
[0192]
并且，第1光学系统31在比光圈51靠放大侧的位置具有接合透镜l24。因此，能够良好地校正色像差。
[0193]
在将液晶面板18的数值孔径设为na时，本例的投射光学系统3c满足以下的条件式(3)。
[0194]
0.3≤na(3)
[0195]
本例的投射光学系统3c的na＝0.313，满足条件式(3)。因此，能够成为明亮的投射光学系统。
[0196]
本例的投射光学系统3c中，将第1透镜34的缩小侧的透镜面34a中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第1区域v1、与将反射面42中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第2区域v2相互重叠。因此，即使减小第1透镜34与反射面42的距离，只要第1区域v1与第2区域v2相互重叠，第1透镜34就容易取入被反射面42反射的光线中的高像高的光束。其结果，本例的投射光学系统3c能够抑制第1透镜34的透镜直径变大，并且能够使投射光学系统短焦化。
[0197]
另外，在本例的投射光学系统3c中，第1区域v1相对于第2区域v2重叠17％。因此，通过确保重叠量为10％以上，能够确保周边光束的光量为40％左右。由此，投射光学系统3c能够将明亮的放大像投射到周边。
[0198]
在此，本例的投射光学系统3c满足条件式(1)(2)，因此能够得到与实施例1的投射光学系统3a同样的作用效果。图13是投射光学系统3c的基准距离处的横向像差的图。图14是投射光学系统3c的基准距离处的球面像差、像散以及畸变的图。图15是投射光学系统3c的近距离处的球面像差、像散以及畸变的图。图16是投射光学系统3c的远距离处的球面像差、像散以及畸变的图。如图13～图16所示，本例的投射光学系统3c抑制了放大像中的各像差。
[0199]
(实施例4)
[0200]
图17是实施例4的投射光学系统3d的光线图。如图17所示，本例的投射光学系统3d从缩小侧朝向放大侧按顺序由第1光学系统31和第2光学系统32构成。第2光学系统32配置在第1光学系统31的光轴n上。
[0201]
第1光学系统31是折射光学系统。第1光学系统31由17片透镜l1～l17构成。透镜l1～l17从缩小侧朝向放大侧按顺序配置。在透镜l9与透镜l10之间配置有光圈51。
[0202]
透镜l6在两面具有非球面形状。透镜l13在两面具有非球面形状。透镜l14在两面具有非球面形状。透镜l17在两面具有非球面形状。透镜l2以及透镜l3是接合后的接合透镜l21。透镜l4以及透镜l5是接合后的接合透镜l22。透镜l7以及透镜l8是接合后的接合透镜l23。透镜l15以及透镜l16是接合后的接合透镜l24。
[0203]
第2光学系统32具有光学元件33和第1透镜34。光学元件33和第1透镜34从缩小侧朝向放大侧按顺序配置。光学元件33具有朝向缩小侧的反射面44。反射面44具有向第2方向z2凹陷的凹形状。反射面44具有非球面形状。如图17所示，反射面44位于光轴n的下方y2。反射面44通过在光学元件33的第1方向z1的外侧面设置反射涂层(反射层)而形成。反射面44在光学元件33的z1方向的表面对光进行反射。
[0204]
第1透镜34配置在透镜l17与光学元件33之间且比光轴n靠上方y1的位置。第1透镜34具有负的屈光力。第1透镜34在放大侧的面具有凸形状，在缩小侧的面具有凹形状。第1透镜34在两面具有非球面形状。
[0205]
如图17所示，将第1透镜34的缩小侧的透镜面34a中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第1区域v1与将反射面44中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第2区域v2相互重叠。
[0206]
在此，在投射光学系统3d的缩小侧共轭面配置有图像形成部2的液晶面板18。在投射光学系统3d的放大侧共轭面配置有屏幕s。
[0207]
液晶面板18在与第1光学系统31的光轴n垂直的图像形成面内形成投射图像。液晶面板18配置在相对于第1光学系统31的光轴n向上方y1偏移的位置。因此，投射图像形成在相对于光轴n向上方y1偏移的位置。
[0208]
来自液晶面板18的光线按顺序通过第1光学系统31和第2光学系统32。在第1光学系统31与第2光学系统32之间，光线通过光轴n的下方y2。由此，光线在第2光学系统32中朝向反射面44。到达反射面44的光线朝向第1方向z1以及上方y1折返。被反射面44折返的光线向上方y1横穿光轴n而朝向第1透镜34。透过了第1透镜34的光线被第1透镜34扩展而到达屏幕s。
[0209]
中间像30形成在接合透镜l24与反射面44之间。
[0210]
在投射光学系统3d中，比第1光学系统31靠缩小侧是远心的。
[0211]
在此，投射光学系统3d能够变更投射距离。在变更了投射距离的情况下，使第1光学系统31的透镜l13以及透镜l14沿着光轴n移动来进行对焦。
[0212]
在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面44的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将从光轴n至投射到屏幕s的放大像的最大像高为止的第2距离设为scy，将第2距离除以第1距离而得到的投射倍率设为m，将从第1透镜34到屏幕s为止的距离即投射距离设为pd，将投射距离除以第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na，将第1区域除以第2区域而得到的重叠率设为ol时，投射光学系统3d的数据如下。
[0213][0214][0215]
投射光学系统3d的透镜数据如下所述。面编号从缩小侧到放大侧按顺序标注。标号是液晶面板、分色棱镜、透镜、光学元件、第1透镜以及屏幕的标号。不与液晶面板、分色棱镜、透镜、光学元件、第1透镜和屏幕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是光圈半径，光圈半径的2倍是透镜面的直径。r、d、c的单位是mm。
[0216]
[0217][0218]
在此，本例的投射光学系统3d能够使投射距离在基准距离、比基准距离短的近距离、比基准距离远的远距离之间变化。在使投射距离变化的情况下，使透镜l13以及透镜l14分别在光轴n方向上移动来进行对焦。
[0219]
以下示出进行了对焦时的各投射距离中的可变间隔1、可变间隔2、可变间隔3、可变间隔4。可变间隔1是透镜l12与透镜l13的轴上面间隔。可变间隔2是透镜l13与透镜l14的轴上面间隔。可变间隔3是透镜l14与透镜l15的轴上面间距离。
[0220]
可变间隔4是投射距离。
[0221][0222]
各非球面系数如下所述。
[0223]
[0224][0225]
在此，本例的投射光学系统3d中，在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面44的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将投射距离除以从光轴n到屏幕s上的放大像的最大像高为止的第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na时，满足以下的条件式(1)和(2)。
[0226]
3.5≤(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)≤6.0
···
(1)
[0227]
tr≤0.2
···
(2)
[0228]
在本例中，
[0229][0230]
因此，(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)＝3.50，满足条件式(1)。tr＝0.114，满足条件式(2)。
[0231]
另外，第1区域v1除以第2区域v2而得到的重叠率ol为10％以上。即，第1区域v1相对于第2区域v2重叠10％以上。在本例中，重叠率ol为35％，第1区域v1相对于第2区域v2重叠35％。
[0232]
(作用效果)
[0233]
在本例的投射光学系统3d中，第1光学系统31在比光圈51靠放大侧具备3片具有非球面形状的透镜l13、透镜l14以及透镜l17(非球面透镜)。因此，投射光学系统3d能够校正每个像高的畸变像差和像面弯曲像差。
[0234]
另外，透镜l13和透镜l14在对焦时分别在光轴n方向上移动。使校正每个像高的各像差的透镜l13和透镜l14分别在光轴n方向上移动，因此能够抑制对焦时的各像差的产生。
[0235]
并且，第1光学系统31在比光圈51靠放大侧的位置具有接合透镜l24。因此，能够良好地校正色像差。
[0236]
在将液晶面板18的数值孔径设为na时，本例的投射光学系统3d满足以下的条件式(3)。
[0237]
0.3≤na(3)
[0238]
本例的投射光学系统3d的na＝0.313，满足条件式(3)。因此，能够成为明亮的投射光学系统。
[0239]
在本例的投射光学系统3d中，反射面44在表面具有反射涂层(反射层)。因此，本例的反射面44与实施例1的反射面42相比，容易提高反射面的形状精度。另外，在本例的投射光学系统3d中，支承膜层设置于反射涂层的与反射面侧相反的一侧，因此反射面44的光学性能不易下降。因此，制造时的反射面44的光学性能容易稳定。
[0240]
本例的投射光学系统3d中，将第1透镜34的缩小侧的透镜面34a中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第1区域v1、与将反射面44中的光束通过区域投影到光轴n上而得到的第2区域v2相互重叠。因此，即使减小第1透镜34与反射面44的距离，只要第1区域v1与第2区域v2相互重叠，第1透镜34就容易取入被反射面44反射的光线中的高像高的光束。其结果，本例的投射光学系统3d能够抑制第1透镜34的透镜直径变大，并且能够使投射光学系统短焦化。
[0241]
另外，在本例的投射光学系统3d中，第1区域v1相对于第2区域v2重叠35％。因此，通过确保重叠量为10％以上，能够确保周边光束的光量为40％左右。由此，投射光学系统3d能够将明亮的放大像投射到周边。
[0242]
在此，本例的投射光学系统3d满足条件式(1)(2)，因此能够得到与实施例1的投射光学系统3a同样的作用效果。图18是投射光学系统3d的基准距离处的横向像差的图。图19是投射光学系统3d的基准距离处的球面像差、像散以及畸变的图。图20是投射光学系统3d的近距离处的球面像差、像散以及畸变的图。图21是投射光学系统3d的远距离处的球面像差、像散以及畸变的图。如图18～图21所示，本例的投射光学系统3d抑制了放大像中的各像差。
[0243]
(实施例5)
[0244]
图22是实施例5的投射光学系统3e的光线图。如图22所示，本例的投射光学系统3e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配置在第1光学系统31的光轴n上。
[0245]
第1光学系统31是折射光学系统。第1光学系统31由16片透镜l1～l16构成。透镜l1～l16从缩小侧朝向放大侧按顺序配置。在透镜l7与透镜l8之间配置有光圈51。
[0246]
透镜l1在两面具有非球面形状。透镜l8在两面具有非球面形状。透镜l15在两面具
有非球面形状。透镜l16在两面具有非球面形状。透镜l2以及透镜l3是接合后的接合透镜l21。透镜l5以及透镜l6是接合后的接合透镜l22。透镜l9以及透镜l10是接合后的接合透镜l23。
[0247]
第2光学系统32具有光学元件33和第1透镜34。光学元件33和第1透镜34从缩小侧朝向放大侧按顺序配置。光学元件33具有朝向缩小侧的反射面44。反射面44具有向第2方向z2凹陷的凹形状。反射面44具有非球面形状。如图22所示，反射面44位于光轴n的下方y2。反射面44通过在光学元件33的第1方向z1的外侧面设置反射涂层而形成。反射面44在光学元件33的z1方向的表面对光进行反射。
[0248]
第1透镜34配置于透镜l16与光学元件33之间且比光轴n靠上方y1的位置。第1透镜34具有负的屈光力。第1透镜34在放大侧的面具有凸形状，在缩小侧的面具有凹形状。第1透镜34在两面具有非球面形状。
[0249]
另外，在实施例1的投射光学系统3a的第2光学系统32中，第1区域v1与第2区域v2相互重叠，但在本例的投射光学系统3e的第2光学系统32中，第1区域v1与第2区域v2不重叠。
[0250]
在此，在投射光学系统3e的缩小侧共轭面配置有图像形成部2的液晶面板18。在投射光学系统3e的放大侧共轭面配置有屏幕s。
[0251]
液晶面板18在与第1光学系统31的光轴n垂直的图像形成面内形成投射图像。液晶面板18配置在相对于第1光学系统31的光轴n向上方y1偏移的位置。因此，投射图像形成在相对于光轴n向上方y1偏移的位置。
[0252]
来自液晶面板18的光线按顺序通过第1光学系统31和第2光学系统32。在第1光学系统31与第2光学系统32之间，光线通过光轴n的下方y2。由此，光线在第2光学系统32中朝向反射面44。到达反射面44的光线朝向第1方向z1以及上方y1折返。被反射面44折返的光线向上方y1横穿光轴n而朝向第1透镜34。透过了第1透镜34的光线被第1透镜34扩展而到达屏幕s。
[0253]
中间像30形成在透镜l16与反射面44之间。
[0254]
在投射光学系统3e中，比第1光学系统31靠缩小侧是远心的。
[0255]
在此，投射光学系统3e能够变更投射距离。在变更了投射距离的情况下，使第1光学系统31的透镜l11、透镜l12、透镜l13、透镜l14、透镜l15以及透镜l16沿着光轴n移动来进行对焦。在进行对焦时，透镜l11和透镜l12成为一体而沿着光轴n移动。另外，在进行对焦时，透镜l13以及透镜l14成为一体而沿着光轴n移动。
[0256]
在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面44的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将从光轴n至投射到屏幕s的放大像的最大像高为止的第2距离设为scy，将第2距离除以第1距离而得到的投射倍率设为m，将从第1透镜34到屏幕s为止的距离即投射距离设为pd，将投射距离除以第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na，将第1区域除以第2区域而得到的重叠率设为ol时，投射光学系统3e的数据如下。
[0257][0258][0259]
投射光学系统3e的透镜数据如下所述。面编号从缩小侧到放大侧按顺序标注。标号是液晶面板、分色棱镜、透镜、光学元件、第1透镜以及屏幕的标号。不与液晶面板、分色棱镜、透镜、光学元件、第1透镜和屏幕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是光圈半径，光圈半径的2倍是透镜面的直径。r、d、c的单位是mm。
[0260]
[0261][0262]
在此，本例的投射光学系统3e能够使投射距离在基准距离、比基准距离短的近距离、比基准距离远的远距离之间变化。在使投射距离变化的情况下，使透镜l11、透镜l12、透镜l13、透镜l14、透镜l15以及透镜l16分别在光轴n方向上移动来进行对焦。
[0263]
以下示出进行对焦时的各投射距离中的可变间隔1、可变间隔2、可变间隔3、可变间隔4、可变间隔5、可变间隔6。可变间隔1是透镜l10与透镜l11的轴上面间隔。可变间隔2是透镜l12与透镜l13的轴上面间隔。可变间隔3是透镜l14与透镜l15的轴上面间距离。可变间隔4是透镜l15与透镜l16的轴上面间距离。可变间隔5是透镜l16与反射面44的轴上面间距离。可变间隔6是投射距离。
[0264][0265]
各非球面系数如下所述。
[0266]
[0267][0268]
在此，本例的投射光学系统3e中，在将第1透镜34的最大半径设为ll，将反射面44的最大半径设为mr，将从光轴n到液晶面板18的最大像高为止的第1距离设为imy，将投射距离除以从光轴n到屏幕s上的放大像的最大像高为止的第2距离而得到的投射比设为tr，将液晶面板18的数值孔径设为na时，满足以下的条件式(1)和(2)。
[0269]
3.5≤(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)≤6.0
···
(1)
[0270]
tr≤0.2
···
(2)
[0271]
在本例中，
[0272][0273]
因此，(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)＝5.95，满足条件式(1)。tr＝0.172，满足条件式(2)。
[0274]
(作用效果)
[0275]
在本例的投射光学系统3e中，第1光学系统31在比光圈51靠放大侧的位置具备2片具有非球面形状的透镜l15和透镜l16(非球面透镜)。因此，投射光学系统3e能够校正每个像高的畸变像差以及像面弯曲像差。
[0276]
另外，透镜l15以及透镜l16在对焦时分别在光轴n方向上移动。使校正每个像高的各像差的透镜l15及透镜l16分别在光轴n方向上移动，因此能够抑制对焦时的各像差的产生。
[0277]
并且，第1光学系统31在比光圈51靠放大侧的位置具有接合透镜l23。因此，能够良好地校正色像差。
[0278]
在本例的投射光学系统3e中，反射面44在表面具有反射层。因此，本例的反射面44与实施例1的反射面42相比，容易提高反射面的形状精度。另外，在本例的投射光学系统3e中，支承膜层设置于反射涂层的与反射面侧相反的一侧，因此反射面44的光学性能不易下降。因此，制造时的反射面44的光学性能容易稳定。
[0279]
在此，本例的投射光学系统3e满足条件式(1)(2)，因此能够得到与实施例1的投射光学系统3a同样的作用效果。图23是投射光学系统3e的基准距离处的横向像差的图。图24是投射光学系统3e的基准距离处的球面像差、像散以及畸变的图。图25是投射光学系统3e的近距离处的球面像差、像散以及畸变的图。图26是投射光学系统3e的远距离处的球面像差、像散以及畸变的图。如图23～图26所示，本例的投射光学系统3e抑制了放大像中的各像差。

技术特征：
1.一种投射光学系统，其用于对配置于缩小侧共轭面的图像形成元件所形成的投射图像进行放大并将放大像投射到放大侧共轭面，该投射光学系统的特征在于，从缩小侧朝向放大侧按顺序具有第1光学系统和第2光学系统，所述第1光学系统具有光圈，所述第2光学系统从缩小侧朝向放大侧按顺序具有：光学元件，其具有凹形状的反射面；以及第1透镜，其具有负的屈光力，在所述第1光学系统与所述第2光学系统之间，形成有与所述缩小侧共轭面以及所述放大侧共轭面共轭的中间像，比所述第1光学系统靠缩小侧是远心的，在将所述第1透镜的最大半径设为ll，将所述反射面的最大半径设为mr，将从光轴到所述图像形成元件的最大像高的第1距离设为imy，将投射距离除以从所述光轴到所述放大像的最大像高的第2距离而得到的投射比设为tr，将所述图像形成元件的数值孔径设为na时，满足以下的条件式(1)以及(2)：3.5≤(ll+mr)/imy
×
tr
×
(1/na)≤6.0(1)tr≤0.2
ꢀꢀ
(2)。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光学系统在比所述光圈靠放大侧具有2片以上的非球面透镜。3.根据权利要求2所述的投射光学系统，其特征在于，所述非球面透镜在对焦时分别沿光轴方向移动。4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的投射光学系统，其特征在于，所述第1光学系统在比所述光圈靠放大侧具有接合透镜。5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的投射光学系统，其特征在于，所述反射面在表面具有反射层。6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的投射光学系统，其特征在于，将所述第1透镜的缩小侧的透镜面中的光束通过区域投影到所述光轴上而得到的第1区域、与将所述反射面中的光束通过区域投影到所述光轴上而得到的第2区域相互重叠。7.根据权利要求6所述的投射光学系统，其特征在于，所述第1区域相对于所述第2区域重叠10％以上。8.根据权利要求1～3中的任意一项所述的投射光学系统，其特征在于，在将所述图像形成元件的所述数值孔径设为na时，满足以下的条件式(3)：0.3≤na(3)。9.一种投射光学系统，其用于对配置于缩小侧共轭面的图像形成元件所形成的投射图像进行放大并将放大像投射到放大侧共轭面，该投射光学系统的特征在于，从缩小侧朝向放大侧按顺序具有第1光学系统和第2光学系统，所述第2光学系统从缩小侧朝向放大侧按顺序具有：光学元件，其具有凹形状的反射面；以及第1透镜，其具有负的屈光力，在所述第1光学系统与所述第2光学系统之间，形成有与所述缩小侧共轭面以及所述放大侧共轭面共轭的中间像，将所述第1透镜的缩小侧的缩小侧透镜面中的光束通过区域投影到光轴上而得到的第
1区域、与将所述反射面中的光束通过区域投影到所述光轴上而得到的第2区域相互重叠。10.一种投影仪，其特征在于，该投影仪具有：权利要求1～9中的任意一项所述的投射光学系统；以及所述图像形成元件，其在所述投射光学系统的所述缩小侧共轭面上形成投射图像。

技术总结
投射光学系统和投影仪，是与以往相比能够小型化的短焦点的投射光学系统。投射光学系统从缩小侧朝向放大侧按顺序具有第1和第2光学系统。第2光学系统从缩小侧朝向放大侧按顺序具有：光学元件，其具有凹形状的反射面；第1透镜，其具有负的屈光力。在设第1透镜的最大半径为LL、反射面的最大半径为MR、从光轴到图像形成元件的最大像高的第1距离为imy、从光轴到放大像的最大像高的第2距离除以第1距离而得的投射倍率为M、投射距离除以第2距离而得的投射比为TR、图像形成元件的数值孔径为NA时，满足以下的条件式(1)和(2)：3.5≤(LL+MR)/imy


技术研发人员：柳泽博隆 峯藤延孝 平野整
受保护的技术使用者：精工爱普生株式会社
技术研发日：2023.01.17
技术公布日：2023/7/25