1的透镜L1S用了折射率大的玻璃，结果其阿贝数变小。于是，对透镜L3、透镜L4和透镜L 5这些凸透镜应用阿贝数70以上的玻璃，对凹透镜应用阿贝数25以下的玻璃，进而为了校正透镜L1中发生的色差，增大透镜L3、透镜L4和透镜L5各透镜的光焦度。给予较大光焦度的结果是，各透镜中发生较大的像差，所以通过使透镜L3、透镜L4和透镜L 5成为贴合的三合透镜，而在进行色差校正的同时，也防止像差发生。
[0065]此外，透镜1^是塑料制的非球面透镜，为了减少温度变化引起的塑料透镜的光焦度的变化，减小透镜L2的光焦度，即Φ产0，所以对色差的影响较少。
[0066]图8是法兰后截距调整的说明图。本来，对于由凸透镜L3m(相当于图1的L1'L5)和凸透镜L3ffi (相当于图1的1^6)构成的投影光学系统，影像显示元件5与像面8 (屏幕)应当处于共轭关系，但若组装工序中存在影像显示元件5、透镜的位置偏移，和/或透镜的曲率半径存在误差等，则影像显示元件5与像面8的共轭关系会有偏差。
[0067]于是，在图8中，通过在光轴上移动凸透镜L3m，能够使其对焦。图8中，使凸透镜L3qi与凸透镜L3ra之间的边缘光线成为大致平行光线100，所以即使移动凸透镜L3m，也能够在不改变投影光学系统I的焦距的前提下进行法兰后截距调整。
[0068]本发明的投影光学系统中，通过移动对焦透镜即自由曲面透镜组3，也能够进行法兰后截距调整，但因为(I)对焦透镜的原本的移动范围(调整范围)会发生偏差、(2)从光学性能的角度来看同轴系统的透镜组2的部件误差最好用该透镜组2进行校正这样的理由，而将透镜组2的正光焦度的第一透镜组G1分离为2个光焦度成分。具体而言，图1中分离为透镜L1至透镜L 5和透镜L6,通过使透镜1^至L 5在光轴上移动，而进行法兰后截距调整。
[0069]此处，因为在透镜L5与透镜L 6之间配置了孔径光阑7，所以透镜L 5与透镜L 6中主光线的光线高度的符号正负相反。从而，关于之前说明的倍率色差，由于在透镜L5和透镜L6的作用不同，所以在透镜L5中使阿贝数为70以上，但在透镜L6中相反地使阿贝数为35以下。
[0070]此外，一般而言，通过有效利用非球面，能够减少透镜片数，并实现更高难度的光学系统的光学设计。但是，当非球面未能适当配置在光学系统中的情况下，无法期待非球面的作用。
[0071]图9中表示了最小倾斜光束、最大倾斜光束和边缘光线等效高度、主光线等效高度。在YZ截面上对像面8倾斜投影的光束中，使用入射角度最小的最小倾斜光束M(图2中视角7的光束)中的光瞳中心的光M1、上限光M2、下限光M2，和入射角度最大的最大倾斜光束P (图2中视角4的光束)中的光瞳中心的光P1、上限光P2、下限光P3，将aM2-M1 ”作为边缘光线等效高度、“PfM/’作为主光线等效高度示出。
[0072]图9中，透镜L7具有主光线高度在入射面为1.65mm、在出射面为2.15mm这样较小的值，主要在透镜L7中发挥优秀的球面像差的校正作用。另一方面，透镜1^具有主光线高度在入射面为-4.43_、在出射面为-3.76mm这样负的较大的值，主要发挥优秀的畸变像差等周边像差的校正作用。同样，透镜L1。也是主光线等效高度较大，但具有在入射面为5.73_、在出射面为7.40mm这样的正值，因此与透镜2的非球面的校正作用的组合是有效的。
[0073]接着，图7表示实施例1的各透镜的焦距(=光焦度的倒数)。相对于使用投影倍率(=像尺寸/物尺寸)和投影距离计算出的投影光学系统I的焦距2.1mm，塑料制的透镜1^的焦距为-7137.9mm，从绝对值来看为3000倍以上，而透镜L 7的焦距为-105.0Omm,从绝对值来看为约50倍，它们的焦距大至这样的程度，可知光焦度充分小。
[0074]这样，因为透镜L7的光焦度小，所以通过使透镜L7S光焦度小的塑料透镜，使透镜LsS光焦度大的玻璃透镜，能够增大之前在图25中说明的实质上的透镜长度，因此对广角化是有利的。
[0075]塑料制的透镜L1。的焦距为-33.3mm，也是大至约16倍，但与透镜L 2和透镜L 7相比光焦度较大。这是因为图25所示的透镜L1。中的边缘光线等效高度小至透镜L 2、透镜L7中的边缘光线等效高度的约70%，而轴向色差中起作用的是边缘光线等效高度的平方，所以透镜L1。的光焦度的影响较小。
[0076]透镜组2采用第一透镜组匕的焦距为21.2_、第二透镜组G 2的焦距为-50.0mm这样的逆焦结构。透镜L3、透镜L4和透镜L 5贴合而成的三合透镜中，各透镜的焦距是14.5mm、-5.6mm和12.2mm这样较小的焦距，各自具有较大的光焦度，但三合透镜整体焦距是-235.6mm，光焦度为负。即，三合透镜整体的焦距4^5与透镜组2整体的焦距f i的比
f l/f*L3L4L5 的绝对值为0.2以下。
[0077]关于实施例1的光学性能，在图8中示出畸变性能，在图9中示出横向像差图，在图10中示出光斑图。可知分别实现了良好的光学性能。
[0078]实施例1中，投影距离A = 172.2mm，投影像的长边长度W8= 861.4 (对角线40英寸)，所以实现了投影比0.2( = A/WS)这样的广角化。此外，同轴系统的透镜组的长度B =52.4mm，图像显示元件5的图像有效范围的长边长度W5 = 9.8mm，所以实现了等效同轴系统透镜长度为5.4( = B/ff5)这样的小型化。投影比0.2与等效同轴透镜系统长度5.4的积达到了 1.07这样较小的值。
[0079]另一方面，专利文献I的投影光学系统中，投影距离A = 500mm除以投影像的长边长度W8= 1706 (对角线80英寸)得到投影比0.3 ( = Α/ff 8)，同轴系统透镜组的长度B =91.1mm除以图像显示元件5的图像有效范围的长边长度W5= 13.44mm得到等效同轴系统透镜组长度6.8 ( = B/ff5)，投影比0.3与等效同轴系统透镜组长度6.8的积是1.99。
[0080]实施例2
[0081]用图14至图23说明实施例2。图14是实施例2的投影光学系统的结构图，图15是实施例2的光路图。此外，图16表示实施例2的透镜数据(玻璃名PMMA是丙烯酸塑料，ZE0NEX_K26R是瑞翁(ZEON)公司制造的塑料材料)，图17表示实施例2的自由曲面系数，图18表示实施例2的非球面系数，图19表示实施例2的奇次多项式非球面系数，图20表示实施例2的各透镜的焦距(=光焦度的倒数)，图21表示实施例2的畸变性能，图22表示实施例2的横向像差图，图23表示实施例2的光斑图。可知分别实现了良好的光学性能。
[0082]实施例2中，投影距离A = 172.6mm，投影像的长边长度W8= 888.7 (略大于对角线40英寸)，所以实现了投影比0.2(A/WS)这样的广角化。此外，同轴系统透镜组的长度B=52.7mm，影像显示元件5的图像有效范围的长边长度W5= 10.1mm，所以实现了等效同轴系统透镜组长度为5.2( = B/ff5)这样的小型化。投影比0.2与等效同轴系统透镜组长度
5.4的积是1.02，实现了 1.5以下这样较小的值。
[0083]根据以上所述，本发明能够用必要最低限度的透镜片数，实现进一步的投影距离缩短(广角化)和投影光学系统小型化。
[0084]附图标记说明
[0085]I……投影光学系统，2……同轴透镜系统，G1……第一透镜组，G2……第二透镜组，3……自由曲面透镜组，4……自由曲面反射镜，5……影像显示元件，6……等效滤波器，7……孔径光阑，8……像面，9……光轴，L1……第一透镜，L2……第二透镜，L3……第三透镜，L4......第四透镜，L5......第五透镜，L6......第六透镜，L7......第七透镜，L8......第八透镜，
L9......第九透镜，L10......第十透镜，L11......第一自由曲面透镜，L12......第二自由曲面透镜。
【主权项】
1.一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括: 相对于影像显示元件配置在光的行进方向上的包括多片透镜的透镜组； 相对于所述透镜组配置在光的行进方向上的第一自由曲面透镜； 相对于所述第一自由曲面透镜配置在光的行进方向上的第二自由曲面透镜；和 使从所述第二自由曲面透镜出射的光反射而倾斜投影到屏幕上的自由曲面反射镜， 所述透镜组从所述影像显示元件一侧起依次包括: 具有正光焦度且小曲率半径的面朝向所述影像显示元件一侧的双凸形状的第一透镜; 非球面形状的第二透镜； 具有正光焦度的双凸形状的第三透镜； 具有负光焦度的双凹形状的第四透镜； 具有正光焦度的双凸形状的第五透镜； 具有正光焦度且小曲率半径的面朝向放大侧的双凸形状的第六透镜； 具有负光焦度、凸面朝向缩小侧的弯月形状且为非球面形状的第七透镜； 具有负光焦度的双凹形状的第八透镜； 具有正光焦度且小曲率半径的面朝向放大侧的双凸形状的第九透镜；和 具有负光焦度、凸面朝向放大侧的弯月形状且为非球面形状的第十透镜； 所述第三、第四和第五透镜各自粘合而构成三合透镜， 所述第一和第二自由曲面透镜是凸面朝向放大侧的弯月形状的透镜。2.如权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于: 所述第一透镜的折射率大于1.8。3.如权利要求1或2所述的投影型影像显示装置，其特征在于: 所述第三透镜的阿贝数大于70， 所述第四透镜的阿贝数小于25， 所述第五透镜的阿贝数大于70， 所述三合透镜整体的焦距f^5与所述透镜组整体的焦距f:的比f的绝对值在0.2以下。4.如权利要求1?3中任意一项所述的投影型影像显示装置，其特征在于: 所述第六透镜的阿贝数小于35。5.如权利要求1?4中任意一项所述的投影型影像显示装置，其特征在于: 由所述投影光学系统的投影距离A与投影像的长边长度W8定义的投影比(A/Ws)与使用所述影像显示元件的图像有效范围的长边长度W5将所述透镜组的长度B标准化后的值(B/ff5)相乘而得到的值(A/ff8) X (B/ff5)在1.5以下。
【专利摘要】本发明提供一种实现了进一步的投影距离的缩短和投影光学系统的小型化的投影型影像显示装置。该投影型影像显示装置包括具有多片透镜的透镜组、自由曲面透镜和使来自自由曲面透镜的光投影到屏幕上的自由曲面反射镜，上述透镜组包括小曲率半径的面朝向影像显示元件一侧的双凸形状的第一透镜，非球面形状的第二透镜，双凸形状的第三透镜，双凹形状的第四透镜，双凸形状的第五透镜，小曲率半径的面朝向放大侧的双凸形状的第六透镜，凸面朝向缩小侧的弯月形状的第七透镜，双凹形状的第八透镜，小曲率半径的面朝向放大侧的双凸形状的第九透镜，和凸面朝向放大侧的弯月形状的第十透镜，第三至第五透镜构成三合透镜，自由曲面透镜呈凸面朝向放大侧的弯月透镜形状。
【IPC分类】G02B17/08
【公开号】CN105190395
【申请号】CN201380075946
【发明人】谷津雅彦
【申请人】日立麦克赛尔株式会社
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2013年4月24日
【公告号】US20160077319, WO2014174600A1