投射用光学系统以及投射型显示装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供在形成中间像的投射用光学系统中实现了小型化、并且为广角且良好地修正了各种像差的具有高投射性能的投射用光学系统以及具备该投射用光学系统的投射型显示装置。该投射用光学系统从缩小侧起依次由使图像显示元件上的图像成像为中间像的第一光学系统、利用反射面将光路弯折的第一光路弯折机构、将中间像成像到放大侧共轭面上的第二光学系统构成，第二光学系统从缩小侧起依次由具有正光焦度的第一透镜组、利用反射面将光路弯折的第二光路弯折机构、具有正光焦度的第二透镜组构成，满足下述条件式(1)和(2)：10.0＜TL1/|f|＜50.0...(1)，4.0＜TL21/|f|＜30.0...(2)。
【专利说明】
投射用光学系统从及投射型显示装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及投射用光学系统W及投射型显示装置，尤其是设及适合在搭载有 液晶显示元件、DMD化igital Micromirror Device:注册商标)等光阀的投射型显示装置中 使用的投射用光学系统W及使用该投射用光学系统的投射型显示装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，搭载有液晶显示元件、DMD(Digi1:al Micromirror Device:注册商标）等 光阀的投射型显示装置(也称为投影仪)得W广泛普及，并且趋于高性能化。尤其是伴随着 光阀的分辨率有所提高，对于投射用光学系统的分辨性能也有着高度的迫切期望。
[0003] 另外，考虑到提高到屏幕为止的距离设定的自由度、室内空间内的设置性，欲将实 现了紧凑的结构、更高性能且更广角化的通用性高的投射用光学系统搭载于投射型显示装 置运样的迫切期望也日益增强。
[0004] 为了应对运样的迫切期望，提出有利用由多片透镜构成的第一光学系统形成中间 像、并利用同样由多片透镜构成的第二光学系统进行再次成像的投射用光学系统。（参照专 利文献1、2)
[0005] 仅由通常的未形成中间像的光学系统构成的投射用光学系统在要缩短焦距而实 现广角化时，放大侧的透镜不可避免地变得过大，但在如上述那样进行中间成像的方式的 投射用光学系统中，能够缩短第二光学系统的后焦距，并且能够减小第二光学系统的放大 侧的透镜直径，也适于缩短焦距而实现广角化。
[0006] 在先技术文献
[0007] 专利文献1:国际公开第09/107553号 [000引专利文献2:日本特开2006-330410号公报
[0009] 然而，专利文献1中，第二光学系统为鱼眼透镜，在最终像面残存有较大的歪曲像 差，因此不适合作为通常的投射用光学系统。另外，专利文献2中，W中间像为界，在第一光 学系统、第二光学系统中独立地进行像差修正，因此无法达到近来要求的等级的广角化。此 夕h专利文献1、2都形成一次中间像，因此透镜全长不可避免地变大。 【实用新型内容】
[0010] 本实用新型是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种在形成中间像的投射 用光学系统中实现了小型化、并且为广角且良好地修正了各种像差的具有高投射性能的投 射用光学系统W及具备该投射用光学系统的投射型显示装置。
[00川解决方案
[0012]本实用新型的投射用光学系统将在缩小侧共辆面上配置的图像显示元件所显示 的图像W放大像的形式投射到放大侧共辆面上，其特征在于，该投射用光学系统从缩小侧 起依次由第一光学系统、利用反射面将光路弯折的第一光路弯折机构、W及第二光学系统 构成，该第一光学系统由多个透镜构成，并使图像显示元件上的图像成像为中间像，该第二 光学系统由多个透镜构成，并将中间像成像到放大侧共辆面上，第二光学系统从缩小侧起 依次由具有正光焦度的第一透镜组、利用反射面将光路弯折的第二光路弯折机构、W及具 有正光焦度的第二透镜组构成，该投射用光学系统满足下述条件式(1)W及(2):
[0013] 10.0<TLl/|f I <50.0. . .(1)
[0014] 4.0<TL21/|f| <30.0. . .(2)
[0015] 其中，
[0016] 化1:从第一光学系统的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离；
[0017] TL21:从第一透镜组的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离； [001引f:整个系统的焦距。
[0019] 在本实用新型的投射用光学系统中，优选满足下述条件式(1-1)和/或(2-1):
[0020] 15.0<TLl/|f| <40.0. . .(1-1)
[0021] 6.0<TL21/|f| <20.0. . .(2-1)。
[0022] 另外，优选满足下述条件式（3) W及(4)。需要说明的是，更优选满足下述条件式 (3-1)和/或（4-1)。
[0023] 8.0<D12/|f I <30.0. ..(3)
[0024] 10.0<D12/|f I <25.0. ..(3-1)
[00巧]5.0<D212/|f| <20.0. . .(4)
[0026] 6.0<D212/|f I <15.0. ..(4-1)
[0027] 其中，
[0028] D12:第一光学系统与第二光学系统的光轴上的间隔；
[00巧]D212:第一透镜组与第二透镜组的光轴上的间隔；
[0030] f:整个系统的焦距。
[0031] 另外，优选满足下述条件式(5)。需要说明的是，更优选满足下述条件式(5-1)。
[0032] 1.50<f2/|f I <2.80. ..(5)
[0033] 1.52<f2/|f I <2.20. ..(5-1)
[0034] 其中，
[00巧]f2:第二光学系统的焦距；
[0036] f:整个系统的焦距。
[0037] 另外，优选满足下述条件式(6)。需要说明的是，更优选满足下述条件式(6-1)。
[003引 8.20<1ιιιφ · β/Τ:<20.00... (6)
[0039] 8.30<hmp，巧Zf2<16.00... (6-1)
[0040] 其中，
[0041 ] limp:缩小侧的有效像圆直径；
[0042] f2:第二光学系统的焦距；
[0043] f:整个系统的焦距。
[0044] 另外，优选满足下述条件式(7)。需要说明的是，更优选满足下述条件式(7-1)。
[0045] 0.020<enP/TL2<0.160. . .(7)
[0046] 0.050<enP/TL2<0.145. . .(7-1)
[0047]其中，
[004引enP:从第二光学系统的最靠放大侧的面到将放大侧设为入射侧时的入射光瞳位 置为止的光轴上的距离；
[0049] 化2:从第二光学系统的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离。
[0050] 另外，优选满足下述条件式(8)。需要说明的是，更优选满足下述条件式(8-1)。
[0051] 0.125< 1ιηφ/ΤΙ..2 <0.240... ( 8)
[005^ 0.130<Im(f)/TL2<0.200... (8-1)
[0053] 其中，
[0054] 扣雌;缩小侧的有效像圆直径；
[0055] 化2:从第二光学系统的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离。
[0056] 另外，优选满足下述条件式(9)。需要说明的是，更优选满足下述条件式(9-1)。
[0化7] 0.30<f22/f2K2.00. ..(9)
[005引 0.40<f22/f21<1.70. . .(9-1)
[0059] 其中，
[0060] f21:第一透镜组的焦距；
[0061] f 22:第二透镜组的焦距。
[0062] 另外，优选满足下述条件式(10)。需要说明的是，更优选满足下述条件式(10-1)。
[0063] 4.0<Bf/|f I . . .(10)
[0064] 5.0<Bf/|f I <20.0. . .(10-1)
[00化]其中，
[0066] Bf:整个系统的后焦距(空气换算距离）；
[0067] f:整个系统的焦距。
[0068] 另外，优选的是，最大视场角的主光线与第二光学系统的光轴在第一透镜组与第 二透镜组之间相交。
[0069] 另外，也可W构成为，中间像的周边部与光轴中屯、相比向第一光学系统侧像面弯 曲。
[0070] 另外，优选第一光路弯折机构和/或第二光路弯折机构为反射镜。
[0071] 另外，优选第一光路弯折机构和/或第二光路弯折机构配置在将光路弯折90度的 方向上。
[0072] 另外，优选将图像显示元件所显示的图像W放大像的形式向反转了 180度的方向 进行投射。
[0073] 本实用新型的投射型显示装置的特征在于，具备:光源;供来自光源的光入射的光 阀；W及上述本实用新型的投射用光学系统，其作为将由光阀调光后的光所产生的光学像 投射到屏幕上的投射用光学系统。
[0074] 需要说明的是，上述"放大侧"是指被投射侧(屏幕侧），在缩小投射的情况下，为了 便于说明也将屏幕侧称为放大侧。另一方面，上述"缩小侧"是指图像显示元件侧(光阀侧）， 在缩小投射的情况下，为了便于说明也将光阀侧称为缩小侧。
[0075] 另外，上述"由~构成"是指，除了作为构成要素而列举的构件W外，也可W包含不 具有屈光力的透镜、光阔、掩膜、玻璃罩、滤光片等透镜w外的光学要素等。
[0076] 另外，上述"透镜组"并非必须由多个透镜构成，也包含仅由一片透镜构成的情况。
[0077] 另外，关于"后焦距"，是考虑到放大侧、缩小侧分别相当于通常的摄像透镜的物 侧、像侧而将放大侧、缩小侧分别设为前侧、后侧时设定的。
[0078] 另外，上述'?ιηφ"能够根据例如投射用光学系统的规格、搭载投射用光学系统的 装置的规格而求出。
[0079] 另外，上述的透镜的面形状、光焦度的标号在包含有非球面的情况下是在近轴区 域考虑的。
[0080] 实用新型效果
[0081] 本实用新型的投射用光学系统将在缩小侧共辆面上配置的图像显示元件所显示 的图像W放大像的形式投射到放大侧共辆面上，该投射用光学系统从缩小侧起依次由第一 光学系统、利用反射面将光路弯折的第一光路弯折机构、W及第二光学系统构成，该第一光 学系统由多个透镜构成，并使图像显示元件上的图像成像为中间像，该第二光学系统由多 个透镜构成，并将中间像成像到放大侧共辆面上，第二光学系统从缩小侧起依次由具有正 光焦度的第一透镜组、利用反射面将光路弯折的第二光路弯折机构、W及具有正光焦度的 第二透镜组构成，该投射用光学系统满足下述条件式（1)W及(2)，因此能够提供实现了小 型化、并且为广角且良好地修正了各种像差的具有高投射性能的投射用光学系统。
[0082] 10.0<TLl/|f I <50.0. . .(1)
[0083] 4.0<TL21/|f| <30.0. . .(2)
[0084] 另外，本实用新型的投射型显示装置由于具备本实用新型的投射用光学系统，因 此能够使装置小型化，并且能够W广角投射高画质的图像。
【附图说明】
[0085] 图1是示出本实用新型的一实施方式的投射用光学系统（与实施例1共用）的结构 的剖视图。
[0086] 图2是示出本实用新型的实施例2的投射用光学系统的结构的剖视图。
[0087] 图3是示出本实用新型的实施例3的投射用光学系统的结构的剖视图。
[0088] 图4是示出本实用新型的实施例4的投射用光学系统的结构的剖视图。
[0089] 图5是示出本实用新型的实施例5的投射用光学系统的结构的剖视图。
[0090] 图6是示出本实用新型的实施例6的投射用光学系统的结构的剖视图。
[0091] 图7是示出本实用新型的实施例7的投射用光学系统的结构的剖视图。
[0092] 图8是本实用新型的实施例1的投射用光学系统的各像差图。
[0093] 图9是本实用新型的实施例2的投射用光学系统的各像差图。
[0094] 图10是本实用新型的实施例3的投射用光学系统的各像差图。
[00M]图11是本实用新型的实施例4的投射用光学系统的各像差图。
[0096] 图12是本实用新型的实施例5的投射用光学系统的各像差图。
[0097] 图13是本实用新型的实施例6的投射用光学系统的各像差图。
[0098] 图14是本实用新型的实施例7的投射用光学系统的各像差图。
[0099] 图15是本实用新型的一实施方式的投射型显示装置的概要结构图。
【具体实施方式】
[0100] W下，参照附图对本实用新型的实施方式详细进行说明。图1是示出本实用新型的 一实施方式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的投射 用光学系统的结构共用。在图1中，图像显示面Sim侧为缩小侧，第二光学系统G2的最终透镜 L32侧为放大侧，图示的孔径光阔St并非一定表示大小、形状，而表示在光轴Z上的位置。另 夕h图1中还一并示出轴上光束waW及最大视场角的光束wb。
[0101] 该投射用光学系统例如能够作为搭载于投射型显示装置并将光阀所显示的图像 信息向屏幕投射的投射用光学系统来使用。在图1中，假定搭载于投射型显示装置的情形， 还一并图示出假定了在颜色合成部或照明光分离部中使用的滤光片、棱镜等的光学构件 PP、W及位于光学构件PP的缩小侧的面上的光阀的图像显示面Sim。在投射型显示装置中， 在图像显示面Sim上被赋予了图像信息的光束经由光学构件PP而入射至该投射用光学系 统，通过该投射用光学系统被投射到未图示的屏幕上。
[0102] 如图1所示，该投射用光学系统从缩小侧起依次由第一光学系统G1、利用反射面将 光路弯折的第一光路弯折机构R1、W及第二光学系统G2构成，该第一光学系统G1由多个透 镜构成，并使图像显示元件上的图像成像为中间像，该第二光学系统G2由多个透镜构成，并 将中间像成像到放大侧共辆面上。
[0103] 第二光学系统G2从缩小侧起依次由具有正光焦度的第一透镜组G21、利用反射面 将光路弯折的第二光路弯折机构R2、W及具有正光焦度的第二透镜组G22构成。
[0104] 仅由通常的未形成中间像的光学系统构成的投射用光学系统在要缩短焦距而实 现广角化时，放大侧的透镜不可避免地变得过大，但在如本实施方式那样进行中间成像的 方式的投射用光学系统中，能够缩短第二光学系统G2的后焦距，并且能够减小第二光学系 统G2的放大侧的透镜直径，适于缩短焦距而实现广角化。
[0105] 另外，通过在投射用光学系统的中间位置处配置光路弯折机构，与在投射用光学 系统的放大侧配置光路弯折机构的情况相比，能够使光路弯折机构小型化。另外，通过在投 射用光学系统中设置两个光路弯折机构，投射用光学系统整体的小型化、投射方向的控制 变得容易。
[0106] 需要说明的是，本实施方式的投射用光学系统构成为，缩小侧为远屯、结构。在此 "缩小侧为远屯、结构"是指，在从放大侧朝向缩小侧的方向上对光束进行观察时，在聚光于 作为缩小侧共辆面的图像显示面Sim的任意点的光束剖面上，上侧的最大光线与下侧的最 大光线之间的角平分线与光轴Z接近于平行的状态。但并不限于完全为远屯、结构的情况，即 并不限于上述角平分线相对于光轴Z完全平行的情况，也包括存在少许误差的情况。在此 "存在少许误差的情况"是指，上述角平分线相对于光轴Z的斜率为-3°~+3°的范围内的情 况。
[0107] 另外，构成为满足下述条件式(1)W及(2)。
[0108] 条件式（1)规定了第一光学系统G1的透镜长与整个系统的焦距之比，通过满足条 件式（1)，能够良好地保持第一光学系统的转像(relay)倍率，在兼顾广角化和各种像差的 修正的同时实现小型化。通过避免成为条件式（1)的上限W上，能够抑制第一光学系统G1的 透镜长变得过大，从而能够实现小型化。通过避免成为条件式（1)的下限W下，能够抑制第 一光学系统G1的转像倍率变得过大，其结果是能够防止第二光学系统G2的透镜直径的大型 化。另外，在第二光学系统G2中的歪曲像差、像面弯曲的修正也变得容易。此外，由于能够抑 制从第一光学系统G1向第二光学系统G2的射出角在发散方向上变得过大，因此容易确保用 于光路弯折的空间。
[0109] 条件式(2)规定了第一透镜组G21的透镜长与整个系统的焦距之比，通过满足条件 式(2)，能够在适当地保持第一光路弯折机构R1与第二光路弯折机构R2的间隔的同时实现 小型化。通过避免成为条件式(2)的上限W上，能够抑制第一透镜组G21的透镜长变得过大， 因此能够实现小型化。通过避免成为条件式(2)的下限W下，能够抑制第一光路弯折机构R1 与第二光路弯折机构R2的间隔变得过窄，因此能够消除干设的可能性。
[0110] 需要说明的是，若满足下述条件式(1-1)和/或(2-1)，则能够获得更好的特性。
[0111] 10.0<TLl/|f I <50.0. . .(1)
[0112] 15.0<TLl/|f| <40.0. . .(1-1)
[011引 4.0<TL21/|f| <30.0. . .(2)
[0114] 6.0<TL21/|f I <20.0. . .(2-1)
[0115] 其中，
[0116] 化1:从第一光学系统的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离；
[0117] TL21:从第一透镜组的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离； [011引f:整个系统的焦距。
[0119] 在本实施方式的投射用光学系统中，优选满足下述条件式(3) W及(4)。
[0120] 条件式(3)规定了第一光学系统G1与第二光学系统G2的间隔和整个系统的焦距之 比，通过避免成为条件式(3)的上限W上，能够抑制第一光学系统G1与第二光学系统G2的间 隔变得过大，因此能够实现小型化。通过避免成为条件式(3)的下限W下，能够确保放入第 一光路弯折机构R1的空间充裕，因此能够避开中间像的成像面附近地配置第一光路弯折机 构R1，因此能够降低在第一光路弯折机构R1上的灰尘、伤痕等映在屏幕上的可能性。
[0121] 条件式（4)规定了第一透镜组G21与第二透镜组G22的间隔和整个系统的焦距之 比，通过避免成为条件式(4)的上限W上，能够抑制第一透镜组G21与第二透镜组G22的间隔 变得过大，因此能够实现小型化。通过避免成为条件式(4)的下限W下，能够确保放入第二 光路弯折机构R2的空间充裕。
[0122] 需要说明的是，若满足下述条件式(3-1)和/或(4-1)，则能够获得更好的特性。
[0123] 8.0<D12/|f I <30.0. ..(3)
[0124] 10.0<D12/|f I <25.0. ..(3-1)
[0125] 5.0<D212/|f I <20.0. ..(4)
[0126] 6.0<D212/|f I <15.0. ..(4-1)
[0127] 其中，
[0128] D12:第一光学系统与第二光学系统的光轴上的间隔；
[01巧]D212:第一透镜组与第二透镜组的光轴上的间隔；
[0130] f:整个系统的焦距。
[0131] 另外，优选满足下述条件式(5)。条件式(5)规定了第二光学系统G2与整个系统的 焦距之比，运相当于形成中间像的第一光学系统G1的转像倍率，通过满足条件式(5)，能够 适当地设定w转像方式实现广角化所需要的转像倍率，由此能够实现广角化，并且能够适 当地修正因广角化而成为问题的各种像差。通过避免成为条件式巧）的上限W上，能够抑制 转像倍率变大而使中间像的尺寸变大的情况，因此能够防止第二光学系统G2的透镜直径的 大型化。另外，能够容易修正第二光学系统G2中的歪曲像差、像面弯曲。第二光学系统G2所 要求的FNo.是整个系统的FNo.X转像倍率，通过避免成为条件式(5)的下限W下，能够防止 第二光学系统G2所要求的F值(FNo.)变得过小，因此能够容易进行与广角化和适度小的F值 的透镜对应的像差修正(尤其是球面像差、像散）。需要说明的是，若满足下述条件式(5-1)， 则能够获得更好的特性。
[0132] 1.50<f2/|f I <2.80. ..(5)
[0133] 1.52<f2/|f I <2.20. ..(5-1)
[0134] 其中，
[01巧]f2:第二光学系统的焦距；
[0136] f:整个系统的焦距。
[0137] 另外，优选满足下述条件式(6)。条件式(6)规定了缩小侧的有效像圆直径、第二光 学系统G2的焦距、整个系统的焦距的关系，通过避免成为条件式(6)的上限W上，能够防止 有效像圆直径相对于整个系统的焦距变得过大，并且能够防止第二光学系统G2的屈光力相 对于整个系统的焦距变得过弱，因此能够实现第二光学系统G2的透镜直径的小型化、W及 整个系统的小型化。通过避免成为条件式(6)的下限W下，能够防止有效像圆直径相对于整 个系统的焦距变得过小，并且能够防止第二光学系统G2的屈光力相对于整个系统的焦距变 得过强，因此第二光学系统G2所要求的像差修正(尤其是球面像差、像散)得W缓和，因此能 够容易实现高性能。需要说明的是，若满足下述条件式(6-1)，则能够获得更好的特性。
[013引 8.20<扣1巧·巧乐<20.㈱...（反）
[0139] 8.30<Ιπιφ · β/#<16.00... (6-1)
[0140] 其中，
[0141] I ιηφ;缩小侧的有效像圆直径；
[0142] f2:第二光学系统的焦距；
[0143] f:整个系统的焦距。
[0144] 另外，优选满足下述条件式(7)。条件式(7)规定了从第二光学系统G2的最靠放大 侧的面到将放大侧设为入射侧时的入射光瞳位置为止的光轴上的距离与第二光学系统G2 的透镜全长之比，在未形成一次中间像的通常的光学系统中，需要确保较长的后焦距，但在 本实施方式中，通过形成一次中间像，无需在第二光学系统G2中确保较长的后焦距，因此与 未形成一次中间像的通常的光学系统相比，能够使入射光瞳位置更靠近放大侧，能够减小 第二光学系统G2的最靠放大侧的透镜直径并且实现广角化，条件式(7)用于满足运种情况。 通过避免成为条件式(7)的上限W上，能够使入射光瞳位置更加位于放大侧，容易确保所希 望的视场角。通过避免成为条件式(7)的下限W下，能够抑制第二光学系统G2的透镜全长过 大，并且能够抑制第二光学系统G2的最靠放大侧的透镜直径的大型化。需要说明的是，若满 足下述条件式(7-1)，则能够获得更好的特性。
[0145] 0.020<enP/TL2<0.160. . .(7)
[0146] 0.050<enP/TL2<0.145. . .(7-1)
[0147] 其中，
[0148] enP:从第二光学系统的最靠放大侧的面到将放大侧设为入射侧时的入射光瞳位 置为止的光轴上的距离；
[0149] 化2:从第二光学系统的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离。
[0150] 另外，优选满足下述条件式(8)。条件式(8)规定了缩小侧的有效像圆直径与第二 光学系统G2的透镜全长之比，通过避免成为条件式(8)的上限W上，能够抑制因过度的小型 化而引起的第二光学系统G2内的单个透镜的误差灵敏度过高，能够维持制造性。通过避免 成为条件式(8)的下限W下，能够获得所希望的有效像圆直径的大小，并且能够抑制第二光 学系统G2的透镜全长过大。需要说明的是，若满足下述条件式(8-1)，则能够获得更好的特 性。
[0151] 0.125 <iin(p/TL2<0.240... (8)
[015^ 0.130<InK()/TL2<0.20()... (8-.1)
[0153] 其中，
[0154] 比專嫌小侧的有效像圆直径；
[0155] 化2:从第二光学系统的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离。
[0156] 另外，优选满足下述条件式(9)。条件式(9)规定了第二光学系统G2的第一透镜组 G21与第二透镜组G22的焦距之比，通过避免成为条件式(9)的上限W上，能够抑制第一透镜 组G21的屈光力相对于第二透镜组G22过强，能够防止用于向第一光学系统G1入射的入射角 增大，因此能够容易进行第一光学系统G1中的像差修正。通过避免成为条件式(9)的下限W 下，能够抑制第二透镜组G22的屈光力相对于第一透镜组G21过强，因此容易进行第二透镜 组G22中的歪曲像差的修正。需要说明的是，若满足下述条件式(9-1)，则能够获得更好的特 性。
[0157] 0.30<f22/f2K2.00. ..(9)
[015引 0.40<f22/f21<1.70. . .(9-1)
[0159] 其中，
[0160] f 21:第一透镜组的焦距；
[0161] f 22:第二透镜组的焦距。
[0162] 另外，优选满足下述条件式（10)。条件式（10)规定了整个系统的后焦距，且设定了 在整个系统的缩小侧配置颜色合成用的棱镜等的空间所需的足够的后焦距。通过避免成为 条件式（10)的下限W下，能够抑制后焦距过短，因此容易进行颜色合成棱镜等的配置。需要 说明的是，若满足下述条件式（10-1)，则能够获得更好的特性。通过避免成为条件式(10-1) 的上限W上，能够抑制后焦距过长，因此能够实现小型化。
[0163] 4.0<Bf/|f I . . .(10)
[0164] 5.0<Bf/|f I <20.0. . .(10-1)
[01化]其中，
[0166] Bf:整个系统的后焦距(空气换算距离）；
[0167] f:整个系统的焦距。
[0168] 另外，优选最大视场角的主光线与第二光学系统G2的光轴在第一透镜组G21与第 二透镜组G22之间相交。通过采用运样的结构，能够使在第二光学系统G2上配置的第二光路 弯折机构R2的尺寸小型化。
[0169] 另外，也可W构成为，中间像的周边部与光轴中屯、相比向第一光学系统侧像面弯 曲。运样，第一光学系统G1与第二光学系统G2不是独立地进行像差修正，而进行使歪曲像 差、像散等残留在第一光学系统中并在第二光学系统G2中将它们抵消运样的像差修正，由 此即便是较少的透镜片数也能够实现广角化并且能够改善各种像差。
[0170] 另外，优选第一光路弯折机构和/或第二光路弯折机构为反射镜。运样，通过使用 反射镜，与棱镜相比，不会导致因构件的透射率引起的光量降低，也难W受到热的影响，在 重量方面还能够实现轻型化。另外，由于运样的原因，在构成为在各光路弯折机构的部分处 进行水平方向振动、垂直方向振动的情况下，在特性、制造性方面也是有利的。
[0171] 另外，优选第一光路弯折机构和/或第二光路弯折机构配置在将光路弯折90度的 方向上。通过采用运样的结构，能够高效地实现投射用光学系统整体的小型化。
[0172] 另外，优选将图像显示元件所显示的图像W放大像的形式向反转了 180度的方向 进行投射。通过采用运样的结构，能够使包括从屏幕到投射用光学系统在内的系统整体的 尺寸小型化。
[0173] 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。
[0174] 首先，对实施例1的投射用光学系统进行说明。图1示出表示实施例1的投射用光学 系统的结构的剖视图。需要说明的是，在图及与后述的实施例2~7对应的图2~7中，图 像显示面Sim侧为缩小侧，第二光学系统G2的最终透镜L32(仅在实施例5中是最终透镜L34) 侧为放大侧，图示的孔径光阔St并非一定表示大小、形状，而表示在光轴Z上的位置。另外， 图1~7中还一并示出轴上光束waW及最大视场角的光束wb。
[0175] 实施例1的投射用光学系统从缩小侧起依次由第一光学系统G1、第一光路弯折机 构R1、W及第二光学系统G2构成，第一光学系统G1由透镜L1~L10运10片透镜构成，第二光 学系统G2由透镜L21~L32运12片透镜构成。另外，第二光学系统G2从缩小侧起依次由第一 透镜组G21、第二光路弯折机构R2、W及第二透镜组G22构成，第一透镜组G21由透镜L21~ L26运6片透镜构成，第二透镜组G22由透镜L27~L32运6片透镜构成。
[0176] 表1示出实施例1的投射用光学系统的基本透镜数据，表2示出与各种因素相关的 数据，表3示出与非球面系数相关的数据。W下关于表中的标号的含义，W实施例1的投射用 光学系统为例进行说明，但关于实施例2~7也基本相同。
[0177] 在表1的透镜数据中，面编号一栏示出将最靠放大侧的构成要素的面设为第一个 随着朝向缩小侧而依次增加的面编号，曲率半径一栏示出各面的曲率半径，面间隔一栏示 出各面与其下一个面的光轴Z上的间隔。另外，nd-栏示出各光学要素的相对于d线（波长 587.6皿)的折射率，vd-栏示出各光学要素的相对于d线(波长587.6皿)的阿贝数。运里，关 于曲率半径的标号，W面形状向放大侧凸出的情况作为正，W面形状向缩小侧凸出的情况 作为负。基本透镜数据中还一并示出孔径光阔St、光学构件PP。相对于孔径光阔St的面的面 编号一栏中与面编号一起记载有(光阔)运样的语句。
[017引表2的与各种因素相关的数据示出焦距f、后焦距Bf、F值FNo、全视场角2 ω的值。
[0179]需要说明的是，基本透镜数据W及与各种因素相关的数据所示的数值是W整个系 统的焦距的绝对值为1的方式而进行了规格化。另外，各表的数值是取整为规定位数的值。
[0180] 在表1的透镜数据中，在非球面的面编号上标注有*记号，作为非球面的曲率半径 而示出近轴的曲率半径的数值。表3的与非球面系数相关的数据示出非球面的面编号、W及 与运些非球面相关的非球面系数。非球面系数是下述公式所表示的非球面式中的各系数 KA、Am(m = 3 ~17)的值。
[0181] Zd = C · h2/{l+(l-KA · C2 · h2)i/2}+SAm ·护
[0182] 其中，
[0183] Zd:非球面深度(从高度为h的非球面上的点向非球面顶点相接的垂直于光轴的平 面引出的垂线的长度）；
[0184] h:高度(距光轴的距离）；
[0185] C:近轴曲率半径的倒数；
[0186] KA、Am:非球面系数(m = 3~17)。
[0187] 【表1】
[0188] 实施例1·透镜数据
[0189]
[0190] ~第二光路弯折机构:从12面起向缩小侧4.9115的I位置 ' '
[0191] 第一光路弯折机构:从22面起向缩小侧10.0606的位置
[0192] 【表2】
[0193] 实施例1 .各种因素(d线）
[0194]
[0195] 【表3】
[0196] 实施例1·非球面系数
[0197] _
~图8示出实施例1的投射用光学系统的各像差图。需要说明的是，从图8中的左侧起I 依次示出球面像差、像散、歪曲像差、倍率色差。在表示球面像差、像散、歪曲像差的各像差 图中，示出Wd线(波长587.6nm)为基准波长的像差。在球面像差图中，分别W实线、长虚线、 短虚线的实线示出关于d线(波长587.6nm)、C线(波长656.3nm)、F线(波长486.1nm)的像差。 在像散图中，分别W实线和短虚线示出径向、切向的像差。在倍率色差图中，分别W长虚线、 短虚线示出关于C线（波长656.化m)、F线（波长486.1nm)的像差。球面像差图的FNo.是指F 值，其他像差图的ω是指半视场角。
[0200] 需要说明的是，基本透镜数据W及与各种因素相关的数据所示的数值、各像差图 全部是有限的投射距离下的数值、各像差图，在实施例1中示出投射距离为121.950时的数 据。
[0201] 只要未特别说明，则上述的实施例1的说明所述的各数据的记号、含义、记载方法 在W下的实施例中也相同，因此W下省略重复说明。
[0202] 接着，对实施例2的投射用光学系统进行说明。图2示出表示实施例2的投射用光学 系统的结构的剖视图。实施例2的投射用光学系统除了第一光学系统G1由透镜L1~L9运9片 透镜构成W外，是与实施例1相同的结构。另外，表4示出实施例2的投射用光学系统的基本 透镜数据，表5示出与各种因素相关的数据，表6示出与非球面系数相关的数据，图9示出各 像差图。在实施例2中，示出投射距离为121.933时的数据。
[0203] 【表4】
[0204] 实施例2 .透镜数据
[02 化]_
[0206] ~第二光路弯折机构:从12面起向缩小侧4.9674的位置
[0207] 第一光路弯折机构:从22面起向缩小侧11.3838的位置 [020引【表5】
[0209] 实施例2 ·各种因素(d线）
[0210]
[0211] 【表6】
[0212] 实施例2·非球面系数
[0213]
[0214]
[0215] 接着，对实施例3的投射用光学系统进行说明。图3示出表示实施例3的投射用光学 系统的结构的剖视图。实施例3的投射用光学系统除了第一光学系统G1由透镜L1~L9运9片 透镜构成W外，是与实施例1相同的结构。另外，表7示出实施例3的投射用光学系统的基本 透镜数据，表8示出与各种因素相关的数据，表9示出与非球面系数相关的数据，图10示出各 像差图。在实施例3中，示出投射距离为121.682时的数据。
[0216] 【表7】
[0217] 实施例3.透镜数据 [021 引
[0219] ~~第二光路弯折机构:从12面起向缩小侧3.9396的位置
[0220] 第一光路弯折机构:从22面起向缩小侧10.7955的位置
[0221] 【表8】
[0222] 实施例3 ·各种因素 (d线）
[0223]
[0224] 【表9】
[02巧]实施例3 ·非球面系数
[0226]
[022引接着，对实施例4的投射用光学系统进行说明。图4示出表示实施例4的投射用光学 系统的结构的剖视图。实施例4的投射用光学系统是与实施例1相同的结构。另外，表10示出 实施例4的投射用光学系统的基本透镜数据，表11示出与各种因素相关的数据，表12示出与 非球面系数相关的数据，图11示出各像差图。在实施例4中，示出投射距离为121.811时的数 据。
[0229] 【表10】
[0230] 实施例4 .透镜数据
[0231]
[0232] 第二光路弯折机构:从12面起向缩小侧5.1903的位置
[0233 ] 第一光路弯折机构:从22面起向缩小侧10.9631的位置
[0234] 【表11】
[0235] 实施例4·各种因素(d线）
[0236]
[0237] 【表12】
[0238] 实施例4 ·非球面系数
[0239]
[0240]_
胃[0241]接着，对实施例5的投射用光学系统进行说明。图5示出表示实施例5的投射用光学 系统的结构的剖视图。实施例5的投射用光学系统中，第一光学系统G1由透镜L1~L8运8片 透镜构成，第二光学系统G2的第一透镜组G21由透镜L21~L27运7片透镜构成，第二透镜组 G22由透镜L28~L34运7片透镜构成。另外，表13示出实施例5的投射用光学系统的基本透镜 数据，表14示出与各种因素相关的数据，表15示出与非球面系数相关的数据，图12示出各像 差图。在实施例5中，示出投射距离为193.485时的数据。
[0242] 【表13】
[0243] 实施例5 .透镜数据
[0244]
[0245] 第二光路弯折机构:从14面起向缩小侧5.4792的位置
[0246] 第一光路弯折机构:从26面起向缩小侧13.9124的位置
[0247] 【表14】
[0248] 实施例5 ·各种因素(d线）
[0249]
[ο巧0]【表15】
[0251] 实施例5 ·非球面系数
[0 巧 2]
[0254]接着，对实施例6的投射用光学系统进行说明。图6示出表示实施例6的投射用光学 系统的结构的剖视图。实施例6的投射用光学系统除了第一光学系统G1由透镜L1~L9运9片 透镜构成W外，是与实施例1相同的结构。另外，表16示出实施例6的投射用光学系统的基本 透镜数据，表17示出与各种因素相关的数据，表18示出与非球面系数相关的数据，图13示出 各像差图。在实施例6中，示出投射距离为193.30別寸的数据。
[0巧5]【表16】
[0256]实施例6 .透镜数据 「0巧71
[0258] ~第二光路弯折机构:从12面起向缩小侧5.2780的位置 ' '
[0259] 第一光路弯折机构:从22面起向缩小侧10.8979的位置
[0260] 【表17】
[0261] 实施例6·各种因素(d线）
[0262] _
[0%3]【表18】
[0264] 实施例6 ·非球面系数
[0%5]_
[0267]接着，对实施例7的投射用光学系统进行说明。图7示出表示实施例7的投射用光学 系统的结构的剖视图。实施例7的投射用光学系统除了第一光学系统G1由透镜L1~L8运8片 透镜构成W外，是与实施例1相同的结构。另外，表19示出实施例7的投射用光学系统的基本 透镜数据，表20示出与各种因素相关的数据，表21示出与非球面系数相关的数据，图14示出 各像差图。在实施例7中，示出投射距离为193.142时的数据。
[0%引【表19】
[0269] 实施例7 .透镜数据
[0270]
[0271 ] 第二光路弯折机构:从12面起向缩小侧5.5874的位置
[0272] 第一光路弯折机构:从22面起向缩小侧12.2873的位置
[0273] 【表20】
[0274] 实施例7 ·各种因素(d线）
[0275] _
脚6]【表21】
[0277] 实施例7 ·非球面系数 [027引
[0280]表22示出实施例1~7的投射用光学系统的与条件式（1)~（10)对应的值。需要说 明的是，所有实施例均Wd线作为基准波长，下述的表22所示的值是在该基准波长下的值。
[0281] 【表22】
[0282]
[0283] 根据W上的数据可知，实施例1~7的投射用光学系统全部满足条件式（1)~（10)， 是实现小型化、并且具有135° W上的广角且良好地修正了各种像差的具有高投射性能的投 射用光学系统。
[0284] 接着，使用图15对本实用新型所设及的投射型显示装置的实施方式进行说明。图 15是本实用新型的一实施方式的投射型显示装置的概要结构图。
[0285] 图15所示的投射型显示装置100具备本实用新型的实施方式的投射用光学系统 10、光源20、作为与各颜色光对应的光阀的透射型显示元件11a~11c、W及将来自光源20的 光束导入光阀的照明光学部30。照明光学部30具有用于颜色分解的二向色镜12、13;用于颜 色合成的十字二向色棱镜14;聚光透镜16a~16c; W及全反射镜18a~18c。需要说明的是， 图15中概要地图示出投射用光学系统10。另外，在光源20与二向色镜12之间配置有复眼等 (fly-eye)积分仪（integrator )，但图15中省略了其图示。
[0286] 来自光源20的白色光在照明光学部30中被二向色镜12、13分解成Ξ种颜色光光束 (G光、B光、R光)之后，分别通过全反射镜18a~18c而使光路偏置并经由聚光透镜16a~16c 入射至与各颜色光光束分别对应的透射型显示元件11a~11c并被调光，在通过十字二向色 棱镜14进行了颜色合成之后，入射至投射用光学系统10。投射用光学系统10将由透射型显 示元件11a~11c调光后的光所产生的光学像投射到未图示的屏幕上。
[0287] 作为透射型显示元件11a~11c，能够使用例如透射型液晶显示元件等。需要说明 的是，图15中示出使用透射型显示元件作为光阀的例子，但本实用新型的投射型显示装置 所具备的光阀并不局限于此，也可W使用反射型液晶显示元件或DMD等其他的调光机构。
[0288] 本实施方式的投射型显示装置100具备本实用新型的投射用光学系统10,因此能 够使装置小型化，并且能够W广角投射高画质的图像。
[0289] W上，列举实施方式W及实施例对本实用新型进行了说明，但本实用新型并不局 限于上述实施方式W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、阿贝数、非球面系数的值并不局限于上述各实施例所示的值，能够采用其他值。
【主权项】
1. 一种投射用光学系统，其将在缩小侧共辄面上配置的图像显示元件所显示的图像以 放大像的形式投射到放大侧共辄面上， 所述投射用光学系统的特征在于， 从缩小侧起依次由第一光学系统、利用反射面将光路弯折的第一光路弯折机构、以及 第二光学系统构成，所述第一光学系统由多个透镜构成，并使所述图像显示元件上的图像 成像为中间像，所述第二光学系统由多个透镜构成，并将所述中间像成像到所述放大侧共 辄面上， 所述第二光学系统从缩小侧起依次由具有正光焦度的第一透镜组、利用反射面将光路 弯折的第二光路弯折机构、以及具有正光焦度的第二透镜组构成， 所述投射用光学系统满足下述条件式(1)和(2): 10.0<TLl/|f | <50.0. . .(1) 4.0<TL21/|f | <30.0. . .(2) 其中， TL1:从所述第一光学系统的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离； TL21:从所述第一透镜组的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离； f:整个系统的焦距。2. 根据权利要求1所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(1-1)和/或(2-1): 15.0<TLl/|f| <40.0. . .(1-1) 6.0<TL21/|f| <20.0. ? .(2-1)。3. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(3)和(4): 8.0<D12/|f | <30.0. . .(3) 5.0<D212/|f | <20.0. . .(4) 其中， D12:所述第一光学系统与所述第二光学系统的光轴上的间隔； D212:所述第一透镜组与所述第二透镜组的光轴上的间隔。4. 根据权利要求3所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(3-1)和/或(4-1): 10.0<D12/|f| <25.0. . .(3-1) 6.0<D212/|f| <15.0. ? .(4-1)。5. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(5): 1.50<f2/|f | <2.80. . .(5) 其中， f2:所述第二光学系统的焦距。6. 根据权利要求5所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(5-1): 1.52<f2/|f| <2.20. ? .(5-1)。7. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(6): 8.20<Im(|) ? f2/f <20.00... (6) 其中， I m tp:缩小侧的有效像圆直径； f2:所述第二光学系统的焦距。8. 根据权利要求7所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(6-1): OOCImtp ? Q/fc 16.00... (6-i)。9. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(7): 0.020<enP/TL2<0.160. . .(7) 其中， enP:从所述第二光学系统的最靠放大侧的面到将放大侧设为入射侧时的入射光瞳位 置为止的光轴上的距离； TL2:从所述第二光学系统的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离。10. 根据权利要求9所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(7-1): 0.050<enP/TL2<0.145. . ,(7-1)〇11. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(8): 0.125<lni(p/TL2<0.240... (8) 其中， Iracp;缩小侧的有效像圆直径； TL2:从所述第二光学系统的最靠缩小侧的面到最靠放大侧的面为止的光轴上的距离。12. 根据权利要求11所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(8-1): (U30<Im(p/TL2<0.200... (8-1)。13. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(9): 0.30<f22/f21<2.00. . .(9) 其中， m:所述第一透镜组的焦距； f22:所述第二透镜组的焦距。14. 根据权利要求13所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(9-1): 0.40<f22/f21<1.70. ? .(9-1)。15. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述投射用光学系统满足下述条件式(10): 4.0<Bf/|f | . . .(10) 其中， Bf:整个系统的后焦距。16. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 最大视场角的主光线与所述第二光学系统的光轴在所述第一透镜组与所述第二透镜 组之间相交。17. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述中间像的周边部与光轴中心相比向所述第一光学系统侧像面弯曲。18. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 所述第一光路弯折机构和/或所述第二光路弯折机构配置在将光路弯折90度的方向 上。19. 根据权利要求1或2所述的投射用光学系统，其特征在于， 将所述图像显示元件所显示的图像以所述放大像的形式向反转了 180度的方向进行投 射。20. -种投射型显示装置，其特征在于， 所述投射型显示装置具备： 光源； 供来自该光源的光入射的光阀；以及 权利要求1至19中任一项所述的投射用光学系统，其作为将由该光阀调光后的光所产 生的光学像投射到屏幕上的投射用光学系统。
【文档编号】G02B13/22GK205485026SQ201620133306
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月22日
【发明人】天野贤
【申请人】富士胶片株式会社