投影光学系统和投影型显示装置制造方法
【专利摘要】一种投影光学系统，既达成小型化和低成本化、又能够以短投影距离在屏幕上显示充分大的放大映像。在将配置在缩小侧共轭面上的图像显示元件所显示的图像、投影到放大侧共轭面上作为放大像的投影光学系统中，从缩小侧依次具备折射光学系统、和负光焦度的反射光学系统，且满足下述条件式(1)：(ZL+ZD)×Ymin/Ymax2≤3.2…(1)。
【专利说明】投影光学系统和投影型显示装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通过折射光学系统和反射光学系统的使用而使图像显示元件所显示 的图像在屏幕上成像的投影光学系统、和具备该投影光学系统的投影型显示装置。
【背景技术】
[0002] 作为具备通过折射光学系统和反射光学系统的使用而使图像显示元件所显示的 图像在屏幕上成像的投影光学系统的投影型显示装置，已知有下述专利文献1?4所述的。
[0003] 【先行技术文献】
[0004] 【专利文献】
[0005] 【专利文献1】特开2007-323047号公报
[0006] 【专利文献2】特开2007-334052号公报
[0007] 【专利文献3】专利第4731808号说明书
[0008] 【专利文献4】专利第4889289号说明书
[0009] 上述该样的投影光学系统和具备该投影光学系统的投影型显示装置，要求装置的 进一步小型化和低成本化、W及一边在屏幕上显示充分大的放大映像一边缩短投影距离。
【发明内容】
[0010] 本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种既可W达成装置的小型化和 低成本化又能够W短的投影距离在屏幕上显示充分大的放大映像的投影光学系统、和具备 该投影光学系统的投影型显示装置。
[0011] 本发明的投影光学系统，是将配置在缩小侧共辆面上的图像显示元件所显示的图 像、投影到放大侧共辆面上作为放大像的投影光学系统，其特征在于，从缩小侧依次具备折 射光学系统、和负光焦度的反射光学系统，满足下述条件式（1)。
[0012] 狂L+ZD) XYmin/Ymax2《3. 2. . . (1)
[0013] 其中，ZL ;折射光学系统的全长，ZD ;折射光学系统和反射光学系统的光轴上的距 离，化in ;从图像显示元件内的各点至光轴的距离的最小值，Ymax ;从图像显示元件内的各 点至光轴的距离的最大值。
[0014] 在本发明的投影光学系统中，优选折射光学系统和反射光学系统具有共同的光 轴。
[0015] 另外，优选折射光学系统和反射光学系统，相对于光轴旋转对称。
[0016] 另外，优选反射光学系统，由拥有负光焦度的1片反射镜构成。
[0017] 另外，优选满足下述条件式（2)。
[0018] %iin/Ymax《0. 20. . . 0)
[0019] 另外，优选满足下述条件式（3)。
[0020] 狂L+ZD) /Ymax《21. . . (3)
[0021] 另外，优选满足下述条件式（4)。
[0022] COS台一2cos(pcos\|f|《0.6 ... (4)
[0023] 其中，0 :来自画面最周边的主光线从折射光学系统出射时与光轴的夹角，中;来 自画面最周边的主光线入射到反射光学系统的点上的、反射光学系统的法线与光轴的夹 角，￥ ;来自画面最周边的主光线入射到反射光学系统的点上的、主光线与反射光学系统的 法线的夹角。
[0024] 另外，优选满足下述条件式巧）。
[00巧]0. 5《狂L+ZD) /血《2. 1...巧）
[0026] 其中，血；反射光学系统的反射面的最大有效直径。
[0027] 另外，将在折射光学系统中、包含在具有球面形状的面之中的最靠放大侧所配置 的面的光学零件（单透镜或胶合透镜）设为Lp时，优选在Lp与反射光学系统之间至少具 有1片非球面透镜。
[0028] 另外，将在折射光学系统中、配置在Lp与反射光学系统之间的透镜系统（不含Lp) 设为第1透镜群，包含Lp且比Lp更靠缩小侧配置的透镜系统设为第2透镜群时，优选第2 透镜群整体上具有正光焦度。
[0029] 另外，第1透镜群从放大侧依次由具有负光焦度的非球面透镜和具有正光焦度的 非球面透镜该2片构成也可，由具有负光焦度的1片非球面透镜构成也可。
[0030] 另外，Lp的最靠放大侧的面，优选具有向放大侧凸的形状。
[003。 另外，Lp的最靠缩小侧的面，优选具有向缩小侧凹的形状。
[0032] 另外，Lp优选具有负光焦度。
[0033] 另外，就第2透镜群而言，也可W由从放大侧依次配置的第2a透镜群及第化透镜 群构成，即，第2a透镜群，其从放大侧依次配置Lp、使凸面朝向放大侧的正透镜、使凹面朝 向放大侧的负透镜、使凸面朝向缩小侧的正透镜、至少1片具有双凸形状的正透镜而成；第 化透镜群，其比该第2a透镜群更靠缩小侧配置，且最靠放大侧的光学零件（单透镜或胶合 透镜）具有负光焦度，也可W由从放大侧依次配置的第2a透镜群及第化透镜群构成，即， 第2a透镜群，其从放大侧依次配置Lp、使凹面朝向放大侧的负透镜、使凸面朝向缩小侧的 正透镜、至少1片具有双凸形状的正透镜而成；第化透镜群，其比该第2a透镜群更靠缩小 侧配置，且最靠放大侧的光学零件（单透镜或胶合透镜）具有负光焦度。
[0034] 另外，优选第2a透镜群整体上具有正光焦度。
[00巧]另外，优选第化透镜群整体上具有正光焦度。
[0036] 另外，优选第化透镜群，至少具有1片非球面透镜。
[0037] 另外，优选满足下述条件式（1-1)。
[0038] 狂L+ZD) XYmin/Ymax2《2. 5. . . (1-1)
[0039] 另外，优选满足下述条件式（2-1)。
[0040] %iin/Ymax《0. 17. . . (2-1)
[0041] 另外，优选满足下述条件式（3-1)。
[0042] 狂L+ZD)/Ymax《16. . . (3-1)
[0043] 另外，优选满足下述条件式（4-1)。
[0044] COS0-2cos(pc.os、|/|《0.4 ... (4 -I)
[0045] 另外，优选满足下述条件式巧-I)。
[0046] 1. 0《狂L+ZD) /血《1. 6...巧-1)
[0047] 本发明的投影型显示装置，其特征在于，具备如下；光源；来自光源的光入射的光 阀；将由该光阀进行了光调制的光所形成的光学像投影到屏幕上的作为投影光学系统的W 上所述的本发明的投影光学系统。
[0048] 还有，上述所谓"由?构成"，意思是除了作为构成要素而列举的透镜群W外，还含 有实质上不具备光焦度的透镜、光阔、遮罩，保护玻璃、滤光片等的透镜W外的光学零件、透 镜凸缘、透镜镜筒、摄像元件、手抖补正机构等的机构部分等。
[0049] 另外，上述的透镜的面形状和光焦度的符号，在包含非球面的情况下认为在近轴 区域。
[0050] 另外，上述所谓"主光线"，意思是在入射光瞳位置与光轴交叉的光线。
[0051] 本发明的投影光学系统，是将配置在缩小侧共辆面上的图像显示元件所显示的图 像、投影到放大侧共辆面上作为放大像的投影光学系统，从缩小侧依次具备折射光学系统、 和负光焦度的反射光学系统，并满足下述条件式（1)，因此可W既达成光学系统的小型化和 低成本化、又W短投影距离在屏幕上显示充分大的放大映像。
[0052] 狂L+ZD) XYmin/Ymax2《3. 2. . . (1)
[0053] 本发明的投影型显示装置，因为具备本发明的投影光学系统，所W可W既达成装 置的小型化和低成本化，又W短投影距离在屏幕上显示充分大的放大映像。
【专利附图】
【附图说明】
[0054] 图1是表示本发明的一个实施方式的投影光学系统（与实施例1共通）的构成的 剖面图
[0055] 图2是表示本发明的实施例2的投影光学系统的构成的剖面图
[0056] 图3是表示本发明的实施例3的投影光学系统的构成的剖面图
[0057] 图4是表示本发明的实施例4的投影光学系统的构成的剖面图
[0058] 图5是表示本发明的实施例5的投影光学系统的构成的剖面图
[0059] 图6是表示本发明的实施例6的投影光学系统的构成的剖面图
[0060] 图7是表示本发明的实施例7的投影光学系统的构成的剖面图
[0061] 图8是表示本发明的实施例8的投影光学系统的构成的剖面图
[0062] 图9是表示本发明的实施例9的投影光学系统的构成的剖面图
[0063] 图10是表示本发明的实施例10的投影光学系统的构成的剖面图
[0064] 图11是表示本发明的实施例11的投影光学系统的构成的剖面图
[0065] 图12是表示本发明的实施例12的投影光学系统的构成的剖面图
[0066] 图13是表示本发明的实施例13的投影光学系统的构成的剖面图
[0067] 图14是表示本发明的实施例14的投影光学系统的构成的剖面图
[0068] 图15是表示本发明的实施例15的投影光学系统的构成的剖面图
[0069] 图16是表示本发明的实施例16的投影光学系统的构成的剖面图
[0070] 图17是表示本发明的实施例17的投影光学系统的构成的剖面图
[0071] 图18是表示本发明的实施例I的投影光学系统的崎变性能的图
[0072] 图19是表示本发明的实施例2的投影光学系统的崎变性能的图
[0073] 图20是表示本发明的实施例3的投影光学系统的崎变性能的图
[0074] 图21是表示本发明的实施例4的投影光学系统的崎变性能的图
[0075] 图22是表示本发明的实施例5的投影光学系统的崎变性能的图
[0076] 图23是表示本发明的实施例6的投影光学系统的崎变性能的图
[0077] 图24是表示本发明的实施例7的投影光学系统的崎变性能的图 [007引图25是表示本发明的实施例8的投影光学系统的崎变性能的图
[0079] 图26是表示本发明的实施例9的投影光学系统的崎变性能的图
[0080] 图27是表示本发明的实施例10的投影光学系统的崎变性能的图
[0081] 图28是表示本发明的实施例11的投影光学系统的崎变性能的图
[0082] 图29是表示本发明的实施例12的投影光学系统的崎变性能的图
[0083] 图30是表示本发明的实施例13的投影光学系统的崎变性能的图
[0084] 图31是表示本发明的实施例14的投影光学系统的崎变性能的图
[0085] 图32是表示本发明的实施例15的投影光学系统的崎变性能的图
[0086] 图33是表示本发明的实施例16的投影光学系统的崎变性能的图
[0087] 图34是表示本发明的实施例17的投影光学系统的崎变性能的图 [008引图35是表示本发明的实施例1的投影光学系统的光点性能的图
[0089] 图36是表示本发明的实施例2的投影光学系统的光点性能的图
[0090] 图37是表示本发明的实施例3的投影光学系统的光点性能的图
[0091] 图38是表示本发明的实施例4的投影光学系统的光点性能的图
[0092] 图39是表示本发明的实施例5的投影光学系统的光点性能的图
[0093] 图40是表示本发明的实施例6的投影光学系统的光点性能的图
[0094] 图41是表示本发明的实施例7的投影光学系统的光点性能的图
[0095] 图42是表示本发明的实施例8的投影光学系统的光点性能的图
[0096] 图43是表示本发明的实施例9的投影光学系统的光点性能的图
[0097] 图44是表示本发明的实施例10的投影光学系统的光点性能的图
[0098] 图45是表示本发明的实施例11的投影光学系统的光点性能的图
[0099] 图46是表示本发明的实施例12的投影光学系统的光点性能的图
[0100] 图47是表示本发明的实施例13的投影光学系统的光点性能的图
[0101] 图48是表示本发明的实施例14的投影光学系统的光点性能的图
[0102] 图49是表示本发明的实施例15的投影光学系统的光点性能的图
[0103] 图50是表示本发明的实施例16的投影光学系统的光点性能的图
[0104] 图51是表示本发明的实施例17的投影光学系统的光点性能的图
[0105] 图52是表示图像显示元件内的评价要点的图
[0106] 图53是表示放大侧共辆面上的放大像内的评价要点的图
[0107] 图54是表示本发明的实施方式的投影型显示装置的概略构成图
【具体实施方式】
[010引 W下，参照附图，对于本发明的实施方式详细地说明。图I是表示本发明的一个实 施方式的投影光学系统的构成的剖面图。图1所示的构成例，与后述的实施例1的投影光 学系统的构成共通。在图1中，左侧为缩小侧，右侧为放大侧。
[0109] 如图1所示，该投影光学系统，是将配置在缩小侧共辆面上的图像显示元件D所显 示的图像、投影到放大侧共辆面上作为放大像的投影光学系统，其沿着光轴Z从缩小侧依 次具备由透镜Ll?L12构成的折射光学系统、和拥有负光焦度的反射光学系统R而成。
[0110] 还有，就图像显示元件D而言，W使显示面全体不与光轴Z交叉的方式，配置在作 为全移动位置（7 古7 I' ) W上的位置。
[0111] 将该投影光学系统适用于投影型显示装置时，根据装置的构成，优选在图像显示 元件D和折射光学系统之间配置保护玻璃、棱镜、红外线截止滤光片和低通滤光片等的各 种滤光片，因此在图1中示出了将该些的假设下的平行平面板状的光学构件PP配置在图像 显示元件D和折射光学系统之间的例子。
[0112] 上述投影光学系统，W满足下述条件式（1)的方式构成。由此，可W-边达成光学 系统的小型化和低成本化，一边W短投影距离在屏幕上显示充分大的放大映像。还有，如果 满足下述条件式（1-1)，则能够达成更良好的特性。
[011 引 狂L+ZD) X Ymin/Ymax2《3. 2. . . (1)
[0114] 狂L+ZD) XYmin/Ymax2《2. 5. . . (1-1)
[0115] 其中，ZL ;折射光学系统的全长，ZD ;折射光学系统和反射光学系统的光轴上的距 离，化in ;从图像显示元件内的各点至光轴的距离的最小值（在图52中图示），Ymax ;从图 像显示元件内的各点至光轴的距离的最大值（在图52中图示）。
[0116] 在上述投影光学系统中，优选折射光学系统和反射光学系统R具有共同的光轴。 另外，优选折射光学系统和反射光学系统相对于光轴呈旋转对称。另外，优选反射光学系 统，由拥有负光焦度的1片反射镜构成。由此能够使投影光学系统的构造简略化，因此有助 于低成本化。
[0117] 另外，优选满足下述条件式（2)。由此，可W-边达成光学系统的小型化和低成本 化，一边W短投影距离在屏幕上显示充分大的放大映像。还有，如果满足下述条件式（2-1)， 则能够达成更良好的特性。
[011 引 ％iin/Ymax《0. 20. . . 0)
[011 引 ％iin/Ymax《0. 17. . . (2-1)
[0120] 另外，优选满足下述条件式（3)。由此，可W达成光学系统的小型化。还有，如果满 足下述条件式（3-1)，则能够达成更良好的特性。
[0121] 狂L+ZD)/Ymax《21. . . (3)
[0122] 狂L+ZD)/Ymax《16. . . (3-1)
[0123] 另外，优选满足下述条件式（4)。由此，可W-边达成光学系统的小型化和低成本 化，一边W短投影距离在屏幕上显示充分大的放大映像。还有，如果满足下述条件式（4-1)， 则能够达成更良好的特性。
[0124]
【权利要求】
1. 一种投影光学系统，其将配置在缩小侧共轭面上的图像显示元件所显示的图像、投 影到放大侧共轭面上作为放大像，其特征在于， 所述投影光学系统从缩小侧依次具备折射光学系统、和负光焦度的反射光学系统， 并且，满足下述条件式（1)， (ZL+ZD)XYmin/Ymax2 彡 3. 2... (1) 其中， ZL:所述折射光学系统的全长， ZD:所述折射光学系统和所述反射光学系统的光轴上的距离， Ymin:从所述图像显示元件内的各点至光轴的距离的最小值， Ymax:从所述图像显示元件内的各点至光轴的距离的最大值。
2. 根据权利要求1所述的投影光学系统，其中， 所述折射光学系统和所述反射光学系统具有共同的光轴。
3. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 所述折射光学系统和所述反射光学系统相对于光轴呈旋转对称。
4. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 所述反射光学系统由具有负光焦度的1片反射镜构成。
5. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 满足下述条件式（2)， Ymin/Ymax< 0. 20…（2)。
6. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 满足下述条件式（3)， (ZL+ZD)/Ymax彡 21 …（3)。
7. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 满足下述条件式（4)， |cos0-2cos(pcos\|/| ^ 0.6 ·*，（4) 其中， θ:来自画面最周边的主光线从所述折射光学系统出射时与光轴的夹角， Φ:在来自画面最周边的主光线入射到所述反射光学系统的点上的、所述反射光学系 统的法线与光轴的夹角， ψ:在来自画面最周边的主光线入射到所述反射光学系统的点上的、所述主光线与所 述反射光学系统的法线的夹角。
8. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 满足下述条件式（5)， 0· 5 彡（ZL+ZD)/Hm彡 2. 1... (5) 其中， Hm:所述反射光学系统的反射面的最大有效直径。
9. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 将在所述折射光学系统中、包含在具有球面形状的面之中的最靠放大侧所配置的面的 光学零件设为Lp时，在该Lp与所述反射光学系统之间至少具有1片非球面透镜。
10. 根据权利要求9所述的投影光学系统，其中， 将在所述折射光学系统中、配置在所述Lp与所述反射光学系统之间的透镜系统设为 第1透镜群，包含所述Lp且比Lp更靠缩小侧配置的透镜系统设为第2透镜群时，所述第2 透镜群整体上具有正光焦度。
11. 根据权利要求10所述的投影光学系统，其中， 所述第1透镜群从放大侧依次由具有负光焦度的非球面透镜和具有正光焦度的非球 面透镜这2片构成。
12. 根据权利要求10所述的投影光学系统，其中， 所述第1透镜群由具有负光焦度的1片非球面透镜构成。
13. 根据权利要求9所述的投影光学系统，其中， 所述Lp的最靠放大侧的面具有向放大侧凸的形状。
14. 根据权利要求9所述的投影光学系统，其中， 所述Lp的最靠缩小侧的面具有向缩小侧凹的形状。
15. 根据权利要求9所述的投影光学系统，其中， 所述Lp具有负光焦度。
16. 根据权利要求10所述的投影光学系统，其中， 所述第2透镜群由从放大侧依次配置的第2a透镜群及第2b透镜群构成，所述第2a透 镜群从放大侧依次配置有所述Lp、使凸面朝向放大侧的正透镜、使凹面朝向放大侧的负透 镜、使凸面朝向缩小侧的正透镜、至少1片具有双凸形状的正透镜而成；所述第2b透镜群比 该第2a透镜群更靠缩小侧配置且最靠放大侧的光学零件具有负光焦度。
17. 根据权利要求10所述的投影光学系统，其中， 所述第2透镜群由从放大侧依次配置的第2a透镜群及第2b透镜群构成，所述第2a透 镜群从放大侧依次配置所述Lp、使凹面朝向放大侧的负透镜、使凸面朝向缩小侧的正透镜、 至少1片具有双凸形状的正透镜而成；所述第2b透镜群比该第2a透镜群更靠缩小侧配置 且最靠放大侧的光学零件具有负光焦度。
18. 根据权利要求16所述的投影光学系统，其中， 所述第2a透镜群，整体上具有正光焦度。
19. 根据权利要求16所述的投影光学系统，其中， 所述第2b透镜群，整体上具有正光焦度。
20. 根据权利要求16所述的投影光学系统，其中， 所述第2b透镜群，至少具有1片非球面透镜。
21. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 满足下述条件式（1-1)， (ZL+ZD)XYmin/Ymax2 彡 2. 5... (1-1)。
22. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 满足下述条件式（2-1)， Ymin/Ymax< 0. 17…（2-1)。
23. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 满足下述条件式（3-1)， (ZL+ZD)/Ymax彡 16…（3-1)。
24. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 满足下述条件式（4-1)， |cos0-2coscpcos\j/| < 0.4 (4-I) 其中， θ:来自画面最周边的主光线从所述折射光学系统出射时与光轴的夹角， Φ:在来自画面最周边的主光线入射到所述反射光学系统的点上的、所述反射光学系 统的法线与光轴的夹角， ψ:在来自画面最周边的主光线入射到所述反射光学系统的点上的、所述主光线与所 述反射光学系统的法线的夹角。
25. 根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其中， 满足下述条件式（5-1)， I. 0 彡（ZL+ZD)/Hm彡 1. 6... (5-1) 其中， Hm:所述反射光学系统的反射面的最大有效直径。
26. -种投影型显示装置，其特征在于，具备如下： 光源； 来自该光源的光入射的光阀； 权利要求1至25中任一项所述的投影光学系统，其作为将由该光阀进行了光调制的光 所形成的光学像投影到屏幕上的投影光学系统。
【文档编号】G03B21/14GK204129427SQ201420531740
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2013年9月19日
【发明者】马场智之, 川名正直, 天野贤, 神谷毅 申请人:富士胶片株式会社