投射光学系统和投影仪的制作方法

本发明涉及适于组装到投影仪的投射光学系统以及组装有该投射光学系统的投影仪。

背景技术：

作为适于组装到投影仪的投射光学系统的结构，例如已知有这样的结构：各组的光焦度(屈光力)从放大侧起依次为负、正、正、负、正、正、正的7组结构，5组中具有两个面为非球面的透镜(参照专利文献1)。

但是，在7组结构的投射光学系统中，例如，以成为适于组装到3板式的投影仪的投射光学系统的方式确保充分的明亮度并确保与显示元件之间除了颜色合成棱镜以外还能够插入对比度补偿元件等部件的后焦距(backfocus)的长度未必容易。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-234893号公报

技术实现要素：

本发明的目的在于提供在7组结构的投射光学系统中能够取得较长的后焦距的投射光学系统和组装有该投射光学系统的投影仪。

为了达成上述目的，本发明的投射光学系统从放大侧起依次由具有负屈光力的第1透镜组、具有正屈光力的第2透镜组、具有正屈光力的第3透镜组、具有负屈光力的第4透镜组、具有正屈光力的第5透镜组、具有正屈光力的第6透镜组和具有正屈光力的第7透镜组这7个透镜组构成，在设7个透镜组中的第7透镜组的最靠缩小侧的透镜的色散值为νdr、第1透镜组的最靠放大侧的透镜的色散值为νdf时，满足以下的条件式：5<νdr-νdf<30。

上述投射光学系统由屈光力从放大侧起依次为负、正、正、负、正、正、正的7个透镜组构成，其中的第7透镜组的最靠缩小侧的透镜的色散值νdr与第1透镜组的最靠放大侧的透镜的色散值νdf满足上述条件式的情况下，整体上能够使负屈光力(光焦度)靠近放大侧，取得较长的后焦距。

根据本发明的另一方面，第6透镜组是从放大侧起依次将接合透镜与凸透镜组合而构成的，该接合透镜是贴合双凹透镜和双凸透镜而得到的。在该情况下，能够利用上述透镜的组合，抑制由于变焦(变倍)产生的色像差、弧矢彗差这样的各种像差、远心性的变动。

根据本发明的另一方面，在第6透镜组中，接合透镜的焦距的绝对值大于50mm。

根据本发明的再一方面，在第1透镜组中，最靠放大侧的透镜为树脂制的非球面透镜。在该情况下，通过采用非球面透镜，能够在变焦整个区域内良好地校正畸变像差。此外，树脂制(塑料)的非球面透镜的非球面形状的自由度较高，因此，能够与视场角对应地进行最佳的畸变校正，并且成本低。

根据本发明的再一方面，第5透镜组由玻璃制的非球面透镜构成。在该情况下，例如，能够进行球面像差、慧形光斑(comaflare)的校正。

根据本发明的再一方面，在从广角端变倍到望远端时，第1透镜组和第7透镜组被固定，第2透镜组至第6透镜组移动。在该情况下，容易提高投影光学系统的光轴精度，能够获得高质量的投影像。

为了达成上述目的，本发明的投影仪搭载有上述的投射光学系统。

上述投影仪通过搭载有上述的投射光学系统，能够取得较长的后焦距，容易插入十字分色棱镜、对比度补偿元件等。

附图说明

图1是示出组装了实施方式的投射光学系统的投影仪的概略结构的图。

图2是示出实施方式或实施例1的投射光学系统的结构的图。

图3是用于说明实施方式或实施例1的光学系统的变焦的图。

图4是实施例1的投射光学系统的缩小侧像差图。

图5是实施例1的投射光学系统的缩小侧像差图。

图6是示出实施例2的投射光学系统的结构的图。

图7是用于说明实施例2的光学系统的变焦的图。

图8是实施例2的投射光学系统的缩小侧像差图。

图9是实施例2的投射光学系统的缩小侧像差图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式的投射光学系统和组装有该投射光学系的投影仪(投影型图像显示装置)。

如图1所示，组装有本发明的一个实施方式的投射光学系统的投影仪100具有：光学系统部分50，其投射图像光；以及电路装置80，其控制光学系统部分50的动作。

在光学系统部分50中，光源10例如为超高压汞灯，射出包含r光、g光和b光的光。这里，光源10也可以是超高压汞灯以外的放电光源，也可以是led或激光器这样的固体光源。第1积分透镜11和第2积分透镜12具有呈阵列状排列的多个透镜元件。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的光束在第2积分透镜12的透镜元件附近会聚。第2积分透镜12的透镜元件与重叠透镜14协作地将第1积分透镜11的透镜元件的像形成在液晶面板18r、18g、18b上。根据这样的结构，来自光源10的光以大致均匀的亮度对液晶面板18r、18g、18b的显示区域的整体进行照明。

偏振转换元件13将来自第2积分透镜12的光转换为规定的直线偏振光。重叠透镜14经由第2积分透镜12使第1积分透镜11的各透镜元件的像重叠在液晶面板18r、18g、18b的显示区域上。

第1分色镜15使从重叠透镜14入射的r光反射，使g光和b光透过。第1分色镜15反射的r光经过反射镜16和场透镜17r而入射到作为光调制元件的液晶面板18r。液晶面板18r根据图像信号对r光进行调制，由此，形成r色的图像。

第2分色镜21使来自第1分色镜15的g光反射，使b光透过。第2分色镜21反射的g光经过场透镜17g而入射到作为光调制元件的液晶面板18g。液晶面板18g根据图像信号对g光进行调制，由此，形成g色的图像。透过第2分色镜21的b光经过中继透镜22、24、反射镜23、25和场透镜17b而入射到作为光调制元件的液晶面板18b。液晶面板18b根据图像信号对b光进行调制，由此，形成b色的图像。

十字棱镜(十字分色棱镜)19是光合成用的棱镜(颜色合成棱镜)，对各液晶面板18r、18g、18b调制后的光进行合成而使其成为图像光，向投射光学系统40行进。

投射光学系统40是将由各液晶面板18g、18r、18b调制并被十字棱镜(十字分色棱镜)19合成的图像光放大投射在未图示的屏幕上的投射用变焦透镜。

电路装置80具有：图像处理部81，其输入视频信号等外部图像信号；显示驱动部82，其根据图像处理部81的输出，驱动设置于光学系统部分50的液晶面板18g、18r、18b；镜头驱动部83，其使设置于投射光学系统40的驱动机构(未图示)动作来调整投射光学系统40的状态；以及主控制部88，其统一控制这些电路部分81、82、83等的动作。

图像处理部81将所输入的外部图像信号转换为包含各色的灰度等的图像信号。另外，图像处理部81还能够对外部图像信号进行失真校正或颜色校正等各种图像处理。

显示驱动部82能够根据从图像处理部81输出的图像信号使液晶面板18g、18r、18b动作，能够使与该图像信号对应的图像或与对该图像信号实施图像处理后的信号对应的图像形成在液晶面板18g、18r、18b上。

镜头驱动部83在主控制部88的控制下动作，使构成投射光学系统40的一部分的光学要素借助致动器ac沿着光轴oa适当移动，由此能够在投射光学系统40进行的对屏幕的图像投射中进行变倍和对焦(变焦和对焦)。另外，镜头驱动部83通过使投射光学系统40整体在与光轴oa垂直的上下方向上移动的倾斜调整，还能够改变投射在屏幕上的图像的纵向位置。

下面，参照图2，对实施方式的投射光学系统40进行具体说明。另外，在图2等中例示的投射光学系统40为与后述的实施例1的投射光学系统41相同的结构。为了方便起见，设+y方向为上方向、-y方向为下方向。

实施方式的投射光学系统40将形成在液晶面板18g(18r、18b)上的图像投射至未图示的屏幕上。这里，在投射光学系统40与液晶面板18g(18r、18b)之间配置有相当于图1的十字分色棱镜19的棱镜pr。

投射光学系统40从放大侧起依次由具有负屈光力的第1透镜组g1、具有正屈光力的第2透镜组g2、具有正屈光力的第3透镜组g3、具有负屈光力的第4透镜组g4、具有正屈光力的第5透镜组g5、具有正屈光力的第6透镜组g6、具有正屈光力的第7透镜组g7这7个透镜组构成。

第1透镜组g1为3片结构的透镜组(透镜l11～l13)。具体而言，第1透镜组g1从放大侧起依次由2片负透镜(透镜l11、l12)和1片凹透镜(透镜l13)构成。其中的尤其是最靠放大侧的透镜即透镜l11为树脂制的非球面透镜。通过设位于最靠放大侧且处于成为最大透镜的趋势的透镜l11为非球面透镜，能够在变焦的整个区域内良好地校正畸变像差。此外，树脂制(塑料)的非球面透镜的非球面形状的自由度较高，因此，能够与视场角对应地进行最佳的畸变校正，并且，尤其是在大型化的情况下，与玻璃制的非球面透镜相比，能够低成本地制造。此外，这里，如图所示，对畸变校正进行优化的结果是，透镜l11成为特征性的m字型的形状。此外，关于透镜l11，通过预先设为光焦度较弱的透镜，例如，得到如下的结构：成为m字型的形状并且光轴方向上的厚度几乎不存在差异。

第2透镜组g2为3片结构的透镜组(透镜l21～l23)。具体而言，第2透镜组g2从放大侧起依次将贴合正透镜(透镜l21)和负透镜(透镜l22)而得到的接合透镜c21与1片凸透镜(透镜l23)组合而构成。

第3透镜组g3为2片结构的透镜组(透镜l31～l32)。具体而言，第3透镜组g3由贴合凸透镜(透镜l31)和负透镜(透镜l32)而得到的接合透镜c31构成。

第4透镜组g4为1片结构的透镜组(透镜l41)。具体而言，第4透镜组g4由1片凹透镜(透镜l41)构成。

第5透镜组g5为1片结构的透镜组(透镜l51)。具体而言，第5透镜组g5由1片正透镜(透镜l51)构成。透镜l51为玻璃制(玻璃模制)的非球面透镜。通过采用玻璃制，例如，能够进行球面像差、慧形光斑的校正。另外，透镜l51位于光束整体的大小变小的位置，因此，能够以较小的尺寸制作。

第6透镜组g6为3片结构的透镜组(透镜l61～l63)。具体而言，第6透镜组g6从放大侧起依次将贴合凹透镜(透镜l61)和凸透镜(透镜l62)而得到的接合透镜c61与凸透镜(透镜l63)组合而构成。通过由上述的透镜的组合构成第6透镜组g6，能够抑制由于变焦(变倍)产生的色像差、弧矢彗差这样的各种像差、缩小侧的远心性的变动。为了得到这样的效果，特别优选使接合透镜c61的焦距的绝对值大于50mm。

第7透镜组g7为1片结构的透镜组(透镜l71)。具体而言，第7透镜组g7由1片凸透镜(透镜l71)构成。

这里，设构成这些7个透镜组g1～g7中的第7透镜组g7的最靠缩小侧的透镜(即投射光学系统40中的最靠缩小侧的透镜)即透镜l71的色散值为νdr、第1透镜组g1中的最靠放大侧的透镜(即投射光学系统40中的最靠放大侧的透镜)即透镜l11的色散值为νdf时，投射光学系统40满足以下的条件式(1)。

(1)5<νdr-νdf<30

上述的结构的投射光学系统40能够整体上使负屈光力(光焦度)靠近放大侧，在缩小侧取得较长的后焦距。因此，例如，如图所示，在组装到投影仪的情况下，能够容易插入十字棱镜(十字分色棱镜)19、省略图示的对比度补偿元件等部件。此外，在缩小侧能够采用大致远心的结构，能够抑制投影画面的颜色不匀的产生。

下面，参照图3，说明本实施方式的投射光学系统40中的变焦动作。图3的上部示出广角端(wide)的透镜位置的状态，下部示出望远端(tele)的透镜位置的状态。即，上部示出位于广角端的投射光学系统40(投射光学系统41w)的透镜配置，下部示出位于望远端的投射光学系统40(投射光学系统41t)的透镜配置。如图3所示，在作为构成本实施方式的投射光学系统40的光学系统的透镜组g1～g7中，在从广角端向望远端变倍时，第1透镜组g1和第7透镜组g7被固定或大致固定。另一方面，如图3中箭头a2～a6所示，第2透镜组g2至第6透镜组g6移动。在该情况下，位于两端的第1透镜组g1和第7透镜组g7处于被固定或大致固定的状态，由此，容易提高投射光学系统40的装置整体的光轴精度，能够得到高质量的投影图像。

如上所述，在本实施方式的投射光学系统40以及组装有该投射光学系统40的投影仪100中，在由屈光力(光焦度)从放大侧起为负、正、正、负、正、正、正的第1～第7透镜组g1～g7的7个透镜组构成的投射光学系统40中，满足条件式(1)，并且关于光焦度配置，使负光焦度靠近放大侧。由此，能够维持足够的光学性能，能够确保对于十字棱镜等的配置而言足够的后焦距长度。

[实施例]

以下，对投射光学系统40的实施例进行说明。下面，总结了在以下说明的实施例1、2中共同的各元素的含义。

f整体系统的焦距

fnof数

r曲率半径

d轴上面间隔(透镜厚度或透镜间隔)

ndd线的折射率

νdd线的阿贝数(色散值)

νdr最靠缩小侧的透镜的阿贝数(色散值)

νdf最靠放大侧的透镜的阿贝数(色散值)

非球面利用以下的多项式(非球面式)确定。

其中，

c：曲率(1/r)

h：从光轴起的高度

k：非球面的圆锥系数

ai：非球面的高阶非球面系数

另外，面编号的最后编号表示棱镜pr的缩小侧的面。此外，在面编号的前面记载有“*”的面为具有非球面形状的面。

(实施例1)

以下的表1示出实施例1的透镜面的数据。

〔表1〕

透镜数据

(*)非球面数据

另外，在以上的表1和以下的表中，假设使用e(例如1.00e+18)表示10的幂(例如1.00×10⁺¹⁸)。

这里，作为投射光学系统的一个实施方式而示出的图2、图3还相当于实施例1的投射光学系统41(投射光学系统40)的剖视图。

以下的表2示出包含图3所示的实施例1中的变化为广角端(wide)和望远端(tele)的情况在内的投射光学系统41(投射光学系统40)的整个系统的广角端、望远端各自的实施例1的透镜面中的可变间隔部位的轴上面间隔d的值。此外，作为特性值，示出了投射光学系统41(投射光学系统40)的整个系统的焦距f和f数fno的范围、以及最靠缩小侧的透镜的阿贝数(色散值)νdr与最靠放大侧的透镜的阿贝数(色散值)νdf之差。

〔表2〕

可变间隔

特性值

图2和图3所示的实施例1的投射光学系统41(相当于投射光学系统40)以与到屏幕的距离对应的倍率对面板面pi上的像进行放大投射。特别是，图3的上部示出广角端的透镜位置的状态，下部示出望远端的透镜位置的状态。即，上部示出位于广角端的投射光学系统41(投射光学系统41w)的透镜配置，下部示出位于望远端的投射光学系统41(投射光学系统41t)的透镜配置。因此，图3整体上示出从广角端向望远端变倍时的投射光学系统41的移动的情形。

如各表的透镜数据和图3所示，关于投射光学系统41，在变焦时和对焦时，第1透镜组g1和第7透镜组g7是固定的。另一方面，在从广角端变焦到望远端时，第2透镜组g2～第6透镜组g6从缩小侧移动到放大侧。

以下，返回图2，对构成投射光学系统41的各透镜的详细情况进行说明。

第1透镜组g1由凹面朝向放大侧的负凹凸透镜即第1透镜(透镜l11)、凸面朝向放大侧的负凹凸透镜即第2透镜(透镜l12)和双凹透镜即第3透镜(透镜l13)这3片透镜构成。其中的第1透镜(透镜l11)是在两个面上实施非球面后的树脂成型透镜。

第2透镜组g2由凹面朝向放大侧的正凹凸透镜即第4透镜(透镜l21)与凹面朝向放大侧的负凹凸透镜即第5透镜(透镜l22)的接合透镜c21、以及双凸透镜即第6透镜(透镜l23)的3片透镜构成。

第3透镜组g3由双凸透镜即第7透镜(透镜l31)与凹面朝向放大侧的负凹凸透镜的第8透镜(透镜l32)的接合透镜c31的2片透镜构成。

第4透镜组g4由双凹透镜即第9透镜(透镜l41)的1片透镜构成。

第5透镜组g5由凹面朝向放大侧的正凹凸透镜即第10透镜(透镜l51)的1片透镜构成。第10透镜(透镜l51)是在两个面上实施非球面后的玻璃成形透镜。

第6透镜组g6由双凹透镜即第11透镜(透镜l61)与双凸透镜即第12透镜(透镜l62)的接合透镜c61、以及双凸透镜即第13透镜(透镜l63)的3片透镜构成。即，第6透镜组g6是从放大侧起依次将接合透镜与凸透镜组合而构成的，该接合透镜是贴合双凹透镜和双凸透镜而得到的。

第7透镜组g7由双凸透镜即第14透镜(透镜l71)的1片透镜构成。

即，投射光学系统41由14片透镜构成。14片透镜l11～l13、l21～l23、l31～l32、l41、l51、l61～l63、l71为关于光轴oa轴对称的圆形。此外，其中的第1透镜l11和第10透镜l51的两个面为非球面。其他面全部为球面。

图4、图5是投射光学系统的缩小侧像差图，图4示出广角端的像差的情形，图5示出望远端的像差的情形。并且，在各图中，从左侧起依次分别示出球面像差、像散、畸变像差。这里，示出基准波长550nm处的像差。

(实施例2)

以下的表4示出实施例2的透镜面的数据。

〔表4〕

透镜数据

(*)非球面数据

这里，图6、图7是实施例2的投射光学系统42(投射光学系统40)的剖视图，是与实施例1的图2、图3对应的图。

以下的表5示出包含图7所示的实施例2中的变化为广角端(wide)和望远端(tele)的情况在内的投射光学系统42(投射光学系统40)的整个系统的广角端、望远端各自的实施例2的透镜面中的可变间隔部位的轴上面间隔d的值。此外，作为特性值，示出了投射光学系统42(投射光学系统40)的整个系统的焦距f和f数fno的范围、以及最靠缩小侧的透镜的阿贝数(色散值)νdr与最靠放大侧的透镜的阿贝数(色散值)νdf之差。

〔表5〕

可变间隔

特性值

图6和图7所示的实施例2的投射光学系统42(相当于投射光学系统40)以与到屏幕的距离对应的倍率对面板面pi上的像进行放大投射。特别是，图7的上部示出广角端的透镜位置的状态，下部示出望远端的透镜位置的状态。即，上部示出位于广角端的投射光学系统42(投射光学系统42w)的透镜配置，下部示出位于望远端的投射光学系统42(投射光学系统42t)的透镜配置。因此，图7整体上示出从广角端向望远端变倍时的投射光学系统41的移动的情形。

如各表的透镜数据、图7所示，关于投射光学系统42，在变焦时和对焦时，第1透镜组g1和第7透镜组g7是固定的。另一方面，在从广角端变焦到望远端时，第2透镜组g2～第6透镜组g6从缩小侧移动到放大侧。

以下，返回图6，对构成投射光学系统42的各透镜的详细情况进行说明。

第1透镜组g1由凹面朝向放大侧的负凹凸透镜即第1透镜(透镜l11)、凸面朝向放大侧的负凹凸透镜即第2透镜(透镜l12)和双凹透镜即第3透镜(透镜l13)的3片透镜构成。其中的第1透镜(透镜l11)是在两个面上实施非球面后的树脂成型透镜。

第2透镜组g2由双凸透镜即第4透镜(透镜l21)与凹面朝向放大侧的负凹凸透镜即第5透镜(透镜l22)的接合透镜c21、双凸透镜即第6透镜(透镜l23)的3片透镜构成。

第3透镜组g3由双凸透镜即第7透镜(透镜l31)与双凹透镜即第8透镜(透镜l32)的接合透镜c31的2片透镜构成。

第4透镜组g4由双凹透镜即第9透镜(透镜l41)的1片透镜构成。

第5透镜组g5由凹面朝向放大侧的正凹凸透镜即第10透镜(透镜l51)的1片透镜构成。第10透镜(透镜l51)是在两个面上实施非球面后的玻璃成形透镜。

第6透镜组g6由双凹透镜即第11透镜(透镜l61)与双凸透镜即第12透镜(透镜l62)的接合透镜c61、以及双凸透镜即第13透镜(透镜l63)的3片透镜构成。

第7透镜组g7由双凸透镜即第14透镜(透镜l71)的1片透镜构成。

即，投射光学系统42由14片透镜构成。14片透镜l11～l13、l21～l23、l31～l32、l41、l51、l61～l63、l71为关于光轴oa轴对称的圆形。此外，其中的第1透镜l11和第10透镜l51的两个面为非球面。其他面全部为球面。

图8、图9是投射光学系统的缩小侧像差图，图8示出广角端的像差的情形，图9示出望远端的像差的情形。并且，在各图中，从左侧起依次分别示出了球面像差、像散、畸变像差。这里，示出基准波长550nm处的像差。

[实施例的总结]

以下，关于上述的实施例1、2，可知最靠缩小侧的透镜的阿贝数(色散值)νdr与最靠放大侧的透镜的阿贝数(色散值)νdf之差满足条件式

(1)5<νdr-νdf<30

的范围(条件)(在实施例1中，为25.66，在实施例2中，为11.82)。

如上所述，关于本实施方式的投射光学系统(投影用变焦透镜)或使用该投射光学系统的投影仪(投影型图像显示装置)，构成投射系统的透镜组为7组结构，由屈光力从放大侧起依次为负、正、正、负、正、正、正的7个透镜组g1～g7构成，其中的第7透镜组g7的最靠缩小侧的透镜l71的色散值νdr与第1透镜组g1的最靠放大侧的透镜l11的色散值νdf满足上述条件式(1)的情况下，能够整体上使负屈光力(光焦度)靠近放大侧，取得较长的后焦距。

本发明不限于上述实施方式或实施例，能够在不脱离其主旨的范围内以各种方式来实施。

例如，在各实施例中，能够在构成各透镜组的透镜的前后或之间追加1个以上的实际上不具有屈光力的透镜。

此外，投射光学系统40的放大投射的对象不限于透射型液晶面板，还能够利用反射型液晶面板放大投射所形成的图像。并且，不限定于由液晶面板形成的图像，还能够对由数字微镜器件等光调制元件形成的图像进行放大投射。此外，而且，关于光合成用的棱镜，以上例示了十字棱镜(十字分色棱镜)19，对此，还可考虑采用tir棱镜、philips棱镜等。

标号说明

a2-a6：箭头；ac：致动器；c21：接合透镜；c31：接合透镜；c61：接合透镜；g1：第1透镜组；g2：第2透镜组；g3：第3透镜组；g4：第4透镜组；g5：第5透镜组；g6：第6透镜组；g7：第7透镜组；l11-l13：透镜；l21-l23：透镜；l31-l32：透镜；l41：透镜；l51：透镜；l61-l63：透镜；l71：透镜；oa：光轴；pi：面板面；pr：棱镜；νdf、νdr：色散值(阿贝数)；10：光源；11、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；17g、17r、17b：场透镜；18g、18r、18b：液晶面板；19：十字分色棱镜；21：分色镜；22：中继透镜；23：反射镜；40、41、42、41t、41w、42t、42w：投射光学系统；50：光学系统部分；80：电路装置；81：图像处理部；82：显示驱动部；83：镜头驱动部；88：主控制部；100：投影仪。