投射用光學系統以及投射型顯示裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供在形成中間像的投射用光學系統中實現了小型化、并且為廣角且良好地修正了各種像差的具有高投射性能的投射用光學系統以及具備該投射用光學系統的投射型顯示裝置。該投射用光學系統從縮小側起依次由使圖像顯示元件上的圖像成像為中間像的第一光學系統、利用反射面將光路彎折的第一光路彎折機構、將中間像成像到放大側共軛面上的第二光學系統構成，第二光學系統從縮小側起依次由具有正光焦度的第一透鏡組、利用反射面將光路彎折的第二光路彎折機構、具有正光焦度的第二透鏡組構成，滿足下述條件式(1)和(2)：10.0＜TL1/|f|＜50.0...(1)，4.0＜TL21/|f|＜30.0...(2)。
【專利說明】
投射用光學系統從及投射型顯示裝置
技術領域
[0001] 本實用新型設及投射用光學系統W及投射型顯示裝置，尤其是設及適合在搭載有 液晶顯示元件、DMD化igital Micromirror Device:注冊商標)等光閥的投射型顯示裝置中 使用的投射用光學系統W及使用該投射用光學系統的投射型顯示裝置。
【背景技術】
[0002] 近年來，搭載有液晶顯示元件、DMD(Digi1:al Micromirror Device:注冊商標）等 光閥的投射型顯示裝置(也稱為投影儀)得W廣泛普及，并且趨于高性能化。尤其是伴隨著 光閥的分辨率有所提高，對于投射用光學系統的分辨性能也有著高度的迫切期望。
[0003] 另外，考慮到提高到屏幕為止的距離設定的自由度、室內空間內的設置性，欲將實 現了緊湊的結構、更高性能且更廣角化的通用性高的投射用光學系統搭載于投射型顯示裝 置運樣的迫切期望也日益增強。
[0004] 為了應對運樣的迫切期望，提出有利用由多片透鏡構成的第一光學系統形成中間 像、并利用同樣由多片透鏡構成的第二光學系統進行再次成像的投射用光學系統。（參照專 利文獻1、2)
[0005] 僅由通常的未形成中間像的光學系統構成的投射用光學系統在要縮短焦距而實 現廣角化時，放大側的透鏡不可避免地變得過大，但在如上述那樣進行中間成像的方式的 投射用光學系統中，能夠縮短第二光學系統的后焦距，并且能夠減小第二光學系統的放大 側的透鏡直徑，也適于縮短焦距而實現廣角化。
[0006] 在先技術文獻
[0007] 專利文獻1:國際公開第09/107553號 [000引專利文獻2:日本特開2006-330410號公報
[0009] 然而，專利文獻1中，第二光學系統為魚眼透鏡，在最終像面殘存有較大的歪曲像 差，因此不適合作為通常的投射用光學系統。另外，專利文獻2中，W中間像為界，在第一光 學系統、第二光學系統中獨立地進行像差修正，因此無法達到近來要求的等級的廣角化。此 夕h專利文獻1、2都形成一次中間像，因此透鏡全長不可避免地變大。 【實用新型內容】
[0010] 本實用新型是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種在形成中間像的投射 用光學系統中實現了小型化、并且為廣角且良好地修正了各種像差的具有高投射性能的投 射用光學系統W及具備該投射用光學系統的投射型顯示裝置。
[00川解決方案
[0012]本實用新型的投射用光學系統將在縮小側共輛面上配置的圖像顯示元件所顯示 的圖像W放大像的形式投射到放大側共輛面上，其特征在于，該投射用光學系統從縮小側 起依次由第一光學系統、利用反射面將光路彎折的第一光路彎折機構、W及第二光學系統 構成，該第一光學系統由多個透鏡構成，并使圖像顯示元件上的圖像成像為中間像，該第二 光學系統由多個透鏡構成，并將中間像成像到放大側共輛面上，第二光學系統從縮小側起 依次由具有正光焦度的第一透鏡組、利用反射面將光路彎折的第二光路彎折機構、W及具 有正光焦度的第二透鏡組構成，該投射用光學系統滿足下述條件式(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:從第一光學系統的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離；
[0017] TL21:從第一透鏡組的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離； [001引f:整個系統的焦距。
[0019] 在本實用新型的投射用光學系統中，優選滿足下述條件式(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，優選滿足下述條件式（3) W及(4)。需要說明的是，更優選滿足下述條件式 (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:第一光學系統與第二光學系統的光軸上的間隔；
[00巧]D212:第一透鏡組與第二透鏡組的光軸上的間隔；
[0030] f:整個系統的焦距。
[0031] 另外，優選滿足下述條件式(5)。需要說明的是，更優選滿足下述條件式(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:第二光學系統的焦距；
[0036] f:整個系統的焦距。
[0037] 另外，優選滿足下述條件式(6)。需要說明的是，更優選滿足下述條件式(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:縮小側的有效像圓直徑；
[0042] f2:第二光學系統的焦距；
[0043] f:整個系統的焦距。
[0044] 另外，優選滿足下述條件式(7)。需要說明的是，更優選滿足下述條件式(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:從第二光學系統的最靠放大側的面到將放大側設為入射側時的入射光瞳位 置為止的光軸上的距離；
[0049] 化2:從第二光學系統的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離。
[0050] 另外，優選滿足下述條件式(8)。需要說明的是，更優選滿足下述條件式(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;縮小側的有效像圓直徑；
[0055] 化2:從第二光學系統的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離。
[0056] 另外，優選滿足下述條件式(9)。需要說明的是，更優選滿足下述條件式(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:第一透鏡組的焦距；
[0061] f 22:第二透鏡組的焦距。
[0062] 另外，優選滿足下述條件式(10)。需要說明的是，更優選滿足下述條件式(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:整個系統的后焦距(空氣換算距離）；
[0067] f:整個系統的焦距。
[0068] 另外，優選的是，最大視場角的主光線與第二光學系統的光軸在第一透鏡組與第 二透鏡組之間相交。
[0069] 另外，也可W構成為，中間像的周邊部與光軸中屯、相比向第一光學系統側像面彎 曲。
[0070] 另外，優選第一光路彎折機構和/或第二光路彎折機構為反射鏡。
[0071] 另外，優選第一光路彎折機構和/或第二光路彎折機構配置在將光路彎折90度的 方向上。
[0072] 另外，優選將圖像顯示元件所顯示的圖像W放大像的形式向反轉了 180度的方向 進行投射。
[0073] 本實用新型的投射型顯示裝置的特征在于，具備:光源;供來自光源的光入射的光 閥；W及上述本實用新型的投射用光學系統，其作為將由光閥調光后的光所產生的光學像 投射到屏幕上的投射用光學系統。
[0074] 需要說明的是，上述"放大側"是指被投射側(屏幕側），在縮小投射的情況下，為了 便于說明也將屏幕側稱為放大側。另一方面，上述"縮小側"是指圖像顯示元件側(光閥側）， 在縮小投射的情況下，為了便于說明也將光閥側稱為縮小側。
[0075] 另外，上述"由~構成"是指，除了作為構成要素而列舉的構件W外，也可W包含不 具有屈光力的透鏡、光闊、掩膜、玻璃罩、濾光片等透鏡w外的光學要素等。
[0076] 另外，上述"透鏡組"并非必須由多個透鏡構成，也包含僅由一片透鏡構成的情況。
[0077] 另外，關于"后焦距"，是考慮到放大側、縮小側分別相當于通常的攝像透鏡的物 側、像側而將放大側、縮小側分別設為前側、后側時設定的。
[0078] 另外，上述'?ιηφ"能夠根據例如投射用光學系統的規格、搭載投射用光學系統的 裝置的規格而求出。
[0079] 另外，上述的透鏡的面形狀、光焦度的標號在包含有非球面的情況下是在近軸區 域考慮的。
[0080] 實用新型效果
[0081] 本實用新型的投射用光學系統將在縮小側共輛面上配置的圖像顯示元件所顯示 的圖像W放大像的形式投射到放大側共輛面上，該投射用光學系統從縮小側起依次由第一 光學系統、利用反射面將光路彎折的第一光路彎折機構、W及第二光學系統構成，該第一光 學系統由多個透鏡構成，并使圖像顯示元件上的圖像成像為中間像，該第二光學系統由多 個透鏡構成，并將中間像成像到放大側共輛面上，第二光學系統從縮小側起依次由具有正 光焦度的第一透鏡組、利用反射面將光路彎折的第二光路彎折機構、W及具有正光焦度的 第二透鏡組構成，該投射用光學系統滿足下述條件式（1)W及(2)，因此能夠提供實現了小 型化、并且為廣角且良好地修正了各種像差的具有高投射性能的投射用光學系統。
[0082] 10.0<TLl/|f I <50.0. . .(1)
[0083] 4.0<TL21/|f| <30.0. . .(2)
[0084] 另外，本實用新型的投射型顯示裝置由于具備本實用新型的投射用光學系統，因 此能夠使裝置小型化，并且能夠W廣角投射高畫質的圖像。
【附圖說明】
[0085] 圖1是示出本實用新型的一實施方式的投射用光學系統（與實施例1共用）的結構 的剖視圖。
[0086] 圖2是示出本實用新型的實施例2的投射用光學系統的結構的剖視圖。
[0087] 圖3是示出本實用新型的實施例3的投射用光學系統的結構的剖視圖。
[0088] 圖4是示出本實用新型的實施例4的投射用光學系統的結構的剖視圖。
[0089] 圖5是示出本實用新型的實施例5的投射用光學系統的結構的剖視圖。
[0090] 圖6是示出本實用新型的實施例6的投射用光學系統的結構的剖視圖。
[0091] 圖7是示出本實用新型的實施例7的投射用光學系統的結構的剖視圖。
[0092] 圖8是本實用新型的實施例1的投射用光學系統的各像差圖。
[0093] 圖9是本實用新型的實施例2的投射用光學系統的各像差圖。
[0094] 圖10是本實用新型的實施例3的投射用光學系統的各像差圖。
[00M]圖11是本實用新型的實施例4的投射用光學系統的各像差圖。
[0096] 圖12是本實用新型的實施例5的投射用光學系統的各像差圖。
[0097] 圖13是本實用新型的實施例6的投射用光學系統的各像差圖。
[0098] 圖14是本實用新型的實施例7的投射用光學系統的各像差圖。
[0099] 圖15是本實用新型的一實施方式的投射型顯示裝置的概要結構圖。
【具體實施方式】
[0100] W下，參照附圖對本實用新型的實施方式詳細進行說明。圖1是示出本實用新型的 一實施方式的投射用光學系統的結構的剖視圖。圖1所示的結構例與后述的實施例1的投射 用光學系統的結構共用。在圖1中，圖像顯示面Sim側為縮小側，第二光學系統G2的最終透鏡 L32側為放大側，圖示的孔徑光闊St并非一定表示大小、形狀，而表示在光軸Z上的位置。另 夕h圖1中還一并示出軸上光束waW及最大視場角的光束wb。
[0101] 該投射用光學系統例如能夠作為搭載于投射型顯示裝置并將光閥所顯示的圖像 信息向屏幕投射的投射用光學系統來使用。在圖1中，假定搭載于投射型顯示裝置的情形， 還一并圖示出假定了在顏色合成部或照明光分離部中使用的濾光片、棱鏡等的光學構件 PP、W及位于光學構件PP的縮小側的面上的光閥的圖像顯示面Sim。在投射型顯示裝置中， 在圖像顯示面Sim上被賦予了圖像信息的光束經由光學構件PP而入射至該投射用光學系 統，通過該投射用光學系統被投射到未圖示的屏幕上。
[0102] 如圖1所示，該投射用光學系統從縮小側起依次由第一光學系統G1、利用反射面將 光路彎折的第一光路彎折機構R1、W及第二光學系統G2構成，該第一光學系統G1由多個透 鏡構成，并使圖像顯示元件上的圖像成像為中間像，該第二光學系統G2由多個透鏡構成，并 將中間像成像到放大側共輛面上。
[0103] 第二光學系統G2從縮小側起依次由具有正光焦度的第一透鏡組G21、利用反射面 將光路彎折的第二光路彎折機構R2、W及具有正光焦度的第二透鏡組G22構成。
[0104] 僅由通常的未形成中間像的光學系統構成的投射用光學系統在要縮短焦距而實 現廣角化時，放大側的透鏡不可避免地變得過大，但在如本實施方式那樣進行中間成像的 方式的投射用光學系統中，能夠縮短第二光學系統G2的后焦距，并且能夠減小第二光學系 統G2的放大側的透鏡直徑，適于縮短焦距而實現廣角化。
[0105] 另外，通過在投射用光學系統的中間位置處配置光路彎折機構，與在投射用光學 系統的放大側配置光路彎折機構的情況相比，能夠使光路彎折機構小型化。另外，通過在投 射用光學系統中設置兩個光路彎折機構，投射用光學系統整體的小型化、投射方向的控制 變得容易。
[0106] 需要說明的是，本實施方式的投射用光學系統構成為，縮小側為遠屯、結構。在此 "縮小側為遠屯、結構"是指，在從放大側朝向縮小側的方向上對光束進行觀察時，在聚光于 作為縮小側共輛面的圖像顯示面Sim的任意點的光束剖面上，上側的最大光線與下側的最 大光線之間的角平分線與光軸Z接近于平行的狀態。但并不限于完全為遠屯、結構的情況，即 并不限于上述角平分線相對于光軸Z完全平行的情況，也包括存在少許誤差的情況。在此 "存在少許誤差的情況"是指，上述角平分線相對于光軸Z的斜率為-3°~+3°的范圍內的情 況。
[0107] 另外，構成為滿足下述條件式(1)W及(2)。
[0108] 條件式（1)規定了第一光學系統G1的透鏡長與整個系統的焦距之比，通過滿足條 件式（1)，能夠良好地保持第一光學系統的轉像(relay)倍率，在兼顧廣角化和各種像差的 修正的同時實現小型化。通過避免成為條件式（1)的上限W上，能夠抑制第一光學系統G1的 透鏡長變得過大，從而能夠實現小型化。通過避免成為條件式（1)的下限W下，能夠抑制第 一光學系統G1的轉像倍率變得過大，其結果是能夠防止第二光學系統G2的透鏡直徑的大型 化。另外，在第二光學系統G2中的歪曲像差、像面彎曲的修正也變得容易。此外，由于能夠抑 制從第一光學系統G1向第二光學系統G2的射出角在發散方向上變得過大，因此容易確保用 于光路彎折的空間。
[0109] 條件式(2)規定了第一透鏡組G21的透鏡長與整個系統的焦距之比，通過滿足條件 式(2)，能夠在適當地保持第一光路彎折機構R1與第二光路彎折機構R2的間隔的同時實現 小型化。通過避免成為條件式(2)的上限W上，能夠抑制第一透鏡組G21的透鏡長變得過大， 因此能夠實現小型化。通過避免成為條件式(2)的下限W下，能夠抑制第一光路彎折機構R1 與第二光路彎折機構R2的間隔變得過窄，因此能夠消除干設的可能性。
[0110] 需要說明的是，若滿足下述條件式(1-1)和/或(2-1)，則能夠獲得更好的特性。
[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:從第一光學系統的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離；
[0117] TL21:從第一透鏡組的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離； [011引f:整個系統的焦距。
[0119] 在本實施方式的投射用光學系統中，優選滿足下述條件式(3) W及(4)。
[0120] 條件式(3)規定了第一光學系統G1與第二光學系統G2的間隔和整個系統的焦距之 比，通過避免成為條件式(3)的上限W上，能夠抑制第一光學系統G1與第二光學系統G2的間 隔變得過大，因此能夠實現小型化。通過避免成為條件式(3)的下限W下，能夠確保放入第 一光路彎折機構R1的空間充裕，因此能夠避開中間像的成像面附近地配置第一光路彎折機 構R1，因此能夠降低在第一光路彎折機構R1上的灰塵、傷痕等映在屏幕上的可能性。
[0121] 條件式（4)規定了第一透鏡組G21與第二透鏡組G22的間隔和整個系統的焦距之 比，通過避免成為條件式(4)的上限W上，能夠抑制第一透鏡組G21與第二透鏡組G22的間隔 變得過大，因此能夠實現小型化。通過避免成為條件式(4)的下限W下，能夠確保放入第二 光路彎折機構R2的空間充裕。
[0122] 需要說明的是，若滿足下述條件式(3-1)和/或(4-1)，則能夠獲得更好的特性。
[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:第一光學系統與第二光學系統的光軸上的間隔；
[01巧]D212:第一透鏡組與第二透鏡組的光軸上的間隔；
[0130] f:整個系統的焦距。
[0131] 另外，優選滿足下述條件式(5)。條件式(5)規定了第二光學系統G2與整個系統的 焦距之比，運相當于形成中間像的第一光學系統G1的轉像倍率，通過滿足條件式(5)，能夠 適當地設定w轉像方式實現廣角化所需要的轉像倍率，由此能夠實現廣角化，并且能夠適 當地修正因廣角化而成為問題的各種像差。通過避免成為條件式巧）的上限W上，能夠抑制 轉像倍率變大而使中間像的尺寸變大的情況，因此能夠防止第二光學系統G2的透鏡直徑的 大型化。另外，能夠容易修正第二光學系統G2中的歪曲像差、像面彎曲。第二光學系統G2所 要求的FNo.是整個系統的FNo.X轉像倍率，通過避免成為條件式(5)的下限W下，能夠防止 第二光學系統G2所要求的F值(FNo.)變得過小，因此能夠容易進行與廣角化和適度小的F值 的透鏡對應的像差修正(尤其是球面像差、像散）。需要說明的是，若滿足下述條件式(5-1)， 則能夠獲得更好的特性。
[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:第二光學系統的焦距；
[0136] f:整個系統的焦距。
[0137] 另外，優選滿足下述條件式(6)。條件式(6)規定了縮小側的有效像圓直徑、第二光 學系統G2的焦距、整個系統的焦距的關系，通過避免成為條件式(6)的上限W上，能夠防止 有效像圓直徑相對于整個系統的焦距變得過大，并且能夠防止第二光學系統G2的屈光力相 對于整個系統的焦距變得過弱，因此能夠實現第二光學系統G2的透鏡直徑的小型化、W及 整個系統的小型化。通過避免成為條件式(6)的下限W下，能夠防止有效像圓直徑相對于整 個系統的焦距變得過小，并且能夠防止第二光學系統G2的屈光力相對于整個系統的焦距變 得過強，因此第二光學系統G2所要求的像差修正(尤其是球面像差、像散)得W緩和，因此能 夠容易實現高性能。需要說明的是，若滿足下述條件式(6-1)，則能夠獲得更好的特性。
[013引 8.20<扣1巧·巧樂<20.㈱...（反）
[0139] 8.30<Ιπιφ · β/#<16.00... (6-1)
[0140] 其中，
[0141] I ιηφ;縮小側的有效像圓直徑；
[0142] f2:第二光學系統的焦距；
[0143] f:整個系統的焦距。
[0144] 另外，優選滿足下述條件式(7)。條件式(7)規定了從第二光學系統G2的最靠放大 側的面到將放大側設為入射側時的入射光瞳位置為止的光軸上的距離與第二光學系統G2 的透鏡全長之比，在未形成一次中間像的通常的光學系統中，需要確保較長的后焦距，但在 本實施方式中，通過形成一次中間像，無需在第二光學系統G2中確保較長的后焦距，因此與 未形成一次中間像的通常的光學系統相比，能夠使入射光瞳位置更靠近放大側，能夠減小 第二光學系統G2的最靠放大側的透鏡直徑并且實現廣角化，條件式(7)用于滿足運種情況。 通過避免成為條件式(7)的上限W上，能夠使入射光瞳位置更加位于放大側，容易確保所希 望的視場角。通過避免成為條件式(7)的下限W下，能夠抑制第二光學系統G2的透鏡全長過 大，并且能夠抑制第二光學系統G2的最靠放大側的透鏡直徑的大型化。需要說明的是，若滿 足下述條件式(7-1)，則能夠獲得更好的特性。
[0145] 0.020<enP/TL2<0.160. . .(7)
[0146] 0.050<enP/TL2<0.145. . .(7-1)
[0147] 其中，
[0148] enP:從第二光學系統的最靠放大側的面到將放大側設為入射側時的入射光瞳位 置為止的光軸上的距離；
[0149] 化2:從第二光學系統的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離。
[0150] 另外，優選滿足下述條件式(8)。條件式(8)規定了縮小側的有效像圓直徑與第二 光學系統G2的透鏡全長之比，通過避免成為條件式(8)的上限W上，能夠抑制因過度的小型 化而引起的第二光學系統G2內的單個透鏡的誤差靈敏度過高，能夠維持制造性。通過避免 成為條件式(8)的下限W下，能夠獲得所希望的有效像圓直徑的大小，并且能夠抑制第二光 學系統G2的透鏡全長過大。需要說明的是，若滿足下述條件式(8-1)，則能夠獲得更好的特 性。
[0151] 0.125 <iin(p/TL2<0.240... (8)
[015^ 0.130<InK()/TL2<0.20()... (8-.1)
[0153] 其中，
[0154] 比專嫌小側的有效像圓直徑；
[0155] 化2:從第二光學系統的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離。
[0156] 另外，優選滿足下述條件式(9)。條件式(9)規定了第二光學系統G2的第一透鏡組 G21與第二透鏡組G22的焦距之比，通過避免成為條件式(9)的上限W上，能夠抑制第一透鏡 組G21的屈光力相對于第二透鏡組G22過強，能夠防止用于向第一光學系統G1入射的入射角 增大，因此能夠容易進行第一光學系統G1中的像差修正。通過避免成為條件式(9)的下限W 下，能夠抑制第二透鏡組G22的屈光力相對于第一透鏡組G21過強，因此容易進行第二透鏡 組G22中的歪曲像差的修正。需要說明的是，若滿足下述條件式(9-1)，則能夠獲得更好的特 性。
[0157] 0.30<f22/f2K2.00. ..(9)
[015引 0.40<f22/f21<1.70. . .(9-1)
[0159] 其中，
[0160] f 21:第一透鏡組的焦距；
[0161] f 22:第二透鏡組的焦距。
[0162] 另外，優選滿足下述條件式（10)。條件式（10)規定了整個系統的后焦距，且設定了 在整個系統的縮小側配置顏色合成用的棱鏡等的空間所需的足夠的后焦距。通過避免成為 條件式（10)的下限W下，能夠抑制后焦距過短，因此容易進行顏色合成棱鏡等的配置。需要 說明的是，若滿足下述條件式（10-1)，則能夠獲得更好的特性。通過避免成為條件式(10-1) 的上限W上，能夠抑制后焦距過長，因此能夠實現小型化。
[0163] 4.0<Bf/|f I . . .(10)
[0164] 5.0<Bf/|f I <20.0. . .(10-1)
[01化]其中，
[0166] Bf:整個系統的后焦距(空氣換算距離）；
[0167] f:整個系統的焦距。
[0168] 另外，優選最大視場角的主光線與第二光學系統G2的光軸在第一透鏡組G21與第 二透鏡組G22之間相交。通過采用運樣的結構，能夠使在第二光學系統G2上配置的第二光路 彎折機構R2的尺寸小型化。
[0169] 另外，也可W構成為，中間像的周邊部與光軸中屯、相比向第一光學系統側像面彎 曲。運樣，第一光學系統G1與第二光學系統G2不是獨立地進行像差修正，而進行使歪曲像 差、像散等殘留在第一光學系統中并在第二光學系統G2中將它們抵消運樣的像差修正，由 此即便是較少的透鏡片數也能夠實現廣角化并且能夠改善各種像差。
[0170] 另外，優選第一光路彎折機構和/或第二光路彎折機構為反射鏡。運樣，通過使用 反射鏡，與棱鏡相比，不會導致因構件的透射率引起的光量降低，也難W受到熱的影響，在 重量方面還能夠實現輕型化。另外，由于運樣的原因，在構成為在各光路彎折機構的部分處 進行水平方向振動、垂直方向振動的情況下，在特性、制造性方面也是有利的。
[0171] 另外，優選第一光路彎折機構和/或第二光路彎折機構配置在將光路彎折90度的 方向上。通過采用運樣的結構，能夠高效地實現投射用光學系統整體的小型化。
[0172] 另外，優選將圖像顯示元件所顯示的圖像W放大像的形式向反轉了 180度的方向 進行投射。通過采用運樣的結構，能夠使包括從屏幕到投射用光學系統在內的系統整體的 尺寸小型化。
[0173] 接著，對本實用新型的投射用光學系統的數值實施例進行說明。
[0174] 首先，對實施例1的投射用光學系統進行說明。圖1示出表示實施例1的投射用光學 系統的結構的剖視圖。需要說明的是，在圖及與后述的實施例2~7對應的圖2~7中，圖 像顯示面Sim側為縮小側，第二光學系統G2的最終透鏡L32(僅在實施例5中是最終透鏡L34) 側為放大側，圖示的孔徑光闊St并非一定表示大小、形狀，而表示在光軸Z上的位置。另外， 圖1~7中還一并示出軸上光束waW及最大視場角的光束wb。
[0175] 實施例1的投射用光學系統從縮小側起依次由第一光學系統G1、第一光路彎折機 構R1、W及第二光學系統G2構成，第一光學系統G1由透鏡L1~L10運10片透鏡構成，第二光 學系統G2由透鏡L21~L32運12片透鏡構成。另外，第二光學系統G2從縮小側起依次由第一 透鏡組G21、第二光路彎折機構R2、W及第二透鏡組G22構成，第一透鏡組G21由透鏡L21~ L26運6片透鏡構成，第二透鏡組G22由透鏡L27~L32運6片透鏡構成。
[0176] 表1示出實施例1的投射用光學系統的基本透鏡數據，表2示出與各種因素相關的 數據，表3示出與非球面系數相關的數據。W下關于表中的標號的含義，W實施例1的投射用 光學系統為例進行說明，但關于實施例2~7也基本相同。
[0177] 在表1的透鏡數據中，面編號一欄示出將最靠放大側的構成要素的面設為第一個 隨著朝向縮小側而依次增加的面編號，曲率半徑一欄示出各面的曲率半徑，面間隔一欄示 出各面與其下一個面的光軸Z上的間隔。另外，nd-欄示出各光學要素的相對于d線（波長 587.6皿)的折射率，vd-欄示出各光學要素的相對于d線(波長587.6皿)的阿貝數。運里，關 于曲率半徑的標號，W面形狀向放大側凸出的情況作為正，W面形狀向縮小側凸出的情況 作為負。基本透鏡數據中還一并示出孔徑光闊St、光學構件PP。相對于孔徑光闊St的面的面 編號一欄中與面編號一起記載有(光闊)運樣的語句。
[017引表2的與各種因素相關的數據示出焦距f、后焦距Bf、F值FNo、全視場角2 ω的值。
[0179]需要說明的是，基本透鏡數據W及與各種因素相關的數據所示的數值是W整個系 統的焦距的絕對值為1的方式而進行了規格化。另外，各表的數值是取整為規定位數的值。
[0180] 在表1的透鏡數據中，在非球面的面編號上標注有*記號，作為非球面的曲率半徑 而示出近軸的曲率半徑的數值。表3的與非球面系數相關的數據示出非球面的面編號、W及 與運些非球面相關的非球面系數。非球面系數是下述公式所表示的非球面式中的各系數 KA、Am(m = 3 ~17)的值。
[0181] Zd = C · h2/{l+(l-KA · C2 · h2)i/2}+SAm ·護
[0182] 其中，
[0183] Zd:非球面深度(從高度為h的非球面上的點向非球面頂點相接的垂直于光軸的平 面引出的垂線的長度）；
[0184] h:高度(距光軸的距離）；
[0185] C:近軸曲率半徑的倒數；
[0186] KA、Am:非球面系數(m = 3~17)。
[0187] 【表1】
[0188] 實施例1·透鏡數據
[0189]
[0190] ~第二光路彎折機構:從12面起向縮小側4.9115的I位置 ' '
[0191] 第一光路彎折機構:從22面起向縮小側10.0606的位置
[0192] 【表2】
[0193] 實施例1 .各種因素(d線）
[0194]
[0195] 【表3】
[0196] 實施例1·非球面系數
[0197] _
~圖8示出實施例1的投射用光學系統的各像差圖。需要說明的是，從圖8中的左側起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 圖中，示出Wd線(波長587.6nm)為基準波長的像差。在球面像差圖中，分別W實線、長虛線、 短虛線的實線示出關于d線(波長587.6nm)、C線(波長656.3nm)、F線(波長486.1nm)的像差。 在像散圖中，分別W實線和短虛線示出徑向、切向的像差。在倍率色差圖中，分別W長虛線、 短虛線示出關于C線（波長656.化m)、F線（波長486.1nm)的像差。球面像差圖的FNo.是指F 值，其他像差圖的ω是指半視場角。
[0200] 需要說明的是，基本透鏡數據W及與各種因素相關的數據所示的數值、各像差圖 全部是有限的投射距離下的數值、各像差圖，在實施例1中示出投射距離為121.950時的數 據。
[0201] 只要未特別說明，則上述的實施例1的說明所述的各數據的記號、含義、記載方法 在W下的實施例中也相同，因此W下省略重復說明。
[0202] 接著，對實施例2的投射用光學系統進行說明。圖2示出表示實施例2的投射用光學 系統的結構的剖視圖。實施例2的投射用光學系統除了第一光學系統G1由透鏡L1~L9運9片 透鏡構成W外，是與實施例1相同的結構。另外，表4示出實施例2的投射用光學系統的基本 透鏡數據，表5示出與各種因素相關的數據，表6示出與非球面系數相關的數據，圖9示出各 像差圖。在實施例2中，示出投射距離為121.933時的數據。
[0203] 【表4】
[0204] 實施例2 .透鏡數據
[02 化]_
[0206] ~第二光路彎折機構:從12面起向縮小側4.9674的位置
[0207] 第一光路彎折機構:從22面起向縮小側11.3838的位置 [020引【表5】
[0209] 實施例2 ·各種因素(d線）
[0210]
[0211] 【表6】
[0212] 實施例2·非球面系數
[0213]
[0214]
[0215] 接著，對實施例3的投射用光學系統進行說明。圖3示出表示實施例3的投射用光學 系統的結構的剖視圖。實施例3的投射用光學系統除了第一光學系統G1由透鏡L1~L9運9片 透鏡構成W外，是與實施例1相同的結構。另外，表7示出實施例3的投射用光學系統的基本 透鏡數據，表8示出與各種因素相關的數據，表9示出與非球面系數相關的數據，圖10示出各 像差圖。在實施例3中，示出投射距離為121.682時的數據。
[0216] 【表7】
[0217] 實施例3.透鏡數據 [021 引
[0219] ~~第二光路彎折機構:從12面起向縮小側3.9396的位置
[0220] 第一光路彎折機構:從22面起向縮小側10.7955的位置
[0221] 【表8】
[0222] 實施例3 ·各種因素 (d線）
[0223]
[0224] 【表9】
[02巧]實施例3 ·非球面系數
[0226]
[022引接著，對實施例4的投射用光學系統進行說明。圖4示出表示實施例4的投射用光學 系統的結構的剖視圖。實施例4的投射用光學系統是與實施例1相同的結構。另外，表10示出 實施例4的投射用光學系統的基本透鏡數據，表11示出與各種因素相關的數據，表12示出與 非球面系數相關的數據，圖11示出各像差圖。在實施例4中，示出投射距離為121.811時的數 據。
[0229] 【表10】
[0230] 實施例4 .透鏡數據
[0231]
[0232] 第二光路彎折機構:從12面起向縮小側5.1903的位置
[0233 ] 第一光路彎折機構:從22面起向縮小側10.9631的位置
[0234] 【表11】
[0235] 實施例4·各種因素(d線）
[0236]
[0237] 【表12】
[0238] 實施例4 ·非球面系數
[0239]
[0240]_
胃[0241]接著，對實施例5的投射用光學系統進行說明。圖5示出表示實施例5的投射用光學 系統的結構的剖視圖。實施例5的投射用光學系統中，第一光學系統G1由透鏡L1~L8運8片 透鏡構成，第二光學系統G2的第一透鏡組G21由透鏡L21~L27運7片透鏡構成，第二透鏡組 G22由透鏡L28~L34運7片透鏡構成。另外，表13示出實施例5的投射用光學系統的基本透鏡 數據，表14示出與各種因素相關的數據，表15示出與非球面系數相關的數據，圖12示出各像 差圖。在實施例5中，示出投射距離為193.485時的數據。
[0242] 【表13】
[0243] 實施例5 .透鏡數據
[0244]
[0245] 第二光路彎折機構:從14面起向縮小側5.4792的位置
[0246] 第一光路彎折機構:從26面起向縮小側13.9124的位置
[0247] 【表14】
[0248] 實施例5 ·各種因素(d線）
[0249]
[ο巧0]【表15】
[0251] 實施例5 ·非球面系數
[0 巧 2]
[0254]接著，對實施例6的投射用光學系統進行說明。圖6示出表示實施例6的投射用光學 系統的結構的剖視圖。實施例6的投射用光學系統除了第一光學系統G1由透鏡L1~L9運9片 透鏡構成W外，是與實施例1相同的結構。另外，表16示出實施例6的投射用光學系統的基本 透鏡數據，表17示出與各種因素相關的數據，表18示出與非球面系數相關的數據，圖13示出 各像差圖。在實施例6中，示出投射距離為193.30別寸的數據。
[0巧5]【表16】
[0256]實施例6 .透鏡數據 「0巧71
[0258] ~第二光路彎折機構:從12面起向縮小側5.2780的位置 ' '
[0259] 第一光路彎折機構:從22面起向縮小側10.8979的位置
[0260] 【表17】
[0261] 實施例6·各種因素(d線）
[0262] _
[0%3]【表18】
[0264] 實施例6 ·非球面系數
[0%5]_
[0267]接著，對實施例7的投射用光學系統進行說明。圖7示出表示實施例7的投射用光學 系統的結構的剖視圖。實施例7的投射用光學系統除了第一光學系統G1由透鏡L1~L8運8片 透鏡構成W外，是與實施例1相同的結構。另外，表19示出實施例7的投射用光學系統的基本 透鏡數據，表20示出與各種因素相關的數據，表21示出與非球面系數相關的數據，圖14示出 各像差圖。在實施例7中，示出投射距離為193.142時的數據。
[0%引【表19】
[0269] 實施例7 .透鏡數據
[0270]
[0271 ] 第二光路彎折機構:從12面起向縮小側5.5874的位置
[0272] 第一光路彎折機構:從22面起向縮小側12.2873的位置
[0273] 【表20】
[0274] 實施例7 ·各種因素(d線）
[0275] _
腳6]【表21】
[0277] 實施例7 ·非球面系數 [027引
[0280]表22示出實施例1~7的投射用光學系統的與條件式（1)~（10)對應的值。需要說 明的是，所有實施例均Wd線作為基準波長，下述的表22所示的值是在該基準波長下的值。
[0281] 【表22】
[0282]
[0283] 根據W上的數據可知，實施例1~7的投射用光學系統全部滿足條件式（1)~（10)， 是實現小型化、并且具有135° W上的廣角且良好地修正了各種像差的具有高投射性能的投 射用光學系統。
[0284] 接著，使用圖15對本實用新型所設及的投射型顯示裝置的實施方式進行說明。圖 15是本實用新型的一實施方式的投射型顯示裝置的概要結構圖。
[0285] 圖15所示的投射型顯示裝置100具備本實用新型的實施方式的投射用光學系統 10、光源20、作為與各顏色光對應的光閥的透射型顯示元件11a~11c、W及將來自光源20的 光束導入光閥的照明光學部30。照明光學部30具有用于顏色分解的二向色鏡12、13;用于顏 色合成的十字二向色棱鏡14;聚光透鏡16a~16c; W及全反射鏡18a~18c。需要說明的是， 圖15中概要地圖示出投射用光學系統10。另外，在光源20與二向色鏡12之間配置有復眼等 (fly-eye)積分儀（integrator )，但圖15中省略了其圖示。
[0286] 來自光源20的白色光在照明光學部30中被二向色鏡12、13分解成Ξ種顏色光光束 (G光、B光、R光)之后，分別通過全反射鏡18a~18c而使光路偏置并經由聚光透鏡16a~16c 入射至與各顏色光光束分別對應的透射型顯示元件11a~11c并被調光，在通過十字二向色 棱鏡14進行了顏色合成之后，入射至投射用光學系統10。投射用光學系統10將由透射型顯 示元件11a~11c調光后的光所產生的光學像投射到未圖示的屏幕上。
[0287] 作為透射型顯示元件11a~11c，能夠使用例如透射型液晶顯示元件等。需要說明 的是，圖15中示出使用透射型顯示元件作為光閥的例子，但本實用新型的投射型顯示裝置 所具備的光閥并不局限于此，也可W使用反射型液晶顯示元件或DMD等其他的調光機構。
[0288] 本實施方式的投射型顯示裝置100具備本實用新型的投射用光學系統10,因此能 夠使裝置小型化，并且能夠W廣角投射高畫質的圖像。
[0289] W上，列舉實施方式W及實施例對本實用新型進行了說明，但本實用新型并不局 限于上述實施方式W及實施例，能夠進行各種變形。例如，各透鏡的曲率半徑、面間隔、折射 率、阿貝數、非球面系數的值并不局限于上述各實施例所示的值，能夠采用其他值。
【主權項】
1. 一種投射用光學系統，其將在縮小側共輒面上配置的圖像顯示元件所顯示的圖像以 放大像的形式投射到放大側共輒面上， 所述投射用光學系統的特征在于， 從縮小側起依次由第一光學系統、利用反射面將光路彎折的第一光路彎折機構、以及 第二光學系統構成，所述第一光學系統由多個透鏡構成，并使所述圖像顯示元件上的圖像 成像為中間像，所述第二光學系統由多個透鏡構成，并將所述中間像成像到所述放大側共 輒面上， 所述第二光學系統從縮小側起依次由具有正光焦度的第一透鏡組、利用反射面將光路 彎折的第二光路彎折機構、以及具有正光焦度的第二透鏡組構成， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(1)和(2): 10.0<TLl/|f | <50.0. . .(1) 4.0<TL21/|f | <30.0. . .(2) 其中， TL1:從所述第一光學系統的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離； TL21:從所述第一透鏡組的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離； f:整個系統的焦距。2. 根據權利要求1所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(1-1)和/或(2-1): 15.0<TLl/|f| <40.0. . .(1-1) 6.0<TL21/|f| <20.0. ? .(2-1)。3. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(3)和(4): 8.0<D12/|f | <30.0. . .(3) 5.0<D212/|f | <20.0. . .(4) 其中， D12:所述第一光學系統與所述第二光學系統的光軸上的間隔； D212:所述第一透鏡組與所述第二透鏡組的光軸上的間隔。4. 根據權利要求3所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(3-1)和/或(4-1): 10.0<D12/|f| <25.0. . .(3-1) 6.0<D212/|f| <15.0. ? .(4-1)。5. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(5): 1.50<f2/|f | <2.80. . .(5) 其中， f2:所述第二光學系統的焦距。6. 根據權利要求5所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(5-1): 1.52<f2/|f| <2.20. ? .(5-1)。7. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(6): 8.20<Im(|) ? f2/f <20.00... (6) 其中， I m tp:縮小側的有效像圓直徑； f2:所述第二光學系統的焦距。8. 根據權利要求7所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(6-1): OOCImtp ? Q/fc 16.00... (6-i)。9. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(7): 0.020<enP/TL2<0.160. . .(7) 其中， enP:從所述第二光學系統的最靠放大側的面到將放大側設為入射側時的入射光瞳位 置為止的光軸上的距離； TL2:從所述第二光學系統的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離。10. 根據權利要求9所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(7-1): 0.050<enP/TL2<0.145. . ,(7-1)〇11. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(8): 0.125<lni(p/TL2<0.240... (8) 其中， Iracp;縮小側的有效像圓直徑； TL2:從所述第二光學系統的最靠縮小側的面到最靠放大側的面為止的光軸上的距離。12. 根據權利要求11所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(8-1): (U30<Im(p/TL2<0.200... (8-1)。13. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(9): 0.30<f22/f21<2.00. . .(9) 其中， m:所述第一透鏡組的焦距； f22:所述第二透鏡組的焦距。14. 根據權利要求13所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(9-1): 0.40<f22/f21<1.70. ? .(9-1)。15. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述投射用光學系統滿足下述條件式(10): 4.0<Bf/|f | . . .(10) 其中， Bf:整個系統的后焦距。16. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 最大視場角的主光線與所述第二光學系統的光軸在所述第一透鏡組與所述第二透鏡 組之間相交。17. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述中間像的周邊部與光軸中心相比向所述第一光學系統側像面彎曲。18. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 所述第一光路彎折機構和/或所述第二光路彎折機構配置在將光路彎折90度的方向 上。19. 根據權利要求1或2所述的投射用光學系統，其特征在于， 將所述圖像顯示元件所顯示的圖像以所述放大像的形式向反轉了 180度的方向進行投 射。20. -種投射型顯示裝置，其特征在于， 所述投射型顯示裝置具備： 光源； 供來自該光源的光入射的光閥；以及 權利要求1至19中任一項所述的投射用光學系統，其作為將由該光閥調光后的光所產 生的光學像投射到屏幕上的投射用光學系統。
【文檔編號】G02B13/22GK205485026SQ201620133306
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月22日
【發明人】天野賢
【申請人】富士膠片株式會社