CN105892027B - 投影光学*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种投影光学***，在应用于接近型的投影机时，能够覆盖大的变倍范围，并且也能够应对高分辨率的图像显示元件。在第1‑2透镜组(42)中具有非球面树脂透镜(L14)和透镜(L16)，由此能够进行用于将像差变动抑制得小的有效的校正，此时，在透镜(L14、L16)之间配置球面的玻璃透镜(L15)，由此控制入射至树脂透镜(L16)的光线角度，使树脂透镜(L14、L16)的光焦度变小而能够防止树脂透镜(L16)的形状的偏差。由此，即便在第2光学组(40b)由1个镜体(MR)构成的情况下，也能够使1次像包含适当的像差而使得经过第2光学组(40b)最终在屏幕上投影的图像形成为像差小的良好图像。

Description

投影光学***
技术领域
本发明涉及适合组装于将图像显示元件的图像进行放大投影的投影机的投影光学***。
背景技术
作为通过具有半视场角60度左右的广视场角而能够从近距离投影来得到大画面的投影机用的投影光学***，提出了一种由多个透镜构成的折射光学***(参照专利文献1)。但是，在欲利用仅包括透镜的折射光学***得到非常广的视场角的情况下，具有尤其是位于放大侧的透镜会非常大的缺点。另外，当欲利用折射光学***进行广视场角化时，尤其为了校正由位于放大侧的光焦度强的负弯月形透镜产生的倍率色像差，而需要非常多的透镜个数。
作为消除折射光学***的缺点的方法，提出了一种使用由多个透镜构成的折射光学***和至少1个曲面反射镜的折射/反射复合光学***(例如参照专利文献2、3等)。在上述折射/反射型复合光学***中，使用反射镜作为得到最终的广视场角的手段，因而，与上述的仅使用透镜的折射光学***相比较，具有不易产生倍率色像差的特征。
但是，例如在专利文献2(日本特开2006-235516号)中，使用折射光学***和凹面镜而具有非常广的视场角，但是曲面镜非常大，此外，全长也非常长。另外，在专利文献3(日本特开2007-079524号)中，例如第8实施例中视场角为60度左右，并且将凹面镜与凸面镜组合，从而使镜体尺寸变小。然而，与上述的专利文献2同样，全长非常长。另外，F值为3左右这样暗，作为使用透射型的液晶的光学***，在明亮度的方面上也是无法令人十分满意的。此外，构成的2个镜体是非球面，从精度、组装的观点出发难度非常高。
如上所述，在折射/反射型复合光学***中，虽然能得到超广视场角，但是存在难以缩短全长、并且镜体的尺寸会变大这一缺点，适用于如背投式投影机那样在大的壳体中将光学***弯折地配置那样的用途，但是，不适用于如正面投影式投影机那样重视可移动性的设备。
与此相对，已知有在正面投影式投影机用途中使用反射镜的技术(专利文献4、5等)。例如，在专利文献4(日本特开2008-250296号)中，通过将1或2个非球面透镜配置在非球面镜前来形成为紧凑的构成，但在F值为1.7左右的明亮的***中，变倍的范围窄至1.2倍左右。相反地，在变倍范围为2倍左右的***中，F值为1.85左右这样暗。另外，例如在专利文献5(日本特开2012-203139号)中，通过在折射光学***的最靠镜体侧配置正透镜而能够使镜体小型化，进而，能够使光学***整体小型化。然而，由于仅能应对到F值为1.8左右，因此，在明亮度方面上仍有不足之处。
另外，以往，接近用途的投影机在对于固定的屏幕为天花板设置和/或壁面设置之类的设置时，多以固定的方式使用。但是，近年来，如下的期望渐高：不仅能够应对于将投影机纵置、以比较小的投影尺寸来向桌面投影，还能够应对于使该投影机移动到比较宽敞的房间等中而进行大画面投影用。在进行大画面投影的情况下，为了在比较明亮的场所也能够得到充分的对比度，而要求再明亮些许的光学***。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本特开2007-147970号公报
专利文献2：日本特开2006-235516号公报
专利文献3：日本特开2007-079524号公报
专利文献4：日本特开2008-250296号公报
专利文献5：日本特开2012-203139号公报
发明内容
本发明是鉴于上述背景而做出的，目的在于提供一种在用于接近型投影机时能够覆盖大的变倍范围并且也能够应对高分辨率的图像显示元件的投影光学***。
为了达成上述目的，本发明的投影光学***从缩小侧起依次包括第1光学组和第2光学组，所述第1光学组包括多个透镜，具有正光焦度，所述第2光学组包括1个具有凹面非球面形状的反射面，第1光学组包括以最宽的空气间隔为界在缩小侧的第1-1透镜组和在放大侧的第1-2透镜组，第1-1透镜组具有正光焦度，第1-2透镜组具有与第1-1透镜组的光焦度相比较弱的正光焦度或负光焦度，第1-2透镜组包括至少2个树脂非球面透镜、和配置在2个树脂非球面透镜之间的至少1个玻璃透镜。在此，关于透镜或者透镜组的光焦度的比较，相对弱是指在比较光焦度的绝对值的情况下小。即，上文中，关于第1-2透镜组所具有的光焦度，其绝对值比第1-1透镜组所具有的光焦度的绝对值小。
首先，在上述那样的构成的情况下，第1光学组发挥使物体(即面板部分)的像一度在第2光学组的镜体的跟前成像而形成用于利用第2光学组的镜体在屏幕再次成像的1次像的作用。此时，由于第2光学组仅由1个镜体构成，因此，难以单独地对像差进行校正，因此，为了利用第2光学组最终在屏幕上得到像差少的图像，需要在第1光学组中形成包含像差的1次像。
进而，在上述那样的构成的超广角投影光学***中，若使投影倍率变化，则由于视场角非常大，像差变动容易变大，第1光学组需要是即便使成像倍率变化也能够形成包含与该变化对应的像差的1次像。
对此，在本发明的投影光学***中，如上述那样，第1-2透镜组包括至少2个树脂非球面透镜，由此能够形成在屏幕上得到良好的图像所需的1次像，在应用于接近型的投影机时，能够覆盖大的变倍范围，也能够应对高分辨率的图像显示元件。
尤其是，为了得到应对高清晰度的面板、对比度高并且歪曲(歪曲像差)少的图像，需要适当地配置构成第1-2透镜组的多个对焦(focus)透镜组和构成第2光学组的镜体，特别是，优选第1-2透镜组包括至少2个由树脂成形的非球面透镜。
这样，通过使用多个非球面透镜，能够比较容易地实现高清晰化、低歪曲化，但是在使用多个非球面的情况下，一般而言，会引发提高各非球面的面精度的必要性，另外，各个透镜的非球面的相互的偏心有时会成为性能劣化的原因。此外，作为树脂的成形透镜的一般特征，材料的收缩率大，因此，与玻璃的成形透镜等相比较，难以确保面精度。另外，已知：若光焦度过强，则由光轴附近的透镜厚与外周部的透镜厚之比表示的偏厚比变大，在成形时形成的口部分(gate portion)和/或外周部分会产生内部歪曲，由此会对性能产生影响。另外，树脂的线膨胀系数和/或折射率的温度系数与玻璃透镜相比较，也大1位数左右，环境温度和/或使用时的温度变化也会成为焦距变化导致的焦点位置偏离的原因，对于树脂透镜而言，并不优选单体具有太强的光焦度。由于以上那样的理由，优选树脂透镜的光焦度尽可能地弱、偏厚比小。
与此相对，在本申请发明中，通过在多个树脂透镜之间配置至少1个玻璃透镜，来减小树脂透镜的光焦度，利用玻璃透镜来控制入射至树脂透镜的光线角度，由此将入射至树脂透镜的角度最佳化，从而可以防止因形状的偏差和/或内部歪曲而产生的性能劣化。
根据本发明的具体的方面，第1-2透镜组的2个树脂非球面透镜在伴随于变倍的对焦时彼此的间隔变化。在该情况下，通过使各个非球面透镜的间隔变化，能够在大的变倍范围实现图像的高清晰化、低歪曲化。
一般而言，在并列设置了多个非球面透镜的情况下，相互的透镜的间隔的敏感度和/或透镜彼此的偏心的敏感度过高，要求移动组的框精度等具有非常高的精度。与此相对，在上述方式中，通过在非球面透镜之间配置玻璃透镜(球面透镜)，能够降低非球面透镜间的敏感度，另外，通过使各个非球面透镜作为移动组而移动，结果能够实现高清晰化、低歪曲化。
此外，对于树脂的成形透镜，具有如下优点：大口径的透镜能够比较廉价、即使是圆形形状以外的形状，也能够比较简单地应对。
根据本发明的其它方面，第1-1透镜组在内部具有孔径光阑，在与孔径光阑相比靠放大侧，从缩小侧其依次包括凸面朝向放大侧的正透镜和凹面朝向放大侧的负透镜这2个透镜。在该情况下，通过在与孔径光阑相比靠放大侧配置上述那样的2个透镜，即使在大的变倍范围也能够维持良好的性能。
第1-1透镜组具有可高效地取入从物体(即面板)侧发出的光束，并送至作为对焦透镜组的第1-2透镜组的作用。第1-2透镜组作为对焦透镜组，被要求即使在大的变倍范围内也形成适当的中间像的作用。如上述那样，将第1-1透镜组中的、配置在与孔径光阑相比靠放大侧的透镜组设为正负2个透镜时，尤其是，从缩小侧起依次为凸面朝向放大侧的正透镜和凹面朝向放大侧的负透镜，由此能够将第1-1透镜组的最靠放大侧的面设为发散面。由此，将第1-1透镜组与作为对焦透镜组的第1-2透镜组组合，能够在大的变倍区域良好地对像面弯曲、像散特性进行校正，能够得到用于形成适当的中间像的稳定的性能。
根据本发明的另外其它方面，第1-1透镜组在内部具有孔径光阑，在孔径光阑的缩小侧，包括至少2组正透镜和负透镜的接合透镜，并且，至少具有1个朝向放大侧为凹面形状的非球面。该情况下，即便为少的透镜个数的构成也能够防止色像差的产生，能够减小组装偏差，并且能够增大数值孔径(变亮)。
第1-1透镜组的配置在与孔径光阑相比靠缩小侧的多个透镜具有高效地取入从物体(即面板)侧发出的光束的作用。假设，这些多个透镜仅由球面透镜构成，则有可能需要增加透镜个数。若透镜个数增加，则透射率减少，并且由于透镜的增加，透镜全长也增加，因此，还要求尽量为最低限度的透镜构成个数。
例如，为了能够应对到F值为1.6左右的明亮度，在第1-1透镜组的与孔径光阑相比靠缩小侧，至少放入朝向放大侧为凹面形状的非球面，由此能够提供确保明亮度并且抑制光斑的产生、对比度高的图像。另外，在第1-1透镜组的与孔径光阑相比靠缩小侧，由至少2组接合透镜构成，由此能够尽量抑制色像差的产生，通过进行粘合，组装性也提高。
根据本发明的另外其它方面，物体侧的数值孔径为0.3以上。该情况下，能够形成足够明亮的投影图像。
根据本发明的另外其它方面，缩小侧为大致远心。
根据本发明的另外其它方面，构成第1光学组和第2光学组的要素都为旋转对称***。
根据本发明的另外其它方面，变倍范围为1.5倍以上。
附图说明
图1是示出组装了实施方式的投影光学***的投影机的概略构成的图。
图2是实施方式或者实施例1的投影光学***中的从物体面到投影面为止的构成以及光线图。
图3是图2中的、从物体面到凹面反射镜为止的局部放大图。
图4是示出实施例1的投影光学***的构成的图。
图5的(A)～(C)是实施例1的投影光学***的缩小侧像差图。
图6的(A)～(E)是与图5的(A)对应的投影光学***的横向像差图。
图7的(A)～(E)是与图5的(B)对应的投影光学***的横向像差图。
图8的(A)～(E)是与图5的(C)对应的投影光学***的横向像差图。
图9是示出实施例2的投影光学***的构成的图。
图10的(A)～(C)是实施例2的投影光学***的缩小侧像差图。
图11的(A)～(E)是与图10的(A)对应的投影光学***的横向像差图。
图12的(A)～(E)是与图10的(B)对应的投影光学***的横向像差图。
图13的(A)～(E)是与图10的(C)对应的投影光学***的横向像差图。
图14是示出实施例3的投影光学***的构成的图。
图15的(A)～(C)是实施例3的投影光学***的缩小侧像差图。
图16的(A)～(E)是与图15的(A)对应的投影光学***的横向像差图。
图17的(A)～(E)是与图15的(B)对应的投影光学***的横向像差图。
图18的(A)～(E)是与图15的(C)对应的投影光学***的横向像差图。
(附图标记的说明)
2...投影机；10...光源；11...积分透镜；12...积分透镜；13...偏振变换元件；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...投影光学***；40a...第1光学组；40b...第2光学组；41...透镜组；42...透镜组；50...光学***部分；80...电路装置；81...图像处理部；82...显示驱动部；83...透镜驱动部；88...主控制部；A1...方向；AC...致动器；E1、E2...透镜组；F1-F3...移动透镜组；H、H1、H2...固定透镜组；L1-L16...透镜；MR...镜体；OA...光轴；PI...面板面；PR...棱镜。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式的投影光学***详细地进行说明。
如图1所示，组装有本发明的一个实施方式的投影光学***的投影机2具备：将图像光进行投影的光学***部分50和控制光学***部分50的工作的电路装置80。
在光学***部分50中，光源10例如为超高压水银灯，射出包含R光、G光以及B光的光。在此，光源10可以是超高压水银灯以外的放电光源，也可以是LED和/或激光那样的固体光源。第1积分透镜11以及第2积分透镜12具有排列为阵列状的多个透镜元件。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的透镜元件附近聚光。第2积分透镜12的透镜元件与重叠透镜14协同作用，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。通过这样的构成，来自光源10的光以大致均匀的明亮度对液晶面板18R、18G、18B的显示区域的整体进行照明。
偏振变换元件13将来自第2积分透镜12的光变换为预定的直线偏振光。重叠透镜14使第1积分透镜11的各透镜元件的像经由第2积分透镜12在液晶面板18R、18G、18B的显示区域上重叠。
第1分色镜15使从重叠透镜14入射的R光反射，使G光以及B光透射。在第1分色镜15反射后的R光经过反射镜16以及场透镜17R，向作为光调制元件的液晶面板18R入射。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光透射。在第2分色镜21反射后的G光经过场透镜17G，向作为光调制元件的液晶面板18G入射。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。透射了第2分色镜21的B光经过中继透镜22、24、反射镜23、25以及场透镜17B，向作为光调制元件的液晶面板18B入射。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。
十字分色棱镜19为光合成用的棱镜，将由各液晶面板18R、18G、18B调制后的光合成而作为图像光向投影光学***40行进。
投影光学***40是将由各液晶面板18G、18R、18B调制、并由十字分色棱镜19合成后的图像光放大投影到未图示的屏幕上的投影用变焦镜头。
电路装置80具备：被输出视频信号等外部图像信号的图像处理部81、基于图像处理部81的输出来驱动设置于光学***部分50的液晶面板18G、18R、18B的显示驱动部82、使设置于投影光学***40的驱动机构(未图示)工作而调整投影光学***40的状态的透镜驱动部83、和综合地控制这些电路部分81、82、83等的工作的主控制部88。
图像处理部81将所输入的外部图像信号变换为包括各色的色阶等的图像信号。此外，图像处理部81也可以对外部图像信号进行失真校正和/或色校正等各种图像处理。
显示驱动部82能够基于从图像处理部81输出的图像信号使液晶面板18G、18R、18B工作，能够使得与该图像信号对应的图像或者与对其实施图像处理后的图像信号对应的图像形成在液晶面板18G、18R、18B。
透镜驱动部83在主控制部88的控制下工作，使构成投影光学***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，能够在由投影光学***40向屏幕上投影图像时，进行伴随于变倍的对焦(变倍时的对焦)。此外，透镜驱动部83也可以通过使投影光学***40整体沿着与光轴OA垂直的上下方向移动的倾斜调整而使投影在屏幕上的图像的纵向位置变化。
以下，参照图2以及图3等，对实施方式的投影光学***40进行具体地说明。此外，图2等中例示的投影光学***40为与下述的实施例1的投影光学***40相同的构成。
实施方式的投影光学***40将形成在液晶面板18G(18R、18B)的被投影面的图像投影到未图示的屏幕上。在此，在投影光学***40与液晶面板18G(18R、18B)之间配置有与图1的十字分色棱镜19相当的棱镜PR。
投影光学***40从缩小侧起依次由第1光学组40a和第2光学组40b构成，第1光学组40a由多个透镜构成，具有正光焦度，第2光学组40b由1个镜体MR构成，镜体MR包含具有凹面非球面形状的反射面。第1光学组40a由具有正光焦度的第1-1透镜组41、和具有与第1-1透镜组41的光焦度相比弱的正光焦度或者负光焦度的第1-2透镜组42构成，在第1光学组40a中，以形成于所包含的透镜间的空间中的最宽的空气间隔BD为界，第1-1透镜组41设在缩小侧，第1-2透镜组42设在放大侧。
第1-1透镜组41在内部具有孔径光阑ST，由与孔径光阑ST相比靠缩小侧的透镜组E1和与孔径光阑ST相比靠放大侧的透镜组E2构成。
第1-2透镜组42从缩小侧起依次具有：在伴随于变倍的对焦时分别沿着光轴方向移动的3个移动透镜组，即，F1透镜组(以下称为透镜组F1)、F2透镜组(以下称为透镜组F2)以及F3透镜组(以下称为透镜组F3)；和在伴随于变倍的对焦时固定的固定透镜组H(放大侧固定透镜组)。如图所示，固定透镜组H由2个负透镜L15、L16构成，配置在最靠放大侧的透镜L16是由树脂成形的非球面透镜。配置在缩小侧的透镜L15是玻璃透镜。另外，3个透镜组F1～F3(移动透镜组)中的、配置在最靠放大侧即固定透镜组H侧的透镜L14是由树脂成形的非球面透镜，是负透镜。换言之，第1-2透镜组42是包括至少2个树脂非球面透镜、和配置在2个树脂非球面透镜之间的至少1个玻璃透镜的构成。另外，3个透镜组F1～F3(移动透镜组)借助致动器AC在变倍时的对焦之际独立地分别在沿着光轴OA的方向A1上移动。由此，第1-2透镜组42的2个树脂非球面透镜即透镜L14、L16在伴随于变倍的对焦时彼此的间隔变化。此外，关于致动器AC使透镜组F1～F3的移动方式，可以根据变倍时的对焦的移动方式而为各种方式，例如可以是3者完全单独地独立移动，也可以是利用凸轮机构等而联动。
以下，对构成各透镜组的透镜，从缩小侧依次进行说明。第1光学组40a中，第1-1透镜组41的透镜组E1具有8个透镜L1～L8，透镜组E2具有2个透镜L9、L10。作为第1-2透镜组42的移动透镜组的透镜组F1具有1个透镜L11，透镜组F2具有1个透镜L12，透镜组F3具有2个透镜L13、L14，位于最靠放大侧的固定透镜组H如上述那样具有2个透镜L15、L16。即，第1光学组40a整体上由16个透镜L1～L16构成。
构成透镜组E1的透镜L1～L8中的、作为正透镜的透镜L3和作为负透镜的透镜L4成为接合透镜，另外，透镜L7和透镜L8成为接合透镜。尤其是，透镜L6是玻璃制的双面为非球面形状的负透镜，成为放大侧的凹面形状的负弯月形非球面透镜。将以上换个方式来说，第1-1透镜组41在与孔径光阑ST相比靠缩小侧，包括至少2组的正透镜以及负透镜的接合透镜，并且具有至少1个朝向放大侧为凹面形状的非球面。此外，构成透镜组E1的透镜中的、透镜L6以外的透镜是玻璃制的球面透镜。另外，透镜L1～L8为关于光轴OA轴对称的圆形形状。
关于构成透镜组E2的2个透镜L9、L10，透镜L9是正透镜，透镜L10是负透镜。尤其是，透镜L10是凹面朝向放大侧的负弯月形透镜。将以上换个方式来说，第1-1透镜组41在与孔径光阑ST相比靠放大侧，从缩小侧起依次由凸面朝向放大侧的正透镜和凹面朝向放大侧的负透镜这2个透镜构成。此外，透镜L9、L10是玻璃制的球面透镜，为关于光轴OA轴对称的圆形形状。
构成透镜组F1的透镜L11是双凸的正透镜。此外，透镜L11是玻璃制的球面透镜，为关于光轴OA轴对称的圆形形状。
构成透镜组F2的透镜L12是双凸的正透镜。此外，透镜L12是玻璃制的球面透镜，为关于光轴OA轴对称的圆形形状。
构成透镜组F3的透镜L13、L14中的、透镜L13是负弯月形透镜。此外，透镜L13是玻璃制的球面透镜，为关于光轴OA轴对称的圆形形状。与此相对，如上述那样，透镜L14是树脂制的非球面透镜。更具体而言，透镜L14是具有负光焦度的在双面实施了非球面的透镜(非球面透镜)，是用树脂成形得到的透镜(树脂透镜)。此外，透镜L14为关于光轴OA轴对称的圆形形状。
构成透镜组中的配置在最靠放大侧的固定透镜组H的透镜L15、L16中的、透镜L15为双凹的负透镜。此外，透镜L15为玻璃制的球面透镜，为关于光轴OA轴对称的圆形形状。透镜L16为具有负光焦度的在双面实施了非球面的透镜(非球面透镜)，是用树脂成形得到的透镜(树脂透镜)。此外，透镜L16不是圆形形状，为从关于光轴OA轴对称的圆形的状态切掉上部侧(被投影影像光的一侧)的一部分那样的形状。
如上所述，第2光学组40b由1个具有凹面非球面形状的镜体MR构成，镜体MR将从第1光学组40a射出的影像光进行反射，由此朝向屏幕进行投影。
此外，如上述那样，在投影光学***40中，构成第1光学组40a的所有的透镜L1～L16中的、透镜L1～L15为关于光轴OA轴对称的圆形形状，透镜L16为切掉关于光轴OA轴对称的圆形形状的一部分后的形状。另外，构成第2光学组40b的镜体MR也为切掉关于光轴OA轴对称的形状的一部分后的形状。即，构成第1光学组40a以及第2光学组40b的要素都是旋转对称***。另外，如图所示，在投影光学***40中，缩小侧基本上为远心。由此，例如上述那样，在十字分色棱镜19中将由各液晶面板18R、18G、18B调制后的光合成而作为图像光的情况下，能够容易吸收组装的偏差。
在包含以上那样的投影光学***40的接近投影光学***中，一般而言，距屏幕的距离非常近。在上述的投影光学***40中，在第1光学组40a中，将位于液晶面板18G(18R、18B)的面板面PI的物体(即面板部分)的像一度在第2光学组40b的反射镜的跟前成像，利用构成第2光学组40b的1个镜体MR在屏幕再次成像，由此进行接近投影。也就是说，该情况下，第1光学组40a发挥在镜体MR的跟前形成1次像(中间像)的作用。在上述那样的投影中，由变倍时的对焦引起的像差变动比普通投影的情况大，通常无法获取较大的变倍范围。因此，利用第1光学组40a形成的1次像需要能够对应于因视场角非常大而当使投影倍率变化时像差变动容易变大的情况。另外，在通常的接近投影光学***中，对像性能的直接影响大的像面弯曲、像散的变动引起的对比度降低容易显著出现，因对焦组的移动而导致的歪曲像差(畸变)的变化比通常透镜***大的倾向高。
与此相对，在本实施方式中，如上述那样，在第1光学组40a中的第1-2透镜组42中，例如除最靠放大侧之外也具有非球面的树脂透镜。即，第1-2透镜组42包括至少2个由树脂成形的非球面透镜。进而，在多个树脂透镜之间配置至少1个玻璃透镜。具体而言，在作为非球面的树脂透镜的透镜L14与透镜L16之间配置作为球面的玻璃透镜的透镜L15。由此，利用玻璃透镜L15控制入射至树脂透镜L16的光线角度，能够减小树脂透镜L14、L16的光焦度，防止树脂透镜L16的形状的偏差，并且通过形成为具备多个树脂透镜的构成，能够进行用于将像差变动抑制得小的有效的校正。由于上述构成，即使在第2光学组40b由1个镜体MR构成的情况下，也能够使1次像包含适当的像差而使经过第2光学组40b最终投影在屏幕上的图像成为像差少的良好的图像。即，在作为接近型的投影机的投影机2中，能够覆盖大的变倍范围，并且即便是高分辨率的图像显示元件也能够应对。另外，除了上述之外，将伴随于变倍的对焦时作为固定组的固定透镜组H配置在最靠放大侧，在与固定透镜组H相比靠缩小侧具有在伴随于变倍的对焦时移动的移动透镜组，由此，能够进一步进行用于将像差变动抑制得小的有效的校正。
在此，关于第1光学组40a中的、配置在放大侧的对焦组即第1-2透镜组42中构成的透镜，假设非球面透镜为1个，则根据设计的不同有可能无法取得充分的变倍范围。若第1-2透镜组42的非球面透镜为2个，则能够增大变倍范围，但该情况下，若不像上述那样形成为在其间***球面的玻璃透镜的构成，则为了充分地增大变倍范围而使各非球面透镜的形状形成为面形状大幅远离球面形状而得的强非球面形状的倾向严重，面敏感度和/或折射率敏感度变高，进而，相互的面的偏心敏感度也变高，作为最终的透镜性能的偏差变大的可能性高。
另外，另一方面，关于第1-2透镜组42的非球面透镜(透镜L16)那样的位于最靠放大侧的透镜，为了避免与在第2光学组40b的镜体反射后的光束的干涉，需要将形状形成为切掉圆形的一部分那样的异型形状，除此之外，由于直径成为比较大的口径，因此，通常使用树脂成形非球面，在本实施方式中同样，透镜L16被形成为异型形状的树脂非球面透镜。然而，通常，树脂成形非球面与玻璃成形非球面相比较，精度低，容易受到上述那样的面精度和/或折射率的偏差的影响，因此，在设计时需要充分地降低敏感度。
与此相对，在本实施方式中，设为作为对焦组的第1-2透镜组42中的非球面透镜为2个(透镜L14、L16)、并且在其间放入玻璃制的负透镜(透镜L15)的构成，由此，能够适度地分散非球面透镜的负光焦度，使非球面彼此的相对的敏感度降低，并且即使在大的变倍范围也能够使像差变动少。
进而，在作为对焦组的第1-2透镜组42中，可以也在缩小侧配置固定透镜组。该情况下，例如减少对焦组中的移动透镜组的数量(在下述的实施例2中，不由3个而由2个移动透镜组构成)，而使用于固定透镜的框构造等简易，进而，能够实现装置整体的低成本化。
进而，在第1-1透镜组41中，假设孔径光阑ST的缩小侧的构成设为仅有球面透镜，则为了应对大的变倍范围，仅能够通过将F值(F-number)设为1.8左右的明亮度来应对。与此相对，在本实施方式中，通过在孔径光阑ST的缩小侧适当配置玻璃非球面(透镜L6)，从而即便F值为1.6左右，也能够得到光斑(flare)少的对比度高的图像。由此，即便利用与以往的例子相比较相同程度的构成个数(本实施方式中为16个)，也能够具有物体侧的数值孔径为0.3以上、即F值为1.6左右的明亮度、且确保1.5倍以上(甚至1.6倍以上)的高的变倍范围，具有即便对于高分辨率的图像显示元件也能够充分应对的性能。
〔实施例〕
以下，对投影光学***40的具体的实施例进行说明。以下说明的实施例1～3中相同的规格的意义总结如下。
f 整个***的焦距
ω 半视场角
NA 数值孔径
R 曲率半径
D 轴上面间隔(透镜厚或者透镜间隔)
Nd d线的折射率
Vd d线的阿贝数
非球面通过以下的多项式(非球面式)确定。
其中，
c:曲率(1/R)
h:距离光轴的高度
k:非球面的圆锥系数
Ai:非球面的高次非球面系数
(实施例1)
实施例1的透镜面的数据在以下的表1中示出。此外，OBJ表示面板面PI，STO表示孔径光阑ST。另外，面序号之前标注有“*”的面是具有非球面形状的面。
〔表1〕
在以上的表1以及以下的表中，将10的幂乘数(例如1.00×10+18)用E(例如1.00E+18)来表示。
以下的表2示出实施例1的透镜面的非球面系数。
〔表2〕
以下的表3示出在投影倍率135倍、投影倍率106倍以及投影倍率179倍下表2中的可变间隔21、23、25、29、34的值。
〔表3〕
图4是实施例1的投影光学***的剖视图。图4的投影光学***与实施方式1的投影光学***40相当。此外，关于在图3等中成为从圆形形状切掉一部分而成的形状的透镜L16和/或镜体MR，在图4中以未切掉的方式保持原样地绘制。在图4中，投影光学***将面板面PI上的像以与距屏幕的距离相应的倍率进行放大投影。即，从缩小侧起依次具备：构成第1-1透镜组41的透镜组E1的透镜L1～L8、构成透镜组E2的透镜L9、L10、构成第1-2透镜组42的透镜组F1的透镜L11、构成透镜组F2的透镜L12、构成透镜组F3的透镜L13、L14、构成固定透镜组H的透镜L15、L16这16个透镜L1～L16。例如从壁面投影变更为地面投影的情况那样，由于投影位置变更(投影距离变更)而进行变倍，在这样的变倍时的对焦之际，第1-1透镜组41和构成第1-2透镜组42的固定透镜组H保持固定，而构成第1-2透镜组42的透镜组F1～F3分别移动。由此，第1-2透镜组42的2个树脂非球面透镜即透镜L14、L16在伴随于变倍的对焦之际彼此的间隔变化。
另外，对各透镜L1～L16进行详细说明，在第1-1透镜组41中，作为第1透镜的透镜L1是正透镜，作为第2透镜的透镜L2是正透镜，作为第3透镜的透镜L3是正透镜，作为第4透镜的透镜L4是负透镜，第3透镜和第4透镜是接合透镜，作为第5透镜的透镜L5是正透镜，作为第6透镜的透镜L6是双面被施以非球面且凹面朝向放大侧的负弯月形透镜，作为第7透镜的透镜L7是双凸的正透镜，作为第8透镜的透镜L8是双凹的负透镜，第7透镜和第8透镜是接合透镜，作为第9透镜的透镜L9是双凸的正透镜，作为第10透镜的透镜L10是凹面朝向放大侧的负弯月形透镜。另外，在第1-2透镜组42中，作为第11透镜的透镜L11是正透镜，作为第12透镜的透镜L12是正透镜，作为第13透镜的透镜L13是负透镜，作为第14透镜的透镜L14是双面被施以非球面的负透镜，作为第15透镜的透镜L15是负透镜，作为第16透镜的透镜L16是双面被施以非球面的负透镜。另外，第2光学组40b由1个凹面非球面镜体构成。
图5的(A)是投影倍率135倍时的投影光学***的缩小侧像差图(球面像差、像散、歪曲像差)，图5的(B)是投影倍率106倍时的投影光学***的缩小侧像差图，图5的(C)是投影倍率179倍时的投影光学***的缩小侧像差图。另外，图6的(A)～图6的(E)是与图5的(A)对应的投影光学***的横向像差图。其中，图6的(A)是最大视场角的情况下的横向像差图，以图6的(A)至图6的(E)的5个视场角示出横向像差。同样地，图7的(A)～图7的(E)是与图5的(B)对应的投影光学***的横向像差图，图8的(A)～图8的(E)是与图5的(C)对应的投影光学***的横向像差图。
(实施例2)
实施例2的透镜面的数据在以下的表4中示出。此外，OBJ表示面板面PI，STO表示孔径光阑ST。另外，面序号之前标注有“*”的面是具有非球面形状的面。
〔表4〕
以下的表5是实施例2的透镜面的非球面系数。
〔表5〕
以下的表6示出在投影倍率134倍、投影倍率105倍以及投影倍率178倍下表5中的可变间隔23、26、30、33的值。
〔表6〕
图9是实施例2的投影光学***的剖视图。此外，关于在实际的光学***中成为从圆形形状切掉一部分而成的形状的透镜L16和/或镜体MR，在图9中以未切掉的方式保持原样地绘制。在图9中，投影光学***将面板面PI上的像以与距屏幕的距离相应的倍率进行放大投影。即，从缩小侧起依次具备：构成第1-1透镜组41的透镜组E1的透镜L1～L8、构成透镜组E2的透镜L9、L10、构成第1-2透镜组42的第1固定透镜组H1的透镜L11、构成透镜组F1的透镜L12、L13、构成透镜组F2的透镜L14、L15、构成第2固定透镜组H2的透镜L16这16个透镜L1～L16。例如从壁面投影变更为地面投影的情况那样，由于投影位置变更(投影距离变更)而进行变倍，在这样的变倍时的对焦之际，第1-1透镜组41和构成第1-2透镜组42的第1、第2固定透镜组H1、H2保持固定，而构成第1-2透镜组42的透镜组F1、F2分别移动。由此，第1-2透镜组42的2个树脂非球面透镜即透镜L14、L16在伴随于变倍的对焦之际彼此的间隔变化。
以上那样，在实施例2中，第1光学组40a由从缩小侧起计数的透镜L1(第1透镜)至透镜L16(第16透镜)这16个透镜构成，第1光学组40a能够以最宽的空气间隔BD为界分为在缩小侧的第1-1透镜组41和在放大侧的第1-2透镜组42，第1-1透镜组41具有正光焦度，第1-2透镜组42具有与第1-1透镜组41的光焦度相比较弱的正光焦度或者负光焦度。
更具体而言，第1-1透镜组41从缩小侧起依次由如下构件构成：透镜组E1，由正透镜L1、正透镜L2、正透镜L3与负透镜L4的接合透镜、正透镜L5与凹面朝向放大侧的被施以非球面的负透镜L6的接合透镜、正透镜L7、和负透镜L8构成；孔径光阑ST；以及透镜组E2，由双凸的正透镜L9和凹面朝向放大侧的负弯月形透镜的透镜L10构成。即，透镜组E1、E2中依次配置有总计10个透镜。
第1-2透镜组42从缩小侧起依次由如下构件构成：由正透镜L11构成的第1固定透镜组H1；由正透镜L12与负透镜L13的接合透镜构成的透镜组F1(F1透镜组)；由双面被施以非球面的负透镜L14、和负透镜L15构成的透镜组F2(F2透镜组)；以及由双面被施以非球面的负透镜L16构成的第2固定透镜组H2。即，固定透镜组H1、H2以及透镜组F1、F2中依次配置有总计6个透镜。其中，透镜L14和透镜L16是由树脂成形的透镜，配置在透镜L14与透镜L16之间的透镜L15是玻璃制的透镜。另外，第1-2透镜组42在变倍时使投影距离变化时的对焦中，使2个透镜组F1、F2独立地移动，由此进行对焦。
第2光学组40b由1个凹面非球面镜体构成。
图10的(A)是投影倍率134倍时的投影光学***的缩小侧像差图(球面像差、像散、歪曲像差)，图10的(B)是投影倍率105倍时的投影光学***的缩小侧像差图，图10的(C)是投影倍率178倍时的投影光学***的缩小侧像差图。另外，图11的(A)～图11的(E)是与图10的(A)对应的投影光学***的横向像差图。其中，图11的(A)是最大视场角的情况下的横向像差图，以图11的(A)至图11的(E)的5个视场角示出横向像差。同样地，图12的(A)～图12的(E)是与图10的(B)对应的投影光学***的横向像差图，图13的(A)～图13的(E)是与图10的(C)对应的投影光学***的横向像差图。
(实施例3)
实施例3的透镜面的数据在以下的表7中示出。此外，OBJ表示面板面PI，STO表示孔径光阑ST。另外，面序号之前标注有“*”的面是具有非球面形状的面。
〔表7〕
以下的表8是实施例3的透镜面的非球面系数。
〔表8〕
以下的表9示出在投影倍率135倍、投影倍率105倍以及投影倍率222倍下表8中的可变间隔23、27、29、33、34的值。
〔表9〕
图14是实施例3的投影光学***的剖视图。此外，关于在实际的光学***中成为从圆形形状切掉一部分而成的形状的透镜L16和/或镜体MR，在图14中以未切掉的方式保持原样绘制。在图14中，投影光学***将面板面PI上的像以与距屏幕的距离相应的倍率进行放大投影。即，从缩小侧依次具备：构成第1-1透镜组41的透镜组E1的透镜L1～L8、构成透镜组E2的透镜L9、L10、构成第1-2透镜组42的固定透镜组H的透镜L11、构成透镜组F1的透镜L12、L13、构成透镜组F2的透镜L14、和构成透镜组F3的透镜L15、L16这16个透镜L1～L16。此外，在本实施例中，在第1-2透镜组42中，在放大侧不存在固定透镜组。例如从壁面投影变更为地面投影的情况那样，由于投影位置变更(投影距离变更)而进行变倍，在这样的变倍时的对焦之际，第1-1透镜组41和构成第1-2透镜组42的固定透镜组H保持固定，而构成第1-2透镜组42的透镜组F1～F3分别移动。由此，第1-2透镜组42的2个树脂非球面透镜即透镜L14、L16在伴随于变倍的对焦之际彼此的间隔变化。
以上那样，在实施例3中，第1光学组40a由从缩小侧起计数的透镜L1(第1透镜)至透镜L16(第16透镜)这16个透镜构成，第1光学组40a能够以最宽的空气间隔BD为界被分为在缩小侧的第1-1透镜组41和在放大侧的第1-2透镜组42，第1-1透镜组41具有正光焦度，第1-2透镜组42具有与第1-1透镜组41的光焦度相比较弱的正光焦度或者负光焦度。
更具体而言，第1-1透镜组41从缩小侧起依次由如下构件构成：透镜组E1，由正透镜L1、正透镜L2、正透镜L3与负透镜L4的接合透镜、正透镜L5与凹面朝向放大侧的被施以非球面的负透镜L6的接合透镜、双凸的正透镜L7、和双凹的负透镜L8构成；孔径光阑ST；以及透镜组E2，由双凸的正透镜L9和凹面朝向放大侧的负弯月形透镜的透镜L10构成。即，透镜组E1、E2中依次配置有总计10个透镜。
第1-2透镜组42从缩小侧起依次由如下构件构成：由正透镜L11构成的固定透镜组H；由正透镜L12和负透镜L13构成的透镜组F1(F1透镜组)；由双面被施以非球面的负透镜L14构成的透镜组F2(F2透镜组)；以及由负透镜L15和双面被施以非球面的负透镜L16构成的透镜组F3(F3透镜组)。即，固定透镜组H以及透镜组F1～F3中依次配置有总计6个透镜。其中，透镜L14和透镜L16是由树脂成形的透镜，配置在透镜L14与透镜L16之间的透镜L15为玻璃制的透镜。另外，第1-2透镜组42在变倍时使投影距离变化时的对焦中，使3个透镜组F1～F3独立地移动，由此进行对焦。
第2光学组40b由1个凹面非球面镜体构成。
图15的(A)是投影倍率135倍时的投影光学***的缩小侧像差图(球面像差、像散、歪曲像差)，图15的(B)是投影倍率105倍时的投影光学***的缩小侧像差图，图15的(C)是投影倍率222倍时的投影光学***的缩小侧像差图。另外，图16的(A)～图16的(E)是与图15的(A)对应的投影光学***的横向像差图。其中，图16的(A)是最大视场角的情况下的横向像差图，以图16的(A)至图16的(E)的5个视场角示出横向像差。同样地，图17的(A)～图17的(E)是与图15的(B)对应的投影光学***的横向像差图，图18的(A)～图18的(E)是与图15的(C)对应的投影光学***的横向像差图。
〔实施例的总结〕
在所有的实施例中，尽管在广角端具有半视场角70°以上的广视场角，但是做成了最靠放大侧的透镜为树脂制非球面透镜的简易的构成。
本发明不局限于上述的实施方式或者实施例，可以在不脱离其主旨的范围内以各种方式进行实施。
例如，在各实施例中，可以在构成各透镜组的透镜的前后或者其间追加1个以上的实质上不具有光焦度的透镜。
另外，由投影光学***40进行放大投影的对象不局限于液晶面板18G、18R、18B，可以利用投影光学***40将由以微镜作为像素的数字微镜器件等各种光调制元件形成的图像进行放大投影。

Claims (8)

1.一种投影光学***，其特征在于，
从缩小侧起依次包括第1光学组和第2光学组，所述第1光学组包括多个透镜，具有正光焦度，所述第2光学组包括1个具有凹面非球面形状的反射面，
所述第1光学组包括以最宽的空气间隔为界在缩小侧的第1-1透镜组和在放大侧的第1-2透镜组，所述第1-1透镜组具有正光焦度，所述第1-2透镜组具有与所述第1-1透镜组的光焦度相比较弱的正光焦度或负光焦度，
所述第1-2透镜组包括至少2个具有负光焦度的树脂非球面透镜、和配置在所述2个树脂非球面透镜之间的至少1个具有负光焦度的玻璃透镜。
2.根据权利要求1所述的投影光学***，其特征在于，所述第1-2透镜组的所述2个树脂非球面透镜在伴随于变倍的对焦时彼此的间隔变化。
3.根据权利要求1或2所述的投影光学***，其特征在于，所述第1-1透镜组在内部具有孔径光阑，在与所述孔径光阑相比靠放大侧，从缩小侧起依次包括凸面朝向放大侧的正透镜和凹面朝向放大侧的负透镜这2个透镜。
4.根据权利要求1或2所述的投影光学***，其特征在于，所述第1-1透镜组在内部具有孔径光阑，在所述孔径光阑的缩小侧，包括至少2组正透镜和负透镜的接合透镜，并且，具有至少1个朝向放大侧为凹面形状的非球面。
5.根据权利要求1或2所述的投影光学***，其特征在于，物体侧的数值孔径为0.3以上。
6.根据权利要求1或2所述的投影光学***，其特征在于，缩小侧为大致远心。
7.根据权利要求1或2所述的投影光学***，其特征在于，构成所述第1光学组和所述第2光学组的要素都为旋转对称***。
8.根据权利要求1或2所述的投影光学***，其特征在于，变倍范围为1.5倍以上。
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