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CN102269918A - 投射型影像显示装置 - Google Patents

投射型影像显示装置 Download PDF

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CN102269918A
CN102269918A CN201110105218XA CN201110105218A CN102269918A CN 102269918 A CN102269918 A CN 102269918A CN 201110105218X A CN201110105218X A CN 201110105218XA CN 201110105218 A CN201110105218 A CN 201110105218A CN 102269918 A CN102269918 A CN 102269918A
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light
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CN201110105218XA
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谷津雅彦
平田浩二
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Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
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Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种实现进一步的投射距离的缩短化(广角化)和投射光学系统的小型化的投射型影像显示装置。该投射型影像显示装置具有：相对于影像显示元件配置在光的前进方向的包含多个透镜的透镜组；相对于透镜组配置在光的前进方向的，自由曲面形状的第一透镜；相对于第一透镜配置在光的前进方向的，自由曲面形状的第二透镜；和将从第二透镜射出的光反射而倾斜投射在屏幕上的，自由曲面形状的反射镜，其中透镜组中最靠近第一透镜的透镜是凸面朝向该第一透镜的方向的凹凸透镜，第一透镜是凸面朝向第二透镜的方向的凹凸透镜，第二透镜是凸面朝向反射镜的方向的凹凸透镜。

Description

投射型影像显示装置
技术领域
本发明涉及投射型影像显示装置。
背景技术
在现有技术中，已知有使用两片自由曲面透镜和一片自由曲面反射镜的投射光学系统1(图9)(参照日本特开2009-109867号公报)。
图10是图9的投射光学系统1中将从物面(影像显示元件面)到像面的光线一起表示的光线图。图11(A)着眼于自由曲面反射镜13上的反射前后的光束的YZ截面上的光线图，(B)是到自由曲面反射镜13为止的光路的XZ截面上的光线图。图12是成为光线追踪条件的物点(像点)配置的说明图。在图12中，设置了共计10点的物点，表示来自各物点的光线。
发明内容
根据现有技术(图9)，通过使用了自由曲面透镜21、22和自由曲面反射镜23的投射光学系统，能够以较短投射距离得到较大的投射像(从物面(影像显示元件面)到自由曲面反射镜13的光轴为止的距离为327.6mm，从自由曲面反射镜13的光轴到像面为止的距离为567mm，80英寸的像)。但是，对投射距离的缩短化和投射光学系统的小型化有着进一步的需求。
于是，本发明的目的在于，提供实现了进一步的投射距离的缩短化(广角化)和投射光学系统的小型化的投射型影像显示装置。
为了解决上述课题，本发明的一个期望方式如下。
该投射型影像显示装置包括：相对于影像显示元件配置在光的前进方向的包含多个透镜的透镜组；相对于透镜组配置在光的前进方向的第一透镜；相对于第一透镜配置在光的前进方向的第二透镜；和将从第二透镜射出的光反射而倾斜投射在屏幕上的反射镜，其中透镜组中最靠近第一透镜的透镜是凸面朝向该第一透镜的方向的凹凸透镜，第一透镜是凸面朝向第二透镜的方向的凹凸透镜，第二透镜是凸面朝向反射镜的方向的凹凸透镜。
附图说明
图1是实施例的投射光学系统的结构图。
图2是实施例的投射光学系统的光线图。
图3是表示实施例的由自由曲面反射镜产生的反射光路的重要部位的光线图。
图4是实施例的曲率半径、面间距离等透镜数据的图。
图5是实施例的自由曲面式和自由曲面系数的图。
图6是实施例的非球面系数和奇数次多项式非球面的系数的图。
图7是实施例的点列图。
图8是实施例的畸变性能图。
图9是现有技术例的投射光学系统的结构图。
图10是现有技术例的投射光学系统的光线图。
图11是表示现有技术例的由自由曲面反射镜产生的反射光路的主要部位光线图。
图12是成为光线追踪条件的物点(像点)配置的说明图。
具体实施方式
以下，用图1～图8，对实施例进行说明。
图1是投射光学系统1的结构图。在投射光学系统1中，在光的前进方向，依次配置了影像显示元件15、转换滤光片9、包含具有折射作用的多个透镜的同轴系统的透镜组10、具有正光焦度的第一自由曲面透镜11、具有负光焦度的第二自由曲面透镜12、自由曲面反射镜13。另外，所谓自由曲面，表示旋转非对称的曲面。
在这里，将自由曲面透镜的光焦度，当与靠近透镜组10的光轴的主光线通过该自由曲面透镜的通过距离相比，远离光轴侧的主光线的通过距离较小时，定义为正光焦度，反之，当与靠近透镜组10的光轴的主光线通过该自由曲面透镜的通过距离相比，远离光轴侧的主光线的通过距离较大时，定义为负光焦度。另外，当光线与透镜光轴相同时，通过距离等于透镜的中心厚度。
在透镜组10之中，最靠近第一自由曲面透镜11配置的透镜100、第一自由曲面透镜11和第二自由曲面透镜12，为凸面朝向光的前进方向侧的凹凸透镜形状。
第一自由曲面透镜11，在YZ截面和XZ截面中，也是与靠近光轴的位置相比，在远离光轴的位置透镜厚度较薄的正光焦度。
第二自由曲面透镜12，在YZ截面和XZ截面中，也是与靠近光轴的位置相比，在远离光轴的位置透镜厚度较厚的负光焦度。
图2是投射光学系统1的光线图。
在投射光学系统1中，以从自由曲面反射镜13的光轴到像面的距离为500mm，且从物面(影像显示元件面)到自由曲面反射镜13的光轴的距离为200.6mm，实现80英寸的像。即，本实施例，与表示现有技术的投射光学系统的图10相比，实现了投射距离的缩短化和投射光学系统1的小型化。
另外，在本实施例中表示了，自由曲面反射镜13的光轴，是从图4的第27面向透镜组10的光轴上前进74.186mm的位置，是在Y轴上上升了39.38mm的位置，但显然根据透镜数据的取得方式的情况，位置改变。
图3是表示由自由曲面反射镜13的反射光路的主要部位的光线图。在透镜100和在自由曲面反射镜13反射的光线之间的大致三角形的空间中，配置了第一自由曲面透镜11和第二自由曲面透镜12。
但是，由于该投射光学系统1在自由曲面反射镜13使光路折返，所以在自由曲面反射镜13反射的光束，如果照射在投射光学系统1自身，例如照射到自由曲面透镜12时，则发生在像产生影子的问题。但是，由于为了回避向上方延伸的第二自由曲面透镜12的边缘(コバ)部，在自由曲面反射镜13反射的光束，通过第二自由曲面透镜12的非常靠上方的位置，所以该问题得以回避。另外，在自由曲面反射镜13反射的光束，通过离第二自由曲面透镜12最近的位置的物点，为图12的物点⑦。
在这里，在图3中，自由曲面反射镜13反射的光束之中，通过最靠近第二自由曲面透镜12的位置的光束，与第二自由曲面透镜12的出射侧面成大致平行的关系。
另外，在第一自由曲面透镜11和第二自由曲面透镜12之间的空间中形成的空气透镜的形状，是凸面朝向自由曲面反射镜的方向的凹凸透镜的形状。
作为图1的透镜面的详细情况，表示图4中的曲率半径、面间距离和玻璃材料名等，图5中的自由曲面式的定义式和系数，图6中非球面和奇数次多项式非球面的定义式和系数。另外，面序号为0号的是物面(影像显示元件面)，35面是像面，其之间的面，是透镜面、反射镜面等。
曲率半径将其曲率中心在右侧的情况定义为正。面间距离，是各透镜面的光轴上的距离，定义为各透镜面偏心、倾倒(倒れ)之前的状态。
各面的偏心、倾倒，偏心先作用，接着倾倒作用。关于倾倒，虽然对三个坐标轴的作用的顺序是确定的，但在该透镜数据中，只在X轴(与光轴直交的水平方向的坐标轴)周围旋转，将从X轴的正方向观察时顺时针定义为正。另外，在偏心和返回(Decenter And Return)中定义的偏心、倾倒，只作用于该透镜面。
另外，第一自由曲面透镜11、第二自由曲面透镜12和自由曲面反射镜13的形状，可以用X与Y的多项式(XY多项式面)表示。
然后，非球面形状，是只使用离开光轴的距离h的4次～20次的偶数次系数的旋转对称形状，奇数次多项式非球面，可以用离开光轴的距离h的奇数和偶数的次数的旋转对称形状表示。
本实施例的投射光学系统，是F1.8，焦点距离为4.1mm的较短的超广角的投射光学系统。另外，焦点距离，可以通过将物(影像显示元件)和像的倍率与投射距离代入成像式而求得。
将各视角的主光线通过各自由曲面透镜的主光线在自由曲面透镜中的通过距离，用表1表示。可知第一自由曲面透镜是正光焦度，第二自由曲面透镜是负光焦度。
【表1】
另一方面，为了比较，将图9的现有技术中的投射光学系统中通过各自由曲面透镜的主光线的透镜中的通过距离，用表2表示。在现有技术中的投射光学系统中，可知第一自由曲面透镜是负光焦度，第二自由曲面透镜是负光焦度。
【表2】
Figure BSA00000481768200052
如上所述，本实施例的投射光学系统，比起现有技术的投射光学系统，投射距离较短，并且，投射光学系统的大小，也比现有技术中的投射光学系统小。
最后，图7是0.63英寸面板成80英寸的距离(图2)的红色、绿色、蓝色的各物点(图12)的点列图。图8是0.63英寸面板成60英寸像、80英寸像、100英寸像，以及130英寸像的投射距离的畸变(歪曲)性能图。在该畸变性能图中，使畸变量为10倍后强调表示。像这样，可知上述投射光学系统得到良好的光学性能。
另外，在本实施例中，用第一自由曲面透镜11、第二自由曲面透镜12、自由曲面反射镜13进行了说明，但不仅限于自由曲面，例如，也可以不是自由曲面而是非球面透镜或反射镜。但是，如果将投射光学系统相对于屏幕倾斜配置，则产生旋转非对称的错误量(台形畸变、合焦位置因场所而不同等)。对该错误量进行修正时，用自由曲面，特别是旋转非对称的光学要素(透镜、反射镜等)较为有效。
根据本发明，能够提供实现了进一步的投射距离的缩短化(广角化)和投射光学系统的小型化的投射型影像显示装置。

Claims (4)

1.一种投射型影像显示装置，其特征在于，包括：
相对于影像显示元件配置在光的前进方向的包含多个透镜的透镜组；
相对于所述透镜组配置在光的前进方向的，自由曲面形状的第一透镜；
相对于所述第一透镜配置在光的前进方向的，自由曲面形状的第二透镜；和
将从所述第二透镜射出的光反射而倾斜投射在屏幕上的，自由曲面形状的反射镜，其中
所述透镜组中最靠近所述第一透镜的透镜是凸面朝向该第一透镜的方向的凹凸透镜，
所述第一透镜是凸面朝向所述第二透镜的方向的凹凸透镜，
所述第二透镜是凸面朝向所述反射镜的方向的凹凸透镜。
2.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
所述透镜组中最靠近所述第一透镜的透镜的光焦度为负，
所述第一透镜的光焦度为正，
所述第二透镜的光焦度为负。
3.如权利要求1或2所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
所述反射镜反射的光束中通过最靠近所述第二透镜的位置的光束与所述第二透镜的出射侧面为大致平行的关系。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
所述第一透镜与所述第二透镜之间的空间中形成的空气透镜的形状是凸面朝向所述反射镜的方向的凹凸透镜形状。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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