專利名稱：投射光學設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及投射光學設備(包括投射成像設備)，具體地涉及斜投射光學設備。
背景技術：
投射型圖像顯示設備是公知的，在該投射型圖像顯示設備中，原始圖像，例如字母 或者圖片的靜止圖像或者活動圖像，被二維地形成在小的光閥上，然后被投射光學系統(tǒng)放 大并投射。光閥，也可以被稱為空間光調制器，被應用在例如透射液晶顯示屏(LCD)面板和 數(shù)字光處理(DLP)的技術以及單硅片液晶(LCOS)技術中。 雖然DLP是當前市場中最主要的技術，但LCOS面板因為它出眾的對比度特性以
及比透射LCD面板更高的光學利用效率，并且因為它的容量順應近年來不斷增加的像素數(shù)
量，份額在不斷增大。投射型圖像顯示設備包括前投射型以及后投射型。在前投射型中，光
閥上的圖像被放大并投射在遠離該裝置放置的投射表面，諸如反射屏上，以便能夠觀察反
射光。在后投射型中，透射屏被設置在該設備內作為投射表面，并且光閥上的圖像被放大然
后從該屏的后方投射在該屏上，以便能夠從屏的前方看到被投射的圖像。 在這兩種類型的圖像顯示設備中，都希望減小設備的尺寸。更進一步地，通過減少
裝置和投射表面之間的距離，可以實現(xiàn)最小空間內的大屏幕尺寸。 下面指出的專利文獻1揭示了一種后投射設備，其中，光路在光閥和屏之間折轉
兩次，借此，光閥上的縱向上更長的原始圖像被橫向上更長地投射在屏上。 在該技術中，平面鏡被設置作為安置在投射透鏡系統(tǒng)的光路中的第一光偏轉單
元，以使得光路沿垂直于基面的方向偏轉。第二光偏轉單元被安置在投射透鏡系統(tǒng)和屏表
面之間的光路中，以使得光路沿平行于基面的方向偏轉。 專利文獻2揭示了一種具有減小的投射距離的投射光學設備(斜投射光學設備)。 在該技術中，通過透射折射系統(tǒng)生成光閥上的原始圖像的中間像。中間像被凹面鏡重新聚 焦在屏上。 專利文獻3揭示了從一組透鏡發(fā)出的光束的光路被鏡偏轉以將光軸折轉。 具體地，面板(空間光調制器)上的圖像的光射線在穿過光學系統(tǒng)之后被鏡轉向
(bend)，并且進一步在到達凹面鏡之前被另一個鏡轉向，通過該凹面鏡光射線被轉向并且
另外在該圖像被投射在投射表面之前被另一個鏡轉向。 專利文獻1 :日本公開專利申請No2004-347872 專利文獻2 :日本公開專利申請No2006-235516 專利文獻3 :W02006-058884 在專利文獻1的技術中，由于第一光偏轉單元，投射透鏡系統(tǒng)相對于基板面縱向
延伸。此外，在投射透鏡系統(tǒng)和屏表面之間的光路中安置有第二光偏轉單元。在該結構中，
因為距離基面的高度較大，所以，適合于前投射目的的設備將具有增加的高度。 在根據(jù)專利文獻2的光學系統(tǒng)中，當適合于前投射構造時，設備整體上在上下方
向上的厚度明顯地依賴于最大的凹面鏡的尺寸(高度)。另外，因為透射折射光學系統(tǒng)整體上被安置在凹面鏡之上，所以更加增加設備的高度。 當光學系統(tǒng)用于后投射應用并且被容納在后投射設備的殼體中時，這個問題既不
顯著也不嚴重。然而，當應用在前投射設備中時，設備的尺寸變得更加引人注意。 此外，透射折射光學系統(tǒng)下的空間提供寬廣的延伸至凹面鏡的下邊緣的無用空間。
因為光學系統(tǒng)在投射方向上直線地排列，設備在投射方向上的長度，即，設備的深度較大，如
此使得難以實現(xiàn)緊湊的投射設備(因為光學系統(tǒng)需要進一步被安置在投射圖像的背面)。 然而在專利文獻3的技術中，光軸被鏡向下轉向，因為面板(空間光調制器)位于
凹面鏡下方，機組(set)的高度增加。 另外，因為光路在投射透鏡系統(tǒng)和凹面鏡之間轉向，歸因于下面將描述的原因，光
路的偏轉所需要的元件的尺寸增加。當投射光束從投射透鏡系統(tǒng)行進至凹面鏡時，它的位
置離開投射透鏡系統(tǒng)的光軸，這使得光路偏轉部分中的元件的設定變得困難。 為了插入用于折轉光路的元件，投射透鏡系統(tǒng)和凹面鏡之間的距離需要增加。如
圖解光路的專利文獻2的附圖中所見，當視角增大，從投射透鏡至凹面鏡的投射光束具有
相對于透鏡系統(tǒng)的光軸不斷增大的角度。結果，隨著離開透鏡系統(tǒng)的距離增加，接收這樣的
光束的凹面鏡的尺寸增加，以致凹面鏡的成本也以相應的方式增加。 在專利文獻3的技術中，中間像位于投射透鏡系統(tǒng)和凹面鏡之間，并且光路在靠 近中間像處轉向，折轉反射鏡安置在光束被會聚處。結果，即使折轉反射鏡形狀的微小誤差 也會使投射圖像的質量受到影響并因此趨于惡化。 本發(fā)明人的分析表明，如專利文獻2和3中的其中形成中間像的該類型的光學系 統(tǒng)，具有從投射透鏡系統(tǒng)發(fā)出的光射線中的某些特性。 具體地，具有大的視角的光射線(g卩，從較大高度的物體發(fā)出的射線)穿過靠近最 后的透鏡的邊緣的點，以使它以較大輸出角被引至凹面鏡。 由于這樣的特點，當光路間隔為折轉目的延伸時，最后的透鏡或者投射透鏡系統(tǒng) 中靠近它安置的透鏡的尺寸趨于增加。 此外，因為來自聚焦系統(tǒng)的光束在它們入射在凹面鏡上之前擴散，所以凹面鏡的 尺寸同樣趨向增加。 在專利文獻1到3中，從投射透鏡系統(tǒng)發(fā)出的具有大的輸出角的光射線的光路被 折轉反射鏡轉向。 這樣的光軸的折轉導致透鏡尺寸的增加，并妨礙設備尺寸的縮小。 當折轉反射鏡被安置在如上所述的光束被聚焦處時，即使折轉反射鏡形狀的微小
誤差也會使投射圖像的質量受到影響并因此趨于惡化。 因此，在前述類型的投射光學設備中，不能通過用折轉反射鏡將光軸折轉來簡單 地實現(xiàn)減小設備的尺寸。因此難以阻止圖像質量下降并且同時難以減小設備的尺寸。
舉例來說，雖然專利文獻3的圖9顯示了將光軸折轉的折轉反射鏡，其中光束的擴 散被透鏡阻止，前述即使是折轉反射鏡的形狀的微小誤差也會影響投射圖像的質量的問題 仍然存在。
發(fā)明內容
因此本發(fā)明的一般目的是提供一種其中消除了相關技術中的一個或多個上述問
5題的投射光學設備。 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在光線不擴散或者被設計成不擴 散的投射透鏡系統(tǒng)中更靠近空間光調制器的區(qū)域中，光線被折轉，而不是將從投射棱鏡系 統(tǒng)發(fā)出的具有大輸出角度的光線折轉。 為了防止光線的擴散，相對于折轉空間更靠近物體(即，空間光調制器)布置的透 鏡組可以被設置具有正光焦度。光焦度越大，更能夠控制光線會聚。還應該會使諸如軸向 色差和光面角誤差的畸變得到平衡。通過將光學系統(tǒng)設計成從相對于折轉空間更靠近空間 光調制器安置的透鏡組發(fā)出的光線不擴散，能夠防止光線在折轉空間內的擴散(即，元件 尺寸的增加)。 因為沒有有關形成中間像的折轉空間中的光束的密集度的條件，可以控制歸因于
設置用于折轉的光路偏轉單元(諸如折轉鏡)的形狀誤差的圖像質量退化。 —個方面，本發(fā)明提供一種投射光學設備，包括空間光調制器；以及投射光學系
統(tǒng)，該投射光學系統(tǒng)包括第一光學系統(tǒng)和第二光學系統(tǒng)，該第一光學系統(tǒng)具有透射折射元
件，該第二光學系統(tǒng)具有反射折射元件。由該空間光調制器形成的圖像被該投射光學系統(tǒng)
投射在投射表面上。在由該空間光調制器形成的該圖像的中心和該投射表面之間的光路
中，沿著從所述第二光學系統(tǒng)引至該投射表面的光路行進的光線被以相對于該投射表面成
角度地投射。當該光線的進行方向上的矢量是矢量A時，平行于所述投射表面的該矢量A
的投射分量被定義為向上方向，與向上方向相反的方向被定義為向下方向。在更靠近該空
間光調制器的該第一光學系統(tǒng)的區(qū)域中，該第一光學系統(tǒng)的光軸在包括向上或向下方向的
矢量的方向上被光路偏轉單元折轉。 在優(yōu)選實施例中，當垂直于向上或向下方向的方向被定義為水平方向時，除了包 括向上或向下方向上的矢量的方向之外，該第一光學系統(tǒng)的該光軸在包括水平方向上的矢 量的方向上被折轉。 在另一個優(yōu)選實施例中，相對于該第一光學系統(tǒng)中的被折轉位置更靠近該空間光 調制器安置的透鏡組具有正的合成光焦度，其中由該透鏡組發(fā)射的光束不會擴散，或者實 質上是平行的。 在另一個優(yōu)選實施例中，該第一光學系統(tǒng)中的該被折轉位置被設定成，由相對于 該被折轉位置更靠近該空間光調制器安置的透鏡組發(fā)射的光束不會擴散，或者實質上是平 行的。 在另一個優(yōu)選實施例中，該第二光學系統(tǒng)包括具有正光焦度的反射折射元件，并 且在該第一光學系統(tǒng)和該光學系統(tǒng)之間生成中間像。 在另一個優(yōu)選實施例中，具有正光焦度的該反射折射元件具有該投射光學系統(tǒng)中 最大的有效直徑。 在另一個優(yōu)選實施例中，在該第一光學系統(tǒng)中沿該包括向上或向下方向上的矢量 的方向的折轉是朝向該反射折射元件的下邊緣，其中相對于該第一光學系統(tǒng)中的被折轉位 置更靠近該空間光調制器安置的透鏡組發(fā)生安置在一個空間內，所述空間的下限由該反射 折光元件的該下邊緣限定下限。 在另一個優(yōu)選實施例中，該第一光學系統(tǒng)中更靠近該空間光調制器安置的透鏡組 具有光軸Ll，該光軸Ll被安置在該光軸Ll上的第一光路偏轉單元折轉成光軸L2，并且該光軸L2被安置在該光軸L2上的第二光路偏轉單元折轉成光軸L3，其中該光軸L1、L2和L3 在該第一光學系統(tǒng)內不在同一平面內。 在另一個優(yōu)選實施例中，該第一光學系統(tǒng)包括聚焦調整機構，該聚焦調整機構為
安置在更靠近該第一光學系統(tǒng)中的該第二光學系統(tǒng)的透鏡組而設置。 在另一個優(yōu)選實施例中，該光路偏轉單元包括平面鏡。 在另一個優(yōu)選實施例中，設備進一步包括多個該光路偏轉單元，其中被安置在單 根光軸上的兩個該光路偏轉單元被整體地或者依次地構建。在優(yōu)選實施例中，該光路偏轉 單元包括棱鏡，該棱鏡包括兩個光路偏轉單元，其中一個光路偏轉單元的偏轉/反射表面 的法線和另一個該光路偏轉單元的偏轉/反射表面的法線彼此垂直。 在優(yōu)選實施例中，用于該空間光調制器的控制襯底被安置為平行于該投射表面的 左/右方向，并且平行于包括更靠近該第一光學系統(tǒng)中的該第二光學系統(tǒng)安置的透鏡組的 光軸的平面。 在優(yōu)選實施例中，照明光學系統(tǒng)被安置在由該光軸Ll、 L2和L3圍繞的空間領域 中。 在優(yōu)選實施例中，該空間光調制器被安置在與該第二光學系統(tǒng)的最低邊緣同樣的 高度，或者高于該第二光學系統(tǒng)的最低邊緣。 在優(yōu)選實施例中，設備進一步包括用于相對于該第一光學系統(tǒng)可移動地支撐該第 二光學系統(tǒng)的可移動機構，其中為了減小該設備的深度，當沒有圖像正被投射時，該第二光 學系統(tǒng)能夠向著該第一光學系統(tǒng)移動。 在優(yōu)選實施例中，開口部分和遮光部分被設置在該第二光學系統(tǒng)和該投射表面之 間的光路中，其中，在圖像的投射期間，來自該第二光學系統(tǒng)的反射光以及會聚的方式穿過 該開口部分。
當連同附圖一起閱讀，從下面的具體實施方式
中，本發(fā)明的這些及其他目的、特征
以及優(yōu)點對于本領域技術人員將是顯而易見的。在附圖中 圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的投射光學設備的側視圖； 圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的投射光學設備的主要部分的放大圖； 圖3顯示投射光學設備中的第一光學系統(tǒng)的立體圖； 圖4示范性地顯示在本發(fā)明的實施例中光軸是如何被折轉的； 圖5A顯示沿著第一光學系統(tǒng)中的第一透鏡組的投射光學設備的側視圖； 圖5B顯示投射光學設備的第一光學系統(tǒng)和第二光學系統(tǒng)的平面圖； 圖6A顯示圖解聚焦調節(jié)過程的側視圖； 圖6B顯示圖解聚焦調節(jié)過程的另一個側視圖；圖6C顯示圖解聚焦調節(jié)過程的另 一個側視圖； 圖7顯示根據(jù)相關技術的投射光學設備； 圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的光路偏轉單元的立體圖； 圖9顯示圖解根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的空間光調制器和控制襯底的配置的
立體 圖10顯示本發(fā)明的另一個實施例中元件的配置的平面圖； 圖11A顯示，當圖像正被投射時，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的可移動機構； 圖11B顯示當沒有圖像正被投射時的可移動機構； 圖12A顯示一側視圖，該側視圖顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的開口結構、遮 光結構以及可移動機構；以及 圖12B顯示圖12A的實施例的另一個側視圖，其中可移動機構被移動以減小設備 的尺寸。
具體實施例方式
圖7顯示根據(jù)相關技術的前投射設備的側視圖。形成在光閥1上的原始圖像被投 射光學系統(tǒng)放大并投射在投射表面4上，該光閥1是空間光調制器，該投射光學系統(tǒng)包含第 一光學系統(tǒng)2和第二光學系統(tǒng)3。在圖7的實例中，第一光學系統(tǒng)2由透射折射系統(tǒng)構建。 第二光學系統(tǒng)3由反射折射系統(tǒng)構建。 光閥1上的原始圖像被投射在投射表面4上作為正像。光閥1上的原始圖像的倒 像由透射折射系統(tǒng)在第一光學系統(tǒng)2和第二光學系統(tǒng)3之間生成作為中間像。中間像被第 二光學系統(tǒng)3投射在投射表面4上作為正像。 光閥1和第一光學系統(tǒng)2成直線地排列，以使設備的深度為D，第一光學系統(tǒng)2的 下面和第二光學系統(tǒng)3的下邊緣之間的區(qū)域提供無用空間。 隨后，描述本發(fā)明的第一實施例，其中與參照圖7描述的部件對應的部件用相應 的數(shù)字標注。 在描述本實施例之前，定義矢量A以定義根據(jù)本實施例的斜投射光學設備中的Y 方向。 圖1顯示在形成在空間光調制器1上的圖像的中心和投射表面4之間的光路中， 沿著從第二光學系統(tǒng)3'引向投射表面4的光路行進的光線a。光線a相對于投射表面4 的法線N成一角度地投射。在該情況中，即使沿著光線a的光路存在偏轉元件，也假定光線 a直線地穿過這樣的偏轉元件并到達投射表面4。 在其行進方向上的光線a的矢量被定義為矢量A，大致平行于投射表面4的矢量A
的投射分量被定義為向上方向(U)，與向上方向相反的方向被定義為向下方向。如此，Y方
向對應于向上或向下方向，在其中光路折轉的方向包括向上或向下方向。 在圖1中，第一光學系統(tǒng)5的光軸被光路偏轉單元6(參見圖3)沿+Y方向偏轉，
然后被第二光路偏轉單元7(參見圖3)沿+X方向偏轉。因此，在本實施例中，光路在第一
光學系統(tǒng)5中被折轉，在第一光學系統(tǒng)5中，至少沿向上/向下方向的折轉比被折轉位置更
靠近物體側(空間光調制器側)發(fā)生。 更具體地說，相對于圖7中所示的未折轉的第一光學系統(tǒng)的光軸，光軸沿-Y方向 折轉。 通過采用該結構，如圖1中所示，設備的深度從沒有折轉的深度D2(對應于圖7中 的深度D)減小為D1。 此外，因為光軸的折轉部分可以位于在沒有折轉的情形中的第一光學系統(tǒng)之下的 無用空間(參見圖7)內，所以可以有效地利用無用空間。
圖5A顯示根據(jù)本實施例的投射光學設備的Y-Z平面。圖5B顯示投射光學設備 的X-Z平面。如圖5A中所示，第一光學系統(tǒng)5的第一組5A(靠近光閥)被安置為靠近基面 (X-Z平面)。如俯視圖(圖5B)中所見的第一光學系統(tǒng)5的除了其第二組5B之外的區(qū)域 具有比第二組5B的高度更低的高度Yl。因此，設備的主要部分的高度可以減小為高度H。 參照圖5A和5B，數(shù)字22表示設備的殼體。同樣在圖5A和圖5B中，為了容易理解，光路偏 轉單元6和7被顯示為具有矩形形狀。 因此，在第一光學系統(tǒng)5內通過在向上-向下方向，S卩，Y方向將光路折轉，包括空 間光調制器1的圖像形成部分可以位于低的位置。 然而，存在犧牲布局條件而應該優(yōu)先考慮投射性能的情況。因此，也許不可能設計 具有允許光路折轉的足夠長的空間的光學系統(tǒng)。在這種情況下，出現(xiàn)光路需要向下延伸的 問題。 具體地，簡單地向下折轉光路會導致向下長度超過第二光學系統(tǒng)3'的下邊緣，這 樣就增加了設備的高度。 為了克服該問題，根據(jù)本實施例，至少第一光學系統(tǒng)5也在垂直于向上/向下方向 的水平方向上被折轉，如此防止設備的高度延伸超出圖5A中的Y3。 因此，通過在Y2和Y3的范圍內，在水平方向以及_Y方向上折轉光路，能夠防止設 備的總高度的增加?？臻g光調制器1可以是諸如LCD面板的光閥。在該情況下，因為用于 照明面板的照明發(fā)動機可以被安置在設備的下部(無用空間)，所以能夠實現(xiàn)具有更穩(wěn)定 的重心的設備。 特別地，在圖2的構造中，其中第二光學系統(tǒng)3'的下邊緣的高度被表示為Y3，通 過將空間光調制器1定位在Y3以上，能夠有效地利用無用空間而無需增加設備的高度，如 此可以實現(xiàn)體積較小的設備。 在顯示X-Y平面的圖2中，光路偏轉單元(平面鏡)6和7被設置在第一組5A和 第二組5B之間的光路中。第一組5A的光軸L1(參見圖4)在Z軸方向上，并被光路偏轉單 元6沿Y方向偏轉。 這之后是光路偏轉單元7，通過該光路偏轉單元7，光軸L2 (參見圖4)沿著X軸方 向被偏轉成光軸L3。在第二組5B和第二光學系統(tǒng)3'(其是具有正光焦度的反射折射元 件)之間的光路空間中，形成中間像平面I。 設備的基面在X-Z平面內?；嬖赮方向上的高度基本上對應于反射折射元件 3'在Y方向上的最小高度。 在圖3(立體圖)所示的實例中，空間光調制器1上的原始圖像的縱向沿Y方向。 空間光調制器1上的原始圖像的縱向在光路偏轉單元6的偏轉表面上的Y-Z平面內。
光路偏轉單元6的偏轉面的法線在Y-Z平面內，并且相對于Z軸傾斜45° 。
在光路偏轉單元7的偏轉面上，空間光調制器1上的原始圖像的縱向在Z軸方向 上。光路偏轉單元7的偏轉面的法線在X-Y面內并且相對于X軸傾斜45° 。
因為光軸被光路偏轉單元7沿X軸方向偏轉，所以投射表面在Y-Z平面內。如此， 圖像的縱向在Y-Z平面內的投射表面上的Z方向上，以致投射圖像在橫向上更長。
在上述構造中，能夠得到以下有益的效果。
與圖7中所示的傳統(tǒng)結構相比較，整個設備的深度能夠減小。
*與圖7的傳統(tǒng)實例相比較，圖1中以陰影線顯示的第一光學系統(tǒng)5以下的無用空 間被減小。如此，歸因于具有大的有效直徑的第二光學系統(tǒng)3'的無用空間，能夠被有效地 利用并且設備所需的空間能夠減少。
因為沿向下和水平方向的折轉，所以不僅能夠有效利用無用空間，而且光學系統(tǒng) 在水平方向上的長度能夠減去沿高度方向被折轉的光學系統(tǒng)的部分的長度。如此，設備在 深度方向上的尺寸能夠減少。
空間光調制器的縱向能夠被安置在相對于設備的基面的垂直方向上，以致在平 行于基面的方向，即，橫向上更長的圖像能夠被投射在投射表面上。當空間光調制器被如此 安置在垂直方向上時，能夠減小正交棱鏡等的體積，借此能夠減小正交棱鏡的成本和設備 的重量。參照圖1、2和3，因為光路偏轉單元6和7依次被安置在更靠近空間光調制器1的 第一組5A和更靠近中間像的第二組5B之間的第一光學系統(tǒng)5中的光路空間中，所以能夠 容易地配置偏轉單元而沒有使結構復雜化或者增加設備的尺寸。雖然在圖3的立體圖中顯 示的是第一光學系統(tǒng)5的第一組5A的光軸Ll平行于Z軸，但是光軸Ll也可以在X-Z平面 內、或者Y-Z平面內、或者X-Z平面和Y-Z平面兩者內，相對于Z軸傾斜某個角度。
當光軸在X-Z平面傾斜時，通過根據(jù)傾斜角適當?shù)匦D空間光調制器1，圖像能夠 以正確的取向被投射在投射屏上。 圖6A至6C圖解被構造為單獨地移動第一光學系統(tǒng)5的第二組5B的光學元件的 聚焦調節(jié)機構。圖6A是尺寸為50英寸的投射屏的實例，圖6B是尺寸為75英寸的投射屏 的實例，圖6C顯示尺寸為100英寸的投射屏的實例。 如此，聚焦調整機構集中在第二組5B中，第二組5B相對于第一組5A更靠近設備 的頂部。這意味著聚焦調整機構不需要被安置在離開設備頂部的最深處。如此，不需要用 于操作聚焦調整機構的必需的單元而使結構復雜化或增大尺寸。應該容易理解的是，如果 聚焦調節(jié)機構被安置在最深處，聚焦調整機構將不得不為了在頂面的外側上設置它的操作 單元而增大尺寸或者變得復雜。 根據(jù)本實施例，光路偏轉單元6和7兩者都包括非常廉價的平面鏡。這還提供了 以下優(yōu)點，光路偏轉單元6和7可以容易地與大略地呈圓柱形的光學系統(tǒng)鏡框架(未顯示) 相匹配。 圖8顯示本發(fā)明的第二實施例，其中與上面的實施例中的部件或元件對應的部件 或元件用相應的數(shù)字表示，并且除非必不可少，它們的結構或功能將被省略(同樣適用于 隨后的實施例)。 在本實施方式中，采用包括被整體地結合的兩個矩形棱鏡的光路偏轉單元8。具體 地說，光路偏轉單元8包括第一矩形棱鏡9和第二矩形棱鏡10，分別對應于第一實施例的光 路偏轉單元6和7。第一矩形棱鏡9的偏轉面9A的法線和第二矩形棱鏡10的偏轉面10A 的法線彼此垂直。如此，如上所述，當空間光調制器l的縱向被安置在基面的法線方向時， 被投射的圖像的縱向變?yōu)槠叫杏诨?，如下面詳細描述的。參照圖8，在引向第一矩形棱鏡 9的光路中，空間光調制器1的縱向在Y方向上，如雙箭頭所示。在從第一矩形棱鏡9 (反射 表面)引至第二矩形棱鏡10的光路中，空間光調制器1的縱向在Z方向上。
最后，在被第二矩形棱鏡10偏轉和反射的光路中，空間光調制器1的縱向在Z方 向上。
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如此，空間光調制器1的縱向從Y方向轉換至Z方向。因為設備的基面如圖1和
3所示處于X-Z平面內，所以被投射的圖像的縱向變?yōu)槠叫杏诨?，該基面假定為大致平?br>
于其上安置有設備的平面。 圖9顯示本發(fā)明的第三實施例。 在本實施方式中，電纜11從空間光調制器1的較短側被拉至頂面?zhèn)炔⒈贿B接至控 制襯底12。如此，控制襯底12能夠被容易地安置為平行于基面。 在該配置中，因為設備的高度不受控制襯底12的縱向或者橫向長度抑制，所以設 備的高度能夠做得比控制襯底12的縱向或者橫向長度更短。 雖然在本實施例中顯示的是采用偏振光線分裂器(polarization beam splitter) 13，但是也可以替代地使用線柵偏振器(grid polarizer)。在圖9中，數(shù)字14表 示光合成棱鏡。 圖10顯示本發(fā)明的第四實施例。 參照顯示X-Z平面視圖的圖IO，在光路偏轉單元6之前的，即，更靠近空間光調制
器l的投射光學系統(tǒng)的光軸L1，處于Z方向上。歸因于光路偏轉單元7，后續(xù)階段中的投射
光學系統(tǒng)的光軸L3處于X方向上。如此，在該平面圖中，光軸被折轉成L形。 通過在圖10中有陰影線的區(qū)域中放置照明光學系統(tǒng)，減少了設備整體上的空間
的浪費，并且能夠減小設備的尺寸。在本實施方式中，可以采用傳統(tǒng)的照明光學系統(tǒng)。只要
照明系統(tǒng)包括光源、照明均衡光學系統(tǒng)以及偏振轉換元件，就能夠獲得照明光的改進的使
用效率。 利用蠅眼(fly-eye)光學系統(tǒng)或者棒積分元件(rod integrator element)能夠 使得照明度均衡。也可以使用用于調整照明光的擴散角度的聚光透鏡。光源可以包括金屬 鹵化物燈或者高壓汞燈，或者它可以包括諸如激光或者發(fā)光二極管(LED)的固態(tài)光源。
在圖IO所示的實施例中，具有優(yōu)良的偏振分離特性的線柵偏振器或者偏振光線 分裂器可以用作偏振分離板24。雖然圖10中所示的實例包含所謂的三板型，在該三板型中 照明光被波長分離板25分成RGB三色，然后各個顏色在單個空間光調制器上發(fā)光，但是本 發(fā)明不限于這樣的實例。在另一個實施例中，可以采用單個空間光調制器l，并且可以使用 色彩滾動過濾器(color scroll filter)以場序制方式來生成圖像，仍然能夠得到本發(fā)明 的效果。 圖IIA和IIB顯示本發(fā)明的第五實施例。 如作為X-Y平面圖的圖11A和11B所示，在第一光學系統(tǒng)5的第二組5B之下面對 基面處存在一些空間。在該空間內，設置有用于在一方向上移動第二光學系統(tǒng)3'以使第二 光學系統(tǒng)3'和第一光學系統(tǒng)5之間的距離減小的可移動機構15。 具體地說，可移動機構15包括在第一光學系統(tǒng)5的第二組5B之下的空間中固定 至基面的固定框架16?？梢苿涌蚣?7和18以能夠向著第二光學系統(tǒng)3'移動的方式被容 納在固定框架16內。用于支撐第二光學系統(tǒng)3'的支撐構件19被固定至可移動框架18的 末端。 當設備未被使用時，S卩，當沒有圖像正被投射時，第二光學系統(tǒng)3'能位于更靠近 第一光學系統(tǒng)5的位置，如圖IIB中所示，借此整個設備占用的空間能夠減少。
圖12A和12B顯示本發(fā)明的第六實施例。
如作為X-Y平面圖的圖12A和12B所示，開口部分20和遮光部分21被設置在第 二光學系統(tǒng)3'和投射表面4之間的光路空間內，以致光束在被第二光學系統(tǒng)3'反射之后 并到達投射表面4之前穿過開口部分20。 可以是簡單的孔的開口部分20，優(yōu)選地用光透射材料設置。通過設置開口部分 20，可能到達投射屏的閃爍光能夠被遮住，借此能夠得到例如對比度等的提高的圖像質量。 進一步，它防止了第二光學系統(tǒng)3'的反射表面上的灰塵或者雜質的聚集。如果灰塵或者雜 質附在第二光學系統(tǒng)3'的反射表面，那么被投射的圖像的質量劣化。 如果粉末或者雜質由于投射光的熱量在反射表面上燒焦，則可能導致永久的投射 圖像質量退化。通過開口部分20能夠防止這樣可能的問題。如圖12B所示，開口部分20和 遮光部分21適合于和第二光學系統(tǒng)3' —起移動，從而使他們能夠被收藏在設備內部。這 樣，設備的尺寸能夠進一步減小。為此目的可以使用與參照圖ll描述的可移動單元類似的 可移動單元。 盡管參照某些實施例已經詳細描述本發(fā)明，但變化和變形例存在于如后所附的權 利要求所描述和限定的本發(fā)明的范圍和精神之內。 本申請基于在2007年9月28日提交的日本優(yōu)先權申請No2007-256283，其全部內 容通過引用被引入本文。
權利要求
一種投射光學設備，其特征在于，包括空間光調制器；以及投射光學系統(tǒng)，所述投射光學系統(tǒng)包括第一光學系統(tǒng)和第二光學系統(tǒng)，所述第一光學系統(tǒng)具有透射折射元件，所述第二光學系統(tǒng)具有反射折射元件，其中由所述空間光調制器形成的圖像被所述投射光學系統(tǒng)投射在投射表面上，其中，在由所述空間光調制器形成的所述圖像的中心和所述投射表面之間的光路中，沿著從所述第二光學系統(tǒng)引至所述投射表面的光路行進的光線相對于所述投射表面的法線成角度地被投射，其中，當所述光線的行進方向上的矢量是矢量A時，實質上平行于所述投射表面的所述矢量A的投射分量被定義為向上方向，與所述向上方向相反的方向被定義為向下方向，其中，在更靠近所述空間光調制器的所述第一光學系統(tǒng)的區(qū)域中，所述第一光學系統(tǒng)的光軸在包括向上或向下方向的矢量的方向上被光路偏轉單元折轉。
2. 如權利要求l所述的投射光學設備，其特征在于，當垂直于所述向上或向下方向的 方向被定義為水平方向時，除了包括所述向上或向下方向上的所述矢量的所述方向之外， 所述第一光學系統(tǒng)的所述光軸還在包括水平方向的矢量的方向上被折轉。
3. 如權利要求1或2所述的投射光學設備，其特征在于，相對于所述第一光學系統(tǒng)中的 被折轉位置更靠近所述空間光調制器安置的透鏡組具有正的合成光焦度，其中由所述透鏡 組發(fā)射的光束不會擴散，或者實質上是平行的。
4. 如權利要求1或2所述的投射光學設備，其特征在于，所述第一光學系統(tǒng)中的所述被 折轉位置被設定成，由相對于所述被折轉位置更靠近所述空間光調制器安置的透鏡組發(fā)射 的光束不會擴散，或者實質上是平行的。
5. 如權利要求1所述的投射光學設備，其特征在于，所述第二光學系統(tǒng)包括具有正光 焦度的反射折射元件，并且在所述第一光學系統(tǒng)和所述光學系統(tǒng)之間生成中間像。
6. 如權利要求5所述的投射光學設備，其特征在于，具有正光焦度的所述反射折射元 件具有所述投射光學系統(tǒng)中最大的有效直徑。
7. 如權利要求6所述的投射光學設備，其特征在于，在所述第一光學系統(tǒng)中沿包括所 述向上或向下方向上的所述矢量的方向的折轉是朝向所述反射折射元件的下邊緣，其中相 對于所述第一光學系統(tǒng)中的被折轉位置更靠近所述空間光調制器安置的透鏡組被安置在 一個空間內，所述空間的下限由所述反射折射元件的所述下邊緣限定。
8. 如權利要求1所述的投射光學設備，其特征在于，所述第一光學系統(tǒng)中更靠近所述 空間光調制器安置的透鏡組具有光軸Ll，所述光軸Ll被安置在所述光軸Ll上的第一光路 偏轉單元折轉成光軸L2，并且所述光軸L2被安置在所述光軸L2上的第二光路偏轉單元折 轉成光軸L3，其中所述光軸L1、L2和L3在所述第一光學系統(tǒng)內不在同一平面內。
9. 如權利要求1所述的投射光學設備，其特征在于，所述第一光學系統(tǒng)包括聚焦調整 機構，所述聚焦調整機構被設置用于在所述第一光學系統(tǒng)中更靠近所述第二光學系統(tǒng)安置 的透鏡組。
10. 如權利要求1所述的投射光學設備，其特征在于，所述光路偏轉單元包括平面鏡。
11. 如權利要求1所述的投射光學設備，其特征在于，包括多個所述光路偏轉單元，其 中被安置在單根光軸上的兩個所述光路偏轉單元被整體地或者依次地構建。
12. 如權利要求IO所述的投射光學設備，其特征在于，所述光路偏轉單元包括棱鏡，所述棱鏡具有兩個光路偏轉單元，其中一個所述光路偏轉單元的偏轉/反射表面的法線和另 一個所述光路偏轉單元的偏轉/反射表面的法線彼此垂直。
13. 如權利要求1所述的投射光學設備，其特征在于，用于所述空間光調制器的控制襯 底被安置為平行于所述投射表面的左或者右方向，并且平行于包括所述第一光學系統(tǒng)中更 靠近所述第二光學系統(tǒng)安置的透鏡組的所述光軸的平面。
14. 如權利要求8所述的投射光學設備，其特征在于，照明光學系統(tǒng)被安置在由所述光 軸L1、L2和L3圍繞的空間區(qū)域中。
15. 如權利要求1所述的投射光學設備，其特征在于，所述空間光調制器被安置在與所 述第二光學系統(tǒng)的最低邊緣同樣的高度，或者高于所述第二光學系統(tǒng)的最低邊緣。
16. 如權利要求1所述的投射光學設備，其特征在于，包括用于相對于所述第一光學系 統(tǒng)可移動地支撐所述第二光學系統(tǒng)的可移動機構，其中為了減小所述設備的深度，當沒有 圖像正被投射時，所述第二光學系統(tǒng)能夠向著所述第一光學系統(tǒng)移動。
17. 如權利要求1所述的投射光學設備，其特征在于，開口部分和遮光部分被設置在所 述第二光學系統(tǒng)和所述投射表面之間的光路中，其中，在圖像的投射期間，來自所述第二光 學系統(tǒng)的反射光以會聚的方式穿過所述開口部分。
全文摘要
一種投射光學設備，能夠提供高圖像質量以及具有減小的尺寸。投射光學設備包括光閥和投射光學系統(tǒng)，該投射光學系統(tǒng)包括第一光學系統(tǒng)(5)和第二光學系統(tǒng)(3′)，該第一光學系統(tǒng)(5)具有透射折射元件，該第二光學系統(tǒng)(3′)具有反射折射元件。形成在光閥上的圖像被投射光學系統(tǒng)投射在投射表面(4)上。第一光學系統(tǒng)(5)中的光軸被縱向和橫向折轉。第一光學系統(tǒng)的第一組(5A)被容納一個在空間(無用空間)內，該空間的下限被第二光學系統(tǒng)(3′)的下邊緣限定，借此減少設備的深度。
文檔編號G03B21/28GK101743513SQ20088002465
公開日2010年6月16日 申請日期2008年9月2日 優(yōu)先權日2007年9月28日
發(fā)明者安部一成, 山影明廣, 永瀨修, 河野義次, 藤田和弘, 高浦淳 申請人:株式會社理光