專利名稱：：投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種設(shè)置為將光從圖像形成元件投影到將要投影的平面的投影光學(xué)系統(tǒng)，并且涉及一種包括該投影光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
：JP2006-235516A公丌了-種包括具有透鏡系統(tǒng)和一個凹面鏡的投影光學(xué)系統(tǒng)的投影顯示裝置。該凹面鏡被以大大地鼓脹的狀態(tài)排布在透鏡系統(tǒng)的光軸的下面。JP2007-225776A公開了一種背面投影型(后投影型)圖像投影裝置，其中來自最后的鏡(finalmirror)的投影光與透鏡系統(tǒng)和反射鏡系統(tǒng)之間的光路交叉，并且用于投影上圖像的屏幕被排布為近似平行于透鏡系統(tǒng)的光軸，并且改進(jìn)了包括屏幕的整個裝置的薄度。在JP2006235516A屮公丌的投影光學(xué)系統(tǒng)中，凹面鏡在透鏡系統(tǒng)的光軸下方大大地鼓脹，所以如果投影光學(xué)系統(tǒng)被應(yīng)用到前投影型裝置，則當(dāng)構(gòu)造投影裝置(屏幕除外的投影器主體)時，因為機(jī)殼的底部是基于凹面鏡的下端限定的，所以需要增加投影裝置的尺寸，并且這樣出現(xiàn)問題，裝置的高度大，并且由于光軸位于裝置的機(jī)殼中的上側(cè)，裝置的重心高，并且投影器k體的安裝表面(設(shè)置平面)的不穩(wěn)定性是不可避免的。類似的問題存在于在JP2004-309765A和JP2007-079524A中公開的投影裝置。在JP2007225776A中公丌的投影裝置中，出于減少包括投影光學(xué)系統(tǒng)單元PU和屏幕的整個裝置的屏幕的厚度方向的寬度的目的，獲得了薄的裝置。然而，由于投影光學(xué)系統(tǒng)單元PU被優(yōu)化為后投影器，它不能直接地應(yīng)用到前投影器。當(dāng)投影光學(xué)系統(tǒng)單元PU被應(yīng)用到前投影器時，這樣的結(jié)構(gòu)是可得到的，其中在投影光學(xué)系統(tǒng)中通過例如折回鏡(foldingbackmirror),光束被折疊，以使得從觀察側(cè)觀察投影圖像成為可能；然而，對于其中除屏幕以外的投影光學(xué)系統(tǒng)被容納在機(jī)殼中的投影器主體，阻礙了緊湊，并且成本上升是不可避免的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的至少-個H的是提供，例如，一種包括投影器主體的投影光學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)投影光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到前投影器時，可以獲得投影器主體的緊湊和設(shè)置穩(wěn)定性，并且投影器主體可應(yīng)用到前投影器和后投影器兩者，而不必改變它的最佳化的技術(shù)規(guī)范，并且這樣可以通過共用模塊化實現(xiàn)成本優(yōu)勢。本發(fā)明的另-個H的是提供包括以上提及的投影光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置。在本發(fā)明中，投影光學(xué)系統(tǒng)包括屏幕，并且試圖改進(jìn)除屏幕以外的部分(包括透鏡系統(tǒng)和反射表面)的緊湊和設(shè)青穩(wěn)定性。按照以上提及的，本發(fā)明提議，例如，投影光學(xué)系統(tǒng)，其中從一個共軛面發(fā)射的多個光束進(jìn)入另一共軛面并且形成在所述--個共軛面上的像被投影在所述另一共軛面上，包括包括至少-個透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；以及包括至少兩個具有光焦度的反射表面的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中所述另一共軛面從投影在所述另一共軛面上的像的中心的法線與所述第一光學(xué)系統(tǒng)，或所述第二光學(xué)系統(tǒng)的任何空間，或所述第一光學(xué)系統(tǒng)和所述第二光學(xué)系統(tǒng)之間的空間沒有相交，并且其中當(dāng)由投影在所述另一共軛面上的像的垂直方向和所述法線的延伸方向限定的平面被設(shè)置為YZ平面時，從所述第一光學(xué)系統(tǒng)到所述另一共軛面，光路在所述YZ平面上僅相交一次。另外，本發(fā)明提議，例如，-種包括以上提及的投影光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置。將在下面參考小-范性實施例和后附的示意性附圖進(jìn)一步地描述本發(fā)明，其中圖1圖解根據(jù)本發(fā)明第一實施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)；圖2圖解根據(jù)本發(fā)明第一實施例的透鏡系統(tǒng)和反射表面的排布關(guān)系；圖3A圖解根據(jù)本發(fā)明第-實施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的緊湊結(jié)構(gòu)，圖3B圖解不緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的實例，圖3C圖解根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的不緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；5圖4圖解根據(jù)本發(fā)明第二實施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的示意的結(jié)構(gòu)；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的中間像的周邊的放大圖6圖解根據(jù)本發(fā)明第三實施例的不形成中間像的投影光學(xué)系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)；圖7圖解根據(jù)本發(fā)明第四實施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的結(jié)構(gòu)；圖8圖解根據(jù)本發(fā)明第五實施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的結(jié)構(gòu)；圖9圖解根據(jù)本發(fā)明第六實施例的后投影光學(xué)系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)；圖10圖解根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的圖像顯示裝置的示意性結(jié)構(gòu)；圖11圖解根據(jù)本發(fā)明的另個實施例的屏幕上的光斑圖示；圖12圖解圖像形成元件上發(fā)射的光束的位置與圖11中圖解的那些的對應(yīng)關(guān)系；以及圖13圖解根據(jù)本發(fā)明的另-個實施例的TV畸變(distortion)特性。具體實施例方式以下將參考圖1-3解釋第一實施例。根據(jù)第一實施例的前投影器的投影光學(xué)系統(tǒng)1包括具有一個共軛面的投影器主體2，以及形成另一共軛面的屏幕105。投影器主體2包括機(jī)殼110。圖像形成元件101，具有多個透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)102，以及第二光學(xué)系統(tǒng)112被收容在機(jī)殼110中。第二光學(xué)系統(tǒng)112具有對應(yīng)于第一光學(xué)系統(tǒng)102的第一反射表面103，其具有正光焦度，以及對應(yīng)于屏幕105的第二反射表面104，其具有光焦度。反射表面103和104兩者都具有變形的可調(diào)節(jié)的表面形狀。這里，"對應(yīng)于第一光學(xué)系統(tǒng)的第一反射表面"代表從第一光學(xué)系統(tǒng)出射的光首先進(jìn)入的反射表面，并且"對應(yīng)于屏幕(共軛面)的第二反射表面"代表由對應(yīng)于第一光學(xué)系統(tǒng)的第一反射表面反射的光進(jìn)入的，并且將進(jìn)入的光反射向共軛面的方向的反射表面。對整個光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計，以使得從作為一個共軛面(共軛面A)排布在機(jī)殼110中的圖像形成兀件101發(fā)射的光束，在作為另一個共軛面(共軛面B)的屏幕105上的期望的投影性能，例如分辨性能和畸變，能夠被滿足。換句話說，第一光學(xué)系統(tǒng)102和第二光學(xué)系統(tǒng)U2被一致地最佳地設(shè)計。另外，第一光學(xué)系統(tǒng)102也可以包括具有有光焦度的反射表面，或者折回光路的沒有光焦度的反射表面的光學(xué)系統(tǒng)，而不是僅具有透鏡的光學(xué)系統(tǒng)。此外，在圖1中，第一光學(xué)系統(tǒng)102包括三個透鏡，但是它不局限于由三個透鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)。對應(yīng)于共軛面B的，圖1中圖解的第二光學(xué)系統(tǒng)112的第二反射表面104，具有有正光焦度的凹反射表面，但是它不局限于凹反射表面，因為當(dāng)對整個光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計以滿足期望的投影性能時，F(xiàn)l表面和凸表面兩者都是可能的。從排布在共軛面A上的圖像形成元件101發(fā)射的光束通過第一光學(xué)系統(tǒng)102，并且從第一光學(xué)系統(tǒng)102出射-，然后進(jìn)入第二光學(xué)系統(tǒng)112的，對應(yīng)于第一光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面103。從第一反射表面103接收了正光焦度的光束在其上被反射然后進(jìn)入對應(yīng)于共軛面B的第二反射表面104。如圖1中圖解的，第二反射表面104被布置在YZ平面上相對于第一光學(xué)系統(tǒng)102的光軸106，與第二光學(xué)系統(tǒng)112的對應(yīng)于第一光學(xué)系統(tǒng)的第一反射表面103相對的空間中。這早.，"YZ平面"代表山投影到共軛面B上的像的垂直方向，以及從投影到共軛面B上的像的屮心的法線107的延伸方向限定的平面，即圖1中的紙平面。換句話說，"YZ平巾]"山投影到屏幕105.t的像的中心和第一光學(xué)系統(tǒng)102的有最大孔徑(aperture)的透鏡的光軸106限定。由于具有^光焦度的第-反射表面103，出射的光相對于入射光被聚焦。所以，對應(yīng)于共軛面B的第二反射表面104可以緊密地產(chǎn)生而不會有大的尺寸。由對應(yīng)于共軛面B的第反射表面104反射的光束在YZ平面上與從第一光學(xué)系統(tǒng)102到第一反射表面1()3的光路僅相交一次，然后被成像在屏幕105上。"光束在YZ平面丄:相交"意指從第一光學(xué)系統(tǒng)(例如，在此實施例中第一光學(xué)系統(tǒng)102)出射的光束在YZ平面上與對應(yīng)于共軛面B(例如，在此實施例中屏幕105)的反射表面(例如，在此實施例中第二反射表面104)反射的光束相交。如上提及，因為由對應(yīng)于共軛面B的第二光學(xué)系統(tǒng)的第二反射表面104反射的光束在YZ平面上與從第-光學(xué)系統(tǒng)102到第--反射表面103的光路僅相交一次，所以投影光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的空間可以被有效地用作用f成像的必須的和期望的空間(對滿足投影性能必須的空間)，因此從物體到成像平面的山成像系統(tǒng)占據(jù)的空間可以被有效地使用。所以，成像系統(tǒng)，投影系統(tǒng)，和投影裝置可以被緊密地生產(chǎn)。當(dāng)相交發(fā)生多次時，三個反射表面或以上是必須的，如在JP2004-309765A中描述的。在這種情況下，三個鏡或以上是必須的，而這是高成本的并且在制造時在定位精度方面是嚴(yán)格的，所以僅相交一次是更可取的。另外，當(dāng)相交的次數(shù)大時，因為達(dá)到共軛面B的閃爍光(flarelight)的概率上升，所以圖像質(zhì)量的下降是所關(guān)切的事，所以由此觀點，僅相交一次是有利的。此外，整個光學(xué)系統(tǒng)被排布為通過共軛面B上屏幕105的中心的，共軛面B的法線107不與除屏幕以外的投影光學(xué)系統(tǒng)相交。這樣，例如，當(dāng)用戶從圖l中的右側(cè)察看投影到屏幕上的投影圖像時，ltl除屏幕以外的投影光學(xué)系統(tǒng)干涉的可能性被降低。所以，例如，對于其中除屏幕以外的投影光學(xué)系統(tǒng)被收容在一個機(jī)殼中的投影器主體2，當(dāng)從圖1中的右側(cè)察看時，投影圖像可以在沒有任何山于投影器主體2的干擾的情況下被看見。也就是說，這個光學(xué)系統(tǒng)適合于應(yīng)用到前投影器的投影裝置。特別是，在本實施例中，而且在隨后解釋的第二和第三實施例中，整個光學(xué)系統(tǒng)被排布為在共軛面B的下端沿垂直于共軛面B(例如，第---實施例中的屏幕105)的方向的切線不與從圖像形成元件(例如，第一實施例中的圖像形成元件101)到對應(yīng)于共軛面B的反射表面(例如，第-實施例中的第二反射表面104)的光束相交。所以，當(dāng)觀看投影到屏幕t::的投影圖像時，更低的投影光學(xué)系統(tǒng)干擾的效果被顯著地體現(xiàn)。參考閣2和閣3，將詳細(xì)地解釋第—光學(xué)系統(tǒng)112的反射表面103和104的排布位置關(guān)系。在YZ平面上，參考第一光學(xué)系統(tǒng)102的具有最大孔徑的透鏡102a的光軸106，如果H,代表從光軸106開始，對應(yīng)于第--光學(xué)系統(tǒng)102的第一反射表面103的有效直徑的最大高度，并且&代表從光軸106開始，對應(yīng)于共軛面B的第二反射表面104的有效直徑的最大高度，通過將H2的絕對值，即lHj，設(shè)置為小于fi的絕對值，即IH丄對應(yīng)于共軛面B的第二反射表面l(M被排布為更接近光軸106，并且在相對于光軸106與屏幕105相對的空間(圖2中從光軸106丌始的下側(cè))中光學(xué)系統(tǒng)的空間需求是小的。所以，如圖3A中圖解的，與、與H,和H2被設(shè)置為lHj〈lH2l時的情況中的厚度(如在圖3B中圖解的)，和在JP2006-235516A的實施例中描述的光學(xué)系統(tǒng)的厚度(如在圖3C中圖解的)相比，包括沒有屏幕105的投影光學(xué)系統(tǒng)(透鏡系統(tǒng)和反射表面)的裝置(投影器主體2)的厚度更小，并且該裝置(投影器主體2)是緊湊的，雖然在它的上部有鼓脹。也就是說，如在閣3B中圖解的，T2代表其中l(wèi)H,i〈lH2l的裝置的厚度，并且如在圖3C中圖解的，L代表在JP2006-235516A中描述的實施例的裝置的厚度，并且T,代表根據(jù)本實施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的厚度，雖然在本裝置的上部存在鼓脹而這個部分的總厚度是TV。T,小于L和T:,，所以整個裝置可以緊湊地生產(chǎn)。另外，在圖3B和3C中圖解的每個結(jié)構(gòu)中，因為光軸位于從機(jī)殼底部開始的上側(cè)，重心高并且在設(shè)置時有不穩(wěn)定的風(fēng)險，。另一方面，在根據(jù)本實施例的投影器主體2中，光軸位于接近機(jī)殼底部的位置，所以，重心是低的，并且可以保證設(shè)置穩(wěn)定性。機(jī)殼110的底部被設(shè)置為參考沿屏幕105上像的垂直方向的第一光學(xué)系統(tǒng)102的下端線，沒有無用的空間存在，并且第光學(xué)系統(tǒng)112的第二反射表面104被安置在從第一光學(xué)系統(tǒng)102到第二光學(xué)系統(tǒng)112的光束的下邊緣，和第一光學(xué)系統(tǒng)102的元件的最下端之間。也就是說，第二反射表面104被安置在從第一光學(xué)系統(tǒng)102到第一反射表面103的光束的下邊緣，和第一光學(xué)系統(tǒng)102的透鏡的最下端線之間，所以，在機(jī)殼110內(nèi)部，沒有無用的空間存在于第光學(xué)系統(tǒng)102的下側(cè)。將參考圖4和閣5解釋第二實施例。與以上實施例類似的部分被賦予相同的參考標(biāo)記，并且詳細(xì)的解釋從略。以下，僅解釋主要的部分。圖4是根據(jù)本實施例的圖像M不裝置400的整體視圖，并且圖5是除去如圖4中圖解的屏幕405的部分的放大閣。從由透射的液晶向.板，反射的液晶面板，或DMD代表的圖像形成元件401發(fā)射的光束進(jìn)入僅由透鏡形成的共軸的光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)402。在本實施例中，第一光學(xué)系統(tǒng)402僅山透鏡形成，只要滿足期望的成像性能，使用例如反射表面或衍射的表面(diffractivesurface)折疊光路的裝置也是更可取的。另外，第一光學(xué)系統(tǒng)402被形成為共軸的光學(xué)系統(tǒng)，只要滿足期望的成像性能，偏心的光學(xué)系統(tǒng)也是可容許的。已經(jīng)通過第一光學(xué)系統(tǒng)402的光束在僅由第一光學(xué)系統(tǒng)402形成的共軛面A上形成圖像形成元件401的中間像407。中間像407相對于圖像形成元件401被稍微放大。中間像407屮第二光學(xué)系統(tǒng)410的兩個反射表面放大并投影，即，對應(yīng)于第一光學(xué)系統(tǒng)的具有l(wèi)H光焦度的第一反射表面403，以及對應(yīng)于共軛面B，g卩，屏幕405的第二反射表面404。中間像自身的分辨忭能不是問題，只要中間像407最終可以以期望的成像性能成像在屏幕405上。略微(slightly)會聚在中間像407的光束被再次散射，并進(jìn)入第二光學(xué)系統(tǒng)的具有正光焦度的第一反射表面403。然后，接收的具有正光焦度的光束通過作為共軸的光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸406，同時整個有效光束的寬度變小，然后進(jìn)入第二光學(xué)系統(tǒng)的第二反射表面404。在第二反射表面404接收的具有光焦度的光束在投影光學(xué)系統(tǒng)之內(nèi)(在相交部分409)與從第一光學(xué)系統(tǒng)402到第一反射表面403的光束相交一次，并且被投影到共軛面B上的屏幕405。作為其中獲得一次中間像的光學(xué)系統(tǒng)的特殊效果，在從第二光學(xué)系統(tǒng)到屏幕的光路，對應(yīng)于所謂的"出射光瞳(exitp叩il)"的光束在集聚處408被集聚一次，并且通過將第二光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)于共軛面B的第二反射表面404布置在集聚處408的附近，可以減小第二反射表面4(M的尺寸。與其中沒有形成中問像的傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)相比較，在其中獲得一次中間像的光學(xué)系統(tǒng)中，光束能夠容易地相交。另外，本發(fā)明對于其屮例如圖像形成元件的裝置被偏移(shift)(例如，從第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸被偏移)，并且在對角線方向進(jìn)行投影，并且第二光學(xué)系統(tǒng)的尺寸大于第一光學(xué)系統(tǒng)的有效直徑的投影光學(xué)系統(tǒng)是特別有效的。在這樣的投影光學(xué)系統(tǒng)中，如果沒有對應(yīng)于本發(fā)明的第二光學(xué)系統(tǒng)410的共軛面B的第二反射表面404，則投影光束朝向與布置第-反射表面403的側(cè)(例如圖5中的C側(cè))相反的另一側(cè)，例如閣5中的D側(cè)，前進(jìn)，并且以光軸406為基準(zhǔn)，在另一側(cè)(D側(cè))形成投影圖像。在本實施例中，光路被第二光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)于共軛面B的第二反射表面彎曲，并且光束與從第一光學(xué)系統(tǒng)402到第一反射表面403的光束僅相交一次，并且被朝向C側(cè)投影，并且在第二光學(xué)系統(tǒng)被偏移的C側(cè)的空間能被有效地使用。所以，可以實現(xiàn)史小的投影光學(xué)系統(tǒng)和投影光學(xué)裝置。將參考圖6解釋第—:《實施例(不形成中間像的實例)。在根據(jù)本實施例的圖像顯示裝置中，在投影器主體2的第二光學(xué)系統(tǒng)112中對應(yīng)于共軛面B的第二反射表面104'，包括具有負(fù)光焦度的凸的反射表面。然而它不局限于凸的反射表面，因為當(dāng)對整個光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計以滿足期望的投影性能時，凹和凸的表面兩者都是可能的。在圖1中圖解的結(jié)構(gòu)中，如果在第-和第二光學(xué)系統(tǒng)之間形成中間像，為了將中間像再次成像在屏幕上需要第二光學(xué)系統(tǒng)具有大的正，所以更可取地采用具有正光焦度的反射表面，即凹的表面，作為對應(yīng)于共軛面B的第二反射表面104。在根據(jù)此實施例的不形成10中間像的裝置中，為將圖像極大地放大并投影在屏幕上，更可取地采用散射光的具有負(fù)光焦度的反射表面，即，凸表面，作為對應(yīng)于共軛面B的第二反射表面104'。將參考圖7解釋本發(fā)明的第四實施例。根據(jù)第四實施例的投影光學(xué)系統(tǒng)中的投影器主體3包括機(jī)殼610，其與圖1中圖解的機(jī)殼110相比較，是以K方體形狀而不是在它的外表面凸凹的。圖像形成元件IOI，第一光學(xué)系統(tǒng)102，以及第:.光學(xué)系統(tǒng)112被收容在機(jī)殼610中，而外面沒有鼓脹。機(jī)殼610形成為長方體形狀，對應(yīng)于第一光學(xué)系統(tǒng)102在屏幕105上像的垂直方向的高度。也就是說，機(jī)殼610在垂直方向的高度設(shè)置為在沒有無用的空間的情況下用于收容第一光學(xué)系統(tǒng)102要求的最小的高度，并且實現(xiàn)了緊湊。第二光學(xué)系統(tǒng)112的對應(yīng)于第-光學(xué)系統(tǒng)102的第一反射表面103被設(shè)置為在其下端被樞軸地支撐，并且在形成在屏幕105上的像的垂直方向是可轉(zhuǎn)動的。機(jī)殼610對應(yīng)于第-反射表向-103的上表面被打丌，并且上表面的其余部分被半透明材料覆蓋。在使用時，如在圖7中圖解的，第一反射表面103被從由實線圖解的非使用位置(存儲位置)拉起到由雙點劃線圖解的使用位置并且被設(shè)置在那里，并且由未圖解的擋塊定位。當(dāng)裝置在不使用(不投影)時，第一反射表面103被存儲在由實線圖解的位置，并且也作為蓋子工作以關(guān)閉斤M。對于圖3C中圖解的傳統(tǒng)的裝置，不可能將這樣的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到投影器主體，因為反射表面(對應(yīng)于本實施例中的第一反射表面103)投影到機(jī)殼(對應(yīng)于本實施例中的機(jī)殼610)的底側(cè)?？梢允謩拥鼗蜃詣拥貓?zhí)行第一反射表面103的驅(qū)動。如果例如馬達(dá)或螺線管的致動器被用作驅(qū)動源并且操作被自動化，特別是當(dāng)投影器主體2被設(shè)置在天花板平面時，第一反射表面K)3可以容易地由遙控操作驅(qū)動，并且可用性是好的。另外，這樣的結(jié)構(gòu)是可能的，其中，機(jī)殼610是以分丌的結(jié)構(gòu)，例如右和左分開的結(jié)構(gòu)形成，并且第二光學(xué)系統(tǒng)112是通過導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)等等相對于第一光學(xué)系統(tǒng)102可滑動的，并且當(dāng)不在使用著時被推入機(jī)殼610，并且裝置在光軸方向的寬度被縮短。所以裝置是緊湊的，并且可攜帶性和處理性能可以被極大地改進(jìn)。從第一反射表面103分離地，可以在光軸方向可滑動地配備打幵和關(guān)閉開口的蓋子，這樣當(dāng)不在使用著時可以防止灰塵進(jìn)入機(jī)殼610。將參考圖8解釋本發(fā)明的第五實施例。根據(jù)第五實施例的投影光學(xué)系統(tǒng)中的投影器主體4包括以長方體形狀的機(jī)殼710，并且圖像形成元件101，第一光學(xué)系統(tǒng)102，以及第二光學(xué)系統(tǒng)112被收容在外面沒有鼓脹的機(jī)殼710中。在形成在屏幕105卜.的像的垂直方向可滑動地配備有第二光學(xué)系統(tǒng)112的對應(yīng)于第一光學(xué)系統(tǒng)102的第一反射表面K)3。對應(yīng)于第一反射表向'103的機(jī)殼710的上表面以允許第-一反射表面103的滑動的尺寸被打開，并且上表面的其余部分被半透明材料覆蓋。在使用時，如在圖8中圖解的，第一反射表面103被從山實線圖解的非使用位置(存儲位置)拉起到由雙點劃線圖解的使用位置并且被設(shè)置在那里，并且山未圖解的擋塊定位。機(jī)殼710的其它的附加構(gòu)成類似于在第四實施例中解釋的那些。在以上實施例中，中.獨地解釋第-反射表面103的轉(zhuǎn)動和滑動，但是可以采用同時進(jìn)行這些操作的機(jī)構(gòu)。將參考閣9解釋第A實施例。雖然在以上實施例屮解釋了本發(fā)明應(yīng)用到前投影器的實例，但是本發(fā)明也可以直接地應(yīng)用到后投影器(后投影型)而不改變投影器主體的最佳化。圖1中圖解的結(jié)構(gòu)可以直接地應(yīng)用到后投影器。這単，將解釋其中改進(jìn)了整個裝置的緊湊性的結(jié)構(gòu)的實例。從圖像形成兀件l()l發(fā)射的光束被包括多個透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)中的光路彎曲鏡120彎曲，并且進(jìn)入第光學(xué)系統(tǒng)。光路彎曲鏡12()被配備在第一光學(xué)系統(tǒng)中，以彎曲光路并且因此減少整個裝置的厚度(在Z方向)。在本實施例中，光路彎曲鏡120被布臂在第一光學(xué)系統(tǒng)中，但是它不局限于此，艮P，光路彎曲鏡120可以布置在第一和第二光學(xué)系統(tǒng)之間，或在圖像形成元件101和第一光學(xué)系統(tǒng)之間。另外，光束可以彎曲-或多于一次。在圖9中，光路被從紙面的垂直方向(X軸方向)彎曲大約90度到Z方向，但是它不局限于90度。另外，不彎曲光路是可能的。光束進(jìn)入第:.光學(xué)系統(tǒng)并且由兩個彎曲的表面鏡(反射表面103，104)反射，然后從第二光學(xué)系統(tǒng)出射，并且在YZ平面上與從第一光學(xué)系統(tǒng)102到第一反射表面103的光束僅相交一次。然后，相交的投影光由包括平面鏡并且被排布在機(jī)殼810的后面(圖9中的左側(cè))上的投影光折疊鏡121反射，并且在排布在機(jī)殼的前面(圖9中的右側(cè))上的屏幕105上產(chǎn)生像?？梢酝ㄟ^折回投影光使整個裝置的厚度(在Z方向)變薄。將參考圖IO解釋第七實施例(圖像顯示裝置)。根據(jù)本實施例的圖像顯示裝置，例如包括以上投影光學(xué)系統(tǒng)。圖像顯示裝置的構(gòu)成的實例在圖IO中圖解。參考號10代表作為光源的燈光源。氙氣燈，鹵素?zé)?，金屬鹵化物燈，以及超高壓汞燈等等能被使用作為燈光源?；?，例如LED，Ll)，以及激光的固體光源能被使用。包含在光源中的UV成分和IR成分可以被截除濾光器(cut:filter)ll截除，所以可以抑制光學(xué)元件的劣化。偏振轉(zhuǎn)換元件(polarizationconversionelement)12將以上提及的射線的偏振性質(zhì)轉(zhuǎn)換為線偏振，所以可以改進(jìn)光使用效率?？梢酝ㄟ^一對蠅服透鏡(fryeyelens)陣列13和14使照明光數(shù)量分布均勻。光閥(圖像形成兀件)的照明允度和照明區(qū)域可以通過聚光透鏡15調(diào)節(jié)。已經(jīng)通過蠅眼透鏡14的光束到達(dá)第一分色鏡16。第^分色鏡16選擇并反射藍(lán)色波長成分，并R將藍(lán)色照明光路與其它的顏色的照明光路分離。第二分色鏡17選擇并反射綠色波長成分，并且分離綠色和紅色照明光路。第一分色鏡16的反射光被第一偏振分離元件18反射，并且照明第一圖像形成元件21。第二分色鏡17的反射光被第二偏振分離元件19反射，并且照明第二圖像形成元件22。第二分色鏡17的透射光被第三偏振分離元件20反射，并且照明第三圖像形成元件23。這里描述的圖像形成元件21,22，和23是反射圖像形成元件。第一圖像形成元件21的照明光由第--圖像形成元件21調(diào)制，并且給予藍(lán)色波長成分的圖像信號。第二圖像形成元件22的照明光山第二圖像形成元件22調(diào)制，并且給予綠色波長成分的圖像信號。第三圖像形成元件23的照明光由第三圖像形成元件23調(diào)制，并且給予紅色波長成分的圖像信號。由第一圖像形成元件21調(diào)制的反射光透過第一偏振分離元件18，并且通過正交棱鏡(crossprism)24與其它顏色的反射光結(jié)合。由第二圖像形成元件22調(diào)制的反射光透過第二偏振分離元件19，并且通過正交棱鏡24與其它顏色的反射光結(jié)合。由第三圖像形成元件23調(diào)制的反射光透過第三偏振分離元件20，并且通過正交棱鏡24與其它的顏色的反射光結(jié)合。通過正交棱鏡24結(jié)合的反射光進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)主體部分25，并且通過投影光學(xué)系統(tǒng)主體部分25到達(dá)屏幕26，并且在屏幕26上產(chǎn)生圖像形成元件的圖像。以上提及的每個實施例中的投影光學(xué)系統(tǒng)能被使用作為根據(jù)本實施例的投影光學(xué)系統(tǒng)27，其包括投影光學(xué)系統(tǒng)主體部分25和屏幕26?？梢愿鶕?jù)以上提及的構(gòu)造實例構(gòu)成3CCD的放大圖像顯示裝置。另外，根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)可以應(yīng)用到包括透射光閥裝置的圖像顯示裝置?；蛘撸鶕?jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)可以應(yīng)用到用一個光閥裝置以幀序制(fieldsequential)顯小閣像的閣像W小裝置屮。接下來將解釋數(shù)值實施例。以下解釋投影光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計實例的數(shù)值實施例(對應(yīng)于圖5中圖解的結(jié)構(gòu))。投影光學(xué)系統(tǒng)的表面號，曲率半徑(R)，表面距離(D)，折射率和阿貝數(shù)如表l所示。在表1中，欄"*1"中的"0"代表非球面表面。并且表1所示的第二十四，第二十五，第三十一和第三十表面是旋轉(zhuǎn)對稱非球面表面，并且第三十四和第三十五表面是變形的多頂式的可調(diào)節(jié)衣面。在表1中，欄"*2"中的"0"代表反射表面。也就是說，第三十四和第三十五表面是鏡(mirror)。從物到第八表面之間，賦予與其中設(shè)置正交棱鏡或偏振射光束分裂器的情況同等的光路長度。表114<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>旋轉(zhuǎn)對稱非球i射表而是山非球面表面公式表示，艮卩，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>其中Z代表在光軸方向的深度，c代表近軸曲率半徑，r代表在與光軸垂直的方向離光軸的距離，k代表圓錐(cone)常數(shù)，并|-i.A，B，C...代表高階的非球面系數(shù)。旋轉(zhuǎn)對稱非球面表面的形狀是山k，A，B，和C...的值限定的。變形的多頂式的可調(diào)節(jié)的表面包括由以下公式代表的形狀，艮卩，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中，投影圖像被設(shè)置作為標(biāo)準(zhǔn)，短軸方向被設(shè)置作為Y方向，長軸方向被設(shè)置作為X方向，并且彎曲表面的深度方向被設(shè)置作為Z方向，并且"X2，Y2，X2Y，Y3，以及X2Y2，等等"被設(shè)置作為系數(shù)。表2到5^不非球面系數(shù)。表6顯示旋轉(zhuǎn)對稱非球面表面公式中的系數(shù)的階和系數(shù)代碼之間的關(guān)系。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表9<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>表10<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>在本實施例中在光學(xué)系統(tǒng)的物體側(cè)的數(shù)值孔徑(NA)是O.21。在本實施例中，圖像形成元件被安置為圖像形成元件的中心在Y方向從第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸被偏移-6.37mm。在本實施例屮的閣像形成兒件的尺寸是().61英寸對角線，屏幕的尺寸是100英寸對角線，并且投影放人是大約164倍。圖11圖解根據(jù)本實施例的屏幕上的光斑圖示。圖12圖解從閣像形成兀件上的共軛面A發(fā)射的光束的位置與圖11中圖解的那些位置的對應(yīng)關(guān)系。在圖12中，在XSO的區(qū)域中，并且在XY平面上的圖像形成元件上的對象點之中，X方向被三等分，并且Y方向被三等分，然后獲得九個網(wǎng)格點，如圖12中圖解的。這些網(wǎng)格點由(1)到(9)代表，并且通過投影光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)屏幕的光束的會聚情況在圖11中被圖解如光斑圖示。圖13圖解TV畸變特性。圖13中的場的每個角的像點分別地對應(yīng)于圖12的網(wǎng)格點，與圖11相似。TV畸變是P/。以F，并且畸變被良好地修正。另外，從屏幕到第二光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)側(cè)的反射表面的最大長度是769mra。因為到屏幕的距離是短的，所以根據(jù)此實施例，可以實現(xiàn)在很近的范圍里具有高倍放大的擴(kuò)展的投影。此外，本實施例解釋其屮投影光學(xué)系統(tǒng)用來放大圖像的實例，但是它不局限于此，并且投影光學(xué)系統(tǒng)也可用于縮小圖像。根據(jù)本發(fā)明的.-個方面，可以改進(jìn)前投影器中包括屏幕除外的透鏡系統(tǒng)和反射表面的投影器主體的緊湊性，設(shè)置穩(wěn)定性，可攜帶性以及處理性能，并且因為投影器主體可被用于前和后投影器兩者，可以降低制造成本。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，可以有效地使用透鏡系統(tǒng)和反射表面之間的空間，所以整個裝置需要的體積是小的，并且投影器主體是緊湊的。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，通過在第-和第二光學(xué)系統(tǒng)之間形成中間像，在中間像中，場的每個角的光束被分離，所以，在接著的第二光學(xué)系統(tǒng)，特別是在第二光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)側(cè)的具有if:光焦度的反射表面，容易地修正在寬角度的光學(xué)系統(tǒng)中容易產(chǎn)生的畸變和場曲。另外，因為在出射光瞳的附近，所有的光被集聚在窄的位置，如果反射表面被安置在那里，則可以減少反射表面的面積，并且可以改進(jìn)系統(tǒng)的緊湊性和降低成本。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一歩的優(yōu)選實施例，包括多個透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)是無偏心率的共軸的光學(xué)系統(tǒng)，所以，容易組裝透鏡，并且同時，因為單個透鏡也是共軸的，所以便于制造。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)^歩的優(yōu)選實施例，第二光學(xué)系統(tǒng)的反射表面是變形的可調(diào)節(jié)的表面，所以設(shè)計內(nèi)山度增加并H.可以改養(yǎng)分辨性能。特別是，因為可以改變彎曲表面在X方向和Y方向的光焦度，所以它在像位肯改變處修lE在弧矢(sagittal)方向和子午(meridional)方向的像散是有效的。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)-步的優(yōu)選實施例，通過可移動地配備第二光學(xué)系統(tǒng)的反射表面，例如，當(dāng)不投影時，可以沿光軸方向或第一光學(xué)系統(tǒng)的方向折疊或移動鼓脹的反射表面，所以，當(dāng)移動或存儲該裝置時裝置是緊湊的。根據(jù)本發(fā)明，與在按照類型減少整個裝置的尺寸方面的提高不同，改進(jìn)了屏幕除外的部分(投影器主要的部分)的緊湊性，并且投影器主要的部分可以應(yīng)用到前和后投影器兩者，所以在成本上的優(yōu)勢是很大的。應(yīng)當(dāng)指出，雖然已經(jīng)相對于示范性實施例說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限制于其。考慮到上述，要指出的是，如果改動和變型屬于接著的權(quán)利要求及其等效的范圍，本發(fā)明涵蓋該修改和變型。權(quán)利要求1.一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其中從一個共軛面發(fā)射的多個光束進(jìn)入另一共軛面，并且形成在所述一個共軛面上的像被投影在所述另一共軛面上，其特征在于，包含包括至少一個透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；以及包括至少兩個具有光焦度的反射表面的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中從投影在所述另一共軛面的像的中心的所述另一共軛面的法線與所述第一光學(xué)系統(tǒng)，或所述第二光學(xué)系統(tǒng)的任何空間，或所述第一光學(xué)系統(tǒng)和所述第二光學(xué)系統(tǒng)之間的空間沒有相交，并且其中當(dāng)由投影在所述另一共軛面上的像的垂直方向和所述法線的延伸方向限定的平面被設(shè)置為YZ平面時，從所述第一光學(xué)系統(tǒng)到所述另一共軛面，光路在所述YZ平面上僅相交一次。2.如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光學(xué)系統(tǒng)的至少兩個反射表面中對應(yīng)于所述第一光學(xué)系統(tǒng)的第-反射表面，是具有l(wèi)H光焦度的反射表面。3.如權(quán)利要求1或2所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在所述YZ平面上，以所述第一光學(xué)系統(tǒng)的具有最大孔徑的透鏡的光軸為基準(zhǔn)，如果Hl代表從所述光軸到對應(yīng)于所述第一光學(xué)系統(tǒng)的所述第一反射表面的有效直徑的最大高度，并且H2代表從所述光軸到所述至少兩個反射表面中對應(yīng)于所述另一共軛面的第二反射表面的有效直徑的最大高度，則H1和H2滿足下面的條件|H,|>|H2i。4.如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光學(xué)系統(tǒng)的所述至少兩個反射表面中對應(yīng)于所述另-共軛面的反射表面，被布置在從所述第一光學(xué)系統(tǒng)到所述第二光學(xué)系統(tǒng)的光束的下邊緣和所述第一光學(xué)系統(tǒng)的元件的最下端之間。5.如權(quán)利要求1或2所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在從所述第一光學(xué)系統(tǒng)到所述第二光學(xué)系統(tǒng)的光路之間，形成由所述多個光束的略微會聚產(chǎn)生的所述一個共軛面的中間像。6.如權(quán)利要求5所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光學(xué)系統(tǒng)的、對應(yīng)于所述另一共軛面的第.:反射表面，被布置在朝向所述另一共軛面的光束的出射光瞳位置附近。7.如權(quán)利要求1或2所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光學(xué)系統(tǒng)是共軸的光學(xué)系統(tǒng)。8.如權(quán)利要求1或2所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光學(xué)系統(tǒng)的、對應(yīng)于所述第一光學(xué)系統(tǒng)的第一反射表面，形成為變形的可調(diào)節(jié)的表面形狀。9.如權(quán)利要求1或2所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光學(xué)系統(tǒng)的、對應(yīng)于所述另一共軛面的第反射表面，形成為變形的可調(diào)節(jié)的表面形狀。10.如權(quán)利要求1或2所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光學(xué)系統(tǒng)的反射表面的至少一個設(shè)覽為nf移動。11.如權(quán)利要求IO所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，對應(yīng)于所述第一光學(xué)系統(tǒng)的第一反射表面是所述可移動的反射表面。12.如權(quán)利要求11所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，對應(yīng)于所述第一光學(xué)系統(tǒng)的第一反射表面是在投影在所述另一共軛面上的像的垂直方向上可移動地或可滑動地設(shè)置的，容納所述第一和第二光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)殼形成為對應(yīng)于所述第一光學(xué)系統(tǒng)在投影在所述另一共軛面上的像的乖:f+i/j向1:的A度的長方體形狀，并且對應(yīng)于所述第一光學(xué)系統(tǒng)的第一反射表面被配置為有選擇地設(shè)覽在從所述機(jī)殼凸出的使用位置或所述第一反射表面被容納在所述機(jī)殼中的非使用位置。13.如權(quán)利要求1或2所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，來自所述第二光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)于所述另一共軛面的第二反射表面的光束由折疊鏡折疊，并且所述另一共軛面被設(shè)置在所述法線的延伸方向上的第二光學(xué)系統(tǒng)側(cè)。14.如權(quán)利要求13所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光學(xué)系統(tǒng)的光路由彎曲鏡彎曲，并且所述投影光學(xué)系統(tǒng)在所述法線的延伸方向上的長度被減少。15.—種圖像顯示裝置，其特征在于，包含至少一個圖像形成兀件；以及如權(quán)利要求1-14中的任何一個所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為放大或縮小由所述至少一個圖像形成元件調(diào)制的光學(xué)圖像信號。全文摘要一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其中從一個共軛面發(fā)射的多個光束進(jìn)入另一共軛面，并且形成在所述一個共軛面上的像被投影在所述另一共軛面上，其包含包括至少一個透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；以及包括至少兩個具有光焦度的反射表面的第二光學(xué)系統(tǒng)，所述另一共軛面從投影在所述另一共軛面上的像的中心的法線與所述第一光學(xué)系統(tǒng)，或所述第二光學(xué)系統(tǒng)的任何空間，或所述第一光學(xué)系統(tǒng)和所述第二光學(xué)系統(tǒng)之間的空間沒有相交，并且當(dāng)由投影在所述另一共軛面上的像的垂直方向和所述法線的延伸方向限定的平面被設(shè)置為YZ平面時，從所述第一光學(xué)系統(tǒng)到所述另一共軛面，光路在所述YZ平面上僅相交一次。文檔編號G03B21/00GK101520592SQ20091000686公開日2009年9月2日申請日期2009年2月26日優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日發(fā)明者安部一成,藤田和弘申請人:株式會社理光