專利名稱：：投影型圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及將圖像顯示元件的顯示畫面上的圖像放大顯示在屏幕上的投影型圖像顯示裝置及其投影光學(xué)單元，特別是涉及將該顯示畫面上所示出的圖像從傾斜方向投影到屏幕上的投影型圖像顯示裝置及其投影光學(xué)單元。
背景技術(shù)：
：在將采用反射型或透射型液晶顯示面板和微鏡的圖像顯示元件的顯示畫面的圖像放大顯示在屏幕上的投影型圖像顯示裝置中，需要能夠在該屏幕上得到足夠大小的放大圖像，這是不言而喻的，但還需要將裝置的縱深尺寸縮短而實現(xiàn)小型化。為了滿足該要求，現(xiàn)已知有采用圖像光從傾斜方向入射在屏幕上的方式，即斜向投影的方式，進行圖像放大投影的投影光學(xué)單元(例如參照日本專利特開2001-264627號公報)。另外，還已知有采用曲面反射鏡進行相關(guān)的斜向投影，并采用相關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)進行光學(xué)調(diào)整的方法(例如參照日本專利特開2002-350774號公報)。但是，在日本專利特開2001-264627號公報所記載的技術(shù)中，盡管是，對于隨著向屏幕斜向投影的進行而產(chǎn)生的投影圖像的梯形畸變，通過在投影光學(xué)系統(tǒng)與屏幕之間配置負焦度(Power)的自由曲面反射鏡進行修正，和對于由屏幕上下方向投影距離差而產(chǎn)生的像差，通過使圖像顯示裝置相對共軸投影光學(xué)系統(tǒng)一邊平行移動、一邊傾斜進行修正，然而，對于這樣的像差修正，投影到屏幕上的圖像在縱方向?qū)⒋嬖谄畹目赡苄?，從而還需要對此進行修正的機構(gòu)。另外，在日本專利特開2002-350774號公報中，盡管公開了利用自由曲面反射鏡的移動而進行調(diào)整的調(diào)整方法，但對于上述的像差修正方面并沒有被考慮。另外，在上述兩篇專利文獻記載的發(fā)明中，均未披露對于隨著周圍環(huán)境的變化而產(chǎn)生的自由曲面反射鏡變形所導(dǎo)致的畸變量采取的何種措施。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明基于上述技術(shù)問題而提出，其目的在于，提供一種投影型圖像顯示裝置及其投影光學(xué)單元，能夠以緊湊的結(jié)構(gòu)對因向屏幕傾斜投影而產(chǎn)生的投影圖像的梯形畸變和像差進行有效的修正，能夠降低因環(huán)境變化而產(chǎn)生的影響。根據(jù)本發(fā)明的一個方面的投影型圖像顯示裝置，包括含有多個用于對在顯示畫面上映出的圖像進行放大的透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；和反射來自第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像的圖像光，并使之相對于屏幕的法線以規(guī)定的角度入射到屏幕上的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中第二光學(xué)系統(tǒng)的反射面的至少一部分至少包括一個在反射方向上呈凸?fàn)畹耐姑娣瓷溏R，凸面反射鏡，在上下方向的端部中，以來自第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的入射角大的一側(cè)的端部作為基準(zhǔn)端，以來自第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的入射角小的一側(cè)的端部作為可動端，被安裝在光學(xué)系統(tǒng)支承單元上。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的投影型圖像顯示裝置，包括含有多個用于對在顯示畫面上映出的圖像進行放大的透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；和反射來自第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像的圖像光，并使之相對于屏幕的法線以規(guī)定的角度入射到屏幕上的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中第一光學(xué)系統(tǒng)至少包括一個在光出射方向上呈凹狀、且相對于光軸呈旋轉(zhuǎn)非對稱面形狀的非對稱透鏡，第二光學(xué)系統(tǒng)的反射面的至少一部分至少包括一個在反射方向上呈凸?fàn)畹耐姑娣瓷溏R，第一光學(xué)系統(tǒng)的非對稱透鏡，在其上下下中，在射向第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角大的一側(cè)的端部作為基準(zhǔn)端，以射向第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角小的一側(cè)的端部為可動端，分別安裝在鏡筒上。根據(jù)本發(fā)明的還另一個方面的投影型圖像顯示裝置，包括含有多個用于對在顯示畫面上映出的圖像進行放大的透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；和用于反射來自第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像的圖像光，并使之相對于屏幕的法線以規(guī)定的角度入射到屏幕上的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中第一光學(xué)系統(tǒng)包括包含具有關(guān)于通過顯示畫面的大致中心的軸對稱的形狀的面的共軸光學(xué)系統(tǒng)的前級組、和包含至少1塊單面或雙面呈自由曲面形狀的自由曲面透鏡的后級組，含有將顯示畫面上所映出的圖像放大投影在屏幕上的投影透鏡，第二光學(xué)系統(tǒng)包括至少一塊具有自由曲面形狀的自由曲面反射鏡，從傾斜方向?qū)碜酝队巴哥R的放大圖像投影在屏幕上，自由曲面透鏡，在上下方向的端部中，以射向第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角大的一側(cè)的端部作為基準(zhǔn)端而安裝在鏡筒上，以射向第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角小的一側(cè)的端部作為可動端，采用彈簧或彈性體支承而安裝在鏡筒上。根據(jù)本發(fā)明一個方面的投影光學(xué)單元，在基體上安裝有含有多個用于對在顯示畫面上映出的圖像進行放大的透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；和用于反射來自第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像的圖像光，并使之相對于屏幕的法線以規(guī)定的角度入射到屏幕上的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中第一光學(xué)系統(tǒng)包括包含具有關(guān)于通過顯示畫面的大致中心的軸對稱的形狀的面的共軸光學(xué)系統(tǒng)的前級組、和包含至少1塊單面或雙面呈自由曲面形狀的自由曲面透鏡的后級組，含有將顯示畫面上所映出的圖像放大投影在屏幕上的投影透鏡，第二光學(xué)系統(tǒng)包括至少一塊具有自由曲面形狀的自由曲面反射鏡，從傾斜方向?qū)碜酝队巴哥R的放大圖像投影在屏幕上，自由曲面透鏡，在上下方向的端部中，以射向第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角大的一側(cè)的端部作為基準(zhǔn)端而安裝在鏡筒上，以射向第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角小的一側(cè)的端部作為可動端，采用彈簧或彈性體支承而安裝在鏡筒上。圖1表示部分展開作為一個實施方式的圖像顯示裝置內(nèi)部的斜視圖。圖2表示在基準(zhǔn)XYZ正交坐標(biāo)系的YZ面中所看到的、作為背面反射型圖像顯示裝置的圖1所示的實施方式的基本光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖3表示在XYZ正交坐標(biāo)系的YZ面中所看到的、圖1所示的實施方式中的圖像顯示元件的從顯示畫面各點所射出的圖像光的路徑的光路圖。圖4表示在XYZ正交坐標(biāo)系的XZ面中所看到的、圖1所示的實施方式中的圖像顯示元件的從顯示畫面各點所射出的圖像光的路徑的光路圖。圖5A、B表示圖2中的光學(xué)系統(tǒng)中的投影透鏡和自由曲面反射鏡的部分結(jié)構(gòu)的一個具體例的示意圖。圖6表示在圖1所示的實施方式中各光學(xué)要素數(shù)值取表14所示的數(shù)值時在屏幕上的投影圖像的圖形失真圖。圖7表示圖1所示的實施方式中的屏幕上各點的點線圖。圖8表示圖1所示的實施方式中構(gòu)成投影光學(xué)單元的投影透鏡的透鏡組的斜視圖。圖9表示圖1所示的實施方式中的投影透鏡在發(fā)生溫度變化時的焦點性能的惡化量的示意圖。圖IOAC表示圖8中的投影透鏡的后級組的最外側(cè)的自由曲面透鏡的一個具體例的示意圖。圖11表示將圖10所示的自由曲面透鏡固定在鏡筒上的狀態(tài)的正面圖。圖12表示圖1中的透鏡光學(xué)單元的一個具體例的示意圖。具體實施例方式下面將參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1表示部分展開根據(jù)本發(fā)明的作為一個實施方式的圖像顯示裝置內(nèi)部的斜視圖。1為圖像發(fā)生源、2為投影透鏡、3為屏幕、4為平面反射鏡、5為自由曲面反射鏡、6為框體、7為光學(xué)系統(tǒng)基體。該圖中，圖像發(fā)生源1是將圖像放映示于其小型顯示畫面的器件，盡管采用的是具有多個反射型或透射型液晶顯示面板和微鏡的顯示元件等的光調(diào)制元件，但也可以采用投影型陰極射線管。放映示于圖像發(fā)生源1的顯示畫面上的圖像被放大顯示在屏幕3上，在圖像光從該顯示畫面到屏幕3的光路中設(shè)置有作為用于將放映示于圖像發(fā)生源1的顯示畫面上的圖像進行放大而投影在屏幕3上的第一光學(xué)系統(tǒng)的投影透鏡2；和作為第二光學(xué)系統(tǒng)的自由曲面反射鏡5與平面反射鏡4，放映示于圖像發(fā)生源1的顯示畫面上的圖像的光(圖像光)經(jīng)投影透鏡2被自由曲面反射鏡5反射，進一步被平面反射鏡4反射而投影到屏幕3上。這些構(gòu)成要素設(shè)置在框體7內(nèi)，具體地，圖像發(fā)生源1和投影透鏡2、自由曲面反射鏡5被一體固定在光學(xué)系統(tǒng)基體7上而被單元化。在第一光學(xué)系統(tǒng)中，設(shè)置有用于將圖像光的光路折曲并將圖像光射向自由曲面反射鏡5的后述的折曲反射鏡，利用上述折曲反射鏡，可減小圖像顯示裝置的縱深。下面，設(shè)定沿著屏幕3的水平方向(即屏幕3的長度(長邊)方向)為X軸，與沿著屏幕3的X軸垂直的方向(即屏幕3的高度(短邊)方向)為Y軸，屏幕3的法線方向(即與含XY軸的面垂直的方向)為Z軸的基準(zhǔn)XYZ正交坐標(biāo)系。圖2表示在基準(zhǔn)XYZ正交坐標(biāo)系的YZ面中所看到的、作為背面反射型圖像顯示裝置的圖1所示的實施方式的基本光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的截面圖。10為圖像光的光軸、11為構(gòu)成圖像發(fā)生源1(圖1)的圖像顯示元件的顯示畫面(稱為物面)、12為投影透鏡2的前級組、13為投影透鏡2的后級組、14為上述的折曲反射鏡、15為屏幕3的法線、16為自由曲面反射鏡5的法線、17為平面反射鏡4的法線、L1、L2、L3為光線、P1、P2、P3分別為自由曲面反射鏡5的光線的反射區(qū)域的中心，下端、上端、Q1、Q2、Q3分別為平面反射鏡4的光線的反射區(qū)域的中心，下端、上端、RUR2、R3分別為屏幕3的光線的照射區(qū)的中心、下端、上端，與圖1對應(yīng)的部分采用相同的附圖標(biāo)記。圖2表示沿著含光軸10的YZ平面的截面圖。該圖中，從作為圖1中的圖像發(fā)生源1的圖像顯示元件的顯示畫面11所出射的圖像光，沿著光軸10被入射到投影透鏡2上。該光軸10通過顯示畫面11的中心，與投影透鏡2的光軸一致。投影透鏡2由通過多個具有旋轉(zhuǎn)對稱的面形狀的透鏡面的折射透鏡構(gòu)成的前級組12、和包含具有至少旋轉(zhuǎn)非對稱的適當(dāng)曲面(下面稱為自由曲面)形狀的透鏡面的透鏡(下面稱為自由曲面透鏡)的后級組13組成，該前級組12中包含具有平面狀反射面的折曲反射鏡14。對于被入射到投影透鏡2上的圖像光，首先，通過前級組12、然后通過后級組13。這樣，投影透鏡2對于圖像光起到了將圖像顯示元件的顯示畫面11的圖像進行放大的作用，同時，如后所述，還對屏幕3上的投影圖像的像差進行修正。另外，該圖像光在通過投影透鏡2的前級組12時，通過折曲反射鏡14，其光路10在如圖1所述的、在自由曲面上具有反射面的自由曲面反射鏡5上被折曲。從投影透鏡2射出的圖像光，被照射在將自由曲面反射鏡5的中心記為P1、上端記為P3、下端記為P2的反射區(qū)域并被反射。被自由曲面反射鏡5反射的圖像光在將平面反射鏡4的中心記為Q1、上端記為Q3、下端記為Q2的反射區(qū)域被反射，并被照射在將屏幕3的中心記為R1、上端記為R3、下端記為R2的投影區(qū)域。此時，圖像光光軸10上的光線(下面稱為畫面中央光線)Ll在自由曲面反射鏡5的反射區(qū)域的中心Pl和平面反射鏡4的反射區(qū)域的中心Ql被反射，并被照射在屏幕3的投影區(qū)域的中心Rl上。另外，從顯示畫面11中的圖像的顯示區(qū)的上端射出的圖像光線的下端的光線(下面稱為畫面下端光線)L2在自由曲面反射鏡5的下端P2和平面反射鏡4的下端Q2被反射，并照射到屏幕3的下端R2，同樣，圖像光線的上端的光線(下面稱為畫面上端光線)L3在自由曲面反射鏡5的上端P3和平面反射鏡4的上端Q3被反射，并被照射到屏幕3的上端R3。在圖像顯示元件為光調(diào)制元件時，需要照射該光調(diào)制元件的燈等照明系統(tǒng)，但這里照明系統(tǒng)被省略圖示。另外，作為圖像顯示元件，也可以采用所謂的3板式合成多個圖像而形成影像的方式。對于此時所必需的合成用棱鏡等合成光學(xué)系統(tǒng)其圖示也被省略。投影透鏡2的長度很長，如果保持該長度而使用投影透鏡2，則圖像顯示元件在屏幕3的法線方向距離屏幕變遠，框體6(圖1)的縱深變大，損害圖像顯示裝置的薄型化。在該實施方式中，在投影透鏡2的前級組12內(nèi)，如上所述，設(shè)置折曲反射鏡14，使圖像光的光軸10折曲成大致與自由曲面反射鏡5的方向垂直，這樣，直到該折曲反射鏡14的光學(xué)透鏡2的前級組12和圖像顯示元件的排列與屏幕3的面平行，從投影透鏡2出射的圖像光如上所述可照射在自由曲面反射鏡5上。據(jù)此，能夠?qū)D像顯示元件更靠近屏幕3，從而可以實現(xiàn)圖像顯示裝置的薄型化。其中，盡管將折曲反射鏡14設(shè)置在投影透鏡2的前級組12內(nèi)，但并非限于此，也可以設(shè)置在自由曲面反射鏡5與投影透鏡2之間或投影透鏡2的前級組12與后級組13之間等其他的位置。圖像顯示元件的顯示畫面11以其中心通過光軸10的方式配置，該光軸10至少通過屏幕3的更下側(cè)。為此，來自該光軸10上的顯示畫面11的中心的光線、即畫面中央光線Li，通過位于該光軸10之上的投影透鏡2的光軸，在自由曲面反射鏡5的中心P1，以相對于其法線16向下成em的角度(入射角)被入射，并以向上成θm的角度被反射，進一步，在平面反射鏡4的中心Q1，以相對于其法線17向下成θρ的角度(入射角)被入射，并以向上成θP的角度被反射，并被照射在屏幕3的中心Rl上。為此，在屏幕3的中心R1，相對于屏幕3的法線15，從該中心R1，以向下成θs的角度(入射角)照射畫面中央光線Li。艮口，畫面中央光線Ll從下側(cè)向上傾斜照射(入射)至屏幕3的中心R1。下面，該角度θ8稱為傾斜入射角度。越靠屏幕3的下端R2側(cè)，其傾斜入射角θs越小，射向屏幕3的圖像光的入射光線越接近水平光線。重要的是，將投影透鏡2沿著其光軸而通過的圖像光的光線相對于屏幕3傾斜投影，而實際上投影透鏡2的光軸相對屏幕3變成傾斜設(shè)置。如果采用在這種方法使圖像投影在屏幕3上，則會產(chǎn)生投影在屏幕3上的例如長方形的圖像被顯示成梯形的所謂梯形畸變的失真。如圖所示，在圖像從屏幕3下側(cè)向上投影時，則會被投影成下邊為短邊的梯形圖像。另外，如果圖像被這樣投影，則相對于顯示畫面(物面)11的各位置，垂直于光軸的面向屏幕3的光學(xué)距離不同，這樣，對于來自物面11的各點的圖像，就會產(chǎn)生諸如不能在屏幕3上同等準(zhǔn)確對焦而良好成像這樣的投影圖像相對于光軸不旋轉(zhuǎn)對稱等各種像差。在該實施方式中，采用的是投影透鏡2的后級組13和第二光學(xué)系統(tǒng)中的自由曲面反射鏡5對這些畸變及像差進行修正。下面對此進行說明。從自由曲面反射鏡5的上端Ρ3經(jīng)過平面反射鏡4的上端Q3到達屏幕3的上端R3的畫面上端光線L3的光路長度，比從自由曲面反射鏡5的下端Pl經(jīng)過平面反射鏡4的下端Q2到達屏幕3的下端R2的畫面下端光線L2的光路長度更長。這意味著，如果從投影透鏡2看去，位于屏幕3上的上端R3的像點比位于屏幕3的下端R3的像點更遠。這樣，由于屏幕3的投影區(qū)域在Y軸方向的各位置上光路長的不同，因此而在投影圖像中產(chǎn)生上述的梯形畸變及像差。但是，分別地，如果使與屏幕3的上端R3的像點對應(yīng)的物點(即顯示畫面11上的點)存在于更靠近投影透鏡2的位置上，而與屏幕3的下端R2的像點對應(yīng)的物點存在于更遠離投影透鏡2的位置上，則可以對上述光路長度的不同進行修正。為了達到這個目的，使位于圖像顯示元件的顯示畫面11的中央的法線矢量相對于光軸(即光軸10)而傾斜于投影透鏡2。具體地，也可以將該法線矢量在YZ平面內(nèi)向屏幕3的中心Rl傾斜。現(xiàn)已知有為了得到相對于光軸傾斜的像平面而傾斜物平面的方法。然而，如果這樣相對垂直于光軸10的平面而傾斜顯示畫面11，雖然能夠有效降低像面(屏幕3)的低次梯形畸變，但是，實用中對于廣度的可視角而言，由于該廣度的存在，故對于屏幕3上的像面，會余留梯形畸變而相對于光軸產(chǎn)生非對稱的變形失真，另外，還產(chǎn)生各種像差。對于由旋轉(zhuǎn)對稱的曲面形狀的透鏡面構(gòu)成的投影透鏡而言，進行該修正是很困難的。在該實施方式中，通過在將顯示畫面11的物平面相對于光軸10傾斜而大幅降低屏幕3的像面的低次畸變的同時，采用具有旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面形狀的透鏡面的透鏡和具有旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面的反射面的反射鏡，能夠與相對像面的光軸非對稱的變形畸變和像差對應(yīng)。下面，對用于修正例如將物面11相對于光軸10傾斜而在像面上殘留的梯形畸變和除此之外的變形畸變及像差的各光學(xué)要素的作用進行說明。圖2中，屬于第一光學(xué)系統(tǒng)的投影透鏡2的前級組12為用于將圖像顯示元件的顯示畫面(物面)11的圖像投影在屏幕3上的主透鏡，對旋轉(zhuǎn)對稱的光學(xué)系統(tǒng)中的基本的像差進行修正。投影透鏡2的后級組13含有具有旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面形狀的透鏡面的透鏡，即自由曲面透鏡。上述自由曲面透鏡在其光出射方向上(即自由曲面反射鏡5側(cè))呈凹狀形成彎曲的形狀。第二光學(xué)系統(tǒng)含有反射面呈旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面形狀的反射鏡，即自由曲面反射鏡5。該自由曲面反射鏡5為其反射面的至少一部分向光的入射、反射方向呈凸?fàn)顝澢男D(zhuǎn)非對稱的凸面反射鏡。具體地，自由曲面反射鏡5的反射面的、向屏幕3的下端R2側(cè)反射畫面下端光線L2的部分側(cè)的曲率比其向屏幕3的上端R3側(cè)反射畫面上端光線L2的部分側(cè)的曲率大。也就是說，從中心Pl到下端P2的反射區(qū)域相比從中心Pl到上端P3的反射區(qū)域曲率增大。另外，對于自由曲面反射鏡5的反射面，也可以形成為，向屏幕3的下端R2側(cè)反射畫面下端光線L2的部分側(cè)在光線的反射方向上呈凸起的形狀，其向屏幕3的上端R3側(cè)反射畫面上端光線L3的部分側(cè)在光線的反射方向上呈凹陷的形狀。根據(jù)自由曲面反射鏡5的反射面形狀，被比其中心Pl更靠上端P3側(cè)的區(qū)域反射的圖像光匯聚而向平面反射鏡4傳播，而被比其中心Pl更靠下端P2側(cè)的區(qū)域反射的圖像光發(fā)散而向平面反射鏡4傳播。這樣，通過使物面11相對于光軸10傾斜，能夠?qū)ξ挥谄聊?之上的像面的上述變形畸變進行修正。另外，在投影透鏡2的后級組13中，通過因此而使用的自由曲面透鏡，圖像光局部產(chǎn)生匯聚、發(fā)散，利用這種方式，能夠通過使物面11相對于光軸10傾斜，而對位于屏幕3之上的像面的上述像差進行修正。這樣，在該實施方式中，第一光學(xué)系統(tǒng)至少含有一塊自由曲面透鏡，第二光學(xué)系統(tǒng)至少含有一塊自由曲面反射鏡，利用這種方式，能夠通過使物面11相對于光軸10傾斜，而對屏幕3的物面的旋轉(zhuǎn)非對稱變形畸變和像差兩者均進行修正。沿著第二光學(xué)系統(tǒng)的自由曲面反射鏡5的反射面的坐標(biāo)原點(這里為畫面中央光線Ll反射的位置的坐標(biāo))、和投影透鏡2的前級組12中的最靠近第二光學(xué)系統(tǒng)側(cè)的透鏡面之間的光軸10的距離，優(yōu)選設(shè)定為投影透鏡2的前級組12的焦距的5倍以上，這樣，根據(jù)第二光學(xué)系統(tǒng)的反射面，屏幕3上的像面的上述變形失真和像差可被更有效地修正，可得到良好的性能。但是，在該實施方式中，通過將自由曲面反射鏡5與直接將圖像投影在屏幕3上的平面反射鏡4分開使用，可以對屏幕3上的投影圖像的上述變形失真和像差進行修正，其原因如下。即，對于自由曲面反射鏡這樣的物件，其尺寸越大制造起來越困難，故將其尺寸限定為規(guī)定大小以下是很重要的。由于需要將圖像光直接投影在屏幕上的反射鏡的大小設(shè)置成屏幕畫面大小的例如約70%以上，所以對于50型以上的大畫面的背面投影儀，尺寸需要形成為超過500mm，如果將該反射鏡的反射面形成為旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面形狀，則制造非常困難。因此，在背面投影儀中，將在該屏幕上進行投影的反射鏡的反射面選擇為旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面是不合適的。因此，在該實施方式中，如圖2所示，將在屏幕3上投影圖像光的反射鏡取為平面反射鏡4，在該平面反射鏡4與投影透鏡2之間還設(shè)置有一個反射鏡，將該反射鏡的反射面形成為旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面。具有該旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面形狀的反射面的反射鏡為自由曲面反射鏡5。盡管設(shè)置成來自透鏡透鏡2的圖像光被自由曲面反射鏡5和平面反射鏡4依次反射并被投影在屏幕3上的結(jié)構(gòu)，但由于該自由曲面反射鏡5配置在比平面反射鏡4更靠近投影透鏡2側(cè)，故可減小尺寸，將其反射面設(shè)置成旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面更容易些。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在該實施方式中，對于具有折射面的投影透鏡2，不會導(dǎo)致透鏡產(chǎn)生偏心和透鏡直徑增大，而且，也沒有增加透鏡個數(shù)，而可對由于在屏幕3傾斜入射而產(chǎn)生的投影圖像的變形畸變和像差進行修正。進一步，可以實現(xiàn)縱深減小、且制造容易的投影光學(xué)單元，可提供使縱深和屏幕下部高度降低的緊湊型設(shè)備，可提供由于采用小型的自由曲面反射鏡而制造容易的光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，利用反射鏡10對光路在XZ平面上進行折曲，使從圖像源、即圖像顯示元件的顯示畫面11到該折曲的光路平行于屏幕3的長邊，但是如果使從圖像源即圖像顯示元件的顯示畫面11到該折曲的光路平行于屏幕3的短邊，使該光路在自由曲面反射鏡5于XY平面上發(fā)生折曲，則情況是一樣的。圖3和圖4為具有上述結(jié)構(gòu)的該實施方式中的光學(xué)系統(tǒng)的光路圖，圖3為從XYXZ正交坐標(biāo)系的YZ平面看的圖像顯示元件的顯示畫面11的各點所射出的圖像光的路徑的示意圖、圖4為同樣地從XZ平面看到的示意圖，與圖2對應(yīng)的部分采用同樣的附圖標(biāo)記。另夕卜，在圖3、圖4中，折曲反射鏡14雖然是作為設(shè)置在投影透鏡2的前級組12內(nèi)的器件，但如前所述，也可以放置在前級組12與后級組13之間或后級組13與自由曲面反射鏡5之間等其他位置。在圖3和圖4中，對于從圖像顯示元件的顯示畫面11射出的圖像光，在含有多個透鏡的投影透鏡2之中，首先，通過僅由具有旋轉(zhuǎn)對稱面形狀的透鏡面形成的透鏡所構(gòu)成的前級組12。然后，通過包含具有旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面形狀的透鏡面的透鏡、即自由曲面透鏡的后級組13，并被第二光學(xué)系統(tǒng)、即自由曲面反射鏡5的反射面反射。該反射光被平面反射鏡4反射之后被投影在屏幕3上。下面對該實施方式中的光學(xué)系統(tǒng)的具體數(shù)值例進行說明。圖5表示圖2的光學(xué)系統(tǒng)中的投影透鏡2和自由曲面反射鏡5的部分的結(jié)構(gòu)的一個具體例的示意圖，該圖(a)、圖(b)分別表示從YZ平面、XZ平面看到的結(jié)構(gòu)，12a12i、13a、13b為透鏡，與圖2對應(yīng)的部分用同一附圖標(biāo)記表示。該圖中，SO為圖像顯示元件的顯示畫面11中的圖像的顯示面(物面)SlS12，S14S23為透鏡面S13為折曲反射鏡14的反射面S24為自由曲面反射鏡5的反射面S卩，投影透鏡2的前級組12構(gòu)成為，從顯示畫面11側(cè)依次排列具有顯示畫面11側(cè)的透鏡面Sl及其相反側(cè)透鏡面S2的透鏡12a(該實施方式中，透鏡12a為合成棱鏡，下同)、具有透鏡面S3和S4的透鏡12b、具有透鏡面S5和S6的透鏡12c、具有透鏡面S7和S8的透鏡12d、具有透鏡面S9和SlO的透鏡12e、具有透鏡面Sll和S12的透鏡12f、具有透鏡面S14和S15的透鏡12g、具有透鏡面S16和S17的透鏡12h、具有透鏡面S18和S19的透鏡12i，在透鏡12g、12h之間設(shè)置有具有反射面S13的折曲反射鏡14。另外，投影透鏡的后級組13構(gòu)成為，從前級組12側(cè)依次排列具有同樣的透鏡面S20和S21的透鏡13a、具有透鏡面S22和S23的透鏡13b。進一步，自由曲面反射鏡5配置成使反射面S24與投影透鏡2的出射面(透鏡13b的透鏡面S23)相對。而且，由圖2可知，平面反射鏡4被配置成使反射面S25與該自由曲面反射鏡5的反射面S24相對，屏幕3配置成使投影面S26與該平面反射鏡4的反射面S25相對。這里，對將顯示畫面(物面)11中的橫16mmX縱9mm大小的圖像在屏幕3上放大投影為橫1452.SmmX縱817.2mm大小的圖像時的各光學(xué)要素相關(guān)數(shù)值的一個具體例進行說明。首先，下表1示出圖5所示的各光學(xué)要素相關(guān)數(shù)值的例子。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表1的各光學(xué)部件的表面(surface)采用圖5所示的符號SOS26表示，并分別示出各個面(以下在任意面時稱為面S)通過每個光軸的頂點(中心)的半徑Rd(mm)、面間距離TH(mm)、透鏡的折射率nd及阿貝(Abbe)數(shù)νd。在圖5和表1中，對于旋轉(zhuǎn)對稱非球面給出“*”標(biāo)記。其中，投影透鏡2的前級組12中的透鏡12c的透鏡面S5、S6和透鏡12i的透鏡面S18和S19這4個透鏡面呈旋轉(zhuǎn)對稱非球面。前級組12除此之外的透鏡面S為旋轉(zhuǎn)對稱球面。另外，對于旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面形狀的面S給出“#”標(biāo)記。其中，投影透鏡2的后級組13中的透鏡13a的透鏡面S20、S21和透鏡13b的透鏡面S22、S23、自由曲面反射鏡5的反射面S24呈旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面形狀。面S25為圖2中的平面反射鏡4的反射面，面S26為圖2中的屏幕3的投影面。上述表1中的面S的半徑Rd為通過透鏡12a12i的透鏡面的光軸的頂點(中心)的半徑。其中，顯示畫面11的面SO、透鏡12a的透鏡面Si、S2和折曲反射鏡14的反射面S13的曲率Rd為“無限大(infinity)”，呈平面狀。另外，各透鏡面S的半徑Rd在顯示面11側(cè)呈凸?fàn)罨虬紶顣r為正值，在其相反側(cè)呈凸?fàn)罨虬紶顣r為負值。例如，透鏡12b的透鏡面S3在物面SO側(cè)呈凸?fàn)?，透鏡12e的透鏡面SlO在物面SO側(cè)呈凹狀，所以這些透鏡面S3、SlO的曲率半徑Rd為正值。另外，例如透鏡12b的透鏡面S4在物面SO相反側(cè)呈凸?fàn)?，透鏡12e的透鏡面S9在物面SO相反側(cè)呈凹狀，所以這些透鏡面S4、S9的曲率半徑Rd為負值。另外，沒有給出“*”、“#”標(biāo)記的且半徑Rd不是“無窮大”的透鏡面S3、S4、S7S14、S16S17呈旋轉(zhuǎn)對稱球面形狀。上述表1中的面間距離TH為從光線沿著光軸前行的方向看，到下一個排列的光學(xué)部件表面的光軸10上的頂點(中心)的距離。例如，相對于顯示畫面11的面SO示出為“10.00”的面間距離TH表示從該面SO到下一個透鏡12a的透鏡面Sl的光軸10上的距離為10.00mm。其中，從該面S看，對于光線前行方向的下一個配置的其他的面S，在位于YZ平面上圖像像光的發(fā)生源即物面11側(cè)時，該所述面S的面間距離TH為負值，相反，在位于物面11相反側(cè)時，該所述面S的面間距離TH為正值。對于相對上述表1中的自由曲面反射鏡5的反射面S24的面間距離TH為負值“-400.00”，表示的是，沿著圖像光的光軸，該反射面S24的中心P1、和在光線前行方向上下一個配置的平面反射鏡4的反射面S25的被照射并反射畫面中心光線Ll的中心Ql之間的距離為400mm，但是，相對于自由曲面反射鏡5的反射面S24的中心P1，因為平面反射鏡4的反射面S25的中心Ql位于物面11側(cè)，所以為負值。對于其他的面SlS23、S25，因為下一個面S位于YZ平面上與物面11相反側(cè)，所以其面間距離TH為正值。上述表1中的折射率nd表示投影透鏡2的各透鏡12a12i、13a、13b的折射率，阿貝數(shù)vd表示這些透鏡的阿貝數(shù)。例如，透鏡面S1、S2的透鏡12a的折射率nd為1.51827，阿貝數(shù)vd為48.0。另夕卜，在折射率nd欄中的“REFL”表示反射的意思，因此，折射率nd標(biāo)記為“REFL”的面S24、S25表示反射面的意思。因而，面S24為自由曲面反射鏡5的反射面，面S25為平面反射鏡4的反射面。對于表1中給出“*”標(biāo)記而示出的透鏡12c的透鏡面S5、S6和透鏡12i的透鏡面S18、S19的旋轉(zhuǎn)對稱的非球面形狀，如果采用將通過它們各自的光軸的頂點(中心)作為原點的局部柱坐標(biāo)系，則用下式1表示。[式1]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其中，r包含通過透鏡面的光軸的頂點的、在垂直于該光軸的平面上的、距離該光軸的距離(光線高度)Z從上述平面上的距離該光軸的距離為r的點、到該點在平行于與該光軸的方向的透鏡面上的點的距離(下垂量)c透鏡面的上述頂點處的曲率k:圓錐常數(shù)AI:r的冪指數(shù)項的系數(shù)對于該式1表示的面形狀，相對于距光軸的距離為r的同一圓周上的位置的下垂量Z為一定，并以光軸為中心旋轉(zhuǎn)對稱。另外，曲率c為上述表1中半徑Rd的倒數(shù)。表2表示對于投影透鏡2的前級組12中的成為轉(zhuǎn)動對象的非球面形狀的透鏡12c的透鏡面S5、S6和透鏡12i的透鏡面S18、AS19的上述式1的圓錐常數(shù)k和系數(shù)AI的具體值。[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>其中，雖然在表2中未示出，但是式1中的曲率c表示表1中的半徑Rd的倒數(shù)。另夕卜，數(shù)值例中的“…E-N”表示“…X10_N”。例如，透鏡面S5的系數(shù)A為“-2.7881E-06”，其表示“-2.7881X10—=-0.0000027781”的意思。對于表1中給出“#”標(biāo)記而示出的投影透鏡2的后級組13的透鏡13a的透鏡面S20、S21、透鏡13b的透鏡面S22、S23以及自由曲面反射鏡5的反射面S24的旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面形狀，如果采用將通過它們各自的光軸的頂點(中心)作為原點的局部柱坐標(biāo)系，則用下式2表示。[式2]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>其中，r含通過透鏡面的光軸的頂點的、在垂直于該光軸的平面上的、距離該光軸的距離(光線高度)Z從上述平面上的距離該光軸的距離為r的點、到該點在平行于與該光軸的方向的透鏡面上的點的距離(下垂量)c透鏡面的上述頂點處的曲率k:圓錐常數(shù)C(m,n)上述局部柱坐標(biāo)系中的xy平面狀坐標(biāo)位置(x，y)的xmy11的系數(shù)。由于將光軸作為中心的距離為r的同一圓周上的位置其坐標(biāo)值x，y各不相同，所以式2表示的面形的EE(C(m,n)xmyn)也不一樣，對應(yīng)該位置的下垂量Z也不同。因此，是相對光軸呈旋轉(zhuǎn)非對稱的任意的曲面。在該實施方式中，這樣的旋轉(zhuǎn)非對稱曲面被稱為自由曲面。此式中，同樣曲率c為上述表1中的半徑Rd的倒數(shù)。表3表示對于形成旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面的投影透鏡2的后級組13中的透鏡13a的透鏡面S20、S21和透鏡13b的透鏡面S22、S23以及自由曲面反射鏡5的反射面S24的上述式2的圓錐常數(shù)k及系數(shù)C(m，n)的具體值。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>[表3]由于這些半徑Rd全部為“無窮大(Infinity)”(如表1所示)，所以，如表3所示，對于表3中的這些光學(xué)要素的表面S如表1所示，曲率c為0。另外，其中的圓錐常數(shù)k為0。而且，系數(shù)C(2，0)，C(0,2),...表示對應(yīng)于r=一定時的同一圓周上的各點(x，y)的系數(shù)。這里示出34個點的系數(shù)。在該表3的數(shù)值例中，對于后級組3的至少自由曲面透鏡13b，在向屏幕3下端R2(圖2)射出畫面下端光線L2(圖2)的部分側(cè)出射角變小，曲率變大，而在向屏幕3上端R3(圖2)射出畫面下端光線L3(圖2)的部分側(cè)出射角變大，曲率變小。另外，在該表3中，對于自由曲面反射鏡5的反射面S24，在向屏幕3下端R2(圖2)入射畫面下端光線L2(圖2)的部分側(cè)入射角變小，曲率變大，而在向屏幕3上端R3(圖2)入射畫面下端光線L3(圖2)的部分側(cè)入射角變大，曲率變小。另一方面，在圖2和圖5中，為了對如上所述因屏幕3上的各點和與這些點對應(yīng)的物面11上的各點之間光學(xué)上光路長度不同而產(chǎn)生的屏幕3上的梯形畸變進行修正，圖像顯示元件的顯示畫面(物面)11如上所述相對垂直于投影透鏡2的光軸的面傾斜。具體地，在圖5(a)中，如果將物面11的中心的法線相對投影透鏡2的光軸在包含該光軸10的YZ平面內(nèi)的逆時針的方向成的傾角記為正，將其順時針方向成的傾角記為負，則物面11以該法線在YZ平面內(nèi)與投影透鏡2的光軸10成-1.163°即順時針方向傾斜1.163°的方式而向上傾斜。另外，自由曲面反射鏡5的反射面S24相對于該光軸10傾斜，以至于在將自由曲面反射鏡5的反射面S24反射畫面中央光線L1的點(自由曲面反射鏡5的反射面S24的中心)作為坐標(biāo)原點，與上述X、Y、Z坐標(biāo)軸分別平行的X、Y、Z坐標(biāo)軸作為坐標(biāo)軸的局部坐標(biāo)系中，如圖2所示，在局部坐標(biāo)系的YZ平面內(nèi)，該局部坐標(biāo)系原點(該反射面S24的中心)的法線相對于從投影透鏡2向該原點延伸的光軸傾斜0m=+29°。其中，逆時針方向的傾角為正，這樣，自由曲面反射鏡5的反射面S24的原點的法線相對光軸10向上傾斜29°。這里，從相對于光軸10如上傾斜的物面11沿著投影透鏡2的光軸射出的圖像光，通過投影透鏡2照射到自由畫面反射鏡5的反射面S24上。在該反射面S24中，在其中心(上述局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點)，采用以相對于此處的法線順時針方向成29°的角度，畫面中央光線L1從投影透鏡2側(cè)入射，并以相對于該法線逆時針方向成29°的角度反射(即該畫面中央光線L1相對于其入射光路以29°X2=58°的角度在逆時針方向(向上)被反射)的方式，圖像光被反射。因此，被自由曲面反射鏡5的反射面S24反射的圖像光的光軸，相對被照射到該反射面S24上的圖像光的光軸(即投影透鏡2的光軸10)，以在YZ平面內(nèi)相對于該光軸與自由曲面反射鏡5的反射面S24的中心處法線成的傾斜角(=29°)的2倍的角度，逆時針方向傾斜。所述光軸成為被自由曲面反射鏡5反射的圖像光的新的光軸。通過該光軸上的光線即為畫面中央光線L1。如上所述，上述表1中的對于反射面S24的面間距離TH為“-400.00”表示沿著圖像光的光軸，該反射面S24的中心、與平面反射鏡4的反射面S25的被照射并反射畫面中心光線L1的中心Q1之間的距離為400mm，但是，相對于自由曲面反射鏡5的反射面S24，因為平面反射鏡4的反射面S25位于物面11側(cè)，所以為負值。對于其他的面S1S24、S25，因為從圖像光的前行方向看，相對前面的一個面位于物面11相反側(cè)，所以其面間距離TH為正值。其中，對于圖2中的自由曲面反射鏡5的反射面S24，平面反射鏡4的反射面S25和屏幕3的光投影面S26，各自局部正交坐標(biāo)系的xz平面上的傾角ADE(度)及偏心的大小YDE(mm)在表4中示出。另外，這些局部正交坐標(biāo)系分別將各自的面S的中心P1、Q1、R1作為原點，并且這些X、1、Z軸與基準(zhǔn)XYZ正交坐標(biāo)系的X、Y、Z軸平行。[表4]<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>在表4中，對于傾角ADE，表示在局部正交坐標(biāo)系中，面S的畫面中心光線Ll相對該畫面中心光線Ll的入射點法線的入射角，入射角相對法線在順時針方向傾斜時為正值，相反，在逆時針方向傾斜時為負值。另外，偏心大小YDE表示面S中從畫面中心光線Ll的入射點中心向上下方向(y軸方向)的偏離的大小，從中心向下側(cè)的偏心為正值，向上側(cè)的偏心為負值。這里，各個面S的偏心大小YDE為0(無偏心)。在該實施方式中，所有光學(xué)要素的傾角和偏心均被設(shè)定在yz面內(nèi)的方向。如上表3所示，上式2所表示的旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面曲率c和圓錐常數(shù)k為0。對于因?qū)ζ聊?的傾斜入射而產(chǎn)生的梯形畸變，在傾斜的入射方向產(chǎn)生得極其嚴(yán)重，而在與其垂直的方向的畸變量則很小。因此，對于傾斜的入射方向和與之垂直的方向而言，需要具有程度迥異的修正功能，而通過采用無需利用在旋轉(zhuǎn)對稱情況下全方向上起作用的上述曲率c和圓錐常數(shù)k的方式，能夠?qū)Ψ菍ΨQ像差進行良好地修正。如上所述，上表14的數(shù)值為將物面11上的橫16mmX縱9mm大小的圖像以橫1452.8mmX縱817.2mm的大小投影在屏幕3上時的一具體例。圖6表示在圖2圖5所示結(jié)構(gòu)的該實施方式中各光學(xué)要素的數(shù)值取表14示出的數(shù)值時投影在屏幕3上的投影圖像的圖形畸變的示意圖，縱方向為屏幕3的上下方向(沿Y軸的短邊方向)、橫方向為該屏幕3的左右方向(沿X軸的長邊方向)。在縱橫比169的長方形畫面中，用將其縱方向4等分的5條直線和橫方向8等分的9條直線表示的圖像，從顯示畫面11中映出并放大顯示在屏幕3上，從所顯示的直線的彎曲狀態(tài)觀察圖像的圖形畸變。圖6表示此時屏幕3上的投影圖像，縱橫中心的直線的交點為畫面中心。根據(jù)該投影圖像可知，基本上看不出圖形畸變，可得到無梯形畸變等變形畸變的良好的性能。圖7表示同樣在該實施方式中的屏幕3上的各點的點線圖。圖6表示此時的屏幕3的投影畫面的X、Y坐標(biāo)位置，橫方向直線間隔采用X坐標(biāo)值為2，縱方向直線間隔采用Y坐標(biāo)值也為2?？v橫中心直線的交點為畫面中心，該位置在XY坐標(biāo)系中為原點(0，0)。因此，X軸方向直線的交點的X坐標(biāo)值為_8、-6、-4、-2、0、2、4、6、8，Y軸方向直線交點的Y坐標(biāo)值為-4、-2、0、2、4。如果在上述顯示畫面11中也推定與之相當(dāng)?shù)腦Y坐標(biāo)系，則利用在該顯示畫面11的XY坐標(biāo)系中的(8，4.5)、(0,4.5),(4.8,2.7),(8,0),(0,0),(4.8，-2.7)、(8，-4.5)、(0，-4.5)這8點分別射出的光束，在屏幕3上映出各個相當(dāng)?shù)狞c的光斑，圖7為將其點線圖按照其點的順序從上并列示出的圖。單位為mm。根據(jù)該點線圖可看出，各點能夠得到良好的點斑，像面畸變等非對稱像差得到良好地修正。如上所述，在該實施方式中，作為用于將顯示畫面11的圖像投影在屏幕3上的光學(xué)系統(tǒng)，分別采用具有作為第一光學(xué)系統(tǒng)的投影透鏡2的后級組13中旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面的透鏡面的自由曲面透鏡，第二光學(xué)系統(tǒng)中具有旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面的反射面的自由曲面反射鏡5，并各自分配這些投影透鏡2的后級組13和自由曲面反射鏡5的任務(wù)，第二光學(xué)系統(tǒng)主要對屏幕3的梯形畸變進行修正，第一光學(xué)系統(tǒng)的投影透鏡2的后級組13主要對屏幕3中的像面畸變等進行非對稱像差修正。圖8表示該實施方式中構(gòu)成投影光學(xué)單元的投影透鏡2的透鏡組的斜視圖，對應(yīng)上述附圖的部分采用同一附圖標(biāo)記標(biāo)注。在該圖中，投影透鏡2的前級組12為用于將圖像顯示元件的顯示畫面11的圖像投影在上述屏幕3上的主透鏡，由具有旋轉(zhuǎn)對稱的面形狀的透鏡面的多個折射透鏡構(gòu)成，主要對旋轉(zhuǎn)對稱光學(xué)系統(tǒng)中的基本像差進行修正。投影透鏡2的后級組13包含旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面透鏡，主要對屏幕3中因斜入射而產(chǎn)生的像差進行修正。這里，作為一個例子，后級組13由2塊自由曲面透鏡13a、13b組合構(gòu)成，但也可以由3塊以上自由曲面透鏡構(gòu)成。但是，無論哪種構(gòu)成，后級組13中的自由曲面透鏡的至少一塊作為全體相對于其光出射方向呈凹狀的方式被彎曲。而且，對于上述自由曲面透鏡，向屏幕3下端R2(圖2)出射的畫面下端光線L2(圖2)以小出射角出射的部分的曲率(這里為自由曲面透鏡下側(cè))，比向屏幕3上端R3(圖2)出射的畫面上端光線L3(圖2)以大的出射角出射的部分的曲率(這里為自由曲面透鏡上側(cè))大些。另外，其中折曲反射鏡14設(shè)置在前級組12的途中。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了將成像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡組固定于規(guī)定位置，使用了同心圓的狀鏡筒。其由于成像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡組采用具有旋轉(zhuǎn)對稱面形的多個折射透鏡構(gòu)成，故這是理所應(yīng)當(dāng)?shù)摹Ｔ谕哥R組內(nèi)，由于材質(zhì)為塑料，故在溫度濕度條件下重復(fù)膨脹、收縮。具體地，多用于這種透鏡的丙烯樹脂(PMMA)由于吸濕而伸展很大，通常在鏡筒內(nèi)設(shè)置有用于吸收透鏡球的膨脹、收縮的裝置。對于塑料鏡筒，鏡筒自身可變形地構(gòu)成，而對于金屬鏡筒，在透鏡周圍設(shè)置彈性形變空間，不管塑料透鏡的膨脹、收縮如何，均對透鏡球起到了將其光軸保持在中心的作用。如圖8所示，在該實施方式中，投影透鏡2的后級組13包含旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面透鏡13a、13b，因此不能用同心圓狀鏡筒。另外，由于主要進行對因傾斜入射而產(chǎn)生的像差的修正，故不用像用于修正旋轉(zhuǎn)對稱光學(xué)系統(tǒng)中的基本像差的投影透鏡2的前級組12那樣，將透鏡球保持在光軸中心是不夠的。圖9表示使投影透鏡2溫度變化時的焦點性能(下面用MTF(ModulationTransferFunction:調(diào)制傳遞函數(shù))表示)的惡化量的示意圖，橫軸表示Y軸方向偏心量。該圖中，實線、虛線、點劃線分別表示30°C的溫度上升時、15°C的溫度上升時、以及15°C的溫度下降時的平均MTF惡化量。其中，盡管示出的是投影透鏡2的后級組13的最外側(cè)自由曲面透鏡13b(圖8)，但位于其內(nèi)側(cè)的自由曲面透鏡13a(圖8)或第二光學(xué)系統(tǒng)的自由曲面反射鏡5(圖2)具有同樣的趨勢。對于用于修正旋轉(zhuǎn)對稱光學(xué)系統(tǒng)中的基本像差的投影透鏡，偏心量為0時，MTF惡化量最小，而對于用于修正因傾斜入射而產(chǎn)生的像差的旋轉(zhuǎn)非對稱自由曲面透鏡，如圖9所示，在偏心量為0以外的地方MTF的惡化量最小。例如，對于30°C偏心量在-0.04mm處最小，對于15°C偏心量在-0.02mm處最小，對于_15°C偏心量在0.02mm處最小。投影透鏡2的后級組13的自由曲面透鏡13b在30°C的溫度上升條件下高度(Y軸方向)為0.088mm。計算中，由于將透鏡中心作為膨脹的基準(zhǔn)，故膨脹大小為0.088mm的1/2。因此，所說的在30°C的溫度上升條件下偏心為0.04mm指的是可將透鏡上側(cè)端面作為基準(zhǔn)面而使之膨脹、收縮的情況。圖10表示圖8中的投影透鏡2的后級組13的最外側(cè)的自由曲面透鏡13b的示意圖，該圖(a)為上面圖，該圖(b)為正面圖，該圖(c)為斜視圖。另外，圖10(a)(c)中，18為透鏡的光出射面、19為透鏡的外殼，20為透鏡的水平基準(zhǔn)面。由10(b)可以看出，透鏡的外殼19為將自由曲面透鏡13b的中央作為中心軸的圓柱的一部分。下面對其原理進行說明。塑料透鏡通常通過使用模具成形塑料原材而制成。成形透鏡的模具采用追加工的方式對成形透鏡進行修補直到達到規(guī)定的面精度，但該修正量是通過成形透鏡的面精度和設(shè)計值的差而求得。即，需要對成形透鏡的面精度進行高精度測量。該實施方式中的投影透鏡2的后級組13的透鏡由自由曲面構(gòu)成，如果不設(shè)置形成測定基準(zhǔn)的面的話，就不能高精度地測定面形狀。所以，通過設(shè)置部分采用與圖10所示現(xiàn)有技術(shù)的透鏡相同的圓柱的側(cè)面形狀的形狀(下面稱為圓柱片形狀)的外殼19和水平基準(zhǔn)面20，作為測定基準(zhǔn)面。該圓柱片形狀的外殼19無需設(shè)置于自由曲面透鏡13b的全周，如圖所示，只要包含中心也可以設(shè)置于一部分，但設(shè)置成垂直于透鏡的光軸(光出射面18的中心軸)、且透鏡中心與含有外殼19的圓柱的中心一致。因為利用該呈圓柱片形狀的外殼19限定透鏡中心和光軸垂直的面，且利用水平基準(zhǔn)面20限定水平面，所以，可進行透鏡的測定和向鏡筒的安裝姿勢的設(shè)定。圖11為沿著光軸方向觀察將圖10所示自由曲面透鏡13b固定安裝在鏡筒上的狀態(tài)的正面圖，21為鏡筒，22為水平基準(zhǔn)面支撐體，23為保持用彈簧，24為透鏡壓板，與圖10對應(yīng)的部分采用同一符號并省略重復(fù)的說明。在該圖中，自由曲面透鏡13b安裝固定在鏡筒21內(nèi)。該鏡筒21的截面不但形成為自由曲面透鏡13b的外殼19的形狀，而且形成為只與該外殼19的上半部分呈接觸狀的形狀。在現(xiàn)有技術(shù)的鏡筒中，通過支撐整個圓柱形狀的外殼的全周，露出光軸中心，但在該實施方式中，只是該外殼19的上半部分接觸。但是，只是不能定位并支撐自由曲面透鏡13b。而且，在該實施方式中，在自由曲面透鏡13b上設(shè)置透鏡的水平基準(zhǔn)面20，在鏡筒21的與該水平基準(zhǔn)面20相對的面上，設(shè)置水平基準(zhǔn)面支撐體22、和用于支撐位于自由曲面透鏡13b的水平基準(zhǔn)面20相反側(cè)的端部(此時為下端部)的中心的保持用彈簧23，將來自水平基準(zhǔn)面20的端部(此時為上端部)作為基準(zhǔn)端，將與之相反側(cè)的上述端部作為可動端，據(jù)此3點對鏡筒21內(nèi)的自由曲面透鏡13b進行定位及保持。至于與光軸(即垂直于光出射面18的軸)垂直的方向的固定，則與現(xiàn)有技術(shù)一樣，通過在鏡筒21內(nèi)設(shè)置透鏡壓板24來實現(xiàn)。如上所述，通過采用將自由曲面透鏡13b固定于鏡筒21上的方法，在自由曲面透鏡13b在溫度濕度條件下發(fā)生膨脹、收縮時，水平基準(zhǔn)面20形成基準(zhǔn)伸縮，可動端隨之上下變位，采用這樣的方式，可以將上述焦點性能的惡化量減至最小。另外也可以是，在自由曲面透鏡13b的下端部側(cè)設(shè)置水平基準(zhǔn)面20作為基準(zhǔn)端，而在上端部側(cè)設(shè)置保持用彈簧23作為可動端，據(jù)此也可得到同樣的效果。然而，盡管以上說明是關(guān)于投影透鏡2的后級組13的最外側(cè)(出射側(cè))的自由曲面透鏡13b的內(nèi)容，但位于其內(nèi)側(cè)的自由曲面透鏡13a和第二光學(xué)系統(tǒng)的自由曲面反射鏡5也一樣。下面，利用表示在圖1中說明的該實施方式的投影光學(xué)單元的一個具體例的圖12，對該自由曲面反射鏡5進行說明。在圖12中，25為調(diào)整機構(gòu)，26為支撐件，27為轉(zhuǎn)動中心用銷，28為轉(zhuǎn)動用導(dǎo)槽，29為固定用蝶形螺母，30為透射型液晶顯示面板，31為交叉二向色棱鏡，與上述附圖對應(yīng)的部分采用同一附圖標(biāo)記并省略重復(fù)的說明。該圖中雖然是作為一個例子而示出圖像發(fā)生源1采用3板式透射型液晶顯示面板的情況，但使用反射式液晶顯示面板也可以。另外，也可以使用包括多個微鏡的顯示元件。其中，作為圖像發(fā)生源1，采用對應(yīng)紅、綠、藍色的3個透射型液晶顯示面板30。來自于這些透射型液晶顯示面板30的紅、綠、藍色圖像被交叉二向色棱鏡31合成，作為彩色圖像而射出。至于投影透鏡2，如前所述，折曲反射鏡14設(shè)置在前級組12的途中。第二光學(xué)系統(tǒng)的自由曲面反射鏡5與圖像發(fā)生源1和投影透鏡2—起，被固定在光學(xué)系統(tǒng)支撐體即光學(xué)系統(tǒng)基體7上并被一體化。在光學(xué)系統(tǒng)基體7上所固定的光學(xué)要素中，投影透鏡2被牢固地固定并被一體化。另一方面，圖像發(fā)生源1采用下述方式被固定于光學(xué)系統(tǒng)基體7之上，S卩，通過調(diào)整機構(gòu)25，能夠?qū)χ辽偕舷路较?將與XY平面內(nèi)的X軸平行的軸作為轉(zhuǎn)動中心)的傾斜角、以及前后方向(Z軸方向)即圖像發(fā)生源1的出射側(cè)和投影透鏡2的前級組12的距離進行調(diào)整。另外，自由曲面反射鏡5通過設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)基體7上的支撐件26，以自由曲面反射鏡5的上端為中心軸可轉(zhuǎn)動的方式被固定。轉(zhuǎn)動中心軸用銷27將自由曲面反射鏡5的上部從其兩端部可轉(zhuǎn)動地夾持，將其作為軸，自由曲面反射鏡5被可轉(zhuǎn)動地支承。自由曲面反射鏡5的下端通過轉(zhuǎn)動用導(dǎo)槽28與固定鉸鏈用螺帽29結(jié)合。而且，通過操作該固定用蝶形螺母29并使之沿著轉(zhuǎn)動用導(dǎo)槽28滑動，自由曲面反射鏡5的下端移動，將銷27作為中心軸，可使自由曲面反射鏡5轉(zhuǎn)動。這樣，可調(diào)整自由曲面反射鏡5的傾角。利用所述調(diào)整，可對屏幕3上的因傾斜投影而產(chǎn)生的投影圖像的梯形畸變進行高精度修正。固定用蝶形螺母29由于采用摩擦方式固定，故通過在自由曲面反射鏡5和轉(zhuǎn)動用導(dǎo)槽28之間夾持彈性體(未圖示)，從而吸收自由曲面反射鏡5在溫度濕度變化條件下膨脹、收縮的尺寸變化范圍。因此，通過采用該方法將自由曲面反射鏡5安裝在支撐件26上，自由曲面反射鏡5的上端成為固定端(基準(zhǔn)端)，而下端成為自由端(可動端)。對于自由曲面反射鏡5在溫度濕度條件下發(fā)生膨脹、收縮的情形而言，以轉(zhuǎn)動中心軸用銷27為基準(zhǔn)而伸縮，這樣，如上所述，可將焦點性能的惡化量降至最低。以上，在該實施方式中，作為從屏幕3的下方向上方傾斜投影圖像的方案，盡管已說明將自由曲面透鏡13b和自由曲面反射鏡5在溫度濕度條件下發(fā)生膨脹、收縮時焦點性能惡化量減至最小的方法，但是，在本發(fā)明中，也可以是從屏幕3的上方向下方傾斜投影圖像的情況，此時，自由曲面透鏡13b和自由曲面反射鏡5的基準(zhǔn)面與上述情形相反，變成下側(cè)。即，將具有自由曲面的光學(xué)要素固定時的基準(zhǔn)端，在上下方向的端部中，變成通過相對屏幕3具有大的入射角的光線側(cè)的端部。該理由是，如果光線的入射角大，則即使折射面(反射面)發(fā)生很少的變位，光線也可相對基準(zhǔn)位置發(fā)生大的偏離。因此，對于具有自由曲面的光學(xué)要素，需要減小基準(zhǔn)端的變位，以盡量防止光線的入射角大的部分發(fā)生變位。在以上說明的實施方式中，盡管說明的是包括兼有自由曲面透鏡和自由曲面反射鏡兩者的光學(xué)系統(tǒng)的方案，但本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)也可以是包括自由曲面透鏡與自由曲面反射鏡的其中任一個的情況，并可得到和上述實施方式同樣的效果。另外，關(guān)于自由曲面反射鏡，也可以是并非完全的自由曲面，也可以是從球面或非球面的一部分中切出的反射鏡。另外，根據(jù)以上說明的實施方式，可以實現(xiàn)設(shè)備的縱深尺寸降低，且組裝調(diào)整容易的背面投影型彩色圖像顯示裝置。另外，也可以是將平面反射鏡4(圖2)從光學(xué)系統(tǒng)中去掉，并將從圖像顯示元件的顯示畫面11到自由曲面反射鏡5的元件收納在一個裝置中，形成前方投影型圖像顯示裝置。此時，可以實現(xiàn)所述裝置到屏幕的距離相當(dāng)短的緊湊型前方投影型圖像顯示裝置。權(quán)利要求一種投影型圖像顯示裝置，將圖像顯示元件的顯示畫面上映出的圖像放大投影在屏幕上，包括含有多個用于對該顯示畫面的映出圖像進行放大的透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；和反射來自該第一光學(xué)系統(tǒng)的該圖像的圖像光，并使之相對于該屏幕的法線以規(guī)定的角度入射到屏幕上的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中該第二光學(xué)系統(tǒng)的反射面的至少一部分至少包括一個在反射方向上呈凸?fàn)畹耐姑娣瓷溏R，該凸面反射鏡，在上下方向的端部中，以來自該第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的入射角大的一側(cè)的端部作為基準(zhǔn)端，以來自該第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的入射角小的一側(cè)的端部作為可動端，被安裝在光學(xué)系統(tǒng)支承單元上。2.如權(quán)利要求1所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述第二光學(xué)系統(tǒng)具有用于將所述凸面反射鏡所反射的圖像光反射并導(dǎo)向所述屏幕的平面反射鏡。3.一種投影型圖像顯示裝置，將圖像顯示元件的顯示畫面上映出的圖像放大投影在屏幕上，包括含有多個用于對該顯示畫面的映出圖像進行放大的透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；和反射來自該第一光學(xué)系統(tǒng)的該圖像的圖像光，并使之相對于該屏幕的法線以規(guī)定的角度入射到該屏幕上的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中該第一光學(xué)系統(tǒng)至少包括一個在光出射方向上呈凹狀、且相對于光軸呈旋轉(zhuǎn)非對稱面形狀的非對稱透鏡，所述非對稱透鏡，在上下方向的端部中，以射向該第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角大的一側(cè)的端部作為基準(zhǔn)端，以射向該第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角小的一側(cè)的端部作為可動端，被安裝在鏡筒上，該第二光學(xué)系統(tǒng)的反射面的至少一部分至少包括一個在反射方向上呈凸?fàn)畹耐姑娣瓷溏R。4.如權(quán)利要求3所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述凸面反射鏡，在上下方向的端部中，以來自所述第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的入射角大的一側(cè)的端部作為基準(zhǔn)端，以來自所述第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的入射角小的一側(cè)的端部作為可動端，被安裝在光學(xué)系統(tǒng)支承單元上。5.如權(quán)利要求3所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述第一光學(xué)系統(tǒng)包括由多個含有所述非對稱透鏡的透鏡構(gòu)成的投影透鏡，該投影透鏡包括含有相對于光軸對稱的面形狀的透鏡的前級組、和含有所述非對稱透鏡的后級組。6.如權(quán)利要求3所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述非對稱透鏡，在上下側(cè)中，射向所述第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角大的一側(cè)的曲率，比射向所述第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角小的一側(cè)的曲率小。7.如權(quán)利要求3所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述第二光學(xué)系統(tǒng)具有用于將所述凸面反射鏡所反射的圖像光反射并導(dǎo)向所述屏幕的平面反射鏡。8.如權(quán)利要求7所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述凸面反射鏡，在上下側(cè)中，來自所述第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的入射角大的部分的曲率，比來自所述第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的入射角小的部分的曲率小。9.一種投影型圖像顯示裝置，將圖像顯示元件的顯示畫面上映出的圖像放大投影在屏幕上，包括含有多個用于對該顯示畫面的映出圖像進行放大的透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；和用于反射來自該第一光學(xué)系統(tǒng)的該圖像的圖像光，并使之相對于該屏幕的法線以規(guī)定的角度入射到該屏幕上的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中該第一光學(xué)系統(tǒng)包括包含具有關(guān)于通過該顯示畫面的大致中心的軸對稱的形狀的面的共軸光學(xué)系統(tǒng)的前級組、和包含至少1塊單面或雙面呈自由曲面形狀的自由曲面透鏡的后級組，含有將該顯示畫面上所映出的圖像放大投影在該屏幕上的投影透鏡，該第二光學(xué)系統(tǒng)包括至少一塊具有自由曲面形狀的自由曲面反射鏡，從傾斜方向?qū)碜栽撏队巴哥R的放大圖像投影在該屏幕上，該自由曲面透鏡，在上下方向的端部中，以射向該第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角大的一側(cè)的端部作為基準(zhǔn)端而安裝在鏡筒上，以射向該第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的出射角小的一側(cè)的端部作為可動端，采用彈簧或彈性體支承而安裝在鏡筒上。10.如權(quán)利要求9所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述自由曲面反射鏡，在所述上下方向的端部中，以來自所述第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的入射角大的一側(cè)的端部作為基準(zhǔn)端，以來自所述第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像光的入射角小的一側(cè)的端部作為可動端，分別安裝在光學(xué)系統(tǒng)支承單元上。全文摘要在圖像發(fā)生源(1)的顯示畫面上映出的圖像，通過由前級組和后級組形成的投影透鏡(2)，在自由曲面反射鏡(5)的反射面被反射，進一步被平面反射鏡(4)反射，從而從下側(cè)被傾斜投影在屏幕(3)上。投影透鏡(2)的前級組用于放大該圖像，后級組為了對因傾斜投影在屏幕上而產(chǎn)生的像差進行修正，采用相對于出射側(cè)呈凹狀的自由曲面透鏡。自由曲面反射鏡(5)用于對因傾斜投影在屏幕上而產(chǎn)生的梯形畸變進行修正。投影透鏡(2)的后級組的自由曲面透鏡的其中一個端部作為基準(zhǔn)端，另一個端部側(cè)可伸縮，可相對環(huán)境的變化而變化。自由曲面反射鏡也一樣，其中一個端部作為基準(zhǔn)端，另一個端部側(cè)可伸縮，并且可將基準(zhǔn)端轉(zhuǎn)動調(diào)整為中心。文檔編號G03B21/14GK101819373SQ20101015852公開日2010年9月1日申請日期2006年11月3日優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日發(fā)明者久田隆紀(jì),吉川博樹,大石哲,小倉直之,平田浩二申請人:株式會社日立制作所