專利名稱：投射型影像顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將影像顯示元件的圖像放大，并投射到屏幕等投射面上，從而進行圖像顯示的投射型影像顯示系統(tǒng)，特別是涉及適于大畫面影像顯示的投射型影像顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知有各種通過由多個透鏡構(gòu)成的投射光學單元，將影像顯示元件的圖像放大投射到屏幕(投射面)上的彩色影像顯示系統(tǒng)，而且已被實用化。其中，在這種顯示系統(tǒng)中， 要求不變形地在屏幕上得到足夠大小的放大影像。為了實現(xiàn)這點，已知有以下投影裝置或光學系統(tǒng)例如，如特開平5-134213號公報和特開2000-162544號公報中所述，其將投影畫面相對投影系統(tǒng)的光軸在垂直方向上移動，并且利用同樣相對投影系統(tǒng)的光軸以規(guī)定的角度傾斜配置的附加光學系統(tǒng)，將影像在相對屏幕傾斜的方向上放大投影。其中，這里所說的附加光學系統(tǒng)(無焦轉(zhuǎn)換器(afocal converter))是指具有變換投影像的大小的作用的光學系統(tǒng)，用于校正和減少伴隨從相對屏幕傾斜的方向上投射所產(chǎn)生的投影像的變形，得到長方形的投影像。此外，由例如特開2004-157560號公報已知使用多個反射鏡(反射系統(tǒng)光學元件) 代替上述透鏡(透過系統(tǒng)光學元件)，將影像顯示元件的圖像放大投射到屏幕(投射面)上的反射型成像光學系統(tǒng)。即在將影像從相對屏幕傾斜的方向進行投射時，在投射影像上產(chǎn)生所謂的梯形變形。為了消除這種變形，在特開平5-134213號公報中所述的投射光學單元中，是使得配置在屏幕側(cè)的附加光學系統(tǒng)(無焦轉(zhuǎn)換器)偏心從而抑制梯形變形的結(jié)構(gòu)。然而，構(gòu)成這種偏心附加光學系統(tǒng)的透鏡難以廣角化，因此，為了得到必要倍率的投影像，從投射裝置到屏幕的距離變大，此外，投影畫面與投影系統(tǒng)之間的距離也變大，因此，存在裝置整體變大 (特別是光學單元的光軸方向的長度)的問題點。除此之外，作為構(gòu)成上述偏心附加光學系統(tǒng)的透鏡，必需口徑大的附加光學系統(tǒng)，與此相伴，這也成為導致投射光學單元的成本上升的原因。此外，在特開2000-162M4號公報中記載的投射光學單元中，也與特開平 5-134213號公報同樣，難以廣角化，而且由于必須個別地使所使用的透鏡偏心，其制造困難，除此之外，同樣也必需口徑大的附加光學系統(tǒng)，成為投射光學單元成本上升的原因。另一方面，在特開2004-157560號公報中記載的反射型成像光學系統(tǒng)中，通過利用反射光學系統(tǒng)(反射鏡)代替現(xiàn)有的透過型的成像光學系統(tǒng)(透鏡系統(tǒng))，可以抑制成像光學系統(tǒng)的大型化，并且可達到廣角化。然而，因為反射鏡的光的偏心(偏向)量大，特別是在裝置內(nèi)，也包括其傾斜角度，難以將多個反射鏡配置在正確的位置，此外，由于振動容易使反射鏡的傾斜角度等變化，所以仍然存在其制造極為困難的問題點。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的發(fā)明人等，根據(jù)由同申請人已申請的專利2006-166434，鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題點，提供一種適宜的技術(shù)與裝置的外形不大但能夠廣角化同時其制造也比較容易的投射型影像顯示裝置一起，不需要用于此的投射光學單元，即口徑大的附加光學系統(tǒng)，而且不產(chǎn)生梯形變形，使投射型顯示裝置自身為更緊湊的外形尺寸。而且，本發(fā)明的目的在于提供一種投射型影像顯示系統(tǒng)，其是通過采用上述專利 2006-166434已提供的投射型影像顯示裝置，將影像顯示元件的影像放大，投射到屏幕等投射面上，從而進行圖像顯示的投射型影像顯示系統(tǒng)，是能夠不變形地進行大畫面的影像顯示的投射型影像顯示系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，為了達到上述目的，首先提供一種投射型影像顯示系統(tǒng)，其具有投射型影像顯示裝置，和將從上述投射型影像顯示裝置所投射的投射光投射到投射面上而顯示影像的屏幕，其特征在于上述投射型影像顯示裝置包括光源、影像顯示元件、將來自上述光源的光束照射在上述影像顯示元件上的照明光學系統(tǒng)、和向上述屏幕投射來自上述影像顯示元件的影像光的投射光學系統(tǒng)。上述投射光學系統(tǒng)從上述影像顯示元件向著上述屏幕，依次具有由相對光軸對稱配置的多個透鏡元件構(gòu)成的透鏡組，和相對該光軸具有非軸對稱形狀的反射鏡。上述投射型影像顯示裝置沿著從上述屏幕的上下或左右的端邊部在該投影面的垂直方向上延長的面中的一個面，配置在該端邊部的一部分上。其中，在本發(fā)明中，優(yōu)選在上述記載的投射型影像顯示系統(tǒng)中，上述投射型影像顯示裝置與上述屏幕機械地結(jié)合。更為優(yōu)選上述屏幕為可折疊的可搬動屏幕，進一步，在其一部分上設(shè)置有可搬動用的手柄。此外，本發(fā)明提供一種在上述記載的投射型影像顯示系統(tǒng)中，上述投射型影像顯示裝置配置在上述屏幕的上端邊部的大致中央部，而且具有反射來自上述投射型影像顯示裝置的投射光而導向上述屏幕的投影面的鏡部的投射型影像顯示系統(tǒng)?；蛘咛峁┮环N在上述記載的投射型影像顯示系統(tǒng)中，上述投射型影像顯示裝置配置在上述屏幕的上端邊部的大致中央部，而且上述投射型影像顯示系統(tǒng)按照使至少二個或其以上的、構(gòu)成各投射型影像顯示系統(tǒng)的屏幕的投影面相對鄰接的屏幕的投影面成180度以下的角度的方式配置，進一步，上述投射型影像顯示裝置在上述鄰接的屏幕的投影面上投射互不相同的影像的投射型影像顯示系統(tǒng)。或者上述投射型影像顯示裝置還能夠通過投射在上述鄰接的屏幕的投影面上的互不相同的影像，在上述二個或其以上的屏幕上構(gòu)成一個畫面。此外，根據(jù)本發(fā)明，為了達到上述目的，提供一種投射型影像顯示系統(tǒng)，其具有投射型影像顯示裝置、和將從上述投射型影像顯示裝置所投射的投射光投射到投射面上而顯示影像的屏幕，其特征在于上述投射型影像顯示裝置包括光源、影像顯示元件、將來自上述光源的光束照射在上述影像顯示元件上的照明光學系統(tǒng)、和向上述屏幕投射來自上述影像顯示元件的影像光的投射光學系統(tǒng)。上述投射光學系統(tǒng)從上述影像顯示元件向著上述屏幕，依次具有由相對光軸對稱配置的多個透鏡元件構(gòu)成的透鏡組，和相對該光軸具有非軸對稱形狀的反射鏡。上述投射型影像顯示裝置沿著從上述屏幕的上下或左右的端邊部在該投影面的垂直方向上延長的面中的一對面，配置在離該端邊部近的位置且該端邊部的一部分上。
其中，在本發(fā)明中，優(yōu)選在上述記載的投射型影像顯示系統(tǒng)中，配置在上述屏幕的上下或左右的端邊部上的一對上述投射型影像顯示裝置，相互重合地投射同一影像?；蛘邇?yōu)選配置在上述屏幕的上下或左右的端邊部上的一對上述投射型影像顯示裝置將同一影像相互重合地投射在上述屏幕的投影面上。更為優(yōu)選，配置在上述屏幕的上下或左右的端邊部上的一對上述投射型影像顯示裝置，將互不相同的影像投射在上述屏幕的投影面上。 優(yōu)選配置于上述屏幕上下的端邊部上的一對上述投射型影像顯示裝置在水平方向上配置有多個。更為優(yōu)選，在上述記載的投射型影像顯示系統(tǒng)中，配置于上述屏幕左右的端邊部上的一對上述投射型影像顯示裝置在垂直方向上配置有多個。


圖1為表示將本發(fā)明的投射型影像顯示系統(tǒng)應(yīng)用于投影儀中的整體結(jié)構(gòu)的圖；圖2為表示在家庭影院中采用上述本發(fā)明的投射型影像顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖；圖3為表示在飛機的機內(nèi)采用上述本發(fā)明的投射型影像顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖；圖4為表示在白板上采用上述本發(fā)明的投射型影像顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖；圖5為表示上述圖4中所示白板的上部的詳細結(jié)構(gòu)的圖；圖6為表示在商店的一部分中配置上述本發(fā)明的投射型影像顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖；圖7為表示在商店的一部分中配置上述本發(fā)明的投射型影像顯示系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)的圖；圖8為表示在商店的一部分中配置上述本發(fā)明的投射型影像顯示系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)的圖；圖9為表示在游戲中心或仿真設(shè)備上配置上述本發(fā)明的投射型影像顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖；圖10為表示上述本發(fā)明的投射型影像顯示系統(tǒng)中的投射型影像顯示裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖；圖11為表示上述投射型影像顯示裝置的投射光學單元的基本結(jié)構(gòu)的截面圖；圖12為表示上述圖11的光學單元的透鏡配置的一個例子的立體圖；圖13為用于說明上述光學單元的透鏡面的垂直方向和水平方向的截面圖；圖14為表示本發(fā)明的另一實施方式的投射型影像顯示裝置的整體結(jié)構(gòu)的立體圖；圖15為表示上述另一實施方式的投射型影像顯示裝置的光學單元的透鏡配置的一個例子的立體圖；圖16為用于說明上述光學單元的透鏡面的垂直方向的截面圖；圖17為表示上述本發(fā)明的投射型影像顯示裝置的光路的TL截面圖；圖18為表示上述本發(fā)明的投射型影像顯示裝置的光路的XL截面圖；圖19為表示另一實施方式的投射型影像顯示裝置的整體結(jié)構(gòu)的立體圖；圖20為表示上述再另一實施方式的投射型影像顯示裝置的投射光學單元的基本結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。關(guān)于本發(fā)明的投射型影像顯示系統(tǒng)，以下，說明其詳細情況，基本上，其具有投射來自影像顯示元件的影像光的投射型影像顯示裝置100和將從該投射型影像顯示裝置所投射的投射光投射到投影面上而顯示影像的屏幕5而構(gòu)成。首先，附圖的圖10為表示構(gòu)成本發(fā)明的一個實施方式的投射型影像顯示系統(tǒng)的投射型影像顯示裝置的立體圖。即，在該圖中，在構(gòu)成投射型影像顯示裝置100的大致箱型的筐體110的內(nèi)部具有例如對從外部個人計算機輸入的圖像或影像進行顯示的圖像顯示元件1和產(chǎn)生高亮度的白色光的燈等光源8。以下更詳細地說明其結(jié)構(gòu)，其裝載有用于對從該光源8照射并經(jīng)圖像顯示元件1調(diào)制的光進行放大照射的投射光學單元。在室內(nèi)使用該投射型影像顯示裝置的情況下，從該投射光學單元射出的光，如圖中箭頭所示，投射在位于與該筐體110的一個方向(在圖中為長度方向)相對的位置的薄片狀的屏幕等，所謂構(gòu)成上述投射型影像顯示系統(tǒng)的另一部分的屏幕5上。其次，參照附圖的圖11的截面圖，說明構(gòu)成上述投射型影像顯示裝置的投射光學單元的基本的光學結(jié)構(gòu)。其中，該圖11的截面表示從上述圖10的右下方向(參照圖中空白的箭頭)所視截面，相當于圖11所示的CTZ正交坐標系(在圖中以箭頭所示)的^截也如圖11所示，投射光學單元由入射來自光源8的光并射出所希望的影像的圖像顯示元件1和稜鏡10、包括前方透鏡組2和后方透鏡組3的二個透鏡組所構(gòu)成的透過(透鏡)光學系統(tǒng)、和包括具有不旋轉(zhuǎn)對稱(即非旋轉(zhuǎn)對稱)的自由曲面形狀的反射面的反射鏡(以下稱為自由曲面鏡)4的反射光學系統(tǒng)構(gòu)成。這里，作為上述圖像顯示元件1，表示的是例如采用以液晶板為代表的透過型元件的例子，但本發(fā)明不限于此，也可以是例如CRT這種自發(fā)光型的元件。此外，在采用例如上述液晶板等透過型元件作為上述圖像顯示元件1的情況下，必需有作為照射液晶板的光源 8的燈。此外，作為該液晶板，如所謂三板式那樣，也可以為合成R、G、B的多個圖像的方式。 在這種情況下，影像合成用的稜鏡等變得必要，但是，關(guān)于這些液晶板的詳細情況或?qū)ζ溥M行照射的作為光源8的燈等，在后面進行說明，在這里，由于沒有直接的關(guān)系，所以其圖示省略。另一方面，在CRT這種自發(fā)光型的元件中，不需要上述光源8這一點也很明白。在以上這種結(jié)構(gòu)的投射光學單元中，從上述圖像顯示元件1通過稜鏡10射出的光，首先入射在構(gòu)成透鏡光學系統(tǒng)的前方透鏡組2上。而且，后面也說明其詳細情況。該前方透鏡組2包括具有旋轉(zhuǎn)對稱的面形狀的、具有正倍率和負倍率的多個折射透鏡而構(gòu)成。 其后，從該前方透鏡組2射出的光通過后方透鏡組3，該后方透鏡組3由包括具有至少一個面為不旋轉(zhuǎn)對稱(非旋轉(zhuǎn)對稱的)自由曲面形狀的多個(在本例中為二個)透鏡的多個透鏡而構(gòu)成。然后，從該后方透鏡組3射出的光，再經(jīng)包括具有不旋轉(zhuǎn)對稱的自由曲面形狀的反射面的反射鏡(以下稱為自由曲面鏡)4的反射光學系統(tǒng)放大反射后，投射在規(guī)定的屏幕 5上(例如房間的壁面或薄片狀的屏幕等)。其中，在本實施方式中，從上述圖11也可知，與現(xiàn)有技術(shù)(特別是上述的特開平 5-134213號公報和特開2000-162544號公報)這種將投影畫面(顯示元件)相對投影系統(tǒng)的光軸在垂直的方向上移動，并且相對投影系統(tǒng)的光軸以規(guī)定的角度傾斜配置有附加光學系統(tǒng)的光學系統(tǒng)不同，上述圖像顯示元件1按照其顯示畫面的中央大致位于透鏡光學系統(tǒng)的光軸上的方式配置(即形成共軸光學系統(tǒng))。因而，從上述圖像顯示元件1的顯示畫面的中央出來，通過透鏡光學系統(tǒng)的入射瞳的中央，向著屏幕5上的畫面中央的光線11，大致沿著透鏡光學系統(tǒng)(包括上述前方透鏡組2和后方透鏡組幻的光軸行進(以下將其稱為 “畫面中央光線”)。其后，該畫面中央光線11在上述反射光學系統(tǒng)(包括自由曲面鏡)的具有自由曲面形狀的反射面4上的點P2反射后，相對屏幕的法線7從下方傾斜地入射在屏幕5上的畫面中央的點P5上。該角度以下稱為“斜入射角度”，以θ s表示。沿著上述透鏡光學系統(tǒng)的光軸通過的光線相對屏幕傾斜地入射，這意味著實質(zhì)上透鏡光學系統(tǒng)的光軸相對屏幕傾斜地設(shè)置(成為斜的入射系統(tǒng))。其中，如上所述，當使光線相對屏幕傾斜地入射時，包括從上述圖像顯示元件1投射的長方形的形狀變?yōu)樘菪蔚乃^的梯形變形以外，還產(chǎn)生由相對光軸不旋轉(zhuǎn)對稱而產(chǎn)生的各種像差。但是，在本發(fā)明中，通過構(gòu)成上述透鏡光學系統(tǒng)的后方透鏡組3和上述反射光學系統(tǒng)的反射面可以對這些進行校正。特別是，如果使從上述圖像顯示文件1投射的光線經(jīng)構(gòu)成上述反射光系統(tǒng)的反射鏡4的反射面放大反射，并傾斜地入射到屏幕5上，則與通過透鏡得到的光的偏心量(偏向角)比較，能夠得到更大的偏心量(偏向角)。此外，因為難以產(chǎn)生像差，能夠抑制裝置的大型化，并且可達到廣角化。即與使上述現(xiàn)有技術(shù)(特別是上述特開平5-134213號公報和特開2000-162544號公報)的附加光學系統(tǒng)(無焦轉(zhuǎn)換器)偏心從而抑制梯形變形的結(jié)構(gòu)比較，包括上述前方透鏡組2和后方透鏡組3的透鏡光學系統(tǒng)能夠構(gòu)成為口徑更小的光學系統(tǒng)。此外，由于如上所述，將入射到構(gòu)成上述反射光學系統(tǒng)的反射鏡4的反射面上的光，通過上述透鏡光學系統(tǒng)放大至規(guī)定的大小并投射，即使與現(xiàn)有的只用反射鏡構(gòu)成放大投射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(例如上述特開2004-157560號公報)比較，其制造也變得更容易。即將透鏡光學系統(tǒng)與反射光學系統(tǒng)分別地制造，其后，在裝置筐體內(nèi)，使之為固定調(diào)整這二者的位置的結(jié)構(gòu)，從而特別適于批量生產(chǎn)。此外，如上所述，若通過將用于校正梯形變形等的后方透鏡組3配置在上述前方透鏡2的前方的結(jié)構(gòu)，因為能夠減小后方透鏡組3和前方透鏡組2之間的間隔而配置，所以能夠整體地使裝載有該投射光學單元的裝置緊湊，特別是能夠得到可減小屏幕下部的高度的好效果。這樣，如果通過將具有自由曲面形狀的透過型透鏡光學系統(tǒng)和具有自由曲面形狀的反射光學系統(tǒng)組合，特別是在應(yīng)用于前端投射型的影像顯示裝置的情況下，能夠確實并比較容易地實現(xiàn)前端投射型所強烈要求的廣角化，而且能夠作為減小裝置整體的緊湊的投射型影像顯示裝置而實現(xiàn)?；蛘咴趹?yīng)用于背面投射型的影像顯示裝置的情況下，同樣也能夠確實并比較容易地實現(xiàn)廣角化，而且能夠作為減小裝置整體的緊湊的投射型影像顯示裝置而實現(xiàn)。其次，在附圖的圖12和圖13中表示包括構(gòu)成上述投射型影像顯示裝置的投射光學單元的透鏡光學系統(tǒng)和反射光學系統(tǒng)的光學元件的詳細結(jié)構(gòu)。即，圖12為上述投射光學單元的立體圖，圖13分別表示其垂直方向截面(圖13(a))和其水平方向截面(圖13(b))。如這些圖所示，在透鏡光學系統(tǒng)中，從影像顯示元件1通過稜鏡10射出的影像，首先入射在包括多個具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的透鏡的前方透鏡組2上。如上所述，前方透鏡組2包括旋轉(zhuǎn)對稱的球面透鏡和非球面透鏡?；蛘?，如附圖的圖14或圖15所示，作為在前方透鏡組2和后方透鏡組3的途中配置偏折鏡35，使光線成直角偏折的結(jié)構(gòu)也可以。此外，后方透鏡組3由至少二個自由曲面透鏡構(gòu)成。如這些圖所示，最接近反射鏡 4的反射面S23的自由曲面透鏡31，凹部向著光的射出方向，而且入射在上述屏幕的下端的光線所通過部分的曲率被設(shè)定得比入射在上述屏幕的上端的光線所通過部分的曲率大。 即自由曲面透鏡是凹部向著光的射出方向彎曲，而且具有入射在屏幕下端的光線所通過部分的曲率比入射在上述屏幕上端的光線所通過部分的曲率大的形狀的透鏡。此外，在本實施方式中，以滿足下面的條件的方式而構(gòu)成。即在上述圖11所示的截面內(nèi)，將從上述圖像顯示元件ι的畫面下端射出，通過前方透鏡組2的入射瞳的中央，入射在屏幕5的畫面上端的點P6上的光線作為光線12。將該光線12從通過自由曲面鏡4的點P3至到達屏幕上的點P6的光路長度作為Li。此外，將從上述圖像顯示文件1的畫面上端射出，通過前方透鏡組2的入射瞳的中央，入射在屏幕5的畫面下端的點P4上的光線作為光線13。將該光線13從通過自由曲面鏡4的點Pl至到達屏幕上的點P4的光路長度作為L2。并且，在上述的投射光學單元中，以上述Li、L2滿足下式的方式而構(gòu)成。公式1I L1-L2 I < 1. 2*sin θ s*Dv但是，這里，Dv為圖11的截面內(nèi)的屏幕上的畫面的大小，換言之，為從屏幕上的畫面上端的點P6至畫面下端的點P4的距離。此外，θ s為上述斜入射角度。另一方面，上述圖像顯示元件1按照使該顯示畫面的中央位于上述透鏡光學系統(tǒng)的光軸上的方式配置，或者如附圖的圖16所示，希望該顯示畫面的法線相對上述透鏡光學系統(tǒng)的光軸稍微傾斜配置。此外，看看上述圖11，如上所述，從點Ρ3至點Ρ6的光路長度比從點Pl至點Ρ4的光路長度長。這表示從透鏡光學系統(tǒng)來看，屏幕上的像點Ρ6比像點Ρ4遠。因此，如果與屏幕上的像點Ρ6對應(yīng)的物點(顯示畫面上的點)在更接近透鏡光學系統(tǒng)的點上，此外與像點 Ρ4對應(yīng)的物點在離透鏡光學系統(tǒng)更遠的點上，則能夠校正像面的傾斜。因此，如上述圖16 所示，優(yōu)選在包含屏幕5的法線和畫面中央光線的平面內(nèi)，使上述圖像顯示元件1的顯示畫面中央的法線向量相對透鏡光學系統(tǒng)的光軸稍微傾斜。并且優(yōu)選其傾斜的方向為與屏幕5 所處位置的方向相反的方向。此外，已知為了得到相對光軸傾斜的像平面而使物平面傾斜的方法，但在實用大小的像角中，物平面傾斜的像面產(chǎn)生相對光軸非對稱的變形，利用旋轉(zhuǎn)對稱的投射透鏡難以校正。在本實施方式中，在上述后方透鏡組3中，由于使用旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面透鏡 31、再進一步仍使用自由曲面透鏡32，所以能夠與非對稱的像面的變形對應(yīng)。因此，通過傾斜物平面，即傾斜影像顯示元件的顯示面，能夠大大減少低層次的像面的變形，所以在輔助自由曲面的像差校正上非常有效果。其次，關(guān)于上述各光學元件的作用，在上述透鏡光學系統(tǒng)中，該前方透鏡組2 (透鏡21 25)構(gòu)成用于將上述圖像顯示元件1的顯示畫面投射在屏幕5上的主透鏡，對旋轉(zhuǎn)對稱的光學系統(tǒng)的基本的像差進行校正。此外，上述透鏡光學系統(tǒng)的后方透鏡組3 (透鏡 31 34)由具有不旋轉(zhuǎn)對稱(旋轉(zhuǎn)非對稱)的自由曲面形狀的透鏡構(gòu)成。再者，由于上述反射光學系統(tǒng)4由具有不旋轉(zhuǎn)對稱的自由曲面形狀的反射面而構(gòu)成，主要進行由傾斜入射產(chǎn)生的像差的校正。這樣，構(gòu)成上述反射光學系統(tǒng)的鏡4主要校正梯形變形，另一方面，透鏡光學系統(tǒng)的后方透鏡組3主要對像面的變形等非對稱的像差進行校正。如以上那樣，在本發(fā)明的實施方式中，上述反射光學系統(tǒng)由具有不旋轉(zhuǎn)對稱的自由曲面形狀的一個反射面(鏡)4構(gòu)成；上述透鏡光學系統(tǒng)的后方透鏡組3包括兩面都具有旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面形狀的二個透過型透鏡(反射鏡4 一側(cè)的透鏡31和3 而構(gòu)成。 其中，在這里，自由曲面鏡4以凸部向著其反射方向的方式彎曲。并且，反射向自由曲面鏡 4的屏幕下端入射的光線的部分的曲率被設(shè)定得比反射向上述屏幕的上端入射的光線的部分的曲率大。此外，也可以使得反射向屏幕下端入射的光線的部分相對其反射方向為凸形狀，另一方面，反射向上述屏幕上端入射的光線的部分在其反射方向為凹形狀。優(yōu)選在反射光學系統(tǒng)的反射面(鏡)4的坐標原點和上述透鏡組2中最接近反射面(鏡)4的透鏡面之間的光軸方向上的距離，設(shè)定為前方透鏡組2的焦點距離的5倍或其以上。這樣，通過反射光學系統(tǒng)的具有自由曲面形狀的反射面，能夠更有效地校正梯形變形像差，從而得到良好的性能。以下，說明本發(fā)明具體的數(shù)值實施例。實施例1首先，利用附圖的圖17和圖18，還有以下的表1 表4，表示和說明上述所說明的本實施例的投射光學單元的詳細結(jié)構(gòu)，特別是包括該透鏡光學系統(tǒng)和反射光學系統(tǒng)的光學元件的具體數(shù)值。其中，這些圖表示根據(jù)第一數(shù)值例的本發(fā)明的光學系統(tǒng)的光線圖。即，圖 17表示上述的圖2的XYZ正交坐標系的TL截面，即在Z軸方向展開光學系統(tǒng)。此外，圖18 表示在)(Z截面上的結(jié)構(gòu)。其中，在圖18中，其詳細結(jié)構(gòu)如附圖的圖14和圖15所示，表示在構(gòu)成透鏡光學系統(tǒng)的透鏡光學系統(tǒng)的前方透鏡組2和后方透鏡組3的途中，設(shè)置偏折鏡 35，從而將光路在X軸方向上偏折一次的例子。在本例中，從圖17的下側(cè)所表示的影像顯示元件1射出的光首先通過包括多個透鏡的透鏡光學系統(tǒng)中的、僅由只具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的面的透鏡所構(gòu)成的前方透鏡組2。然后，通過包括旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面透鏡的后方透鏡組3，經(jīng)作為反射光學系統(tǒng)的自由曲面鏡4的反射面反射。該反射光其后入射在屏幕5上。這里，透鏡光學系統(tǒng)的前方透鏡組2全部由多個具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的折射面的多個透鏡構(gòu)成，這些透鏡的折射面中，4個為旋轉(zhuǎn)對稱的非球面，其他為球面。其中，這里所使用的旋轉(zhuǎn)對稱的非球面，利用每個面局部的圓筒坐標系，以下式表示。公式2
權(quán)利要求
1.一種投射型影像顯示系統(tǒng)，其具有投射型影像顯示裝置，和將從所述投射型影像顯示裝置投射的投射光投射到投影面上而顯示影像的屏幕，所述投射型影像顯示系統(tǒng)的特征在于所述投射型影像顯示裝置包括將來自光源的光束照射在影像顯示元件上的照明光學系統(tǒng)；和向所述屏幕投射來自所述影像顯示元件的影像光的投射光學系統(tǒng)，其中， 所述投射光學系統(tǒng)朝向從所述影像顯示元件投射光束的方向依次具有第一透鏡組， 其包含相對于光軸旋轉(zhuǎn)對稱的透鏡元件；和第二透鏡組，其包含相對于光軸非旋轉(zhuǎn)對稱的透鏡元件，所述屏幕的法線與所述光軸具有規(guī)定的角度而配置，所述投射型影像顯示裝置沿著從所述屏幕的上下或左右的端邊部在該投影面的垂直方向上延長的面中的一個面，配置在該端邊部的一部分上。
2.如權(quán)利要求1所述的投射型影像顯示裝置，其特征在于 所述第二透鏡組中包含的至少2個透鏡的光軸各自偏心。
3.如權(quán)利要求1或2所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于 具備用于將來自所述第二透鏡組的光束導向所述屏幕的鏡。
4.如權(quán)利要求3所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于所述鏡配置為具有規(guī)定的角度，以使得由該鏡反射的投影光束不被所述第一透鏡組和所述第二透鏡組遮擋。
5.如權(quán)利要求3或4所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于 所述鏡具有相對于所述光軸非軸對稱的形狀。
6.如權(quán)利要求3至5中任一項所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于 所述鏡在其反射方向具有凸面。
7.如權(quán)利要求1或2所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于 所述投射型影像顯示裝置構(gòu)成為與所述屏幕機械地結(jié)合。
8.如權(quán)利要求7所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于 所述屏幕為可折疊的可移動屏幕。
9.如權(quán)利要求8所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于 所述可移動屏幕具有可移動用的手柄部。
10.如權(quán)利要求7所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于所述投射型影像顯示裝置配置在所述屏幕的上端邊部的大致中央部，并且所述投射型影像顯示系統(tǒng)具有反射來自所述投射型影像顯示裝置的投射光而導向所述屏幕的投影面的鏡部。
11.如權(quán)利要求10所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于 具備多個所述屏幕，該多個屏幕各自配置為相對于相鄰的屏幕的投影面成180度以下的角度。
12.如權(quán)利要求11所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于所述投射型影像顯示裝置在所述多個屏幕的各個上投射互不相同的影像，在所述多個屏幕上構(gòu)成一個畫面。
13.如權(quán)利要求1或2所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于 所述投射型影像顯示裝置配置在接近該端邊部的位置。
14.如權(quán)利要求13所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于配置在所述屏幕的上下或左右的端邊部的一對所述投射型影像顯示裝置將同一影像相互重合地投射。
15.如權(quán)利要求13所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于配置在所述屏幕的上下或左右的端邊部的一對所述投射型影像顯示裝置將同一影像相互重合地投射在所述屏幕的投影面上。
16.如權(quán)利要求13所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于配置在所述屏幕的上下或左右的端邊部的一對所述投射型影像顯示裝置將互不相同的影像投射在所述屏幕的投影面上。
17.如權(quán)利要求13所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于配置于所述屏幕上下的端邊部的一對所述投射型影像顯示裝置在水平方向上配置有多個。
18.如權(quán)利要求13所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于配置于所述屏幕左右的端邊部的一對所述投射型影像顯示裝置在垂直方向上配置有多個。
19.一種投射型影像顯示系統(tǒng)，其具有投射型影像顯示裝置，和將從所述投射型影像顯示裝置投射的投射光投射到投影面上而顯示影像的屏幕，所述投射型影像顯示系統(tǒng)的特征在于所述投射型影像顯示裝置包括將來自光源的光束照射在影像顯示元件上的照明光學系統(tǒng)；和向所述屏幕投射來自所述影像顯示元件的影像光的投射光學系統(tǒng)，其中，所述投射光學系統(tǒng)朝向從所述影像顯示元件投射光束的方向依次具有第一透鏡組，其包含相對于光軸旋轉(zhuǎn)對稱的透鏡元件；第二透鏡組，其包含多個透鏡元件；和將來自所述第二透鏡組的光束導向所述屏幕的鏡，所述鏡配置在相對于所述屏幕比所述照明光學系統(tǒng)遠的位置，所述屏幕的法線與所述光軸具有規(guī)定的角度，所述投射型影像顯示裝置沿著從所述屏幕的上下或左右的端邊部在該投影面的垂直方向上延長的面中的一個面而配置。
20.如權(quán)利要求19所述的投射型影像顯示裝置，其特征在于 所述第二透鏡組中包含的至少2個透鏡的光軸各自偏心。
21.如權(quán)利要求19或20所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于所述鏡配置為具有規(guī)定的角度，以使得由該鏡反射的投影光束不被所述第一透鏡組和所述第二透鏡組遮擋，具有相對于所述光軸非軸對稱的形狀。
22.一種投射型影像顯示系統(tǒng)，其具有投射型影像顯示裝置，和將從所述投射型影像顯示裝置投射的投射光投射到投影面上而顯示影像的屏幕，所述投射型影像顯示系統(tǒng)的特征在于所述投射型影像顯示裝置包括將來自光源的光束照射在影像顯示元件上的照明光學系統(tǒng)；和向所述屏幕投射來自所述影像顯示元件的影像光的投射光學系統(tǒng)，其中，所述投射光學系統(tǒng)朝向從所述影像顯示元件投射光束的方向依次具有包含多個透鏡元件的第一透鏡組和第二透鏡組；和將來自所述第一透鏡組的光束導向所述第二透鏡組的第一鏡，配置為所述屏幕的法線與所述光軸具有規(guī)定的角度，所述投射型影像顯示裝置沿著從所述屏幕的上下或左右的端邊部在該投影面的垂直方向上的延長面中的一個面配置，所述第一透鏡組校正旋轉(zhuǎn)對稱的光學系統(tǒng)的像差， 所述光源的光軸與所述第二透鏡組的光軸大致正交。
23.如權(quán)利要求22所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于 所述第二透鏡組中包含的至少2個透鏡的光軸各自偏心。
24.如權(quán)利要求22或23所述的投射型影像顯示系統(tǒng)，其特征在于 還具備用于將來自所述第二透鏡組的光束導向所述屏幕的第二鏡，該第二鏡配置為具有規(guī)定的角度，以使得由該第二鏡反射的投影光束不被所述第一透鏡組和所述第二透鏡組遮擋，具有相對于該第二鏡的光軸非軸對稱的形狀。
25.一種投射型影像顯示裝置，其將來自影像顯示元件的影像光向所述屏幕投射，其特征在于朝向從所述影像顯示元件投射光束的方向依次具有 第一透鏡組，其包含相對于光軸旋轉(zhuǎn)對稱的透鏡元件；和第二透鏡組，其向?qū)⒐馐鴮蛩銎聊坏溺R射出光束， 所述影像顯示元件射出從照明光學系統(tǒng)照射的光束， 所述鏡配置在相對于所述屏幕比所述照明光學系統(tǒng)遠的位置， 所述屏幕的法線與所述光軸具有規(guī)定的角度，所述投射透鏡裝置沿著從所述屏幕的上下或左右的端邊部在該投影面的垂直方向上延長的面中的一個面而配置。
全文摘要
本發(fā)明提供可廣角化、即使在狹窄的空間中也能簡單設(shè)置、能不變形地進行良好的大畫面的影像顯示的投射型影像顯示系統(tǒng)。投射型影像顯示系統(tǒng)由投射型影像顯示裝置構(gòu)成，而且還具有將從該投射型影像顯示裝置(100)所投射的投射光投射在投影面上而顯示影像的屏幕(5)。其中，該投射型影像顯示裝置包括光源、影像顯示元件、將光束照射在影像顯示元件上的照明光學系統(tǒng)、和向屏幕投射來自影像顯示元件的影像光的投射光學系統(tǒng)，投射光學系統(tǒng)從影像顯示元件向著屏幕，依次具有由相對光軸對稱配置的多個透鏡元件構(gòu)成的透鏡組、和相對光軸具有非軸對稱形狀的反射鏡。
文檔編號G03B21/14GK102253576SQ20111020637
公開日2011年11月23日 申請日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者久田隆紀, 大木雅之, 平田浩二, 谷津雅彥 申請人:株式會社日立制作所