專利名稱：傾斜投射光學系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的投射型圖像顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將在圖像顯示元件的顯示面的圖像放大顯示于投射面即屏幕及 板的投射型圖像顯示裝置，特別是涉及一種將映出的圖像相對于投射面從斜方向投射于顯示面的投射型圖像顯示裝置和該光學系統(tǒng)及構成光學系統(tǒng)的塑料制的成形透鏡的加工方法。
背景技術：
在將排列有多個反射型或者透射型液晶面板及微小反射鏡的結構的圖像顯示元件的顯示面放大顯示于投射面即屏幕及板等的投射型圖像顯示裝置中，當然希望在投射面上得到足夠大的放大圖像，而為了不使發(fā)送器的影子映在投射面上及不使發(fā)送器的網格直接進入放大圖像，市場上開始出現(xiàn)縮短了投射型圖像顯示裝置和投射面的距離的所謂短投射型的投射光學系統(tǒng)。該投射光學系統(tǒng)以相對于投射面使放大圖像光從斜方向入射的方式構成。(例如，專利文獻I)另外，也已知有通過這種斜投射使用了曲面鏡的傾斜投射光學系統(tǒng)進行光學調節(jié)的裝置。(例如，專利文獻2)另一方面，也已知有通過將光路反射鏡設置于投射型圖像顯示裝置和投射面之間而作為背面投射型而縮短了視覺上的投射距離的投射型圖像顯示裝置。(例如，專利文獻3)專利文獻I :日本特開2008-250296號公報專利文獻2 日本特開2002-350774號公報專利文獻3 日本特開2006-259252號公報但是，現(xiàn)有技術，特別是上述專利文獻I所公示的相對于投射面從斜方向射入放大圖像光的傾斜投射光學系統(tǒng)是，通過在投射光學系統(tǒng)和投射面之間配置曲面鏡而構成，且利用共軸投射光學系統(tǒng)使中間像在曲面鏡和該共軸投射光學系統(tǒng)之間成像，并通過曲面鏡的放大作用將中間像放大投射于投射面即屏幕上的構成。因此，在上述專利文獻I記載的技術中，為了改變屏幕上的放大圖像的倍率而必須使曲面鏡的位置沿著上述共軸投射光學系統(tǒng)的光軸平行移動，而為了不使曲面鏡相對于上述光軸傾斜就必須有高精度移動調整機構，但上述專利文獻I并未公示該移動調整機構。另外，上述專利文獻2只是公示了自由曲面鏡的移動的調節(jié)方法，但沒有考慮與向傾斜投射光學系統(tǒng)特有的投射面即屏幕的傾斜投射相伴的投射圖像的梯形變形及因屏幕上下方向的投射距離的差異而產生的相差的具體的校正，并且，也沒有關于配置于投射光學系統(tǒng)和屏幕之間的具有負的放大倍率的自由曲面鏡的制造方法的記載。
另一方面，上述專利文獻3的設計是，具有用于使對從投影儀主體即投射透鏡投射的投射光進行反射的鏡可轉動的鏡機構部，該鏡機構部以相對于鏡使來自投影儀主體的投射光的投射角度成為規(guī)定的角度的方式將投影儀主體固定于固定部，由此使設置于投影儀主體內部的投射透鏡不能移動，并且不僅可以進行背面投射，而且在進行正面投射(直接投射于屏幕)的情況下，做成將投影儀主體收容于上述鏡機構部的構成，在將投影儀主體收容于鏡時，成為小型尺寸。上述專利文獻3所記載的投影儀中，背面投射時的鏡和投影儀主體的位置關系被固定，沒有考慮背面投射的屏幕上的放大圖像的倍率的變倍方法及調節(jié)放大圖像的位置的技術方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于這樣的課題而創(chuàng)立的，其目的在于，提供一種向投射面傾斜投射的傾斜投射光學系統(tǒng)及使用了該光學系統(tǒng)的投射型圖像顯示裝置，即提供一種通過小型的結 構校正與傾斜投射相伴的梯形變形及像差，同時利用平面鏡對投射光進行反射，在投射于投射面時，大幅度提高投射型圖像顯示裝置的可設置性的投射型圖像顯示裝置。此外，還在于提供一種投射型圖像顯示裝置，本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)由包含塑料透鏡在內的多個透鏡構成，通過將該塑料透鏡做成非球面形狀，與自由曲面形狀相比較降低了成型模具的加工時間，且通過將光路反射鏡也做成平面鏡可大幅度降低開發(fā)成本。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的投射光學系統(tǒng)在將顯示于圖像顯示裝置的圖像傾斜地放大投射于投射面即屏幕等的所謂傾斜投射光學系統(tǒng)中，由多個透鏡構成，配置于距投射面最近的位置上的透鏡，圖像光束所透過的圖像垂直方向的有效區(qū)域被配置在所述多個透鏡的光軸中不含最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，通過將其形狀做成關于光軸非對稱，可以校正因超廣角化而產生的像差及因投射而產生的變形。另外，本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)，由于通過所述理由可使相對于光軸映出的方的圖像的畫面垂直方向的位置變高(移動量大)，因而可以在配置于距投射面最近的位置上的透鏡和投射面之間配置有光路反射用小型平面鏡。此外，其特征在于，為了使具備該傾斜投射光學系統(tǒng)的投射型圖像顯示裝置小型化，配置于距投射面最近的位置上的所述的透鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域上端配置在平面鏡的畫面垂直放置有效區(qū)域下端的上部，該平面鏡使傾斜投射光學系統(tǒng)相對于最多數(shù)的透鏡所共有的光軸具有規(guī)定的仰角，并且，設置有使該仰角可變的轉動調整機構。另外，其特征在于，由于本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)即使超廣角化也可保持圖像的品質，因此，在具備該傾斜投射光學系統(tǒng)的投射型圖像顯示裝置中，即使縮短投射面和投射型視屏顯示裝置的距離，也可得到放大率高的圖像，并且，設置有使所述平面鏡沿著所述最多數(shù)的透鏡所共有的光軸可移動的平面鏡移動機構。此外，本發(fā)明的特征在于，配置于距構成本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的投射面與的位置的透鏡，光束所透過的圖像垂直方向有效區(qū)域被配置在所述多個透鏡的光軸中不含 最多數(shù)的透鏡所共有的軸的位置，其形狀具有關于透鏡有效面的中心軸非對稱的形狀，且為竊取了所述最多數(shù)的透鏡所共有的光軸對稱的非球面形狀的一部分的形狀。
另外，本發(fā)明的投射型圖像顯示裝置的特正在于，具有將顯示于圖像顯示面的圖像傾斜地放大投射在投射面的傾斜投射光學系統(tǒng)，該傾斜投射光學系統(tǒng)由多個透鏡構成，配置于距投射面最近的位置上的透鏡，光束透過的圖像垂直方向有效區(qū)域被配置在所述多個透鏡中不含最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，且被收容于與形成投射型圖像顯示裝置的殼體的投射面相對置的面的畫面垂直方向最大寬度的范圍內。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的投射型圖像顯示裝置的特征在于，具有將顯示于圖像顯示面的圖像傾斜地放大投射于投射面的傾斜投射光學系統(tǒng)，該傾斜投射光學系統(tǒng)由多個透鏡構成，配置于距投射面最近的位置上的透鏡，光束透過的圖像垂直方向有效區(qū)域被配置在所述透鏡的光軸中不含最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，在配置于距投射面(屏幕等)最近的位置上的透鏡和投射面之間配置有光路反射用的平面鏡，該平面鏡設置有相對于所述最多數(shù)的透鏡所共有的光軸可改變角度的轉動調整機構，由此，在將平面鏡相對于所述最多數(shù)的透鏡所共有的光軸保持規(guī)定的角度配置的第一狀態(tài)下，能夠在所述圖像顯示面方向上得到通過被該平面鏡反射后的圖像光束而得到的放大圖像，在將另一所述平面鏡收容于投射型圖像顯示裝置的第二狀態(tài)下，在將所述多個透鏡的光軸中最多數(shù)的透鏡所共有的光軸延長的方向上得到放大圖像。此外，本發(fā)明的投射型圖像顯示裝置的特征在于，具有對所述的平面鏡的轉角進行檢測的裝置，并且，具有根據(jù)檢測到的轉角自動校正投影圖像的畫面變形的圖像校正功倉泛。此外，所述的光路反射平面鏡的特征在于，在所述的光路反射平面鏡相對于同一所述最多數(shù)的透鏡所共有的光軸保持規(guī)定的角度Θ I配置的情況下，在所述圖像顯示面方向上得到通過被該平面鏡反射的圖像光束而得到的放大圖像，所述投射型圖像顯示裝置相對于與該放大圖像大致垂直的基準平面傾斜Θ 2配置，且所述Θ1和Θ 2滿足下述關系。I. 5 彡 Θ 2/ Θ I 彡 2. O另一方面，本發(fā)明模具加工方法的特征在于，在構成本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的多個透鏡內，配置于距投射面最近的位置上的透鏡為塑料制，光束透過的圖像垂直方向有效區(qū)域被配置在所述多個透鏡的光軸中不含最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，且該塑料透鏡為切下關于構成投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸對稱的非球面形狀的一部分的形狀，由此，為了進行成型模具加工，以關于所述最多數(shù)的透鏡所共有的光軸對稱的方式配置多個成型模具并進行切削加工。根據(jù)本發(fā)明，作為向投射面傾斜投射的傾斜投射光學系統(tǒng)及使用了該投射光學系統(tǒng)的投射型圖像顯示裝置，通過小型化的結構對與傾斜投射相伴隨的梯形變形及像差進行校正，同時，將小型的平面鏡做成可收容于投射型圖像顯示裝置的結構，在用平面鏡對投射光進行反射并將其投射于投射面的情況下，通過調節(jié)平面鏡的角度，使投射圖像的位置可變，此外，通過使平面鏡在光軸方向移動并改變投射圖像的倍率，可以大幅度投射型圖像顯示裝置的可設置性。此外，本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)由多個透鏡構成，光束透過的圖像垂直方向有 效區(qū)域被配置在所述多個透鏡的光軸中不含最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，將配置于距投射面最近的位置上的透鏡做成切去了關于光軸對稱的非球面形狀的一部分的形狀，由此，大幅度降低了成型模具的加工時間，且通過將光路反射鏡也做成平面鏡可以大幅度降低開發(fā)成本。


圖I是表示具備本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)和光路反射鏡的投射型圖像顯示裝置的一實施例的側面圖； 圖2是表示具備本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)和光路反射鏡的投射型圖像顯示裝置的一實施例的側面圖；圖3是表示具備本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)和光路反射鏡的投射型圖像顯示裝置的一實施例的側面圖；圖4是表示具備本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)和光路反射鏡的投射型圖像顯示裝置的一實施例的側面圖；圖5是表示具備本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)和光路反射鏡的投射型圖像顯示裝置的一實施例的側面圖；圖6是表示具備本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)和光路反射鏡的投射型圖像顯示裝置的一實施例的側面圖；圖7是表示具備本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)和光路反射鏡的投射型圖像顯示裝置的一實施例的側面圖；圖8是表示具備本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)和光路反射鏡的投射型圖像顯示裝置的一實施例的側面圖；圖9是本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的透鏡構成的投射透鏡的剖面圖；圖10是表示本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的透鏡構成和光線示蹤結果的剖面圖；圖11是表示本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的透鏡構成和光線示蹤結果的剖面圖；圖12是表示本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的一實施例(示于圖25(a) (b)的透鏡數(shù)據(jù))的透鏡構成的投射透鏡的剖面圖；圖13是表示本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的一實施例(示于圖26(a) (b)的透鏡數(shù)據(jù))的透鏡構成的投射透鏡的剖面圖；圖14是表示本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的一實施例(示于圖27 (a) (b)的透鏡數(shù)據(jù))的透鏡構成的投射透鏡的剖面圖；圖15是表示本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的一實施例(示于圖25(a) (b)的透鏡數(shù)據(jù))的透鏡構成和光線示蹤結果的剖面圖；圖16是表示本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的一實施例(示于圖25(a) (b)的透鏡數(shù)據(jù))的投射圖像的點形狀形狀的圖；圖17是表示本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的一實施例(示于圖26(a) (b)的透鏡數(shù)據(jù))的投射圖像的點形狀形狀的圖；圖18是表示本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的一實施例(示于圖27 (a) (b)的透鏡數(shù)據(jù))的投射圖像的點形狀形狀的圖；圖19是表示投射型圖像顯示裝置的傾斜投射光學系統(tǒng)的一實施例(的圖；圖20是示意性表示塑料透鏡成型模具透鏡面形狀加工機的構成圖；圖21是示意性表示塑料透鏡成型模具透鏡面形狀加工機的加工法的構成圖22是示意性表示本發(fā)明的塑料透鏡成型模具透鏡面形狀加工方法的一實施例的構成圖；圖23是示意性表示本發(fā)明的塑料透鏡成型模具透鏡面形狀加工方法的另一實施例的構成圖；圖24是表示本發(fā)明一實施例的塑料透鏡外形形狀的圖；圖25(a)是實現(xiàn)作為本發(fā)明第一實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)所采用的投射透鏡的透鏡數(shù)據(jù)中與球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)；圖25(b)是實現(xiàn)作為本發(fā)明第一實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)所采用的投射透鏡的透鏡數(shù)據(jù)中與球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)；圖26(a)是實現(xiàn)作為本發(fā)明第二實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)所采用的投射透鏡的透鏡數(shù)據(jù)中與球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)；圖26(b)是實現(xiàn)作為本發(fā)明第二實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)所采用的投射透鏡的透鏡數(shù)據(jù)中與球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)；圖27(a)是實現(xiàn)作為本發(fā)明第三實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)所采用的投射透鏡的透鏡數(shù)據(jù)中與球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)；圖27(b)是實現(xiàn)作為本發(fā)明第三實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)所采用的投射透鏡的透鏡數(shù)據(jù)中與球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)；圖28是表示本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)一實施例的透鏡構成的投射透鏡的剖面圖；圖29是表示本發(fā)明的投射型圖像顯示裝置一實施例的局部構成的圖。符號說明Ia :投射型圖像顯示裝置的上部殼體I 2 :平面鏡固定框3:圖像光束 4:固定部 5:平面鏡轉動機構6 :固定部I 7 :固定部2 8 :平面鏡移動機構9 :投射型圖像顯示裝置的下部殼體 11:光軸 12:空間13 :平面鏡轉動軸 14 :平面鏡 15 :鏡保持部Rl :上限光 R2 :下限光 Θ I :鏡的仰角Θ 2 :投射型圖像顯示裝置的仰角Ib :投射型圖像顯示裝置的上部殼體2LI7 :塑料透鏡 LI :透鏡 L2 :透鏡 L3 :透鏡L4:透鏡 L5 :透鏡 L6 :透鏡 L7 :透鏡 L8 :透鏡L9 :透鏡 LlO :透鏡 Lll :透鏡 L12 :透鏡 L13 :透鏡L14:透鏡 L15 :透鏡 L16 :透鏡 98 :燈泡99 :反射鏡 101 :光源 102 :紫外線截止濾光器(Cut Filter)103 :多透鏡方式積分電路 103a:第一多透鏡元件103b :第二多透鏡元件 104 :偏光變換元件115 :光軸 116a、116b、116c、116d :反射鏡(mirror)117a、117b :分色鏡(dichroic mirror)108a、108b、108c :重疊透鏡 105、109、110 :濾光透鏡
具體實施例方式下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明的最佳實施方式。另外，在以下的各圖中，對于具有共同的功能的要素標注同一符號表示，對于進行了一次說明的則省略其重復的說明。圖I 圖3是示意性表示作為本發(fā)明一實施例的投射型圖像顯示裝置的側面圖，特別是其具備將平面鏡(未圖示)固定于固定框2，使其對圖像光束3進行反射并從傾斜方向投射于圖像顯示面(未圖示)方向的投射面的傾斜投射光學系統(tǒng)(未圖示)，上述的傾斜投射光學系統(tǒng)、照明光學系統(tǒng)、電路部件等主要零件(未圖示)都被收容于下部殼體9和上部殼體Ia內部。同圖中，4為平面鏡轉動 固定機構，5為可調節(jié)鏡固定框的角度的轉動機構，根據(jù)需要還具備能夠檢測平面鏡的仰角的檢測機構，6及7為固定平面鏡移動部的固定部，8為平面鏡移動機構，Rl為放大圖像光束的畫面垂直方向上限光，R2為放大圖像光束的畫面垂直方向下限光。另外，實現(xiàn)本發(fā)明的圖像顯示裝置所具備的傾斜投射光學系統(tǒng)的透鏡構成的具體例將在稍后詳細敘述。如圖2所示，本發(fā)明的投射型圖像顯示裝置，將平面鏡(未圖示)固定于固定框2并使其對圖像光束3進行反射進而可以從傾斜方向將其投射于圖像顯示面(未圖示)方向的投射面，因此，不僅可以大幅度減小從圖像投射顯示裝置至投射面視覺上的投射距離，而且通過利用移動機構8使平面鏡相對于投射型圖像顯示裝置的殼體移動，利用固定部6、固定部7將其固定于規(guī)定的位置，不使殼體移動就可以變更至投射面的投射距離，其結果是，不僅可以很容易變更投射面上的圖像的放大率，而且如圖3及圖4所示，利用平面鏡轉動·固定機構4或者鏡固定框的轉動機構5從規(guī)定的仰角起能夠進行角度調整，并且可以任意改變圖像在投射面上的顯示位置。此時，在平面鏡轉動·固定機構4、鏡固定框的轉動機構5任一方或者雙方具備可檢測與規(guī)定的仰角相對的平面鏡轉角的轉角檢測裝置(例如旋轉式編碼器)，通過自動校正為與得到的圖像電路的畫面垂直方向的梯形校正的轉角相一致，使用性能進一步提高。另外，本發(fā)明的圖像顯示裝置如圖2所示，將平面鏡(未圖示)固定于固定框2并使其對圖像光束3進行反射進而從傾斜方向將其投射于圖像顯示面(未圖示)方向的投射面的情況下，減小平面鏡的有效面積，因此，可縮短圖像投射顯示裝置和平面鏡的間隔，且可將傾斜投射光學系統(tǒng)的位移量(若投射透鏡光軸和放大圖像垂直方向下端重合，則位移量10:0，在將放大圖像垂直方向的開度設為10的情況下，若放大圖像垂直方向下端比光軸靠上，則作為負量定義)設計為負(即比光軸靠上)。在本發(fā)明的圖像顯示裝置中，為了使圖像投射顯示裝置和平面鏡的間隔更短，如圖4所示，而通過轉動·固定機構4或者鏡固定框的轉動機構5使平面鏡從規(guī)定的仰角只傾斜Θ 1，據(jù)此，通過使圖像投射顯示裝置相對于與投射面垂直的面只傾斜Θ 2，就可在投射面得到變形小的放大圖像，實際上，通過本發(fā)明的圖像投射顯示裝置的試制實驗，研究了 圖像處理的垂直梯形變形校正和畫質降低的關系。其結果發(fā)現(xiàn)，在Θ 2和Θ I的比率(Θ 2/ Θ I)為I. 5以下時，投射面的畫面垂直方向上部的圖像與下部的圖像相比放大率變得過大，即使通過圖像電路進行垂直梯形校正也會使畫質降低，相反，在Θ2和Θ I的比率(Θ 2/Θ I)為2. 5以上時，投射面的畫面垂直方向下部的圖像與上部的圖像相比放大率變得過大，即使通過圖像電路進行垂直梯形校正畫質降低也大，而將Θ 2和Θ I的比率(Θ 2/ Θ I)設為2. O左右時最能減輕畫質降低。圖5及圖6是示意性表示在本發(fā)明的圖像投射顯示裝置內將光路反射用的平面鏡(未圖不)收容于固定殼體上部時的方式的圖，其中，圖5是側面圖，圖6是正面圖。如圖5所示，本發(fā)明的圖像投射顯示裝置固定于對光路反射用的平面鏡(未圖示)進行固定的固定框2，通過平面鏡轉動 固定機構4及鏡固定框的轉動機構5及移動機構8、固定部6、固定部7可收容于固定殼體上部的規(guī)定的位置，收容鏡時，不對光路進行反射，而是可以在沿著構成傾斜投射光學系統(tǒng)的 最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的方向進行放大投射。
圖6是示意性表示在本發(fā)明的圖像投射顯示裝置中將光路反射用的平面鏡(未圖示)收容于固定殼體上部時的方式的固定正面圖，配置于構成傾斜投射光學系統(tǒng)的多個透鏡中距投射面最近的位置上的透鏡(在圖6中用L17表示)做成與圖像顯示面有效區(qū)域的縱橫比(縱橫尺寸比)大致相等的長方形或者梯形形狀以遮蔽不需要的光，光束透過的圖像垂直方向有效區(qū)域被配置在上述多個透鏡的光軸中不含最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，由此，通過以形成上述投射型圖像顯示裝置的殼體的與投射面對置的面的畫面垂直方向最大寬度收容，可以大幅度提高可設計性。另外，如圖5及圖6所示，作為本發(fā)明的一實施例對不論收容光路反射用的平面鏡或者將其做成開放狀態(tài)都可得到放大圖像的圖像投射顯示裝置的結構進行了說明，但是，如果具備本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)，則作為在將上述的光路反射用的平面鏡收容于殼體的狀態(tài)下不能使用的圖像投射顯示裝置，也不能說與本發(fā)明相抵觸。作為本發(fā)明另一實施例的圖像投射顯示裝置如圖7所示，為不具備光路反射用的平面鏡而是在沿著構成傾斜投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的方向進行放大投射的結構。圖8是示意性表示圖7所示的作為本發(fā)明另一實施例的圖像投射顯示裝置的方式的固定正面圖，配置于構成傾斜投射光學系統(tǒng)的多個透鏡中距投射面最近的位置上的透鏡(在圖8上用L17表示)做成與圖像顯示面有效區(qū)域的縱橫比(縱橫尺寸比)大致相等的長方形或者梯形形狀以遮蔽不需要的光，光束透過的圖像垂直方向有效區(qū)域被配置在上述多個透鏡的光軸中不含最多數(shù)透鏡所共有的光軸的位置，并以形成上述投射型圖像顯示裝置的殼體的與投射面相對置的面的畫面垂直方向最大寬度收容，并且，使上述L17的外形中心線位于與殼體的投射面相對置的面的中心線靠之上，由此，可以使外觀上的平衡性良好并可以大幅度提高可設計性。下面，參照附圖9 18，說明上述投射型圖像顯示裝置中采用的特別是為了盡可能縮短投射型圖像顯示裝置的投射距離，而將構成傾斜投射光學系統(tǒng)的多個透鏡中配置于距投射面最近的位置上的透鏡做成與圖像顯示面有效區(qū)域的縱橫比(縱橫尺寸比)大致相等的長方形或者梯形形狀以遮蔽不需要的光，光束透過的圖像垂直方向有效面積被配置在上述多個透鏡中不含最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，由此，在短距離內傾斜地進行放大投射的短距離投射的傾斜投射光學系統(tǒng)。<短距離投射的傾斜投射光學系統(tǒng)>首先，附圖9是表示上述投射光學系統(tǒng)的基本結構的剖面圖，用XYZ垂直坐標系中的YZ剖面表示該光學系統(tǒng)的結構。在此，為了投射光學系統(tǒng)的說明的方便而將圖像顯示面即液晶面板122和正交棱鏡111設于右側表不，將投射面設于左側表不。本實施例與如圖27(a) (b)所示的透鏡數(shù)據(jù)相對應，配置于距投射面最近的位置上的透鏡L17為塑料非球面透鏡形狀，光束透過的透鏡的有效區(qū)域被配置在不含構成傾斜投射光學系統(tǒng)的多個透鏡所共有的光軸11的位置，由此，可用L17的透鏡形狀單獨控制在畫面周邊成像的光束，從而實現(xiàn)了與因傾斜投射而產生的梯形變形及超廣角化相伴隨的像差(特別是高階的慧形象差及像散)的校正。另外，通過將L17的透鏡形狀做成與圖像顯示面有效區(qū)域的縱橫比(縱橫尺寸比)大致相等的長方形或者與圖像光束透過的區(qū)域相一致的梯形形狀，還具有遮蔽使成像性能下降的不需要的光。此外，由于不是將上述的L17的外形形狀做成關于光軸11對稱的圓形狀，因而可實現(xiàn)小型化，其結果是， 在將本實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)收容于投射型圖像顯示裝置的殼體內時，也可以以與投射面對置的面的畫面垂直方向最大寬度收容L17，并且，使上述L17的外形中心位于與殼體的投射面對置的面的中心線之上，由此，可以使外觀上的平衡性良好并可以大幅度提高可設計性。另外，在圖9中，L17只表示將透鏡形狀做成與圖像顯示面有效區(qū)域的縱橫比(縱橫尺寸比)大致相等的長方形或者與光束透過的區(qū)域相一致的梯形形狀(在該圖上以剖面形狀圖示)，但在實現(xiàn)本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的透鏡構成中，如圖15所示，L14、L15等透鏡由于也存在圖像光束不能透過的區(qū)域，因而除該區(qū)域之外，只要決定透鏡外形形狀，對于關于光軸對稱的現(xiàn)有的透鏡外形形狀就可提實現(xiàn)小型化，從而有助于具備該光學系統(tǒng)的投射型圖像顯示裝置的小型·輕量化。另一方面，L3和Lll也是塑料制的非球面透鏡，但是由于圖像光束透過的透鏡的有效區(qū)域被配置在不含構成傾斜投射光學系統(tǒng)的多個透鏡所共有的光軸11的位置，因而將各個透鏡做成關于光軸11對稱的非球面形狀。用于實現(xiàn)本實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)的投射透鏡為14片玻璃、3片塑料共17片構成且通過四個零件(BI、B2、B3、B4)構成的透鏡鏡筒進行保持固定。另外，在變更投射距離而改變放大率的情況下，通過改變與上述的鏡筒B3相對的B4的相對位置，可以進行焦距調節(jié)。在如圖10 15所示的實施例中，將XYZ垂直坐標系的原點，通過根據(jù)圖像信號調制照明光束而設為顯示圖像的液晶面板122的顯示面的中央，將Z軸設為與圖像顯示用液晶面板122 (未圖示)的法線平行。Y軸與圖像顯示用液晶面板122 (未圖示)的顯示面的短邊平行，并設為與圖像顯示用液晶面板122 (未圖示)的縱(上下)方向相等。X軸與圖像顯示用液晶面板122 (未圖示)的顯示面的長邊平行，并設為與圖像顯示用液晶面板122的橫(左右)方向相等。另外，附圖10是作為構成投射型圖像顯示裝置的傾斜投射光學系統(tǒng)的實施例的投射透鏡的剖面圖，圖10是在投射透鏡上省略了光路折射用的平面鏡而表示的剖面圖。圖12是表示實現(xiàn)作為本發(fā)明的第一實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)的投射透鏡的剖面圖，圖25(a)表示此時取得的透鏡數(shù)據(jù)中與球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)，圖25(b)表示與非球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)。另外，圖13是表示實現(xiàn)作為第二實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)的投射透鏡的剖面圖，圖26(a)表示此時取得的透鏡數(shù)據(jù)中與球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)，圖26(b)表示與非球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)。同樣，圖14表示實現(xiàn)作為第三實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)的投射透鏡的剖面圖，圖27(a)表示此時取得的透鏡數(shù)據(jù)中與球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)，圖27(b)表示與非球面系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)。在各透鏡數(shù)據(jù)中，將如圖10及圖11所示的投射距離L0、LI和來自圖像顯示位置的光軸的位移量SI及圖像的垂直方向尺寸Dv匯總如下。
LO (mm) Dv (mm)SI (mm)
60 “ 投射時實施例 I 650.1747.1186.8
60“ 投射時實施例 2 651.3747.1186.8
60“ 投射時實施例 3 650.0747.1186.8
80 “ 投射時實施例 I 885.6996.1249.0
80“ 投射時實施例 2 885.6996.1249.0
80 “ 投射時實施例 3 882.4996.1249.0
100 “ 投射時實施例 I 1011.71245.0331.3
100“ 投射時實施例 2 1011.91245.0331.3
100“ 投射時實施例 3 1011.8 1245.0 331.3如上所述，實現(xiàn)在本發(fā)明得到的傾斜投射光學系統(tǒng)的投射透鏡相對于圖像的垂直方向尺寸Dv可以使位移量SI達到20%以上。另外，投射畫面尺寸D(mm)和投射距離LO (mm)之比即D/L0在普通的投射型圖像顯示裝置時，按60英寸投射畫面尺寸為1524(mm)、投射距離為1800(臟)，其比率0/10為0.85。此外，用更短的距離投射距離為1000 (mm)左右，其比率D/L0達到I. 52，但在本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)中，如上所示可以實現(xiàn)D/L達到2. O以上，在本實施例中可達到2. 34。另一方面，如圖11所示，根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)具備光路反射用平面鏡的投射型圖像顯示裝置。試制的結果是，由于配置于距投射面最近的位置上的透鏡和平面鏡的間隔約為150mm，因而如圖11所述的LI相對于上述LO被縮短1500mm左右。另外，只要設為固定進深350_，在光被平面鏡反射的情況下，可使本發(fā)明的自投射型圖像顯示裝置至投射面的距離相對于LO縮短500mm，得到在小的設置空間得到大畫面及不能從發(fā)射器直接看到投射型圖像顯示裝置的圖像光等很多的優(yōu)點。接著，使用圖25(a) (b)所示的透鏡數(shù)據(jù)，說明實現(xiàn)作為本發(fā)明的實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)的投射透鏡的相差校正的機理和透鏡數(shù)據(jù)的具體讀法、如圖12所示的構成的實施例I的投射透鏡。作為整體由3組構成的透鏡從投射面(屏幕)側起按順序自L16 L12構成第三組，將L16 L13全部做成凹透鏡并作為焦闌結構，同時，為了降低放大色差而配置有L12即使用了色散系數(shù)小的玻璃材料的凸透鏡。此外，如圖16所示，通過將L16配置于不含構成傾斜投射光學系統(tǒng)的多個透鏡所共有的光軸11的位置，做成可用L16的透鏡形狀單獨控制在畫面周邊成像的光束的強的非球面形狀，實現(xiàn)與因傾斜投射而產生的梯形變 形及超廣角化相伴隨的像差(特別是高階的彗形像差及像散)的校正。此時，不必因上述的理由將L16的透鏡外形形狀做成關于光軸對稱的圓形狀，而是可以做成與圖像顯示面有效區(qū)域的縱橫比(縱橫尺寸比)大致相等的長方形或者與圖像光束透過的區(qū)域相一致的梯形形狀。因此，還具有遮蔽降低成像性能的不需要的光的效果。此外，由于不是將上述L16的外形形狀做成關于光軸11對稱的圓形狀因而可以使其小型化，其結果是，即使將本實施例的傾斜投射光學系統(tǒng)收容于投射型圖像顯示裝置的殼體內時，也可以將L16的外形收容于與投射面對置的面的畫面垂直方向最大寬度內，并且，使上述的L16的外形中心位于與殼體的投射面對置的面的中心線之上，由此，可使其外觀上的平衡性良好并大幅度提高可設計性。另外，Lll L9構成第二組，通過具有弱的負折射率的具有強的非球面形狀的透鏡，使Lll穿過遠離光軸的位置，并校正因與光軸大致平行的光束而產生的球面像差及低階的慧形像差，LlO及L9由具有正折射率的玻璃透鏡投射透鏡的折射力的一部分承擔，且將L9在投射面(屏幕)側做成凸的彎月透鏡以壓制慧形像差和像散的發(fā)生。 最后，L8 LI構成第一組，通過使L8和L7的雙合透鏡和L6 L4的三合透鏡保持負折射率而使其保持強的焦闌性。此外，通過將L3做成具有強的非球面形狀的透鏡并使其穿過遠離光軸的位置在光軸上校正因傾斜的光束而產生的環(huán)狀慧形像差，從而作為投射透鏡整體即使傾斜投射也可抑制變形且實現(xiàn)了良好的聚焦性能。圖13及圖14所示的本發(fā)明的另一實施例的投射透鏡是將圖12的L15分別分割為L15和L16以提高相差校正能力，通過將圖12的非球面透鏡L16在圖13及圖14上只是置換為L17而得到的效果及投射光學系統(tǒng)的結構是相同的。下面，使用圖25 (a)、(b)，圖26 (a)、(b)，圖27 (a) (b)并例示其具體的數(shù)值來說明上述的傾斜投射光學系統(tǒng)。首先，圖12表示如圖25(a) (b)所示的基于數(shù)值例的本實施方式的投射光學系統(tǒng)的結構，在上述的XYZ垂直坐標系中，圖12表示在YZ剖面的結構。如圖I 圖6所示，在本發(fā)明的圖像投射裝置內也能實現(xiàn)配置有光路反射鏡(未圖示)的結構，但為了說明上的方便，故意說明沒有如圖7及圖8所示的光路反射鏡的情況。將圖12的投射光學系統(tǒng)的結構圖在Z軸方向展開表不,這也和圖13 圖15 —樣。從上述圖12的光軸11的下側所示的圖像顯示面(實施例設為液晶面板)PO射出的光在含有多個透鏡的投射透鏡中首先穿過只是由只具有旋轉對稱形狀的面的透鏡構成的第一組及第二組。然后，穿過含有相對于透鏡外形中心非旋轉對稱的非球面透鏡L16的第三組并放大投射于投射面。在此，投射透鏡的第一組和第二組全部由具有旋轉對稱形狀的折射面的多個透鏡構成，各折射面中四個面為旋轉對稱非球面，其它為球面。這里所使用的旋轉對稱的非球面使用各面的本身的圓柱坐標系，并可用圖25(b)的式(I)表示。在此，r表示距光軸的距離，Z表示透鏡形狀的下垂量。另外，c為在頂點的曲率，k為圓錐系數(shù)，A J為r的冪方的項的系數(shù)。另外，在圖25(a)中記載有各面的曲率半徑。在圖25(a)中，面的左側有曲率的中心時用正值表不，相反則用負值表不。另外，在圖25(a)中，面間距表不從該透鏡面的頂點至下一個透鏡面的頂點的距離。對于任一透鏡面，下一個透鏡面在圖25(a)上位于左側時面間距用正值表示，位于右側時則用負值表示。此外，在圖25(a)中，面號碼(9)、面號碼
(10)、面號碼(23)、面號碼(24)、面號碼(33)、面號碼(34)為關于光軸旋轉對稱的非球面，在圖25(a)中，在表內面的號碼的旁邊記載為非球面以示區(qū)分。以下的圖25(b)表示這六個面的非球面的系數(shù)。
從上述的圖25(b)的表可看出，在本實施方式中，圓錐系數(shù)k為O。因傾斜入射引起的梯形變形在傾斜入射的方向發(fā)生得極端大，在與此垂直的方向變形量小。因此，在傾斜入射的方向和與此垂直的方向，需要很大的差異的功能，由于不是通過旋轉對稱并利用在全方向起作用的上述圓錐系數(shù)k，從而可以良好地校正非對稱的像差。另外，示于上述圖25(a)及圖25(b)的表中的數(shù)值記載有在圖像顯示面即液晶面板的畫面上按16X9的縱橫尺寸比將進行了對角O. 59英寸的范圍的光調制的光學像(調光像)在投射面及屏幕上放大投射為60英寸、80英寸、100英寸時取得的值，為了利用與此不符的尺寸的放大像得到最佳聚焦性能，也可以以使透鏡間隔(30)和(34)的值成為圖25(b)的下表的面間隔的值的方式使L15及L16在光軸上平行移動。如圖26(a) (b)及圖27(a) (b)所記載的透鏡數(shù)據(jù)也用同樣的格式記載。圖16表示利用如本數(shù)值實施例I的圖25(a) (b)所記載的透鏡數(shù)據(jù)放大投射為80英寸的投射像的點形狀，圖17表示利用如本實施例2的圖26(a) (b)所記載的透鏡數(shù)據(jù)放 大投射為80英寸的投射像的點形狀，圖18表示利用如本實施例3的圖27 (a) (b)所記載的透鏡數(shù)據(jù)放大投射為80英寸的投射像的點形狀。在圖16中，在圖像顯示面即液晶面板顯示面上，按X、Y坐標的值計，將從(0，3.67)、(-6. 53,3. 67), (-3. 92,2. 20), (0.0，O. O)、(0,0), (-6. 53，O. O)、(-3.92，-2.20)、(O, -3. 67)、(-5. 53，-3. 67)、(-5. 22，-3. 67)、(-5. 22. 3. 67)這 10 點射出的光束的點圖從
其下面按順序顯示，該比例尺的單位為5mm。另外，各點圖的橫方向為在圖像顯示面即液晶面板上的X方向，縱方向為在圖像顯示面即液晶面板上的Y方向。如圖17及圖18所示的點圖也可在圖像顯示面即液晶面板的顯示面上按X、Y坐標從同樣的值的點用光束得到，表明維持了良好的性能。以上，詳細說明了實現(xiàn)本發(fā)明的投射型圖像顯示裝置的傾斜投射光學系統(tǒng)的實施例。另外，在上述實施例中，以從投射透鏡射出的光線被光路反射用的平面鏡反射而朝向圖像顯示面即液晶面板的方式構成，但是，不言而喻，本發(fā)明不限于此，也可以根據(jù)投射透鏡的配置位置而省略上述的反射用的平面鏡。下面，使用圖19說明本發(fā)明的投射型圖像顯示裝置所使用的照明光學系統(tǒng)的實施例。在圖19中，光源101由燈98和反射鏡99構成。該燈98為高壓水銀燈即白色燈。另夕卜，反射鏡99已從背后覆蓋燈98的方式配置，例如具有旋轉拋物面形狀的反射面，并具有圓形或者多角形的射出口。另外，從該燈98射出的光被具有旋轉拋物面形狀的反射面的反射鏡99反射，與光軸115大致平行,而從光源101射出大致平行的光束。從光源101射出的光入射到多透鏡方式的積分電路。如上所述，多透鏡方式積分電路103由第一多透鏡元件103a和第二多透鏡元件103b構成。另外，第二多透鏡103b的透鏡單元形狀從光軸115方向看具有與液晶面板112a、112b、112c大致相似的矩形形狀，多個透鏡單元配設成矩陣狀而形成，從光源入射的光被多個透鏡單元分割分為多個光，以高效率透過第一多透鏡元件103a和偏光變換元件104的方式傳播。即，第一多透鏡元件103a以使燈98和第二多透鏡元件103b的各透鏡單元在光學上成為共軛的關系的方式設計。第二多透鏡元件103b的透鏡單元形狀與第一多透鏡元件103a —樣，從光軸115方向看為矩形形狀，且多個透鏡單元具有配設成矩陣狀的結構，構成該透鏡元件的透鏡單元分別與重疊透鏡108a、108b、108c —起將所對應的第一多透鏡元件121的透鏡單元形狀投影(映射)到液晶面板122a、122b、122c上。而且，在該過程，利用偏光變換元件104的作用，使來自第二多透鏡元件103b的光與規(guī)定的偏光方向一致。同時，第一多透鏡元件103a的各透鏡單元的投影像分別利用重疊透鏡108a、108b、108c的作用進行重疊，使與各自對應的液晶面板112a、112b、112c上的光量分布達到一致。在構成本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的多個透鏡內，配置于距投射面最近的位置上的透鏡為塑料制，光束透過的圖像垂直方向有效區(qū)域被配置在上述多個透鏡的光軸中不包含最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，將該塑料透鏡做成切去了關于構成投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸對稱的一部分的形狀。如圖20所示，成型模具的加工使用多軸加工機械，如圖21(a)所示，是一種使工件即模具旋轉并用車刀進行切削得到與所期望的透鏡形狀相對應的模具形狀的方式，和如圖21(b)所示，將工件固定一邊使車刀旋轉一邊加工所要的模具形狀的方式，與(a)相比，在用(b)的方式得到鏡面是切削時間需要約10 20倍。(b)方式在旋轉非對稱的自由曲面的加工方面有優(yōu)勢，而(a)方式適合在用短時間進行旋轉對稱的非球面形狀的加工。在構成本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)的多個透鏡內，配置于距投射面最近的位置上的透鏡為塑料制，光束透過的圖像垂直方向有效區(qū)域被配置在上述的多個透鏡的光軸中不含最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，該塑料透鏡被做成切去了關于構成投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸對稱的非球面形狀的一部分的形狀，由此，如上述的圖21(a)所示，在進行成型模具加工時，可采用使用多軸加工機械使工件即模具旋轉，用車刀進行切削而得到與所期望的透鏡形狀相對應的模具形狀的方式，可用較短的加工時間進行模具加工，從而可抑制開發(fā)成本。此時，例如在將如圖21(a)所示的多軸加工機的C軸作為轉軸而加工模具的情況下，根據(jù)本發(fā)明可以同時進行加工多個，例如在同時加工兩個的情況下，如圖22所示，在關于轉軸對稱地配置兩個模具(工件)時，加工時的切削平衡性好，可以高精度地得到所期望的模具形狀。此外，圖23表示同時加工四個模具時的最佳配置，但即使在同時加工奇數(shù)個的情況下，通過按要同時進行加工的模具數(shù)量除以轉角(360度)的角度錯開配置，可以得到同樣的效果。在以上所述的本發(fā)明的傾斜投射光學系統(tǒng)中，配置于距投射面最近的位置上的透鏡的外形形狀例如為如圖24所示的那樣的長方形形狀時，相對于透鏡有效面的外形形狀為基礎的中心軸做成軸非對稱的透鏡面形狀，做成相對于構成上述傾斜投射光學系統(tǒng)的最多面的透鏡所共有的光軸對稱的非球面形狀。另外，在圖9中，只是將配置于距投射面最近的位置上的透鏡L17做成去掉不能使光透過的區(qū)域的形狀，并配置在不含傾斜投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸11的位置。但是，不僅配置于距投射面最近的位置上的透鏡，而且從距投射面最近的位置起，通過將多個透鏡做成去掉了圖像光束不進行透射的區(qū)域的形狀，可以實現(xiàn)傾斜投射光學系統(tǒng)的小型化、輕量化。
具體而言，例如在如圖28所示的構成中，不僅是配置于距投射面最近的位置上的透鏡L17，而且配置于下一靠近投射面的透鏡L16也被配置在不含傾斜投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸11的位置。此外，配置于下一靠近投射面的位置的透鏡L15也被做成去掉了圖像光束不進行透射的區(qū)域的外形。在如圖28所示的結構中，由此，與不去掉圖像光束不進行透射的區(qū)域的形狀相比，只能在用虛線表示的空間12部分實現(xiàn)傾斜投射光學系統(tǒng)的小型化、輕量化。在圖28所示的構成中，由于透鏡L17為塑料制，并被配置在不含傾斜投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，且被做成切去了關于該光軸對稱的非球面形狀的一部分的形狀，因而可以使圖20中說明的成型模具的加工達到短時間化，可以降低原始成本，其結果可以廉價地制造透鏡。此外，透鏡L16為玻璃透鏡，被配置在不含傾斜投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸11的位置，而且被做成切去了關于該光軸對稱的球面形狀的一部分的形狀。在此，在制造時，通過切斷一個球面透鏡進行加工可以制造兩個透鏡L16，即使在玻璃透鏡時也可廉價地制造透鏡。即，被配置在不含傾斜投射光學系統(tǒng)的最多
數(shù)的透鏡所共有的光軸11的位置，并被做成切去了關于該光軸對稱的非球面形狀或者球面形狀的一部分的形狀的透鏡越多，則可以越廉價地制造傾斜投射光學系統(tǒng)。在圖28所示的構成中，只有透鏡L17和L16屬于上述透鏡。但是，例如不僅是配置于距投射面的透鏡最近，而且從距投射面最近的位置起多個透鏡即使是兩片以上，也優(yōu)選下述的結構，根據(jù)圖像光束不透射的區(qū)域，將盡可能多個個數(shù)的透鏡配置在不含傾斜投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸11的位置，且做成切去了關于該光軸對稱的非球面形狀或者球面形狀的一部分的形狀。因此，如圖28所示的傾斜投射光學系統(tǒng)的結構，通過將不僅是配置于距投射面最近的位置上的透鏡，而且將從距投射面最近的位置起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡，做成去掉了圖像光束不透射的區(qū)域的形狀，除傾斜投射光學系統(tǒng)的小型化、輕量化之外，還可以實現(xiàn)低成本化。因此，使用該傾斜投射光學系統(tǒng)可以更恰當?shù)貙崿F(xiàn)投射型圖像顯示裝置的小型化、輕量化、低成本化。如上述的圖28所示的傾斜投射光學系統(tǒng)的構成，不論是用于具有如圖I 圖6所示的平面鏡的投射型圖像顯示裝置，還是用于不具有如圖7、圖8所示的平面鏡的投射型圖像顯示裝置，都可以實現(xiàn)投射型圖像顯示裝置的小型化、輕量化、低成本化。在此，使用圖29表示在具有平面鏡的投射型圖像顯示裝置具備如圖28所示的傾斜投射光學系統(tǒng)的結構的情況下，有效利用空間12并更好地進行投射型圖像顯示裝置的小型化的例子。圖29表示具有平面鏡的投射型圖像顯示裝置的傾斜投射光學系統(tǒng)的一部分、和平面鏡14、保持平面鏡的鏡保持部15、以及用于使鏡保持部15轉動的支軸即鏡轉動軸13。在此，圖29的例中，做成了在相當于圖28的空間12的空間設置有鏡轉動軸13的結構。圖29表示對圖像進行投射時的平面鏡的位置，在將平面鏡收容于固定殼體上部時，通過使鏡保持部15以鏡轉動軸13為中心在圖示的方向轉動而將其收容。在具有如圖I 圖6所示的平面鏡的投射型圖像顯示裝置中，通過平面鏡轉動·固定機構4及鏡固定框的轉動機構5以及移動機構8、固定部6、固定部7而將平面鏡收容于固定殼體上部。即，通過兩個轉動動作和兩個滑動動作來變更平面鏡的位置。與此相對，在如圖29所示的結構中，只是通過以鏡轉動軸13為中心的轉動動作變更平面鏡構成傾斜投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸11的角度，可以進行鏡位置的使用位置和收容位置的變更。即，在如圖29所示的結構中，通過由鏡轉動軸13和鏡保持部15構成的轉動調整機構，可以用更簡單的機構進鏡位置的使用位置和收容位置的變更。此外，在圖29的例中，例如通過用一根金屬軸構成鏡轉動軸13，實現(xiàn)了鏡轉動軸13的保持精度的提高。假設在不使用如圖28所示的進行了小型化的傾斜投射光學系統(tǒng)的結構的圖像顯示裝置內要配置單純由一根金屬軸構成的鏡轉動軸時，若不是將鏡轉動軸的位置配置于相當于圖28的空間12的位置的投 射方向前方，或者相當于空間12的位置的下方，則將造成傾斜投射光學系統(tǒng)的透鏡和位置的干擾。與此相對，圖29的例中，由于做成將鏡轉動軸13設置在相當于圖28的空間12的空間，因而即使在用一根金屬軸構成鏡轉動軸13的情況下，也不必將鏡轉動軸13配置在相當于空間12的位置的投射方向前方、相當于空間12的位置的下方的空間，因而可防止固定殼體的大型化。S卩，根據(jù)如圖29所示的結構，可以使具有平面鏡的投射型圖像顯示裝置更加適合小型化。另外，在上述的圖29的說明中，將鏡轉動軸13配置于相當于空間12的位置，但是如圖28所示，空間12包含使從距投射面最近的位置起連續(xù)配置，且被配置在不含傾斜投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸11的位置，并做成切去了關于該光軸對稱的非球面形狀或者球面形狀的一部分的形狀的多個透鏡所占的空間對于光軸11在對象位置翻轉的空間。因此，只要以下述的方式配置鏡轉動軸13，至少可得到與上述的圖29的結構同樣的效果，即從距投射面最近的位置起連續(xù)配置，且被配置在不含傾斜投射光學系統(tǒng)的最多數(shù)的透鏡所共有的光軸11的位置，做成切去了關于該光軸對稱的非球面形狀或者球面形狀的一部分的形狀的多個透鏡所占據(jù)的空間與使光軸11在對象位置進行翻轉的空間至少
一部分重疊。
權利要求
1.一種投射型圖像顯示裝置，其特征在于，包括 將圖像顯示元件的圖像放大投射于投射面的多個透鏡組成的透鏡組；和 用于使光路在第一透鏡與所述投射面之間反射的反射鏡， 所述透鏡組具備配置在距所述投射面最近的位置的第一透鏡， 透過所述第一透鏡的圖像光束的有效區(qū)域，不包含由所述透鏡組中至少不包括所述第一透鏡的多個透鏡所共有的光軸， 所述第一透鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域上端，位于比所述反射鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域下端靠上部的位置， 所述反射鏡相對于所述光軸具有規(guī)定的仰角。
2.如權利要求I所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 透過所述多個透鏡中從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡的圖像光束的有效區(qū)域，不包含由所述透鏡組中從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡以外的多個透鏡所共有的光軸。
3.如權利要求I或2所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡的形狀為將不包含所述圖像光束的有效區(qū)域的部分的一部分切去的形狀。
4.如權利要求I或2所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡具有關于所述光軸非軸對稱的形狀。
5.如權利要求I或2所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡的形狀是關于透鏡有效面的中心軸非軸對稱的形狀，并且是將關于所述光軸對稱的非球面形狀的一部分切去的形狀。
6.如權利要求I至5中任一項所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 當從所述第一透鏡到所述投射面的間隔為L，屏幕畫面的對角尺寸為D時，滿足關系式2.O < D/L。
7.如權利要求I或2所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述反射鏡具有能夠使所述仰角改變的轉動調整機構。
8.如權利要求I或2所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 收容于構成該投射型圖像顯示裝置的殼體的與投射面對置的面的畫面垂直方向最大覽度。
9.如權利要求I或2所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 在所述反射鏡與所述光軸保持規(guī)定的角度而配置的情況下，在所述圖像顯示元件的顯示面方向上得到通過由所述反射鏡反射后的圖像光束而得到的放大圖像。
10.如權利要求I或2所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述反射鏡具有能夠相對于所述光軸改變角度的轉動調整機構， 在將所述反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度配置的第一狀態(tài)下，在所述圖像顯示元件的顯示面方向上得到通過由所述反射鏡反射的圖像光束而得到的放大圖像，另一方面，在將所述反射鏡收容于投射型圖像顯示裝置的第二狀態(tài)下，在將所述光軸延長的方向上得到該放大圖像。
11.如權利要求7至10中任一項所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述反射鏡具備能夠使其沿所述光軸移動的移動機構。
12.如權利要求I或2所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 還具備對所述反射鏡的轉角進行檢測的裝置，具有根據(jù)所檢測到的轉角校正投影圖像的畫面變形的圖像校正功能。
13.如權利要求I或2所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 在所述反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度e I而配置的情況下，在所述圖像顯示元件的顯示面方向上得到通過由所述反射鏡反射的圖像光束而得到的放大圖像，所述投射型圖像顯示裝置相對于與該放大圖像大致垂直的基準平面傾斜9 2而配置，且所述0 1和0 2滿足關系I. 5≤0 2/ 0 I≤2. 5。
14.如權利要求2所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡為將關于所述光軸對稱的非球面形狀或者球面形狀的一部分切去的形狀的透鏡， 具有能夠使所述反射鏡相對所述光軸改變角度的轉動調整機構， 所述轉動調整機構具有保持所述反射鏡的反射鏡保持部；和成為使所述反射鏡保持部轉動的轉動中心的反射鏡轉動軸， 所述反射鏡轉動軸被配置為，使從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡所占的空間、與相對于所述光軸進行翻轉后的空間至少一部分重疊。
15.如權利要求2或14所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡為塑料透鏡， 從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡中的至少I個透鏡的折射率為I. 8以上。
16.一種投射型圖像顯示裝置，其特征在于，包括 將圖像顯示元件的圖像放大投射于投射面的多個透鏡組成的透鏡組； 用于使光路在第一透鏡與所述投射面之間反射的反射鏡； 檢測所述反射鏡的轉角的檢測裝置；和 根據(jù)檢測到的轉角校正投影圖像的畫面變形的圖像校正裝置， 所述透鏡組具備配置在距所述投射面最近的位置的第一透鏡， 透過所述第一透鏡的圖像光束的有效區(qū)域，不包含由所述透鏡組中至少不包括所述第一透鏡的多個透鏡所共有的光軸。
17.如權利要求16所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 透過所述多個透鏡中從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡的圖像光束的有效區(qū)域，不包含由所述透鏡組中從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡以外的多個透鏡所共有的光軸。
18.如權利要求16或17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域上端，位于比所述反射鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域下端靠上部的位置， 所述反射鏡相對于所述光軸具有規(guī)定的仰角。
19.如權利要求16或17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡的形狀為將不包含所述圖像光束的有效區(qū)域的部分的一部分切去的形狀。
20.如權利要求16或17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡具有相對所述光軸非軸對稱的形狀。
21.如權利要求16或17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡的形狀為關于透鏡有效面的中心軸非軸對稱的形狀，并且是將關于所述光軸對稱的非球面形狀的一部分切去的形狀。
22.如權利要求16至21中任一項所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 當從所述第一透鏡到所述投射面的間隔為L，屏幕畫面的對角尺寸為D時，滿足關系式.2.0 < D/L。
23.如權利要求16或17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述反射鏡具有能夠使所述仰角改變的轉動調整機構。
24.如權利要求16或17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 收容于構成該投射型圖像顯示裝置的殼體的與投射面對置的面的畫面垂直方向最大覽度。
25.如權利要求16或17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 在所述反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度配置的情況下，在所述圖像顯示元件的顯示面方向上得到通過由所述反射鏡反射的圖像光束而得到的放大圖像。
26.如權利要求16或17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述反射鏡具有能夠相對于所述光軸改變角度的轉動調整機構， 在將所述反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度配置的第一狀態(tài)下，在所述圖像顯示元件的顯示面方向上得到通過由所述反射鏡反射的圖像光束而得到的放大圖像，另一方面，在將所述反射鏡收容于投射型圖像顯示裝置的第二狀態(tài)下，在將所述光軸延長的方向上得到該放大圖像。
27.如權利要求23至26中任一項所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述反射鏡具備能夠使其沿所述光軸移動的移動機構。
28.如權利要求16或17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 還具備對所述反射鏡的轉角進行檢測的裝置，具有根據(jù)所檢測到的轉角校正投影圖像的畫面變形的圖像校正功能。
29.如權利要求16或17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 在所述反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度e I配置的情況下，在所述圖像顯示元件的顯示面方向上得到通過由所述反射鏡反射的圖像光束而得到的放大圖像，所述投射型圖像顯示裝置相對于與該放大圖像大致垂直的基準平面傾斜e 2而配置，且所述01和0 2滿足關系I. 5≤0 2/ 0 I≤2. 5。
30.如權利要求17所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡為將相對于所述光軸對稱的非球面形狀或者球面形狀的一部分切去的形狀的透鏡， 具備能夠使所述反射鏡相對于所述光軸的角度改變的轉動調整機構， 所述轉動調整機構具有保持所述反射鏡的反射鏡保持部，和成為使所述反射鏡保持部轉動的轉動中心的反射鏡轉動軸，所述反射鏡轉動軸被配置為，使從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡所占的空間、與相對于所述光軸進行翻轉后的空間至少一部分重疊。
31.如權利要求17或30所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡為塑料透鏡， 從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡中的至少I個透鏡的折射率為I. 8以上。
32.一種投射型圖像顯示裝置，其特征在于，包括 將圖像顯示元件的圖像放大投射的多個透鏡組成的透鏡組；和 將來自所述透鏡組的光束導向屏幕的平面反射鏡， 所述透鏡組具備配置在距投射面最近的位置的第一透鏡， 透過所述第一透鏡的圖像光束的有效區(qū)域，不包含由所述透鏡組中至少不包括所述第一透鏡的多個透鏡所共有的光軸， 所述平面反射鏡與所述光軸大致垂直。
33.如權利要求32所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 透過所述多個透鏡中從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡的圖像光束的有效區(qū)域，不包含由所述透鏡組中從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡以外的多個透鏡所共有的光軸。
34.如權利要求32或33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域上端，位于比所述平面反射鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域下端靠上部的位置。
35.如權利要求32或33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡的形狀為將不包含該第一透鏡的光軸和所述圖像光束的有效區(qū)域的部分的一部分切去的形狀。
36.如權利要求32或33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡具有關于所述光軸非軸對稱的形狀。
37.如權利要求32或33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡的形狀為關于透鏡有效面的中心軸非軸對稱的形狀，并且是將關于所述光軸對稱的非球面形狀的一部分切去的形狀。
38.如權利要求32至36中任一項所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 當從所述第一透鏡到所述投射面的間隔為L，屏幕畫面的對角尺寸為D時，滿足關系式2.0 < D/L。
39.如權利要求32或33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述平面反射鏡具有能夠使所述仰角改變的轉動調整機構。
40.如權利要求32或33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 收容于構成該投射型圖像顯示裝置的殼體的與投射面對置的面的畫面垂直方向最大覽度。
41.如權利要求32或33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 在所述平面反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度配置的情況下，在所述圖像顯示元件的顯示面方向上得到通過由所述平面反射鏡反射的圖像光束而得到的放大圖像。
42.如權利要求32或33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 在將所述平面反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度配置的第一狀態(tài)下，在所述圖像顯示元件的顯示面方向上得到通過由所述平面反射鏡反射后的圖像光束而得到的放大圖像， 在將所述平面反射鏡收容于投射型圖像顯示裝置的第二狀態(tài)下，在將所述光軸延長的方向上得到該放大圖像。
43.如權利要求38至41中任一項所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述平面反射鏡具備能夠使其沿所述光軸移動的移動機構。
44.如權利要求32或33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 還具備對所述平面反射鏡的轉角進行檢測的裝置，具有根據(jù)所檢測到的轉角校正投影圖像的畫面變形的圖像校正功能。
45.如權利要求32或33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 在所述平面反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度9 I配置的情況下，在所述圖像顯示元件的顯示面方向上得到通過由所述平面反射鏡反射的圖像光束而得到的放大圖像，所述投射型圖像顯示裝置相對于與該放大圖像大致垂直的基準平面傾斜9 2而配置，且所述0 I和0 2滿足關系I. 5≤0 2/ 0 I≤2. 5。
46.如權利要求33所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡為將關于所述光軸對稱的非球面形狀或者球面形狀的一部分切去的形狀的透鏡， 具備能夠使所述平面反射鏡相對于所述光軸的角度改變的轉動調整機構， 所述轉動調整機構具有保持所述平面反射鏡的反射鏡保持部，和成為使所述反射鏡保持部轉動的轉動中心的反射鏡轉動軸， 所述反射鏡轉動軸被配置為，使從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡所占的空間、與相對于所述光軸進行翻轉后的空間至少一部分重疊。
47.如權利要求34或35所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡為塑料透鏡， 從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡中的至少I個透鏡的折射率為I. 8以上。
48.一種投射型圖像顯示裝置，其特征在于，包括 將圖像顯示元件的圖像放大投射的多個透鏡組成的透鏡組， 所述透鏡組具備配置于在光學上距投射面最近的位置的第一透鏡， 所述第一透鏡的形狀為將不包含圖像光束的有效區(qū)域的部分的一部分切去的形狀，透過所述第一透鏡的圖像光束的有效區(qū)域，不包含由所述透鏡組中至少不包括所述第一透鏡的多個透鏡所共有的光軸， 被放大投射的放大圖像的垂直方向下端位于比所述光軸靠上方的位置， 當所述光軸與所述放大圖像的垂直方向下端的距離為S，從所述第一透鏡到所述投射面的間隔設為L，所述投射面的對角尺寸設為D時，滿足關系式S < L且2. O < D/L。
49.如權利要求47所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 透過所述多個透鏡中從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡的圖像光束的有效區(qū)域，不包含由所述透鏡組中從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡以外的多個透鏡所共有的光軸。
50.如權利要求47或48所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡具有關于所述光軸非軸對稱的形狀。
51.如權利要求47或48所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡的形狀為關于透鏡有效面的中心軸非軸對稱的形狀，并且是將關于所述光軸對稱的非球面形狀的一部分切去的形狀。
52.如權利要求47或48所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 具備用于使光路在所述第一透鏡與所述投射面之間反射的反射鏡， 所述第一透鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域上端，位于比所述反射鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域下端靠上部的位置，所述反射鏡相對于所述光軸具有規(guī)定的仰角。
53.如權利要求51所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述反射鏡具有能夠使所述仰角改變的轉動調整機構。
54.如權利要求51或52所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 具備用于使光路在所述第一透鏡與所述投射面之間反射的反射鏡， 在所述反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度配置的情況下，在所述圖像顯示元件的顯示面方向上得到通過由所述反射鏡反射的圖像光束而得到的放大圖像。
55.如權利要求51或52所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 具備用于使光路在所述第一透鏡與所述投射面之間反射的反射鏡， 所述反射鏡具有能夠相對于所述光軸改變角度的轉動調整機構， 在將所述反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度配置的第一狀態(tài)下，在所述圖像顯示面方向上得到通過由所述反射鏡反射后的圖像光束而得到的放大圖像，另一方面，在將所述反射鏡收容于投射型圖像顯示裝置的第二狀態(tài)下，在將所述光軸延長的方向上得到該放大圖像。
56.如權利要求51或52所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域上端，位于比該反射鏡的畫面垂直方向有效區(qū)域下端靠上部的位置。
57.如權利要求51至55中任一項所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述反射鏡具備能夠使其沿所述光軸移動的移動機構。
58.如權利要求47或48所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 收容于構成該投射型圖像顯示裝置的殼體的與投射面對置的面的畫面垂直方向最大覽度。
59.如權利要求51或52所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 還具備對所述反射鏡的轉角進行檢測的裝置，具有根據(jù)所檢測到的轉角校正投影圖像的畫面變形的圖像校正功能。
60.如權利要求47或48所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 具備用于使光路在所述第一透鏡與所述投射面之間反射的反射鏡， 在所述反射鏡相對于所述光軸保持規(guī)定的角度e I配置的情況下，在所述圖像顯示面方向上得到通過由所述反射鏡反射的圖像光束而得到的放大圖像，所述投射型圖像顯示裝置相對于與該放大圖像大致垂直的基準平面傾斜0 2而配置，且所述0 1和0 2滿足關系式 I. 5 彡 0 2/ 0 I 彡 2. 5。
61.如權利要求48或59所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一透鏡為塑料透鏡， 從所述第一透鏡起連續(xù)配置的規(guī)定數(shù)量的多個透鏡中的至少I個透鏡的折射率為I. 8以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種傾斜投射光學系統(tǒng)及使用該光學系統(tǒng)的投射型圖像顯示裝置，在也能夠實現(xiàn)包含超短投射距離的傾斜投射光學系統(tǒng)且具備平面鏡的結構的投射型圖像顯示裝置中，消除了傾斜投射造成的梯形變形，且聚焦性能良好的小型且緊湊的固定。該投射型圖像顯示裝置具備由多個透鏡構成的傾斜投射光學系統(tǒng)，配置于距投射面最近的位置上的透鏡，光束透過的圖像垂直方向有效區(qū)域被配置在上述多個透鏡的光軸中不含最多數(shù)的透鏡所共有的光軸的位置，在該透鏡和投射面之間配置有相對于光軸保持規(guī)定的角度的光路反射平面鏡，在圖像顯示面方向上得到通過被該平面鏡反射后的圖像光束而得到的放大圖像。
文檔編號G03B21/10GK102662297SQ201210110618
公開日2012年9月12日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權日2009年1月8日
發(fā)明者小倉直之, 平田浩二, 谷津雅彥 申請人:日立民用電子株式會社