專利名稱：成像光學(xué)系統(tǒng)、透鏡單元和圖像投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像光學(xué)系統(tǒng)、透鏡單元和圖像投影裝置。
背景技術(shù)：
在使用多個(gè)圖像面板(panel)的投影儀中，光路需要在光束入射投影透鏡之前被合成。當(dāng)使用反射液晶面板時(shí)，為了分離入射光與發(fā)射光，需要在反射液晶面板和投影透鏡之間設(shè)置偏振分離表面。常規(guī)上，存在通過(guò)設(shè)置平板(flat plate)作為偏振分離表面而配置的投影儀。但是，當(dāng)光束通過(guò)被設(shè)置為傾斜的平板時(shí)，產(chǎn)生諸如像散的各種類型的像差并因此使成像性能劣化。
日本專利公開(kāi)No. H06-337396公開(kāi)了使用具有相互正交的傾斜方向的兩個(gè)平板以補(bǔ)償像散的配置。日本專利公開(kāi)NO.H05-100187公開(kāi)了柱面透鏡(cylinder lens)被設(shè)置在投影透鏡與圖像面板之間以校正像散的配置。日本專利公開(kāi)No. 2005-189635公開(kāi)了在投影透鏡與圖像面板之間設(shè)置楔形(cuneiform)元件的配置。根據(jù)日本專利公開(kāi)NO.H06-337396的配置，可以改善沿平板的傾斜方向的截面(傾角截面)中的像散。但是，在實(shí)際的光束中存在作為平板的傾斜方向以外的光線的斜光線(skew ray)，因此，該配置不能校正斜光線的像差，并且不能充分地恢復(fù)成像性能。并且，日本專利公開(kāi)No. H06-337396公開(kāi)了在投影透鏡與圖像面板之間的后焦距(back focus)的區(qū)域中設(shè)置兩個(gè)平板的配置。但是，在該配置中，投影透鏡需要長(zhǎng)的后焦距，并且，由于重量隨著透鏡直徑的放大而更重、成本更昂貴并且設(shè)計(jì)性能劣化，因此這是不希望的。另外，在日本專利公開(kāi)No. H05-100187的配置中，由于斜光線入射傾斜的平板以在上側(cè)與下側(cè)之間不對(duì)稱，因此，不能通過(guò)具有在上側(cè)和下側(cè)之間對(duì)稱的形狀的柱面透鏡充分地校正像散。并且，當(dāng)如日本專利公開(kāi)No. 2005-189635中公開(kāi)的那樣使用楔形元件時(shí)，可同時(shí)改善像散和斜光線的像差。但是，在日本專利公開(kāi)No. 2005-189635的配置中，楔形元件的厚度根據(jù)光線通過(guò)的位置而不同。因此，由于產(chǎn)生像面傾斜(image plane tilt)，所以不能改善所有圖像高度的圖像質(zhì)量。因此，在任何情況下，不能充分地恢復(fù)由平板導(dǎo)致的圖像質(zhì)量的劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在具有在后焦距的區(qū)域中相對(duì)于光軸傾斜的平板的成像光學(xué)系統(tǒng)中，提供以簡(jiǎn)易的配置抑制成像性能的劣化的成像光學(xué)系統(tǒng)。作為本發(fā)明的一個(gè)方面的成像光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡單元，所述透鏡單元包含多個(gè)光學(xué)元件；以及光路合成部分，所述光路合成部分包含被設(shè)置為相對(duì)于所述透鏡單元的光軸而傾斜的平板，并且，所述透鏡單元包含校正部分，所述校正部分在與所述平板的法線和所述光軸兩者平行的截面中具有相對(duì)于所述光軸不對(duì)稱的形狀。作為本發(fā)明的另一方面的透鏡單元包括多個(gè)光學(xué)元件和具有相對(duì)于光軸不對(duì)稱的形狀的校正部分。作為本發(fā)明的另一方面的圖像投影裝置包括被配置為調(diào)制來(lái)自光源的光的光調(diào)制元件和成像光學(xué)系統(tǒng)，并且，來(lái)自光調(diào)制元件的光經(jīng)由成像光學(xué)系統(tǒng)被投影到投影表面上。從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和方面將變得明顯。


圖I是實(shí)施例I中的成像光學(xué)系統(tǒng)的截面圖。圖2是實(shí)施例I中的成像光學(xué)系統(tǒng)的斑點(diǎn)圖表(spot diagram chart)。
圖3是實(shí)施例2中的成像光學(xué)系統(tǒng)的截面圖。圖4是實(shí)施例2中的成像光學(xué)系統(tǒng)的斑點(diǎn)圖表。圖5是實(shí)施例3中的成像光學(xué)系統(tǒng)的截面圖。圖6是實(shí)施例3中的成像光學(xué)系統(tǒng)的斑點(diǎn)圖表。圖7是實(shí)施例4中的成像光學(xué)系統(tǒng)的截面圖。圖8是實(shí)施例4中的成像光學(xué)系統(tǒng)的斑點(diǎn)圖表。圖9是實(shí)施例5中的成像光學(xué)系統(tǒng)的截面圖。圖10是實(shí)施例5中的成像光學(xué)系統(tǒng)的斑點(diǎn)圖表。圖11是實(shí)施例6中的投影儀的示意性配置圖。圖12是作為比較例的成像光學(xué)系統(tǒng)的截面圖。圖13是作為比較例的成像光學(xué)系統(tǒng)的斑點(diǎn)圖表。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在附圖中的每一個(gè)中，相同的元件將由相同的附圖標(biāo)記表示，并且將省略其重復(fù)的描述。[實(shí)施例I]首先，將描述本發(fā)明的實(shí)施例I中的成像光學(xué)系統(tǒng)。圖I是本實(shí)施例中的成像光學(xué)系統(tǒng)的截面圖。通過(guò)包括透鏡單元I和顏色合成部分2 (光路合成部分)來(lái)配置成像光學(xué)系統(tǒng)。通過(guò)包括多個(gè)光學(xué)元件(透鏡)來(lái)配置透鏡單元I。在本實(shí)施例中，透鏡單元I是通過(guò)總共14個(gè)透鏡配置的反焦(retro-focus)型單焦點(diǎn)透鏡，并且第二透鏡是非球面透鏡(兩側(cè))。并且，透鏡單元I在其內(nèi)部(在光路中)包含具有對(duì)于光軸OA不對(duì)稱的形狀的校正部分5。透鏡單元I例如將通過(guò)圖像面板(液晶顯示元件或光調(diào)制元件)調(diào)制的光投影到屏幕(投影面)上。顏色合成部分2被設(shè)置在后焦距的區(qū)域內(nèi)，其通過(guò)包含棱鏡3和相對(duì)于光軸OA傾斜45度的平板4 (傾斜平板)而配置。作為棱鏡3，例如，使用通過(guò)用三角柱在兩側(cè)保持諸如二向色棱鏡(dichroic prism)的電介質(zhì)多層而配置的顏色合成棱鏡。作為平板4,例如，使用板狀的反射偏振板。本實(shí)施例的平板4是平行板，但是本實(shí)施例不限于此，并且也適用于具有其它的形狀的平板。上述的校正部分5在沿平板4的傾斜方向的截面(圖I所示的截面)上具有對(duì)于光軸OA不對(duì)稱的形狀。沿傾斜方向的截面意味著與平板4的法線和透鏡單元I的光軸OA兩者平行的截面。表I是本實(shí)施例中的數(shù)值例。在表I中，表面號(hào)表示從屏幕側(cè)(擴(kuò)大側(cè))依次添加到各透鏡的表面的號(hào)碼，符號(hào)R表不曲率半徑，符號(hào)d表不表面的間隔(關(guān)于相鄰的表面的物理間隔)，并且符號(hào)nd和vd分別表示玻璃材料對(duì)于d線的折射率和阿貝數(shù)。符號(hào)Θ表示各表面的傾斜角度，這里，相對(duì)于光軸法線(與光軸正交的方向)以反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)、以度為單位。各表面的傾斜角度意味著各表面的表面頂點(diǎn)處的面內(nèi)方向(切線方向)與光軸的正交方向之間的角度。在本說(shuō)明書(shū)中，各表中的R、d和f的單位為毫米(mm)。在表面號(hào)的右側(cè)添加符號(hào)的通過(guò)光軸的表面具有由下式(I)表達(dá)的非球面形狀。在表I中示出式中的系數(shù)A至E和K。式中的符號(hào)r表示透鏡單元I的從光軸OA到徑向方向的距離，符號(hào)X表示從r=0的位置到光軸方向的距離。X = (r2/R) / [1+ {I- (1+K) (r2/R2)}1/2] +Ay4+By6+Cy8+Dy10+Ey12. . · (I)(表I)
f=29.7 ω=23.7° F/1.96
RdndvdΘ
OBJ- 2240,000.00
I46.778 2 50 I SO^ z5 3 0.00
權(quán)利要求
1.一種成像光學(xué)系統(tǒng),包括 透鏡單元，所述透鏡單元包含多個(gè)光學(xué)元件；以及 光路合成部分，所述光路合成部分包含被設(shè)置為相對(duì)于所述透鏡單元的光軸而傾斜的平板， 其中，所述透鏡單元包含校正部分，所述校正部分在與所述平板的法線和所述光軸兩者平行的截面中具有相對(duì)于所述光軸不對(duì)稱的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述校正部分是具有預(yù)定的頂角的楔形板。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述校正部分是隨著遠(yuǎn)離縮小側(cè)而變薄并且向著所述縮小側(cè)變厚的平板。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述校正部分被設(shè)置為相對(duì)于所述光軸傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2的成像光學(xué)系統(tǒng),其中,所述校正部分被設(shè)置為在軸向光束向著縮小側(cè)被會(huì)聚的位置處沿與所述平板相同的方向傾斜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2的成像光學(xué)系統(tǒng),其中,所述校正部分被設(shè)置為在軸向光束向著擴(kuò)大側(cè)被會(huì)聚的位置處沿與所述平板相反的方向傾斜。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述校正部分的至少一個(gè)表面是在與所述平板的法線和所述光軸平行的截面中具有曲率半徑的柱面表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述校正部分具有在所述多個(gè)光學(xué)元件中的任一個(gè)上形成的自由形式的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述校正部分被配置為能在變焦操作中沿光軸方向移動(dòng)。
10.一種透鏡單元，包括 多個(gè)光學(xué)元件；以及 校正部分，所述校正部分具有相對(duì)于光軸不對(duì)稱的形狀。
11.一種圖像投影裝置，包括 光調(diào)制元件，所述光調(diào)制元件被配置為調(diào)制來(lái)自光源的光；以及 根據(jù)權(quán)利要求I的成像光學(xué)系統(tǒng)， 其中，來(lái)自所述光調(diào)制元件的光經(jīng)由所述成像光學(xué)系統(tǒng)被投影到投影表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及成像光學(xué)系統(tǒng)、透鏡單元和圖像投影裝置。所述成像光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡單元，所述透鏡單元包含多個(gè)光學(xué)元件；以及光路合成部分，所述光路合成部分包含被設(shè)置為相對(duì)于所述透鏡單元的光軸而傾斜的平板，并且，所述透鏡單元包含校正部分，所述校正部分在與所述平板的法線和所述光軸兩者平行的截面中具有相對(duì)于所述光軸不對(duì)稱的形狀。
文檔編號(hào)G02B27/10GK102914869SQ201210269830
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者豬子和宏 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社