專利名稱：圖像顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及圖像顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
最近，已知圖像顯示設(shè)備，與傳統(tǒng)的相比，它能夠非?？拷聊槐砻?屏幕的要被投影的表面并且對應(yīng)于圖像表面)放置。這種圖像顯示設(shè)備是所謂的超短距投影儀(ultra-short throw projector)等。超短距投影儀的目的首先是避免投影光線進(jìn)入站在屏幕附近的演講者(說明者或發(fā)言人等)的眼睛中，并且其次是防止聆聽演講者的解釋的聽眾受到投影儀的排氣或噪聲的影響。對于包括在超短距投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)來說，通過使用曲面反射鏡等(例如，見日本專利4329863和日本專利3727543對傳統(tǒng)投影光學(xué)系統(tǒng)(同軸或旋轉(zhuǎn)對稱)的視角進(jìn)行簡單延伸，以減小其到屏幕表面的距離。在此，作為傳統(tǒng)技術(shù)的延伸，延伸投影光學(xué)系統(tǒng)的視角的方法有可能實(shí)現(xiàn)超短距的目標(biāo)。但是，對于這種方法來說，有可能需要在屏幕附近提供大外徑的透鏡，由此，投影儀整體變大。另一方面，使用曲面反射鏡的方法是緊湊的，同時(shí)它有可能在超短距離上提供投影。日本專利第4329863號中公開的發(fā)明是將凹反射鏡布置在構(gòu)成用于投影的投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡光學(xué)系統(tǒng)之后。另一方面，日本專利第3727543號中公開的發(fā)明是將凸反射鏡布置在用于投影的透鏡光學(xué)系統(tǒng)之后。在任一種方法中，可以僅通過按順序布置透鏡和反射鏡來進(jìn)行設(shè)定，并因此，可以增加零件布置的精度。但是，透鏡光學(xué)系統(tǒng)和反射鏡之間的長距離是必須的，由此，會提供大的投影光學(xué)系統(tǒng)。也曾提出減小透鏡和反射鏡之間的距離(例如，見日本專利申請公開說明書第2009-157223號和日本專利申請公開說明書第2009-145672號)。在日本專利申請公開說明書第2009-157223號和日本專利申請公開說明書第2009-145672號中公開的發(fā)明是布置一個(gè)折疊反射鏡，以折疊透鏡光學(xué)系統(tǒng)和反射鏡之間的長距離，其中，光學(xué)系統(tǒng)的小型化是所期望的。在此，日本專利申請公開說明書第2009-157223號中公開的發(fā)明是接著透鏡光學(xué)系統(tǒng)按順序布置凹反射鏡和凸反射鏡，其中，光學(xué)系統(tǒng)的小型化是所期望的。另一方面，日本專利申請公開說明書第2009-145672號中看的發(fā)明是在凹反射鏡后面布置平面反射鏡，其中，光學(xué)系統(tǒng)的小型化是所期望的。但是，從圖像顯示元件到曲面反射鏡的距離在日本專利申請公開說明書第2009-157223號和日本專利申請公開說明書第2009-145672號的任一個(gè)中都是較長的(例如，日本專利申請公開說明書第2009-157223號的圖4中的LI較長)。于是，光學(xué)系統(tǒng)主體的長度會與減小從屏幕到投影儀主體的距離相干涉，更甚于傳統(tǒng)中的，由此，對投影儀主體從屏幕表面突出的量存在限制。也提出解決對光學(xué)系統(tǒng)本身的尺寸的限制(例如，見日本專利第4210314號)。日本專利第4210314號公開了一種所謂的垂直類型投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，屏幕表面和圖像顯示元件的顯示表面彼此垂直。采用這種垂直類型時(shí)，投影光學(xué)系統(tǒng)本身的長度對投影儀主體從屏幕表面突出的量不會提出任何限制，由此，超短距是有可能的。作為對這種垂直型投影光學(xué)系統(tǒng)的小型化以及0.3或更小投影比的超短距的積極研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)甚至通過超短距也難于構(gòu)造日本專利第4210314號的圖12中所示的結(jié)構(gòu)來投影大格式圖像。即，發(fā)現(xiàn):為了通過超短距投影大格式圖像，優(yōu)選的是，需要增加從透鏡光學(xué)系統(tǒng)或光學(xué)系統(tǒng)入射到反射鏡系統(tǒng)的光的發(fā)散，用于在圖像顯示元件和屏幕表面之間成像中間圖像。然而，由于中間圖像在圖像顯示元件和屏幕表面之間成像，會導(dǎo)致下面描述的問題。在中間圖像方法中，作為圖像顯示元件的數(shù)字微鏡器件(DMD)和中間圖像共軛，且中間圖像和屏幕表面共軛。由此，由于灰塵等附著到布置在中間圖像附近的光學(xué)元件上，對該灰塵的方法以及向屏幕表面的投影會發(fā)生，從而提供了圖像缺陷。這種圖像缺陷會降低顯示圖像的質(zhì)量。為了消除這種圖像缺陷，也可以考慮在中間圖像附近不布置光學(xué)元件。但是，這種方案會增加對光路布局的限制。即，當(dāng)對光路布局存在限制時(shí)，有可能難于采用垂直類型的，由此，會阻礙圖像顯示設(shè)備的小型化，這是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種圖像顯示設(shè)備，其包括光源、用以控制入射光的出射以顯示圖像的圖像顯示元件、用以利用從光源出射的光線照亮光學(xué)顯示元件的照明光學(xué)系統(tǒng)、以及用以將圖像顯示元件的顯示表面上所顯示的圖像投影到要被投影的表面上以提供放大顯示的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡光學(xué)系統(tǒng)、用以反射通過透鏡光學(xué)系統(tǒng)透射的光線的第一反射鏡、以及用以將從第一反射鏡反射的光線反射向要被投影的表面的第二反射鏡，其中，所述第一反射鏡和第二反射鏡中的一個(gè)布置在與圖像顯示元件共軛的位置處，且其中，所述一個(gè)反射鏡的光學(xué)表面布置成面向垂直向下的方向。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的實(shí)施模式的光學(xué)布置圖；圖2是包括在圖像顯示設(shè)備中的投影光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的放大圖；圖3是示出被投影光學(xué)系統(tǒng)所投影的光線的光路的光路圖；圖4是示出由構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡光學(xué)系統(tǒng)形成的中間圖像的位置的光線圖；圖5是另一投影光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的放大圖；圖6是示出由圖5中的投影光學(xué)系統(tǒng)所投影的光線的光路的光路圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的另一種實(shí)施模式的投影光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的放大圖；圖8是在用于根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的對比例中的投影光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的放大圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備中的投影光學(xué)系統(tǒng)的再一實(shí)施例的主要部分的放大圖；圖10是示出由投影光學(xué)系統(tǒng)所投影的光線的軌跡的光線圖，示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的再一實(shí)施模式；圖11是包括在圖10的圖像顯示設(shè)備中的反射式圖像顯示裝置的平面圖；圖12是包括在圖10的圖像顯示設(shè)備中的透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)布置圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的實(shí)施模式。另外，如下面將描述的，在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備中，具有大散射的投影光束的匯聚光的位置被調(diào)節(jié)，由此可以以超短距離在屏幕上顯示大格式圖像。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的實(shí)施模式的光學(xué)布置圖。作為圖像顯示設(shè)備的投影儀100包括:照明光學(xué)系統(tǒng)，用于利用從作為光源的燈I發(fā)射的光線照亮作為反射式圖像顯示元件的DMD 7;以及投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將從DMD 7反射的光線投影向屏幕20，該屏幕是要被投影的表面(要被投影到屏幕上的表面)。在下面的描述中，投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸的方向和照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的方向分別是Z軸的方向和Y軸的方向，同時(shí)，與Z軸的方向和Y軸的方向正交的方向是X軸的方向。另外，作為反射式圖像顯示元件的DMD用作圖像顯示元件的例子，用于控制入射光的出射，以按照下面描述的實(shí)施模式顯示圖像。但是，包括在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備中的圖像顯示元件不局限于DMD，而是可以使用其他圖像顯示元件，如液晶面板來替代。在此，將描述照明光學(xué)系統(tǒng)。從作為光源的燈I發(fā)出的光線被反射器2匯聚到積分棒(integrator rod)3。積分棒3是通過結(jié)合四個(gè)反射鏡而形成為隧道狀形狀的光管。入射在積分棒上的光線在積分棒3內(nèi)的反射鏡表面處反復(fù)反射，以在積分棒3的出口處提供均勻光亮和沒有不均勻性的光線。在積分棒3的出口被認(rèn)為是具有均勻光亮且沒有不均勻性的面光源的同時(shí)，這種面光源的光源圖像經(jīng)用于DMD照明的透鏡4、第一折疊反射鏡5和第二折疊反射鏡6被形成在DMD 7的有效圖像區(qū)域上。用于DMD照明的透鏡4是用于有效照亮DMD 7的有效圖像區(qū)域的光學(xué)元件。第一折疊反射鏡5是平面反射鏡。此外，第二折疊反射鏡6是曲面反射鏡(凹反射鏡)。 從積分棒3出射的光線穿過用于DMD照明的透鏡4，被第一折疊反射鏡5朝向圖1的紙面上的斜右下方向反射，并且被指向第二折疊反射鏡6。被第二折疊反射鏡6反射的光線照亮DMD 7的顯示表面，并且被DMD7的圖像區(qū)域內(nèi)的反射鏡反射，并且作為圖像投影光線的被反射光束穿行到第二折疊反射鏡6的一側(cè)并進(jìn)入構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡光學(xué)系統(tǒng)8。燈I到第二折疊反射鏡6將稱作照明光學(xué)系統(tǒng)。通過這種照明光學(xué)系統(tǒng)，DMD 7被無光量不均勻性的照明光線所照亮，由此提供均勻的照明分布，由此，作為它的放大圖像的投影圖像也具有均勻的照明分布。DMD 7是多個(gè)微反射鏡構(gòu)成的器件，并且可以在+12°到-12°的范圍內(nèi)改變每個(gè)微反射鏡的角度。例如，當(dāng)微反射鏡的角度是-12°時(shí)，每個(gè)光學(xué)元件的布局被設(shè)置成被微反射鏡反射的照明光線進(jìn)入投影透鏡。這種狀態(tài)稱為開狀態(tài)(on-state)。此外，當(dāng)反射鏡的角度是+12°時(shí)，每個(gè)光學(xué)元件的布局被設(shè)置成被微反射鏡反射的照明光線不進(jìn)入投影透鏡，這種狀態(tài)被稱為關(guān)狀態(tài)(off-state)。
DMD 7的微反射鏡對應(yīng)于要被顯示在要被投影的表面上的圖像的像素。在此，DMD7的每個(gè)微反射鏡的傾斜角度被控制，由此有可能經(jīng)投影光學(xué)系統(tǒng)形成在屏幕20上要被顯示的圖像所需的投影光線。另外，投影光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡光學(xué)系統(tǒng)8和反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，雖然在圖1中僅僅示出了透鏡光學(xué)系統(tǒng)8。透鏡光學(xué)系統(tǒng)8包括多個(gè)透鏡構(gòu)成的投影透鏡和用于保持這種投影透鏡的鏡筒(在圖中未示出)。此外，沒有示出的反射鏡光學(xué)系統(tǒng)包括用于將來自投影透鏡的投影光束反射向屏幕20的反射鏡。實(shí)施例1下面將描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的實(shí)施例。圖2是根據(jù)本實(shí)施例的圖像顯示設(shè)備中的投影光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的放大圖。另外，圖2中省略了照明光學(xué)系統(tǒng)的圖示。圖2示出DMD7中包括的所有微反射鏡設(shè)置在開狀態(tài)，在該狀態(tài)下，有效圖像區(qū)域被整體投影到屏幕20 (在圖中未示出)上。在圖2中，投影光束14被兩條光線來表示，這兩條光線從DMD 7的有效圖像區(qū)域的邊緣部分進(jìn)入透鏡光學(xué)系統(tǒng)8，穿過構(gòu)成反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的第一反射鏡9和第二反射鏡10，并且到達(dá)屏幕20 (在圖中未示出)。透鏡光學(xué)系統(tǒng)8由鏡筒81內(nèi)所包含的多個(gè)透鏡構(gòu)成。投影光束14匯聚在鏡筒81內(nèi)側(cè)，并隨后分叉而被指向第一反射鏡9。第一反射鏡9是平面反射鏡，其中，它的光學(xué)表面布置成沿垂直向下方向指向。另外，第一反射鏡9不局限于平面反射鏡。但是，如果第一反射鏡是凸反射鏡，從第一反射鏡反射的投影光束14在其分散方面進(jìn)一步增加。結(jié)果，從第一反射鏡反射的投影光束例如在第二反射鏡10的路線上由于入射到鏡筒81上等而經(jīng)歷光消除(vignetting)(遮擋)的可能性增加。由此，希望第一反射鏡為平面反射鏡或者凹反射鏡。在此，將描述透鏡光學(xué)系統(tǒng)8所成像和形成的中間圖像。圖4是示出要被投影光學(xué)系統(tǒng)所投影的光線的軌跡的光線圖。在圖中，Pl是在DMD 7的像素中距透鏡光學(xué)系統(tǒng)8的光軸最遠(yuǎn)的像素所形成的中間圖像，而P2是最靠近透鏡光學(xué)系統(tǒng)8的光軸的像素所形成的中間圖像。如圖4所示，透鏡光學(xué)系統(tǒng)8所形成的中間圖像被形成為跨過第一反射鏡9。換句話說，投影光學(xué)系統(tǒng)被布置成或設(shè)定成使得透鏡光學(xué)系統(tǒng)8所形成的中間圖像跨過第一反射鏡9。另外，跨過第一反射鏡的中間圖像意味著中間圖像的位置在光學(xué)上存在于第一反射鏡的光源側(cè)和屏幕側(cè)。在此“光學(xué)上”意味著沿著光線的行進(jìn)方向從光源觀察時(shí)。另外，在本發(fā)明的實(shí)施方式中第一反射鏡9和第二反射鏡10的至少任一個(gè)被透鏡光學(xué)系統(tǒng)8所形成的中間圖像跨過。如果在透鏡光學(xué)系統(tǒng)8所形成的中間圖像附近污染物或灰塵粘附到第一反射鏡9的光學(xué)表面上，如污染物等會被反射到屏幕上，由此導(dǎo)致顯示圖像的圖像質(zhì)量下降。由此，希望防止污染物等進(jìn)入投影儀100的主體的殼體的內(nèi)側(cè)。但是，難于完全防止污染物等通過投影儀100的主體的殼體內(nèi)的間隙進(jìn)入到殼體內(nèi)側(cè)。在此，第一反射鏡9的光學(xué)表面被布置成沿垂直向下方向指向，如上所述，由此，即使污染物等通過殼體內(nèi)的間隙進(jìn)入，這些污染物等由于重力而沿著垂直向下方向掉落。結(jié)果，污染物等難于附著到或沉積到第一反射鏡的光學(xué)表面上，使得可以防止或減少在屏幕20上的顯示圖像的圖像質(zhì)量降低，并且可以穩(wěn)定這種圖像質(zhì)量。用于將由第一反射鏡9所反射的投影光束14反射向屏幕20的第二反射鏡10需要為凹反射鏡。如果第二反射鏡為平面反射鏡或凸反射鏡，反射的投影光束15會散射，而不會朝向屏幕20反射。從而，第一反射鏡9是平面反射鏡或凹反射鏡，而第二反射鏡10是凹反射鏡。結(jié)果，從第二反射鏡10反射的投影光束14被匯聚到第二反射鏡10和屏幕20之間，然后散射，并投影到屏幕20上，使得它可以顯示圖像。在此，由于如第一反射鏡9和第二反射鏡10的這兩個(gè)反射鏡具有光焦度，屏幕20上的顯示圖像會容易受到每個(gè)反射鏡的相對位置偏移的影響。由此，兩個(gè)反射鏡中的一個(gè)反射鏡(第一反射鏡9)是平面反射鏡，由此，可以減小兩個(gè)反射鏡之間的相對位置偏移造成的顯示圖像的退化。為了在投影儀100和屏幕20之間提供超短距離并且顯示大格式圖像，需要增加從透鏡光學(xué)系統(tǒng)8入射到反射鏡光學(xué)系統(tǒng)上的光束的散射，使得被反射的投影光束14被構(gòu)成反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的第二反射鏡10匯聚。此外，需要使得這種光匯聚的位置在遠(yuǎn)離屏幕20前面而靠近第二反射鏡10的位置處。這是因?yàn)閷τ趤碜苑胖迷诔叹嚯x處的投影儀的投影光束14來說不可能充分發(fā)散而在屏幕20上顯示圖像，除非光匯聚的位置是遠(yuǎn)離屏幕20的前面而靠近第二反射鏡10的位置。例如，如圖3所示，當(dāng)光匯聚的位置15是遠(yuǎn)離屏幕20的前面而靠近第二反射鏡10的位置時(shí)，投影光束充分發(fā)散，即使在投影儀100和屏幕20之間存在短距離。結(jié)果，投影儀100可以在屏幕20的整體上顯示逐漸放大的圖像。另外，如圖3所示，DMD 7的顯示表面(圖中的紙面的上側(cè)面)和屏幕20的要被投影的表面是正交的或基本上正交的。將進(jìn)一步描述光匯聚的位置。希望光匯聚的位置15在屏幕20的遠(yuǎn)前面，即，靠近第二反射鏡10，但是太靠近第二反射鏡10也不是希望的。希望光匯聚的位置15在與第二反射鏡10相比更靠近第一反射鏡9的位置，該第二反射鏡10是凹反射鏡。下面利用圖5描述其原因。圖5是投影光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的放大圖，并且示出光匯聚的位置15與第一反射鏡9相比更靠近第二反射鏡的情況。投影光束14在光匯聚位置15處匯聚，并然后劇烈發(fā)散。由此，當(dāng)光匯聚位置15不再第一反射鏡9附近，而靠近第二反射鏡10 —側(cè)時(shí)，如圖5所示，第一反射鏡9被構(gòu)造成布置在從光匯聚位置15散射的投影光束14的光路上。結(jié)果，投影光束14的一部分經(jīng)歷被第一反射鏡9造成的消除(vignetting)。圖6是示出圖5中的投影光學(xué)系統(tǒng)所投影的光線的一個(gè)方面的光路圖。如圖6所示，通過注意入射到屏幕20的邊緣部分上的投影光束141和入射到相對側(cè)上的邊緣部分上的投影光束142中每一個(gè)來考慮從第二反射鏡10反射并且指向屏幕20的投影光束14。投影灌輸141被第二反射鏡10反射，通過光匯聚位置15，并且投影到屏幕20上。另一方面，投影光束142被第二反射鏡10反射，穿過光匯聚位置15，并且隨后入射到第一反射鏡9上而經(jīng)歷消除。在這種情況下，應(yīng)該被投影光束14顯示在屏幕20上的圖像的一部分可能會缺失。由此，認(rèn)為光匯聚位置15應(yīng)靠近第一反射鏡9。如果光匯聚位置15不靠近第一反射鏡9而遠(yuǎn)離第一反射鏡9并且靠近第二反射鏡10，投影光束14的一部分會經(jīng)歷被投影光學(xué)系統(tǒng)消除，使得不可能在屏幕20上顯示大格式圖像。由此，在根據(jù)本實(shí)施例的投影儀100中，光匯聚位置15被設(shè)定在屏幕20遠(yuǎn)前面并且靠近第二反射鏡10且靠近第一反射鏡9。由此，即使在超短距離上，也有可能進(jìn)行大格式圖像顯示。此外，當(dāng)如圖6所示光匯聚位置15不是靠近第一反射鏡9而是靠近第二反射鏡10時(shí)，與到達(dá)屏幕20的投影光束141相比，作為投影光束14的一部分的投影光束142向下傾斜一定角度而到達(dá)平行于X-Z平面的屏幕20。換句話說，當(dāng)從第二反射鏡10反射的投影光束14中的一個(gè)邊緣部分(投影光束141)相對于屏幕20的法線的角度以及在相對側(cè)的邊緣部分(投影光束142)相對于屏幕20的法線的角度是具有不同符號的角度時(shí)，投影光束14有可能經(jīng)歷透鏡光學(xué)系統(tǒng)8的消除。由此，在根據(jù)本實(shí)施例的投影儀100中，與投影到作為要被投影的表面的屏幕20上的投影光束14相關(guān)的、在左右方向上入射到圖像中心上的光線相對于屏幕20的法線的角度都是具有相同符號的角度。[實(shí)施例2]接著，將描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的另一實(shí)施例，該描述將聚焦于該實(shí)施例與前面描述的實(shí)施例的不同的部分。圖7是在本實(shí)施例中的投影光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的放大圖，其被構(gòu)成為向如實(shí)施例I所示的投影光學(xué)系統(tǒng)增加防塵玻璃U。防塵玻璃11放置在第二反射鏡10的頂部之上，即在從第二反射鏡反射并且指向屏幕20的光線的光路上，用于保護(hù)作為凹反射鏡的第二反射鏡10或者防止污染物污染透鏡光學(xué)系統(tǒng)8?？梢酝ㄟ^安裝防塵玻璃11來防止污染物污染透鏡光學(xué)系統(tǒng)，由此，可以降低投影圖像(屏幕20上的顯示圖像)的質(zhì)量退化。另外，防塵玻璃11希望是盡可能緊湊的。這是因?yàn)樵诜缐m玻璃11較大時(shí)，投影光學(xué)系統(tǒng)的整體尺寸會較大并且投影儀100會較大。從第二反射鏡10反射并指向屏幕20 (圖中未示出)的投影光束14首先被匯聚然后被散射。在此，光匯聚位置15可以靠近防塵玻璃11，以便獲得防止被污染物等污染的效果，如上所述，而不會增加防塵玻璃11的尺寸。如圖7所示，當(dāng)光匯聚位置15靠近防塵玻璃11，不需要增大防塵玻璃11的尺寸，并且可以提供緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)。為了獲得上述三點(diǎn)，即，從第二反射鏡10向屏幕20指向的投影光束14不會經(jīng)歷消除、包括投影光學(xué)系統(tǒng)8、第一反射鏡9和第二反射鏡10的緊湊投影光學(xué)系統(tǒng)、以及提供緊湊的防塵玻璃11，希望光匯聚位置15在屏幕20的遠(yuǎn)前方并且靠近第二反射鏡10的位置、與第二反射鏡10相比更靠近第一反射鏡的位置以及靠近防塵玻璃11的位置。圖8是在用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的對比例中的投影光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的放大圖，并顯示了在構(gòu)成透鏡光學(xué)系統(tǒng)8的多個(gè)透鏡中布置在最靠近第一反射鏡9的位置處的透鏡的透鏡表面是凹表面的情況。在對比例的這種結(jié)構(gòu)下，在從第一反射鏡9反射的光束中，最靠近透鏡光學(xué)系統(tǒng)8穿過的光束會入射到上述凹表面上，使得它不可能到達(dá)第二反射鏡10。在此，為了提供能夠顯示大格式圖像的緊湊圖像顯示設(shè)備，需要使得構(gòu)成透鏡光學(xué)系統(tǒng)8的多個(gè)透鏡中布置在最靠近第一反射鏡9的位置處的透鏡80的透鏡表面為凸表面，如圖9所示。由于透鏡80的表面為凸表面，甚至從第一反射鏡9反射且在透鏡光學(xué)系統(tǒng)8附近穿過的光束也不會經(jīng)歷被透鏡80的周邊部分或者鏡筒81的頂端消除。于是，即使第一反射鏡9所反射的光束是具有大散射的光束，也可以到達(dá)第二反射鏡10。此外，由于構(gòu)成透鏡光學(xué)系統(tǒng)8的多個(gè)透鏡中最靠近第一反射鏡9的透鏡80的透鏡表面是凸表面，污染物等不會沉積到透鏡80的透鏡表面上，而代之以輕易掉落，即使這種污染物等進(jìn)入到殼體的內(nèi)側(cè)。結(jié)果，可以防止或者降低在屏幕20上的顯示圖像的圖像質(zhì)量的退化。[實(shí)施例3]接著，將描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的另一實(shí)施例，該描述集中于與前面描述的實(shí)施例不同的部分。圖10是示出由透鏡光學(xué)系統(tǒng)8、第一反射鏡9、第二反射鏡10以及防塵玻璃11所構(gòu)成的投影光學(xué)系統(tǒng)所投射的光線的軌跡的光線圖，所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)8、第一反射鏡9、第二反射鏡10以及防塵玻璃11布置成獲得最佳光匯聚位置15。相同的圖示出了來自DMD7的光線入射到透鏡光學(xué)系統(tǒng)8上、被第一反射鏡9 (平面反射鏡)反射、隨后被第二反射鏡
10(凹自由形態(tài)表面)、透射通過防塵玻璃11并且到達(dá)屏幕20的情況。在此，如圖11所示，它是DMD 7的平面圖，DMD 7從DMD 7上的十五個(gè)點(diǎn)的每一個(gè)發(fā)出七條光線，在DMD 7的平面上的多個(gè)點(diǎn)中，在X軸方向上的中點(diǎn)且在Y軸方向上的底點(diǎn)的點(diǎn)71在Y軸方向上偏軸，其偏軸量為1.56mm。回來參照圖10，在光匯聚位置15處的光匯聚程度不可能如此小以至于為點(diǎn)狀，而是有可能通過將防塵玻璃11布置在光匯聚位置15附近來提供緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)。此外，光匯聚位置15被設(shè)置在第一反射鏡9的附近，尤其是，在包括第一反射鏡9的反射表面的無限寬虛擬平面的附近，由此，投影光束不會經(jīng)歷第一反射鏡9的消除。此夕卜，第一反射鏡9和第二反射鏡10之間的距離不會較大，由此，有可能提供緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)。在此，在投影光學(xué)系統(tǒng)布置成已經(jīng)穿過透鏡光學(xué)系統(tǒng)8的投影光束14在不被第一反射鏡9折疊的情況下入射第二反射鏡10的投影應(yīng)的情況下，如果投影光學(xué)系統(tǒng)布置在外部包裝上，投影儀主體的殼體會與屏幕20碰撞。需要提供這樣的結(jié)構(gòu)，使得具有大散射的投影光束利用第一反射鏡9和第二反射鏡10反射，并且投影到屏幕20上，如同根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的投影儀那樣，以便實(shí)現(xiàn)超短距離的投影。圖12是示出透鏡光學(xué)系統(tǒng)8的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的光學(xué)布置圖。在圖12中，透鏡的光軸的方向(在紙面上的左或右方向)是Z軸，與其正交的兩個(gè)軸是X軸和Y軸(在紙面上的上和下方向是Y軸)。圖12所示的透鏡光學(xué)系統(tǒng)8是共軸光學(xué)系統(tǒng)，其中，構(gòu)成透鏡光學(xué)系統(tǒng)8的每個(gè)透鏡的光軸重合在(重疊在)相同的直線上。透鏡光學(xué)系統(tǒng)8的光軸以及在圖11所示的DMD 7的平面上存在的多個(gè)點(diǎn)中Y軸方向上的底點(diǎn)71在Y軸方向上偏軸，并且其偏軸量為1.56mm。S卩，在圖12中，透鏡光軸系統(tǒng)8的光軸在DMD 7 (紙面)的底邊緣之下1.56mm。在本實(shí)施例中的透鏡光學(xué)系統(tǒng)8在DMD 7—側(cè)不是焦闌的。即，透鏡光學(xué)系統(tǒng)8在其入射光瞳的位置處是非焦闌的光學(xué)系統(tǒng)。由于這種結(jié)構(gòu)，可以減小在DMD 7側(cè)的透鏡直徑，由此，可以提供緊湊的投影儀100。接著，將提供投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值的特定實(shí)例。表I示出如上所述的共軸光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
(表I)
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示設(shè)備，其包括: 光源、 用于控制入射光的出射以顯示圖像的圖像顯示元件、 用于利用從光源發(fā)出的光線照亮圖像顯示元件的照明光學(xué)系統(tǒng)、以及用于將圖像顯示元件的顯示表面上顯示的圖像投影到要被投影的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)，以提供放大的顯示， 其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡光學(xué)系統(tǒng)、用于反射透射過透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光線的第一反射鏡、以及將從第一反射鏡反射的光線朝向要被投影的表面反射的第二反射鏡， 其中，所述第一反射鏡和第二反射鏡中的一個(gè)布置在與圖像顯示元件共軛的位置處；且 所述一個(gè)反射鏡的光學(xué)表面被布置成面向垂直向下方向。
2.按權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中，所述圖像顯示元件的顯示表面和要被投影的表面大致彼此正交。
3.按權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中，在構(gòu)成透鏡光學(xué)系統(tǒng)的多個(gè)透鏡中的最靠近第一反射鏡的透鏡的透鏡表面是凸表面。
4.按權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中，布置在與所述圖像顯示元件共軛的位置處的所述一個(gè)反射鏡是平面反射鏡。
5.按權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中，布置在與所述圖像顯示元件共軛的位置處的所述一個(gè)反射鏡是第一反射鏡。
6.按權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中，非焦闌光學(xué)系統(tǒng)布置在所述透鏡光學(xué)系統(tǒng)的入射瞳的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖像顯示設(shè)備，其包括光源、用于控制入射光的出射以顯示圖像的圖像顯示元件、用于利用從光源發(fā)出的光線照亮圖像顯示元件的照明光學(xué)系統(tǒng)、以及用于將圖像顯示元件的顯示表面上顯示的圖像投影到要被投影的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)，以提供放大的顯示，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡光學(xué)系統(tǒng)、用于反射透射過透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光線的第一反射鏡、以及將從第一反射鏡反射的光線朝向要被投影的表面反射的第二反射鏡，其中，所述第一反射鏡和第二反射鏡中的一個(gè)布置在與圖像顯示元件共軛的位置處；且所述一個(gè)反射鏡的光學(xué)表面被布置成面向垂直向下方向。
文檔編號G02B17/08GK103091960SQ20121041483
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者平川真, 辰野響, 逢坂敬信, 柴山恭之, 仁科喜一朗 申請人:株式會社理光