自由曲面透镜及其设计方法、自由曲面镜及其设计方法以及投射型影像显示装置制造方法及图纸

提供一种成形性优异的自由曲面透镜、自由曲面镜、它们的设计方法以及使用它们的投射型影像显示装置。一实施方式是构成投射型影像显示装置中的包含自由曲面镜的倾斜投射光学系统的由透明的树脂成形的自由曲面透镜，该自由曲面透镜具备透镜有效区域，在表面形成规定的自由曲面；以及端缘面，被形成为围绕该透镜有效区域，在围绕未形成该端缘面的所述透镜有效区域的周围的一部分中，对于所述透镜有效区域与所述端缘面之间用被设定为该透镜有效区域的近旁的透镜有效区域的斜率方向不发生变化的曲面或者平面的至少一方连结、且将包含该曲面或者平面的至少一方的端面设为锥形面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将自由曲面应用于透镜面以及镜面的光学元件及其设计方法，以及使用它们的投射型影像显示装置。此外，本专利技术涉及应用于投射型影像显示装置而有效的、将通过塑料的挤压成形而形成的自由曲面应用于透镜面或反射镜面的自由曲面透镜和自由曲面镜。
技术介绍
近年来，能够以短距离且大图像投射良好的投射图像的投射型影像显示装置正在广泛普及。在这样的投射型影像显示装置的投射光学系统中，为了实现以大图像投射良好的投射图像，已知有采用以与偏心非球面形状的凹面镜组合而利用自由曲面透镜的所谓倾斜投射光学系统的技术。例如，专利文献1中公开了一种投射光学装置，具备：由具有透射型折射元件的第一光学系统和具有反射型折射元件的第二光学系统构成的投射透镜，第一光学系统的一部分透镜收纳于将第二光学系统的下端作为下限的下方空间内。此外，专利文献2中公开了一种投射型影像显示装置，能够通过透镜系统和凹透镜的组合而以短距离且大图像投射良好的投射图像。现有技术文献专利文献1：日本特许公开2009-86315号公报专利文献2：日本特许公开2008-250296号公报
技术实现思路
在上述的现有技术中，给出了如下启示：通过投射型影像显示装置的投射光学系统中的透镜系统与凹透镜的组合能够以大图像投射良好的投射图像。但是，在该现有技术中，作为构成该透镜系统的透镜，设想利用相对于透镜的光轴具备对称形状的塑料透镜，而没有记载将该塑料透镜成形时产生的技术问题及其解决方案。本专利技术的目的在于与相对于透镜的光轴具备对称形状的塑料透镜不同地，解决在对通过与凸透镜组合而被使用的自由曲面透镜进行成形时产生的课题，提供一种优异的自由曲面透镜、自由曲面镜、它们的设计方法以及使用它们的投射型影像显示装置。为了达成上述目的，本专利技术的代表性的方式是自由曲面透镜、自由曲面镜、自由曲面透镜的设计方法、自由曲面镜的设计方法以及投射型影像显示装置，特征在于，具备如下所示的结构。一实施方式的自由曲面透镜是构成投射型影像显示装置中的倾斜投射光学系统的由透明的树脂成形的自由曲面透镜，该倾斜投射光学系统包含自由曲面镜，该自由曲面透镜具备：透镜有效区域，在表面形成规定的自由曲面；以及端缘面，被形成为围绕该透镜有效区域，在围绕未形成该端缘面的所述透镜有效区域的周围的一部分中，对于所述透镜有效区域与所述端缘面之间用被设定为该透镜有效区域的近旁的透镜有效区域的斜率方向不发生变化的曲面或者平面的至少一方连结、且将包含该曲面或者平面的至少一方的端面设为锥形面。一实施方式的自由曲面透镜的设计方法，该自由曲面透镜是构成投射型影像显示装置中的倾斜投射光学系统的由透明的树脂成形的自由曲面透镜，该倾斜投射光学系统包含自由曲面镜，在所述自由曲面透镜的设计方法中，设定在表面形成规定的自由曲面的透镜有效区域，设定被形成为围绕该透镜有效区域的端缘面，在围绕未形成该端缘面的所述透镜有效区域的周围的一部分中，对于所述透镜有效区域与所述端缘面之间为了该透镜有效区域的近旁的透镜有效区域的斜率方向不发生变化而通过曲面或者平面的至少一方连结、且将包含该曲面或者平面的至少一方的端面设定为锥形面。一实施方式的自由曲面透镜是构成投射型影像显示装置中的包含自由曲面镜的倾斜投射光学系统的由透明的树脂成形的自由曲面透镜，该自由曲面透镜具备：透镜有效区域，在表面形成规定的自由曲面；以及端缘面，被形成为围绕该透镜有效区域，该端缘面的表面粗糙度比所述透镜有效区域的表面粗糙度大。一实施方式的自由曲面镜是构成投射型影像显示装置中的包含自由曲面镜的倾斜投射光学系统的由透明的树脂成形的自由曲面镜，该自由曲面镜具备：透镜有效区域，在表面形成规定的自由曲面的反射面；以及透镜区域，将被形成为围绕该透镜有效区域的自由曲面形状保持原样地延长(以下，也将其记载为自由曲面区域)。该反射镜面相对于影像投射面是凸面，为了提高镜子的成形性，以成为均匀的厚度的方式使作为反对面的背面的形状形成为与反射面几乎同一形状即可。上述背面的表面粗糙度设为相对于所述透镜有效区域的表面粗糙度小20倍即可。其结果，镜子成形时背面(金属模面是凸面)密接，能改善脱模时的反射面与背面的粘贴(换言之，模制品向金属模面的粘贴)的平衡，作为结果能改善镜面的自由曲面形状精度。为了改善上述粘贴的平衡，如果将背面的表面粗糙度相对于所述透镜有效区域的表面粗糙度减小10倍，则能得到进一步的改善效果，能提供在自由曲面有效区域中的形状精度优良的自由曲面镜。一实施方式的自由曲面镜的设计方法，该自由曲面镜是构成投射型影像显示装置中的包含自由曲面镜的倾斜投射光学系统的由透明的树脂成形的自由曲面镜，在自由曲面镜的设计方法中，设定在表面形成规定的自由曲面的反射面的透镜有效区域，设定被形成为围绕该透镜有效区域的端缘面，将该端缘面的表面粗糙度设定得比所述透镜有效区域的表面粗糙度大。一实施方式的投射型影像显示装置是将由光调制部对来自光源的光进行调制而得到的影像光放大进行投射，该投射型影像显示装置具备倾斜投射光学系统，该倾斜投射光学系统将进行调制而得到的所述影像光放大进行投射，所述倾斜投射光学系统的一部分包含自由曲面透镜，该自由曲面透镜包含所述自由曲面透镜或自由曲面镜根据本专利技术的一个实施方式，解决在对自由曲面镜或者通过与自由曲面镜组合而被使用的自由曲面透镜进行成形时产生的课题，能够提供一种在成形性上优异的自由曲面透镜、自由曲面镜、它们的设计方法以及使用它们构成的投射型影像显示装置。附图说明图1是表示本专利技术的一实施方式的投射型影像显示装置的整体外观的立体图。图2是说明一实施方式的倾斜投射光学系统中的投射透镜的动作原理的透镜配置图。图3是表示一实施方式的自由曲面透镜(L11)的外形形状的图，包含正面侧的立体图、从背面侧观察的立体图、正视图、侧视图以及后视图。图4是表示一实施方式的自由曲面透镜(L12)的外形形状的图，包含正面侧的立体图、从背面侧观察的立体图、正视图、侧视图以及后视图。图5是表示一实施方式的自由曲面镜(M13)的外形形状的图，包含正视图、侧视图和后视图。图6是用于说明一实施方式的自由曲面透镜(L11)的结构以及设计方法的说明图。图7是用于说明一实施方式的自由曲面透镜(L12)的结构以及设计方法的说明图。图8是表示用于与实施方式进行比较的以往的第1自由曲面透镜的形状的图，包含立体图、平面图、侧视图以及侧视剖面图。图9是表示用于与实施方式进行比较的以往的第2自由曲面透镜的形状的图，包含立体图、平面图、侧视图以及侧视剖面图。100：投射型影像显示装置；L11、L12：自由曲面透镜；L11-a、L12-a：透镜有效区域；L11-b、L12-b：透镜端缘部；L11-c、L12-c：端口部；L11-p、L12-p：平面；L11-w、L12-w：曲面；L12-d：坝状的凸部；M13：自由曲面镜；M13-a：镜有效区域；M13-b：端缘部。具体实施方式以下，参照附图详细说明本专利技术的实施方式。本专利技术的实施方式包含：自由曲面透镜、自由曲面镜、包含它们的成形方法的设计方法以及使用它们而构成的投射型影像显示装置。首先，图1是表示将本专利技术的一实施方式的自由曲面透镜通过与凹透镜的组合而使用的一实施方式的投射型影像显示装置的整体外观的立体图。在图1中，100表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自由曲面透镜，是构成投射型影像显示装置中的倾斜投射光学系统的由透明的树脂成形的自由曲面透镜，该倾斜投射光学系统包含相对于影像投射面为凸面的反射镜，该自由曲面透镜具备：透镜有效区域，在表面形成规定的自由曲面；以及端缘面，被形成为围绕该透镜有效区域，在围绕未形成该端缘面的所述透镜有效区域的周围的一部分中，对于所述透镜有效区域与所述端缘面之间用被设定为该透镜有效区域的近旁的透镜有效区域的斜率方向不发生变化的曲面或者平面的至少一方连结、且将包含该曲面或者平面的至少一方的端面设为锥形面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种自由曲面透镜，是构成投射型影像显示装置中的倾斜投射光学系统的由透明的树脂成形的自由曲面透镜，该倾斜投射光学系统包含相对于影像投射面为凸面的反射镜，该自由曲面透镜具备：透镜有效区域，在表面形成规定的自由曲面；以及端缘面，被形成为围绕该透镜有效区域，在围绕未形成该端缘面的所述透镜有效区域的周围的一部分中，对于所述透镜有效区域与所述端缘面之间用被设定为该透镜有效区域的近旁的透镜有效区域的斜率方向不发生变化的曲面或者平面的至少一方连结、且将包含该曲面或者平面的至少一方的端面设为锥形面。2.根据权利要求1所记载的自由曲面透镜，其特征在于，相对于所述影像投射面为凸面的反射镜的形状为自由曲面形状，在反射镜形成面的背面，在除了所述反射镜的自由曲面有效面以外的位置形成反射镜突出销，所述端缘面的表面粗糙度比所述透镜有效区域的表面粗糙度大。3.根据权利要求1所记载的自由曲面透镜，其特征在于，所述端缘面的表面粗糙度比所述透镜有效区域的表面粗糙度大。4.权利要求2所记载的自由曲面透镜，其特征在于，在所述直线或者曲线的至少一方的最长距离为该透镜的长边的1/20以上的情况下，所述锥形面为5度以上且20度以下的锥形面。5.根据权利要求1所记载的自由曲面透镜，其特征在于，所述端缘面的表面粗糙度比所述透镜有效区域的表面粗糙度大。6.根据权利要求4所记载的自由曲面透镜，其特征在于，所述端缘面的表面粗糙度为20nm以上且100nm以下。7.一种自由曲面透镜的设计方法，该自由曲面透镜是构成投射型影像显示装置中的倾斜投射光学系统的由透明的树脂成形的自由曲面透镜，该倾斜投射光学系统包含相对于影像投射面为凸面的反射镜，在所述自由曲面透镜的设计方法中，设定在表面形成规定的自由曲面的透镜有效区域，设定被形成为围绕该透镜有效区域的端缘面，在围绕未形成该端缘面的所述透镜有效区域的周围的一部分中，对于所述透镜有效区域与所述端缘面之间为了该透镜有效区域的近旁的透镜有效区域的斜率方向不发生变化而通过曲面或者平面的至少一方连结、且将包含该曲面或者平面的至少一方的端面设定为锥形面。8.根据权利要求7所记载的自由曲面透镜的设计方法，其特征在于，将所述端缘面的表面粗糙度设定得比所述透镜有效区域的表面粗糙度大。9.根据权利要求7所记载的自由曲面透镜的设计方法，其特征在于，在所述曲面或者平面的至少一方的最长距离为该透镜的长边的1/20以上的情况下，将所述锥形面设定为5度以上且20度以下的锥形面。10.根据权利要求7所记载的自由曲面透镜的设计方法，其特征在于，将所述端缘面的表面粗糙度设定得比所述透镜有效区域的表面粗糙度大。11.根据权利要求9所记载的自由曲面透镜的设计方法，其特征在于，将所述端缘面的表面粗糙度设定为20nm以上且100nm以下。12.一种自由曲面透镜，该自由曲面透镜是构成投射型影像显示装置中的包含自由曲面镜的倾斜投射光学系统的由透明的...

【专利技术属性】
技术研发人员：平田浩二，谷津雅彦，松宫有纪，加藤修二，木村佳世乃，
申请(专利权)人：日立麦克赛尔株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP