投射光学系统单元、投射光学系统以及投射光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于，提供小型且高效率的短距离投射光学系统单元、投射光学系统以及投射光学装置。投射光学系统单元具有通过改变多个微镜各自的反射面相对于图像显示面的法线的角度来形成图像的反射型图像显示元件、以及通过多个透镜和光圈将图像显示元件形成的图像放大投射到被投射面上的投射光学系统，当设定微镜的反射面相对于图像显示面的法线的最大倾角为θ1，投射光学系统的入瞳距离为EP，以投射光学系统的多个透镜之中最多的透镜所共有的轴为投射光学系统的光轴，在从图像显示面的中心经过投射光学系统的中心射往被透射面的光线所在的平面C上，从光轴到图像显示面上的点的最大距离为Ym时，满足θ1≥15°，3＜EP/Ym＜7。

Projective Optical System Unit, Projective Optical System and Projective Optical Device

【技术实现步骤摘要】
投射光学系统单元、投射光学系统以及投射光学装置
本专利技术涉及投射光学系统单元、投射光学系统以及投射光学装置。
技术介绍
近年来，把DMD(DigitalMirrorDevice)或液晶面板上生成的图像投影到屏幕上的图像显示装置得到广泛使用。尤其是最近，能够短投射距离显示大画面的超短投射距离前投式投影机的需求不断上升。针对上述需求，目前有一种采用曲面镜作为实现小型且超短投射距离的方案。例如专利文献1(JP特开2012-203139号公报)公开了一种采用曲面镜，并结合折射光学系统的投影机，可以用来实现超短投射距离。然而现有的投影光学系统存在以下问题，也就是即便能够实现超短投射距离，超短投射距离投影机的小型化和高亮度化(高效率化)尚有待改进。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术旨在提供一种投射距离非常短、小型而且高效的投射光学系统、投射光学系统单元、以及投射光学装置。本专利技术提供一种投射光学系统单元，其特征在于，具有反射型图像显示元件和投射光学系统，该图像显示元件具有多个微镜，用该多个微镜二维排列形成的面作为图像显示面，通过改变所述微镜各自的反射面相对于该图像显示面的法线的角度来形成图像，所述投射光学系统具有多个透镜和光圈，将所述图像显示元件所形成的图像放大投射到被投射面上，当设定所述微镜的反射面相对于所述图像显示面的法线的最大倾角为θ1，所述投射光学系统的入瞳距离为EP，以所述投射光学系统的多个透镜之中最多的透镜所共有的轴为所述投射光学系统的光轴，在从所述图像显示面的中心经过所述投射光学系统的中心射往所述被透射面的光线所在的平面C上，从所述光轴到与所述被投射面的图像相对应的图像显示面上的点的最大距离为Ym时，所述投射光学系统单元满足以下关系式，θ1≥15°，3＜EP/Ym＜7。本专利技术的效果在于，能够在投射距离非常短的情况下实现小型化和高效率化。附图说明图1是第一实施方式涉及的投射光学系统单元的示意图。图2是图像显示元件的示意图。图3是用来说明图像形成部和光轴之间设置关系的示意图。图4是入射平行平板CG的光线的最大入射角与EP/Ym之间关系的数据的图。图5是第二实施方式涉及的投影光学装置的一例示意图。图6是XY平面上照明光入射图像形成部的一例入射方向的示意图。图7是在XY平面上照明光入射图像形成部的另一例入射方向的示意图。图8是用来说明YZ平面上照明光入射方向的示意图。图9是最接近图像形成部的镜面顶点与图像形成部之间在光轴上的距离的一例示意图。图10是屏幕横宽的一例示意图。图11是防尘玻璃的x轴向长度和具有能量的反射面的x轴向长度有的一例示意图。图12是折射光学系统的镜头构成和与聚焦对应的镜头配置的构成的一例示意图。图13是第二实施方式的变形例1涉及的投射光学装置的一例示意图。图14是变形例1的折射光学系21的透镜构成和与响应聚焦的透镜配置的一例构成的示意图。图15是第二实施方式的变形例2涉及的投影光学装置的一例示意图。图16是变形例2的折射光学系的透镜构成和响应聚焦的透镜配置构成的一例示意图。具体实施方式以下参考附图，详述投射光学系统单元、投射光学系统及投射光学装置的实施方式。概述减小投射光学系统的F值、采用非远心光学系统，对于实现小型化和高效率(高灰度)的光学系统有效。而通过用DMD(DigitalMirrorDevice)作为图像显示元件，投射光学系统可以成为非远心光学系统。但是，超短投射投影机同时实现小型化和高效率化时，会产生如下问题。第一，DMD切换各像素的ON、OFF时，每个像素的微镜各自倾斜，将ON状态下的微镜的光引导到投射光学系统中。但是如果只减小投射光学系统的F值来实现高效率化，那么在微镜倾斜角较小的情况下，就连OFF状态的微镜的光也会被导入到投射光学系统中，从而产生投影图像的对比度大幅下降的问题。第二，缩短DMD一方瞳的入瞳距能够进一步使得投射光学系统小型化，但在高效率化方面，如果仅仅通过增加微镜倾斜角来解消第一个问题，会造成射往DMD的盖玻片的照明光入射角度增大，透射率大幅降低，从而导致效率下降。在实现光学系统小型化和高效率化(高亮度化)的开发中，本专利技术人着眼于微镜倾斜角和入瞳距离的关系，在各种验证的基础上，找到了尚未被现有技术公开的合理设定。以下说明包含该合理设定的光学系统的构成。第一实施方式以下说明第一实施方式涉及的投射光学系统单元的具体构成。图1是第一实施方式涉及的投射光学系统单元的一例示意图。图1(a)显示图像显示元件10和投射光学系统25作为一例投射光学系统单元1的构成。图1(b)是图1(a)所示的图像显示元件10以及投射光学系统25的折射光学系统21的一部分中所包含的多个透镜11的放大图。图像显示元件10是例如"DMD"、"透射型液晶面板"、"反射型液晶面板"等的光阀，作为"形成需要投射的图像的部分"，具有图像形成部LV。图像显示元件10在如同DMD等那样不具有自身发光功能时，形成在图像形成部LV上的图像信息通过来自照明光学系统的照明光照明。关于照明光学系统的具体构成将在以后描述。以下，设想以DMD作为图像显示元件10，来说明"不具备自身发光功能的元件"。但是，本实施方式涉及的投射光学系统单元并不限定于这种方式。也可以利用"具有使生成的图像发光功能的自发光方式"的元件，还可以利用DMD以外的光阀。投射光学系统的组合，如果是由图像显示元件10和投射光学系统25组合而成的，则可以将后面将要说明的照明装置、反射镜和防尘玻璃等组合起来。如图1所示，图像显示元件10在图像形成部LV(参见图1(b))附近配置平行平板CG。平行平板CG是透射光的平板，设想为图像形成部LV的盖玻片(密封玻璃)。投射光学系统25(参见图1(a))将图像形成部LV上形成的图像放大投影到屏幕上，从图像形成部LV(缩小一方)向屏幕(放大一方)依次具有包括多个透镜11的折射光学系21以及包括持有能量的反射面的反射光学系24。图1所示的多个透镜11中具有光圈S。透过平行平板CG从图像形成部LV出发的光(包括上光线101、主光线102)在图1所示的一例光路上通过多个透镜11，穿过屈折光学系统21，经由包含反射镜22和曲面镜23等的反射光学系统24，投影到屏幕上。在该实施方式涉及的投射光学系统单元中，在图1所示的位置上有入瞳T。在此，优选光圈S被设置在至少夹在两个透镜之间。如此配置能够在确保瞳距的同时，缩小背焦点，有助于小型化。另外，通过把透镜设置在比光圈更加靠近图像显示元件10一方，能够控制上光线101，高效率地进行彗形像差等像差补偿。本实施方式中使用的记号的意义如下。NA:开口值R:曲率半径(非球面的旁轴曲率半径)D:镜面间隔Nd:折射率νd:阿贝数K:非球面的圆锥常数Ai:i次方非球面常数Cj:自由曲面系数在此出示非球面形状和自由面形状各自的关系式。非球面形状可以用光轴方向上的非球面量X表示，通过如下公知的计算式(A)求出，其中C是旁轴曲率半径的倒数(旁轴曲率)，H是相对于光轴高度，K是圆锥常数，Ai是上述各次方的非球面系数。自由曲面形状可以用公知的式(B)表示，其中C是旁轴曲率半径的倒数(旁轴曲率)，H是相对于光轴的高度，K是圆锥常数，Cj是上述自由曲面系数。其中，图1中设定了Z轴、Y轴和X轴。Z轴是图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种投射光学系统单元，其特征在于，具有反射型图像显示元件和投射光学系统，该图像显示元件具有多个微镜，用该多个微镜二维排列形成的面作为图像显示面，通过改变所述微镜各自的反射面相对于该图像显示面的法线的角度来形成图像，所述投射光学系统具有多个透镜和光圈，将所述图像显示元件所形成的图像放大投射到被投射面上，当设定，所述微镜的反射面相对于所述图像显示面的法线的最大倾角为θ1，所述投射光学系统的入瞳距离为EP，以所述投射光学系统的多个透镜之中最多的透镜所共有的轴为所述投射光学系统的光轴，在从所述图像显示面的中心经过所述投射光学系统的中心射往所述被透射面的光线所在的平面C上，从所述光轴到与所述被投射面的图像相对应的图像显示面上的点的最大距离为Ym时，所述投射光学系统单元满足以下关系式，θ1≥15°3＜EP/Ym＜7。

【技术特征摘要】
2018.03.19 JP 2018-0503561.一种投射光学系统单元，其特征在于，具有反射型图像显示元件和投射光学系统，该图像显示元件具有多个微镜，用该多个微镜二维排列形成的面作为图像显示面，通过改变所述微镜各自的反射面相对于该图像显示面的法线的角度来形成图像，所述投射光学系统具有多个透镜和光圈，将所述图像显示元件所形成的图像放大投射到被投射面上，当设定，所述微镜的反射面相对于所述图像显示面的法线的最大倾角为θ1，所述投射光学系统的入瞳距离为EP，以所述投射光学系统的多个透镜之中最多的透镜所共有的轴为所述投射光学系统的光轴，在从所述图像显示面的中心经过所述投射光学系统的中心射往所述被透射面的光线所在的平面C上，从所述光轴到与所述被投射面的图像相对应的图像显示面上的点的最大距离为Ym时，所述投射光学系统单元满足以下关系式，θ1≥15°3＜EP/Ym＜7。2.根据权利要求1所述的投射光学系统单元，其特征在于，具有照射所述图像显示面的照明光学系统，所述照明光学系统中，连接最接近所述图像显示面的具有能量的光学元件的面顶点和所述图像显示面的中心的直线，相对于所述法线的角度θ2，满足以下关系式，θ2＞30°。3.根据权利要求2所述的投射光学系统单元，其特征在于，所述照明光学系统中，连接最接近所述图像显示面的具有能量的光学元件的面顶点和所述图像显示面的中心的直线在所述图像显示面上的正射影平行或垂直于所述图像显示面的长边。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的投射光学系统单元，其特征在于，当设定所述投射光学系统中最接近所述图像显示面的透镜镜面的顶点与所述图像显示面之间在光轴上的距离为BF，最接近所述图像显示面的透镜的外径为U时，满足以下关系式，0,35＜U/BF＜0.85。5.根据权利要求2至4中任意一项所述的投射光学系统单元，其特征在于，在所述图像显示面到所述投射光学系统之间的光路上具有平板，所述照明光学系统发射的照明光在所述图像显示面上受到反射后经由所述平板入射的所述投射光学系统中，所述照明光入射的入瞳在所述投射光学系统中因透镜而远离所述图像显示面。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的投射光学系统单元，其特征在于，当设定所述投射光学系统的开口值为NA时，满足以下关系式，NA＞0.17。7.根据权利要求1至6中任意一项所述的投射光学系统单元，其特征在于，从所述图像显示面一方开始，所述投射光学系统依次具有，具有所述多个透镜和所述光圈的折射光学系统、以及具有至少一片具有能量的反射面的反射光学系统。8.根据权利要求7所述的投射光学系统单元，其特征在于，当设定位于最放大一方的反射面与该反射面的光轴的交点，到放大投影图像的屏幕之间的距离/屏幕横宽为TR时，满足以下关系式，TR＜0.5。9.根据权利要求6至8中任意一项所述的投射光学系统单元，其特征在于，所述具有能量的反...

【专利技术属性】
技术研发人员：高野洋平，中山裕俊，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本,JP