本发明专利技术提供投影光学单元和投影型彩色图像显示装置和使用该投影光学单元的背投型彩色图像显示装置，大幅度缩短投影光学单元的投影距离，同时实现小型化装置的高聚焦。本发明专利技术的投影透镜装置包含第一透镜组和第二透镜组，将由最接近于图像显示元件配置的第一透镜组形成的第一放大像（倍率Ｍ１）暂时成像在比第二透镜组还位于图像显示元件侧的位置。通过所述第二透镜组将该第一放大像放大投影到屏幕上（倍率为Ｍ２，Ｍ２＞Ｍ１）。在第一透镜组和所述第二透镜组间配置有正折射能力的物镜组（２３）。因作为第二透镜组的Ｆ值Ｆ２和作为第一透镜组的Ｆ值的Ｆ１的关系为Ｆ２＝Ｆ１／Ｍ１，故可实现画角超过９０度的超广角化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及将放大图像投影到屏幕上进行图像显示的投影型彩色图像显示装置、从屏幕背面投影该放大图像的背投型彩色图像显示装置和用于这些装置的投影光学单元。
技术介绍
在通过投影光学单元将图像显示元件的画像放大投影到屏幕上的彩色图像显示装置中，要求在屏幕上得到充分大的放大图像且缩短投影距离。为实现该要求，例如如特开平5-134213号公报(特许文献1)、特开2000-162544号公报(特许文献2)和特开2002-357768号公报(特许文献3)上述特许文献1～3所记载的，已知有构成为从相对屏幕倾斜的方向放大投影的投影光学单元。相对屏幕从倾斜方向投影图像时，在投影图像上产生了所谓的梯形失真。为消除该失真，在上述特许文献1所记载的投影光学单元中，构成为使在屏幕侧配置的远焦变距镜(afocal converter)偏心而抑制梯形失真。特许文献1中所公开的远焦变距镜由于倍率很低所以很难广角化。另外，在上述特许文献2中所记载的投影光学单元中，作为背投型彩色图像显示装置越薄形化广角化越难。另外，由于需要使所使用的透镜个别偏心，所以存在制造困难的问题。上述特许文献3中所记载的投影光学单元包括具有正放大率的第一折射透镜系统、具有负放大率的第二折射透镜系统和光路折返镜子，在具有负放大率的第二折射透镜系统内，有至少两个为旋转对称性不同的偏心系统。因此，存在制造时很难保证各透镜的位置精度的问题。进一步，在上述现有技术中，仅着眼于投影光学单元进行设计很难使含有照明光学系统的系统整体为最佳设计。如前所述，作为用于使用透过型液晶面板作为图像显示元件的现有彩色图像显示装置的投影光学单元的问题，除了装置的小型化所必须的广画角化之外，还具有下列问题。即，为对应于面板的高分辨率的高聚焦化、对应于面板或彩色图像显示装置的小型化的高倍率化。另一方面，在使用反射型液晶面板作为图像显示元件的情况下，由于可将像素电极配置在液晶层的背面，故可实现高开口率。因此，相对透过型液晶面板具有下列特征。(1)在相同分辨率的情况下，可减小一圈面板大小。(2)在相同面板大小的情况下，可得到更多的像素数(高分辨率)。因此，用于使用了反射型液晶面板的彩色图像显示装置的投影透镜装置相对于使用透过型面板的装置，希望更高聚焦化和更高倍率化。进一步，在使用了反射型液晶面板的图像投影装置的光学系统中，由于在图像显示元件和投影透镜装置间存在除色合成棱镜之外的大的空气间隔，所以需要更长的背焦距(back focus)。另外，在上述的投影型彩色图像显示装置中，根据使用面板的有效画面尺寸来重新设计开发投影光学单元，而需要昂贵的开发投资。这样，在背投型彩色图像显示装置中，应实现尺寸的小型化、需要广画角且高聚焦、进而高倍率下背焦距长的投影光学单元。另外，希望即使在使用有效画面尺寸或方式不同的面板的情况下，也不重新设计开发照明光学系统整体或投影光学单元，而可对应改变标准品的一部分来降低开发投资。
技术实现思路
本专利技术鉴于这样的问题而作出，本专利技术的目的是提供可实现装置的小型化的技术。为实现上述目的，本专利技术的特征在于，构成为在图像显示元件到屏幕的光路间配置形成第一放大像用的具有正折射能力的第一透镜组，和位于该第一透镜组的屏幕侧，并进一步放大由所述第一透镜组得到的第一放大像，并在所述屏幕上形成第二放大像用的具有正折射能力的第二透镜组，所述第一放大像成像在比所述第二透镜组还位于图像显示元件侧的位置处。另外，在第一透镜组和所述第二透镜组间配置具有正折射能力的物镜组，所述第一放大像的倍率M1小于所述第二放大像的倍率M2。另外，所述第一透镜组也可配合照明光学系统的F值以远心设计在图像显示元件侧。根据第一透镜组的第一放大像成像在比第二透镜组还位于图像显示元件侧的位置处。因此，作为第二组的F值F2(光线的发散角度)是作为第一透镜组的F值的F1除以第一放大像的倍率M1的值，即F2＝F1/M1。因此，由于第二透镜组的F2大，所以对于画角超过90度的超广角化是有利的。进一步，由所述第一透镜组形成的第一放大像成像在所述物镜组附近。例如，通过在所述第一透镜组侧成像即使在物镜组侧粘附了异物也不会对屏幕上的放大像产生影响。另外，作为小型化投影型彩色图像显示装置的第一实现方法，可举出下列方法。(1)在所述第二透镜组和物镜组间设置光路折返装置。作为该光路折返的具体技术方法也可使用棱镜，若使用折返镜子则可抑制成本上升，实现小型化。(2)进一步，在构成第一透镜组的透镜元件和透镜元件间设置光路折返装置。(3)除此之外，在构成第二透镜组的透镜元件和透镜元件间设置光路折返装置。另外，作为小型化投影彩色图像显示装置本身的第二实现方法，可举出下列方法。(4)在具有两个透镜组的投影光学单元的情况下，偏差配置上述第一透镜组的光轴和上述第二透镜组的光轴。即，使第二透镜组相对第一放大像偏移地配置，并通过经折返镜子在屏幕上得到放大像而可实现进一步小型化。(5)在具有两个透镜组的投影光学单元的情况下，配置第一透镜组，使其与屏幕画面水平方向大致平行。进一步，在第一透镜组和第二透镜组之间设置光路折返装置，配置该第二透镜组，使其与屏幕画面水平方向大致垂直(即，使第一透镜组的光轴和第二透镜组的光轴彼此正交)。并且，通过经折返镜子在屏幕上得到放大像而可实现进一步小型化。附图说明图1是作为本专利技术的实施方式1的背投型彩色图像显示装置的主视图。图2是作为本专利技术的实施方式1的背投型彩色图像显示装置的侧视图。图3是作为本专利技术的实施方式2的背投型彩色图像显示装置的主视图。图4是作为本专利技术的实施方式2的背投型彩色图像显示装置的侧视图。图5是作为本专利技术的实施方式1的投影型彩色图像显示装置的俯视图。图6是作为本专利技术的实施方式2的投影型彩色图像显示装置的俯视图。图7是表示作为本专利技术的实施方式1的投影型彩色图像显示装置的照明光学系统的配置图。图8是表示作为本专利技术的实施方式2的投影型彩色图像显示装置的照明光学系统的配置图。图9是表示作为本专利技术的实施方式1的投影光学单元的第一透镜组的透镜数据的图。图10是表示作为本专利技术的实施方式1的投影光学单元的第一透镜组的透镜配置的图。图11是表示对作为本专利技术的实施方式1的投影光学单元的第一透镜组的光线追踪结果的图。图12是表示作为本专利技术的实施方式1的投影光学单元的第二透镜组的透镜数据的图。图13是表示作为本专利技术的实施方式1的投影光学单元的第二透镜组的透镜配置的图。图14是表示对作为本专利技术的实施方式1的投影光学单元的第二透镜组的光线追踪结果的图。图15是表示作为本专利技术的实施方式1的投影光学单元的光线追踪结果的图。图16是表示由作为本专利技术的一实施方式的投影光学单元的第一透镜组形成的成像面的光斑形状的特性图。图17是表示由作为本专利技术的一实施方式的投影光学单元的第二透镜组形成的成像面的光斑形状的特性图。图18是表示由作为本专利技术的一实施方式的投影光学单元形成的成像面的光斑形状的特性图。具体实施例方式下面，参照附图，详细说明使用本专利技术的投影光学单元的投影型彩色图像显示装置和背投型彩色图像显示装置。图1是使用本专利技术的投影光学单元的背投型彩色图像显示装置的第一实施例的主视图。该图中，1表示照明光学系统、5表示框体、6表示屏幕、7表示光路折返镜子。4表示将来本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种投影光学单元，将由图像显示元件显示的图像放大投影到屏幕上，其特征在于，包括： 具有正折射能力的第一透镜组，配置在图像显示元件到屏幕的光路间，形成第一放大像；和 具有正折射能力的第二透镜组，位于该第一透镜组的屏幕侧，并进一步放大由所述第一透镜组得到的第一放大像，并在所述屏幕上形成第二放大像， 其中，所述第一放大像在比所述第二透镜组还位于图像显示元件侧的位置处成像。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：平田浩二，加藤修二，谷津雅彦，中岛努，池田英博，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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