投射型显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术目的在于提供能不使装置大型化而实现广角化，并且装置自身的制造也容易的光学单元和使用该光学单元的投射型显示装置。其中，后方透镜组由使光发散的呈旋转对称面形状的折射透镜和多个具有旋转非对称的自由曲面形状的自由曲面透镜形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于将来自影像显示元件的图像放大并投射至屏幕等以进行图像显 示的光学单元和使用光学单元的投射型显示装置。
技术介绍
日本专利特开平5-134213号公报中公开有以下技术使投影画面相对投影系统的 光轴在垂直方向上移动，并且使用相对投影系统的光轴以规定的角度倾斜配置的附加光学系 统(无焦转换器(afocalcorwerter))，将影像放大投影于相对屏幕倾斜的方向的技术。 在日本专利特开2004-157560号公报中公开有使用多个反射镜(反射系统光学元 件)将影像显示元件的图像放大并投射到屏幕(投射面)上的反射型成像光学系统。
技术实现思路
如果将影像从相对屏幕倾斜的方向进行投射，则在投射影像中产生梯形失真。为 了消除这种失真，在日本专利特开平5-134213号公报中记载的光学单元中，通过使配置在 屏幕侧的附加光学系统(无焦转换器)偏心而抑制梯形失真。其中，这里所说的附加光学 系统指的是具有变换投影像大小的作用的光学系统，是用于对来自相对屏幕倾斜的方向的 投射相伴的投影像的失真进行校正、降低，并得到长方形的投影像的光学系统。但是，由于 形成这种偏心附加光学系统的透镜倍率低、难以广角化，所以为了得到所需倍率的投影像， 存在从投影装置到屏幕的距离变长，此外，投影画面和投影系统之间的距离也变长，甚至装 置自身也变大(特别是光学单元光轴方向的长度)的问题。除此之外，作为构成上述偏心 附加光学系统的透镜，需要口径大的附加光学系统，因而成为光学单元的成本上升的原因。 另一方面，在日本专利特开2004-157560号公报中记载的反射型成像光学系统， 通过利用反射光学系统(反射镜)替代现有技术中的透过型成像光学系统(透镜系统)，抑 制成像系统的大型化且实现广视角化。但是，由于反射镜对光的偏心(偏向)量大，特别是 在装置内，也包括其倾斜角度难以将多个反射镜配置在正确的位置，此外，由于因振动容易 使反射镜的倾斜角度等发生变化，所以其制造相当困难。 本专利技术鉴于上述问题研究而成，目的在于提供一种不使装置大型化且能够实现广 角化，并且装置自身的制造也容易的光学单元和使用该光学单元的投射型显示装置。 本专利技术的一个方面是，用使光发散的呈旋转对称面形状的折射透镜和呈旋转非对 称的自由曲面形状的多个自由曲面透镜形成后方透镜组。附图说明 图1为表示实施例1的光学单元的截面图。 图2为表示实施例1的光学单元的透镜的配置的一个例子的立体图。 图3为实施例1的光学单元的透镜的垂直方向和水平方向的截面图。 图4为表示在采用实施例1的光学单元的投射型显示装置中，使投射距离发生变化时的构造以及图形失真的状态的图。 图5为表示在采用实施例1的光学单元的投射型显示装置中，使投射距离发生变 化时的光斑(spot)状态的图。 图6为表示在实施例1光学单元中使后方透镜组移动的状态的图。 图7为表示用于在实施例1光学单元中使后方透镜组移动的构造的一个例子的图。 图8为倾斜实施例1的光学单元而使画面移动时的图。 图9为表示倾斜实施例1的光学单元而使画面移动时的光斑的变化的图。 图IO为表示在实施例l光学单元中，由于对图面移动的调整而移动的透镜的位置关系的图。 图11为表示在实施例1光学单元中，实现能够对应投射距离的变化和图面移动的后方透镜组的移动的构造的一个例子的图。 图12为表示实施例2的结构和光路的YZ截面图。 图13为表示实施例2的结构和光路的XZ截面图。 图14为表示实施例2的光学单元的透镜配置的立体图。 图15为表示实施例2的光学单元的图形失真性能的图。 图16为表示实施例2的光学单元的光斑性能的图具体实施例方式下面参照附图对实施例进行详细的说明。 首先，图1为表示实施例1的光学单元的截面图，以XYZ正交坐标系(图中箭头所 示)的YZ截面表示光学系统。 如图l所示，实施例1的光学单元由将来自光源8的光调制成对应光学像的影像 信号的影像显示元件1、由棱镜10和包括前方透镜组2和后方透镜组3的这二个透镜组形 成的透过(透镜)光学系统、以及，包含具有不是旋转对称(即非旋转对称)自由曲面形状 的反射面的反射镜(以下称为自由曲面镜)4的反射光学系统形成。 这里，作为影像显示元件1，表示的是例如采用以液晶面板为代表的透过型显示元 件，但不限于此，例如也可以采用CRT这样的自发光型显示元件。此外，作为影像显示元件 1，例如，在采用液晶面板等透过型显示元件的情况下，需要成为照射液晶面板的光源8的 灯。此外，作为液晶面板，也可以采用所谓的三板式即对R、 G、 B的多个图像进行合成的方 式，在这种情况下，需要影像合成用的棱镜等。但是，关于这些液晶面板的详细内容以及成 为照射其的光源8的灯等，在后面进行说明，这里由于没有直接的关系，省略其图示。另一 方面，在CRT这样的自发光型显示元件中无需光源8这一点是明确的。 如上所述，在实施例1的光学单元中，从影像显示元件1射出的光首先入射形成透 镜光学系统的前方透镜组2。后面也会对其进行详细说明，该前方透镜组2为旋转对称面形状，包含具有正的屈光力(power)和负的屈光力的多个折射透镜。这里，使光会聚的功能 称为正的屈光力，使光发散的功能称为负的屈光力。其后，从该前方透镜组2射出的光通 过由多个透镜形成的后方透镜组3，所述多个透镜包含具有至少一个面不是旋转对称(非 旋转对称)自由曲面形状的多个(本例中为2个)透镜。然后，从该后方透镜组3射出的 光，进一步经包含具有不是旋转对称自由曲面形状的反射面的反射镜(以下称为自由曲面 镜)4的反射光学系统放大反射之后，被投射到规定的屏幕5(例如房间的壁面或薄板状的 屏幕等)上。 其中，由图1也可明确，与专利文献1这种使投影画面(显示元件)相对投影系统 的光轴在垂直方向上移动，并且相对投影系统的光轴以规定的角度倾斜而配置有附加光学 系统的光学系统不同，在实施例l中，影像显示元件l按照其显示画面的中央大致位于透镜 光学系统的光轴上的方式配置(即大致形成共轴光学系统)。因此，从影像显示元件l的显 示画面的中央出来，垂直于显示面射出，并向着屏幕5上的画面中央的光线11 (下面将其称 为画面中央光线)，大致在透镜光学系统(包括前方透镜组2和后方透镜组3)的光轴附近 前进。其后，该画面中央光线ll在反射光学系统(包含自由曲面镜)的具有自由曲面形状 的反射面4上的点P2被反射之后，相对屏幕的法线7从下方倾斜地入射至屏幕5上的画面 中央的点P5。以下将该角度称为"倾斜入射角度"，用95表示。这就是说，通过使沿透镜光 学系统的光轴通过的光线相对屏幕倾斜入射，从而实质上变成透镜光学系统的光轴相对屏 幕倾斜地设置(成为倾斜入射系统)。 其中，如上所述，如果光线相对屏幕倾斜入射，则产生从影像显示元件1投射的长 方形的形状变成梯形的所谓的梯形失真，除此之外，还产生因相对光轴旋转非对称而引起 的各种像差，但是，在实施例1中，这些像差通过形成透镜光学系统的后方透镜组3以及反 射光学系统的反射面进行校正。 特别是，通过使从影像显示元件1投射的光线经形成反射光学系统的反射镜4反 射而倾斜投射到屏幕5上，则与从透过型透镜光学系统射出的视角相比，能够得到更大的 视角，此外由于难以产生倍率色差，所以能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投射型显示装置，其特征在于，包括：前方透镜组，包括多个具有旋转对称面形状的透镜；后方透镜组，配置于所述前方透镜组的后方，包括使光发散的呈旋转对称面形状的折射透镜，和多个具有旋转非对称的自由曲面形状的自由曲面透镜；和反射镜，配置于所述后方透镜组的后方，相对反射方向至少一部分呈凸形并且具有旋转非对称的自由曲面形状。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：久田隆纪，平田浩二，谷津雅彦，
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]