投影光学系统以及使用该系统的图像显示设备技术方案

本发明专利技术涉及一种投影光学系统，该系统用于一种具有图像显示元件的图像显示设备，包括：包含多个透镜的折射光学系统、限制从所述图像显示元件被引导到所述折射光学系统的光量的光圈、布置在所述图像显示元件和所述光圈之间的、具有正屈光力的、以及相对于图像显示元件具有低场曲率的透镜组、以及具有跨越所述折射光学系统、光圈以及透镜组布置在所述图像显示元件的对面的凹面镜的镜子光学系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种投影光学系统以及使用这种投影光学系统的图像显示设备。该显示设备是一种投影式设备，其使用一种反射式光阀，并且可以各种类型的投影仪格式获得。
技术介绍
下面将参照图1来解释使用反射式光阀的投影式图像显示设备通用构成和功能。图1是阐述一种作为你投影式图像显示设备的通用投影仪的光学布置的解释性示意图。在图1中，参考代号LV、LS、IR、LN、M、CM以及POS分别代表光阀、灯光源、积分器杆、照明用透镜、镜子、曲面镜以及投影光学系统。光阀LV是一种图像显示元件，并且是反射式的。灯光源LS具有灯LP以及反射器RF，并且发射用于照亮光阀LV的照明光。积分器杆IR、照明用透镜LN、镜子M以及曲面镜CM构成了照明光学系统，该系统将灯光源LS发射出的照明光导向光阀LV。积分器杆IR是一种光管，其中四个镜子以隧道方式结合在一起，并且通过镜子表面反射从入口部分入射的光，以及将该光引导到出口部分。投影光学系统POS将来自光阀LV的光投射到注入屏幕等的投影表面，并将显示在光阀LV上的图像投射并形成在该投影表面上。光阀LV例如是一种DMD(数字微镜设备)，在其上以阵列方式布置有多个微小镜子。每个镜子的法线都是可在例如±12度的范围内独立地改变。反射器R反射等LP发射的光，并且光汇聚向积分器杆IR的入口部分。从入口部分入射的光在积分器杆IR中被反复地反射并被引导到出口，并且作为均匀照明度的光发射出去，其中照明的非均匀性从出口部分被均匀。从积分器杆发射出的光经过照明光学系统的用于照明的透镜LN、镜子M、以及曲面镜CM来照明光阀LV。来自积分器杆IR的出口部分的发射光作为均匀照明度的表面光源，其中光量的非均匀性被均匀，用于照明光学系统的照明用透镜LN以及曲面镜CM，并且表面光源的图像形成光阀LV上。S卩，光阀LV被均匀照明度的照明光所照明。例如，定义这样的情况，当光阀LV上的微镜的倾斜角度为例如-12度该微镜反射的光被入射到投影光学系统P0S，并且当光阀LV上的一个微镜的倾斜角度为+12度，该微镜反射的光没有入射到该投影光学系统P0S，并且光阀LV和投影光学系统POS之间的位置关系被定义。并且，此外，照明光从曲面镜CM到光阀LV上的入射方向被设置。根据将被投影和形成在投影表面上的图像的像素，每个微镜的倾斜度被调整，并由此将图像显示在光阀LV上。当图像显示在光阀LV上并且光阀LV以这种方式被照明光所照明时，入射到投影光学系统POS的每个微镜的反射光就通过投影光学系统POS成为成像光通量，并且作为图像的放大图像被投射和形成在投影表面上。由于光阀LV被均匀照明度分布的光照明，因此投影表面上的图像作为放大的图像也具有均匀的照明度分布。因此，图像显示在投影表面。上面是通过一种通用的投影仪对图像显示的解释。进来，已经知道了一种投影仪，其到投影表面的设置位置比传统的投影仪的设置位置要近得多(以下称之为超近距离投影仪)。超近距离投影仪具有一种防止投射光的眩光(glare)进入站在靠近屏幕表面(投影表面)的演播员(演讲者等)的眼中的效果。此外，超近距离投影仪设置得距离聆听演播员进行的解释的听众较远，因此能够消除对听众的诸如废气、噪音等的负面影响。用于超近距离投影仪的投影光学系统通常被分成两种:第一种是传统的具有较宽视角的同轴旋转对称投影光学系统，其缩短到投影表面的距离，以及第二种在光学系统中使用曲面镜。第一种通过使用传统技术获得超近距离投影，不过，靠近投影表面的透镜的直径可能比较大，并且投影仪的尺寸可能会增加。另一方面，第二种使得投影仪的尺寸维持比较小，并且具有实现超近距离投影的可能性。例如，日本专利号3727543、日本专利申请公开号(PCT申请的翻译)2008-522229、日本专利号4467609、日本专利申请公开号2009-145672、日本专利号4210314、日本专利申请公开号2007-183671以及日本专利申请公开号2008-96762是已知在投影光学系统中使用曲面镜的例子。日本专利号3727543、日本专利申请公开号2007-183671以及日本专利申请公开号2008-96762披露了一些例子，其中透镜系统和凸面镜结合起来，并且其主要目的是为了减少后投影(rear-projection) TV的厚度。日本专利申请公开号2008-522229、日本专利号4467609、日本专利申请公开号2009-145672以及日本专利号4210314披露了一些例子，其中透镜系统和凹面镜结合起来，其其实现了超近距离投影。在使用凸面镜的投影光学系统中，从凸面镜到屏幕的成像光通量的直径单调地(monotonouly)放大,例如如在日本专利申请公开号2007-183671等的图9 一样清楚。因此，考虑到在凸面镜和屏幕之间设置用于凸面镜保护的防尘玻璃的情况，就超近距离投影而言，单调放大的成像光通量的直径的放大是快速的，并且该防尘玻璃的尺寸因此可能被放大，导致投影仪的重量和成本方面的问题。防尘玻璃并不总是必要的，不过，如果不使用防尘玻璃，凸面镜就暴露了。因此尘土就会粘附在镜子表面，表面受到刮擦，或者用户会触碰到凸面镜并在表面留下指印。上述尘土、擦痕或指印很可能是的投影图像的亮度或图像质量变坏。因此，使用凸面镜的投影光学系统被存储在壳体中，并且大部分用于一种后投影仪的形式中(参见日本专利号3727543的图25等)。另一方面，如果在投影光学系统中使用凹面镜，能够一次汇聚凹面镜与屏幕之间的成像光通量。因此，如果防尘玻璃被防止在凹面镜和屏幕之间，就能够避免该防尘玻璃被放大。不过，在超近距离投影仪中，凹面镜和屏幕之间的距离较短，并且为了显示较大的图像，入射到屏幕上的光束的角度变得相当锐利(sharp)。因此，如果凹面镜被用于具有防尘玻璃的前投影仪(一种从相对于屏幕的前面投射图像的投影仪)，随着光奔向屏幕上的图像的边缘，从凹面镜上入射到防尘玻璃上的光束的角度变得锐利。因此，随着光奔向屏幕的边缘部分，防尘玻璃的透射率变得较低，并且在图像的边缘部分的附近的光量也变低。即，越靠近投影屏幕上的图像的边缘部分的附近，被投影图像的亮度变得越低。就降低投影仪的尺寸方面，如日本专利号4210314的图13所示，能够通过在透镜系统和凹面镜之间插入平面转折(fold)镜并转折光径来降低投影光学系统的尺寸。不过，入射在转折镜上的光束的角度变得锐利(不与凹面镜所反射的光束一样锐利)，并因此在放置转折镜的投影仪中，在屏幕上的图像的边缘部分中的光量也由于该转折镜而变得较低。如在日本专利申请公开号2008-522229、日本专利号4467609以及日本专利申请公开号2009-145672中所披露的，如果防尘玻璃倾斜放置，并且相对于屏幕的法线具有倾斜角，就可能略微减轻(moderate)朝向图像的边缘部分的光束的角度的锐度。不过,尤其是，在具有转折镜的投影光学系统中，如果防尘玻璃放置倾斜，防尘玻璃可能会妨碍转折镜，并且阻挡从转折镜到凹面镜的光径。此外，为了避免上述问题，防尘镜有可能被极度地放大。日本专利号3727543披露了减小投影光学系统的透镜框导致的“渐晕(光散开)(vignetting)”，并且通过使得最靠近反射型光阀(DMD)的透镜表面的位置与入射光孔的位置对应并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影光学系统，该系统用于一种具有图像显示元件的图像显示设备，包括：折射光学系统，包括多个透镜；光圈，限制从所述图像显示元件被引导到所述折射光学系统的光量；透镜组，布置在所述图像显示元件和所述光圈之间，具有正屈光力，以及相对于图像显示元件具有低场曲率；以及镜子光学系统，具有跨越所述折射光学系统、光圈以及透镜组布置在所述图像显示元件的对面的凹面镜。

【技术特征摘要】
2011.10.28 JP 2011-2371621.一种投影光学系统，该系统用于一种具有图像显示元件的图像显示设备，包括: 折射光学系统，包括多个透镜； 光圈，限制从所述图像显示元件被引导到所述折射光学系统的光量； 透镜组，布置在所述图像显示元件和所述光圈之间，具有正屈光力，以及相对于图像显示元件具有低场曲率；以及 镜子光学系统，具有跨越所述折射光学系统、光圈以及透镜组布置在所述图像显示元件的对面的凹面镜。2.按权利要求1所述的投影光学系统，其中一个凸透镜构成所述透镜组。3.按权利要求1所述的投影光学系统，其中从所述图像显示元件的一侧开始，按照正透镜、负透镜以及正透镜的顺序排列的三个透镜构成所述透镜组。4.按权利要求2所述的投影光学系统，其中构成透镜组的正透镜的至少一个表面具有非球形，并且该正透镜的非球面的形状起到使得场曲率低于具有旁轴曲率半径的球形的功倉泛。5.按权利要求3所述的投影光学系统，其中构成透镜组的正透镜的至少一个表面具有非球形，并且该正透镜的非球面的形状起到使得场曲率低于具有旁轴曲率半径的球形的功倉泛。6.按权利要求1所述的投影光学系统，包括: 在凹面镜和折射光学系统之间的光径上的平面镜。7.按权利要求1所述的 投影光学系统，其中所述透镜组在执行变焦和聚焦时是固定的。8.一种图像显示设备，包括: 图像显示元件； 光源； 照明光学系统，将从光源发射出的光导向图像显示元件； 投影光学系统，投射显示在图像显示元件上的图像，并形成该图像；以及 防尘部件，设置在投影光学系统的发射成像光通量的一侧， 该投影光学系统包括: 折射光学系统，包括多个透镜； 光圈，限制从所述图像显示元件被引导到所述折射光学系统的光的量； 透镜组，布置在所述图像显示元件和所述光圈之间，具有正屈光力，以及相对于图...

【专利技术属性】
技术研发人员：辰野响，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：