專利名稱：投影光學單元和用它的投影型圖像顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將彩色的放大圖像投影到屏幕上進行圖像顯示的投影型圖像顯示裝置，特別是涉及相對屏幕將圖像傾斜地投影而在屏幕上形成放大圖像的投影型圖像顯示裝置和用于它的投影光學單元。
背景技術：
在將用反射型、透過型液晶面板和微小鏡子的顯示元件放大顯示在屏幕上的投影型圖像顯示裝置中，當然要求能夠在它的屏幕上得到充分大的放大圖像，同時，要求縮短裝置的縱深尺寸。為了實現(xiàn)這種要求，如日本特開2001-264627號專利公報中記載那樣的，用于相對屏幕從傾斜方向放大/投影(以下，將它稱為“傾斜投影”)的投影光學單元是眾所周知的。又，關于在將曲面鏡用于這種傾斜投影情形中的光學調(diào)整，例如，日本特開2002-350774號專利公報中記載的那樣是眾所周知的。
當傾斜投影，即對屏幕主平面的法線，以規(guī)定角度(例如從屏幕下方)投影圖像時，在投影在屏幕上的圖像中，產(chǎn)生梯形畸變和從屏幕上下的投影距離之差生成的像差。為了消除它們，在上述日本特開2001-264627號公報中，通過配置在投影光學系統(tǒng)和屏幕之間的具有負放大率的自由曲面鏡對梯形畸變進行校正。另一方面，關于像差，通過對共軸投影光學系統(tǒng)平行移動圖像顯示元件，或者對非軸對稱的投影光學系統(tǒng)傾斜并平行移動圖像顯示元件進行校正。
但是，在這種像差校正中，存在著屏幕上的圖像在縱方向偏移的可能性，需要為此而設的校正機構。又，在使用共軸投影光學系統(tǒng)的情形中，因為要求非常大的畫角，所以透鏡的數(shù)量增多，口徑也增大。
在上述日本特開2002-350774號專利公報中，揭示了通過自由曲面鏡的移動進行調(diào)整的方法，但是沒有考慮上述的像差校正。
這樣，在已有技術中，因為用不同的部件分別校正梯形畸變和像差，所以必須既增大需要的透鏡直徑，又也增多透鏡的數(shù)量。即，上述已有技術，在傾斜投影中，要一面很好地減少梯形畸變和像差一面減少圖像顯示裝置的縱深尺寸和/屏幕下部的高度(以下將它稱為“裝置緊湊化”)是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述課題提出的，本發(fā)明的目的是提供適合于能夠一面顯示減少了梯形畸變和像差的圖像一面實現(xiàn)裝置緊湊化的技術。
又，本發(fā)明提供在背面投影型的圖像顯示裝置中，可以容易地制造具有上述那樣的顯示特性的緊湊化了的裝置或者進行組裝調(diào)整的技術。
本發(fā)明備有，在進行傾斜投影中，包含具有凹向光射出方向的面并且持有對光軸旋轉(zhuǎn)非對稱的形狀的至少一個非對稱透鏡的投影透鏡的第一光學系統(tǒng)、和包含至少一部分反射面凸向反射方向的至少一個的凸面鏡的第二光學系統(tǒng)。而且本發(fā)明將上述第一光學系統(tǒng)和第二光學系統(tǒng)搭載并固定在共同的光學系統(tǒng)支撐單元上。
上述非對稱透鏡是向著它的屏幕下端的光線通過的部分的曲率比向著上述屏幕上端的光線通過的部分的曲率大的自由曲面鏡。又，上述凸面鏡是反射向著它的屏幕的下方的光的部分的曲率比反射向著上述屏幕的上方的光的部分的曲率大，或者反射向著屏幕的下方的光的部分形成在該光的反射方向凸出的形狀，反射向著屏幕的上方的光的部分形成在光的反射方向凹入的形狀的自由曲面鏡。
又本發(fā)明備有如下機構中的至少某一個機構用于可以進行來自包含圖像顯示元件的圖像發(fā)生源的光的射出方向與上述投影透鏡光軸的角度的調(diào)整、和上述圖像發(fā)生源與上述投影透鏡的光學距離的調(diào)整中的至少某一方的機構；用于使上述自由曲面鏡，以將該自由曲面鏡的大致中心作為中心軸而進行旋轉(zhuǎn)的機構；或用于可以使上述投影透鏡中最大正放大率的透鏡組沿上述投影透鏡的光軸方向移動的機構。
如果根據(jù)上述那樣的本發(fā)明的構成，則可以一面減少由圖像的傾斜投影產(chǎn)生的梯形畸變和/或像差得到良好的圖像，一面使裝置緊湊化。


圖1是表示本發(fā)明的圖像顯示裝置的一個實施方式的截面圖。
圖2是表示本發(fā)明的投影光學單元的基本構成的截面圖。
圖3是表示本發(fā)明的一個實施例的構成和光路的YZ截面圖。
圖4是表示本發(fā)明的一個實施例的構成和光路的XZ截面圖。
圖5是表示本發(fā)明的一個實施例的畸變性能的圖。
圖6是表示本發(fā)明的一個實施例的光點性能的圖。
圖7是表示本發(fā)明的投影光學單元的一個例子的圖。
圖8是表示本發(fā)明的投影光學單元的調(diào)整機構的一個例子的圖。
圖9是表示本發(fā)明的投影光學單元的調(diào)整機構的一個例子的圖。
圖10是表示本發(fā)明的投影光學單元的截面圖。
具體實施例方式
下面，我們一面參照附圖一面說明本發(fā)明的實施方式。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的一部分截面立體圖。圖像發(fā)生源1表示小型的圖像。圖像發(fā)生源1包含多個反射型和透過型的液晶面板或備有微小鏡子的顯示元件等的光調(diào)制元件。又，圖像發(fā)生源1也可以包含投影型布勞恩管。作為第一光學系統(tǒng)的構成要素的投影透鏡2將圖像發(fā)生源1的圖像投影到屏幕3上。在從投影透鏡2到屏幕3的光路中，為了減少圖像顯示裝置的縱深設置平面反射鏡4。將作為第二光學系統(tǒng)的構成要素的自由曲面鏡5設置在上述投影透鏡2和平面反射鏡4之間。來自投影透鏡的光，被自由曲面鏡5反射導入到平面反射鏡4，進一步被平面反射鏡4反射導入到屏幕3。將這些要素收容在框體6的內(nèi)部，固定在規(guī)定的位置上。又，將上述圖像發(fā)生源1、投影透鏡2和自由曲面鏡5固定在光學系統(tǒng)基座7上形成一體化。下面，我們使用圖2說明根據(jù)本發(fā)明的投影光學單元的構成部件的特征。
圖2是表示用本實施方式的投影光學單元的背面投影型圖像顯示裝置的基本光學構成的截面圖。圖2表示光學系統(tǒng)構成的在XYZ正交坐標系中的YZ截面。這里，令XYZ正交坐標系的原點處于構成圖像發(fā)生源1的圖像顯示元件11的顯示畫面的中央，Z軸與屏幕3的法線平行。Y軸與屏幕的畫面的短邊平行，與屏幕的水平方向相等。X軸與屏幕的畫面的長邊平行，與屏幕的垂直方向相等。
如圖2所示，從圖像顯示元件11射出的光，在由投透過型的透鏡組構成的投影透鏡2中，首先通過由具有旋轉(zhuǎn)對稱的面形狀的多個折射透鏡構成的前組12。此后，通過包含至少一方的面具有旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面形狀的透鏡(以下，稱為“自由曲面透鏡”)的投影透鏡的后組13。此后，被具有旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面形狀的反射面的至少一個的反射鏡(以下，稱為自由曲面鏡)5反射，而且被平面反射鏡4反射后，入射到屏幕3。
這里，當上述圖像顯示元件11為上述光調(diào)制元件時，需要照射該光調(diào)制元件的燈等的照明系統(tǒng)，但是省略了它們的圖示。又，圖像顯示元件11也可以是所謂的3板式那樣地合成多個畫面的方式。關于這時需要的合成用棱鏡等的合成光學系統(tǒng)，也省略了它們的圖示。
在圖2中，因為投影透鏡2的長度長，所以上述圖像顯示元件11的位置只能以對于屏幕的法線的方向遠的縱深大的方式看到。但是，在本實施方式中，在與上述自由曲面鏡5和上述投影透鏡2的后組13之間，上述投影透鏡2的前組12和后組13之間，或者前組12的中途，配置鏡子(圖中未畫出)。因此，使投影透鏡2的光軸在與圖2所示的截面大致垂直的方向中曲折，能夠防止縱深的增大。
在本實施方式中，如圖2所示，上述圖像顯示元件11，將它的顯示畫面的中央配置在上述投影透鏡2的光軸上。從而，從上述圖像顯示元件11的顯示畫面的中央射出，通過上述投影透鏡2的入射瞳孔的中央，向著屏幕3上的畫面中央的光線21大致沿上述投影透鏡的光軸行進(以下，將它稱為畫面中央光線)。該畫面中央光線，在自由曲面鏡5的反射面上的點P2被反射后，再在平面反射鏡4的點P5反射，以與屏幕的法線8形成規(guī)定角度(即傾斜地)入射到屏幕3上的畫面中央的點P8上。以下將該角度稱為“傾斜入射角度”。用θs表示。
即，沿上述投影透鏡2的光軸通過的光線對屏幕傾斜地入射，實質(zhì)上對屏幕傾斜地設置投影透鏡2的光軸。在這種方法中，當傾斜地入射到屏幕上時，除了產(chǎn)生投影的長方形的形狀成為梯形的所謂的梯形畸變外，也產(chǎn)生對光軸旋轉(zhuǎn)非對稱的種種像差。在本實施方式中，用上述投影透鏡2的后組13和上述第二光學系統(tǒng)的反射面對它們進行校正。
在圖2所示截面中，令從上述圖像顯示元件11的畫面下端通過該畫面下端和上述投影透鏡2的入射瞳孔的中央而射出，入射到與其對應的屏幕上的畫面上端的點P9的光線為光線22。又，令從上述圖像顯示元件11的畫面上端通過該畫面上端和上述投影透鏡2的入射瞳孔的中央射出，入射到與其對應的屏幕上的畫面下端的點P7的光線為光線23。從圖2可見，從點P3經(jīng)過點P6到達點P9的光路長比從點P1經(jīng)過點P4到達點P7的光路長長。這意味著從投影透鏡2看，屏幕上的像點P9比像點P7遠。因此，如果與屏幕上的像點P9對應的物點(顯示畫面上的點)是更接近投影透鏡2的點，又，與像點P7對應的物點是離開投影透鏡2更遠的點，則能夠校正像面的傾斜。因此，使在上述圖像顯示元件1的顯示畫面的中央的法線矢量在上述投影透鏡2中對光軸傾斜。具體地說，可以使上述法線矢量，在YZ平面內(nèi)，向著屏幕所處位置的方向地傾斜。為了得到對光軸傾斜的像平面而使物平面傾斜的方法是眾所周知的。但是，在實用的大畫角的情形中，由物平面的傾斜產(chǎn)生像面對光軸非對稱的變形，用旋轉(zhuǎn)對稱的投影透鏡進行校正是困難的。在本實施方式中，因為用不是旋轉(zhuǎn)對稱的，即旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面，所以能夠與非對稱的像面變形對應。因此，通過使物平面傾斜，能夠很大地減少低次的像面畸變，在輔助由自由曲面引起的像差校正方面是有效的。
下面，我們說明各光學要素的作用。作為第一光學系統(tǒng)的投影透鏡2是用于它的前組12將上述圖像顯示元件11的顯示畫面投影在屏幕3上的主透鏡，校正旋轉(zhuǎn)對稱的光學系統(tǒng)中的基本像差。投影透鏡2的后組13包含旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面透鏡。這里在本實施方式中，自由曲面透鏡以凹向它的光射出方向的方式進行彎曲。而且，使自由曲面透鏡的，向著屏幕3下端的光線通過的部分的曲率比向著上述屏幕上端的光線通過的部分的曲率大。而且第二光學系統(tǒng)備有具有旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面形狀的自由曲面鏡。這里在本實施方式中，該自由曲面鏡作為以它的一部分凸向光反射方向的方式進行彎曲的、旋轉(zhuǎn)非對稱的凸面鏡。具體地說，自由曲面鏡的，反射向著屏幕3下方的光的部分的曲率比反射向著上述屏幕上方的光的部分的曲率大。又，也可以自由曲面鏡的，反射向著屏幕下方的光的部分形成凸向該光的反射方向的形狀，反射向著屏幕上方的光的部分形成凹向光的反射方向的形狀。通過上述自由曲面透鏡和自由曲面鏡的作用，主要校正由傾斜入射產(chǎn)生的像差。即，在本實施方式中，第二光學系統(tǒng)主要校正梯形畸變，作為第一光學系統(tǒng)的投影透鏡2的后組13主要校正像面畸變等的非對稱像差。
這樣，本實施方式，第一光學系統(tǒng)至少包含一個旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面透鏡，第二光學系統(tǒng)至少包含一個旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面鏡。因此，可以校正由傾斜投影產(chǎn)生的梯形畸變和像差兩者。
我們優(yōu)選將上述第二光學系統(tǒng)的反射面的坐標原點(這里，作為反射畫面中央光線的位置的坐標)與在投影透鏡2的前組12中最接近屏幕側的透鏡面的光軸方向的距離設定在投影透鏡2前組的焦點距離的5倍以上。因此，能夠由上述第二光學系統(tǒng)的反射面更有效地校正梯形畸變和像差，能夠得到良好的性能。
另一方面，自由曲面鏡，因為它的尺寸越大制造越加非常困難，所以在規(guī)定大小以下是重要的。例如圖2所示的平面反射鏡4的大小，因為也在屏幕畫面的約70％以上，所以在50型以上那樣的大畫面的背面投影中大小超過500mm，當將它做成自由曲面形狀時制造變得非常困難。從而，在背面投影中不適合將該平面反射鏡做成自由曲面。因此，在本實施方式中，使該自由曲面鏡5的尺寸比平面反射鏡3的尺寸小，將該自由反射鏡5配置在平面反射鏡3的下方。而且，以自由曲面鏡5、平面反射鏡的順序反射來自投影透鏡2的圖像光，將它投影到屏幕3上。
以上的說明是根據(jù)圖2所示的實施方式進行的。但是，即便在由鏡子引起的光路的曲折方向與圖2相反處在包含畫面長邊的平面內(nèi)的情形中，也能夠應用與上述說明了的本實施方式同樣的考慮。
因此，在具有折射面的投影透鏡2中，不會導致透鏡的偏心和透鏡直徑的增大，又不會增加透鏡個數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對由傾斜入射引起的梯形畸變的校正。進一步，能夠?qū)崿F(xiàn)縱深小，并且容易制造的投影光學單元。進一步又，如果根據(jù)本實施方式，則能夠提供減少了縱深和屏幕下部的高度的緊湊的裝置，能夠提供由于小的自由曲面鏡而容易制造的光學系統(tǒng)。
下面，我們一面例舉具體的數(shù)值，一面說明本發(fā)明的光學系統(tǒng)的實施例。我們用圖3到圖6和表1到表4說明本發(fā)明的1個數(shù)值實施例。
圖3和圖4表示根據(jù)第一數(shù)值例的本發(fā)明的光學系統(tǒng)的光線圖。在上述的XYZ正交坐標系中，圖3表示YZ截面中的構造，圖4表示XZ截面中的構造。在圖1中，表示了在投影透鏡2的前組12的中途配置曲折鏡使光路一次曲折到X軸方向的例子。在圖3中，省略了該曲折鏡，表示在Z軸方向展開光學系統(tǒng)。圖4表示包含曲折鏡使光路曲折的狀態(tài)的光學系統(tǒng)。曲折鏡在設置位置和角度方面具有若干任意性，又不影響各光學要素的功能。從而，在下面的說明中，我們省略對曲折鏡的說明。
在本例中，從圖3下側顯示的圖像顯示元件11射出的光，在包含多個透鏡的投影透鏡2中，首先通過只由只具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的面的透鏡構成的前組12。而且，通過包含旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面透鏡的后組13，被作為第二光學系統(tǒng)的自由曲面鏡5的反射面反射。使該反射光，在被平面反射鏡4反射后，入射到屏幕3上。
這里，投影透鏡2的前組12由多個全部持有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的折射面的透鏡構成，在各折射面中4個是旋轉(zhuǎn)對稱的非球面，其它是球面。這里用的旋轉(zhuǎn)對稱的非球面用每個面的局域圓柱坐標系，由下列公式表示。
Z=cr21+1-(1+k)c2r2+A·r4+B·r6+C·r8+D·r10+E·r12+F·r14+G·r16+H·r18+J·r20]]>這里，r是離開光軸的距離，Z表示下垂(sag垂度)量。又，c是在頂點的曲率，k是圓錐常數(shù)，A到J是r的乘方項的系數(shù)。
上述投影透鏡2的后組13中的自由曲面透鏡，用將各面的面頂點作為原點的局域坐標系(x，y，z)，由包含X、Y的多項式的下列公式表示。
Z=cr21+1-(1+k)c2r2+Σm·Σn(C(m,n)·xm·yn)]]>這里，Z表示在與X、Y軸垂直的方向中自由曲面的形狀的下垂(sag垂度)量，c是在頂點的曲率，r是在X、Y軸的平面內(nèi)的離開原點的距離，k是圓錐常數(shù)，C(m，n)是多項式的系數(shù)。
表1表示本實施例的光學系統(tǒng)的數(shù)值數(shù)據(jù)，在表1中，S0～S23分別與圖10所示的標號S0～S23對應。這里，S0表示圖像顯示元件11的顯示面，即表示物面，S23表示自由曲面鏡5的反射面。又S24，在圖10中沒有畫出，但是表示屏幕3的入射面，即表示像面。此外，在圖10中，上圖表示本實施例的第一和第二光學系統(tǒng)的垂直方向截面圖，下圖表示該光學系統(tǒng)的水平方向截面圖。
在表1中Rd是各面的曲率半徑，在圖3中當曲率中心在面的左側時用正值表示，當相反時用負值表示。又在表1中TH是面間距離，表示從該透鏡面的頂點到下一個透鏡面的頂點的距離。當對某個透鏡面，下一個透鏡面在圖3中位于左側時面間距離用正值表示，位于右側時用負值表示。進一步，在表1中S5、S6、S17、S18是旋轉(zhuǎn)對稱的非球面，在表1中在面的號碼的旁邊附加*容易區(qū)分地表示出來。這4個面的非球面系數(shù)如表2所示。
在表1中S19到S22是在投影透鏡2的后組13中包含的自由曲面透鏡的各折射面，S23，如上所述，是自由曲面鏡5的反射面，在面的號碼的旁邊附加#表示出來。表示這5個自由曲面的形狀的系數(shù)如表3所示。
在本實施例中，使作為圖像顯示元件11的顯示畫面的物面對投影透鏡2的光軸傾斜-1.163度。傾斜的方向，用正值表示在圖3的截面內(nèi)物面的法線逆時鐘旋轉(zhuǎn)的方向。從而，在本實施例中在圖3的截面內(nèi)使物面在從與投影透鏡2的光軸垂直的位置順時鐘方向傾斜1.163度。
S23的自由曲面鏡5將它的局域坐標的原點設置在上述投影透鏡2的光軸上。而且，使在自由曲面鏡5的局域坐標的原點上的法線，即Z軸從與投影透鏡2的光軸平行的位置傾斜29度地進行配置。傾斜的方向，與上述物面同樣令在圖3的截面內(nèi)逆時鐘旋轉(zhuǎn)的方向為正，從而，在逆時鐘旋轉(zhuǎn)地傾斜。因此，從圖像顯示元件11的畫面中央射出大致沿投影透鏡2的光軸行進的畫面中央光線，在S23反射后，沿對投影透鏡2的光軸只傾斜上述傾斜角度的2倍的58度的方向行進。這里，通過S23的坐標原點，將S23的對投影透鏡2的光軸的傾斜角度的2倍的傾斜方向作為反射后的新光軸，將以后的面配置在該光軸上。表1的S23所示的面間隔的值-400表示下一個S24，位于S23右側，沿上述反射后的光軸將局域坐標的原點配置在400mm距離的點上。也根據(jù)相同的規(guī)則配置以后的面。
表4表示本實施例中的，各面的局域坐標系的傾斜或偏心的樣子。在表4中，在面號碼的右側表示傾斜角度、偏心的值，ADE是在與圖3的截面平行的面內(nèi)的傾斜的大小，它的顯示規(guī)則如上面所示的那樣。又，YDE是偏心的大小，將偏心設定在與圖3的截面平行的面內(nèi)并且在與光軸垂直的方向中，在圖3的截面中令到下側的偏心為正。又，在本實施例中，令YDE為0(即沒有偏心)。
在本發(fā)明中將全部光學要素的傾斜和偏心設定在與圖示的截面平行的截面內(nèi)的方向中。
從表1、表3，我們看到在本實施例中，曲率c和圓錐系數(shù)k成為0。由傾斜入射引起的梯形畸變極大地發(fā)生在傾斜入射的方向上，在與其垂直的方向上畸變小。從而，在傾斜入射的方向和與其垂直的方向上，需要大幅度不同的功能，通過不利用在旋轉(zhuǎn)對稱的全部方向中起作用的上述曲率c和圓錐系數(shù)k，能夠很好地校正非對稱像差。
表1

表2

表3


圖1對比不同乳酸菌蛋白水解變化與ACEI變化關系圖2植物乳桿菌CW006發(fā)酵產(chǎn)物灌胃后24小時內(nèi)對自發(fā)性高血壓大鼠血壓的影響生物材料樣品保藏植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)CW006，已保藏于中國典型培養(yǎng)物保藏中心，簡稱CCTCC，保藏日期為2006年4月10日，保藏編號為CCTCCM206032。
具體實施方式
以下將通過實施例更為詳細地描述本發(fā)明。這些實施例僅具有說明性，本發(fā)明不受這些實施例的限制。
實施例1初步篩選以傳統(tǒng)發(fā)酵食品(豆豉巴，豆醬，酸奶子，西藏靈菇)為樣品，經(jīng)革蘭氏染色和過氧化氫酶實驗將乳酸菌分離、純化、保存，將保存的乳酸菌在37℃條件下在MRS培養(yǎng)基中培養(yǎng)24h后轉(zhuǎn)接入新鮮MRS培養(yǎng)基中，同條件培養(yǎng)12h，菌體離心，用PBS緩沖液重懸，以1％接入10％的脫脂奶(SKM)中，37℃發(fā)酵一定時間，發(fā)酵乳經(jīng)4℃8500×g冷凍離心10min，所得清液用10mol/LNaOH調(diào)pH為8.3，于-70℃條件下保存待測。發(fā)酵乳中抑制ACE活性的測定采用Cushman和Cheung(1971)的方法。

O.DA為不存在抑制劑時的吸光值O.DB為存在抑制劑與ACE時的吸光值O.DC為抑制劑與ACE都不存在時的吸光值得到初選菌株如下表表2 ACE抑制活性乳酸菌初步篩選結果

如從圖7看到的那樣，在本實施方式中，至少1個自由曲面透鏡以凹向它的光射出方向的方式進行彎曲。而且，使自由曲面透鏡的、向著屏幕3下端的光線通過的部分(這里，自由曲面透鏡的下側)的曲率比向著屏幕3上端的光線通過的部分(這里，自由曲面透鏡的上側)的曲率大。又，在本實施方式中，將2個自由曲面透鏡組合起來構成投影透鏡2的后組13。
在本實施方式中，將曲折鏡14設置在前組12的中途。在已有技術中，通過傾斜地進入透鏡保持部件(鏡筒)中的溝槽使內(nèi)部的透鏡組沿該溝槽旋轉(zhuǎn)，沿軸方向移動成像光學系統(tǒng)的透鏡組。在本實施方式中，因為用旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面透鏡，所以不能夠使具有該旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面透鏡的后組13旋轉(zhuǎn)。因此，在本實施方式中，如上所述用根據(jù)已有技術的方法，不能夠沿光軸方向移動透鏡組。另一方面，本實施方式的投影透鏡2的前組12，因為由旋轉(zhuǎn)對稱的透鏡組構成，所以即便使該前組12旋轉(zhuǎn)也不會使光學像變形。因此，可以通過沿軸方向移動前組12的透鏡組使調(diào)焦?？墒?，在這種調(diào)焦中，入射到進行像差校正的后組13的入射面的光線位置發(fā)生變化。當產(chǎn)生這種光線位置的變化時，存在著在后組13中不能夠進行良好的像差校正的情形。從而在本實施方式中，通過固定投影透鏡2的前組12和后組13的位置，改變設置在該投影透鏡2前的圖像顯示元件11的位置和/或改變傾斜，進行組裝調(diào)整時的調(diào)焦。
在圖8中，表示了持有這種調(diào)整期機構的光學單元的一個例子。在圖8中，表示了作為圖像發(fā)生源1的一個例子使用3板式的透過型的液晶面板的情形，但是也可以使用反射式的液晶面板。又，也可以使用備有多個微小鏡子的顯示元件。投影透鏡2，將圖7所示的曲折鏡14設置在前組12的中途。將自由曲面鏡5，與圖像發(fā)生源1和上述投影透鏡2一起，固定在作為光學系統(tǒng)支撐體的光學系統(tǒng)基座7上形成一體化。在固定在光學系統(tǒng)基座7上的部件中，牢固地固定投影透鏡2，形成一體化。另一方面，以能夠用調(diào)整機構15調(diào)整至少上下方向(將與上述X軸平行的軸作為旋轉(zhuǎn)中心)的傾斜、和前后方向(上述Z軸方向)，即圖像發(fā)生源1的射出側和投影透鏡2的前組12之間的距離的方式，將圖像發(fā)生源1固定在光學系統(tǒng)基座7上。又，用設置在光學系統(tǒng)基座7上的支撐工具16，以將該自由曲面鏡5的大致中心作為中心軸可以旋轉(zhuǎn)的方式，固定自由曲面鏡5。在圖8中，旋轉(zhuǎn)中心用的銷17從它的兩端可以夾持自由曲面鏡5的中心，將它作為軸可以使自由曲面鏡5旋轉(zhuǎn)。自由曲面鏡5的下端經(jīng)過旋轉(zhuǎn)用引導槽18與固定用蝶形螺帽19結合。而且，通過用固定用蝶形螺帽19，沿旋轉(zhuǎn)用引導槽18滑動自由曲面鏡5的下端，可以將銷17作為中心軸使自由曲面鏡5旋轉(zhuǎn)。因此，能夠調(diào)整在自由曲面鏡5的反射面中心的法線和投影透鏡2的光軸所成的角度即自由曲面鏡5的傾斜角。
在本例中，作為圖像發(fā)生源1，使用與紅、綠、藍色對應的3種透過型液晶面板31。由交叉二色棱鏡32合成來自這些液晶面板的圖像。
也可以通過分別單獨地移動各液晶面板31進行與紅、綠、藍色對應的圖像的調(diào)焦。但是，這時，投影顯示位置調(diào)整、像素的位置調(diào)整、像面像差校正等，要校正的物理量增多。因此，通過只移動各液晶面板31進行全部調(diào)整是困難的。因此在本實施方式中，將各液晶面板31的移動用作像素的位置調(diào)整，將保持圖像發(fā)生源1的調(diào)整機構15用作用于投影顯示的位置調(diào)整和像面像差校正，與各液晶面板31的調(diào)整分離開來。又，畸變像差的校正可以通過自由曲面鏡5的旋轉(zhuǎn)來進行。在本實施方式中，通過這樣地與要校正的物理量一致地分離校正機構，能夠容易地進行圖像的調(diào)焦。
如以上說明了的那樣，能夠分離校正機構是根據(jù)下列理由。即，在本實施方式中，(1)將投影透鏡2的前組12作為用于將液晶面板31的顯示畫面投影到屏幕3上的主透鏡，并且以校正旋轉(zhuǎn)對稱光學系統(tǒng)中的基本像差的方式構成前組12；(2)將投影透鏡2的后組13作為旋轉(zhuǎn)非對稱的自由曲面透鏡，以主要校正像面像差的方式進行構成；(3)以主要校正畸變像差的方式構成自由曲面鏡5；因此，可以構成上述那樣的校正機構。
本發(fā)明的投影光學單元的其它實施例如圖9所示。與圖8不同之處是可以沿軸方向移動在投影透鏡2的前組中、最大正放大率的透鏡組(圖中未畫出。以下稱為放大率透鏡)。為了沿軸方向移動放大率透鏡，通過使透鏡移動用引導槽36傾斜地進入透鏡保持部件(鏡筒)中，使內(nèi)部的透鏡組沿該溝槽旋轉(zhuǎn)而進行。在圖9中，通過透鏡固定用蝶形螺帽37與放大率透鏡或保持它的要素結合，使它沿上述引導槽36滑動，使放大率透鏡沿它的光軸軸移動。即，在本例中，由引導槽36和透鏡固定用蝶形螺帽37構成用于調(diào)焦的調(diào)整機構。通過在投影透鏡2中追加該功能，能夠以可以調(diào)整圖像發(fā)生源1的方式省略固定在光學系統(tǒng)基座7上的調(diào)整機構35。又，在圖8的例子中當用放大率透鏡的調(diào)整機構時，至少可以省去上述前后方向(Z軸方向)的距離調(diào)整。
如上述那樣，如果根據(jù)本實施方式，則能夠?qū)崿F(xiàn)很好地減少裝置的縱深尺寸且組裝調(diào)整容易的背面投影型彩色圖像顯示裝置。又，在上述光學系統(tǒng)中，如果除去平面反射鏡將從圖像顯示元件到自由曲面鏡收納在1個裝置中，則形成前面投影型的顯示裝置。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)從裝置到屏幕的距離非常短的緊湊的前面投影裝置。
權利要求
1.一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于它包括屏幕、圖像顯示元件、用于放大所述圖像顯示元件的圖像的包含多個透鏡的第一光學系統(tǒng)、和用于反射來自所述第一光學系統(tǒng)的光而相對所述屏幕的法線以規(guī)定角度導入到所述屏幕的第二光學系統(tǒng)，其中，所述第一光學系統(tǒng)包含具有凹向光射出方向的面，并且持有相對光軸旋轉(zhuǎn)非對稱的形狀的至少一塊非對稱透鏡；所述第二光學系統(tǒng)包含至少一部分反射面凸向反射方向的、至少一塊凸面鏡；將所述第一光學系統(tǒng)和第二光學系統(tǒng)設置在共同的光學系統(tǒng)支撐單元上。
2.根據(jù)權利要求1所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述第一光學系統(tǒng)包含備有多個透鏡元件的投影透鏡，該投影透鏡包括包含相對它的光軸對稱的透鏡的前組、和包含所述非對稱透鏡的后組。
3.根據(jù)權利要求2所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述非對稱透鏡的向著所述屏幕下端的光線通過的部分的曲率比向著所述屏幕上端的光線通過的部分的曲率大。
4.根據(jù)權利要求2所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于使所述投影透鏡的光軸和所述圖像顯示元件的中心位置大致相同。
5.根據(jù)權利要求1所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于它進一步包括用于反射由所述凸面鏡反射的光，將其導入到所述屏幕的平面鏡。
6.根據(jù)權利要求5所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述凸面鏡的、反射向著所述屏幕的下方的光的部分的曲率比反射向著所述屏幕的上方的光的部分的曲率大。
7.根據(jù)權利要求5所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述凸面鏡，反射向著所述屏幕的下方的光的部分在該光的反射方向形成凸出的形狀，反射向著所述屏幕的上方的光的部分在光的反射方向形成凹入的形狀。
8.一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于它包括圖像顯示元件；第一光學系統(tǒng)，具有包含持有相對通過所述圖像顯示元件的大致中心的軸成對稱形狀的面的共軸光學系統(tǒng)的前組、和包含單側或兩側的面形成自由曲面形狀的至少1個自由曲面透鏡的后組，包含將在所述圖像顯示元件上顯示的圖像放大并投影到屏幕上的投影透鏡；和第二光學系統(tǒng)，包含至少1個具有自由曲面形狀的自由曲面鏡，將來自所述投影透鏡的放大圖像相對于所述屏幕傾斜地投影，將所述圖像顯示元件、所述投影透鏡和所述第二光學系統(tǒng)分別固定在共同的光學系統(tǒng)基座上。
9.根據(jù)權利要求8所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于它進一步包括用于可以進行來自包含所述圖像顯示元件的圖像發(fā)生源的光的射出方向與所述投影透鏡光軸的角度的調(diào)整、和所述圖像發(fā)生源與所述投影透鏡的光學距離的調(diào)整的至少一方的機構。
10.根據(jù)權利要求8所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于它進一步包括用于可使所述自由曲面鏡以該自由曲面鏡的大致中心作為中心軸而旋轉(zhuǎn)的機構。
11.根據(jù)權利要求8所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于它進一步包括用于可使所述投影透鏡的前組中正放大率最大的透鏡組沿所述投影透鏡的光軸方向移動的機構。
12.一種用于投影型圖像顯示裝置的光學單元，其特征在于它包括圖像顯示元件；第一光學系統(tǒng)，具有包含持有相對通過所述圖像顯示元件的大致中心的軸成對稱形狀的面的共軸光學系統(tǒng)的前組、和包含單側或兩側的面形成自由曲面形狀的至少1個自由曲面透鏡的后組，包含將在所述圖像顯示元件上顯示的圖像放大并投影到屏幕上的投影透鏡；和第二光學系統(tǒng)，包含至少1個具有自由曲面形狀的自由曲面鏡，將來自所述投影透鏡的放大圖像相對于所述屏幕傾斜地投影，將所述圖像顯示元件、所述投影透鏡和所述第二光學系統(tǒng)分別固定在共同的光學系統(tǒng)基座上。
13.根據(jù)權利要求12所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于它進一步包括用于可以進行來自包含所述圖像顯示元件的圖像發(fā)生源的光的射出方向與所述投影透鏡光軸的角度的調(diào)整、和所述圖像發(fā)生源與所述投影透鏡的光學距離的調(diào)整的至少一方的機構。
14.根據(jù)權利要求12所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于它進一步包括用于可使所述自由曲面鏡以該自由曲面鏡的大致中心作為中心軸而旋轉(zhuǎn)的機構。
15.根據(jù)權利要求12所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于它進一步包括用于可使所述投影透鏡的前組中正放大率最大的透鏡組沿所述投影透鏡的光軸方向移動的機構。
全文摘要
本發(fā)明提供即便將圖像斜向地放大投影到屏幕上也能夠抑制梯形畸變或像差兩者，并且組裝調(diào)整容易的投影圖像顯示裝置和用于它的投影光學單元。因此，本發(fā)明，將圖像發(fā)生源(1)固定在光學系統(tǒng)基座(7)上，用調(diào)整機構(15)，至少能夠調(diào)整圖像發(fā)生源(1)的上下方向的傾斜(將與X軸平行的軸作為旋轉(zhuǎn)中心)、和前后方向(Z軸方向)的距離。進一步，也將作為第一光學系統(tǒng)的投影透鏡(2)和作為第二光學系統(tǒng)的自由曲面鏡(5)固定在光學系統(tǒng)基座(7)上。而且形成將自由曲面鏡(5)的大致中心作為中心軸可以在上下方向(將與X軸平行的軸作為旋轉(zhuǎn)中心)旋轉(zhuǎn)的構成。
文檔編號G03B21/28GK1844968SQ20051012794
公開日2006年10月11日 申請日期2005年12月7日 優(yōu)先權日2005年4月8日
發(fā)明者吉川博樹, 久田隆紀, 大石哲, 平田浩二, 小倉直之 申請人:株式會社日立制作所