專利名稱：投影光學裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及構(gòu)成為包含投影光學系統(tǒng)的光學系統(tǒng)，尤其涉及能夠在圓筒狀的投影面(屏幕)上投影不存在像失真的高分辨率影像的投影光學裝置。
背景技術(shù)：
關(guān)于使用投影光學系統(tǒng)在圓筒屏幕上投影實像的投影光學系統(tǒng)，日本特開 2007-334019號公報公開了一種在投影具有360度全方位(全周)視場角的圖像的光學系統(tǒng)中，提供小型且雜光較少的分辨率良好的光學系統(tǒng)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
優(yōu)選投影光學裝置具有投影光學系統(tǒng)，其對顯示于二維構(gòu)成的影像顯示元件上的影像進行投影；圓筒屏幕，其相對于所述投影光學系統(tǒng)偏心，由所述投影光學系統(tǒng)投影的影像被投影在該圓筒屏幕上；以及校正光學系統(tǒng)，其具有光學元件，該光學元件的屈光力在 X軸方向和Y軸方向上不同，所述Y軸方向是所述圓筒屏幕的旋轉(zhuǎn)中心軸的方向，所述X軸方向是與第1面垂直的方向，所述第1面包含從所述投影光學系統(tǒng)朝向所述圓筒屏幕的光束的中心主光線。另外，優(yōu)選屈光力在Y軸方向和X軸方向上不同的所述光學元件是圓筒鏡。另外，優(yōu)選所述校正光學系統(tǒng)具有屈光力在Y軸方向和X軸方向上不同的第1光學元件；對第1光學元件產(chǎn)生的像散進行校正的、相對于光軸旋轉(zhuǎn)非對稱的第2光學元件。另外，優(yōu)選所述圓筒屏幕的弧的角度為30度以上。另外，優(yōu)選投影到所述圓筒屏幕上的投影中心的中心主光線的角度為10度以上。另外，優(yōu)選滿足以下條件式(1)，Rr < 500. · · (1)，其中，Rr是圓筒鏡在水平方向上的曲率半徑。另外，優(yōu)選滿足以下條件式0)，2 < Rs/Rr. . . (2),其中，Rs是屏幕的曲率半徑，Rr是圓筒鏡在水平方向上的曲率半徑。參照以下的說明，可以更清晰地理解本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點的一部分。因此，本發(fā)明包含了在下文所述的結(jié)構(gòu)中例示的結(jié)構(gòu)特征、要素組合以及部件設(shè)置，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求確定。


圖1是說明實施方式的坐標系和第1面的圖。圖2是說明實施方式的坐標系和第2面的圖。圖3是對實施例1的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出^平面的截面的圖。圖4是關(guān)于實施例1的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)的ZX平面的平面圖。
圖5是示出實施例1的光學系統(tǒng)整體的橫像差圖的圖。圖6是示出實施例1的光學系統(tǒng)整體的橫像差圖的圖。圖7是示出實施例1的光學系統(tǒng)整體的像失真的圖。圖8是對實施例2的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出TL平面的截面的圖。圖9是關(guān)于實施例2的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)的ZX平面的平面圖。圖10是示出實施例2的光學系統(tǒng)整體的橫像差圖的圖。圖11是示出實施例2的光學系統(tǒng)整體的橫像差圖的圖。圖12是示出實施例2的光學系統(tǒng)整體的像失真的圖。圖13是對實施例3的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出TL平面的截面的圖。圖14是關(guān)于實施例3的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)的ZX平面的平面圖。圖15是示出實施例3的光學系統(tǒng)整體的橫像差圖的圖。圖16是示出實施例3的光學系統(tǒng)整體的橫像差圖的圖。圖17是示出實施例3的光學系統(tǒng)整體的像失真的圖。圖18是對實施例4的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出TL平面的截面的圖。圖19是關(guān)于實施例4的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)的ZX平面的平面圖。圖20是示出實施例4的光學系統(tǒng)整體的橫像差圖的圖。圖21是示出實施例4的光學系統(tǒng)整體的橫像差圖的圖。圖22是示出實施例4的光學系統(tǒng)整體的像失真的圖。圖23是對其他實施例的校正光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出TL平面的截面的圖。圖M是關(guān)于其他實施例的校正光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)的ZX平面的平面圖。圖25對實施方式涉及的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出^平面的截面以及觀察者所觀察到的情形的圖。
具體實施例方式下面根據(jù)實施例說明投影光學裝置。首先說明實施方式的坐標系。圖1是說明實施方式的坐標系和第1面的圖，圖2 是說明實施方式的坐標系和第2面的圖。如圖1和圖2所示，使用了本實施方式的光學系統(tǒng)的投影光學裝置被構(gòu)造成包含投影光學系統(tǒng)13、校正光學系統(tǒng)12和圓筒屏幕11。從投影光學系統(tǒng)13投影的影像被圓筒鏡等校正光學系統(tǒng)12反射，投影于圓筒屏幕11上。關(guān)于本實施方式的光學系統(tǒng)的坐標系，將從投影光學系統(tǒng)13射出的中心主光線C 經(jīng)過校正光學系統(tǒng)12而與圓筒屏幕11交叉的點作為投影中心S0，將從投影中心SO向圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila引出垂線Al時旋轉(zhuǎn)中心軸Ila與垂線Al的交點作為原點0。另外，如圖1所示，將包含圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila與中心主光線C的面設(shè)為第1面101。另外，如圖2所示，將與圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila垂直并包含投影中心 SO的面設(shè)為第2面102。進而，將第1面101設(shè)為TL面，將第2面102設(shè)為ZX面，從而定義CTZ坐標。接著根據(jù)實施例1說明本實施方式的投影光學裝置。圖3是對實施例1的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出^平面的截面的圖，圖4是關(guān)于實施例1的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)的ZX平面的平面圖。本實施方式的投影光學裝置具有通過理想透鏡13a對顯示于二維構(gòu)成的影像顯示元件1 上的影像進行投影的投影儀等投影光學系統(tǒng)13 ；相對于投影光學系統(tǒng)13偏心的圓筒屏幕11，由投影光學系統(tǒng)13投影的影像被投影在該圓筒屏幕11上，該投影光學裝置還具有校正光學系統(tǒng)12，該校正光學系統(tǒng)12具有光學元件12a、12b，該光學元件12a、12b 的屈光力、即能力在X軸方向和Y軸方向上不同，所述Y軸方向是圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila的方向，所述X軸方向是與第1面101垂直的方向，該第1面101包含從投影光學系統(tǒng)13朝向圓筒屏幕11的光束的中心主光線C。由于投影光學系統(tǒng)13與圓筒屏幕11偏心，因而影像會斜向投影，因此當以圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila的方向作為Y軸方向、以與包含從投影光學系統(tǒng)13朝向圓筒屏幕 11的光束的中心主光線C在內(nèi)的第1面101垂直的方向作為X軸方向的情況下，與投影光學系統(tǒng)13所投影的影像的X軸方向平行的線段會以斜切圓筒的狀態(tài)到達作為投影面的圓筒屏幕11。這種在影像顯示元件1 上處于水平方向的直線的影像在圓筒屏幕11上會彎曲成弓形投影出來。另外，如果至少使用1個屈光力、即能力在X軸方向和Y軸方向上不同的光學元件 12a，并偏心地配置，則會產(chǎn)生弓形的像失真，其中，所述Y軸方向是圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila的方向，所述X軸方向是與第1面101垂直的方向，該第1面101包含從投影光學系統(tǒng)13朝向圓筒屏幕11的光束的中心主光線C。本實施方式的投影光學裝置成功地通過該像失真對斜向投影于圓筒屏幕11上時產(chǎn)生的弓形像失真進行了校正。因此，能夠提供一種能夠以簡單的結(jié)構(gòu)將平面的影像顯示元件的影像以沒有像失真且高分辨率的方式投影到圓筒狀的投影面(圓筒屏幕)上的投影光學裝置。另外，優(yōu)選屈光力在Y軸方向和X軸方向上不同的光學元件為圓筒鏡12a。通過由反射面構(gòu)成光學元件，不會產(chǎn)生色差，還能大幅減少其他像差的產(chǎn)生。另外，校正光學系統(tǒng)12優(yōu)選具有屈光力在Y軸方向和X軸方向上不同的第1光學元件12a、對第1光學元件1 產(chǎn)生的像散進行校正的相對于光軸旋轉(zhuǎn)非對稱的第2光學元件1北。通過使用相對于光軸旋轉(zhuǎn)非對稱的第2光學元件12b來校正像散，能夠觀察高分辨率的投影像，其中，所述第2光學元件12b對屈光力在Y軸方向和X軸方向上不同的第1 光學元件1 所產(chǎn)生的像散進行校正。相對于光軸旋轉(zhuǎn)非對稱的光學元件可以是圓柱透鏡，也可以是自由曲面透鏡，還可以是自由曲面反射鏡、軸對稱自由曲面。更優(yōu)選的是，使用自由曲面的高次項進行校正，從而能投影分辨率更高的影像。另外，優(yōu)選圓筒屏幕11的弧的角度為30度以上。如果為30度以上，則會大幅產(chǎn)生弓形的像失真，視覺上會產(chǎn)生不適感，因此校正光學系統(tǒng)12的校正更具效果。另外，優(yōu)選中心主光線相對于圓筒屏幕11的投影中心SO投影的角度為10度以上。如果為10度以上，則所產(chǎn)生的弓形像失真會變得較大，從而導致不適感，因此校正光學系統(tǒng)12的校正更具效果。另外，優(yōu)選滿足以下條件式⑴，Rr < 500. · · (1)，其中，Rr是圓筒鏡在水平方向上的曲率半徑。
如果超過了條件式⑴的上限，則無法加大水平方向(X軸方向)的畫面放大率， 無法得到大的水平視場角。另外，優(yōu)選滿足以下條件式(2)。2 < Rs/Rr. · · (2)，其中，Rs是屏幕的曲率半徑，Rr是圓筒鏡在水平方向上的曲率半徑。如果低于條件式(2)的下限，則水平方向(X軸方向)上的投影像放大率會變小， 無法實現(xiàn)大視場角的投影。下面說明投影光學裝置1的光學系統(tǒng)的實施例。后面描述這些光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。這些實施例等的結(jié)構(gòu)參數(shù)是通過從圓筒屏幕11表面向著影像顯示元件13b的逆向光線追蹤來追蹤的。如圖1和圖2所示，坐標系以從投影光學系統(tǒng)13射出的中心主光線C經(jīng)過校正光學系統(tǒng)12而與圓筒屏幕11交叉的點作為投影中心S0，以從投影中心SO向圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila引出垂線Al時旋轉(zhuǎn)中心軸Ila與垂線Al的交點作為偏心光學系統(tǒng)的原點 0。另外，以旋轉(zhuǎn)中心軸Ila從原點0朝向投影光學系統(tǒng)13的方向作為Y軸正方向，以朝向投影中心SO的相反側(cè)的方向作為Z軸正方向。而且將與Y軸、Z軸一起構(gòu)成右手正交坐標系的軸作為X軸正方向。另外，如圖1所示，將包含圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila與中心主光線C在內(nèi)的面作為第1面101。另外，如圖2所示，將與圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila垂直且包含投影中心SO的面作為第2面102。進而，將第1面101作為TL面，將第2面102作為ZX面來定義CTZ坐標。對于偏心面，賦予了偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向分別為X、Y、Z)和傾角 (分別為α、β、Y(° ))，其中偏心量是定義該面的坐標系相對于所述光學系統(tǒng)的原點中心的偏心量，傾角是以光學系統(tǒng)的原點處定義的坐標系的X軸、Y軸、Z軸分別作為中心的、 定義各面的坐標系的傾角。這種情況下，α和β的正表示相對于各軸的正方向的逆時針旋轉(zhuǎn)，Y的正表示相對于Z軸正方向的順時針旋轉(zhuǎn)。并且，面的中心軸的α、β、Υ的旋轉(zhuǎn)方式是使定義各面的坐標系首先繞光學系統(tǒng)的原點處定義的坐標系的X軸逆時針旋轉(zhuǎn)α， 然后繞該旋轉(zhuǎn)后的新坐標系的Y軸逆時針旋轉(zhuǎn)β，接著繞該旋轉(zhuǎn)后的又一個新的坐標系的 Z軸順時針旋轉(zhuǎn)Y。在構(gòu)成各實施例的光學系統(tǒng)的光學作用面中，在特定的面和與其相接的面構(gòu)成共軸光學系統(tǒng)的情況下，賦予面間隔，此外還按照慣用方式賦予面的曲率半徑、介質(zhì)的折射率、阿貝數(shù)。并且，沒有記載數(shù)據(jù)的系數(shù)項為0。折射率、阿貝數(shù)是對于d線(波長587. 56nm) 而記述的。另外，沒有特別說明的長度單位為mm。另外，實施方式所使用的自由曲面的表面形狀是通過下式(a)來定義的。并且該定義式的Z軸是自由曲面的軸。Z = (r2/R)/[\ + ^l-(l + k)(r/R)2] + CjXmYn(a)
；=1其中，式(a)的第1項為球面項，第2項為自由曲面項。在球面項中，R是頂點的曲率半徑，k是圓錐常數(shù)，Γ = Λ/Χ2+Γ2。自由曲面項為66YjCjXmYn
；=1=c1+c2x+c3y+c4x2+c5xy+c6y2+c7x3+c8x2y+c9xy2—c10y3+cnx4+c12x3y+c13x2y2+c14xy3+c15y4 +c16x5+c17x4y+c18x3y2+c19x2y3+c20xy4+c21y5+c22x6+c23x5y+c^4x4y2+c25x3y3+c26x2y4+c27xy5+c28y6+c^9x7+c30x6y+c31x5y2+c32x4y3+c^3x3y4+c34x2y5+c35xy6+(^6y7......其中，Cj (j是大于等于1的整數(shù))是系數(shù)。上述自由曲面通常不在X-Z面、Y-Z面都具有對稱面，而在本實施方式中，通過使X 的奇數(shù)次項都為零，成為僅具有1個與Y-Z面平行的對稱面的自由曲面。例如在上述定義
式(a)中,通過使 C2 Λ C5 Λ C7 Λ C9 Λ C12 Λ C14 Λ C16 Λ ￠^、C2Q、C2 3、C2 5、C2 、C29 Λ C3l Λ C33、Cp......白勺各
項的系數(shù)為零就可以實現(xiàn)。另外，通過使Y的奇數(shù)次項都為零，能夠成為僅存在1個與X-Z平面平行的對稱面的自由曲面。例如在上述定義式中，通過使C3、C5、C8、C10, C12, C14, C17, C19, C21, C23> C25, C27, C30> C32> C34> C36.......的各項系數(shù)為零就可以實現(xiàn)。另外，通過將上述對稱面的方向中的某一個設(shè)為對稱面，將與其對應的方向的偏心、例如光學系統(tǒng)相對于與Y-Z面平行的對稱面的偏心方向設(shè)為Y軸方向，將光學系統(tǒng)相對于與X-Z面平行的對稱面的偏心方向設(shè)為X軸方向，從而能有效校正由于偏心而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)非對稱的像差，并且能同時提升生產(chǎn)性。另外，上述定義式(a)如上所示是作為1個例子示出來的，本實施方式的自由曲面的特征在于，通過使用僅具有1個對稱面的旋轉(zhuǎn)非對稱的面，從而校正偏心所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)非對稱的像差，同時提升生產(chǎn)性，對于其他任意的定義式也能獲得同樣效果，這無需贅言。說明實施例1。圖3是對實施例1的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出^平面的截面的圖，圖4是關(guān)于實施例1的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)的ZX平面的截面的圖。另外，圖5和圖 6是光學系統(tǒng)整體的橫向像差圖，圖7是示出像失真的圖。實施例1的投影光學裝置具有通過理想透鏡13a對顯示于二維構(gòu)成的影像顯示元件13b的影像進行投影的投影儀等投影光學系統(tǒng)13 ；以及相對于投影光學系統(tǒng)13偏心的圓筒屏幕11，由投影光學系統(tǒng)13投影的影像被投影在該圓筒屏幕11上，該投影光學裝置還具有校正光學系統(tǒng)12，該校正光學系統(tǒng)12具有作為第1光學元件的圓筒鏡12a，該圓筒鏡12a的屈光力、即能力在X軸方向和Y軸方向上不同，其中，所述Y軸方向是圓筒屏幕11 的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila的方向，所述X軸方向是與第1面101垂直的方向，該第1面101包含從投影光學系統(tǒng)13朝向圓筒屏幕11的光束的中心主光線C。另外，實施例1的校正光學系統(tǒng)12具有相對于光軸A2旋轉(zhuǎn)非對稱的第2光學元件即圓柱透鏡12b，該圓柱透鏡12b對圓筒鏡1 產(chǎn)生的像散進行校正。圓筒屏幕11是以旋轉(zhuǎn)中心軸Ila為中心，在ZX平面內(nèi)具有曲率的反射面。另夕卜，圓筒鏡1 是直徑長度與圓筒屏幕11不同且在ZX平面內(nèi)具有曲率的反射面。連接圓筒屏幕11的投影中心SO與坐標原點0的線Al被配置成相對于投影光學系統(tǒng)13中的理想透鏡13a的中心軸A2和影像顯示元件13b的中心軸A3，向Y軸方向偏心。另外，若以中心主光線C在圓筒鏡12a上反射的點作為反射中心R0，則反射中心RO在 Y軸方向上的位置配置于線Al與中心軸A2和中心軸A3之間。其結(jié)果是，從投影光學系統(tǒng) 13斜向投影于圓筒鏡1 上的投影像會被圓筒鏡12a反射而投影到圓筒屏幕11上成為投影像，被觀察者觀察到。另外，圖3和圖4示出虛線所包圍的部分的放大圖。投影光學系統(tǒng)13構(gòu)成為包含 IXD等顯示影像的影像顯示元件13b、理想透鏡13a。圓柱透鏡12b的圓柱面r4上設(shè)有光圈。如圖3所示，實施例1的投影光學系統(tǒng)13的理想透鏡13a的中心軸A2相對于影像顯示元件13b的中心軸A3偏心配置。因此，從影像顯示元件13b照射的影像要使用理想透鏡13a的周邊來投影，與使用移軸鏡頭的情況同樣，對偏心配置的圓筒鏡1 斜向投影。如上，希望在影像顯示元件1 移軸偏心而進行斜向投影的情況下不產(chǎn)生畸變。 并且，雖然在將投影光學系統(tǒng)13傾斜而成為傾斜配置的情況下會產(chǎn)生梯形像失真，然而可以對這種像失真進行電子校正。在實施例中，作為在X軸方向上擴大投影視場角的手段，使用圓筒鏡12a(圓筒反射面)。然而使用圓筒鏡1 會產(chǎn)生像散，形成于圓筒屏幕11上的影像會變差。于是使用由圓柱透鏡12b構(gòu)成的第2光學元件來校正該像散。在逆向光線追蹤中，從作為物體面的圓筒屏幕11 (rl)射出的光束被校正光學系統(tǒng)12的圓筒鏡12a(r3)反射，入射到設(shè)置了光圈的圓柱透鏡12b的圓柱面(r4)。此后透過圓柱透鏡12b而從相反側(cè)表面(rf)射出的光束入射到投影光學系統(tǒng)13的理想透鏡 13a(r6)0而且，從理想透鏡13a (r6)射出的光束到達與影像顯示元件13b (r7)的光軸間隔開的半徑方向的規(guī)定位置。設(shè)坐標原點0為r2。實施例1的圓筒屏幕11是在中心位置具有原點0的半徑Im的圓筒面內(nèi)側(cè)。另外， 理想透鏡13的焦距為50mm，出射光瞳直徑為15mm。圖7是示出實施例1的像失真的圖。外側(cè)的大致四邊形表示最大像高處的失真， 內(nèi)側(cè)的大致四邊形表示最大像高X0. 7的像面處的失真?？芍笾滤倪呅蔚纳线吪c下邊接近于水平，弓形的像失真得以校正。說明實施例2。圖8是對實施例2的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出^平面的截面的圖，圖9是關(guān)于實施例2的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)的ZX平面的平面圖。另外，圖10和圖 11是光學系統(tǒng)整體的橫向像差圖，圖12是示出像失真的圖。實施例2的投影光學裝置具有通過理想透鏡13a對顯示于二維構(gòu)成的影像顯示元件1 上的影像進行投影的投影儀等投影光學系統(tǒng)13 ；以及相對于投影光學系統(tǒng)13偏心的圓筒屏幕11，由投影光學系統(tǒng)13投影的影像被投影在該圓筒屏幕11上，該投影光學裝置還具有校正光學系統(tǒng)12，該校正光學系統(tǒng)12具有作為第1光學元件的圓筒鏡12a，該圓筒鏡12a的屈光力、即能力在圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila的方向(Y軸方向)和與包含從投影光學系統(tǒng)13朝向圓筒屏幕11的光束的中心主光線C在內(nèi)的第1面101垂直的方向 (X軸方向)上不同。
另外，實施例2的校正光學系統(tǒng)12具有作為第2光學元件的圓柱透鏡12b，該圓柱透鏡12b對圓筒鏡1 產(chǎn)生的像散進行校正，相對于光軸A2旋轉(zhuǎn)非對稱。圓筒屏幕11是以旋轉(zhuǎn)中心軸Ila為中心，在ZX平面內(nèi)具有曲率的反射面。另夕卜， 圓筒鏡1 是直徑長度與圓筒屏幕11不同且在ZX平面內(nèi)具有曲率的反射面。連接圓筒屏幕11的投影中心SO與坐標原點0的線Al配置成相對于投影光學系統(tǒng)13中的理想透鏡13a的中心軸A2和影像顯示元件13b的中心軸A3，向Y軸方向偏心。 另外，若以中心主光線C在圓筒鏡1 上反射的點作為反射中心R0，則反射中心RO在Y軸方向上的位置配置于線Al與中心軸A2和中心軸A3之間。其結(jié)果是，從投影光學系統(tǒng)13 斜向投影于圓筒鏡1 上的投影像被圓筒鏡1 反射而投影于圓筒屏幕11上成為投影像， 被觀察者觀察到。另外，圖8和圖9示出虛線所包圍的部分的放大圖。投影光學系統(tǒng)13構(gòu)成為包含 IXD等顯示影像的影像顯示元件13b、理想透鏡13a。圓柱透鏡12b的圓柱面r4上設(shè)有光圈。如圖8所示，實施例2的投影光學系統(tǒng)13的理想透鏡13a的中心軸A2相對于影像顯示元件13b的中心軸A3偏心配置。因此，從影像顯示元件1 照射的影像要使用理想透鏡13a的周邊來投影，與使用移軸鏡頭的情況同樣，對于偏心配置的圓筒鏡1 斜向投影。如上，希望在影像顯示元件1 移軸偏心而進行斜向投影的情況下不產(chǎn)生畸變。 并且，雖然在將投影光學系統(tǒng)13傾斜而成為傾斜配置的情況下會產(chǎn)生梯形像失真，然而可以對這種像失真進行電子校正。在實施例2中，作為在X軸方向上擴大投影視場角的手段，使用圓筒鏡12a (圓筒反射面)。然而使用圓筒鏡1 會產(chǎn)生像散，形成于圓筒屏幕11上的影像會變差。于是使用由圓柱透鏡12b構(gòu)成的第2光學元件來校正該像散。在逆向光線追蹤中，從作為物體面的圓筒屏幕ll(rl)射出的光束被校正光學系統(tǒng)12的圓筒鏡12a(r3)反射，入射到設(shè)置了光圈的圓柱透鏡12b的圓柱面(r4)。此后透過圓柱透鏡12b而從相反側(cè)表面(rf)射出的光束入射到投影光學系統(tǒng)13的理想透鏡 13a(r6)0而且，從理想透鏡13a (r6)射出的光束到達與影像顯示元件1 (r7)的光軸間隔開的半徑方向的規(guī)定位置。設(shè)坐標原點0為r2。實施例2的圓筒屏幕11是在中心位置具有原點0的半徑Im的圓筒面內(nèi)側(cè)。另外， 理想透鏡13的焦距為50mm，出射光瞳直徑為15mm。圖12是示出實施例2的像失真的圖。外側(cè)的大致四邊形表示最大像高的像面處的失真，內(nèi)側(cè)的大致四邊形表示最大像高X0. 7的像面處的失真?？芍笾滤倪呅蔚纳线吪c下邊接近于水平，弓形的像失真得以校正。說明實施例3。圖13是對實施例3的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出^平面的截面的圖，圖14是關(guān)于實施例3的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)的ZX平面的平面圖。另外，圖15和圖16是光學系統(tǒng)整體的橫向像差圖，圖17是示出像失真的圖。實施例3的投影光學裝置具有通過理想透鏡13a對顯示于二維構(gòu)成的影像顯示元件1 上的影像進行投影的投影儀等投影光學系統(tǒng)13 ；以及相對于投影光學系統(tǒng)13偏心的圓筒屏幕11，由投影光學系統(tǒng)13投影的影像被投影在該圓筒屏幕11上，該投影光學裝置還具有校正光學系統(tǒng)12，該校正光學系統(tǒng)12具有作為第1光學元件的第1自由曲面鏡12a，該第1自由曲面鏡12a的屈光力、即能力在圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila的方向(Y 軸方向)和與包含從投影光學系統(tǒng)13朝向圓筒屏幕11的光束的中心主光線C在內(nèi)的第1 面101垂直的方向(X軸方向)上不同。另外，實施例3的校正光學系統(tǒng)12具有作為第2光學元件的第2自由曲面鏡12b， 該第2自由曲面鏡12b對第1自由曲面鏡1 產(chǎn)生的像散進行校正，相對于光軸A2旋轉(zhuǎn)非對稱。圓筒屏幕11是以旋轉(zhuǎn)中心軸Ila為中心，在ZX平面內(nèi)具有曲率的反射面。另夕卜， 第1自由曲面鏡1 是旋轉(zhuǎn)非對稱的反射面。連接圓筒屏幕11的投影中心SO與坐標原點0的線Al配置成相對于投影光學系統(tǒng)13中的理想透鏡13a和影像顯示元件13b的中心軸A2向Y軸方向偏心。另外，若以中心主光線C在第1自由曲面鏡1 上反射的點作為第1反射中心R01，則第1反射中心ROl 在Y軸方向上的位置配置于線Al與中心軸A2之間。另外，若以中心主光線C在第2自由曲面鏡12b上反射的點作為第2反射中心R02，則第2反射中心R02在Y軸方向上的位置配置于第1反射中心ROl與中心軸A2之間。其結(jié)果是，從投影光學系統(tǒng)13斜向投影于第 2自由曲面鏡12b上的投影像被第2自由曲面鏡1 反射，被第1自由曲面鏡1 反射，投影到圓筒屏幕11上成為投影像，被觀察者觀察到。另外，圖13和圖14示出虛線所包圍的部分的放大圖。投影光學系統(tǒng)13構(gòu)成為包含IXD等顯示影像的影像顯示元件13b、理想透鏡13a。另外，在第2自由曲面鏡12b與理想透鏡13a之間設(shè)有光圈S。如圖13所示，實施例3的投影光學系統(tǒng)13的理想透鏡13a的中心軸A2相對于影像顯示元件13b的中心軸A3偏心配置。因此，從影像顯示元件13b照射的影像要使用理想透鏡13a的周邊來投影，正好與使用移軸鏡頭的情況相同，對于偏心配置的第2自由曲面鏡 12b斜向投影。另外，被第2自由曲面鏡12b反射的影像斜向投影到第1自由曲面鏡1 上。如上，希望在影像顯示元件1 移軸偏心而進行斜向投影的情況下不產(chǎn)生畸變。 并且，雖然在將投影光學系統(tǒng)13傾斜而成為傾斜配置的情況下會產(chǎn)生梯形像失真，然而可以對這種像失真進行電子校正。在實施例3中，作為在X軸方向上擴大投影視場角的手段，使用第1自由曲面鏡 12a(反射面)。然而使用第1自由曲面鏡1 會產(chǎn)生像散，形成于圓筒屏幕11上的影像會變差。于是使用由第2自由曲面鏡12b構(gòu)成的第2光學元件來校正該像散。在逆向光線追蹤中，從作為物體面的圓筒屏幕11 (rl)射出的光束被校正光學系統(tǒng)12的第1自由曲面鏡lh(r3)反射，被第2自由曲面鏡12b (r4)反射，通過光圈S (r5)， 入射到投影光學系統(tǒng)13的理想透鏡13a (r6)。而且，從理想透鏡13a (r6)射出的光束到達與影像顯示元件13b (r7)的光軸間隔開的半徑方向的規(guī)定位置。設(shè)坐標原點0為r2。實施例3的圓筒屏幕11是在中心位置具有原點0的半徑Im的圓筒面內(nèi)側(cè)。另外， 理想透鏡13的焦距為50mm，出射光瞳直徑為15mm。圖17是示出實施例3的像失真的圖。外側(cè)的大致四邊形表示最大像高的像面處的失真，內(nèi)側(cè)的大致四邊形表示最大像高X0. 7的像面處的失真?？芍笾滤倪呅蔚纳线吪c下邊接近于水平，弓形的像失真得以校正。
說明實施例4。圖18是對實施例4的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)示出TL平面的截面的圖，圖19是關(guān)于實施例4的光學系統(tǒng)及其周邊結(jié)構(gòu)的ZX平面的平面圖。另外，圖20和圖21是光學系統(tǒng)整體的橫向像差圖，圖22是示出像失真的圖。實施例4的投影光學裝置具有通過理想透鏡13a對顯示于二維構(gòu)成的影像顯示元件1 上的影像進行投影的投影儀等投影光學系統(tǒng)13 ；以及相對于投影光學系統(tǒng)13偏心的圓筒屏幕11，由投影光學系統(tǒng)13投影的影像被投影在該圓筒屏幕11上，該投影光學裝置還具有校正光學系統(tǒng)12，該校正光學系統(tǒng)12具有作為第1光學元件的圓筒鏡12a，該圓筒鏡12a的屈光力、即能力在圓筒屏幕11的旋轉(zhuǎn)中心軸Ila的方向(Y軸方向)和與包含從投影光學系統(tǒng)13朝向圓筒屏幕11的光束的中心主光線C在內(nèi)的第1面101垂直的方向 (X軸方向)上不同。另外，實施例4的校正光學系統(tǒng)12具有作為第2光學元件的圓柱透鏡12b，該圓柱透鏡12b對圓筒鏡1 產(chǎn)生的像散進行校正，相對于光軸A2旋轉(zhuǎn)非對稱。圓筒屏幕11是以旋轉(zhuǎn)中心軸Ila為中心，在ZX平面內(nèi)具有曲率的反射面。另夕卜， 圓筒鏡1 是直徑長度與圓筒屏幕11不同且在ZX平面內(nèi)具有曲率的反射面。連接圓筒屏幕11的投影中心SO與坐標原點0的線Al配置成相對于投影光學系統(tǒng)13中的理想透鏡13a的中心軸A2和影像顯示元件13b的中心軸A3，向Y軸方向偏心。 另外，若以中心主光線C在圓筒鏡1 上反射的點作為反射中心R0，則反射中心RO在Y軸方向上的位置配置于線Al與中心軸A2和中心軸A3之間。其結(jié)果是，從投影光學系統(tǒng)13 斜向投影于圓筒鏡1 上的投影像被圓筒鏡1 反射而投影于圓筒屏幕11上成為投影像， 被觀察者觀察到。另外，圖18和圖19示出虛線所包圍的部分的放大圖。投影光學系統(tǒng)13構(gòu)成為包含IXD等顯示影像的影像顯示元件13b、理想透鏡13a。圓柱透鏡12b的圓柱面r4上設(shè)有光圈。如圖18所示，實施例2的投影光學系統(tǒng)13的理想透鏡13a的中心軸A2相對于影像顯示元件13b的中心軸A3偏心配置。因此，從影像顯示元件13b照射的影像要使用理想透鏡13a的周邊來投影，與使用移軸鏡頭的情況同樣地對于偏心配置的圓筒鏡12斜向投影。如上，希望在影像顯示元件1 移軸偏心而進行斜向投影的情況下不產(chǎn)生畸變。 并且，雖然在將投影光學系統(tǒng)13傾斜而成為傾斜配置的情況下會產(chǎn)生梯形像失真，然而可以對這種像失真進行電子校正。在實施例4中，作為在X軸方向上擴大投影視場角的手段，使用圓筒鏡12a (圓筒反射面)。然而使用圓筒鏡1 會產(chǎn)生像散，形成于圓筒屏幕11上的影像會變差。于是使用由圓柱透鏡12b構(gòu)成的第2光學元件來校正該像散。在逆向光線追蹤中，從作為物體面rl的圓筒屏幕11射出的光束被校正光學系統(tǒng) 12的圓筒鏡lh(r3)反射，入射到設(shè)置了光圈的圓柱透鏡12b的圓柱面(r4)。此后透過圓柱透鏡12b而從相反側(cè)表面(rf)射出的光束入射到投影光學系統(tǒng)13的理想透鏡13a (r6)。 而且，從理想透鏡13a (r6)射出的光束到達與影像顯示元件13b (r7)的光軸間隔開的半徑方向的規(guī)定位置。設(shè)坐標原點0為r2。實施例4的圓筒屏幕11是在中心位置具有原點0的半徑15cm的圓筒面內(nèi)側(cè)。另外，理想透鏡13的焦距為10mm，出射光瞳直徑為4mm。 圖22是示出實施例4的像失真的圖。外側(cè)的大致四邊形表示最大像高的像面處的失真，內(nèi)側(cè)的大致四邊形表示最大像高X0. 7的像面處的失真?？芍笾滤倪呅蔚纳线吪c下邊接近于水平，弓形的像失真得以校正。以下示出上述實施例1實施例1
4的結(jié)構(gòu)參數(shù)。并且，以下表中的“FFS”表示自由曲面t
面編號曲率半徑面間隔偏心rl (物面)圓柱面[1]1000.00r2(坐標原點)CO0.00r3圓柱面[2]0.00偏心[1]r4 (光圈)圓柱面[3]0.00偏心[2]r5CO0.00偏心[3]r6理想透鏡0.00偏心[4]xl (像面)CO0.00偏心[5]
0141]圓柱面[1]0142]X方向曲率半徑1000. 000143]Y方向曲率半徑⑴0144]圓柱面[2]0145]X方向曲率半徑416. 730146]Y方向曲率半徑⑴0147]圓柱面[幻0148]X方向曲率半徑-687. 140149]Y方向曲率半徑⑴0150]偏心[1]0151]X 0.00 Y 350.00 Z-300.000152]α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 000153]偏心ra0154]X 0.00 Y 500.00 Z-600.000155]α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 000156]偏心[幻0157]X 0.00 Y 500.00 Z-605.000158]α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 000159]偏心W]0160]X 0.00 Y 500.00 Z-655.000161]α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 000162]偏心B]
折射率
阿貝數(shù)
1.5163
64.1
12
X 0.00 Y 525.23 Z -708.41α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00實施例權(quán)利要求
1.一種投影光學裝置，其特征在于，具有投影光學系統(tǒng)，其對顯示于二維構(gòu)成的影像顯示元件上的影像進行投影；圓筒屏幕，其相對于所述投影光學系統(tǒng)偏心，由所述投影光學系統(tǒng)投影的影像被投影在該圓筒屏幕上；以及校正光學系統(tǒng)，其具有光學元件，該光學元件的屈光力在X軸方向和Y軸方向上不同， 所述Y軸方向是所述圓筒屏幕的旋轉(zhuǎn)中心軸的方向，所述X軸方向是與第1面垂直的方向， 所述第1面包含從所述投影光學系統(tǒng)朝向所述圓筒屏幕的光束的中心主光線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學裝置，其特征在于，屈光力在Y軸方向和X軸方向上不同的所述光學元件是圓筒鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學裝置，其特征在于，所述校正光學系統(tǒng)具有第1光學元件，它的屈光力在Y軸方向和X軸方向上不同；第2光學元件，其對第1光學元件產(chǎn)生的像散進行校正，且相對于光軸旋轉(zhuǎn)非對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學裝置，其特征在于，所述圓筒屏幕的弧的角度為30 度以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學裝置，其特征在于，投影到所述圓筒屏幕上的投影中心的中心主光線的角度為10度以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的投影光學裝置，其特征在于，滿足以下條件式(1)，Rr < 500. · · (1)，其中，Rr是圓筒鏡在水平方向上的曲率半徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的投影光學裝置，其特征在于，滿足以下條件式(2)，2 < Rs/Rr. · · (2)，其中，Rs是屏幕的曲率半徑，Rr是圓筒鏡在水平方向上的曲率半徑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種投影光學裝置，其具有對顯示于二維構(gòu)成的影像顯示元件(13b)上的影像進行投影的投影光學系統(tǒng)(13)；相對于投影光學系統(tǒng)(13)偏心的圓筒屏幕(11)，由投影光學系統(tǒng)(13)投影的影像被投影在該圓筒屏幕(11)上；以及校正光學系統(tǒng)(12)，其具有光學元件(12a)，該光學元件(12a)的屈光力在X軸方向和Y軸方向上不同，其中所述Y軸方向是圓筒屏幕(11)的旋轉(zhuǎn)中心軸(11a)的方向，所述X軸方向是與第1面(101)垂直的方向，所述第1面(101)包含從投影光學系統(tǒng)(13)朝向圓筒屏幕(11)的光束的中心主光線(C)。
文檔編號G02B27/00GK102253593SQ20111011402
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者研野孝吉 申請人:奧林巴斯株式會社