CN100354693C - 光学投影系统以及使用该系统的图像显示设备 - Google Patents

光学投影系统以及使用该系统的图像显示设备 Download PDF

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CN100354693C CNB2005100064038A CN200510006403A CN100354693C CN 100354693 C CN100354693 C CN 100354693C CN B2005100064038 A CNB2005100064038 A CN B2005100064038A CN 200510006403 A CN200510006403 A CN 200510006403A CN 100354693 C CN100354693 C CN 100354693C
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Abstract

一种光学投影系统和使用该系统的图像显示设备，包括一个折射部分和一个反射部分，所述折射部分用于在图像中产生枕形失真，所述反射部分用于在枕形失真图像中产生桶形失真，从而对枕形失真进行补偿，并将无失真的放大图像投影到图像显示表面上。所述折射部分包括：第一圆柱形对称光学系统，包括至少具有一个非球面透镜的第一组透镜；第二圆柱形对称光学系统，包括至少具有一个非球面透镜的第二组透镜；第一平面反射光学系统，将通过第一圆柱形对称光学系统的图像弯曲第一预定角度；以及第二平面反射光学系统，将通过第二圆柱形对称光学系统的图像反射到所述反射部分。所述反射部分包括一个按照预定角度倾斜设置并具有XY多项式表面的反射镜。

Description

光学投影系统以及使用该系统的图像显示设备
技术领域
本发明涉及一种图像显示设备，例如投影电视。尤其是，本发明总的发明构思涉及一种厚度紧凑的光学投影系统以及使用该系统的图像显示设备。
背景技术
投影电视等图像显示设备，是通过使用微显示器生成图像的，并通过光学投影系统将生成的图像放大并投影到大屏幕上。最近用户对图像显示设备具有大屏幕的要求不断增加。
图1是一种传统的投影电视10的视图。
所述投影电视10包括一个产生光束的灯1、一个反射光束的抛物型反射镜2、一个用于压缩(即聚集)所述光束的照明透镜3、一个根据电子图像信号调制光、影和空间密度并且由此形成图像的光阀4、一个用于放大和投影所述图像的光学投影透镜5，以及一个用于显示所述图像的屏幕6。
下面将参照图1简要介绍一下所述传统投影电视10的工作过程。首先，所述灯1产生的光束由所述抛物型反射镜2反射至所述照明透镜3，光束被压缩并投射至所述光阀4。
所述光阀4根据电子图像信号对从所述照明透镜3辐射出的光束进行调制并生成图像，然后将所述图像投影至所述光学投影透镜5。
所述光学投影透镜5将所述图像放大后投影到所述屏幕6，所述屏幕6的上面显示所述放大后的图像。
对于具有上述结构的传统投影电视10来说，其厚度取决于所述抛物型反射镜2与所述屏幕6之间的距离。因此，能够对图像进行宽角度投影的广角光学投影透镜，被用作所述光学投影透镜5，最大限度地减小电视的厚度。
不过，由于用来增加视角的所述广角光学投影透镜是有限制的，所以，使用广角光学投影透镜来减小传统投影电视10的厚度也是有限制的。
为了克服这一缺陷，人们使用了如图2所示的另一种投影电视10′。通过将平面反射镜7以大概45度的角度安装在所述光学投影透镜5和所述屏幕6之间，所述投影电视10′可以将光学投影透镜5的光路从竖直方向改变至水平方向，并投影至所述屏幕6上。
不过，所述投影电视10′在垂直于屏幕6的方向上布置包括所述灯1、所述抛物型反射镜2、所述照明透镜3以及所述光学投影透镜5的照明系统，使所述投影电视10′的厚度减少为所述平面反射镜7到所述屏幕6之间的距离。因此，所述投影电视10′减少的厚度比所述传统投影电视10要多。但是，被所述平面反射镜7投影回来的图像会与所述光阀4形成的、经照明系统投射的图像发生干涉，而使所述图像变得不平滑或不清晰。
为了防止上述问题的产生，可以使用一个凸面镜代替平面反射镜7来防止图像干涉。不过，在这种情况下，显示于屏幕6上的图像会产生失真。
发明内容
本发明总的构思提供了一种光学投影系统以及一种使用该系统的图像显示设备，通过竖直地布置光学投影系统并具有折射部分和反射部分，将图像以大视角投影到屏幕上。这样，减小了图像显示设备的厚度，并且来自照明系统和微显示器部分的光束不会与投影到屏幕上的图像干涉。
本发明总的构思还提供了一种光学投影系统以及一种使用该系统的图像显示设备，能够利用非球面透镜的特性来补偿图像的失真，从而获得质量优良的图像。
本发明总的构思还提供了一种光学投影系统以及一种使用该系统的图像显示设备，能够将光路从水平方向弯向竖直方向，使图像显示设备的厚度变小、变紧凑，从而最大限度地减少该设备的尺寸。
本发明总的发明构思的其他方面和优点，一部分会在下面的描述中提出，一部分从下文中可以显而易见地看出来，或者通过实施本发明总的发明构思而了解到。
为了达到本发明总的发明构思的前述和/和其他方面和优点，本发明提供了一种用于放大图像并投影所放大图像的光学投影系统，其包括：折射部分，用于使图像产生枕形失真；和反射部分，用于使经枕形失真的图像产生桶形失真，从而对枕形失真进行补偿，并将经桶形失真的图像作为放大图像无失真地投影至图像显示表面上。
所述折射部分包括：第一圆柱形对称光学系统，包括至少具有一个非球面透镜的第一组透镜；第二圆柱形对称光学系统，包括至少具有一个非球面透镜的第二组透镜；以及第二平面反射光学系统，将通过所述第二圆柱形对称光学系统的图像反射至所述反射部分。
所述折射部分还包括第一平面反射光学系统，设置于所述第一圆柱形对称光学系统和所述第二圆柱形对称光学系统附近，将通过所述第一圆柱形对称光学系统的图像弯曲预定角度。
所述第一和第二平面反射光学系统分别包括第一平面反射镜和第二平面反射镜。所述第一平面反射镜设置成将通过所述第一圆柱形对称光学系统的图像从水平方向向竖直方向弯曲第一预定角度，所述第二平面反射镜设置成将通过所述第二圆柱形对称光学系统的图像从竖直方向向水平方向弯曲第二预定角度。
所述反射部分包括反射镜，其具有XY多项式表面，并按照预定角度倾斜设置，用于倾斜地投影所述放大图像。
所述光学投影系统还包括第三平面反射光学系统，用于将从所述反射部分投影过来的图像反射至所述图像显示表面上。
所述第三平面反射光学系统包括与所述图像显示表面平行安装的第三平面反射镜。
为了达到本发明总的发明构思的前述和/和其他方面和优点，本发明提供了一种图像显示设备，包括：用于发射光束的照明系统；微显示器部分，根据电子图像信号调制从所述照明系统中发射出的光束并产生相应图像；光学投影系统，放大所述微显示器部分形成的图像并投影所述放大图像；和屏幕，显示从所述光学投影系统中投影过来的图像，其中，所述光学投影系统包括：折射部分，用于使图像产生枕形失真；和反射部分，用于使经枕形失真的图像产生桶形失真，从而对枕形失真进行补偿，并将经桶形失真的图像作为放大图像无失真地投影至图像显示表面上。
所述折射部分包括：第一圆柱形对称光学系统，包括至少具有一个非球面透镜的第一组透镜；第二圆柱形对称光学系统，包括至少具有一个非球面透镜的第二组透镜；以及第二平面反射光学系统，将通过所述第二圆柱形对称光学系统的图像反射至所述反射部分。
所述折射部分还包括第一平面反射光学系统，设置于所述第一圆柱形对称光学系统和所述第二圆柱形对称光学系统之间，将通过所述第一圆柱形对称光学系统的图像弯曲预定角度。
所述第一和第二平面反射光学系统分别包括第一平面反射镜和第二平面反射镜。所述第一平面反射镜设置成将通过所述第一圆柱形对称光学系统的图像从水平方向向竖直方向弯曲第一预定角度，所述第二平面反射镜设置成将通过所述第二圆柱形对称光学系统的图像从竖直方向向水平方向弯曲第二预定角度。
所述反射部分包括反射镜，其具有XY多项式表面，并按照预定角度倾斜设置，用于倾斜地投影所述放大图像。
所述光学投影系统还包括第三平面反射光学系统，用于将从所述反射部分投影过来的图像反射至所述屏幕上。
所述第三平面反射光学系统包括与所述屏幕平行安装的第三平面反射镜。
根据本发明的第一方面，提供了一种光学投影系统，用于对图像显示设备中的图像进行放大，所述光学投影系统包括：一组透镜和反射镜，分别通过对图像光束进行会聚、发散和对图像光束进行弯曲来折射图像光束，从而在图像中形成枕形失真；和具有多项式拟合表面的反射镜，接收来自所述组透镜和反射镜的图像，形成桶形失真以对所述组透镜和反射镜造成的枕形失真进行补偿，放大所述图像并向屏幕投影所述放大的图像。
根据本发明的第二方面，提供了一种图像显示设备中用来放大图像的光学投影系统，所述光学投影系统包括：折射部分，将枕形失真引入到从照明系统接收的图像中；和具有多项式拟合表面的反射部分，接收来自所述折射部分的图像，并将桶形失真引入图像中，所述桶形失真能够补偿枕形失真，同时使图像扩展。
根据本发明的第三方面，提供了一种图像显示设备，包括：提供光束的照明系统；微显示器部分，对所述照明系统提供的光束进行调制而生成图像；一组透镜和反射镜，分别通过对从所述微显示器部分接收的图像光束进行折射和弯曲而引入枕形失真；具有多项式拟合表面的反射镜，接收来自所述组透镜和反射镜的图像光束，引入能够对枕形失真进行补偿的桶形失真同时使图像扩展，和屏幕，用于接收基本无失真的所述扩展图像。
根据本发明的第三方面，提供了一种用光学投影系统将图像投影到图像显示设备中的屏幕上的方法，所述方法包括：从图像形成部分接收图像；在折射部分中在图像中产生枕形失真；和利用具有多项式拟合表面的反射部分在枕形失真图像中产生桶形失真，来扩展图像同时补偿枕形失真，并将扩展图像向屏幕投影。
附图说明
从下面参照附图的详细描述中，可以更清楚地理解本发明总的发明构思的上述和其他方面、特征和优点。其中，从参照附图对实施例的描述中，本发明总的发明构思会变得更加清楚并更容易理解。图中：
图1是传统投影电视的示意图；
图2是另一传统投影电视的示意图；
图3是根据本发明总的发明构思的一个实施例包括光学投影系统的图像显示设备的示意性图；
图4A、4B和4C是由图3的光学投影系统的折射部分和反射部分生成的图像的状态的图像视图。
具体实施方式
下面将参照附图详细地说明本发明总的发明构思的一些实施例，其中的一些例子表示在附图中。在整个说明书中，相同的附图标记代表相同的元件。下面参照附图对实施例的描述是为了解释本发明总的发明构思。
图3是一图像显示设备100(例如投影电视)的示意图，包括根据本发明总的发明构思的一个实施例的光学投影系统。
所述图像显示设备100包括：发射光束的照明系统145、根据电子图像信号调制光束以生成图像并投影该图像的微显示器部分104、放大投影图像并且生成无失真的放大图像c(如图4C所示)并对该图像c进行投影的光学投影系统130，以及显示该投影图像的屏幕126。
所述照明系统145包括产生光束的灯102、反射所述光束的抛物型反射镜101以及聚集所述反射光束并将所述光束投影到所述微显示器部分104的照明透镜103。
所述微显示器部分104包括一个空间光调制器。
一个盖玻片105和一个全反射棱镜106设置于所述微显示器部分104的背面方向(图3的右侧)。所述盖玻片保护所述微显示器部分104。所述全反射棱镜106将从所述照明透镜103接收到的光束投影到所述微显示器部分104，而将从所述微显示器部分104投影过来的图像光束投影到光学投影系统130的折射部分135上。
所述光学投影系统130包括所述折射部分135和所述反射部分140。所述折射部分135用于在从所述微显示器部分104投影过来的图像(即图像光束)中产生枕形失真，所述反射部分140用于通过在从所述折射部分135接收的枕形失真图像中产生桶形失真来补偿枕形失真。
所述折射部分135包括一个水平布置的第一圆柱形对称光学系统136、一个垂直于所述第一圆柱形对称光学系统136(即竖直布置)的第二圆柱形对称光学系统137和一个第一平面反射光学系统114。该第一平面反射光学系统114设置于所述第一圆柱形对称光学系统136和所述第二圆柱形对称光学系统137之间，用于将通过所述第一圆柱形对称光学系统136的图像反射至所述第二圆柱形对称光学系统137。所述折射部分135还包括一个第二平面反射光学系统120，其设置于所述第二圆柱形对称光学系统137的顶部，用于将通过所述第二圆柱形对称光学系统137的图像反射到所述反射部分140上。
所述第一圆柱形对称光学系统136包括：第一、第二、第三、第四、第五和第六透镜107、108、109、110、111和112，分别用于会聚通过所述全反射棱镜106的图像光束；以及第七透镜113，用于发散通过所述第六透镜112的图像光束。
所述第一、第三、第五和第七透镜107、109、111和113可以是具有正光焦度的圆形透镜，所述第二、第四和第六透镜108、110和112可以是具有负光焦度的圆形透镜。
所述第二透镜108的两侧都是非球面的，用于对图像失真进行补偿。
所述第二圆柱形对称光学系统137包括：第八、九和第十透镜115、116和117，用于会聚由所述第一平面反射光学系统114(将在后面进行介绍)中的第一平面镜114a反射的图像光束；以及第十一和第十二透镜118和119，用于发散通过所述第十透镜117的图像光束。
所述第八和第九透镜115和116是具有正光焦度的圆形透镜，所述第十、第十一和第十二透镜117、118和119是具有负光焦度的圆形透镜。
所述第十透镜117的两侧都是非球面，用于对图像失真进行补偿。因此，即使第一、二圆柱形对称光学系统136、137在通过的图像中引入了枕形失真，具有非球面侧面的第二透镜108和第十透镜117也能够对任何不希望的图像失真进行补偿。
所述第一平面反射光学系统114包括所述第一平面反射镜114a，该反射镜设置于所述第七透镜113和所述第八透镜115之间，其反射表面按预定角度(例如45度)朝上倾斜，从而可以使从所述第一圆柱形对称光学系统136中的第七透镜113发散的图像光束从水平方向向竖直方向弯曲，并反射到所述第二圆柱形对称光学系统137中的所述第八透镜115上。
所述第一平面反射光学系统114按照特定角度将水平通过所述第一圆柱形对称光学系统136的图像光束弯向所述第二圆柱形对称光学系统137。例如，所述第一平面反射光学系统114将图像光束竖直地弯向第二圆柱形对称光学系统。因此，与所述第一和第二圆柱形对称光学系统136和137都竖直或者水平布置相比，弯曲图像光束使得所述光学投影系统130的尺寸更加紧凑，因此，减小了所述图像显示设备100的厚度和/或高度。
所述第二平面反射光学系统120包括一个第二平面反射镜120a，该反射镜布置于所述第二圆柱形对称系统137中的所述第十二透镜119的顶部，其反射表面朝下倾斜预定角度(例如45度)，从而使通过所述第二圆柱形对称光学系统137的图像光束从竖直方向向水平方向弯曲一定角度。例如，该一定角度可以大于90度。所述图像光束被反射至所述反射部分140。
所述折射部分135会聚、发散、反射、会聚、发散和反射从所述微显示器部分104投影过来并通过所述全反射棱镜106传向所述第一和第二圆柱形对称光学系统136和137以及所述第一和第二平面反射光学系统114和120的光束。图像光束产生枕形失真，使通过所述折射部分135的图像成为从标准四角锥s缩小而成的枕形失真图像a，如图4A所示。
所述反射部分140产生桶形失真来补偿所述图像a的枕形失真。该反射部分140设于所述图像显示设备100前侧(如图3左侧)、屏幕126的下面，包括负光焦度的反射镜123。反射镜123具有XY多项式表面123a，能发散图像光束。所述多项式表面123a将在表1中进行详细介绍。
所述反射镜123通过在图像中产生桶形失真而获得从标准四角锥s扩大而成的桶形失真图像b(如图4B所示)，来补偿从所述折射部分135接收的图像a的枕形失真，这样，就形成了无失真的放大图像c(如图4C所示)。所述反射镜123倾斜地将所述放大图像c投影至所述第三平面反射光学系统124(稍后进行说明)中的第三平面反射镜125，从而可以使所述第三平面反射镜126以较大的视角将所述图像投影至所述屏幕126。
所述光学投影系统130还包括所述第三平面反射光学系统124，接收从所述反射镜123的XY多项式表面123a投影过来的放大图像c，并将放大图像c反射到所述屏幕126上。
所述第三平面反射光学系统124包括一个第三平面反射镜125，该平面反射镜平行于所述屏幕126，设于所述图像显示设备100的后面(图3中的右侧)。
所述反射部分140的反射镜123倾斜地对所述放大图像c进行投影，所以，所述第三平面反射镜125能够以对应于放大图像c的入射角的大视角将所述放大图像c投影到屏幕126上。
所述屏幕126是一个用于显示从所述第三平面反射光学系统124反射过来的图像的表面。该屏幕126包括菲涅尔透镜。
具有上述结构的图像显示设备100可以满足下表1中的条件。
表1
ITEM CURVATURE THICKNESS(mm) REFRACTIVEINDE× DISPERSION
REFERENCE NO. SURFACF NO.
OBJ INFINITY  0.787400
105 1 INFINITY  2.743200 1.487490 70.4058
2 INFINITY  4.800000
106 3 INFINITY  25.000000 1.487490 70.4058
4 INFINITY  4.700000
107 5 600.00000  7.500000 1.755201 27.5795
XDE：0.000000  YDE：-6.940447 ZDE：0.000000ADE：0.000000  BDE：0.000000  CDE：0.000000
6 -56.70604  0.100000
108 7(ASPHERIC SURFACE) 30.00000  6.500000 1.487490 70.4058
K：-0.242345A：0.402107E-04  B：0.413435E-07  C：-0.321130E-10  D：0.103909E-13
8(ASPHERIC SURFACE) 26.60806  14.294297
K：-1.47764A：-0.79568E-04  B：0.80708E-07  C：-0.26743E-10   D：0.14784E-13
109 9 64.27519  9.000000  1.755201  27.5795
10 -93.87302  10.5703
110 11 -128.92852  3.000000  1.680646  31.3877
12 33.84218  7.000000  1.567155  63.4528
111 13 -33.84218  3.000000
14 -37.79512  2.000000  1.755201  27.5795
112 15 31.16050  5.000000  1.623856  59.6394
16 -65.08097  0.100000
113 17(Stop) INFINITY  35.450306
18 INFINITY  0.000000
114 19(REFLECTING SURFACE) INFINITY  -25.000000
XDE：0.000000      YDE：0.000000   ZDE：0.000000ADE：-60.000000    BDE：0.000000   CDE：0.000000
115 20 368.66396 -13.000000 1.806099  33.2694
21 71.03657 -1.486489
116 22 -76.34953 -13.000000 1.806099  33.2694
23 -1989.88932 -1.813932
117 24(ASPHERIC SURFACE) -32.20587 -10.000000 1.492000  57.1000
K：-0.23473A：0.676420E-05  B：0.361183E-08  C：-0.337643E-11  D：0.198290E-14
25(ASPHERIC SURFACE) -19.01512 -19.625704
K：-0.876506A：0.472109E-05      B：0.686717E-08   C：-0.109259E-10    D：0.603628E-14
118 26  40.82242 -3.000000  1.670028  47.1965
27  -183.73052 -12.410275
119 28  33.34566 -8.000000  1.589129  61.2526
29  50.00000 -18.000000
120 30  INFINITY 0.000000
31(REFLECTING SURFACE)  INFINITY 260.000000
XDE：0.000000      YDE：0.000000  ZDE：0.000000ADE：-28.000000    BDE：0.000000  CDE：0.000000
123 32(XYPOLYNOMIAL SURFACE) 252.36888 -265.000000
K：-1.8514E+01    X：2.1116E-05     Y：-1.6624E-01X2：9.2825E-04    Y2：8.6304E-04    X2Y：-3.4713E-06Y3：3.6732E-07    X4：-2.4527E-08   X2Y2：-1.2594E-08Y4：-8.2269E-08   X4Y：1.7029E-10   X2Y3：-9.3669E-11Y5：9.8995E-10    X6：6.0708E-13    X4Y2：2.1187E-14X2Y4：2.7510E-12  Y6：-6.6078E-12   X6Y：-3.6415E-15X4Y3：-4.2999E-15 X2Y5：-1.5790E-14 Y7：2.4125E-14X8：-9.1782E-18   X6Y2：1.2157E-17  X4Y4：1.1379E-17X2Y6：2.9876E-17  Y8：-3.6858E-17XDE：0.000000     YDE：-1.011079    ZDE：0.000000ADE：10.098297    BDE：0.000000     CDE：180.000000
125 33(REFLECTING SURFACE INFINITY  350.000000
XDE：0.000000    YDE：0.000000    ZDE：0.000000ADE：0.000000    BDE：0.000000    CDE：180.000000
126 34(IMAGINARY SCREEN SURFACE) INFINITY 0.000000
XDE：0.000000    YDE：0.000000    ZDE：0.000000ADE：0.000000    BDE：0.000OOO    CDE：0.000000
Image  0.000000
表1中各项的含义：
ITEM代表项，CURVATURE代表曲率，THICKNESS代表厚度，REFRACTIVE INDEX代表折射率，DISPERSION代表色散，REFERENCENO.代表标号，SURFACE NO.代表表面号，ASPHERIC SURFACE代表非球面表面，REFLECTING SURFACE代表反射表面，INFINITY代表无穷，OBJ代表物，IMAGE代表像，XY POLYNOMIAL SURFACE代表XY多项式表面，MAGINARY SCREEN SURFACE代表假想屏幕表面，
XDE代表X轴平行移动量，YDE代表Y轴平行移动量，ZDE代表Z轴平行移动量，ADE代表X轴旋转量，BDE代表Y轴旋转量，CDE代表Z轴旋转量，
K代表二次曲线常数，A代表非球面四阶系数，B代表非球面六阶系数，C代表非球面八阶系数，D代表非球面十阶系数，
X、X2、X4、X6和X8代表坐标X一阶、二阶、四阶和六阶常数，
Y、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7和Y8代表坐标Y一阶、二阶、三阶、四阶、五阶、六阶、七阶和八阶常数，
X2Y、X2Y2、X2Y3、X2Y4、X2Y5、X2Y6、X4Y、X4Y2、X4Y3、X4Y4、X6Y1、X6Y2代表坐标X二阶Y一阶、X二阶Y二阶、X二阶Y三阶、X二阶Y四阶、X二阶Y五阶、X二阶Y六阶、X四阶Y一阶、X四阶Y二阶、X四阶Y三阶、X四阶Y四阶、X六阶Y一阶、X六阶Y二阶常数。
所述图像显示设备100中光学投影系统130的折射部分135中透镜107、108、109、110、111、112、113、115、116、117、118和119的孔径以及所述反射部分140的反射镜123的孔径可以满足下表2列出的条件。
表2
    部分 形状 有效孔径     到边缘的整个孔径(mm)
    标号     表面号
107     5    圆     21.600000     24.000000
    6    圆     21.900000
108     7    圆     20.700000     24.000000
    8    圆     20.000000
109     9    圆     21.000000     22.000000
    10    圆     20.700000
110     11    圆     13.000000     15.000000
    12    圆     12.300000     13.500000
111     13    圆     12.000000
    14    圆     10.500000     13.000000
112     15    圆     10.200000     11.500000
    16    圆     10.10000
    113     17(光阑)    圆     9.920000
115     20    圆     33.100000     36.000000
    21    圆     34.450000
116     22    圆     34.400000     36.000000
    23    圆     33.300000
117     24    圆     28.600000     33.000000
    25    圆     22.800000
118     26    圆     22.800000     30.000000
    27    圆     24.455000
119     28    圆     24.455000     32.000000
    29    圆     29.700000
123     32    X方向方形     122.000000     124.000000
    32    Y方向方形     77.000000     79.000000
    32    Y轴平行移动     97.000000     97.000000
如上面所述，在根据本发明总的发明构思的一个实施例所述的图像显示设备100中，竖直地布置所述光学投影系统130中的折射部分135和反射部分140。所述反射部分140倾斜地将来自折射部分135的图像投影到所述第三平面反射镜125上，减小了图像显示设备100的厚度。当在屏幕126上显示大吃寸的图像时，图像不会受到所述照明系统145(例如所述灯102和所述微显示器部分104)所产生的光束的干扰。而且，因为第二透镜108和第十透镜117包括非球面透镜、所述反射部分140包括具有XY多项式表面123a的反射镜123，所以，所述图像显示设备100能够补偿图像通过所述折射部分135时产生的图像失真。因此可以在屏幕126上形成高质量的图像。
下面参照图3说明具有上述结构的所述图像投影设备100的工作过程。
首先，所述灯102产生的光束由所述抛物线反射镜101反射到所述照明透镜103上。照明透镜103对光束进行汇聚。然后，光束经全反射棱镜106和所述盖玻片105进入所述微显示器部分104。
所述微显示器部分104根据电子图像信号调制从所述照明透镜103接收的光束，并产生图像，然后将所述图像(即图像光束)经所述盖玻片105和所述全反射棱镜106投影到所述折射部分135的第一圆柱形对称光学系统136。
所述第一圆柱形对称光学系统136经所述第一、第二、第三、第四、第五和第六透镜107、108、109、110、111和112对通过所述全反射棱镜106的图像光束进行会聚，经所述第七透镜113将图像光束朝着所述第一平面反射光学系统114的第一平面反射镜114a发散。
所述第一平面反射镜114a将第七透镜发散的图像光束竖直地弯曲第一预定角度。例如，所述第一平面反射镜可以将图像光束以小于90度的角从所述第一圆柱形对称光学系统136的第七透镜113反射到所述第二圆柱形对称光学系统137的第八透镜115。
反射至所述第八透镜115的图像光束由所述第八、第九和第十透镜115、116和117进行会聚，被所述第十一和第十二透镜118、119发散。
由所述第十一和第十二透镜118、119发散的图像光束以枕形失真图像a(见图4A)的形状被导向所述第二平面反射系统120的第二平面反射镜120a。枕形失真图像a是由分别包括非球面的所述第二面透镜108和第十透镜117的第一和第二圆柱形对称光学系统136和137产生。
所述第二平面反射镜120a将枕形失真图像a向水平方向弯曲预定角度(例如大于90度)，并将经所述第十二透镜119接收的枕形失真图像a反射到所述反射部分140。
所述反射部分140产生桶形失真，使用所述反射镜123的XY多项式表面123a对从所述第二平面反射镜120a反射来的枕形失真图像a进行补偿，产生桶形失真图像b(如图4B所示)。所述反射部分140以预定角度(例如小于90度)倾斜地将桶形失真图像b投影到所述第三平面反射光学系统124的第三平面反射镜125上，形成无失真的放大图像c，如图4C所示。
由于所述反射部分140的XY多项式表面123a倾斜地对所述放大图像c进行投影，所以，所述第三平面反射镜125根据入射角的大小将所述放大图像c投影到所述屏幕126上，于是，放大图像c以更大的角度投影到所述屏幕126上，形成大视角。
在根据本发明总的发明构思的一个实施例所述的光学投影系统130和使用该系统的图像显示设备100中，竖直地布置具有折射部分135和反射部分140的光学投影系统130，这样就能够在厚度紧凑的图像显示设备100内以大视角投影到屏幕126上。另外，图像不受所述照明系统145和所述微显示器部分104发射出的光束的干扰。
所述光学投影系统130和使用该系统的图像显示设备100使用非球面透镜的特性对图像的失真进行了补偿，从而得到了质量非常高的图像。
所述光学投影系统130和使用该系统的图像显示设备100能够从水平方向向竖直方向弯曲光路，最大限度地减小了图像显示设备的厚度和高度。
尽管已经示出并描述了本发明总的发明构思的几个实施例，但是，本领域技术人员将会明白，在不超出本发明总的发明构思的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变。本发明总的发明构思的范围由权利要求及其等同技术来限定。

Claims (20)

1.一种光学投影系统，用于对图像显示设备中的图像进行放大，所述光学投影系统包括：
一组透镜和反射镜，分别通过对图像光束进行会聚、发散和对图像光束进行弯曲来折射图像光束，从而在图像中形成枕形失真；和
具有多项式拟合表面的反射镜，接收来自所述组透镜和反射镜的图像，形成桶形失真以对所述组透镜和反射镜造成的枕形失真进行补偿，放大所述图像并向屏幕投影所述放大的图像。
2.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述组透镜和反射镜包括至少一个非球面透镜，该至少一个非球面透镜防止不希望的图像失真被引入图像光束中。
3.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述组透镜包括：
第一一个或多个透镜，用来会聚图像光束；
第二一个或者多个透镜，用来发散从所述第一一个或多个透镜接收的图像光束；
第一反射镜，用来将从所述第二一个或多个透镜接收的图像光束从第一方向向第二方向反射，所述第二方向基本上垂直于所述第一方向；
第三一个或者多个透镜，用来会聚从所述第一反射镜接收的图像光束；
第四一个或者多个透镜，用来发散从所述第三一个或者多个透镜接收的图像光束；
第二反射镜，用来将从所述第四一个或者多个透镜接收的图像光束沿着与所述第一方向相反的第三方向向反射部分反射。
4.根据权利要求3所述的光学投影系统，其中，所述第一、三一个或者多个透镜都包括至少一个正光焦度透镜，所述第二、四一个或者多个透镜都包括至少一个负光焦度透镜。
5.一种图像显示设备中用来放大图像的光学投影系统，所述光学投影系统包括：
折射部分，将枕形失真引入到从照明系统接收的图像中；和
具有多项式拟合表面的反射部分，接收来自所述折射部分的图像，并将桶形失真引入图像中，所述桶形失真能够补偿枕形失真，同时使图像扩展。
6.根据权利要求5所述的光学投影系统，其中，所述折射部分包括至少第一组透镜，用来会聚然后发散图像光束。
7.根据权利要求6所述的光学投影系统，其中，所述至少第一组透镜包括至少一个正光焦度透镜、至少一个负光焦度透镜和至少一个非球面透镜。
8.根据权利要求5所述的光学投影系统，其中，所述折射部分包括至少第一组透镜和垂直于所述第一组透镜的第二组透镜。
9.根据权利要求8所述的光学投影系统，其中，所述折射部分还包括：
第一反射镜，将从所述第一组透镜接收的图像光束反射向所述第二组透镜；
第二反射镜，将从所述第二组透镜接收的图像光束反射向所述反射部分。
10.根据权利要求9所述的光学投影系统，其中，所述第一组透镜使图像光束从图像显示设备的前侧到图像显示设备的后侧水平地通过，所述第一反射镜以第一预定角度将从所述第一组透镜接收的图像光束向着竖直方向反射到所述第二组透镜，所述第二组透镜使图像光束从图像显示设备的下侧到图像显示设备的上侧竖直地通过，所述第二反射镜将从所述第二组透镜接收的图像光束反射到位于图像显示设备前侧的所述反射部分，所述反射部分将图像光束向着图像设备的屏幕反射。
11.一种图像显示设备，包括：
提供光束的照明系统；
微显示器部分，对所述照明系统提供的光束进行调制而生成图像；
一组透镜和反射镜，分别通过对从所述微显示器部分接收的图像光束进行折射和弯曲而引入枕形失真；
具有多项式拟合表面的反射镜，接收来自所述组透镜和反射镜的图像光束，引入能够对枕形失真进行补偿的桶形失真同时使图像扩展，和
屏幕，用于接收基本无失真的所述扩展图像。
12.根据权利要求11所述的图像显示设备，还包括第三平面反射镜，该第三平面反射镜平行于屏幕设置，以宽视角将来自所述具有多项式拟合表面的反射镜的扩展图像反射向屏幕。
13.根据权利要求12所述的图像显示设备，其中，所述宽视角对应于所述扩展图像入射到所述第三平面反射镜的角度。
14.根据权利要求11所述的图像显示设备，其中，所述组透镜和反射镜包括至少一个非球面透镜，防止第三失真被引入图像光束。
15.一种用光学投影系统将图像投影到图像显示设备中的屏幕上的方法，所述方法包括：
从图像形成部分接收图像；
在折射部分中在图像中产生枕形失真；和
利用具有多项式拟合表面的反射部分在枕形失真图像中产生桶形失真，来扩展图像同时补偿枕形失真，并将扩展图像向屏幕投影。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
用照明系统来提供光束；
用微显示器部分调制光束来形成图像；和
将图像光束导向光学投影系统。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，在折射部分中在图像中产生枕形失真可选择地包括：分别利用正光焦度透镜、负光焦度透镜和反射镜来会聚、发散和反射图像光束。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，在折射部分中在图像中产生枕形失真还包括：使图像光束通过水平的一组透镜，将来自所述水平组透镜的图像光束反射向竖直的一组透镜，并将来自所述竖直组透镜的图像光束反射向反射部分。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，在折射部分中在图像中产生枕形失真还包括：用非球面透镜来补偿不希望的失真。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括：用平行于所述屏幕的第三反射镜接收来自所述反射部分的扩展图像，并将扩展图像反射到屏幕上。
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