CN101017320A - 背面投影型图像显示装置 - Google Patents

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CN101017320A CNA2007100860652A CN200710086065A CN101017320A CN 101017320 A CN101017320 A CN 101017320A CN A2007100860652 A CNA2007100860652 A CN A2007100860652A CN 200710086065 A CN200710086065 A CN 200710086065A CN 101017320 A CN101017320 A CN 101017320A
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Abstract

本发明是在背面投影型图像显示装置中大幅度缩短投影光学系统的投影距离，减小从屏幕下端到装置下端的间隔，而且实现装置的小型化。本发明是在框体(5)的内部固定收容把图像显示元件上显示的图像放大投影到透过型屏幕(6)上的投影透镜(2、3)把从该投影透镜(2、3)来的投影光束在途中折返的光路折返镜(7)和用于在前述图像显示元件上显示图像的驱动电路的背面投影型图像显示装置。本发明的特征是，在前述透过型屏幕对角尺寸(6)为SS(英寸)，前述框体(5)进深为D(英寸)，从透过型屏幕(6)的下端到框体(5)的下端的长度为L(英寸)时，满足下述条件：40＜SS，D＜SS/3，L＜SS/12。

Description

背面投影型图像显示装置
(本申请是2004年8月30日提出的申请号为2004100570726的同名申请的分案申请)
技术领域
本发明涉及把图像显示元件的图像通过包含投影透镜的投影光学单元放大投影到透过型屏幕上所构成的背面投影型图像显示装置。
背景技术
一直以来，使用例如液晶面板等像素选择型元件作为显示图像的图像显示元件的背面投影型图像显示装置(以下，根据需要省略为“装置”)，通过与使用CRT作为图像显示元件的装置不同的方法，来降低高度或进深尺寸(装置的小型化)。作为其一例，例如在特开平5-134213号公报(以下称为文献1)，特开2000-162544号公报(以下称为文献2)，以及特开2002-357768号公报等(以下称为文献3)公开了使用从相对透过型屏幕斜方向把图像放大投影的投影光学单元的背面投影型图像显示装置。
如果如上述传统技术所示，通过投影光学单元从相对屏幕倾斜方向投影图像，则在屏幕上投影的图像产生所谓梯形失真。因此，作为其解决对策，在上述文献1提出的投影光学系统中，作成使配置于屏幕侧的非聚焦变换器偏心，从而抑制梯形失真的构成。然而，公开的非聚焦变换器由于放大倍数低，存在所谓广角化(装置的小型化)困难的问题。此外，在上述文献2提出的投影系统中，作为背面投影型图像显示装置，薄型化越充分，则其广角化越困难，由于有必要使个别应用的透镜偏心，也存在所谓制造困难的问题。此外，上述文献3提出的投影光学系统，由具有正放大倍率的第一折射透镜系统、具有负放大倍率的第二折射透镜、和光路折返镜构成，在具有负放大倍率第二折射透镜系统内，作成至少2个旋转对称性各异的偏心系统。因此，存在着在制造时难以确保各透镜的位置精度的问题。
此外，在专利文献2至4公开的上述传统技术中的装置的布局设计，即在装置的框体内部的投影光学系统等的各种元件的配置，是只着眼于包含投影透镜的投影光学系统的设计，不是考虑了包含确保框体内的驱动电路的设置场所的系统全体的最佳的装置设计。
因此，为了装置的小型化，需要与其相适应(包含各种元件配置)的框体构造，和用于实现小型化的广视角，而且强聚焦，高倍率下的后聚焦的长的投影光学系统。
发明内容
本发明是鉴于上述事项而作的，其目的是在背面投影型图像显示装置中提供适合于装置小型化的技术。
用于达到上述目的的，本发明的背面投影型图像显示装置的特征为，在框体内部收容对图像进行显示的图像显示元件；把所述图像显示元件上显示的画像放大投影到透过型屏幕上的投影透镜；以及配置在所述投影透镜和所述透过型屏幕的光路中，对来自所述投影透镜的投影光束进行反射并导向所述透过型屏幕的折返镜；设所述透过型屏幕对角尺寸为SS(英寸)，所述框体进深为D(英寸)，从屏幕下端到框体下端的长度为L(英寸)时，满足下述条件，即：
SS＞40
D≤SS/3.0
L≤SS/10.9。
上述透过型屏幕的中心高度H(英寸)满足H≤SS/2.9的条件。此外，取对前述透过型屏幕最近位置配置的透镜和直到前述透过型屏幕之间的距离为LL(英寸)时，前述投影透镜满足LL＜SS/2.7的条件。
在本发明的投影型图像显示装置用的投影透镜，作成在从图像显示元件到屏幕的光路上配置具有至少2个以上正折射力的透镜组的构成。例如在具有2个透镜组的投影透镜装置的情况下，通过配置在最靠近所述图像显示元件位置的第一透镜组形成的第一放大图像在比第二透镜组更靠近所述图像显示侧进行成像。通过前述第二透镜组把该第一放大图像放大投影到屏幕上。在第一透镜组和前述第二透镜组之间配置具有正折射力的物镜组，第一放大图像的倍率M1作成比通过前述第二透镜组在屏幕上形成的第二放大图像的倍率M2还小。
前述第一透镜组可以在图像显示元件侧通过焦闌进行与照明光学系统的F值相一致的设计。因为通过第一透镜组产生的第一放大图像在比第二透镜组更靠近图像显示元件侧成像，所以作为第二组的F值的F2(光线的发散角)成为用第一放大图像的倍率M1除以作为第一透镜组的F值的F1，即F2＝F1/M1。因此，由于增大了第二透镜组的F2，对视角超过90度的超广角化有利。
此外，作为对投影型图像显示装置本身小型化的实现手段，对与图像显示元件最接近配置的第一透镜组作成与屏幕画面水平方向大体平行配置，在第一透镜组和第二透镜组之间设置光路折返机构，配置该第二透镜组，以使其对屏幕画面水平方向大体成为垂直，经折返镜，通过屏幕上得到放大图像，可以进而实现小型化。这样，根据本发明，可提供小型化的投影型图像显示装置。
附图说明
图1是作为本发明实施方式的背面投影型图像显示装置的正视图；
图2是作为本发明实施方式的背面投影型图像显示装置的侧视图；
图3是作为本发明实施方式的背面投影型图像显示装置构成的正视图；
图4是作为本发明实施方式的背面投影型图像显示装置构成的侧视图；
图5是示出作为本发明第一实施方式的背面投影型图像显示装置的照明光学系统配置图；
图6是示出作为本发明第二实施方式的投影型图像显示装置的照明光学系统的配置图；
图7是示出本发明的背面投影图像显示装置的装置进深和投影光学系统的偏心量以及投影距离之间关系的第一说明图；
图8是示出本发明的背面投影图像显示装置的装置进深和投影光学系统的偏心量以及投影距离之间关系的第二说明图；
图9是示出本发明的背面投影图像显示装置的装置进深和投影光学系统的偏心量以及投影距离之间关系的第三说明图；
图10是示出作为本发明的实施方式的背面投影型图像显示装置的照明光学系统的配置图；
图11是示出作为本发明的第一实施方式的投影光学系统的第一透镜组的透镜数据的图；
图12是示出作为本发明的第一实施方式的投影光学系统的第一透镜组的透镜配置的图；
图13是示出对作为本发明的第一实施方式的投影光学系统的第一透镜组的光线跟踪结果的图；
图14是示出在通过作为本发明的第一实施方式的投影光学系统的第一透镜组产生的成像面上的光斑形状的特性图；
图15是示出作为本发明的第一实施方式的投影光学系统的第二透镜组的透镜数据的图；
图16是示出作为本发明的第一实施方式的投影光学系统的第二透镜组的透镜配置的图；
图17是示出对作为本发明的第一实施方式的投影光学系统的第二透镜组的光线跟踪结果的图；
图18是示出在通过作为本发明的第一实施方式的投影光学系统的第二透镜组产生的成像面上的光斑形状的特性图；
图19是示出作为本发明的第一实施方式的投影光学系统的光线跟踪结果的图；
图20是示出在基于作为本发明的一实施方式的投影光学系统的成像面上的光斑形状的特性图。
具体实施方式
以下，参照附图对使用本发明的投影光学单元的投影型图像显示装置及背面投影型图像显示装置加以说明。在各图上，具有共同功能的部分附加同一符号示出，为了避免繁杂，对于一度说明过的部分，省略其重复说明。
图1是有关使用本发明的投影光学单元的背面投影型图像显示装置的实施例的正视图，图2是其侧视图。在确定装置外形的框体5的图像观测侧前面上配置透过型屏幕6。在框体5的内部收容未图示的液晶面板等图像显示元件，照明光学系统1，光路折返镜7，通过照明光学系统1把从白色光源来的光照射到图像显示元件上，通过图像显示元件对根据图像信号形成的图像进行放大投影的投影光学单元4，以及包含作为用于驱动图像显示元件的驱动电路的信号电路或电源电路等的底板(chassis)8，把它们固定在预定地点。投影光学单元4包含内藏具有正折射力的第一透镜组(未图示，后述)的第一透镜镜筒3，以及内藏具有投影光学单元的正折射力的第二透镜组(未图示，后述)的第二透镜镜筒2。在通过将光学单元4配置在更向着装置的画面中心左侧而产生的右侧空间安装底板8，形成背面投影型图像显示装置。
光学单元4如图2所示配置在框体5的下部。从此投影的图像光通过光路折返镜7折返，从屏幕6的背面侧投影。
本发明的投影光学单元包含光轴与屏幕6的画面水平方向大体平行地配置的第一透镜镜筒3中内藏的第一透镜组(未图示，后述)，和其光轴与第一透镜组的光轴大体垂直地配置的第二透镜镜筒2中内藏的第二透镜组(未图示，后述)。此外，例如还配备镜等光路折返机构(未图示，后述)，在第一透镜组和第二透镜组的连接部分上光路折返，以便使从第一透镜组来的图像光导光到第二透镜组。
这样，本发明的投影光学单元分成至少2组透镜组，其光轴大体呈正交地配置，第一透镜组的光轴与屏幕6的画面水平方向大体水平地配置。因此可以使背面投影型图像显示装置的进深，此外，因为也可以降低投影光学单元的高度方向，所以对装置整体小型化是有效的。使用水平点亮用的光源灯作为光源，在把该光源灯与画面水平方向大体平行地配置的情况下，尤其是对小型化有效，且成为长寿命。
在这里，为了使以下说明变得容易，导入右手系正交坐标。在图1中，屏幕6与YZ轴平面平行，取屏幕6的水平(横)方向作为Z轴方向，取垂直(纵)方向为Y轴方向。使屏幕6从表侧(观测者一侧)向背面穿透的方向为X轴。
在图2，如上述所示，在第一透镜镜筒3中内藏的第一透镜组(未图示)的光轴31(与同一图中的Z轴平行，以下记作「第一透镜镜筒的光轴」，和第二透镜镜筒2中内藏的第二透镜组的光轴21，(以下记作「第二透镜镜筒的光轴」，通过内藏的光路折返机构(未图示)大体正交地配置。此外，通过使第二透镜2的光轴21对前述第一透镜镜筒3的光轴31向图纸面右侧方向的大体X轴方向偏心，因为投影光学单元的光轴对屏幕6偏心，所以构成从光路折返镜7向屏幕6下端的光线LD和X轴的角度变大。因此，使其分光学单元4的位置向画面垂直方向上部方向的Y轴方向抬起成为可能，可以使第二透镜镜筒2配置在比屏幕6下端更向画面垂直方向上部。根据这样的构成，可以实现从屏幕下端到框体5底面距离短的紧凑的装置。
其次，使用图5对前述实施方式中用的本发明背面投影型图像显示装置的投影光学单元的详细构成加以说明。为了说明的方便，与图1所示的构成部件具有同一作用的附加同一符号。在同一图上，21示出作为光源的白色灯，4示出在作为图像显示元件使用透过型液晶面板51(52，53)情况下的光学单元。从白色灯21来的光通过未图示的照明光学系统进行偏振变换/分光，照射到透过型液晶面板51(52，53)。在透过型液晶面板51(52，53)上入射的各色光与图像信号一致进行光强度调制，形成光学像，该各色光的光学像通过正交棱镜(cross prism)27合成，作成彩色图像，通过投影光学单元210放大。
投影光学单元210配置有在第一透镜镜筒3中内藏的具有正折射力的第一透镜组22以及物镜23，和在第二透镜镜筒2中内藏的具有正折射力的第二透镜组24。此外，在第一透镜镜筒3和第二透镜镜筒2的连接部分上配备将从第一透镜组22，物镜23来的图像光折返到第二透镜组24，进行导光的光路折返机构25。31和21是前述的第一透镜镜筒3的光轴和第二透镜镜筒2的光轴。此外，在图5中，物镜23是通过1个透镜图示，然而也可以是由多个形成的透镜组。
在本发明中，通过正交棱镜27合成的图像通过第一透镜组22在物镜23近旁先成为放大图像成像(倒立像，图5通过IMG示出一例)。然后，通过光路折返机构25使第二透镜镜筒2的光轴21对第一透镜镜筒3的光轴31大体垂直地配置，同时，例如向大体X轴的正方向(在图2中为图纸面右侧方向)偏心。
由于照明光学系统的F值大约从2.0到3.0左右，所以有必要也对第一透镜组22的F值取同程度，高效输入光束。如果透过型液晶面板的有效画面尺寸取0.7英寸，第一透镜组的倍率M1取3倍，则物镜23近旁的放大图像与2.1英寸相当。因为这时从第二透镜组24看物体(第一透镜组22的放大图像(图中的IMG))的情况下的光束入射角与倍率M成反比，所以第二透镜组24的F值理论上为9.0左右。因此，可使第二透镜组24的视角设计成超广视角。在这里，如果屏幕对角尺寸取50英寸，则在这种情况下第二透镜组24的倍率M2约为24倍左右。即：第一透镜组22的倍率M1比第二透镜24的倍率M2小。
因为本发明的投影型光学单元210包含具有正折射力的第一透镜组和第二透镜组，所以通过第一透镜组22使通过正交透镜27合成的图像在物镜23近旁作成倒立像(第一放大图像)进行成像。而且通过第二透镜组使该倒立像在屏幕上作为正立像(第二放大图像)进行投影。在一般投影型彩色图像显示装置中在屏幕上投影的投影像对图像显示元件上的图像倒立，而在本发明包含正立的特征。
在图1所示的本发明的背面投影型图像显示装置中，相对于合成图像的正交透镜27，作为图像显示元件的透过型液晶面板其画面水平方向也可以配置在XY平面上。其理由是，由于正交棱透尺寸通过画面长宽比短的方向尺寸决定，所以可以缩短投影透镜的后焦点。因此，因为可以使正交棱镜小型化，所以对降低成本有利。此外，可以使光源用灯21和第二透镜组24的光轴大体垂直地配置。因此，如图1或图2所示，使用本发明的背面投影型图像显示装置构成背面投影型图像显示装置的情况下，可以与画面水平方向平行地配置水平点亮灯用的光源灯。因此，即使XY平面上背面投影型图像显示装置的仰角变化，也可以无损灯的寿命，决定装置内部的布局。此外，因为背面投影型图像显示装置可以配置在装置内部的画面水平方向单侧(靠屏幕中央的单侧)，所以另一方空的空间可以集中配置电源或信号基板等的底板，可以实现紧凑的装置。
图6示出在使用全反射镜作为配置在第一透镜组和第二透镜组之间的光路折返机构26的情况下的实施例。在同一图中，具有与图5所示构成部件同一作用的，附加同一符号，由于各个构成部件的作用是与图5所示的实施例相同，所以省略其说明。
在图5及图6所示的本发明的背面投影型图像显示装置中，使第二透镜镜筒2的光轴21相对第一透镜镜筒3的光轴31例如在XZ平面，向大体X轴的正方向(在图2中附图纸面右侧方向)偏心。据此，可以实现从图2所示的屏幕下端到底面的距离短的紧凑的装置。
通过使第二透镜镜筒2的光轴21相对第一透镜镜筒3的光轴31例如在XZ平面，向Z轴方向偏心，不必要使第二透镜组24配置在屏幕画面中央。据此，因为增加了装置内部布局的自由度，所以可以实现更加紧凑的装置。
另一方面，即使透过型液晶面板的有效画面尺寸改变，只通过照明光学系统一部分变更，和只变更第一透镜组，也可以在同一形式的装置内原封不动地使用。因此，可以实现装置开发效率优良的投影光学单位。
通过第一透镜组22得到的放大图像的放大倍数因使用的图像显示元件的有效画面尺寸而异，可从2倍到7倍左右。使从第一透镜组到成像位置的距离抑制在最佳范围内，而且为了使第一及第二透镜组的透镜外形作成可能制造的范围，在从2倍到5倍以内更好。
在图5及图6所示的本发明的实施例，使第二透镜镜筒2的光轴21相对于第一透镜镜筒3的光轴31在XZ平面上偏心，适当选择其偏心量。通过这样作，例如如图1所示，可以任意地变更对透过型屏幕6的偏心量。因此，即使是同一画面尺寸也可以自由地变更装置的形式，大幅地提高设计的自由度。
图3是用于说明使用本发明的投影光学系统的背面投影型图像显示装置构造上特征的装置正视图。在同一图中，5示出框体(未图示)，6示出屏幕，9示出前框架。SS示出屏幕画面尺寸(英寸)，L示出从屏幕下端(画面有效开口部)到框体下端的距离。此外，H示出从屏幕外形中心(画面有效开口部中心)到框体下端的距离。
图4是用于说明使用本发明的投影光学系统的背面投影型图像显示装置构造上特征的装置侧视图，与图1，图2，图3所示构成部件相同部件，附加同一符号。
在图6中，A和B是表示入射到屏幕6的图像光的偏移(偏心)比率的参量，D示出装置进深(英寸)。
图7所示的特性图是在使用上述本发明的投影光学系统(投影光学单元)，而且屏幕画面尺寸SS取42英寸的情况下，使用下述第一及第二参量计算的结果。在这里，从配置在屏幕6最近位置的透镜在屏幕侧透镜面前端到屏幕6的距离(以下记作「投影距离」)取作上述第一参量，使它从510mm到310mm变更。此外，前述第二透镜镜筒2的光轴21相当于第一透镜镜筒3的光轴31例如在XZ平面上向大体X轴的正方向(在图2中附图纸面右侧方向)偏移(偏心)情况的偏移量(偏心量)取作上述第二参量。分别变更上述第一及第二参量，通过计算求出由一个光路折返镜得到的装置进深。图7示出其结果。
同一图的横轴示出对前述的第二透镜镜筒2的光轴21的、对第一透镜镜筒3的光轴31的偏移量。例如作为第二参量的偏移量(光轴偏心量)0.5指的是使前述第二透镜2的光轴21和第一透镜镜筒3的光轴31一致的状态。其结果，在装置上，如图4所示，投影光学单元的光轴和设计在透过型屏幕6的菲涅耳片(未图示)至少单面上的菲涅耳透镜中心，与菲涅耳片外形中心一致(即：以投影光学单元光轴作基准，使菲涅耳高度尺寸分成上下方向时的分割比A∶B为1∶1)。据此，图像光束中心相对透过型的屏幕垂直地射出。
同样地，所谓偏移量0.25指的是前述第二透镜镜筒2的光轴21和第一透镜镜筒3的光轴31相对于第一透镜组22的100％像高以3∶1的比率偏移的状态。其结果，在本实施例的装置中，如图4所示，以投影透镜的光轴作基准，在使前述菲涅耳片高度尺寸分割成上下方向时的分割比A∶B(同一图中的A，B)满足3∶1的关系。这样一来，通过偏移，图像光束中心相对于透过型屏幕垂直地射出。
图7所示的纵轴表示从图4示出的光路折返镜7下端到装置框体前面的距离(在图7表示为光学进深)。实际的装置进深考虑构造设计上的公差或裕度，在该值上加60～100mm左右。
以上是对屏幕画面尺寸取42英寸，而且对投影光学单元的投影距离和光轴偏移量取作参量的情况下，可能实现的装置尺寸模拟结果(图7)的观点。
向图7中央斜方向画的实线是把光学单元或底板构件不遮挡图像光束的装置框体内可设置光路折返镜的边界点连接在一起的线。即：在使作为第一参量的投影光学单元的投影距离，以及作为第二参量的第二透镜镜筒2的光轴21的偏移量分别变化时，把与上述边界点对应的各自的值相互连接而成的线。
此外，为了使装置的设计外观优先，如图3所示，使从屏幕下端到装置框体下端的距离L尽可能作小，为了增大正对装置看时屏幕外观的占有面积，使第二透镜镜筒2的光轴21的偏移量最佳化是最有效果的。
通过对装置的模型反复试作得到的知识，第一，在画面尺寸SS在42英寸，长宽比为16∶9的装置中，如果前述的L在110mm以下，则可以得到设计图案优良的装置。这时，第二透镜镜筒2的光轴21的偏移量在4∶1以下，如果使偏移量为6∶1以下，则可以使L值在90mm以下。据此，可以得到屏幕外观占有面积对装置整体进一步减小，设计图案优良的装置外观。
这时(偏移量取6∶1，L值取90mm以下时)，在画面尺寸SS为42英寸，长宽比为16∶9的装置中，从屏幕外形中心到装置框体下端的距离H为350mm。这时必要的投影光学单元的投影距离为380mm，对作为光学进深模拟结果的278mm考虑构造设计上的公差或裕量，得到的装置进深在该值上加100mm左右，成为380mm(42英寸)左右。
第二，图8示出画面尺寸SS为50英寸，长宽比为16∶9的装置的模拟结果。如果图3所示的L为小于等于130mm，则可以得到设计图案优良的装置外观。这时，第二透镜镜筒2的光轴21的偏移量为小于等于4∶1，如果偏移量取小于等于6∶1，则可以使L值为小于等于110mm。据此，可以得到屏幕外观占有面积对装置整体进一步减小的设计图案优良的装置外观。
这时(取偏移量为6∶1，L值为小于等于110mm时)，在画面尺寸SS为50英寸，长宽比为16∶9的装置中，从屏幕外形中心到装置框体下端的距离H为420mm。这时的投影光学单元的投影距离变为460mm，对作为光学进深的模拟结果的308mm考虑构造上的公差或裕量，得到的装置进深在该值上加100mm左右，变为410mm(50英寸)左右。
第3，图9示出画面尺寸SS为60英寸，长宽比为16∶9的装置的模拟结果。如果图3所示的L在160mm以下，则得到设计图案优良的装置。这时，第二透镜镜筒2的光轴21的偏移量为小于等于4∶1，如果取偏移量为6∶1，可以使L值为小于等于140mm。据此，可以得到进一步降低屏幕外观占有面积对装置整体的设计图案优良的外观。
这时(取偏移量为6∶1，L值为小于等于140mm时)，在画面尺寸SS为60英寸，长宽比为16∶9的装置中，从屏幕外形中心到装置框体下端的距离H为515mm。这时的投影光学单元的投影距离为540mm，对作为光学进深的模拟结果的398mm考虑构造上的公差或裕量，得到的装置进深在该值上加100mm左右，变为500mm(60英寸)左右。
汇集以上所述的模拟结果，如表1所示。
表1
 画面尺寸SS(英寸)   装置进深D(英寸)     间隔L(英寸)   中心高度H(英寸)   投影距离LL(英寸)
 42   14.96     3.5   13.8   15.0
 50   16.14     4.3   16.5   18.1
 60   19.69     5.5   20.3   21.3
图10是示出在前述的第一实施例中使用的本发明的背面投影型图像显示装置，作为图像显示元件使用透过型液晶面板情况下的照明光学系统的配置图。
在图10中，从作为白色光源的灯管30放射的白色光束通过反光器31反射，成为所希望的光束，通过防爆玻璃33。该光束通过蝇眼透镜34分割，通过偏振光束分光镜35成为单一偏振光。分成该单一偏振光的分割光束通过配置在对置位置上的蝇眼透镜36和物镜37放大投影到液晶面板(G)51，液晶面板(B)52，液晶面板(R)53上并叠合。因此，使入射至面板的光束能量分布均匀化。白色光束通过配置在光路上的分色镜38分离为红色光束和青绿色光束。红色图像光的色度通过分色镜38的分光反射特性和设置在透镜53′的微调滤光器的分光反射特性，使色纯度上升。
此外，分色镜39具有反射绿色区域的光的特性。在透镜51’上与红色同样地使用微调滤光器。最后残留的蓝色光束通过例如镜41，镜42或设置在透镜52’上的分色镜的特性而被分光。短波长侧通过设置有UV截止滤光器的蝇眼透镜34和透镜44去除。
以上是对使用透光型液晶面板作为图像显示元件的情况下的本发明的照明光学系统的色分离部的说明。通过前述的技术手段而被分离为红、绿、蓝的色光束分别入射到各自对应的透过型液晶面板53，51，52中，对与图像信号振幅一致而射出的光束量(光量)加以调制。调制的各自色的光束通过正交棱镜27合成，通过投影光学单元210放大投影到屏幕上。
以上，对本发明的照明光学系统，使用透过型液晶面板的情况加以说明。即使在使用反射型液晶面板作为图像显示元件的情况下，不用说，在图像合成之后，本发明的投影光学单元也是可以适用的。即：本发明即使在使用反射型液晶面板的装置也可以同样地适用。
如前述所示，本发明的投影光学单元由至少2组以上的透镜组构成。因为物镜组的位置对光路折返机构或者可以配置在第二透镜组侧，或者配置在第一透镜组侧，所以设计布局的自由度大。可是，如果通过光路折返机构把物镜配置在第二透镜组侧，则构成物镜组和第二透镜组的各个透镜口径变大，从而关系到价格上升。因为物镜的透镜面接近第一透镜组的成像面，所以在物镜的透镜表面附着尘埃时，最终产生损害屏幕放大图像画质的可能性。因此，这样的情况在设计上加以注意是有必要的。
如上述所示，本发明的投影光学单元由至少大于等于2组的透镜组形成，如图5或图6所示，由于在作为图像显示元件的透过型液晶面板和第一透镜组22之间存在色合成用的正交棱镜27，所以必然地，第一透镜组成为负焦矩(焦点后移)型。此外，由于照明光学系统的光束大体是平行的，所以通过远心光学系统，该第一透镜组22的放大图像在物镜组23近旁成像。
作为本发明的投影光学单元的实施例，图11示出第一透镜组22的透镜数据，图12示出透镜构成。在图12中，各透镜上附加的符号与图11的透镜面符号一致。从图11的Sa6面到Sa7面是正交棱镜27(图5及图6)，第一透镜组22是从Sa8面到Sa18面，物镜23是Sa20，Sa21面，第一成像位置是Sa21面，在图12中表记为IMG。
图13示出在光轴上成像的光束Φ1以及在画面中域成像的光束Φ2以及在画面周边上成像的光束Φ3以及Φ4的光线跟踪结果。
由于图14示出基于作为本发明的投影光学单元的实施例示出的第一透镜组的成像性能，所以图14是作为物面的面板尺寸为0.7英寸，长宽比16∶9的情况下的成像面(IMG)上的光斑图。使作为蓝光的波长450mm光线，作为绿光的波长545nm光线，作为红光的波长625nm光线叠合加以评加。在光斑尺寸收束到50μm左右，得到良好的性能。
其次，作为超广角的本发明投影光学单元的实施例，图15示出第二透镜组24的透镜数据，图16示出透镜的构成。在图16中，各透镜上附加的符号与图15的透镜面符号一致。在图16中，Sb0面是第一透镜组的成像面(IMG)，同时，成为第二透镜组24的物面。
第二透镜组24包含从Sb1到Sb20的透镜面。表示该透镜面的非球面式以及系数在同一图中合并记入。从Sb1到Sb20之中，非球面的透镜面是Sb1，Sb2，Sb15，Sb16，Sb19以及Sb20的6面。即：该第二透镜组包含至少3个非球面透镜。通常与照明光学系统的F值一致来决定第一透镜组的F值，然而在本发明的实施例的第一透镜组的F值为3.0。由于投影倍率为3倍，所以即使第二透镜组的F值为9.0，也能够输入充分的光束。因为第二透镜组的F值可以作成9.0，大，所以从50英寸投影时的最终面(Sb20面)到屏幕面的间隔(投影距离)为425mm，可以实现视角为113度，超广视角的投影光学单元。
图17示出对光轴上成像的Φ1、画面中域成像的光束Φ2以及Φ3、画面周边成像的光束Φ4以及Φ5的光线跟踪结果。
图18示出本发明的投影光学单元第二透镜组24成像性能的结果。该图是取物面为2.1英寸，长宽比取16∶9，此外偏心量取7∶1，增大物面情况下的屏幕面上的光斑图。对作为蓝光的波长450nm光线，作为绿光的波长545nm的光线，作为红光的波长625nm的光线叠合后进行评价。光斑尺寸收束到30μm左右，得到良好的性能。
图19是示出在本发明的投影光学单元的第二透镜组24的光轴和第一透镜组22和物镜23光轴以偏心量L1偏心(相对长宽比16∶9的短边7∶1)配置的情况下的光线跟踪结果。图20是在为本发明的投影光学单元的第一透镜组物面的面板尺寸为0.7英寸，长宽比取16∶9，第二透镜组的物面(第一透镜组的像面)为2.1英寸，长宽比取16∶9，此外偏心量取7∶1，增大物面的情况下的屏幕面上光斑图。对作为蓝光的波长450nm光线，作为绿光的波长545nm的光线，作为红光的波长625nm的光线叠合进行评价。光斑尺寸收束到1.8mm左右，得到良好的性能。
如以上所述，在采用本发明的投影光学单元的背面投影型图像显示装置中，即使缩短到达反射屏幕的距离也得到足够的放大倍率，使欣尝动人画面成为可能。此外，通过在背面投影型图像显示装置内使用本发明的投影光学单元，即使1个光路折返镜也可以减小从屏幕下端到达装置框体下端的间隔，可以实现传统方式做不到的紧凑的装置。
本发明的投影光学单元不限于背面的投影型图像显示装置，当然也适用于从屏幕的前面投影的前面投影型图像显示装置。
如以上所示，根据本发明的投影光学单元，即使高倍率化也可以兼顾装置小型化所必要的超广角化和大焦距化。即使改变使用的图像显示元件的有效画面尺寸，通过变更一部分投影光学单元也可以与之对应。因此在采用它的图像显示装置或背面投影型图像显示装置中，可以得到对于伴随着装置尺寸展开，图像显示元件的有效显示领域的变更的机种展开的开发成本降低这样传统方式做不到的大的优点。

Claims (11)

1、一种背面投影型图像显示装置，包含：
对图像进行显示的图像显示元件；
把所述图像显示元件上显示的画像放大投影到透过型屏幕上的投影透镜；
配置在所述投影透镜和所述透过型屏幕的光路中，对来自所述投影透镜的投影光束进行反射并导向所述透过型屏幕的折返镜；和
在其内部收容所述图像显示元件、投影透镜以及折返镜的框体；
其中，所述投影透镜包括：具有多个透镜元件的第一透镜单元、具有多个透镜元件的第二透镜单元、和反射部件，
所述第一透镜单元配置为使其光轴与所述透过型屏幕的画面水平方向并行，所述第二透镜单元配置为使其光轴与所述第一透镜单元的光轴正交，所述反射部件反射来自所述第一透镜单元的光并将其导向所述第二透镜单元，
设所述透过型屏幕对角尺寸为SS(英寸)，所述框体进深为D(英寸)，从屏幕下端到框体下端的长度为L(英寸)时，满足下述条件，即：
SS＞40
D≤SS/3.0
L≤SS/10.9。
2、根据权利要求1所述的背面投影型图像显示装置，其特征在于，所述透过型屏幕的长宽比大体为16∶9。
3、根据权利要求1所述的背面投影型图像显示装置，其特征在于，所述透过型屏幕的中心高度H(英寸)还满足下述条件；
H≤SS/2.9。
4、根据权利要求1所述的背面投影型图像显示装置，其特征在于，在将所述第二透镜单元的多个透镜元件中配置在与所述透过型屏幕最近的位置的透镜和所述透过型屏幕之间的距离设为LL(英寸)时，进一步满足下述条件；
LL＜SS/2.7。
5、根据权利要求1所述的背面投影型图像显示装置，其特征在于，所述投影透镜通过所述第一及第二透镜单元得到二次以上的放大图像，同时，通过配置在最靠近所述图像显示元件位置的第一透镜单元形成的第一放大图像在比第二透镜单元更靠近所述图像显示元件侧进行成像，所述第一放大图像的倍率M1比通过所述第二透镜单元在屏幕上形成的第二放大图像的倍率M2小。
6、根据权利要求5所述的背面投影型图像显示装置，其特征在于，所述投影透镜具有配置在所述第一透镜单元和所述第二透镜单元之间的、有正折射力的物镜组，通过所述第一透镜单元形成的第一放大图像在所述物镜组近旁成像。
7、根据权利要求6所述的背面投影型图像显示装置，其特征在于，在所述第二透镜单元和物镜组之间配置有镜。
8、根据权利要求5所述的背面投影型图像显示装置，其特征在于，所述投影透镜具有配置在所述第一透镜单元和所述第二透镜单元之间的、有正折射力的物镜组，通过所述第一透镜单元形成的第一放大图像，在比所述物镜组更靠近所述第一透镜单元侧成像。
9.根据权利要求8所述的背面投影型图像显示装置，其特征在于，在所述第二透镜单元和物镜组之间配置有镜。
10、根据权利要求1所述的背面投影型图像显示装置，其特征在于，所述投影透镜通过该第一及第二透镜单元得到至少二次以上放大图像，同时，最接近所述图像显示元件配置的第一透镜单元在所述图像显示元件侧为大体远心关系，通过该第一透镜单元得到的第一放大图像在比第二透镜单元更靠近图像显示元件侧成像，所述第二透镜单元具有正折射力，视角大于等于90度。
11、根据权利要求1所述的背面投影型图像显示装置，其特征在于，所述投影透镜及所述图像显示元件配置在比所述透过型屏幕下端更上方。
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