CN103969928A - 图像投影装置和图像投影方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像投影装置和图像投影方法，其中，图像投影方法包括：在形成光的中间聚焦图像之后，由凹面镜反射穿过一个或多个透镜的光；并且通过由纵横比为1.9或更大的平面镜反射由凹面镜反射的光，将图像投影到投影平面上。

Description

图像投影装置和图像投影方法

相关申请的交叉参考

本申请要求于2013年2月6日提交的日本在先专利申请JP2013-021705的利益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种包括投影光学系统的图像投影装置，以及使用所述图像投影装置的图像投影方法。

背景技术

一种投影机（图像投影装置）已被公知，其包括使用卤素灯、金属卤化物灯等作为光源的照明光学系统（照明装置），以及包括光调制设备和投影透镜的投影光学系统，（例如，参见日本未经审查专利申请公开号2011-2611）。

被称为微型投影机的小（手掌大小）型重量轻的便携式投影机，现在开始被广泛应用在这样的投影机领域。在这样的微型投影机中，发光二极管（LED）主要被用作照明装置的光源。近年来，激光的使用在扩展色彩再现范围和降低功耗方面引起关注。

另一方面，已经提出了包括短焦距投影透镜的图像投影装置，并且该图像投影装置能够通过改变所述图像投影装置的姿态（图像投影装置放置的安装面），在投影到墙面（垂直平面）和投影到地板面（水平面）之间进行选择（例如，参见日本未经审查专利申请公开号2010-160476）。

发明内容

然而，近日，这样的投影机被要求进一步小型化以提高用户便利性。

理想的是提供一种尽管其结构更加紧凑，但是能够表现出优异显示性能的图像投影装置，以及一种能够投影具有优良质量的图像而无需使用大的图像投影装置的图像投影方法。

根据本公开的一个实施方式（1），提供了一种图像投影装置，包括投影光学系统，其包括从光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面镜，并且被配置成使用入射光来投影图像。一个或多个透镜在凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，并且平面镜的纵横比为1.9或更大。

根据本公开的一个实施方式（2），提供了一种图像投影装置，包括投影光学系统，其包括从光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面光学基板，并且被配置成使用入射光来投影图像。一个或多个透镜在凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，平面光学基板被配置以反射入射光的一部分，同时允许入射光的其余部分由此穿过。

根据本公开的一个实施方式（3），提供了一种图像投影装置，包括：投影光学系统，其包括从光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面镜，并且被配置成使用入射光来投影图像；以及切换机构。一个或多个透镜在凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，切换机构被配置为在第一投影模式和第二投影模式之间切换，同时保持一个或多个透镜的姿态和凹面镜的姿态，其中，所述第一投影模式将平面镜置于光路上，而第二投影模式不将平面镜置于光路上。

根据本公开的一个实施方式（4），提供了一种图像投影装置，包括：投影光学系统，其包括从光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面光学基板，并且被配置成使用入射光来投影图像。一个或多个透镜在凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，平面光学基板被配置为反射入射光的一部分，同时允许入射光的其余部分由此穿过，并且已经穿过平面光学基板的光被投影到与第一表面相交的第二表面。

在根据本公开上述各实施方式（1）至（4）的图像投影装置中，投影光学系统包括从光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜，以及平面镜或者平面光学基板，从而能够实现紧凑的整体结构。

根据本公开的一个实施方式（5），提供了一种图像投影方法，包括：在形成光的中间聚焦图像之后，由凹面镜反射穿过一个或多个透镜的光；并且通过由纵横比为1.9或更大的平面镜反射由凹面镜反射的光，将图像投影到投影平面上。

根据本公开的一个实施方式（6），提供了一种图像投影方法，包括：在形成光的中间聚焦图像之后，由凹面镜反射穿过一个或多个透镜的光；通过由设置在反射光通路上的平面镜反射由凹面镜反射的反射光，然后通过将平面镜反射的光施加到投影平面上来投影图像，或者在不将平面镜设置在反射光通路上的情况下，通过将凹面镜反射的光施加到投影平面上来投影图像。

在根据本公开的上述各实施方式（5）和（6）的图像投影方法中，穿过一个或多个透镜的光的中间聚焦图像是在光到达凹面镜之前形成的，从而可以减少一个或多个透镜和凹面镜之间的距离。

根据本公开的上述各实施方式（1）至（4）的图像投影装置的任意一个，实现更紧凑的结构，而不会降低光学性能。此外，根据本公开的上述各实施方式（5）和（6）的图像投影方法的任意一个，投影优质的图像，而无需使用大的图像投影装置。

应当理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性的，并且旨在提供所要求保护的技术的进一步解释。

附图说明

附图被包括以提供本公开的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图示出了实施方式，并与说明书一起，用于解释本技术的原理。

图1是示出根据本公开的一个实施方式的投影机的示例性整体结构的示意图。

图2是示出图1所示的投影光学系统的详细示例性配置的说明图。

图3是示出图2所示的投影光学系统的角度调整机构的立体图。

图4A是示出在图2所示的投影光学系统中所用平面镜的结构的说明图。

图4B是示出在图2所示的投影光学系统中所用平面镜的另一种结构的说明图。

图5A是用于说明在图2所示的投影光学系统中的平面镜的反射面纵横比的第一说明图。

图5B是用于说明在图2所示的投影光学系统中的平面镜的反射面纵横比的第二说明图。

图6是用于说明在图2所示的投影光学系统中，从透镜的中心轴线到透明平板的距离的说明图。

图7是用于说明在图2所示的投影光学系统中，从透镜的中心轴线到平面镜的距离的说明图。

图8是用于说明在图2所示的投影光学系统中，从透镜的中心轴线到透明平板的距离的说明图。

图9A是示出根据第一变形例的投影光学系统的第一投影模式下的结构的说明图。

图9B是示出根据第一变形例的投影光学系统的第二投影模式下的结构的说明图。

图9C是示出根据第一变形例的投影光学系统的切换机构的结构的说明图。

图10是示出根据第二变形例的投影光学系统的结构的说明图。

图11是说明根据第三变形例的投影光学系统的结构的说明图。

图12A是示出根据第四变形例的投影光学系统的第一投影模式下的结构的说明图。

图12B是示出根据第四变形例的投影光学系统的第三投影模式下的结构的说明图。

图12C是示出根据第四变形例的投影光学系统的第二投影模式下的结构的说明图。

具体实施方式

在下文中，参考附图对本公开的一些实施方式进行详细描述。

[投影机的结构]

图1示出了根据本公开的一个实施方式的投影机的整体结构。此投影机是投影型显示装置（图像投影装置），其被配置以将图像（图像光）投影到屏幕4（用于投影的平面）上。投影机包括照明装置1、被配置以使用来自照明装置1的照明光来执行图像显示的投影光学系统2、以及容纳照明光学系统1和投影光学系统2的框架3。照明光学系统1和投影光学系统2相对于彼此固定。例如，投影光学系统2可以被固定到框架3。

（照明装置1）

照明装置1包括，在壳体10中，红色激光器11R，绿色激光器11G，蓝色激光器11B，耦合透镜12R、12G和12B，分色棱镜（dichroic prism）131和132，蝇眼透镜14和聚光透镜15。在该图中，Z0表示光轴。

红色激光器11R、绿色激光器11G和蓝色激光器11B是三种类型的激光源，其分别能够发出红色激光、绿色激光和蓝色激光。这样的激光源构成光源部分。例如，红色激光器11R、绿色激光器11G和蓝色激光器11B可以各自发出脉冲光。具体来说，例如，每个激光器能够以预定的发光频率（以预定的光发射周期）间歇性地发射激光。例如，红色激光器11R、绿色激光器11G和蓝色激光器11B的每一个可以由半导体激光器、固态激光器等构成。在每个激光器是由半导体激光器构成的情况下，例如，红色激光的波长λr为约600nm至约700nm，包括两端点，绿色激光的波长λg为约500nm至约600nm，包括两端点，而蓝色激光的波长λb为约400nm至约500nm，包括两端点。

耦合透镜12G是透镜（耦合透镜），其校准从绿色激光器11G发射的绿色激光，并允许准直光（即，将绿色激光转换成平行光，并允许平行光）与分色棱镜131耦合。类似地，耦合透镜12B是透镜（耦合透镜），其校准从蓝色激光器11B发射的蓝色激光，并允许准直光与分色棱镜131耦合。耦合透镜12R是透镜（耦合透镜），其校准从红色激光器11R发射的红色激光，并允许准直光与分色棱镜132耦合。虽然在这种情况下每个耦合透镜12R、12G和12B校准进入的激光（将进入的激光转变为平行光），但是这不是限定性的。激光可能不被每个耦合透镜12R、12G和12B校准（转换为平行光）。然而，因为装置结构的尺寸减小，所以激光可以如上所述根据需要被准直。

分色棱镜131是选择性地透射通过耦合透镜12B进入的蓝色激光并同时选择性地反射通过耦合透镜12G进入的绿色激光的棱镜。分色棱镜132是选择性地透射从分色棱镜131发射出的蓝色激光和绿色激光并同时选择性地反射通过耦合透镜12R进入的红色激光的棱镜。因此，颜色组合（光路组合）是对红色激光、绿色激光和蓝色激光进行的。

蝇眼透镜14为光学元件（积分器），其包括二维排列在基板上的多个透镜（晶胞），并在空间上将入射光束分割为与这样布置的透镜对应的光束，并且发射分割后的光束。在此配置中，蝇眼透镜14被设置在分光棱镜132和聚光透镜17之间的光路上。蝇眼透镜14以叠加的方式发射被分割的光束。这将从蝇眼透镜14射出的光均匀化（均匀化在一个平面上的光量分布）。在蝇眼透镜14中，为了有效地利用倾斜入射的光作为照明光，晶胞（每一个都具有预定曲率）可以优选地不仅在蝇眼透镜14的光入射侧而且在其发光侧上形成。

聚光透镜15会聚从蝇眼透镜14射出的光，并射出会聚的光作为照明光。

照明装置1还包括反射型液晶面板16作为光调制设备和偏振分束器（PBS）17。

PBS17是光学元件，其选择性地透射特定类型的偏振光（例如，p偏振光），并选择性地反射另一种类型的偏振光（例如，s偏振光）。因此，来自照明装置1的照明光（例如，s偏振光）被选择性地反射，并进入反射型液晶面板16，从反射型液晶面板16发射的图像光（例如，p偏振光）以选择性的方式透射过PBS17，并进入后述透镜23。

未图示的场透镜可以被设置在PBS17和反射型液晶面板16之间的光路上。场透镜使照明光向远心地（telecentrically）进入反射式液晶面板16，从而导致照明装置1的小型化。

反射型液晶面板16是光调制设备，其反射来自照明装置1的照明光，同时调制照明光，基于从未图示的显示控制部分提供的图像信号，从而发射出图像光。在此操作中，反射型液晶面板16反射照明光，使得光入射时偏振光的类型变得与发光时偏振光的类型不同。例如，这样的反射型液晶面板16可以由液晶设备，例如硅上液晶（LCOS）构成。

（投影光学系统2）

图2示出了投影光学系统2的详细结构。例如，投影光学系统2可以从光入射侧依次包括一个或多个投影透镜23（为了便于描述，在下文中简称为“透镜”）、凹面镜22和平面镜21。例如，投影光学系统2可以被配置成使用入射光来投影图像IMG到地板面FS。透镜23被容纳在镜筒24中。透镜23均为（扩张地）投影由反射型液晶面板16调制的照明光（图像光）到屏幕4（图1）上的透镜。透镜23在凹面镜22的近侧上形成中间聚焦的图像M。中间聚焦图像M的形成位置可以是透镜23和凹面镜22之间或每个透镜23内，只要该位置是在凹面镜22的近侧。投影光学系统2在凹面镜22连接到平面镜21的光路上还包括透明平板25，其可由玻璃等构成。投影光学系统2被容纳在框架3中，除了平面镜21。凹面镜22连同透镜23可以被容纳在镜筒24。例如，通过设置在框架3的外表面的支撑部分30，平面镜21可以被支撑在框架3的外侧。框架3在连接凹面镜22到平面镜21的光学路径上具有开口3K，而透明平板25被设置为不留空间以密封开口3K。

投影光学系统2投影图像IMG到设置在地板面（floor face）FS作为投影平面的屏幕4上，其相对于平面镜21的反射面21S规定角度θ（例如，θ=45°），作为投影光学系统2的最终表面。举例来说，通过图3中所示的角度调整机构20，平面镜21的角度θ是可变的。角度调整机构20包括保持反射镜21的夹持基片20A，以及设置在夹持基片20A四角的四个调节螺钉20B。夹持基片20A被固定在框架3的支撑部分30，并且通过旋转每个螺丝20B，框架3与支撑部分30的倾斜角是可变的。角度调整机构20有利于平面镜21的倾斜的调整，而没有手指等在投影图像中反映。

举例来说，到平面镜21的反射表面21S的入射角可以在5°至60°的很宽范围中，包括两个端点；因此，银（Ag）作为平面镜21反射膜的构成材料是最可取的。这是因为银涂层，能够实现超过可见光在上述角度范围内的整个区域上95％以上的反射效率。或者，平面镜21的反射膜也可以由电介质薄膜构成。特别是，在使用激光源的情况下，电介质膜的反射率的优化与使用银的情况相比能够廉价地制造反射膜，同时只保持在所希望的波长的反射率。另一方面，铝膜的反射根据入射角变化很大，可能不是优选的平面镜21的反射膜的构成材料。

在平面镜21的反射膜由银构成的情况下，需要通过以下技术防止银的氧化。例如，如图4A所示，由银构成的反射膜21A可以形成在基板21B上，保护膜21C可以被设置以覆盖反射膜21A。这减少了反射膜21A与外部空气的接触，从而防止了反射膜21A的氧化。其结果是，与反射膜21A的保护膜21C相接触的表面可以用作反射面21S。或者，如图4B所示，由银构成的反射膜21A可以形成在基板21B中，与反射膜21A的基板21B相接触的表面可以用作反射面21S。在这种情况下，基板21B可以形成为诸如玻璃的透明部件。根据基板21B的厚度21t可能引起重影；因此，可以使厚度21t足够大（例如，理想的是3f或更多）以防止重影，其中的“f”表示投影光学系统2的焦点距离。当“f”为约1.5mm或更小时，投影光学系统2的总长度为约150mm，平面镜21的宽度为150mm或更小，因此其对于实现小型化是有利的。特别地，当“f”为1.0mm时，投影光学系统2的总长度为约100mm，平面镜21的宽度为100mm或更小，使得可以实现进一步的小型化。

此外，平面镜21的反射面21S的纵横比可以是优选的1.9或更大。这是因为，由此可以实现更紧凑的结构。如图5A和5B所示，当投影到地板面FS的图像IMG的屏幕宽高比被定义为W0，平面镜21的反射面21S的纵横比W对应于屏幕的宽高比W0到倾斜角θ的表面的映射；因此，纵横比W表示如下：

W≥W0/cosθ

在此，平面镜21没有多余部分，从而产生更紧凑的结构。到屏幕中心的投影角度θ可以是理想的45度或更大。这是因为由此折叠被激活。例如，在16:9的屏幕宽高比的情况下，W0为1.78，使得θ为45°的情况下W等于或大于2.5能够减少平面镜21的尺寸。在4:3的屏幕宽高比的情况下，W0为1.33，W可以优选等于或大于1.9。图5A是示出投影光学系统2中透明平板25、平面镜21和图像IMG之间关系的说明图，图5B是图5A的展开图。

透镜23被配置为设置在一个中心轴线S的对称光学系统。透明平板25最好大致平行于透镜23的中心轴线S延伸。在透明平板25的光入射侧的经过光束矩心位置（beam centroid position）和光发射侧上的经过光束矩心位置都被理想地设置在到透镜23的中心轴线S的距离X处，其可以是投影光学系统2的焦距f的4.6倍或更小。其中一个原因现在被说明。期望的是，透明平板25尽可能地小。透明平板25是窗口部分，其被设置在框架3的开口3K，透射来自凹面镜22的光，并且其较小的尺寸可以更容易清洗。此外，这种小型化导致了轻量化和成本降低，例如材料成本。例如，如图6所示，在比凹面镜22放置得更靠近入射侧的透镜23被设置在同一中心轴线S上的情况下，来自每个图像高度的光被凹面镜22反射，然后被暂时集中在中心轴线S。在本实施方式中，为了像差平衡，透明平板25上的入射角可以是理想的60°或更小。因此，随着从中心轴线S到透明平板25位置的距离增大，透明平板25的尺寸急剧增大。当中心轴线S与透明平板25之间的距离被定义为X时，根据下面的关系式，光束半径R增大：

鉴于使减少像差的功率和尺寸，凹面镜22的焦距f1最好满足与投影光学系统2的焦距f的以下关系式：

|f1|≤4.0×|f|

凹面镜22的反射面22S的曲率半径Rm被表示为Rm=2×|f1|。如果半径R超过2×|f1|，那么透明平板25的平面尺寸超过了凹面镜22的反射表面22S的平面尺寸，导致框架3的尺寸的增大。因此，最好满足以下关系式：

Rm≥R，

以及给出的以下关系式：

8.0×和而且

在的情况下，有必要满足以下关系式：

4.6×和|f|≥X

例如，当焦距f为1mm时，有必要满足以下关系式：

4.6≥X[mm]

开口3K中这样的部分是不仅适合于透明平板25的放置，而且适用于光学元件（例如波长板或过滤器）的放置。

平面镜21的位置也可以被控制在一定范围内，从而允许投影光学系统2的小型化。具体来说，在图7中，平面镜21的光束矩心位置21P和透镜23的中心轴线S之间的距离Y可以优选地是凹面镜22的曲率半径Rm的1.42倍或更多。平面镜21的高度可以足够高，以避免来自平面镜21的光束干扰凹面镜22，但是要足够低，以将平面镜21本身的尺寸减少到一定的水平。如图7所示，平面镜21可以在一定的高度位置设置，以避免投影的最接近透镜23的光束的光晕。具体地讲，可以优选满足以下关系式：

D2-D1≥f1

如果不满足关系式D2-D1≥f1，那么由平面镜21反射的光束可能会干扰凹面镜22。这里，D1是透镜23的中心轴线S上的一个距离，在凹面镜22的焦点22FP与平面镜21的光束矩心位置21P之间。D2是中心轴线S上的一个距离，在由平面镜21反射的光束的光束矩心位置21P和发射点21LP之间。当平面镜21与中心轴线S的角度被定义为ψ时，距离Y表示如下：

或

在ψ=45°的情况下，最小视角到达光束的可优选为40°或更小。因此，给出以下关系式：

Y≥2.84×|f1|=1.42×|Rm|。

在Rm=-7mm的情况下，有必要满足以下关系式：

Y≥9.9mm

平面镜21的高度，即距离Y可以优选尽可能低。这是因为由此实现了投影光学系统2厚度的减小。

[平面玻璃与平面镜结合的位置]

特别是，在使用透明平板25的情况下，透明平板25与透镜23的光轴（中心轴线S）之间的距离X，可以优选为平面镜21的光束矩心位置21P和透镜23的中心轴线S之间距离Y的0.3倍或更小。这是因为，如图8所示，当透明平板25位于从凹面镜22的焦点22FP到最近的反射光束的跨度D3之内，任何反射的光束被避免，这在光学上是有利的。

由于以下关系式成立

有必要满足以下关系式：

D3≥X，以及

在ψ=45°的情况下，在透镜设计中最好是40°或更小。因此，更好的是满足以下关系式：

0.3×Y≥X。

基于这样的前提，在Y=9.9mm的情况下，下面的关系式成立：

2.9[mm]≥X

[投影机的显示操作]

根据本实施方式的投影机可以操作如下。如图1所示，首先，在照明装置1中，从红色激光器11R、绿色激光器11G和蓝色激光器11B发射的各颜色的激光（红色激光、绿色激光和蓝色激光）分别由耦合透镜12R、12G和12B校准为平行光。其后，这几种颜色的激光作为平行光由分色棱镜131和132进行颜色组合（光路组合）。经过光路组合的所述颜色的激光依次通过蝇眼透镜14和聚光透镜15，从而可以形成照明光，其随后进入PBS17。在此操作中，蝇眼透镜14均匀化进入PBS17（均匀化在一个平面上的光量分布）的光。

已进入PBS17的照明光被选择性地由PBS17反射，并进入反射型液晶面板16。反射型液晶面板16反射照明光，同时基于图像信号调制照明光，从而发出调制光作为图像光。在此操作中，因为光入射时偏振光的类型与发光时偏振光的类型不同，所以从反射式液晶面板16射出的图像光以选择性的方式穿过PBS17，并进入透镜23。通过包括透镜23的投影光学系统2，已进入透镜23的图像光被（扩张地）投影到屏幕4。具体而言，图像光穿过透镜23，从而形成其中间聚焦图像M，然后由凹面镜22反射，以被导向平面镜21。平面镜21进一步反射由凹面镜22反射的图像光以扩张地将图像投影到屏幕4。

此时，例如，红色激光器11R、绿色激光器11G和蓝色激光器11B的每一个能够以预定的光发射频率进行间歇性发光操作。其结果是，各颜色的激光（红色激光、绿色激光和蓝色激光）以时分方式被依次射出。在反射式液晶面板16中，根据各颜色分量（红色分量、绿色分量和蓝色颜色分量）的图像信号，相应颜色的激光以时分方式被顺序调制。以这种方式，投影机可以根据图像信号进行彩色图像显示。

[投影机的操作和效果]

根据本实施方式的投影机，通过这样的配置实现更紧凑的结构，而没有光学性能下降。例如，在本实施方式中，平面镜21被设置为最接近投影光学系统2的图像的部件。平面镜21的反射面21S被提供作为最终表面，由此，在投影光学系统2具有典型的超短焦镜头配置并且具有大覆盖区（footprint）和小高度（见图2）的同时，图像允许被投影到地板面FS。此外，投影光学系统2从光入射侧依次包括透镜23、凹面镜22和平面镜21，中间聚焦图像M被形成在凹面镜22的近侧上，从而可以减少平面镜21的尺寸。

此外，平面镜21的反射面21S被制成纵横比为1.9或更大，从而实现更紧凑的结构。此外，在本实施方式中，透镜23可以被配置为设置在一个中心轴线S的对称光学系统，透明平板25可以大致平行于中心轴线S延伸，并且可以被设置在与中心轴线S的距离X，其可以是焦距f的4.6倍或更小。这对实现整体结构的小型化是有利的。然而，透明平面板25可以不平行于中心轴线S。

[变形例1]

图9A和9B各示出了投影机，其包括根据上述实施方式的第一变形例的投影光学系统2A。在变形例1的投影光学系统2A中，在其中平面镜21被设置在来自凹面镜22的图像光（反射光）的光路（通路）上的第一投影模式（图9A）与其中平面镜21没有被设置在光路上的第二投影模式（图9B）之间进行切换。具体而言，在第一投影模式中，由凹面镜22反射的光进一步被设置在光通路上的平面镜21反射，由平面镜21反射的光被施加到投影平面用于图像投影。另一方面，在第二投影模式中，由凹面镜22反射的光被施加到投影平面上用于图像投影，而不设置平面镜21。投影光学系统2A具有切换机构31，其在第一投影模式和第二投影模式之间进行切换，同时例如保持透镜23和凹面镜22的姿态。例如，如图9C所示，切换机构31包括保持平面镜21的夹持基片32的一端，所述一端沿着夹持基片32的一侧可绕旋转轴Z31枢转地附接到框架3。详细地说，例如，在旋转轴Z31上，齿轮33和圆柱形凸起34可以被设置在夹持基片32的一端，而另一个圆柱状突起34可以被设置在另一端。例如，齿轮33可与固定在电动机驱动轴的齿轮（未示出）啮合，并且，例如，突起34可以被匹合（fit）到设置于框架3上的匹合孔（未示出）。在切换机构31中，当齿轮33被例如电动机驱动从而绕旋转轴Z31旋转，平面镜21连同夹持基片32绕旋转轴Z31旋转。在此操作中，在第一投影模式中，平面镜21角度的精度是很重要的；因此，具有高位置精度的止动器（未示出）可优选地被设置在框架3，使得平面镜21可旋转直到抵接在止动器上。此外，例如，图3所示的调节机构可以被进一步设置为相对于夹持基片32精细地调节平面镜21的倾斜。或者，平面镜21和保持平面镜21的夹持基片32被设置为可以从框架3上拆卸下来，而代替切换机构31。在图9A的第一投影模式中，由平面镜21反射的光被投影到地板面FS，其作为沿框架3的安装面上的投影平面（例如，平行于框架3覆盖区的投影平面），用于图像IMG的投影。另一方面，在图9B的第二投影模式中，来自凹面镜22的光被投影到墙面WS上，不穿过平面镜21，所述墙面WS作为投影平面与框架3的安装面相交（例如，垂直于框架3覆盖区的投影平面），用于图像IMG的投影。

以这种方式，在变形例1中，平面镜21从框架3上被拆下，或被移动，以便关闭光路，从而防止平面镜21与从凹面镜22定向到投影平面的光束相干扰。此外，投影光学系统2A被配置为即使从凹面镜22定向到投影平面的光束被平面镜21折叠，光束也不会与框架3等干扰。因此，图像IMG到地板面FS和壁面WS二者的投影以简单的方式执行，而不改变主体的姿态。除去或移动平面镜21的具体技术并不限于上述技术。手动或电动的技术都可以使用。此外，一个可行的方法包括使平面镜21脱离与光轴相交的横向方向的技术，以及折叠平面镜21的技术。即使平面镜21是以这种方式被分离或移动的，凹面镜22上的防尘功能和反接触功能仍然由透明平板25维护。

[变形例2]

图10示出了包括根据上述实施方式第二变形例的投影光学系统2B的投影机。变形例2的投影光学系统2B具有与上述实施方式的投影光学系统2类似的结构，不同之处在于设置非偏振光分离膜26以代替平面镜21（变形例2）。

非偏振光分离膜26是一种所谓的半反射镜。例如，非偏振光分离膜26可以是堆叠的层制成的多层膜，每层包括电介质或金属材料。非偏振光分离膜26不具有波长选择性和偏振选择性，并透射具有入射激光光量约一半光量的激光，并反射具有剩余的另一半光量的激光。或者，也可以使用具有波长选择性的非偏振光分离膜26，只要该非偏振光分离膜26传输具有波长处于特定波长范围内的入射激光光量大约一半光量的激光，并且反射具有剩余的另一半光量的激光。穿过非偏振光分离膜26的激光的光量与非偏振光分离膜26反射的激光的光量的比例可以被适当地选择，即，可以不限定于1:1的比例。

以这种方式，在变形例2中，入射光的一部分被传输，而入射光的其他部分被反射，这使得可以同时执行图像IMG到地板面FS和墙面WS二者的投影，从而提高用户便利性。例如，感测装置可以被设置在地板面侧，并且到地板面FS和墙面WS的同步投影可以利用透射率和反射率均为50％的非偏振光分离膜26进行。例如，在一个可能的用法中，投影到地板面FS的图像可以被用作用于输入的图像，而投影到墙墙面WS的图像可以被用作用于显示的图像。例如，投影到地板面FS的图像上的手指的位置可以由感测装置感测到，并且可以进行信息处理以移除投影屏幕上的手指。这使得用户对相对接触地板面上的图像进行操作，同时在相对可见墙面WS上观看图像。在超短焦距投影机，在一般情况下，当手指等被放置在投影平面上时，手指的拉伸阴影被示出，其可以干扰投影信息的显示。在所述方法中，然而，即使进行指示，墙面WS上的信息也不会被干扰，而某些屏幕信息也被显示在地板面FS的图像上，导致极高的用户便利性。为了在地板面FS显示某些信息，非偏振光分离膜26的反射率Rf可以被理想地调整如下：

20%≤Rf。

当非偏振光分离膜26具有波长选择性时，利用这种波长选择性，允许不同的图像有选择性地被投影到壁面WS和地板面FS。

[变形例3]

此外，正如图11所示的投影光学系统2C，偏振光分离膜27可以被设置以代替非偏振光分离膜26（变形例3）。在变形例3中，激光的偏振是在光源中切换的，从而可以选择性地投影不同图像到地板面FS和墙面WS。例如，偏振转换装置28可以被放置在反射型液晶面板16和透镜23之间，并且，当两种类型的图像（IMG1和IMG2）在反射型液晶面板16上暂时变化时，与暂时图像变化同步，偏振方向暂时由偏振转换装置28改变。这允许，例如，在S偏振光的情况下投影图像IMG1到地板面FS上，在P偏振光的情况下投影图像IMG2到墙面WS上，从而有可能通过一个设备在两个方向上投影不同的图像。

[变形例4]

此外，正如图12A至图12C所示的投影光学系统2D，投影光学系统可以被配置为使得其中平面镜21被放置在光路上的状态（图12A）、其中非偏振光分离膜26被放置在光路上的状态（图上12B）、以及这样的元件没有被设置在光路上的状态（图12C）可以相互切换。在变形例4中，例如，平面镜21的一端和非偏振光分离膜26的一端是绕同一轴SS可旋转的。

虽然已经通过示例性实施方式及其变形例对本技术进行了说明，但是所述技术并不局限于此，可以进行各种修改或改变。

例如，虽然在示例性情况，即多个（红、绿和蓝）光源每一个都是激光源的情况下对上述实施方式和变形例进行了说明，但是这不是限制性的，可以使用其他光源（例如，LED等）。或者，可以对激光源和其他光源（例如，LED等等）进行组合使用。

此外，虽然在示例性情况，即光调制设备是一种反射型液晶装置的情况下对上述实施方式和变形例进行了说明，但是这不是限制性的。具体来说，例如，光调制设备可以是透射式液晶装置，或者可以是除液晶装置以外的其他光调制设备（例如，数字微镜装置（DMD））。

此外，在示例性情况，即使用发射不同波长光的三种类型光源的情况下，对上述实施方式和变形例进行了说明。然而，例如，可以使用一个光源，两种类型的光源，或四个或更多类型的光源代替三种类型的光源。

此外，虽然对上述实施方式和变形例进行了说明，同时具体列出了照明装置和投影机的部件（光学系统），但是这些元件可能没有完全被设置，或者可以另外设置其他部件。具体来说，例如，设置二向色镜代替分色棱镜131和132。

此外，所述技术包含部分或所有本文所说明和并入本文中的各种实施方式的任何可能组合。

从本公开的上述示例性实施方式中至少可以实现以下配置。

（1）一种图像投影装置，包括：

投影光学系统，其包括从入射光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面镜，并且被配置为使用所述入射光来投影图像，

其中，所述一个或多个透镜在所述凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，以及

所述平面镜的纵横比为1.9或更大。

（2）根据（1）所述的图像投影装置，其在连接所述凹面镜与所述平面镜的光学路径上还包括透明平板。

（3）根据（2）所述的图像投影装置，其中，

所述一个或多个透镜构成设置在光轴上的对称光学系统，以及

在所述透明平板的所述光入射侧的经过光束矩心位置和所述透明平板的光发射侧上的经过光束矩心位置都被设置在距所述一个或多个透镜的光轴的一定距离处，该距离可以是所述投影光学系统的焦距的4.6倍或更小。

（4）根据（3）所述的图像投影装置，其中，所述平面镜的光束矩心位置与所述一个或多个透镜的光轴之间的距离为所述凹面镜的曲率半径的1.42倍或更大。

（5）根据（4）所述的图像投影装置，其中，所述透明平板与所述一个或多个透镜的光轴之间的距离是所述平面镜的光束矩心位置与所述一个或多个透镜的光轴之间距离的0.3倍或更小。

（6）根据（1）到（5）中的任一项所述的图像投影装置，其还包括被配置为调整所述平面镜角度的角度调整机构。

（7）根据（1）到（6）中的任一项所述的图像投影装置，其还包括切换机构，其被配置为在第一投影模式和第二投影模式之间进行切换，同时保持所述一个或多个透镜的姿态和所述凹面镜的姿态，所述第一投影模式将所述平面镜置于光路上，而所述第二投影模式不将所述平面镜置于所述光路上。

（8）根据（7）所述的图像投影装置，其还包括容纳所述一个或多个透镜和所述凹面镜的壳体，

其中，在所述第一投影模式中，由所述平面镜反射的光被投影到沿所述壳体安装面的一个平面上，并且在所述第二投影模式中，来自所述凹面镜的光被投影到与所述壳体的所述安装面相交的一个平面上，而不经过所述平面镜。

（9）根据（7）或（8）所述的图像投影装置，其中，所述图像被投影到相对于所述平面镜形成约45度角的投影平面上。

（10）根据（1）到（9）中的任一项所述的图像投影装置，其还包括：

照明光学系统；以及

光调制设备，其被配置以根据图像信号调制来自所述照明光学系统的照明光。

（11）一种图像投影装置，其包括

投影光学系统，其包括从入射光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面光学基板，并且被配置成使用所述入射光来投影图像，

其中，所述一个或多个透镜在所述凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，以及

所述平面光学基板被配置为反射所述入射光的一部分，同时允许所述入射光的其余部分由此透射。

（12）根据（11）所述的图像投影装置，其中，所述平面光学基板根据所述入射光的波长反射所述入射光或允许所述入射光透射，或根据所述入射光的偏振反射所述入射光或允许所述入射光透射。

（13）一种图像投影装置，其包括：

投影光学系统，其包括从入射光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面镜，并且被配置为使用所述入射光来投影图像；以及

切换机构，

其中，所述一个或多个透镜在所述凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，并且

所述切换机构被配置为在第一投影模式和第二投影模式之间切换，同时保持所述一个或多个透镜的姿态和所述凹面镜的姿态，所述第一投影模式将所述平面镜置于光路上，而所述第二投影模式不将所述平面镜置于所述光路上。

（14）根据（13）所述的图像投影装置，其还包括容纳所述一个或多个透镜和所述凹面镜的壳体，

其中，在所述第一投影模式中，由所述平面镜反射的光被投影到沿所述壳体的安装面的一个平面上，而在所述第二投影模式中，来自所述凹面镜的光被投影到与所述壳体的所述安装面大致正交的一个平面上，而没有经过所述平面镜。

（15）根据（14）所述的图像投影装置，其还包括透明平板，

其中，所述壳体在连接所述凹面镜和所述平面镜的光学路径上具有开口，以及

所述透明平板被设置在所述开口而不留空间。

（16）根据（13）到（15）中的任一项所述的图像投影装置，其还包括被配置为反射所述入射光的一部分、同时允许所述入射光的其余部分由此透射的所述平面光学基板，

其中，所述切换机构在第三投影模式与所述第一和第二投影模式之一之间进行切换，所述第三投影模式不将所述平面镜置于所述光路，而将所述平面光学基板置于所述光路上。

（17）一种图像投影装置，其包括

投影光学系统，其包括从入射光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面光学基板，并且被配置为使用所述入射光来投影图像，

其中，所述一个或多个透镜在所述凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，

所述平面光学基板被配置为反射所述入射光的一部分，同时允许所述入射光的其余部分由此透射，以及

已经透射过所述平面光学基板的光被投影到与第一表面相交的第二表面。

（18）一种图像投影方法，其包括：

在形成光的中间聚焦图像之后，由凹面镜反射透射过一个或多个透镜的所述光；以及

通过由纵横比为1.9或更大的平面镜反射由所述凹面镜反射的光，将图像投影到投影平面上。

（19）一种图像投影方法，包括：

在形成光的中间聚焦图像之后，由凹面镜反射透射过一个或多个透镜的所述光；以及

通过由设置在由所述凹面镜反射的所述反射光的通路上的平面镜反射所述反射光，然后通过将所述平面镜反射的光施加到投影平面上，或者在不将所述平面镜设置在所述反射光的通路上的情况下，通过将所述凹面镜反射的光施加到投影平面上来投影图像。

本领域技术人员应当理解，根据设计需求和其他因素，在所附权利要求或其等价物范围内，可以进行各种修改、组合、子组合、以及更改。

Claims (20)

1.一种图像投影装置，包括：

投影光学系统，其包括从入射光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面镜，并且被配置为使用所述入射光来投影图像，

其中，所述一个或多个透镜在所述凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，以及

所述平面镜的纵横比为1.9或更大。

2.根据权利要求1所述的图像投影装置，其在连接所述凹面镜与所述平面镜的光学路径上还包括透明平板。

3.根据权利要求2所述的图像投影装置，其中，

所述一个或多个透镜构成设置在光轴上的对称光学系统，以及

在所述透明平板的所述光入射侧的经过光束矩心位置和所述透明平板的光发射侧上的经过光束矩心位置都被设置在距所述一个或多个透镜的光轴的一定距离处，该距离是所述投影光学系统的焦距的4.6倍或更小。

4.根据权利要求3所述的图像投影装置，其中，所述平面镜的光束矩心位置与所述一个或多个透镜的光轴之间的距离为所述凹面镜的曲率半径的1.42倍或更大。

5.根据权利要求4所述的图像投影装置，其中，所述透明平板与所述一个或多个透镜的光轴之间的距离是所述平面镜的光束矩心位置与所述一个或多个透镜的光轴之间距离的0.3倍或更小。

6.根据权利要求1所述的图像投影装置，其还包括被配置为调整所述平面镜的角度的角度调整机构。

7.根据权利要求1所述的图像投影装置，其还包括切换机构，所述切换机构被配置为在第一投影模式和第二投影模式之间进行切换，同时保持所述一个或多个透镜的姿态和所述凹面镜的姿态，所述第一投影模式将所述平面镜置于光路上，而所述第二投影模式将所述平面镜置于所述光路之外。

8.根据权利要求7所述的图像投影装置，其还包括容纳所述一个或多个透镜和所述凹面镜的壳体，

其中，在所述第一投影模式中，由所述平面镜反射的光被投影到沿所述壳体的安装面的一个平面上，并且在所述第二投影模式中，来自所述凹面镜的光被投影到与所述壳体的所述安装面相交的一个平面上，而不经过所述平面镜。

9.根据权利要求7所述的图像投影装置，其中，所述图像被投影到相对于所述平面镜形成约45度角的投影平面上。

10.根据权利要求1所述的图像投影装置，其还包括：

照明光学系统；以及

光调制设备，其被配置以根据图像信号调制来自所述照明光学系统的照明光。

11.一种图像投影装置，其包括：

投影光学系统，其包括从入射光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面光学基板，并且被配置成使用所述入射光来投影图像，

其中，所述一个或多个透镜在所述凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，以及

所述平面光学基板被配置为反射所述入射光的一部分，同时允许所述入射光的其余部分由此透射。

12.根据权利要求11所述的图像投影装置，其中，所述平面光学基板根据所述入射光的波长反射所述入射光或允许所述入射光透射，或根据所述入射光的偏振反射所述入射光或允许所述入射光透射。

13.一种图像投影装置，其包括：

投影光学系统，其包括从入射光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面镜，并且被配置为使用所述入射光来投影图像；以及

切换机构，

其中，所述一个或多个透镜在所述凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，并且

所述切换机构被配置为在第一投影模式和第二投影模式之间切换，同时保持所述一个或多个透镜的姿态和所述凹面镜的姿态，所述第一投影模式将所述平面镜置于光路上，而所述第二投影模式将所述平面镜置于所述光路之外。

14.根据权利要求13所述的图像投影装置，其还包括容纳所述一个或多个透镜和所述凹面镜的壳体，

其中，在所述第一投影模式中，由所述平面镜反射的光被投影到沿所述壳体的安装面的一个平面上，而在所述第二投影模式中，来自所述凹面镜的光被投影到与所述壳体的所述安装面大致正交的一个平面上，而没有经过所述平面镜。

15.根据权利要求14所述的图像投影装置，其还包括透明平板，

其中，所述壳体在连接所述凹面镜和所述平面镜的光学路径上具有开口，以及

所述透明平板被设置在所述开口而不留空间。

16.根据权利要求13所述的图像投影装置，其还包括被配置为反射所述入射光的一部分、同时允许所述入射光的其余部分由此透射的平面光学基板，

其中，所述切换机构在第三投影模式与所述第一和第二投影模式之一之间进行切换，所述第三投影模式将所述平面镜置于所述光路之外并将所述平面光学基板置于所述光路上。

17.根据权利要求13所述的图像投影装置，其还包括被配置为调整所述平面镜的角度的角度调整机构。

18.一种图像投影装置，其包括

投影光学系统，其包括从入射光入射到其上的光入射侧依次设置的一个或多个透镜、凹面镜和平面光学基板，并且被配置为使用所述入射光来投影图像，

其中，所述一个或多个透镜在所述凹面镜的近侧上形成中间聚焦图像，

所述平面光学基板被配置为反射所述入射光的一部分，同时允许所述入射光的其余部分由此透射，以及

已经透射过所述平面光学基板的光被投影到与第一表面相交的第二表面。

19.一种图像投影方法，其包括：

在形成透射过一个或多个透镜的光的中间聚焦图像之后，由凹面镜反射所述光；以及

通过由纵横比为1.9或更大的平面镜反射由所述凹面镜反射的光，将图像投影到投影平面上。

20.一种图像投影方法，包括：

在形成透射过一个或多个透镜的光的中间聚焦图像之后，由凹面镜反射所述光；以及

通过由设置在由所述凹面镜反射的所述反射光的通路上的平面镜反射所述反射光，然后通过将所述平面镜反射的光施加到投影平面上来投影图像，或者在不将所述平面镜设置在所述反射光的通路上的情况下，通过将所述凹面镜反射的光施加到投影平面上来投影所述图像。