CN105829966B - 投影式图像显示设备和投影光学系统 - Google Patents

Abstract

一种系统包括被配置为将光照射到图像调制元件上的光源；包括被配置为投射由调制元件调制的图像的至少第一透镜系统和第二透镜系统的投影光学系统；以及被配置为基于光学缩放因数在与投影光学系统的光轴垂直的方向上移动第一透镜系统的位置的电路，其中当电路移动第一透镜系统的位置时图像调制元件的位置是不变的。

Description

投影式图像显示设备和投影光学系统

相关申请的交叉引用

本申请要求在2013年12月27日提交的日本在先专利申请JP2013-273229的权益，该在先申请的全部内容通过引用而被合并于此。

技术领域

本公开涉及投影式图像显示设备和投影光学系统。

背景技术

近来，作为在屏幕上显示投影图像的投影式显示设备，投影设备已是众所周知。具体而言，近来，对能够在减少投影空间的同时在大屏幕上显示图像的超广角前投影式投影设备的需求已经增加。当使用超广角前投影式投影设备时，束可以被以广角以对角线方式投射到屏幕上，因而图像可以被在有限空间中投射在大屏幕上。

例如，如上所述的投影式显示设备的一个示例在PTL 1中得到公开。

[引用列表]

[专利文献]

PTL1：JP 2010-122573A

发明内容

[技术问题]

另一方面，有必要构造具有大弯曲反射面的光学系统以支持超广角并获得与不支持超广角并且具有大数值孔径(或者小F值)的传统式的亮度类似的亮度以实现明亮屏幕。换言之，当试图获得与不支持超广角的情况相同的亮度时，支持超广角的光学系统与不支持超广角的情况相比具有强烈的成本增加倾向。因此，为了实现上述功能，尽可能多地抑制成本增加是合适的。

希望提供即使当超广角被支持时也能够以容易、小型和廉价的配置工作的投影式图像显示设备和投影光学系统。

[问题的解决方案]

根据一个示例性实施例，本公开针对于一种系统，其包括被配置为将光照射到图像调制元件上的光源；包括被配置为投射由调制元件调制的图像的至少第一透镜系统和第二透镜系统的投影光学系统；以及被配置为基于光学缩放因数在与投影光学系统的光轴垂直的方向上移动第一透镜系统的位置的电路，其中当电路移动第一透镜系统的位置时图像调制元件的位置是不变的。

根据另一个示例性实施例，本公开针对于一种系统，其包括第一透镜系统；第二透镜系统；以及被配置为在与第一和第二透镜系统的光轴垂直的方向上移动第一透镜系统的位置的电路。

[发明的有利效果]

根据如上所述的本公开，提供了即使当超广角被支持时也能够以容易、小型和廉价的配置工作的投影式图像显示设备和投影光学系统。

顺便提及，以上效果不一定局限于此。除了以上效果之外或者代替以上效果，在本说明书中陈述的一种效果或者可以从本说明书理解的其他效果可被实现。

附图说明

[图1]图1是例示出相关技术的投影设备的投影示例的说明图。

[图2]图2是例示出具有超短焦距的投影设备的投影示例的说明图。

[图3]图3是例示出具有超短焦距的投影设备的投影示例的说明图。

[图4A]图4A是用于描述具有超短焦距的投影设备的光学系统的一个示例的说明图。

[图4B]图4B是用于描述(a)通过投影光学系统的光轴与图像显示元件的中心位置相匹配的光学系统的图像位置SCR以及(b)在不匹配的情况下的图像位置SCR的一个示例的说明图。

[图5]图5是例示出液晶投影设备的示意性配置示例的说明图。

[图6]图6是例示出光源和照明光学系统的示意性配置示例的说明图。

[图7]图7是例示出根据第一实施例的投影光学系统的示意性配置示例的光路图。

[图8A]图8A是例示出根据第一实施例的投影光学系统单元的实质部分配置示例的说明图。

[图8B]图8B是例示出根据第一实施例的投影光学系统单元的实质部分配置示例的说明图。

[图8C]图8C是用于描述根据第一实施例的投影光学系统单元的实质部分配置示例的说明图。

[图9A]图9A是用于描述屏幕位置和屏幕尺寸的示图。

[图9B]图9B是用于描述屏幕位置和屏幕尺寸的示图。

[图9C]图9C是用于描述屏幕位置和屏幕尺寸的示图。

[图9D]图9D是用于描述屏幕位置和屏幕尺寸的示图。

[图10]图10是用于描述屏幕位置和屏幕尺寸的示图。

[图11A]图11A是用于描述屏幕位置和屏幕尺寸的示图。

[图11B]图11B是用于描述屏幕位置和屏幕尺寸的示图。

[图11C]图11C是用于描述屏幕位置和屏幕尺寸的示图。

[图11D]图11D是用于描述屏幕位置和屏幕尺寸的示图。

[图12]图12是用于描述屏幕与投影光学系统之间的位置关系的示图。

[图13]图13是用于描述屏幕位置和屏幕尺寸的示图。

[图14]图14是例示出投影光学系统、屏幕和光路之间的位置关系的一个示例的示图。

[图15]图15是例示出投影光学系统、屏幕和光路之间的位置关系的一个示例的示图。

[图16]图16是例示出投影光学系统、屏幕和光路之间的位置关系的一个示例的示图。

[图17A]图17A是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图17B]图17B是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图17C]图17C是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图17D]图17D是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图18A]图18A是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图18B]图18B是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图18C]图18C是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图18D]图18D是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图19A]图19A是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图19B]图19B是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图19C]图19C是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图19D]图19D是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图20]图20是根据第一实施例的投影光学系统的透镜数据的一个示例。

[图21]图21是例示出根据第一实施例的投影光学系统中的初级像面侧的数值孔径、最大半视场角和最大初级像面高度的一个示例的说明图。

[图22]图22是例示出在第一实施例中使用的图像显示元件中的点尺寸、横向长度、纵向长度和从光轴到元件中心的距离的说明图。

[图23]图23是非球面数据的一个示例。

[图24]图24是例示出在第一实施例中使用的每一个放大位置处的合成焦距、屏幕移动功能、放大功能和第二屏幕移动功能的说明图。

[图25]图25是每一个放大位置处的由每一个组的屈光力和放大功能MF引起的每一个移动组的移动量的一个示例。

[图26]图26是例示出条件表达式的示图。

[图27]图27是根据第二实施例的投影光学系统的示意性配置示例。

[图28A]图28A是根据第二实施例的投影光学系统的示意性配置示例。

[图28B]图28B是根据第二实施例的投影光学系统的示意性配置示例。

[图28C]图28C是根据第二实施例的投影光学系统的示意性配置示例。

[图29A]图29A是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图29B]图29B是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的投影光学系统的横向像差图。

[图30]图30是根据第二实施例的投影光学系统的透镜数据的一个示例。

[图31]图31是例示出根据第二实施例的投影光学系统单元中的初级像面侧的数值孔径、最大半视场角和最大初级像面高度的一个示例的说明图。

[图32]图32是例示出在第二实施例中使用的图像显示元件中的点尺寸、横向长度、纵向长度和从光轴到元件中心的距离的说明图。

[图33]图33是非球面数据的一个示例。

[图34]图34是例示出在第二实施例中使用的每一个放大位置处的合成焦距、屏幕移动功能、放大功能和第二屏幕移动功能的说明图。

[图35]图35是每一个放大位置处的由每一个组的屈光力和放大功能MF引起的每一个移动组的移动量的一个示例。

[图36]图36是例示出条件表达式的示图。

[图37]图37是例示出屏幕位置和屏幕尺寸的一个示例的示图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。注意到，在本说明书和附图中，具有大体相同功能和结构的结构元件用相同的标号来表示，并且对这些结构元件的重复描述被省略。

顺便提及，描述将按照以下次序给出。

1.问题的概述

2.投影式显示设备的概览

3.投影式显示设备的示意性配置示例

4.投影光学系统的配置示例

4.1.第一实施例

4.2.第二实施例

5.结论

<1.问题的概述>

投影式显示设备的一个示例首先被描述，并且根据本实施例的投影式显示设备的问题然后被概述。

近来，作为在屏幕上显示投影图像的投影式显示设备，投影设备已是众所周知。具体而言，近来，对能够在减少投影空间的同时在大屏幕上显示图像的超广角前投影式投影设备的需求已经增加。当使用超广角前投影式投影设备时，束可以被以广角以对角线方式投射到屏幕上，因而图像可以被在有限空间中投射在大屏幕上。

超广角支持的优点例如是下面描述的事项。

图1例示出现有技术的投影设备的投影示例。当束被投射在屏幕A上时，人1和人2的位置被考虑。人1和人2的位置被保持离开预定投影距离或者更少。例如，因为阴影S1出现在人2的位置处，因此人2不靠近。另外，在安装之后，悬浮装配S2是必须的，从而产生大规模。

另一方面，超短焦距的情况在图2中被示出。如图所示，投影仪被安装在壁处的地板上，并且来自投影仪的束被投射在屏幕A上。在这种情况下，人1和2两者都可以查看图像。另外，图1中示出的悬浮装配S2不是必要的。在如上所述的超短焦距的情况下，在不提供特殊设备的情况下查看在距离屏幕的更近位置处是可能的。

另外，如果屏幕尺寸像如在图3中示出的屏幕A和B一样可以被自由地改变，例如，可以根据屏幕尺寸自由地区分屏幕，就像真实对其是必要的电影等的情况下的屏幕A以及诸如新闻之类的真实对其不是必要的内容的情况下的屏幕B一样。

此时，代替从屏幕A中电气切割屏幕B，光学变焦机构被使用，因而分辨率可以被保持。另外，使得变焦之后的NA值大于或者等于照明光学系统的NA值。因此，亮度也可以被保持，并且具有极佳能见度的图像即使在明亮查看环境下也可以被查看。

然而，这种光学系统的实现在过去是困难的。在原则上，具有超短焦距的光学系统具有如在图4A中示出的配置。如图4B中的标号(b)所指示，与其中屏幕SCR被布置在光轴周围的图4B中的标号(a)不同，在变焦之后屏幕在光轴AXIS周围被放大或者缩小。

因此，像图4A中的屏幕A和B一样，因为像圈(image circle)被从a1改变为b1，因此在变焦之后屏幕在光轴AXIS周围被放大或者缩小。在这种情况下，人1的屏幕查看位置被从a1极大地移动到b1。

例如，在PTL1中，可以通过在垂直于光轴的方向上偏心地提供第一光学系统的一部分的光学系统来实现屏幕移动功能。

然而，在PTL1中公开的配置中，因为通过在垂直于光轴的方向上偏心地提供光学系统的一部分来移动屏幕位置，因此在原理上很可能将发生偏心像差并且光学性能将降级。因此，在一些情况下，屏幕位置的移动量可能不是极大的。

就是说，在上述的相关技术中，为了极大地移动屏幕位置或屏幕尺寸，设备配置变得大或者复杂，从而产生成本增加。

另一方面，有必要构造具有大弯曲反射面的光学系统以支持超广角并获得与不支持超广角并且具有大数值孔径(或者小F值)的传统式的亮度类似的亮度以实现明亮屏幕。换言之，当试图获得与不支持超广角的情况相同的亮度时，支持超广角的光学系统与不支持超广角的情况相比具有强烈的成本增加倾向。因此，为了实现上述功能，尽可能多地抑制成本增加是合适的。

因此，在本公开中，可以通过简单配置来实现屏幕移动和放大功能，并且希望提供即使当超广角被支持时也能够以容易、小型和廉价的配置工作的投影式图像显示设备和投影光学系统。

<2.投影式显示设备的概览>

首先，将通过例示投影设备来简要描述投影式显示设备的概览。

投影设备被配置为使得对应于图像信号的光学图像通过使用作为图像调制元件的液晶显示元件或数字微镜器件(DMD)调制从诸如高压汞灯之类的光学照射的光而被形成，并且该光学图像被投影光学系统放大和投影并且被显示在屏幕上。作为这种投影设备，所谓的3电荷耦合器件(3CCD)是众所周知的，其包括分别对应于红(R)、绿(G)和蓝(B)颜色的面板形显示元件。

然而，在这里描述的投影设备中，假定投影光学系统支持超广角。例如，投影光学系统具有大约70度的半视场角。

<3.投影式显示设备的示意性配置示例>

接下来，支持超广角的液晶投影设备的示意性配置将被描述。图5是例示出液晶投影设备的示意性配置示例的说明图。如在该示例中示出，液晶投影设备在其外壳内包括光源1、照明光学系统2和投影光学系统3。

图6是例示出光源1和照明光学系统2的示意性配置示例的说明图。

光源1设有例如高压汞灯或激光二极管(LD)，并且被配置为向照明光学系统2发射光通量。

照明光学系统2被配置为将从光源1发射的光通量均匀地照射到作为初级像面的图像调制元件(液晶面板)的表面上。更具体的说，在照明光学系统2中，来自光源1的光通量穿过第一和第二蝇眼透镜FL、偏振光变换元件PS和聚光透镜L。然后，在穿过这些之后，光通量被仅反射特定波段的光的二向色镜DM分成相应的RGB颜色分量光束。相应的RGB颜色分量光束通过使用全反射镜M或者透镜L而入射在为了对应于相应的RGB颜色而提供的液晶面板P上。然后，在液晶面板P基于图像信号执行光学调制之后，被光学调制的相应的颜色分量光束被二向色棱镜PP合成并被朝着投影光学系统3发射。

顺便提及，在这里，使用透射式液晶面板构成的照明光学系统2被例示，但是照明光学系统2也可以使用反射式液晶面板构成。另外，作为图像调制元件，数字微镜器件(DMD)可被使用。另外，可以考虑的是，代替二向色棱镜PP，偏振分束器(PSB)、用于合成相应RGB颜色的图像信号的颜色合成棱镜、全内反射(TIR)棱镜等可被使用。

投影光学系统3接收从照明光学系统2发射的光，并且将被照明光学系统2的液晶面板P调制的初级像面的图像信息以放大方式投射在作为次级像面的屏幕上。

<4.投影光学系统的配置示例>

在这里描述的液晶投影设备具有投影光学系统3中的特征。在下文中，根据第一和第二实施例的投影光学系统3的配置将被依次描述。

<4.1.第一实施例>

图7是例示出根据第一实施例的投影光学系统的示意性配置示例的光路图，并且(a)、(b)、(c)和(d)分别是Wide(广角端)、Middle1(中间1)、Middle2(中间2)和Tele(长焦端)。如在该示例中示出，投影光学系统3包括具有正屈光力的第一光学系统L1，以及具有凹反射面的第二光学系统L2。在第一光学系统L1中，构成第一光学系统L1的所有光学组件具有共同的光轴，该光轴具有旋转对称的表面。

另外，第二光学系统L2由弯曲反射面构成并且具有为第一光学系统L1所共用的共同光轴。

因为投影光学系统3包括第一光学系统L1和第二光学系统L2，因此投影光学系统3被配置为将图像从缩小侧的初级像面以放大方式投射到放大侧的次级相面。就是说，被照明光学系统2的液晶面板P调制并被二向色棱镜PP合成的初级像面的图像信息被以放大方式投射到作为次级像面的屏幕上。

在具有这种配置的投影光学系统3中，第一光学系统L1被配置为按照离初级像面侧的次序包括具有正屈光力的第十一光学系统L11和具有负屈光力的第十二光学系统L12。从第一光学系统L1发射的光通量临时地形成第一光学系统L1与第二光学系统L2之间的中间图像IM并且随后入射到第二光学系统L2中。

顺便提及，第一平坦反射面被布置在图中指示的M1中，但是在图中为了便利而被例示为虚设物(dummy)。

图8A至图8C是例示出根据第一实施例的投影光学系统单元的实质部分配置示例的说明图。例示的示例示出了短距离投影之后的第一光学系统L1的透镜横截面。

在图8A和图8B中，投影光学系统11具有屏幕移动功能1和2，并且在大体垂直于光轴的方向上移动的位置具有一个或多个放大位置作为初始位置。在图8A中，广角端表明位置被布置在光轴的位置处，中间1表明位置在垂直方向上被从光轴向下移动0.457mm，中间2表明位置被向下移动0.975mm，并且长焦端表明位置被向下移动1.548mm。由于屏幕移动功能1，各自都在每一个放大位置的初始位置处。

在图8B中，四个移动组(2)、(3)、(4)和(5)在放大之后被提供以具有如在图8C中示出的广角端、中间1、中间2和长焦端的移动量。在该图中，四个光学组件按照从广角端到长焦端的放大率被朝着次级像面侧移动。根据以上，通过两个功能的交互工作对屏幕位置和屏幕尺寸的例示是图9A中的广角端、图9B中的中间1、图9C中的中间2和图9D中的长焦端。在这里，(0，0)是光轴与包括次级像面的平面之间的交叉点。图10是图9A中示出的广角端和图9D中示出的长焦端的重叠。虚线是广角端并且实线是长焦端。

通过使用如上所述的放大功能和屏幕移动功能1，如图3所示可以实现屏幕A(在这里，等价于广角端)和屏幕B(在这里，等价于长焦端)，而没有机械上的复杂和尺寸上的大。

另外，同时，由于屏幕移动功能2，可以在任意放大位置独立地执行次级像面的移动。图11A中示出的“广角端+0.1”、图11B中示出的“广角端–0.1”、图11C中示出的“长焦端+0.1”和图11D中示出的“长焦端–0.1”是广角端和长焦端的各个放大位置处的次级像面的移动示例。虚线指示屏幕移动功能的屏幕位置，并且实线指示当第十一光学系统在垂直于光轴的方向上被屏幕移动功能2移动+0.1mm和-0.1mm时的次级屏幕平面位置。

因此，屏幕移动功能2是以独立于彼此交互工作的放大功能和屏幕移动功能1的形式提供的，并且针对如在图3中示出的内容增加安装的自由度以及屏幕尺寸的自由度是可能的。

因为如在本公开中示出的具有超短焦距的光学系统具有大约70度的入射角，因此如在图12中示出与入射角的tan(theta)(西塔)成比例的安装是困难的。因此，具有屏幕位置的调节是重要的。

通过使用已知示例执行机械或电气处理可以容易地实现放大功能和屏幕移动功能1的交互工作或者屏幕移动功能2。

因此，通过在大体垂直于光轴的方向上移动构成第一光学系统L1的一些光学组件(具体而言，第十一光学系统L11)，可以向第一光学系统L1提供移动次级像面的成像位置的屏幕移动功能。

在大体垂直方向上的移动之后，当屏幕移动是可能的并且偏心像差的生成被减少时，光学组件中的任意一个可被移动。就是说，第十一光学系统L11不一定被移动。第十二光学系统L12可被移动，或者整个第一光学系统可被移动，或者构成它们的一个光学组件可被移动。可以根据期望的移动量或成本来选择最佳的移动组。

就是说，通过仅移动除可能在机械上复杂的第二光学系统之外的一些组件而非移动包括第二光学系统的整个投影光学系统来实现屏幕移动功能。因此，与移动构成投影光学系统的所有光学组件的情况或者移动图像调制元件P的情况相比，待移动的组件的数目是小的，尺寸被减小，并且亮度不被降级。结果，屏幕移动功能可以由简单配置实现，同时保持高图像质量。

另外，当实现放大功能、屏幕移动功能和第二屏幕移动功能的第一光学系统的光学组件的屈光力Ps、在实现放大功能的透镜组当中具有最大移动量的透镜组的屈光力Pm以及第一光学系统的放大投影侧的屈光力P1w同时满足以下关系并且从而抑制偏心像差时，极佳的光学性能可以被得到。

(1)0.05<|Ps|/P1w<0.8

(2)0.05<Pm/P1w<0.2

条件表达式(1)被提供以适当地定义实现屏幕移动功能1和屏幕移动功能2的移动组的屈光力。就是说，在不满足条件表达式(1)中定义的下限的情况下，偏心像差的生成被减少，但是屏幕移动量也被减少。另外，在超过条件表达式(1)中定义的上限的情况下，由移动引起的偏心像差的生成被增加，并且光学性能的降级被造成。

条件表达式(2)被提供以适当地定义实现放大功能的移动组的屈光力。就是说，在不满足条件表达式(2)中定义的下限的情况下，移动量被增大，从而导致光学系统的尺寸的增大。可能难以获得具有大放大比率的放大功能。在超过上限的情况下，移动量被减少并且高放大率被实现。另一方面，屈光力Pm被增大，并且场曲率的变化由于移动而被增大，从而导致放大之后的光学性能的降级。

另外，当屏幕移动功能的从放大侧到缩小侧的最大移动量SFmax、此时的整个系统的焦距FL、关于从光轴与包括次级像面的平面之间的交叉点到次级像面的最短距离的放大侧的长度Lw、除放大侧之外的任意放大位置处的长度La、整个系统在放大侧的屈光力Pw以及整个系统在缩小侧的屈光力Pt同时满足以下关系时，如在图3中示出的屏幕位置和屏幕尺寸可以得到满足。

(3)0.1<|SFmax|/FL<0.6

(4)0.9<La/Lw

(5)1.2<Pw/Pt<3

条件表达式(3)被提供以定义实现将屏幕移动的移动量移动到光学系统中具有超短焦距的适当位置。就是说，在不满足条件表达式(3)中定义的下限的情况下，屏幕的移动量被减少并且如在图3中示出的屏幕位置未得到满足。另外，在超过上限的情况下，移动量被增加过多并且如在图3中示出的屏幕位置也未得到满足。

不满足条件表达式(4)的下限的情况下的屏幕在图13中被示出。这是长焦端时的屏幕移动功能被设置为0.000的情况。虚线是广角端并且实线是长焦端。可见接近光轴的屏幕的下端位置在从广角端到长焦端的放大之后被向下移动。

条件表达式(5)指示适当的放大范围。就是说，在不满足下限的情况下，屏幕尺寸的变化被减小并且与内容匹配的查看如在图3中示出是不可能的。在超过上限的情况下，放大比率被增加并且整个光学系统在尺寸上变大。

在满足条件表达式(3)、(4)和(5)的情况下，查看位置如在图中示出被降低。另外，如在图3中示出，适当查看位置处的与美容相匹配的查看可能是困难的。

另外，使光路改变90度或者更多的平坦反射面被设置在第十一光学系统与第十二光学系统之间。整个光学系统的尺寸可以被减小，并且可以实现不与包括次级像面的平面交叉的设备。

图14是例示出投影光学系统、屏幕和光路之间的位置关系的一个示例的示意性透视图。当从上面查看图14时的示图在图15中被示出。在这种情况下，在第一光学系统的图像显示元件侧，包括次级像面的平面与圆形部分交叉。因此，通过安排使第十一光学系统与第十二光学系统之间的光路改变90度或者更多的平坦反射面，可以实现如在图16中示出的不与次级像面交叉的小尺寸的光学系统。

在这里，下面将通过采用特定数值示例简要描述具有以上配置的投影光学系统3。

图17A至图17D是在使用放大功能和屏幕移动功能的情况下的广角端、中间1、中间2和长焦端中的投影光学系统的横向像差图。在图中，一个层次(1.33mm)是当广角端时的一个点尺寸被以放大方式投射在屏幕上时的一个点尺寸。实线是550nm，虚线是620mm，并且虚点划线是460mm。顺便提及，在这里示出的横向像差图是当在y方向上移动时的横向像差图。然而，移动方向不限于y方向，并且只要方向垂直于光轴则移动方向可以是任意方向。

类似地，图18A至图18D和图19A至图19D也是第二屏幕移动功能2的横向像差图。图18和图19是在垂直于光轴的方向上分别移动+0.1mm和-0.1mm时的横向像差。一般而言，在曲线大大超过一个层次的范围的情况下，光学性能尤其是分辨率被降级。在这种情况下，发现即使当三个功能被使用时分辨率也几乎不被降级。

图20是根据第一实施例的投影光学系统的透镜数据的一个具体示例的说明图。在该图中，标志*是具有非球面的表面并且遵从公式(5)。另外，标志“圆形”是伪表面，但是第一平坦反射面被布置。r是曲率半径，d是透镜的间距和核心厚度，nd是d线(587.56nm)的折射率，并且类似地，Nd是d线中的阿贝数。另外，由标志{组织的透镜组是与放大功能MF和屏幕移动功能SF相关联的透镜组。另外，di是透镜间距，其被改变以实现放大功能MF。

[数学1]

公式(5)

图21是例示出根据第一实施例的投影光学系统中的初级像面侧的数值孔径NA、最大半视场角W和最大初级像面高度y的一个具体示例的说明图。

图22是例示出在第一实施例中使用的图像显示元件中的点尺寸、横向长度、纵向长度和从光轴到元件中心的距离的说明图。在图17、图18和图19的A至D中示出的一个层次的尺寸是通过使投射点尺寸的放大率倍增而得到的数值。

图23是图20中的附有“*”的部分的非球面数据，其在第一实施例中被使用。C是曲率，K是圆锥常数，并且A(1)至A16是非球面系数并且遵从公式(5)。

图24例示出在第一实施例中使用的每一个放大位置处的合成焦距、屏幕移动功能、放大功能和第二屏幕移动功能。合成焦距是波长(550nm)处的数值，屏幕移动功能指示在垂直于光轴的方向上和表面S3至S24当中的移动量，并且相应放大位置处的相应数值被确定。放大功能指示相应放大值d4、d13、d15、d18和d23处的间距。第二屏幕移动功能无论放大位置如何都在垂直于光轴的方向上移动+/-0.1。

图25例示出基于广角端的每一个放大位置处的由每一个组的屈光力和放大功能MF引起的每一个移动组的移动量。

图26示出了在公式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)中表示的条件表达式。

根据如上所述的特定数值所指定的投影光学系统3，通过如在图8A中示出使屏幕移动功能SF和放大功能MF移动，可以像图9A中示出的广角端、图9B中示出的中间1、图9C中示出的中间2和图9D中示出的长焦端中一样改变屏幕尺寸和屏幕位置，并且如在图3中示出的投影形式被实现。另外，由于第二屏幕移动功能，可以像图10A中示出的“广角端+0.1”、图10B中示出的“广角端-0.1”、图10C中示出的“长焦端+0.1”和图10D中示出的“长焦端-0.1”中一样在任意位置处调节屏幕位置。

<4.2.第二实施例>

图27是例示出根据第二实施例的投影光学系统的示意性配置示例的说明图。在示出的示例中，(a)广角端和(b)长焦端的光路被示出。另外，图28A至图28C是例示出根据第二实施例的投影光学系统的实质部分配置示例的说明图。例示出的示例示出了第一光学系统在广角端时的透镜横截面。

类似于上面描述的第一实施例，根据第二实施例的投影光学系统3如在该示例中示出通过在垂直于第十一光学系统的光轴的方向上移动来实现屏幕移动功能1，并且通过在光轴的方向上移动每一个组来实现放大功能。

在这里，下面将通过采用特定数值示例简要描述根据第二实施例的投影光学系统3。

图29A和图29B是在使用放大功能和屏幕移动功能1的情况下的广角端和长焦端中的投影光学系统的横向像差图。在图中，一个层次(1.33mm)是当广角端时的一个点尺寸被以放大方式投射在屏幕上时的一个点尺寸。实线是550nm，虚线是620mm，并且虚点划线是460mm。顺便提及，在这里示出的横向像差图是当在y方向上移动时的横向像差图。然而，移动方向不限于y方向，并且只要方向垂直于光轴则移动方向可以是任意方向。

图30是根据第二实施例的投影光学系统的透镜数据的一个具体示例的说明图。在该图中，标志*指示具有非球面的表面并且遵从公式(5)。r是曲率半径，d是透镜的间距和核心厚度，nd是d线(587.56nm)的折射率，并且类似地，Nd是d线中的阿贝数。另外，由标志{组织的透镜组是与放大功能MF和屏幕移动功能相关联的透镜组。另外，di是透镜间距，其被改变以实现放大功能MF。

图31是例示出根据第二实施例的投影光学系统单元中的初级像面侧的数值孔径NA、最大半视场角W和最大初级像面高度的一个具体示例的说明图。

图32是例示出在第二实施例中使用的图像显示元件中的点尺寸、横向长度、纵向长度和从光轴到元件中心的距离的说明图。在图29A和B中示出的一个层次的尺寸是通过使投射点尺寸的放大率倍增而得到的数值。

图33是图30中的附有“*”的部分的非球面数据，其在第二实施例中被使用。C是曲率，K是圆锥常数，并且A(1)至A16是非球面系数并且遵从公式(5)。

图34例示出在第二实施例中使用的每一个放大位置处的合成焦距、屏幕移动功能1和放大功能。合成焦距是波长(550nm)处的数值，屏幕移动功能1指示在垂直于光轴的方向上和表面S3至S24当中的移动量，并且相应放大位置处的相应数值被确定。放大功能指示相应放大值d4、d13、d15、d18和d23处的间距。

图35例示出基于广角端的每一个移动组的由于每一个放大位置处的每一个组的屈光力和放大功能MF引起的移动量。

图36示出了在公式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)中表示的条件表达式。

根据如上所述的特定数值所指定的投影光学系统3，通过如在图28A和图28B中示出使屏幕移动功能1和放大功能移动，可以如在图37中示出改变屏幕尺寸和屏幕位置，并且如在图3中示出的投影形式被实现。

顺便提及，在上面描述的各个实施例中，本公开的特定优选实施例已被描述，但是本公开不限于那些内容。

具体而言，在第一和第二实施例中例示的各个组件的特定形状和数值仅仅是用于实施本公开的实施例的例示性示例，并且它们不应当被解释为限制本公开的技术范围。

另外，例如，在上面描述的各个实施例中，液晶投影仪被例示为投影式图像显示设备。然而，即使当其他投影式图像显示设备—即，除液晶面板之外的设备—被用作图像显示元件时，本公开的实施例也可以以相同方式适用。

另外，例如，在上面描述的各个实施例中，作为投影式图像显示设备的光学系统的优选投影光学系统已被描述，但是图像拾取设备(例如，数字摄像机、监控摄像机和绘画摄像机)的光学系统显然也可被使用。

如上所述，本公开不限于在这些实施例中描述的内容，并且在不脱离本公开的技术范围的情况下可以做出各种修改和变更。

<5.结论>

已经参考附图详细描述了本公开的优选实施例，但是本公开的技术范围不限于这种示例。本领域技术人员应当明白，根据设计要求和其他因素可以发生各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等价物的范围内即可。

另外，在这里描述的效果仅仅是为了例示或说明目的，而非限制目的。就是说，对本领域技术人员显而易见的是，除了以上效果之外或者作为以上效果的替代，根据本公开的描述可以提供其他效果。

此外，本技术也可被配置如下。

(1)

一种系统，包括：

光源，其被配置为将光照射到图像调制元件上；

投影光学系统，其至少包括被配置为投射由调制元件调制的图像的第一透镜系统和第二透镜系统；以及

电路，其被配置为基于光学缩放因数在与投影光学系统的光轴垂直的方向上移动第一透镜系统的位置，其中

当电路移动第一透镜系统的位置时，图像调制元件的位置是不变的。

(2)

如(1)所述的系统，其中

第一透镜系统具有正屈光力。

(3)

如(1)或(2)所述的系统，其中

第二透镜系统具有负屈光力。

(4)

如(1)至(3)中的一个所述的系统，其中

第一透镜系统包括各自被配置为在与投影光学系统的光轴平行的方向上移动的多个透镜。

(5)

如(4)所述的系统，其中

电路被配置为通过在与投影光学系统的光轴平行的方向上移动所述多个透镜中的一个或多个来控制光学缩放因数。

(6)

如(1)至(5)中任一个所述的系统，其中

第一光学系统中包括的多个透镜中的每一个透镜的直径比第二光学系统中包括的多个透镜中的每一个透镜的直径小。

(7)

如(1)至(6)中任一个所述的系统，其中

投影光学系统包括第三透镜系统，该第三透镜系统包括具有弯曲反射面的透镜以及与第一和第二透镜系统共用的光轴。

(8)

如(1)至(7)中任一个所述的系统，其中

当电路移动第一透镜系统时，第二透镜系统的位置是不变的。

(9)

如(7)所述的系统，其中

当电路移动第一透镜系统时，第二透镜系统和第三透镜系统的位置是不变的。

(10)

如(1)所述的系统，其中

第一透镜系统具有负屈光力。

(11)

如(1)和(10)中任一个所述的系统，其中

第二透镜系统具有正屈光力。

(12)

如(1)、(10)和(11)中任一个所述的系统，其中

第二透镜系统包括各自被配置为在与投影光学系统的光轴平行的方向上移动的多个透镜。

(13)

如(12)所述的系统，其中

电路被配置为通过在与投影光学系统的光轴平行的方向上移动所述多个透镜中的一个或多个来控制光学缩放因数。

(14)

如(1)、(10)至(13)中任一个所述的系统，其中

第一光学系统中包括的多个透镜中的每一个透镜的直径比第二光学系统中包括的多个透镜中的每一个透镜的直径大。

(15)

如(1)、(10)至(14)中任一个所述的系统，其中

投影光学系统包括第三透镜系统，该第三透镜系统包括具有弯曲反射面的透镜以及与第一和第二透镜系统共用的光轴。

(16)

如(1)、(10)至(15)中任一个所述的系统，其中

当电路移动第一透镜系统时，第二透镜系统的位置是不变的。

(17)

如(15)所述的系统，其中

当电路移动第一透镜系统时，第二透镜系统和第三透镜系统的位置是不变的。

(18)

一种方法，包括：

通过包括至少第一透镜系统和第二透镜系统的投影光学系统来投射由调制元件调制的图像；

通过电路基于光学缩放因数在与投影光学系统的光轴垂直的方向上移动第一透镜系统的位置，其中

当电路移动第一透镜系统的位置时，图像调制元件的位置是不变的。

(19)

一种系统，包括：

用于将光照射到图像调制元件上的装置；

用于投射由调制元件调制的图像的装置；以及

用于通过在与投影光学系统的光轴垂直的方向上移动用于投射的装置的位置而基于光学缩放因数自动地设置投射图像的移动量的装置。

(20)

一种系统，包括：

第一透镜系统；

第二透镜系统；以及

电路，其被配置为在与第一透镜系统和第二透镜系统的光轴垂直的方向上移动第一透镜系统的位置。

(21)

一种投影式图像显示设备，包括：

光源；

照明光学系统，其被配置为将从光源发射的光通量均匀地辐射在作为初级像面的图像调制元件的表面上；以及

投影光学系统，其被配置为将由图像调制元件调制的初级像面的图像信息以放大方式投射在作为次级像面的屏幕上，

其中投影光学系统包括

第一光学系统，其被配置为具有正屈光力，以及

第二光学系统，其被配置为具有弯曲反射面，

其中第一光学系统的所有光学组件具有共同光轴，该共同光轴具有旋转对称面，

其中构成第一光学系统的多个光学组件具有放大功能，该放大功能通过沿着大体平行于光轴的方向移动来执行放大，以及

屏幕移动功能1，其通过在大体垂直于光轴的方向上移动单个组来移动次级像面，该单个组设有构成第一光学系统的至少一个光学组件或多个光学组件，并且

其中，在从放大功能的从放大侧到缩小侧的任意放大位置处，屏幕移动功能1具有一个或多个放大位置，其中不存在于在从所述光轴沿大体垂直方向上移动得到的光轴上的位置是初始位置。

(22)

根据(21)所述的投影式图像显示设备

其中放大功能和屏幕移动功能1在从放大侧到缩小侧的放大时彼此交互工作。

(23)

根据(21)或(22)所述的投影式图像显示设备

其中第一光学系统包括总体上具有正屈光力的第十一光学系统以及总体上具有负屈光力的第十二光学系统，并且第十一光学系统具有放大功能和屏幕移动功能1。

(24)

根据(21)至(23)中任一个所述的投影式图像显示设备

其中，在任意放大位置处，屏幕移动功能2被提供以使得能够移动与初始位置不同的一个或多个次级像面。

(25)

根据(24)所述的投影式图像显示设备

其中，实现屏幕移动功能1和屏幕移动功能2的第一光学系统的光学组件的屈光力(Ps)、在实现放大功能的透镜组当中具有最大移动量的透镜组的屈光力(Pm)以及第一光学系统的放大投影侧的屈光力(P1w)同时满足以下关系：

(1)0.05<|Ps|/P1w<0.8

(2)0.05<Pm/P1w<0.3

(26)

根据(21)至(25)中任一个所述的投影式图像显示设备

其中屏幕移动功能1的从放大侧到缩小侧的最大移动量(SFmax)、此时的整个系统的焦距(FL)、在放大投影时在与第一光学系统的光轴和次级像面的光轴垂直的方向上的最短长度(Lw)、放大功能中的缩小侧的任意放大位置处的长度(La)、整个系统在放大侧的屈光力(Pw)以及缩小侧的屈光力(Pt)同时满足以下关系：

(3)0.1<|SFmax|/FL<0.6

(4)0.9<La/Lw<5

(5)1.2<Pw/Pt<3

(27)

根据(23)所述的投影式图像显示设备

其中使光路的方向改变90度或者更多的平坦反射面被设置在第十一光学系统与第十二光学系统之间。

(28)

一种投影光学系统，包括

第一光学系统，其被配置为具有正屈光力；以及

第二光学系统，其被配置为具有弯曲反射面，

其中第一光学系统的所有光学组件具有共同光轴，该公共光轴具有旋转对称面，

其中构成第一光学系统的多个光学组件具有放大功能，该放大功能通过沿着大体平行于光轴的方向移动来执行放大，以及

屏幕移动功能1，其通过在大体垂直于光轴的方向上移动单个组来移动次级像面，该单个组设有构成第一光学系统的至少一个光学组件或多个光学组件，并且

其中，在从放大功能的放大侧到缩小侧的任意放大位置处，屏幕移动功能1具有一个或多个放大位置，其中不存在于在从所述光轴沿大体垂直方向上移动得到的光轴上的位置是初始位置。

标号列表

1 光源

2 照明光学系统

3 投影光学系统

P 图像调制元件

L1 第一光学系统

L2 第二光学系统

L11 第十一光学系统

L12 第十二光学系统

P 液晶面板

PP 二向色棱镜

Claims (12)

1.一种投影系统，包括：

光源，其被配置为将光照射到图像调制元件上；

投影光学系统，其至少包括第一透镜系统和第二透镜系统，并且被配置为投射由调制元件调制的图像，第一透镜系统包括被配置为在与投影光学系统的光轴平行的方向上移动的多个透镜；以及

电路，其被配置为通过在与投影光学系统的光轴垂直的方向上将第一透镜系统的位置移动基于光学缩放因数的设定量来执行移动功能，以及电路还被配置为通过在与投影光学系统的光轴平行的方向上将第一透镜系统的所述多个透镜中的一个或多个移动基于光学缩放因数的设定量来执行放大功能，其中

当电路移动第一透镜系统的位置时，图像调制元件和第二透镜系统的位置是不变的。

2.如权利要求1所述的投影系统，其中

第一透镜系统具有正屈光力。

3.如权利要求1所述的投影系统，其中

第二透镜系统具有负屈光力。

4.如权利要求1所述的投影系统，其中

第一光学系统中包括的多个透镜中的每一个透镜的直径比第二光学系统中包括的多个透镜中的每一个透镜的直径小。

5.如权利要求1所述的投影系统，其中

第一透镜系统具有负屈光力。

6.如权利要求1所述的投影系统，其中

第二透镜系统具有正屈光力。

7.如权利要求1所述的投影系统，其中

第二透镜系统包括各自被配置为在与投影光学系统的光轴平行的方向上移动的多个透镜。

8.如权利要求7所述的投影系统，其中

电路被配置为通过在与投影光学系统的光轴平行的方向上移动所述多个透镜中的一个或多个来控制光学缩放因数。

9.如权利要求1所述的投影系统，其中

第一光学系统中包括的多个透镜中的每一个透镜的直径比第二光学系统中包括的多个透镜中的每一个透镜的直径大。

10.如权利要求1所述的投影系统，其中

投影光学系统包括第三透镜系统，该第三透镜系统包括具有弯曲反射面的透镜以及与第一和第二透镜系统共用的光轴。

11.如权利要求10所述的投影系统，其中

当电路移动第一透镜系统时，第二透镜系统和第三透镜系统的位置是不变的。

12.一种投影方法，包括：

通过包括至少第一透镜系统和第二透镜系统的投影光学系统来投射由调制元件调制的图像，第一透镜系统包括被配置为在与投影光学系统的光轴平行的方向上移动的多个透镜；

通过电路在与投影光学系统的光轴垂直的方向上将第一透镜系统的位置移动基于光学缩放因数的设定量来执行移动功能，以及在与投影光学系统的光轴平行的方向上将第一透镜系统的所述多个透镜中的一个或多个移动基于光学缩放因数的设定量来执行放大功能，其中

当电路移动第一透镜系统的位置时，图像调制元件和第二透镜系统的位置是不变的。