DE60127015T2

DE60127015T2 - Optisches Projektionssystem und dieses verwendende Projektionsanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE60127015T2
Application number: DE60127015T
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Ohta-ku Sunaga
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2021-03-10
Also published as: JP3840031B2; US6626541B2; JP2001255462A; US20020008853A1; EP1139145A2; EP1139145A3; EP1139145B1; DE60127015D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine projektionsartige Anzeigevorrichtung zum Richten eines von einer Bildanzeigetafel wie einem Flüssigkristallanzeigeelement (Flüssigkristall-Tafel) oder einer digitalen Mikrospiegeleinrichtung lichtmodulierten Strahlenbündels auf einen Schirm oder eine Wand und zum Erzeugen eines Bilds.
Es wurden bisher verschiedene Projektoren passiven Typs vorgeschlagen, um eine Bildanzeigetafel wie eine Flüssigkristall-Tafel durch ein Strahlenbündel von einer Lichtquelle zu beleuchten, um es auf einen Schirm oder eine Wand mittels einer Projektionslinse zu vergrößern und zu projizieren durch die Verwendung von durchgelassenem Licht oder reflektiertem Licht, das von der Bildanzeigetafel lichtmoduliert wird, und um ein Bild zu erzeugen.
Es wurden verschiedene optische Projektionssysteme zum Zweck der Projektion vorgeschlagen, die geeignet sind, eine schräge Projektion auf einen Schirm zu bewirken, um den Abstand zwischen dem Schirm und der Vorrichtung zu verkürzen. 15 der beigefügten Zeichnungen ist eine schematische Ansicht eines optischen Projektionssystems, das in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 05-100312 offenbart ist. In 15 bezeichnet L ein Beleuchtungssystem und LV bezeichnet ein Lichtventil unter Verwendung eines transmissionsartigen oder reflexionsartigen Punktmatrixflüssigkristalls oder dergleichen. Ein auf dem Lichtventil LV basierendes Bild wird auf einen Schirm S mittels eines optischen Projektionssystems PL vergrößert und projiziert und wird auf dem Schirm S ange zeigt. In der Erfindung dieser Veröffentlichung wird ein Weitwinkelobjektiv, das einen großen Feldwinkel aufweist, als optisches Projektionssystem PL verwendet und das Lichtventil LV und der Schirm S sind relativ zu der optischen Achse La des optischen Projektionssystems PL verschoben bzw. versetzt und angeordnet und eine Projektion wird durch die Verwendung des Endabschnitts des Feldwinkels bewirkt, um dabei ein optisches Schrägprojektionssystem zu bilden.
16 der beigefügten Zeichnungen ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines optischen Projektionssystems, das in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 05-080418 offenbart ist. In 16 bezeichnet L ein Beleuchtungssystem und LV bezeichnet ein Lichtventil, das einen transmissionsartigen oder reflexionsartigen Punktmatrixflüssigkristall oder dergleichen verwendet. Ein auf dem Lichtventil LV basierendes Bild wird mittels eines ersten optischen Projektionssystems PL1 projiziert, um dabei ein Zwischenbild zu erzeugen, welches dann wieder auf einen Schirm S mittels eines zweiten optischen Projektionssystems PL2 vergrößert und projiziert wird. In der Erfindung dieser Veröffentlichung sind die optischen Achsen des ersten und zweiten optischen Systems in geeigneter Weise geneigt, um dabei das Bild schräg auf den Schirm zu projizieren.
Ferner ist in dem erneut veröffentlichten Patent Nr. WO 97/01787 ein optisches Projektionssystem zum Projizieren eines Bilds aus einer schrägen Richtung durch die Verwendung einer Vielzahl von reflektierenden Flächen bzw. Oberflächen offenbart.
Andererseits wurden kürzlich verschiedene Abbildungssysteme vorgeschlagen, welche ein nicht-koaxiales optisches System verwenden, um die Verkleinerung des gesamten optischen Sy stems zu erzielen. In dem nicht-koaxialen optischen System wird das Konzept der Bezugsachse eingeführt und eine bildende Oberfläche bzw. Fläche wird zu einer asymmetrischen asphärischen Fläche ausgebildet, wobei es möglich ist, ein optisches System zu konstruieren, in welchem Aberrationen ausreichend korrigiert sind, und ein Konstruktionsverfahren ist dafür beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 9-5650 dargestellt und Beispiele von dessen Konstruktion sind in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 8-292371 und der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 8-292372 dargestellt.
Ein derartiges nicht-koaxiales optisches System wird ein außeraxiales optisches System genannt (wenn eine Bezugsachse entlang eines Strahls angenommen wird, der durch das Zentrum eines Bilds und das Zentrum einer Pupille durchgeht, ist ein optisches System, das definiert ist als ein optisches System einschließlich einer gekrümmten Fläche (außeraxiale gekrümmte Fläche), in welcher eine Ebene, welche normal an dem Schnittpunkt zwischen der bildenden Fläche und der Bezugsachse ist, nicht auf der Bezugsachse und zugleich ist die Bezugsachse von einer geknickten Form). In diesem außeraxialen optischen System ist die bildende Oberfläche im allgemeinen nicht-koaxial und eine Verdunkelung tritt nicht einmal in einer reflektierenden Fläche auf und demgemäß ist es einfach, ein optisches System zu konstruieren, welches eine reflektierende Fläche verwendet. Das außeraxiale optische System weist ferner das Merkmal auf, daß es einfach ist, ein optisches System integralen Typs herzustellen mittels einer Technik des integralen Abformens der bildenden Oberfläche, wobei ein optischer Weg relativ frei konzipiert werden kann.
In der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 05-100312 wird von einem optischen Projektionssystem Gebrauch gemacht, in welchem ein Lichtventil und ein Schirm relativ zu einer optischen Achse versetzt bzw. verschoben sind, und in diesem Falle beträgt, wie in 11 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, die Größe des Feldwinkels des verwendeten optischen Projektionssystems θ2. Jedoch wird ein Linsensystem von einem hohen Feldwinkel, das einen beträchtlich großen Feldwinkel (θ1) aufweist, als das verwendete optische Projektionssystem benötigt. Ferner verringert sich in einem gewöhnlichen Linsensystem die Lichtmenge, wenn der Feldwinkel größer von der optischen Achse La wird. Demgemäß wird, wenn ein Linsensystem von einem höheren Feldwinkel verwendet wird, ein Unterschied in der Helligkeit insbesondere in der vertikalen Richtung eine Schirms S auftreten. Ferner wird, wenn ein Konzept so gemacht wird, daß die optische Achse La in Richtung auf das Zentrum des Schirms S geht (12 der beigefügten Zeichnungen), ein Bild nicht auf dem Schirm S erzeugt, sondern wird auf einer Ebene S' erzeugt, welche senkrecht zu der optischen Achse La in dem gewöhnlichen Linsensystem ist. Wenn ein derartiges Konzept gemacht wird, wie es wohlbekannt ist, wird das projizierte Bild zu einem Trapezoid verzeichnet und der Brennpunkt weicht in der vertikalen Richtung des Schirms S ab. Wenn die Neigung dieser Bildebene zu korrigieren ist, muß der Unterschied zwischen dem optischen Weg L1 eines Strahls, welcher durch den oberen Abschnitt des Schirms S läuft, und dem optischen Weg L2 eines Strahls, welcher durch den unteren Abschnitt des Schirms S läuft, aufgehoben werden. Wenn dieser Unterschied zu korrigieren ist, falls er nahe der Abbildungsebene korrigiert werden kann, wird der Unterschied zwischen dem optischen Weg L1 und dem optischen Weg L2 reduziert werden und demgemäß kann der Betrag der Korrektur klein sein. Andererseits beeinträchtigt, wenn der Unterschied auf der optischen Fläche der Schirmseite zu korrigieren ist, auf welcher das projizierte Bild vergrößert wird, der Unterschied zwischen dem optischen Weg L1 und dem optischen Weg L2 in direkter Weise.
Ferner ist in einer Vorrichtung, welche in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 05-080418 offenbart ist, ein Linsensystem lediglich verkippt und demgemäß ist es schwierig, die Bildebene ausreichend zu neigen.
Ferner wird es, falls der Betrag der Verkippung zu groß ist, schwierig werden, eine optische Güte sicherzustellen.
In einem optischen Projektionssystem in einer reflexionsartigen Anzeigevorrichtung, was in dem erneut veröffentlichten Patent Nr. WO 97/01787 offenbart ist, ist ein koaxiales System aus einem konkaven Spiegel und einem oder zwei konvexen Spiegeln gebildet, und ein Bild wird aus einer schrägen Richtung durch die Verwendung von einigen der reflektierenden Flächen des konkaven Spiegels und des konvexen Spiegels projiziert. Wegen des koaxialen Systems ist eine Aberrationskorrektur schwierig und es ist schwierig, das reflektierende optische System hell zu machen (die F-Zahl klein zu machen).
Ferner nutzt das optische Projektionssystem eine Konstruktion, in der eine Blende zwischen den reflektierenden Elementen angeordnet ist. Ein durch die Blende durchgegangenes Strahlenbündel fällt auf den konvexen Spiegel ein und ein divergentes Strahlenbündel von diesem konvexen Spiegel fällt auf den nächsten konvexen Spiegel ein. Demgemäß neigt der effektive Durchmesser des zweiten konvexen Spiegels dazu zuzunehmen. Ferner bilden zugleich die zwei konvexen Spiegel das virtuelle Bild der Blende.
Die projektionsartige Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung von der Art, die in der japani schen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. JP-A-9222563 offenbart ist, mit: einer Bildanzeigetafel zum Erzeugen eines Ursprungsbilds; und einem optischen Projektionssystem einschließlich einer Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen mit Krümmungen, welche Bilder eines von der Bildanzeigetafel erzeugten Ursprungsbilds auf einer Bilderzeugungsebene durch Verwendung der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen abbildet.
Die projektionsartige Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß: eine Bezugsachse, die einem optischen Weg eines Hauptstrahls von Lichtstrahlenbündeln entspricht, die von dem Zentrum des von der Bildanzeigetafel erzeugten Ursprungsbilds emittiert werden, und zu dem Zentrum des auf die Bilderzeugungsebene abgebildeten Bilds läuft, sich bezüglich der Bilderzeugungsebene neigt; das optische Projektionssystem eine Blende zwischen der Vielzahl von rotationsasymmetrischen Reflexionsflächen oder zwischen der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen und der Bildanzeigetafel beinhaltet; und die Blende auf die Bilderzeugungsebenenseite bezüglich der Blende bei einer negativen Vergrößerung abgebildet wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen eine helle projektionsartige Anzeigevorrichtung vor.
Die reflektierende Fläche, auf welcher das durch die Blende durchgegangene Licht zuerst einfällt und welche eine Krümmung aufweist, kann eine asphärische Fläche sein, welche eine Brechkraft aufweist.
Vorzugsweise bündelt das reflektierende optische System das Lichtstrahlenbündel von der Bildanzeigetafel und erzeugt ein Zwischenbild eines von der Bildanzeigetafel erzeugten Ur sprungsbilds auf der Bildanzeigetafelseite bezüglich der Bilderzeugungsebene. Zumindest eine aus der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen kann einen oberflächenreflektierenden Spiegel aufweisen, Zumindest eine aus der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen kann einen rückreflektierenden Spiegel aufweisen.
Vorzugsweise beinhaltet das reflektierende optische System zumindest einen optischen Block, der derart konzipiert ist, daß zwei brechende Flächen und die Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen, welche Krümmungen aufweisen, auf der Oberfläche eines transparenten Elements ausgebildet sind, wobei das Strahlenbündel von der Bildanzeigetafel in das Innere des transparenten Elements von einer der brechenden Flächen eintritt, von der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen reflektiert wird und aus der anderen brechenden Fläche austritt.
Zumindest zwei aus der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen können in integraler Weise durch Abformen hergestellt sein.
Vorzugsweise ist, wenn die Hauptpunktposition bei einem Azimut ξ Grad auf der Bildanzeigetafel-Seite, wenn das brechende optische System um die Zentrallinie entwickelt wird, welche das Zentrum der Bildanzeigetafel und das Zentrum der Bildinformation auf der Schirmoberfläche miteinander verbindet, als H(ξ) definiert ist, und ein Azimut, der eine Ebene darstellt, welche die Zentrallinie und eine Normale zu der Schirmoberfläche enthält, als α definiert ist, die Bedingung |H(α + 90°) – H(α))/H(α)| < 0.2 erfüllt.
In bevorzugten Ausführungsformen ist, wenn der Winkel, der durch die Zentrallinie, welche das Zentrum der Bildanzeigetafel und das Zentrum der Bilderzeugung auf der Schirmoberfläche miteinander verbindet, und eine Normale zu dem Schirm gebildet wird, als θ definiert ist, und die Brennweite bei einem Azimut ξ Grad, wenn das reflektierende optische System um die Zentrallinie entwickelt wird, als f(ξ) definiert ist und der Azimut, der eine Ebene darstellt, welche die Zentrallinie und die Normale des Schirms enthält, als α definiert ist, die Bedingung |1 – cosθ·f(α)/f(α + 90°)| < 0.2erfüllt.
Das reflektierende optische System kann drei oder mehr rotationsasymmetrische asphärische reflektierende Flächen aufweisen.
Vorzugsweise weist das reflektierende optische System sechs rotationsasymmetrische asphärische reflektierende Flächen auf und die sechs reflektierenden Flächen weisen eine positive, negative, negative, positive, negative und positive Brechkraft in der Reihenfolge von der Schirmseite auf oder eine positive, negative, positive, negative, positive und positive Brechkraft in der Reihenfolge von der Schirmseite auf.
Die projektionsartige Anzeigevorrichtung kann angeordnet sein, um ein Strahlenbündel von dem Bildanzeigeelement auf eine Schirmoberfläche zu lenken und eine Bildinformation auf der Schirmoberfläche entweder in direkter Weise oder durch die Zwischenordnung von einem oder mehr Planspiegeln auszubilden.
In den beigefügten Zeichnungen:
1 zeigt die Konstruktion einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt die Konstruktion des reflektierenden optischen Systems 1, des Beleuchtungssystems L und des Lichtventils LV der projektionsartigen Anzeigevorrichtung von 1;
3 ist eine Darstellung, welche die Verzeichnung des optischen Projektionssystems der projektionsartigen Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Darstellung, welche eine Evaluierungsposition auf einem Schirm zeigt;
5 ist eine Darstellung, welche die Defokussierungseigenschaft des optischen Projektionssystems der projektionsartigen Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 zeigt die Konstruktion einer projektionsartigen Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt die Konstruktion des reflektierenden optischen Systems 2 und des Beleuchtungssystems der projektionsartigen Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Darstellung, welche die Verzeichnung des optischen Projektionssystems der projektionsartigen Anzeigevor richtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine Darstellung, welche die Defokussierungseigenschaft des optischen Projektionssystems der projektionsartigen Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine Darstellung, welche eine projektionsartige Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist eine Konzeptansicht eines versetzten optischen Systems gemäß dem Stand der Technik;
12 ist eine Konzeptansicht eines optischen Schrägprojektionssystems gemäß dem Stand der Technik;
13 ist eine Darstellung, welche die Beziehung der Vergrößerung zeigt, wenn eine schräge Projektion bewirkt wird;
14 ist eine andere Darstellung, welche die Beziehung der Vergrößerung zeigt, wenn eine schräge Projektion bewirkt wird;
15 ist eine Darstellung, welche ein optisches Schrägprojektionssystem gemäß dem Stand der Technik zeigt;
16 ist eine Darstellung, welche ein anderes optisches Schrägprojektionssystem gemäß dem Stand der Technik zeigt; und
17 ist eine Darstellung des Koordinatensystems eines reflektierenden optischen Systems in der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevor mit der Beschreibung von Ausführungsformen begonnen wird, wird eine Beschreibung der Darstellungsweise der konstituierenden numerischen Daten der Ausführungsformen und Gegenstände angegeben, die alle Ausführungsformen gemeinsam aufweisen,
17 ist eine Darstellung eines Koordinatensystems, welches die Konstruktionsdaten des optischen Systems der vorliegenden Erfindung definiert. In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die i-te Fläche, entlang welcher ein Strahl von der Objektseite zu der Bildebene läuft (mittels einer strichpunktierten Linie in 17 bezeichnet und als Referenzachsen-Strahl bezeichnet), als die i-te Fläche definiert.
In 17 ist die erste Fläche R1 eine brechende Fläche, ist die zweite Fläche R2 eine reflektierende Fläche, die relativ zu der ersten Fläche R1 verkippt ist, sind die dritte Fläche R3 und die vierte Fläche R4 reflektierende Flächen, die relativ zu ihren jeweiligen vorhergehenden Flächen verschoben bzw. versetzt und verkippt sind, und ist die fünfte Fläche R5 eine brechende Fläche, die relativ zu der vierten Fläche R4 verschoben bzw. versetzt und verkippt ist. Die erste Fläche R1 bis zu der fünften Fläche R5 sind auf einem optischen Element konstruiert, das aus einem Medium wie Glas oder Plastik gebildet ist, und in 17 ist das optische Element als ein erstes optisches Element B1 dargestellt.
Demgemäß ist in der Konstruktion von 17 das Medium von der Objektoberfläche, was nicht dargestellt ist, zu der ersten Fläche R1 Luft, das Medium von der ersten Fläche R1 bis zu der fünften Fläche R5 ist ein bestimmtes gemeinsames Medium und das Medium von der fünften Fläche R5 bis zu der sechsten Fläche R6, was nicht dargestellt ist, ist Luft.
Das optische System der Ausführungsformen der Erfindung ist ein außeraxiales optisches System und demgemäß weisen die Flächen, welche das optische System bilden, keine gemeinsame optische Achse auf. Somit wird in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein absolutes Koordinatensystem, welches das Zentrum der ersten Fläche als den Ursprung aufweist, zuerst eingesetzt.
In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der zentrale Punkt der ersten Fläche als der Ursprung definiert und ferner wird die Strecke eines Strahls, welcher das Zentrum der Bildanzeigetafel und das Zentrum des Bildes verbindet und durch den zentralen Punkt der ersten Fläche durchgeht, (Bezugsachsen-Strahl) definiert als die Bezugsachse des optischen Systems. Ferner weist die Bezugsachse in der vorliegenden Ausführungsform eine Richtung auf. Die Richtung ist eine Richtung, in welcher der Bezugsachsen-Strahl läuft, wenn er abgebildet wird.
Demgemäß kommt schließlich die Bezugsachse an dem Zentrum der Bildebene an, während deren Richtung entsprechend dem Brechungsgesetz oder Reflexionsgesetz entlang der eingestellten Reihenfolge der Flächen geändert wird.
Die verkippten Flächen, welche das optische System gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden, sind im wesentlichen alle in derselben Ebene verkippt. Somit sind die Achsen des absoluten Koordinatensystems definiert wie folgt:

Z-Achse: eine gerade Linie, welche durch den Ursprung und das Zentrum der Objektoberfläche durchgeht, wobei die Richtung von der Objektoberfläche zu der ersten Fläche als positiv definiert ist.
Y-Achse: eine gerade Linie, welche durch den Ursprung durchgeht und im Gegenuhrzeigersinn 90° bezüglich der Z-Achse in der verkippten Fläche (die Ebene des Zeichnungsblatts von 17) bildet.
X-Achse: eine gerade Linie, welche durch den Ursprung und senkrecht zu der Z-Achse und der Y-Achse durchgeht (gerade Linie senkrecht zu der Ebene des Zeichnungsblatts von 17).

Ferner ist es, um die Flächenform der i-ten Fläche, welche das optische System bildet, darzustellen, einfacher beim Erkennen der Form zu verstehen, ein lokales Koordinatensystem einzusetzen, das als den Ursprung einen Punkt aufweist, an dem sich die Bezugsachse und die i-te Fläche miteinander schneiden, und die Flächenform von jener Fläche durch das lokale Koordinatensystem darzustellen als die Form von jener Fläche durch das absolute Koordinatensystem darzustellen und demgemäß wird die Flächenform der i-ten Fläche dargestellt durch das lokale Koordinatensystem.
Ferner wird der Kippwinkel der i-ten Fläche in der YZ-Ebene dargestellt durch einen Winkel θi (Einheit: °), in welchem die Gegenuhrzeigersinnrichtung relativ zu der Z-Achse des absoluten Koordinatensystems positiv ist. Folglich ist in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Ursprung der lokalen Koordinaten von jeder Fläche auf der YZ-Ebene in 17. Ferner ist die Exzentrizität der Flächen in XZ- und XY-Ebenen Null. Außerdem sind die y-Achse und die z-Achse der lokalen Koordinaten (x, y, z) der i-ten Fläche um einen Winkel θi in der YZ-Ebene relativ zu dem absoluten Koordinatensystem (X, Y, Z) geneigt und sind in spezifischer Weise eingestellt wie folgt:

z-Achse: eine gerade Linie, welche durch den Ursprung der lokalen Koordinaten durchgeht und einen Winkel θi in der Gegenuhrzeigersinnrichtung in der YZ-Ebene relativ zu der Z-Richtung des absoluten Koordinatensystems bildet.
y-Achse: eine gerade Linie, welche durch den Ursprung der lokalen Koordinaten durchgeht und einen Winkel von 90° in der Gegenuhrzeigersinnrichtung in der YZ-Ebene relativ zu der z-Richtung bildet.
x-Achse: eine gerade Linie, welche durch den Ursprung der lokalen Koordinaten durchgeht und senkrecht zur YZ-Ebene verläuft.

Ferner ist Di eine skalare Größe, die den Zwischenraum bzw. Abstand zwischen den Ursprüngen der lokalen Koordinaten der i-ten Fläche und der (i+1)-ten Fläche darstellt und Ndi und vdi stellen jeweils den Brechungsindex und die Abbesche Zahl des Mediums zwischen der i-ten Fläche und der (i+1)-ten Fläche dar.
Hier ist eine sphärische Fläche eine Form, die dargestellt wird durch den nachfolgenden Ausdruck:
Das optische System der vorliegenden Erfindung weist eine Vielzahl von rotationsasymmetrischen asphärischen Flächen auf, wobei deren Form dargestellt wird durch den nachfolgenden Ausdruck: Z = C02y2 + C20x2 + C03y3 + C21x2y + C04y4 + C22x2y2 + C40x4 + C05y5 + C23x2y3 + C41x4y + C06y6 + C24x2y4 + C42x4y2 + C60x6
Der obige gekrümmte Flächenausdruck weist lediglich die Terme von geradzahligen Ordnungen bezüglich x auf und demgemäß ist die durch den obigen gekrümmten Flächenausdruck vorgeschriebene gekrümmte Fläche von einer ebenensymmetrischen Form, welche die yz-Ebene als eine Symmetrieebene aufweist. Ferner stellt sie, wenn die nachfolgende Bedingung erfüllt ist, eine Form dar, die symmetrisch bezüglich der xz-Ebene ist. C03 = C21 = t = 0
Ferner stellt sie, wenn C02 = C20 C04 = C40 = C22/2 C06 = C60 = C24/3 = C42/3erfüllt ist, eine rotationssymmetrische Form dar. Wenn die oben genannten Bedingungen nicht erfüllt sind, stellt sie eine rotationsasymmetrische Form dar.
Jede Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr beschrieben werden.
1 ist eine schematische Ansicht der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 1 einer projektionsartigen Anzeigevorrichtung unter Verwendung des optischen Projektionssystems der vorliegenden Erfindung.
In 1 bezeichnet LV ein Lichtventil (Bildanzeigetafel), indem ein Punktmatrix-Flüssigkristall vom Reflexionstyp, eine digitale Mikrospiegeleinrichtung oder dergleichen verwendet wird. L bezeichnet ein Beleuchtungssystem, um das Lichtventil LV mit Licht zu beleuchten. Das Beleuchtungssystem L weist eine Lampe, eine Kondensorlinse, einen Filter zum Selektieren einer Wellenlänge etc. auf. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein optisches Projektionssystem, welches ein außeraxiales System verwendet, um Licht, das von dem Lichtventil LV lichtmoduliert wird, auf einen Schirm S zu richten und ein Bild auf der Oberfläche des Schirms S zu erzeugen. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des optischen Projektionssystems 1, des Lichtventils LV und des Beleuchtungssystems L von 1.
Das optische Projektionssystem von 2 ist dargestellt, als weist es ein reflektierendes optisches System auf, das eine Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen mit Krümmungen aufweist und in dem ein Strahlenbündel von der Bildanzeigetafel die Reflexion an der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen wiederholt und auf den Schirm projiziert wird und ein reelles Bild auf dessen Oberfläche erzeugt, jedoch kann das optische Projektionssystem so konzipiert sein, daß es ein Linsensystem außer dem in 2 dargestellten reflektierenden optischen System oder ein anderes reflektierendes optisches System aufweist.
In 1 und 2 beinhaltet das reflektierende optische System 1 eine Blende SS und sechs reflektierende Flächen, d.h, einen konkaven Spiegel R1, einen konvexen Spiegel R2, einen konkaven Spiegel R3, eine konvexe reflektierende Fläche R4, einen konvexen Spiegel R5 und einen konkaven Spiegel R6 und zwar in der Reihenfolge des Durchgangs des Strahls von dem Lichtventil LV. Alle reflektierenden Flächen sind Flächen, welche symmetrisch bezüglich lediglich der YZ-Ebene sind. Ein auf dem Lichtventil LV basierendes Bild wird zwischen dem konvexen Spiegel R5 und dem konkaven Spiegel R6 dazwischenliegend erzeugt und die Blende SS wird an einer Position SSa nahe dem konkaven Spiegel R6 abgebildet. Das bedeutet, daß die Pupille nahe dem konkaven Spiegel R6 abgebildet wird. Diese Position SSa wird die Pupille der Schirm S-Seite. Die Blende SS wird einmal als ein reelles Bild von dem optischen System auf der Schirm S-Seite abgebildet und die Abbildungsvergrößerung ist diesmal eine negative Vergrößerung. Somit übernimmt die vorliegende Ausführungsform eine Konstruktion, bei der das Bild der Blende SS bei einer negativen Vergrößerung durch das optische System (reflektierende Flächen R1 bis R5) näher benachbart zu dem Schirm S als zu der Position der Blende erzeugt wird, wobei der effektive Durchmesser des Strahls auf jeder Fläche klein gehalten wird und die Kompaktheit von jedem optischen Element wie der reflektierenden Fläche und dem gesamten optischen System erzielt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Größe des Lichtventils LV 10.8 × 19.2 mm und die Größe des Schirms S beträgt 60 Zoll bei einem Längen-zu-Breiten-Verhältnis 9:16 (747 × 1328 mm). Eine Normale Sa zu dem Schirm S ist um 42° relativ zu einer Bezugsachse A geneigt. Die Konstruktionsdaten des in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten reflektierenden optischen Systems sind unten dargestellt. In den Konstruktionsdaten sind die Flächen von der Blenden-Oberfläche S zu der Bildebene (die Schirmoberfläche) in aufeinanderfolgenden Zahlen angegeben. Blendendurchmesser 9.00
Asphärische Form
Die optische Wirkungsweise in dem optischen System der vorliegenden Ausführungsform wird nunmehr beschrieben werden. Licht, das von der Lichtquelle LP des Beleuchtungssystems L emittiert wird, gelangt durch eine Kondensorlinse, einen Farbfilter etc., was nicht dargestellt ist, und beleuchtet das Lichtventil LV und das von dem Lichtventil LV lichtmodulierte Licht wird mittels des reflektierenden optischen Systems 1 gebündelt und auf den Schirm gerichtet, auf dem ein auf dem Lichtventil LV basierendes Bild angezeigt wird.
4 zeigt eine Evaluierungsposition zum Evaluieren der Defokussierungseigenschaften und der Menge des Randlichts auf dem Schirm S. Der Zustand der Verzeichnung des optischen Projektionssystems 1 der vorliegenden Ausführungsform ist in 3 dargestellt und die Defokussierungseigenschaften an den Bildpositionen (1) bis (6) auf dem Schirm S sind in 5 dargestellt. Wie aus 3 ersehen werden kann, ist das optische Projektionssystem 1 der vorliegenden Ausführungsform frei von starker Verzeichnung und weist eine geringe asymmetrische Verzeichnung auf. Die individuellen Schaubilder von 5, welche die Defokussierungseigenschaften darstellen, zeigen eine MTF der Frequenz 1 Linie/mm innerhalb eines Bereichs von –25 cm bis 25 cm von dem Schirm auf der Bezugsachse und die durchgezogene Linie stellt den Kontrastwert in y-Richtung in den lokalen Koordinaten auf dem Schirm dar und die gestrichelte Linie stellt den Kontrastwert in x-Richtung in den lokalen Koordinaten auf dem Schirm dar. Aus dieser Figur kann ersehen werden, daß an jeder Bildposition die MTF einen Peak bzw. eine Spitze auf dem Schirm aufweist, das bedeutet, auf den Schirm fokussiert wird. Ferner stellt an jeder Bildposition der Kontrastwert annähernd 50% sicher.
Ferner sind die Verhältnisse von Lichtmengen an Positionen (5), (7), (4), (8) und (9) auf der Diagonalen in dem in 4 dargestellten Schirm wie folgt (es sollte selbstverständlich sein, daß die Lichtmenge an der Position (4) 100 beträgt).
(5) = 94.8, (7) = 95.3, (4) = 100, (8) = 94.2, (9) = 91.8
Somit ist wenig oder kein Unterschied in der Verteilung der Lichtmenge zu sehen.
In dem in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten reflektierenden optischen System sind die Brennweiten f1(0) und f1(90) bei Azimuten 0 Grad und 90 Grad um die Bezugsachse herum entwickelt und sind die Hauptpunktpositionen H1(0) und H1(90) auf der Lichtventil LV-Seite wie folgt berechnet. Jedoch ist der Azimut 0 Grad ein Azimut, der Bildpositionen (2), (4) und (6) in 4 umfaßt, und der Azimut 90 Grad ist ein Azimut, der Bildpositionen (3) und (4) in 4 umfaßt. Ferner weisen die Hauptpunktpositionen den konkaven Spiegel R1 als den Bezug auf, wobei die Richtung, in welcher das Licht läuft, als positiv definiert wird.
f1(0) = –17.83, f1(90) = –3.7, H1(0) = –32.72, H1(90) = –128.764
Daher sind die Werte der vorgenannten Ausdrücke (1) und (2): |H(90) – H(0))/H(0)| = 0.03 < 0.2 (1) |1 – cos(42°)·f(0)/f(90)| = 0.03 < 0.2 (2)(wobei 42° der Winkel ist, der durch die Normale Sa zu dem Schirm S und die Bezugsachse A gebildet wird.)
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Lichtventil LV relativ zu der Bezugsachse A nicht verschoben bzw. versetzt oder verkippt und demgemäß ist es erwünscht, dass die Azimut-Abhängigkeit klein ist, wenn das reflektierende optische System 1 von dem Lichtventil LV gesehen wird, das bedeutet, dass die Hauptpunktposition eine kleine Azimut-Abhängigkeit aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform kann, wie anhand des Werts des Ausdrucks (1) ersehen werden kann, ausgesagt werden, dass die Azimut-Abhängigkeit der Hauptpunktposition klein ist. Falls der Wert des Ausdrucks (1) groß ist, wird eine asymmetrische Aberration in einem großen Maß auftreten, und dies ist nicht bevorzugt vom Standpunkt einer Aberrationskorrektur und falls der Wert des Ausdrucks (1) 0.2 oder größer wird, wird eine Aberrationskorrektur schwierig. 13 zeigt den Schirmabschnitt in dem Zustand von 12. In 13 bezeichnet der Buchstabe A die Bezugsachse, be zeichnet der Buchstabe S den geneigten Schirm, bezeichnet der Buchstabe S' eine Ebene, die senkrecht zu der Bezugsachse A verläuft, und der Schirm S und die Ebene S' sind um einen Winkel θ geneigt. Ursprünglich wird die durch das reflektierende optische System 1 vergrößerte und projizierte Bildebene des Lichtventils LV auf die Ebene S' abgebildet. Wie in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 09-5650 offenbart ist, weist, wenn eine Evaluierungsebene um die Bezugsachse A entwickelt wird und von der Ebene S' senkrecht zu der Bezugsachse evaluiert wird, der paraxiale Betrag denselben Wert für einen Azimut ξ und einen Azimut ξ+180° auf. Demgemäß verursacht der in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 09-5650 dargestellte paraxiale Betrag nicht die Neigung der Bildebene. Das bedeutet, dass es aufgefaßt werden kann, dass eine Aberration von derselben Art wie die Bildfeldkrümmung und insbesondere eine Aberration auftritt, bei der die Fokusposition bzw. Brennpunktposition abweicht, wenn sie von der Schnittlinie zwischen dem Schirm S und der Ebene S' weggeht, und demgemäß wird die Bildebene geneigt. Wenn sie derart aufgefaßt wird, kann eine Vergrößerung βy' in y-Richtung auf der Ebene S', welche die Evaluierungsebene ist, betrachtet werden als eine Vergrößerung βy auf dem Schirm S, welche projiziert worden ist, und demgemäß muß, damit das Längen-zu-Breiten-Verhältnis auf dem Schirm S aufrechtgehalten werden kann, die folgende Beziehung erfüllt sein: βy = βy'/cosθ = βx (siehe Fig. 14)
Daher gilt
Hier sind SS'(0) und SS'(90) die Abstände von der Hauptpunktposition des reflektierenden optischen Systems auf der Schirm S-Seite zu dem Schirm S jeweils bei Azimuten 0° und 90°. In dem vorgenannten Ausdruck sind SS'(0) und SS'(90) approximiert als SS'(0) ≈ SS'(90), SS'(0) >> f(0) und SS'(90) >> f(90), da in der vorliegenden Ausführungsform SS'(0) = 1034 und SS'(90) = 991 ist. Das bedeutet, dass es die Bedingung ist, unter welcher das Längen-zu-Breiten-Verhältnis aufrecht gehalten wird, dass der Wert des Ausdrucks (2) klein ist. Falls der Wert des Ausdrucks (2) größer als 0.2 wird, wird die Verzeichnung groß werden und eine Aberrationskorrektur wird schwierig werden. Ferner wird, wenn die Blende an der Pupille SSa der Schirmseite positioniert wird, die Helligkeit zwischen dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt des Schirms differieren, da die Länge eines optischen Wegs, der durch den oberen Abschnitt des Schirms verläuft, und die Länge eines optischen Wegs, der durch den unteren Abschnitt des Schirms verläuft, voneinander differieren, und dies ist nicht bevorzugt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein derartiges Konzept gemacht worden, dass zumindest einer der vorgenannten Ausdrücke (1) und (2) erfüllt ist.
Während in der vorliegenden Ausführungsform die Blende zwischen der Anzeigetafel (Lichtventil) LV und dem reflektierenden optischen System 1 vorgesehen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Während in der vorliegenden Ausführungsform die rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen als die oberflächenreflektierenden Flächen verwendet werden, kann von einem optischen Block Gebrauch gemacht werden, welcher eine rotationsasymmetrische reflektierende Fläche aufweist, die auf der Oberfläche eines transparenten Elements ausgebildet ist, wie in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 8-292372, der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 9-222561, der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 9-258105 etc. offenbart ist.
Ferner kann eine Vielzahl von rotationsasymmetrischen oberflächenreflektierenden Flächen in integraler Weise abgeformt sein. Während in der vorliegenden Ausführungsform sechs rotationsasymmetrische reflektierende Flächen verwendet werden, ist die Anzahl der reflektierenden Flächen nicht auf sechs beschränkt, sondern kann willkürlich sein. Jedoch ist es vom Standpunkt einer Aberrationskorrektur erwünscht, daß die Anzahl der reflektierenden Flächen zumindest drei beträgt. Ferner ist dies, während die rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen von einer Form sind, welche symmetrisch bezüglich einer Ebene ist, nicht beschränkend.
6 ist eine schematische Ansicht der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 2 der projektionsartigen Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung. In 6 bezeichnet LL ein Beleuchtungssystem, um Lichtventile LV1 mit Licht zu beleuchten. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein reflektierendes optisches System, welches ein außeraxiales System zum Projizieren des von den Lichtventilen LV1 lichtmodulierten Lichts auf einen Schirm S verwendet. 7 ist eine detaillierte Ansicht des reflektierenden optischen Systems 2 und des Beleuchtungssystems LL von 6. In 6 und 7 weisen die Lichtventile LV1 einen Punktmatrix-Flüssigkristall vom Transmissionstyp oder dergleichen auf, bezeichnet M (M1 bis M5) Planspiegel oder dichroitische Spiegel, bezeichnet L2 eine Lichtquelle und bezeichnet P ein dichroitisches Prisma. SS bezeichnet eine Blende.
In 6 und 7 ist das reflektierende optische System 2 aus sechs reflektierenden Flächen gebildet, d.h. einem konkaven Spiegel R1, einem konvexen Spiegel R2, der Blende SS, einem konkaven Spiegel R3, einer konvexen reflektierenden Fläche R4, einem konvexen Spiegel R5 und einem konkaven Spiegel R6 und zwar in Reihenfolge des Durchgangs eines Strahls von dem dichroitischen Prisma P. Alle reflektierenden Flächen sind Flächen, die symmetrisch bezüglich lediglich der YZ-Ebene sind. Ein auf den Lichtventilen LV1 basierendes Bild wird intermediär zwischen dem konvexen Spiegel R5 und dem konkaven Spiegel R6 erzeugt und die Blende SS wird nahe dem konkaven Spiegel R6 abgebildet. Das bedeutet, eine Pupille wird nahe dem konkaven Spiegel R6 abgebildet. Indem somit eine Konstruktion übernommen wird, bei der das Bild der Blende SS bei einer negativen Vergrößerung durch das optische System (R3 bis R6) näher benachbart zu dem Schirm als zu der Blendenposition erzeugt wird, wird der effektive Durchmesser des Strahls auf jeder Fläche klein gemacht und wird die Kompaktheit von jedem optischen Element und dem gesamten optischen System erzielt.
Ferner sind der konkave Spiegel R1, der konkave Spiegel R3, der konvexe Spiegel R5, der konvexe Spiegel R2 und die konvexe reflektierende Fläche R4 in integraler Weise durch Abformen oder dergleichen ausgebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Größe von jedem Lichtventil LV1 12.82 × 22.8 mm und die Größe des Schirms S beträgt 60 Zoll (747 × 1328 mm) des Längen-zu-Breiten-Verhältnisses 9:16. Ferner ist eine Normale Sa zu dem Schirm S um 42° relativ zur Bezugsachse A geneigt. Die Konstruktionsdaten des in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten reflektierenden optischen Systems werden unten dargestellt werden. Blende Elliptische Form Hauptachse 10 mm, Nebenachse 8 mm Objektseite NAO. 14
Asphärische Form
Die optische Wirkungsweise in der vorliegenden Ausführungsform wird nunmehr beschrieben werden. Licht, welches von der Lichtquelle L2 des Beleuchtungssystems LL emittiert wird, durchläuft die Vielzahl von reflektierenden Spiegeln M und wird in drei Primärfarben R(Rot), G(Grün) und B(Blau) aufge teilt. Das farbige Licht R, G und B läuft durch die dazu korrespondierenden Lichtventile LV1, wird von dem dichroitischen Prisma zusammengesetzt und auf den Schirm S mittels des reflektierenden optischen Systems 2 gerichtet. Ein auf den Lichtventilen LV1 basierendes Bild (Farbbild) wird auf dem Schirm mittels des reflektierenden optischen Systems angezeigt. Der Zustand der Verzeichnung des optischen Projektionssystems 2 der vorliegenden Ausführungsform ist in 8 dargestellt und die Defokussierungseigenschaften bei Bildpositionen (1) bis (6) auf dem Schirm S in 4 sind in 9 dargestellt. Das optische Projektionssystem 2 der vorliegenden Ausführungsform, wie es aus 8 ersehen werden kann, weist keine starke Verzeichnung auf und weist eine geringe asymmetrische Verzeichnung auf. Die individuellen Schaubilder von 9, welche die Defokussierungseigenschaften darstellen, zeigen eine MTF der Frequenz 1 Linie/mm innerhalb eines Bereichs von –25 cm bis 25 cm von dem Schirm auf der Bezugsachse und eine durchgezogene Linie stellt den Kontrastwert in y-Richtung in den lokalen Koordinaten auf dem Schirm dar und eine unterbrochene Linie stellt den Kontrastwert in x-Richtung in den lokalen Koordinaten auf dem Schirm dar. Anhand dieser Figur kann ersehen werden, dass die MTF bei jeder Bildposition eine Spitze auf dem Schirm aufweist, daß bedeutet, es wird auf den Schirm fokussiert. Ferner sichert bei jeder Bildposition der Kontrastwert ungefähr 50%.
Ferner sind die Verhältnisse der Lichtmenge bei Bildpositionen (5), (7), (4), (8) und (9) auf der Diagonalen in dem in 4 dargestellten Schirm folgendermaßen (es sollte selbstverständlich sein, daß die Lichtmenge an der Position (4) 100 beträgt).
(5) = 96.5, (7) = 101.2, (4) = 100, (8) = 102.9, (9) = 105.5
Somit ist ein geringer oder kein Unterschied in der Verteilung der Lichtmenge ersichtlich.
In dem reflektierenden optischen System, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, werden die Brennweiten f1(0) und f1(90) bei Azimuten 0 Grad und 90 Grad, die um die Bezugsachse entwickelt werden, und die Hauptpunktpositionen H1(0) und H1(90) auf der Seite der Lichtventile LV1 folgendermaßen berechnet. Jedoch ist der Azimut 0 Grad ein Azimut, der Bildpositionen (2), (4) und (6) in 4 umfaßt, und der Azimut 90 Grad ist ein Azimut, der Bildpositionen (3) und (4) in 4 umfaßt. Ferner weisen die Hauptpunktpositionen den konkaven Spiegel R1 als den Bezug auf, wobei die Richtung, in welcher das Licht läuft, als positiv definiert ist.
f1(0) = –19.81, f1(90) = –15.25, H1(0) = –140.15, H1(90) = –135.79
Daher folgt |H(90) – H(0))/H(0)| = 0.03 < 0.2 (1) |1 – cos(42°)·f(0)/f(90)| = 0.03 < 0.2 (2)(wobei 42° der Winkel ist, der durch die Normale Sa zu dem Schirm S und die Bezugsachse A gebildet wird.)
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Lichtventile LV relativ zu der Bezugsachse A nicht versetzt oder verkippt und demgemäß ist es erwünscht, dass die Azimut-Abhängigkeit Null ist, wenn das reflektierende optische System 2 von den Lichtventilen LV1 gesehen wird, das bedeutet, dass die Hauptpunktposition keine Azimut-Abhängigkeit aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform kann, wie anhand des Werts des Ausdrucks (1) ersehen werden kann, ausgesagt werden, dass die Azimut-Abhängigkeit der Hauptpunktposition klein ist. Falls der Wert des Ausdrucks (1) groß ist, wird eine asymmetrische Aberration in einem großen Maß auftreten und dies ist vom Standpunkt einer Aberrationskorrektur nicht bevorzugt und falls der Wert des Ausdrucks (1) 0.2 oder größer wird, wird eine Aberrationskorrektur schwierig. Ferner ist der Wert des Ausdrucks (2) klein und demgemäß wird das Längen-zu-Breiten-Verhältnis auf dem Schirm aufrechtgehalten. Falls der Wert des Ausdrucks (2) größer als 0.2 wird, wird die Verzeichnung stark werden und wird eine Aberrationskorrektur schwierig werden. Ferner wird, wenn die Blende an der Pupille der Schirm S-Seite positioniert wird, die Helligkeit zwischen dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt des Schirms differieren, da die Länge eines optischen Wegs, der durch den oberen Abschnitt des Schirms verläuft, und die Länge eines optischen Wegs, der durch den unteren Abschnitt des Schirms verläuft, voneinander differieren.
Während in der vorliegenden Ausführungsform die Blende zwischen der rotationsasymmetrischen reflektierenden Fläche R2 und der rotationsasymmetrischen reflektierenden Fläche R3 vorgesehen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Während in der vorliegenden Ausführungsform die rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen verwendet werden als die oberflächenreflektierenden Flächen, kann von einem optischen Block Gebrauch gemacht werden, welcher eine rotationsasymmetrische reflektierende Fläche aufweist, die auf der Oberfläche eines transparenten Elements ausgebildet ist, wie in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 8-292372, der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 9-222561, der japanischen Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 9-258105 etc. offenbart ist.
Ferner ist, während in der vorliegenden Ausführungsform der konkave Spiegel R1, der konkave Spiegel R3, der konvexe Spiegel R5, der konvexe Spiegel R2 und die konvexe reflektierende Fläche R4 in integraler Weise durch Abformen oder dergleichen gebildet sind, dies nicht beschränkend. Während in der vor liegenden Ausführungsform sechs rotationsasymmetrische reflektierende Flächen verwendet werden, ist die Anzahl der reflektierenden Flächen nicht auf sechs beschränkt, sondern kann willkürlich sein. Jedoch ist es vom Standpunkt einer Aberrationskorrektur erwünscht, daß die Anzahl der reflektierenden Flächen zumindest drei beträgt. Ferner ist dies, während die rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen von einer Form sind, die symmetrisch bezüglich einer bestimmten Ebene ist, nicht beschränkend.
10 ist eine schematische Ansicht der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 3 der projektionsartigen Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von Ausführungsform 2 von 6 darin, daß ein optisches Projektionssystem in einem Behälter K vorgesehen ist, welcher mit einem transmissionsartigen Schirm S in dessen Stirnseite versehen ist, und auf eine Anzeigevorrichtung vom Rückprojektionstyp angewendet wird. Ein Strahlenbündel aus einem reflektierenden optischen System 2 wird von einem Planspiegel MM1 und einem Planspiegel MM2 zurückgeworfen und wird auf den transmissionsartigen Schirm S projiziert. Indem somit ein optisches Projektionssystem verwendet wird, welches das Strahlenbündel schräg auf den Schirm S projiziert, wird die laterale Tiefe der Vorrichtung klein gemacht. In diesem Fall kann, je größer der Winkel zwischen der Bezugsachse und dem Schirm ist, desto mehr die laterale Tiefe der Vorrichtung reduziert werden.
Während in der vorliegenden Ausführungsform der optische Weg von den zwei Planspiegeln MM1 und MM2 geknickt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern können mehr als zwei Spiegel verwendet werden.
Die reflektierenden Spiegel in jeder oben beschriebenen Ausführungsform sind derart angeordnet, dass der konkave Spiegel R1, der konvexe Spiegel R2, der konkave Spiegel R3, der konvexe Spiegel R4, der konvexe Spiegel R5 und der konkave Spiegel R6 nacheinander auf der Strecke der Strahlenbündels von der Lichtventilseite angeordnet sind. Mit anderen Worten, sind die reflektierenden Spiegel so angeordnet, dass sie eine positive Brechkraft, eine negative Brechkraft, eine negative Brechkraft, eine positive Brechkraft, eine negative Brechkraft und eine positive Brechkraft nacheinander von der Schirmseite aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die obige Anordnung der reflektierenden Spiegel beschränkt, sondern wird auch durch eine derartige Anordnung von reflektierenden Spiegeln verwirklicht, dass der konkave Spiegel, der konkave Spiegel, der konvexe Spiegel, der konkave Spiegel, der konvexe Spiegel und der konkave Spiegel auf der Strecke des Strahlenbündels von der Lichtventilseite angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung kann nämlich ebenso durch die Anordnung der reflektierenden Spiegel verwirklicht werden, welche so angeordnet sind, dass sie eine positive Brechkraft, eine negative Brechkraft, eine positive Brechkraft, eine negative Brechkraft, eine positive Brechkraft und eine positive Brechkraft nacheinander von der Schirmseite aufweisen. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die sechs reflektierenden Spiegel beschränkt, sondern kann ebenso durch drei reflektierende Spiegel oder mehr verwirklicht werden. Außerdem kann ebenso ein brechendes optisches Element, ein optisches Beugungselement in den obigen Ausführungsformen verwendet werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine projektionsartige Anzeigevorrichtung vorgesehen werden, welche eine schräge Projektion bewirkt und welche ein reflektierendes optisches System ver wendet, das drei oder mehr rotationsasymmetrische reflektierende Flächen mit Krümmungen aufweist und in dem ein Strahlenbündel von einer Bildanzeigetafel die Reflexion an der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen wiederholt und auf einen Schirm projiziert wird, um dabei ein reelles Bild zu erzeugen, und in welchem eine Blende zwischen der rotationsasymmetrischen reflektierenden Fläche und einer reflektierenden Fläche oder zwischen dem reflektierenden optischen System und einer Anzeigetafel vorgesehen ist, so dass das Bild der Blende bei einer negativen Vergrößerung durch ein optisches System näher benachbart zu dem Schirm als zu der Position der Blende erzeugt wird, wobei die Verkleinerung der Vorrichtung erzielt wird und dennoch das Verhältnis der Menge des Randlichts sichergestellt wird und der Vergrößerungsfaktor hoch ist. Ferner wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Konzept so gemacht, dass die auf die Schirmoberfläche vergrößerte und projizierte Bildebene relativ zu der Bezugsachse schräg abgebildet wird und die Brennweite, die Hauptpunktposition etc., welche um die Bezugsachse entwickelt sind, werden auf geeignete Werte eingestellt, wobei trotz schräger Projektion die Lichtmenge auf dem Schirm im wesentlichen gleichförmig gemacht wird und die Verzeichnung, hauptsächlich die trapezförmige Verzeichnung, eingedämmt wird und ein gutes projiziertes Bild erzielt werden kann.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung wird jedes Element, wie oben beschrieben wurde, eingestellt, wobei eine projektionsartige Anzeigevorrichtung unter Verwendung eines optischen Projektionssystems erzielt werden kann, indem ein Schrägprojektionsverfahren verwendet wird, das die Verkleinerung der Vorrichtung bewerkstelligt und dennoch ein großes Verhältnis der Randlichtmenge sicherstellt und welches vergrößerungsstark ist.

Claims

Projektionsartige Anzeigevorrichtung mit: einer Bildanzeigetafel (LV) zum Erzeugen eines Ursprungsbilds; und einem optischen Projektionssystem (1) einschließlich einer Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen (R1–R6) mit Krümmungen, welches ein von der Bildanzeigetafel erzeugtes Ursprungsbild auf eine Bilderzeugungsebene (S) durch Verwendung der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Oberflächen abbildet, einer Bezugsachse (A), welche einem optischen Weg eines Strahls entspricht, welcher das Zentrum der Bildanzeigetafel und das Zentrum des von dem optischen Projektionssystem auf die Bilderzeugungsebene (S) abgebildeten Bilds verbindet und durch den zentralen Punkt der ersten Fläche durchgeht, wobei die Bilderzeugungsebene (S) bezüglich der Bezugsachse (A) geneigt ist; wobei das optische Projektionssystem eine Blende (SS) zwischen der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen (R1–R6) oder zwischen der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen (R1–R6) und der Bildanzeigetafel (LV) umfaßt; dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (SS) auf die Bilderzeugungsebenenseite bezüglich der Blende (SS) bei einer negativen Vergrößerung abgebildet wird (SSa).
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei unter der Annahme, dass θ ein Winkel zwischen der Bezugsachse und einer Normalen zu der Bilderzeugungsebene ist, unter der Annahme, dass f(ε) eine Brennweite bei einem Azimut ε (Grad) ist, wenn die Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen (R1–R6) um die Bezugsachse (A) entwickelt wird, und unter der Annahme, dass α ein Azimut ist, welcher eine Ebene einschließlich der Bezugsachse (R1–R6) und der Normalen der Bilderzeugungsebene darstellt, der nachstehende Bedingungsausdruck |1 – cosθ·f(α)/f(α + 90°)| < 0.2erfüllt ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Projektionssystem (1) ein auf der Bildanzeigetafel (LV) basierendes Bild auf die Bilderzeugungsebene (S) vergrößert und projiziert, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (SS) in der Nähe einer rotationsasymmetrischen reflektierenden Fläche (R6) abgebildet wird (SSa), welche die nächste zu der Bilderzeugungsebene (S) unter der Vielzahl von rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen (R1–R6) ist, die in dem optischen Projektionssystem (1) beinhaltet sind.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die reflektierende Fläche (R1; R3), auf welcher durch die Blende (SS) durchgegangenes Licht zuerst einfällt, ein positives Lichtbrechungsvermögen aufweist.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das optische Projektionssystem (1) das Strahlenbündel von der Bildanzeigetafel (LV) bündelt und ein Zwischenbild erzeugt.