RU2344452C2

RU2344452C2 - Projective optical system

Info

Publication number: RU2344452C2
Application number: RU2007105839/28A
Authority: RU
Inventors: Ирина Владимировна СЕРГИЕВСКАЯ (RU); Ирина Владимировна СЕРГИЕВСКАЯ; Алексей Владимирович Братищев (RU); Алексей Владимирович Братищев
Original assignee: Самсунг Электроникс Ко., Лтд
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2009-01-20
Also published as: RU2007105839A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: projective optical system contains the first optical part, second optical part, third optical part and rejecting element, each aforesaid optical part being furnished with an appropriate set of optical elements. Note here that the aforesaid third optical part additionally incorporates at least one light source and is arranged to form a beam of light and to direct it to the said rejecting element designed to direct the beam of light generated by the third optical part onto the second optical part which contains image formation means and is designed to direct the beam of light onto the first optical part for it to project the said beam of light.

EFFECT: ease of manufacture, reduces sizes, simpler design and shifted image projection.

9 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области оптики, а более конкретно - к проекционным оптическим системам, и может быть использовано для формирования и проецирования изображения.The invention relates to the field of optics, and more specifically to projection optical systems, and can be used to form and project images.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны проекционные оптические системы, в которых исходящий от источника свет конденсируют с помощью конденсора, обеспечивающего однородность освещения, на пленку, а затем проецируют через объектив на экран.Projection optical systems are known in which light emanating from a source is condensed by means of a condenser providing uniformity of illumination onto a film and then projected through a lens onto a screen.

В современных проекционных системах (JP 2000321529 А от 24.11.2000 г., МПК G02B 26/08, JP 2005092206 А от 07.04.2005 г., МПК G02B 26/08) в качестве элемента, формирующего изображение, вместо пленки используют микрозеркальные элементы, которые представляют собой массив поворотных зеркал (например, DMD). Оптика данных систем включает в себя осветительную оптику для однородного освещения массива поворотных зеркал и проецирующую оптику - объектив для проецирования изображения на экран.In modern projection systems (JP 2000321529 A dated 11.24.2000, IPC G02B 26/08, JP 2005092206 A dated 04/07/2005, IPC G02B 26/08) instead of a film, micromirror elements are used as an image forming element, which are an array of rotary mirrors (e.g. DMD). Optics of these systems includes lighting optics for uniform illumination of an array of rotary mirrors and projection optics - a lens for projecting images on a screen.

Недостаток данных оптических проекционных систем состоит в том, что в связи с большой дистанцией прохождения света внутри системы возникают значительные потери света, поэтому требуется повышение мощности излучения, которое приводит к перегреву системы. Для устранения перегрева приходится увеличивать размер всей проекционной системы.The disadvantage of these optical projection systems is that due to the large distance of the light passage inside the system, significant light losses occur, therefore, an increase in the radiation power is required, which leads to overheating of the system. To eliminate overheating, you have to increase the size of the entire projection system.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является оптическая проекционная система, описанная в патенте US 6439726 от 27.08.2002 г., МПК G02B 26/08, в которой осветительная и проекционная оптика разделены на первую, вторую и третью оптические части, при этом первая и вторая оптические части имеют общую оптическую ось и составляют проекционный объектив (проецирующая часть). А вторая и третья оптические части образуют осветительную оптику. Свет подсветки исходит из третьей оптической части и падает на вторую оптическую часть, которая содержит микрозеркальный элемент и формирует структуру изображения, а затем, пройдя через первую часть, выходит из системы и проецируется на экран. При этом благодаря оптимальному расположению оптических частей и составляющих их элементов сокращается оптический путь света, а именно расстояние от источника света до микрозеркального элемента, что уменьшает потери света, требуемую мощность излучения и позволяет уменьшить размеры системы. Данная система выбрана в качестве ближайшего аналога заявленного изобретения.Closest to the claimed invention is an optical projection system described in patent US 6439726 from 08.28.2002, IPC G02B 26/08, in which the lighting and projection optics are divided into first, second and third optical parts, while the first and second optical parts have a common optical axis and constitute a projection lens (projection part). And the second and third optical parts form lighting optics. The backlight comes from the third optical part and falls on the second optical part, which contains the micromirror element and forms the image structure, and then, after passing through the first part, leaves the system and is projected onto the screen. Moreover, due to the optimal arrangement of the optical parts and their constituent elements, the optical path of light is reduced, namely, the distance from the light source to the micromirror element, which reduces light loss, the required radiation power and allows to reduce the size of the system. This system is selected as the closest analogue of the claimed invention.

Недостаток указанной известной из уровня техники проекционной системы заключается в следующем. В компактных проекционных системах обычно используются источники света с большой расходимостью, например газоразрядные лампы или светоизлучающие диоды. При этом одновременно важны такие характеристики прибора, как световая эффективность, габариты и качество изображения. Повышенные требования к световой эффективности при использовании высокоапертурных источников излучения приводят к необходимости большой числовой апертуры падающего на микрозеркальную пластину (DMD) осветительного пучка и проекционного объектива. Апертурная диафрагма второй оптической части, находящаяся между первой и второй оптическими частями, таким образом является плоскостью зрачка одновременно для осветительного пучка и проекционного пучка. При высокой входной числовой апертуре объектива наиболее удобное место для разделения пучка - плоскость зрачка второй оптической части. Разделение пучка именно в плоскости зрачка (при числовой апертуре, равной или большей синуса угла наклона элемента микрозеркальной пластины) или вблизи нее обеспечивает минимальное и равномерное по полю зрения виньетирование пучка. Допустимое расстояние зависит от числовой апертуры объектива, чем меньше числовая апертура, тем дальше можно относить узел деления пучков от положения зрачка, как правило, это расстояние не превышает диаметра зрачка. Для эффективного разделения осветительной и проекционной ветвей важна также аберрация в зрачке, т.е. совпадение положения и размера зрачка для всех точек поля. Причем качество зрачка важно не только для проекционной ветви, но и для осветительной. При больших аберрациях зрачка осветительной части в системе появляется неравномерность виньетирования по полю изображения и увеличение количества рассеянного света, что в свою очередь приводит к нагреву оптических элементов и ухудшению качества изображения. Таким образом, для получения равномерно яркого и качественного изображения в компактной проекционной системе необходима коррекция зрачка второй оптической части одновременно для проекционного и осветительного пучков, что увеличивает корректируемую числовую апертуру второй оптической части в разы. При этом используемая апертура несимметрична относительно оси второй оптической части, так как осветительный пучок падает на вторую оптическую часть под значительным углом, а проекционный пучок, как правило, распространяется симметрично оптической оси или близко к ней.The disadvantage of this known from the prior art projection system is as follows. Compact projection systems typically use highly divergent light sources, such as discharge lamps or light emitting diodes. At the same time, such characteristics of the device as luminous efficiency, dimensions and image quality are important at the same time. The increased requirements for luminous efficiency when using high-aperture radiation sources lead to the need for a large numerical aperture of the light beam and projection lens incident on the micromirror plate (DMD). The aperture diaphragm of the second optical part located between the first and second optical parts is thus the pupil plane for the light beam and projection beam simultaneously. With a high input numerical aperture of the lens, the most convenient place for beam separation is the pupil plane of the second optical part. The separation of the beam precisely in the plane of the pupil (with a numerical aperture equal to or greater than the sine of the angle of inclination of the element of the micromirror plate) or near it ensures a minimum and uniform field of view of the beam vignetting. The permissible distance depends on the numerical aperture of the lens, the smaller the numerical aperture, the further you can relate the beam division site from the position of the pupil, as a rule, this distance does not exceed the diameter of the pupil. For effective separation of the lighting and projection branches, aberration in the pupil is also important, i.e. coincidence of the position and size of the pupil for all points of the field. Moreover, the quality of the pupil is important not only for the projection branch, but also for the lighting. With large aberrations of the pupil of the illuminating part, a vignetting unevenness in the image field and an increase in the amount of scattered light appear in the system, which in turn leads to heating of the optical elements and a deterioration in image quality. Thus, to obtain a uniformly bright and high-quality image in a compact projection system, pupil correction of the second optical part is necessary for projection and illumination beams simultaneously, which increases the corrected numerical aperture of the second optical part by several times. In this case, the aperture used is asymmetric with respect to the axis of the second optical part, since the illumination beam falls on the second optical part at a significant angle, and the projection beam, as a rule, propagates symmetrically to the optical axis or close to it.

Второй недостаток ближайшего аналога заключается в следующем. Компактные проекционные системы обычно должны иметь большую диагональ проецируемого изображения с малым расстоянием от проектора до экрана и проецировать изображение вне оси для удобства зрителя (чтобы тени зрителей не падали на экран). Для этого, если проектор стоит на столе, экран располагают выше оси системы, а если проектор установлен на потолке, то экран находится ниже оси системы. Для формирования изображения на экране, который расположен вне оси системы, в системе ближайшего аналога применяют осесимметричные проекционные объективы (оптические части), при этом вертикально сдвигают массив поворотных зеркал относительно оптической оси объектива, из-за чего требуется значительно увеличить корректируемое поле зрения. Скорректированная область предметов (находящаяся в плоскости массива поворотных зеркал) может быть в два и даже в три раза больше полезного поля зрения (равного размеру массива поворотных зеркал). Это создает большие сложности при расчете объективов, коррекции дисторсии и аберраций. Таким образом повышается трудоемкость и стоимость расчета и изготовления системы и увеличиваются ее размеры.The second disadvantage of the closest analogue is as follows. Compact projection systems usually should have a large diagonal of the projected image with a small distance from the projector to the screen and project the image off-axis for the convenience of the viewer (so that the shadow of the audience does not fall on the screen). To do this, if the projector is on the table, the screen is placed above the axis of the system, and if the projector is installed on the ceiling, the screen is below the axis of the system. To form an image on the screen, which is located outside the axis of the system, axisymmetric projection lenses (optical parts) are used in the system of the closest analogue, while the array of rotary mirrors is vertically shifted relative to the optical axis of the lens, which requires a significant increase in the corrected field of view. The adjusted area of objects (located in the plane of the array of rotary mirrors) can be two or even three times larger than the useful field of view (equal to the size of the array of rotary mirrors). This creates great difficulties in calculating lenses, correcting distortion and aberrations. Thus, the complexity and cost of calculating and manufacturing the system increases and its size increases.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков известных из уровня техники проекционных систем, а именно снижение трудоемкости и стоимости расчета изготовления системы, а также снижение габаритов системы путем упрощения конструкции второй оптической части и устройства в целом за счет частичного центрирования используемого пространства в плоскости зрачка, позволяющего уменьшить корректируемую числовую апертуру второй оптической системы, а также частичного центрирования поля предметов второй оптической части для упрощения проецирования смещенного изображения.The objective of the claimed invention is to eliminate the disadvantages of projection systems known from the prior art, namely, reducing the complexity and cost of calculating the manufacture of the system, as well as reducing the dimensions of the system by simplifying the design of the second optical part and the device as a whole by partially centering the space used in the pupil plane, which allows reducing adjustable numerical aperture of the second optical system, as well as partial centering of the field of objects of the second optical part for forgiveness projection image shift.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Поставленная задача решена за счет создания проекционной оптической системы, которая содержит первую оптическую часть, вторую оптическую часть, третью оптическую часть и отклоняющий элемент, при этом каждая оптическая часть содержит соответствующий набор оптических элементов, причем третья оптическая часть дополнительно содержит, по меньшей мере, один источник света и выполнена с возможностью формирования пучка света и направления его на отклоняющий элемент, который выполнен с возможностью направления пучка света, сформированного третьей оптической частью, во вторую оптическую часть, которая содержит средство формирования изображения и выполнена с возможностью направления пучка света в первую оптическую часть, которая выполнена с возможностью проецирования пучка света, при этом поверхность зрачка второй оптической части расположена между первой и второй оптическими частями и каждая оптическая часть имеет оптическую ось, причем оптическая ось третьей оптической части составляет с оптической остью второй оптической части угол от 0 до 90° включительно, оптическая ось второй оптической части образует угол больше нуля с оптической осью первой оптической части, при этом точка пересечения оптической оси первой оптической части с плоскостью зрачка второй оптической части распложена на расстоянии от точки пересечения оптической оси второй оптической части с плоскостью ее зрачка.The problem is solved by creating a projection optical system, which contains a first optical part, a second optical part, a third optical part and a deflecting element, each optical part containing a corresponding set of optical elements, the third optical part additionally containing at least one the light source and is configured to form a light beam and direct it to a deflecting element, which is configured to direct a light beam formed by the optical part into the second optical part, which contains the image forming means and is configured to direct the light beam into the first optical part, which is configured to project the light beam, while the pupil surface of the second optical part is located between the first and second optical parts and each the optical part has an optical axis, the optical axis of the third optical part making an angle from 0 to 90 ° inclusively with the optical axis of the second optical part, optical Referring second optical part makes an angle greater than zero with the optical axis of the first optical part, while the point of intersection of the optical axis of the first optical part with the pupil plane of the second optical part is bred at a distance from the optical axis point of intersection of the second optical parts with its pupil plane.

Для функционирования системы важно, чтобы оптическая ось второй оптической части была расположена к оптической оси первой оптической части под углом, заключенным в пределах от 0,3 до 15° включительно.For the functioning of the system, it is important that the optical axis of the second optical part is located to the optical axis of the first optical part at an angle comprised between 0.3 and 15 ° inclusive.

Для функционирования системы важно, чтобы расстояние между оптическими осями первой и второй оптических частей находилось в пределах от 2 до 50% от диаметра зрачка второй оптической части для проекционного пучка.For the functioning of the system, it is important that the distance between the optical axes of the first and second optical parts is in the range from 2 to 50% of the pupil diameter of the second optical part for the projection beam.

Для функционирования системы важно, чтобы отклоняющий элемент был выбран из группы элементов, включающей в себя зеркало, призму и системы из нескольких зеркал и призм.For the functioning of the system, it is important that the deflecting element is selected from the group of elements including a mirror, a prism, and systems of several mirrors and prisms.

Для функционирования системы важно, чтобы средство формирования изображения было выполнено в виде микрозеркального элемента.For the functioning of the system, it is important that the imaging tool is in the form of a micromirror element.

Для функционирования системы важно, чтобы первая оптическая часть содержала следующие оптические элементы, расположенные последовательно в направлении второй оптической части:For the functioning of the system, it is important that the first optical part contains the following optical elements arranged in series in the direction of the second optical part:

- мениск, обращенный вогнутой стороной ко второй оптической части;- meniscus, facing the concave side to the second optical part;

- положительную линзу;- a positive lens;

- двухлинзовый расклеенный компонент, обращенный отрицательным элементом в сторону, противоположную от второй оптической части.- a two-lens pasted component facing the negative element in the direction opposite to the second optical part.

Для функционирования системы важно, чтобы вторая оптическая часть содержала следующие оптические элементы, расположенные последовательно от микрозеркального элемента:For the functioning of the system, it is important that the second optical part contains the following optical elements located in series from the micromirror element:

- положительную линзу;- a positive lens;

- склеенную линзу, обращенную своим отрицательным компонентом в сторону матрицы поворотных зеркал микрозеркального элемента.- a glued lens facing its negative component in the direction of the matrix of rotary mirrors of the micromirror element.

Для функционирования системы важно, чтобы точка пересечения оптической оси первой оптической части с плоскостью зрачка второй оптической части была расположена на расстоянии от 0,3 до 3 мм от точки пересечения оптической оси второй оптической части с плоскостью ее зрачка, при этом оптическая ось второй оптической части образует угол, находящийся в пределах от 0,5 до 3,0 градусов с оптической осью первой оптической части.For the functioning of the system, it is important that the point of intersection of the optical axis of the first optical part with the pupil plane of the second optical part is located at a distance of 0.3 to 3 mm from the point of intersection of the optical axis of the second optical part with the plane of its pupil, while the optical axis of the second optical part forms an angle in the range from 0.5 to 3.0 degrees with the optical axis of the first optical part.

Для функционирования системы важно, чтобы третья оптическая часть содержала следующие оптические элементы, расположенные последовательно от источника света:For the functioning of the system, it is important that the third optical part contains the following optical elements arranged in series from the light source:

- фокон, меньшее сечение которого обращено к источнику света,- focon, a smaller cross section of which is turned to a light source,

- Х-куб,- X-cube,

- мениск, обращенный вогнутой стороной к источнику света,- meniscus facing the concave side of the light source,

- положительную линзу.- a positive lens.

Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение размеров и трудоемкости изготовления системы, имеющей числовую апертуру 0,1 и более в плоскости предмета и проецирующей изображение на экран вне оси системы за счет применения оптической схемы с микрозеркальным элементом, в которой оптика состоит из первой, второй и третьей оптических частей, причем первая и вторая оптические части образуют проекционный объектив и их оптические оси наклонены друг относительно друга и смещены друг относительно друга в плоскости общего зрачка, что делает проекционную схему неосесимметричной и позволяет уменьшить смещение микрозеркального элемента (уменьшив тем самым линейное поле второй оптической части, упростив ее и уменьшив световые диаметры составляющих ее линз) при сохранении значительного смещения проектора от нормали к экрану в центральной точке изображения и одновременно уменьшить корректируемую числовую апертуру второй оптической части (упрощая ее конструкцию без увеличения аберраций и также уменьшая световой диаметр составляющих ее элементов).The technical result of the claimed invention is to reduce the size and complexity of manufacturing a system having a numerical aperture of 0.1 or more in the plane of the subject and projecting an image onto the screen outside the axis of the system through the use of an optical circuit with a micromirror element, in which the optics consists of the first, second and third optical parts, and the first and second optical parts form a projection lens and their optical axes are inclined relative to each other and offset relative to each other in the plane of the common pupil, which makes the projection scheme non-axisymmetric and allows you to reduce the displacement of the micromirror element (thereby reducing the linear field of the second optical part, simplifying it and reducing the light diameters of its constituent lenses) while maintaining a significant displacement of the projector from the normal to the screen at the center point of the image and at the same time reduce the corrected numerical aperture of the second optical part (simplifying its design without increasing aberrations and also reducing the light diameter of its constituent elements).

Преимуществом заявленной системы по сравнению с прототипом является возможность создания проекционных систем с большой числовой апертурой и смещением изображения, составляющим не менее 20% от его вертикального размера. В данном варианте есть возможность найти оптимальное решение при двух противоположных требованиях, а именно при улучшении световой эффективности оптической системы существует возможность улучшения качества изображения на краях изображения.The advantage of the claimed system in comparison with the prototype is the ability to create projection systems with a large numerical aperture and image displacement of at least 20% of its vertical size. In this embodiment, it is possible to find the optimal solution with two opposite requirements, namely, when improving the luminous efficiency of the optical system, it is possible to improve image quality at the edges of the image.

Описание фигур чертежейDescription of the figures of the drawings

Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами.For a better understanding of the present invention, the following is a detailed description thereof with corresponding drawings.

Фиг.1 - схема проекционной оптической системы, выполненной согласно варианту осуществления изобретения.Figure 1 is a diagram of a projection optical system made according to a variant embodiment of the invention.

Фиг.2 - схема варианта первой и второй оптических частей оптической системы, выполненной согласно варианту осуществления изобретения.Figure 2 is a diagram of a variant of the first and second optical parts of an optical system made according to a variant embodiment of the invention.

Фиг.3 - схема варианта третьей оптической части оптической системы, выполненной согласно варианту осуществления изобретения.Figure 3 is a diagram of a variant of the third optical part of the optical system, made according to a variant embodiment of the invention.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретенияDescription of a preferred embodiment of the invention

Проекционная оптическая система (Фиг.1) содержит первую оптическую часть 1, вторую оптическую часть 2, третью оптическую часть 3 и отклоняющий элемент 4. Каждая оптическая часть содержит, по меньшей мере, одну оптическую линзу. Третья оптическая часть 3 дополнительно содержит источник света 5, а вторая оптическая часть 2 содержит микрозеркальный элемент 6, который может быть выполнен в виде цифрового микрозеркального устройства DMD или жидкокристаллического микродисплея LCD отражательного типа с наклоняемыми микрозеркалами.The projection optical system (FIG. 1) comprises a first optical part 1, a second optical part 2, a third optical part 3 and a deflecting element 4. Each optical part contains at least one optical lens. The third optical part 3 additionally contains a light source 5, and the second optical part 2 contains a micromirror element 6, which can be made in the form of a digital micromirror device DMD or a liquid crystal microdisplay LCD reflective type with tiltable micromirrors.

Первая и вторая оптические части (1, 2) вместе образуют проекционную оптику, посредством которой изображение, представленное на отражающей поверхности микрозеркального элемента 6, отображают на экране. Вторая оптическая часть одновременно используется для подсветки: направляет свет от источника, сформированный третьей частью 3 и направленный отклоняющим элементом 4. При этом плоскость зрачка второй оптической части 2 расположена между первой и второй оптическими частями 1, 2 и каждая оптическая часть имеет оптическую ось (7-9), причем оптическая ось 9 третьей оптической части 3 составляет с оптической осью 8 второй оптической части 2 угол, меньший или равный 90°, а оптическая ось 8 образует угол с оптической осью 7 и сдвинута относительно оси 7 в вертикальном направлении в плоскости входного зрачка первой оптической части на расстояние, составляющее от 2 до 50% от диаметра зрачка первой оптической части. Выбор данного диапазона значений обусловлен следующим: при меньших значениях угла и децентрировки (<0,3° и <2%) действие положительного эффекта (уменьшение эффективного поля зрения системы) становится незначительным; при больших значениях угла и децентрировки (>15° и >50%) практически невозможно скомпенсировать аберрации. Все вышеупомянутые значения углов и децентрировки получены авторами в результате проведения экспериментальных исследований.The first and second optical parts (1, 2) together form a projection optics, through which the image presented on the reflective surface of the micromirror element 6 is displayed on the screen. The second optical part is simultaneously used for illumination: directs light from the source formed by the third part 3 and directed by the deflecting element 4. The pupil plane of the second optical part 2 is located between the first and second optical parts 1, 2 and each optical part has an optical axis (7 -9), moreover, the optical axis 9 of the third optical part 3 makes an angle smaller than or equal to 90 ° with the optical axis 8 of the second optical part 2, and the optical axis 8 forms an angle with the optical axis 7 and is shifted relative to the axis 7 in the vertical direction in the plane of the entrance pupil of the first optical part by a distance of 2 to 50% of the pupil diameter of the first optical part. The choice of this range of values is due to the following: for smaller values of the angle and decentration (<0.3 ° and <2%), the effect of the positive effect (decrease in the effective field of view of the system) becomes insignificant; at large values of the angle and decentration (> 15 ° and> 50%) it is almost impossible to compensate for aberrations. All of the above values of angles and decentration obtained by the authors as a result of experimental studies.

В общем случае система функционирует следующим образом. Третья оптическая часть 3 формирует пучок света от источника 5 и направляет его на отклоняющий элемент 4, который направляет пучок света, сформированный третьей оптической частью 3, во вторую оптическую часть 2. Пройдя вторую оптическую часть 2 в одном направлении, свет отражается от микрозеркального элемента 6 (при этом происходит формирование структуры изображения) и, пройдя вторую оптическую часть 2 в обратном направлении, попадает на вход первой оптической части 1, которая проецирует свет на экран (не изображен).In general, the system operates as follows. The third optical part 3 forms a light beam from the source 5 and directs it to the deflecting element 4, which directs the light beam formed by the third optical part 3 into the second optical part 2. Having passed the second optical part 2 in one direction, the light is reflected from the micromirror element 6 (in this case, the image structure is formed) and, having passed the second optical part 2 in the opposite direction, it enters the input of the first optical part 1, which projects light onto the screen (not shown).

Первая и вторая оптические части 1, 2 (Фиг.1) расположены таким образом, что оптическая ось 8 второй оптической части 2 составляет с оптической осью 7 первой оптической части 1 угол, заключенный в пределах от 0,3 до 15° включительно. Это позволяет смещать проецируемое изображение от оси 7 первой оптической части заявленной проекционной системы и дает преимущество для проекционных объективов с внеосевым полем зрения (смещенным изображением), обеспечивая частичное центрирование полевой линзы. Конструкция полевой линзы может быть упрощена, если эффективное поле зрения уменьшится. Плоскость зрачка второй оптической части 2 расположена между первой и второй оптическими частями 1, 2 и оптическая ось 7 первой оптической части 1 пересекает плоскость зрачка второй оптической части 2 на расстоянии не менее 2% диаметра зрачка второй оптической части 2 для проекционного пучка и не более 50% диаметра зрачка второй оптической части для проекционного пучка от точки пересечения плоскости зрачка оптической осью 8 второй оптической части 2, а оптическая ось 9 третьей оптической части 3 расположена под углом, меньшим или равным 90° к оптической оси 8 второй оптической части 2.The first and second optical parts 1, 2 (FIG. 1) are arranged in such a way that the optical axis 8 of the second optical part 2 makes with the optical axis 7 of the first optical part 1 an angle comprised between 0.3 and 15 ° inclusive. This allows you to offset the projected image from the axis 7 of the first optical part of the claimed projection system and provides an advantage for projection lenses with an off-axis field of view (offset image), providing partial centering of the field lens. The design of a field lens can be simplified if the effective field of view is reduced. The pupil plane of the second optical part 2 is located between the first and second optical parts 1, 2 and the optical axis 7 of the first optical part 1 intersects the pupil plane of the second optical part 2 at a distance of at least 2% of the pupil diameter of the second optical part 2 for the projection beam and not more than 50 % of the pupil diameter of the second optical part for the projection beam from the point of intersection of the pupil plane with the optical axis 8 of the second optical part 2, and the optical axis 9 of the third optical part 3 is located at an angle less than or equal to 90 ° to opt cal axis 8 of the second optical part 2.

На Фиг.2 показан вариант выполнения первой и второй оптических частей 1, 2 заявленной оптической проекционной системы, представленной на Фиг.1. Как уже указано выше, первая и вторая оптические части 1, 2 вместе формируют проекционный объектив. Первая оптическая часть 1 содержит следующие оптические элементы, расположенные последовательно в направлении ко второй оптической части 2: мениск 10, обращенный вогнутой стороной ко второй оптической части 2; положительную линзу 11; двухлинзовый расклеенный компонент 12, обращенный отрицательным элементом в сторону, противоположную от второй оптической части 2. Вторая оптическая часть 2 содержит следующие оптические элементы, расположенные последовательно от микрозеркального элемента 6: положительную линзу 13 и склеенную линзу 14, обращенную своим отрицательным компонентом в сторону матрицы поворотных зеркал микрозеркального элемента 6.Figure 2 shows an embodiment of the first and second optical parts 1, 2 of the claimed optical projection system shown in Figure 1. As mentioned above, the first and second optical parts 1, 2 together form a projection lens. The first optical part 1 contains the following optical elements arranged sequentially in the direction of the second optical part 2: meniscus 10 facing the concave side to the second optical part 2; positive lens 11; a two-lens glued component 12, facing the negative element in the direction opposite to the second optical part 2. The second optical part 2 contains the following optical elements located in series from the micromirror element 6: a positive lens 13 and a glued lens 14, facing its negative component in the direction of the rotary matrix mirrors micromirror element 6.

На Фиг.3 представлен вариант выполнения третьей оптической части 3 заявленной оптической системы. В данном варианте третья оптическая часть содержит источник излучения 5 (один из диодов из набора RGB); фокон 16, служащий для уменьшения угловой расходимости излучения от источника 1 излучения; X-куб 17 - для сведения цветовых каналов (не показаны); а также линзы 18 и 19, которые обеспечивают окончательное сопряжение апертур и линейных размеров источников.Figure 3 presents an embodiment of the third optical part 3 of the claimed optical system. In this embodiment, the third optical part comprises a radiation source 5 (one of the diodes from the RGB set); focon 16, which serves to reduce the angular divergence of radiation from the radiation source 1; X-cube 17 - for mixing color channels (not shown); as well as lenses 18 and 19, which provide the final pairing of apertures and linear sizes of sources.

Оптика, используемая в заявленной системе, может быть изготовлена из стекла или пластика. Изготовление элементов, установка линз и дополнительных элементов производится обычным для таких устройств способом, при этом не требуется нового оборудования или методов.The optics used in the claimed system can be made of glass or plastic. The manufacture of elements, the installation of lenses and additional elements is carried out in the usual way for such devices, without the need for new equipment or methods.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Заявленная проекционная оптическая система может быть применена во всех типах проекторов, проекционных телевизоров, дисплеев и других устройств с использованием задней и передней проекций, в которых требуется миниатюризация и высокая оптическая эффективность.The claimed projection optical system can be used in all types of projectors, projection televisions, displays and other devices using the rear and front projections, which require miniaturization and high optical efficiency.

Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.Although the above embodiment of the invention has been set forth to illustrate the present invention, it is clear to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible without departing from the scope and meaning of the present invention disclosed in the attached claims.

Claims

1. A projection optical system comprising a first optical part, a second optical part, a third optical part and a deflecting element, wherein each optical part contains a corresponding set of optical elements, the third optical part further comprising at least one light source and is configured to the possibility of forming a light beam and directing it to the deflecting element, which is configured to direct the light beam formed by the third optical part into the second optical part a component that contains image forming means and is configured to direct the light beam into the first optical part, which is configured to project the light beam, the pupil surface of the second optical part being located between the first and second optical parts and each optical part has an optical axis, the optical axis of the third optical part makes an angle from 0 to 90 ° inclusive with the optical axis of the second optical part, the optical axis of the second optical part forms an angle greater than n and the optical axis of the first optical part, while the intersection of the optical axis of the first optical part with the pupil plane of the second optical part is located at a distance from the intersection point of the optical axis of the second optical part with the pupil plane.

2. The projection optical system according to claim 1, in which the optical axis of the second optical part is located to the optical axis of the first optical part at an angle from 0.3 to 15 ° inclusive.

3. The projection optical system according to claim 1, in which the distance between the optical axes of the first and second optical parts is in the range from 2 to 50% of the pupil diameter of the second optical part for the projection beam.

4. The projection optical system according to claim 1, in which the deflecting element is selected from a group of elements including a mirror, a prism, and systems of several mirrors and prisms.

5. The projection optical system according to claim 1, in which the image forming means is made in the form of a micromirror element.

6. The projection optical system according to claim 1, in which the first optical part contains the following optical elements arranged in series in the direction of the second optical part:
the meniscus facing the concave side to the second optical part;
positive lens;
a two-lens pasted component facing the negative element in the direction opposite to the second optical part.

7. The projection optical system according to claim 1 or 6, characterized in that the second optical part contains the following optical elements arranged in series from the micromirror element:
positive lens;
a glued lens facing its negative component in the direction of the matrix of rotary mirrors of the micromirror element.

8. The projection optical system according to claim 1, in which the point of intersection of the optical axis of the first optical part with the pupil plane of the second optical part is located at a distance of 0.3 to 3 mm from the point of intersection of the optical axis of the second optical part with the pupil plane, wherein the optical axis of the second optical part forms an angle of 0.5 to 3.0 ° with the optical axis of the first optical part.

9. The projection optical system according to claim 1, in which the third optical part contains the following optical elements arranged in series from the light source:
focon, the smaller section of which is turned to the light source,
X-cube
meniscus with the concave side facing the light source,
positive lens.