TW202011103A - 圖像顯示裝置及投射光學系統 - Google Patents

圖像顯示裝置及投射光學系統 Download PDF

Info

Publication number
TW202011103A
TW202011103A TW108116915A TW108116915A TW202011103A TW 202011103 A TW202011103 A TW 202011103A TW 108116915 A TW108116915 A TW 108116915A TW 108116915 A TW108116915 A TW 108116915A TW 202011103 A TW202011103 A TW 202011103A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
image
optical
display device
image display
Prior art date
Application number
TW108116915A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI812715B (zh
Inventor
西川純
Original Assignee
日商索尼股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商索尼股份有限公司 filed Critical 日商索尼股份有限公司
Publication of TW202011103A publication Critical patent/TW202011103A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI812715B publication Critical patent/TWI812715B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/10—Projectors with built-in or built-on screen
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3152—Modulator illumination systems for shaping the light beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/082—Catadioptric systems using three curved mirrors
    • G02B17/0828—Catadioptric systems using three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/04—Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/008—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2066—Reflectors in illumination beam
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/28—Reflectors in projection beam

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

本圖像顯示裝置具備光源、圖像產生部、及投射光學系統。圖像產生部基於來自光源之光而產生圖像光。投射光學系統具有第1透鏡系統、第1反射光學系統、第2透鏡系統、及第2反射光學系統。第1透鏡系統使所產生之圖像光折射。第1反射光學系統具有將由第1透鏡系統折射之圖像光折回地反射之第1及第2反射面。第2透鏡系統使由第2反射面反射之圖像光折射。第2反射系統具有將由第2透鏡系統折射之圖像光朝向被投射物反射之凹面反射面。又，若將形成第1反射面之第1光學零件之線膨脹係數設為α1，則構成為滿足5×10-7 ＜α1＜3×10-5 之關係。

Description

圖像顯示裝置及投射光學系統
本發明係關於一種例如投影機等圖像顯示裝置、及投射光學系統。
先前，投影機作為在螢幕上顯示投射圖像之投射型圖像顯示裝置已廣為人知。最近，雖然投射空間小但仍可顯示大畫面之超廣角之前投射型投影機之需要日益增加。若使用該投影機，則藉由相對於螢幕傾斜且廣角地透射，而可在被限定之空間內投射大畫面。
在專利文獻1記載之超廣角投射型投影機中，藉由使投射光學系統所含之一部分光學零件移動，而可實現使投射於螢幕上之投射圖像移動之畫面移位，藉由利用該畫面移位，而可容易地執行圖像位置等之微調(專利文獻1之說明書段落[0023][0024]等)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5365155號公報
[發明所欲解決之問題]
考量對應超廣角之投影機今後亦會逐漸普及，而探求用於實現裝置之小型化、高性能化之技術。
鑒於如以上之事態，本發明之目的在於提供一種可對應超廣角、且可實現裝置之小型化、高性能化之圖像顯示裝置及投射光學系統。 [解決問題之技術手段]
為了達到上述目的，本發明之一形態之圖像顯示裝置具備光源、圖像產生部、及投射光學系統。 前述圖像產生部將自前述光源出射之光調變而產生圖像光。 前述投射光學系統投射光學系統具有第1透鏡系統、第1反射光學系統、第2透鏡系統、及第2反射光學系統。 前述第1透鏡系統整體上具有正折射力，使前述產生之圖像光折射。 前述第1反射光學系統具有：第1反射面，其將由前述第1透鏡系統折射之前述圖像光折回地反射；及第2反射面，其將由前述第1反射面反射之前述圖像光折回地反射。 前述第2透鏡系統整體上具有正折射力，使由前述第2反射面反射之前述圖像光折射。 前述第2反射系統具有將由前述第2透鏡系統折射之前述圖像光朝向被投射物反射之凹面反射面。 又，若將形成前述第1反射面之第1光學零件之線膨脹係數設為α1，則圖像顯示裝置構成為滿足 5×10-7 ＜α1＜3×10-5 之關係。
在該圖像顯示裝置中，藉由第1透鏡系統折射之圖像光被第1及第2反射面分別折回地反射。藉此，可在無需將投射光學系統大型化下，充分地確保圖像光之光路長度。其結果為，可實現裝置之小型化。又，形成第1反射面之第1光學零件之線膨脹係數藉由上述之條件式規定。藉此，可充分地抑制環境變化之影響，而實現高性能化。
若將形成前述第2反射面之第2光學零件之線膨脹係數設為α2，則圖像顯示裝置構成為滿足 5×10-7 ＜α2＜3×10-5 之關係。
前述第1光學零件及前述第2光學零件之至少一者可含有玻璃。
前述第1光學零件及前述第2光學零件可含有玻璃。
前述第1光學零件可具有形成於與前述第1反射面不同之區域的使前述圖像光透過之1個以上之透過面。該情形下，前述第1光學零件之前述1個以上之透過面作為前述第2透鏡系統發揮功能。
前述第2光學零件可具有形成於與前述第2反射面不同之區域、使前述圖像光透過之1個以上之透過面。該情形下，前述第2光學零件之前述1個以上之透過面作為前述第1透鏡系統發揮功能。
前述投射光學系統可以特定之基準軸為基準而構成。該情形下，前述第1透鏡系統可具有配置於最靠近前述第1反射面之位置的最近之光學零件，該光學零件具有供前述圖像光入射之入射面、及使自前述入射面入射之前述圖像光折射而朝前述第1反射面出射之出射面。 又，若將來自前述基準軸之光線高度設為h，將以光線高度將表示相應於前述光線高度之前述最近之光學零件之前述入射面之形狀的函數Zf(h)微分後之導數設為Z’f(h)，將以光線高度將表示相應於前述光線高度之前述最近之光學零件之前述出射面之形狀的函數Zr(h)進行微分後之導數設為Z’r(h)，將與對於前述入射面入射至距離前述基準軸最遠之位置之最外入射光之朝前述入射面之入射位置對應之光線高度設為hmax1，將與前述最外入射光自前述出射面出射之出射位置對應之光線高度設為hmax2，則圖像顯示裝置構成為滿足 1＜|Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)|＜45之關係。
前述最外入射光可為自距離前述圖像產生部之前述基準軸最遠之位置出射之光。
前述最近之光學零件之前述入射面及前述出射面之至少一者可為非球面。
前述最近之光學零件之前述入射面及前述出射面可為非球面。
前述最近之光學零件可含有塑膠。
前述圖像顯示裝置可構成為前述第1透鏡系統所含之含有不同於塑膠之材料、且具有正折射力之1個以上之光學零件各者之折射率溫度係數dn/dt滿足 -5＜dn/dT＜5之關係。
前述圖像顯示裝置可構成為前述第1透鏡系統所含之含有不同於塑膠之材料、且具有負折射力之1個以上之光學零件各者之折射率溫度係數dn/dt滿足 －5＜dn/dT＜5之關係。
前述第1透鏡系統所含之除了前述最近之光學零件以外之所有的光學零件，可含有不同於塑膠之材料。
前述基準軸可為將配置於最靠近前述第1透鏡系統所含之前述圖像產生部之透鏡之光軸延長之軸。
前述投射光學系統可構成為前述投射光學系統所含之所有的光學零件各者之光軸與前述基準軸一致。
前述凹面反射面可構成為旋轉對稱軸與前述基準軸一致。該情形下，前述第1反射面及前述第2反射面各者可為凹面反射面，且構成為旋轉對稱軸與前述基準軸一致。
第2反射光學系統可於前述被投射物所含之平面部分將藉由前述圖像光構成之圖像成像。
本發明之一形態之投射光學系統係投射將自光源出射之光予以調變而產生之圖像光之投射光學系統，其具備：前述第1透鏡系統、前述第1反射光學系統、前述第2透鏡系統、及前述第2反射光學系統。 又，若將形成前述第1反射面之第1光學零件之線膨脹係數設為α1，則投射光學系統構成為滿足 5×10-7 ＜α1＜3×10-5 之關係。 [發明之效果]
如以上所述，根據本發明，可對應超廣角、且可實現裝置之小型化、高性能化。又，此處所記載之效果並非被限定者，只要係在本揭示中所記載之任一效果即可。
以下，一面參照圖式一面說明本發明之實施形態。
[投射型之圖像顯示裝置之概要] 對於投射型之圖像顯示裝置之概要，舉出液晶投影機為例簡單地進行說明。液晶投影機藉由將自光源照射之光予以空間性調變，而形成與映像信號相應之光學圖像(圖像光)。光之調變係利用作為圖像調變元件之液晶顯示元件等。業界利用三片式液晶投影機，其具備與例如RGB各者對應之面板狀之液晶顯示元件(液晶面板)。
光學圖像被投射光學系統放大投影，並顯示於螢幕上。此處，以投射光學系統係對應例如半視野角成為70ﾟ左右之超廣角者進行說明。當然並不限定於該角度。
在對應超廣角之液晶投影機中，即便在小的投射空間內仍可顯示大畫面。亦即即便在液晶投影機與螢幕之距離為短之情形下，仍可放大投影。藉此發揮如以下所述之優點。
由於可將液晶投影機靠近螢幕而配置，故可充分地抑制來自液晶投影機之光直接進入人眼之可能性，而發揮高安全性。 由於在畫面(螢幕)中不會映現人等之影子，而可實現有效之呈現。 設置場所之選擇之自由度高，即便在狹窄之設置空間或障礙物多之天花板等，亦可簡單地設置。 藉由設置於牆壁而使用，與設置於天花板之情形相比纜線之引繞等之保養維修容易。 可增加例如磋商空間、教室、及會議室等設置之自由度。
圖1係用於說明超廣角對應之液晶投影機之其他優點之概略圖。如圖1所示般，藉由在會議桌上設置超廣角對應之液晶投影機1，而可在同一會議桌上投影經放大之圖像2。可實現如此之使用方法，而可有效地利用空間。
最近，伴隨著在學校或工作場所等之電子黑板(Interactive White Board，互動式電子白板)等之普及，而超廣角對應之液晶投影機之需要日要增加。又，在數位標牌(電子廣告)等之領域中亦使用同樣之液晶投影機。再者，作為電子黑板，可利用例如LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示器)或PDP(Plasma Display Panel，電漿顯示器)之技術。與該等相比較，藉由使用超廣角對應之液晶投影機，可在抑制成本下提供大畫面。再者，亦可將超廣角對應之液晶投影機稱為短焦點投影機或超短焦點投影機等。
＜第1實施形態＞ [圖像顯示裝置] 圖2係顯示本發明之第1實施形態之投射型之圖像顯示裝置之構成例之概略圖。圖像顯示裝置100包括：光源10、照明光學系統20、及投射光學系統30。
光源10以相對於照明光學系統20發出光束之方式配置。作為光源10，使用例如高壓水銀燈等。另外，亦可使用LED(Light Emitting Diode，發光二極體)或LD(Laser Diode，雷射二極體)等固體光源。
照明光學系統20將自光源10發出之光束朝作為1次像面之圖像調變元件(液晶面板P)之面上均一照射。在照明光學系統20中，來自光源10之光束依次通過2個複眼透鏡FL、偏光轉換元件PS、集光透鏡L，而被轉換為偏光一致之均一之光束。
通過集光透鏡L之光束藉由僅反射特定之波長頻帶之光之二向分色反射鏡DM，分別分離為RGB之各色成分光。RGB之各色成分光經由全反射鏡M或透鏡L等，入射至與RGB之各色對應而設置之液晶面板P(圖像調變元件)。然後，藉由各液晶面板P進行與映像信號相應之光調變。經光調變之各色成分光被二向色稜鏡PP合成，而產生構成圖像之圖像光。然後，所產生之圖像光被朝向投射光學系統30出射。
構成照明光學系統20之光學零件等並無限定，可使用與上文所述之光學零件不同之光學零件。例如，作為圖像調變元件可利用反射型液晶面板或數位微鏡裝置(DMD)等取代透過型之液晶面板P。又，例如，可使用偏光分束器(PBS)、將RGB各色之映像信號予以合成之色合成色稜鏡、或TIR(Total Internal Reflection，全內反射)色稜鏡等取代二向色稜鏡PP。在本實施形態中，照明光學系統20相當於圖像產生部。
投射光學系統30調節自照明光學系統20出射之圖像光，進行朝成為2次像面之螢幕上之放大投影。亦即，藉由投射光學系統30調節1次像面(液晶面板P)之圖像資訊，並放大投影至2次像面(螢幕)。
在本實施形態中，螢幕相當於被投射物，供投射螢幕之圖像之部分相當於被投射物之平面部分。另外，被投射物並無限定，本發明可應用於圖像朝如圖1所示之會議桌或建築物等之牆壁等、任意之被投射物之顯示。
圖3係顯示第1實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。此處，示意性地圖示照明光學系統20之液晶面板P及二向色稜鏡PP。
以下，將自二向色稜鏡PP朝投射光學系統出射之圖像光之出射方向設為Z方向。又，將1次像面(液晶面板P)之橫方向設為X方向，將縱方向設為Y方向。該X及Y方向成為與放大投影至2次像面(螢幕)之圖像之橫方向及縱方向相對應之方向。
又，為了便於理解，而設為自側方觀察投射光學系統，且存在以圖中之Z方向為左右方向、以Y方向為上下方向進行說明之情形。當然，圖像光之行進方向並不限定於該方向，根據圖像顯示裝置100之朝向或姿勢等決定圖像光之行進方向。
投射光學系統30包括：第1透鏡系統L1、第1反射光學系統R1、第2透鏡系統L2、及第2反射光學系統R2。第1透鏡系統L1在整體上具有正折射力，使藉由照明光學系統20產生之圖像光折射。
在本實施形態中，自供配置於最靠近照明光學系統20之位置之透鏡L11之圖像光入射之入射面F1至配置於最靠近第1反射面Mr1之位置之透鏡L12(以下記載為最近之透鏡L12)之供圖像光出射之出射面F2，作為第1透鏡系統L1發揮功能。
如圖3所示般，第1透鏡系統L1以在Z方向延伸之基準軸(以下將該基準軸記載為光軸O)為基準而構成。具體而言，第1透鏡系統L1構成為第1透鏡系統L1所含之1個以上之光學零件之各自之光軸與作為基準軸之光軸O大致一致。
光學零件之光軸，典型而言係通過光學零件之透鏡面或反射面等光學面之中央之軸。例如在光學零件之光學面具有旋轉對稱軸時，該旋轉對稱軸相當於光軸。再者，亦可存在下述情形，即：如最近之透鏡L12般，僅使用包含配置為自身之光軸與光軸O大致一致之光學零件的供圖像光入射之區域即有效區域之一部分。藉由使用光學零件之一部分，而可謀求投射光學系統30之小型化。
在本實施形態中，光軸O係將第1透鏡系統L1所含之配置於最靠近照明光學系統20之位置之透鏡L11之光軸(旋轉對稱軸)予以延長之軸。亦即，在將透鏡L11之光軸予以延長之軸上配置其他光學零件。
再者，圖像光從自光軸O被朝垂直方向(上下方向)偏移之位置沿著光軸O出射。在本實施形態中，可將沿著光軸O之方向設為第1透鏡系統L1之光路行進方向。
第1反射光學系統R1具有第1反射面Mr1、及第2反射面Mr2。在本實施形態中，此2個反射面作為第1反射光學系統R1發揮功能。
第1反射面Mr1配置於光軸O之下方側，將藉由第1透鏡系統L1折射之圖像光折回地反射。具體而言，將自左側入射之圖像光朝向左上方折回地反射。
在本實施形態中，以旋轉對稱軸與光軸O大致一致之方式配置第1光學零件R11。第1光學零件R11具有旋轉對稱非球面F3及F4。第1反射面Mr1形成於第1光學零件R11之非球面F3內之供自第1透鏡系統L1出射之圖像光入射之區域。
第2反射面Mr2配置於光軸O之上方側，將藉由第1反射面Mr1反射之圖像光折回，而朝向第2透鏡系統L2反射。具體而言，將自右下方入射之圖像光朝向右側折回地反射。
在本實施形態中，以旋轉對稱軸與光軸O大致一致之方式配置第2光學零件R12。第2光學零件R12具有旋轉對稱面F5及F6。第2反射面Mr2形成於第2光學零件R12之旋轉對稱面F5內之供藉由第1反射面Mr1反射之圖像光入射之區域。
再者，如圖3所示般，於第2光學零件R12之旋轉對稱面F5及F6內，分別形成使自透鏡L11側出射之圖像光透過之透過面Tr1及Tr2。透過面Tr1及Tr2形成於與第2光學零件R12之第2反射面Mr2不同之區域。透過面Tr1及Tr2作為第1透鏡系統L1發揮功能。
如此般，可藉由1個光學零件，實現作為第1透鏡系統L1發揮功能之光學面(透過面Tr1及Tr2)、與作為第1反射光學系統R1發揮功能之光學面(第2反射面Mr2)。藉此，可謀求投射光學系統30之小型化。又，藉由使用具有旋轉對稱軸之第2光學零件R12，可提高投射光學系統30之組裝精度。
對於第1光學零件R11亦同樣地，於非球面F3及F4內，分別形成使由第2反射面Mr2反射之圖像光透過之透過面Tr3及Tr4。透過面Tr3及Tr4形成於與第1光學零件R11之第1反射面Mr1不同之區域。透過面Tr3及Tr4作為第2透鏡系統L2發揮功能。
如此般藉由利用1個光學零件分別實現不同的光學系統之光學面，可謀求投射光學系統30之小型化。又，可提高投射光學系統30之組裝精度。
再者，不限定於在1個光學零件形成反射面與透過面之方法。例如藉由於透明丙烯酸或玻璃等光透過材料之特定之區域將含有鋁等之反射膜成膜，而可將特定之區域實現為反射面。又，藉由在成為透過面之區域將防反射膜成膜，亦可抑制光量之損失等。另外，可採用任意之方法。
第2透鏡系統L2整體上具有正折射率，使由第1反射光學系統R1反射之圖像光、亦即由第2反射面Mr2反射之圖像光折射。在本實施形態中，自形成於第1光學零件R11之透過面Tr3至配置於最靠近第2反射光學系統R2之位置之透鏡L21之供圖像光出射之出射面F7，作為第2透鏡系統L2發揮功能。
第2透鏡系統L2以光軸O為基準而構成。具體而言，第2透鏡系統L2構成為，第2透鏡系統L1所含之1個以上之光學零件各自之光軸與作為基準軸之光軸O大致一致。
第2反射光學系統R2具有凹面反射面Mr3。在本實施形態中，該凹面反射面Mr3作為第2反射光學系統R2發揮功能。
凹面反射面Mr3將藉由第2透鏡系統L2折射之圖像光朝向螢幕反射。凹面反射面Mr3係以旋轉對稱軸與光軸O一致之方式構成之旋轉對稱非球面，僅由包含供圖像光入射之區域即有效區域之一部分構成。亦即，無需配置旋轉對稱非球面之整體，而僅配置旋轉對稱非球面之必要之部分。藉此，可實現裝置之小型化。
如圖3所示般，在本實施形態中，於共通之光軸O上構成第1透鏡系統L1、第1反射光學系統R1、第2透鏡系統L2、及第2反射光學系統R2。亦即，以將配置於最靠近照明光學系統20之位置之透鏡L11之光軸(旋轉對稱軸)延長之軸與各者之光軸(旋轉對稱軸)大致一致之方式，構成第1透鏡系統L1、第1及第2反射面Mr1及Mr2、第2透鏡系統L2、及凹面反射面Mr3。藉此，可縮小Y方向之尺寸，而可謀求裝置之小型化。
如此般投射光學系統30整體可以光軸O為基準而構成。亦即，構成為投射光學系統30所含之全部光學零件之各者之光軸與作為基準軸之光軸O大致一致。當然並不限定於此，亦可為光軸自光軸O偏移之光學零件包含於投射光學系統30。
在本實施形態中，透過面Tr1及Tr2相當於第2光學零件R12之1個以上之透過面。又，透過面Tr3及Tr4相當於第1光學零件R11之1個以上之透過面。形成於第1及第2光學零件R11及R12之透過面之數目並無限定，亦可形成3個以上之透過面。又，最近之透鏡L12相當於最近之光學零件。
參照圖3對於圖像光之光路進行說明。在圖3中，圖示有自二向色稜鏡PP出射至投射光學系統30之圖像光之中之3個像素光C1、C2、C3之光路。
之後，將參照圖6進行說明，像素光C1相當於自液晶面板P之中央之像素出射之像素光。以下，有將像素光C1作為主光線C1進行說明之情形。像素光C2相當於自液晶面板P之中央之最靠近光軸O之像素出射之像素光。像素光C3相當於自液晶面板P之中央之最遠離光軸O之像素出射之像素光。
亦即，在本實施形態中，像素光C2相當於自最靠近液晶面板P之光軸O之像素出射之像素光。又，像素光C3相當於自位於自最靠近光軸O之像素連結液晶面板P之中央之像素之直線上且最遠離光軸O之像素出射之像素光。
從自光軸O朝上方偏移之位置，沿著光軸O而出射至投射光學系統30之圖像光在第1透鏡系統L1內與光軸O交叉，並朝下方側前進。而且，自第1透鏡系統L1出射之圖像光被第1反射面Mr1朝左上方折回，而再次與光軸O交叉。
被朝左上方折回之圖像光被第2反射面Mr2折回，而朝向第2透鏡系統L2反射。然後，圖像光再次與光軸O交叉並朝右下方前進。朝右下方前進之圖像光藉由凹面反射面Mr3反射，而再次與光軸O交叉，朝向螢幕前進。
如此般在本實施形態中，以主光線C1與光軸O交叉4次之方式構成圖像光之光路。藉此，可在光軸O之附近構成至凹面反射面Mr3之圖像光之光路。其結果為，可縮小在Y方向之投射光學系統30之尺寸，而可謀求裝置之小型化。
又，藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2之各者，將圖像光折回地反射。藉此，可充分地確保圖像光之光路長度。其結果為，可縮小在X方向之裝置之尺寸，而可謀求裝置之小型化。
又，在本實施形態之投射光學系統30中，在自照明光學系統20所含之二向色稜鏡PP至凹面反射面Mr3之間，將複數個中間像(圖示省略)成像。中間像係藉由圖像光構成之圖像之中間像。藉此，可以超廣角投射圖像光。例如即便在投影機與螢幕之距離為短之情形下，仍可顯示大畫面。
為了藉由凹面反射面Mr3在平面狀之螢幕內使高精度之圖像成像，重要的是將藉由照明光學系統20產生之圖像光學性地適當修正，而引導至凹面反射面Mr3。在本實施形態中，因藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2，可充分地確保圖像光之光路長度，故可高精度地進行圖像之光學修正。亦即，可產生適當之中間像，從而可使高精度之圖像容易地於螢幕成像。
又，由於充分地確保光路長度，故可抑制為了產生適當之中間像所需之光學負荷，而可抑制投射光學系統30所含之各光學零件之光學功率。其結果為，可謀求各光學零件之小型化，而可實現裝置整體之小型化。
又，由於在投射光學系統30內將複數個中間像予以成像，而可高精度地產生最佳中間像。其結果為，可藉由凹面反射面Mr3將精度高之圖像顯示於螢幕。如此般藉由利用本實施形態之投射光學系統30而可實現裝置之高性能化。
此處，本發明者針對投射光學系統30發現與裝置之小型化、高性能化相關之5個條件(1)～(5)。
(條件1) 將形成第1反射面Mr1之第1光學零件R11之線膨脹係數(/℃)設為α1。 該情形下，以滿足以下之關係之方式構成投射光學系統30。 (1) 5×10-7 ＜α1＜3×10-5
當第1光學零件R11之線膨脹係數α1超過條件式(1)規定之上限時，由於因熱所致之曲率之變化變大，故高溫時之圖像之成像性能大幅度劣化。當線膨脹係數α1超過條件式(1)規定之下限時，可用作第1光學零件R11之材料之選擇範圍變小，而材料成本變高。因此，第1光學零件R11成為非常高價者，而難以進行成本之削減。
藉由以線膨脹係數α1滿足條件式(1)之方式適當選擇第1光學零件R11之材料，而可充分地抑制如上述之問題，亦即可充分地抑制環境變化(溫度變化)之影響。又，可充分地抑制花費在第1光學零件R11之成本，而可實現成本之削減。
在本實施形態中，第1光學零件R11含有玻璃。具體之玻璃材料之種類並無限定，可採用滿足條件式(1)之任意之玻璃材料。當然，若滿足條件式(1)，亦可採用不同於玻璃之其他任意之材料。例如可使用丙烯酸等樹脂材料、或金屬材料、水晶等結晶材料等。
(條件2) 將形成第2反射面Mr2之第2光學零件R12之線膨脹係數(/℃)設為α2。 該情形下，以滿足以下之關係之方式構成投射光學系統30。 (2) 5×10-7 ＜α2＜3×10-5
當第2光學零件R12之線膨脹係數α2超過條件式(2)規定之上限時，由於因熱所致之曲率之變化變大，故高溫時之圖像之成像性能大幅度劣化。當線膨脹係數α2超過條件式(2)規定之下限時，可用作第2光學零件R12之材料之選擇範圍變小，而材料成本變高。因此，第2光學零件R12成為非常高價者，而難以進行成本之削減。
藉由以線膨脹係數α2滿足條件式(2)之方式適當選擇第2光學零件R12之材料，而可充分地抑制如上述之問題，亦即可充分地抑制環境變化(溫度變化)之影響。又，可充分地抑制第2光學零件R12所花費之成本，而可實現成本之削減。
在本實施形態中，第2光學零件R12含有玻璃。具體之玻璃材料之種類並無限定，可採用滿足條件式(2)之任意之玻璃材料。當然，若滿足條件式(2)，亦可採用不同於玻璃之其他任意之材料。
在本實施形態中，第1及第2光學零件R11及R12皆含有玻璃。當然並不限定於此。例如可為第1及第2光學零件R11及R12之至少一者含有玻璃。
(條件式3) 圖4係用於說明條件式3之示意圖。如圖4所示般，配置於最靠近第1反射面Mr1之位置之最近之透鏡L12具有入射面F8、及出射面F2。入射面F8係供圖像光入射之面。出射面F2係使自入射面F8入射之圖像光折射，而朝第1反射面Mr1出射之面。
如圖4A～圖4C所示般，將距離作為基準軸之光軸O之光線高度設為h。 將利用光線高度對表示與光線高度相應之最近之透鏡L12之入射面F8之形狀之函數Zf(h)進行微分後之導數設為Z’f(h)。因此，導數Z’f(h)相當於光線高度h之與入射面F8相接之直線之斜率。 將利用光線高度對表示與光線高度相應之最近之透鏡L12之出射面F2之形狀之函數Zr(h)進行微分後之導數設為Z’r(h)。因此，導數Z’r(h)相當於光線高度h之與出射面F2相接之直線之斜率。 將相對於入射面F8入射至最遠離光軸O之位置之最外入射光CE之與朝入射面F8之入射位置對應之光線高度設為hmax1。 將與最外入射光CE自出射面F2出射之出射位置對應之光線高度設為hmax2。 該情形下，以滿足以下之關係之方式構成投射光學系統30。 (3) 1＜|Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)|＜45
該條件式(3)係規定配置於最靠近第1反射面Mr1之位置之最近之透鏡L12之光學功率(折射功率)者。當|Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)|超過條件式(3)規定之上限時，因透鏡之折射效果大，故在高溫時，折射率或線膨脹變化時之成像性能大幅度劣化。當|Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)|超過條件式(3)規定之下限時，因折射效果變小，故無法充分地發揮作為透鏡之作用，而難以獲得充分之成像性能。
藉由以滿足條件式(3)之方式構成最近之透鏡L12，而可充分地抑制如上述之問題。亦即，可充分地抑制環境變化(溫度變化)之影響，而可實現高成像性能。
在本實施形態中，最近之透鏡L12含有塑膠。藉此，可提高最近之透鏡L12之設計精度。具體之塑膠材料之種類並無限定，可採用任意之塑膠材料。塑膠材料係在高溫時時，折射率及線膨脹之變化為比較大之材料。因此，實現如滿足條件式(3)之構成係非常有效的。
(條件式4) 以第1透鏡系統L1所含之含有不同於塑膠之材料、且具有正折射力之1個以上之光學零件之各者之折射率溫度係數dn/dt滿足以下之關係之方式構成投射光學系統30。 (4) -5＜dn/dT＜5
亦即，以第1透鏡系統L1內之含有不同於塑膠材料之材料、且具有正折射力之光學零件之各者之折射率溫度係數dn/dt全部滿足條件式(4)之方式構成投射光學系統30。
折射率溫度係數dn/dt在不滿足條件式(4)之光學零件中，在2次像面(螢幕)內之焦點位置變大。而且，在折射率溫度係數dn/dt超過條件式(4)規定之上限時，在高溫時圖像之焦點位置朝接近投射光學系統30之方向、亦即螢幕之近前側移動。當折射率溫度係數dn/dt超過條件式(4)規定之下限時，在高溫時圖像之焦點位置朝遠離投射光學系統30之方向、亦即螢幕之深處側移動。總之，在高溫時之圖像之成像性能會大幅度劣化。
藉由以滿足條件式(4)之方式構成第1透鏡系統L1，而可充分地抑制如上述之問題。亦即，可充分地抑制環境變化(溫度變化)之影響，而可實現高成像性能。
(條件式5) 以第1透鏡系統L1所含之含有不同於塑膠之材料、且具有負折射力之1個以上之光學零件之各者之折射率溫度係數dn/dt滿足以下之關係之方式構成投射光學系統30。 (5) -5＜dn/dT＜5
亦即，以第1透鏡系統L1內之含有不同於塑膠材料之材料、且具有負折射力之光學零件之各者之折射率溫度係數dn/dt全部滿足條件式(5)之方式構成投射光學系統30。
折射率溫度係數dn/dt在不滿足條件式(5)之光學零件中，在2次像面(螢幕)內之焦點位置變大。而且，在折射率溫度係數dn/dt超過條件式(5)規定之上限時，在高溫時圖像之焦點位置朝遠離投射光學系統30之方向、亦即螢幕之深處側移動。在折射率溫度係數dn/dt超過條件式(5)規定之下限時，在高溫時圖像之焦點位置朝接近投射光學系統30之方向、亦即螢幕之近前側移動。總之，在高溫時之圖像之成像性能大幅度劣化。
藉由以滿足條件式(5)之方式構成第1透鏡系統L1，而可充分地抑制如上述之問題。亦即，可充分地抑制環境變化(溫度變化)之影響，而可實現高成像性能。
條件式(1)～(5)之各者之下限值及上限值並不限定於上述之值。例如，根據照明光學系統20及投射光學系統30等之構成，可適當變更各值。例如，可將上述範圍內所含之任意之值選擇為下限值及上限值，而重新作為最佳範圍進行設定。
例如，可將條件式(1)設定於以下之範圍。 4.7×10-6 ＜α1＜1.45×10-5 1.0×10-6 ＜α1＜2.0×10-5 2.0×10-6 ＜α1＜1.0×10-5 3.0×10-6 ＜α1＜9.0×10-6
例如，可將條件式(2)設定於以下之範圍。 4.7×10-6 ＜α2＜1.45×10-5 1.0×10-6 ＜α2＜2.0×10-5 2.0×10-6 ＜α2＜1.0×10-5 3.0×10-6 ＜α2＜9.0×10-6
例如，可將條件式(3)設定於以下之範圍。 5＜|Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)|＜40 10＜|Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)|＜35 15＜|Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)|＜35 19＜|Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)|＜32
例如，可將條件式(4)設定於以下之範圍。 -4＜dn/dT＜4 -3＜dn/dT＜3 -2.6＜dn/dT＜2.5
例如，可將條件式(5)設定於以下之範圍。 -4＜dn/dT＜4 -3＜dn/dT＜3 0＜dn/dT＜3 1.0＜dn/dT＜2.4
對於如以上般構成之投射光學系統30，舉出具體之數值例而進行簡單之說明。
圖5係顯示與圖像投影相關之參數之一例之表。圖6係用於說明圖5所示之參數之示意圖。
投射光學系統30之1次像面側之開口數NA係0.167。圖像調變元件(液晶面板P)之橫方向及縱方向之長度(H×VSp)係13.4 mm及7.6 mm。圖像調變元件之中心位置(Chp)係自光軸O上方5.2 mm之位置。1次像面側之像圈(imc)係ϕ22.4 mm。
螢幕之橫方向及縱方向之長度(H×VSs)為1771 mm及996 mm。螢幕尺寸之中心位置(Chs)為距離光軸O上方853 mm之位置。
如上述般，自圖6所示之液晶面板P之中央之像素出射之光相當於圖3所示之像素光C1(附註相同之符號)。自液晶面板P之中央之最靠近光軸O之像素出射之光相當於像素光C2(附註相同之符號)。自液晶面板P之中央之距離光軸O最遠之像素出射之光相當於像素光C3(賦予相同之符號)。
自液晶面板P之右上端之像素C4出射之光相等於自距離液晶面板P之光軸O最遠之位置出射之光(以下，使用相同之符號記載為像素光C4)。在本實施形態中，像素光C4相當於條件式(3)及圖4C中所說明之、對於入射面F8入射至距離光軸O最遠之位置之最外入射光CE。
因此，與像素光C4之入射面F8之入射位置相等之光線高度成為hmax1，與像素光C4自出射面F2出射之出射位置對應之光線高度成為hmax2。
再者，亦可存在自與距離液晶面板P之光軸O最遠之位置不同之位置出射之像素光成為最外入射光CE之情形。例如有可能存在像素光C3等成為最外入射光CE之情形。
圖7係圖像顯示裝置之透鏡資料。於圖7中，顯示自1次像面(P)側朝向2次像面(S)側配置之1～29之光學零件(透鏡面)之資料。作為各光學零件(透鏡面)之資料，記載有曲率半徑(mm)、芯厚d(mm)、d線(587.56 nm)之折射率nd、及d線之阿貝值νd。
又，在圖7中，分別可判別地記載第1透鏡系統L1內之由不同於塑膠材料之材料構成之、具有正折射力之光學零件及具有負折射力之光學零件。而且，記載有該等光學部材之折射率溫度係數dn/dt。
再者，在本實施形態中，第1透鏡系統L1之中僅配置於第1反射面Mr1之最近位置的最近之透鏡L12由塑膠構成。而其他光學零件由玻璃構成。因此，第1透鏡系統L1所含之除了最近之透鏡L12以外之所有的光學零件，由不同於塑膠之材料構成。當然並不限定於如此之構成，除了最近之透鏡L12以外之光學零件亦可由塑膠構成。
再者，具有非球面之光學零件依照以下之式。
[數1]
Figure 02_image001
圖8係顯示投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。於圖8中，分別顯示在圖7中附加＊標記之非球面之各光學零件16～18、20、21、及30之非球面係數。圖例之非球面係數係與上述之式(數1)對應者。
再者，在本實施形態中，式(數1)相當於表示與光線高度相應之最近之透鏡L12之入射面F8(資料中之面16)之形狀之函數Zf(h)。又，式(數1)相當於表示與光線高度相應之最近之透鏡L12之出射面F2(資料中之面17)之形狀之函數Zr(h)。當於式(數1)輸入圖4A及圖4B所示之光線高度h時的下垂量Z，係被用作表示與光線高度相應之入射面F8及出射面F2之形狀之參數。再者，「下垂量」係指在通過面頂點將垂直於光軸之平面立起時的該平面與透鏡面上之點之光軸方向之距離。
因此，利用光線高度對函數Zf(h)進行微分後之導數Z’f(h)(＝dZ/dh)、及利用光線高度對函數Zf(h)進行微分後之導數Z’r(h)(＝dZ/dh)成為以下之式。
[數2]
Figure 02_image003
如上述般，藉由該式，算出光線高度h之與入射面F8相接之直線之斜率、及光線高度h之與出射面F2相接之直線之斜率。
再者，並不限定表示入射面F8及出射面F2之形狀之函數，亦可利用其他函數。可使用可算出相對於入射面F8入射至最遠離光軸O之位置之最外入射光CE在入射面F8之入射位置處之切線之斜率、及最外入射光CE之在自出射面F2出射之出射位置處之切線之斜率之任意之函數。而且，只要以適當滿足條件式(3)之方式構成投射光學系統即可。
圖9係顯示在本實施形態中，在上述條件式(1)～(5)中所使用之參數之數值之表。 α1 6.30×10-6 α2 8.70×10-6 |Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)| 32(31.5) 具有正折射力之光學零件之折射率溫度係數dn/dt之最大值 2.5 具有正折射力之光學零件之折射率溫度係數dn/dt之最小值 -2.6 具有負折射力之光學零件之折射率溫度係數dn/dt之最大值 1.0 具有負折射力之光學零件之折射率溫度係數dn/dt之最小值 1.0 Z’f(hmax1) -5.0 Z’r(hmax2) -36.5 成為如此之結果，可知滿足條件式(1)～(5)。
以上，在本實施形態之圖像顯示裝置100中，藉由第1透鏡系統L1折射之圖像光被第1及第2反射面Mr1及Mr2分別折回地反射。藉此，可在無需將投射光學系統30大型化下，充分地確保圖像光之光路長度。其結果為，可實現裝置之小型化。又，形成第1反射面Mr1之第1光學零件R11之線膨脹係數滿足條件式(1)。藉此，可充分地抑制環境變化之影響，而實現高性能化。
又，因亦滿足其他條件式(2)～(5)，故可發揮上述所說明之效果。又，經由第2透鏡系統L2及凹面反射面Mr3，可將精度高之圖像投射於螢幕，而實現高性能化。
＜第2實施形態＞ 對於本發明之第2實施形態之投射型之圖像顯示裝置進行說明。在之後之說明中，針對與在上述實施形態中所說明之圖像顯示裝置100之構成及作用相同之部分，將其說明省略或簡略化。
圖10係顯示第2實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。 圖11係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖12係顯示投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。 再者，與圖像投影相關之參數係與第1實施形態同樣，為圖5所示之數值。
在本實施形態之投射光學系統230中亦然，自液晶面板P之右上端之像素C4出射之像素光C4，相當於對於配置在第1反射面Mr1之最近位置的最近之透鏡L12之入射面F8，入射至最遠離光軸O之位置之最外入射光CE。因此，與像素光C4之入射面F8之入射位置相等之光線高度成為hmax1，與像素光C4自出射面F2出射之出射位置對應之光線高度成為hmax2。
又，配置於第1反射面Mr1之最近位置的最近之透鏡L12之入射面F8及出射面F2為非球面。因此，式(數1)相當於表示與光線高度相應之最近之透鏡L12之入射面F8(資料中之面17)之形狀之函數Zf(h)。又，式(數1)相當於表示與光線高度相應之最近之透鏡L12之出射面F2(資料中之面18)之形狀之函數Zr(h)。
又，第1透鏡系統L1之中僅配置於第1反射面Mr1之最近位置的最近之透鏡L12含有塑膠。而其他光學零件含有玻璃。因此，第1透鏡系統L1之中除了最近之透鏡L12以外之全部之光學零件相當於含有不同於塑膠之材料之1個以上之光學零件。
圖13係表示在本實施形態中，在上述條件式(1)～(5)中所使用之參數之數值之表。 α1 6.30×10-6 α2 6.00×10-6 |Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)| 19 具有正折射力之光學零件之折射率溫度係數dn/dt之最大值 2.1 具有正折射力之光學零件之折射率溫度係數dn/dt之最小值 -2.6 具有負折射力之光學零件之折射率溫度係數dn/dt之最大值 2.4 具有負折射力之光學零件之折射率溫度係數dn/dt之最小值 1.0 Z’f(hmax1) -5.0 Z’r(hmax2) -24.0 成為如此之結果，可知滿足條件式(1)～(5)。
在本實施形態中亦可與上述實施形態同樣地，實現圖像顯示裝置之小型化、高性能化。
＜其他實施形態＞ 本發明並不限定於以上所說明之實施形態，可實現其他各種實施形態。
圖14係顯示其他實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。在該投射光學系統330中，作為形成第1反射面Mr1之第1光學零件R11僅使用形成第1反射面Mr1之部分。又，作為形成第2反射面Mr2之第2光學零件R12僅使用形成第2反射面Mr2之部分。在如此之構成中，亦可應用本發明。
又，即便在將第1反射面Mr1、第2反射面Mr2、及凹面反射面Mr3中至少1者或任意2者以自由曲面構成時，或將第1反射面Mr1、第2反射面Mr2、及凹面反射面Mr3中至少1者、或任意2者設為偏心及傾斜之構成時，仍可藉由應用本發明而實現裝置之小型化、高性能化。
又，在上述中，最近之透鏡L12之入射面F8及出射面F2皆為非球面。並不限定於此，入射面F8及出射面F2之任一者可不是非球面。例如，在入射面F8及/或出射面F2為球面或成為自由曲面時，或入射面F8及/或出射面F2被設為偏心及傾斜之構成中，亦可藉由應用本發明而實現裝置之小型化、高性能化。
圖像光之主光線C1與光軸O交叉之次數並不限定於4次。例如在圖像光之主光線C1與光軸O交叉4次以上之情形下，仍可謀求裝置之小型化、高性能化。
中間像之數目亦無限定，亦可有產生2個中間像之情形，或產生3個以上之中間像之情形。總之，因藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2充分地確保光路長度，故可謀求裝置之小型化、高性能化。
參照各圖式而說明之圖像顯示裝置、投射光學系統、螢幕等之各構成終極而言僅為一個實施形態，在不脫離本發明之趣旨之範圍內，可任意地變化。亦即，可採用用於實施本發明之其他任意之構成或算法等。
在本揭示中，「一致」「相等」等設為包含「實質性一致」「實質性相等」之概念。例如亦包含以「完全一致」「完全相等」等為基準之特定之範圍(例如±10%之範圍)所包含之狀態。因此，「大致一致」「大致相等」之概念亦成為「一致」「相等」等所包含之概念。
亦可組合以上所說明之本發明之特徵部分中至少2個特徵部分。亦即，在各實施形態中所說明之各種特徵部分並無各實施形態之區別，而可任意地組合。又，上述所記載之各種效果終極而言僅為例示，並非係被限定者，還可發揮其他之效果。
此外，本發明亦可採用如以下之構成。 (1) 一種圖像顯示裝置，其具備： 光源； 圖像產生部，其將自前述光源出射之光予以調變而產生圖像光；以及 投射光學系統，其具有： 第1透鏡系統，其整體上具有正折射力，使前述所產生之圖像光折射； 第1反射光學系統，其具有：第1反射面，其將由前述第1透鏡系統折射之前述圖像光折回地反射；及第2反射面，其將由前述第1反射面反射之前述圖像光折回地反射； 第2透鏡系統，其在整體上具有正折射力，使由前述第2反射面反射之前述圖像光折射；及 第2反射光學系統，其具有將由前述第2透鏡系統折射之前述圖像光朝向被投射物反射之凹面反射面；且 該圖像顯示裝置構成為，若將形成前述第1反射面之第1光學零件之線膨脹係數設為α1，則構成為滿足 5×10-7 ＜α1＜3×10-5 之關係。 (2) 如(1)之圖像顯示裝置，其構成為 若將形成前述第2反射面之第2光學零件之線膨脹係數設為α2，則構成為滿足 5×10-7 ＜α2＜3×10-5 之關係。 (3) 如(2)之圖像顯示裝置，其中 前述第1光學零件及前述第2光學零件之至少一者含有玻璃。 (4) 如(2)或(3)之圖像顯示裝置，其中 前述第1光學零件及前述第2光學零件含有玻璃。 (5) 如(2)至(4)中任一項之圖像顯示裝置，其中 前述第1光學零件具有形成於與前述第1反射面不同之區域、使前述圖像光透過之1個以上之透過面，且 前述第1光學零件之前述1個以上之透過面作為前述第2透鏡系統發揮功能。 (6) 如(2)至(5)中任一項之圖像顯示裝置，其中 前述第2光學零件具有形成於與前述第2反射面不同之區域、使前述圖像光透過之1個以上之透過面，且 前述第2光學零件之前述1個以上之透過面作為前述第1透鏡系統發揮功能。 (7) 如(1)至(6)中任一項之圖像顯示裝置，其中 前述投射光學系統係以特定之基準軸為基準而構成， 前述第1透鏡系統具有配置於最靠近前述第1反射面之位置的最近之光學零件，該光學零件具有供前述圖像光入射之入射面、及使自前述入射面入射之前述圖像光折射而朝前述第1反射面出射之出射面，且 該圖像顯示裝置構成為，若將距離前述基準軸之光線高度設為h，將以光線高度將表示相應於前述光線高度之前述最近之光學零件之前述入射面之形狀的函數Zf(h)微分後之導數設為Z’f(h)，將以光線高度將表示相應於前述光線高度之前述最近之光學零件之前述出射面之形狀的函數Zr(h)微分後之導數設為Z’r(h)，將與對於前述入射面入射至距離前述基準軸最遠之位置之最外入射光之朝前述入射面之入射位置對應之光線高度設為hmax1，將與前述最外入射光自前述出射面出射之出射位置對應之光線高度設為hmax2，則構成為滿足 1＜|Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)|＜45之關係。 (8) 如(7)之圖像顯示裝置，其中 前述最外入射光係自距離前述圖像產生部之前述基準軸最遠之位置出射之光。 (9) 如(7)或(8)之圖像顯示裝置，其中 前述最近之光學零件之前述入射面及前述出射面之至少一者為非球面。 (10) 如(7)至(9)中任一項之圖像顯示裝置，其中 前述最近之光學零件之前述入射面及前述出射面為非球面。 (11) 如(7)至(10)中任一項之圖像顯示裝置，其中 前述最近之光學零件含有塑膠。 (12) 如(1)至(11)中任一項之圖像顯示裝置，其構成為 前述第1透鏡系統所含之含有不同於塑膠之材料、且具有正折射力之1個以上之光學零件各者之折射率溫度係數dn/dt滿足 -5＜dn/dT＜5之關係。 (13) 如(1)至(12)中任一項之圖像顯示裝置，其構成為 前述第1透鏡系統所含之含有不同於塑膠之材料、且具有負折射力之1個以上之光學零件各者之折射率溫度係數dn/dt滿足 -5＜dn/dT＜5之關係。 (14) 如(12)或(13)之圖像顯示裝置，其中 前述第1透鏡系統具有配置於最靠近前述第1反射面之位置的最近之光學零件，該光學零件具有供前述圖像光入射之入射面、及使自前述入射面入射之前述圖像光折射而朝前述第1反射面出射之出射面， 前述最近之光學零件含有塑膠，且 前述第1透鏡系統所含之除了前述最近之光學零件以外之所有的光學零件，含有不同於塑膠之材料。 (15) 如(7)之圖像顯示裝置，其中 前述基準軸係將配置於最靠近前述第1透鏡系統所含之前述圖像產生部之透鏡之光軸延長之軸。 (16) 如(15)之圖像顯示裝置，其中 前述投射光學系統構成為前述投射光學系統所含之所有的光學零件各者之光軸與前述基準軸一致。 (17) 如(16)之圖像顯示裝置，其中 前述凹面反射面構成為旋轉對稱軸與前述基準軸一致， 前述第1反射面及前述第2反射面各者為凹面反射面，且構成為旋轉對稱軸與前述基準軸一致。 (18)如(1)至(17)中任一項之圖像顯示裝置，其中 第2反射光學系統於前述被投射物所含之平面部分將藉由前述圖像光構成之圖像成像。 (19)一種投射光學系統，其係投射將自光源出射之光調變而產生之圖像光者，且具備： 第1透鏡系統，其在整體上具有正折射力，使前述所產生之圖像光折射； 第1反射光學系統，其具有：第1反射面，其將由前述第1透鏡系統折射之前述圖像光折回地反射；及第2反射面，其將由前述第1反射面反射之前述圖像光折回地反射； 第2透鏡系統，其整體上具有正折射力，使由前述第2反射面反射之前述圖像光折射；及 第2反射光學系統，其具有將由前述第2透鏡系統折射之前述圖像光朝向被投射物反射之凹面反射面；且 該投射光學系統構成為，若將形成前述第1反射面之第1光學零件之線膨脹係數設為α1，則構成為滿足 5×10-7 ＜α1＜3×10-5 之關係。
1:液晶投影機 2:圖像 10:光源 20:照明光學系統 30:投射光學系統 100:圖像顯示裝置 230:投射光學系統 330:投射光學系統 C1:像素光(主光線) C2:像素光 C3:像素光 C4:像素光 CE:最外入射光 chp:中心位置 chs:螢幕尺寸之中心位置 DM:二向分色反射鏡 F1:入射面 F2:出射面 F3:旋轉對稱非球面(非球面) F4:非球面 F5:旋轉對稱面 F6:旋轉對稱面 F7:出射面 F8:入射面 FL:複眼透鏡 h:光線高度 Hmax1:光線高度 Hmax2:光線高度 H×VSp:圖像調變元件(液晶面板P)之橫方向及縱方向之長度 H×VSs:螢幕之橫方向及縱方向之長度 imc:像圈 L:集光透鏡 L1:第1透鏡系統 L2:第2透鏡系統 L11:透鏡 L12:透鏡、最近之透鏡 L21:透鏡 M:全反射鏡 Mr1:第1反射面 Mr2:第2反射面 Mr3:凹面反射面 NA:開口數 O:光軸(基準軸) P:液晶面板(圖像調變元件) PP:二向色稜鏡 PS:偏光轉換元件 R1:第1反射光學系統 R2:第2反射光學系統 R11:第1光學零件 R12:第2光學零件 S16:光學零件 S17:光學零件 S18:光學零件 S19:光學零件 S20:光學零件 S21:光學零件 S22:光學零件 S29:光學零件 S30:光學零件 Tr1:透過面 Tr2:透過面 Tr3:透過面 Tr4:透過面 X:方向 Y:方向 Z:方向 Zf(h):函數 Zr(h):函數
圖1係用於說明超廣角對應之液晶投影機之其他優點之概略圖。 圖2係顯示第1實施形態之投射型之圖像顯示裝置之構成例之概略圖。 圖3係顯示第1實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。 圖4A～圖4C係用於說明條件式3之示意圖。 圖5係顯示與圖像投影相關之參數之一例之表。 圖6係用於說明圖5所示之參數之示意圖。 圖7係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖8係顯示投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。 圖9係顯示在條件式(1)～(5)中所使用之參數之數值之表。 圖10係顯示第2實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。 圖11係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖12係顯示投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。 圖13係顯示在條件式(1)～(5)中所使用之參數之數值之表。 圖14係顯示其他實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。
30:投射光學系統
C1:像素光(主光線)
C2:像素光
C3:像素光
F1:入射面
F2:出射面
F3:旋轉對稱非球面(非球面)
F4:非球面
F5:旋轉對稱面
F6:旋轉對稱面
F7:出射面
L1:第1透鏡系統
L2:第2透鏡系統
L11:透鏡
L12:透鏡、最近之透鏡
L21:透鏡
Mr1:第1反射面
Mr2:第2反射面
Mr3:凹面反射面
O:光軸(基準軸)
P:液晶面板(圖像調變元件)
PP:二向色稜鏡
R1:第1反射光學系統
R2:第2反射光學系統
R11:第1光學零件
R12:第2光學零件
Tr1:透過面
Tr2:透過面
Tr3:透過面
Tr4:透過面
X:方向
Y:方向
Z:方向

Claims (19)

  1. 一種圖像顯示裝置，其具備： 光源； 圖像產生部，其將自前述光源出射之光調變而產生圖像光；及 投射光學系統，其具有： 第1透鏡系統，其整體上具有正折射力，使前述產生之圖像光折射； 第1反射光學系統，其具有：第1反射面，其將由前述第1透鏡系統折射之前述圖像光折回地反射；及第2反射面，其將由前述第1反射面反射之前述圖像光折回地反射； 第2透鏡系統，其整體上具有正折射力，使由前述第2反射面反射之前述圖像光折射；及 第2反射光學系統，其具有將由前述第2透鏡系統折射之前述圖像光朝向被投射物反射之凹面反射面；且 該圖像顯示裝置構成為，若將形成前述第1反射面之第1光學零件之線膨脹係數設為α1，則滿足以下關係： 5×10-7 ＜α1＜3×10-5 。
  2. 如請求項1之圖像顯示裝置，其構成為 若將形成前述第2反射面之第2光學零件之線膨脹係數設為α2，則滿足以下關係： 5×10-7 ＜α2＜3×10-5 之關係。
  3. 如請求項2之圖像顯示裝置，其中 前述第1光學零件及前述第2光學零件之至少一者含有玻璃。
  4. 如請求項2之圖像顯示裝置，其中 前述第1光學零件及前述第2光學零件含有玻璃。
  5. 如請求項2之圖像顯示裝置，其中 前述第1光學零件具有形成於與前述第1反射面不同之區域、使前述圖像光透過之1個以上之透過面，且 前述第1光學零件之前述1個以上之透過面作為前述第2透鏡系統發揮功能。
  6. 如請求項2之圖像顯示裝置，其中 前述第2光學零件具有形成於與前述第2反射面不同之區域、使前述圖像光透過之1個以上之透過面，且 前述第2光學零件之前述1個以上之透過面作為前述第1透鏡系統發揮功能。
  7. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中 前述投射光學系統係以特定之基準軸為基準而構成， 前述第1透鏡系統具有配置於最靠近前述第1反射面之位置的最近之光學零件，該光學零件具有供前述圖像光入射之入射面、及使自前述入射面入射之前述圖像光折射而朝前述第1反射面出射之出射面，且 該圖像顯示裝置構成為，若將距離前述基準軸之光線高度設為h，將以光線高度將表示相應於前述光線高度之前述最近之光學零件之前述入射面之形狀的函數Zf(h)微分後之導數設為Z’f(h)，將以光線高度將表示相應於前述光線高度之前述最近之光學零件之前述出射面之形狀的函數Zr(h)微分後之導數設為Z’r(h)，將與對於前述入射面入射至距離前述基準軸最遠之位置之最外入射光之朝前述入射面之入射位置對應之光線高度設為hmax1，將與前述最外入射光自前述出射面出射之出射位置對應之光線高度設為hmax2，則滿足以下關係： 1＜|Z’f(hmax1)-Z’r(hmax2)|＜45。
  8. 如請求項7之圖像顯示裝置，其中 前述最外入射光係自距離前述圖像產生部之前述基準軸最遠之位置出射之光。
  9. 如請求項7之圖像顯示裝置，其中 前述最近之光學零件之前述入射面及前述出射面之至少一者為非球面。
  10. 如請求項7之圖像顯示裝置，其中 前述最近之光學零件之前述入射面及前述出射面為非球面。
  11. 如請求項7之圖像顯示裝置，其中 前述最近之光學零件含有塑膠。
  12. 如請求項1之圖像顯示裝置，其構成為 前述第1透鏡系統所含之含有不同於塑膠之材料、且具有正折射力之1個以上之光學零件各者之折射率溫度係數dn/dt滿足以下關係： －5＜dn/dT＜5。
  13. 如請求項1之圖像顯示裝置，其構成為 前述第1透鏡系統所含之含有不同於塑膠之材料、且具有負折射力之1個以上之光學零件各者之折射率溫度係數dn/dt滿足以下關係： －5＜dn/dT＜5。
  14. 如請求項12之圖像顯示裝置，其中 前述第1透鏡系統具有配置於最靠近前述第1反射面之位置的最近之光學零件，該光學零件具有供前述圖像光入射之入射面、及使自前述入射面入射之前述圖像光折射而朝前述第1反射面出射之出射面 前述最近之光學零件含有塑膠，且 前述第1透鏡系統所含之除了前述最近之光學零件以外之所有的光學零件，含有不同於塑膠之材料。
  15. 如請求項7之圖像顯示裝置，其中 前述基準軸係將配置於最靠近前述第1透鏡系統所含之前述圖像產生部之透鏡之光軸延長之軸。
  16. 如請求項15之圖像顯示裝置，其中 前述投射光學系統構成為前述投射光學系統所含之所有的光學零件各者之光軸與前述基準軸一致。
  17. 如請求項16之圖像顯示裝置，其中 前述凹面反射面構成為旋轉對稱軸與前述基準軸一致， 前述第1反射面及前述第2反射面各者為凹面反射面，且構成為旋轉對稱軸與前述基準軸一致。
  18. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中 第2反射光學系統於前述被投射物所含之平面部分將由前述圖像光構成之圖像成像。
  19. 一種投射光學系統，其係投射將自光源出射之光調變而產生之圖像光者，且具備： 第1透鏡系統，其整體上具有正折射力，使前述所產生之圖像光折射； 第1反射光學系統，其具有：第1反射面，其將由前述第1透鏡系統折射之前述圖像光折回地反射；及第2反射面，其將由前述第1反射面反射之前述圖像光折回地反射； 第2透鏡系統，其在整體上具有正折射力，使由前述第2反射面反射之前述圖像光折射；及 第2反射光學系統，其具有將由前述第2透鏡系統折射之前述圖像光朝向被投射物反射之凹面反射面；且 該投射光學系統構成為，若將形成前述第1反射面之第1光學零件之線膨脹係數設為α1，則滿足以下關係： 5×10-7 ＜α1＜3×10-5 。
TW108116915A 2018-06-29 2019-05-16 圖像顯示裝置及投射光學系統 TWI812715B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-123925 2018-06-29
JP2018123925 2018-06-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202011103A true TW202011103A (zh) 2020-03-16
TWI812715B TWI812715B (zh) 2023-08-21

Family

ID=68986474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108116915A TWI812715B (zh) 2018-06-29 2019-05-16 圖像顯示裝置及投射光學系統

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11425345B2 (zh)
EP (1) EP3816697A4 (zh)
JP (1) JP7243723B2 (zh)
CN (1) CN112334814B (zh)
TW (1) TWI812715B (zh)
WO (1) WO2020004099A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI831849B (zh) * 2018-12-07 2024-02-11 日商索尼股份有限公司 圖像顯示裝置及投射光學系統
JP7380246B2 (ja) 2020-01-23 2023-11-15 セイコーエプソン株式会社 投写光学系、およびプロジェクター
TW202204969A (zh) * 2020-05-27 2022-02-01 日商索尼集團公司 圖像顯示裝置及投射光學系統

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2786796B2 (ja) 1993-06-23 1998-08-13 シャープ株式会社 プロジェクター
JPH10111458A (ja) * 1996-10-03 1998-04-28 Nissho Giken Kk 反射型結像光学系
JP3727543B2 (ja) * 2000-05-10 2005-12-14 三菱電機株式会社 画像表示装置
JP2008033290A (ja) 2006-06-30 2008-02-14 Pentax Corp 投影装置
US20080002158A1 (en) 2006-06-30 2008-01-03 Pentax Corporation Projection Device
US7515345B2 (en) * 2006-10-09 2009-04-07 Drs Sensors & Targeting Systems, Inc. Compact objective lens assembly
JP4668159B2 (ja) * 2006-11-06 2011-04-13 ソニー株式会社 投射光学系および投射型画像表示装置
JP4829196B2 (ja) 2007-09-28 2011-12-07 株式会社リコー 投射光学装置
JP5365155B2 (ja) 2008-11-21 2013-12-11 ソニー株式会社 投射型画像表示装置および投射光学系
JP5332686B2 (ja) * 2009-02-13 2013-11-06 セイコーエプソン株式会社 投射光学系及び投射型画像表示装置
JP2010237356A (ja) 2009-03-31 2010-10-21 Sony Corp 投射型画像表示装置および投射光学系
US8457530B2 (en) 2009-09-08 2013-06-04 Ricoh Company, Ltd. Plastic optical element, optical scanning device, and image forming apparatus
JP2011075669A (ja) 2009-09-29 2011-04-14 Hitachi Consumer Electronics Co Ltd 投射型映像表示装置
KR20110120590A (ko) 2010-04-29 2011-11-04 삼성전자주식회사 광학 시스템 및 이를 적용한 영상투사장치
JP2012027113A (ja) 2010-07-21 2012-02-09 Ricoh Co Ltd 投射光学系及び画像投射装置
JP5145486B1 (ja) * 2011-07-05 2013-02-20 日東光学株式会社 投射光学系およびプロジェクタ装置
US20140002802A1 (en) * 2012-06-27 2014-01-02 Young Optics Inc. Projection apparatus and projection lens thereof
JP6412915B2 (ja) * 2013-03-15 2018-10-24 アイミ インコーポレーテッドＩｍｍｙ Ｉｎｃ． 枠組み構造を介して位置合わせ状態を保持したヘッドマウントディスプレイ
JP6274749B2 (ja) * 2013-05-14 2018-02-07 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
US10107996B2 (en) * 2013-12-05 2018-10-23 Delta Electronics, Inc. Wide-angle projection optical system
JP5949975B1 (ja) * 2015-02-18 2016-07-13 セイコーエプソン株式会社 投射光学系
JP5939324B1 (ja) * 2015-02-18 2016-06-22 セイコーエプソン株式会社 投射光学系
JP6582728B2 (ja) 2015-08-21 2019-10-02 セイコーエプソン株式会社 投射光学系及びプロジェクター
JP2017198737A (ja) 2016-04-25 2017-11-02 コニカミノルタ株式会社 撮像レンズ及び撮像装置
WO2018008199A1 (ja) 2016-07-04 2018-01-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 投写光学系および画像投写装置
WO2018173585A1 (ja) * 2017-03-22 2018-09-27 ソニー株式会社 投射レンズおよび投影装置
EP3654083A4 (en) 2017-07-10 2020-07-08 Sony Corporation IMAGE DISPLAY DEVICE AND OPTICAL PROJECTION SYSTEM
JP2019124796A (ja) 2018-01-16 2019-07-25 キヤノン株式会社 結像光学系、画像投射装置およびカメラシステム
JP7234498B2 (ja) * 2018-03-19 2023-03-08 株式会社リコー 投射光学系ユニット及び投射光学装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2020004099A1 (ja) 2021-08-02
CN112334814A (zh) 2021-02-05
TWI812715B (zh) 2023-08-21
US11425345B2 (en) 2022-08-23
CN112334814B (zh) 2023-06-27
EP3816697A1 (en) 2021-05-05
EP3816697A4 (en) 2022-03-16
JP7243723B2 (ja) 2023-03-22
US20210235048A1 (en) 2021-07-29
WO2020004099A1 (ja) 2020-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI788366B (zh) 圖像顯示裝置及投射光學系統
KR20150015000A (ko) 투사 광학계 및 화상 투사 장치
JP7243723B2 (ja) 画像表示装置及び投射光学系
TWI816758B (zh) 圖像顯示裝置、投射光學系統及圖像顯示系統
US20080024740A1 (en) Illumination device, and projection system including the same
JP2022040640A (ja) 光学系、プロジェクター、および撮像装置
JP7318665B2 (ja) 画像表示装置及び投射光学系
WO2021241297A1 (ja) 画像表示装置及び投射光学系
WO2023145112A1 (ja) 画像表示装置、画像表示システム、及び投射光学系
KR102200450B1 (ko) 영상 투사 장치
JP6803764B2 (ja) 投射光学系および画像表示装置
JP2022080857A (ja) 投影レンズアセンブリ及び投影装置
JP2007010787A (ja) プロジェクタ、映像表示装置およびプロジェクションシステム
JPH0480711A (ja) 投射型表示装置