TWI289210B - Projection optical system and projection type image display device - Google Patents

Description

1289210 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於新穎之投射光學系統及投射型圖像顯示裝 置。詳言之，係關於一種一方面維持低畸變（distortion)且高 解析度（resolution)，一方面縮小深度（depth)，而且，縮小畫 面之下方（或是上方）部分之技術。 【先前技術】 最近’對於背投式電視（rear projection television)之需要 瞻急速地昇高起來。背投式電視由於具有做為LCD(Liquid Crystal Display ;液晶顯示）直視型電視、pDP(piasnia Display

Panel ;電漿顯示面板）所代表之平面電視之要素，而且，與 該等相較’係將1时程度之圖像顯示元件加以擴大投射之系 統’因此能夠以低價格提供。此外，對於BS(Broadcasting Satellite ’廣播喊星）數位廣播（digital broadcasting)、地上波 數位廣播所代表之類之高晝質（Full High Definition )信號水 準之高畫質化之要求，亦能夠比較容易地對應係主要之原 •因。 另一方面，由於搭載光源、照明光學系統、投射光學系統， 並使用大口徑之背面鏡片（mirror)投射於螢幕，因此，若如 同圖62所示，根據光軸a係通過圖像顯示元件b及螢幕c之中 心而投射之以往之方法，則從原理上觀之，同時縮小深度d 及畫面下方之大小e係非常困難的。 此外亦有為了一方面達成投射圖像之大型化， 4 乃曲達 成背投式電視之薄型化（深度方向之小型化），而對於螢幕從 103976.doc 1289210 斜方向（以下稱為斜向投射）投射之光學系統。 例如，於特開平5-1003 12號公報中，有提案做為投射光學 系統，使用大視角（angle of view)之廣角透鏡，對於投射光 學系統之光軸，將圖像顯示元件及螢幕加以變換（shift)配 置，藉由使用視角之邊緣的部份進行斜向投射者。 此外’於特開平5-80418號公報中，有提案利用第1之投射 光學系統使基於光閥（light valve)之圖像光中間成像，並利 用第2之投射光學系統擴大投射於螢幕，再藉由將各投射光 學系統之光軸適當地加以傾斜以進行斜向投射者。此外，最 近’為了抑制伴隨於廣角化之色差（chromatic aberration)之 發生，亦有提案利用反射面以實現斜向投射之投射光學系統 者。 於再公表特許WO 01/006295號公報所揭示之投射光學系 統中’主要係使用包含折射光學系統g與凸面反射面f之光學 系統以實現斜向投射。圖63係揭示再公表特許w〇 〇1/006295號公報所揭示之光學系統之概略之圖式。 此外’於特開2002-40326號公報中，係從圖像顯示面板h 依序地使用凹、凸、凸、凸之4片之反射面i、j、k、i以達成 無色差之投射光學系統（參照圖64)。 此等之專利公報中所揭示之光學系統係對於光軸採用旋 轉對稱之構造，並使用超廣角光學系統之一部分以進行斜向 投射。 於特開2001_25 5462公報中，有提案使用離軸（〇ff-axial)2 光學系統之斜向投射光學系統者。於此光學系統中，係藉由 103976.doc 1289210 此*外，藉由於複數之 間像而達成抑制反射 使用離軸之光學系統以補正梯形畸變， 反射面m、m、…與反射面n之間連結中 面之大小之投射光學系統（參照圖65)。

如同再公表特許WO (Π/006295號公報所揭示之光學系 統，於組合凸面反射面f與折射光學系統§之情形，與僅有折 射光學系統之構造相較，容易消除色差，而且，廣角化係容 易的。另一方面，由於係利用一個反射面擔負大部分之發散 (divergence)作用，因此，為了適切地進行畸變（(1^〇土〇幻 以及像面之像差（aberration)補正，必須某種程度地縮小其折 射力，必然地，將具有招致凸面反射面f之大型化及凹陷（sag) 篁之增大化之傾向。此種情形，不僅使凸面反射面之製造變 為困難，畫面下方部分變高（參照圖62之e)，此外，利用此 才又射光學系統構成背投式電視之情形，深度亦變大（參戶夸 圖62之d)。 於特開2002-40326號公報所揭示之投射光學系統中，由於 不具有折射光學系統，因此，於原理上，色差將不會發生， 而且，由於亦無透鏡所致生之吸收，因此，能夠達成明亮之 光學系統。但是，由於變成僅具有反射面之構造，因此，對 於各反射面之面精度、組裝精度非常地敏感，製造成本有增 大之傾向。此外，由於在縱方向配置複數之反射面i〜i，因 此，晝面下方之部分變高（參照圖62之e)。再者，若為了進 行薄型化，而進一步地加大投射角度，則反射面，特別是最 終段之反射面將變大，反射面之製造將變為款難，而且，於 利用此一投射光學系統構成背投式電視之情形，將招致畫面 103976.doc 1289210 下方之部分更為大型化。 於特開2001-255462公報中所揭示之投射光學系統之情 形，由於具有中間成像面，因此，具有一方面廣角化，另一 方面縮小反射面之優點。另一方面，將變成利用剩餘之經過 偏心之反射面以補正因為使反射面偏心所發生之偏心像 差反射面變成至少需要3面以上。因而，於利用此一投射 光學系統構成背投 < 電視之情形，$ 了實現晝面下方之充分 之小型化將更受有制約，此外，反射面並非旋轉對稱之構 造，而係以自由曲面所構成，對於面精度、組裝精度非常地 敏感，且具有製造困難，導致成本增加之問題。 因此，本發明係鑑於上述之過去之問題點，關於一方面維 持低畸變且高解析度，一方面縮小反射面之大小，一方面減 少反射面之數量之例如背投式電視，以提供一種適合用以縮 小其深度，而且縮小畫面之下方（或是上方）部分之投射光學 系統為課題。 【發明内容】 本發明投射光學系統，為了解決上述之課題，包含形成縮 小側之1次像面之中間像之第丨光學系統、與具有使之形成根 據上述中間像之擴大側之2次像面之凹面反射面之第2光學 系統，而其構造，乃從上述丨次像面之中心到達上述2次像面 之中心之光線與上述第1光學系統之光軸交又，進一步於上 述凹面反射面反射後，再度與上述光軸交叉，而到達上述2 次像面。 此外，本發明投射型圖像顯示裝置，為了解決上述之課 103976.doc 1289210 題，包含光源、與基於影像信號將從上述光源所發出之光線 加以調變（modulate)而輸出之調變機構、與從上述調變機構 側之1次像面朝螢幕侧之2次像面擴大投射之投射光學系 統’其中’上述投射光學系統含有形成上述1次像面之中間 像之第1光學系統、與具有使之形成根據上述中間像之2次像 面之凹面反射面之第2光學系統，而其構造，乃從上述1次像 面之中心到達上述2次像面之中心之光線與上述第1光學系 統之光轴交叉’進一步於上述凹面反射面反射後，再度與上 述光軸交叉，而到達上述2次像面。 因此，於本發明中，係利用從1次像面之中心到達2次像面 之中心之光線經由與第1光學系統之光軸交又，其次，於凹 面反射面被反射後，再度與上述光轴交又，而到達上述2次 像面之光路’使來自例如經配置成接近水平方向之第1光學 系統而形成2次像面之光線藉由第2光學系統朝上方輸出。而 第2光學系統，若使從第1光學系統之中間像上之1點擴展之 小型光束收斂成2次像面上之1點即可，得利用小型之光學焚 件實現之。此外，於利用本發明之投射光學系統以構成投射 型圖像顯示裝置之情形，經由使來自例如經配置成接近水平 方向之第1光學系統而形成2次像面之光線藉由第2光學系統 朝上方（或是下方）輸出，過去認為必要之被配置於螢幕下方 (或是上方）之光學系統之空間（space)將大幅地減少。 本發明投射光學系統係從縮小側之1次像面朝擴大側之2 次像面擴大投射之投射光學系統，其包含形成上述丨次像面 之中間像之第1光學系統、與具有使之形成根據上述中間像 103976.doc 1289210 % 之上述2次像面之凹面反射面之第2光學系統，其特徵在於·· 從上述1次像面之中心到達上述2次像面之之中心之光線與 上述第1光學系統之光轴交又，進一步於上述凹面反射面反 射後’再度與上述光軸交叉，而到達上述2次像面。 此外’本發明投射型圖像顯示裝置，係包含光源、與基 於影像信號將從上述光源所發出之光線加以調變而輸出之 調變機構、與從上述調變機構侧之1次像面朝螢幕侧之2次 像面擴大投射之投射光學系統，其特徵在於：上述投射光 學系統含有形成上述1次像面之中間像之第1光學系統、與 具有使之形成根據上述中間像之2次像面之凹面反射面之 第2光學系統，且從上述丨次像面之中心到達上述2次像面之 中心之光線係與上述第1光學系統之光軸交又，進一步於上 述凹面反射面反射後，再度與上述光轴交叉，而到達上述2 次像面。 因此，於本發明投射光學系統中，藉由採用從丨次像面之 中心到達2次像面之中心之光線係經由與第丨光學系統之光 轴交叉，其次，於凹面反射面被反射後，再度與上述光軸 交叉，而到達上述2次像面之光路之構造，由於係利用第1 光學系統一度形成中間成像面，而於該中間成像面之後配 置凹面反射面，使之再度形成2次像面，因此，無須使凹面 反射面大型化，即能夠形成像差補正良好且具有充分之光 學性能之大型畫面。 此外，由於本發明投射型圖像顯示裝置係使用上述之投 射光學系統將於調變機構所形成之圖像投射於螢幕，因 103976.doc -10- P89210 此，一方面能夠達成薄型化盥 G興贊幕下方（或是上方）之小型 化，一方面能夠顯示像差補正良 r且具有充分之光學性能 之大型之擴大圖像。 【實施方式】 關於用於實施本發明投射光學系統及投射型圖像顯示裝 置之取佳之型’悲’參照附屬圖式說明之(關於投射光學系 統’參照圖19、圖21及圖61 ;關於投射型圖像顯示裝置，參 照圖7及圖8)。 本發明投射光學系統，係從縮小側之丨次像面朝擴大侧之2 次像面擴大投射之投射光學系統，包含具有使之形成上述i 次像面之中間像之凹面反射面之第丨光學系統、與具有形成 根據上述中間像之2次像面之第2光學系統，其中，從上述j 次像面之中心到達上述2次像面之中心之光線係與上述光軸 交叉，進一步於上述凹面反射面反射後，再度與上述光軸交 叉’而到達上述2次像面。若總結成像關係，乃採用利用 第1光學系統形成1次像面之中間像，然後，利用凹面反射面 變成收斂光，形成光瞳（pupil)而形成為2次像面之構造。根 據上述第1光學系統之中間像之倍率低，經由第2光學系統被 擴大，以特定之倍率形成為2次像面。 如同再公表特許W0 01/006295號公報中所揭示之光學系 統’使之具有將像擴大於凸面反射面之效果之情形，若縮小 凸面反射面之曲率（curvature)，則光線會出現漸暈 (vignetting)，僅以1片之凸面反射面無法增加放大率 (magnifying power)，此外，若擴大凸面反射面之曲率，則 103976.doc -11 - 1289210 像差補正變為困難，無法獲得充分之光學性能。為避免此種 l ’若使用複數之凸面反射面進行倍率（p〇wer)之分散以 縮小各個凸面反射面之曲率，則因為用於複數之凸面反射面 之配置所需要之空間，光學系統將變得更大。 與之相對地’若為凹面反射面，即使縮小曲率，光線亦難 以出現漸暈。凸面反射面與凹面反射面之擴展視角（angle 〇f view)之效果，係因光瞳位置之前後而異，而變成如下之情 形。 (A) 若於光瞳位置與成像位置（2次像面之位置）之間，則凸面 反射面具有擴展視角之效果。 (B) 若於成像位置（中間像之位置）與光瞳位置之間，則凹面 反射面具有擴展視角之效果。 但是’即使係使用凹面反射面之情形，若從光瞳位置至2 次像面之間有多數光學面，則由於該等光學面必須接受經由 凹面反射面而擴展之光線，利用該等光學面之光學系統將變 大。因此，凹面反射面有配置於2次像面側之必要。因此， 在本發明投射光學系統中，係設計成利用第1光學系統一度 形成中間像，然後，配置凹面反射面，再度形成為2次像面。 此外，如同變成於此凹面反射面之正後方形成光瞳之構造， 藉由於適切之位置配置凹面反射鏡，將防止凹面反射面之大 型化。 於本發明投射光學系統中，利用以共通之光軸為中心之旋 轉對稱面構成第1光學系統及第2光學系統之各面最為理 想’如此一來’與利用自由曲面、離轴（〇ff_axial)面構成之 103976.doc -12- 1289210 情形相較’各構成面之形成係容易的，有助於製造成本之降 低，而且，亦能夠提高各構成面之面精度，其結果，將變成 容易發揮優良之光學性能。 此外，若僅利用i面之凹面反射面構成第2光學系統，將減 少構成零件之數量’促進節省空間化、低成本化。再者，以 更加良好之像差補正為目的而於凹面反射面之前後穿插凹 或凸之反射面，亦屬可能。 藉由設計成利用第丨光學系統，使中間像從第2光學系統之 凹面反射面形成於1次像面側，一方面能夠防止凹面反射面 之大型化，一方面能夠形成像差補正良好且具有充分之光學 I*生月b之大型之2次像面。此處，必須注意的是，利用第丨光學 系統形成中間像時，從丨次像面至中間像為止之距離經常會 變長。於此距離較長之情形，由於光學系統亦變大，因此， 變成有必要抑制從1次像面至中間像為止之距離。關於目 枯，若將第1光學系統之長度訂為Ls，從上述第丨光學系統至 上述中間像為止之距離訂為Si，則最好滿足以下之條件式 (1)。 (l)Si/Ls<2 若上述條件式（1)之左邊為2以上，則從1次像面至第2光學 系統為止之距離將變長，途中，即使利用平面鏡面使之彎 曲’光學糸統亦不會變小。 而於本發明投射光學系統中，係藉由於凹面反射面與2次 像面之間構成光瞳而有效率地進行光路之引導。為達該目 的，相對於從第1光學系統之最終面至前述凹面反射面為止 103976.doc -13- 1289210 之沿著光軸之距離S12，凹面之焦點距離|R|/2必須如同以 下之條件式（2)變小。 (2) S12> | R | /2 、此外，於凹面反射面之丨次像面或2次像面上具有反射面之 光學系統之情形，相對於從其凹面反射面至前後之反射面為 止之沿著光軸之距離SR12,必須如同以下之條件式（3)變小 (3) SR12> | R | /2 將本發明投射光學系統配置於形成2次像面之螢幕之下侧 之情形，靠近光軸之光線係於螢幕上到達下側，隨著遠離光 軸，而到達螢幕上之上部。也就是說，光軸侧之光線距離成 像位置較近，隨著遠離光軸，成像位置變遠。因此，為使之 不產生像面之彎曲而成像於螢幕上，相對於凹面反射面之近 軸（paraxial)之曲率，有採用曲率係隨著遠離光軸而變小之構 造之必要。亦即，有必要變成圓錐常數（c〇nstant 〇f the cone)Kf 1之區域。尤其，最好係於拋物面（κ==_丨）、雙曲線（κ < -1)附近。 此外，關於本發明投射光學系統，使用旋轉對稱非球面係 有效的。特別是能夠適切地控制像面彎曲。如此一來，透鏡 片數之減少、小F值化（小開口數（numerical apenure)可）亦變 為可能，而能夠實現低成本、高晝質之投射光學系統。 而該旋轉對稱非球面之形狀係根據以下之數1式所定義 [數1] ★ 103976.doc -14- 1289210 Z = (h4/r)/{1+/"(1-(1+K)hVr2)} + A4-h4+A6-he+A8-ha+· · 此處，訂為 Z :非球面之凹陷（sag)量 h:對於光轴垂直之高度 r :近軸之曲率半徑（radius of curvature) K :圓錐常數

Ai : i次之非球面係數 此外，關於本發明投射光學系統，有些情形使用包含奇數 次之非球面係數之旋轉對稱非球面係有效的。該種情形之旋 轉對稱非球面之形狀係根據以下之數2式所定義者。 [數2] ★ Z = (hVr)/{1+V"(1-(1+K)hVr*)} + A1.h + A2.h2+A3.h3+A4-h4 + A5-h5+A6-he+A7-h7+A8· h8+ A9 · h9+ · · · 如同上述數2式所示，由於存在自光軸起之距離^之奇數次 之項，會發生偶數次之像差，因此，例如，有h3之項之情形， 會發生2次之像面彎曲、畸變像差。因而，藉由適切地給予 凹面反射面非球面係數，將能夠比具有根據上述數1式之非 球面之情形更加適切地控制畸變像差。 本發明投射型圖像顯示裝置，係設計成包含光源、與基於 〜像仏7虎將從上述光源所發出之光線加以調變（m〇(juiate)而 輸出之調變機構、與從上述調變機構側之1次像面朝螢幕側 之2次像面擴大投射之投射光學系統，其中，上述投射光學 系統含有形成上述1次像面之中間像之第1光學系統、與具有 103976.doc -15- 1289210 使之形成根據上述中間像之2次像面之凹面反射面之第2光 學系統，且從上述i次像面之中心到達上述2次像面之中心之 光線係與上述第1光學系統之光軸交又，進—步於上述凹面 反射面反射後’再度與上述光軸交又，而到達上述2次像面 者0 因而’由於本發明投射型圖像顯示裝置係使用上述之本發 明投射光學系統將經由調變機構所形成之圖像投射於營幕

上’因此’ 一方面能夠達成薄型化與螢幕下方（或是上方）之 小型化，-方面能夠顯示像差補正良好且具有充分之光學性 能之大型之擴大圖像。 使用穿透型螢幕，該螢幕於前面所配置之擴箱㈣㈣中 内藏光源、調變機構及投射光學系統，藉由採用利用投射光 學系統從背面擴大投射於穿透型螢幕之構造，能夠構成呈現 出與使用薄型之液晶面板與pDp之平面電視相同之外觀之 背投式電視。 若於上述櫥箱之下部設置投射光學系統，並備置配置於橋 箱之上部，為將從上述投射光學系統所輸出之光線反射到達 上述穿透型螢幕而偏向之平面鏡片，更為薄型化將變為可 藉由將對於上述中間像之上述2次像面之根據上述第2光 學系統之光瞳設計成形成於從上料面鏡片至上述穿透型 螢幕面之光束之外側’櫥箱内之光路之繞行之自由度增加， 而且’於第2光學系統與2次像面之間光束最為集中之地點之 光曈位置設置有開口之遮蔽部將變為可能，且變得容易採取 103976.doc -16 - 1289210 投射光學系統之防塵對策與外光對策。 從1次像面之中心至2次像面之中心之光線係與上述光軸 於垂直面内交又，藉由於上述第丨光學系統與上述第2光學系 統之間備置將上述光線反射並使之於水平面内偏向之反射 機構，將能夠與螢幕面平行地配置構成第丨光學系統之光學 構件之光軸，深度方向之更加小型化，亦即，薄型化係屬可

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月& Q 可是，於特開2005-84576號公報所刊載之投射型圖像顯示 裝置（參照圖66)中，係藉由以最外部區域光p對於螢幕〇乃大 致平行地反射之方式而配置平面鏡片q，而且，於該平面鏡 片q之相反側（若平面鏡片q係上侧，則為下侧），配置投射光 學系統r’將縮小深度（薄型化），而且，縮小螢幕〇之下方（或 是上方）。 然而，此特開2〇〇5-84576號公報所刊載之投射型圖像顯示 裝置，係藉由以最外部區域光P對於螢幕〇乃大致平行地反射 之方式而配置平面鏡片q，而且’對於該平面鏡片q，於之相 反側配置投射光學系統Γ’使深度變薄，而且，縮小晝面下 方（或是上方）。於此投射型圖像顯示裝置之情形，欲保持縮 小畫面下方（或是上方而謀求進_步之薄型化時，則有使 最外部區域光Ρ之對於發幕〇之角度某種程度地變大之必 要。因而，於特開2005-84576號公報所揭示之類之投射光學 系統中，由於曲面反射面較多，光路彎曲之自由度減少，無 法縮小投射光學系統之深度方向’因此，進一步之薄塑化變 為困難。 103976.doc -17- 1289210 於本發明之投射型圖像顯示裝置中，設置用於依照要求地 引導絰由上述凹面反射面反射後之光路之至少一面之平面 反射面，將從位於上述螢幕之正前方之平面反射面朝向螢幕 之光線之中通過距離上述螢幕最遠之位置之最外部區域光 線與上述螢幕所形成之角度訂為θ，藉由滿足條件式 (4)〇.6>tan0>〇.〇5，進一步之薄型化將變為可能。 以下，使用圖式及表格說明本發明投射光學系統及投射型 圖像顯示裝置之實施型態及數值實施例。 (第1之實施之型態） 圖1係揭示使用關於本發明之第1之實施之型態之投射光 學系統之投影機（投射型圖像顯示裝置）之光學全系統之概 略之圖式。此外，圖2中，係擴大揭示投射光學系統。 於此揭示第1之實施之型態之圖式中，p丨係做為調變機構 之圖像顯示元件，從該圖像顯示元件P1中之圖式未揭示之光 源所發出之光線係基於影像信號經過調變而形成有1次像 面。做為上述圖像顯示元件P1，得使用反射型或穿透型之點 矩陣液晶面板與數位微鏡裝置（digital micromirror device ; DMD)荨。此外’圖中之pp 1係表示偏極分光鏡（p〇iarized beam splitter，PBS)與 4P稜鏡、内部全反射稜鏡（Total Internal Reflector; TIRprism)等。STOP係表示孔徑。再者，雖然投 影機中照明圖像顯示元件P1之照明光學系統係必要的，但 是’圖1、圖2及其他揭示第1之實施之型態之圖式中省略照 明光學系統。 L11係包含折射光學元件之第}光學系統，L12係包含凹面 103976.doc -18 - 1289210 反射面AM 1之第2光學系統。利用此一包含第丨光學系統L i i 與及第2光學系統L12之投射光學系統，將經由圖像顯示元 件P1進行圖像調變之光線（1次像面）引導至螢幕s丨，於螢幕 S1上形成圖像（2次像面）。亦即，利用第i光學系統Lu於圖2 中π之位置進行中間成像。然後，經過於第2光學系統L12之 凹面反射面AM1反射之後，形成光瞳之像，而成像於螢幕s i 上。如圖2所示，此一投射光學系統之每一個光學面對於光 軸AXIS1具有旋轉對稱之形狀。再者，於圖2，第2光學系統 L12之凹面反射面AM1之中不使用之部分，從而，經除去之 部分以虛線表示。 表1中揭示於此有關第i之實施之型態之投射光學系統適 用具體數值之數值實施例1之資料。再者，於以下之各表中， 面編號係以從1次像面（顯示元件侧）朝2次像面（投射圖像 面）1、2、3…增加之方式標註，孔徑（aperture)則未給予編號。 此外’於曲率半徑（curvatureradius)之列，「inf」係表示該 當面為平面，折射率及阿貝數（Abbe number ;色散數值）係 指於1次像面侧具有該當面之玻璃材料之折射率及阿貝數， 而且，係於e線（546.1 nm)之數值。此外，英吋大小（inchsize) 表示投射圖像面之對角線之大小，而表示非球面係數之「E」 意味以10為底之指數表現。 103976.doc •19- 1289210 [表i] ★_ 螢幕對角:52.7英对 顯示元件面側開口數：0.204

面編 曲率半徑 間隔 玻璃材料(e線之 折射率/阿貝數） 顯示元件面 INF 22.100 1 INF 12.000 1.83962/42.8 2 INF 27.300 1.51872/64.0 3 INF 6.050 4 81.82639 6.359 1.48914/70.2 5 -1254.73767 0.300 6 43.89754 11.831 1.48914/70.2 7 -198.97423 0.200 8 43.61635 2.303 1.83930/37.1 9 25.81806 12.032 1.48914/70.2 10 131.45439 1.656 11 -61.19711 1.947 1.81184/33.0 12 30.63239 11.922 1.49845/81.2 13 -31.42185 0.200 14 -32.45023 1.725 1.81184/33.0 15 36.45838 8.480 1.85505/23.6 16 -58.84008 17.579 孔徑 INF 47.218 17 43.97454 10.553 1.57125/55.8 18 -1904.72192 12.159 19 非球面 -1403.57952 7.000 1.49357/57.8 20 非球面 135.84325 0.300 21 32.78514 12.508 1.58913/61.3 22 44.75799 9.839 23 -56.04514 2.033 1.83930/37.1 24 43.91998 22.513 25 -4988309 9.344 1.49357/57.8 26 非球面 -40.64674 320.000 27 非球面 -85.89587 -439.276 反射面 投射圖像面 INF 103976.doc 20- 1289210 S19 K 2679.3838430 A4 -1.27105E-05 A6 1.10518E-08 A8 -4.79662E-12 S20 K -65.0537440 A4 -1.04155E-05 A6 9.26604E-09 A8 -5.80805E-12 S26 K -1.1618060 A4 -1.08919E-06 A6 -9.68945E-10 A8 6.42182E-13 K -2.6454840 S27 A4 -1.17532E-07 A6 6.31776E-12 A8 -2.93186E-16 A10 8.80773E-21 A12 -1.55073E-25 A14 1.18177E-30 於數值實施例1中，圖像顯示元件PI，其縱橫比為16 : 9， 像素（pixel)數為1920 X 1080，大小為0.61英吋，經過擴大成 為52·7英吋，物體側之開口數為0.204(對應於F值2.5)。像素 大小於圖像顯示元件P1上變成約7 μηι，於螢幕S 1上變成約 0.608 mm 〇 數值實施例1之投射光學系統之瞳線斑圖（spot diagram)揭 示於圖4，畸變揭示於圖5。瞳線斑圖中表示之從（1)至（15) 之視角係於圖像顯示元件P1上從圖3所示之從（1)至（15)之各 位置發出。此外，參照波長訂為656.28 nm、620.0 nm、546.07 nm、460.0 nm、435.84 nm，個別之重量 2、2、3、2、1。圖 4之比例係螢幕S1上之1像素之2倍之長度。如圖4所示，獲得 充分之成像性能。此外，如圖5所示，未察見有明顯之圖像 之畸變獲得充分之成像性能而獲得充分之成像性能。 為將關於此數值實施例1之投射光學系統配置於背投式電 視之櫥箱CAB1之内部，如圖6及圖7所示，有使光路於平面 鏡片MM11、MM12、MM13折回而變得小型之必要。圖6及 圖7係揭示於投射光學系統與螢幕S1之間配置平面鏡片 MM13，於第1光學系統L11與第2光學系統L12之間配置平面 103976.doc -21 - 1289210 鏡片MMll、MM12，使光路順利地彎曲之構造。從1次像面 之中心朝向2次像面之中心之光線於垂直面内與光軸交叉之 情形，平面鏡片MMll、MM12係於第1光學系統與第2光學 系統之上述凹面反射面AM1之間反射光線而於水平面内偏 向。此外，例如，於將投射光學系統配置於櫥箱之下部之情 形，平面鏡片MM13係被配置於櫥箱CAB 1之上部，反射從投 射光學系統所輸出之光線使之偏向而到達螢幕S 1。 圖7係從側面觀察之圖式，如圖9所示，為使最外部區域光 線與螢幕之形成之角度Θ變成8·4度程度，藉由適切地利用平 面鏡片ΜΜ13使光路彎曲，能夠使裝置之厚度變為2〇〇 nm以 下，亦能夠縮小晝面下方部份。 此外，圖8係擴大揭示圖6及圖7中之投射光學系統之部分。 於此關於第1之實施之型態之投射型圖像顯示裝置中，雖 然藉由利用平面鏡片MMll、MM12、MM13使光路弯曲而達 成裝置之小型（compact)化，但是，使光路彎曲之方法並非 限於上述之方法者。例如，既得於第1光學系統L11内配置平 面鏡片，設計成於平面鏡片MM13與凹面反射面AM1之間配 置其他之平面鏡片之構造，亦屬可能。 此外，根據使第1光學系統L11之中間像形成於螢幕s 1之 之第2光學系統L12之光瞳API(即光束收歛之部分）係形成於 從平面鏡片MM13至螢幕S1之全面之光束之外側。藉由依此 方式配置投射光學系統，能夠設置遮蔽箱PB 1，以便於從第 2光學系統L12朝向平面鏡片MM13之光束、與從平面鏡片 MM13至螢幕S1之全面之光束之間，使朝向螢幕81之光束於 103976.doc -22- 1289210 接近最小之開口 T01通過。而藉由此遮蔽箱PBl，將不會遮 蔽經投射之影像光，而能夠保護投射光學系統（即第1光學系 統L11及第2光學系統L12)免於塵埃之附著。此外，遮蔽箱 PB 1係遮蔽從螢幕S1入射於櫥箱内部之外光，能夠防止該外 光於例如第2光學系統L12之凹面反射面AM1等反射而變成 雜散光，而使被投射於螢幕S1之影像之對比劣化之情形。 (第2之實施之型態） 圖10係揭示使用關於本發明之第2之實施之型態之投射光 學系統之投影機（投射型圖像顯示裝置）之光學全系統之概 略之圖式。此外，圖11中，係擴大揭示投射光學系統。 於此揭示第2之實施之型態之圖式中，P2係做為調變機構 之圖像顯示元件，從該圖像顯示元件P2中之圖式未揭示之光 源所發出之光線係基於影像信號經過調變而形成有1次像 面。做為上述圖像顯示元件P2，得使用反射型或穿透型之點 矩陣液晶面板與數位微鏡裝置（digital micromirror device ; DMD)等。此外，圖中之PP2係表示偏極分光鏡（p〇iarized beam splitter ; PBS)與 4P 稜鏡（prism)、内部全反射棱鏡（Total Internal Reflector ; TIR prism)等 STOP係表示孔徑。再者， 雖然投影機中照明圖像顯示元件P2之照明光學系統係必要 的，但是，圖10、圖11及其他揭示第2之實施之型態之圖式 中省略照明光學系統。 L21係包含折射光學元件之第1光學系統，[22係包含凹面 反射面AM2之第2光學系統。利用此一包含第1光學系統L21 與及第2光學系統L22之投射光學系統，將經由圖像顯示元 103976.doc -23- 1289210 件P2進行圖像調變之光線（1次像面）引導至螢幕S2，於螢幕 S2上形成圖像（2次像面）。亦即，利用第1光學系統L21於圖 10及圖11中II之位置進行中間成像。然後，經過於第2光學 系統L22之凹面反射面AM2反射之後，形成光瞳之像，而成 像於螢幕S2上。如圖11所示，此一投射光學系統之每一個光 學面對於光軸AXIS2具有旋轉對稱之形狀。再者，於圖11， 第2光學系統L22之凹面反射面AM2之中不使用之部分，從 而，經除去之部分以虛線表示。 表2中揭示於此有關第2之實施之型態之投射光學系統適 用具體數值之數值實施例2之資料。 [表2] ik 螢幕對角：67.9英对 顯示元件面側開口數：0.204

面編號 曲率半徑 間隔 玻璃材料(e線之 折射率/阿貝數） 顯示元件面 INF 22.100 1 INF 12.000 1.83962/42.8 2 INF 27.300 1.51872/64.0 3 INF 6.050 4 48.02646 12.579 1.48914/70.2 5 -149.37820 0.300 6 470.90347 4.869 1.48914/70.2 7 -141.59099 2.024 8 51.42610 8.429 1.49845/81.2 9 -121.51292 1.377 10 -70.77524 2.158 1.81184/33.0 11 31.36886 12.970 1.49845/81.2 12 -34.28097 0.200 13 * -34.24547 1.872 1.81184/33.0 14 39.69278 8.724 1.85505/23.6 15 -67.65941 22.810 孔徑 INF 47.690 16 41.92112 11966 1.48914/70.2 103976.doc -24_ 1289210 17 -287.76955 7.924 18 非球面 1611.33087 7.000 1.49357/57.8 19 非球面 118.54047 0.300 20 32.60197 14.000 1.48914/70.2 1. 2 21 41.37986 10.096 22 -50.40323 2.005 1.77621/49.4 23 44.94476 20.707 24 -52.51332 10.000 1.49357/57.8 25 非球面 -42.31242 325.000 26 非球面 -87.00193 -547.789 反射面 投射圖像面 INF 0.000 S18 K -51177.61327 A4 -1.28130E-05 A6 9.95420E-09 A8 -3.65754E-12 S19 K -69.92292 A4 -9.59429E-06 A6 7.57585E-09 A8 -3.71822E-12 S25 K 1.018512 A4 -8.25367E-07 A6 -1.07783E-09 A8 5.13364E-13 K -2.619353 S26 A4 -1.08108E-07 A6 5.56005E-12 A8 2.48459E-16 A10 7.20728E-21 A12 -1.22716E-25 A14 9.07427E-31

於數值實施例2中，圖像顯示元件P2，其縱橫比為16 : 9， 像素數為1920 X 1080，大小為0.61英吋，經過擴大成為67.9 英吋，物體側之開口數為0.204(對應於F值2.5)。像素大小於 圖像顯示元件P2上變成約7 μπι，於螢幕S2上變成約0.783

數值實施例2之投射光學系統之瞳線斑圖揭示於圖13，畸 變揭示於圖14。瞳線斑圖中表示之從（1)至（15)之視角係於圖 像顯示元件Ρ2上從圖12所示之從（1)至（15)之各位置發出。此 夕卜，參照波長訂為 656.28 nm、620.0 nm、546.07 nm、460.0 nm、4 3 5 · 8 4 nm，個別之重量2、2、3、2、1。圖13之比例係 螢幕S2上之1像素之2倍之長度。如圖13所示，獲得充分之成 像性能。此外，如圖14所示，未察見有明顯之圖像之畸變獲 103976.doc -25- 1289210 得充分之成像性能而獲得充分之成像性能。 為將關於此數值實施例2之投射光學系統配置於背投式電 視之櫥箱CAB2之内部，如圖15及圖16所示，有使光路於平 面鏡片MM21、MM22、MM23折回而變得小型之必要。圖15 及圖16係揭示於投射光學系統與螢幕S2之間配置平面鏡片 MM23，於第1光學系統L21與第2光學系統L22之間配置平面 鏡片MM2 1、MM22，使光路順利地彎曲之構造。 圖16係從側面觀察之圖式，如圖18所示，為使最外部區域 光線與螢幕之形成之角度Θ變成9.8度程度，藉由適切地利用 平面鏡片MM23使光路彎曲，能夠使裝置之厚度變為250 nm 以下，亦能夠縮小晝面下方部份。而此最外部區域光線與瑩 幕之形成之角度Θ係以從2.9度至3 1_0度之範圍，亦即，tan0 係從0·05至0.6之範圍最為理想。 此外，圖17係擴大揭示圖15及圖16中之投射光學系統之部 分。 於此關於第2之實施之型態之投射型圖像顯示裝置中，雖 然藉由利用平面鏡片ΜΜ21、ΜΜ22、ΜΜ23使光路彎曲而達 成裝置之小型化，但是，使光路彎曲之方法並非限於上述之 方法者。例如，既得於第1光學系統L21内配置平面鏡片， 設計成於平面鏡片ΜΜ23與凹面反射面ΑΜ2之間配置其他 之平面鏡片之構造，亦屬可能。 再者，於此第2之實施之型態中，根據第2光學系統L22之 光瞳之位置係位於從平面鏡片ΜΜ23朝向螢幕S2之光束之y 最外部區域光線之外側，由於從投射光學系統朝向平面鏡片 103976.doc -26 - 1289210 MM23之光束與從平面鏡片MM23至螢幕S2之光束相互間不 會干涉，而且，光束於上述光瞳之位置係被集中的，因此， 當然能夠採用如同上述第1之實施之型態中所說明之遮蔽機 表3中揭示上述數值實施例1及數值實施例2之條件式 (1)、（2)對應值。

103976.doc -27- 1289210

【£<】 实鲥？^|^幸漤· 備註 從第1光學系統最終面至圖3或圖12之①之中間像面為止之距離 從第1光學系統最終面至圖3或圖12之⑦之中間像面為止之距離 從第1光學系統最終面至圖3或圖12之⑬之中間像面為止之距離 第1光學系統之全長 凹面反射面之近轴曲率 數值實施例2 〇 Os T—H 寸 210 -87.002 1數值實施例l | 00 r-H S 〇〇 m 210 -85.896 JN cn • —Η

Afrlj ) 備註 凹面反射面之圓錐常數 Si/Ls<2 Si/Ls<2 Si/Ls<2 S12> | R | /2 數值實施例2 -2.619 0.90 0.50 0.20 43.501 CN cn 數值實施例1 •2.645 0.88 0.49 0.18 42.948 320 奉 • Sil/Ls Si2/Ls Si3/Ls oi S12 103976.doc -28- 1289210 圖19係揭示上述實施之型態i之第丨光學系統^丨丨之中間 像位置。圖中Sil、Si2、Si3係表示於螢幕上從最下部、中 央、最上部之視角之中間像位置至第丨光學系統L丨i為 止之距 離。若以圖3 δ之，則為（1)、（7)、（π)之各點。個別地，Sil ，185 mm、Si2 与 102 mm、Si3 与3 8 mm。因第 1光學系統 L11 之長度Ls為210 mm，故滿足條件式（丨）。而上述數值實施例 1、2之任一者均滿足條件式（2)(參照表3)。 (第3之實施之型態） 圖20係揭示使用關於本發明之第3之實施之型態之投射光 學系統之投影機（projector)(投射型圖像顯示裝置）之光學全 系統之概略之圖式。此外，圖21中，係擴大揭示投射光學系 統。 於此揭示第3之實施之型態之圖式中，p3係做為調變機構 之圖像顯示元件’從該圖像顯示元件p3中之圖式未揭示之光 源所發出之光線係基於影像信號經過調變而形成有1次像 面。做為上述圖像顯示元件P3，得使用反射型或穿透型之點 矩陣液日日面板與數位微鏡裝置（digital micromirror device ; DMD)荨。此外’圖中之pp3係表示偏極分光鏡（p〇iarized beam splitteiSPBS)與 4P稜鏡、内部全反射稜鏡（Total Internal Keflector ; TIRprism)等，STOP係表示孔徑。再者，雖然投 影機中照明圖像顯示元件P3之照明光學系統係必要的，但 是’圖20、圖21及其他揭示第3之實施之型態之圖式中省略 照明光學系統。 L31係包含折射光學元件之第1光學系統，l32係包含反射 103976.doc •29- 1289210

面R31、R32之第2光學系統。此種情形，依照來自圖像顯示 元件P3之光線之路徑之順序，R3 1係1次像面侧之凸面反射 面，R32則係凹面反射面。利用此一包含第1光學系統L31與 及第2光學系統L32之投射光學系統，將經由圖像顯示元件 P3進行圖像調變之光線（1次像面）引導至螢幕S3，於螢幕S3 上形成圖像（2次像面）。亦即，利用第1光學系統L31於圖20 及圖21中II之位置進行中間成像。然後，經過於第2光學系 統L32之反射面R31、R32反射之後，形成光瞳之像，而成像 於螢幕S3上。如圖21所示，此一投射光學系統之每一個光學 面對於光軸AXIS3具有旋轉對稱之形狀。再者，於圖21，第 2光學系統L32之反射面R31、R32之中不使用之部分，從而， 經除去之部分以虛線表示。 表4中揭示於此有關第3之實施之型態之投射光學系統適 用具體數值之數值實施例3之資料。 [表4] ★ F值 F/3.0 英对大小 73.Γ 曲率半徑 間隔 玻璃材料(e線之折射 率/阿貝數） 顯示元件面 INF 1.400 1 INF 20.700 2 INF 12.000 1.83962/42.8 3 INF 27.300 1.51872/64.0 4 INF 6.505 5 54.33486 12.294 1.49845/81.2 6 -89.63152 2.549 7 44.87269 9.194 1.49845/81.2 8 106.88865 4.469 9 -49.15493 1.783 1.81184/33.0 10 34.57615 2.987 103976.doc -30- 1289210

11 39.16911 10.719 1.49845/81.2 12 -32.74038 2.658 13 -33.88982 1.581 1.81184/33.0 14 -204.17705 7.015 15 -1450.76818 5.146 1.85505/23.6 16 -47.28023 11.550 孔徑 INF 26.546 17 -30.01628 1.800 1.83962/42.8 18 40.25509 27.966 19 46.38086 14.898 1.59142/61.0 20 -231.41988 12.849 21 -91.96442 2.563 1.81263/25.3 22 -566.88378 0.300 23 41.52448 10.303 1.67340/46.9 24 62.01431 9.000 25 -70.56814 6.851 1.80831/46.3 26 46.59361 14.827 27 .54.43436 12.414 1.81081/40.5 28 -47.66710 171.972 29 非球面 1.01174E-05 -149.000 反射面（第1鏡片） 30 非球面 67.52094 485.861 反射面（第2鏡片） 投射圖像面 INF 29面非球面係數 K—28531.19104 A4-0.337498E-08 A6 0.665793E-11 A8-0.831931E-15 A10 0.510008E-19 A12-0.158764E-23 A14 0.200226E-28 30面非球面係數 K-2.694135 A4 0.170688E-06 A6-0.116784E-10 A8 0.647442E-15 A10-0.199351E-19 A12 0.298396E-24 A14-0.873758E-30 於數值實施例3中，圖像顯示元件P3，其縱橫比為16 : 9， 像素數為1920 X 1080，大小為0.61英吋，經過擴大成為73.1 英吋，F值為3。像素大小於圖像顯示元件P3上變成約7 μιη，於螢幕S3上變成約0.845 mm。 數值實施例3之投射光學系統之瞳線斑圖揭示於圖23，畸 變揭示於圖24。瞳線斑圖中表示之從（1)至（15)之視角係於圖 像顯示元件P3上從圖22所示之從（1)至（15)之各位置發出。此 夕卜，參照波長訂為 656.28 nm、620.0 nm、587.56 nm、546.07 103976.doc -31- 1289210 run、460.0 nm、43 5.84 nm，圖23之比例係螢幕S3上之1像素 之2倍之長度。如圖23所示，獲得充分之成像性能。此外， 如圖24所示，未察見有明顯之圖像之畸變獲得充分之成像性 能而獲得充分之成像性能。 為將關於此數值實施例3之投射光學系統配置於背投式電 視之櫥箱之内部，如圖25及圖26所示，有使光路於平面鏡片 M3 1、M32折回而變得小型之必要。圖25及圖26係揭示於投 射光學系統與螢幕S3之間配置平面鏡片M32，於第1光學系 統L31與第2光學系統L32之間配置平面鏡片M31，使光路順 利地彎曲之構造。從1次像面之中心朝向2次像面之中心之光 線於垂直面内與光軸交叉之情形，平面鏡片M3丨係於第1光 學系統與第2光學系統之上述凹面反射面之間反射光線而於 水平面内偏向。此外，例如，於將投射光學系統配置於櫥箱 之下部之情形，平面鏡片M32係被配置於櫥箱CAB 1之上 部’反射從投射光學系統所輸出之光線使之偏向而到達螢幕 S3 ° 此外’圖27係擴大揭示圖25及圖26中之投射光學系統之部 分。 於此關於第3之實施之型態之投射型圖像顯示裝置中，雖 然藉由利用平面鏡片M3 1、M32使光路彎曲而達成裝置之小 型化’但是，使光路彎曲之方法並非限於上述之方法者。例 如’既得於第1光學系統L31内配置平面鏡片，亦得設計成 於平面鏡片M32與凹面反射面R32之間配置其他之平面鏡片 之構造。 103976.doc -32- 1289210 圖26係從側面觀察之圖式，藉由依此方式利用平面鏡片 M31、M32使光路彎曲，關於縱橫比16 : 9之731英吋之螢幕 尺寸，僅以光學系統，規定之裝置之厚度（深度）Dx即變成25〇 mm以下，從螢幕下端至第2光學系統L32之最下部為止之高 度方向之尺寸Hx亦變成50 mm以下，亦能夠縮小畫面下方部 分。再者，檢討各種螢幕尺寸中裝置之厚度與上述之畫面下 方部分之尺寸之結果，可以瞭解關於縱橫比16 ·· 9之從粍英 吋至73英吋之螢幕尺寸，能夠僅以光學系統，使規定之裝置 之厚度變成250 mm以下，而從螢幕下端至第2光學系統乙32 之最下部為止之高度方向之尺寸變成5〇 mm以下而構成 之。因此，即使於利用鏡片輿櫥箱等之實際之機構零件以構 成包含此光學系統之裝置之情形，亦能夠實現其實際之厚度 為300 mm以下，而晝面下方部份（從螢幕下端至投射光學系 統之最下部為止之高度方向之尺寸）為1〇〇 mm以下之外型尺 寸之裝置。 而根據使第1光學系統L3 1之中間像形成於螢幕S3之之第 2光學系統L32之光瞳（即光束收歛之部分）係形成於從平面 鏡片M32至螢幕S3之全面之光束之外側。藉由依此方式配置 投射光學系統，能夠設置設有透光用開口之遮蔽箱等之遮蔽 構件（圖中未揭示，參照圖7)，以便於從第2光學系統L32朝 向平面鏡片M32之光束、與從平面鏡片M32至螢幕S3之全面 之光束之間，使朝向螢幕S3之光束於接近最小之開口通過。 而藉由遮蔽箱，將不會遮蔽經投射之影像光，而能夠保護投 射光學系統（即第1光學系統L3 1及第2光學系統L32)免於塵 103976.doc -33- 1289210 埃之附著。此外，遮蔽構件係遮蔽從螢幕83入射於櫥箱内部 之外光’能夠防止該外光於例如第2光學系統之凹面反射面 等反射而變成雜散光，而使被投射於螢幕S3之影像之對比劣 化之情形。再者，因上述之遮蔽構件所產生之遮蔽效果於其 次之第4之實施之型態中亦能夠達成。此外，於使用有關第5 之實施之型態乃至第9之實施之型態之投射光學系統所構成 之投射型圖像顯示裝置中亦可能達成同樣之效果。 (第4之實施之型態） 圖2 8係揭示使用關於本發明之第4之實施之型態之投射光 學系統之投影機（投射型圖像顯示裝置）之光學全系統之概 略之圖式。此外，圖29中，係擴大揭示投射光學系統。 於此揭示第4之實施之型態之圖式中，p4係圖像顯示元 件，於該圖像顯示元件P4形成有i次像面。做為上述圖像顯 示元件P4 ’得使用數位微鏡裝置（叫如1 micr〇mirr〇r device; DMD)。ST0P係表示孔徑。再者，雖然投影機中照 φ 明圖像顯示元件P4之照明光學系統係必要的，但是，圖28、 圖29及其他揭示第4之實施之型態之圖式中省略照明光學系 統。 L41係包含折射光學元件之第#學系統，Μ2係包含反射 面R4卜R42之第2光學系統。利用此一包含第u學系統⑷ 與及第2光學系壯42之投㈣學系統，驗由圖像顯示元 件P4進行圖像調變之光線（1次像面）引導至螢幕s4，於發幕 S4上形成圖像(2次像面）。亦即，利用第丨光學系統⑷於圖 28及圖29中Π之位置進行中間成像。然後，經過於反射面 103976.doc -34· 1289210 R41、R42反射之後，形成光瞳之像，而成像於螢幕S4上。 如圖29所示，此一投射光學系統之每一個光學面對於光軸 AXIS4具有旋轉對稱之形狀。再者，於圖29，第2光學系統 L42之反射面R41、R42之中不使用之部分，從而，經除去之 部分以虛線表示。 表5中揭示於此有關第4之實施之型態之投射光學系統適 用具體數值之數值實施例4之資料。 [表5]

F值 F/3.0 英对大小 50，， 曲率半徑 間隔 玻璃材料(e線之折射 率/阿貝數） 顯示元件面 INF 54 孔徑 INF 2.000 1 -52.65808 5.807 1.67000/47.97 2 -23.18766 0.937 3 -20.50806 3.000 1.63003/35.48 4 -36.35509 0.100 5 60.64965 8.053 1.49845/81.20 6 •33.07412 0.100 7 -58.53481 3.000 1.51978/51.85 8 41.88391 0.249 9 45.54872 3.341 1.76167/27.31 10 52.75286 0.576 11 69.66878 8.817 1.49845/81.20 12 -32.45941 1.122 13 -26.48920 12.000 1.52033/58.69 14 -87.21177 26.181 15 46.33716 14.214 1.62286/60.10 16 -89.13615 0.500 17 -84.27186 8.911 1.67764/31.92 18 185.40020 4.858 19 -81.21411 5.232 1.69416/30.92 20 58.72757 5.160 21 92.26113 13.991 1.76167/27.31 22 -51.22638 0.100 23 -60.90220 3.000 1.52033/58.69 103976.doc -35- 1289210 24 47.28213 183.365 ^ 25 非球面 100.00000 -140.000 反射面（第 26 非球面 69.81598 368.158 反射面（第 投射圖像面 INF -------- 25面非球面係數 K-3.53735e+006 -----—^ A4 -2.02633e-009 A6 1.58657e-012 A8-8.56678e-017 A10 1.46304e-021 26面非球面係數 K-2.34164e+〇〇〇 --—— A4 1.07990e-007 A6-3.97824e-012 A8 1.26325e-016 A10-1.14881e-021

做為圖像顯示元件P4係使用數位微鏡裝置（DMD)，縱橫比 為16 : 9，像素數為1280 X 768，大小為0.7英吋，經過擴大 成為50英吋投影於螢幕S4，F值為3。像素大小於圖像顯示 元件P4上變成約12 μηι，於螢幕S4上變成約0.86 mm。於圖 像顯示元件P4與投射光學系統之間有孔徑STOP，於圖像顯 示元件P4反射之ON之光線雖然藉由通過孔徑STOP經由投 射光學系統而到達螢幕S4，但是OFF之光線則因為孔徑 STOP而被遮斷。通過孔徑STOP之ON之光線係利用折射光學 系統L41而成像於圖28、29中II之位置。然後，經過於反射 面R41、R42反射之後，形成光瞳之像，而成像於螢幕上。 數值實施例4之投射光學系統之曈線斑圖揭示於圖3 1，畸 變揭示於圖32。瞳線斑圖中表示之從（1)至（15)之視角係於圖 像顯示元件P4上從圖30所示之從（1)至（15)之各位置發出。此 夕卜，參照波長訂為 656.28 nm、620.0 nm、587.56 nm、546.07 nm、460.0 nm、43 5.84 nm。圖31之比例係螢幕上之1像素之 2倍之長度。如圖31所示，獲得充分之成像性能。此外，如 圖32所示，未察見有明顯之圖像之畸變獲得充分之成像性能 而獲得充分之成像性能。

103976.doc 36- 1289210 為將關於此數值實施例4之投射光學系統配置於背投式電 視之櫥箱之内部，如圖33及圖34所示，有使光路於平面鏡片 M4i、M42折回而變得小型之必要。圖33及圖3错揭示於投 射光學系統與螢幕S4之間配置平面鏡片M42，於第j光學系 統L41與第2光學系統L42之間配置平面鏡片M41，使光路順 利地彎曲之構造。圖34係從側面觀察之圖式，依此方式利用 平面鏡片M41、M42使光路彎曲，裝置之厚度變為25〇mm以 下之厚度，亦能夠縮小晝面下方部分。此外，圖35係擴大揭 示圖33及圖34中之投射光學系統之部分。於此關於第4之實 施之型態之投射型圖像顯示裝置中，雖然藉由利用平面鏡片 M41、M42使光路彎曲而達成裝置之小型化，但是，使光路 婷曲之方法並非限於上述之方法者。例如，既得於第丨光學 系統L41内配置平面鏡片，亦得設計成於平面鏡片M42與凹 面反射面R42之間配置其他之平面鏡片之構造。 (第5之實施之型態） 圖3 6係揭示使用關於本發明之第5之實施之型態之投射光 學系統之投影機（投射型圖像顯示裝置）之光學全系統之概 略之圖式。此外，圖37中，係擴大揭示投射光學系統。 於此揭示第5之實施之型態之圖式中，p5係圖像顯示元 件’於該圖像顯示元件P5形成有1次像面。做為上述圖像顯 示元件P5，得使用反射型之點矩陣液晶面板與數位微鏡裝置 (digital micromirror device ; DMD)等。此外，圖中之PP5係 表示偏極分光鏡（polarized beam splitter; PBS)與4P稜鏡、 内部全反射稜鏡（Total Internal Reflector; TIR prism)等。 103976.doc -37- 1289210 STOP係表示孔徑。再者，雖然投影機中照明圖像顯示元件 P5之照明光學系統係必要的，但是，圖36、圖37中省略照明 光學系統。

L51係包含折射光學元件之第1光學系統，L52係包含反射 面R51、R52之第2光學系統。利用此一包含第1光學系統L51 與及第2光學系統L52之投射光學系統，將經由圖像顯示元 件P5進行圖像調變之光線（1次像面）引導至螢幕S5，於螢幕 S5上形成圖像（2次像面）。亦即，利用第1光學系統L51於圖 36及圖37中II之位置進行中間成像。然後，經過於反射面 R51、R52反射之後，形成光瞳之像，而成像於螢幕S5上。 如圖37所示，此一投射光學系統之每一個光學面對於光軸 AXIS5具有旋轉對稱之形狀。再者，於圖37，第2光學系統 L52之反射面R5 1、R52之中不使用之部分，從而，經除去之 部分以虛線表不。 表6中揭示於此有關第5之實施之型態之投射光學系統適 用具體數值之數值實施例5之資料。 [表6] F值 F/3.0 英忖大小 55.8’丨 曲率半徑 間隔 玻璃材料(e線之折射 率/阿貝數） 顯示元件面 INF 1.400 1 INF 20.700 2 INF 12.000 1.83962/42.8 3 INF 27.300 1.51872/64.0 4 INF 6.050 5 50.01335 12.300 1.49845/81.2 6 -102.48537 3.027 103976.doc -38- 1289210

7 69.66588 8.000 1.49845/81.2 8 -102.39250 4.516 9 -49.22953 1.810 1.81184/33.0 10 57.85879 1.068 11 36.59180 10.025 1.49845/81.2 12 -44.14826 5.030 13 -35.10091 1.510 1.81184/33.0 14 -109.43158 10.879 15 125.64456 4.259 1.85505/23.6 16 -92.16590 6.182 孔徑 INF 17.304 17 -25.90402 1.800 1.83962/42.8 18 -35.06784 43.616 19 非球面 59.62194 5.000 1.51131/56.4 20 非球面 61.51696 1.000 21 51.89543 15.200 1.59142/61.0 22 -573.87162 3.000 23 163.59945 5.117 1.81263/25.3 24 72.87238 0.300 25 38.56059 13.000 1.67340/46.9 26 46.24911 13.439 27 -77.70400 2.470 1.80831/46.3 28 50.57931 15.590 29 -62.19532 7.955 1.81081/40.5 30 -49.34022 171.604 31 非球面 1.01174E-05 -149.000 反射面（第1鏡片） 32 非球面 72.72183 387.172 反射面（第2鏡片） 投射圖像面 INF 19面非球面係數 K-1.420362 A4-0.131048E-04 A6 0.526113E-08 A8 0.345041E-12 A10 0.611802E-16 20面非球面係數 K-6.286742 A4-0.104735E-04 A6 0.572168E-08 A8-0.880556E-12 A10 0.356875E-15 31面非球面係數 K-28531.19104 A4-0.523359E-07 A6 0.157209E-10 A8-0.172128E-14 A10 0.101543E-18 A12-0.309504E-23 A14 0.381546E-28 32面非球面係數 K-2.417695 A4 0.116220E-06 A6-0.588887E-11 A8 0.248721E-15 A10-0.212607E-20 A12-0.170341E-24 A14 0.475557E-29 103976.doc -39- 1289210 於數值實施例5中，圖像顯示元件P5之縱橫比為16 : 9，像 素數為1920 X 1080，大小為〇·61英吋，經過擴大投影成為 55.8英忖’ F值為3.0。像素大小於圖像顯示元件Ρ5上變成約 7 μηι，於螢幕S5上變成約〇 645 mm。 數值實施例5之投射光學系統之瞳線斑圖揭示於圖39，畸 變揭不於圖40。瞳線斑圖中表示之從（1)至（15)之視角係於圖 像顯示元件P5上從圖38所示之從（1)至（15)之各位置發出。此 外’參照波長訂為 656.28 nm、620.0 nm、5 87.56 nm、546.07 nm、46(K0nm、435.84 nm。圖39之比例係螢幕S5上之1像素 之2倍之長度。如圖39所示，獲得充分之成像性能。此外， 如圖40所示’未察見有明顯之圖像之畸變獲得充分之成像性 能而獲得充分之成像性能。 於將此有關第5之實施之型態之投射光學系統適用於投影 機（投射型圖像顯示裝置）之情形，與上述之第1及第4之實施 之型悲相同地’藉由於適切之位置配置平面鏡片將可能使投 射光學系統變薄。 (第6之實施之型態） 圖41係揭示使用關於本發明之第6之實施之型態之投射光 學系統之投影機（投射型圖像顯示裝置）之光學全系統之概 略之圖式。此外，圖42中，係擴大揭示投射光學系統。 於此揭示第6之實施之型態之圖式中，p6係圖像顯示元 件，於该圖像顯示元件P6形成有1次像面。做為上述圖像顯 示元件P6,得使用反射型之點矩陣液晶面板與數位微鏡裝置 (digital micromirror device ; DMD)等。此外，圖中之PP6係 103976.doc -40· 1289210 表示偏極分光鏡（polarized beam splitter; PBS)與4P稜鏡、 内部全反射稜鏡（Total Internal Reflector; TIR prism)等。 STOP係表示孔徑。再者，雖然投影機中照明圖像顯示元件 P6之照明光學系統係必要的，但是，圖41、圖42中省略照明 光學系統。 L61係包含折射光學元件之第1光學系統，L62係包含反射 面RR61、RR62之第2光學系統。利用此一包含第1光學系統 L61與及第2光學系統L62之投射光學系統，將經由圖像顯示 元件P6進行圖像調變之光線（1次像面）引導至螢幕S6，於螢 幕S6上形成圖像（2次像面）。利用第1光學系統L61於圖41及 圖42中II之位置進行中間成像。然後，經過於反射面RR61、 RR62反射之後，形成光瞳之像，而成像於螢幕S6上。此種 情形，依照來自圖像顯示元件P6之光線之路徑之順序，RR61 係凹面反射面，RR62則係2次像面側之凸面反射面。如圖42 所示，此一投射光學系統之每一個光學面對於光軸AXIS6具 有旋轉對稱之形狀。再者，於圖42，第2光學系統L62之反 射面RR61、RR62之中不使用之部分，從而，經除去之部分 以虛線表不。 表7中揭示於此有關第6之實施之型態之投射光學系統適 用具體數值之數值實施例6之資料。 [表7】 ★ F值 F/3.0 英叶大小 50，， 103976.doc -41 - 1289210 曲率半徑 間隔 玻璃材料(e線之折射 率/阿貝數） 顯示元件面 INF 1.400 1 INF 27.300 1.51872/64.00 2 INF 12.000 1.83962/42.75 3 INF 8.613 4 -66.70934 4.619 1.7616/27.31 5 -40.20806 1.466 6 33.43195 7.449 1.76167/27.31 7 131.35118 14.577 8 59.72796 5.955 1.48914/70.24 9 -30.09630 3.000 1.75456/34.77 10 18.28717 0.100 11 18.17450 7.246 1.48914/70.24 12 -23.90429 1.977 13 -21.85215 3.000 L81081/40.49 14 -303.96553 0.100 15 109.80180 7.224 1.48914/70.24 16 -28.10454 0.100 孔徑 INF 99.059 17 182.80303 15.241 1.67764/31.92 18 -135.37528 0.100 19 64.12991 10.744 1.52033/58.69 20 119.23170 10.935 21 -280.88707 3.000 1.72793/37.72 22 114.79624 216.118 23 非球面 -73.93950 -120.000 反射面（第1鏡片） 24 非球面 -69.01404 229.652 反射面（第2鏡片） 投射圖像面 0.000 23面非球面係數 K-8.47354e-001 A4 4.50856e-007 A6-5.49282e-011 A8 7.19838e-015 A10-3.75857e-019 24面非球面係數 K-1.43979e+001 A4 3.27859e-008 A6-1.83925e-012 A8 5.76078e-017 A10-7.70233e-022

於數值實施例6中，圖像顯示元件P6係反射型點矩陣液晶 等之液晶元件，變成遠心（telecentric)。此外，縱橫比為16 : 9，像素數為1920 X 1080，大小為0.61英吋，經過擴大投影 成為50英吋，F值為3.0。像素大小於圖像顯示元件P6上變成 約7 μπι，於螢幕S6上變成約0·5 8 mm。 103976.doc -42-

1289210 數值實施例6之投射光學系統之瞳線斑圖揭示於圖44，畸 變揭示於圖45。瞳線斑圖中表示之從（1)至（15)之視角係於圖 像顯示元件P6上從圖43所示之從（1)至（15)之各位置發出。此 外’參照波長訂為 656.28 nm、620.0 nm、587.56 nm、546.07 nm、460.0 nm、435.84 nm。圖44之比例係螢幕上之1像素之 2倍之長度。如圖44所示，獲得充分之成像性能。此外，如 圖45所示’未察見有明顯之圖像之畸變獲得充分之成像性能 而獲得充分之成像性能。 於將此有關第6之實施之型態之投射光學系統適用於投影 機（投射型圖像顯示裝置）之情形，與上述之第1及第4之實施 之型態相同地，藉由於適切之位置配置平面鏡片將可能使投 射光學系統變薄。 (第7之實施之型態） 圖46係揭示使用關於本發明之第7之實施之型態之投射光 學系統之投影機（投射型圖像顯示裝置）之光學全系統之概 略之圖式。此外，圖47中，係擴大揭示投射光學系統。 於此揭示第7之實施之型態之圖式中，p7係圖像顯示元 件’於該圖像顯示元件P7形成有1次像面。做為上述圖像顯 示元件P7，得使用反射型之點矩陣液晶面板與數位微鏡裝置 (digital micromirror device ; DMD)等。此外，圖中之pp7係 表示偏極分光鏡（polarized beam splitter; PBS)與4P稜鏡、 内部全反射稜鏡（Total Internal Reflector; TIR prism)等。 STOP係表示孔徑。再者，雖然投影機中照明圖像顯示元件 P7之照明光學系統係必要的，但是，圖46、圖47中省略照明 103976.doc •43- 1289210 光學系統。

L71係包含折射光學元件之第1光學系統，L72係包含反射 面R71、R72之第2光學系統。利用此一包含第1光學系統L71 與及第2光學系統L72之投射光學系統，將經由圖像顯示元 件P7進行圖像調變之光線（1次像面）引導至螢幕S7，於螢幕 S7上形成圖像（2次像面）。利用第1光學系統L71於圖46及圖 47中II之位置進行中間成像。然後，經過於反射面R71、R72 反射之後，形成光瞳之像，而成像於螢幕S7上。如圖47所示， 此一投射光學系統之每一個光學面對於光軸AXIS7具有旋 轉對稱之形狀。再者，於圖47，第2光學系統L72之反射面 R7 1、R72之中不使用之部分，從而，經除去之部分以虛線 表示。 表8中揭示於此有關第7之實施之型態之投射光學系統適 用具體數值之數值實施例7之資料。 [表8] ★ F值 F/3.0 英对大小 52·5Π 曲率半徑 間隔 玻璃材料(e線之折射 率/阿貝數） 顯示元件面 INF 1.400 1 INF 20.700 2 INF 12.000 1.83962/42.8 3 INF 27.300 1.51872/64.0 4 INF 6.050 5 59.22241 12.300 1.49845/81.2 6 -86.13954 4.172 7 44.25213 9.409 1.49245/81.2 8 -96.55688 4.207 9 -50.21938 1.779 1.81184/33.0 10 34.23739 . 3.003 103976.doc -44 - 1289210

11 38.84939 10.553 1.49845/81.2 12 -33.38322 2.575 13 -35.32416 1.574 1.81184/33.0 14 -294.59246 8.563 15 -2771.84910 5.043 1.85505/23.6 16 -49.26150 10.336 孔徑 INF 32.667 17 -31.30247 1.800 h 1.83962/42.8 18 -41.95428 21.541 19 45.68213 15.174 1.59142/61.0 20 -179.12544 11.472 21 -84.96068 2.526 1.81263/25.3 22 -513.97498 0.300 23 38.82080 7.423 1.67340/46.9 24 55.78713 11.970 25 -68.01291 8.000 1.80831/46.3 26 45.75187 14.403 27 -55.92187 13.306 1.81081/40.5 28 -48.48920 170.904 29 非球面 1.01174E-05 -151.155 反射面（第1鏡片） 30 非球面 68.49207 364.319 反射面（第2鏡片） 投射圖像面 INF 29面非球面係數 K-28531.19104 A4 0.124362E-07 A6 0.196046E-11 A8-0.206541E-15 A10 0.103413E-19 A12—0.290651E-24 A14 0.357592E-29 30面非球面係數 K-2.4470 AM.1474E-02 A3 1.3489E-06 A4 1.1430E-07 A5 1.8548E-11 A6-6.0609E-12 A8 2.8004E-16 A10-6.6302E-21 A12 6.8785E-26 A14 4.6396E-31 於此數值實施例7中，第30面 ，亦即凹面反射面R72中含

有奇數次之非球面係數，因此，第30面之形狀係利用上述之 數2式表示之。 於數值實施例7中，圖像顯示元件P7，縱橫比為16 : 9，像 素數為1920 X 1080，大小為0.61英吋，經過擴大投影成為 52.5英吋，F值為3.0。像素大小於圖像顯示元件P7上變成約 7 μπι，於勞幕S7上變成約0.605 mm。 103976.doc -45- 1289210 數值實施例7之投射光學系統之瞳線斑圖揭示於圖49，畸 變揭示於圖50。瞳線斑圖中表示之從（1)至（15)之視角係於圖 像顯示元件P7上從圖48所示之從（1)至（15)之各位置發出。此 外’參照波長訂為 656.28 nm、620.0 nm、587.56 nm、 nm、460_0nm、43 5.84 nm。圖49之比例係螢幕S7上之1像素 之2倍之長度。如圖49所示，獲得充分之成像性能。此外， 如圖50所示，未察見有明顯之圖像之畸變獲得充分之成像性 能而獲得充分之成像性能。 於將此有關第7之實施之型態之投射光學系統適用於投影 機（投射型圖像顯示裝置）之情形，與上述之第丨及第4之實施 之型態相同地，藉由於適切之位置配置平面鏡片將可能使投 射光學系統變薄。 (第8之實施之型態） 圖5 1係揭示使用關於本發明之第8之實施之型態之投射光 學系統之投影機（投射型圖像顯示裝置）之光學全系統之概 略之圖式。此外，圖52中，係擴大揭示投射光學系統。 於此揭不第8之實施之型態之圖式中，p8係圖像顯示元 件，於該圖像顯示元件P8形成有1次像面。做為上述圖像顯 示元件P8，付使用數位微鏡裝置（digitai micr〇mirr〇r device; DMD)。再者，雖然投影機中照明圖像顯示元件p8 之照明光學系統係必要的，但是，圖5丨、圖52中省略照明光 學系統。 L81係包含折射光學元件之第1光學系統，L82係包含反射 面RR81、RR82之第2光學系統。利用此一包含第1光學系統 103976.doc -46- 1289210

L81與及第2光學系統L82之投射光學系統，將經由圖像顯示 元件P8進行圖像調變之光線（1次像面）引導至螢幕S8，於螢 幕S8上形成圖像（2次像面）。利用第1光學系統L81於圖51及 圖52中II之位置進行中間成像。然後，經過於反射面RR81、 RR82反射之後，形成光瞳之像，而成像於螢幕S8上。如圖 52所示，此一投射光學系統之每一個光學面對於光軸AXIS8 具有旋轉對稱之形狀。再者，於圖52，第2光學系統L82之 反射面RR81、RR82之中不使用之部分，從而，經除去之部 分以虛線表不。 表9中揭示於此有關第8之實施之型態之投射光學系統適 用具體數值之數值實施例8之資料。 [表9] F值 F/3.0 英对大小 55·8，， 曲率半徑 間隔 玻璃材料(e線之折射 率/阿貝數） 顯示元件面 INF 54.000 孔徑 INF 0.100 1 71.1331578 3.000 1.76167/2731 2 -132.8219538 6.435 3 87.24914913 9.995 1.76167/27.31 4 -111.03702 0.100 5 -477.69876 3.000 1.80932/39.39 6 34.30104 1.000 7 42.77973 6.841 1.56605/60.58 8 -22.24372 3.000 1.73432/28.10 9 49.09361 0.100 10 44.96886 5.684 1.48914/70.24 11 -52.48688 51.478 12 -931.71066 5.000 1.76167/27.31 13 -302.78002 70.336 14 94.02440 7.538 1.76167/27.31 15 298.10396 6.199 103976.doc -47- 1289210

16 -186.511621 5.000 1.74794^1^L 17 1081.95709 285.517 18 非球面 -83.79108 -110.000 反射面（赛— 19 非球面 -177.21176 260.000 反射面（第 投射圖像面 INF 1.000 18面非球面係數 K-6.03097e-001 A4 2.98655e-007 A6-1.62107e_011 A8 1.53773e-015 A10-2.42130e-020 A12-2.52893e-024 19面非球面係數 K-2.90510e+001 A4 7.12285e-008 A6 -8.49805e-012 A8 6.28723e-016 A10-2.49940e-020 A12 3.55011e-025 於數值實施例8中，圖像顯示元件P8係數位微鏡裝置

(DMD)，縱橫比為16 : 9，像素數為1280x768，大小為0·7英 吋，經過擴大投影成為55.8英吋，F值為3。像素大小於圖像 顯示元件Ρ8上變成約12 μπι，於螢幕S8上變成約0.86 mm。 於圖像顯示元件P8與投射光學系統之間有孔徑STOP，圖像 顯示元件P8反射之ON之光線雖然藉由通過孔徑STOP經由 投射光學系統而到達螢幕S8，但是OFF之光線則因為孔徑 STOP而被遮斷。通過孔徑STOP之ON之光線係利用折射光學 系統L81而成像於圖51、圖52中II之位置。然後，經由反射 面RR81反射之後形成光瞳之像，而且，進一步經由反射面 RR82反射而成像於螢幕S8上。 數值實施例8之投射光學系統之瞳線斑圖揭示於圖54，畸 變揭示於圖5 5。曈線斑圖中表示之從（1)至（15)之視角係於圖 像顯示元件上從圖53所示之從（1)至（15)之各位置發出。此 外，參照波長訂為 65 6.28 nm、620.0 nm、5 87.5 6 nm、546.07 nm、460.0 nm、43 5.84 nm。圖54之比例係螢幕S8上之1像素 103976.doc -48 - 1289210 之2倍之長度。如圖54所示，獲得充分之成像性能。此外， 如圖55所不，未察見有明顯之圖像之畸變獲得充分之成像性 能而獲得充分之成像性能。 於將此有關第8之實施之型態之投射光學系統適用於投影 機（投射型圖像顯示裝置）之情形，與上述之第丨及第4之實施 之型態相同地，藉由於適切之位置配置平面鏡片將可能使投 射光學系統變薄。 (第9之實施之型態） ® 圖56係揭示使用關於本發明之第9之實施之型態之投射光 學系統之投影機（投射型圖像顯示裝置）之光學全系統之概 略之圖式。此外，圖57中，係擴大揭示投射光學系統。 於此揭示第9之實施之型態之圖式中，P9係圖像顯示元 件，於該圖像顯示元件P9形成有i次像面。做為上述圖像顯 示元件P9，得使用反射型之點矩陣液晶面板與數位微鏡裝置 (digital micromirror device ; DMD)等。此外，圖中之PP9係 _ 表示偏極分光鏡（polarized beam splitter ; PBS)與 4P 稜鏡、 内部全反射稜鏡（Total Internal Reflector; TIR prism)等。 STOP係表示孔徑。再者，雖然投影機中照明圖像顯示元件 P9之照明光學系統係必要的，但是，圖56、圖57中省略照明 光學系統。 L91係包含折射光學元件之第i光學系統，L92係包含反射 面AM9之第2光學系統。利用此一包含第1光學系統L91與及 第2光學系統L92之投射光學系統，將經由圖像顯示元件P9 進行圖像調變之光線（1次像面）引導至螢幕S9，於螢幕S9上 103976.doc -49- 1289210 形成圖像（2次像面）。利用第1光學系統L91於圖56及圖57中 II之位置進行中間成像。然後，經過於反射面AM9反射之 後，形成光瞳之像，而成像於螢幕S9上。如圖57所示，此一 投射光學系統之每一個光學面對於光軸AXIS9具有旋轉對 稱之形狀。再者，於圖57，第2光學系統L92之反射面AM9 之中不使用之部分，從而，經除去之部分以虛線表示。 表10中揭示於此有關第9之實施之型態之投射光學系統適 用具體數值之數值實施例9之資料。

[表 10] ★ F值 F/3.0 英吋大小 62.6” 曲率半徑 間隔 玻璃材料(e線之折射 率/阿貝數） 顯示元件面 INF 0.900 1 INF 30.000 1.51872/64.0 2 INF 5.000 3 62.65902 9.402 1.48914/70.2 4 -82.6989 6.176 5 36.38095 10.475 1.49845/81.2 6 -81.168 6.000 7 -37.1714 1.539 1.64940/31.7 8 27.24078 3.912 9 33.08227 10.504 1.49845/81.2 10 -28.5041 2.809 11 -26.4725 1.341 1.61864/34.5 12 60.76307 1.402 13 87.88232 6.476 1.75520/27.5 14 -32.7878 9.119 孔徑 INF 13.175 15 -27.9681 1.500 1.54285/47.0 16 -52.9861 18.502 17 91.05025 10.217 1.75450/51.6 18 -58.8245 3.649 19 -49.6999 5.690 1.84666/23.8 20 -117.323 50.536 21 68.55467 8.000 1.48914/70.2 103976.doc -50- 1289210 22 46.45361 14.599 23 -149.905 3.005 1.48914/70.2 24 115.63 5.973 25 426.1313 6.000 1.84829/29.7 26 -670.278 250.000 27 非球面 -88.935 -700.000 反射面（第1鏡片） 投射圖像面 27面非球面係數 K-2.641049 A4 -0.111535E-06 A6 0.386529E-11 A8-0.317841E-16 A10-0.822479E-20 A12 0.452284E-24 A14-0.631588E-29 A16-0.186046E-33 A18 0.528090E-38 、

於數值實施例9中，圖像顯示元件P9係反射型點矩陣液晶 等之液晶元件，變成遠心。此外，縱橫比為16 : 9，像素數 為1920 X 1080，大小為0.61英吋，經過擴大投影成為62.6 英吋，F值為3.0。像素大小於圖像顯示元件P9上變成約7 μιη，於營幕上變成約0.725 mm。 數值實施例9之投射光學系統之瞳線斑圖揭示於圖59，畸 變揭示於圖60。瞳線斑圖中表示之從（1)至（15)之視角係於圖 像顯示元件P9上從圖58所示之從（1)至（15)之各位置發出。此 夕卜，參照波長訂為 656.28 nm、620.0 nm、587_56 nm、546.07 nm、460.0 nm、435.84 nm。圖59之比例係螢幕S9上之1像素 之2倍之長度。如圖59所示，獲得充分之成像性能。此外， 如圖60所示，未察見有明顯之圖像之畸變獲得充分之成像性 能而獲得充分之成像性能。 於將此有關第9之實施之型態之投射光學系統適用於投影 機（投射型圖像顯示裝置）之情形，與上述之第1及第4之實施 之型態相同地，藉由於適切之位置配置平面鏡片將可能使投 射光學系統變薄。 表11中揭示上述各數值實施例3乃至數值實施例9之條件式 (1)、（2)、（3)之關連資料及對應資料。 103976.doc -51 - 1289210

【11<】 銮舾？f瑟樂·♦ 備註 從第1光學系統最終面至中間像面為止之距離(晝面下端） 從第1光學系統最終面至中間像面為止之距離(晝面中央） 從第1光學系統最終面至中間像面為止之距離(晝面上端） 第1光學系統之透鏡全長 凹面反射面之近軸曲率 凹面反射面之圓錐常數 |實施例9 1 CN yn 〇\ ON 210.00 | 88.935 | -2.64 1實施例8 1 1 230 1 CN ON τ-Η | 184.81 | | 83.791 -0.60 1實施例7| in 00 s τ—H P： | 214.10 | 1 68.492 1 卜2.45 | |實施例6| r-H | 195.89 | 1 73.940 | 1 -0.85 1 |實施例5 1 o 00 〇 | 213.40 | 1 72.722 1 -2.42 | |實施例4 I cn 00 CN r-H | 131.25 | 68.816 1 -2.34 I |實施例3 1 \〇 oo 名 τ-H | 211.99 ] | 67.521 | [-2.69 1 CN Γ2 Pi 实# _寂^^樂· 備註 Si/Ls<2 Si/Ls<2 Si/Ls<2 S12> | R | /2 SR12> | R | /2 實施例9 1 0.72 1 0.47 1 0.22 | 44.468 250.0 實施例8 ....._h24- — ^4·… 1 0.97 1 1 41.896 1 | 285.5 | | 110.0 | |實施例7| 1 0.86 1 1 0.48 1 1 0·17 1 34.246 | 322.1 | ! 151.2 | |實施例6| 1 0.79 1 L^ZLJ 1 0.63 ! 36.970 216.1 120.0 |實施例5 | [0.84 1...·_0·4 乙.....J 0.20 「36.361 | 320.6 | | 149.0 | 實施例4 ON cn | 0.85 1 | 0.38 | 34.408 ! 323.4 | 140.0 |實施例3 | 0.88 | 0.50 0.20 33.760 321.0 149.0 1 Sil/Ls | 1 Si2/Ls | 1 Si3/Ls | C! | S12」 | SR12 1

•K, 30P9&SI 103976.doc -52- 1289210 圖61係揭示上述數值實施例4之第1光學系統L41之中間 像位置。圖中Sil、Si2、Si3係表示於螢幕上從最下部、中 央、最上部之視角之中間像位置至第1光學系統L41為止之 距離。若以圖22 s之’則為（1)、（7)、（13)之各點。個別地， Sil与Il83 mm、Si2与Ill2 mm、Si3与丨5〇 mm。因第】光學系 統乙41之長度1^為131.25 111111，故滿足條件式（1)。而各數值 實施例3乃至數值實施例9之任一者均滿足此條件式（1)，而 且’亦滿足條件式（2)、（3)(參照表11)。 藉由適切地使用以上之特徵與效果，一方面能夠良好地 補正畸變，一方面能夠以少量之反射面數，小型地構成成 像性能優良之投射光學系統。 再者，於上述之實施之型態中，雖然係就投影於穿透型 螢幕之投射型圖像顯示裝置加以說明，本發明投射型圖像 顯示裝置亦能夠適用做為投影於反射型螢幕之裝置，自不 待言。 此外，於上述之實施之型態中，雖然係就構成第丨光學系 統及第2光學系、统之各面為以共通之光軸&中心之旋轉對 稱面之情形加以說明，但是關於非旋轉對稱面之構造之情 形，亦能夠適用本發明。 此外，於上述之實施之型態及數值實施例所示之各部之 具體形狀及數值’只不過係表示實施本發明之際進行之具 體化-實例者，不得依據±述而限定地解釋本發明之技 範圍。 ^ [産業上之利用可能性] 103976.doc •53- 1289210 能夠提供深度及高度方向任—者之尺寸均小，而且，放 :率大之投射光學系統’尤其，適用於大型之背投式電視 最為理想。其他’適合用於擴大投射向狹小房間等之有限 之空間内之反射型螢幕等。 【圖式簡單說明】 圖1係與圖2乃至圖9一同揭示第丨之實施之型態之圖式， 本圖係揭示使用於投射型圖像顯示裝置之投射光學系統之 概略圖。 圖2係投射光學系統之擴大圖。 圖3係揭示圖像顯示元件上之評價點之圖式。 圖4係揭示從圖3所示之各評價點所發出之光線之於螢幕 上之瞳線斑圖之圖式。 圖5係揭示螢幕上之畸變之圖式。 圖6係與圖7乃至圖9一同揭示背投式電視之構造實例以 及光跡之一部之圖式，本圖係從螢幕之背面側觀看之概略 立體圖。 圖7係概略側視圖。 圖8係揭示投射光學系統之擴大立體圖。 圖9係說明從配置於螢幕之正前方之鏡片朝向螢幕之光 束之最外部區域光線與螢幕所形成之角度之圖式。 圖10係與圖11乃至圖18—同揭示第2之實施之型態之圖 式’本圖係揭示使用於投射型圖像顯示裝置之投射光學系 統之概略圖。 圖11係投射光學系統之擴大圖。 103976.doc -54- 1289210 圖12係揭示圖像顯示元件上之評價點之圖气 圖13係揭示從圖12所示之各評價點所發出之光線、 幕上之瞳線斑圖之圖式。 ；營 圖14係揭示螢幕上之畸變之圖式。 _與圖16乃至圖18 一同揭示背投式電視之構 以及光跡之-部之圖式，本圖係從螢幕之背面 之 略立體圖。 概 圖16係概略側視圖。 圖17係揭示投射光學系統之擴大立體圖。 圖⑽說明從配置於螢幕之正前方之鏡片朝向螢幕之光 束之最外部區域光線與螢幕所形成之角度之圖式。 圖19係揭示關於第1之實施之型離 、 心之投射光學系統之條 件式（1)之對應位置之圖式。 圖20係與圖21乃至圖27—同揣+楚。^ 、 口 问揭不第3之實施之型態之圖 式，本圖係揭示使用於投射型圖像顯示裝置之投射光學系 統之概略圖。 圖21係投射光學系統之擴大圖。 圖2 2係揭示圖像顯示元件上之評價點之圖式。 圖23係揭示從圖22所示之各評價點所發出之光線之於螢 幕上之曈線斑圖之圖式。 圖24係揭示螢幕上之畸變之圖式。 圖25係與圖26及圖27—同揭示背投式電視之構造實例以 及光跡之-部之圖式，本圖係從螢幕之背面侧觀看之概略 立體圖。 103976.doc •55- 1289210 圖26係概略側視圖。 圖27係揭不投射光學系 节、、死之擴大立體圖。 圖28係與圖29乃至圖 、 一同揭示第4之實施之型態之圖 式，本圖係揭示使用於授 射型圖像顯示裝置之投射光學系 統之概略圖。 擴大圖。 件上之評價點之圖式。 之各評價點所發出之光線之於螢

圖29係投射光學系統之 圖30係揭示圖像顯示元 圖31係揭示從圖30所示 幕上之曈線斑圖之圖式。 圖32係揭示螢幕上之畸變之圖式。 圖33係與圖33及圖34 ~ js] , J揭不月投式電視之構造實例以 及光跡之一部之圖式，本圖择 口係從螢幕之背面側觀看之概略 立體圖 圖34係概略側視圖。 圖35係揭示投射光學系統之擴大立體圖。 圖36係與圖37乃至圖40-同揣+ Η揭不第5之實施之型態之圖 式，本圖係揭示使用於投射型圖傻顧；壯w A r ^ ^ 土圓像_不裝置之投射光學系 統之概略圖。 圖37係投射光學系統之擴大圖。 圖3 8係揭示圖像顯示元件上之評價點之_ $ 圖3 9係揭示從圖3 8所示之各評價點所欢 丨貝點所發出之光線之於螢 幕上之瞳線斑圖之圖式。 圖4〇係揭示螢幕上之畸變之圖式。 圖係與圖42乃至圖45-同揭示第6之實施之型態之圖 103976.doc •56- 1289210 像顯示裝置之投射光學系 式’本圖係揭示使用於投射型圖 統之概略圖。 圖42係投射光學系統之擴大圖。 點之圖式。 所發出之光線之於螢 圖43係揭示圖像顯示元件上之評價 圖44係揭示從圖43所示之各評價點 幕上之瞳線斑圖之圖式。 圖45係揭示螢幕上之畸變之圖式。

圖46係與圖47乃至圖50 —同揭干筮1 ^ J揭不第7之實施之型態之圖 式，本圖係揭示使用於投射型圖像 口保.、、、貝不裝置之投射光學系 統之概略圖。 圖47係投射光學系統之擴大圖。 圖48係揭示圖像顯示元件上之評價點之圖弋。 圖4 9係揭不從圖4 8所示之各坪僧野& 合斤4貝點所發出之光線之於螢 幕上之瞳線斑圖之圖式。 圖50係揭示螢幕上之畸變之圖式。 圖51係與圖52乃至圖55—同掘千筮也 Ν揭不第8之實施之型態之圖 式’本圖係揭示使用於投射型圖像顯示裝置之投射光學系 統之概略圖。 u 圖52係投射光學系統之擴大圖。 圖5 3係揭示圖像顯示元件上之評價點之圖式。 圖54係揭*從圖53所示之各評價點戶斤發出之紐之於營 幕上之瞳線斑圖之圖式。 圖55係揭示螢幕上之畸變之圖式。 圖56係與圖57乃至圖60—同揭示第9之實施之型態之圖 103976.doc -57- 1289210 式’本圖係揭示使用於投射型圖像顯示裝置之投射光學系 統之概略圖。 圖57係投射光學系統之擴大圖。 圖5 8係揭示圖像顯示元件上之評價點之圖式。 圖59係揭示從圖58所示之各評價點所發出之光線之於螢 幕上之瞳線斑圖之圖式。 圖60係揭示螢幕上之畸變之圖式。 圖61係揭示關於第4之實施之型態之投射光學系統之條 件式（1)之對應位置之圖式。 圖62係揭示過去之背投式電視之一般之構造之概略之圖 式。 圖63係揭示再公表特許w〇 〇1/〇〇6295號公報所刊載之投 射光學系統之概略之圖式。 圖64係揭示特開2002·40326號公報所刊載之投射光學系 統之概略之圖式。 圖65係揭示特開200丨—255462號公報所刊載之投射光學 系統之概略之圖式。 圖66係揭示特開2005_84576號公報所刊載之投射光學系 統之概略之圖式。 【主要元件符號說明】 PI、Ρ2、Ρ3、Ρ4、圖像顯示元件 Ρ5 、 Ρ6 、 Ρ7 、 Ρ8 、 Ρ9 ΡΡ1、ΡΡ2、ΡΡ3、偏極分光鏡與4ρ稜鏡、内部全反 103976.doc 58- 1289210 ΡΡ5、 PP6 射 稜鏡等 L11、 L21 、L31、 第 1光學系統 L41、 L51 、L61、 L71、 L81、 L91 L12、 L22 、L32、 第2光學系統 L42、 L52 、L62、 L72、 L82、 L92 ΑΜ1、 ‘ AM2 、R32、 凹 面反射面 R42、 R52 、R62、 R72、 R82、 i R31、 R41 、R51、 凸 面反射面 R61、 R7卜 R81、j、 k、1 SI ^ S2 ^ S3 丨 ' S4 、 S 螢 幕 5、S6 、S7、 S8、S9 ' Ο

ASIX2、AXIS3、 光軸 AXIS4、AXIS5 、 AXIS6、AXIS7、 AXIS8、AXIS9 ΜΜ21 、 ΜΜ22 、 平面鏡片 ΜΜ23、M3 卜 Μ32、 Μ41、Μ42 Ρ 最外部區域光 103976.doc -59· 1289210 Q 平面鏡片 R 投射光學系統 P 最外部區域光 103976.doc 60 ·

Claims (1)

1289210 十、申請專利範圍： 1 · 一種投射光學系統，其係從縮小側之1次像面朝擴大側之 2次像面擴大投射之投射光學系統，其特徵在於：包含 形成上述1次像面之中間像之第1光學系統；與 具有使之形成根據上述中間像之上述2次像面之凹面 反射面之第2光學系統；且 從上述1次像面之中心到達上述2次像面之之中心之光 線係與上述弟1光學糸統之光軸交叉，進一步於上述凹面 反射面反射後’再度與上述光軸交叉而到達上述2次像 面。 2·如請求項1之投射光學系統，其中，構成上述第丨光學系統 及第2光學系統之各面係由以共通之光軸為中心之旋轉 對稱面所構成。 3.如請求項2之投射光學系統，其中，上述第2光學系統係 僅由上述凹面反射面所構成。

如睛求項2之投射光學系統，其中，上述第2光學系統於 上述凹面反射面之擴大側或縮小侧具有凸面反射面。 如凊求項2之投射光學系統，其中，藉由上述第丨光學系 統，上述中間像從上述第2光學系統之上述凹面反射面被 形成於上述1次像面側。 6.如明求項5之投射光學系統，其中，將上述第丨光學系統 之長度設為Ls、從上述^光學系統至上述中間像為止之 距離設為Si時，滿足以下之條件式（丨）： (l)Si/Ls<2 〇 103976.doc 1289210 7·如請求項5之投射光學系統，其中，將從上述第1光學系統 至上述凹面反射面為止之上述光轴上之距離設為S12、上 述凹面反射面之近軸之曲率半徑設為r時，滿足以下之條 件式（2): (2) S12> | R | /2。 8.如請求項4之投射光學系統，其中，將從上述凸面反射面 至上述凹面反射面為止之距離設為SR12時，滿足以下之 條件式（3): (3) SR12> | R | /2。 9·如請求項2之投射光學系統，其中，上述凹面反射面對於 上述光軸係旋轉對稱非球面。 10·如請求項9之投射光學系統，其中，表示上述旋轉對稱非 球面之形狀之函數包含奇數次非球面係數。 11·如請求項9之投射光學系統，其中，上述凹面反射面對於 近軸之曲面係隨著遠離上述光軸其曲率較小之形狀。 12. 如請求項4之投射光學系統，其中，上述凸面反射面之至 少1面係由旋轉對稱非球面所構成。 13. 如請求項2至5中任一項之投射光學系統，其中，上述第1 光學系統之1面以上係由旋轉對稱非球面所構成。 14· 一種投射型圖像顯示裝置，其特徵在於：包含 光源；與 基於影像信號將從上述光源所發出之光線加以調變而 輸出之調變機構；與 從上述調變機構側之丨次像面朝螢幕側之2次像面擴大 103976.doc 1289210 投射之投射光學系統，其中， 上述投射光學系統包含： 形成上述1次像面之中間像之第1光學系統；與 具有使之形成根據上述中間像之2次像面之凹面反射 面之第2光學系統；且

從上述1次像面之中心到達上述2次像面之中心之光線 係與上述第1光學系統之光轴交叉，進一步於上述凹面反 射面反射後，再度與上述光軸交叉而到達上述2次像面。 15·如請求項14之投射型圖像顯示裝置，其中，上述第1光學 系統及第2光學系統係由以共通之光軸為中心之旋轉對 稱面所構成。 16·如請求項14之投射型圖像顯示裝置，其中， 上述螢幕係穿透型螢幕； 於前面配置有上述螢幕之櫥箱中内藏上述光源、上述 調變機構及上述投射光學系統；且 藉由上述投射光學系統從背面擴大投射於上述穿透型 螢幕。 17 ·如請求項16之投射型圖像顯示裝置，其中， 上述投射光學系統係被配置於上述櫥箱之下部；且 包含被配置於櫥箱之上部，為將從上述投射光學系統 所輸出之光線反射而到達上述穿透型螢幕而偏向之平面 鏡片。 18·如請求項17之投射型圖像顯示裝置，其中，對於上述中 間像之上述2次像面之根據上述第2光學系統之光瞳係被 103976.doc 1289210 形成於從上述平面鏡片至上述穿透型螢幕面之光束之外 侧。 19.如請求項14之投射型圖像顯示裝置，其中， 從上述1次像面之中心至上述2次像面之中心之光線係 與上述光軸於垂直面内交叉；且 包含於上述第1光學系統與上述第2光學系統之間使上 述光線反射而於水平面内偏向之反射機構。

20·如請求項14乃至19中任一項之投射型圖像顯示裝置，其 中， 包含用於依照要求地引導經由上述凹面反射面反射後 之光路之至少一面之平面反射面；且 將從位於上述螢幕之前方之平面反射面朝向螢幕之光 線之中通過距離上述螢幕最遠之位置之最外部區域光線 與上述螢幕所形成之角度設為θ時，滿足以下之條件式 (4)： (4)〇.6>tan0>〇.〇5 〇 103976.doc