投影型影像显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及投影型影像显示装置。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，已知使用了作为自由曲面光学元件的2片自由曲面透镜和I片自由曲面反射镜的投影光学系统(参考专利文献I)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2011-253024号公报
【发明内容】
[0006]发明要解决的技术问题
[0007]专利文献I中，确保了较大的后焦距(以下称为BFL)来配置色合成棱镜(滤波器类，厚度25.642mm)，并以同轴透镜组的透镜长度(从透镜I入射面到透镜14出射面的距离)91.1mm、从影像显示元件到自由曲面反射镜的距离200.6mm、从自由曲面反射镜到像面的距离500mm的参数，实现了 80英寸的投影像(长边1701mm)(投影比=500/1707 = 0.3)。不过，投影距离的缩短和投影光学系统的小型化还存在进一步的需求。
[0008]因此，本发明的目的在于提供一种实现进一步的投影距离的缩短(广角化)和投影光学系统的小型化的投影型影像显示装置。
[0009]解决问题的技术手段
[0010]上述问题可通过权利要求中记载的技术方案解决。
[0011]发明效果
[0012]根据本发明，能够提供一种实现了进一步的投影距离的缩短(广角化)和投影光学系统的小型化的投影型影像显示装置。
【附图说明】
[0013]图1是实施例1的投影光学系统的结构图。
[0014]图2是实施例1的投影光学系统的光路图。
[0015]图3是实施例1的透镜数据。
[0016]图4是实施例1的自由曲面系数。
[0017]图5是实施例1的非球面系数。
[0018]图6是实施例1的奇次多项式非球面系数。
[0019]图7是透镜I的形状的说明图。
[0020]图8是法兰后截距(flange back, flange focal length)调整的说明图。
[0021]图9是最小倾斜光束和最大倾斜光束的说明图。
[0022]图10是实施例1的各透镜的焦距。
[0023]图11是实施例1的畸变像差图。
[0024]图12是实施例1的横向像差图。
[0025]图13是实施例1的光斑图。
[0026]图14是实施例2的投影光学系统的结构图。
[0027]图15是实施例2的投影光学系统的光路图。
[0028]图16是实施例2的透镜数据。
[0029]图17是实施例2的自由曲面系数。
[0030]图18是实施例2的非球面的系数。
[0031]图19是实施例2的奇次多项式非球面系数。
[0032]图20是实施例2的各透镜的焦距。
[0033]图21是实施例2的畸变像差图。
[0034]图22是实施例2的横向像差图。
[0035]图23是实施例2的光斑图。
[0036]图24是通过逆焦(Retrofocus)来确保BFL的说明图。
[0037]图25是广角化的光学设计的光路图。
【具体实施方式】
[0038]为了易于理解地说明本发明，首先说明本发明的技术问题。图24是通过逆焦来确保BFL的说明图。图24的投影光学系统从影像显示元件5 —侧起包括具有正光焦度的透镜Lltn和具有负光焦度的透镜L 1()2。设光线从透镜Llti2—侧入射，透镜L m的负光焦度使光线发散，透镜Lm的正光焦度使光线会聚。由于光线在透镜L 1(:2的作用下发散，相应地确保了焦距f的约2倍的BFL。
[0039]此处，为了整理广角化的问题点，用图24的逆焦型实施广角化的光学设计。图25是采用与图24同样的结构实现BFL = 20.0mm的光学设计的光路图。视角设定成半视角为30度，透镜Lltn和透镜L 1()2为非球面形状。
[0040]图25 (A)中，以透镜 L101 的焦距 f 101= 16.3mm、透镜 L 102的焦距 f 102= -34.1mm 和透镜长度=43.6mm的参数，实现了投影光学系统的焦距f = 10.0mm(BFL = 2f)。图25(B)中，以透镜Liqi的焦距f 101= 18.3mm、透镜L 1Q2的焦距f 102= -28.5mm和透镜长度=98.9mm的参数，实现了投影光学系统的焦距f = 5.0mm(BFL = 4f)。
[0041]像这样，如果仅为了广角化，使投影光学系统大型化就能够实现目标。但是，在使专利文献I的投影光学系统(投影距离500mm且投影像80英寸)进一步广角化的情况下，投影距离变得更短，投影像与投影型影像显示装置之间发生干涉(干扰)的可能性增大。例如，作为投影型影像显示装置的使用方式，在要显示40英寸的投影像的情况下，投影距离为约250mm( = 500X40/80)，投影像与投影型影像显示装置会发生干涉，无法进一步广角化。
[0042]此外，用于实现投影光学系统的广角化的光线的发散，不仅能够通过扩大透镜Lm与透镜Lira的间隔(大型化)来实现，也能够通过增大透镜Lm和透镜Lira的光焦度来实现。但是，若增大透镜Lm和透镜L 1(:2的光焦度，则像差变大，导致光学性能劣化。于是，通常将透镜分割(增加透镜片数)。但是，这种情况下，由于凸透镜彼此的光轴上的距离的制约、凸透镜的边缘厚度的制约、凹透镜的中心厚度的制约、凹透镜的边缘部的干涉的制约，透镜长度也会变长。进而，于透镜片数增加，制造成本也增大。
[0043]实施例1
[0044]接着说明实施例1。图1是投影光学系统I的结构图。投影光学系统I中，在光的行进方向上依次配置影像显示元件5、等效滤波器6、具有折射作用的包括多个透镜的同轴系统的透镜组2、自由曲面透镜组3、自由曲面反射镜4。等效滤波器6表示包括影像显示元件5的防尘玻璃、偏振片、色合成用棱镜等的整体。
[0045]此处，关于自由曲面透镜的光焦度，将接近透镜组2的光轴一侧的主光线通过该自由曲面透镜的通过距离比远离光轴一侧的主光线的通过距离大的情况定义为正光焦度，相反，将接近透镜组2的光轴一侧的主光线通过该自由曲面透镜的通过距离比远离光轴一侧的主光线的通过距离小的情况定义为负光焦度。此外，在与透镜光轴相同的光线的情况下，通过距离与透镜的中心厚度相等。
[0046]从影像显示元件5出射的影像光通过等效滤波器6，在同轴系统的透镜组2和自由曲面透镜组3受到折射作用后，在自由曲面反射镜4上反射，投影到像面8 (屏幕)上。
[0047]透镜组2是由具有正光焦度的第一透镜组GjP具有负光焦度的第二透镜组G 2构成的逆焦型透镜组。并且，在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间配置有孔径光阑7。
[0048]以下，在透镜的说明中，将影像显示装置一侧称为缩小侧，将光的行进方向(像面一侧)称为放大侧。
[0049]第一透镜组G1包括玻璃制的具有正光焦度且在缩小侧具有较小的曲率半径(即缩小侧的面的曲率半径小)的透镜L1，折射率1.8以上的塑料制的非球面透镜L2,阿贝数70以上的玻璃制的具有正光焦度的双凸形状的透镜L3，阿贝数25以下的玻璃制的具有负光焦度的双凹形状的透镜L4，阿贝数70以上的玻璃制的具有正光焦度的双凸形状的透镜L5，和玻璃制的具有正光焦度且较小的曲率半径朝向放大侧(即放大侧的面的曲率半径小)的双凸形状的透镜L6。透镜L3至透镜L 5构成贴合的三合透镜。
[0050]第二透镜组62包括塑料制的具有负光焦度且凸面朝向缩小侧的弯月形状的非球面透镜L7，阿贝数70以上的玻璃制的具有负光焦度且凹面朝向缩小侧的双凹形状的透镜L8，阿贝数35以下的玻璃制的具有正光焦度且放大侧的曲率半径较小的双凸形状的透镜L9，和塑料制的具有负光焦度且凸面朝向放大侧的弯月形状的非球面透镜L1Q。
[0051]自由曲面透镜组3包括塑料制且凸面朝向放大侧的弯月透镜形状的自由曲面透镜L11,和塑料制且凸面朝向放大侧的弯月透镜形状的自由曲面透镜L12。
[0052]图3表示实施例1的透镜数据。曲率半径用正符号表示曲率半径的中心位置位于行进方向的情况，面间距离表示从各面的顶点位置到下一个面的顶点位置的光轴上的距离。
[0053]偏心是Y轴方向的值，倾斜是YZ平面内绕X轴的旋转，偏心/倾斜对于对应的面依次按偏心和倾斜的顺序作用，“普通偏心”的情况下，下一个面配置在偏心/倾斜作用后的新的坐标系上的面间距离的位置上。另一方面，“DAR”意思是偏心及返回(decenter andreturn)，偏心和倾斜仅对该面作用，不影响下一个面。玻璃名中的PMMA是丙稀酸塑料。
[0054]图4表示根据公式I定义的自由曲面系数。自由曲面系数是相对于各自的光轴9(Z轴)旋转非对称的形状，是由圆锥项的成分和XY多项式的项的成分定义的形状。例如，X 为 2 次(m = 2)且 Y 为 3 次(η = 3)的情况，对应于 j = {(2+3) 2+2+3 X 3} /2+1 = 19 即C19的系数。此外，自由曲面各自的光轴的位置，由图3的透镜数据中的偏心/倾斜的量确定。
[0055]图5表示根据公式2定义的非球面系数。非球面系数是相对于各自的光轴(Z轴)旋转对称的形状，使用圆锥项的成分和距离光轴的高度h的4次至20次的偶次成分。
[0056]图6所示的奇次多项式非球面系数，是对图5的非球面增加了奇次成分的形状。高度h是正值，所以是旋转对称的形状。
[0057]关于实施例1的透镜结构，用图7至图9说明。首先用图7说明透镜L1。图7⑷为了比较示出了用Lan代替L啲例子。图7 (B)示出了使用L撕例子。
[0058]从影像显示元件5出射的影像光，在隔开BFL的距离配置的透镜L2m的作用下发生折射。该情况下，双凸透镜的主平面(用虚线表示)位于双凸透镜的内部。另一方面，平凸透镜L1的主平面位于平凸透镜的凸面部。S卩，平凸透镜在确保足够的BFL的同时，与双凸透镜相比因为主平面的位置的不同，而能够使影像光更早地折射，所以能够减小后续的透镜1^之后的光线高度，有利于投影光学系统I的小型化。进而，为了减小透镜L1中发生的像差，对透镜L1应用折射率1.8以上的玻璃，实施例1中为FDS90 (HOYA)。
[0059]此外，使用图24所示的边缘光线(Marginal Ray，轴上光线)的光线高度Hm、主光线(Principle Ray)的光线高度Hp、各透镜的光焦度Φ (=焦距的倒数)、各透镜的阿贝数V，能够用下式定义轴向色差和倍率色差。
[0060]轴向色差=Σ(Hm12 Φ ,/v x)
[0061]倍率色差=Σ(Ηη^Ηρ?Φ;/V J
[0062]光焦度J
[0063]例如，在将凸和凹的透镜以距离O配置的情况下，因为光线高度相同，所以色差校正的条件是“ Φ/V V 2= 0”，而光焦度的条件是“ Φ = Φ i+Φ/。此处，设想图24的逆焦的正透镜组，当光学系统整体的光焦度为正时，通常对凸透镜应用阿贝数大的玻璃，对凹透镜应用阿贝数小的玻璃。
[0064]但是，由于对实施例