专利名称：投影型影像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影型影像显示装置。
背景技术：
现有技术中，已知使用1片自由曲面反射镜和2片自由曲面透镜的投影光学系统 (图8)，和通过使其中的2片自由曲面透镜联动地移动来进行调焦(合焦，聚焦)作用的技术(图9)(参照日本特开2010-72374号公报，日本特开2009-109867号公报)。图10(A)是提取出作为调焦透镜的自由曲面透镜和其之前的固定透镜的图， 图10(B)是作为调焦透镜的自由曲面透镜的移动轨迹即凸轮机构从动件运动线图(cam diagram)的示意图。图10中，投影到屏幕上的像越小，调焦透镜就越向像面侧移动。此外， 像面侧的调焦透镜的移动量比影像显示元件侧的调焦透镜的移动量大。
发明内容
根据现有技术，在使用调焦透镜的投影光学系统中，能用较短的投影距离得到较大的投影像(从物面(影像显示元件面)到自由曲面反射镜13的光轴的距离为327. 6mm, 从自由曲面反射镜13的光轴到像面的距离为567mm，形成80英寸的像)。不过，仍要求投影距离的进一步缩短和投影光学系统的进一步小型化。于是，本发明的目的在于，提供一种实现了投影距离的进一步缩短(广角化)和投影光学系统的进一步小型化的投影型影像显示装置。为了解决上述课题，本发明的优选方式之一如下所述。该投影型影像显示装置，包括相对于影像显示元件配置在光的行进方向上的包含多个透镜的透镜组；相对于透镜组配置在光的行进方向上的第一透镜；相对于第一透镜配置在光的行进方向上的第二透镜；和将从第二透镜出射的光反射，使其倾斜地投影到屏幕上的反射镜，其中，第一透镜的屈光力(refractive power，光焦度)为正，第二透镜的屈光力为负，第一透镜和第二透镜在光轴上联动地移动，并且，第一透镜的移动量大于第二透镜的移动量。
图1是实施例的投影光学系统的结构图。图2是表示实施例的每种投影尺寸下的调焦透镜的移动位置的图。图3是实施例的调焦透镜及其移动示意图。图4是说明广角转换透镜(wide conversion lens)的基本作用的图。图5是表示在用凹透镜进行前透镜调焦方式时的调焦透镜的移动量的图。图6是表示在用凸透镜进行内部调焦方式时的调焦透镜的移动的说明图。图7是表示在用凸透镜进行内部调焦方式时的调焦透镜的移动量的图。图8是现有例的投影光学系统的整体图。
图9是表示现有例的每种投影尺寸下的调焦透镜的移动位置的图。图10是现有例的调焦透镜和移动示意图。图11是作为光线追踪的条件的物点(像点)配置的说明图。
具体实施例方式以下用
实施例。首先，用图4说明广角转换透镜的基本结构和广角化作用。图4 (A)表示没有广角转换透镜100的情况下的主透镜200的焦距Π。来自无穷远处的光束，会聚在主透镜200 的焦点位置上。另一方面，图4(B)是在主透镜200的像面侧配置了广角转换透镜100的结构图。来自无穷远处的光束，被广角转换透镜100的凹透镜112向上偏折，并被凸透镜111 恢复为平行光束，会聚在主透镜200的焦点位置上。实际上，主透镜200设计为规定的F值， 从影像显示元件侧看来，要入射到主透镜200的平行光束，被凸透镜111弯折，被凹透镜112 恢复为平行光束。此处，入射到透镜的平行光束在该透镜的焦点位置会聚，S卩，从凹透镜112的主点到平行光束的会聚位置的距离是焦距，所以可知因配置广角转换透镜100而使焦距减小到 f2。这是广角转换透镜100产生的广角化作用。从而，能够预想通过使多个自由曲面透镜具有广角转换透镜的广角化功能，有利于进一步的广角化。其中，自由曲面表示例如非旋转对称的曲面。接着，说明使像面侧的自由曲面透镜具有负的屈光力的情况下的、调焦作用时的调焦透镜的移动量。用前透镜(配置在最接近像面侧的透镜)进行调焦作用时的调焦透镜的伸出量 δ，如果使用投影距离L和前透镜的焦距f，存在以下成像公式。l/(f+ δ )+l/L = 1/f(1)针对伸出量δ求解式⑴得到式⑵。δ = f2/ (L-f)(2)图5是表示用凹透镜进行前透镜调焦方式时的调焦透镜的移动量的图。横轴是投影距离，纵轴是调焦透镜的伸出量。调焦透镜(凹透镜)的焦距，是图8的投影光学系统30 的焦距(根据物与像的关系逆运算求出的值)4. 9mm的约10倍，定为-50mm。此外，从自由曲面反射镜13的主点到屏幕的投影距离，是包括图8的投影光学系统30中像尺寸为80英寸时的投影距离567mm在内的范围，设为从250mm到750mm的投影距离范围。根据计算结果，投影距离750mm时的伸出量为3. 13mm，投影距离250mm时的伸出量为8. 33mm，调焦透镜的移动量为5. 21mm。接着，用图6和图7说明从像面侧起顺序配置凹透镜、凸透镜，并用凸透镜进行调焦作用的情况下的调焦透镜的移动量。图6中，从像面侧起配置凹透镜111和凸透镜112构成广角转换透镜100。来自像面侧的平行光束，被凹透镜111向上偏折，并被凸透镜112再次恢复为平行光束。凹透镜 111的焦距f凹为_a，a加上凹透镜111与凸透镜112之间的距离的值为凸透镜112的焦距f凸。此处，在将投影距离从无穷大变更为L的情况下，位于投影距离L处的物的像，根据成像公式，可得式(3)。
4
l/b+1/L = Ι/f 凹(3)对于像位置X，求解式(3)得到式(4)。b = l/(l/f 凹-1/L)(4)该b与a的值的差，是凹透镜111所成像的像位置的移动量，通过使凸透镜112移动与该量相同的量，被凸透镜112折射的光线再次恢复为平行光线。即，凸透镜112的移动量S，用式(5)确定。δ = b-f 凹=1/ (1/f 凹-1/L) -f 凹 (5)图7是表示用凸透镜进行内部调焦方式时的调焦透镜的移动量的图。与图5同样，横轴是投影距离，纵轴是调焦透镜的伸出量，调焦透镜(凸透镜)的焦距定为50mm。另一方面，凹透镜的焦距定为-45mm(凹凸透镜的间隔为5mm)。此外，从自由曲面反射镜13到屏幕的投影距离与图5相同，为250mm到750mm的投影距离范围。根据计算结果，投影距离 750mm时的伸出量为2. 55mm，投影距离250mm时的伸出量为6. 86mm，调焦透镜的移动量为 4. 32mm。即，在使调焦透镜的屈光力的绝对值为相同的值的情况下进行比较，可知若以由凹透镜和凸透镜构成的广角转换透镜中位于影像显示元件侧的凸透镜作为调焦透镜，能够减小调焦透镜的移动量。根据以上所述，通过将自像面侧起配置凹透镜和凸透镜而构成的广角转换透镜的凸透镜作为主要的调焦透镜，除了广角转换透镜带来的广角化效果之外，还能够实现抑制调焦透镜的移动量的调焦作用。以下说明具体的透镜结构。图1是投影光学系统1的结构图。投影光学系统1中，在光的行进方向上，顺序配置影像显示元件15、换算滤镜9、具有折射作用的包括多个透镜的同轴系统透镜组10、具有正的屈光力的第一自由曲面透镜11、具有负的屈光力的第二自由曲面透镜12，和自由曲面反射镜13。此处，关于自由曲面透镜的屈光力的定义，当接近透镜组10的光轴的主光线通过该自由曲面透镜的通过距离大于距离该光轴较远一侧的主光线的通过距离时(即，远离光轴的部位的厚度比接近光轴的部位的厚度薄时)，屈光力为正，反之，当接近透镜组10的光轴一侧的主光线通过该自由曲面透镜的通过距离小于距离光轴较远一侧的主光线的通过距离时(即，远离光轴的部位的厚度比接近光轴的部位的厚度厚时)，屈光力为负。此外，对于与透镜组10的光轴相同的光线来说，通过距离与透镜的中心厚度相等。使第一自由曲面透镜11和第二自由曲面透镜12联动地在光轴上移动，并使第一自由曲面透镜11的移动量大于第二自由曲面透镜12的移动量。图2是表示每种投影尺寸下的调焦透镜的移动位置的图。此处，以具有折射作用的同轴系统透镜组的一部分即透镜10’为基准，表示作为调焦透镜的第一自由曲面透镜11 和第二自由曲面透镜12移动的状况。可知与投影尺寸自130英寸到60英寸对应地，第一自由曲面透镜11和第二自由曲面透镜12向影像显示元件侧移动，并且第一自由曲面透镜 11的移动量更大。图3((A)、(B))是调焦透镜及其移动示意图。对于影像显示元件侧的第一自由曲面透镜11，与如图3 (A)所示的接近透镜组10的光轴的部位的透镜厚度相比，远离该光轴的部位的透镜厚度更薄，即该第一自由曲面透镜11是屈光力为正的自由曲面透镜。此外，除了 ^截面上的透镜截面之外，根据图示)(Z截面上的透镜截面图可知JZ截面、)(Z截面上都表现为正的屈光力的形状。同样的，对于像面侧的第二自由曲面透镜12，与接近透镜组10 的光轴的部位的透镜厚度相比，远离该光轴的部位的透镜厚度更厚。即，该第一自由曲面透镜11是屈光力为负的自由曲面透镜。其在TL截面、XZ截面都表现为负的屈光力的形状。各场角的主光线通过各自由曲面透镜时主光线在自由曲面透镜中的通过距离，在表1中表示。可知第一自由曲面透镜为正的屈光力，第二自由曲面透镜为负的屈光力。此外，图11中，设置共8个物点，表示来自各物点的光线。[表 1]
权利要求
1.一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括相对于影像显示元件配置在光的行进方向上的包含多个透镜的透镜组； 相对于所述透镜组配置在光的行进方向上的第一透镜； 相对于所述第一透镜配置在光的行进方向上的第二透镜；和将从所述第二透镜出射的光反射，使其倾斜地投影到屏幕上的反射镜，其中所述第一透镜的屈光力为正，所述第二透镜的屈光力为负，所述第一透镜和所述第二透镜沿着所述透镜组的光轴联动地移动，并且，所述第一透镜的移动量大于所述第二透镜的移动量。
2.如权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于 所述第一透镜和所述第二透镜是自由曲面透镜，所述反射镜是自由曲面反射镜。
3.如权利要求1或2所述的投影型影像显示装置，其特征在于所述第一透镜和所述第二透镜，在所述反射镜的主点到所述屏幕的投影距离由大变小时，分别向所述影像显示元件侧移动。
全文摘要
本发明提供一种实现了投影距离的进一步缩短(广角化)和投影光学系统的进一步小型化的投影型影像显示装置。投影型影像显示装置包括相对于影像显示元件配置在光的行进方向上的包含多个透镜的透镜组；相对于透镜组配置在光的行进方向上的第一透镜；相对于第一透镜配置在光的行进方向上的第二透镜；和将从第二透镜出射的光反射，使其倾斜地投影到屏幕上的反射镜，其中，第一透镜的屈光力为正，第二透镜的屈光力为负，第一透镜和第二透镜沿着上述透镜组的光轴联动地移动，并且，第一透镜的移动量大于第二透镜的移动量。
文档编号G02B13/18GK102269917SQ20111010517
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月22日 优先权日2010年6月2日
发明者谷津雅彦 申请人:日立民用电子株式会社