专利名称：成像光学系统、透镜单元和图像投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及成像光学系统、透镜单元和图像投影装置。
背景技术：
在使用多个图像面板(panel)的投影仪中，光路需要在光束入射投影透镜之前被合成。当使用反射液晶面板时，为了分离入射光与发射光，需要在反射液晶面板和投影透镜之间设置偏振分离表面。常规上，存在通过设置平板(flat plate)作为偏振分离表面而配置的投影仪。但是，当光束通过被设置为倾斜的平板时，产生诸如像散的各种类型的像差并因此使成像性能劣化。
日本专利公开No. H06-337396公开了使用具有相互正交的倾斜方向的两个平板以补偿像散的配置。日本专利公开NO.H05-100187公开了柱面透镜(cylinder lens)被设置在投影透镜与图像面板之间以校正像散的配置。日本专利公开No. 2005-189635公开了在投影透镜与图像面板之间设置楔形(cuneiform)元件的配置。根据日本专利公开NO.H06-337396的配置，可以改善沿平板的倾斜方向的截面(倾角截面)中的像散。但是，在实际的光束中存在作为平板的倾斜方向以外的光线的斜光线(skew ray)，因此，该配置不能校正斜光线的像差，并且不能充分地恢复成像性能。并且，日本专利公开No. H06-337396公开了在投影透镜与图像面板之间的后焦距(back focus)的区域中设置两个平板的配置。但是，在该配置中，投影透镜需要长的后焦距，并且，由于重量随着透镜直径的放大而更重、成本更昂贵并且设计性能劣化，因此这是不希望的。另外，在日本专利公开No. H05-100187的配置中，由于斜光线入射倾斜的平板以在上侧与下侧之间不对称，因此，不能通过具有在上侧和下侧之间对称的形状的柱面透镜充分地校正像散。并且，当如日本专利公开No. 2005-189635中公开的那样使用楔形元件时，可同时改善像散和斜光线的像差。但是，在日本专利公开No. 2005-189635的配置中，楔形元件的厚度根据光线通过的位置而不同。因此，由于产生像面倾斜(image plane tilt)，所以不能改善所有图像高度的图像质量。因此，在任何情况下，不能充分地恢复由平板导致的图像质量的劣化。
发明内容
本发明在具有在后焦距的区域中相对于光轴倾斜的平板的成像光学系统中，提供以简易的配置抑制成像性能的劣化的成像光学系统。作为本发明的一个方面的成像光学系统包括透镜单元，所述透镜单元包含多个光学元件；以及光路合成部分，所述光路合成部分包含被设置为相对于所述透镜单元的光轴而倾斜的平板，并且，所述透镜单元包含校正部分，所述校正部分在与所述平板的法线和所述光轴两者平行的截面中具有相对于所述光轴不对称的形状。作为本发明的另一方面的透镜单元包括多个光学元件和具有相对于光轴不对称的形状的校正部分。作为本发明的另一方面的图像投影装置包括被配置为调制来自光源的光的光调制元件和成像光学系统，并且，来自光调制元件的光经由成像光学系统被投影到投影表面上。从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征和方面将变得明显。
图I是实施例I中的成像光学系统的截面图。图2是实施例I中的成像光学系统的斑点图表(spot diagram chart)。
图3是实施例2中的成像光学系统的截面图。图4是实施例2中的成像光学系统的斑点图表。图5是实施例3中的成像光学系统的截面图。图6是实施例3中的成像光学系统的斑点图表。图7是实施例4中的成像光学系统的截面图。图8是实施例4中的成像光学系统的斑点图表。图9是实施例5中的成像光学系统的截面图。图10是实施例5中的成像光学系统的斑点图表。图11是实施例6中的投影仪的示意性配置图。图12是作为比较例的成像光学系统的截面图。图13是作为比较例的成像光学系统的斑点图表。
具体实施例方式以下将参照附图描述本发明的示例性实施例。在附图中的每一个中，相同的元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其重复的描述。[实施例I]首先，将描述本发明的实施例I中的成像光学系统。图I是本实施例中的成像光学系统的截面图。通过包括透镜单元I和颜色合成部分2 (光路合成部分)来配置成像光学系统。通过包括多个光学元件(透镜)来配置透镜单元I。在本实施例中，透镜单元I是通过总共14个透镜配置的反焦(retro-focus)型单焦点透镜，并且第二透镜是非球面透镜(两侧)。并且，透镜单元I在其内部(在光路中)包含具有对于光轴OA不对称的形状的校正部分5。透镜单元I例如将通过图像面板(液晶显示元件或光调制元件)调制的光投影到屏幕(投影面)上。颜色合成部分2被设置在后焦距的区域内，其通过包含棱镜3和相对于光轴OA倾斜45度的平板4 (倾斜平板)而配置。作为棱镜3，例如，使用通过用三角柱在两侧保持诸如二向色棱镜(dichroic prism)的电介质多层而配置的颜色合成棱镜。作为平板4,例如，使用板状的反射偏振板。本实施例的平板4是平行板，但是本实施例不限于此，并且也适用于具有其它的形状的平板。上述的校正部分5在沿平板4的倾斜方向的截面(图I所示的截面)上具有对于光轴OA不对称的形状。沿倾斜方向的截面意味着与平板4的法线和透镜单元I的光轴OA两者平行的截面。表I是本实施例中的数值例。在表I中，表面号表示从屏幕侧(扩大侧)依次添加到各透镜的表面的号码，符号R表不曲率半径，符号d表不表面的间隔(关于相邻的表面的物理间隔)，并且符号nd和vd分别表示玻璃材料对于d线的折射率和阿贝数。符号Θ表示各表面的倾斜角度，这里，相对于光轴法线(与光轴正交的方向)以反时针方向旋转、以度为单位。各表面的倾斜角度意味着各表面的表面顶点处的面内方向(切线方向)与光轴的正交方向之间的角度。在本说明书中，各表中的R、d和f的单位为毫米(mm)。在表面号的右侧添加符号的通过光轴的表面具有由下式(I)表达的非球面形状。在表I中示出式中的系数A至E和K。式中的符号r表示透镜单元I的从光轴OA到径向方向的距离，符号X表示从r=0的位置到光轴方向的距离。X = (r2/R) / [1+ {I- (1+K) (r2/R2)}1/2] +Ay4+By6+Cy8+Dy10+Ey12. . · (I)(表I)
f=29.7 ω=23.7° F/1.96
RdndvdΘ
OBJ- 2240,000.00
I46.778 2 50 I SO^ z5 3 0.00
权利要求
1.一种成像光学系统,包括 透镜单元，所述透镜单元包含多个光学元件；以及 光路合成部分，所述光路合成部分包含被设置为相对于所述透镜单元的光轴而倾斜的平板， 其中，所述透镜单元包含校正部分，所述校正部分在与所述平板的法线和所述光轴两者平行的截面中具有相对于所述光轴不对称的形状。
2.根据权利要求I的成像光学系统，其中，所述校正部分是具有预定的顶角的楔形板。
3.根据权利要求I或2的成像光学系统，其中，所述校正部分是随着远离缩小侧而变薄并且向着所述缩小侧变厚的平板。
4.根据权利要求I或2的成像光学系统，其中，所述校正部分被设置为相对于所述光轴倾斜。
5.根据权利要求I或2的成像光学系统,其中,所述校正部分被设置为在轴向光束向着缩小侧被会聚的位置处沿与所述平板相同的方向倾斜。
6.根据权利要求I或2的成像光学系统,其中,所述校正部分被设置为在轴向光束向着扩大侧被会聚的位置处沿与所述平板相反的方向倾斜。
7.根据权利要求I或2的成像光学系统，其中，所述校正部分的至少一个表面是在与所述平板的法线和所述光轴平行的截面中具有曲率半径的柱面表面。
8.根据权利要求I的成像光学系统，其中，所述校正部分具有在所述多个光学元件中的任一个上形成的自由形式的表面。
9.根据权利要求I或2的成像光学系统，其中，所述校正部分被配置为能在变焦操作中沿光轴方向移动。
10.一种透镜单元，包括 多个光学元件；以及 校正部分，所述校正部分具有相对于光轴不对称的形状。
11.一种图像投影装置，包括 光调制元件，所述光调制元件被配置为调制来自光源的光；以及 根据权利要求I的成像光学系统， 其中，来自所述光调制元件的光经由所述成像光学系统被投影到投影表面上。
全文摘要
本发明涉及成像光学系统、透镜单元和图像投影装置。所述成像光学系统包括透镜单元，所述透镜单元包含多个光学元件；以及光路合成部分，所述光路合成部分包含被设置为相对于所述透镜单元的光轴而倾斜的平板，并且，所述透镜单元包含校正部分，所述校正部分在与所述平板的法线和所述光轴两者平行的截面中具有相对于所述光轴不对称的形状。
文档编号G02B27/10GK102914869SQ201210269830
公开日2013年2月6日 申请日期2012年7月31日 优先权日2011年8月4日
发明者猪子和宏 申请人:佳能株式会社