TWI831849B - 圖像顯示裝置及投射光學系統 - Google Patents

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TWI831849B
TWI831849B TW108137824A TW108137824A TWI831849B TW I831849 B TWI831849 B TW I831849B TW 108137824 A TW108137824 A TW 108137824A TW 108137824 A TW108137824 A TW 108137824A TW I831849 B TWI831849 B TW I831849B
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西川純
枝光直子
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日商索尼股份有限公司
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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透鏡系統使圖像光折射。第1反射光學系統具有2個以上之使折射之圖像光折返而反射之反射面。第2透鏡系統使由第1反射光學系統反射之圖像光折射。第2反射光學系統將由第2透鏡系統折射之圖像光向被投射物反射。第1反射光學系統包含具有構成2個以上之反射面中之1個反射面之主面的光學零件。該主面於具有相對於光學零件之光軸與反射面呈旋轉非對稱之形狀且包含光軸之區域，構成使圖像光透過之透過面。

Description

圖像顯示裝置及投射光學系統
本技術係關於一種例如投影機等之圖像顯示裝置、及投射光學系統。
先前，作為將投射圖像顯示於螢幕上之投射型圖像顯示裝置，投影機廣為人知。最近，投射空間較小但可顯示大畫面之超廣角正投投射型投影機之需求日益提高。若使用該投影機，則藉由對螢幕傾斜且廣角地投影，可於限定之空間內投射大畫面。
專利文獻1記載之超廣角之投射型投影機中，藉由使投射光學系統所含之一部分光學零件移動，可實現使投射於螢幕上之投射圖像移動的畫面移位。藉由使用該畫面移位，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)。
專利文獻2記載之投射型之圖像顯示裝置中，如其之圖3等所示，作為投射光學系統1之一部分，配置有第1曲面鏡21與第2曲面鏡22。第2曲面鏡22構成於第10透鏡L1之縮小側之面。透過第10透鏡L10之投射光藉由第1曲面鏡21而朝第2曲面鏡22反射。第2曲面鏡22進一步反射該反射光並 朝螢幕10出射(專利文獻1之說明書段落[0040][0043]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
[專利文獻2]日本專利特開第2013-242594號公報
考慮到今後對應超廣角之投影機會日益普及，故尋求用以實現裝置之小型化、高性能化之技術。
鑑於如上之事況，本技術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、高性能化的圖像顯示裝置及投射光學系統。
為達成上述目的，本技術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。
上述圖像產生部調變自上述光源出射之光而產生圖像光。
上述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。
上述第1透鏡系統整體具有正折射力，使上述產生之圖像光折射。
上述第1反射光學系統具有2個以上之使上述第1透鏡系統所折射之上 述圖像光折返且反射的反射面。
上述第2透鏡系統整體具有正折射力，且使上述第1反射光學系統所反射之上述圖像光折射。
上述第2反射光學系統具有將由上述第2透鏡系統折射之上述圖像光朝被投射物反射之凹面反射面。
上述第1反射光學系統包含具有構成上述2個以上之反射面中之1個反射面之主面的光學零件。
上述光學零件之主面於具有相對於上述光學零件之光軸與上述反射面呈旋轉非對稱之形狀且包含上述光軸之區域，構成使上述圖像光透過之透過面。
於該圖像顯示裝置中，藉由第1反射光學系統之2個以上之反射面之各者，將由第1透鏡系統折射之圖像光折返而反射。藉此，不會使投射光光學系統大型化，可充分地確保圖像光之光路長度。其結果，可實現裝置之小型化。又，於第1反射光學系統所含之光學零件之主面，於具有與反射面呈旋轉非對稱之形狀且包含光軸之區域構成透過面。藉此，可提高投射光學系統之組裝精度，而實現高性能化。
上述光學零件之反射面可包含有效反射區域。於該情形時，上述光學零件之透過面可包含：有效透過區域，其設定於具有相對於上述光學零件之光軸而與上述有效反射區域呈旋轉非對稱之形狀的區域。
上述有效透過區域可包含上述光軸。
若將上述有效反射區域與上述有效透過區域之最短距離設為Lmin，則上述有效反射區域及上述有效透過區域可分別設定在與上述光學零件之反射面和上述光學零件之透過面之邊界相隔Lmin/2以上之距離的位置。
上述光學零件之反射面與上述光學零件之透過面之邊界可位於連結上述有效反射區域與上述有效透過區域之距離最短之部分的直線上之中間。
上述光學零件之反射面及上述光學零件之透過面可以相對於與上述光學零件之光軸正交之特定之第1軸成對稱之方式構成於上述主面。
上述投射光學系統可構成為上述投射光學系統所含之所有光學零件各者之光軸與特定之基準軸一致。於該情形時，上述圖像光可自上述基準軸沿著上述第1軸之軸向偏移之位置起，沿著上述基準軸出射。
上述圖像顯示裝置可進而具備：保持部，其具有構成於特定位置之記號，且保持上述光學零件之周緣。於該情形時，自上述光學零件之光軸方向觀察，自上述保持部之記號之中心連結上述保持部所保持之上述光學零件之光軸的直線、與正交於上述光學零件之光軸及上述第1軸各者的第2軸之交叉角度可為5°以內。
上述光學零件之反射面與上述光學零件之透過面之邊界之端部可位 於上述第2軸上。
上述圖像顯示裝置可進而具備：保持部，其具有構成於特定位置之記號，且保持上述光學零件之周緣。於該情形時，上述光學零件可具有中心位於上述第1軸上之記號。又，自上述光學零件之光軸方向觀察，自上述保持部之記號之中心連結上述保持部所保持之上述光學零件之光軸的直線、與自上述光學零件之記號之中心連結上述光學零件之光軸之直線的交叉角度可為5°以內。
上述光學零件之透過面可分別分割構成於上述主面之包含上述光軸之第1區域、及與上述第1區域不同之第2區域。
上述光學零件可具有：基體部，其具有光透過性；透過膜，其積層於上述基體部；及反射膜，其積層於上述透過膜。於該情形時，上述透過膜之表面可由不包含氟之層構成。
上述光學零件可具有與上述主面為相反側之面。於該情形時，上述相反側之面之包含上述光學零件之光軸之區域可作為透過面而構成。
上述投射光學系統可構成為上述投射光學系統所含之所有光學零件各者之光軸與特定之基準軸一致。
上述特定之基準軸可為將上述第1透鏡系統所含之配置於最接近上述 圖像產生部之位置之透鏡之光軸延長的軸。
上述光學零件之光軸可位於上述光學零件之主面之中心。
上述光學零件之透過面可作為上述第1透鏡系統發揮功能。
上述光學零件之透過面可作為上述第2透鏡系統發揮功能。
自上述光學零件之光軸方向觀察之上述光學零件之外形可為圓形狀。
本技術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者，且具備上述第1透鏡系統、上述第1反射光學系統、上述第2透鏡系統、及上述第2反射光學系統。
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
41:下半部分區域
42:上半部分區域
43a:點
43b:點
45:點
46:三角形區域
48:邊界
49a:直線部分
49b:直線部分
50a:直線部分
50b:直線部分
51a:邊界之端部
51b:邊界之端部
55:基體部
56:透過膜
57:反射膜
58a:薄膜
58b:薄膜
58c:薄膜
59:周緣
60:有效反射區域
61:有效透過區域
63:點
64:緣部
65a:直線部分
65b:直線部分
68:透鏡保持部
69:缺口
71:上半部分區域
72:下半部分區域
73:半圓形區域
74:邊界
75a:直線部分
75b:直線部分
76:緣部
77a:邊界之端部
77b:邊界之端部
79:透鏡保持部
80:周緣
81:缺口
82:擴展區域
83:一部分區域
84a:反射面
84b:成為記號之反射面
85:缺口
87a:第1區域
87b:第2區域
88a:透過面
88b:透過面
100:圖像顯示裝置
A1:第1軸
A2:第2軸
C1~C9:圖像光
Chp:中心位置
DM:分光鏡
F1:入射面
F2:出射面
F3:第1光學零件之主面
F4:非球面
F5:第2光學零件之主面
F6:平面
F7:出射面
FL:複眼透鏡
H:長度
imc:像圈
L:聚光透鏡
L1:第1透鏡系統
L2:第2透鏡系統
L11:透鏡
L12:透鏡
L13:光學零件
L21:透鏡
Lmin:最短距離
line1:直線
M:全反射鏡
Mr1:第1反射面
Mr2:第2反射面
Mr3:凹面反射面
NA:數值孔徑
O:光軸(基準軸)
P:液晶面板
PP:分色稜鏡
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
S1~S29:光學零件(透鏡面)
t:特定距離
Tr1:第2光學零件之主面之透過面
Tr2:第2光學零件之主面之透過面
Tr3:第1光學零件之主面之透過面
Tr4:第1光學零件之主面之透過面
Vsp:長度
VSs:長度
X:方向
Y:方向
Z:方向
圖1係用以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的概略圖。
圖3係顯示第1實施形態之投射光學系統之概略構成例的光路圖。
圖4係顯示與圖像投影相關之參數之一例之表。
圖5係用以說明圖4所示之參數之模式圖。
圖6係圖像顯示裝置之透鏡資料。
圖7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的表。
圖8A、B係顯示第1光學零件之構成例之模式性立體圖。
圖9係顯示第2光學零件之構成例之模式性剖視圖。
圖10係用以對自液晶面板出射之像素光進行說明之圖。
圖11係顯示第2光學零件之主面之構成例之模式圖。
圖12係用以說明第2反射面及透過面之形成方法之一例之模式性剖視圖。
圖13係顯示第2光學零件之主面之構成例之模式圖。
圖14係用以對第2反射面與透過面之邊界、有效反射區域及有效透過區域之位置關係進行說明的放大圖。
圖15係用以對第2光學零件之安裝進行說明之模式圖。
圖16係顯示第1光學零件之主面之構成例之模式圖。
圖17係顯示第1光學零件之主面之構成例之模式圖。
圖18係用以對第1光學零件之安裝進行說明之模式圖。
圖19係顯示第2實施形態之第2光學零件之主面之構成例的模式圖。
圖20係顯示第3實施形態之第2光學零件之主面之構成例的模式圖。
圖21係顯示第4實施形態之第2光學零件之主面之構成例的模式圖。
圖22係顯示第5實施形態之第1光學零件之主面之構成例的模式圖。
以下，一面參照圖式一面說明本技術之實施形態。
[投射型之圖像顯示裝置之概要]
對投射型之圖像顯示裝置之概要，列舉液晶投影機為例簡單地進行說明。液晶投影機藉由將光源照射之光空間性調變，而形成與影像信號相應之光學圖像(圖像光)。光之調變時使用圖像調變元件即液晶顯示元件等。例如使用具備與RGB各者對應之面板狀之液晶顯示元件(液晶面板)之三板式液晶投影機。
光學圖像由投射光學系統放大投影並顯示於螢幕上。此處，將投射光學系統作為例如與半畫角為70°附近之超廣角對應者進行說明。當然，並不限定於該角度。
與超廣角對應之液晶投影機中，即便為較小之投射空間，亦可顯示大畫面。即，即便液晶投影機與螢幕之距離較短時，亦可放大投影。藉此，獲得如下之優點。
由於可將液晶投影機配置得接近螢幕，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，從而發揮較高之安全性。
由於人等影子未映射於畫面(螢幕)，故可實現有效之演示。
設置場所之選擇自由度較高，即便於狹窄之設置空間或障礙物較多之天花板等，亦可簡單地設置。
藉由設置於牆壁使用，與設置於天花板之情形相比，易於引繞纜線等之維護。
可增加例如商談室、教室及會議室等之設置自由度。
圖1係用以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，藉由將超廣角對應之液晶投影機1設置於桌子上，可將放大之圖像2投影至同一桌子上。此種使用方法亦可實現，且可有效地利用空間。
最近，隨著學校或職場等之電子黑板(Interactive White Board)等之普及，超廣角對應之液晶投影機之需求提高。又，數位看板(電子廣告)等領域中，亦使用同樣之液晶投影機。另，作為電子黑板，亦可使用例如LCD(Liquid Crystal Display：液晶顯示器)或PDP(Plasma Display Panel：電漿顯示板)等技術。與該等相比，藉由使用超廣角對應之液晶投影機，可抑制成本而提供大畫面。另，超廣角對應之液晶投影機亦稱為短焦投影機或超短焦投影機等。
<第1實施形態>
[圖像顯示裝置]
圖2係顯示本技術之第1實施形態之投射型圖像顯示裝置之構成例的概略圖。圖像顯示裝置100包含光源10、照明光學系統20及投射光學系統30。
光源10以對照明光學系統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。此外，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發出之光束均一地照射至成為1次像面之 圖像調變元件(液晶面板P)之面上。照明光學系統20中，來自光源10之光束依序通過2個複眼透鏡FL、偏光轉換元件PS、及聚光透鏡L，並轉換成偏光一致之均一光束。
通過聚光透鏡L之光束藉由反射特定波長頻帶之光之分色鏡DM分別被分離成RGB之各色成分光。RGB各色成分光經由全反射鏡M或透鏡L等入射至與RGB各色對應設置之液晶面板P(圖像調變元件)。且，藉由各液晶面板P進行與影像信號對應之光調變。經光調變之各色成分光藉由分色稜鏡PP合成，產生構成圖像之圖像光。且，產生之圖像光朝投射光學系統30出射。
構成照明光學系統20之光學零件等無限定，亦可使用與上述之光學零件不同之光學零件。例如，作為圖像調變元件，可代替透過型之液晶面板P，使用反射型之液晶面板或數位微鏡器件(DMD)等。又，例如，亦可代替分色稜鏡PP，使用偏光分光鏡(PBS)、將RGB各色之影像信號合成之彩色合成稜鏡或TIR(Total Internal Reflection：全內反射)稜鏡等。本實施形態中，照明光學系統20作為調變自光源出射之光產生圖像光之圖像產生部發揮功能。
投射光學系統30調節自照明光學系統20出射之圖像光，且向成為2次像面之螢幕上進行放大投影。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)。
本實施形態中，螢幕相當於被投射物，螢幕之被投射圖像之部分相當於被投射物之平面部分。此外，被投射物無限定，本技術可適用於向如圖1所示之桌子或建築物等之牆壁等任意之被投射物顯示圖像。
圖3係顯示本實施形態之投射光學系統之概略構成例的光路圖。此處，模式性圖示照明光學系統20之液晶面板P及分色稜鏡PP。
以下，將自分色稜鏡PP出射至投射光學系統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)之橫向設為X方向，將縱向設為Y方向。該X及Y方向為與放大投影至2次像面(螢幕)之圖像之橫向及縱向對應的方向。
又，為方便起見，設為自側方觀察投射光學系統，且有將圖中之Z方向設為左右方向，將Y方向設為上下方向進行說明之情形。當然，圖像光之行進方向並未限定於該方向，可根據圖像顯示裝置100之方向或姿勢等決定圖像光之行進方向。
投射光學系統30包含第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整體具有正折射力，且使藉由照明光學系統20產生之圖像光折射。
本實施形態中，自配置於最接近照明光學系統20之位置之透鏡L11之入射圖像光之入射面F1至配置於最接近第1反射面Mr1之位置之透鏡 L12(以下記載為最近之透鏡L12)之出射圖像光之出射面F2，作為第1透鏡系統L1發揮功能。
如圖3所示，第1透鏡系統L1以沿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基準軸即光軸O一致。
光學零件之光軸典型而言為通過光學零件之透鏡面或反射面等光學面之中心之軸。例如，光學零件之光學面具有旋轉對稱軸之情形時，該旋轉對稱軸相當於光軸。另，亦有如最近之透鏡L12般，僅使用以自身之光軸與光軸O一致之方式配置之光學零件之包含入射圖像光之區域即有效區域之一部分的情形。藉由使用光學零件之一部分，可謀求投射光學系統30之小型化。
本實施形態中，光軸O為將第1透鏡系統L1所含之配置於最接近照明光學系統20之位置之透鏡L11之光軸(旋轉對稱軸)延長之軸。即，於將透鏡L11之光軸延長之軸上，配置其他之光學零件。
另，圖像光自光軸O朝垂直方向(上下方向)偏移之位置開始，沿著光軸O出射。本實施形態中，亦可將沿著光軸O之方向稱為第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作為使藉由第1透鏡系統L1折射之圖像光折返而反射的2個以上之反射面。本實施形態中，該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，使藉由第1透鏡系統L1折射之圖像光折返而反射。具體而言，使自左側入射之圖像光朝左上方折返而反射。
本實施形態中，以旋轉對稱軸與光軸O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形成為包含第1光學零件R11之非球面F3內之入射自第1透鏡系統L1出射之圖像光之區域。
第2反射面Mr2配置於光軸O之上方側，且使藉由第1反射面Mr1反射之圖像光折返並朝第2透鏡系統L2反射。具體而言，使自右下方入射之圖像光朝右側折返而反射。
本實施形態中，以旋轉對稱軸與光軸O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及平面F6。第2反射面Mr2形成為包含第2光學零件R12之旋轉對稱面F5內之入射由第1反射面Mr1反射之圖像光之區域。
另，如圖3所示，於第2光學零件R12之旋轉對稱面F5及平面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形成於第2光學零件R12之與第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，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)、及作為第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，可使投射光學系統30之組裝精度提高。
第1光學零件R11亦同樣，於非球面F3及F4內，分別形成有使藉由第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形成於第1光學零件R11之與第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，可由1個光學零件，分別實現不同之光學系統之光學面，藉此可謀求投射光學系統30之小型化。又，可使投射光學系統30之組裝精度提高。
第2透鏡系統L2整體具有正折射率，使藉由第1反射光學系統R1反射之圖像光，即藉由第2反射面Mr2反射之圖像光折射。本實施形態中，形成於第1光學零件R11之透過面Tr3至配置於最接近第2反射光學系統R2之位置之透鏡L21之出射圖像光之出射面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L2所含之1個以上之光學零件之各自之光軸與基準軸即光軸O一致。
第2反射光學系統R2具有凹面反射面Mr3。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朝螢幕反射由第2透鏡系統L2折射之圖像光。凹面反射面Mr3為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，且僅以包含入射圖像光之區域即有效區域之一部分構成。即，僅配置有旋轉對稱非球面之必要部分而非配置旋轉對稱非球面之整體。藉此，可實現裝置之小型化。
如圖3所示，本實施形態中，於共用之光軸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。即，以將配置於最接近照明光學系統20之位置之透鏡L11之光軸(旋轉對稱軸)延伸之軸與各者之光軸(旋轉對稱軸)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。可減小Y方向之尺寸，且可謀求裝置之小型化。
如此，投射光學系統30整體可以光軸O為基準而構成。即，可以投射 光學系統30所含之所有光學零件各自之光軸與基準軸即光軸O一致之方式構成。當然，並未限定於此，光軸自光軸O偏移之光學零件亦可包含於投射光學系統30。
參照圖3，對圖像光之光路進行說明。圖3中，圖示有自分色稜鏡PP出射至投射光學系統30之圖像光中之3條像素光C1、C2、C3之光路。
後續雖參照圖5進行說明，但像素光C1相當於自液晶面板P之中央像素出射之像素光。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中央之最接近光軸O之像素出射之像素光。像素光C3相當於自液晶面板P中央之離光軸O最遠之像素出射之像素光。
即，本實施形態中，像素光C2相當於自液晶面板P之最接近光軸O之像素出射之像素光。又，像素光C3相當於位於自最接近光軸O之像素連結液晶面板P之中央像素之直線上且離光軸O最遠之像素所出射的像素光。
從自光軸O朝上方偏移之位置，沿著光軸O出射至投射光學系統30之圖像光於第1透鏡系統L1內與光軸O交叉而朝下方側行進。且，自第1透鏡系統L1出射之圖像光藉由第1反射面Mr1朝左上方折返，而再次與光軸O交叉。
折返至左上方之圖像光藉由第2反射面Mr2折返，朝第2透鏡系統L2反射。接著，圖像光再次與光軸O交叉而朝右下方行進。朝右下方行進之 圖像光藉由凹面反射面Mr3予以反射，再次與光軸O交叉而朝螢幕行進。
如此，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，可於光軸O之附近構成直至凹面反射面Mr3之圖像光之光路。其結果，可減小Y方向之投射光學系統30之尺寸，且可謀求裝置之小型化。
又，藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2各者，將圖像光折返而予以反射。藉此，可充分地確保圖像光之光路長度。其結果，可減小X方向之裝置之尺寸，且可謀求裝置之小型化。
又，本實施形態之投射光學系統30中，將複數個中間圖像(省略圖示)於照明光學系統20所含之分色稜鏡PP至凹面反射面Mr3之間成像。中間圖像是指由圖像光構成之圖像之中間圖像。藉此，可以超廣角投射圖像光。例如，即使於投影機與螢幕之距離較短之情形時，亦可顯示大畫面。
要藉由凹面反射面Mr3使平面狀之螢幕成像出高精度之圖像，重要的是適當地光學修正藉由照明光學系統20產生之圖像並引導至凹面反射面Mr3。本實施形態中，由於可藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2，充分地確保圖像光之光路長度，故可精度較佳地進行圖像之光學修正。即，可產生適當之中間圖像，且可容易地使高精度之圖像於螢幕成像。
又，由於充分地確保光路長度，故可抑制為產生適當之中間圖像所 需之光學負載，且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，可謀求各光學零件之小型化，且可實現裝置整體之小型化。
又，由於在投射光學系統30內成像複數個中間圖像，故可精度較佳地產生最佳之中間圖像。其結果，可藉由凹面反射面Mr3使精度較高之圖像顯示於螢幕。如此，藉由使用本實施形態之投射光學系統30，可實現裝置之高性能化。
圖4係顯示與圖像投影相關之參數之一例之表。圖5係用以說明圖4所示之參數之模式圖。
投射光學系統30之1次像面側之數值孔徑NA為0.167。圖像調變元件(液晶面板P)之橫向及縱向長度(H×VSp)為13.4mm及7.6mm。圖像調變元件之中心位置(Chp)為光軸O往上5.2mm之位置。1次像面側之像圈(imc)為Φ22.4mm。
螢幕之橫向及縱向長度(H×VSs)為1771mm及996mm。螢幕尺寸之中心位置(Chs)為光軸O往上853mm之位置。
如上所述，自圖5所示之液晶面板P中央之像素出射之光，相當於圖3所示之像素光C1(標註相同符號)。自液晶面板P中央之最接近光軸O之像素出射之光相當於像素光C2(標註相同符號)。自液晶面板P中央之離光軸O最遠之像素出射之光相當於像素光C3(標註相同符號)。
圖6係圖像顯示裝置之透鏡資料。圖6中，顯示有自1次像面(P)側朝2次像面(S)側配置之S1~S29之光學零件(透鏡面)相關的資料。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(587.56nm)之折射率nd、及d線之阿貝數νd。
又，圖6中，以可判別之方式分別記載有第1透鏡系統L1內之由與塑膠材料不同之材料構成，具有正折射力之光學零件及具有負折射力之光學零件。且，記載有該等光學構件之折射率溫度係數dn/dt。
另，本實施形態中，僅由塑膠構成第1透鏡系統L1中之最靠近第1反射面Mr1而配置之最近之透鏡L12。此外，其他之光學零件由玻璃構成。因此，由與塑膠不同之材料構成第1透鏡系統L1所含之除最近之透鏡L12外之所有光學零件。當然並未限定於此種構成，亦可由塑膠構成最近之透鏡L12以外之光學零件。
另，具有非球面之光學零件遵循以下之式。
Figure 108137824-A0305-02-0021-1
圖7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的表。圖7中，分別顯示有圖6中附加有*標記之非球面S17~S19、S21、S22及 S29相關之非球面係數。圖例之非球面係數為對應於上述式(數1)者。
[第1及第2光學零件]
圖8係顯示第1光學零件R11之構成例之模式性立體圖。圖9係顯示第2光學零件R12之構成例之模式性剖視圖。圖9中亦圖示有配置於第2光學零件R12之前段側(照明光學系統20側)之光學零件L13。第1光學零件R11及第2光學零件R12為本技術之光學零件之一實施形態。
如圖8A及B所示，第1光學零件R11具有非球面F3及F4。非球面F3相當於圖6之透鏡資料中之透鏡面S19及S21。非球面F4相當於圖6之透鏡資料中之透鏡面S22。
如圖9所示，第2光學零件R12具有旋轉對稱面F5及平面F6。旋轉對稱面F5相當於圖6之透鏡資料中之透鏡面S16及S20。平面F6相當於圖6之透鏡資料中之透鏡面S15。
成為基準軸之光軸O與第1光學零件R11之光軸一致。又，光軸O與第2光學零件R12之光軸一致。
另，第2光學零件R12與光學零件L13一體構成。亦可將第2光學零件R12與光學零件L13之整體視作本技術之光學零件。又，圖9所例示之第2光學零件R12與圖3所例示之第2光學零件R12相比，形狀稍微不同。作為第2光學零件R12之構成例，可採用各種變更。
如圖8A及B所示，自基準軸即光軸O之軸向(第1光學零件R11之光軸方向)觀察，第1光學零件R11之外形為圓形狀。圖9中圖示有剖視圖，但第2光學零件R12之外形自基準軸即光軸O之軸向(第2光學零件R12之光軸方向)觀察亦為圓形狀。另，本揭示中，圓形狀不僅包含正圓形狀亦包含橢圓形狀等。
如此，藉由將第1光學零件R11及第2光學零件R12之外形設為圓形，亦可容易地組入至內徑為圓筒形狀之鏡筒。又，藉由分別減小第1光學零件R11之透鏡外形尺寸與鏡筒內徑尺寸之差、及第2光學零件R12之透鏡外形尺寸與鏡筒內徑尺寸之差，可避免因鬆動引起之偏心。其結果，即便為具備反射面之光學零件，亦無須調整機構。
以下，將第1光學零件R11之非球面F3設為第1光學零件R11之主面F3，且使用相同之符號。將第2光學零件R12之旋轉對稱面F5設為第2光學零件R12之主面F5，且使用相同之符號。
第1光學零件R11之主面F3為構成第1反射面Mr1及透過面Tr3之面。第2光學零件R12之主面F5為構成第2反射面Mr2及透過面Tr2之面。
圖10係用以對自液晶面板P出射之像素光進行說明之圖。如圖10所示，如下定義圖像光C1~C9。
圖像光C1…自液晶面板P之中央像素出射之像素光
圖像光C2…自液晶面板P中央之最接近光軸O之像素出射之像素光
圖像光C3…自液晶面板P中央之離光軸O最遠之像素出射之像素光
圖像光C4…自液晶面板P之左端之中央像素出射之像素光
圖像光C5…自液晶面板P之左下端之像素出射之像素光
圖像光C6…自液晶面板P之左上端之像素出射之像素光
圖像光C7…自液晶面板P之右端之中央像素出射之像素光
圖像光C8…自液晶面板P之右下端之像素出射之像素光
圖像光C9…自液晶面板P之右上端之像素出射之像素光
圖11係顯示第2光學零件R12之主面F5之構成例之模式圖。圖11係自正面沿著基準軸即光軸O觀察主面F5之圖。光軸O位於主面F5之中心。
自正面觀察主面F5，將自光軸O之位置(中心位置)沿上下方向(Y方向)延伸之軸設為第1軸A1。又，將自光軸O之位置(中心位置)沿左右方向(X方向)延伸之軸設為第2軸A2。
第1軸A1及第2軸A2之各者為與光軸O正交之軸。又，第1軸A1為與光軸O及第2軸A2之各者正交之軸。又，第2軸A2為與光軸O及第1軸A1之各者正交之軸。
如圖3所示，圖像光自光軸O沿上下方向(Y方向)偏移之位置開始沿著光軸O出射。因此，第1軸A1可以說是沿著出射圖像光之位置相對於光軸O之偏移方向延伸的軸。又，反言之，圖像光亦可以說是自光軸O沿著第1 軸A1之軸向偏移之位置開始，沿著光軸O出射。
如圖11所示，於主面F5構成反射圖像光之第2反射面Mr2、與使圖像光透過之透過面Tr2。第2反射面Mr2為第1反射光學系統R1具有之2個以上之反射面中之1個反射面。透過面Tr2為作為第1透鏡系統L1發揮功能之面。
第2反射面Mr2及透過面Tr2分別形成為相對於光軸O相互旋轉非對稱之形狀。又，透過面Tr2形成為包含光軸O。即，透過面Tr2構成於具有相對於光軸O與第2反射面Mr3呈旋轉非對稱之形狀且包含光軸O之區域。包含光軸O意指包含主面F5上之光軸O之位置。本實施形態中，以包含主面F5之中心之方式構成透過面Tr2。
本實施形態中，由第2軸A2將主面F5上下分割而成之2個區域中之下半部分區域41、與上半部分區域42之一部分作為透過面Tr2構成。上半部分區域42之一部分為連結第2軸A2上方之相對於中心(光軸O之位置)對稱之2個點43a及43b、與位於較第2軸A2上之中心更靠上方之點45的三角形區域46。三角形區域46與下半部分區域41連結，於該等區域中構成透過面Tr2。
第2反射面Mr2構成於自上半部分區域42除去三角形區域46之區域。藉此，構成相對於光軸O相互旋轉非對稱之第2反射面Mr2及透過面Tr2。又，以包含光軸O之方式構成透過面Tr2。
三角形區域46相對於第1軸A1對稱。因此，第2反射面Mr2及透過面Tr2以相對於與光軸O正交之第1軸A1對稱之方式構成於主面F5。
如圖11所示，第2反射面Mr2與透過面Tr2之邊界48包含沿著第2軸A2延伸之直線部分49a及49b、連結點43a及點45之直線部分50a及連結點43b及點45之直線部分50b。又，第2反射面Mr2與透過面Tr2之邊界48之兩端部51a及51b位於第2軸A2上。
圖12係用以說明第2反射面Mr2及透過面Tr2之形成方法之一例的模式性剖視圖。例如，藉由具有透明丙烯酸或玻璃等光透過性之任意材料，形成具有第2光學零件R12之外形之基體部55。在與基體部55之主面F5對應之部分之整面，積層透過膜56。接著，於透過膜56上之特定區域形成反射膜57。藉此，可形成如圖11所例示之第2反射面Mr2及透過面Tr2。
可形成例如金屬氧化膜等具有光透過性之任意薄膜作為透過膜56。例如，如圖12所例示，亦可由複數層薄膜(層)58a~58c構成透過膜56。於該情形時，將構成透過膜56之表面之薄膜58a形成為不含氟之層。藉此，可於透過膜56之表面穩定地成膜反射膜57，而發揮高品質。
可形成例如包含鋁或銀等之金屬膜等具有反射性之任意薄膜作為反射膜57。當然，亦可由複數層薄膜(層)構成反射膜57。於基體部55上形成透過膜56之方法、及於透過膜56上形成反射膜57之方法無限定，亦可使 用蒸鍍等任意之成膜技術。
又，第2反射面Mr2及透過面Tr2之形成方法無限定，亦可採用其他之任意方法。例如，可於主面F之成為透過面Tr2之區域成膜透過膜，於成為第2反射面Mr2之區域成膜反射膜。
圖13係顯示第2光學零件R12之主面F5之構成例之模式圖，且為與圖11相同之圖。為不使圖中標註之符號繁瑣化，使用2個相同之圖進行說明。
如圖13所示，於第2反射面Mr2設定有效反射區域60。又，於透過面Tr2設定有效透過區域61。有效反射區域60及有效透過區域61分別設定於相對於第2光學零件R12之光軸O為相互旋轉非對稱之形狀的區域。
有效透過區域61設定於包含光軸O之區域。即，有效透過區域61設定於具有相對於光軸O與有效反射區域60呈旋轉非對稱之形狀且包含光軸O之區域。本實施形態中，以包含主面F5之中心之方式構成有效透過區域61。
有效反射區域60設定為可適當地反射自液晶面板P出射之圖像光。例如，基於第1光學零件R11之第1反射面Mr1所反射之圖像光入射至第2反射面Mr2時之光線(光束)之入射區域，設定有效反射區域60。該光線之入射區域亦可以說是與液晶面板P之畫角對應之光線之區域。有效反射區域 60以包含光線之入射區域之方式設定。
例如，可基於圖13所示之像素光C1~C9之入射區域，設定有效反射區域60。藉由基於像素光C1~C9之入射區域設定有效反射區域60，可防止將有效反射區域60擴大至所需以上。其結果，可實現裝置之小型化。當然，有效反射區域60之設定方法無限定，亦可採用其他之方法。
有效透過區域61設定為可適當地透過自液晶面板P出射之圖像光。又，有效透過區域61以適當地包含光軸O之方式設定。例如，基於自照明光學系統20側出射之圖像光自背面側入射至透過面Tr2時之光線(光束)之入射區域，設定有效透過區域61。有效透過區域61以包含光線之入射區域及光軸O之方式設定。
例如，可基於圖13所示之像素光C1~C9之入射區域，設定有效透過區域61。藉由基於像素光C1~C9之入射區域設定有效透過區域61，可防止將有效透過區域61擴大至所需以上。其結果，可實現裝置之小型化。當然，有效透過區域61之設定方法無限定，亦可採用其他之方法。
圖14係用以對第2反射面Mr2與透過面Tr2之邊界、有效反射區域60及有效透過區域61之位置關係進行說明的放大圖。
本實施形態中，若著眼於第1軸A1上，則將離開成為第2反射面Mr2與透過面Tr2之邊界48之點45特定距離t之點63作為有效反射區域60之緣部 64設定。又，以與成為邊界48之直線部分50a及50b平行之方式，直線狀設定有效反射區域60之緣部64。將與直線部分50a及50b平行之部分設為有效反射區域60之緣部64之直線部分65a及65b。直線部分50a與直線部分65a之距離、及直線部分50b與直線部分65b之距離與點45及點63之距離t相等。
距離t亦可以說是設定有效反射區域60時之容限。藉由例如蒸鍍等成膜技術形成反射膜57之情形時，若為太接近第2反射面Mr2與透過面Tr2之邊界48之位置，則有難以適當地確保有效反射區域60之情形。
有效透過區域61亦同樣，若為太接近第2反射面Mr2與透過面Tr2之邊界48之位置，則亦有難以適當地確保有效透過區域61之情形。例如，如圖12所示，於透過膜56上藉由蒸鍍等成膜反射膜57之情形時，有蒸鍍反射膜57時之膜之滲出進入至有效透過區域61之可能性。
因此，自第2反射面Mr2與透過面Tr2之邊界48開始確保某程度之容限來設定有效反射區域60及有效透過區域61。藉此，可適當正確地反射及透過圖像光。另，藉由適當正確地設定容限使其不過大，亦可謀求裝置之小型化。
此處，發明者著眼於有效反射區域60與有效透過區域61最接近之部分。例如，本實施形態中，圖14所示之有效透過區域61之右上端66為最接近有效反射區域60之部分(左上端亦同樣)。
自有效透過區域61之右上端66朝有效反射區域60之直線部分50b畫垂線。該垂線為連結有效反射區域60與有效透過區域61之距離最短之部分之直線line1。且，直線line1之長度為有效反射區域60與有效透過區域61之最短距離。
若將有效反射區域60與有效透過區域61之最短距離設為Lmin，則將有效反射區域60及有效透過區域61分別設定於與第2反射面Mr2和透過面Tr2之邊界48相隔Lmin/2以上之距離的位置。藉此，可適當地確保有效反射區域60及有效透過區域61。
如圖14所示，本實施形態中，有效反射區域60與有效透過區域61最接近之部分中，邊界48位於直線line1上之中間。即，有效反射區域60與邊界48之距離、及有效透過區域61與邊界48之距離皆為Lmin/2(=t)。藉由此種構成，可實現圖像光之適當之反射及透過，且謀求裝置之小型化。
又，以使邊界48位於直線line1上之中間之方式設定有效反射區域60與有效透過區域61。反言之，將邊界48設定於有效反射區域60與有效透過區域61之正中間，藉此，第2光學零件R12之製造步驟變得容易。
圖15係用以對第2光學零件R12之安裝進行說明之模式圖。圖3所示之投射光學系統30安裝於未圖示之鏡筒。如圖15所示，第2光學零件R12安裝保持於作為鏡筒之一部分發揮功能之透鏡保持部68。
透鏡保持部68自光軸O之軸向觀察具有環形狀，且於內部之中空部分安裝有第2光學零件R12。因此，藉由透鏡保持部68保持第2光學零件R12之周緣59。本實施形態中，透鏡保持部68相當於保持部。
於透鏡保持部68之特定位置，形成自周緣朝中心延伸之U字形狀之缺口69。缺口69為將第2光學零件R12安裝於透鏡保持部68時之記號。本實施形態中，缺口69相當於在特定位置構成之記號。
如圖13所示，將第2光學零件R12正確地安裝於目標位置之情形時，缺口69形成於成為第2軸A2上之位置。具體而言，以沿著與將第2光學零件R12正確地安裝於目標位置時之第2軸A2相同之方向延伸，且使第2軸A2位於U字形狀之中心(U字之最底部)之方式形成缺口69。
本實施形態中，第2反射面Mr2與透過面Tr2之邊界48具有沿著第2軸A2延伸之直線部分49a及49b。又，邊界48之兩端部51a及51b位於第2軸A2上。
第2光學零件R12安裝於透鏡保持部68時，著眼於沿著第2軸A2延伸之直線部分49a及49b、邊界48之兩端部51a及51b、及U字形狀之缺口69。例如，以端部51b位於缺口69之U字形狀之中心(U字之最底部)之方式安裝第2光學零件R12。又，以根據直線部分49a及49b設想之直線通過U字形狀之中心且沿與U字形上相同之方向延伸之方式安裝第2光學零件 R12。
藉此，可高精度且容易地將第2光學零件R12安裝於透鏡保持部68。例如，可以落在以目標位置為基準之允許範圍內之方式容易地安裝第2光學零件R12。藉此，可提高組裝之作業性。
例如，設想自記號即缺口69之中心連結保持於透鏡保持部68之第2光學零件R12之光軸O之虛擬直線。將第2光學零件R12正確地安裝於目標位置之情形時，該直線為與第2軸A2重合之直線(以下記載為目標直線)。藉由將缺口69作為記號形成，可容易地使目標直線、與第2光學零件R12之第2軸A2之交叉角度落在5°以內。
如此，由於可精度良好地匹配旋轉方向之位置精度，故可防止透過面及反射面之失配等引起之圖像缺失等，而可顯示高品質之圖像。
另，該5°以內為本發明者發現之對位之允許範圍，只要在該允許範圍內，則可將圖像顯示裝置100之投影功能維持得較高。當然，對位之允許範圍並未限定於5°以內之範圍。
記號之構成無限定，可採用任意之構成。不限定於缺口，亦可設置成為記號之構件等。此外，作為記號，亦可採用能掌握正確安裝第2光學零件R12時之第2軸A2之位置之任意構成。
圖16係顯示第1光學零件R11之主面F3之構成例之模式圖。圖16係自正面沿著基準軸即光軸O觀察主面F3之圖。
自正面觀察主面F3，將自光軸O之位置(中心位置)沿上下方向(Y方向)延伸之軸設為第1軸A1。又，將自光軸之位置(中心位置)沿左右方向(X方向)延伸之軸設為第2軸A2。
如圖16所示，於主面F3，構成反射圖像光之第1反射面Mr1、與使圖像光透過之透過面Tr3。第1反射面Mr1為第1反射光學系統R1具有之2個以上之反射面中之1個反射面。透過面Tr3為作為第2透鏡系統L2發揮功能之面。
第1反射面Mr1及透過面Tr3分別形成為相對於光軸O相互旋轉非對稱之形狀。又，透過面Tr3形成為包含光軸O。即，透過面Tr3構成於具有相對於光軸O與第1反射面Mr1呈旋轉非對稱之形狀且包含光軸O之區域。本實施形態中，以包含主面F3之方式構成透過面Tr3。
本實施形態中，由第2軸A2將主面F3上下分割而成之2個區域中之上半部分區域71、與下半部區域72之一部分作為透過面Tr3構成。下半部分區域72之一部分為以中心(光軸O之位置)為中心之半圓形區域73。半圓形區域73與上半部分區域71連結，且於該等區域構成透過面Tr3。
第1反射面Mr1構成於從下半部分區域72中除去半圓形區域73後之區 域。藉此，構成相對於光軸O相互成旋轉非對稱之第1反射面Mr1及透過面Tr3。又，以包含光軸O之方式構成透過面Tr3。
半圓形區域73相對於第1軸A1成對稱。因此，第1反射面Mr1及透過面Tr3以相對於與光軸O正交之第1軸A1成對稱之方式構成於主面F3。
如圖16所示，第1反射面Mr1與透過面Tr3之邊界74包含沿著第2軸A2延伸之直線部分75a及75b、以及半圓形區域73之緣部76。又，第1反射面Mr1與透過面Tr3之邊界74之兩端部77a及77b位於第2軸A2上。
圖17係顯示第1光學零件R11之主面F3之構成例之模式圖，即與圖16相同之圖。圖17中，對第1反射面Mr1及透過面Tr3上之像素光C1~C9之入射區域標註符號。
圖18係用以對第1光學零件R11之安裝進行說明之模式圖。如圖18所示，將第1光學零件R11安裝並保持於作為鏡筒之一部分發揮功能之透鏡保持部79。
透鏡保持部79自光軸O之軸向觀察具有環形狀，且於內部之中空部分安裝第1光學零件R11。因此，藉由透鏡保持部79保持第1光學零件R11之周緣80。本實施形態中，透鏡保持部79相當於保持部。
於透鏡保持部79之特定位置，形成自周緣朝中心延伸之U字形狀之缺 口81。缺口81為將第1光學零件R11安裝於透鏡保持部79時之記號。本實施形態中，缺口81相當於在特定位置構成之記號。
如圖18所示，第1光學零件R11正確地安裝於目標位置之情形時，缺口81形成於成為第2軸A2上之位置。具體而言，以沿著與將第1光學零件R11正確地安裝於目標位置時之第2軸A2相同之方向延伸，且第2軸A2位於U字形狀之中心(U字之最底部)之方式形成缺口81。
本實施形態中，第1反射面Mr1與透過面Tr3之邊界74具有沿著第2軸A2延伸之直線部分75a及75b。又，邊界74之兩端部77a及77b位於第2軸A2上。
將第1光學零件R11安裝於透鏡保持部79時，著眼於沿著第2軸A2延伸之直線部分75a及75b、邊界74之兩端部77a及77b、以及U字形狀之缺口81。例如，以端部77b位於缺口81之U字形狀之中心(U字之最底部)之方式安裝第1光學零件R11。又，以根據直線部分75a及75b而設想之直線通過U字形狀之中心且沿與U字形上相同之方向延伸之方式安裝第1光學零件R11。
藉此，可高精度且容易地將第1光學零件R11安裝於透鏡保持部79。例如，可以落在以目標位置為基準之允許範圍內之方式容易地安裝第1光學零件R11。藉此，可提高組裝之作業性。
例如，設想自記號即缺口81之中心連結透鏡保持部79所保持之第1光學零件R11之光軸O之虛擬軸。於第1光學零件R11正確地安裝於目標位置之情形時，該直線為與第2軸A2重合之直線(以下記載為目標直線)。藉由將缺口81作為記號形成，可容易地使目標直線、與第1光學零件R11之第2軸A2之交叉角度落在5°以內。
如此，由於可精度良好地匹配旋轉方向之位置精度，故可防止透過面及反射面之失配等引起之圖像缺失等，而可顯示高品質之圖像。
另，該5°以內為本發明者發現之對位之允許範圍，只要在該允許範圍內，則可將圖像顯示裝置100之投影功能維持得較高。當然，對位之允許範圍並未限定於5°以內之範圍。
記號之構成無限定，可採用任意之構成。不限定於缺口，亦可設置有成為記號之構件等。此外，作為記號，亦可採用能掌握正確安裝第1光學零件R11時之第2軸A2之位置之任意構成。
以上，本實施形態之圖像顯示裝置100中，藉由第1透鏡系統L1折射之圖像光因第1反射光學系統R1之2個以上之反射面即第1反射面Mr1及第2反射面Mr2之各者折返而反射。藉此，不會使投射光學系統30大型化，可充分地確保圖像光之光路長度。其結果，可實現裝置之小型化。
又，於第1反射光學系統R1所含之第1光學零件R11之主面F3，於具 有與第1反射面Mr1呈旋轉非對稱之形狀且包含光軸O之區域，構成透過面Tr3。又，於第2光學零件R12之主面F5，於具有與第2反射面Mr2呈旋轉非對稱之形狀且包含光軸O之區域，構成透過面Tr2。
藉由以包含光軸O之方式構成透過面Tr2及透過面Tr3，非常有利於以光軸O為基準之投射光學系統30所含之各光學零件之偏心測定。例如，藉由沿著光軸O出射測定光，並接收透過各光學零件之測定光，測定各光學零件相對於光軸O之偏心狀態。
如第1光學零件R11或第2光學零件R12般構成有反射面(第1反射面Mr1及第2反射面Mr2)之光學零件中，反射面中包含光軸O。於該情形時，自偏心測定器沿著光軸O出射之測定光被第1光學零件R11或第2光學零件R12之反射面遮擋，導致各光學零件之偏心測定變難之可能性較高。
本實施形態中，以包含光軸O之方式構成透過面Tr2及透過面Tr3。藉此，防止測定光被第1光學零件R11及第2光學零件R12遮擋。其結果，可進行連同配置於第1光學零件R11或第2光學零件R12前後之透鏡群在內之偏心測定。例如，可對組裝光學系統後之整體執行偏心測定。藉此，可提高投射光學系統30之組裝精度，可將精度較高之圖像投射於螢幕。即，實現圖像顯示裝置100之高性能化。
另，只要可沿著光軸O透過測定光，則光軸O周圍之透過面之面積或形狀等無限定。例如，構成透過面(透過面Tr2及透過面Tr3)使其包含具有 以光軸O為中心之特定尺寸之半徑之圓之區域。特定尺寸無限定，但只要以包含例如1mm以上之半徑之圓之方式構成透過面，則可進行偏心測定。當然，亦有藉由將進而更小之半徑之圓區域設為透過面，而可進行偏心測定之情形。
如圖3所例示，第1光學零件R11具有非球面F3作為主面F3之相反側之面。又，第2光學零件R12具有平面F6作為主面F5之相反側之面。該等非球面F3及平面F6中，包含光軸O之區域作為透過面構成。藉此，可防止遮擋測定光之狀況，而精度較佳地執行偏心測定。
於將第2光學零件R12與光學零件L13之整體視作本技術之光學零件之情形時，光學零件L13之球面(圖6之透鏡資料中之透鏡面S14)包含於主面F5之相反側之面。光學零件L13之球面之包含光軸O之區域作為透過面構成。
作為偏心測定，亦有接收以光學零件反射之測定光之方法。即，沿著光軸O出射測定光，並接收以光學零件之表面反射之光，藉此測定偏側狀態的方法。該方法中，可使用以光學零件之表面反射之光量較小之反射光。即，即便測定對象為透過面，亦可基於以透過面反射之測定光測定偏心狀態。
既便執行基於反射光之偏心測定之情形時，亦可藉由以包含光軸O之方式構成透過面Tr2及透過面Tr3而實現高精度之偏心測定。即，可進行連 同配置於第1光學零件R11或第2光學零件R12前後之透鏡群在內之偏心測定。其結果，可提高投射光學系統30之組裝精度。當然，亦可實現第1光學零件R11及第2光學零件R12自身之偏心測定。
另，本實施形態中，第1光學零件R11之主面F3及第2光學零件R12之主面F5中任一者皆於具有與反射面呈旋轉非對稱之形狀且包含光軸O之區域構成透過面(以下記載為本技術之構成)。即，對構成第1反射光學系統R1之2個以上之反射面之所有主面，實現本技術之構成。
不限定於此，於僅對構成第1反射光學系統R1之2個以上之反射面之一之1個主面實現本技術之構成之情形時，亦可提高偏心測定之精度。即，對構成第1反射光學系統R1之2個以上之反射面中至少一個反射面之主面，採用本技術之構成，藉此，可謀求圖像顯示裝置100之小型化及高性能化。
例如，根據成為偏心測定之對象之透鏡群之數量或配置等，亦存在無須使測定光透過之光學零件。例如，可考慮此點來判定是否為應採用本技術之構成之光學零件等。
<第2實施形態>
對本技術之第2實施形態之投射型之圖像顯示裝置進行說明。以下之說明中，對於與上述實施形態中說明之圖像顯示裝置100中之構成及作用同樣之部分，省略或簡化其之說明。
圖19係顯示本實施形態之第2光學零件R12之主面F5之構成例之模式圖。本實施形態中，有效透過區域61之部分作為透過面Tr2構成。且，將有效透過區域61以外之部分作為第2反射面Mr2構成。於第2反射面Mr2設定有效反射區域60。
本實施形態之構成中，第2反射面Mr2及透過面Tr2分別形成為相對於光軸O相互旋轉非對稱之形狀。又，以包含光軸O之方式形成透過面Tr2。藉此，發揮上述之效果。另，可藉由適當設定有效透過區域61，而充分地抑制蒸鍍時之膜之滲出等之影響。
<第3實施形態>
圖20係顯示本技術之第3實施形態之第2光學零件R12之主面F5之構成例的模式圖。本實施形態中，有效反射區域60之部分作為第2反射面Mr2構成。且，有效反射區域60以外之部分作為透過面Tr2構成。於透過面Tr2設定有效透過區域61。
本實施形態之構成中，第2反射面Mr2及透過面Tr2分別形成為相對於光軸O相互旋轉非對稱之形狀。又，以包含光軸O之方式形成透過面Tr2。藉此，獲得上述之效果。另，可藉由適當設定有效反射區域60，而充分地抑制成膜時等之影響。
<第4實施形態>
圖21係顯示本技術之第4實施形態之第2光學零件R12之主面F5之構成例的模式圖。又，圖21中，亦圖示有保持第2光學零件R12之透鏡保持部68。
本實施形態中，規定圖13等例示之有效透過區域61之省略形成於圖中上方側之半圓形狀之突出部分之區域沿著第1軸A1擴展的擴展區域82。擴展區域82為沿著第1軸A1擴展至第2光學零件R12之周緣59之區域。將該擴展區域82中除去一部分區域83之區域作為透過面Tr2構成。
於與主面F5中之擴展區域82不同之區域，構成反射面84a。又，於擴展區域82內之一部分區域83構成反射面84b。由反射面84a及84b構成第2反射面Mr2。於構成第2反射面Mr2之反射面84a設定有效反射區域60。
本實施形態中，第2反射面Mr2及透過面Tr2分別形成為相對於光軸O相互旋轉非對稱之形狀。又，以包含光軸O之方式形成透過面Tr2。藉此，發揮上述之效果。
本實施形態中，反射面84b作為向透鏡保持部68安裝第2光學零件R12時之記號構成。如圖21所示，反射面84b形成於自周緣59朝中心延伸之U字形狀之區域。又，反射面84b形成為沿著與第1軸A1相同之方向延伸，且第1軸A1位於U字形狀之中心(U字之最底部)。例如，可藉由視認形成於透過面Tr2內之反射面84b而容易地設想第1軸A1。
本實施形態中，反射面84b作為中心位於第1軸A1上之記號發揮功能。另，由於只要可掌握U字形狀之外形即可，故無須作為反射面構成。另一方面，藉由作為反射面構成，可與負責反射圖像光之功能之反射面84a同時形成反射面84b，且可謀求步驟之簡化。此外，作為記號之構成，亦可採用任意之構成。
於透鏡保持部68之特定位置，形成有自周緣朝中心延伸之U字形狀之缺口85。缺口85為將第2光學零件R12安裝於透鏡保持部68時之記號。本實施形態中，缺口85相當於在特定位置構成之記號。
如圖21所示，第2光學零件R12正確地安裝於目標位置之情形時，缺口85形成於第1軸A1上之位置。具體而言，以沿著與將第2光學零件R12正確地安裝於目標位置時之第1軸A1相同之方向延伸，且使第1軸A1位於U字形狀之中心(U字之最底部)之方式形成缺口85。
第2光學零件R12安裝於透鏡保持部68時，著眼於U字形狀之反射面84b、及U字形狀之缺口85。例如，以反射面84b及缺口85各者之U字形狀之中心(U字之最底部)之位置一致之方式，安裝有第2光學零件R12。又，以各者之U字形狀之延伸方向一致之方式，安裝有第2光學零件R12。
例如，以缺口85之寬度(X方向之尺寸)與反射面84b之寬度相等之方式構成。藉此，可以高精度進行反射面84b與缺口85之對位。
如本實施形態般，形成反射面84b及缺口85作為記號。藉此，可以高精度容易地將第2光學零件R12安裝於透鏡保持部68。例如，可以落在以目標位置為基準之允許範圍內之方式，容易地安裝第2光學零件R12。藉此，可提高組裝之作業性。
例如，設想自記號即缺口85之中心連結保持於透鏡保持部68之第2光學零件R12之光軸O之虛擬直線。將第2光學零件R12正確地安裝於目標位置之情形時，該直線為與第1軸A1重合之直線(以下記載為第1目標直線)。
又，設想自記號即反射面84b之中心連結第2光學零件R12之光軸O之虛擬直線。該直線為與第1軸A1重合之直線(以下記載為第2目標直線)。藉由形成反射面84b及缺口85作為記號，可容易地使第1目標直線與第2目標直線(第1軸A1)之交叉角度落在5°以內。
如此，由於可精度良好地匹配旋轉方向之位置精度，故可防止透過面及反射面之失配等引起之圖像缺失等，而可顯示高品質之圖像。
另，該5°以內為本發明者發現之對位之允許範圍，只要在該允許範圍內，則可將圖像顯示裝置100之投影功能維持得較高。當然，對位之允許範圍並未限定於5°以內之範圍。
記號之構成無限定，可採用任意之構成。不限定於缺口，亦可設置成為記號之構件等。此外，作為記號，亦可採用能掌握正確安裝第2光學 零件R12時之第1軸A1之位置之任意構成。
<第5實施形態>
圖22係顯示本技術之第5實施形態之第1光學零件R11之主面F3之構成例的模式圖。本實施形態中，於主面F3之包含光軸O之第1區域87a構成透過面88a，於與第1區域87a不同之第2區域87b構成透過面88b。由透過面88a及88b構成透過面Tr3。
即，本實施形態中，透過面Tr3分別分割構成於主面F3之包含光軸O之第1區域87a、及與第1區域87a不同之第2區域87b。第1反射面Mr1構成於主面F3之第1區域87a及第2區域87b以外之區域。
本實施形態之構成中，第1反射面Mr1及透過面Tr3分別形成為相對於光軸O相互旋轉非對稱之形狀。又，以包含光軸O之方式形成透過面Tr3。藉此，可發揮上述之效果。
<其他之實施形態>
本技術不限定於以上說明之實施形態，亦可實現其他各種實施形態。
第1~第5實施形態中，作為第1光學零件R11之主面F3之構成例說明之內容亦可適用於第2光學零件R12之主面F5。又，作為第2光學零件R12之主面F5之構成例說明之內容亦可適用於第1光學零件R11之主面F3。
於以自由曲面構成第1反射面Mr1、第2反射面Mr2及凹面反射面Mr3之至少一者或任意兩者之情形、或使第1反射面Mr1、第2反射面Mr2及凹面反射面Mr3之至少一者或任意兩者偏心及傾斜之構成中，亦可藉由適用本技術而實現裝置之小型化、高性能化。
第1反射光學系統R1所含之2個以上之反射面之具體數量無限定。於構成3個以上之反射面之情形時，亦可適用本技術。
圖像光之主光線C1與光軸O交叉之次數不限定於4次。例如，於圖像光之主光線C1與光軸O交叉4次以上之情形時，亦可謀求裝置之小型化、高性能化。
中間像之數量無限定，亦有產生2個中間像之情形或產生3個以上之中間像之情形。任一情形時，由於藉由第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。
本技術亦可適用於投影機以外之任意之圖像顯示裝置。
參照各圖式說明之圖像顯示裝置、投射光學系統、螢幕等各構成僅為一實施形態，於不脫離本技術之主旨之範圍內可任意變化。即，亦可採用用以實施本技術之其他任意之構成或演算法等。
本揭示中，「一致」「相等」「相同」「均一」「中心」「中央」「對稱」「垂直」「正交」「平行」「U字形狀」「圓形狀」「直線」等為包含「實質一致」「實質相等」「實質相同」「實質均一」「實質中心」「實質中央」「實質對稱」「實質垂直」「實質正交」「實質平行」「實質U字形狀」「實質圓形狀」「實質直線」等之概念。
例如，亦包含以「完全一致」「完全相等」「完全相同」「完全均一」「完全中心」「完全中央」「完全對稱」「完全垂直」「完全正交」「完全平行」「完全U字形狀」「完全圓形狀」「完全直線」等為基準之特定範圍(例如±10%之範圍)所含之狀態。因此，「大致一致」「大致相等」等概念亦為包含於「一致」「相等」等之概念。
亦可組合以上說明之本技術之特徵部分中之至少2個特徵部分。即，各實施形態中說明之各種特徵部分可與各實施形態不區分地任意組合。又，上述記載之各種效果僅為例示，並非限定者，此外，亦可獲得其他之效果。
另，本技術亦可採用如下之構成。
(1)一種圖像顯示裝置，其具備：光源；圖像產生部，其調變自上述光源出射之光而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：第1透鏡系統，其整體具有正折射力，且使上述產生之圖像光折 射；第1反射光學系統，其具有使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返而反射之2個以上的反射面；第2透鏡系統，其整體具有正折射力，且使由上述第1反射光學系統反射之上述圖像光折射；及第2反射光學系統，其具有將由上述第2透鏡系統折射之上述圖像光向被投射物反射之凹面反射面；且上述第1反射光學系統包含具有構成上述2個以上之反射面中之1個反射面之主面的光學零件；上述光學零件之主面在具有相對於上述光學零件之光軸與上述反射面呈旋轉非對稱之形狀且包含上述光軸之區域，構成使上述圖像光透過之透過面。
(2)如(1)記載之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之反射面包含有效反射區域；上述光學零件之透過面包含：有效透過區域，其設定於具有相對於上述光學零件之光軸與上述有效反射區域呈旋轉非對稱之形狀的區域。
(3)如(2)記載之圖像顯示裝置，其中上述有效透過區域包含上述光軸。
(4)如(2)或(3)記載之圖像顯示裝置，其中若將上述有效反射區域與上述有效透過區域之最短距離設為Lmin，則上述有效反射區域及上述有效透過區域分別設定在與上述光學零件之反射面和上述光學零件之透過面之邊界相隔Lmin/2以上之距離的位置。
(5)如(4)記載之圖像顯示裝置，其中 上述光學零件之反射面與上述光學零件之透過面之邊界位於連結上述有效反射區域與上述有效透過區域之距離最短之部分的直線上之中間。
(6)如(1)至(5)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之反射面及上述光學零件之透過面以相對於與上述光學零件之光軸正交之特定之第1軸成對稱之方式構成於上述主面。
(7)如(6)記載之圖像顯示裝置，其中上述投射光學系統構成為上述投射光學系統所含之所有光學零件各者之光軸與特定之基準軸一致；且上述圖像光自上述基準軸沿著上述第1軸之軸向偏移之位置起，沿著上述基準軸出射。
(8)如(6)或(7)記載之圖像顯示裝置，其進而具備：保持部，其具有構成於特定位置之記號，且保持上述光學零件之周緣；且自上述光學零件之光軸方向觀察，自上述保持部之記號之中心連結上述保持部所保持之上述光學零件之光軸的直線、與正交於上述光學零件之光軸及上述第1軸各者的第2軸之交叉角度為5°以內。
(9)如(8)記載之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之反射面與上述光學零件之透過面之邊界之端部位於上述第2軸上。
(10)如(6)或(7)記載之圖像顯示裝置，其進而具備：保持部，其具有構成於特定位置之記號，且保持上述光學零件之周緣；且上述光學零件具有中心位於上述第1軸上之記號； 自上述光學零件之光軸方向觀察，自上述保持部之記號之中心連結上述保持部所保持之上述光學零件之光軸的直線、與自上述光學零件之記號之中心連結上述光學零件之光軸之直線的交叉角度為5°以內。
(11)如(1)至(10)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之透過面分別分割構成於上述主面之包含上述光軸之第1區域、及與上述第1區域不同之第2區域。
(12)如(1)至(11)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中上述光學零件具有：基體部，其具有光透過性；透過膜，其積層於上述基體部；及反射膜，其積層於上述透過膜；且上述透過膜之表面由不含氟之層構成。
(13)如(1)至(12)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中上述光學零件具有與上述主面為相反側之面；且上述相反側之面之包含上述光學零件之光軸之區域作為透過面而構成。
(14)如(1)至(13)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中上述投射光學系統構成為上述投射光學系統所含之所有光學零件各者之光軸與特定之基準軸一致。
(15)如(7)記載之圖像顯示裝置，其中上述特定之基準軸為將上述第1透鏡系統所含之配置於最接近上述圖像產生部之位置之透鏡之光軸延長的軸。
(16)如(1)至(15)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之光軸位於上述光學零件之主面之中心。
(17)如(1)至(16)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中 上述光學零件之透過面作為上述第1透鏡系統發揮功能。
(18)如(1)至(16)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之透過面作為上述第2透鏡系統發揮功能。
(19)如(1)至(18)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中自上述光學零件之光軸方向觀察之上述光學零件之外形為圓形狀。
(20)一種投射光學系統，且具備：第1透鏡系統，其整體具有正折射力，且使上述產生之圖像光折射；第1反射光學系統，其具有使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返而反射之2個以上的反射面；第2透鏡系統，其整體具有正折射力，且使由上述第1反射光學系統反射之上述圖像光折射；及第2反射光學系統，其具有將由上述第2透鏡系統折射之上述圖像光向被投射物反射之凹面反射面；且上述第1反射光學系統包含具有構成上述2個以上之反射面中之1個反射面之主面的光學零件；上述光學零件之主面在相對於上述光學零件之光軸與上述反射面呈旋轉非對稱之形狀且包含上述光軸之區域，構成使上述圖像光透過之透過面。
41:下半部分區域
42:上半部分區域
43a:點
43b:點
45:點
46:三角形區域
48:邊界
49a:直線部分
49b:直線部分
50a:直線部分
50b:直線部分
51a:邊界之端部
51b:邊界之端部
A1:第1軸
A2:第2軸
F5:第2光學零件之主面
Mr2:第2反射面
O:光軸(基準軸)
R12:第2光學零件
Tr2:第2光學零件之主面之透過面
X:方向
Y:方向
Z:方向

Claims (20)

  1. 一種圖像顯示裝置，其具備：光源；圖像產生部，其調變自上述光源出射之光而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：第1透鏡系統，其整體具有正折射力，且使上述產生之圖像光折射；第1反射光學系統，其具有使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返而反射之2個以上的反射面；第2透鏡系統，其整體具有正折射力，且使由上述第1反射光學系統反射之上述圖像光折射；及第2反射光學系統，其具有將由上述第2透鏡系統折射之上述圖像光向被投射物反射之凹面反射面；且上述第1反射光學系統包含具有構成上述2個以上之反射面中之1個反射面之主面的光學零件；上述光學零件之主面在一區域構成透過面，上述透過面使上述圖像光透過，上述區域具有相對於上述光學零件之光軸與上述反射面呈旋轉非對稱之形狀，且上述區域包含上述光軸。
  2. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之反射面包含有效反射區域；上述光學零件之透過面包含：有效透過區域，其設定於具有相對於 上述光學零件之光軸與上述有效反射區域呈旋轉非對稱之形狀的區域。
  3. 如請求項2之圖像顯示裝置，其中上述有效透過區域包含上述光軸。
  4. 如請求項2之圖像顯示裝置，其中若將上述有效反射區域與上述有效透過區域之最短距離設為Lmin，則上述有效反射區域及上述有效透過區域分別設定在與上述光學零件之反射面和上述光學零件之透過面之邊界相隔Lmin/2以上之距離的位置。
  5. 如請求項4之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之反射面與上述光學零件之透過面之邊界位於連結上述有效反射區域與上述有效透過區域之距離最短之部分的直線上之中間。
  6. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之反射面及上述光學零件之透過面以相對於與上述光學零件之光軸正交之特定之第1軸成對稱之方式構成於上述主面。
  7. 如請求項6之圖像顯示裝置，其中上述投射光學系統構成為上述投射光學系統所含之所有光學零件各者之光軸與特定之基準軸一致；且上述圖像光自上述基準軸沿著上述第1軸之軸向偏移之位置起，沿著上述基準軸出射。
  8. 如請求項6之圖像顯示裝置，其進而具備：保持部，其具有構成於特定位置之記號，且保持上述光學零件之周緣；且自上述光學零件之光軸方向觀察，自上述保持部之記號之中心連結上述保持部所保持之上述光學零件之光軸的直線、與正交於上述光學零件之光軸及上述第1軸各者的第2軸之交叉角度為5°以內。
  9. 如請求項8之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之反射面與上述光學零件之透過面之邊界之端部位於上述第2軸上。
  10. 如請求項6之圖像顯示裝置，其進而具備：保持部，其具有構成於特定位置之記號，且保持上述光學零件之周緣；且上述光學零件具有中心位於上述第1軸上之記號；自上述光學零件之光軸方向觀察，自上述保持部之記號之中心連結上述保持部所保持之上述光學零件之光軸的直線、與自上述光學零件之記號之中心連結上述光學零件之光軸之直線的交叉角度為5°以內。
  11. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之透過面分別分割構成於上述主面之包含上述光軸之第1區域、及與上述第1區域不同之第2區域。
  12. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述光學零件具有：基體部，其具有光透過性；透過膜，其積層於上述基體部；及反射膜，其積層於上述透過膜；且上述透過膜之表面由不含氟之層構成。
  13. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述光學零件具有與上述主面為相反側之面；且上述相反側之面之包含上述光學零件之光軸之區域作為透過面而構成。
  14. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述投射光學系統構成為上述投射光學系統所含之所有光學零件各者之光軸與特定之基準軸一致。
  15. 如請求項7之圖像顯示裝置，其中上述特定之基準軸為將上述第1透鏡系統所含之配置於最接近上述圖像產生部之位置之透鏡之光軸延長的軸。
  16. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之光軸位於上述光學零件之主面之中心。
  17. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中 上述光學零件之透過面作為上述第1透鏡系統發揮功能。
  18. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述光學零件之透過面作為上述第2透鏡系統發揮功能。
  19. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中自上述光學零件之光軸方向觀察之上述光學零件之外形為圓形狀。
  20. 一種投射光學系統，其係投射將自光源出射之光予以調變而產生之圖像光者，且具備：第1透鏡系統，其整體具有正折射力，且使上述產生之圖像光折射；第1反射光學系統，其具有使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返而反射之2個以上的反射面；第2透鏡系統，其整體具有正折射力，且使由上述第1反射光學系統反射之上述圖像光折射；及第2反射光學系統，其具有將由上述第2透鏡系統折射之上述圖像光向被投射物反射之凹面反射面；且上述第1反射光學系統包含具有構成上述2個以上之反射面中之1個反射面之主面的光學零件；上述光學零件之主面在一區域構成透過面，上述透過面使上述圖像光透過，上述區域具有相對於上述光學零件之光軸與上述反射面呈旋轉非對稱之形狀，且上述區域包含上述光軸。
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