[发明专利]投影光学系统和图像显示设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够放大图像以在屏幕上显示该放大图像的投影光学系统和具有该投影光学系统的图像显示设备。

背景技术

有一种在本领域中已知的具有投影光学系统的图像显示设备，其能够放置在比该相关技术的图像显示设备被允许放置的位置更接近屏幕的一个位置。这种图像显示设备被称作“近距投影仪”。近距投影仪的设计目的如下。第一，该投影仪不会投射过于明亮的光以至于使站得靠近屏幕的主持人或演示者感觉刺眼，并且第二，该投影仪不会发出废气或噪音从而不会对观看及收听演讲的观众造成负面的影响。

这样的一种近距投影仪可以利用一种相关技术的投影光学系统(同轴且旋转对称)，以通过加宽投影光学系统的视角，或可能利用曲面镜，来减少投影仪与屏幕表面之间的距离。因而，具有能够加宽视角的相关技术投影光学系统的近距投影仪，通过改进该相关技术，可能实现前述的目的。然而，上述的相关技术投影光学系统中，布置于靠近屏幕侧的透镜的外径可能需要增大，其可能导致投影仪本身尺寸的增加。相反，具有曲面镜的近距投影仪可能能够以一种极近距离投影光而不提高投影仪本身的尺寸。

利用了曲面镜的近距投影仪的实例被公开于日本专利4329863(以下称“专利文献1”)和日本专利3727543(以下称“专利文献2”)。在专利文献1公开的近距投影仪中，凹面镜被布置在透镜光学系统后面，用于投影光。在专利文献2公开的近距投影仪中，凸面镜被布置在透镜光学系统后面，用于投影光。在这两种情况中，组件之间的排列准确度可以通过简单地顺序地安排透镜和反射镜来改善。然而在两种情况中，透镜光学系统和反射镜之间可能需要长的距离，这可能导致投影光学系统的尺寸增加。

同时，能够缩小透镜光学系统和反射镜之间距离的近距投影仪的例子被公开在日本未审公开的专利申请第2009-157223号(以下称“专利文献3”)和日本未审公开的专利申请第2009-145672号(以下称“专利文献4”)中。这些公开于专利文献3和专利文献4的近距投影仪包括一个反射体，其配置为弯曲或折叠透镜光学系统和反射体之间的长距离的光路，从而可能减少投影光学系统的尺寸。

在专利文献3公开的投影仪中，可能通过在透镜光学系统之后顺序地安排一个凹面镜和一个凸面镜和一个凸面镜来减少投影光学系统的尺寸。在专利文献4公开的投影仪中，投影光学系统的尺寸可以通过在一个凹面镜后面安排一个平面镜而缩小。

然而专利文献3和4公开的任何一个投影光学系统在图像显示器和曲面镜之间具有长的距离。因此，如果用户要求在比相关技术的投影仪的容许的放置位置更接近屏幕的位置放置投影仪，该投影光学系统的长度本身可能就成为一种障碍。

日本专利4210314(以下称“专利文献5”)公开了一种用于消除“投影光学系统本身的尺寸”的限制的技术。具体地，专利文献5公开了一种投影光学系统，其具有一个图像显示器，其显示面垂直于屏幕表面。具有这种垂直配置，投影仪主体能够被放置得比相关技术投影仪的容许的位置更接近于屏幕，因为投影光学系统长度本身带来的障碍可能被解决或消除。

然而，尽管如专利文献5公开的投影光学系统具有垂直配置，其能够在一个极近距投射图像同时缩小其大小，自透镜光学系统入射到反射镜系统上的发散光可能需要被增大以使更接近屏幕的投影仪在屏幕投影上显示一个更大的图像。然而如果发散光被增大，可能发生以下三个问题。

亦即，第一，可能难以校正穿过透镜系统的光轴之外的部分的投影光通量的畸变。第二，该扩散光通量在入射到凹面镜上之前入射到最接近第一反射镜的透镜表面上。第三，从凹面镜反射的光在达到屏幕之前入射到在向屏幕的路径中间的第一反射镜上。

如专利文献5公开的技术所示，如果最接近第一反射镜的透镜表面是凹面，随着从光轴到对应透镜位置的距离增加，每个透镜表面逐渐地朝该第一反射镜突出。进一步，考虑到像差校正和误差敏感度，若最接近反射镜的透镜表面是凹面，在控制具有增大发散的光通量的投影光学系统中，光束的折射角是极大的。因此可能难以校正整个屏幕区域的畸变。在该情况下，由于光束的折射角大，投影光学系统的组件布置方面存在最微小的移位，图像质量也可能急剧恶化。

进一步，在专利文献5公开的垂直投影光学系统中，具有一个平行于屏幕布置的投影透镜，与投影光学系统垂直于屏幕布置的水平投影光学系统中的投影透镜相比，微粒例如灰尘可能容易地附着于该投影透镜或反射镜。另外，在上述情况的结构中，附着的灰尘可能落在垂直投影光学系统上。相应地，如果附着在投影系统上的微粒或灰尘保持附着，该附着的微粒可能显示在该屏幕上而不会由于重力效应自动地离开投影透镜。