[发明专利]投影光学系统和图像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及将图像放大投影到屏幕上显示的所谓投影机等图像显示装置，尤其涉及将图像显示元件上显示的图像放大投影到屏幕上的投影光学系统。

背景技术

近年来，被称为投影机等投射型图像显示装置获得广泛使用。在通常情况下，这类投射型图像显示装置用投射光学系统，将数字微镜器件(Digital Micromirror Device，以下简称为DVD)或液晶显示面板等被之称为光阀的图像显示元件上的显示图像的放大图像投影到屏幕上，来显示图像。

被用来作为图像显示元件的DMD具有多个微镜，这些微镜角的度能够在规定范围内单独受到电子控制。通过设定照明光的入射角度以控制DMD的各微镜倾斜角度，例如，当一个微镜角度为-12度时，受到微镜反射后照明光的反射光入射投射光学系统，而当微镜角度为+12度时，受到微镜反射后照明光的反射光不会入射投射光学系统，这样在DMD显示画面上便能够形成数字图像。

在上述这类投射型图像显示装置中，目前对缩短投射距离，能够在近距离设置的屏幕上显示大画面的超短投射距离前置投射型投影机的需求不断加大。

类似上述超短投射距离的前置投射型投影机，用于超短投射距离的投射型图像显示装置中的投射光学系统，在用曲面镜补偿图像弯曲变形的同时，还偏转投射光路，用以缩短图像显示元件与屏幕之间距离。这样利用曲面镜的方式使得小型投影机能够以超近距离进行投射。

专利文献1-4(JP特开2007-79524、JP特开2011-242606、JP特开2012-108267、JP特开2009-216883号公报)等公开了一种利用曲面镜实现小型且超短投射距离的投射型图像显示装置的技术方案。

上述专利文献均显示了组合折射光学系统和曲面镜的投射型图像显示装置的构成，根据这些专利文献，能够实现超短投射距离。

然而，对于这类投射型图像显示装置，即对于超短投射投影机，近年来出现小型化和降低生产成本的要求。而使用反射光学系统的投影机为了避免光线与框体之间发生干涉，必须采用图像显示元件相对于光轴偏心的构成。为此造成投影机厚度方向尺寸增加，该增加量相当于图像显示元件相对于光轴偏心的量。此外，仅使用折射光学系统的投影机与使用折射光学系统和反射光学系统双方的投影机之间无法通用同一图像显示元件的照明系统。为此各自需要单独开发照明系统，这也是成本上升的原因之一。

专利文献1和2没有涉及薄型化以及通用照明系统，因而无法应对上述的市场要求。

专利文献3公开了通过在折射光学系统中形成中间像用以抑制图像形成元件偏心量的构成，但是，在这样的折射光学系统中，如果仅形成中间像，将造成光轴方向大小增大，无法应对小型化要求。

专利文献4公开了使用多个自由曲面的方法以及使多片透镜偏心的方法，但是单纯使用自由曲面和透镜偏心，会引起制造误差感度上升，应该尽可能避免这种技术方案。

发明内容

鉴于上述现有技术，本发明的目的在于提供一种能够充分缩短投射距离同时实现高辉度的高性能小型投射光学系统。本发明的投射光学系统用于将图像显示元件上显示的图像放大投影到屏幕上的投射光学系统，其特征在于，

具备折射光学系统和反射光学系统，

该折射光学系统包括光圈和多个包含多个透镜的光学元件，用来放大所述图像显示元件上显示的图像，并使该图像成像，

该反射光学系统具有位于所述折射光学系统和所述屏幕之间的至少一个反射光学元件，

所述投射光学系统在所述图像显示元件与所述反射光学系统之间形成一个中间像，

当设定光轴A为所述折射光学系统中多个轴对称的所述透镜共有的轴，并设定Y轴在包含该光轴A并含有从所述图像显示元件中心射出后通过所述光圈中心的光线的平面内，而且垂直于该光轴A时，作为所述折射光学系统中一部分的光学元件B在平行于所述Y轴的方向上偏心，

所述图像显示元件的图像形成部与所述光轴A交叉。

根据以上所述，能够提供如下效果。

即，本发明的投射光学系统用于将图像显示元件上显示的图像放大投影到屏幕上的投射光学系统，其中，

具备折射光学系统和反射光学系统，

该折射光学系统包括光圈和多个包含多个透镜的光学元件，用来放大所述图像显示元件上显示的图像，并使该图像成像，

该反射光学系统具有位于所述折射光学系统和所述屏幕之间的至少一个反射光学元件，

所述投射光学系统在所述图像显示元件与所述反射光学系统之间形成一个中间像，