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TW201908857A - 圖像顯示裝置及投射光學系統 - Google Patents

圖像顯示裝置及投射光學系統 Download PDF

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TW201908857A
TW201908857A TW107119948A TW107119948A TW201908857A TW 201908857 A TW201908857 A TW 201908857A TW 107119948 A TW107119948 A TW 107119948A TW 107119948 A TW107119948 A TW 107119948A TW 201908857 A TW201908857 A TW 201908857A
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TW107119948A
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西川純
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日商索尼股份有限公司
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Abstract

本技術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。上述圖像產生部對自上述光源出射之光束產生圖像光。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透鏡系統全體具有正折射力,使上述產生之圖像光折射。上述第1反射光學系統具有使上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之2個以上之反射面。上述第2透鏡系統全體具有正折射力,使上述第1反射光學系統反射之上述圖像光折射。上述第2反射光學系統具有使上述第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。

Description

圖像顯示裝置及投射光學系統
本技術係關於例如投影機等之圖像顯示裝置及投射光學系統。
先前,作為於螢幕上顯示投射圖像之投射型之圖像顯示裝置,投影機已廣為人知。最近,投射空間雖小但可顯示大畫面之超廣角前投射型投影機之需求日益增高。若使用該投影機,藉由對著螢幕傾斜且廣角地投射,可於限定之空間內投射大畫面。
於專利文獻1中記載之超廣角之投射型投影機中,藉由使包含於投射光學系統之一部分光學零件移動,可使投射於螢幕上之投射圖像移動之畫面位移。藉由使用該畫面位移,可容易地執行圖像位置等之微調整(專利文獻1之說明書段落[0023]、[0024]等)。
於專利文獻2,關於半導體曝光裝置用之物鏡光學系統有記載。該物鏡光學系統具有相互對向之2個凹面鏡,且包含可成像中間像之光學系統(專利文獻2之說明書段落[0054]、圖1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1]日本專利特開2014-59579號公報
[發明所欲解決之問題]
考慮到今後與超廣角對應之投影機日益普及,而要求用於實現裝置之小型化、高性能化之技術。
鑒於以上之情形,本技術之目的在於提供一種可與超廣角對應,且可實現裝置之小型化、高性能化之圖像顯示裝置及投射光學系統。 [解決問題之技術手段]
為了達成上述目的,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。 上述圖像產生部對自上述光源出射之光束進行調變產生圖像光。 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透鏡系統全體具有正折射力,使上述產生之圖像光折射。 上述第1反射光學系統具有使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之2個以上之反射面。 上述第2透鏡系統全體具有正折射力,使由上述第1反射光學系統反射之上述圖像光折射。 上述第2反射光學系統具有使由上述第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。
於該圖像顯示裝置中,由第1透鏡系統折射之圖像光被第1反射光學系統之2個以上之反射面之各者折返並反射。藉此,不使投射光學系統大型化,即可充分地確保圖像光之光程長度。其結果,可實現裝置之小型化。又,經由第2透鏡系統及第2反射光學系統,可將高精度之圖像投射於被投射物,實現高性能化。
於上述圖像產生部與上述第1反射光學系統之間之第1中間成像面,成像有由上述圖像光構成之圖像之第1中間像。於該情形時,於上述第1反射光學系統與上述第2透鏡系統之間之第2中間成像面,亦可成像由上述圖像光構成之圖像之第2中間像。又,於上述上述第2透鏡系統與上述第2反射光學系統之間之第3中間成像面,亦可成像由上述圖像光構成之圖像之第3中間像。
於包含於上述2個以上之反射面之第1反射面與第2反射面之間之第2中間成像面,亦可成像由上述圖像光構成之圖像之第2中間像。
第2反射光學系統亦可於包含於上述被投射物之平面部分成像由上述圖像光構成之圖像。
上述圖像光之主光線亦可與使最靠近於上述第1透鏡系統所含之上述圖像產生部之透鏡之光軸延長所成之基準軸交叉4次以上。
上述圖像光之主光線亦可相對於上述基準軸,於與上述第1透鏡系統內之第1交點、於上述2個以上之反射面所含之第1反射面與第2反射面之間之第2交點、上述第1反射光學系統與上述第2反射光學系統之間之第3交點、及上述第2反射光學系統與上述被投射物之間之第4交點之各者交叉。
上述第1反射面可使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射。於該情形時,上述第2反射面亦可使由上述第1反射面反射之上述圖像光折返,且反射至上述第2透鏡系統。
上述第1中間成像面、上述第2中間成像面及第3中間成像面之各者亦可非與上述基準軸大致垂直之平面。
亦可構成為若以上述圖像產生部側為第1側,其相反側為第2側,則上述基準軸上之自上述第1透鏡系統之最對應於上述第1側對應之第1點至上述凹面反射面之最對應於上述第2側之第2點之長度T與上述基準軸上之自上述第1透鏡系統之最對應於上述第2側之第3點至上述第2點之長度T2滿足(1) 0.2<T2/T<0.8之關係。
亦可構成為若以上述圖像產生部側為第1側,其相反側為第2側,則上述圖像光之主光線之自上述第1透鏡系圖像產生部統之最靠近上述第2側之透鏡面至上述凹面反射面之光程長度TWD2滿足(2) 0.2<T2/TWD<0.8之關係。 亦可構成為若以上述圖像產生部側為第1側,其相反側為第2側,則上述基準軸上之自上述第2透鏡系統之最對應於上述第1側之點至上述第2透鏡系統之最對應於上述第2側之點之長度TRL滿足(3) 5<T/TRL<50之關係。
亦可構成為上述第1透鏡系統之有效直徑最大之光學零件之有效直徑SA1max與上述第2透鏡系統之有效直徑最大之光學零件之有效直徑SA2max滿足(4) 1.3<SA1max/SA2max<5之關係。 上述兩個以上之反射面亦可具有使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之第1反射面及使由上述第1反射面反射之上述圖像光折返並反射於上述第2透鏡系統之第2反射面。於該情形時,亦可構成為上述圖像光之主光線之上述第1反射面至上述第2反射面之光程與上述基準軸交叉之角度ry1與自上述第2反射面至上述第2透鏡系統之光程與上述基準軸交叉之角度ry2滿足(5) 0.5<|ry1-ry2|/ry2<2.5之關係。
上述第1透鏡系統亦可構成為於上述第1透鏡系統所含之1個以上之光學零件之各光軸與上述基準軸大致一致。於該情形時,上述第2透鏡系統亦可構成為於上述第2透鏡系統所含之1個以上之光學零件之各光軸與上述基準軸大致一致。
上述凹面反射面亦可構成為旋轉對稱軸與上述基準軸大致一致。於該情形時,上述2個以上之反射面之各者為凹面反射面,且構成為旋轉對稱軸與上述基準軸大致一致。
上述凹面反射面及上述2個以上之反射面之至少1個亦可為不具有旋轉對稱軸之自由曲面。
上述2個以上之反射面之至少1個亦可由具有包含反射上述圖像光之反射區域與透過上述圖像光之透過區域之主面之光學構件之上述反射區域構成。
上述圖像光之主光線之上述第1反射面至上述第2反射面之光程亦可於折射率為1以上2以下之介質內構成。
本技術之一形態之投射光學系統為投射對自光源出射之光束調變而產生之圖像光之投射光學系統,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透鏡系統及第2反射光學系統。 [發明之效果]
如以上,根據本技術,可對應於超廣角,且可實現裝置之小型化、高性能化。另,此處所記載之效果未必限定於此,亦可為本發明中所記載之任一種效果。
以下,一面參照圖式一面說明本技術之實施形態。
[投射型圖像顯示裝置之概要] 關於投射型圖像顯示裝置之概要,舉出液晶投影機為例簡單地進行說明。液晶投影機係藉由對自光源照射之光進行空間調變,而形成對應於映像信號之光學像(圖像光)。於光之調變中,使用圖像調變元件即液晶顯示元件等。例如,使用具備對應於RGB之各者之面板狀之液晶顯示元件(液晶面板)之三板式液晶投影機。
光學像藉由投射光學系統而擴大投影,顯示於螢幕上。此處,投射光學系統例如作為對應於半視角接近70°之超廣角者進行說明。當然並非限定於該角度。
於對應於超廣角之投影機中,即使為較小之投射空間亦可顯示大畫面。即,即使於液晶投影機與螢幕之距離較短之情形時亦可放大投影。藉此,可發揮以下之優點。
由於可將液晶投影機接近螢幕而配置,故可充分地抑制自液晶投影機發出之光直接射入人眼之可能性,發揮較高之安全性。 由於於畫面(螢幕)不會映出人影,故可進行有效之演示。 設置場所之選擇自由度較高且於狹窄之設置空間或障礙物較多之天花板等亦可簡單設置。 藉由設置於牆壁上使用,與設置於天花板之情形相比纜線之引繞等之維護較為容易。 例如,可增加洽談空間、教室及會議室等之安排之自由度。
圖1係用於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設置於桌上,可於相同之桌上投影經放大之圖像2。此種使用方法亦可,且可有效地利用空間。
最近,伴隨著學校或職場等電子黑板(Interactive White Board)等之普及,超廣角對應之液晶投影機之需求日益高漲。又,於數位看板(電子廣告)等之領域亦使用相同之液晶投影機。另,作為電子黑板,例如可使用LCD(Liquid Crystal Display:液晶顯示器)或PDP(Plasma Display Panel:電漿顯示面板)等技術。與該等相比,藉由使用超廣角對應之液晶投影機,可抑制成本並提供大畫面。另,超廣角對應之液晶投影機亦可稱為短焦點投影機或超短焦點投影機等。
<第1實施形態> [圖像顯示裝置] 圖2係顯示本技術第1實施形態之投射型之圖像顯示裝置之構成例之概略圖。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係以對照明光學系統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。另外,亦可使用LED(Light Emitting Diode:發光二極管)或LD(Laser Diode:雷射二極體)等之固體光源。
照明光學系統20將自光源10發出之光束均一照射至成為1次像面之圖像調變元件(液晶面板P)之面上。於照明光學系統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、聚光透鏡L,轉換成偏光一致之均一光束。
通過聚光透鏡L之光束藉由僅反射特定之波長帶域之光之分色鏡DM,分別分離成RGB之各色成分光。RGB之各色成分光經由全反射鏡M或透鏡L等,入射至對應於RGB各色而設置之液晶面板P(圖像調變元件)。且,藉由各液晶面板P,進行對應於映像信號之光調變。光調變之各色成分光藉由分色稜鏡PP合成,產生圖像光。且產生之圖像光向投射光學系統30出射。
構成照明光學系統20之光學零件等並未限定,亦可使用與於上敘述之光學零件不同之光學零件。作為例如圖像調變元件,取代透過型液晶面板P,亦可使用反射型液晶面板或數位微鏡裝置(DMD)等。又,例如,取代分色稜鏡PP,亦可使用偏光光束分光器(PBS)、合成RGB各色之映像信號之色合成稜鏡或TIR(Total Internal Reflection:全內反射)稜鏡等。於本實施形態中,照明光學系統20相當於圖像產生部。
投射光學系統30調節自照明光學系統20出射之圖像光,進行朝成為2次像面之螢幕上之放大投影。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,放大投影至2次像面(螢幕)。
於本實施形態中螢幕相當於被投射物,投射螢幕之圖像之部分相當於被投射物之平面部分。另外,被投射物並未限定,本技術可應用於向如圖1所示之桌子或建物等壁等之任意被投射物之圖像顯示。
圖3~圖5係顯示第1實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。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,將自分色棱鏡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)之橫方向設為X方向,縱方向設為Y方向。該X及Y方向成為對應於放大投影至2次像面(螢幕)之圖像的橫方向及縱方向之方向。
又,為方便起見,作為自側方觀察投射光學系統,有將圖中之Z方向設為左右方向、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不限定於該方向,對應於圖像顯示裝置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光學系統L1與第2光學系統L2。第1光學系統L1整體具有正折射力,使照明光學系統20產生之圖像光折射。
如圖3所示,第1光學系統L1構成為:第1光學系統L1所含之1個以上光學零件之各光軸與於Y方向延伸之共通之基準軸大致一致(以下,將該基準軸記作光軸O)。另,典型而言,光學零件之光軸為通過光學零件之透鏡面或反射面等光學面之中央之軸。例如,於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。
於本實施形態中,光軸O係第1光學系統L1所含之最靠近照明光學系統20之透鏡L11之光軸(旋轉對稱軸)延長所成之軸。即,於透鏡L11之光軸延長所成之軸上,配置其他光學零件。另,圖像光自光軸O向垂直方向(上下方向)偏移之位置,沿光軸O出射。於本實施形態中,第1光學系統L1相當於第1透鏡系統。
第2光學系統L2具有第1反射面Mr1、第2反射面Mr2、第2透鏡系統TR、及凹面反射面Mr3。第1反射面Mr1配置於光軸O之下方側,使第1光學系統L1折射之圖像光折返並反射。具體而言,將自左側入射之圖像光向左上方折返而反射。
第1反射面Mr1為凹面反射面。具體而言,第1反射面Mr1係旋轉對稱軸與光軸O一致之方式構成之旋轉對稱非球面,僅由可反射圖像光所入射之區域即有效區域之部分構成。即,並非配置旋轉對稱非球面之整體,而是僅配置旋轉對稱非球面之必要部分。藉此,可實現裝置之小型化。
第2反射面Mr2配置於光軸O之上方側,使第1反射面Mr1反射之圖像光折返,向第2透鏡系統TR反射。具體而言,將自右下方入射之圖像光向右側折返並反射。
第2反射面Mr2為凹面反射面。具體而言,第2反射面Mr2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,僅由可反射圖像光所入射之區域即有效區域之部分構成。即,並非配置旋轉對稱非球面之整體,而是僅配置旋轉對稱非球面之必要部分。藉此,可實現裝置之小型化。
於本實施形態中,藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2,構成第1反射光學系統。又,第1及第2反射面Mr1及Mr2成為2個以上之反射面所含之反射面。
第2透鏡系統TR整體具有正折射率,使藉由第1反射光學系統反射之圖像光、即藉由第2反射面Mr2反射之圖像光折射。如圖3所示,第2透鏡系統TR,構成為第2透鏡系統TR所含之1個以上之光學零件之各光軸與光軸O大致一致。
凹面反射面Mr3係將第2透鏡系統TR折射之圖像光向螢幕反射。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,僅由可反射圖像光所入射之區域即有效區域之部分構成。即,並非配置旋轉對稱非球面之整體,而是僅配置旋轉對稱非球面之必要部分。藉此,可實現裝置之小型化。
於本實施形態中,藉由凹面反射面Mr3,構成第2反射光學系統。
如圖3所示,於本實施形態中,於共通之光軸O上,構成第1光學系統L1及第2光學系統L2。即,以使最靠近照明光學系統20之透鏡L11之光軸(旋轉對稱軸)延長所成之軸與各光軸(旋轉對稱軸)大致一致之方式,構成第1光學系統L1、第1及第2反射面Mr1及Mr2、第2透鏡系統TR及凹面反射面Mr3。藉此,可縮小Y方向之尺寸,可謀求裝置之小型化。
其次,參照圖3至圖5,對圖像光之光程進行說明。如圖4所示,將自分色棱鏡PP出射至投射光學系統30之圖像光中之自液晶面板P之中心出射之光線作為圖像光之主光線C2進行說明。
自光軸O偏移至上方之位置,沿光軸O出射至投射光學系統30之圖像光於第1光學系統L1內與光軸O交叉,進入下方側。具體而言,圖像光之主光線C2相對於光軸O於第1光學系統L1內之第1交點pu1交叉。
自第1光學系統L1出射之圖像光由第1反射面Mr1折返至左上方,再次與光軸O交叉。具體而言,圖像光之主光線C2相對於光軸O,於第1反射面Mr1與第2反射面Mr2之間之第2交點pu2交叉。
折返至左上方之圖像光由第2反射面Mr2折返,向第2透鏡系統TR反射。且,圖像光再次與光軸O交叉並向右下方行進。具體而言,圖像光之主光線C2相對於光軸O,於第1反射光學系統與第2反射光學系統之間,即第2反射面Mr2與凹面反射面Mr3之間之第3交點pu3交叉。
於本實施形態中,第3交點pu3,位於第2透鏡系統TR之右側。即,由第2反射面Mr2反射之圖像光透過第2透鏡系統TR後,與光軸O交叉。
向右下方行進之圖像光由凹面反射面Mr3反射,再次與光軸O交叉,向螢幕行進。具體而言,圖像光之主光線C2相對於光軸O,於第2反射光學系統與被投射物之間,即凹面反射面Mr3與螢幕之間之第4交點pu4交叉。
如此,於本實施形態中,以主光線C2與光軸O交叉4次之方式構成圖像光之光程。藉此,直至凹面反射面Mr3之圖像光之光程於光軸O之附近構成。其結果,可縮小Y方向之裝置尺寸,可謀求裝置之小型化。
又,藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2之各者,使圖像光折返並反射。藉此,可充分地確保圖像光之光程長度。其結果,可縮小X方向之裝置尺寸,可謀求裝置之小型化。
又,如圖3所示,於本實施形態之投射光學系統30中,於照明光學系統20所含之分色稜鏡PP與第1反射光學系統之間,即於分色稜鏡PP與第1反射面Mr1之間之第1中間成像面IM1,成像第1中間像。此處中間像係指由圖像光構成之圖像之中間像。
又,於第1反射面Mr1與第2反射面Mr2之間之第2中間成像面IM2,成像第2中間像。進而,於第2透鏡系統TR與第2反射光學系統之間,即於第2透鏡系統TR與凹面反射面Mr3之間之第3中間成像面IM3,成像第3中間像。
且,藉由凹面反射面Mr3於螢幕成像圖像。藉此,可以超廣角投射圖像光。例如,於投影機與螢幕之距離較短之情形時可顯示大畫面。
為了藉由凹面反射面Mr3於平面狀之螢幕成像高精度之圖像,重要的是適當地光學修正由照明光學系統20產生之圖像,並導向凹面反射面Mr3。於本實施形態中,由於藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2,可充分確保圖像光之光程長度,故可精度良好地進行圖像之光學修正。即,可產生適當之中間像,可使高精度之圖像容易地於螢幕成像。
又,由於充分確保光程長度,故可抑制產生適當之中間像所需之光學負荷,可抑制於投射光學系統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,可實現裝置全體之小型化。
又,由於於投射光學系統30內成像第1~第3之3個中間像,故可精度良好地產生最佳之中間像。其結果,藉由凹面反射面Mr3可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。
另,如圖3所示,第1~第3之3個中間成像面IM1~IM3之各者並非大致與光軸O大致垂直之平面。藉由於並非平面形狀之成像面成像中間像而實現中間像之最佳化,提高藉由凹面反射面Mr3對螢幕之圖像之成像精度。
此處,本發明人對於投射光學系統30,發現了關於裝置之小型化、高性能化之5個條件(1)~(5)。參照圖4對該等條件進行說明。
(條件1) 將光軸O之分色稜鏡PP側(於圖4中為左側)作為第1側,其相反側(於圖4中為右側)作為第2側。 將光軸O上之第1光學系統L1之最對應於第1側之第1點與凹面反射面Mr3之最對應於第2側之第2點之長度設為T。長度T相當於投射光學系統30之X方向之全長。 將光軸O上之第1透鏡系統L1之最對應於第2側之第3點至第2點之長度設為T2。長度T2相當於第2光學系統L2之X方向之全長。 構成為上述長度T與長度T2滿足以下之關係。 (1) 0.2<T2/T<0.8
另,於第1光學系統L1之最靠近第1側之部分不與光軸O交叉之情形時,自其最靠近第1側之部分至光軸O作成垂線,其交點成為第1點。同樣地,於凹面反射面Mr3之最靠近第2側之部分不與光軸O交叉之情形時,自其最靠近第2側之部分至光軸O作成垂線,其交點成為第2點。該情形係與「最對應於~側之點」之表現共通之事項。
該條件式(1)係限制第2光學系統L2之適當透鏡全長者。於T2/T未滿足於條件式(1)規定之下限之情形時,第2光學系統L2之全長過短而難以產生適當之中間像,且難以維持高性能。T2/T於超過條件式(1)規定之上限之情形時,會導致第2光學系統L2大型化,裝置難以小型化。
(條件2) 構成為圖像光之主光線C2之自第1光學系統L1之最靠近上述第2側之透鏡面至凹面反射面Mr3之光程長度TWD2滿足以下之關係。光程長度TWD2為自第1光學系統L1之最靠近後段之光學零件之出射位置至凹面反射面Mr3之光程長度。 (2) 0.2<T2/TWD<0.8
該條件式(2)為適當地限制第2光學系統L2之第1及第2之反射面Mr1及Mr2之折返距離者。T2/TWD於未滿足條件式(2)規定之下限之情形時,折返距離變長,第2光學系統L2整體大型化。T2/TWD於超過條件式(2)規定之上限之情形時,由於折返距離變短,故難以產生適當之中間像,難以維持高性能。
(條件3) 構成為光軸O上之自第2透鏡系統TR之最對應於第1側之點至第2透鏡系統TR之最對應於上述第2側之點之長度TRL滿足以下之關係。長度TRL相當於第2透鏡系統TR之X方向之全長。 (3) 5<T/TRL<50
該條件式(3)限制第2透鏡系統TR之適當大小者。於T/TRL未滿足條件式(3)規定之下限之情形時,第2透鏡系統TR變大,投射光學系統30整體大型化。於T/TRL超過條件式(3)規定之上限之情形時,第2透鏡系統TR變得過小,難以產生適當之中間像,難以維持高性能。
(條件4) 將第1透鏡系統L1之有效直徑最大之光學零件之有效直徑設為SA1max。即,將於第1透鏡系統L1所含之光學零件中之圖像光入射之有效區域之直徑最大之光學零件之該有效直徑設為SA1max。 將第2透鏡系統TR之有效直徑最大之光學零件之有效直徑設為SA2max。即,將於第2透鏡系統TR所含之光學零件中之圖像光入射之有效區域之直徑最大之光學零件之該有效直徑設為SA2max。 構成為上述有效直徑SA1max與有效直徑SA2max滿足以下之關係。 (4) 1.3<SA1max/SA2max<5
該條件式(4)為限制第1光學系統L1與第2光學系統L2之適當大小者。於SA1max/SA2max未滿足條件式(4)規定之下限之情形時,第2透鏡系統TR之外徑變大,投射光學系統30整體大型化。於SA1max/SA2max超過條件(4)規定之上限之情形時,第2透鏡系統TR變得過小,而難以產生適當之中間像,從而難以維持高性能。
(條件5) 將圖像光之主光線C2之自第1反射面Mr1至第2反射面Mr2之光程與光軸O交叉之角度設為ry1。 圖像光之主光線C2之自第2反射面Mr2至第2透鏡系統TR之光程與光軸O交叉之角度設為ry2。 構成為上述角度ry1與角度ry2滿足以下之關係。 (5) 0.5<|ry1-ry2|/ry2<2.5
該條件式(5)為適當限制對第1反射面Mr1及第2反射面Mr2之光線入射角度、凹面形狀者。於|ry1-ry2|未滿足於條件(5)規定之下限之情形時,來自第1反射面Mr1與第2反射面Mr2之反射光線容易干涉。即,由第2反射面Mr2反射之光之一部分入射至第1反射面Mr1之情形發生之可能性變高。於|ry1-ry2|超過條件式(5)規定之上限之情形時,由於來自第2反射面Mr2之反射光線對於光軸O變淺,故投射光學系統30之全長大型化。
條件(1)~(5)之各者之下限值及上限值並不限定於上述值。例如,可根據照明光學系統20或投射光學系統30等之構成,適當變更表示適當範圍之各條件式之下限值及上限值。例如,亦可將於上述之範圍內所含之任意之值作為下限值及上限值而選擇,重新設定最佳之範圍。例如,可將條件式(5)設定為以下之範圍等。 0.5<|ry1-ry2|/ry2<2.0 0.5<|ry1-ry2|/ry2<1.5 0.5<|ry1-ry2|/ry2<1.2
關於如以上構成之投射光學系統30,舉出具體之數值例進行簡單之說明。
圖6係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。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)之橫方向及縱方向之長度(H×VSp)為13.4 mm及7.5 mm。圖像調變元件之中心位置(Chp)為距光軸O上方5 mm之位置。
1次像面側之成像圈(imc)為f22.9 mm。螢幕之橫方向及縱方向之長度(H×VSs)為1771 mm及996 mm。圖像調變元件之中心位置(Chs)為距光軸O上方722 mm之位置。
圖7為圖像顯示裝置之透鏡資料。於圖7,顯示有關於自1次像面(P)側向2次像面(S)側配置之s1~s22之光學零件(透鏡面)之資料。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)、於d線(587.56 nm)之折射率nd、及於d線之阿貝數νd。
又,於圖7,記載有第1透鏡系統L1之有效直徑最大之光學零件之有效直徑SA1max、第2透鏡系統TR之有效直徑最大之光學零件之有效直徑SA2max。
另,具有非球面之光學零件遵從以下之式。
[數1]
圖8係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。於圖8,分別顯示於圖7附加有*標記之非球面之各光學零件,及分別顯示關於s14~s17、及s22之非球面係數。圖例之非球面係數為對應於上述之式(數1)者。
圖9係顯示於本實施形態中於上述之條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 T2/T 0.53 T2/TWD 0.59 T/TRL 26.8 SA1max/SA2max 2.48 |ry1-ry2|/ry2 0.87 成為此結果,可知滿足條件式(1)~(5)。又,於圖9亦記載有(Chs/VSs)/(Chp/VSp)之值1.0。
圖10係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。於圖10中,投影圖像40以粗線表示,點1~3相當於圖4所示之光線C1~C3成像之位置。即,自液晶面板P之中心出射之主光線C2成像於於螢幕投影之圖像之中心。如圖10所示,可知投影大致矩形之平面圖像,發揮較高之性能。
圖11係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。於圖11,分別圖示圖10所示之點1~4之橫方向(X方向)之剖面之像差與於縱方向(Y方向)之剖面之像差。於以點線、實線及1點鏈線表示之620 mm、550 mm及460 mm之波長中,像面之偏差(縱軸)可知為大約2 mm以內之範圍,可投影高精度之圖像。
以上,於本實施形態之圖像顯示裝置100中,由第1光學系統L1折射之圖像光被第1反射光學系統之第1及第2反射面Mr1及Mr2之各者折返而反射。藉此,不使投射光學系統30大型化,即可充分地確保圖像光之光程長度。其結果,可實現裝置之小型化。又,經由第2透鏡系統TR及凹面反射面Mr3,可將高精度之圖像投射至螢幕,實現高性能化。
為了實現超廣角之投射型投影機,於構成於最靠近螢幕側配置大型之凹面反射面之光學系統之情形時,與僅由折射系統(透鏡系統)構成之光學系統相比,色像差難以產生且較容易廣角化。
此處考慮到使用透鏡系統,於直至凹面反射面之光程成像1個中間像之情形。於該情形時,基於作為凹面反射面之曲面之特性與成為螢幕之2次像面與折射系統之光軸大致垂直之平面之關係來看,作為中間像,必須於1次像面側具有較大彎曲之像面,且切線面與弧矢面相比更大彎曲。
因此,關於高性能化,必須以使中間成像面與凹面反射面之形狀一致之方式配置,成為如下述般於折射系統部分造成負擔之構成。 使凹面反射面為非球面形狀,且增加非球面係數。 將包含凹面反射面之光學系統整體設為一定以上之大小。 增加折射系統之透鏡片數,根據需要追加非球面透鏡。 藉由採用此種構成,實現於螢幕上以平面成像,但由於凹面反射面或折射系統被大型化,故難以小型化或低成本化。
針對此種問題,可考慮藉由於折射系統內再設置一個中繼光學系統,進而再配置一個具有彎曲像面之中間成像面。藉此,於中間像為1個之情形時未完全修正之殘存之像面彎曲更適當地被修正。因此,於以相同之性能使圖像成像之情形時,可於更小之凹面反射面成像。
而另一方面,由於具有複數片折射系統之中繼光學系統增加,故難以減少透鏡片數,其結果,低成本化之效果較小。又,由於將複數個中繼光學系統配置於光軸方向,故如上所述於直徑方向雖可小型化,但要維持高性能化不變,縮短光學系統之全長變得困難。
亦可考慮藉由於最靠近螢幕側之凹面反射面及與1次像面間配置數面片凸面鏡及凹面鏡,而修正像面彎曲。然而,由於凸面鏡具有使光線發散之功能,故下一個反射面必然會獲取發散之光線故需要較大之反射面。又,因光線之發散從而光線朝自光軸偏離之方向行進,故光學系統本身於高度方向變大。
於本實施形態中,因藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2而使光程折返,故不增長裝置之全長就可產生適當之中間像,且可增加中間成像面之數量。其結果,可對應於超廣角,亦可實現裝置之小型化、高性能化。
另,於上述之專利文獻2中,作為半導體曝光裝置用之對物光學系統,記載有關於具有相互對向之2個凹面鏡且可成像中間像之光學系統。於該對物光學系統中,於自縮小側至擴大側之順序觀察構成之情形時,於縮小側折射系統之後配置中間成像面。且,於以使2片凹面反射面對向之方式構成後,再次配置中間成像面,透過擴大側折射系統並成像於擴大側。
於專利文獻2中,完全無將此種光學系統應用於超廣角投射型投影機之主旨之記載或暗示。又,若假設應用系統,則由於靠近擴大側折射系統之凹面鏡之透鏡位置自配置於擴大側折射系統內之瞳面分離,且透鏡片數亦較多故透鏡整體變長。此係由於自擴大側折射系統側之凹面鏡向擴大側折射系統之光線入射角度相對於光軸以較淺角度入射,故擴大側折射系統之透鏡直徑變大。即,於光學系統中,小型化不充分,且透鏡片數亦無法減少,故低成本化亦困難。
<第2實施形態> 對本技術之第2實施形態之投射型圖像顯示裝置進行說明。於此後之說明中,關於與上述實施形態中說明之圖像顯示裝置100之構成及作用同樣之部分,省略或簡化其說明。
圖12~圖14係顯示第2實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖15係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖16係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖17及圖18係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數、自由曲面係數、XYZ方向之偏心成分及繞XYZ之各軸之旋轉成分之一例之表。
於本實施形態中,第1反射面Mr1、第2反射面Mr2及凹面反射面Mr3,由不具有旋轉對稱軸之自由曲面構成。又,第1反射面Mr1、第2反射面Mr2及凹面反射面Mr3,係相對於光軸O偏心且傾斜。
另,具有自由曲面之光學零件遵從下式。
[數2]
圖17及圖18例示之自由曲面係數,係對應於上述式(數2)者。又,圖17及圖18例示之XDE、YDE及ZDE表示面之偏心之X方向成分(單位:mm)、Y方向成分(單位:mm)及Z方向成分(單位:mm)。ADE、BDE及CDE表示面之旋轉之θx方向成分(繞X軸之旋轉成分;單位:度)、θy方向成分(繞y軸之旋轉成分;單位:度)及θz方向成分(繞Z軸之旋轉成分;單位:度)。
又,DAR意指較該面更後之座標(X,Y,Z)未變化。即,即使於記載為DAR之面偏心,其後側之面亦不會依照偏心之新座標,而僅記載為DAR之面單獨偏心。
即使於本實施形態之投射光學系統230,圖像光之主光線C2亦與光軸O於第1~第4之交點pu1~pu4交叉4次。又,於第1~第3之中間成像面,成像第1~第3之3個中間像。另,於本實施形態中,於第1反射光學系統與第2透鏡系統TR之間,即第2反射面Mr2與第2透鏡系統TR之間之第2中間成像面,成像第2中間像。
如第1實施形態般於第1及第2反射面Mr1及Mr2之間,成像第2中間像之情形時,可將第2反射面Mr2之光學功率使用於第2中間像之成像。其結果,對於第2透鏡系統TR之小型化有利。另一方面,如本實施形態般將第2反射面Mr2之光功率使用於第2中間像之成像之情形時,有利於抑制施加於第1光學系統L1及第1反射面Mr1之光學負荷。
圖19係顯示於本實施形態中之上述之條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 T2/T 0.56 T2/TWD 0.60 T/TRL 11.4 SA1max/SA2max 1.54 |ry1-ry2|/ry2 0.75 成為此種結果,可知滿足條件式(1)~(5)。
圖20係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。圖21係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。如圖20所示,可知投影為大致矩形之平面圖像,發揮較高之性能。又,如圖21所示,可知於620 nm、550 nm及460 nm之波長中,像面之偏差(縱軸)為大約2 mm以內之範圍,可投影高精度之圖像。
如此,第1反射面Mr1、第2反射面Mr2及凹面反射面Mr3,由自由曲面構成,即使於偏心及傾斜之情形,亦可與第1實施形態同樣可實現裝置之小型化、高性能化。另,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2者,即使於偏心及傾斜之構成中亦可實現發揮同樣效果之投射光學系統。
<第3實施形態> 圖22~圖24係顯示本技術之第3實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖25係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖26係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖27係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。
即使於本實施形態之投射光學系統330,圖像光之主光線C2亦可相對於光軸O於第1~第4之交點pu1~pu4交叉4次。又,於第1~第3之中間成像面成像第1~第3之3個中間像。另,於本實施形態中,於第1反射面Mr1與第2反射面Mr2之間之第2中間成像IM2成像第2中間像。
圖28係顯示於本實施形態中之上述之條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 T2/T 0.62 T2/TWD 0.58 T/TRL 20.7 SA1max/SA2max 1.92 |ry1-ry2|/ry2 1.17 成為此種結果,可知滿足條件式(1)~(5)。
圖29係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。圖30係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。如圖29所示,可知投影為大致矩形之平面圖像,發揮較高之性能。又,如圖30所示,可知於620 nm、550 nm及460 nm之波長中,像面之偏移(縱軸)為大約1 mm以內之範圍,可投影高精度之圖像。即,於本實施形態之構成中亦與上述之實施形態相同,可實現裝置之小型化、高性能化。
<第4實施形態> 圖31~圖33係顯示本技術之第4實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖34係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖35係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖36係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。
即使於本實施形態之投射光學系統430,圖像光之主光線C2亦相對於光軸O於第1~第4之交點pu1~pu4交叉4次。又,於第1~第3中間成像面成像第1~第3之3個中間像。另,於本實施形態中,於第1反射面Mr1與第2反射面Mr2之間之第2中間成像面IM2,成像第2中間像。
圖37係顯示於本實施形態中之上述之條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 T2/T 0.63 T2/TWD 0.61 T/TRL 18.0 SA1max/SA2max 2.12 |ry1-ry2|/ry2 1.19 作為此種結果,可知滿足條件式(1)~(5)。
圖38係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。圖39係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。如圖38所示,可知投影為大致矩形之平面圖像,發揮較高之性能。又,如圖39所示,可知於620 nm、550 nm及460 nm之波長中,像面之偏移(縱軸)為大約1 mm以內之範圍,可投影高精度之圖像。即,於本實施形態之構成中亦與上述之實施形態相同,可實現裝置之小型化、高性能化。
<第5實施形態> 圖40~圖42係顯示本技術之第5實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖43係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖44係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖45係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。
即使於本實施形態之投射光學系統530,圖像光之主光線C2亦相對於光軸O於第1~第4之交點pu1~pu4交叉4次。又,於第1~第3中間成像面成像第1~第3之3個中間像。另,於本實施形態中,於第1反射面Mr1與第2反射面Mr2之間之第2中間成像面IM2,成像第2中間像。
圖46係顯示於本實施形態中之上述之條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 T2/T 0.50 T2/TWD 0.61 T/TRL 35.5 SA1max/SA2max 3.13 |ry1-ry2|/ry2 1.00 成為此種結果,可知滿足條件式(1)~(5)。
圖47係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。圖48係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。如圖47所示,可知投影為大致矩形之平面圖像,發揮較高之性能。又,如圖48所示,可知於620 nm、550 nm及460 nm之波長中,像面之偏移(縱軸)為大約2 mm以內之範圍,可投影高精度之圖像。即,於本實施形態之構成中亦與上述之實施形態相同,可實現裝置之小型化、高性能化。
<第6實施形態> 圖49~圖51係顯示本技術之第6實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖52係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖53係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖54係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。
圖55係表示構成第1反射面Mr1之光學構件之構成例之模式圖。光學構件70包含透明丙烯酸系或玻璃等光透過材料,具有包含旋轉對稱非球面之主面71。如圖55所示,於主面71,形成反射圖像光之反射區域72與透過圖像光之透過區域73。例如,藉由成膜包含鋁等之反射膜,可將所期待之區域設為反射區域72。又,藉由將抗反射膜成膜於透過區域73,可充分地抑制光量之損失等。
於本實施形態中,藉由光學構件70之反射區域72構成第1反射面Mr1。且,光學構件70之透過區域73成為由第2反射面Mr2反射之圖像光之光程。因此,光學構件70之主面71以獲得所期待之第1反射面Mr1之方式適當設計形狀。
例如,於配置凹面鏡等作為第1反射面Mr1之情形時,考慮到組裝精度之差異、用於保持凹面鏡之機構之空間確保等,大多情況於由第2反射面Mr2反射之圖像光之光程與第1反射面Mr1之間需要設置某程度之間隔。即,於圖像光之光束之最下端與凹面鏡之最上端之間隔有需要某種程度之容限之情形。
於本實施形態之光學構件70中,成為第1反射面Mr1之反射區域72與構成圖像光之光程之透過區域73係一體構成。藉此,可縮小第1反射面Mr1與圖像光之光程之間隔,且可將各者靠近光軸O。其結果,可縮小Y方向之尺寸,可謀求裝置之小型化。
不僅第1反射面Mr1,第2反射面Mr2亦可由如圖55例示之光學構件70構成。即,亦可藉由具有包含反射區域72與透過區域73之主面71之光學構件70之該反射區域72構成第2反射面Mr2。藉此,可謀求裝置之小型化。當然,亦可能存在僅第2反射面Mr2藉由如圖55中例示之光學構件70構成之情況。
即使於本實施形態之投射光學系統630,圖像光之主光線C2亦相對於光軸O於第1~第4之交點pu1~pu4交叉4次。又,於第1~第3中間成像面成像第1~第3之3個中間像。另,於本實施形態中,於第1反射面Mr1與第2反射面Mr2之間之第2中間成像面IM2,成像第2中間像。
圖56係顯示於本實施形態中之上述之條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 T2/T 0.56 T2/TWD 0.62 T/TRL 24.6 SA1max/SA2max 1.94 |ry1-ry2|/ry2 0.92 成為此種結果,可知滿足條件式(1)~(5)。
圖57係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。圖58係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。如圖57所示,投影為大致矩形之平面圖像,發揮較高之性能。又,如圖58所示,可知於620 nm、550 nm及460 nm之波長中,像面之偏移(縱軸)為大約2 mm以內之範圍,可投影高精度之圖像。即,於本實施形態之構成中亦與上述之實施形態相同,可實現裝置之小型化、高性能化。
<其他實施形態> 本技術並非限定於以上說明之實施形態,可實現其他各種實施形態。
圖59係表示第1及第2反射面之其他構成例之模式圖。例如,圖像光之主光線C2之自第1反射面Mr1至第2反射面Mr2之光程亦可於折射率為1以上2以下之介質M內構成。即,於第1及第2反射面Mr1及Mr2之間亦可由折射率1以上2以下之介質M填充。藉此,可能增長光學光程。其結果,可抑制用以產生適當之中間像所需之光學負荷,且可抑制於投射光學系統所含之各光學零件之光學功率。
另,藉由使用由折射率1以上2以下之介質M構成之形成有第1及第2反射面Mr1及Mr2之稜鏡等,可容易地於介質M內構成光程。當然亦可使用其他構成。
作為第1及第2反射面Mr1及Mr2,亦可使用平面反射面。於該情形時,由於圖像光未被折射而是折返並反射,故光程長度被充分確保。其結果是,可謀求裝置的小型化、高性能化。
圖像光之主光線C2與光軸O交叉之次數並未限定於4次。例如,即使於圖像光之主光線C2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。
中間像之數量亦並未限定,亦可能存在產生2個中間像之情形或產生3個以上之中間像之情形。無論何者,由於藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2充分地確保了光程長度,故可謀求裝置之小型化、高性能化。
於以上說明之本技術之特徵部分中,亦可組合至少2個特徵部分。即,於各實施形態中說明之各種特徵部分亦可不區別各實施形態,任意組合。又,於上述記載之各種效果僅為例示而非限定者,亦可發揮其他效果。
再者,本技術亦可採用如下所述之構成。 (1)一種圖像顯示裝置,其具備:光源; 圖像產生部,其對自上述光源出射之光束進行調變而產生圖像光;及 投射光學系統,其具有:第1透鏡系統,其於整體具有正折射力,使上述產生之圖像光折射; 第1反射光學系統,其具有2個以上之使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之反射面; 第2透鏡系統,其於整體具有正折射力,使由上述第1反射光學系統反射之上述圖像光折射; 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。 (2)如(1)之圖像顯示裝置,其中 於上述圖像產生部與上述第1反射光學系統之間之第1中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第1中間像, 於上述第1反射光學系統與上述第2透鏡系統之間之第2中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第2中間像, 於上述第2透鏡系統與上述第2反射光學系統之間之第3中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第3中間像。 (3)如(1)之圖像顯示裝置,其中 於上述圖像產生部與上述第1反射光學系統之間之第1中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第1中間像, 於上述2個以上反射面所含之第1反射面與第2反射面之間之第2中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第2中間像, 於上述第2透鏡系統與上述第2反射光學系統之間之第3中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第3中間像。 (4)如(1)至(3)中之任一者之圖像顯示裝置,其中 第2反射光學系統於上述被投射物所含之平面部分成像由上述圖像光構成之圖像。 (5)如(1)至(4)中之任一者之圖像顯示裝置,其中 上述圖像光之主光線與將最靠近於上述第1透鏡系統所含之上述圖像產生部之透鏡之光軸延長而成之基準軸交叉4次以上, (6)如(5)之圖像顯示裝置,其中 上述圖像光之主光線相對於上述基準軸,於上述第1透鏡系統內之第1交點、於上述2個以上之反射面所含之第1反射面與第2反射面之間之第2交點、上述第1反射光學系統與上述第2反射光學系統之間之第3交點、及上述第2反射光學系統與上述被投射物之間之第4交點之各者交叉。 (7)如(3)或(6)之圖像顯示裝置,其中 上述第1反射面使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射, 上述第2反射面使由上述第1反射面反射之上述圖像光折返,並反射至上述第2透鏡系統。 (8)如(2)或(3)之圖像顯示裝置,其中 上述第1中間成像面、上述第2中間成像面及第3中間成像面之各者並非與上述基準軸大致垂直之平面。 (9)如(5)或(6)之圖像顯示裝置,其構成為 若將上述圖像產生部側設為第1側,將其相反側設為第2側, 則上述基準軸上之自上述第1透鏡系統之最對應於上述第1側之第1點至上述凹面反射面之最對應於上述第2側之第2點之長度T,與上述基準軸上之自上述第1透鏡系統之最對應於上述第2側之第3點至上述第2點之長度T2滿足 (1) 0.2<T2/T<0.8之關係。 (10)如(5)、(6)及(9)中任一者之圖像顯示裝置,其構成為 若將上述圖像產生部側設為第1側,將其相反側設為第2側, 則上述圖像光之主光線之自上述第1透鏡系統之最靠近上述第2側之透鏡面至上述凹面反射面之光程長度TWD2滿足 (2) 0.2<T2/TWD<0.8之關係。 (11)如(5)、(6)、(9)及(10)中任一者之圖像顯示裝置,其構成為 若將上述圖像產生部側設為第1側,將其相反側設為第2側, 則上述基準軸上之自上述第2透鏡系統之最對應於上述第1側之點至上述第2透鏡系統之最對應於上述第2側之點之長度TRL滿足(3) 5<T/TRL<50之關係。 (12)如(5)、(6)、(9)至(11)中任一者之圖像顯示裝置,其構成為 上述第1透鏡系統之有效直徑最大之光學零件之有效直徑SA1max與上述第2透鏡系統有效直徑最大之光學零件之有效直徑SA2max滿足(4) 1.3<SA1max/SA2max<5之關係。 (13)如(5)、(6)、(9)至(12)中任一者之圖像顯示裝置,其中 上述2個以上之反射面具有使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之第1反射面,及使由上述第1反射面反射之上述圖像光折返並反射至上述第2透鏡系統之第2反射面; 上述圖像光之主光線之自上述第1反射面至上述第2反射面之光程與上述基準軸交叉之角度ry1與自上述第2反射面至上述第2透鏡系統之光程與上述基準軸交叉之角度ry2滿足(5) 0.5<|ry1-ry2|/ry2<2.5之關係。 (14)如(5)、(6)、(9)至(13)中任一者之圖像顯示裝置,其中 上述第1透鏡系統係構成為於上述第1透鏡系統所含之1個以上之光學零件之各光軸與上述基準軸大致一致, 上述第2透鏡系統係構成為於上述第2透鏡系統所含之1個以上之光學零件之各光軸與上述基準軸大致一致。 (15)如(5)、(6)、(9)至(14)中任一者之圖像顯示裝置,其中 上述凹面反射面構成為旋轉對稱軸與上述基準軸大致一致, 上述2個以上之反射面之各者為凹面反射面,且構成為旋轉對稱軸與上述基準軸大致一致。 (16)如(5)、(6)、(9)至(15)中任一者之圖像顯示裝置,其中 上述凹面反射面及上述2個以上之反射面之至少1者為不具有旋轉對稱軸之自由曲面。 (17)如(1)至(16)中任一者之圖像顯示裝置,其中 上述2個以上之反射面之至少1者係由具有包含反射上述圖像光之反射區域與透過上述圖像光之透過區域之主面之光學構件之上述反射區域構成。 (18)如(1)至(17)中任一者之圖像顯示裝置,其中 上述2個以上之反射面具有使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之第1反射面及使由上述第1反射面反射之上述圖像光折返並反射至上述第2透鏡系統之第2反射面; 上述圖像光之主光線之自上述第1反射面至上述第2反射面之光程於折射率為1以上2以下之介質內構成。 (19)一種投射光學系統,其係將自光源出射之光束調變而產生之圖像光投射之投射光學系統,且具備: 第1透鏡系統,其於整體具有正折射力,使上述產生之圖像光折射; 第1反射光學系統,其具有2個以上之使由上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之反射面; 第2透鏡系統,其於整體具有正折射力,使由上述第1反射光學系統反射之上述圖像光折射; 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。
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
40‧‧‧投影圖像
70‧‧‧光學構件/光學零件
71‧‧‧主面
72‧‧‧反射區域
73‧‧‧透過區域
100‧‧‧圖像顯示裝置
230‧‧‧投射光學系統
330‧‧‧投射光學系統
430‧‧‧投射光學系統
530‧‧‧投射光學系統
630‧‧‧投射光學系統
C1~C3‧‧‧光線
C2‧‧‧主光線
Chp‧‧‧圖像調變元件之中心位置
Chs‧‧‧圖像調變元件之中心位置
DM‧‧‧分色鏡
FL‧‧‧複眼透鏡
IM1‧‧‧第1中間成像面
IM2‧‧‧第2中間成像面
IM3‧‧‧第3中間成像面
L‧‧‧聚光透鏡
L‧‧‧透鏡
L1‧‧‧第1光學系統
L2‧‧‧第2光學系統
L11‧‧‧透鏡
M‧‧‧全反射鏡
M‧‧‧介質
Mr1‧‧‧第1反射面
Mr2‧‧‧第2反射面
Mr3‧‧‧凹面反射面
O‧‧‧光軸
P‧‧‧液晶面板
PP‧‧‧分色稜鏡
PS‧‧‧偏光轉換元件
pu1‧‧‧第1交點
pu2‧‧‧第2交點
pu3‧‧‧第3交點
pu4‧‧‧第4交點
ry1‧‧‧圖像光之主光線之自第1反射面至第2反射面之光程與上述基準軸交叉之角度
ry2‧‧‧自第2反射面至第2透鏡系統之光程與基準軸交叉之角度
ry1-ry2‧‧‧ry1與ry2之角度差
S‧‧‧像面
SA1max‧‧‧有效直徑
SA2max‧‧‧有效直徑
T‧‧‧基準軸上之自第1透鏡系統之最與第1側對應之第1點至凹面反射面之最與第2側對應之第2點之長度
TR‧‧‧第2透鏡系統
T2‧‧‧基準軸上之自第1透鏡系統之最對應於第2側之第3點至第2點之長度
TRL‧‧‧基準軸上之自第2透鏡系統之最對應於第1側之點至第2透鏡系統之最對應於第2側之點之長度
TWD2‧‧‧圖像光之主光線C2之自第1光學系統L1之最靠近第2側之透鏡面至凹面反射面Mr3之長度
VSs‧‧‧螢幕之縱方向之長度
VSp‧‧‧圖像調變元件縱方向之長度
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
圖1係用於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之概略圖。 圖3係顯示第1實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖4係顯示第1實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖5係顯示第1實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖6係顯示與圖像投影相關之參數之一例之表。 圖7係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖8係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。 圖9係顯示於條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 圖10係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。 圖11係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。 圖12係顯示第2實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖13係顯示第2實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖14係顯示第2實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖15係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖16係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖17係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數、自由曲面係數、XYZ方向之偏心成分及繞XYZ各軸之旋轉成分之一例之表。 圖18係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數、自由曲面係數、XYZ方向之偏心成分及繞XYZ各軸之旋轉成分之一例之表。 圖19係顯示於條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 圖20係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。 圖21係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。 圖22係顯示第3實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖23係顯示第3實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖24係顯示第3實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖25係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖26係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖27係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。 圖28係顯示於條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 圖29係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。 圖30係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。 圖31係顯示第4實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖32係顯示第4實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖33係顯示第4實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖34係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖35係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖36係顯示包含於投射光學系統之光學零件之非球面係數之一例之表。 圖37係顯示於條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 圖38係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。 圖39係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。 圖40係顯示第5實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖41係顯示第5實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖42係顯示第5實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖43係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖44係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖45係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。 圖46係顯示於條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 圖47係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。 圖48係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。 圖49係顯示第6實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖50係顯示第6實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖51係顯示第6實施形態之投射光學系統之概略構成例之光程圖。 圖52係顯示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖53係圖像顯示裝置之透鏡資料。 圖54係顯示於投射光學系統所含之光學零件之非球面係數之一例之表。 圖55係顯示構成第1反射面之光學構件之構成例之模式圖。 圖56係顯示於條件式(1)~(5)中使用之參數之數值之表。 圖57係顯示投射光學系統之投影圖像之一例之模式圖。 圖58係顯示關於投影圖像之橫像差圖之一例之圖表。 圖59係顯示第1及第2之反射面之其他構成例之模式圖。

Claims (19)

  1. 一種圖像顯示裝置,其包含:光源; 圖像產生部,其調變自上述光源出射之光束而產生圖像光;及 投射光學系統,該投射光學系統係包含: 第1透鏡系統,其整體具有正折射力,使上述產生之圖像光折射; 第1反射光學系統,其具有2個以上使上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之反射面; 第2透鏡系統,其整體具有正折射力,使上述第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,其具有使上述第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。
  2. 如請求項1之圖像顯示裝置,其中 於上述圖像產生部與上述第1反射光學系統之間之第1中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第1中間像, 於上述第1反射光學系統與上述第2透鏡系統之間之第2中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第2中間像, 於上述第2透鏡系統與上述第2反射光學系統之間之第3中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第3中間像。
  3. 如請求項1之圖像顯示裝置,其中 於上述圖像產生部與上述第1反射光學系統之間之第1中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第1中間像, 於上述2個以上反射面所含之第1反射面與第2反射面之間之第2中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第2中間像, 於上述第2透鏡系統與上述第2反射光學系統之間之第3中間成像面,成像由上述圖像光構成之圖像之第3中間像。
  4. 如請求項1之圖像顯示裝置,其中 第2反射光學系統於上述被投射物所含之平面部分,成像由上述圖像光構成之圖像。
  5. 如請求項1之圖像顯示裝置,其中 上述圖像光之主光線,與最靠近上述第1透鏡系統所含之上述圖像產生部之透鏡光軸延長所成之基準軸,交叉4次以上。
  6. 如請求項5之圖像顯示裝置,其中 上述圖像光之主光線與上述基準軸,於上述第1透鏡系統內之第1交點、上述2個以上反射面所含之第1反射面與第2反射面之間之第2交點、上述第1反射光學系統與上述第2反射光學系統之間之第3交點、及上述第2反射光學系統與上述被投射物之間之第4交點之各者交叉。
  7. 如請求項3之圖像顯示裝置,其中 上述第1反射面使上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射, 上述第2反射面使上述第1反射面反射之上述圖像光折返,並反射至上述第2透鏡系統。
  8. 如請求項2之圖像顯示裝置,其中 上述第1中間成像面、上述第2中間成像面及第3中間成像面之各者,係非與上述基準軸大致垂直之平面。
  9. 如請求項5之圖像顯示裝置,其構成為 若將上述圖像產生部側設為第1側,將其相反側設為第2側, 則上述基準軸上之自上述第1透鏡系統之最對應於上述第1側之第1點,至上述凹面反射面之最對應於上述第2側之第2點之長度T,與上述基準軸上之自上述第1透鏡系統之最對應於上述第2側之第3點,至上述第2點之長度T2,滿足(1) 0.2<T2/T<0.8之關係。
  10. 如請求項5之圖像顯示裝置,其構成為 若將上述圖像產生部側設為第1側,將其相反側設為第2側, 則上述圖像光之主光線之自上述第1透鏡系統之最靠近上述第2側之透鏡面,至上述凹面反射面之光程長度TWD2,滿足(2) 0.2<T2/TWD<0.8之關係。
  11. 如請求項5之圖像顯示裝置,其構成為 若將上述圖像產生部側設為第1側,將其相反側設為第2側, 則上述基準軸上之自上述第2透鏡系統之最對應於上述第1側之點,至上述第2透鏡系統之最對應於上述第2側之點之長度TRL,滿足(3) 5<T/TRL<50之關係。
  12. 如請求項5之圖像顯示裝置,其構成為 上述第1透鏡系統之有效直徑最大之光學零件之有效直徑SA1max,與上述第2透鏡系統之有效直徑最大之光學零件之有效直徑SA2max,滿足(4) 1.3<SA1max/SA2max<5之關係。
  13. 如請求項5之圖像顯示裝置,其構成為 上述2個以上反射面具有使上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之第1反射面,及使上述第1反射面反射之上述圖像光折返並反射至上述第2透鏡系統之第2反射面; 上述圖像光之主光線之自上述第1反射面至上述第2反射面之光程與上述基準軸交叉之角度ry1,及自上述第2反射面至上述第2透鏡系統之光程與上述基準軸交叉之角度ry2,滿足(5) 0.5<|ry1-ry2|/ry2<2.5之關係。
  14. 如請求項5之圖像顯示裝置,其中 上述第1透鏡系統係構成為:上述第1透鏡系統所含之1個以上之光學零件之各光軸,與上述基準軸大致一致; 上述第2透鏡系統係構成為:上述第2透鏡系統所含之1個以上之光學零件之各光軸,與上述基準軸大致一致。
  15. 如請求項5之圖像顯示裝置,其中 上述凹面反射面構成為旋轉對稱軸與上述基準軸大致一致; 上述2個以上之反射面之各者為凹面反射面,且構成為旋轉對稱軸與上述基準軸大致一致。
  16. 如請求項5之圖像顯示裝置,其中 上述凹面反射面及上述2個以上之反射面之至少1個,為不具有旋轉對稱軸之自由曲面。
  17. 如請求項1之圖像顯示裝置,其中 上述2個以上之反射面之至少1個係由具有包含反射上述圖像光之反射區域、及透過上述圖像光之透過區域之主面之光學構件之上述反射區域構成。
  18. 如請求項1之圖像顯示裝置,其中 上述2個以上之反射面具有:使上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之第1反射面、及使上述第1反射面反射之上述圖像光折返並反射至上述第2透鏡系統之第2反射面; 自上述圖像光之主光線之上述第1反射面至上述第2反射面之光程於折射率為1以上2以下之介質內構成。
  19. 一種投射光學系統,其係將調變自光源出射之光束而產生之圖像光投射之投射光學系統,且包含: 第1透鏡系統,其整體具有正折射力,使上述產生之圖像光折射; 第1反射光學系統,其具有2個以上之使上述第1透鏡系統折射之上述圖像光折返並反射之反射面; 第2透鏡系統,其整體具有正折射力,使上述第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,其具有使上述第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。
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