專利名稱：投影光學(xué)系統(tǒng)以及圖像投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的至少一個(gè)方面涉及至少一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備。
背景技術(shù)：
公開了涉及投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備中至少一種的傳統(tǒng)技術(shù)。例如，日本專利申請公開NO. 2007-079524(專利文件I)公開了從縮小側(cè)的一次圖像平面到放大側(cè)的二次圖像平面進(jìn)行放大和投影的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于該投影光學(xué)系統(tǒng)包括成像一次圖像平面的中間圖像的第一光學(xué)系統(tǒng)和具有從該中間圖像形成二次圖像平面的凹反射表面的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中從一次圖像平面的中心傳播到二次圖像平面的中心的光線與第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸相交，接著該光線從該凹反射表面被反射，再次與光軸相交，并到達(dá)二次圖像平面。 例如，日本專利申請NO. 2008-116688(專利文件2)公開了從縮小側(cè)的一次圖像平面到放大側(cè)的二次圖像平面進(jìn)行放大和投影的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于該投影光學(xué)系統(tǒng)包括成像一次圖像平面的中間圖像的第一光學(xué)系統(tǒng)以及具有一個(gè)形成在中間圖像的二次圖像側(cè)的凹反射表面的第二光學(xué)系統(tǒng)，該第一光學(xué)系統(tǒng)由負(fù)折射力的第一組、正折射力的第二組、中間光闌以及該光闌的中間圖像側(cè)的正折射力的第三組組成，其中組成第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的每個(gè)表面被構(gòu)造為以公共光軸為中心旋轉(zhuǎn)對稱的表面，其中從一次圖像平面中心傳播到二次圖像平面中心的光線與光軸相交，接著從凹反射表面被反射，再次與光軸相交，并且到達(dá)二次圖像平面，并且其中滿足以下條件公式(1)0. 5 < Φ1/Φ2 < 3(2) I < AST/ASS < 5(3) |AST|/L12 < I并且對于由第一光學(xué)系統(tǒng)組成并具有正折射力的所有透鏡滿足以下條件公式(4)-3 < Krel(其中，Φ1 :第一光學(xué)系統(tǒng)的折射力Φ2 :第二光學(xué)系統(tǒng)的折射力
tools] Iast1:第一光學(xué)系統(tǒng)的子午線斷面上的中間成像的位置Iass :第一光學(xué)系統(tǒng)的徑向平面上的中間成像的位置L12 :第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間在光軸上的距離Krel :折射率的溫度系數(shù))。例如，例如專利申請公開NO. 2008-165187(專利文件3)公開了一種投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)包括形成與物體共軛的第一圖像的第一光學(xué)系統(tǒng)和投影與第一圖像共軛的第二圖像到要投影到其上的表面上的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的至少一個(gè)包括相對物體可移動(dòng)的至少一個(gè)光學(xué)元件，并且其中投影光學(xué)系統(tǒng)的特征在于相對于物體移動(dòng)所述至少一個(gè)光學(xué)元件，由此改變投影光學(xué)系統(tǒng)的圖像距離并且改變第二圖像的尺寸。但是，即使對于關(guān)于投影光學(xué)系統(tǒng)或者圖像投影設(shè)備的本領(lǐng)域技術(shù)人員，也不容易提供能夠以更短距離投影更好的圖像到要投影的表面上的更緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)，或者能夠以更短距離投影更好的圖像到要投影的表面上的更緊湊的圖像投影設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種投影光學(xué)系統(tǒng)，包括第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)，該第一光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造為形成與物體共軛的第一圖像并具有光軸，該第二光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造為投影與第一圖像共軛的第二圖像到要投影到其上的表面上，其中，該第一圖像滿足以下條件ImXTr ≤1. 70其中Im表不該第一圖像在該第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上的長度,該Im通過該第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距標(biāo)準(zhǔn)化，并且Tr表示該投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種圖像投影設(shè)備，包括構(gòu)造為形成圖像的圖像形成部分以及投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造為投影該圖像到要投影到其上的表面上，其中該投影光學(xué)系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的投影光學(xué)系統(tǒng)。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例以及根據(jù)本發(fā)明的圖像投影設(shè)備的實(shí)例的圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例的投射比的圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例的光學(xué)系統(tǒng)的整體長度和中間圖像的長度的圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的實(shí)施例1中的圖像投影設(shè)備的圖像形成部分中的物點(diǎn)的位置的實(shí)例的圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例1中的投影光學(xué)系統(tǒng)以及圖像投影設(shè)備的圖。圖7是不出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例1中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例的TV畸變的圖。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例1中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例2中的投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的圖。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例2中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例2中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例2中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例3中的投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的圖。圖16是不出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例3中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例3中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖18是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例3中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖19是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例4中的投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的圖。圖20是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例4中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖21是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例4中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖22是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例4中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖23是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例5中的投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的圖。圖24是不出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例5中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖25是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例5中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖26是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例5中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖27是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例6中的投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的圖。圖28是不出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例6中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖29是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例6中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖30是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例6中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖31是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例7中的投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的圖。
圖32是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例7中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖33是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例7中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖34是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例7中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖35是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例8中的投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的圖。圖36是不出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例8中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖37是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例8中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖38是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例8中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖39是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例9中的投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的圖。圖40是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例9中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖41是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例9中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖42是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例9中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖43是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例10中的投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的圖。圖44是不出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例10中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖45是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例10中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖46是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例10中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖47是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例11中的投影光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的圖。圖48是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例11中的投影光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖49是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例11中的投影光學(xué)系統(tǒng)的要投影到其上的表面上的斑點(diǎn)的圖。圖50是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例11中的投影光學(xué)系統(tǒng)的TV畸變特性的圖。圖51是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例以及慣用技術(shù)的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例的投射比和中間圖像的標(biāo)準(zhǔn)化長度之間的關(guān)系的圖。圖52是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例以及慣用技術(shù)的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例的投影系統(tǒng)的總長度和投射比之間的關(guān)系的圖。圖53是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例以及慣用技術(shù)的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例的投影系統(tǒng)的總長度和ImXTr值之間的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式接著，將參照附圖介紹用于實(shí)施本發(fā)明的方式(本發(fā)明的實(shí)施方式)。本發(fā)明的第一實(shí)施方式是投影光學(xué)系統(tǒng)，包括形成與物體共軛的第一圖像并且具有光軸的第一光學(xué)系統(tǒng)以及投影與第一圖像共軛的第二圖像到要投影到其上的表面上的第二光學(xué)系統(tǒng)，其中第一圖像滿足條件ImXTrS1. 70，其中Im表示第一圖像在第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上的長度，其通過第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距標(biāo)準(zhǔn)化(normalized)，并且Tr表示投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比(throw ratio)。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一圖像與物體共軛并且第二圖像與第一圖像共軛。從而，第二圖像與物體共軛。第二圖像可稱為與物體共軛的圖像，并且在這種情況中，第一圖像可稱為物體和圖像(第二圖像)之間的中間圖像。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一圖像和第二圖像的每個(gè)可包括像差或者不包括像差。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，要投影到其上的表面是與第一圖像共軛的第二圖像投影到其上的一個(gè)表面。這里，要投影到其上的表面可為例如平面表面或者屏幕。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，投影包括進(jìn)行放大和投影，進(jìn)行相同放大率的投影，或者進(jìn)行縮小和投影，并且優(yōu)選是進(jìn)行放大和投影。當(dāng)投影是在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行放大和投影時(shí)，可提供能夠放大和投影圖像到要投影的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)包括形成與物體共軛的第一圖像并且具有光軸的第一光學(xué)系統(tǒng)以及形成與第一圖像共軛的第二圖像到要投影的表面上的第二光學(xué)系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的光路中，例如物體、第一光學(xué)系統(tǒng)、第一圖像、第二光學(xué)系統(tǒng)以及第二圖像可依次設(shè)置。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一光學(xué)系統(tǒng)是形成與物體共軛的第一圖像并具有光軸的光學(xué)系統(tǒng)。這里，第一光學(xué)系統(tǒng)例如包括形成與物體共軛的第一圖像并具有光軸的折射光學(xué)系統(tǒng)。折射光學(xué)系統(tǒng)是例如透鏡系統(tǒng)。包含于透鏡系統(tǒng)中的透鏡的數(shù)目不特別限制。組成包括于透鏡系統(tǒng)的透鏡的表面的形狀可為球面表面或者非球面表面。非球面表面可為旋轉(zhuǎn)對稱非球面表面。折射光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選具有正光焦度(positivepower)。當(dāng)折射光學(xué)系統(tǒng)具有正光焦度時(shí)，第一圖像是實(shí)像。在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第二光學(xué)系統(tǒng)是投影與第一圖像共軛的第二圖像到要投影到其上的表面上的光學(xué)系統(tǒng)。這里，第二光學(xué)系統(tǒng)例如包括投影和反射與第一圖像共軛的第二圖像到要投影到其上的表面上的反射光學(xué)系統(tǒng)。反射光學(xué)系統(tǒng)例如是反射鏡系統(tǒng)。包括于反射鏡系統(tǒng)中的反射鏡的數(shù)目不特別限制。組成包括于反射鏡系統(tǒng)的反射鏡的表面的形狀不特別限制。組成反射鏡的表面的形狀可為球面表面或者非球面表面。非球面表面可為旋轉(zhuǎn)對稱非球面表面或者自由形狀表面。自由形狀表面可為旋轉(zhuǎn)非對稱非球面表面。反射光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選具有正光焦度。當(dāng)反射光學(xué)系統(tǒng)具有正光焦度時(shí)，第二圖像是實(shí)像。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一圖像滿足條件ImXTr (1. 70。·在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，Im表不第一圖像在第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上的長度，其通過第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距標(biāo)準(zhǔn)化(第一圖像在第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸的方向上的長度/第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距)。第一圖像在第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸的方向上的長度是第一圖像的圖像點(diǎn)中，在第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上最靠近第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像點(diǎn)的位置和在第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸的方向上最靠近第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像點(diǎn)的位置之間的距離，該第一圖像的圖像點(diǎn)通過來自物體的物點(diǎn)的經(jīng)向(meridional)光線和徑向(sagittal)光線提供。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，Tr表不投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比。投射比是在水平方向上從要投影到其上的表面?zhèn)鹊牡诙鈱W(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)到要投影到其上的表面的距離與投影在要投影到其上的表面上的第二圖像的尺寸的比。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，可提供能夠以更短的距離投影更好的圖像到要投影到其上的表面上的更緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)，因?yàn)榈谝粓D像滿足條件ImXTr (1. 70，其中Im表示第一圖像在第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上的長度，其通過第一光學(xué)系統(tǒng)的焦顯距標(biāo)準(zhǔn)化，Tr表示投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比。例如，可提供具有更加減少的整體長度的投影光學(xué)系統(tǒng)。投影光學(xué)系統(tǒng)的整體長度是相對于最靠近包括于投影光學(xué)系統(tǒng)中的第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸的光束的主要光線，在第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上從物體的物點(diǎn)到第二光學(xué)系統(tǒng)的最后端的距離。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一圖像優(yōu)選滿足ImXTr (1. 50。當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中第一圖像滿足條件ImXTr (1. 50時(shí)，可提供更緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一圖像優(yōu)選滿足條件O. 50 ^ ImXTr。當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中第一圖像滿足條件O. 50 ( ImXTr時(shí)，可提供能夠投影更好的圖像到要投影到其上的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，投影光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選滿足條件Tr ( O. 7。當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中滿足條件Tr ( O. 7時(shí)，可提供能夠以較短距離投影圖像到要投影到其上的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選包括非球面表面。當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一光學(xué)系統(tǒng)包括非球面表面時(shí)，可提供能夠投影更好的圖像到要投影到其上的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)。
在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一光學(xué)系統(tǒng)的佩茲伐曲率優(yōu)選小于或者等于-O. 010mm1。當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一光學(xué)系統(tǒng)的佩茲伐曲率小于或者等于-O. OlOmm 1時(shí)，可提供能夠投影更好的圖像到要投影到其上的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)。第一光學(xué)系統(tǒng)的佩茲伐曲率更優(yōu)選地小于或者等于-O. 012mm1。當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)系統(tǒng)的佩茲伐曲率小于或者等于-O. 012mm 1時(shí)，可提供能夠投影更好的圖像到要投影到其上的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)。第一光學(xué)系統(tǒng)的佩茲伐曲率優(yōu)選大于或者等于-O. 037mm1。當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)系統(tǒng)的佩茲伐曲率優(yōu)選大于或者等于-O. 037mm 1時(shí)，可提供能夠投影更好的圖像到要投影到其上的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第二光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選包括具有自由形狀表面形狀的反射表面。當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第二光學(xué)系統(tǒng)包括具有自由形狀表面形狀的反射表面時(shí)，可提供能夠投影更好的圖像到要投影到其上的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明的第二實(shí)施方式是圖像投影設(shè)備，其包括形成圖像的圖像形成部分以及投影圖像到要投影到其上的表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中該投影光學(xué)系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的圖像投影設(shè)備中，形成圖像的圖像形成部分不特別限制。這里，圖像形成部分可例如是顯示裝置(光閥)，諸如透射型或者反射型點(diǎn)陣液晶或者數(shù)字微鏡裝置(DMD)。在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的圖像投影設(shè)備中，圖像不特別限制。這里，圖像可為例如顯示在如上所介紹的顯示裝置上的圖像。在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的圖像投影設(shè)備中，要投影到其上的表面不特別限制。這里，要投影到其上的表面可為例如平面表面或者屏幕。在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的圖像投影設(shè)備中，投影包括進(jìn)行放大和投影，以相同放大率進(jìn)行投影，或者進(jìn)行縮小和投影，并且優(yōu)選是進(jìn)行放大和投影。當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的圖像投影設(shè)備中，投影是進(jìn)行放大和投影時(shí)，可提供能夠放大和投影圖像到要投影到其上的表面上的圖像投影設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，可提供能夠以更短的距離投影更好的圖像到要投影到其上的表面上的更緊湊圖像投影設(shè)備，這是因?yàn)橥队肮鈱W(xué)系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例以及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的圖像投影設(shè)備實(shí)例的圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的圖。如圖1中所示的圖像投影設(shè)備的投影儀具有圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)。在圖1中所示的投影儀中，根據(jù)調(diào)制信號形成圖像的圖像形成部分I被來自光源的照明光照亮從而在圖像形成部分I上形成圖像。圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)是將形成在圖像形成部分I上的圖像投影到屏幕4上的投影光學(xué)系統(tǒng)。圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)自圖像形成部分I側(cè)具有第一光學(xué)系統(tǒng)2和第二光學(xué)系統(tǒng)3。第一光學(xué)系統(tǒng)2是具有正光焦度并具有折射光學(xué)系統(tǒng)的共軸光學(xué)系統(tǒng)。第二光學(xué)系統(tǒng)3是包括具有正光焦度的反射表面的光學(xué)系統(tǒng)。來自形成于圖像形成部分I上的圖像的多個(gè)光束通常被聚焦以形成第一光學(xué)系統(tǒng)2和第二光學(xué)系統(tǒng)3之間的中間圖像。形成在圖像形成部分I上的圖像成像為第一光學(xué)系統(tǒng)2和第二光學(xué)系統(tǒng)3之間的光路上的中間圖像，并且通過放大中間圖像獲得的圖像投影并且成像到屏幕4上。投影光學(xué)系統(tǒng)將形成在圖像形成部分I上的圖像(用于大屏幕的圖像)完全放大和投影到屏幕4上。對于圖1和圖2所示的投影光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造，可縮小投影光學(xué)系統(tǒng)的距離(從第二光學(xué)系統(tǒng)3在屏幕4側(cè)的主點(diǎn)到屏幕4的距離)。結(jié)果，即使在相對較小的會議室等中，也可使用投影儀。另外，圖1和圖2中坐標(biāo)系統(tǒng)的X、Y和Z分別是屏幕4的縱軸方向、屏幕4的橫軸方向以及屏幕4的法線方向或者第一光學(xué)系統(tǒng)2的光軸的方向。如果投影光學(xué)系統(tǒng)的投影距離增加，要投影的圖像可能被站在投影儀和用于演示的屏幕4之間的演示者等阻擋，或者站在投影儀和用于演示的屏幕4之間的演示者的陰影等可能被投影到屏幕4上。投射比用作表示投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)的投影距離和投影光學(xué)系統(tǒng)的放大因素的參數(shù)。投射比是水平方向上的投影在屏幕上的圖像的尺寸(投影在屏幕上的圖像的寬度)和投影光學(xué)系統(tǒng)的投影距離的比。在圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，投射比是第二光學(xué)系統(tǒng)3在屏幕4側(cè)處的主點(diǎn)到屏幕4的距離與投影在屏幕4上的圖像在X方向上的尺寸的比。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例的投射比的圖。如圖3中所示，如果包含于投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)的投影距離較大，站在投影儀和用于演示的屏幕之間的演示者等可能阻擋要投影的光或者站在投影儀和用于演示的屏幕之間的演示者的陰影等可能投影到屏幕上。包含于投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)的投影距離減小以減少演示者阻擋要投影的光的問題。如圖3中所示，當(dāng)包含于投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)的投影距離小于從演示者的身體中心到演示者的指尖的距離A時(shí)，可減少演示者阻擋要投影的光的問題。例如，當(dāng)從演示者的身體中心到演示者的指尖的距離A是900mm并且長寬比是16 10的60英寸的圖像被投影光學(xué)系統(tǒng)投影時(shí)，投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比是900mm/(60英寸X 25. 4mm/英寸X 16/(162+102)) O. 7。因此，包含于投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比優(yōu)選小于或者等于O. 7以減輕演示者阻擋要投射的光的問題。在圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，定義中間圖像在Z方向上的長度除以第一光學(xué)系統(tǒng)2的焦距的值Im。中間圖像在Z方向上的長度是來自圖像形成部分I上形成的圖像的每個(gè)光束的經(jīng)向光線和徑向光線的中間圖像的圖像點(diǎn)中，在Z方向上最靠近第一光學(xué)系統(tǒng)2的圖像點(diǎn)的位置和在Z方向上最靠近第二光學(xué)系統(tǒng)3的圖像點(diǎn)的位置之間的距離。當(dāng)包括于投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比減小時(shí)，中間圖像在Z方向上的長度除以第一光學(xué)系統(tǒng)2的焦距的值Im趨于增加。圖4是示出對于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例，光學(xué)系統(tǒng)的整體長度和中間圖像的長度。在圖4中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，形成具有由圖4中的虛線表示的YZ平面中的橫截面的中間圖像5。在圖4中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，投影光學(xué)系統(tǒng)的整體長度是相對于最靠近包括于投影光學(xué)系統(tǒng)中的第一光學(xué)系統(tǒng)2的光軸的光束的主要光線，在第一光學(xué)系統(tǒng)2的光軸的方向上從物體的物點(diǎn)到第二光學(xué)系統(tǒng)3的最后端的距離。如圖4中所示，當(dāng)中間圖像在Z方向的長度除以第一光學(xué)系統(tǒng)2的焦距的值Im增加時(shí)，從第一光學(xué)系統(tǒng)2的最后端到第二光學(xué)系統(tǒng)3的最后端的距離趨于增加，并且因此，投影光學(xué)系統(tǒng)的整體長度以及投影儀的尺寸也趨于增加。在圖1和圖2中所不的投影光學(xué)系統(tǒng)中，中間圖像 兩足條件ImXTr <1. 70。當(dāng)中間圖像滿足條件ImXTr (1. 70時(shí)，中間圖像在Z方向的長度除以第一光學(xué)系統(tǒng)2的焦距的值Im和投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比之間的平衡更好，并且因此，可提供能夠以較短距離投射圖像到屏幕4上的更加緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)，或者能夠以較短距離投影圖像 到屏幕4上的更加緊湊的圖像投射設(shè)備。進(jìn)而，可以較短距離投影圖像到屏幕4上，并且因此，可提供減輕演示者阻擋要投影的光的問題的更加緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)，并且減輕演示者阻擋要投影的光的問題的更加緊湊的圖像投影設(shè)備。當(dāng)包括于投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比Tr減小時(shí)，要投影到屏幕4上的光線的入射角趨于增加。當(dāng)要投影到屏幕4上的光線的入射角增加時(shí)，投影光學(xué)系統(tǒng)的像散像差(astigmatic aberration)趨于增加。當(dāng)自第一光學(xué)系統(tǒng)2的光軸在屏幕4的橫軸方向上的距離增加(在+Y方向上的增加)時(shí)，入射到屏幕4上的光線的入射角增加。例如，當(dāng)包括于投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)的投影距離減小時(shí)，入射在屏幕上的光線的入射角趨于增加，并且當(dāng)自第一光學(xué)系統(tǒng)2的光軸的距離在+Y方向上增加時(shí)，入射在屏幕4上的光線的入射角的增加趨于更加明顯并且投影光學(xué)系統(tǒng)的像散像差趨于增加。接著，在圖1和圖2所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)投影光學(xué)系統(tǒng)的例如像散像差的像差減小的同時(shí)，中間圖像在Z方向的長度除以第一光學(xué)系統(tǒng)2的焦距的值Im增加并且包括于投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比Tr減小，并且更好的圖像投影到屏幕4上。如圖1、圖2和圖4中所示，當(dāng)自第一光學(xué)系統(tǒng)2的光軸在屏幕4的橫軸的方向上的距離增加(在+Y方向上的增加)時(shí)，對應(yīng)于要投影到屏幕4上的光束的中間圖像的圖像點(diǎn)趨于接近第一光學(xué)系統(tǒng)2。當(dāng)中間圖像形成在更靠近于第一光學(xué)系統(tǒng)2的位置處時(shí)，對應(yīng)于第二光學(xué)系統(tǒng)3中的中間圖像的光束的橫截面積趨于增加。因此，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整組成第二光學(xué)系統(tǒng)3的反射表面的形狀等，可更好地校正對應(yīng)于中間圖像的光束的像差。因此，在圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)中間圖像在Z方向的長度除以第一光學(xué)系統(tǒng)2的焦距的值Im增加并且包括于投影儀中的投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比減小時(shí)，可投影更好的圖像到屏幕4上。因此，在包括第一光學(xué)系統(tǒng)2和第二光學(xué)系統(tǒng)3的投影儀中，中間圖像滿足條件ImXTr (1. 70，第一光學(xué)系統(tǒng)2形成共軛于形成在圖像形成部分I上的圖像的中間圖像并且具有光軸，第二光學(xué)系統(tǒng)3投影共軛于中間圖像的圖像到屏幕4上，由此可提供能夠以更短距離投影更好的圖像到屏幕4上的更加緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)，或者能夠以更矩距離投影更好的圖像到屏幕4上的更加緊湊的圖像投影設(shè)備。在圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，中間圖像還滿足條件ImXTr (1. 50。當(dāng)中間圖像滿足條件ImXTr (1. 50時(shí),可進(jìn)一步減小中間圖像在Z方向的長度除以第一光學(xué)系統(tǒng)2的焦距的值Im，并且因此可提供更加緊湊的投影光學(xué)系統(tǒng)或者更加緊湊的圖像投影設(shè)備。
在圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，中間圖像還滿足條件O. 50 ( ImXTr0當(dāng)中間圖像滿足條件O. 50 ^ ImXTr時(shí)，可進(jìn)一步增加中間圖像在Z方向的長度除以第一光學(xué)系統(tǒng)2的焦距的值Im，并且因此可通過調(diào)整組成第二光學(xué)系統(tǒng)3的反射表面的形狀等，更好地校正對應(yīng)于中間圖像的光束的像差。結(jié)果，可提供能夠投影更好的圖像到屏幕4上的投影光學(xué)系統(tǒng)，或者能夠投影更好的圖像到屏幕4上的圖像投影設(shè)備。在圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一光學(xué)系統(tǒng)2具有包括非球面表面的折射光學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)系統(tǒng)2具有包括非球面表面的折射光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，可增加第一光學(xué)系統(tǒng)2的設(shè)計(jì)自由度并且可容易地進(jìn)行投影光學(xué)系統(tǒng)的像差校正。結(jié)果，可提供能夠投射更好的圖像到屏幕4上的投影光學(xué)系統(tǒng)或者能夠投影更好的圖像到屏幕4上的圖像投影設(shè)備。在圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第二光學(xué)系統(tǒng)3包括具有自由形狀表面形狀的反射表面。由于第二光學(xué)系統(tǒng)3包括具有自由形狀表面形狀的反射表面,可對于對應(yīng)于中間圖像的像點(diǎn)的每個(gè)光束調(diào)整反射表面的表面形狀，并且可對于對應(yīng)于中間圖像的 像點(diǎn)的每個(gè)光束進(jìn)行像差校正。結(jié)果，可提供能夠投影更好的圖像到屏幕4上的投影光學(xué)系統(tǒng)或者能夠投影更好的圖像到屏幕4上的圖像投影設(shè)備。在圖1和圖2中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一光學(xué)系統(tǒng)2的佩茲伐曲率小于或者等于-O. OlOmm、當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)系統(tǒng)2的佩茲伐曲率小于或者等于-O. OlOmm 1時(shí)，可將由第一光學(xué)系統(tǒng)2成像的中間圖像的圖像平面向第一光學(xué)系統(tǒng)2側(cè)彎曲，并且增加由第一光學(xué)系統(tǒng)2成像的中間圖像的場曲。結(jié)果，可增加對應(yīng)于第二光學(xué)系統(tǒng)3中的中間圖像的像點(diǎn)的光束的橫截面。從而，因第二光學(xué)系統(tǒng)3而可以更加有效地校正對應(yīng)于中間圖像的像點(diǎn)的光束的像差。結(jié)果，可提供能夠投影更好的圖像到屏幕4上的投影光學(xué)系統(tǒng)。因此，可提供能夠投影更好的圖像到屏幕4上的圖像投影設(shè)備。(實(shí)施例)在根據(jù)本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例中，要投影到屏幕上的圖像的尺寸、長寬比和放大倍數(shù)分別為O. 64英寸、16 10和94。這里，放大倍數(shù)是投影到屏幕上的圖像的尺寸與形成在圖像形成部分上的圖像尺寸的近似比。進(jìn)而，實(shí)施例1_7、10和11是F2. 5的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例，同時(shí)實(shí)施例8和9是F4的投影光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)例。(實(shí)施例1)表I是實(shí)施例1中的投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。表I
表面序號表面形狀曲率半徑表面距離折射率棘轉(zhuǎn)變傾斜
權(quán)利要求
1.一種投影光學(xué)系統(tǒng)，包括第一光學(xué)系統(tǒng)，該第一光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造為形成與物體共軛的第一圖像并且具有光軸； 第二光學(xué)系統(tǒng)，該第二光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造為投影與所述第一圖像共軛的第二圖像到要投影到其上的表面上，其中該第一圖像滿足以下條件ImXTr (1. 70 其中Im表示所述第一圖像在所述第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上的長度，所述Im被所述第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距標(biāo)準(zhǔn)化；并且Tr表示所述投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比。
2.如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中所述第一圖像滿足以下條件ImXTr (1. 50。
3.如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中所述第一圖像滿足以下條件O. 50 ^ ImXTr。
4.如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中所述投影光學(xué)系統(tǒng)滿足以下條件Tr ( O. 7。
5.如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中所述第一光學(xué)系統(tǒng)的佩茲伐曲率為-O. OlOmnT1或者更小。
6.如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中所述第二光學(xué)系統(tǒng)包括具有自由形狀表面形狀的反射表面。
7.一種圖像投影設(shè)備，包括圖像形成部分，該圖像形成部分被構(gòu)造為形成圖像；以及投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造為投影所述圖像到要投影到其上的表面上，其中所述投影光學(xué)系統(tǒng)是如權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)。
全文摘要
公開了一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其包括第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)，該第一光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造為形成與物體共軛的第一圖像并具有光軸，該第二光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造為投影與第一圖像共軛的第二圖像到要投影到其上的表面上，其中，該第一圖像滿足以下條件Im×Tr≤1.70其中Im表示該第一圖像在該第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上的長度，該Im被該第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距標(biāo)準(zhǔn)化，并且Tr表示該投影光學(xué)系統(tǒng)的投射比。
文檔編號G02B27/18GK102998782SQ20121044843
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者高橋達(dá)也, 藤田和弘, 安部一成 申請人:株式會社理光