專利名稱：：投影光學(xué)系統(tǒng)和投影圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及投影光學(xué)系統(tǒng)和投影圖像顯示裝置，并且具體地涉及用于減小投影光學(xué)系統(tǒng)和投影圖像顯示裝置的深度、并且在保持圖像的高分辨率和低失真的同時(shí)減小屏幕上方和下方的上下部分的高度的技術(shù)。
背景技術(shù)：
：近來(lái)，對(duì)于投影電視系統(tǒng)的需要迅速地增加。投影電視系統(tǒng)具有平板電視(諸如液晶顯示器(LCD)和等離子體顯示板(PDP))共同的特征。與LCD和PDP相比較，投影電視系統(tǒng)可以以低成本提供大屏幕，因?yàn)橥队半娨曄到y(tǒng)投影顯示在具有大約一英寸的大小的圖像顯示元件上的圖像同時(shí)放大該圖像。另外，這樣的圖像顯示元件可以較為容易地支持全高清晰度(HD)信號(hào)(諸如廣播衛(wèi)星(BS)廣播信號(hào)或者地面數(shù)字廣播信號(hào))的高分辨率。但是，投影電視系統(tǒng)包括光源、照明光學(xué)系統(tǒng)和投影光學(xué)系統(tǒng)。投影電視系統(tǒng)還包括大的后部安裝的反射鏡，用于在屏幕上投影圖像。因此，如圖38中所示，當(dāng)投影電視系統(tǒng)使用已知方法(其中，光軸"a，，通過(guò)圖像顯示元件b的中心和屏幕"c，，的中心)來(lái)投影圖像時(shí)，不能同時(shí)減小在屏幕之下的部分的深度"d，，和大小"e"。為了實(shí)現(xiàn)投影電視系統(tǒng)的薄尺寸(在深度方向上的尺寸的減小)，一些光學(xué)系統(tǒng)偏斜地在屏幕上投影圖像(以下稱為"斜投影")。例如，日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第5-0100312號(hào)(以下稱為"專利文件l")描述了一種投影系統(tǒng)，其包括具有很廣角的透鏡的投影光學(xué)系統(tǒng)、圖像顯示元件和屏幕。所述圖像顯示元件和屏幕被布置成相對(duì)于投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸偏移。通過(guò)使用所述廣角透鏡的視角的邊緣部分，實(shí)現(xiàn)了斜投影(參見(jiàn)圖39)。另外，日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第5-80418(以下稱為"專利文件2")描述了一種投影系統(tǒng)，其包括第一和第二投影光學(xué)系統(tǒng)。第一投影光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)光閥從成像光而形成中間圖像。第二投影光學(xué)系統(tǒng)在放大中間圖像的同時(shí)在屏幕上投影中間圖像。所述兩個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸被適當(dāng)?shù)貎A斜，以便實(shí)現(xiàn)斜投影(參見(jiàn)圖40)。而且，近來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了投影光學(xué)系統(tǒng)，其通過(guò)使用反射表面以便防止由于廣視角導(dǎo)致的像差而實(shí)現(xiàn)斜投影。PCT日語(yǔ)翻譯專利重新^>開(kāi)第WO01/006295號(hào)(以下稱為"專利文件3")描述了一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其通過(guò)使用主要由折射光學(xué)系統(tǒng)g和凸反射表面f構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)斜投影。圖41示意地圖解了在專利文件3中所述的光學(xué)系統(tǒng)。另外，日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2002-40326號(hào)(以下稱為"專利文件4")描述了一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其通過(guò)使用從圖像顯示板h、以下述順序布置的凹反射表面i、凸反射表面j、凸反射表面k和凸反射表面1而去除像差(參見(jiàn)圖42)。在上面的專利文件中所述的光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)于光軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。通過(guò)使用超廣角光學(xué)系統(tǒng)的一部分，所述光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)斜投影。日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2001-255462號(hào)(以下稱為"專利文件5")描述了一種斜投影光學(xué)系統(tǒng)，其包括離軸的光學(xué)系統(tǒng)。在這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中，所述離軸光學(xué)系統(tǒng)校正梯形失真。而且，通過(guò)在多個(gè)反射表面m的每個(gè)和反射表面n之間形成中間圖像，可以實(shí)現(xiàn)具有減小尺寸的反射表面的投影光學(xué)系統(tǒng)(參見(jiàn)圖43)。日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2004-258620(以下稱為"專利文件6")描述了一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其包括折射光學(xué)系統(tǒng)和包括凹反射表面的至少一個(gè)折射表面。在實(shí)施例中，作為折射光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)的一部分被做成離心的，并且使用可調(diào)整的表面來(lái)用作凹反射表面。以這種方式，可以實(shí)現(xiàn)具有低失真的投影光學(xué)系統(tǒng)(參見(jiàn)圖44)。國(guó)際公開(kāi)WO2006-043666Al(以下稱為"專利文件7")描述了一種超廣角光學(xué)系統(tǒng)，其具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，并且通過(guò)使用至少一個(gè)凹反射表面AM形成中間圖像而減小反射表面的大小(參見(jiàn)圖45)。
發(fā)明內(nèi)容但是，這些現(xiàn)有的投影光學(xué)系統(tǒng)具有下面的缺點(diǎn)。即，像在專利文件3中所述的光學(xué)系統(tǒng)那樣，如果投影光學(xué)系統(tǒng)包括凸反射表面f和折射光學(xué)系統(tǒng)g的組合，則與僅僅包括一個(gè)折射光學(xué)系統(tǒng)的投影光學(xué)系統(tǒng)相比較，可以容易地去除像差，并且可以容易地提供廣視角。但是，僅僅一個(gè)反射表面應(yīng)當(dāng)對(duì)所產(chǎn)生的發(fā)散效應(yīng)負(fù)責(zé)。因此，為了適當(dāng)?shù)匦Ｕ上癖砻娴氖д婧拖癫?，需要將屈光力減小到一定水平。因此，為了獲得廣視角，凸反射表面f的大小趨向于增加。這增加了制造所述凸反射表面f的困難。另外，在屏幕之下的下部的高度(參見(jiàn)在圖38中的"e，，)增加。當(dāng)背投影(rear-projection)電視系統(tǒng)包括這個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，背投影電視系統(tǒng)的深度(參見(jiàn)在圖38中的"d，,)增加。在專利文件4中所述的投影光學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有折射光學(xué)系統(tǒng)。因此，原則上，不發(fā)生像差。另外，不發(fā)生透鏡對(duì)于光的吸收。因此，可以實(shí)現(xiàn)亮的光學(xué)系統(tǒng)。但是，因?yàn)樗鐾队肮鈱W(xué)系統(tǒng)僅僅包括反射表面，因此光學(xué)性能對(duì)于每個(gè)反射表面的表面精度和組裝精度敏感，由此提高了制造成本。另外，因?yàn)樵诖怪狈较蛏喜贾昧硕鄠€(gè)反射表面因此在屏幕之下的部分的高度增加。而且，如果增加投影角度以便降低投影光學(xué)系統(tǒng)的深度，則反射表面、特別是最后級(jí)中的反射表面i的尺寸增加。因此，這提高了制造所述反射表面的難度，并且在所述屏幕之下的部分的高度進(jìn)一步增加。在專利文件5中所述的投影光學(xué)系統(tǒng)具有優(yōu)點(diǎn)小的反射表面提供了廣視角。但是，因?yàn)榉瓷浔砻姹蛔龀呻x心的，因此，需要通過(guò)其他的離心反射表面來(lái)校正離心的像差。因此，需要至少三個(gè)反射表面。因此，如果背投影電視系統(tǒng)包括這個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，則仍然難于獲得在屏幕之下的部分的足夠小的高度。另外，作為可調(diào)整表面的反射表面不具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。因?yàn)楣鈱W(xué)性能對(duì)于反射表面的表面精度和組裝精度很敏感，因此難于制造這樣的反射表面。因此，提高了制造成本。在專利文件6中所述的投影光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)或者兩個(gè)反射表面，其包括作為第二光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)凹反射表面。在第二光學(xué)系統(tǒng)和第一光學(xué)系統(tǒng)之間形成中間圖像。通過(guò)使得第一光學(xué)系統(tǒng)的一部分和第二光學(xué)系統(tǒng)的一部分彼此離心，實(shí)現(xiàn)了提供廣視角的和沒(méi)有失真的投影光學(xué)系統(tǒng)。但是，因?yàn)檎凵涔鈱W(xué)系統(tǒng)被做成離心的，因此難于組裝和調(diào)整這樣的投影光學(xué)系統(tǒng)。因此，提高了制造成本。因此，這個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)不適合于大量生產(chǎn)的光學(xué)系統(tǒng)，諸如背投影電視系統(tǒng)。在專利文件7中所述的投影光學(xué)系統(tǒng)包括具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱和中間成像平面的光學(xué)系統(tǒng)。通過(guò)組合至少一個(gè)凹反射表面和折射光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化的光學(xué)系統(tǒng)，其提供了超廣視角，并且適當(dāng)?shù)販p少多種像差。具體地，按照第一和第二實(shí)施例，通過(guò)僅僅使用一個(gè)凹反射表面而實(shí)現(xiàn)超廣視角。但是，因?yàn)槭褂靡粋€(gè)具有高負(fù)溫度系數(shù)的正透鏡和兩個(gè)塑料非球面透鏡，對(duì)諸如溫度改變之類的環(huán)境改變的考慮不充分。因此在制造上的容差不充分。另外，通過(guò)改變第二光學(xué)系統(tǒng)和屏幕之間的距離，改變圖像顯示大小。在這種情況下，入射在折射光學(xué)系統(tǒng)的所述反射表面或者每個(gè)折射表面上的光線略微偏移。在超廣角光學(xué)系統(tǒng)中，這樣的略微偏移大大地降低了光學(xué)性能。因此，按照在專利文件7中所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，在實(shí)際中僅僅提供一種圖像顯示大小。因此，本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)化的和低成本的投影光學(xué)系統(tǒng)和投影圖像顯示裝置，包括具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的光學(xué)系統(tǒng)、減小尺寸的反射表面和僅僅一個(gè)凹反射表面，同時(shí)保持低失真和高分辨率。另外，所述投影光學(xué)系統(tǒng)和所述投影圖像顯示裝置具有穩(wěn)定的光學(xué)性能，以便即使當(dāng)改變溫度時(shí)和即使當(dāng)改變投影圖像大小時(shí)，所述光學(xué)性能也不變差。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種投影光學(xué)系統(tǒng)將在縮小側(cè)上的一次成像平面(primaryimagingplane)上的圖像放大到在放大側(cè)上的二次成像平面(secondaryimagingplane)上。所述投影光學(xué)系統(tǒng)包括第一光學(xué)系統(tǒng)，其被配置來(lái)形成所述一次成像平面的中間圖像，其中，所述第一光學(xué)系統(tǒng)包括從與光圏鄰近的中間圖像按照順序設(shè)置的具有負(fù)屈光力(refractivepower)的第一組、具有正屈光力的第二組、光圏和具有正屈光力的第三組；以及，第二光學(xué)系統(tǒng)，其包括在所述中間圖像和所述二次成像平面之間布置的凹反射表面。第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的表面中的每一個(gè)相對(duì)于對(duì)于所有的表面公共的光軸具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，從一次成像平面的中心向二次成像平面的中心傳播的光線與光軸相交，從所述凹反射表面被反射，再次與所述光軸相交，并且到達(dá)二次成像平面，并且滿足下面的條件表達(dá)式(1)0.5<cpl/cp2<3(2)1<AST/ASS<5(3)|AST|/L12<1其中cpl=第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，<p2=第二光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，|AST|=通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)在切向平面內(nèi)形成中間圖像的位置，|ASS|=通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)在矢狀平面中形成中間圖像的位置，L12=在光軸上的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間的距離。在第一光學(xué)系統(tǒng)中包括并且具有正屈光力的所有透鏡滿足下面的條件表達(dá)式(4)-3<K一rel其中K—re卜折射率的溫度系數(shù)。在第三組中包括的至少一個(gè)正透鏡可以滿足下面的條件表達(dá)式(5)0.7<AP并且，在第三組中包括的至少一個(gè)負(fù)透鏡可以滿足下面的條件表達(dá)式(6)AP<陽(yáng)0.3其中△P={V-(-0.001917xP+0.6568)}x100，v=(nd-1)/(nF-nC)，P=(ng國(guó)nF)/(nF-nC)，ng=具有波長(zhǎng)435.83nm的g線的折射率，nF=具有波長(zhǎng)486.13nm的F線的折射率，nd-具有波長(zhǎng)587.56nm的d線的折射率，并且nC-具有波長(zhǎng)656.27nm的C線的折射率。以這種方式，可以獲得良好的光學(xué)性能。第一光學(xué)系統(tǒng)可以包括至少一對(duì)膠合透鏡(cementedlens)，并且滿足下面的條件表達(dá)式(7)|Aa|<45其中|Aa|=在其間具有接觸表面的相鄰玻璃片之間的線性膨脹系數(shù)上的差。以這種方式，可以獲得良好的光學(xué)性能。可以將一個(gè)非球面塑料透鏡布置在第一光學(xué)系統(tǒng)的第一組到第三組的任何一個(gè)中，并且可以滿足下面的條件表達(dá)式(8)曙0.3<cp—P琴<0.05(9)-35<P<35其中cp_pl=所述非球面塑料透鏡的屈光力，cpl=第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，并且P=非球面塑料透鏡的曲面的最大正切角。當(dāng)改變投影屏幕大小時(shí)，可以改變第二光學(xué)系統(tǒng)和二次成像平面之間的距離，并且可以沿著與光軸平行的光軸移動(dòng)第一光學(xué)系統(tǒng)的所述組中的至少一個(gè)組或者所述組中的一些透鏡和第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面。以這種方式，可以支持多種投影屏幕大小。按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種投影圖像顯示裝置包括光源；調(diào)制裝置，用于根據(jù)視頻信號(hào)來(lái)調(diào)制從所述光源發(fā)出的光，并且輸出經(jīng)調(diào)制的光；以及投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將在所述調(diào)制裝置側(cè)上的一次成像平面上的圖像放大到屏幕側(cè)上的二次成像平面上。所述投影光學(xué)系統(tǒng)是上述的投影光學(xué)系統(tǒng)之一。如上所述，按照本發(fā)明的所述實(shí)施例，從一次成像平面的中心向二次成像平面的中心傳播的光線與第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸相交。隨后，所述光線被凹反射表面反射，再次與光軸相交，并且到達(dá)二次成像平面。通過(guò)使用這樣的光路，例如，從在基本上水平的方向上布置的第一光學(xué)系統(tǒng)傳播并且聚焦在二次成像平面上的光線被第二光學(xué)系統(tǒng)輸出到向上(或者向下)方向上。第二光學(xué)系統(tǒng)可以在二次成像平面上的點(diǎn)上以較小的發(fā)散角度聚焦從中間圖像的點(diǎn)輸出的光線，所述中間圖像是由第一光學(xué)系統(tǒng)形成的。結(jié)果，可以通過(guò)使用緊湊的光學(xué)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)投影圖像顯示裝置。如上所述，按照本發(fā)明，從一次成像平面的中心向二次成像平面?zhèn)鞑サ墓饩€與第一和第二光學(xué)系統(tǒng)公共的光軸相交，被凹反射平面反射，并且再次與光軸相交。因此，第一光學(xué)系統(tǒng)暫時(shí)形成中間成像平面。通過(guò)在中間成像平面的后面設(shè)置凹反射表面，再次在二次成像平面上形成圖像。因此，通過(guò)將第一光學(xué)系統(tǒng)的放大率設(shè)定為優(yōu)選值，可以在不增加凹反射表面的尺寸的情況下獲得良好的像差校正。另外，在制造投影光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，可以確保對(duì)環(huán)境改變、例如溫度改變的足夠余量。結(jié)果，可以提供具有良好光學(xué)性能的大尺寸屏幕。圖1圖解了按照第一實(shí)施例的光路；圖2圖解了按照第一實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)部分；圖3是按照第一實(shí)施例的位置posl的橫向像差圖；圖4是按照第一實(shí)施例的位置pos2的橫向像差圖；圖5是按照第一實(shí)施例的位置pos3的橫向像差圖；圖6是按照第一實(shí)施例的位置posl的TV失真圖；圖7是按照第一實(shí)施例的位置pos2的TV失真圖；圖8是按照第一實(shí)施例的位置pos3的TV失真圖；圖9圖解了將按照第一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到投影顯示裝置的一個(gè)示例；圖IO是圖9中所示的投影顯示裝置的頂視圖；圖ll是從右側(cè)看到的圖9的視圖；圖12圖解了按照第二實(shí)施例的光路；圖13詳細(xì)圖解了按照第二實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)部分；圖14是按照第二實(shí)施例的位置posl的橫向像差圖；圖15是按照第二實(shí)施例的位置pos2的橫向像差圖；圖16是按照第二實(shí)施例的位置pos3的橫向像差圖；圖17是按照第二實(shí)施例的位置posl的TV失真圖；圖18是按照第二實(shí)施例的位置pos2的TV失真圖；圖19是按照第二實(shí)施例的位置pos3的TV失真圖；圖20圖解了按照第三實(shí)施例的光路；圖21圖解了按照第三實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)部分；圖22是按照第三實(shí)施例的位置posl的橫向像差圖；圖23是按照第三實(shí)施例的位置pos2的橫向像差圖；圖24是按照第三實(shí)施例的位置posl的TV失真圖；圖25是按照第三實(shí)施例的位置pos2的TV失真圖；圖26是將按照第三實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到投影顯示裝置的一個(gè)示例；圖27是在圖26中所示的投影顯示裝置的頂視圖；圖28圖解了按照第四實(shí)施例的光路；圖29圖解了按照第四實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)部分；圖30是按照第四實(shí)施例的位置posl的橫向像差圖31是按照第四實(shí)施例的位置pos2的橫向像差圖；圖32是按照第四實(shí)施例的位置pos3的橫向像差圖；圖33是按照第四實(shí)施例的位置posl的TV失真圖；圖34是按照第四實(shí)施例的位置pos2的TV失真圖；圖35是按照第四實(shí)施例的位置pos3的TV失真圖；圖36圖解了將按照第四實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到投影顯示裝置的一個(gè)示例；圖37是在圖36中所示的投影顯示裝置的頂視圖38是現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)示例的示意圖示；圖39是在專利文件1中所述的現(xiàn)有技術(shù)的示例的示意圖示；圖40是在專利文件2中所述的現(xiàn)有技術(shù)的示例的示意圖示；圖41是在專利文件3中所述的現(xiàn)有技術(shù)的示例的示意圖示；圖42是在專利文件4中所述的現(xiàn)有技術(shù)的示例的示意圖示；圖43是在專利文件5中所述的現(xiàn)有技術(shù)的示例的示意圖示；圖44是在專利文件6中所述的現(xiàn)有技術(shù)的示例的示意圖示；圖45是在專利文件7中所述的現(xiàn)有技術(shù)的示例的示意圖示；以及圖46是切向平面和矢狀平面的示意圖示。具體實(shí)施例方式下面參見(jiàn)按照本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)和投影圖像顯示裝置的示例性實(shí)施例。按照本實(shí)施例，投影光學(xué)系統(tǒng)將縮小側(cè)上的一次成像平面上的圖像放大和投影到放大側(cè)上的二次成像平面上。所述投影光學(xué)系統(tǒng)包括第一光學(xué)系統(tǒng)，用于形成所述一次成像平面的中間圖像；以及第二光學(xué)系統(tǒng)，用于從中間圖像形成所述二次成像平面。從一次成像平面的中心向所述二次成像平面的中心傳播的光線與光軸相交，并且被凹反射表面反射u被反射的光線再次與光軸相交，并且到達(dá)二次成像平面。概括圖像形成關(guān)系，通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)來(lái)形成一次成像平面的中間圖像。其后，光線被凹反射表面改變?yōu)榘l(fā)散光線，以形成光孔(pupil)。隨后，光線在二次成像平面上形成圖像。由第一光學(xué)系統(tǒng)形成的中間圖像具有低放大率，并且被具有預(yù)定放大率的第二光學(xué)系統(tǒng)放大，以便被形成為二次成像平面。另外，當(dāng)改變投影圖像大小時(shí)，改變?cè)诘诙鈱W(xué)系統(tǒng)和二次成像平面之間的距離。同時(shí)，第一光學(xué)系統(tǒng)的至少一個(gè)組或者一些透鏡和第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面在光軸上與軸向平行地移動(dòng)適當(dāng)?shù)木嚯x。以這種方式，可以提供具有良好校正的光學(xué)性能的投影光學(xué)系統(tǒng)。而且，為了獲得良好的光學(xué)性能，由第一光學(xué)系統(tǒng)形成的中間圖像被布置在第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間，并且滿足下面的條件表達(dá)式(1)0.5<cpl/cp2<3(2)1<AST/ASS<5(3)|AST|/L12<1其中q>l=第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，cp2=第二光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，|AST|=通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)在切向平面內(nèi)形成中間圖像的位置，IASS|=通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)在矢狀平面中形成中間圖像的位置，L12=在光軸上的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間的距離。條件表達(dá)式(1)定義第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力與第二光學(xué)系統(tǒng)的屈光力的比率。如果所述比率小于或者等于下限，則所述凹反射表面的曲率半徑大大被提高。因此，難于使用第一光學(xué)系統(tǒng)來(lái)校正像差。相反，如果所述比率大于或者等于所述上限，則第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力被提高。因此，難于使用凹反射表面來(lái)校正像差。條件表達(dá)式(2)定義在切向平面(包括主要光線(chieflightray)和光軸的橫截面)內(nèi)形成中間圖像的位置與在矢狀平面(與切向平面垂直的平面)中形成中間圖像的位置的比率。如圖46中所示，設(shè)A表示第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面，并且r表示曲率半徑。因此，在切向平面中的凹反射表面的橫截面中，曲率半徑等于r，而與h無(wú)關(guān)。相反，在矢狀平面中，曲率半徑是r.cose。因此，入射在矢狀平面上的光線按照h而具有不同的屈光力。為了使入射在上述的橫截面上的光線聚焦在二次成像平面中的同一位置上，橫截面中的中間圖像的圖像位置需要不同。另外，在9>0的情況下，因?yàn)槿肷湓谑笭钇矫嫔系墓饩€入射在一個(gè)表面上(所述表面的曲率半徑小于入射在切向平面上的光線入射在其上的表面的曲率半徑)，因此所述光線需要比切向平面中的圖像位置更接近第二光學(xué)系統(tǒng)。因此，條件表達(dá)式(2)定義了上述的圖像位置的適當(dāng)范圍。如果所述比率小于或者等于下限，則在矢狀平面中的圖像位置比在切向平面內(nèi)的圖像位置更接近第一光學(xué)系統(tǒng)。因此，難于將成像平面的兩個(gè)位置聚焦在二次成像平面上的同一位置上。如果所述比率大于或者等于上限，則在切向平面和矢狀平面中的圖像位置被分離。因此，也難于將成像平面的兩個(gè)位置同時(shí)聚焦在二次成像平面中的同一位置上。條件表達(dá)式(3)定義了切向平面中的圖像位置與在光軸上在第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間的距離的比率。像在專利文件3中所述的投影光學(xué)系統(tǒng)那樣，如果光學(xué)系統(tǒng)使用凸反射表面來(lái)發(fā)散光線，則所述光學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有中間圖像。所述光學(xué)系統(tǒng)具有近乎等于實(shí)際投影多巨離的大的場(chǎng)曲(curvatureoffield)。在這個(gè)實(shí)施例中，在當(dāng)從第一光學(xué)系統(tǒng)輸出光線時(shí)和當(dāng)光線到達(dá)第二光學(xué)系統(tǒng)時(shí)之間的時(shí)段中產(chǎn)生中間圖像。因此，第一光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)曲小于在光軸上在第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間的距離。通過(guò)最小化由第一光學(xué)系統(tǒng)引起的場(chǎng)曲，當(dāng)通過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)的反射表面將第一光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)曲投影到平坦二次成像平面上時(shí)，獲得良好的光學(xué)性能。因此，如條件表達(dá)式(3)所示，通過(guò)將第一光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)曲減小到小于光軸上第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間的距離，可以即使在半視角80度下獲得比在專利文件3中所述的投影光學(xué)系統(tǒng)更好的良好光學(xué)性能。另外，在按照本實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)中，第一光學(xué)系統(tǒng)中具有正屈光力的所有透鏡滿足下面的條件表達(dá)式(4)誦3<K一rel而且，第三組中的至少一個(gè)正透鏡滿足(5)0.7<AP并且，第三組中的至少一個(gè)負(fù)透鏡滿足(6)AP<-0.3以這種方式，可以提供所述投影光學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)一步良好校正的光學(xué)性能。在此，K_rel=折射率的溫度系數(shù)。AP={v-(-0.001917xP+0.6568)}x100,v=(nd-1)/(nF-nC)，P=(ng國(guó)nF)/(nF誦nC)，ng-g線的折射率(波長(zhǎng)435.83nm)，nF-F線的折射率(波長(zhǎng)486.13nm),nd-d線的折射率(波長(zhǎng)587.56nm)，并且nC-C線的折射率(波長(zhǎng)656.27nm)。另外，第一光學(xué)系統(tǒng)包括至少一對(duì)膠合透鏡，并且滿足下面的條件表達(dá)式(7)|Aa|<45其中，IAal表示在其間具有接觸表面的相鄰玻璃片之間的線性膨脹系數(shù)上的差。以這種方式，可以提供所述投影光學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)一步良好校正的光學(xué)性能。表23示出了在實(shí)施例中使用的透鏡的浙射率、具有接近可以從HOYA公司和OHARA公司獲得的色散的玻璃的名稱、溫度系數(shù)K一rel、特別色散(extraordinarydispersion)的水平AP和線性膨脹系數(shù)a。溫度系數(shù)K—rel被表達(dá)為dn/dT，其中，n表示折射率，并且T表示溫度。單位是10-VK。在此，在從+20。C到+40。C的溫度范圍中使用在空氣的折射率具有溫度相關(guān)性的情況下的溫度系數(shù)?！鱌表示與正常玻璃的偏差。在此使用的術(shù)語(yǔ)"正常玻璃，，表示可以從HOYA公司獲得的EC3和EF2。設(shè)Pnormal表示正常玻璃的相對(duì)局部色散，并且v表示色散。在兩者之間的線被表達(dá)如下Pnormal=-0.001917xv+0.6568.從在普通溫度范圍中的平均線性擴(kuò)散系數(shù)得到線性膨脹系數(shù)a。單位是10力。C。通過(guò)條件表達(dá)式(4)，限制上述的線性膨脹系數(shù)。一般，玻璃材料具有正溫度系數(shù)。即，當(dāng)溫度提高時(shí)，折射率提高。但是，包括氟的玻璃(例如可以從HOYA公司購(gòu)買的FC或者FCD，或者可以從OHARA公司購(gòu)買的SFSL或者SFPL)具有負(fù)溫度系數(shù)。如果折射率隨著溫度的改變而改變，則投影光學(xué)系統(tǒng)的聚焦位置移動(dòng)。因此，這是不能容易地改變焦點(diǎn)的光學(xué)系統(tǒng)、特別是背投影電視系統(tǒng)要解決的問(wèn)題之一。如果所述玻璃材料具有正溫度系數(shù)，則正透鏡的焦距減小，而負(fù)透鏡的焦距增加。相反，如果玻璃材料具有負(fù)溫度系數(shù)，則正透鏡的焦距增加，而負(fù)透鏡的焦距減小。例如，在一些方法中，通過(guò)提供一種簡(jiǎn)化的檢測(cè)單元，其例如包括屏幕上的CCD，并且操作所述檢測(cè)單元與溫度傳感器來(lái)自動(dòng)校正焦點(diǎn)。但是，這些方法在傳感器的成本和位置的實(shí)際調(diào)整方面對(duì)于大量生產(chǎn)的背投影電視系統(tǒng)不實(shí)用。因此，所述投影光學(xué)系統(tǒng)需要具有其中焦點(diǎn)位置改變較小的結(jié)構(gòu)。條件表達(dá)式(4)、(5)和(6)被應(yīng)用以改善光學(xué)性能，諸如放大的像差，同時(shí)減小由于溫度改變而導(dǎo)致的聚焦位置的改變。如果所述值小于或者等于條件表達(dá)式(4)的下限，則一般包括具有正溫的焦距改變特性。結(jié)果，焦距改變?cè)黾?。通過(guò)滿足條件表達(dá)式u)，焦距改變可以被減小，或者正透鏡可以具有正溫度系數(shù)。因此，可以消除由負(fù)透鏡引起的焦距改變。條件表達(dá)式(5)定義特別色散的水平。如果所述值小于或者等于下限，則放大的像差不能被滿意地校正。條件表達(dá)式(6)定義負(fù)透鏡的相對(duì)局部色散。如果所述值大于或者等于上限，則不能滿意地校正放大的像差。另外，第一光學(xué)系統(tǒng)包括至少一對(duì)膠合透鏡，并且滿足下面的條件表達(dá)式(7)|Aa|<45其中，IAal表示在其間具有接觸表面的相鄰玻璃片之間的線性膨脹系數(shù)上的差。以這種方式，可以提供具有良好校正的光學(xué)性能的投影光學(xué)系統(tǒng)。將多于兩個(gè)透鏡膠合的原因主要是因?yàn)楸憷私M裝操作，校正了放大的像差，并且防止了表面反射。一般，使用具有大約1.5到大約1.6的折射率的粘合劑來(lái)將透鏡膠合在一起。條件表達(dá)式(7)定義由透鏡材料確定的線性膨脹系數(shù)之間的差。在具有大于或者等于條件表達(dá)式(7)的上限的值的膠合透鏡的情況下，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，彎曲的結(jié)合表面的形狀略微改變。因?yàn)樵诮Y(jié)合表面處的折射率和結(jié)合表面的變形引起非球面效應(yīng)，因此聚焦性能和場(chǎng)曲變差。另外，在第一光學(xué)系統(tǒng)的第一組到第三組的任何一個(gè)中布置非球面塑料透鏡，并且滿足下面的條件表達(dá)式(8)-0.3<cp_pl/(pl<0.05(9)-35<P<35其中(p一pl-所述非球面塑料透鏡的屈光力，(pl=第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，并且P=非球面塑料透鏡的曲面的最大正切角。以這種方式，可以提供所述投影光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步良好校正的光學(xué)性能。條件表達(dá)式(8)定義了非球面塑料透鏡的屈光力與第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力的比率。一般，不像玻璃透鏡那樣，塑料透鏡具有負(fù)溫度系數(shù)。即，如果塑料透鏡具有高的正屈光力，則塑料透鏡趨向于呈現(xiàn)出與在從光圏的一次成像平面?zhèn)壬系耐哥R組相同的聚焦改變特性。而且，塑料透鏡具有幾乎比玻璃透鏡大一個(gè)數(shù)量級(jí)的溫度系數(shù)。因此，塑料透鏡對(duì)于聚焦范圍有很大影響。因此，如果所述值大于或者等于條件表達(dá)式(8)的上限，則聚焦改變?cè)黾?，因此，光學(xué)性能變差。另外，如果所述值小于或者等于條件表達(dá)式(8)的下限，則聚焦改變?cè)黾?，因?yàn)槿缟纤觯芰贤哥R具有幾乎比玻璃透鏡大一個(gè)數(shù)量級(jí)的溫度系數(shù)。因此，光學(xué)性能變差。條件表達(dá)式(9)定義了非球面塑料透鏡的曲面形狀。按照本實(shí)施例，第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面與非球面塑料透鏡的曲面一樣是非球面的。非球面表面被表達(dá)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>...(1)其中z=非球面表面的垂度h=距光軸的垂直高度c=傍軸曲率半徑K=圓錐常數(shù)Ai=第i階非球面常數(shù)通過(guò)將表達(dá)式(9)對(duì)于h求導(dǎo)，獲得在距任何光軸的垂直高度h的曲面的切線的角度。即，所述求導(dǎo)被表達(dá)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>因此，可以使用p-tan"(dZ/dh)來(lái)計(jì)算條件表達(dá)式(9)。如果所述值大于或等于條件表達(dá)式(9)的上限或者小于或等于條件表達(dá)式(9)的下限，則增加了曲面相對(duì)于溫度改變的變形。因此，成像性能變差。另外，透鏡的模塑困難。而且，不容易涂敷用于防止表面反射的防反射膜。因此，透射率變差，并且容易發(fā)生虛反射(ghosting)。按照本實(shí)施例，因?yàn)橥队肮鈱W(xué)系統(tǒng)滿足上述的條件，因此所述投影光學(xué)系統(tǒng)可以容易地使用較簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)而提供超寬視角和良好的光學(xué)性能。而且，包括按照本實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的投影圖像顯示裝置可以使用較簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)而容易地提供減小的裝置深度、減小的在屏幕之上(或者之下)的尺寸，并且進(jìn)一步提供良好的光學(xué)性能，諸如高分辨率和低失真。下面參見(jiàn)附圖和表格來(lái)說(shuō)明按照本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)和投影圖像顯示裝置的實(shí)施例和數(shù)值實(shí)施例。第一實(shí)施例圖1圖解了按照第一實(shí)施例的光路。圖像顯示元件P用作調(diào)制單元。由圖像顯示元件P根據(jù)視頻信號(hào)來(lái)調(diào)制從光源(未示出)發(fā)出的光線。以這種方式，形成一次成像平面。可以將反射或者透射點(diǎn)陣液晶顯示板或者數(shù)字微鏡裝置(digitalmicromirrordevice,DMD)用于圖像顯示元件P。附圖標(biāo)號(hào)PP表示偏振光束分光器(PBS)，組合紅色、綠色和藍(lán)色的視頻信號(hào)的顏色組合棱鏡或者全內(nèi)部反射(totalinternalreflection,TIR)棱鏡。圖2詳細(xì)圖解了在圖1中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)部分。第一光學(xué)系統(tǒng)LI包括從二次成像平面?zhèn)认驁D像顯示元件P側(cè)按下述順序的具有負(fù)屈光力的第一組、具有正屈光力的第二組、光圏和具有正屈光力的第三組。分別通過(guò)附圖標(biāo)號(hào)ml、m2、m3和mx來(lái)表示移動(dòng)以便改變投影圖像尺寸的第一光學(xué)系統(tǒng)的透鏡組和第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面。箭頭表示當(dāng)透鏡位置posl被改變到透鏡位置pos3時(shí)所述組和透鏡移動(dòng)的方向。表l表示按照第一實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑和關(guān)于所述投影光學(xué)裝置的圖像顯示元件的信息。在圖像顯示元件側(cè)的數(shù)值孔徑是0.2334。顯示元件大小是13.440mmx7.560mm。將在光軸上的點(diǎn)表示為(x，y)=(0，0)，然后，將所述顯示元件的中心點(diǎn)表示為(x，y)=(0，-8.4333)。像素間距是7微米。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>按照第一實(shí)施例，可以投影具有三種投影圖像大小的圖像。透鏡位置由附圖標(biāo)號(hào)posl、pos2和pos3表示(參見(jiàn)表2)。設(shè)cpl表示第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，cp2表示第二光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，A表示在中間圖像側(cè)上的第一光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)(principlepoint)和第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面之間的距離，并且cp表示組合的屈光力。因此，可以將組合焦距f表示如下1/f=q>=(pl+(p2-A.cpl'cp2.另外，表2示出了在這些透鏡位置的放大率和對(duì)角英寸大小。對(duì)角英寸大小表示在二次成像平面中的對(duì)角屏幕大小。對(duì)于位置posl，所述對(duì)角英寸大小是58.112英寸。對(duì)于位置pos2,所述對(duì)角英寸大小是63.395英寸。對(duì)于位置pos3，所述對(duì)角英寸大小是73.961英寸。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>圖3-5示出了當(dāng)向按照第一實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用特定值時(shí)的透鏡數(shù)據(jù)。在表3-5中，從一次成像平面?zhèn)?顯示元件側(cè))向二次成像平面?zhèn)?投影圖像側(cè))，表面編號(hào)從S1向S2、向S3、...增加。所述表面編號(hào)的左側(cè)表示其是光圏還是非球面表面的表面編號(hào)。在表4中示出了關(guān)于非球面表面的數(shù)據(jù)。在"距離"列中的項(xiàng)目"可變，，表示當(dāng)改變投影圖像大小時(shí)，距離被改變。在表5中示出了在所述三個(gè)位置的距離。在"曲率半徑"列中的項(xiàng)目"無(wú)限，，表示表面是平坦的。"折射率(ne)"列和"Abbe數(shù)(ve)"列示出了e線(546.1nm)的值。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>圖3-5是按照第一實(shí)施例的橫向像差圖。實(shí)線表示波長(zhǎng)546.07nm的橫向像差。虛線表示波長(zhǎng)620nm的橫向像差。交替的長(zhǎng)短虛線表示波長(zhǎng)460nm的橫向像差。圖3是位置posl的橫向像差圖。一個(gè)標(biāo)度單位表示0.670mm，其是一個(gè)像素大小。圖4是位置pos2的橫向像差圖。一個(gè)標(biāo)度單位表示0.731mm，其是一個(gè)像素大小。圖5是位置pos3的橫向像差圖。一個(gè)標(biāo)度單位表示0.853mm，其是一個(gè)像素大小。圖6-8是按照第一實(shí)施例的TV失真圖。圖6是位置posl的TV失真圖。圖7是位置pos2的TV失真圖。圖8是位置pos3的TV失真圖。設(shè)x表示橫坐標(biāo)，y表示縱坐標(biāo)。則，(x，y)=(0，O)表示光軸上的點(diǎn)。圖9圖解使用所述光學(xué)系統(tǒng)的投影顯示裝置的示例。對(duì)于所述三個(gè)位置中的每一個(gè)，示出了深度和在投影光學(xué)系統(tǒng)的下端和屏幕的下端之間的距離。所述投影顯示裝置包括第一光學(xué)系統(tǒng)Ll、第二光學(xué)系統(tǒng)L2、平面反射鏡M1、M2和M3、作為二次成像平面的屏幕S。對(duì)于位置posl、pos2和pos3，深度分別是230mm、245mm和275mm。對(duì)于位置posl、pos2和pos3，在所述投影光學(xué)系統(tǒng)的下端和屏幕的下端之間的距離分別是61mm、68mm和卯mm。在這個(gè)示例中，在屏幕之下的大小是0，而與所述投影光學(xué)系統(tǒng)的位置無(wú)關(guān)。圖IO是在圖9中所示的投影顯示裝置的頂視圖。圖ll是從右側(cè)所看到的在圖9中的投影顯示裝置的視圖。在圖10中示出了作為一次成像平面的圖像顯示元件P、棱鏡pp(諸如顏色組合棱鏡或者PBS)、平面反射鏡M1、M2和M3和作為二次成像平面的屏幕S。注意，在圖10中未示出光源和照明系統(tǒng)。第二實(shí)施例圖12圖解了按照第二實(shí)施例的光路。圖像顯示元件P用作調(diào)制單元。由圖像顯示元件P根據(jù)視頻信號(hào)來(lái)調(diào)制從光源(未示出)發(fā)出的光線。以這種方式，形成一次成像平面?？梢詫⒎瓷浠蛘咄干潼c(diǎn)陣液晶顯示板或者數(shù)字微鏡裝置(DMD)用于圖像顯示元件P。附圖標(biāo)號(hào)PP表示偏振光束分光器(PBS),組合紅色、綠色和藍(lán)色的視頻信號(hào)的顏色組合棱鏡或者全內(nèi)部反射(TIR)棱鏡。圖13詳細(xì)圖解了在圖12中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)部分。第一光學(xué)系統(tǒng)Ll包括從二次成像平面?zhèn)认驁D像顯示元件P側(cè)按下述順序的具有負(fù)屈光力的第一組、具有正屈光力的第二組、光圉和具有正屈光力的第三組。分別通過(guò)附圖標(biāo)號(hào)ml、m2、m3和mx來(lái)表示移動(dòng)以便改變投影圖像大小的第一光學(xué)系統(tǒng)的透鏡組，以及第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面。箭頭表示當(dāng)位置posl被改變到位置pos3時(shí)所述組和透鏡在光軸上移動(dòng)的方向。表6表示按照第二實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑和關(guān)于所述投影光學(xué)裝置的圖像顯示器件的信息。在圖像顯示元件側(cè)的數(shù)值孔徑是0.20444。顯示元件大小是13.440mmx7.560mm。將在光軸上的點(diǎn)表示為(x，y)-(O，O)。然后，將所述顯示元件的中心點(diǎn)表示為(x，y)-(0，-8.4333)。像素間距是7微米。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>按照第二實(shí)施例，可以投影具有三種投影圖像大小的圖像。透鏡位置被表示為附圖標(biāo)號(hào)posl、pos2和pos3(參見(jiàn)表7)。設(shè)cpl表示第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，cp2表示第二光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，A表示在中間圖像側(cè)上的第一光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)和第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面之間的距離，并且cp表示組合的屈光力。于是，可以將組合焦距f表示如下1/f=cp=q)l+cp2-A.cpl.(p2另外，表7示出了在這些位置的放大率和對(duì)角英寸大小。對(duì)角英寸大小表示在二次成像平面中的對(duì)角屏幕大小。對(duì)于位置posl，所述對(duì)角英寸大小是57.555英寸。對(duì)于位置pos2，所述對(duì)角英寸大小是62.835英寸。對(duì)于位置pos3，所述對(duì)角英寸大小是73.396英寸。表7<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>表格8-10示出了當(dāng)向按照第二實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用特定值時(shí)的透鏡數(shù)據(jù)。在所述表格中，從一次成像平面?zhèn)?顯示元件側(cè))向二次成像平面?zhèn)?投影圖像側(cè))，表面編號(hào)從S1向S2、向S3、...增加。所述表面編號(hào)的左側(cè)表示其是光圏還是非球面表面的表面編號(hào)。在表9中示出了關(guān)于非球面表面的數(shù)據(jù)。在"距離"列中的項(xiàng)目"可變，，表示當(dāng)改變投影圖像大小時(shí)，距離被改變。在表10中示出了在所述三個(gè)位置的距離。在"曲率半徑，，列中的項(xiàng)目"無(wú)限，，表示表面是平坦的。"折射率(ne)，，列和"Abbe數(shù)(ve)，，列示出了e線(546.1nm)的值。表8<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>表9<table>complextableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>表IO<table>complextableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>圖14-16是按照第二實(shí)施例的橫向像差圖。實(shí)線表示波長(zhǎng)546.07nm的橫向像差。虛線表示波長(zhǎng)620nm的橫向像差。交替的長(zhǎng)短虛線表示波長(zhǎng)460nm的橫向像差。圖14是位置posl的橫向像差圖。一個(gè)標(biāo)度單位表示0.670mm，其是一個(gè)像素大小。圖15是位置pos2的橫向像差圖。一個(gè)標(biāo)度單位表示0.731mm，其是一個(gè)像素大小。圖16是位置pos3的橫向像差圖。一個(gè)標(biāo)度單位表示0.853mm，其是一個(gè)像素大小。圖17-19是按照第二實(shí)施例的TV失真圖。圖17是位置posl的TV失真圖。圖18是位置pos2的TV失真圖。圖19是位置pos3的TV失真圖。政x表示橫坐標(biāo)，y表示縱坐標(biāo)。則，(x，y)=(0，O)表示在光軸上的點(diǎn)。第三實(shí)施例圖20圖解了按照第三實(shí)施例的光路。圖像顯示元件P用作調(diào)制單元。由圖像顯示元件P根據(jù)視頻信號(hào)來(lái)調(diào)制從光源(未示出)發(fā)出的光線。以這種方式，形成一次成像平面?？梢詫⒎瓷浠蛘咄干潼c(diǎn)陣液晶顯示板或者數(shù)字微鏡裝置(DMD)用于圖像顯示元件P。附圖標(biāo)號(hào)PP表示偏振光束分光器(PBS),組合紅色、綠色和藍(lán)色的視頻信號(hào)的顏色組合棱鏡或者全內(nèi)部反射(TIR)棱鏡。圖21詳細(xì)圖解了在圖20中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)部分。第一光學(xué)系統(tǒng)Ll包括從二次成像平面?zhèn)认驁D像顯示元件P側(cè)按下述順序的具有負(fù)屈光力的第一組、具有正屈光力的第二組、光團(tuán)和具有正屈光力的第三組。分別通過(guò)附圖標(biāo)號(hào)ml、m2、m3和mx來(lái)表示移動(dòng)以便改變投影圖像大小的第一光學(xué)系統(tǒng)的透鏡組，以及第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面。箭頭表示當(dāng)透鏡位置posl被改變到透鏡位置pos3時(shí)所述組和透鏡在光軸上移動(dòng)的方向。表11表示按照第三實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑和關(guān)于所述投影光學(xué)裝置的圖像顯示器件的信息。在圖像顯示元件側(cè)的數(shù)值孔徑是0.25864。顯示元件大小是12.160mmx6.840mm。將在光軸上的點(diǎn)表示為(x，y)=(0，0)，然后，將所述顯示元件的中心點(diǎn)表示為(x，y)=(0，-4.2787)。像素間距是9.5微米。表ll<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>按照第三實(shí)施例，可以投影具有二種投影圖像大小的圖像。位置被表示為附圖標(biāo)號(hào)posl、pos2(參見(jiàn)表12)。設(shè)cpl表示第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，(p2表示第二光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，A表示在中間圖像側(cè)上的第一光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)和第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面之間的距離，并且cp表示組合的屈光力。因此，可以將組合焦距f表示如下1/f=(p=(pl+tp2-A.cpl'cp2.另外，表12示出了所述位置的放大率和對(duì)角英寸大小。對(duì)角英寸大小表示在二次成像平面中的對(duì)角屏幕大小。對(duì)于位置posl,所述對(duì)角英寸大小是48.603英寸。對(duì)于位置pos2,所述對(duì)角英寸大小是58.829英寸。表12<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>表格13-15示出了當(dāng)向按照第三實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用特定值時(shí)的透鏡數(shù)據(jù)。在所述表格中，從一次成像平面?zhèn)?顯示元件側(cè))向二次成像平面?zhèn)?投影圖像側(cè))，表面編號(hào)從S1向S2、向S3、…增加。所述表面編號(hào)的左側(cè)表示其是光團(tuán)還是非球面表面的表面編號(hào)。在表14中示出了關(guān)于非球面表面的數(shù)據(jù)。在"距離"列中的項(xiàng)目"可變，，表示當(dāng)改變投影圖像大小時(shí)，距離被改變。在表15中示出了在所述二個(gè)位置的距離。在"曲率半徑，，列中的項(xiàng)目"無(wú)限，，表示表面是平坦的。"折射率Ue)，，列和"Abbe數(shù)(ve)，，列示出了e線(546.1nm)的值。表13<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>表14<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>表15<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>圖22-23是按照第三實(shí)施例的橫向像差圖。實(shí)線表示波長(zhǎng)546.07nm的橫向像差。虛線表示波長(zhǎng)620nm的橫向像差，交替的長(zhǎng)短虛線表示波長(zhǎng)460nm的橫向像差。圖22是位置posl的橫向像差圖。一個(gè)標(biāo)度單位表示0.841mm,其是一個(gè)像素大小。圖23是位置pos2的橫向像差圖。一個(gè)標(biāo)度單位表示0.914mm，其是一個(gè)像素大小。圖24-25是按照第三實(shí)施例的TV失真圖。圖24是位置posl的TV失真圖。圖25是位置pos2的TV失真圖。設(shè)x表示橫坐標(biāo)，y表示縱坐標(biāo)。貝'j，(x，yh(O，O)表示在光軸上的點(diǎn)。圖26圖解所述光學(xué)系統(tǒng)的投影顯示裝置的示例。對(duì)于所述三個(gè)位置中的每一個(gè)，示出了深庋和在投影光學(xué)系統(tǒng)的下端和屏幕的下端之間的距離。所述投影顯示裝置包括第一光學(xué)系統(tǒng)Ll、第二光學(xué)系統(tǒng)L2、平面反射鏡M1、M2和M3、作為二次成〗象平面的屏幕S。對(duì)于位置posl、pos2，深度分別是190mm、210mm。對(duì)于位置posl、pos2，在所述投影光學(xué)系統(tǒng)的下端和屏幕的下端之間的距離分別是127mm、133mm。在這個(gè)示例中，在屏幕之上的大小是0，而與所述投影光學(xué)系統(tǒng)的類型無(wú)關(guān)。圖27是圖26中示出的位置posl的投影顯示裝置的頂視圖。注意，在圖26和27中未示出光源和照明系統(tǒng)。第四實(shí)施例圖28圖解了按照第四實(shí)施例的光路。圖像顯示元件P用作調(diào)制單元。由圖像顯示元件P根據(jù)視頻信號(hào)來(lái)調(diào)制從光源(未示出)發(fā)出的光線。以這種方式，形成一次成像平面。可以將反射或者透射點(diǎn)陣液晶顯示板或者數(shù)字微鏡裝置(DMD)用于圖像顯示元件P。附圖標(biāo)號(hào)PP表示偏振光束分光器(PBS)，組合紅色、綠色和藍(lán)色的視頻信號(hào)的顏色組合棱鏡或者全內(nèi)部反射(TIR)棱鏡。圖29詳細(xì)圖解了在圖28中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)部分。第一光學(xué)系統(tǒng)Ll包括從二次成像平面?zhèn)认驁D像顯示元件P側(cè)按下述順序的具有負(fù)屈光力的第一組、具有正屈光力的第二組、光團(tuán)和具有正屈光力的第三組。分別通過(guò)附圖標(biāo)號(hào)ml、m2和mx來(lái)表示移動(dòng)以便改變投影圖像大小的第一光學(xué)系統(tǒng)的透鏡組，以及第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面。箭頭表示當(dāng)位置posl被改變到位置pos3時(shí)所述組和透鏡移動(dòng)的方向。表16表示按照第四實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑和關(guān)于所述投影光學(xué)裝置的圖像顯示器件的信息。在圖像顯示元件側(cè)的數(shù)值孔徑是0.20412。顯示元件大小是13.440mmx7,560mm。將在光軸上的點(diǎn)表示為(x，y)=(0，0)。然后，將所述顯示元件的中心點(diǎn)表示為(x，y)=(0，-6.1619)。像素間距是7微米。表16<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table>按照第四實(shí)施例，可以投影具有三種投影圖像大小的圖像。位置被表示為附圖標(biāo)號(hào)posl、pos2和pos3(參見(jiàn)表17)。設(shè)(pl表示第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，cp2表示第二光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，A表示在中間圖像側(cè)上的第一光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)和第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面之間的距離，并且(p表示組合的屈光力。于是，可以將組合焦距f表示如下1/f=cp=cpl+q>2-A'(pl'(p2.另外，表17示出了在這些位置的放大率和對(duì)角英寸大小。對(duì)角英寸大小表示在二次成像平面中的對(duì)角屏幕大小。對(duì)于位置posl，所述對(duì)角英寸大小是52.829英寸。對(duì)于位置pos2，所述對(duì)角英寸大小是58.112英寸。對(duì)于位置pos3，所述對(duì)角英寸大小是63.395英寸。表17<table>tableseeoriginaldocumentpage35</column></row><table>表格18-20示出了當(dāng)向按照第四實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用特定值時(shí)的透鏡數(shù)據(jù)。在所述表格中，從一次成像平面?zhèn)?顯示元件側(cè))向二次成像平面?zhèn)?投影圖像側(cè))，表面編號(hào)從S1向S2、向S3、...增加。所述表面編號(hào)的左側(cè)表示其是光團(tuán)還是非球面表面的表面編號(hào)。在表14中示出了關(guān)于非球面表面的數(shù)據(jù)。在"距離，，列中的項(xiàng)目"可變"表示當(dāng)改變投影圖像大小時(shí)，距離被改變。在表20中示出了在所述三個(gè)位置的距離。在"曲率半徑，，列中的項(xiàng)目"無(wú)限，，表示表面是平坦的。"折射率(ne)"列和"Abbe數(shù)(ve)"列示出了e線(546.1nm)的值。<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>表19<table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table>圖30-32是按照第四實(shí)施例的橫向像差圖。實(shí)線表示波長(zhǎng)546.07nm的橫向像差。虛線表示波長(zhǎng)620nm的橫向像差。交替的長(zhǎng)短虛線表示波長(zhǎng)460nm的橫向像差。圖31是位置posl的橫向像差圖。一個(gè)標(biāo)度單位表示0.670mm，其是一個(gè)像素大小。圖32是位置pos2的橫向像差圖。一個(gè)標(biāo)度單位表示0.731mm,其是一個(gè)像素大小。圖33-35是按照第四實(shí)施例的TV失真圖。圖33是位置posl的TV失真圖。圖34是位置pos2的TV失真圖。圖35是位置pos3的TV失真圖。設(shè)x表示橫坐標(biāo)，y表示縱坐標(biāo)。則，(x，y)=(0，O)表示在光軸上的點(diǎn)。圖36圖解所述光學(xué)系統(tǒng)的投影顯示裝置的示例。對(duì)于所述三個(gè)位置中的每一個(gè)，示出了深度和在投影光學(xué)系統(tǒng)的下端和屏幕的下端之間的距離。所述投影顯示裝置包括第一光學(xué)系統(tǒng)Ll、笫二光學(xué)系統(tǒng)L2、平面反射鏡M1、M2和M3、作為二次成像平面的屏幕S。對(duì)于位置posl、pos2和pos3，深度分另'J是305mm、340mm和375mm。對(duì)于位置posl、pos2和pos3，在所述投影光學(xué)系統(tǒng)的下端和屏幕的下端之間的距離分別是78mm、90mm和110mm。在這個(gè)示例中，在屏幕之下的大小是0，而與所述投影光學(xué)系統(tǒng).的類型無(wú)關(guān)。圖37是在圖36中的位置posl的投影顯示裝置的頂視圖。在圖37中示出了作為一次成像平面的圖像顯示元件P、棱鏡pp(諸如顏色組合棱鏡或者PBS)、平面反射鏡Ml、M2和M3和作為二次成像平面的屏幕S,注意，在圖37中未示出光源和照明系統(tǒng)。表21示出了對(duì)應(yīng)于與按照第一到第四實(shí)施例的投影光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的條件表達(dá)式中的那些的值。為了比較的目的，也示出了在專利文件7(國(guó)際公開(kāi)WO2006-043666A1)中所述的第一和第二實(shí)施例中所示的值?？梢詮谋砀?1看到，投影圖像大小的數(shù)量?jī)H僅是l，并且所述值超過(guò)條件表達(dá)式(4)、(7)、(8)和(9)的限制。表21<table>tableseeoriginaldocumentpage39</column></row><table>表22和23與表24-26示出了與在表21中所示的項(xiàng)目相關(guān)聯(lián)的值。在表22中，示出了所述第一和第二光學(xué)系統(tǒng)的屈光力和所述第一光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)曲。表23示出了可以從HOYA公司和OHARA公司獲得的玻璃材料的名稱及其包括最接近在上述實(shí)施例中使用的那些的折射率和色散的物理屬性值。使用用于從HOYA公司獲得的玻璃材料的值來(lái)得到在表21中所示的條件表達(dá)式(4)、(5)、(6)和(7)。當(dāng)計(jì)算在表21中的"表達(dá)式(9)"的值時(shí)，參考表24-26。在表21中出現(xiàn)了在表24-26中被粗體線圍繞的值。表22<table>tableseeoriginaldocumentpage41</column></row><table>表23<table>tableseeoriginaldocumentpage42</column></row><table>表24<table>tableseeoriginaldocumentpage43</column></row><table>表25<table>tableseeoriginaldocumentpage44</column></row><table>表26<table>tableseeoriginaldocumentpage45</column></row><table>通過(guò)適當(dāng)?shù)厥褂蒙鲜龅奶卣骱托Ч?，可以提供一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其具有小深度、在屏幕之上或者之下的小長(zhǎng)度，并且其可以適當(dāng)?shù)匦Ｕ上裥阅芎蛨D像失真，而與投影圖像大小無(wú)關(guān)，并且按照環(huán)境改變而減少聚焦改變。另外，因?yàn)樗鐾队肮鈱W(xué)系統(tǒng)僅僅使用一個(gè)反射表面，因此可以減少所述投影光學(xué)系統(tǒng)的制造成本和大小。雖然上面的說(shuō)明包含許多規(guī)格，諸如所述部分的形狀和值，但是這些不應(yīng)當(dāng)被解釋為限定本發(fā)明的范圍，而是僅僅理解為提供本發(fā)明的當(dāng)前一些優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素(它們?cè)谒降臋?quán)利要求或者其等同內(nèi)容的范圍內(nèi))來(lái)進(jìn)行各種修改、組合、子組合和替代。權(quán)利要求1.一種投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將縮小側(cè)上的一次成像平面上的圖像放大到放大側(cè)上的二次成像平面上，包括第一光學(xué)系統(tǒng)，其被配置用來(lái)形成所述一次成像平面的中間圖像，所述第一光學(xué)系統(tǒng)包括從與光圈鄰近的中間圖像按照下述順序設(shè)置的具有負(fù)屈光力的第一組、具有正屈光力的第二組、光圈、和具有正屈光力的第三組；以及第二光學(xué)系統(tǒng)，其包括設(shè)置在所述中間圖像和所述二次成像平面之間的凹反射表面；其中，所述第一光學(xué)系統(tǒng)和所述第二光學(xué)系統(tǒng)的表面中的每一個(gè)相對(duì)于所有表面的公共光軸具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，從一次成像平面的中心向二次成像平面的中心傳播的光線與光軸相交，從所述凹反射表面被反射，再次與所述光軸相交，并且到達(dá)二次成像平面，并且其中滿足下面的條件表達(dá)式(2)1＜AST/ASS＜5(3)|AST|/L12＜1其中|AST|＝通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)在切向平面中形成中間圖像的位置，|ASS|＝通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)在矢狀平面中形成中間圖像的位置，L12＝在光軸上第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間的距離，其中包括在第一光學(xué)系統(tǒng)中并且具有正屈光力的所有透鏡滿足下面的條件表達(dá)式(4)-3＜K_rel其中K_rel＝折射率的溫度系數(shù)。2.按照權(quán)利要求l的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，包括在第三組中的至少一個(gè)正透鏡滿足下面的條件表達(dá)式(5)0.7<AP并且，包括在第三組中的至少一個(gè)負(fù)透鏡滿足下面的條件表達(dá)式(6)AP<-0.3其中△P={v誦(-0.001917xP+0.6568)}x100,v=(nd國(guó)1)/(nF畫(huà)nC)，P=(ng-nF)/(nF國(guó)nC)，ng=具有波長(zhǎng)435.83nm的g線的折射率，nF=具有波長(zhǎng)486.13nm的F線的折射率，nd=具有波長(zhǎng)587.56nm的d線的折射率，以及nC=具有波長(zhǎng)656.27nm的C線的折射率。3.按照權(quán)利要求2的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一光學(xué)系統(tǒng)包括至少一對(duì)膠合透鏡，并且滿足下面的條件表達(dá)式(7)|Aa|<45其中|Aa|=在其間具有接觸表面的相鄰玻璃片之間的線性膨脹系數(shù)的差。4.按照權(quán)利要求l的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，將一個(gè)非球面塑料透鏡設(shè)置在第一光學(xué)系統(tǒng)的第一組到第三組的任何一個(gè)中，并且滿足下面的條件表達(dá)式(8)-0.3<(p_pl/(pl<0.05(9)-35<P<35其中(p一pl-所述非球面塑料透鏡的屈光力，cpl=第一光學(xué)系統(tǒng)的屈光力，并且P=非球面塑料透鏡的曲面的最大正切角。5.按照權(quán)利要求1的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，當(dāng)改變投影屏幕大小時(shí)，改變第二光學(xué)系統(tǒng)和二次成像平面之間的距離，并且沿著光軸與光軸平行地移動(dòng)第一光學(xué)系統(tǒng)的所述組中的至少一個(gè)或者所述組中的一些透鏡和第二光學(xué)系統(tǒng)的凹反射表面。6.—種投影圖像顯示裝置，包括光源；調(diào)制裝置，用于根據(jù)視頻信號(hào)來(lái)調(diào)制從所述光源發(fā)出的光，并且輸出經(jīng)調(diào)制的光；以及投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將在所述調(diào)制裝置側(cè)上的一次成像平面上的圖像放大到屏幕側(cè)上的二次成像平面上，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)是按照權(quán)利要求1-5中的任何一項(xiàng)的投影光學(xué)系統(tǒng)。全文摘要一種投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將一次成像平面上的圖像放大到二次成像平面上，所述投影光學(xué)系統(tǒng)包括第一光學(xué)系統(tǒng)，用于形成中間圖像；以及第二光學(xué)系統(tǒng)，其包括布置在所述中間圖像和所述二次成像平面之間的凹反射表面。所述第一光學(xué)系統(tǒng)包括從中間圖像按順序設(shè)置的第一和第二組，其分別具有負(fù)和正屈光力；光圈；以及具有正屈光力的第三組。所述第一和第二光學(xué)系統(tǒng)的表面相對(duì)于光軸具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。從一次成像平面的中心向二次成像平面的中心傳播的光線與光軸相交，從所述反射表面被反射，再次與所述光軸相交，并且到達(dá)二次成像平面。滿足下面的條件表達(dá)式0.5＜φ1/φ2＜3，1＜AST/ASS＜5，|AST|/L12＜1，并且，-3＜K_rel。文檔編號(hào)G02B17/08GK101187727SQ20071018503公開(kāi)日2008年5月28日申請(qǐng)日期2007年11月6日優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日發(fā)明者西川純申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社