投影顯示裝置以及使用該投影顯示裝置的背投顯示裝置的製作方法
2023-05-08 03:40:41 3
專利名稱：投影顯示裝置以及使用該投影顯示裝置的背投顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及可利用反射型的空間光調製元件將大畫面圖像投射到屏幕上的投影顯示裝置以及背投顯示裝置。
背景技術：
目前，作為大畫面放映設備，公知的是使用各種空間光調製元件的投影顯示裝置。最近，DMD(Digital Micro-Mirror Device數字式微反射鏡器件)等顯示效率高的反射型空間光調製元件頗受矚目(例如參照日本專利特開2000-98272號公報)。
圖16A、圖16B所示為利用DMD作為空間光調製元件的投影顯示裝置的結構圖，圖16A是其俯視圖，圖16B是其側視圖。該投影顯示裝置包括發射白光的燈161；使燈161的放射光聚光的橢圓面鏡162，配置在橢圓面鏡162的長焦點附近並使紅、綠、藍三原色的光依次選擇性透過的旋轉型彩色濾光器164，聚光透鏡165，平面鏡166，對入射光進行調製後形成光學圖像的DMD 167，將DMD 167上的光學圖像放大投影到屏幕(圖上未示出)上的投影透鏡168。
燈161使用超高壓水銀燈或氙燈等。這些燈的輝度高且發光部比較小，因而可以有效地會聚放射光。聚光透鏡165抑制透過旋轉型彩色濾光器164的光的擴散，並將其引導到DMD 167和投影透鏡168。
圖17A是DMD 167的概略主視圖，圖17B是表示DMD 167上微小反射鏡171的動作原理的模式化側視圖。如圖17A所示，DMD167是將設在各個像素上的微小反射鏡171進行2維排列而構成。在各個像素上，通過配置在微小反射鏡171正下方的存儲元件的靜電作用控制微小反射鏡171的傾角，並通過改變入射光的反射角來形成開/關狀態。
以下利用圖17B說明微小反射鏡171相對於DMD 167面傾斜±10度的情況。相對於DMD 167面的法線傾斜20度的光172入射後，微小反射鏡171為開(+10度)的狀態時，反射光173入射到投影透鏡168，並在屏幕上顯示像素。而微小反射鏡171為關(-10度)的狀態時，反射光174沒有入射到投影透鏡168上，因而不在屏幕上顯示像素。對於各個像素，按時間來控制開/關的切換，從而可以實現灰度表現。
DMD 167上的各反射鏡171，如圖17A所示地相對於顯示區域的短軸176向方位角45度方向傾斜。
為使上述DMD 167正常動作且避免聚光透鏡165和投影透鏡168等光學部件的機械接觸和幹涉，如圖16A和圖16B所示，平面反射鏡166配置成使從聚光透鏡165射出的光的光路進行3維折返後、以規定的入射角入射到DMD 167。
DMD 167的中心軸(通過DMD 167的有效部分中心的法線)167a與投影透鏡168的光軸168a不一致，是偏移配置。因此，投影透鏡168僅利用有效像元中的一部分視場角來投影DMD 167上的光學圖像。
但是，圖16A和圖16B所示的投影顯示裝置存在以下問題。
第一，DMD 167的中心軸167a偏離投影透鏡168的光軸168a，因此在高度方向上需要有多餘的空間，從而難以實現裝置整體的小型化。
第二，利用這樣的裝置構成背投顯示裝置時，投影透鏡168的光軸168a偏離投影圖像的中心軸，因而被保持在框體上的透過型屏幕的中心軸(通過屏幕有效部分中心的法線)也必須相對投影透鏡168的光軸168a偏置。因此，與偏移量成比例地增大視場角並使投影透鏡168大型化的同時，構成屏幕的菲涅耳透鏡的光線入射角變大。因而就有屏幕周邊部分的光斑和雜散光增加、顯示圖像的質量降低的問題。
另外，與畫面的最邊緣部分(4個角)對應的視場角各自不同，因此就有解析度和亮度在畫面上不均勻的問題。
所以，在構成背投顯示裝置的情況下，投影裝置最好為正面投影(無偏置)。
對此，有人提出利用DMD實現正面投影的結構(例如參照日本專利特開2001-166118號公報)。
該結構是將由2個或3個稜鏡片構成的TIR(Total InternalReflection全反射)稜鏡配置在投影透鏡和DMD之間，利用各稜鏡片的氣隙間產生的全反射來實現正面投影。
但是，由於TIR稜鏡的氣隙不均勻性，投影圖像上會出現片狀模糊，因此需要有極為嚴格的精度。另外，TIR稜鏡是非常昂貴的部件，這是裝置整體成本提高的主要原因。
發明的技術方案本發明是為了解決上述問題而提出的，其目的是提供一種投影顯示裝置及使用該裝置的背投顯示裝置，其使用DMD等反射型光調製元件，顯示圖像的均勻性高、可以正面投影、小型且價格便宜。
為了實現上述目的，本發明的投影顯示裝置，包括光源；照明單元，使從所述光源放射的光會聚後形成照明光；反射單元，使所述照明光的光路發生折曲；反射型光調製元件，被由所述反射單元折曲的所述照明光照明，並對應圖像信號形成光學圖像；投影單元，投影所述反射型光調製元件上的所述光學圖像；以及透鏡元件，配置在所述反射型光調製元件的入射光和出射光光路上；所述照明單元的光軸與所述投影單元的光軸處於相扭的位置；所述透鏡元件使所述照明單元的出射光瞳與所述投影單元的入射光瞳大致共軛。
另外，本發明的背投顯示裝置，包括上述本發明的投影顯示裝置；透過型屏幕，顯示所述投影顯示裝置所投影的圖像；以及框體，內置所述投影顯示裝置並支承所述透過型屏幕。
在本發明的投影顯示裝置中，照明單元的光軸與投影單元的光軸處於相扭的位置，透鏡元件使照明單元的出射光瞳與投影單元的入射光瞳大致共軛，從而可以使用反射型光調製元件得到可正面投影的、小型且價格便宜的投影顯示裝置。
在本發明中所說的照明單元的光軸與投影單元的光軸處於相扭位置，意思是兩光軸不在同一平面上，即兩光軸既不平行也不相交。
在本發明的上述投影顯示裝置中，最好是所述入射光瞳相對於所述投影單元的光軸偏心。
此時，最好是所述投影單元的所述偏心方向的會聚角比與其正交的方向的會聚角小。
另外，最好是所述投影單元具有不繞其光軸旋轉的焦點調節機構。
此外，在本發明的上述投影顯示裝置中，最好是，從與所述照明單元的光軸和所述投影單元的光軸兩者正交的方向看時，所述照明單元的光軸和所述投影單元的光軸的表觀交點配置在所述透鏡元件和所述投影單元之間。
再者，所述反射型光調製元件的光軸和所述投影單元的光軸一致。
另外，本發明的上述投影顯示裝置，最好是還具有第1框體和第2框體；所述第1框體支承所述照明單元，並且具有使從所述照明單元出射的光通過的出射窗；所述第2框體支承所述反射單元、所述反射型光調製元件、所述透鏡元件和所述投影單元，並且具有使所述照明單元發出的光入射的入射窗；所述出射窗和所述入射窗相連結。
此時，最好是所述出射窗和所述入射窗之間具有連結機構，所述連結機構具有用於調節光軸或光路長度的調節機構。
另外，在本發明的上述投影顯示裝置中，所述照明單元最好具有光學集成元件。
在此，最好是所述光學集成元件具有2個透鏡陣列板，至少構成靠近所述光源一側的透鏡陣列板的多個透鏡分別適當偏心。
其次，本發明的第1背投顯示裝置包括權利要求1所述的投影顯示裝置；透過型屏幕，顯示所述投影顯示裝置所投影的圖像；以及框體，內置所述投影顯示裝置並支承所述透過型屏幕。這樣能實現可實現亮度和解析度均勻性高、可顯示高畫質圖像的背投顯示裝置。
此外，本發明的第2背投顯示裝置，包括權利要求1所述的多個投影顯示裝置；透過型屏幕，顯示所述多個投影顯示裝置所投影的圖像；以及框體，內置所述多個投影顯示裝置並支承所述透過型屏幕。這樣能夠實現高畫質、且可進行畫面間的畫質差異小的多畫面顯示的背投顯示裝置。
上述第1和第2背投顯示裝置在所述透過型屏幕一側具有視場光闌。
圖1所示為本發明第1實施例的投影顯示裝置結構的x-z平面圖。
圖2所示為本發明第1實施例的投影顯示裝置結構的x-y平面圖。
圖3所示為本發明第1實施例的投影顯示裝置結構的y-z平面圖。
圖4A所示為本發明第1實施例的投影顯示裝置的第1透鏡陣列的主視圖，圖4B為其側視圖。
圖5A所示為本發明第1實施例的投影顯示裝置的第2透鏡陣列的主視圖，圖5B為其側視圖。
圖6所示為本發明第2實施例的投影顯示裝置結構的x-z平面圖。
圖7所示為本發明第2實施例的投影顯示裝置結構的y-z平面圖。
圖8A所示為本發明第3實施例的投影顯示裝置結構的x-z平面圖。
圖8B所示為沿圖8A中的8B-8B線從箭頭方向看DMD的主視圖。
圖9所示為本發明第3實施例的投影顯示裝置結構的y-z平面圖。
圖10A所示為說明本發明第2實施例的投影顯示裝置的投影透鏡入射光瞳的位置和形狀的模式圖。
圖10B所示為說明本發明第3實施例的投影顯示裝置的投影透鏡入射光瞳的位置和形狀的模式圖。
圖11A所示為本發明第3實施例的投影顯示裝置的第1透鏡陣列的主視圖，圖11B為沿圖11A中11B-11B線向箭頭方向觀察的剖視圖。
圖12A所示為本發明第3實施例的投影顯示裝置的第2透鏡陣列的主視圖，圖12B為沿圖12A中12B-12B線向箭頭方向觀察的剖視圖。
圖13所示為本發明第4實施例的投影顯示裝置結構的x-z平面圖。
圖14A所示為本發明第5實施例的背投顯示裝置結構的正面透視圖，圖14B為其側面透視圖。
圖15所示為本發明第6實施例的背投顯示裝置的立體圖。
圖16A所示為利用DMD作為空間光調製元件的現有投影顯示裝置結構的俯視圖，圖16B為其側視圖。
圖17A為DMD的概略主視圖，圖17B為說明DMD動作原理的概略側視圖。
具體實施例方式
以下參照
本發明的投影顯示裝置和背投顯示裝置的具體實施例。
(實施例1)圖1為本發明第1實施例的投影顯示裝置的結構圖。1是作為光源的燈，8是照明單元，9是作為反射單元的折返反射鏡，10是作為反射型光調製元件的DMD，11是作為透鏡元件的平凸透鏡，12是作為投影單元的投影透鏡。
這裡，如圖所示地定義xyz正交坐標系，圖1表示x-z平面上的結構。同樣，圖2、圖3分別表示x-y平面、y-z平面上的結構。
橢圓面鏡2使燈1的放射光會聚，並在長焦點附近形成聚光點。UV-IR截止濾光器3用於從燈1的放射光中除去紫外線和紅外線成分。
照明單元8由旋轉型彩色濾光片4、聚光透鏡5、第1透鏡陣列6和第2透鏡陣列7構成。
旋轉型彩色濾光片4將三原色的彩色濾光片組合成圓盤狀，通過配置在聚光點附近並使其旋轉，可以使紅、綠、藍光依次選擇性地透過。
聚光透鏡5使透過旋轉型彩色濾光片4的發散光會聚後，被有效地引導至第1透鏡陣列6。
第1透鏡陣列6和第2透鏡陣列7是光學集成元件。第1透鏡陣列6將由聚光透鏡5會聚的光束分割成微小光束。第2透鏡陣列7將各微小光束分別放大後在DMD 10上疊加。這樣，作為微小光束的積分值，DMD 10上形成均勻的照明光束。
圖4A、圖4B為第1透鏡陣列6的主視圖和側視圖，圖5A、圖5B為第2透鏡陣列7的主視圖和側視圖。第1透鏡陣列6是將與DMD10的顯示區域大致相似的多個第1透鏡6a進行2維排列而構成。第2透鏡陣列7是將與第1透鏡6a相同形狀的第2透鏡7a進行2維排列而構成。各個第2透鏡7a適當地偏心，以使通過與其分別對應的第1透鏡6a的微小光束在DMD 10上疊加。
在本實施例中，構成第2透鏡陣列7的第2透鏡7a與第1透鏡6a形狀相同，但並不限於此。也可以使各個第1透鏡6a偏心、並組合開口形狀互不相同的第2透鏡而構成。
另外，也可以不使第2透鏡7a偏心，而是在第2透鏡陣列7的射出側附近配置正放大率透鏡，從而形成可實現疊加功能的結構。
從照明單元8射出的光通過折返反射鏡9使光路折曲後，通過平凸透鏡11併入射到DMD 10。
折返反射鏡9為平面反射鏡，其配置成使照明單元8的光軸8a與投影透鏡12的光軸12a相互處於相扭的位置。而且，如圖1所示，從與照明單元8的光軸8a和投影透鏡12的光軸12a兩者正交的方向(即y軸方向)看時，折返反射鏡9配置成使照明單元8的光軸8a和投影透鏡12的光軸12a的表觀交點P配置在平凸透鏡11和投影透鏡12之間。
DMD 10上的微小反射鏡的傾斜角為±10度，通過改變該傾斜角可以控制入射光的反射方向。通過使該控制與旋轉型彩色濾光片4的旋轉同步並使紅、綠、藍的光學成像按時間疊加，可以顯示全彩色圖像。
照明光的最大會聚角約為10度。折返反射鏡9配置成使照明光相對於DMD 10平面的方位角(如圖2所示，從DMD 10的法線方向看時與DMD 10的短邊相對的入射光角度θ)為45度、入射角為20度入射。
平凸透鏡11共有DMD 10的入射光和出射光，其配置成使DMD10的中心軸(通過DMD 10有效部分中心的法線)10a和投影透鏡12的光軸12a同軸，並且使照明單元8的出射光瞳8b(圖1所示結構的情況下為第2透鏡陣列7的出射面)和投影透鏡12的入射光瞳12b共軛。
平凸透鏡11將通過出射光瞳8b的光引導至DMD 10，並在DMD10為開的狀態下將反射後的光有效地引導至入射光瞳12b。
投影透鏡12的F值為2.88(最大會聚角為10度)，在DMD 10為開的狀態下將反射後的光引導至屏幕(圖上未示出)上，顯示出大畫面的全彩色圖像。
圖1～圖3所示本實施例的投影顯示裝置，通過適當設定平凸透鏡11的放大率和平凸透鏡11與投影透鏡12之間的空氣間隙，可以不使用TIR稜鏡等昂貴部件就可以實現DMD 10和投影透鏡12的同軸配置。
另外，照明單元8的光軸8a與投影透鏡12的光軸12a處於相扭位置，所以不產生光學部件的機械接觸和幹涉，可以有效地利用空間。
而且，通過將折返反射鏡9適當配置在平凸透鏡11和投影透鏡12之間，使得從y軸方向看時，照明單元8的光軸8a與投影透鏡12的光軸12a的表觀交點P配置在平凸透鏡11和投影透鏡12之間，從而可使裝置小型化。
根據上述結構，利用反射型光調製元件，能夠實現可以正面投影的、價格便宜且結構緊湊的投影顯示裝置。
(實施例2)圖6為本發明第2實施例的投影顯示裝置的結構圖。這裡，如圖所示地定義xyz正交坐標系，圖6表示x-z平面上的結構。同樣，圖7表示y-z平面上的結構。
從光源1到投影透鏡12的基本功能與實施例1相同，並且，具有相同功能的部件使用相同的標記，在此省略對其的說明。
本實施例相對於實施例1的特徵是，投影透鏡12的入射光瞳12b相對光軸12a偏心。在本實施例中，如圖7所示，入射光瞳12b在DMD 10的短軸(y軸)方向上偏心。因此，相對於DMD 10上微小反射鏡的傾斜角±10度，照明光的最大入射角為10度，照明光向DMD 10面的入射角為24.5度，方位角為40度。
投影透鏡12的F值為2.0(最大會聚角為14.5度)，入射光瞳12b的有效F值為2.85。
投影透鏡12具有焦點調節機構，該焦點調節機構內置與入射光瞳12b相同形狀的光圈，並且由於入射光瞳12b偏心，所以該焦點調節機構可以不繞光軸12a旋轉，而僅沿投影透鏡12的光軸12a移動。
入射光瞳12b可以向DMD 10的入射光和出射光之間的角度變大的方向偏心。這樣，從折返反射鏡9射向平凸透鏡11的照明光和從平凸透鏡11射向投影透鏡12的投影光之間的分離角變大，並且可以使折返反射鏡9的配置更接近平凸透鏡11，從而可以減小平凸透鏡11和投影透鏡12之間的空氣間隙，並使裝置小型化。
入射光瞳12b的偏心量越大，照明光和投影光之間的分離角也越大，但投影透鏡12所需要的最大會聚角也變大，因此需要F值小的投影透鏡。因此，最好在考慮到整體尺寸和投影透鏡的F值等因素的基礎上適當設定偏心量。
在本實施例中說明的是照明光的方位角為40度、入射光瞳12b向DMD 10的短軸(y軸)方向偏心的例子，但並不限定於此。但是，照明光的方位角最好設定為DMD 10上的微小反射鏡傾斜的方向(本實施例中是相對於DMD 10短軸(y軸)45度的方向)和DMD 10的短軸(y軸)之間。
圖6～圖7所示本實施例的投影顯示裝置，通過適當設定平凸透鏡11的放大率以及平凸透鏡11和投影透鏡12之間的空氣間隙，可以不使用TIR稜鏡等昂貴部件，就可以實現DMD 10和投影透鏡12的同軸配置。
另外，照明單元8的光軸8a與投影透鏡12的光軸12a處於相扭位置，從而不產生光學部件的機械接觸和幹涉，可以有效地利用空間。
而且，通過將折返反射鏡9適當配置在平凸透鏡11和投影透鏡12之間，使得從y軸方向看時，照明單元8的光軸8a與投影透鏡12的光軸12a的表觀交點P配置在平凸透鏡11和投影透鏡12之間，從而可使裝置小型化。
另外，通過使入射光瞳12b適當偏心，可以減小平凸透鏡11和投影透鏡12之間的間隔。
根據上述結構，通過利用反射型光調製元件，能夠實現可以正面投影的、價格便宜並且比實施例1所示結構更緊湊的投影顯示裝置。
(實施例3)圖8A為本發明第3實施例的投影顯示裝置的結構圖。這裡，如圖所示地定義xyz正交坐標系，圖8A表示x-z平面上的結構。同樣，圖9表示y-z平面上的結構。
圖8B是沿圖8A中的8B-8B線從箭頭方向看DMD 10的正面圖。
從光源1到投影透鏡12的基本功能與實施例1和2相同，具有相同功能的部件使用相同的標記，在此省略對其的說明。
在本實施例中，與實施例2相同，如圖9所示，入射光瞳12b向DMD 10的短軸(y軸)方向偏心。
本實施例相對於實施例1的特徵是，投影透鏡12的入射光瞳12b相對光軸12a偏心，並且入射光瞳12b中偏心方向的會聚角比與其正交的方向的會聚角小。
圖10A、圖10B為表示投影透鏡12的最大會聚角的範圍和入射光瞳之間關係的模式圖。圖10A表示在偏心方向100(y軸方向)的會聚角和與其正交的方向(x軸方向)的會聚角相同的情況(相當於實施例2)下的、入射光瞳101和投影透鏡12所需要的最大會聚角的範圍102。圖10B表示在偏心方向100(y軸方向)的會聚角比與其正交的方向(x軸方向)的會聚角小的情況(相當於實施例3)下的、入射光瞳103和投影透鏡12所需要的最大會聚角的範圍104。兩者的偏心量和入射光瞳面積(有效F值，斜線部分所示)相同。
入射光瞳103在偏心方向100(y軸方向)上的最大長度為FV，在與其垂直的方向(x軸方向)上的最大長度為FH。
比較圖10A和圖10B可知，通過使偏心方向100的會聚角比與其正交的方向的會聚角小，相對於具有相同有效F值的偏心的入射光瞳，可以減小投影透鏡的最大會聚角的範圍。即，使用最大會聚角小(F值大)的投影透鏡，可以達到同樣的性能。
另外，通過使偏心方向100的會聚角較小，可以緩和從折返反射鏡9射向平凸透鏡11的照明光和從平凸透鏡11射向投影透鏡12的投影光之間的幹涉，所以可以將折返反射鏡9配置在更接近平凸透鏡11的位置上，從而可以減小平凸透鏡11和投影透鏡12之間的空氣間隙。
為了得到與上述入射光瞳12b相匹配的照明單元8的出射光瞳8b，可以使用例如圖11A、圖11B所示形狀的第1透鏡陣列86和圖12A、圖12B所示形狀的第2透鏡陣列87。
圖11A是第1透鏡陣列86的主視圖，圖11B是沿圖11A中11B-11B線向箭頭方向看去的剖視圖，構成第1透鏡陣列86的各個第1透鏡86a偏心，從而使通過各個透鏡86a的光束會聚在第2透鏡陣列87內的對應的第2透鏡87a上。
圖12A是第2透鏡陣列87的主視圖，圖12B是沿圖12A中12B-12B線向箭頭方向看去的剖視圖，構成第2透鏡陣列87的各個第2透鏡87a適當偏心，從而使通過與各個透鏡87a相對應的第1透鏡86a後的光束在DMD 10上疊加。
第2透鏡陣列87配置成其短軸87b方向與入射光瞳12b的偏心方向大體一致，並且短軸87b方向和長軸87c方向上的各尺寸最好設定成與投影透鏡12的對應方向上的會聚角相匹配。
為了充分實現本發明的效果，應滿足以下(1)、(2)式。
0.5×LDMD≤D1≤LDMD…(1)0.3f≤D2≤f …(2)在此，LDMD為DMD 10的有效顯示區域的對角線長度(參照圖8B)，D1為DMD 10和平凸透鏡11之間的空氣間隙，D2為平凸透鏡11和投影透鏡12之間的空氣間隙，f為平凸透鏡11的焦距。
在式(1)中，如果D1比下限值小，則DMD 10和平凸透鏡11之間產生的多餘反射光增加，畫面質量受到影響，所以是不希望的。此外，如果D1比上限值大，則平凸透鏡11的有效直徑變大，從而導致裝置的大型化，所以也是不希望的。
另外，在式(2)中，如果D2比下限值小，則難以配置折返反射鏡9，所以是不希望的。另外，如果D2比上限值大，則投影透鏡12的反焦距變長，會產生像差補償困難、裝置大型化等問題，也是不希望的。
圖1～圖3所示實施例1和圖6～圖7所示實施例2，也可以通過滿足上述(1)、(2)式來得到充分的效果。
而且滿足以下(3)、(4)式則更好。
2×θDMD≤θi≤2.5×θDMD…(3)0.35≤FV/FH≤0.95 …(4)
在此，θDMD為DMD 10上微小反射鏡的傾斜角，θi為相對於DMD 10中心軸10a的照明光(在此，相當於照明單元8的光軸8a)的入射角，FV為入射光瞳12b在偏心方向上的最大長度，FH為入射光瞳12b在與偏心方向正交的方向上的最大長度。
在式(3)中，如果θi比下限值小，則DMD 10的入射光和出射光之間的分離角變小，因而難以配置折返反射鏡9，所以是不希望的。而如果θi比上限值大，則投影透鏡12所需要的最大會聚角變大，從而導致投影透鏡12的大型化，也是不希望的。
另外，在式(4)中，如果FV/FH比下限值小，則投影透鏡12的最大會聚角範圍內的入射光瞳區域(光線通過的區域)相對變小，從而增加了浪費，所以是不希望的。而如果FV/FH比上限值大，則投影透鏡12所需要的最大會聚角變大，從而導致投影透鏡12的大型化，也是不希望的。
圖6～圖7所示實施例2，也可以通過滿足上述式(3)的條件來得到更為充分的效果。
在圖8A、圖8B所示結構中，設定如下LDMD＝20.3mm，D1＝10mm，D2＝40mm，f＝100mm，θDMD＝10度，θi＝24度，FV/FH＝0.7。另外，DMD 10上的反射鏡向相對於短軸(y軸)成45度的方向傾斜。與此相對應，照明光相對於DMD 10的短軸以40度的方位角入射。
投影透鏡12的F值為2.1，並且具有焦點調節機構，該焦點調節機構內置與入射光瞳12b相同形狀的光圈，並且，由於入射光瞳12b偏心，所以該焦點調節機構可以不繞光軸12a旋轉，而僅沿投影透鏡12的光軸12a移動。
入射光瞳12b的偏心方向最好設定成使照明光的方位角位於DMD 10的短軸方向和微小反射鏡傾斜的方向之間。
圖8A、圖8B、圖9所示本實施例的投影顯示裝置，通過適當設定平凸透鏡11的放大率、以及平凸透鏡11和投影透鏡12之間的空氣間隙，可以不使用TIR稜鏡等昂貴部件就能實現DMD 10和投影透鏡12的同軸配置。
另外，照明單元8的光軸8a與投影透鏡12的光軸12a位於相扭位置上，從而不產生光學部件的機械接觸和幹涉，可以有效地利用空間。
進一步，通過將折返反射鏡9適當配置在平凸透鏡11和投影透鏡12之間，使得從y軸方向看時，照明單元8的光軸8a與投影透鏡12的光軸12a的表觀交點P配置在平凸透鏡11和投影透鏡12之間，從而可使裝置小型化。
另外，通過使入射光瞳12b適當偏心，並且使偏心方向的會聚角比與其垂直的方向的會聚角小，可以使用會聚角小(F值大)的投影透鏡12。同時，可以減小平凸透鏡11和投影透鏡12之間的空氣間隙。
根據上述結構，通過利用反射型光調製元件，能夠實現可以正面投影的、價格便宜並且比實施例1和2所示結構更緊湊的投影顯示裝置。
(實施例4)圖13為本發明第4實施例的投影顯示裝置的結構圖。131為第1框體，132為第2框體，133為第3框體，134為連結機構。從光源1到投影透鏡12的基本功能與實施例3相同，具有相同功能的部件使用相同的標記，在此省略對其的說明。
第1框體131支承照明單元8，並且具有用於燈1的放射光入射的入射窗131a和用於使照明光出射的出射窗131b。
第2框體132支承折返反射鏡9、DMD 10、平凸透鏡11和投影透鏡12，並且具有用於照射光入射的入射窗132a。
第3框體133支承燈1、凹面鏡2、UV-IR截止濾光器3，並且具有使燈1發出的放射光出射的出射窗133a。
連結機構134連結第1框體131的出射窗131b和第2框體132的入射窗132a，使照明光的光軸8a大體一致。連結機構134具有x、y、z這3個方向的調節機構。
連結機構135連結第3框體133的出射窗133a和第1框體131的入射窗131a，使燈1的光軸1a與照明光的光軸8a大體一致。連接裝置135具有x、y、z這3個方向的調節機構。
一般情況下，投影光學系統要求有比照明光學系統更高的部件精度。如圖13所示的投影顯示裝置中的光源部、照明光學系統和投影光學系統被支承在不同的框體上，所以具有可以針對各個框體選定適當的加工精度和材料的優點。例如，可以適用第1框體131成本優先、第2框體132精度優先、第3框體133耐熱性優先的材料和加工方法。
另外，通過將光學部件分配到各個框體上來實現組件化，具有易於維護的優點。
通過在連結機構134、135上設置調節機構，具有不需要現有技術中所必需的各光學部件調節機構的優點。
在本實施例中說明的是將投影顯示裝置分配到3個框體上構成的例子，但第1框體131和第3框體133也可以構成為同一框體。
根據上述結構，可以得到光學部件易於維護且價格低廉的投影顯示裝置。
在圖13中顯示的是具有實施例3光學系統的投影顯示裝置，但本發明不限定於此，也可以具有例如實施例1、2的光學系統。
(實施例5)圖14A為本發明第5實施例的背投顯示裝置的正面透視圖，圖14B為其側面透視圖。141為投影顯示裝置，142為透過型屏幕，143為框體。在支承透過型屏幕142的框體143內配置有實施例4所示的投影顯示裝置141。
從投影顯示裝置141的投影透鏡射出的光，由折返反射鏡144反射後入射到透過型屏幕142上。
透過型屏幕142由例如菲涅耳透鏡和雙凸透鏡構成。菲涅耳透鏡的焦距被設定為與從菲涅耳透鏡到投影透鏡的光路長度大致相等，入射光適當折射後透過到屏幕142前方。觀眾可以通過透過型屏幕142觀看投影顯示裝置141放大投影后的圖像。
通過使用本發明的投影顯示裝置141，可以不必偏置菲涅耳透鏡就可得到解析度和亮度的均勻性高、畫面質量高的大畫面圖像。另外，裝置為小型裝置，因而可使框體整體結構緊湊。
根據上述結構，通過利用反射型光調製元件，能夠得到價格便宜、結構緊湊、可進行高畫質顯示的背投顯示裝置。
(實施例6)圖15為本發明第6實施例的背投顯示裝置的立體圖。151為投影顯示裝置，152為透過型屏幕，153為框體。在支承4個透過型屏幕152的框體153內，配置有與屏幕152數目相同且結成對的實施例4所示的投影顯示裝置151。
在並列多個投影顯示裝置151的圖像來顯示多畫面的情況下，各畫面之間邊界兩側的畫面的亮度和解析度的差異最好較小。
在本實施例中，由於使用了本發明的投影顯示裝置151，因而不必偏置菲涅耳透鏡，就可使各畫面內的顯示圖像具有相對於畫面中心旋轉對稱的解析度和亮度性能。因此，並列多個構成多畫面的情況下，具有如下優點除了各畫面的誤差，各畫面邊界兩側畫面的亮度和解析度的差異可以極小。
根據上述結構，通過使用利用反射型光調製元件的多個投影顯示裝置，能夠實現高畫質、且可進行畫面間的畫質差異小的多畫面顯示的背投顯示裝置。
在圖14A、14B、15中，作為投影顯示裝置141、151，可以是實施例1～4所示的任意一種投影顯示裝置，都可以得到同樣的效果。
另外，也可以在投影透鏡出射側的開口部設置用於除去多餘光的視場光闌。這樣可以得到對比度高的顯示圖像。
在上述實施例1～4中說明的是在照明單元8中使用2個透鏡陣列的例子，但也可以使用玻璃棒等光學集成元件。另外，也可以用聚光透鏡形成照明光的構件，來代替光學集成元件。
另外，在上述實施例1～4中使用平面反射鏡9作為反射裝置，但也可以使用曲面反射鏡(例如球面、非球面、自由曲面、拋物面等)。
在上述實施例1～4中，使用DMD 10作為反射型光調製元件，但也可以是施加偏光、衍射等變化而對入射光進行空間調製的構件。
在上述實施例1～4中，使用平凸透鏡11作為透鏡元件，但透鏡的凸面並不限定於實施例中所述的朝向。另外，也可以使用雙凸透鏡或折射率分布型透鏡等代替平凸透鏡。
以上所說明的實施例都只是為了明確本發明的技術內容，但對本發明的解釋不限於這些具體示例，在發明的精神和權利要求所記載範圍內可以進行多種變更後實施，可以對本發明做廣義的解釋。
權利要求
1.一種投影顯示裝置，其特徵在於，包括光源；照明單元，使從所述光源放射的光會聚後形成照明光；反射單元，使所述照明光的光路發生折曲；反射型光調製元件，被由所述反射單元折曲的所述照明光照明，並對應圖像信號形成光學圖像；投影單元，投影所述反射型光調製元件上的所述光學圖像；以及透鏡元件，配置在所述反射型光調製元件的入射光和出射光光路上；所述照明單元的光軸與所述投影單元的光軸處於相扭的位置；所述透鏡元件使所述照明單元的出射光瞳與所述投影單元的入射光瞳大致共軛。
2.如權利要求1所述的投影顯示裝置，其特徵在於，所述入射光瞳相對於所述投影單元的光軸偏心。
3.如權利要求2所述的投影顯示裝置，其特徵在於，所述投影單元的所述偏心方向的會聚角比與其正交的方向的會聚角小。
4.如權利要求2所述的投影顯示裝置，其特徵在於，所述投影單元具有不繞其光軸旋轉的焦點調節機構。
5.如權利要求1所述的投影顯示裝置，其特徵在於，從與所述照明單元的光軸和所述投影單元的光軸兩者正交的方向看時，所述照明單元的光軸和所述投影單元的光軸的表觀交點配置在所述透鏡元件和所述投影單元之間。
6.如權利要求1所述的投影顯示裝置，其特徵在於，所述反射型光調製元件的光軸和所述投影單元的光軸一致。
7.如權利要求1所述的投影顯示裝置，其特徵在於，還具有第1框體和第2框體；所述第1框體支承所述照明單元，並且具有使從所述照明單元出射的光通過的出射窗；所述第2框體支承所述反射單元、所述反射型光調製元件、所述透鏡元件和所述投影單元，並且具有使所述照明單元發出的光入射的入射窗；所述出射窗和所述入射窗相連結。
8.如權利要求7所述的投影顯示裝置，其特徵在於，所述出射窗和所述入射窗之間具有連結機構，所述連結機構具有用於調節光軸或光路長度的調節機構。
9.如權利要求1所述的投影顯示裝置，其特徵在於，所述照明單元具有光學集成元件。
10.如權利要求9所述的投影顯示裝置，其特徵在於，所述光學集成元件具有2個透鏡陣列板，至少構成靠近所述光源一側的透鏡陣列板的多個透鏡分別適當偏心。
11.一種背投顯示裝置，其特徵在於，包括權利要求1所述的投影顯示裝置；透過型屏幕，顯示所述投影顯示裝置所投影的圖像；以及框體，內置所述投影顯示裝置並支承所述透過型屏幕。
12.一種背投顯示裝置，其特徵在於，包括權利要求1所述的多個投影顯示裝置；透過型屏幕，顯示所述多個投影顯示裝置所投影的圖像；以及框體，內置所述多個投影顯示裝置並支承所述透過型屏幕。
13.如權利要求11或12所述的背投顯示裝置，其特徵在於，所述投影顯示裝置在所述透過型屏幕一側具有視場光闌。
全文摘要
投影顯示裝置由光源(1)、照明單元(8)、反射單元(9)、反射型光調製元件(10)、透鏡元件(11)和投影單元(12)構成。照明單元(8)的光軸(8a)與投影單元(12)的光軸(12a)處於相扭的位置，透鏡元件(11)使照明單元(8)的出射光瞳(8b)與投影單元(12)的入射光瞳(12b)大致共軛。這樣可以使反射型光調製元件(10)與投影單元(12)同軸配置。而且不產生光學部件的機械接觸和幹涉，可以有效地利用空間。其結果，可以得到使用反射型光調製元件的價格便宜且結構緊湊的投影顯示裝置。
文檔編號H04N5/74GK1561468SQ0281935
公開日2005年1月5日 申請日期2002年9月27日 優先權日2001年10月1日
發明者和田充弘, 枡本吉弘, 伏見吉正 申請人:松下電器產業株式會社