專(zhuān)利名稱(chēng)：投射式顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投射式顯示裝置。
背景技術(shù)：
至今公知的得到大畫(huà)面圖象的方法是，在反射式光閥上形成與圖象信號(hào)對(duì)應(yīng)的光學(xué)圖象，將光照射到該光學(xué)圖象上、由投射透鏡將其放大并投射到屏幕上。如果將反射式配光補(bǔ)償元件(配光補(bǔ)正素子)用作這種反射式光閥，與圖象信號(hào)相對(duì)應(yīng)地對(duì)光的行進(jìn)方向進(jìn)行控制而形成光學(xué)圖象，則能顯示光利用效率更高、且高亮度的投射圖象。
反射式光閥中較引入注目的是DMD(Digital Micro MirrorDevice數(shù)字微鏡器件)。DMD是將多個(gè)微小的反射鏡(下面，將其稱(chēng)為「微小反射鏡。」)2維配置在硅片上而構(gòu)成的，各個(gè)微小反射鏡構(gòu)成象素。各個(gè)微小反射鏡由處于象素的對(duì)角位置上且沿對(duì)角方向設(shè)置的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)支承軸支承，在±10度范圍內(nèi)能象蹺板那樣轉(zhuǎn)動(dòng)。例如在微小反射鏡傾斜+10度的狀態(tài)就接通、在傾斜-10度的狀態(tài)就切斷。DMD是根據(jù)圖像信號(hào)通過(guò)使各個(gè)微小反射鏡傾斜+10度或-10度而對(duì)光線的射出方向進(jìn)行控制，以形成光學(xué)圖象。
圖17是表示至今已知的構(gòu)成DMD各個(gè)象素的微小反射鏡的動(dòng)作狀態(tài)的示意圖。該圖是用與DMD的各個(gè)微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸垂直的方向剖切的剖面表示的，將逆時(shí)針?lè)较蜃鳛槲⑿》瓷溏R的旋轉(zhuǎn)正方向。在圖17中，從191到196都是微小反射鏡，構(gòu)成各個(gè)象素。197是表示投射透鏡的一部分。
在圖17所示的例子中，微小反射鏡191、微小反射鏡193和微小反射鏡196相對(duì)于反射式光閥(DMD)的基準(zhǔn)面190成+10度(反時(shí)針?lè)较?的傾斜，形成接通的狀態(tài)。因此，由微小反射鏡191、微小反射鏡193和微小反射鏡196反射的入射光198入射到投射透鏡197上。
另一方面，微小反射鏡192、微小反射鏡194和微小反射鏡195相對(duì)于反射式光閥的基準(zhǔn)面190成-10度(順時(shí)針?lè)较?的傾斜，形成切斷的狀態(tài)。因此由微小反射鏡192、微小反射鏡194和微小反射鏡195反射的入射光198就不入射到投射透鏡197上。這種DMD與利用偏振光的液晶顯示板相比，能利用自然光、提高光的利用率、且響應(yīng)速度更快等。
在WO98-29773號(hào)公報(bào)中提出了一個(gè)將DMD用作反射式光閥的投射式顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)。圖18是表示以前的利用DMD的投射式顯示裝置概略結(jié)構(gòu)的圖。圖19是圖18中所示DMD的附近部分的放大示意圖。圖18和圖19中表示與DMD的各個(gè)微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸相垂直地剖切而構(gòu)成的剖面。
先用圖18進(jìn)行說(shuō)明。光源201是由凹面鏡201b和燈201a構(gòu)成。凹面鏡201b是橢圓面鏡，在玻璃制成的基體材料的內(nèi)表面上蒸鍍多層光學(xué)膜而構(gòu)成，這些光學(xué)膜能使紫外線透過(guò)而使可見(jiàn)光反射。配置燈201a時(shí)使它的發(fā)光體的中心位于凹面鏡201b的第1焦點(diǎn)(圖中沒(méi)有表示)上。
從燈201a射出的光由凹面鏡201b向凹面鏡201b的第2焦點(diǎn)(圖中沒(méi)有表示)反射，在第2焦點(diǎn)處形成發(fā)光體的象。而通過(guò)第2焦點(diǎn)的光依次通過(guò)透鏡組202a和202b并被分割成多個(gè)光束，此后，入射到轉(zhuǎn)象透鏡203并被重合。透鏡組202a和202b是由多個(gè)正放大率透鏡元件構(gòu)成。
從轉(zhuǎn)象透鏡203射出的光由全反鏡204反射，經(jīng)過(guò)場(chǎng)透鏡205而入射到全反射棱鏡208。全反射棱鏡208是由隔著空氣層209而配置的2個(gè)單體棱鏡208a和208b構(gòu)成。207是投射透鏡。
接著參照著圖19進(jìn)行說(shuō)明。入射到全反射棱鏡208的入射光209a～209c在單體棱鏡208b和空氣層209的界面上進(jìn)行全反射而向反射式光閥206側(cè)行進(jìn)。反射式光閥206根據(jù)圖象信號(hào)對(duì)光的行進(jìn)方向進(jìn)行控制并形成光學(xué)圖象。
從反射式光閥206射出的反射光210a～210c是具有與反射式光閥206的顯示區(qū)域相垂直的主光線的光束，在單體棱鏡208b或單體棱鏡208a和空氣層209的界面上不進(jìn)行反射地透過(guò)全反射棱鏡，入射到投射透鏡207(參照?qǐng)D18)上。由此，由投射透鏡207將反射式光閥206上的光學(xué)圖象放大投射到屏幕上。
這樣，如果使用圖18和圖19所示的投射式顯示裝置，就能防止照明光的光路和投射光的光路重合，能提高投射圖象的畫(huà)面質(zhì)量。而且能抑制投射透鏡大型化。
但是，由于在圖18和圖19所示的投射式顯示裝置中，為了使照明光和投射光分離就必需用全反射棱鏡208，其結(jié)果就有使成本提高的問(wèn)題。而且，由于在全反射棱鏡208的內(nèi)部含有微小的空氣層，因而還會(huì)發(fā)生因它的公差而大大影響投射透鏡207的解象特性的問(wèn)題。
為了解決上述的問(wèn)題，日本專(zhuān)利公報(bào)特開(kāi)2000-98272號(hào)中提出了一種結(jié)構(gòu)，它是將投射透鏡作成非遠(yuǎn)心光路，產(chǎn)生與此相對(duì)應(yīng)的照明。
圖20是表示以前的將投射透鏡作成非遠(yuǎn)心光路的投射式顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)示意圖。圖21是將圖20所示的反射式光閥的附近部分放大表示的示意圖。在圖20和圖21中將DMD用作反射式光閥。圖20和圖21是用與DMD的各個(gè)微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸相垂直地剖切而形成的剖面表示的。
如圖20所示，光源211由與圖18所示的光源相同的燈211a和凹面鏡211b構(gòu)成。燈211a和凹面鏡211b是與圖18所示的燈201a和凹面鏡201b相同的。燈211a也是配置成使它的發(fā)光體的中心位于凹面鏡211b的第1焦點(diǎn)f1的位置上。與圖18的例子同樣地、從燈211a發(fā)射的光由凹面鏡211b反射后在第2焦點(diǎn)f2上形成發(fā)光體圖象。使通過(guò)第2焦點(diǎn)f2的光均勻地入射到圓柱透鏡212。在圓柱透鏡212中被均勻化了的照明光通過(guò)轉(zhuǎn)象透鏡213。
如圖21所示，通過(guò)轉(zhuǎn)象透鏡213的照明光通過(guò)照明光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳217而以規(guī)定的入射角度入射到反射式光閥214。反射式光閥214根據(jù)圖象信號(hào)、對(duì)光的行進(jìn)方向進(jìn)行控制，以形成光學(xué)圖象。向反射式光閥214入射的入射光215a～215c分別以規(guī)定的角度被反射，反射光216a～216c入射到投射透鏡219的光瞳218。
而且，在圖20和圖21所示的投射式顯示裝置中，將非遠(yuǎn)心光路的投射透鏡用作投射透鏡219。因而不使用全反射棱鏡就能將反射式光閥214形成的光學(xué)圖象放大投射到屏幕上。因此，可以認(rèn)為，如果采用圖20和圖21所示的投射式顯示裝置比使用圖18所示的投射式顯示裝置更能降低成本。
可是，由于反射式光閥214具有在整個(gè)顯示區(qū)域中使微小反射鏡的反射面的法線方向成為固定的結(jié)構(gòu)，因而在圖20和圖21所示的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)使反射式光閥214的光軸和投射透鏡的光軸大致一致時(shí)，入射光215a～215c和反射光216a～216c的光路就完全重合。為此、如圖20和圖21所示，使投射透鏡219的光軸相對(duì)于反射式光閥214的光軸偏置，從而使入射光215a～215c和反射光216a～216c分離。
但是，由于在上述圖20和圖21所示的投射式顯示裝置中，投射透鏡219是在它的光軸與反射式光閥214的光軸相對(duì)偏離的狀態(tài)下進(jìn)行投射的，因而為了得到照明均勻的良好圖象，就必須擴(kuò)大有效的顯示區(qū)域。其結(jié)果就會(huì)使圖20和圖21所示的投射式顯示裝置中的光學(xué)系統(tǒng)大型化、反而有成本提高的問(wèn)題。而且，還有不能正面投射的問(wèn)題。
在日本專(zhuān)利公報(bào)特開(kāi)平11-249069號(hào)中公開(kāi)了一種投射式顯示裝置，在反射式光閥的顯示區(qū)域的正前方、配置著構(gòu)成投射透鏡一部分的聚光鏡。在該投射式顯示裝置中，由該聚光鏡將照明光折射并入射到反射式光閥，還用該聚光鏡將反射式光閥射出的射出光折射并入射到投射透鏡。而且，該聚光鏡是使它的光軸與投射透鏡的光軸偏心地配置著。
因此，向反射式光閥入射的入射光的入射角和從反射式光閥射出的射出光的射出角是隨著反射式光閥的顯示區(qū)域的位置而變化，該入射角和射出角的變化是相對(duì)于反射式光閥的光軸或投射透鏡的光軸是非對(duì)稱(chēng)的。
這樣，用日本專(zhuān)利公報(bào)特開(kāi)平11-249069號(hào)中所記載的投射式顯示裝置，也能抑制向反射式光閥入射的入射光的光路和從反射式光閥射出的射出光的光路的重合。而且，由于不必使用棱鏡，因而能使裝置小型化。
但是，日本專(zhuān)利公報(bào)特開(kāi)平11-249069號(hào)中所記載的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)是，使配置在反射式光閥顯示區(qū)域的正前方的聚光鏡偏心，該聚光鏡構(gòu)成投射透鏡的一部分。因此，這種投射式顯示裝置被認(rèn)為很難得到以光軸為中心的象差平衡呈對(duì)稱(chēng)的圖象，如果要對(duì)象差平衡進(jìn)行補(bǔ)正時(shí)，又需要使投射透鏡的透鏡個(gè)數(shù)增加，這會(huì)使投射透鏡復(fù)雜化。
此外，為了得到良好的析象度，在日本專(zhuān)利公報(bào)特開(kāi)平11-249069號(hào)中所記載的投射式顯示裝置中，具有將反射式光閥相對(duì)于投射透鏡的光軸傾斜2度至8度的結(jié)構(gòu)。但是，根據(jù)「沙伊姆弗勒(シャインプル一フ)定理」，該反射式光閥的投射圖象也被認(rèn)為相對(duì)于投射透鏡的光軸而傾斜。這樣，在反射式光閥的顯示區(qū)域是長(zhǎng)方形的場(chǎng)合下，在與光軸相垂直的面上的投射圖象就成為梯形狀，很難得到良好的顯示圖象。所沙伊姆弗勒定理是指這樣的定理，即、當(dāng)物體相對(duì)于光軸傾斜時(shí)，圖象朝相反方向傾斜，并能相互確定它們的傾斜角度。
日本專(zhuān)利公報(bào)特開(kāi)2000-39585號(hào)也公開(kāi)了一種投射式顯示裝置，它的結(jié)構(gòu)是與特開(kāi)平11-249069號(hào)公報(bào)所記載的同樣地在反射式光閥的顯示區(qū)域正前方配置著正透鏡。在該投射式顯示裝置中，為了使照明光學(xué)系統(tǒng)射出的照明光透過(guò)正透鏡，使其折射之后將反射式光閥照明。而且從光閥射出的射出光在該正透鏡折射之后入射到投射透鏡。
但是，在上述日本專(zhuān)利公報(bào)特開(kāi)2000-39585號(hào)中記載的投射式顯示裝置中，由于將正透鏡的有效區(qū)域中的一部分區(qū)域用于反射光的透過(guò)、將剩余的區(qū)域用于從反射式光閥射出的射出光的透過(guò)，因而將正透鏡的光軸和投射透鏡主群的光軸較大偏移地配置。
這樣，特開(kāi)2000-39585號(hào)中記載的投射式顯示裝置也能抑制向反射式光閥入射的入射光和從反射式光閥射出的射出光的光路重合，使這些光路分離。由于不必使用棱鏡，因而認(rèn)為能使裝置小型化。
但是，特開(kāi)2000-39585號(hào)中記載的投射式顯示裝置中，反射式光閥被配置成它的光軸與投射透鏡主群的光軸成5度～15度的角度。因此投射圖象的光軸和光閥的光軸不平行于投射透鏡的光軸。
因此，特開(kāi)2000-39585號(hào)中記載的投射式顯示裝置與特開(kāi)平11-249069號(hào)公報(bào)所記載的投射式顯示裝置同樣地，，被認(rèn)為由于「沙伊姆弗勒定理」使投射圖象發(fā)生傾斜而成為梯形狀，因而有很難得到良好圖象的問(wèn)題。
而且，被配置在反射式光閥的顯示區(qū)域正前方的正透鏡，被配置成它的光軸能相對(duì)于光閥的光軸構(gòu)成一個(gè)角度。而且，在投射透鏡中還必需配置偏心透鏡。因此，特開(kāi)2000-39585號(hào)中記載的投射式顯示裝置與特開(kāi)平11-249069號(hào)公報(bào)所記載的投射式顯示裝置同樣地，被認(rèn)為很難得到以光軸為中心象差平衡呈對(duì)稱(chēng)的圖象。在對(duì)象差平衡進(jìn)行補(bǔ)正時(shí)，又需要使投射透鏡的透鏡個(gè)數(shù)增加，這會(huì)使投射透鏡復(fù)雜化。此外，當(dāng)該場(chǎng)合是用兩面凸透鏡構(gòu)成正透鏡時(shí)，會(huì)產(chǎn)生透鏡的中心厚度增加的問(wèn)題；而用凸凹透鏡構(gòu)成時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生很難確保充分的放大率的問(wèn)題。
而且，在特開(kāi)2000-39585號(hào)中記載的投射式顯示裝置中，入射到正透鏡的照射光的一部分因該正透鏡和空氣層的折射率差而在它們之間的界面上被反射。還將兩面是凸面的透鏡、或投射透鏡側(cè)是凸透鏡而反射式光閥側(cè)是凹面的透鏡用作上述的正透鏡。
因此，在該界面上反射的反射光朝投射透鏡的主群方向被反射而到達(dá)屏幕。在該界面上反射的反射光，是與入射到反射式光閥的圖象信號(hào)無(wú)關(guān)、固定不變地發(fā)生的雜散光，這會(huì)成為引起投射圖象中的對(duì)比度降低或雙重圖象的主要原因，使投射圖象的品質(zhì)顯著地降低。
而一般具有充分實(shí)用性能的反射防止膜、最低能使入射光中的0.5％程度反射、最大能使入射光中的99.5％透過(guò)。因此，如果在上述正透鏡的表面上形成經(jīng)TiO2膜、SiO2膜等疊層而構(gòu)成的通常水平的反射防止膜，則認(rèn)為能達(dá)到降低反射光的目的。但是，只形成用這樣的多層膜構(gòu)成的反射防止膜，上述反射光的降低是有限的，因此投射圖象的圖象質(zhì)量提高也有限。最好能形成使100％的入射光透過(guò)的反射防止膜，但到現(xiàn)在為止，事實(shí)上這種反射防止膜的形成是不可能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而作出的，其目的是提供一種投射式顯示裝置，它能抑制反射式光閥中的入射光的光路和射出光的光路重合，而且能抑制透鏡界面上的不需要的反射光入射到投射透鏡；它的結(jié)構(gòu)是小型的，并且能得到高質(zhì)量的投射圖象。
為了達(dá)到上述目的而作出的本發(fā)明第1個(gè)投射式顯示裝置，包括包括照明光學(xué)系統(tǒng)，將光源發(fā)射的光集中而形成照明光；反射式光閥，反射上述照明光，并射出形成光學(xué)象的調(diào)制光；投射透鏡，將上述反射式光閥形成的光學(xué)象進(jìn)行投影；及正放大率透鏡元件，上述透鏡元件在其一方或兩方的光學(xué)界面上具有多個(gè)突起，并配置在上述反射式光閥和上述投射透鏡之間，使上述照明光通過(guò)上述透鏡元件之后對(duì)上述反射式光閥照明，而且，從上述反射式光閥射出的調(diào)制光通過(guò)上述透鏡元件之后入射到上述投射透鏡；上述多個(gè)突起的間距為可視頻帶波長(zhǎng)的1/2以下、高度為上述間距的1倍以上。
在上述本發(fā)明的第2個(gè)投射式顯示裝置中，最好上述多個(gè)突起具有從頂部向底部漸漸地增大的軸截面。而且，最好上述反射式光閥、上述投射透鏡、以及上述正放大率透鏡元件配置成相互的光軸是平行的、而且是一致的。
為了達(dá)到上述目的而作出的本發(fā)明第2個(gè)投射式顯示裝置，包括照明光學(xué)系統(tǒng)，將光源發(fā)射的光集中而形成照明光；反射式光閥，反射上述照明光，并射出形成光學(xué)象的調(diào)制光；投射透鏡，將上述反射式光閥形成的光學(xué)象進(jìn)行投影；及正放大率透鏡元件；上述反射式光閥和上述投射透鏡配置成相互的光軸是平行的；上述透鏡元件是由平凹透鏡和折射率比上述平凹透鏡大的平凸透鏡接合而構(gòu)成，其配置在上述反射式光閥和上述投射透鏡之間，使上述照明光通過(guò)上述透鏡元件之后對(duì)上述反射式光閥照明，而且，從上述反射式光閥射出的調(diào)制光通過(guò)上述透鏡元件之后入射到上述投射透鏡；上述平凹透鏡和上述平凸透鏡，通過(guò)具有的折射率比上述平凹透鏡的折射率大、且比上述平凸透鏡的折射率小的膜、或者是具有的折射率從上述平凹透鏡的折射率變化到上述平凸透鏡的折射率的膜接合而成。
在上述本發(fā)明的第1～第2個(gè)投射式顯示裝置中，最好上述投射透鏡和上述透鏡元件配置成相互的光軸一致；上述投射透鏡具有相對(duì)于其光軸偏心的光闌；上述照明光學(xué)系統(tǒng)配置成使上述調(diào)制光通過(guò)上述光闌的。這時(shí)，最好上述光闌的偏心方向是離開(kāi)上述照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向。最好上述投射透鏡具有只利用向其光軸方向的移動(dòng)進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)整的機(jī)構(gòu)。進(jìn)一步，此時(shí)，在把上述投射式透鏡的F數(shù)值取為F1，從照明光學(xué)系統(tǒng)射出且由上述反射式光閥反射之后入射到上述投射透鏡的光的束散角取為θ1，從上述反射式光閥的顯示區(qū)域的中心射出的主光線和上述投射透鏡的光軸相交的角取為α?xí)r，其最好滿足下述公式(1)F1＝1/(2Sin(θ1+α))……(1)。
此外，在上述本發(fā)明的第1～第2個(gè)投射式顯示裝置中，上述照明光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)最好是，具有由多個(gè)部分光瞳元件形成的射出光瞳，在上述反射式光閥反射時(shí)能使上述照明光的光束分布變得均勻。
在上述本發(fā)明的第1～第2個(gè)投射式顯示裝置中，最好上述照明光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳和上述投射透鏡的入射光瞳相對(duì)于上述透鏡元件大致處于共軛關(guān)系；通過(guò)上述照明光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳的光束中的、在上述反射式光閥的顯示區(qū)域上反射的光束的80％以上，通過(guò)上述透鏡元件之后入射到上述投射透鏡的入射光瞳的有效區(qū)域。
根據(jù)如上所述的投射式顯示裝置，可抑制反射式光閥中的入射光的光路和射出光的光路的重合，可實(shí)現(xiàn)小型化，并獲得高畫(huà)質(zhì)的投射圖像


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2A是表示圖1所示的反射式光閥附近部分的照明光和投射光光路的的示意圖，圖2B是表示圖1所示的反射式光閥附近部分的具有正放大率透鏡元件的光學(xué)界面上反射光走向的示意圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的投射式顯示裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4是放大表示圖3所示的正放大率透鏡元件表面的示意圖。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的投射式顯示裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖6A和圖6B是放大表示圖5所示的正放大率透鏡元件的示意圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的投射式顯示裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖8A是表示圖7所示的反射式光閥附近部分的照明光和投射光光路的示意圖，圖8B是表示圖7所示的反射式光閥附近部分的正放大率透鏡元件的光學(xué)界面上反射光走向的示意圖。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的投射式顯示裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖10是放大表示圖9所示的反射式光閥附近部分的示意圖。
圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的投射式顯示裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖12表示構(gòu)成圖11所示的投射式顯示裝置的投射透鏡的入射光瞳。
圖13是表示圖11所示反射式光閥的顯示區(qū)域中心部的光束走向的示意圖。
圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式7涉及的投射式顯示裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖15是表示本發(fā)明的背投式投影機(jī)一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)圖。
圖16是表示本發(fā)明的多影像系統(tǒng)一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)圖。
圖17是表示構(gòu)成以前的DMD的各個(gè)象素的微小反射鏡的動(dòng)作狀態(tài)的示意圖。
圖18是表示用于以前的DMD的投射式顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)示意圖。
圖19是放大地表示圖18所示的DMD附近部分的示意圖。
圖20是表示將以前的投射透鏡作成非遠(yuǎn)心光路的投射式顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)示意圖。
圖21是放大表示圖20所示的反射式光閥附近部分的示意圖。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施方式1)下面，參照?qǐng)D1、圖2來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式1的投射式顯示裝置。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A是表示圖1所示的反射式光閥附近部分的照明光和投射光的光路的示意圖，圖2B是表示圖1所示的反射式光閥附近部分的正放大率透鏡元件的光學(xué)界面上反射光的動(dòng)作的示意圖。
在本實(shí)施方式1中，將圖17所示的DMD用作反射式光閥。而且圖1和圖2是用與構(gòu)成DMD的微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸相垂直地剖切而形成的剖面表示的。微小反射鏡的可動(dòng)范圍是±10度。
先用圖1來(lái)說(shuō)明本實(shí)施方式1的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。如圖1所示，本實(shí)施方式的投射式顯示裝置至少具有光源1；將光源1發(fā)射的光匯集而形成照明光的照明光學(xué)系統(tǒng)2；將照明光反射并射出形成光學(xué)圖象的調(diào)制光的反射式光閥(空間光調(diào)制元件)6；投射反射式光閥6形成的光學(xué)圖象的投射光學(xué)系統(tǒng)7；以及正放大率透鏡元件5。
如圖1所示，正放大率透鏡元件5由1個(gè)平凸透鏡構(gòu)成，以凸面朝投射透鏡7的狀態(tài)被配置在反射式光閥6和投射透鏡7之間。而且，正放大率透鏡元件5是這樣配置的，即、使照明光通過(guò)透鏡元件5后對(duì)反射式光閥6照明；而且，使從反射式光閥6射出的調(diào)制光通過(guò)透鏡元件5后射入投射透鏡7。
在本實(shí)施方式1中，光源1由燈1a和凹面鏡1b構(gòu)成，它是與圖18所示的光源201同樣的。因此從燈1a發(fā)射的光由凹面鏡1b反射、在凹面鏡1b的第2焦點(diǎn)f2處形成發(fā)光體象。
照明光學(xué)系統(tǒng)2由圓柱透鏡3和轉(zhuǎn)象透鏡系統(tǒng)4構(gòu)成。凹面鏡1b的第2焦點(diǎn)f2大致與圓柱透鏡3的入射面18一致。入射到圓柱透鏡3的光在圓柱透鏡3的內(nèi)面反復(fù)地進(jìn)行多重反射。因此，在圓柱透鏡3的入射面18處光量不勻的光束，在圓柱透鏡3的射出面19處光量變得均勻。
從圓柱透鏡3射出的光入射到轉(zhuǎn)象透鏡系統(tǒng)4，從轉(zhuǎn)象透鏡系統(tǒng)4向反射式光閥6射出。從轉(zhuǎn)象透鏡系統(tǒng)4射出的光通過(guò)正放大率透鏡元件5，對(duì)反射式光閥6照明。
結(jié)果使從反射式光閥6射出的射出光通過(guò)正放大率透鏡元件5后入射到投射光學(xué)系統(tǒng)7上，將反射式光閥6上的光學(xué)象放大地投射到屏幕上。圓柱透鏡3的射出面19和反射式光閥6的顯示區(qū)域，在由轉(zhuǎn)象透鏡系統(tǒng)4和正放大率透鏡元件5合成的光學(xué)系統(tǒng)中處于共軛關(guān)系。
下面，參照?qǐng)D2來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的投射式顯示裝置的原理。如上面根據(jù)圖1的說(shuō)明所述，由光源1聚光、并由照明光學(xué)系統(tǒng)2使其均勻和加以整形了的光束從照明光學(xué)系統(tǒng)2的射出光瞳8射出。即、如圖2A和2B所示，從照明光學(xué)系統(tǒng)2的射出光瞳8射出對(duì)反射式光閥6的上部照明的光束10a、對(duì)反射式光閥6的中央部照明的光束10b、對(duì)反射式光閥6的下部照明的光束10c。
在本申請(qǐng)書(shū)中，所謂「上部」、「中央部」、「下部」是表示圖中的位置關(guān)系。而且在圖2A和2B中、光束10a～10c只用代表性的光線表示，這些代表性的光線分別指從射出光瞳8的上端射出的上光線、從射出光瞳8的中心射出的主光線、從射出光瞳8的下端射出的下光線。
光束10a、10b和10c通過(guò)正放大率透鏡元件5之后入射到反射式光閥6。因此，從射出光瞳8射出的光線之中的、對(duì)反射式光閥6的上部照明的光束10a，由正放大率透鏡元件5折射，與入射到正放大率透鏡元件5之前相比，朝著與正放大率透鏡元件5的光軸14構(gòu)成角度變小的方向折射。
另一方面，對(duì)反射式光閥6的下部照明的光束10c由正放大率透鏡元件5朝著與光軸14的構(gòu)成角度變大的方向折射。因此通過(guò)正放大率透鏡元件5的光束10a、10b、和10c成為各自的主光線大致是相互平行的、與反射式光閥6的光軸15之間角度大約是20度的遠(yuǎn)心的照明光，對(duì)反射式光閥6的顯示區(qū)域均勻地照明。而且各個(gè)光束的束散角都大致相等。
反射式光閥6的各個(gè)微小反射鏡具有在ON狀態(tài)下相對(duì)于與正放大率透鏡元件5的光軸14相垂直的面、沿著反時(shí)針?lè)较騼A斜10度的結(jié)構(gòu)。這樣，由于照明光是遠(yuǎn)心的，所以在微小反射鏡ON狀態(tài)的場(chǎng)合下，從反射式光閥6射出的射出光的光束11a、11b和11c的主光線，在反射式光閥6的顯示區(qū)域的任何位置都成為與反射式光閥6的光軸15大致平行、遠(yuǎn)心的。
從反射式光閥6射出的射出光的光束11a、11b和11c中的任何一個(gè)光束都通過(guò)正放大率透鏡元件5后入射到投射光學(xué)系統(tǒng)7的入射光瞳9。入射到投射光學(xué)系統(tǒng)7的入射光瞳9的光由投射光學(xué)系統(tǒng)將其放大投影到屏幕上。
如圖2B所示、光束10a、10b和10c通過(guò)正放大率透鏡元件5之后向反射式光閥6入射，但是在透鏡元件5的光學(xué)界面(凸面)20a上使一部分反射形成光束21a、21b和21c。由光學(xué)界面20a形成的反射光在光閥顯示區(qū)域附近形成虛象22，成為不必要光成分。而且該不必要光成分的一部分入射到投射透鏡7的入射光瞳9并到達(dá)屏幕。
另一方面，正放大率透鏡元件5的光學(xué)界面20b是平面、并且是不具有放大率的面。因此，從照明光學(xué)系統(tǒng)2的射出光瞳8射出的光束10a、10b和10c在通過(guò)反射式光閥6和光軸平行的光學(xué)界面20b時(shí)，，由于上述光束根據(jù)光學(xué)界面20b與空氣層的折射率之差、按照「斯內(nèi)爾定律」進(jìn)行折射。
這時(shí)，在光學(xué)界面20b上也與光學(xué)界面20a同樣地發(fā)生反射，但由于光學(xué)界面20b是平面，因而反射光射出時(shí)的射出角與以界面的法線為基準(zhǔn)的入射光的入射角相同。又因?yàn)閺恼彰鞴鈱W(xué)系統(tǒng)2的射出光瞳8射出的光束10a、10b和10c在光學(xué)界面20b上大致構(gòu)成遠(yuǎn)心的，所以由光學(xué)界面20b反射而產(chǎn)生的光束也大致構(gòu)成遠(yuǎn)心的。
因此，該反射光的各個(gè)光束的束散角彼此相等，而且反射光的各個(gè)光束的主光線與界面的法線所構(gòu)成的角度是全部相同的，主光線大致成為平行的。其結(jié)果是，因?yàn)橛晒鈱W(xué)界面20b上的反射光形成的虛象是在離開(kāi)光閥極遠(yuǎn)的位置上，所以即使光學(xué)界面20b上的一部分反射光入射到投射透鏡7，也不會(huì)由光束的集中而顯示在屏幕上、不會(huì)形成雙重圖象。
但是，可以想到使正放大率透鏡元件5的凸面(光學(xué)界面20a)朝反射式光閥6側(cè)的方式，或者如以前的投射式顯示裝置那樣地、將兩面是凸面的透鏡用作正放大率透鏡元件的方式。但是，在這樣的方式中，入射到反射式光閥6的照明光的光束10a、10b和10c在通過(guò)正放大率透鏡元件之后成為遠(yuǎn)心的。
即、在上述的方式中，照明光的光束10a、10b和10c的主光線在正放大率透鏡元件5中任意一個(gè)光學(xué)界面上，相互之間都是大致不平行的，由這些光學(xué)界面上的反射光在反射式光閥的附近形成虛象。因此在上述的方式中，與本實(shí)施方式1相比，入射到投射透鏡7的不必要的光線成分較多，其結(jié)果會(huì)使投影上發(fā)生雙重圖象等問(wèn)題，會(huì)使投射圖象的圖像質(zhì)量大大地惡化。
這樣，在本實(shí)施方式1的投射式顯示裝置中，將1個(gè)平凸透鏡用作正放大率透鏡元件5，而且該正放大率透鏡元件5是以它的凸面(光學(xué)界面20a)朝向投射透鏡7的狀態(tài)配置在反射式光閥6和投射透鏡7之間。因此，如果使用本實(shí)施方式1的投射式顯示裝置，則與以前的投射式顯示裝置相比，能抑制由入射到投射透鏡7的不必要的光線成分所引起的投射圖象質(zhì)量的降低。
由于將正放大率透鏡元件5配置成這樣，因而折射力就較好地均衡作用在相對(duì)于正放大率透鏡元件5的光軸14從傾斜方向入射的各個(gè)光束10a、10b和10c上。由此光束就不會(huì)集中在反射式光閥6的一部分顯示區(qū)域上，能抑制亮度不勻的發(fā)生。
在本實(shí)施方式1的投射式顯示裝置中，最好的方式是在正放大率透鏡元件5的光學(xué)界面(凸面)20a上施加極超低反射鍍層(極超低反射コ一ト)等而形成防反射膜。采用用這樣的方式，能進(jìn)一步抑制光學(xué)界面20a上的反射光的發(fā)生，能將到達(dá)屏幕上的不必要的光線成分更減少，因而就能容易地得到不降低對(duì)比度的良好的圖象?？梢詫iO2、SiO2等的透明光學(xué)薄膜或它們的疊層薄膜等用作防反射膜。
由于在本實(shí)施方式1的投射式顯示裝置中使用了正放大率透鏡元件5，因而即使將遠(yuǎn)心的光學(xué)系統(tǒng)用作投射透鏡7，也能將投射光學(xué)系統(tǒng)7的入射光瞳9和照明光學(xué)系統(tǒng)2的射出光瞳8縮小。而且不用棱鏡就能使從照明光學(xué)系統(tǒng)2入射的入射光的光路和從反射式光閥射出的射出光的光路分離。因此，如果采用本實(shí)施方式1的投射式顯示裝置，能使裝置小型化、還能實(shí)現(xiàn)正面投射。
而且，如圖1和圖2A所示，在本實(shí)施方式1的投射式顯示裝置中，反射式光閥6的光軸15、投射光學(xué)系統(tǒng)7的光軸13和正放大率透鏡元件5的光軸14是相互平行的，它們是一致的。因此在投射光學(xué)系統(tǒng)中不需要偏心的元件，能良好地補(bǔ)正投射圖象的象差。
在本說(shuō)明書(shū)中，所謂「光軸平行」的說(shuō)法中還包含了具有可容許范圍內(nèi)的誤差的場(chǎng)合。同樣地、所謂「光軸一致」的說(shuō)法中不只是指完全一致的場(chǎng)合，還包含了具有可容許范圍內(nèi)的誤差的場(chǎng)合。
由于光軸13～15是相互平行的且一致的，因而從反射式光閥射出的射出光束11a、11b和11c的主光線就通過(guò)正放大率透鏡元件5的焦點(diǎn)16。而且如圖1和圖2A所示，照明光學(xué)系統(tǒng)2的射出光瞳8和投射透鏡7的入射光瞳9相對(duì)于正放大率透鏡元件5處于共軛關(guān)系，正放大率透鏡元件5的焦點(diǎn)面17和投射透鏡7的入射光瞳9一致。
因此在本實(shí)施方式的投射式顯示裝置中，在投射透鏡7上能抑制周邊的光線不能通過(guò)而被削減，使投射圖象能得到最大的亮度。而且，正放大率透鏡元件5上的光學(xué)界面20a(凸面)的頂點(diǎn)到投射透鏡7的入射光瞳9的距離d，大致與正放大率透鏡元件5的反焦距一致。
照明光學(xué)系統(tǒng)2的射出光瞳8和投射光學(xué)系統(tǒng)7的入射光瞳9，相對(duì)于正放大率透鏡元件5處于共軛關(guān)系，但這里所謂的「共軛關(guān)系」不僅僅指如圖1和圖2所示地投射透鏡7的入射光瞳9與正放大率透鏡元件5的焦點(diǎn)面16一致的場(chǎng)合。也可以是通過(guò)由正放大率透鏡元件5和反射式光閥6構(gòu)成的成像系統(tǒng)，使入射光瞳9成像在照明光學(xué)系統(tǒng)2的射出光瞳8處的情況。具體地說(shuō)，如果是通過(guò)照明光學(xué)系統(tǒng)2的射出光瞳8的光束中、在反射式光閥6反射的光束的80％以上通過(guò)透鏡元件5之后、入射到投射透鏡7的入射光瞳9的有效區(qū)域中的場(chǎng)合，都可以說(shuō)是處于上述的「共軛關(guān)系」。
如圖1和圖2A所示，在本實(shí)施方式1中，將照明光學(xué)系統(tǒng)2配置成射出光瞳8位于正放大率透鏡元件5的焦點(diǎn)面17附近。通過(guò)如此地配置照明光學(xué)系統(tǒng)2，能容易地使入射到反射式光閥6的照明光成為遠(yuǎn)心的，而且能進(jìn)一步抑制照明光的損失。
在本實(shí)施方式中，最好將焦點(diǎn)距離是40mm～80mm左右的透鏡用作正放大率透鏡元件5。這是因?yàn)?，如果采用這樣的正放大率透鏡元件5，則能得到適當(dāng)?shù)姆糯舐?，能確實(shí)地使從照明光學(xué)系統(tǒng)2的射出光瞳8射出的光束和從反射式光閥6射出并射入的投射光學(xué)系統(tǒng)7的入射光瞳9中的光束分離。正放大率透鏡元件5的焦點(diǎn)距離可以如下所述地適當(dāng)選擇，即、將朝反射式光閥6入射的入射光與從反射式光閥6射出的射出光所構(gòu)成的角度、朝反射式光閥6入射的入射光的F數(shù)值、從反射式光閥6射出的射出光的F數(shù)值綜合在一起進(jìn)行適當(dāng)選擇。
但是，當(dāng)如上所述地反射式光閥6處于ON狀態(tài)時(shí)，由反射式光閥6反射的光(ON光)入射到投射透鏡7，而當(dāng)反射式光閥6處于OFF狀態(tài)時(shí)，由反射式光閥6反射的光(OFF光)相對(duì)于光軸15的-40度(順時(shí)針?lè)较?的方向射出。該OFF光也同樣地入射到正放大率透鏡元件5，但射出方向與ON光不同，因而，雖然接近正放大率透鏡元件5的焦點(diǎn)面17，但聚光在與投射透鏡7的入射光瞳9不同的位置上。因此，借助在接近投射透鏡7的最終面的位置設(shè)置光闌的結(jié)構(gòu)，能竭力地抑制不必要光的入射。
本實(shí)施方式1中，正放大率透鏡元件5最好由折射率高的玻璃材料形成。這時(shí)，可以將正放大率透鏡元件5的中心厚度減薄，從而能實(shí)現(xiàn)投射式顯示裝置的進(jìn)一步小型化。而且，即使加大透鏡元件的凸面的曲率半徑，也能夠用較大的放大率使入射光折射，因而能抑制由反射光形成的不必要光成分到達(dá)屏幕。
具體地說(shuō)最好使用折射率是1.74以上、1.85以下的材料。如果使用這樣的材料，則能降低玻璃材料的成本，同時(shí)能得到充分的性能。
(實(shí)施方式2)下面，參照著圖3和圖4來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式2的投射式顯示裝置。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是放大地表示圖3所示的正放大率透鏡元件的表面的示意圖。在本實(shí)施方式2中，也是將圖17所示的DMD用作反射式光閥。圖3是表示的是同構(gòu)成DMD的微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸相垂直地切斷而形成的剖面。
如圖3所示，本實(shí)施方式2的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)，除了正放大率透鏡元件35不同以外，其余都是與實(shí)施方式1的投射式顯示裝置相同的結(jié)構(gòu)。即、光源31、照明光學(xué)系統(tǒng)32、反射式光閥36和投射透鏡37都是與實(shí)施方式1所用的構(gòu)件同樣的。
而且，在本實(shí)施方式2中，光源31、照明光學(xué)系統(tǒng)32、正放大率透鏡元件35、反射式光閥36和投射式透鏡37等都是與實(shí)施方式1同樣地配置的。在本實(shí)施方式2中，也是將反射式光閥36、投射透鏡37、以及正放大率透鏡元件35配置成彼此的光軸(45、43、44)相互平行、且使這些光軸一致。在圖3中，38是照明光學(xué)系統(tǒng)32的射出光瞳；39是投射透鏡37的入射光瞳；47是正放大率透鏡元件35的焦點(diǎn)面；46是正放大率透鏡元件35的焦點(diǎn)。而40a～40c是照明光的光束、41a～41c是從反射式光閥36射出的射出光的光束。
如圖3所示，在本實(shí)施方式2中，正放大率透鏡元件35與實(shí)施方式1不同，它是由雙凸透鏡構(gòu)成。而且如圖4所示，在正放大率透鏡元件35的兩面上，通過(guò)細(xì)微加工技術(shù)形成有多個(gè)微小的突起42。
這些突起42的間距p1設(shè)定成可視頻帶波長(zhǎng)(照明光的波長(zhǎng))的1/2以下，最好設(shè)定為150nm～250nm。此外，突起42的高度h1設(shè)定成間距p1的1倍以上，最好設(shè)定成3倍以上。
在圖4所示的例子中，突起42形成圓錐狀，軸截面的面積是從頂端向底部漸漸地增大，但本發(fā)明并不局限于此。突起42可以是柱狀，突起42的截面也可以是圓形以外的多角形。
因此，在本實(shí)施方式2中，形成有多個(gè)微小的突起42的透鏡面與空氣相接觸，如下述的參考文獻(xiàn)所記載，由于設(shè)置了多個(gè)微小的突起42、使入射到正放大率透鏡元件35的光如同使折射率連續(xù)變化那樣地作用。這時(shí)，入射到正放大率透鏡元件的光如圖2B所示，在透鏡面上沒(méi)有被反射地入射到透鏡元件中。因此，如果采用本實(shí)施方式2的投射式顯示裝置，就能使入射到投射透鏡37的不必要的光成分成為零。
「參考文獻(xiàn)」Hiroshi TOYOTA，Koji TAKAHARA，Masato OKANO，Tsutom YOTSUYAand Hisao KIKUTA“Fabrication of Microcone Array forAntjreflection Structured Surface Using Metal Dotted Pattern”Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40(2001)pp.L747-L749其結(jié)果是，從照明光學(xué)系統(tǒng)32射出的光束40a、40b和40c在正放大率透鏡元件35的各個(gè)光學(xué)界面上都沒(méi)有被反射，都到達(dá)反射式光閥36，對(duì)光學(xué)圖象進(jìn)行照明。而從反射式光閥36射出的光，由正放大率透鏡元件35聚束后入射到投射透鏡37的入射光瞳39。由此，將反射式光閥36上形成的光學(xué)圖象通過(guò)投射透鏡37放大地投射到屏幕上。
在本實(shí)施方式2中，與實(shí)施方式1同樣地也可以將平凸透鏡用作正放大率透鏡元件35，可將凸面配置成朝投射透鏡37。這時(shí)，最好只在凸面上設(shè)置多個(gè)微小的突起。而形成多個(gè)微小突起的方法有例如，利用在成形面上設(shè)有多個(gè)微小凹部的金屬模、與該透鏡一起形成的方法；或者在沒(méi)有設(shè)置多個(gè)微小突起的透鏡的透鏡面上進(jìn)行浸蝕而形成的方法等。
這樣，如果采用本實(shí)施方式2的投射式顯示裝置，則能比實(shí)施方式1的投射式顯示裝置更能抑制由不必要的光成分引起的投射圖象的質(zhì)量下降。而且本實(shí)施方式2能與實(shí)施方式1同樣地不用全反射棱鏡、就能實(shí)現(xiàn)正面投射。
而且，在本實(shí)施方式2中，與實(shí)施方式1同樣地正放大率透鏡元件35最好由折射率高的玻璃材料形成。具體地說(shuō)，最好用折射率是1.74以上、1.85以下的材料。
(實(shí)施方式3)下面，參照著圖5和圖6來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式3的投射式顯示裝置。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是放大地表示圖5所示的正放大率透鏡元件的剖面示意圖。在本實(shí)施方式3中，也是將圖17所示的DMD用作反射式光閥。圖5是表示與構(gòu)成DMD的微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸相垂直地剖切而構(gòu)成的剖面。
如圖5所示，本實(shí)施方式3的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)，除了正放大率透鏡元件55不同以外，其余都是與實(shí)施方式1的投射式顯示裝置同樣的結(jié)構(gòu)。即、光源51、照明光學(xué)系統(tǒng)52、反射式光閥56和投射透鏡57都是與實(shí)施方式1所用的構(gòu)件同樣的。
而且，在本實(shí)施方式3中，光源51、照明光學(xué)系統(tǒng)52、正放大率透鏡元件55、反射式光閥56和投射式透鏡57等都是與實(shí)施方式1同樣地配置的。在本實(shí)施方式3中，也是將反射式光閥56、投射透鏡57和正放大率透鏡元件55配置成彼此的光軸(65、63、64)相互平行、并使這些光軸一致。在圖5中，58是照明光學(xué)系統(tǒng)52的射出光瞳；67是正放大率透鏡元件55的焦點(diǎn)面；66是正放大率透鏡元件55的焦點(diǎn)。而60a～60c是照明光的光束、61a～61c是從反射式光閥56射出的射出光的光束。
如圖5和圖6所示，在本實(shí)施方式3中、正放大率透鏡元件55是與實(shí)施方式1不同的，它是由平凹透鏡68與平凸透鏡69接合而構(gòu)成。而且平凸透鏡69的折射率大于平凹透鏡68的折射率。
具體地說(shuō)，如下述表1所示，平凹透鏡68用譬如玻璃材料A、玻璃材料B等折射率較低的材料形成。另一方面，如下述表1所示，平凸透鏡69用譬如玻璃材料C、玻璃材料D等折射率較高的玻璃材料形成。表1中「nd」是表示玻璃材料A～玻璃材料D的折射率，「vd」是表示玻璃材料A～玻璃材料D的色散。
(表1)

上述該將平凹透鏡68和平凸透鏡69接合而構(gòu)成的透鏡元件55也是與實(shí)施方式1中所用的透鏡元件同樣地、整體具有正放大率。因此與實(shí)施方式1同樣地，從照明光學(xué)系統(tǒng)52的射出光瞳58射出的光束60a、60b和60c形成各個(gè)主光線大致相互平行、與反射式光閥56的光軸65構(gòu)成的角度大約為20度的遠(yuǎn)心的照明光。而且各個(gè)光束的束散角都彼此大致相等。
而且，從反射式光閥56射出的射出光由正放大率透鏡元件55使光束縮小的同時(shí)、入射到投射透鏡57的入射光瞳59。入射到投射透鏡57的入射光瞳59的光由投射透鏡57放大地投影到屏幕上。
在本實(shí)施方式3中，接合的2個(gè)透鏡的折射率之差越大，接合面的放大率就越大。但是，折射率越大，則接合面上的界面反射就增大，所以在接合面上會(huì)產(chǎn)生與實(shí)施方式1所述同樣的由反射形成的不必要的光。因此，當(dāng)入射到投射透鏡57的不必要的光成分較多時(shí)，就會(huì)使投射圖象的對(duì)比度降低。
因此，在本實(shí)施方式3中，為了降低接合面上的反射率而抑制不必要光的產(chǎn)生，如圖6A所示地，采用在用低折射率材料構(gòu)成的平凹透鏡68的面68b與用高折射率材料構(gòu)成的平凸透鏡69的面69a之間設(shè)置薄膜的方式，該薄膜具有的折射率大于平凹透鏡68的折射率而小于平凸透鏡69的折射率。
具體地說(shuō)，在平凸透鏡69的面上用蒸鍍等方法形成具有兩種材料的至少中間的折射率的薄膜70b，并利用具有薄膜70b與平凹透鏡68的中間的折射率的粘接材料70a接合形成有薄膜70b的平凸透鏡69和平凹透鏡68。作為圖6A所示的薄膜70b的例子，譬如有SiO2膜、TiO2膜或它們的疊層膜。
在本實(shí)施方式3中，也可以形成如圖6B所示的方式，即在平凹透鏡68的面68b與平凸透鏡69的面69a之間，設(shè)有折射率從平凹透鏡68的折射率開(kāi)始變化到平凸透鏡69的折射率為止的薄膜。具體地說(shuō)，在平凸透鏡69的面69a上、用濺射的方法形成折射率在1.5～1.85之間連續(xù)變化的薄膜70b，用具有與平凹透鏡68同等的折射率的粘接劑70a(例如、千葉特殊化學(xué)公司(チバ·スペシャル·ケミカルズ社)制造的「環(huán)氧樹(shù)脂AY103」等)將上述平凸透鏡69與平凹透鏡68接合。
作為圖6B所示的薄膜70b的例子，譬如有具有高折射率的膜和具有中間折射率的膜和具有低折射率的膜疊層而形成的疊層膜。具有高折射率的膜的例子，譬如有Nb2O5膜、Sb2O5膜、Ta2O5膜等、或者它們的疊層膜。具有中間折射率的膜的例子，譬如有SiO2膜、TiO2膜或它們的疊層膜。而具有低折射率的膜的例子，譬如有MgF2膜、LiF膜、BaF2膜等、或者它們的疊層膜。
借助形成上述的圖6A和圖6B所示的方式，能將平凹透鏡68與平凸透鏡69的接合面上的界面反射抑制成大約為零，能得到可抑制因反射光生成的不必要光的正放大率透鏡元件。
在本實(shí)施方式3中，從照明光學(xué)系統(tǒng)52的射出光瞳58射出的光束60a、60b和60c入射到平凹透鏡68的面68a，一部分由面68a反射。但是，面68a是凹面，光束60a、60b和60c的各個(gè)主光線相互不平行。因此，借助適當(dāng)?shù)卦O(shè)定面68a的曲率半徑，能抑制光束60a、60b和60c的在面68a上的反射光、在光閥56的有效顯示區(qū)域上形成虛象。而由于從反射式光閥56射出的射出光束61a、61b和61c是相互平行地射出，因而面68a必須是凹面。
但是，平凹透鏡68的凹面(面68a)的曲率半徑越小，光束60a、60b、和60c的反射光中所含的各個(gè)光線的反射角度就越大，反射光入射到投射透鏡57的成分就越少。而在面68a的曲率半徑較小時(shí)，為了確保正放大率透鏡元件55整體的放大率，必須將構(gòu)成接合面的面68b和面69a的曲率半徑縮小，或者將平凹透鏡68與平凸透鏡69的折射率之差增大。
實(shí)際上，在使用已有的透明玻璃材料的場(chǎng)合下，上述透鏡之間的折射率之差最大為0.45左右，不能超過(guò)該數(shù)。而且，在要減小構(gòu)成接合面的面68b和面69a的曲率半徑時(shí)，在透鏡加工中就必須將中心厚度加厚，就會(huì)使投射透鏡的反焦距加長(zhǎng)。因此，根據(jù)這些理由，在面68a的反射光形成的虛象被形成在光閥56的有效顯示區(qū)域外的范圍內(nèi)，平凹透鏡68的凹面(面68a)的曲率半徑可以選擇最大的曲率半徑。
這樣，如果將平凹透鏡68與平凸透鏡69的接合透鏡用作正放大率透鏡元件，則能抑制不需要的反射光的入射、同時(shí)能得到放大率適當(dāng)?shù)恼糯舐释哥R。而且能確實(shí)地使從照明光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳58射出的光束與從反射式光閥56射出并入射到投射透鏡57的入射光瞳59的光束分離。
而且，從提高上述的效果考慮，在本實(shí)施方式3中，最好使用焦點(diǎn)距離是40mm～80mm左右的作為正放大率透鏡元件55。正放大率透鏡元件55的焦點(diǎn)距離可如下所述地適當(dāng)選擇，即，將朝反射式光閥56入射的投射光與從反射式光閥射出的射出光構(gòu)成的角度、朝反射式光閥56的入射光的F數(shù)值、從反射式光閥射出的射出光的F數(shù)值綜合在一起進(jìn)行適當(dāng)選擇。
這樣，如果使用本實(shí)施方式3的投射式顯示裝置，則與實(shí)施方式1的投射式顯示裝置相比，更能抑制由不必要光成分形成的投射圖象的質(zhì)量下降。而且在本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式1同樣地、不用全反射棱鏡就能實(shí)現(xiàn)正面投射。
(實(shí)施方式4)下面，參照著圖7和圖8來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式4的投射式顯示裝置。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8A是表示圖7所示的反射式光閥附近部分的照明光和投射光的光路示意圖，圖8B是表示圖7所示的反射式光閥附近部分的正放大率透鏡元件的在光學(xué)界面上的反射光的動(dòng)作示意圖。
在本實(shí)施方式4中，也是將圖17所示的DMD用作反射式光閥。圖7和圖8是用與構(gòu)成DMD的微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸相垂直地剖切而構(gòu)成的剖面表示。而且微小反射鏡的可動(dòng)范圍是±10的度。
先參照?qǐng)D7來(lái)說(shuō)明本實(shí)施方式4的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。本實(shí)施方式4的投射式顯示裝置在以下方面與實(shí)施方式1的投射式顯示裝置不同。如圖7所示，反射式光閥76與正放大率透鏡元件75是配置成使相互的光軸成平行的狀態(tài)、而且在光軸(85、84)之間設(shè)有距離d1。而且，設(shè)定的距離d1能夠使在透鏡元件75的光學(xué)界面88上反射的照明光的不需要光成分中的投射到投射透鏡77上的光，與從反射式光閥射出的的調(diào)制光的有效光成分分離。
而且，在本實(shí)施方式4中，正放大率透鏡元件75具有與實(shí)施方式1所示透鏡元件同樣的形狀，但有效半徑或折射率等參數(shù)不同。此外，在投射透鏡77的屏幕側(cè)設(shè)有遮光部73。
除了上述幾點(diǎn)以外，本實(shí)施方式4的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)是與實(shí)施方式1的投射式顯示裝置同樣的。即、正放大率透鏡75的配置，能使照明光通過(guò)透鏡元件75之后對(duì)反射式光閥76照明，從反射式光閥76射出的調(diào)制光通過(guò)透鏡元件75之后入射到投射透鏡77。
此外，光源71、照明光學(xué)系統(tǒng)72、反射式光閥76和投射透鏡77都是與實(shí)施方式1所用的構(gòu)件同樣的。再者，正放大率透鏡元件75和投射式透鏡77配置成彼此的光軸(84、83)相互平行且使這些光軸一致。照明光學(xué)系統(tǒng)72的射出光瞳78和投射透鏡77的入射光瞳79相對(duì)于正放大率透鏡元件75處于共軛關(guān)系。圖7中，87是正放大率透鏡元件75的焦點(diǎn)面，86是正放大率透鏡元件75的焦點(diǎn)。
由這樣的結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施方式4的投射式顯示裝置中也與實(shí)施方式1同樣地，從反射式光閥76射出的射出光通過(guò)正放大率透鏡元件75之后投射到投射透鏡77，由此將反射式光閥76上的光學(xué)圖象放大地投射在屏幕上。
下面，參照著圖8來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的投射式顯示裝置的原理。與實(shí)施方式1同樣地，從照明光學(xué)系統(tǒng)72的射出光瞳78射出由光源71聚光且由照明光學(xué)系統(tǒng)72均勻化和整形化了的光束，即如圖8A所示，從照明光學(xué)系統(tǒng)72的射出光瞳78射出對(duì)反射式光閥76的上部照明的光束80a、對(duì)反射式光閥76的中央部照明的光束80b、和對(duì)反射式光閥76的下部照明的光束80c。
光束80a、80b、和80c通過(guò)正放大率透鏡元件75之后入射到反射式光閥76。因此，從射出光瞳78射出的光線內(nèi)對(duì)反射式光閥上部照明的光束80a，由正放大率透鏡元件75折射，與入射到正放大率透鏡元件75之前相比，朝著與正放大率透鏡元件75的光軸84構(gòu)成較小角度的方向折射。
另一方面，對(duì)反射式光閥76的下部照明的光束80c，由正放大率透鏡元件75的作用朝著與光軸84構(gòu)成較大角度的方向折射。這樣、與實(shí)施方式1同樣地，通過(guò)正放大率透鏡元件75的光束80a、光束80b、光束80c成為各個(gè)主光軸相互大致平行的、與反射式光閥76的光軸85構(gòu)成的角度是大致20度的遠(yuǎn)心的照明光。而且，各個(gè)光束的束散角都彼此大致相等。
這時(shí)，如圖8B所示，與實(shí)施方式1同樣地，從照明光學(xué)系統(tǒng)72的射出光瞳78射出的光束80a、80b、和80c的一部分在正放大率透鏡元件75的光學(xué)界面88上被反射，產(chǎn)生光束90a、90b、和90c，沿著投射透鏡77的方向行進(jìn)。這些光束是在反射式光閥76的附近形成虛象82的不必要光。
但是，在本實(shí)施方式4中，如上所述地將反射式光閥76和正放大率透鏡元件75配置成相互之間的光軸(85、84)保持距離d1。而且，距離d1是如上所述地設(shè)定成，能使光學(xué)界面88上產(chǎn)生的光束90a、90b、90c中的、入射到投射透鏡77的光和從反射式光閥76射出的調(diào)制光的有效成分分離。
這樣，如果采用本實(shí)施方式4，則虛象82就形成在反射式光閥76的有效顯示區(qū)域以外，由于這樣就能抑制不必要光在屏幕的顯示區(qū)域上的發(fā)生，因而能得到圖象質(zhì)量?jī)?yōu)良的投射圖象。
在設(shè)定反射式光閥76的光軸85和正放大率透鏡元件75的光軸84之間的距離d1時(shí)，可將反射式光閥76的有效顯示區(qū)域的大小、照明光學(xué)系統(tǒng)72的射出光瞳78的大小或形狀、虛象82的強(qiáng)度分布等綜合考慮地進(jìn)行。
具體地說(shuō)，距離d1的設(shè)定可以如下所述地進(jìn)行。譬如、反射式光閥76具有矩形的顯示區(qū)域，如果是設(shè)定成與該矩形的任意一邊平行的距離d1，則最好將這距離d1設(shè)定成該邊長(zhǎng)的1/4以上、1/2以下。這時(shí)，就不會(huì)使投射透鏡77的有效象圓(有効像円)顯著地增大，而且不會(huì)使光軸相互間傾斜，用適當(dāng)?shù)姆糯舐示湍艽_實(shí)地將從照明光學(xué)系統(tǒng)72的射出光瞳78射出的光束、與從反射式光閥76射出并入射到投射透鏡77的入射光瞳79的入射光束分離，同時(shí)可抑制不需要光的發(fā)生。
而且，本實(shí)施方式4中，如上所述地在投射透鏡77的屏幕側(cè)設(shè)有遮光部73。因此，能對(duì)不需要入射到投射透鏡77的光進(jìn)行遮光。只要遮光部73能將不必要光適當(dāng)?shù)卣诒?，則可將其配置在投射透鏡77和屏幕之間的任意位置。
在圖7所示的例子中，由于不必要光是從投射透鏡77射出的光束中的一部分，因而遮光部73的形狀為能遮蔽不必要光所通過(guò)區(qū)域的形狀。但遮光部73的形狀沒(méi)有特別的限定，譬如可以作成具有開(kāi)口部的框狀或環(huán)狀。
這時(shí)，遮光部73的開(kāi)口部可設(shè)置成這樣，即、從反射式光閥76射出并射入到投射透鏡77的光束中，只有顯示本來(lái)圖象所必需的有效光束才能到達(dá)屏幕(圖中沒(méi)有表示)。
而且，在這種場(chǎng)合下，如果將遮光部73配置在投射透鏡77的屏幕側(cè)，則一般情況下由于這里的光束大致是與屏幕的有效顯示區(qū)域大致相似的形狀，因而最好將開(kāi)口部也作成與屏幕的有效顯示區(qū)域大致相似的形狀。
在本實(shí)施方式4中，最好采用形成有虛象82的面與反射式光閥76的顯示面大概一致的結(jié)構(gòu)。如果作成該結(jié)構(gòu)，則顯示區(qū)域中的與虛象82重疊的區(qū)域也可成為最小，而且能縮小正放大率透鏡元件75的光軸84與反射式光閥76的光軸85的距離d1。此外如果作成該結(jié)構(gòu)，則能縮小投射透鏡77的有效象圓。
在本實(shí)施方式4中，最好將焦點(diǎn)距離是50mm～120mm左右的透鏡作為正放大率透鏡元件75。其原因在于，如果采用這樣的正放大率透鏡元件75，則能得到適當(dāng)?shù)姆糯舐?，能確實(shí)使從照明光學(xué)系統(tǒng)72的射出光瞳78射出的光束與從反射式光閥76射出并入射到投射透鏡77的入射光瞳79的光束分離。
正放大率透鏡元件75的焦點(diǎn)距離可以將入射到反射式光閥76入射光與從反射式光閥射出的射出光所構(gòu)成的角度、入射到反射式光閥76的入射光的F數(shù)值、從反射式光閥射出的射出光的F數(shù)值綜合在一起進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。
在本實(shí)施方式4中，如上所述地將有效直徑比實(shí)施方式1中所用的透鏡元件大的透鏡元件用作透鏡元件75。這是因?yàn)榫嚯xd1的設(shè)定，使正放大率透鏡元件75的照明光的光束所通過(guò)的區(qū)域和從反射式光閥76射出的光束所通過(guò)的區(qū)域加在一起的有效區(qū)域擴(kuò)大。
但是，在用1個(gè)平凸透鏡構(gòu)成正放大率透鏡元件75而增大有效直徑時(shí)，為了確保端部(コバ)厚度，就需要較厚的中心厚度。因此，本實(shí)施方式4中也和實(shí)施方式1同樣地，最好用折射率高的玻璃材料形成正放大率透鏡元件75。具體地說(shuō)，最好用折射率是1.74以上、1.85以下的材料。
這樣，如果采用本實(shí)施方式4的投射式顯示裝置，則能比實(shí)施方式1的投射式顯示裝置更能抑制由不必要光成分形成的投射圖象的圖象質(zhì)量的下降。而且本實(shí)施方式4與實(shí)施方式1同樣地，不用全反射棱鏡就能實(shí)現(xiàn)正面投射。
(實(shí)施方式5)下面，參照著圖9和圖10來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式5。圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是放大地表示圖9所示的反射式光閥附近部分的示意圖。在本實(shí)施方式5中，也是將圖17所示的DMD用作反射式光閥。圖9和圖10是用與構(gòu)成DMD的微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸相垂直地剖切而構(gòu)成的剖面表示的。
先參照?qǐng)D9來(lái)說(shuō)明本實(shí)施方式5的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。本實(shí)施方式5的投射式顯示裝置在以下方面與實(shí)施方式1的投射式顯示裝置不同。如圖9所示，在光軸方向上透鏡元件95和反射式光閥96之間的距離d2被設(shè)定成，能夠使在透鏡元件95的光學(xué)界面上反射的照明光的不需要成分中的入射到投射透鏡97的光、與從反射式光閥96射出的調(diào)制光的有效光成分分離。
而且、本實(shí)施方式5的投射式顯示裝置在投射透鏡97的屏幕側(cè)設(shè)有遮光部120。此外，本實(shí)施方式5的投射式顯示裝置設(shè)有彩色轉(zhuǎn)盤(pán)121，照明光學(xué)系統(tǒng)92的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1不同。
除了上述的幾點(diǎn)以外，本實(shí)施方式5的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)是與實(shí)施方式1的投射式顯示裝置同樣的。即、光源91、正放大率透鏡元件95、反射式光閥96和投射透鏡97都是使用與實(shí)施方式1中的同樣結(jié)構(gòu)。
而且，反射式光閥96、投射透鏡97和正放大率透鏡元件95等是與實(shí)施方式1同樣地配置著，相互的光軸(105、103、104)平行而且是一致的。此外、與實(shí)施方式1同樣地、照明光學(xué)系統(tǒng)92的射出光瞳98與投射透鏡的入射光瞳99是相對(duì)于正放大率透鏡元件95處于共軛關(guān)系。圖9中，107是正放大率透鏡元件95的焦點(diǎn)面，106是正放大率透鏡元件95的焦點(diǎn)。
在本實(shí)施方式5中，照明光學(xué)系統(tǒng)92是按照順序配置著聚光透鏡122、第1透鏡列123、第2透鏡列124、轉(zhuǎn)象透鏡125而構(gòu)成。
在本實(shí)施方式5中，彩色轉(zhuǎn)盤(pán)121是配置在對(duì)光源91射出的光進(jìn)行聚光的凹面鏡1b的第2焦點(diǎn)f2上。彩色轉(zhuǎn)盤(pán)121是在圓周上按照R(紅色)、G(綠色)、B(藍(lán)色)的順序排列3種顏色的濾色鏡而構(gòu)成，光通過(guò)它的一部分。彩色轉(zhuǎn)盤(pán)121上安裝著電機(jī)等原動(dòng)機(jī)(圖中沒(méi)有表示)，彩色轉(zhuǎn)盤(pán)121作成以軸126為中心而進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。因此使通過(guò)的光按照R、G、B的順序地進(jìn)行切換。通過(guò)彩色轉(zhuǎn)盤(pán)121的光由焦點(diǎn)位于凹面鏡1b的第2焦點(diǎn)f2上的聚光鏡122變換成大致是平行的光。
被變換成大致平行的光入射到第1透鏡列123。第1透鏡列123由多個(gè)正放大率透鏡元件構(gòu)成，該多個(gè)正放大率透鏡元件的分布具有與反射式光閥96的顯示區(qū)域的形狀大致相似的開(kāi)口。而且第2透鏡列124也是與第1透鏡列123同樣地由多個(gè)正放大率透鏡元件構(gòu)成。因此，入射到第1透鏡列123的大致平行的光、被構(gòu)成第1透鏡列123的多個(gè)透鏡元件分割，在構(gòu)成與該透鏡元件相對(duì)應(yīng)的第2透鏡列124的各個(gè)透鏡元件上形成發(fā)光體象。
從構(gòu)成第2透鏡列124的各個(gè)透鏡元件射出的光線依次通過(guò)轉(zhuǎn)象透鏡125、反射式光閥96附近的正放大率透鏡元件95，對(duì)反射式光閥96照明。這時(shí)，從第2透鏡列1 24的各個(gè)透鏡元件射出的光線在反射式光閥96的顯示區(qū)域被重疊。照明光學(xué)系統(tǒng)92的射出光瞳98大致位于第2透鏡列124的附近，且位于轉(zhuǎn)象透鏡125中。
從反射式光閥96射出的光線由正放大率透鏡元件96聚束后入射到投射透鏡97的入射光瞳99。由此，由投射透鏡97將形成在反射式光閥96上的光學(xué)象放大地投射到屏幕上。
下面，參照著圖10來(lái)說(shuō)明本實(shí)施方式5的不需要光成分和有效光成分的分離原理。由光源91聚光、由照明光學(xué)系統(tǒng)92均勻化和整形了的光束從照明光學(xué)系統(tǒng)92的射出光瞳98射出，并射出對(duì)反射式光閥96的上部照明的光束100a、對(duì)反射式光閥96的中部照明的100b、對(duì)反射式光閥96的下部照明的100c。
這時(shí)，如圖10所示，從圖10中的照明光學(xué)系統(tǒng)92的射出光瞳98射出的光束100a、100b和100c的一部分，在正放大率透鏡元件95的光學(xué)界面102上被反射，并產(chǎn)生光束119a、119b、119c，向投射透鏡97的方向行進(jìn)。這些光束是在反射式光閥96的附近形成虛象112的不必要光。
但是，在本實(shí)施方式5中，如上所述，透鏡元件95與反射式光閥96之間的距離d2被設(shè)定成這樣，即、它能使透鏡元件95的光學(xué)界面102上產(chǎn)生的光束119a、119bb、119c中的入射到投射透鏡97的光和從反射式光閥96射出的調(diào)制光的有效光成分分離。因此，能抑制屏幕的顯示區(qū)域上產(chǎn)生不必要光，能得到圖象質(zhì)量?jī)?yōu)良的投射圖象。
這里，對(duì)距離d2的設(shè)定進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)漸漸增大距離d2時(shí)，照明光的光束100a、100b和100c通過(guò)透鏡95的位置向圖中的下方轉(zhuǎn)移。而且與此相隨地、反射光的光束119a、119b和119c在正放大率透鏡元件95上反射的位置也向圖中的下方轉(zhuǎn)移。
此時(shí)，光束119a、119b、119c中的入射到投射透鏡97的光同從反射式光閥96射出的調(diào)制光的有效光成分逐漸地分離，虛像112也相對(duì)應(yīng)地向圖中的下方移動(dòng)，而遠(yuǎn)離反射式光閥96的光軸105。
因此，最好將距離d2設(shè)定成使虛象112形成在反射式光閥76的有效顯示區(qū)域以外，這時(shí)，更能抑制在上述屏幕的顯示區(qū)域中的不需要光，能得到更加優(yōu)良圖象質(zhì)量的投射圖象。
在本實(shí)施方式5中，還如上所述地在投射透鏡97的屏幕側(cè)設(shè)有遮光部120。這樣，能將射入到投射透鏡97的不必要光遮住。遮光部120的結(jié)構(gòu)是和實(shí)施方式4所示同樣的。
在本實(shí)施方式5中，由于適當(dāng)?shù)剡x擇從照明光學(xué)系統(tǒng)92的射出光瞳98到正放大率透鏡元件95的距離、和正放大率透鏡元件95的焦點(diǎn)距離，因而能使形成虛象112的面和反射式光閥96的顯示面大致一致。這時(shí)，能使與顯示區(qū)域中的虛象112重疊的區(qū)域最小，而且，由于能使正放大率透鏡元件95和反射式光閥96之間的距離d2縮小，因而能使投射透鏡97的反焦距縮短，能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)小型化。
但是，由于在本實(shí)施方式5中對(duì)距離d2進(jìn)行了設(shè)定，因而從反射式光閥96射出的射出光的光束就比實(shí)施方式1的大。因此，在本實(shí)施方式5中，最好的方式是使正放大率透鏡元件的有效直徑增大。而且如實(shí)施方式4所述，當(dāng)用1個(gè)平凸透鏡構(gòu)成正放大率透鏡元件時(shí)，為了確保端部厚度，就必需用較厚的中心厚度。因此，在本實(shí)施方式5中，也和實(shí)施方式1同樣地，最好用折射率高的玻璃材料形成正放大率透鏡元件95。具體地說(shuō)、最好用折射率是1.74以上、1.85以下的材料。
這樣，如果采用本實(shí)施方式5的投射式顯示裝置，則能比實(shí)施方式1的投射式顯示裝置更能抑制由不必要光形成的投射圖象質(zhì)量的降低。而且在本實(shí)施方式5中，與實(shí)施方式1同樣地不用全反射棱鏡也能實(shí)現(xiàn)正面投射等。
(實(shí)施方式6)下面，參照著圖11～圖13來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式6。圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式6的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12表示構(gòu)成圖11所示的投射式顯示裝置的投射透鏡的入射光瞳。在本實(shí)施方式6中，也是將圖17所示的DMD用作反射式光閥。圖11是用與構(gòu)成DMD的微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸相垂直地剖切而形成的剖面表示的。
先參照?qǐng)D11來(lái)說(shuō)明本實(shí)施方式6的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。如圖11所示，本實(shí)施方式6的投射式顯示裝置在以下方面與實(shí)施方式5的投射式顯示裝置不同。即、在投射透鏡97的屏幕側(cè)沒(méi)有設(shè)置遮光部120，而是設(shè)置了光闌。除此以外，本實(shí)施方式6的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)是與實(shí)施方式5的投射式顯示裝置同樣的。圖11中，標(biāo)上與圖9同樣符號(hào)的部分都是與圖9所示相同的部件。
在本實(shí)施方式6的投射式顯示裝置中，如圖12所示，在投射透鏡97的入射光瞳99處設(shè)置著與投射透鏡97的光軸103偏心的光闌138。還如下所述地設(shè)有第2光闌(圖中沒(méi)有表示)。127是有效區(qū)域。因此，在反射式光閥96上反射的照明光中只有構(gòu)成光學(xué)象的部分(調(diào)制光的有效部分)通過(guò)光闌138。下面、參照?qǐng)D13來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。
圖13是表示圖11所示反射式光閥的顯示區(qū)域中心部的光束的動(dòng)作。圖13只表示了構(gòu)成反射式光閥的微小反射鏡中的顯示區(qū)域中心部分。而且圖13是用與構(gòu)成DMD的微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸相垂直地剖切而形成的剖面表示的。在圖13中，96a是ON狀態(tài)的微小反射鏡、96b是OFF狀態(tài)的微小反射鏡，關(guān)于投射透鏡97只表示了入射光瞳99。
如圖13所示，設(shè)照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸128與反射式光閥96的光軸105(投射透鏡97的光軸)相交的角度為β、ON狀態(tài)下微小反射鏡的法線129與反射式光閥96的光軸105相交的角度為γ。這時(shí)，在反射式光閥96處于ON狀態(tài)時(shí)，射出的光束的主光線132與反射式光閥96的光軸105相交的角度α由下述(2)可知。
α＝β-2γ……(2)另一方面，在反射式光閥96處于OFF狀態(tài)時(shí)，射出的光束139的主光線133與反射式光閥的光軸105(投射透鏡97的光軸103)相交成角度為δ時(shí)，δ由下述(3)可知。該OFF狀態(tài)時(shí)射出的光束是不必要光。
δ＝4γ+α……(3)為了提高投射圖象的圖象質(zhì)量，必須不發(fā)生如下所述的情況，即、不必要光入射到投射透鏡97的入射光瞳99并在透鏡內(nèi)部發(fā)生雜散光、或者不必要光到達(dá)屏幕等。因此，如果根據(jù)上述式(3)將角度α取成0度以上，則使δ增大，反射式光閥96處于OFF狀態(tài)時(shí)，射出的光束在角度α為0度時(shí)，使光束140的位置偏移到光束139的位置。這使主光線133遠(yuǎn)離投射透鏡的入射光瞳99，能抑制上述的不必要光入射到入射光瞳99。
此外，使反射式光閥96處于ON狀態(tài)下，射出的光束的主光線132和反射式光閥的光軸105一致時(shí)，即、角度α為0度時(shí)的有效區(qū)域是用虛線表示的130。但是，當(dāng)主光線132傾斜(角度α＞0)時(shí)，有效區(qū)域向圖中的上方偏移，這時(shí)的有效區(qū)域就成為再圖12頁(yè)表示的127。由此，在本實(shí)施方式中設(shè)置光闌138進(jìn)行遮光，使不必要光不通過(guò)投射透鏡的入射光瞳99中的有效區(qū)域127以外的區(qū)域。
被設(shè)置在反射式光閥的表面上的透明底板反射的光成為不必要光，該不必要光的主光線134和反射式光閥的主光軸105(投射透鏡97的光軸103)相交的角度為β。因此，通過(guò)將角度α取成0度以上，使該不必要光的主光線134和反射式光閥的光軸105(投射透鏡97的光軸103)相交的角度β增大，就能抑制該不必要光入射到投射透鏡的入射光瞳99。
但是，在反射式光閥96的顯示區(qū)域(圖中沒(méi)有表示)中，周期性地形成由微小反射鏡、驅(qū)動(dòng)用信號(hào)線和象素電極等構(gòu)成的象素。隨著投射圖象向高精細(xì)化發(fā)展，也使反射式光閥96上的有效象素?cái)?shù)量增大。因此，只要反射式光閥96的尺寸不向大型化發(fā)展，就使反射式光閥96上的象素(傾斜反射鏡)的尺寸縮小，使象素的間距也變小。
而且，通常，通過(guò)使反射式光閥的尺寸縮小，能降低反射式光閥和使用該光閥的光學(xué)系統(tǒng)的成本，因而最好是使反射式光閥小型化。因此，認(rèn)為今后非常有可能使象素的尺寸和間距更小。
這里，考慮了一種使光入射到具有如圖17所示的反射式光閥那樣周期性結(jié)構(gòu)的物體上的場(chǎng)合。一般，當(dāng)光入射到具有細(xì)微周期結(jié)構(gòu)的物體時(shí)，具有周期結(jié)構(gòu)的物體會(huì)產(chǎn)生衍射光柵的作用，發(fā)生0級(jí)光、1級(jí)光、2級(jí)光、…等衍射光。在反射面形成衍射光柵的場(chǎng)合下，反射光成為衍射光。衍射光的產(chǎn)生是根據(jù)級(jí)數(shù)而具有離散的強(qiáng)度分布，各級(jí)數(shù)的衍射光滿足下述的公式(4)。在下述的公式(4)中，θ是入射光與光軸相交的角，θ′是射出光與光軸相交的角，n是以整數(shù)表示的衍射級(jí)數(shù)、λ是波長(zhǎng)、d3是周期結(jié)構(gòu)的間距。
(nλ)/d3＝sinθ-sinθ′……(4)因此，在圖17所示的反射式光閥中，在反射式光閥的透明底板上被反射而產(chǎn)生的不必要光成為以主光線134為中心在軸135a和135b的方向上具有角度為θ1的束散角的光束136射出，同時(shí)也射出由上述微細(xì)的周期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的衍射光。在這衍射光中，發(fā)生在0級(jí)光外側(cè)的1級(jí)光的光束，是相對(duì)于位于光束136的最外周上的軸135a和135b離散地射出的，但被重疊之后形成具有比θ1大的束散角的光束137而射出。
但是，在上述衍射光中強(qiáng)度最強(qiáng)的光是1級(jí)衍射光。1級(jí)衍射光相對(duì)于入射光，以由下述公式(5)所示的角度為φ的束散角射出。
sinφ＝λ/d……(5)因此，根據(jù)上述公式(5)，在透明底板上因反射而發(fā)生的光束137是以包含光束136的束散角θ1的(θ1+φ)角度射出。
另一方面，從圖13可見(jiàn)，β也滿足下述的公式(6)。θ1是如上所述地在反射式光閥96上反射之后入射到投射透鏡的光的束散角。
β＝2θ1+α……(6)因此，如圖13所示，從反射式光閥96射出的調(diào)制光的有效光成分(ON光)的一部分與不必要光的光束137重疊，不必要光的光束137的一部分通過(guò)有效區(qū)域127。因此，在本實(shí)施方式6中，如圖13所示地設(shè)置第2光闌131來(lái)對(duì)有效區(qū)域127的一部分進(jìn)行遮光，使光束137的一部分不通過(guò)。而且，最好使第2光闌131是沿著光束137的外形而形成，使連接它的光軸105側(cè)的最頂端部與微小反射鏡96a的線相對(duì)于光軸105的角度為(θ3-φ)或(θ1+α＝φ)。
而且，在本實(shí)施方式6中，入射光瞳99必需如圖13所示地包含有效區(qū)域127。因此投射透鏡的F數(shù)值F1最好滿足下述公式(1)。
F1＝1/(2sin(θ1+α))……(1)譬如，反射式光閥的象素間距是14μm左右的場(chǎng)合，1級(jí)衍射光發(fā)生在相對(duì)于光束136、大致增大2.4度(φ＝2.4度)束散角的范圍。因此，最好使投射透鏡的有效入射光瞳(有效區(qū)域127)相對(duì)于光軸103、以大于2.4度的角度(α)偏心。而且，在這種場(chǎng)合下，當(dāng)微小反射鏡(96a、96b)的傾斜角度是±10度時(shí)，相對(duì)于無(wú)偏心場(chǎng)合的大約是3的F1數(shù)值，根據(jù)上述公式(1)，投射透鏡的F數(shù)值F1大致為2.4。
這樣，在本實(shí)施方式6的投射式顯示裝置中，在投射透鏡的入射光瞳99上設(shè)置著偏心的光闌138和第2光闌131，從反射式光閥射出的構(gòu)成圖象的光束能通過(guò)這些光闌。即、在本實(shí)施方式6中，當(dāng)反射式光閥處于ON狀態(tài)時(shí)，射出光束的主光線132和反射式光閥的光軸105相交的角α，設(shè)定成大于0度。
這樣，如果使用本實(shí)施方式6的投射式顯示裝置，則能抑制在OFF狀態(tài)下射出的光或在透明底板上反射的光等的不必要光入射到投射透鏡的入射光瞳，能提高投射圖象的圖象質(zhì)量。雖然在本實(shí)施方式中，光闌138是呈圓形的，但是本實(shí)施方式并不局限于這種形狀，譬如可以是橢圓形的。
這樣，如果采用本實(shí)施方式6的投射式顯示裝置，則能比實(shí)施方式1的投射式顯示裝置更能抑制由不必要光形成的投射圖象的圖象質(zhì)量下降。而且在本實(shí)施方式6中，也能與實(shí)施方式1同樣地，不用全反射棱鏡就能實(shí)現(xiàn)正面投射。
由于如上所述地在投射透鏡上設(shè)置偏心的光闌138和第2光闌131，因而最好不使設(shè)有光闌的透鏡或透鏡組旋轉(zhuǎn)，以避免由這旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行焦點(diǎn)的前后調(diào)整。因此，在本實(shí)施方式6中，投射透鏡的焦點(diǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)最好是不使透鏡組旋轉(zhuǎn)、只使其朝光軸方向移動(dòng)，由此進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)整；特別好的是那種只使構(gòu)成投射透鏡的透鏡組中的前面組移動(dòng)而進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)整的機(jī)構(gòu)。
具體地說(shuō)，譬如使用前進(jìn)螺旋面(ヘリコイド)的焦點(diǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)。如果只使沒(méi)有設(shè)置偏心的光闌的透鏡組旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)整，則使用這樣的焦點(diǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)是最好的方式。
在本實(shí)施方式6中，也和實(shí)施方式5同樣地，最好用折射率高的玻璃材料構(gòu)成正放大率透鏡元件95。具體地說(shuō)、最好使用折射率是1.74以上、1.85以下的材料。
(實(shí)施方式7)下面，參照著圖14來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式7。圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式7的投射式顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施方式6中，也是將圖17所示的DMD用作反射式光閥。圖14是用與構(gòu)成DMD的微小反射鏡的旋轉(zhuǎn)支承軸相垂直地剖切而形成的剖面表示的。
如圖14所示，本實(shí)施方式7的投射式顯示裝置，除了照明光學(xué)系統(tǒng)142的結(jié)構(gòu)以外，其余都是與實(shí)施方式6同樣地構(gòu)成。即、光源141、正放大率透鏡元件145、反射式光閥146和投射透鏡147等都是與實(shí)施方式6同樣的，并與實(shí)施方式6同樣地配置。
在本實(shí)施方式7中，照明光學(xué)系統(tǒng)142是按照順序配置聚光鏡160、分割光束的透鏡列164、將多個(gè)光纖166捆緊而構(gòu)成的光導(dǎo)管165、轉(zhuǎn)象透鏡167等構(gòu)成。
這樣，通過(guò)彩色轉(zhuǎn)盤(pán)121且由聚光鏡160轉(zhuǎn)換了的大致平行光，通過(guò)透鏡列164之后，入射到構(gòu)成光導(dǎo)管165的各個(gè)光纖166。入射到光纖166的光在光纖內(nèi)部反復(fù)地進(jìn)行反射之后射出。
但是，在實(shí)施方式1～實(shí)施方式5所示的投射式顯示裝置中，照明光學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)件(例如照明光學(xué)系統(tǒng)2的轉(zhuǎn)象透鏡系統(tǒng)4等)是與照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸垂直的。而照明光學(xué)系統(tǒng)是配置成它的光軸相對(duì)于正放大率透鏡的光軸和反射式光閥的光軸傾斜的。因此，根據(jù)「沙伊姆弗勒定理」，到達(dá)反射式光閥上的照明光的形狀可能是菱形或梯形等將矩形傾斜的形狀。這時(shí)，從反射式光閥射出的光的光束密度是從圖中的上方向下方地增高、光束分布是不均勻的。
而且，當(dāng)從反射式光閥146射出的光的光束151a、151b和151c通過(guò)正放大率透鏡元件145時(shí)，這些光束發(fā)生折射，而且折射方向和折射力根據(jù)在反射式光閥146顯示區(qū)域的哪一個(gè)部分被反射而不同。這樣，即使在投射透鏡147的入射光瞳149中，光束密度也是可能從圖中的上方向下方地增高，光束分布是不均勻的。
一旦發(fā)生這樣的光束分布不均勻，則照明光學(xué)系統(tǒng)142的射出光瞳148中的一部分區(qū)域和投射透鏡147的入射光瞳149中的一部分區(qū)域，就不保持相對(duì)于正放大率透鏡的共軛關(guān)系，投射圖象的亮度就可能不均勻。
因此，在本實(shí)施方式7中，如上所述地用光導(dǎo)管165構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)142。光導(dǎo)管165是將多個(gè)光纖166捆緊而構(gòu)成，照明光學(xué)系統(tǒng)142的射出光瞳148由配置成2維狀的多個(gè)光纖166的射出光構(gòu)成。因此，照明光學(xué)系統(tǒng)142的射出光瞳148就具有多個(gè)部分光瞳要素，射出光瞳148的形狀就成為多個(gè)部分光瞳要素相結(jié)合的面形狀。在本實(shí)施方式中，該面最好是自由曲面。
而且，如圖14所示，多個(gè)光纖166在光導(dǎo)管165的入射面165a上是均等地排列，在射出面165b上是不均等地排列的。在圖14所示的例子中，在射出面165b中，光纖166的密度是從圖中的上方向下方地降低的。因此，從照明光學(xué)系統(tǒng)142射出的照明光的光束分布在射出的時(shí)刻是不均勻的，但是在反射式光閥反射時(shí)就成為均勻。即、根據(jù)「沙伊姆弗勒定理」，能抑制到達(dá)反射式光閥上146的照明光的形狀成為矩形傾斜的形狀。
因此，投射透鏡147的入射光瞳149的全部區(qū)域或大致全部區(qū)域、和照明光學(xué)系統(tǒng)142的射出光瞳148的全部區(qū)域或大致全部區(qū)域就滿足良好的共軛關(guān)系，從照明光學(xué)系統(tǒng)142的射出光瞳148射出的照明光能最大限度地通過(guò)投射光學(xué)系統(tǒng)147的入射光瞳149。
在本實(shí)施方式7中，投射透鏡147的入射光瞳149和照明光學(xué)系統(tǒng)142的射出光瞳被配置成相對(duì)于正放大率透鏡元件145具有共軛關(guān)系。因此，根據(jù)「沙伊姆弗勒定理」，借助對(duì)照明光學(xué)系統(tǒng)142的射出光瞳148的光束分布進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，能使投射透鏡147的入射光瞳149上的光束分布變得均勻，能得到均勻亮度的投射圖象。
在本實(shí)施方式中，照明光學(xué)系統(tǒng)142并不局限于采用光導(dǎo)管165的方式。照明光學(xué)系統(tǒng)142可以用配置多個(gè)由多個(gè)正放大率透鏡元件構(gòu)成的透鏡陣列的結(jié)構(gòu)來(lái)替代光導(dǎo)管165。在該結(jié)構(gòu)中，通過(guò)使用構(gòu)成透鏡陣列的正放大率透鏡元件的焦點(diǎn)距離分別不同的透鏡陣列，可適當(dāng)?shù)乜刂茝恼彰鞴鈱W(xué)系統(tǒng)射出的照明光的光束分布。因此，在該實(shí)施方式中，也能使在反射式光閥反射的照明光的光束分布變得均勻。而且，還可以將本實(shí)施方式7所示照明光學(xué)系統(tǒng)142用作其他實(shí)施方式的投射式顯示裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)。
在本實(shí)施方式7中，在投射透鏡147上也設(shè)置著與實(shí)施方式6所示的結(jié)構(gòu)同樣的光闌(圖13中所示的光闌138和第2光闌131)。因此，照明光學(xué)系統(tǒng)142的配置，必須使在反射式光閥146反射的照明光中構(gòu)成光學(xué)象的部分通過(guò)這些光闌。而且在這種場(chǎng)合下，投射透鏡的F數(shù)值最好與實(shí)施方式6同樣地滿足上述公式(1)。
在本實(shí)施方式7中，正放大率透鏡元件145最好與實(shí)施方式5同樣地用折射率高的玻璃材料形成。具體地說(shuō)，最好是用折射率為1.74以上、1.85以下的材料。
在本發(fā)明的投射式顯示裝置中，反射式光閥也可使用多個(gè)。這時(shí)必須設(shè)置色彩分離光學(xué)系統(tǒng)和色彩合成光學(xué)系統(tǒng)，前者是用于使單色光入射到各個(gè)反射式光閥；后者是用于將各個(gè)反射式光閥射出的光合成。
在本發(fā)明的投射式顯示裝置中，構(gòu)成反射式光閥的各個(gè)象素的微小反射鏡的可動(dòng)范圍并不局限于±10度。在本發(fā)明中，微小反射鏡的可動(dòng)范圍最好根據(jù)所使用的反射式光閥的特性，設(shè)定成能得到最適當(dāng)?shù)墓廨敵龊洼^高的對(duì)比度。
此外，在本發(fā)明的投射式顯示裝置中，反射式光閥的各個(gè)象素并不局限于由動(dòng)作的微小反射鏡構(gòu)成的方式，在本發(fā)明的投射式顯示裝置中，反射式光閥的結(jié)構(gòu)只要是光的射入方向和射出方向不同的、能控制射出方向的就可以。
(實(shí)施方式8)圖15是表示本發(fā)明的背投式投影機(jī)一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)圖。如圖15所示，背投式投影機(jī)包括實(shí)施方式1～實(shí)施方式7中任一個(gè)所示的投射式顯示裝置170；把從投射式顯示裝置170投射的光進(jìn)行反射的反射鏡171；使反射鏡171反射的光透過(guò)且散射而進(jìn)行顯示的屏幕172；收容這些構(gòu)件的筐體173構(gòu)成。
這樣，由于在圖15所示的背投式投影機(jī)中使用了實(shí)施方式1～實(shí)施方式7中所示的任意一種投射式顯示裝置，因而能使結(jié)構(gòu)小型化、能降低成本，能顯示圖象質(zhì)量良好的投射圖象。
(實(shí)施方式9)圖16是表示本發(fā)明的多影像系統(tǒng)一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)圖。如圖16所示，多影像系統(tǒng)具有多個(gè)投射系統(tǒng)和影象信號(hào)分割電路189。各個(gè)投射系統(tǒng)由實(shí)施方式1～實(shí)施方式7中的任意一個(gè)所示的投射式顯示裝置(180～182)、透過(guò)式屏幕(183～185)和筐體(186～188)構(gòu)成。
影象信號(hào)分割電路189將畫(huà)面分割成多個(gè)區(qū)域，并對(duì)各個(gè)區(qū)域的影象信號(hào)進(jìn)行加工之后，供給構(gòu)成各個(gè)投射系統(tǒng)的投射式顯示裝置180、181和182。由此，把從投射式顯示裝置180、、181和182投射的各個(gè)影象，在各自對(duì)應(yīng)的透過(guò)式屏幕183、184和185上成像，構(gòu)成一個(gè)整體的圖象。這樣，如果采用本實(shí)施方式的多影像系統(tǒng)，不僅能得到大的畫(huà)面、而且能實(shí)現(xiàn)進(jìn)深較短的緊湊的設(shè)備。
而且，可以用透過(guò)式屏幕182～185中的2個(gè)顯示作為整體的一個(gè)圖象，在剩余的一個(gè)屏幕上顯示另一個(gè)圖象。為了得到視覺(jué)效果，可以在各個(gè)透過(guò)式屏幕上顯示相同的圖象。此外，為了同時(shí)提供多種信息，還可以在各個(gè)透過(guò)式屏幕上顯示不同的內(nèi)容。
投射式顯示裝置180、181和182也可以作成這樣方式，即，由安裝在各個(gè)筐體內(nèi)的傳感器，根據(jù)點(diǎn)燈開(kāi)始時(shí)的光輸出和顏色再現(xiàn)性、由影象分割電路189對(duì)被分配信號(hào)的亮度或色度、彩度等顏色信息進(jìn)行加工的方式。這時(shí)，即使是從投射式顯示裝置180、181和182分別投射圖象，但還是能作為一個(gè)畫(huà)面實(shí)現(xiàn)均勻性很高的顯示。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，如果采用本發(fā)明，則能在反射式光閥顯示區(qū)域的附近配置正放大率透鏡元件，能使照明光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳的虛象不形成在有效顯示區(qū)域內(nèi)。因此在遠(yuǎn)心的光學(xué)系統(tǒng)中，也能使投射透鏡的入射光瞳、照明光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳的有效系統(tǒng)縮小，能用緊湊的結(jié)構(gòu)將入射光和射出光分離。這樣，就可以不使用以前所使用的將全反射棱鏡薄片等分離照明光和投射光的機(jī)構(gòu)。由此能使成本下降，能用遠(yuǎn)心的光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正面投射，能使投射面內(nèi)的圖象質(zhì)量均勻化。
即、如果采用本發(fā)明的投射式顯示裝置，則能實(shí)現(xiàn)使用反射式光閥、緊湊的、圖象質(zhì)量高的的顯示光學(xué)系統(tǒng)。而且、本發(fā)明的投射式顯示裝置能確保由正面投射形成的均勻的圖象質(zhì)量。此外，由于沒(méi)使用棱鏡，因而能使價(jià)格降低的同時(shí)，能得到明亮的、對(duì)比度良好的高圖象質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種投射式顯示裝置，其特征在于，包括照明光學(xué)系統(tǒng)，將光源發(fā)射的光集中而形成照明光；反射式光閥，反射上述照明光，并射出形成光學(xué)象的調(diào)制光；投射透鏡，將上述反射式光閥形成的光學(xué)象進(jìn)行投影；及正放大率透鏡元件；上述透鏡元件在其一方或兩方的光學(xué)界面上具有多個(gè)突起，并配置在上述反射式光閥和上述投射透鏡之間，使上述照明光通過(guò)上述透鏡元件之后對(duì)上述反射式光閥照明，而且，從上述反射式光閥射出的調(diào)制光通過(guò)上述透鏡元件之后入射到上述投射透鏡；上述多個(gè)突起的間距為可視頻帶波長(zhǎng)的1/2以下、高度為上述間距的1倍以上。
2.如權(quán)利要求1所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述多個(gè)突起具有從頂部向底部漸漸地增大的軸截面。
3.如權(quán)利要求1所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述反射式光閥、上述投射透鏡、以及上述正放大率透鏡元件配置成相互的光軸是平行的、而且是一致的。
4.如權(quán)利要求1所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述投射透鏡和上述透鏡元件配置成使相互的光軸一致，上述投射透鏡具有相對(duì)于其光軸偏心的光闌，上述照明光學(xué)系統(tǒng)的配置使上述調(diào)制光通過(guò)上述光闌。
5.如權(quán)利要求4所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述光闌的偏心方向是離開(kāi)上述照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的方向。
6.如權(quán)利要求4所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述投射透鏡具有只利用向其光軸方向的移動(dòng)進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)整的機(jī)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求4所述的投射式顯示裝置，其特征在于，在把上述投射透鏡的F數(shù)值取為F1，從照明光學(xué)系統(tǒng)射出且由上述反射式光閥反射之后入射到上述投射透鏡的光的束散角取為θ1，從上述反射式光閥的顯示區(qū)域的中心射出的主光線和上述投射透鏡的光軸相交的角取為α?xí)r，其滿足下述公式(1)F1＝1/(2Sin(θ1+α))……(1)。
8.如權(quán)利要求1所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述照明光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是，具有由多個(gè)部分光瞳構(gòu)件形成的射出光瞳，在上述反射式光閥反射時(shí)使上述照明光的光束分布變得均勻。
9.如權(quán)利要求1所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述照明光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳和上述投射透鏡的入射光瞳相對(duì)于上述透鏡元件大致處于共軛關(guān)系；上述照明光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳的光束中的、在上述反射式光瞳的顯示區(qū)域上反射的光束的80％以上，通過(guò)上述透鏡元件之后入射到上述投射透鏡的入射光瞳的有效區(qū)域。
10.一種投射式顯示裝置，其特征在于，包括照明光學(xué)系統(tǒng)，將光源發(fā)射的光集中而形成照明光；反射式光閥，反射上述照明光，并射出形成光學(xué)象的調(diào)制光；投射透鏡，將上述反射式光閥形成的光學(xué)象進(jìn)行投影；及正放大率透鏡元件，上述反射式光閥和上述投射透鏡配置成相互的光軸是平行的；上述透鏡元件是由平凹透鏡和折射率比上述平凹透鏡大的平凸透鏡接合而構(gòu)成，配置在上述反射式光閥和上述投射透鏡之間，使上述照明光通過(guò)上述透鏡元件之后對(duì)上述反射式光閥照明，而且，從上述反射式光閥射出的調(diào)制光通過(guò)上述透鏡元件之后入射到上述投射透鏡；上述平凹透鏡和上述平凸透鏡，通過(guò)具有的折射率比上述平凹透鏡的折射率大、且比上述平凸透鏡的折射率小的膜、或者是具有的折射率從上述平凹透鏡的折射率變化到上述平凸透鏡的折射率的膜接合而成。
11.如權(quán)利要求10所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述投射透鏡和上述透鏡元件配置成使相互的光軸一致，上述投射透鏡具有相對(duì)于其光軸偏心的光闌，上述照明光學(xué)系統(tǒng)的配置使上述調(diào)制光通過(guò)上述光闌。
12.如權(quán)利要求11所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述光闌的偏心方向是從上述照明光學(xué)系統(tǒng)光軸離開(kāi)的方向。
13.如權(quán)利要求11所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述投射透鏡具有只利用向其光軸方向的移動(dòng)進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)整的機(jī)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求11所述的投射式顯示裝置，其特征在于，在把上述投射透鏡的F數(shù)值取為F1，從照明光學(xué)系統(tǒng)射出且由上述反射式光閥反射之后入射到上述投射透鏡的光的束散角取為θ1，從上述反射式光閥的顯示區(qū)域的中心射出的主光線和上述投射透鏡的光軸相交的角取為α?xí)r，其滿足下述公式(1)。F1＝1/(2Sin(θ1+α))……(1)
15.如權(quán)利要求10所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述照明光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是，具有由多個(gè)部分光瞳構(gòu)件形成的射出光瞳，在上述反射式光閥反射時(shí)使上述照明光的光束分布變得均勻。
16.如權(quán)利要求10所述的投射式顯示裝置，其特征在于，上述照明光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳和上述投射透鏡的入射光瞳相對(duì)于上述透鏡元件大致處于共軛關(guān)系；通過(guò)上述照明光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳的光束中的、在上述反射式光閥的顯示區(qū)域反射的光束的80％以上，通過(guò)上述透鏡元件之后入射到上述投射透鏡的入射光瞳的有效區(qū)域。
全文摘要
一種投射式顯示裝置，可抑制反射式光閥中的入射光的光路和射出光的光路的重合，可實(shí)現(xiàn)小型化，并獲得高畫(huà)質(zhì)的投射圖像。投射式顯示裝置包括照明光學(xué)系統(tǒng)(2)，將光源(1)發(fā)射的光集中而形成照明光；反射式光閥(6)，反射照明光，并射出形成光學(xué)象的調(diào)制光；投射透鏡(7)，將反射式光閥形成的光學(xué)象進(jìn)行投影；及正放大率透鏡元件(5)。透鏡元件(5)在其一方或兩方的光學(xué)界面上具有多個(gè)突起，并配置在反射式光閥和投射透鏡之間，使照明光通過(guò)透鏡元件之后對(duì)反射式光閥照明，而且，從反射式光閥射出的調(diào)制光通過(guò)透鏡元件之后入射到投射透鏡；多個(gè)突起的間距為可視頻帶波長(zhǎng)的1/2以下、高度為間距的1倍以上。
文檔編號(hào)H04N5/74GK1982945SQ200710002078
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月1日
發(fā)明者伏見(jiàn)吉正, 枡本吉弘, 和田充弘 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社