投射型显示装置和其设计方法制造方法及图纸

投射型显示装置具备：反射型的图像显示元件，通过照明的图像显示面中的反射射出图像光；棱镜部件，使从图像显示元件射出的图像光的光路折弯；以及投影光学系统，将从棱镜部件射出的图像光投射到屏幕。图像显示面由多个微镜构成，在图像显示面中对各微镜面的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光进行强度调制，从而形成图像。棱镜部件具有相对从图像显示面的中心射出的图像光的主光线倾斜预定的角度的气隙，从图像显示元件射出的图像光透过该气隙。投影光学系统具备具有圆形开口的周边部分被弓形的遮光部切掉一部分而成的形状的非圆形开口的光圈，与F值光束中的针对气隙的入射角大的一侧的端部对应的图像光被满足预定的条件的遮光部遮光。

Projective display device and its design method

The projective display device has a reflected image display element that shoots the image light from the reflection in the image display surface of the illuminated image; the prism component turns the optical path of the image light emitted from the image display element; and the projection optical system projecting the image light emitted from the prism component to the screen. The image display surface is composed of multiple micromirrors. In the image display surface, the tilt of the micromirrors is enabled / blocked and the intensity modulation is compared with the bright light to form the image. The prism component has an air gap that is inclined to a predetermined angle relative to the main ray of the image light emitted from the center of the image display surface, and the image light emitted from the image display element is through the air gap. The projective optical system has a non circular aperture with a circular opening which is cut off a part by a curved section of the bow. The image light corresponding to the end of the side of the large incident angle for the air gap in the F value beam is satisfied with the shading of the predetermined condition.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】投射型显示装置和其设计方法
本专利技术涉及投射型显示装置和其设计方法，例如涉及具备数字微镜设备(digitalmicromirrordevice)等反射型图像显示元件的1芯片类型的投射型显示装置和其设计方法。
技术介绍
在DLP(digitallightprocessing；美国德州仪器公司的注册商标)方式的投影仪中，利用内置有几百万个小的镜(微镜)的称为DLP芯片的光半导体来进行图像投影。在使用3张DLP芯片的3芯片类型的DLP方式的情况下，用特殊的棱镜将灯光分解为RGB的光的三原色，对各DLP芯片进行照明来显示彩色图像，相对于此，在使用1张DLP芯片的1芯片类型的DLP方式的情况下，用分色为RGB这3色的1张色轮将灯的光分解为RGB的光的三原色，对1张DLP芯片进行照明来显示彩色图像。色轮高速旋转，与其对应地微镜也高速地切换启用/阻断(ON/OFF)，所以在人类的眼睛中由于余像效应看到合成了RGB的彩色图像。以上述DLP芯片为代表的数字微镜设备一般作为投影仪用的反射型图像显示元件。数字微镜设备具有由多个微小的微镜构成的图像显示面，在该图像显示面中控制各反射镜面的倾斜，对照明光进行强度调制，从而形成图像。即，数字微镜设备的各像素的启用/阻断是例如通过以相对图像显示面的各边成45°的角度的旋转轴为中心的±12°的反射镜面的转动(即与1轴有关的微镜驱动)来表现的。关于其微镜的运动，关于正交的2轴进行微镜驱动的新的动作类型的数字微镜设备(Tilt&RollPixelDMD)也在非专利文献1中被提出。作为搭载有如上述数字微镜设备那样的反射型图像显示元件的投影仪，以往提出了各种类型的例子(参照例如专利文献1～3)，并且，要求明亮(F值(F-number)小)、高对比度且高画质的投影仪。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003-322822号公报专利文献2：日本特开2006-308992号公报专利文献3：WO2011/108077A1非专利文献非专利文献1：DLP(R)TRPpixelarchitectureandchipsets，因特网<URL：http：//www.ti.com/lsds/ti/dlp/video-and-data-display/trp-technology.page#0.2>
技术实现思路
但是，难以在保持明亮度的同时兼顾对比度和画质。在专利文献1、2记载的投射型显示装置中，为了提高对比度，配置于投影光学系统内的光圈成为对图像光和不需要光的干涉部分进行遮光的形状。另外，在专利文献3记载的投射型显示装置中，为了提高对比度，使照明光束成为椭圆形，与其匹配地投影光学系统的光圈形状也与通常不同。但是，都未考虑在图像光透过气隙时发生的光斑，所以并未成为能够提高画质的结构。本专利技术是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于提供一种在保持明亮度的同时通过不需要光和光斑成分的遮光提高对比度和画质的投射型显示装置和其设计方法。为了达成上述目的，第1专利技术的投射型显示装置具备：反射型的图像显示元件，通过照明的图像显示面中的反射射出图像光；棱镜部件，使从所述图像显示元件射出的图像光的光路折弯；以及投影光学系统，将从所述棱镜部件射出的图像光投射到屏幕，其特征在于，所述图像显示面由多个微镜构成，在所述图像显示面中对各微镜面的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光进行强度调制，从而形成图像，所述棱镜部件具有相对从所述图像显示面的中心射出的图像光的主光线倾斜预定的角度的气隙，从所述图像显示元件射出的图像光透过该气隙，所述投影光学系统具备具有圆形开口的周边部分被弓形的遮光部切掉一部分而成的形状的非圆形开口的光圈，与F值光束中的相对所述气隙的入射角大的一侧的端部对应的图像光被所述遮光部遮光，满足以下的条件式(1)以及(2)，0.9×Cg<G<1.1×Cg…(1)(0.2-0.05×F)<S<(1-0.2×F)…(2)其中，在将在所述图像显示面中强度调制后的射出光中的、启用状态的微镜中的反射光设为启用光，将阻断状态的微镜中的反射光设为阻断光，将启用光设为所述图像光，将包括针对所述图像显示面的中心的刚要入射之前的照明光的主光线、和其刚刚反射之后的启用光的主光线的平面设为基准平面时，Cg＝sin-1(1/N)-(R-sin-1(1/(2F)))/NN：图像光通过的棱镜的d线处的折射率、R：在图像显示面的中心刚刚反射之后的启用光的主光线和阻断光的主光线向基准平面上射影时所成的角度(度)、F：投影光学系统的最小F值、G：气隙相对与从图像显示面的中心射出的图像光的主光线垂直的平面的角度(度)、S：构成光圈的非圆形开口的遮光率(S＝[遮光部的弓形的半径方向的宽度]/[圆形开口的半径])、S>0。第2专利技术的投射型显示装置的特征在于，在上述第1专利技术中，从所述图像显示元件射出的图像光在由于所述光路的折弯而在所述棱镜部件内全反射之后，透过所述气隙从所述棱镜部件射出到所述投影光学系统。第3专利技术的投射型显示装置的特征在于，在上述第1或者第2专利技术中，所述光圈的非圆形开口和所述遮光部的边界与弓形的弦相当，并且，形成相对基准平面垂直的大致直线状。第4专利技术的投射型显示装置的特征在于，在上述第1～第3中的任意1个专利技术中，所述投射型显示装置是作为所述图像显示元件具有1个数字微镜设备的1芯片类型(singlechip)。第5专利技术的设计方法是投射型显示装置的设计方法，该投射型显示装置具备：反射型的图像显示元件，通过照明的图像显示面中的反射射出图像光；棱镜部件，使从所述图像显示元件射出的图像光的光路折弯；以及投影光学系统，将从所述棱镜部件射出的图像光投射到屏幕，其特征在于，所述图像显示面由多个微镜构成，在所述图像显示面中对各微镜面的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光进行强度调制，从而形成图像，所述棱镜部件具有相对从所述图像显示面的中心射出的图像光的主光线倾斜预定的角度的气隙，从所述图像显示元件射出的图像光透过该气隙，所述投影光学系统具备具有圆形开口的周边部分被弓形的遮光部切掉一部分而成的形状的非圆形开口的光圈，与F值光束中的相对所述气隙的入射角大的一侧的端部对应的图像光被所述遮光部遮光，以满足以下的条件式(1)以及(2)的方式，设计投射型显示装置，0.9×Cg<G<1.1×Cg…(1)(0.2-0.05×F)<S<(1-0.2×F)…(2)其中，在将在所述图像显示面中强度调制后的射出光中的、启用状态的微镜中的反射光设为启用光，将阻断状态的微镜中的反射光设为阻断光，将启用光设为所述图像光，将包括针对所述图像显示面的中心的刚要入射之前的照明光的主光线、和其刚刚反射之后的启用光的主光线的平面设为基准平面时，Cg＝sin-1(1/N)-(R-sin-1(1/(2F)))/NN：图像光通过的棱镜的d线处的折射率、R：在图像显示面的中心刚刚反射之后的启用光的主光线和阻断光的主光线向基准平面上射影时所成的角度(度)、F：投影光学系统的最小F值、G：气隙相对与从图像显示面的中心射出的图像光的主光线垂直的平面的角度(度)、S：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种投射型显示装置，具备：反射型的图像显示元件，通过被照明的图像显示面中的反射来射出图像光；棱镜部件，使从所述图像显示元件射出的图像光的光路折弯；以及投影光学系统，将从所述棱镜部件射出的图像光投射到屏幕，所述投射型显示装置的特征在于，所述图像显示面由多个微镜构成，在所述图像显示面中对各微镜面的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光进行强度调制，从而形成图像，所述棱镜部件具有相对从所述图像显示面的中心射出的图像光的主光线倾斜预定的角度的气隙，从所述图像显示元件射出的图像光透过该气隙，所述投影光学系统具备具有非圆形开口的光圈，该非圆形开口具有圆形开口的周边部分被弓形的遮光部切掉一部分而成的形状，与F值光束中的相对所述气隙的入射角大的一侧的端部对应的图像光被所述遮光部遮光，满足以下的条件式(1)以及(2)，0.9×Cg

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.04 JP 2015-2371601.一种投射型显示装置，具备：反射型的图像显示元件，通过被照明的图像显示面中的反射来射出图像光；棱镜部件，使从所述图像显示元件射出的图像光的光路折弯；以及投影光学系统，将从所述棱镜部件射出的图像光投射到屏幕，所述投射型显示装置的特征在于，所述图像显示面由多个微镜构成，在所述图像显示面中对各微镜面的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光进行强度调制，从而形成图像，所述棱镜部件具有相对从所述图像显示面的中心射出的图像光的主光线倾斜预定的角度的气隙，从所述图像显示元件射出的图像光透过该气隙，所述投影光学系统具备具有非圆形开口的光圈，该非圆形开口具有圆形开口的周边部分被弓形的遮光部切掉一部分而成的形状，与F值光束中的相对所述气隙的入射角大的一侧的端部对应的图像光被所述遮光部遮光，满足以下的条件式(1)以及(2)，0.9×Cg<G<1.1×Cg…(1)(0.2-0.05×F)<S<(1-0.2×F)…(2)其中，当将在所述图像显示面中被强度调制后的射出光中的启用状态的微镜处的反射光设为启用光，将阻断状态的微镜处的反射光设为阻断光，将启用光设为所述图像光，将包括针对所述图像显示面的中心的刚要入射之前的照明光的主光线和其刚刚反射之后的启用光的主光线的平面设为基准平面时，Cg＝sin-1(1/N)-(R-sin-1(1/(2F)))/NN：图像光通过的棱镜的d线处的折射率，R：将在图像显示面的中心刚刚反射之后的启用光的主光线和阻断光的主光线射影到基准平面上时所成的角度(度)，F：投影光学系统的最小F值，G：气隙相对与从图像显示面的中心射出的图像光的主光线垂直的平面的角度(度)，S：构成光圈的非圆形开口的遮光率(S＝[遮光部的弓形的半径方向的宽度]/[圆形开口的半径])，S>0。2.根据权利要求1所述的投射型显示装置，其特征在于，从所述图像显示元件射出的图像光在由于所述光路的折弯而在所述棱镜部件内全反射之后，透过所述气隙并从所述棱镜部件射出到所述投影光学系统。3.根据权利要求1或者2所述的投射...

【专利技术属性】
技术研发人员：今冈雅之，
申请(专利权)人：柯尼卡美能达株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP