專利名稱：投射型顯示裝置和在該裝置中使用的棱鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及投射圖像進行顯示的投射型顯示裝置和在該裝置中使用的棱鏡。
在投射型顯示裝置中，使用電光裝置形成調制光，通過投射該調制光來顯示圖像。所謂「電光裝置」，一般指的是將表示圖像信息的電信號變換為調制光的裝置。作為該電光裝置，利用了通過根據(jù)圖像信息控制照射到各像素的照明光的射出方向來對光進行調制的光調制裝置等。作為該光調制裝置的例子，可舉出數(shù)字微鏡裝置(是德州儀器公司Texas Instruments，Co.(TI)的登錄商標。以下，稱為「DMD」)那樣的微鏡型光調制裝置。
DMD具有與構成圖像的多個像素對應的多個微鏡。多個微鏡的斜率分別根據(jù)圖像信息而變化，根據(jù)各微鏡的斜率來反射光。在被各微鏡反射的光中，將被反射到預定的方向上的光作為形成圖像用的光來利用。
圖11是示出現(xiàn)有的投射型顯示裝置的DMD和棱鏡的說明圖。圖11(A)、(B)、(C)、(D)分別示出了正面圖、平面圖、右側面圖、斜視圖。將棱鏡600配置在DMD500的光照射面502附近。將與垂直于DMD500的光照射面502的中心軸500ax平行的軸定為z軸，而且，將從DMD500朝向棱鏡600的方向定為正方向。此外，將與z軸垂直且互相正交的軸中的水平方向的軸定為x軸，垂直方向的軸定為y軸。以下，為了使說明變得容易，以入射到光照射面502的中心的照明光為代表進行說明。即，以下說明的各照明光表示各照明光的中心光線(中心軸)。從未圖示的照明光學系統(tǒng)射出的照明光I1入射到棱鏡600上。入射到棱鏡600上的照明光I1被棱鏡600的選擇反射透過面620全反射。被棱鏡600的選擇反射透過面620全反射的照明光I2照射到DMD500的光照射面502上。DMD500根據(jù)圖像信息反射照射到光照射面502上的照明光I2。在被DMD500反射的照明光中的被反射到z方向的照明光I3作為表示圖像的光被利用。從DMD500射出的光I3入射到棱鏡600上，透過選擇反射透過面620，射出到未圖示的投射光學系統(tǒng)上。入射到投射光學系統(tǒng)上的光被投射，以顯示圖像。
各微鏡以與圖11(A)的M軸平行的軸作為支軸，其斜率根據(jù)電信號如杠桿(see saw)那樣來變化。為了利用這樣的微鏡的斜率來切換各像素的通/斷，在入射到DMD的照明光的入射角度方面存在預定的限制。即，如圖11(A)中所示，在將各照明光的光路投影到與光照射面502平行的xy平面上時，將入射到光照射面502上的照明光I2的光路設定為相對于與x軸平行的中心軸Lx朝向右斜下約45度的方向。此外，如圖11(D)中所示，在包含照明光I2和調制光I3的面內，將朝向光照射面502的照明光I2的入射角設定為約20度。
在棱鏡600中，為了滿足上述限制，如圖11(A)中所示，設定為在將入射到選擇反射透過面620上的照明光I1的光路投影到xy平面上時，與照明光I2的光路平行。因此，射出照明光I1的照明光學系統(tǒng)通常被配置在右斜下約45度的方向上。其結果，在作為電光裝置使用了DMD的現(xiàn)有的投射型顯示裝置中，作為配置照明光學系統(tǒng)的空間，不僅在水平方向上需要某種程度的空間，而且在垂直方向上也需要某種程度的空間，故存在難以實現(xiàn)投射型顯示裝置的薄型化的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種在使用DMD那樣的、通過根據(jù)圖像信息控制照射到光照射面上的光的射出方向來對光進行調制的光調制裝置的投射型顯示裝置中謀求投射型顯示裝置的小型化的技術。
為了解決上述的問題，本發(fā)明的投射型顯示裝置具備照明光學系統(tǒng)，射出照明光；光調制裝置，通過根據(jù)圖像信息來控制照射到光照射面上的光的射出方向，對光進行調制；投射光學系統(tǒng)，投射從上述光調制裝置射出的光；以及棱鏡，設置在上述光調制裝置與上述投射光學系統(tǒng)之間，其特征在于上述棱鏡具有選擇反射透過面，該選擇反射透過面反射從上述照明光學系統(tǒng)射出后入射的照明光并使其以預定的角度入射到上述光照射面上，同時透過從上述光調制裝置射出的光并射出到上述投射光學系統(tǒng)上，上述選擇反射透過面是這樣來形成的，使得在將上述照明光的光路投影到與上述光照射面平行的平面上時，從上述照明光學系統(tǒng)射出后入射到上述選擇反射透過面上的照明光的中心軸的斜率與被上述選擇反射透過面反射后入射到上述光照射面上的照明光的中心軸的斜率不同。
在本發(fā)明的投射型顯示裝置中，可這樣來配置照明光學系統(tǒng)，使得在將照明光的光路投影到與光照射面平行的平面上時，從照明光學系統(tǒng)射出后入射到選擇反射透過面上的照明光的中心軸的斜率與被選擇反射透過面反射后入射到光照射面上的照明光的中心軸的斜率不同。由此，可謀求投射型顯示裝置的小型化。
在上述投射型顯示裝置中，上述光照射面可具有大致矩形的輪廓，在將上述照明光的光路投影到與上述光照射面平行的平面上時，被上述選擇反射透過面反射后入射到上述光照射面上的照明光的中心軸相對于上述光照射面的輪廓的邊的斜率也可約為45度。
在現(xiàn)有的投射型顯示裝置中，在將上述照明光的光路投影到與上述光照射面平行的平面上時，在入射到上述選擇反射透過面上的照明光的中心軸相對于上述光照射面的輪廓的邊的斜率約為45度的情況下，作為照明光學系統(tǒng)的配置空間，需要最大的空間。因而，在上述投射型顯示裝置中，小型化的效果最大。
本發(fā)明的棱鏡是反射來自第1方向的入射光并作為反射光在第2方向上射出，同時透過從第3方向入射的光并使其射出的棱鏡，其特征在于具備用于反射上述入射光的光選擇反射透過面，以使在將上述入射光和上述反射光的光路投影到預定的平面上時上述入射光的中心軸的斜率與上述反射光的中心軸的斜率不同。
如果將本發(fā)明的棱鏡用于投射型顯示裝置，則可得到與上述投射型顯示裝置同樣的作用、效果。
圖1是在平面上觀察作為本發(fā)明的一實施例的投射型顯示裝置的主要部分的概略結構圖。
圖2是從光源部110一側觀察彩色轉盤130的正面圖。
圖3是示出作為微鏡型光調制裝置200的例子的DMD的說明圖。
圖4是示出棱鏡300的結構的說明圖。
圖5是示出第1棱鏡柱300A的結構的說明圖。
圖6是示出制造第1棱鏡柱300A的方法的說明圖。
圖7是示出第2棱鏡柱300B的結構的說明圖。
圖8是示出制造第2棱鏡柱300B的方法的說明圖。
圖9是示出通過棱鏡300入射到DMD200上的照明光的說明圖。
圖10是將本實施例中的投射型顯示裝置的整體尺寸與現(xiàn)有的投射型顯示裝置的整體尺寸進行比較而示出的說明圖。
圖11是示出現(xiàn)有的投射型顯示裝置的DMD和棱鏡的說明圖。
以下，參照


本發(fā)明的實施例。此外，在以下的實施例中，只要不作另外的定義，將互相正交的3個軸定為x、y、z，將光的行進方向(與光軸平行的方向)定為z軸，將水平方向和垂直方向分別定為x軸方向和y軸方向。
圖1是在平面上觀察作為本發(fā)明的一實施例的投射型顯示裝置的主要部分的概略結構圖。該投射型顯示裝置1000具備照明光學系統(tǒng)100、微鏡型光調制裝置200、棱鏡300以及投射透鏡(投射光學系統(tǒng))400。配置微鏡型光調制裝置200和投射透鏡400，使其各自的中心軸200ax、300ax一致。配置照明光學系統(tǒng)100，如后面所述，使得由于對微鏡型光調制裝置200進行照明的光的入射角的限制，照明光學系統(tǒng)的中心軸100ax相對于微鏡型光調制裝置200的中心軸(光照射面202的法線)200ax的斜率為預定值。在此，「光照射面」表示可利用被照射的光作為形成圖像的光的區(qū)域、即作為下述的形成了微鏡的區(qū)域的狹義的光照射面。但是，在以下也有將還包含形成了微鏡的區(qū)域的外側的、光照射的整個區(qū)域稱為光照射面的情況。
照明光學系統(tǒng)100具備光源部110、第1聚光透鏡120、彩色轉盤130、第2聚光透鏡140、第1透鏡陣列150、第2透鏡陣列160以及重疊透鏡170。將這些光學元件100、120、130、140、150、160、170按順序沿照明光學系統(tǒng)100的中心軸100ax配置。
光源部110具有光源燈112和凹面鏡114。光源燈112是射出輻射狀的光線的輻射光源。作為光源燈112，使用了金屬鹵素燈及高壓水銀燈等的高壓放電燈。凹面鏡114是以反射來自光源燈112的輻射光線并入射到第1聚光透鏡120的方式，從開口部116作為聚光的光射出的橢圓面凹面鏡。作為凹面鏡114，也可使用反射來自光源燈112的輻射光線并作為大致平行光射出的拋物面鏡。此時，也可在光源部110與聚光透鏡120之間附加其它的聚光透鏡以便使大致平行光入射到聚光透鏡120上。
第1聚光透鏡120是為了縮小照射到彩色轉盤130上的光斑而使來自光源部110的光聚集在彩色轉盤130上用的光學元件。
圖2是從光源部110一側觀察彩色轉盤130的正面圖。彩色轉盤130是在沿旋轉方向上被區(qū)分為3個扇形的區(qū)域中形成了3個透射型濾色器130R、130G、130B的轉盤。第1濾色器130R具有透過紅色的波長區(qū)域的光(以下，稱為「紅彩色光R」)、反射或吸收其它波長區(qū)域的光的功能。同樣，第2和第3濾色器130G、130B分別具有透過綠色、藍色的波長區(qū)域的光(以下，稱為「綠彩色光G」、「藍彩色光B」)、反射或吸收其它波長區(qū)域的光的功能。濾色器由使用例如電介質多層膜、染料而形成的濾色板等構成。
將彩色轉盤130配置成使由第1聚光透鏡120聚光的光斑SP照射偏離彩色轉盤130的中心軸130ax的預定的周邊位置。而且，彩色轉盤130用未圖示的電機以中心軸(旋轉軸)130ax為中心以一定的速度旋轉。此時，光斑SP對應于彩色轉盤130的旋轉，以一定間隔循環(huán)地照射濾色器130R、130G、130B的各區(qū)域。其結果，透過彩色轉盤130的光對應于彩色轉盤130的旋轉，循環(huán)地變化為紅彩色光R、綠彩色光G、藍彩色光B。
圖1的第2聚光透鏡140具有聚光的功能，以使透過了彩色轉盤130的光入射到第1透鏡陣列150上。在本實施例中，設定第2聚光透鏡140，以使透過彩色轉盤130的發(fā)散光成為大致平行的光。
第1透鏡陣列150是由具有四邊形狀的輪廓的多個小透鏡152構成的透鏡陣列。該第1透鏡陣列150具有將從第2聚光透鏡140射出的大致平行的光分割為與多個小透鏡152對應的多個部分光束并使各部分光束分別在第2透鏡陣列160的附近聚光的功能。
第2透鏡陣列160具備與第1透鏡陣列150的各個小透鏡152對應的小透鏡162。第2透鏡陣列160具有對齊的功能，以使從第1透鏡陣列150射出的部分光束的各自的中心軸變得與中心軸100ax大致平行。再有，如果第2透鏡陣列160的各小透鏡162可入射從第1透鏡陣列150射出的對應的各部分光束，則也可采取四邊形以外的形狀。在本實施例中，使用了與第1透鏡陣列150只是透鏡面(凸面)的方向不同的透鏡陣列。
重疊透鏡170具有將從第2透鏡陣列160射出的多個部分光束重疊在微鏡型光調制裝置200的光照射面202上的功能。
2個透鏡陣列150、160、重疊透鏡170構成了所謂的積分光學系統(tǒng)。由此，照明光學系統(tǒng)100均勻地對微鏡型光調制裝置200的光照射面202進行照明。
微鏡型光調制裝置200是通過根據(jù)圖像信息用微鏡反射來對照射到光照射面上的照明光進行調制并將該光射出到投射透鏡400上的光調制裝置。圖3是示出作為微鏡型光調制裝置200的例子的DMD的說明圖。如圖3(A)中所示，在DMD200的光照射面202上以矩陣狀形成了具有大致正方形的輪廓的多個微鏡204。各微鏡204被形成為以連結左上與右下的頂點的對角線為轉動軸204c可在預定的范圍內轉動。這些微鏡204與構成圖像的各像素對應。
在此，將光照射面202的水平方向軸設為h，將垂直方向軸設為v。此外，為了使說明變得容易，將照射到光照射面202上的照明光用代表該照明光的中心光線(入射光線)IR來表示。為了使裝置的結構變得容易，照射到DMD200上的照明光IR最好具有與各微鏡204的轉動軸204c垂直的入射面。在此，由于轉動軸204c是連結微鏡204的左下與右上的頂點的對角線，故相對于水平軸h的斜率約為在右斜上方向上45度。因此，如圖3(A)中所示，照射到DMD200上的照明光IR從右斜下方向被入射，使得投影到光照射面202上的照明光IR的對于水平軸h的斜率θh約為45度。此外，如圖3(B)中所示，這樣來入射照明光IR，使得對于光照射面202的法線200ax的斜率θL約為20度。
圖3(C)示出了包含朝向微鏡204的入射光和其反射光的入射面、即與轉動軸204c垂直的剖面上的光路。微鏡204相對于與光照射面202平行的平面F(在圖3(C)中用虛線示出)，以轉動軸204c為中心，轉動約±(θL/2)度(
度)。再有，假定沿順時針轉動的角度為正。如上所述，照明光IR由從平面F的法線Fn傾斜了+θL(
+20度)的方向入射到微鏡204上。
在微鏡204相對于平面F傾斜了+(θL/2)的狀態(tài)的情況下，照明光IR在從照明光IR傾斜了-θL的方向、即與法線Fn平行的方向上作為反射光RR(+θL/2)而被射出。在微鏡204傾斜了-(θL/2)的狀態(tài)的情況下，照明光IR在從照明光IR傾斜了-(3·θL)的方向上作為反射光RR(-θL/2)而被射出。這樣，照射到微鏡204上的照明光IR根據(jù)微鏡204的轉動角度在不同的方向上反射而被射出。例如，如果在反射光RR(+θL/2)的方向上配置投射透鏡，則只有反射光RR(+θL/2)作為形成圖像用的光而被利用。由此，在微鏡204傾斜了+(θL/2)的狀態(tài)下，反射光通過投射透鏡而被投射，實現(xiàn)亮顯示，在微鏡204傾斜了-(θL/2)的狀態(tài)下，反射光不被通過投射透鏡投射，實現(xiàn)暗顯示。中間的灰度是用在1個像素描繪圖像的一定時間中根據(jù)灰度控制亮和暗的顯示的比例的方法(被稱為所謂的脈沖寬度調制的方法)來實現(xiàn)的。
圖1的棱鏡300具有反射從照明光學系統(tǒng)100射出后入射的照明光并使其以預定的角度入射到DMD200的光照射面202上的功能。此外，具有透過從DMD200射出的調制光并射出到投射透鏡400上的功能。通常，將設定為對來自照明光學系統(tǒng)100的入射光進行全反射。再有，如上所述，配置投射透鏡400，以便將在微鏡204傾斜了+(θL/2)的狀態(tài)下的反射光作為形成圖像用的光來利用。由此，根據(jù)圖像信息從微鏡型光調制裝置200射出的調制光通過投射透鏡400而被投射，以顯示圖像。再有，關于棱鏡300的結構的細節(jié)，如下所述。
如上所述，根據(jù)彩色轉盤130的旋轉，從照明光學系統(tǒng)100以一定間隔循環(huán)地射出紅彩色光R、綠彩色光G、藍彩色光B。此時，通過根據(jù)與被照射的彩色光對應的圖像信息來控制微鏡型光調制裝置200的各微鏡204，可顯示彩色圖像。再有，也可省略彩色轉盤130，以顯示黑白圖像。此時，也可省略2個聚光透鏡120、140。此外，也可代替拋物面凹面鏡，用光源部110的凹面鏡114來射出大致平行的光。
本發(fā)明的投射型顯示裝置1000在棱鏡300的結構方面具有特征。圖4是示出棱鏡300的結構的說明圖。圖4(A)示出了棱鏡300的斜視圖。棱鏡300具備2個棱鏡柱300A、300B。
圖5是示出第1棱鏡柱300A的結構的說明圖。圖5(A)、(B)、(C)、(F)分別示出了平面圖、正面圖、右側面圖、斜視圖。此外，圖5(D)、(E)示出了從圖5(F)的D方向和E方向觀察的矢視圖。第1棱鏡柱300A的各頂點的位置用符號V1～V8來示出。如圖5(F)的斜視圖中所示，第1棱鏡柱300A是具有面V5V6V7V8(下表面310A)、面V1V2V3V4(上表面312A)、面V1V5V6V2(側面302A)、面V8V7V3V4(側面304A)、面V4V8V5V1(側面306A)、面V2V6V7V3(側面308A)的柱狀6面體。D方向是與連結2個頂點V5、V6的棱角線V5V6平行的方向，E方向是與連結2個頂點V8、V5的棱角線V8V5平行的方向。在圖5(A)的平面圖中，棱鏡柱300A是這樣來形成的，使連結2個頂點V1、V2的棱角線V1V2與連結2個頂點V4、V3的棱角線V4V3的夾角約為35度，使棱角線V1V2與連結2個頂點V3、V2的棱角線V3V2的夾角約為125度，使連結側2個頂點V1、V4的棱角線V1V4與連結2個頂點V3、V4的棱角線V3V4的夾角約為100.9度。此外，在圖5(B)的正面圖中，這樣來形成側面308A，使其與下表面310A和上表面312A垂直。再者，在圖5(D)的矢視圖中，側面302A與底面310A的夾角約為90.9度，在圖5(E)的矢視圖中，側面306A與底面310A的夾角約為97.9度。
圖6是示出制造第1棱鏡柱300A的方法的說明圖。圖6(A)是示出制造第1棱鏡柱300A用的直角棱鏡300AO的平面圖，圖6(B)、(C)示出了從圖6(A)的B方向和C方向觀察的矢視圖。B方向是與下表面310AO與切斷面SL2的交線SL2D平行的方向，C方向是與下表面310AO與切斷面SL1的交線SL1D平行的方向。直角棱鏡300AO為底面、即下表面310AO與上表面312AO的形狀是直角三角形，3個側面302AO、304AO、306AO是長方形的三角柱狀棱鏡。棱鏡柱300A通過沿3個切斷面SL1、SL2、SL3切斷直角棱鏡300AO來制造。再有，直角棱鏡300AO的上表面312AO和下表面310AO相當于圖5(A)中示出的棱鏡柱300A的上表面312A和下表面310A。
如圖6(A)中所示，切斷面SL1與直角棱鏡300AO的上表面312A的交線SL1U相對于側面304AO的斜率約為35度。此外，如圖6(C)中所示，切斷面SL1相對于下表面310AO的斜率約為90.9度。通過用這樣的切斷面SL1來切斷直角棱鏡300AO，如圖5(D)的矢視圖中所示，可形成相對于第1棱鏡柱300A的下表面310A的斜率約為90.9度的側面302A。
如圖6(A)中所示，切斷面SL2與直角棱鏡300AO的上表面312A的交線SL2U相對于側面304AO的斜率約為100.9度。此外，如圖6(B)中所示，切斷面SL2相對于下表面310AO的斜率約為97.9度。通過用這樣的切斷面SL2來切斷直角棱鏡300AO，如圖5(E)的矢視圖中所示，可形成相對于棱鏡柱300A的下表面310A的斜率約為97.9度的側面306A。
如圖6(A)中所示，切斷面SL3與側面304AO垂直。通過用這樣的切斷面SL3來切斷直角棱鏡300AO，如圖5(A)中所示，可形成側面308A，使得連結頂點V1、V2的棱角線V1V2與連結頂點V2、V3的棱角線V2V3的夾角為約125度。
圖7是示出第2棱鏡柱300B的結構的說明圖。圖7(A)、(B)、(C)、(E)分別示出了平面圖、正面圖、右側面圖、斜視圖。此外，圖7(D)示出了從圖7(E)的D方向觀察的矢視圖。第2棱鏡柱300B的各頂點的位置用符號P1～P8來示出。如圖7(E)的斜視圖中所示，第2棱鏡柱300B是具有面P5P6P7P8(下表面310B)、面P1P2P3P4(上表面312B)、面P4P8P7P3(側面302B)、面P1P5P6P2(側面304B)、面P2P6P7P3(側面306B)、面P4P8P5P1(側面308B)的柱狀6面體。D方向是與連結2個頂點P8、P7的棱角線P8P7平行的方向。在圖7(A)的平面圖中，棱鏡柱300B是這樣來形成的，使連結2個頂點P2、P1的棱角線P2P1與連結2個頂點P3、P4的棱角線P3P4的夾角約為35度，使連結2個頂點P1、P2的棱角線P1P2與連結2個頂點P3、P2的棱角線P3P2的夾角約為90度，使連結側2個頂點P2、P3的棱角線P2P3與連結2個頂點P4、P3的棱角線P4P3的夾角約為55度。此外，在圖7(B)的正面圖中，這樣來形成側面306B、308B，使其與下表面310B和上表面312B垂直。再者，在圖7(D)的矢視圖中，側面302B(面P4P8P7P3)與底面310B(面P5P6P7P8)的夾角約為89.1度，在圖7(C)的右側面圖中，連結2個頂點P5、P1的棱角線P5P1與連結2個頂點P8、P4的棱角線P8P4的夾角約為1.1度。
圖8是示出制造第2棱鏡柱300B的方法的說明圖。圖8(A)是示出制造第2棱鏡柱300B用的直角棱鏡300BO的平面圖，圖8(B)示出了從圖8(A)的B方向觀察的矢視圖。B方向是與下表面310BO與切斷面SL4的交線SL4D平行的方向。作為該直角棱鏡300BO，通常使用與直角棱鏡300AO形狀及特性相同的棱鏡。棱鏡柱300B通過沿2個切斷面SL4、SL5切斷直角棱鏡300BO來制造。再有，直角棱鏡300BO的上表面312BO、下表面310BO、側面304BO、側面306BO相當于圖7(A)中示出的棱鏡柱300B的上表面312B、下表面310B、側面304B、側面306B。
如圖8(A)中所示，切斷面SL4與直角棱鏡300BO的上表面312BO的交線SL4U相對于側面304BO的斜率約為35度。此外，如圖8(B)中所示，切斷面SL4相對于下表面310BO的斜率約為89.1度。通過用這樣的切斷面SL4來切斷直角棱鏡300BO，如圖7(D)中所示，可形成相對于棱鏡柱300B的下表面310B的斜率約為89.1度的側面302B。
如圖8(A)中所示，切斷面SL5是與上表面312BO和下表面310BO垂直的面。通過用這樣的切斷面SL5來切斷直角棱鏡300BO，如圖7(B)中所示，可形成與上表面312B、下表面310B和側面304B垂直的側面308B。此外，如圖8(B)中所示，切斷面SL4相對于下表面310BO的斜率約為89.1度。因而，通過用這樣的切斷面SL4、SL5來切斷直角棱鏡300BO，如圖7(C)中所示，可形成側面308B，使連結2個頂點P5、P1的棱角線P5P1與連結2個頂點P8、P4的棱角線P8P4的夾角約為1.1度。
在棱鏡300中，如圖4(A)的斜視圖中所示，通過來圖示的墊片來接合上述第1棱鏡柱300A的側面302A與第2棱鏡柱300B的側面302B。因而，在棱鏡柱300A的側面302A與棱鏡柱300B的側面302B之間形成了相當于墊片的高度的空隙。該空隙通常約為0.01mm。2個棱鏡柱300A、300B的折射率n約為1.56883。由此，側面302A具有作為反射和透過的特性根據(jù)光的入射角而變化的選擇反射透過面的功能。再有，2個棱鏡柱300A、300B的折射率n及2個側面302A、302B之間的空隙的大小不限定于如上述那樣，可根據(jù)所要求的規(guī)格進行調整。
如圖4(B)的平面圖中所示那樣，由上述2個棱鏡柱300A、300B構成的棱鏡300的側面306A與上表面312A的交線316A被形成為，相對于與垂直于側面304A的中心軸CLz平行的引出線PLz的斜率約為10.9度。此外，側面302A與上表面312A的交線318A被形成為，相對于與平行于側面304A的中心軸CLx平行的引出線PLx的斜率約為35度。如圖4(E)的背面圖中所示那樣，側面304A與306A的交線314A被形成為，相對于與垂直于中心軸CLz、CLx的中心軸CLy平行的引出線PLy的斜率約為8.1度。
圖9是示出通過棱鏡300入射到DMD200上的照明光的說明圖。圖9(A)、(B)、(C)、(D)分別示出了正面圖、平面圖、右側面圖、斜視圖。將棱鏡300配置在DMD200的附近，使得側面304A與DMD200的光照射面202大致平行。將棱鏡300的中心軸CLz配置成與垂直于DMD200的光照射面202的中心軸200ax一致。將平行于該中心軸的軸定為z軸，而且將從DMD200朝向棱鏡300的方向定為正方向。此外，在與z軸垂直且互相正交的軸中，將水平方向的軸定為x軸，將垂直方向的軸定為y軸。將棱鏡300的中心軸CLx、CLy分別配置成與x軸、y軸平行。以下，為了使說明變得容易，以入射到光照射面202的中心的照明光為代表來說明。即，以下說明的各照明光表示各照明光的中心光線(中心軸)。
如圖9(B)中所示，從未圖示的照明光學系統(tǒng)100射出的照明光I1垂直地入射到棱鏡300的側面306A上。入射到棱鏡300上的照明光I1被棱鏡300的選擇反射透過面302A全反射。由選擇反射透過面302A反射的照明光I2從側面304A射出，照射到DMD200的光照射面202上。DMD200根據(jù)圖像信息反射照射到光照射面202上的照明光I2。在被DMD200反射的照明光中，在z方向上被反射的調制光I3作為表示圖像的光來利用。從DMD200射出的調制光I3垂直地入射到棱鏡300的側面304A上，在透過選擇反射透過面302A的同時，也透過側面302B，從側面304B射出到未圖示的投射透鏡400上。
為了滿足用圖3說明了的限制，如圖9(A)中所示，將照射到光照射面上的照明光I2的光路設定為，在投影到與光照射面202平行的xy平面上時，相對于與x軸平行的中心軸Lx(與棱鏡300的中心軸CLx平行的中心軸)朝向右斜下約45度的方向。此外，如圖9(D)中所示，在包含照明光I2的光路和調制光I3的光路的入射面內，照明光I2的入射角約為20度。
另一方面，如圖9(A)中所示，從側面306A入射的照明光I1的光路在投影到與光照射面202平行的xy平面上時，相對于中心軸Lx的斜率為右斜下約8.1度。因而，可使投影到xy平面上的照明光I1對于中心軸Lx的斜率比投影到xy平面上的照明光I2的斜率小。
圖10是將本實施例中的投射型顯示裝置的整體尺寸與現(xiàn)有的投射型顯示裝置的整體尺寸進行比較而示出的說明圖。如圖10(A)中所示，在現(xiàn)有的投射型顯示裝置中，配置照明光學系統(tǒng)100，使得在將從照明光學系統(tǒng)100射出的照明光I1的光路投影到與DMD200的大致矩形的光照射面202平行的xy平面上時，照明光I1的光路相對于x軸朝向右斜下約45度的方向。另一方面，如圖10(B)中所示，在本實施例的投射型顯示裝置1000中，這樣配置照明光學系統(tǒng)100即可，在將從照明光學系統(tǒng)100射出的照明光I1的光路投影到與DMD200的大致矩形的光照射面202平行的xy平面上時，照明光I1的光路相對于x軸朝向右斜下約8.1度的方向。因而，在本實施例的投射型顯示裝置1000中，作為為了配置照明光學系統(tǒng)100所必要的空間，與以往相比可減少垂直方向的空間。由此，與以往相比，可謀求投射型顯示裝置的小型化。
此外，在本實施例中，以設定照明光I1的光路，使得在將入射到棱鏡300上的照明光I1的光路投影到與DMD200的光照射面202平行的xy平面上時該照明光I1的光路相對于x軸朝向右斜下約8.1度的方向的情況為例進行了說明，但不限于此。例如，也可這樣來構成棱鏡，使照明光I1的光路相對于x軸的斜率比右斜下45度大。此時，如圖10(C)中所示，作為配置照明光學系統(tǒng)100所必要的空間，與以往相比可減少水平方向的空間。此時，與以往相比也可謀求投射型顯示裝置的小型化。
再有，以具有下述限制的情況為例進行了說明，即，在上述實施例中作為微鏡型光調制裝置200使用的DMD中，將投影到與光照射面202平行的xy平面上的照明光I2的光路設定為相對于x軸朝向右斜下約45度的方向，而且，在包含照明光I2的光路和調制光I3的光路的入射面內，照明光I2的入射角約為20度，但不限于此。例如，也可以是具有將照明光I2的光路設定為相對于x軸朝向斜率大于或小于右斜下約45度的方向限制的微鏡型光調制裝置。此外，也可以是具有在包含照明光I2的光路和調制光I3的光路的入射面內照明光I2的入射角小于或大于20度的限制的情況。此時，這樣來形成棱鏡的選擇反射透過面即可，在將照明光的光路投影到與微鏡型光調制裝置的光照射面平行的預定的平面上時，從照明光學系統(tǒng)射出后入射到選擇反射透過面上的照明光的中心軸的斜率與被選擇反射透過面反射后入射到光照射面上的照明光的中心軸的斜率不同。
此外，在上述投射型顯示裝置中，以使用了具備帶有透鏡陣列和重疊透鏡的積分光學系統(tǒng)的照明光學系統(tǒng)的情況為例進行了說明，但不限于此。例如，也可使用具備采用了被稱為積分棒(integratorrod)的棱鏡的積分光學系統(tǒng)的照明光學系統(tǒng)。此外，也可使用不采用積分光學系統(tǒng)的照明光學系統(tǒng)。即，只要是能對微鏡型光調制裝置的光照射面進行照明的照明光學系統(tǒng)即可。
在上述實施例中，以使用了微鏡型光調制裝置的投射型顯示裝置進行了說明，但不限于此，在通過根據(jù)圖像信息控制照射到光照射面上的照明光的射出方向來對光進行調制的各種光調制裝置中都可利用。
再有，本發(fā)明不限于上述的實施例及實施形態(tài)，在不脫離其要旨的范圍內，可在各種形態(tài)中實施。
權利要求
1.一種投射圖像進行顯示的投射型顯示裝置，其特征在于具備照明光學系統(tǒng)，射出照明光；光調制裝置，通過根據(jù)圖像信息來控制照射到光照射面上的光的射出方向，對光進行調制；投射光學系統(tǒng)，投射從上述光調制裝置射出的光；以及棱鏡，設置在上述光調制裝置與上述投射光學系統(tǒng)之間，上述棱鏡具有選擇反射透過面，該選擇反射透過面反射從上述照明光學系統(tǒng)射出后入射的照明光并使其以預定的角度入射到上述光照射面上，同時透過從上述光調制裝置射出的光并射出到上述投射光學系統(tǒng)上，上述選擇反射透過面是這樣來形成的，在將上述照明光的光路投影到與上述光照射面平行的平面上時，從上述照明光學系統(tǒng)射出后入射到上述選擇反射透過面上的照明光的中心軸的斜率與被上述選擇反射透過面反射后入射到上述光照射面上的照明光的中心軸的斜率不同。
2.如權利要求1中所述的投射型顯示裝置，其特征在于上述光照射面具有大致矩形的輪廓，在將上述照明光的光路投影到與上述光照射面平行的平面上時，被上述選擇反射透過面反射后入射到上述光照射面上的照明光的中心軸相對于上述光照射面的輪廓的邊的斜率約為45度。
3.一種棱鏡，該棱鏡反射來自第1方向的入射光并作為反射光在第2方向上射出，同時透過從第3方向入射的光并使其射出，其特征在于具備用于反射上述入射光的光選擇反射透過面，以使在將上述入射光和上述反射光的光路投影到預定的平面上時上述入射光的中心軸的斜率與上述反射光的中心軸的斜率不同。
全文摘要
本發(fā)明的課題是在使用了通過根據(jù)圖像信息控制照射到光照射面上的光的射出方向來對光進行調制的光調制裝置的投射型顯示裝置中謀求投射型顯示裝置的小型化。棱鏡具有選擇反射透過面,使得在將照明光的光路投影到與光照射面平行的平面上時,從照明光學系統(tǒng)射出后入射到選擇反射透過面上的照明光的中心軸的斜率與被選擇反射透過面反射后入射到光照射面上的照明光的中心軸的斜率不同。
文檔編號G02B27/18GK1269518SQ0010371
公開日2000年10月11日 申請日期2000年3月1日 優(yōu)先權日1999年3月2日
發(fā)明者加藤久磨, 西田和弘, 牛山富芳, 滝澤猛 申請人:精工愛普生株式會社