投射式显示装置、背投式投影机和多影像系统的制作方法

专利名称：投射式显示装置、背投式投影机和多影像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及投射式显示装置、利用该投射式显示装置的背投式投影机和多影像系统。
背景技术：
至今公知的得到大画面图象的方法是，在反射式光阀上形成与图象信号对应的光学图象，将光照射到该光学图象上、由投射透镜将其放大并投射到屏幕上。如果将反射式配光补偿元件(配光補正素子)用作这种反射式光阀，与图象信号相对应地对光的行进方向进行控制而形成光学图象，则能显示光利用效率更高、且高亮度的投射图象。
反射式光阀中较引入注目的是DMD(Digital Micro MirrorDevice数字微镜器件)。DMD是将多个微小的反射镜(下面，将其称为「微小反射镜。」)2维配置在硅片上而构成的，各个微小反射镜构成象素。各个微小反射镜由处于象素的对角位置上且沿对角方向设置的两个旋转支承轴支承，在±10度范围内能象跷板那样转动。例如在微小反射镜倾斜+10度的状态就接通、在倾斜-10度的状态就切断。DMD是根据图像信号通过使各个微小反射镜倾斜+10度或-10度而对光线的射出方向进行控制，以形成光学图象。
图17是表示至今已知的构成DMD各个象素的微小反射镜的动作状态的示意图。该图是用与DMD的各个微小反射镜的旋转支承轴垂直的方向剖切的剖面表示的，将逆时针方向作为微小反射镜的旋转正方向。在图17中，从191到196都是微小反射镜，构成各个象素。197是表示投射透镜的一部分。
在图17所示的例子中，微小反射镜191、微小反射镜193和微小反射镜196相对于反射式光阀(DMD)的基准面190成+10度(反时针方向)的倾斜，形成接通的状态。因此，由微小反射镜191、微小反射镜193和微小反射镜196反射的入射光198入射到投射透镜197上。
另一方面，微小反射镜192、微小反射镜194和微小反射镜195相对于反射式光阀的基准面190成-10度(顺时针方向)的倾斜，形成切断的状态。因此由微小反射镜192、微小反射镜194和微小反射镜195反射的入射光198就不入射到投射透镜197上。这种DMD与利用偏振光的液晶显示板相比，能利用自然光、提高光的利用率、且响应速度更快等。
在WO98-29773号公报中提出了一个将DMD用作反射式光阀的投射式显示装置的光学系统。图18是表示以前的利用DMD的投射式显示装置概略结构的图。图19是图18中所示DMD的附近部分的放大示意图。图18和图19中表示与DMD的各个微小反射镜的旋转支承轴相垂直地剖切而构成的剖面。
先用图18进行说明。光源201是由凹面镜201b和灯201a构成。凹面镜201b是椭圆面镜，在玻璃制成的基体材料的内表面上蒸镀多层光学膜而构成，这些光学膜能使紫外线透过而使可见光反射。配置灯201a时使它的发光体的中心位于凹面镜201b的第1焦点(图中没有表示)上。
从灯201a射出的光由凹面镜201b向凹面镜201b的第2焦点(图中没有表示)反射，在第2焦点处形成发光体的象。而通过第2焦点的光依次通过透镜组202a和202b并被分割成多个光束，此后，入射到转象透镜203并被重合。透镜组202a和202b是由多个正放大率透镜元件构成。
从转象透镜203射出的光由全反镜204反射，经过场透镜205而入射到全反射棱镜208。全反射棱镜208是由隔着空气层209而配置的2个单体棱镜208a和208b构成。207是投射透镜。
接着参照着图19进行说明。入射到全反射棱镜208的入射光209a～209c在单体棱镜208b和空气层209的界面上进行全反射而向反射式光阀206侧行进。反射式光阀206根据图象信号对光的行进方向进行控制并形成光学图象。
从反射式光阀206射出的反射光210a～210c是具有与反射式光阀206的显示区域相垂直的主光线的光束，在单体棱镜208b或单体棱镜208a和空气层209的界面上不进行反射地透过全反射棱镜，入射到投射透镜207(参照图18)上。由此，由投射透镜207将反射式光阀206上的光学图象放大投射到屏幕上。
这样，如果使用图18和图19所示的投射式显示装置，就能防止照明光的光路和投射光的光路重合，能提高投射图象的画面质量。而且能抑制投射透镜大型化。
但是，由于在图18和图19所示的投射式显示装置中，为了使照明光和投射光分离就必需用全反射棱镜208，其结果就有使成本提高的问题。而且，由于在全反射棱镜208的内部含有微小的空气层，因而还会发生因它的公差而大大影响投射透镜207的解象特性的问题。
为了解决上述的问题，日本专利公报特开2000-98272号中提出了一种结构，它是将投射透镜作成非远心光路，产生与此相对应的照明。
图20是表示以前的将投射透镜作成非远心光路的投射式显示装置的概略结构示意图。图21是将图20所示的反射式光阀的附近部分放大表示的示意图。在图20和图21中将DMD用作反射式光阀。图20和图21是用与DMD的各个微小反射镜的旋转支承轴相垂直地剖切而形成的剖面表示的。
如图20所示，光源211由与图1 8所示的光源相同的灯211a和凹面镜211b构成。灯211a和凹面镜211b是与图18所示的灯201a和凹面镜201b相同的。灯211a也是配置成使它的发光体的中心位于凹面镜211b的第1焦点f1的位置上。与图18的例子同样地、从灯211a发射的光由凹面镜211b反射后在第2焦点f2上形成发光体图象。使通过第2焦点f2的光均匀地入射到圆柱透镜212。在圆柱透镜212中被均匀化了的照明光通过转象透镜213。
如图21所示，通过转象透镜213的照明光通过照明光学系统的射出光瞳217而以规定的入射角度入射到反射式光阀214。反射式光阀214根据图象信号、对光的行进方向进行控制，以形成光学图象。向反射式光阀214入射的入射光215a～215c分别以规定的角度被反射，反射光216a～216c入射到投射透镜219的光瞳218。
而且，在图20和图21所示的投射式显示装置中，将非远心光路的投射透镜用作投射透镜219。因而不使用全反射棱镜就能将反射式光阀214形成的光学图象放大投射到屏幕上。因此，可以认为，如果采用图20和图21所示的投射式显示装置比使用图18所示的投射式显示装置更能降低成本。
可是，由于反射式光阀214具有在整个显示区域中使微小反射镜的反射面的法线方向成为固定的结构，因而在图20和图21所示的投射式显示装置的结构中，当使反射式光阀214的光轴和投射透镜的光轴大致一致时，入射光215a～215c和反射光216a～216c的光路就完全重合。为此、如图20和图21所示，使投射透镜219的光轴相对于反射式光阀214的光轴偏置，从而使入射光215a～215c和反射光216a～216c分离。
但是，由于在上述图20和图21所示的投射式显示装置中，投射透镜219是在它的光轴与反射式光阀214的光轴相对偏离的状态下进行投射的，因而为了得到照明均匀的良好图象，就必须扩大有效的显示区域。其结果就会使图20和图21所示的投射式显示装置中的光学系统大型化、反而有成本提高的问题。而且，还有不能正面投射的问题。
在日本专利公报特开平11-249069号中公开了一种投射式显示装置，在反射式光阀的显示区域的正前方、配置着构成投射透镜一部分的聚光镜。在该投射式显示装置中，由该聚光镜将照明光折射并入射到反射式光阀，还用该聚光镜将反射式光阀射出的射出光折射并入射到投射透镜。而且，该聚光镜是使它的光轴与投射透镜的光轴偏心地配置着。
因此，向反射式光阀入射的入射光的入射角和从反射式光阀射出的射出光的射出角是随着反射式光阀的显示区域的位置而变化，该入射角和射出角的变化是相对于反射式光阀的光轴或投射透镜的光轴是非对称的。
这样，用日本专利公报特开平11-249069号中所记载的投射式显示装置，也能抑制向反射式光阀入射的入射光的光路和从反射式光阀射出的射出光的光路的重合。而且，由于不必使用棱镜，因而能使装置小型化。
但是，日本专利公报特开平11-249069号中所记载的投射式显示装置的结构是，使配置在反射式光阀显示区域的正前方的聚光镜偏心，该聚光镜构成投射透镜的一部分。因此，这种投射式显示装置被认为很难得到以光轴为中心的象差平衡呈对称的图象，如果要对象差平衡进行补正时，又需要使投射透镜的透镜个数增加，这会使投射透镜复杂化。
此外，为了得到良好的析象度，在日本专利公报特开平11-249069号中所记载的投射式显示装置中，具有将反射式光阀相对于投射透镜的光轴倾斜2度至8度的结构。但是，根据「沙伊姆弗勒(シヤインプル一フ)定理」，该反射式光阀的投射图象也被认为相对于投射透镜的光轴而倾斜。这样，在反射式光阀的显示区域是长方形的场合下，在与光轴相垂直的面上的投射图象就成为梯形状，很难得到良好的显示图象。所沙伊姆弗勒定理是指这样的定理，即、当物体相对于光轴倾斜时，图象朝相反方向倾斜，并能相互确定它们的倾斜角度。
日本专利公报特开2000-39585号也公开了一种投射式显示装置，它的结构是与特开平11-249069号公报所记载的同样地在反射式光阀的显示区域正前方配置着正透镜。在该投射式显示装置中，为了使照明光学系统射出的照明光透过正透镜，使其折射之后将反射式光阀照明。而且从光阀射出的射出光在该正透镜折射之后入射到投射透镜。
但是，在上述日本专利公报特开2000-39585号中记载的投射式显示装置中，由于将正透镜的有效区域中的一部分区域用于反射光的透过、将剩余的区域用于从反射式光阀射出的射出光的透过，因而将正透镜的光轴和投射透镜主群的光轴较大偏移地配置。
这样，特开2000-39585号中记载的投射式显示装置也能抑制向反射式光阀入射的入射光和从反射式光阀射出的射出光的光路重合，使这些光路分离。由于不必使用棱镜，因而认为能使装置小型化。
但是，特开2000-39585号中记载的投射式显示装置中，反射式光阀被配置成它的光轴与投射透镜主群的光轴成5度～15度的角度。因此投射图象的光轴和光阀的光轴不平行于投射透镜的光轴。
因此，特开2000-39585号中记载的投射式显示装置与特开平11-249069号公报所记载的投射式显示装置同样地，，被认为由于「沙伊姆弗勒定理」使投射图象发生倾斜而成为梯形状，因而有很难得到良好图象的问题。
而且，被配置在反射式光阀的显示区域正前方的正透镜，被配置成它的光轴能相对于光阀的光轴构成一个角度。而且，在投射透镜中还必需配置偏心透镜。因此，特开2000-39585号中记载的投射式显示装置与特开平11-249069号公报所记载的投射式显示装置同样地，被认为很难得到以光轴为中心象差平衡呈对称的图象。在对象差平衡进行补正时，又需要使投射透镜的透镜个数增加，这会使投射透镜复杂化。此外，当该场合是用两面凸透镜构成正透镜时，会产生透镜的中心厚度增加的问题；而用凸凹透镜构成时，又会产生很难确保充分的放大率的问题。
而且，在特开2000-39585号中记载的投射式显示装置中，入射到正透镜的照射光的一部分因该正透镜和空气层的折射率差而在它们之间的界面上被反射。还将两面是凸面的透镜、或投射透镜侧是凸透镜而反射式光阀侧是凹面的透镜用作上述的正透镜。
因此，在该界面上反射的反射光朝投射透镜的主群方向被反射而到达屏幕。在该界面上反射的反射光，是与入射到反射式光阀的图象信号无关、固定不变地发生的杂散光，这会成为引起投射图象中的对比度降低或双重图象的主要原因，使投射图象的品质显著地降低。
而一般具有充分实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％透过。因此，如果在上述正透镜的表面上形成经TiO2膜、SiO2膜等叠层而构成的通常水平的反射防止膜，则认为能达到降低反射光的目的。但是，只形成用这样的多层膜构成的反射防止膜，上述反射光的降低是有限的，因此投射图象的图象质量提高也有限。最好能形成使100％的入射光透过的反射防止膜，但到现在为止，事实上这种反射防止膜的形成是不可能的。
发明目的本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的是提供一种投射式显示装置、使用该装置的背投式投影机和多影像系统，它能抑制反射式光阀中的入射光的光路和射出光的光路重合，而且能抑制透镜界面上的不需要的反射光入射到投射透镜；它的结构是小型的，并且能得到高质量的投射图象。

发明内容
为了达到上述目的而作出的本发明第1个投射式显示装置，包括照明光学系统，将光源发射的光集中而形成照明光；反射式光阀，反射上述照明光，并射出形成光学象的调制光；投射透镜，将上述反射式光阀形成的光学象进行投影；及正放大率透镜元件；上述透镜元件由1个平凸透镜构成，以凸面朝上述投射透镜的状态、配置在上述反射式光阀和上述投射透镜之间，以便使上述照明光通过上述透镜元件后对上述反射式光阀照明，而且使从上述反射式光阀射出的上述调制光通过上述透镜元件后入射到上述投射透镜。
在上述本发明的第1个投射式显示装置中，最好在上述透镜元件的上述凸面上设有防反射膜。而且最好上述反射式光阀、上述投射透镜、以及上述正放大率透镜元件配置成相互的光轴是平行的、而且是一致的。
在上述本发明的第1个投射式显示装置中，最好上述透镜元件和上述反射式光阀是以相互的光轴处于平行的状态、且在光轴之间设有距离地配置的，以便使在上述透镜元件的光学界面上反射的上述照明光的不必要光成分中的入射到上述投射透镜的光、与上述调制光的有效光成分分离。这时，如果上述反射式光阀具有矩形的显示区域，上述距离最好是设置成与上述矩形的任意一边平行的、且设定为上述一边长度的1/4以上、1/2以下。
在上述本发明的第1个投射式显示装置中，最好上述透镜元件和上述反射式光阀配置成在相互的光轴方向上设有距离，以便使在上述透镜元件的光学界面上反射的上述照明光的不必要光成分中的入射到上述投射透镜的光、与上述调制光的有效成分分离。
为了达到上述目的而作出的本发明第2个投射式显示装置，包括照明光学系统，将光源发射的光集中而形成照明光；反射式光阀，反射上述照明光，并射出形成光学象的调制光；投射透镜，将上述反射式光阀形成的光学象进行投影；及正放大率透镜元件；上述透镜元件在其一方或两方的光学界面上具有多个突起，配置在上述反射式光阀和上述投射透镜之间，使上述照明光通过上述透镜元件之后对上述反射式光阀照明，而且，从上述反射式光阀射出的调制光通过上述透镜元件之后入射到上述投射透镜；上述多个突起的间距为可视频带波长的1/2以下、高度为上述间距的1倍以上。
在上述本发明的第2个投射式显示装置中，最好上述多个突起具有从顶部向底部渐渐地增大的轴截面。而且，最好上述反射式光阀、上述投射透镜、以及上述正放大率透镜元件配置成相互的光轴是平行的、而且是一致的。
为了达到上述目的而作出的本发明第3个投射式显示装置，包括照明光学系统，将光源发射的光集中而形成照明光；反射式光阀，反射上述照明光，并射出形成光学象的调制光；投射透镜，将上述反射式光阀形成的光学象进行投影；及正放大率透镜元件；上述反射式光阀和上述投射透镜配置成相互的光轴是平行的；上述透镜元件是由平凹透镜和折射率比上述平凹透镜大的平凸透镜接合而构成，其配置在上述反射式光阀和上述投射透镜之间，使上述照明光通过上述透镜元件之后对上述反射式光阀照明，而且，从上述反射式光阀射出的调制光通过上述透镜元件之后入射到上述投射透镜；上述平凹透镜和上述平凸透镜，通过具有的折射率比上述平凹透镜的折射率大、且比上述平凸透镜的折射率小的膜、或者是具有的折射率从上述平凹透镜的折射率变化到上述平凸透镜的折射率的膜接合而成。
在上述本发明的第1～第3个投射式显示装置中，最好上述投射透镜和上述透镜元件配置成相互的光轴一致；上述投射透镜具有相对于其光轴偏心的光阑；上述照明光学系统配置成使上述调制光通过上述光阑的。这时，最好上述光阑的偏心方向是离开上述照明光学系统的光轴方向。最好上述投射透镜具有只利用向其光轴方向的移动进行焦点调整的机构。进一步，此时，在把上述投射式透镜的F数值取为F1，从照明光学系统射出且由上述反射式光阀反射之后入射到上述投射透镜的光的束散角取为θ1，从上述反射式光阀的显示区域的中心射出的主光线和上述投射透镜的光轴相交的角取为α时，其最好满足下述公式(1)。
F1＝1/(2Sin(θ1+α))……(1)此外，在上述本发明的第1～第3个投射式显示装置中，上述照明光学系统的结构最好是，具有由多个部分光瞳元件形成的射出光瞳，在上述反射式光阀反射时能使上述照明光的光束分布变得均匀。
在上述本发明的第1～第3个投射式显示装置中，最好上述照明光学系统的射出光瞳和上述投射透镜的入射光瞳相对于上述透镜元件大致处于共轭关系；通过上述照明光学系统的射出光瞳的光束中的、在上述反射式光阀的显示区域上反射的光束的80％以上，通过上述透镜元件之后入射到上述投射透镜的入射光瞳的有效区域。
为了达到上述目的而作出的本发明的背投式投影机，它至少设有上述第1～第3中任一个本发明的投射式显示装置；对从上述投射式显示装置投射的光进行反射的反射镜；使上述反射镜反射的光透过并散射而显示的屏幕。
为了达到上述目的而作出的本发明的多影像系统，包括多个投射系统；及影象信号分割电路，将影象信号分别供给上述多个投射系统；上述多个投射系统分别包括上述权利要求1～28中的任意一项所述的投射式显示装置，把上述投射式显示装置投射来的光映出的透过式屏幕，以及收容上述投射式显示装置的筐体；上述影象信号分割电路，将画面分割成多个区域，对各个区域的影象信号进行加工之后供给上述投射系统。


图1是表示本发明的实施方式1涉及的投射式显示装置的结构示意图。
图2A是表示图1所示的反射式光阀附近部分的照明光和投射光光路的的示意图，图2B是表示图1所示的反射式光阀附近部分的具有正放大率透镜元件的光学界面上反射光走向的示意图。
图3是表示本发明的实施方式2涉及的投射式显示装置结构的示意图。
图4是放大表示图3所示的正放大率透镜元件表面的示意图。
图5是表示本发明的实施方式3涉及的投射式显示装置结构的示意图。
图6A和图6B是放大表示图5所示的正放大率透镜元件的示意图。
图7是表示本发明的实施方式4涉及的投射式显示装置结构的示意图。
图8A是表示图7所示的反射式光阀附近部分的照明光和投射光光路的示意图，图8B是表示图7所示的反射式光阀附近部分的正放大率透镜元件的光学界面上反射光走向的示意图。
图9是表示本发明的实施方式5涉及的投射式显示装置结构的示意图。
图10是放大表示图9所示的反射式光阀附近部分的示意图。
图11是表示本发明的实施方式6涉及的投射式显示装置结构的示意图。
图12表示构成图11所示的投射式显示装置的投射透镜的入射光瞳。
图13是表示图11所示反射式光阀的显示区域中心部的光束走向的示意图。
图14是表示本发明的实施方式7涉及的投射式显示装置结构的示意图。
图15是表示本发明的背投式投影机一个例子的结构图。
图16是表示本发明的多影像系统一个例子的结构图。
图17是表示构成以前的DMD的各个象素的微小反射镜的动作状态的示意图。
图18是表示用于以前的DMD的投射式显示装置的概略结构示意图。
图19是放大地表示图18所示的DMD附近部分的示意图。
图20是表示将以前的投射透镜作成非远心光路的投射式显示装置的概略结构示意图。
图21是放大表示图20所示的反射式光阀附近部分的示意图。
具体实施例方式
(实施方式1)下面，参照图1、图2来说明本发明实施方式1的投射式显示装置。图1是表示本发明的实施方式1的投射式显示装置的结构示意图。图2A是表示图1所示的反射式光阀附近部分的照明光和投射光的光路的示意图，图2B是表示图1所示的反射式光阀附近部分的正放大率透镜元件的光学界面上反射光的动作的示意图。
在本实施方式1中，将图17所示的DMD用作反射式光阀。而且图1和图2是用与构成DMD的微小反射镜的旋转支承轴相垂直地剖切而形成的剖面表示的。微小反射镜的可动范围是±10度。
先用图1来说明本实施方式1的投射式显示装置的结构和动作。如图1所示，本实施方式的投射式显示装置至少具有光源1；将光源1发射的光汇集而形成照明光的照明光学系统2；将照明光反射并射出形成光学图象的调制光的反射式光阀(空间光调制元件)6；投射反射式光阀6形成的光学图象的投射光学系统7；以及正放大率透镜元件5。
如图1所示，正放大率透镜元件5由1个平凸透镜构成，以凸面朝投射透镜7的状态被配置在反射式光阀6和投射透镜7之间。而且，正放大率透镜元件5是这样配置的，即、使照明光通过透镜元件5后对反射式光阀6照明；而且，使从反射式光阀6射出的调制光通过透镜元件5后射入投射透镜7。
在本实施方式1中，光源1由灯1a和凹面镜1b构成，它是与图18所示的光源201同样的。因此从灯1a发射的光由凹面镜1b反射、在凹面镜1b的第2焦点f2处形成发光体象。
照明光学系统2由圆柱透镜3和转象透镜系统4构成。凹面镜1b的第2焦点f2大致与圆柱透镜3的入射面18一致。入射到圆柱透镜3的光在圆柱透镜3的内面反复地进行多重反射。因此，在圆柱透镜3的入射面18处光量不匀的光束，在圆柱透镜3的射出面19处光量变得均匀。
从圆柱透镜3射出的光入射到转象透镜系统4，从转象透镜系统4向反射式光阀6射出。从转象透镜系统4射出的光通过正放大率透镜元件5，对反射式光阀6照明。
结果使从反射式光阀6射出的射出光通过正放大率透镜元件5后入射到投射光学系统7上，将反射式光阀6上的光学象放大地投射到屏幕上。圆柱透镜3的射出面19和反射式光阀6的显示区域，在由转象透镜系统4和正放大率透镜元件5合成的光学系统中处于共轭关系。
下面，参照图2来说明本发明的投射式显示装置的原理。如上面根据图1的说明所述，由光源1聚光、并由照明光学系统2使其均匀和加以整形了的光束从照明光学系统2的射出光瞳8射出。即、如图2A和2B所示，从照明光学系统2的射出光瞳8射出对反射式光阀6的上部照明的光束10a、对反射式光阀6的中央部照明的光束10b、对反射式光阀6的下部照明的光束10c。
在本申请书中，所谓「上部」、「中央部」、「下部」是表示图中的位置关系。而且在图2A和2B中、光束10a～10c只用代表性的光线表示，这些代表性的光线分别指从射出光瞳8的上端射出的上光线、从射出光瞳8的中心射出的主光线、从射出光瞳8的下端射出的下光线。
光束10a、10b和10c通过正放大率透镜元件5之后入射到反射式光阀6。因此，从射出光瞳8射出的光线之中的、对反射式光阀6的上部照明的光束10a，由正放大率透镜元件5折射，与入射到正放大率透镜元件5之前相比，朝着与正放大率透镜元件5的光轴14构成角度变小的方向折射。
另一方面，对反射式光阀6的下部照明的光束10c由正放大率透镜元件5朝着与光轴14的构成角度变大的方向折射。因此通过正放大率透镜元件5的光束10a、10b、和10c成为各自的主光线大致是相互平行的、与反射式光阀6的光轴15之间角度大约是20度的远心的照明光，对反射式光阀6的显示区域均匀地照明。而且各个光束的束散角都大致相等。
反射式光阀6的各个微小反射镜具有在ON状态下相对于与正放大率透镜元件5的光轴14相垂直的面、沿着反时针方向倾斜10度的结构。这样，由于照明光是远心的，所以在微小反射镜ON状态的场合下，从反射式光阀6射出的射出光的光束11a、11b和11c的主光线，在反射式光阀6的显示区域的任何位置都成为与反射式光阀6的光轴15大致平行、远心的。
从反射式光阀6射出的射出光的光束11a、11b和11c中的任何一个光束都通过正放大率透镜元件5后入射到投射光学系统7的入射光瞳9。入射到投射光学系统7的入射光瞳9的光由投射光学系统将其放大投影到屏幕上。
如图2B所示、光束10a、10b和10c通过正放大率透镜元件5之后向反射式光阀6入射，但是在透镜元件5的光学界面(凸面)20a上使一部分反射形成光束21a、21b和21c。由光学界面20a形成的反射光在光阀显示区域附近形成虚象22，成为不必要光成分。而且该不必要光成分的一部分入射到投射透镜7的入射光瞳9并到达屏幕。
另一方面，正放大率透镜元件5的光学界面20b是平面、并且是不具有放大率的面。因此，从照明光学系统2的射出光瞳8射出的光束10a、10b和10c在通过反射式光阀6和光轴平行的光学界面20b时，，由于上述光束根据光学界面20b与空气层的折射率之差、按照「斯内尔定律」进行折射。
这时，在光学界面20b上也与光学界面20a同样地发生反射，但由于光学界面20b是平面，因而反射光射出时的射出角与以界面的法线为基准的入射光的入射角相同。又因为从照明光学系统2的射出光瞳8射出的光束10a、10b和10c在光学界面20b上大致构成远心的，所以由光学界面20b反射而产生的光束也大致构成远心的。
因此，该反射光的各个光束的束散角彼此相等，而且反射光的各个光束的主光线与界面的法线所构成的角度是全部相同的，主光线大致成为平行的。其结果是，因为由光学界面20b上的反射光形成的虚象是在离开光阀极远的位置上，所以即使光学界面20b上的一部分反射光入射到投射透镜7，也不会由光束的集中而显示在屏幕上、不会形成双重图象。
但是，可以想到使正放大率透镜元件5的凸面(光学界面20a)朝反射式光阀6侧的方式，或者如以前的投射式显示装置那样地、将两面是凸面的透镜用作正放大率透镜元件的方式。但是，在这样的方式中，入射到反射式光阀6的照明光的光束10a、10b和10c在通过正放大率透镜元件之后成为远心的。
即、在上述的方式中，照明光的光束10a、10b和10c的主光线在正放大率透镜元件5中任意一个光学界面上，相互之间都是大致不平行的，由这些光学界面上的反射光在反射式光阀的附近形成虚象。因此在上述的方式中，与本实施方式1相比，入射到投射透镜7的不必要的光线成分较多，其结果会使投影上发生双重图象等问题，会使投射图象的图像质量大大地恶化。
这样，在本实施方式1的投射式显示装置中，将1个平凸透镜用作正放大率透镜元件5，而且该正放大率透镜元件5是以它的凸面(光学界面20a)朝向投射透镜7的状态配置在反射式光阀6和投射透镜7之间。因此，如果使用本实施方式1的投射式显示装置，则与以前的投射式显示装置相比，能抑制由入射到投射透镜7的不必要的光线成分所引起的投射图象质量的降低。
由于将正放大率透镜元件5配置成这样，因而折射力就较好地均衡作用在相对于正放大率透镜元件5的光轴14从倾斜方向入射的各个光束10a、10b和10c上。由此光束就不会集中在反射式光阀6的一部分显示区域上，能抑制亮度不匀的发生。
在本实施方式1的投射式显示装置中，最好的方式是在正放大率透镜元件5的光学界面(凸面)20a上施加极超低反射镀层(極超低反射コ一ト)等而形成防反射膜。采用用这样的方式，能进一步抑制光学界面20a上的反射光的发生，能将到达屏幕上的不必要的光线成分更减少，因而就能容易地得到不降低对比度的良好的图象。可以将TiO2、SiO2等的透明光学薄膜或它们的叠层薄膜等用作防反射膜。
由于在本实施方式1的投射式显示装置中使用了正放大率透镜元件5，因而即使将远心的光学系统用作投射透镜7，也能将投射光学系统7的入射光瞳9和照明光学系统2的射出光瞳8缩小。而且不用棱镜就能使从照明光学系统2入射的入射光的光路和从反射式光阀射出的射出光的光路分离。因此，如果采用本实施方式1的投射式显示装置，能使装置小型化、还能实现正面投射。
而且，如图1和图2A所示，在本实施方式1的投射式显示装置中，反射式光阀6的光轴15、投射光学系统7的光轴13和正放大率透镜元件5的光轴14是相互平行的，它们是一致的。因此在投射光学系统中不需要偏心的元件，能良好地补正投射图象的象差。
在本说明书中，所谓「光轴平行」的说法中还包含了具有可容许范围内的误差的场合。同样地、所谓「光轴一致」的说法中不只是指完全一致的场合，还包含了具有可容许范围内的误差的场合。
由于光轴13～15是相互平行的且一致的，因而从反射式光阀射出的射出光束11a、11b和11c的主光线就通过正放大率透镜元件5的焦点16。而且如图1和图2A所示，照明光学系统2的射出光瞳8和投射透镜7的入射光瞳9相对于正放大率透镜元件5处于共轭关系，正放大率透镜元件5的焦点面17和投射透镜7的入射光瞳9一致。
因此在本实施方式的投射式显示装置中，在投射透镜7上能抑制周边的光线不能通过而被削减，使投射图象能得到最大的亮度。而且，正放大率透镜元件5上的光学界面20a(凸面)的顶点到投射透镜7的入射光瞳9的距离d，大致与正放大率透镜元件5的反焦距一致。
照明光学系统2的射出光瞳8和投射光学系统7的入射光瞳9，相对于正放大率透镜元件5处于共轭关系，但这里所谓的「共轭关系」不仅仅指如图1和图2所示地投射透镜7的入射光瞳9与正放大率透镜元件5的焦点面16一致的场合。也可以是通过由正放大率透镜元件5和反射式光阀6构成的成像系统，使入射光瞳9成像在照明光学系统2的射出光瞳8处的情况。具体地说，如果是通过照明光学系统2的射出光瞳8的光束中、在反射式光阀6反射的光束的80％以上通过透镜元件5之后、入射到投射透镜7的入射光瞳9的有效区域中的场合，都可以说是处于上述的「共轭关系」。
如图1和图2A所示，在本实施方式1中，将照明光学系统2配置成射出光瞳8位于正放大率透镜元件5的焦点面17附近。通过如此地配置照明光学系统2，能容易地使入射到反射式光阀6的照明光成为远心的，而且能进一步抑制照明光的损失。
在本实施方式中，最好将焦点距离是40mm～80mm左右的透镜用作正放大率透镜元件5。这是因为，如果采用这样的正放大率透镜元件5，则能得到适当的放大率，能确实地使从照明光学系统2的射出光瞳8射出的光束和从反射式光阀6射出并射入的投射光学系统7的入射光瞳9中的光束分离。正放大率透镜元件5的焦点距离可以如下所述地适当选择，即、将朝反射式光阀6入射的入射光与从反射式光阀6射出的射出光所构成的角度、朝反射式光阀6入射的入射光的F数值、从反射式光阀6射出的射出光的F数值综合在一起进行适当选择。
但是，当如上所述地反射式光阀6处于ON状态时，由反射式光阀6反射的光(ON光)入射到投射透镜7，而当反射式光阀6处于OFF状态时，由反射式光阀6反射的光(OFF光)相对于光轴15的一40度(顺时针方向)的方向射出。该OFF光也同样地入射到正放大率透镜元件5，但射出方向与ON光不同，因而，虽然接近正放大率透镜元件5的焦点面17，但聚光在与投射透镜7的入射光瞳9不同的位置上。因此，借助在接近投射透镜7的最终面的位置设置光阑的结构，能竭力地抑制不必要光的入射。
本实施方式1中，正放大率透镜元件5最好由折射率高的玻璃材料形成。这时，可以将正放大率透镜元件5的中心厚度减薄，从而能实现投射式显示装置的进一步小型化。而且，即使加大透镜元件的凸面的曲率半径，也能够用较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达屏幕。
具体地说最好使用折射率是1.74以上、1.85以下的材料。如果使用这样的材料，则能降低玻璃材料的成本，同时能得到充分的性能。
(实施方式2)下面，参照着图3和图4来说明本发明实施方式2的投射式显示装置。图3是表示本发明的实施方式2的投射式显示装置的结构示意图。图4是放大地表示图3所示的正放大率透镜元件的表面的示意图。在本实施方式2中，也是将图17所示的DMD用作反射式光阀。图3是表示的是同构成DMD的微小反射镜的旋转支承轴相垂直地切断而形成的剖面。
如图3所示，本实施方式2的投射式显示装置的结构，除了正放大率透镜元件35不同以外，其余都是与实施方式1的投射式显示装置相同的结构。即、光源31、照明光学系统32、反射式光阀36和投射透镜37都是与实施方式1所用的构件同样的。
而且，在本实施方式2中，光源31、照明光学系统32、正放大率透镜元件35、反射式光阀36和投射式透镜37等都是与实施方式1同样地配置的。在本实施方式2中，也是将反射式光阀36、投射透镜37、以及正放大率透镜元件35配置成彼此的光轴(45、43、44)相互平行、且使这些光轴一致。在图3中，38是照明光学系统32的射出光瞳；39是投射透镜37的入射光瞳；47是正放大率透镜元件35的焦点面；46是正放大率透镜元件35的焦点。而40a～40c是照明光的光束、41a～41c是从反射式光阀36射出的射出光的光束。
如图3所示，在本实施方式2中，正放大率透镜元件35与实施方式1不同，它是由双凸透镜构成。而且如图4所示，在正放大率透镜元件35的两面上，通过细微加工技术形成有多个微小的突起42。
这些突起42的间距p1设定成可视频带波长(照明光的波长)的1/2以下，最好设定为150nm～250nm。此外，突起42的高度h1设定成间距p1的1倍以上，最好设定成3倍以上。
在图4所示的例子中，突起42形成圆锥状，轴截面的面积是从顶端向底部渐渐地增大，但本发明并不局限于此。突起42可以是柱状，突起42的截面也可以是圆形以外的多角形。
因此，在本实施方式2中，形成有多个微小的突起42的透镜面与空气相接触，如下述的参考文献所记载，由于设置了多个微小的突起42、使入射到正放大率透镜元件35的光如同使折射率连续变化那样地作用。这时，入射到正放大率透镜元件的光如图2B所示，在透镜面上没有被反射地入射到透镜元件中。因此，如果采用本实施方式2的投射式显示装置，就能使入射到投射透镜37的不必要的光成分成为零。
「参考文献」Hiroshi TOYOTA，Koji TAKAHARA，Masato OKANO，Tsutom YOTSUYAand Hisao KIKUTA“Fabrication of Microcone Array forAntireflection Structured Surface Using Metal Dotted Pattern”Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40(2001)pp.L747-L749其结果是，从照明光学系统32射出的光束40a、40b和40c在正放大率透镜元件35的各个光学界面上都没有被反射，都到达反射式光阀36，对光学图象进行照明。而从反射式光阀36射出的光，由正放大率透镜元件35聚束后入射到投射透镜37的入射光瞳39。由此，将反射式光阀36上形成的光学图象通过投射透镜37放大地投射到屏幕上。
在本实施方式2中，与实施方式1同样地也可以将平凸透镜用作正放大率透镜元件35，可将凸面配置成朝投射透镜37。这时，最好只在凸面上设置多个微小的突起。而形成多个微小突起的方法有例如，利用在成形面上设有多个微小凹部的金属模、与该透镜一起形成的方法；或者在没有设置多个微小突起的透镜的透镜面上进行浸蚀而形成的方法等。
这样，如果采用本实施方式2的投射式显示装置，则能比实施方式1的投射式显示装置更能抑制由不必要的光成分引起的投射图象的质量下降。而且本实施方式2能与实施方式1同样地不用全反射棱镜、就能实现正面投射。
而且，在本实施方式2中，与实施方式1同样地正放大率透镜元件35最好由折射率高的玻璃材料形成。具体地说，最好用折射率是1.74以上、1.85以下的材料。
(实施方式3)下面，参照着图5和图6来说明本发明实施方式3的投射式显示装置。图5是表示本发明的实施方式3的投射式显示装置的结构示意图。图6是放大地表示图5所示的正放大率透镜元件的剖面示意图。在本实施方式3中，也是将图17所示的DMD用作反射式光阀。图5是表示与构成DMD的微小反射镜的旋转支承轴相垂直地剖切而构成的剖面。
如图5所示，本实施方式3的投射式显示装置的结构，除了正放大率透镜元件55不同以外，其余都是与实施方式1的投射式显示装置同样的结构。即、光源51、照明光学系统52、反射式光阀56和投射透镜57都是与实施方式1所用的构件同样的。
而且，在本实施方式3中，光源51、照明光学系统52、正放大率透镜元件55、反射式光阀56和投射式透镜57等都是与实施方式1同样地配置的。在本实施方式3中，也是将反射式光阀56、投射透镜57和正放大率透镜元件55配置成彼此的光轴(65、63、64)相互平行、并使这些光轴一致。在图5中，58是照明光学系统52的射出光瞳；67是正放大率透镜元件55的焦点面；66是正放大率透镜元件55的焦点。而60a～60c是照明光的光束、61a～61c是从反射式光阀56射出的射出光的光束。
如图5和图6所示，在本实施方式3中、正放大率透镜元件55是与实施方式1不同的，它是由平凹透镜68与平凸透镜69接合而构成。而且平凸透镜69的折射率大于平凹透镜68的折射率。
具体地说，如下述表1所示，平凹透镜68用譬如玻璃材料A、玻璃材料B等折射率较低的材料形成。另一方面，如下述表1所示，平凸透镜69用譬如玻璃材料C、玻璃材料D等折射率较高的玻璃材料形成。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)

上述该将平凹透镜68和平凸透镜69接合而构成的透镜元件55也是与实施方式1中所用的透镜元件同样地、整体具有正放大率。因此与实施方式1同样地，从照明光学系统52的射出光瞳58射出的光束60a、60b和60c形成各个主光线大致相互平行、与反射式光阀56的光轴65构成的角度大约为20度的远心的照明光。而且各个光束的束散角都彼此大致相等。
而且，从反射式光阀56射出的射出光由正放大率透镜元件55使光束缩小的同时、入射到投射透镜57的入射光瞳59。入射到投射透镜57的入射光瞳59的光由投射透镜57放大地投影到屏幕上。
在本实施方式3中，接合的2个透镜的折射率之差越大，接合面的放大率就越大。但是，折射率越大，则接合面上的界面反射就增大，所以在接合面上会产生与实施方式1所述同样的由反射形成的不必要的光。因此，当入射到投射透镜57的不必要的光成分较多时，就会使投射图象的对比度降低。
因此，在本实施方式3中，为了降低接合面上的反射率而抑制不必要光的产生，如图6A所示地，采用在用低折射率材料构成的平凹透镜68的面68b与用高折射率材料构成的平凸透镜69的面69a之间设置薄膜的方式，该薄膜具有的折射率大于平凹透镜68的折射率而小于平凸透镜69的折射率。
具体地说，在平凸透镜69的面上用蒸镀等方法形成具有两种材料的至少中间的折射率的薄膜70b，并利用具有薄膜70b与平凹透镜68的中间的折射率的粘接材料70a接合形成有薄膜70b的平凸透镜69和平凹透镜68。作为图6A所示的薄膜70b的例子，譬如有SiO2膜、TiO2膜或它们的叠层膜。
在本实施方式3中，也可以形成如图6B所示的方式，即在平凹透镜68的面68b与平凸透镜69的面69a之间，设有折射率从平凹透镜68的折射率开始变化到平凸透镜69的折射率为止的薄膜。具体地说，在平凸透镜69的面69a上、用溅射的方法形成折射率在1.5～1.85之间连续变化的薄膜70b，用具有与平凹透镜68同等的折射率的粘接剂70a(例如、千叶特殊化学公司(チバ·スペシヤル ·ケミカルズ社)制造的「环氧树脂AY103」等)将上述平凸透镜69与平凹透镜68接合。
作为图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间折射率的膜和具有低折射率的膜叠层而形成的叠层膜。具有高折射率的膜的例子，譬如有Nb2O5膜、Sb2O5膜、Ta2O5膜等、或者它们的叠层膜。具有中间折射率的膜的例子，譬如有SiO2膜、TiO2膜或它们的叠层膜。而具有低折射率的膜的例子，譬如有MgF2膜、LiF膜、BaF2膜等、或者它们的叠层膜。
借助形成上述的图6A和图6B所示的方式，能将平凹透镜68与平凸透镜69的接合面上的界面反射抑制成大约为零，能得到可抑制因反射光生成的不必要光的正放大率透镜元件。
在本实施方式3中，从照明光学系统52的射出光瞳58射出的光束60a、60b和60c入射到平凹透镜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的各个主光线相互不平行。因此，借助适当地设定面68a的曲率半径，能抑制光束60a、60b和60c的在面68a上的反射光、在光阀56的有效显示区域上形成虚象。而由于从反射式光阀56射出的射出光束61a、61b和61c是相互平行地射出，因而面68a必须是凹面。
但是，平凹透镜68的凹面(面68a)的曲率半径越小，光束60a、60b、和60c的反射光中所含的各个光线的反射角度就越大，反射光入射到投射透镜57的成分就越少。而在面68a的曲率半径较小时，为了确保正放大率透镜元件55整体的放大率，必须将构成接合面的面68b和面69a的曲率半径缩小，或者将平凹透镜68与平凸透镜69的折射率之差增大。
实际上，在使用已有的透明玻璃材料的场合下，上述透镜之间的折射率之差最大为0.45左右，不能超过该数。而且，在要减小构成接合面的面68b和面69a的曲率半径时，在透镜加工中就必须将中心厚度加厚，就会使投射透镜的反焦距加长。因此，根据这些理由，在面68a的反射光形成的虚象被形成在光阀56的有效显示区域外的范围内，平凹透镜68的凹面(面68a)的曲率半径可以选择最大的曲率半径。
这样，如果将平凹透镜68与平凸透镜69的接合透镜用作正放大率透镜元件，则能抑制不需要的反射光的入射、同时能得到放大率适当的正放大率透镜。而且能确实地使从照明光学系统的射出光瞳58射出的光束与从反射式光阀56射出并入射到投射透镜57的入射光瞳59的光束分离。
而且，从提高上述的效果考虑，在本实施方式3中，最好使用焦点距离是40mm～80mm左右的作为正放大率透镜元件55。正放大率透镜元件55的焦点距离可如下所述地适当选择，即，将朝反射式光阀56入射的投射光与从反射式光阀射出的射出光构成的角度、朝反射式光阀56的入射光的F数值、从反射式光阀射出的射出光的F数值综合在一起进行适当选择。
这样，如果使用本实施方式3的投射式显示装置，则与实施方式1的投射式显示装置相比，更能抑制由不必要光成分形成的投射图象的质量下降。而且在本实施方式中，与实施方式1同样地、不用全反射棱镜就能实现正面投射。
(实施方式4)下面，参照着图7和图8来说明本发明实施方式4的投射式显示装置。图7是表示本发明的实施方式4的投射式显示装置的结构示意图。图8A是表示图7所示的反射式光阀附近部分的照明光和投射光的光路示意图，图8B是表示图7所示的反射式光阀附近部分的正放大率透镜元件的在光学界面上的反射光的动作示意图。
在本实施方式4中，也是将图17所示的DMD用作反射式光阀。图7和图8是用与构成DMD的微小反射镜的旋转支承轴相垂直地剖切而构成的剖面表示。而且微小反射镜的可动范围是±10的度。
先参照图7来说明本实施方式4的投射式显示装置的结构和动作。本实施方式4的投射式显示装置在以下方面与实施方式1的投射式显示装置不同。如图7所示，反射式光阀76与正放大率透镜元件75是配置成使相互的光轴成平行的状态、而且在光轴(85、84)之间设有距离d1。而且，设定的距离d1能够使在透镜元件75的光学界面88上反射的照明光的不需要光成分中的投射到投射透镜77上的光，与从反射式光阀射出的的调制光的有效光成分分离。
而且，在本实施方式4中，正放大率透镜元件75具有与实施方式1所示透镜元件同样的形状，但有效半径或折射率等参数不同。此外，在投射透镜77的屏幕侧设有遮光部73。
除了上述几点以外，本实施方式4的投射式显示装置的结构是与实施方式1的投射式显示装置同样的。即、正放大率透镜75的配置，能使照明光通过透镜元件75之后对反射式光阀76照明，从反射式光阀76射出的调制光通过透镜元件75之后入射到投射透镜77。
此外，光源71、照明光学系统72、反射式光阀76和投射透镜77都是与实施方式1所用的构件同样的。再者，正放大率透镜元件75和投射式透镜77配置成彼此的光轴(84、83)相互平行且使这些光轴一致。照明光学系统72的射出光瞳78和投射透镜77的入射光瞳79相对于正放大率透镜元件75处于共轭关系。图7中，87是正放大率透镜元件75的焦点面，86是正放大率透镜元件75的焦点。
由这样的结构，在本实施方式4的投射式显示装置中也与实施方式1同样地，从反射式光阀76射出的射出光通过正放大率透镜元件75之后投射到投射透镜77，由此将反射式光阀76上的光学图象放大地投射在屏幕上。
下面，参照着图8来说明本发明的投射式显示装置的原理。与实施方式1同样地，从照明光学系统72的射出光瞳78射出由光源71聚光且由照明光学系统72均匀化和整形化了的光束，即如图8A所示，从照明光学系统72的射出光瞳78射出对反射式光阀76的上部照明的光束80a、对反射式光阀76的中央部照明的光束80b、和对反射式光阀76的下部照明的光束80c。
光束80a、80b、和80c通过正放大率透镜元件75之后入射到反射式光阀76。因此，从射出光瞳78射出的光线内对反射式光阀上部照明的光束80a，由正放大率透镜元件75折射，与入射到正放大率透镜元件75之前相比，朝着与正放大率透镜元件75的光轴84构成较小角度的方向折射。
另一方面，对反射式光阀76的下部照明的光束80c，由正放大率透镜元件75的作用朝着与光轴84构成较大角度的方向折射。这样、与实施方式1同样地，通过正放大率透镜元件75的光束80a、光束80b、光束80c成为各个主光轴相互大致平行的、与反射式光阀76的光轴85构成的角度是大致20度的远心的照明光。而且，各个光束的束散角都彼此大致相等。
这时，如图8B所示，与实施方式1同样地，从照明光学系统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镜元件75的光学界面88上被反射，产生光束90a、90b、和90c，沿着投射透镜77的方向行进。这些光束是在反射式光阀76的附近形成虚象82的不必要光。
但是，在本实施方式4中，如上所述地将反射式光阀76和正放大率透镜元件75配置成相互之间的光轴(85、84)保持距离d1。而且，距离d1是如上所述地设定成，能使光学界面88上产生的光束90a、90b、90c中的、入射到投射透镜77的光和从反射式光阀76射出的调制光的有效成分分离。
这样，如果采用本实施方式4，则虚象82就形成在反射式光阀76的有效显示区域以外，由于这样就能抑制不必要光在屏幕的显示区域上的发生，因而能得到图象质量优良的投射图象。
在设定反射式光阀76的光轴85和正放大率透镜元件75的光轴84之间的距离d1时，可将反射式光阀76的有效显示区域的大小、照明光学系统72的射出光瞳78的大小或形状、虚象82的强度分布等综合考虑地进行。
具体地说，距离d1的设定可以如下所述地进行。譬如、反射式光阀76具有矩形的显示区域，如果是设定成与该矩形的任意一边平行的距离d1，则最好将这距离d1设定成该边长的1/4以上、1/2以下。这时，就不会使投射透镜77的有效象圆(有効像 )显著地增大，而且不会使光轴相互间倾斜，用适当的放大率就能确实地将从照明光学系统72的射出光瞳78射出的光束、与从反射式光阀76射出并入射到投射透镜77的入射光瞳79的入射光束分离，同时可抑制不需要光的发生。
而且，本实施方式4中，如上所述地在投射透镜77的屏幕侧设有遮光部73。因此，能对不需要入射到投射透镜77的光进行遮光。只要遮光部73能将不必要光适当地遮蔽，则可将其配置在投射透镜77和屏幕之间的任意位置。
在图7所示的例子中，由于不必要光是从投射透镜77射出的光束中的一部分，因而遮光部73的形状为能遮蔽不必要光所通过区域的形状。但遮光部73的形状没有特别的限定，譬如可以作成具有开口部的框状或环状。
这时，遮光部73的开口部可设置成这样，即、从反射式光阀76射出并射入到投射透镜77的光束中，只有显示本来图象所必需的有效光束才能到达屏幕(图中没有表示)。
而且，在这种场合下，如果将遮光部73配置在投射透镜77的屏幕侧，则一般情况下由于这里的光束大致是与屏幕的有效显示区域大致相似的形状，因而最好将开口部也作成与屏幕的有效显示区域大致相似的形状。
在本实施方式4中，最好采用形成有虚象82的面与反射式光阀76的显示面大概一致的结构。如果作成该结构，则显示区域中的与虚象82重叠的区域也可成为最小，而且能缩小正放大率透镜元件75的光轴84与反射式光阀76的光轴85的距离d1。此外如果作成该结构，则能缩小投射透镜77的有效象圆。
在本实施方式4中，最好将焦点距离是50mm～120mm左右的透镜作为正放大率透镜元件75。其原因在于，如果采用这样的正放大率透镜元件75，则能得到适当的放大率，能确实使从照明光学系统72的射出光瞳78射出的光束与从反射式光阀76射出并入射到投射透镜77的入射光瞳79的光束分离。
正放大率透镜元件75的焦点距离可以将入射到反射式光阀76入射光与从反射式光阀射出的射出光所构成的角度、入射到反射式光阀76的入射光的F数值、从反射式光阀射出的射出光的F数值综合在一起进行适当的选择。
在本实施方式4中，如上所述地将有效直径比实施方式1中所用的透镜元件大的透镜元件用作透镜元件75。这是因为距离d1的设定，使正放大率透镜元件75的照明光的光束所通过的区域和从反射式光阀76射出的光束所通过的区域加在一起的有效区域扩大。
但是，在用1个平凸透镜构成正放大率透镜元件75而增大有效直径时，为了确保端部(コバ)厚度，就需要较厚的中心厚度。因此，本实施方式4中也和实施方式1同样地，最好用折射率高的玻璃材料形成正放大率透镜元件75。具体地说，最好用折射率是1.74以上、1.85以下的材料。
这样，如果采用本实施方式4的投射式显示装置，则能比实施方式1的投射式显示装置更能抑制由不必要光成分形成的投射图象的图象质量的下降。而且本实施方式4与实施方式1同样地，不用全反射棱镜就能实现正面投射。
(实施方式5)下面，参照着图9和图10来说明本发明的实施方式5。图9是表示本发明的实施方式5的投射式显示装置的结构示意图。图10是放大地表示图9所示的反射式光阀附近部分的示意图。在本实施方式5中，也是将图17所示的DMD用作反射式光阀。图9和图10是用与构成DMD的微小反射镜的旋转支承轴相垂直地剖切而构成的剖面表示的。
先参照图9来说明本实施方式5的投射式显示装置的结构和动作。本实施方式5的投射式显示装置在以下方面与实施方式1的投射式显示装置不同。如图9所示，在光轴方向上透镜元件95和反射式光阀96之间的距离d2被设定成，能够使在透镜元件95的光学界面上反射的照明光的不需要成分中的入射到投射透镜97的光、与从反射式光阀96射出的调制光的有效光成分分离。
而且、本实施方式5的投射式显示装置在投射透镜97的屏幕侧设有遮光部120。此外，本实施方式5的投射式显示装置设有彩色转盘121，照明光学系统92的结构与实施方式1不同。
除了上述的几点以外，本实施方式5的投射式显示装置的结构是与实施方式1的投射式显示装置同样的。即、光源91、正放大率透镜元件95、反射式光阀96和投射透镜97都是使用与实施方式1中的同样结构。
而且，反射式光阀96、投射透镜97和正放大率透镜元件95等是与实施方式1同样地配置着，相互的光轴(105、103、104)平行而且是一致的。此外、与实施方式1同样地、照明光学系统92的射出光瞳98与投射透镜的入射光瞳99是相对于正放大率透镜元件95处于共轭关系。图9中，107是正放大率透镜元件95的焦点面，106是正放大率透镜元件95的焦点。
在本实施方式5中，照明光学系统92是按照顺序配置着聚光透镜122、第1透镜列123、第2透镜列124、转象透镜125而构成。
在本实施方式5中，彩色转盘121是配置在对光源91射出的光进行聚光的凹面镜1b的第2焦点f2上。彩色转盘121是在圆周上按照R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的顺序排列3种颜色的滤色镜而构成，光通过它的一部分。彩色转盘121上安装着电机等原动机(图中没有表示)，彩色转盘121作成以轴126为中心而进行高速旋转。因此使通过的光按照R、G、B的顺序地进行切换。通过彩色转盘121的光由焦点位于凹面镜1b的第2焦点f2上的聚光镜122变换成大致是平行的光。
被变换成大致平行的光入射到第1透镜列123。第1透镜列123由多个正放大率透镜元件构成，该多个正放大率透镜元件的分布具有与反射式光阀96的显示区域的形状大致相似的开口。而且第2透镜列124也是与第1透镜列123同样地由多个正放大率透镜元件构成。因此，入射到第1透镜列123的大致平行的光、被构成第1透镜列123的多个透镜元件分割，在构成与该透镜元件相对应的第2透镜列124的各个透镜元件上形成发光体象。
从构成第2透镜列124的各个透镜元件射出的光线依次通过转象透镜125、反射式光阀96附近的正放大率透镜元件95，对反射式光阀96照明。这时，从第2透镜列124的各个透镜元件射出的光线在反射式光阀96的显示区域被重叠。照明光学系统92的射出光瞳98大致位于第2透镜列124的附近，且位于转象透镜125中。
从反射式光阀96射出的光线由正放大率透镜元件96聚束后入射到投射透镜97的入射光瞳99。由此，由投射透镜97将形成在反射式光阀96上的光学象放大地投射到屏幕上。
下面，参照着图10来说明本实施方式5的不需要光成分和有效光成分的分离原理。由光源91聚光、由照明光学系统92均匀化和整形了的光束从照明光学系统92的射出光瞳98射出，并射出对反射式光阀96的上部照明的光束100a、对反射式光阀96的中部照明的100b、对反射式光阀96的下部照明的100c。
这时，如图10所示，从图10中的照明光学系统92的射出光瞳98射出的光束100a、100b和100c的一部分，在正放大率透镜元件95的光学界面102上被反射，并产生光束119a、119b、119c，向投射透镜97的方向行进。这些光束是在反射式光阀96的附近形成虚象112的不必要光。
但是，在本实施方式5中，如上所述，透镜元件95与反射式光阀96之间的距离d2被设定成这样，即、它能使透镜元件95的光学界面102上产生的光束119a、119bb、119c中的入射到投射透镜97的光和从反射式光阀96射出的调制光的有效光成分分离。因此，能抑制屏幕的显示区域上产生不必要光，能得到图象质量优良的投射图象。
这里，对距离d2的设定进行说明。当渐渐增大距离d2时，照明光的光束100a、100b和100c通过透镜95的位置向图中的下方转移。而且与此相随地、反射光的光束119a、119b和119c在正放大率透镜元件95上反射的位置也向图中的下方转移。
此时，光束119a、119b、119c中的入射到投射透镜97的光同从反射式光阀96射出的调制光的有效光成分逐渐地分离，虚像112也相对应地向图中的下方移动，而远离反射式光阀96的光轴105。
因此，最好将距离d2设定成使虚象112形成在反射式光阀76的有效显示区域以外，这时，更能抑制在上述屏幕的显示区域中的不需要光，能得到更加优良图象质量的投射图象。
在本实施方式5中，还如上所述地在投射透镜97的屏幕侧设有遮光部120。这样，能将射入到投射透镜97的不必要光遮住。遮光部120的结构是和实施方式4所示同样的。
在本实施方式5中，由于适当地选择从照明光学系统92的射出光瞳98到正放大率透镜元件95的距离、和正放大率透镜元件95的焦点距离，因而能使形成虚象112的面和反射式光阀96的显示面大致一致。这时，能使与显示区域中的虚象112重叠的区域最小，而且，由于能使正放大率透镜元件95和反射式光阀96之间的距离d2缩小，因而能使投射透镜97的反焦距缩短，能实现结构小型化。
但是，由于在本实施方式5中对距离d2进行了设定，因而从反射式光阀96射出的射出光的光束就比实施方式1的大。因此，在本实施方式5中，最好的方式是使正放大率透镜元件的有效直径增大。而且如实施方式4所述，当用1个平凸透镜构成正放大率透镜元件时，为了确保端部厚度，就必需用较厚的中心厚度。因此，在本实施方式5中，也和实施方式1同样地，最好用折射率高的玻璃材料形成正放大率透镜元件95。具体地说、最好用折射率是1.74以上、1.85以下的材料。
这样，如果采用本实施方式5的投射式显示装置，则能比实施方式1的投射式显示装置更能抑制由不必要光形成的投射图象质量的降低。而且在本实施方式5中，与实施方式1同样地不用全反射棱镜也能实现正面投射等。
(实施方式6)下面，参照着图11～图13来说明本发明的实施方式6。图1 1是表示本发明的实施方式6的投射式显示装置的结构示意图。图12表示构成图11所示的投射式显示装置的投射透镜的入射光瞳。在本实施方式6中，也是将图17所示的DMD用作反射式光阀。图11是用与构成DMD的微小反射镜的旋转支承轴相垂直地剖切而形成的剖面表示的。
先参照图11来说明本实施方式6的投射式显示装置的结构和动作。如图11所示，本实施方式6的投射式显示装置在以下方面与实施方式5的投射式显示装置不同。即、在投射透镜97的屏幕侧没有设置遮光部120，而是设置了光阑。除此以外，本实施方式6的投射式显示装置的结构是与实施方式5的投射式显示装置同样的。图11中，标上与图9同样符号的部分都是与图9所示相同的部件。
在本实施方式6的投射式显示装置中，如图12所示，在投射透镜97的入射光瞳99处设置着与投射透镜97的光轴103偏心的光阑138。还如下所述地设有第2光阑(图中没有表示)。127是有效区域。因此，在反射式光阀96上反射的照明光中只有构成光学象的部分(调制光的有效部分)通过光阑138。下面、参照图13来说明这一点。
图13是表示图11所示反射式光阀的显示区域中心部的光束的动作。图13只表示了构成反射式光阀的微小反射镜中的显示区域中心部分。而且图13是用与构成DMD的微小反射镜的旋转支承轴相垂直地剖切而形成的剖面表示的。在图13中，96a是ON状态的微小反射镜、96b是OFF状态的微小反射镜，关于投射透镜97只表示了入射光瞳99。
如图13所示，设照明光学系统的光轴128与反射式光阀96的光轴105(投射透镜97的光轴)相交的角度为β、ON状态下微小反射镜的法线129与反射式光阀96的光轴105相交的角度为γ。这时，在反射式光阀96处于ON状态时，射出的光束的主光线132与反射式光阀96的光轴105相交的角度α由下述(2)可知。
α＝β-2γ……(2)另一方面，在反射式光阀96处于OFF状态时，射出的光束139的主光线133与反射式光阀的光轴105(投射透镜97的光轴103)相交成角度为δ时，δ由下述(3)可知。该OFF状态时射出的光束是不必要光。
δ＝4γ+α……(3)为了提高投射图象的图象质量，必须不发生如下所述的情况，即、不必要光入射到投射透镜97的入射光瞳99并在透镜内部发生杂散光、或者不必要光到达屏幕等。因此，如果根据上述式(3)将角度α取成0度以上，则使δ增大，反射式光阀96处于OFF状态时，射出的光束在角度α为0度时，使光束140的位置偏移到光束139的位置。这使主光线133远离投射透镜的入射光瞳99，能抑制上述的不必要光入射到入射光瞳99。
此外，使反射式光阀96处于ON状态下，射出的光束的主光线132和反射式光阀的光轴105一致时，即、角度α为0度时的有效区域是用虚线表示的130。但是，当主光线132倾斜(角度α＞0)时，有效区域向图中的上方偏移，这时的有效区域就成为再图12页表示的127。由此，在本实施方式中设置光阑138进行遮光，使不必要光不通过投射透镜的入射光瞳99中的有效区域127以外的区域。
被设置在反射式光阀的表面上的透明底板反射的光成为不必要光，该不必要光的主光线134和反射式光阀的主光轴105(投射透镜97的光轴103)相交的角度为β。因此，通过将角度α取成0度以上，使该不必要光的主光线134和反射式光阀的光轴105(投射透镜97的光轴103)相交的角度β增大，就能抑制该不必要光入射到投射透镜的入射光瞳99。
但是，在反射式光阀96的显示区域(图中没有表示)中，周期性地形成由微小反射镜、驱动用信号线和象素电极等构成的象素。随着投射图象向高精细化发展，也使反射式光阀96上的有效象素数量增大。因此，只要反射式光阀96的尺寸不向大型化发展，就使反射式光阀96上的象素(倾斜反射镜)的尺寸缩小，使象素的间距也变小。
而且，通常，通过使反射式光阀的尺寸缩小，能降低反射式光阀和使用该光阀的光学系统的成本，因而最好是使反射式光阀小型化。因此，认为今后非常有可能使象素的尺寸和间距更小。
这里，考虑了一种使光入射到具有如图17所示的反射式光阀那样周期性结构的物体上的场合。一般，当光入射到具有细微周期结构的物体时，具有周期结构的物体会产生衍射光栅的作用，发生0级光、1级光、2级光、…等衍射光。在反射面形成衍射光栅的场合下，反射光成为衍射光。衍射光的产生是根据级数而具有离散的强度分布，各级数的衍射光满足下述的公式(4)。在下述的公式(4)中，θ是入射光与光轴相交的角，θ′是射出光与光轴相交的角，n是以整数表示的衍射级数、λ是波长、d3是周期结构的间距。
(nλ)/d3＝sinθ-sinθ′……(4)因此，在图17所示的反射式光阀中，在反射式光阀的透明底板上被反射而产生的不必要光成为以主光线134为中心在轴135a和135b的方向上具有角度为θ1的束散角的光束136射出，同时也射出由上述微细的周期结构产生的衍射光。在这衍射光中，发生在0级光外侧的1级光的光束，是相对于位于光束136的最外周上的轴135a和135b离散地射出的，但被重叠之后形成具有比θ1大的束散角的光束137而射出。
但是，在上述衍射光中强度最强的光是1级衍射光。1级衍射光相对于入射光，以由下述公式(5)所示的角度为φ的束散角射出。
sinφ＝λ/d……(5)因此，根据上述公式(5)，在透明底板上因反射而发生的光束137是以包含光束136的束散角θ1的(θ1+φ)角度射出。
另一方面，从图13可见，β也满足下述的公式(6)。θ1是如上所述地在反射式光阀96上反射之后入射到投射透镜的光的束散角。
β＝2θ1+α……(6)因此，如图13所示，从反射式光阀96射出的调制光的有效光成分(ON光)的一部分与不必要光的光束137重叠，不必要光的光束137的一部分通过有效区域127。因此，在本实施方式6中，如图13所示地设置第2光阑131来对有效区域127的一部分进行遮光，使光束137的一部分不通过。而且，最好使第2光阑131是沿着光束137的外形而形成，使连接它的光轴105侧的最顶端部与微小反射镜96a的线相对于光轴105的角度为(θ3-φ)或(θ1+α＝φ)。
而且，在本实施方式6中，入射光瞳99必需如图13所示地包含有效区域127。因此投射透镜的F数值F1最好满足下述公式(1)。
F1＝1/(2sin(θ1+α))……(1)譬如，反射式光阀的象素间距是14μm左右的场合，1级衍射光发生在相对于光束136、大致增大2.4度(φ＝2.4度)束散角的范围。因此，最好使投射透镜的有效入射光瞳(有效区域127)相对于光轴103、以大于2.4度的角度(α)偏心。而且，在这种场合下，当微小反射镜(96a、96b)的倾斜角度是±10度时，相对于无偏心场合的大约是3的F1数值，根据上述公式(1)，投射透镜的F数值F1大致为2.4。
这样，在本实施方式6的投射式显示装置中，在投射透镜的入射光瞳99上设置着偏心的光阑138和第2光阑131，从反射式光阀射出的构成图象的光束能通过这些光阑。即、在本实施方式6中，当反射式光阀处于ON状态时，射出光束的主光线132和反射式光阀的光轴105相交的角α，设定成大于0度。
这样，如果使用本实施方式6的投射式显示装置，则能抑制在OFF状态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镜的入射光瞳，能提高投射图象的图象质量。虽然在本实施方式中，光阑138是呈圆形的，但是本实施方式并不局限于这种形状，譬如可以是椭圆形的。
这样，如果采用本实施方式6的投射式显示装置，则能比实施方式1的投射式显示装置更能抑制由不必要光形成的投射图象的图象质量下降。而且在本实施方式6中，也能与实施方式1同样地，不用全反射棱镜就能实现正面投射。
由于如上所述地在投射透镜上设置偏心的光阑138和第2光阑131，因而最好不使设有光阑的透镜或透镜组旋转，以避免由这旋转而进行焦点的前后调整。因此，在本实施方式6中，投射透镜的焦点调整机构最好是不使透镜组旋转、只使其朝光轴方向移动，由此进行焦点调整；特别好的是那种只使构成投射透镜的透镜组中的前面组移动而进行焦点调整的机构。
具体地说，譬如使用前进螺旋面(ヘリコイド)的焦点调整机构。如果只使没有设置偏心的光阑的透镜组旋转而进行焦点调整，则使用这样的焦点调整机构是最好的方式。
在本实施方式6中，也和实施方式5同样地，最好用折射率高的玻璃材料构成正放大率透镜元件95。具体地说、最好使用折射率是1.74以上、1.85以下的材料。
(实施方式7)下面，参照着图14来说明本发明的实施方式7。图14是表示本发明的实施方式7的投射式显示装置的结构示意图。在本实施方式6中，也是将图17所示的DMD用作反射式光阀。图14是用与构成DMD的微小反射镜的旋转支承轴相垂直地剖切而形成的剖面表示的。
如图14所示，本实施方式7的投射式显示装置，除了照明光学系统142的结构以外，其余都是与实施方式6同样地构成。即、光源141、正放大率透镜元件145、反射式光阀146和投射透镜147等都是与实施方式6同样的，并与实施方式6同样地配置。
在本实施方式7中，照明光学系统142是按照顺序配置聚光镜160、分割光束的透镜列164、将多个光纤166捆紧而构成的光导管165、转象透镜167等构成。
这样，通过彩色转盘121且由聚光镜160转换了的大致平行光，通过透镜列164之后，入射到构成光导管165的各个光纤166。入射到光纤166的光在光纤内部反复地进行反射之后射出。
但是，在实施方式1～实施方式5所示的投射式显示装置中，照明光学系统的各个构件(例如照明光学系统2的转象透镜系统4等)是与照明光学系统的光轴垂直的。而照明光学系统是配置成它的光轴相对于正放大率透镜的光轴和反射式光阀的光轴倾斜的。因此，根据「沙伊姆弗勒定理」，到达反射式光阀上的照明光的形状可能是菱形或梯形等将矩形倾斜的形状。这时，从反射式光阀射出的光的光束密度是从图中的上方向下方地增高、光束分布是不均匀的。
而且，当从反射式光阀146射出的光的光束151a、151b和151c通过正放大率透镜元件145时，这些光束发生折射，而且折射方向和折射力根据在反射式光阀146显示区域的哪一个部分被反射而不同。这样，即使在投射透镜147的入射光瞳149中，光束密度也是可能从图中的上方向下方地增高，光束分布是不均匀的。
一旦发生这样的光束分布不均匀，则照明光学系统142的射出光瞳148中的一部分区域和投射透镜147的入射光瞳149中的一部分区域，就不保持相对于正放大率透镜的共轭关系，投射图象的亮度就可能不均匀。
因此，在本实施方式7中，如上所述地用光导管165构成照明光学系统142。光导管165是将多个光纤166捆紧而构成，照明光学系统142的射出光瞳148由配置成2维状的多个光纤166的射出光构成。因此，照明光学系统142的射出光瞳148就具有多个部分光瞳要素，射出光瞳148的形状就成为多个部分光瞳要素相结合的面形状。在本实施方式中，该面最好是自由曲面。
而且，如图14所示，多个光纤166在光导管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。在图14所示的例子中，在射出面165b中，光纤166的密度是从图中的上方向下方地降低的。因此，从照明光学系统142射出的照明光的光束分布在射出的时刻是不均匀的，但是在反射式光阀反射时就成为均匀。即、根据「沙伊姆弗勒定理」，能抑制到达反射式光阀上146的照明光的形状成为矩形倾斜的形状。
因此，投射透镜147的入射光瞳149的全部区域或大致全部区域、和照明光学系统142的射出光瞳148的全部区域或大致全部区域就满足良好的共轭关系，从照明光学系统142的射出光瞳148射出的照明光能最大限度地通过投射光学系统147的入射光瞳149。
在本实施方式7中，投射透镜147的入射光瞳149和照明光学系统142的射出光瞳被配置成相对于正放大率透镜元件145具有共轭关系。因此，根据「沙伊姆弗勒定理」，借助对照明光学系统142的射出光瞳148的光束分布进行适当的控制，能使投射透镜147的入射光瞳149上的光束分布变得均匀，能得到均匀亮度的投射图象。
在本实施方式中，照明光学系统142并不局限于采用光导管165的方式。照明光学系统142可以用配置多个由多个正放大率透镜元件构成的透镜阵列的结构来替代光导管165。在该结构中，通过使用构成透镜阵列的正放大率透镜元件的焦点距离分别不同的透镜阵列，可适当地控制从照明光学系统射出的照明光的光束分布。因此，在该实施方式中，也能使在反射式光阀反射的照明光的光束分布变得均匀。而且，还可以将本实施方式7所示照明光学系统142用作其他实施方式的投射式显示装置的照明光学系统。
在本实施方式7中，在投射透镜147上也设置着与实施方式6所示的结构同样的光阑(图13中所示的光阑138和第2光阑131)。因此，照明光学系统142的配置，必须使在反射式光阀146反射的照明光中构成光学象的部分通过这些光阑。而且在这种场合下，投射透镜的F数值最好与实施方式6同样地满足上述公式(1)。
在本实施方式7中，正放大率透镜元件145最好与实施方式5同样地用折射率高的玻璃材料形成。具体地说，最好是用折射率为1.74以上、1.85以下的材料。
在本发明的投射式显示装置中，反射式光阀也可使用多个。这时必须设置色彩分离光学系统和色彩合成光学系统，前者是用于使单色光入射到各个反射式光阀；后者是用于将各个反射式光阀射出的光合成。
在本发明的投射式显示装置中，构成反射式光阀的各个象素的微小反射镜的可动范围并不局限于±10度。在本发明中，微小反射镜的可动范围最好根据所使用的反射式光阀的特性，设定成能得到最适当的光输出和较高的对比度。
此外，在本发明的投射式显示装置中，反射式光阀的各个象素并不局限于由动作的微小反射镜构成的方式，在本发明的投射式显示装置中，反射式光阀的结构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。
(实施方式8)图15是表示本发明的背投式投影机一个例子的结构图。如图15所示，背投式投影机包括实施方式1～实施方式7中任一个所示的投射式显示装置170；把从投射式显示装置170投射的光进行反射的反射镜171；使反射镜171反射的光透过且散射而进行显示的屏幕172；收容这些构件的筐体173构成。
这样，由于在图15所示的背投式投影机中使用了实施方式1～实施方式7中所示的任意一种投射式显示装置，因而能使结构小型化、能降低成本，能显示图象质量良好的投射图象。
(实施方式9)图16是表示本发明的多影像系统一个例子的结构图。如图16所示，多影像系统具有多个投射系统和影象信号分割电路189。各个投射系统由实施方式1～实施方式7中的任意一个所示的投射式显示装置(180～182)、透过式屏幕(183～185)和筐体(186～188)构成。
影象信号分割电路189将画面分割成多个区域，并对各个区域的影象信号进行加工之后，供给构成各个投射系统的投射式显示装置180、181和182。由此，把从投射式显示装置180、181和182投射的各个影象，在各自对应的透过式屏幕183、184和185上成像，构成一个整体的图象。这样，如果采用本实施方式的多影像系统，不仅能得到大的画面、而且能实现进深较短的紧凑的设备。
而且，可以用透过式屏幕182～185中的2个显示作为整体的一个图象，在剩余的一个屏幕上显示另一个图象。为了得到视觉效果，可以在各个透过式屏幕上显示相同的图象。此外，为了同时提供多种信息，还可以在各个透过式屏幕上显示不同的内容。
投射式显示装置180、181和182也可以作成这样方式，即，由安装在各个筐体内的传感器，根据点灯开始时的光输出和颜色再现性、由影象分割电路189对被分配信号的亮度或色度、彩度等颜色信息进行加工的方式。这时，即使是从投射式显示装置180、181和182分别投射图象，但还是能作为一个画面实现均匀性很高的显示。
产业上利用的可能性如上所述，如果采用本发明，则能在反射式光阀显示区域的附近配置正放大率透镜元件，能使照明光学系统的射出光瞳的虚象不形成在有效显示区域内。因此在远心的光学系统中，也能使投射透镜的入射光瞳、照明光学系统的射出光瞳的有效系统缩小，能用紧凑的结构将入射光和射出光分离。这样，就可以不使用以前所使用的将全反射棱镜薄片等分离照明光和投射光的机构。由此能使成本下降，能用远心的光学系统实现正面投射，能使投射面内的图象质量均匀化。
即、如果采用本发明的投射式显示装置，则能实现使用反射式光阀、紧凑的、图象质量高的的显示光学系统。而且、本发明的投射式显示装置能确保由正面投射形成的均匀的图象质量。此外，由于没使用棱镜，因而能使价格降低的同时，能得到明亮的、对比度良好的高图象质量。
权利要求
1.投射式显示装置，其特征在于，包括照明光学系统，将光源发射的光集中而形成照明光；反射式光阀，反射上述照明光，并射出形成光学象的调制光；投射透镜，将上述反射式光阀形成的光学象进行投影；及正放大率透镜元件，上述透镜元件由1个平凸透镜构成，以凸面朝上述投射透镜的状态、配置在上述反射式光阀和上述投射透镜之间，以便使上述照明光通过上述透镜元件后对上述反射式光阀照明，而且使从上述反射式光阀射出的上述调制光通过上述透镜元件后入射到上述投射透镜。
2.如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于，在上述透镜元件的上述凸面上设有防反射膜。
3.如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于，上述反射式光阀、上述投射透镜、以及上述正放大率透镜元件配置成相互的光轴是平行的、而且是一致的。
4.如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于，上述透镜元件和上述反射式光阀是以相互的光轴处于平行的状态、且在光轴之间设有距离地配置的，以便使在上述透镜元件的光学界面上反射的上述照明光的不必要光成分中的入射到上述投射透镜的光、与上述调制光的有效光成分分离。
5.如权利要求4所述的投射式显示装置，其特征在于，上述反射式光阀具有矩形的显示区域；上述距离设置成与上述矩形的任意一边平行的、且设定为上述一边长度的1/4以上、1/2以下。
6.如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于，上述透镜元件和上述反射式光阀配置成在相互的光轴方向上设有距离，以便使在上述透镜元件的光学界面上反射的上述照明光的不必要光成分中的入射到上述投射透镜的光、与上述调制光的有效成分分离。
7.如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于，上述投射透镜和上述透镜元件配置成相互的光轴一致；上述投射透镜具有相对于其光轴偏心的光阑；上述照明光学系统配置成使上述调制光通过上述光阑的。
8.如权利要求7所述的投射式显示装置，其特征在于，上述光阑的偏心方向是离开上述照明光学系统的光轴方向。
9.如权利要求7所述的投射式显示装置，其特征在于，上述投射透镜具有只利用向其光轴方向的移动进行焦点调整的机构。
10.如权利要求7所述的投射式显示装置，其特征在于，在把上述投射式透镜的F数值取为F1，从照明光学系统射出且由上述反射式光阀反射之后入射到上述投射透镜的光的束散角取为θ1，从上述反射式光阀的显示区域的中心射出的主光线和上述投射透镜的光轴相交的角取为α时，其满足下述公式(1)。F1＝1/(2Sin(θ1+α))……(1)
11.如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于，上述照明光学系统的结构是，具有由多个部分光瞳元件形成的射出光瞳，在上述反射式光阀反射时能使上述照明光的光束分布变得均匀。
12.如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于，上述照明光学系统的射出光瞳和上述投射透镜的入射光瞳相对于上述透镜元件大致处于共轭关系；通过上述照明光学系统的射出光瞳的光束中的、在上述反射式光阀的显示区域上反射的光束的80％以上，通过上述透镜元件之后入射到上述投射透镜的入射光瞳的有效区域。
13.投射式显示装置，其特征在于，包括照明光学系统，将光源发射的光集中而形成照明光；反射式光阀，反射上述照明光，并射出形成光学象的调制光；投射透镜，将上述反射式光阀形成的光学象进行投影；及正放大率透镜元件，上述透镜元件在其一方或两方的光学界面上具有多个突起，并配置在上述反射式光阀和上述投射透镜之间，使上述照明光通过上述透镜元件之后对上述反射式光阀照明，而且，从上述反射式光阀射出的调制光通过上述透镜元件之后入射到上述投射透镜；上述多个突起的间距为可视频带波长的1/2以下、高度为上述间距的1倍以上。
14.如权利要求13所述的投射式显示装置，其特征在于，上述多个突起具有从顶部向底部渐渐地增大的轴截面。
15.如权利要求13所述的投射式显示装置，其特征在于，上述反射式光阀、上述投射透镜、以及上述正放大率透镜元件配置成相互的光轴是平行的、而且是一致的。
16.如权利要求13所述的投射式显示装置，其特征在于，上述投射透镜和上述透镜元件配置成使相互的光轴一致，上述投射透镜具有相对于其光轴偏心的光阑，上述照明光学系统的配置使上述调制光通过上述光阑。
17.如权利要求16所述的投射式显示装置，其特征在于，上述光阑的偏心方向是离开上述照明光学系统的光轴的方向。
18.如权利要求16所述的投射式显示装置，其特征在于，上述投射透镜具有只利用向其光轴方向的移动进行焦点调整的机构。
19.如权利要求16所述的投射式显示装置，其特征在于，在把上述投射透镜的F数值取为F1，从照明光学系统射出且由上述反射式光阀反射之后入射到上述投射透镜的光的束散角取为θ1，从上述反射式光阀的显示区域的中心射出的主光线和上述投射透镜的光轴相交的角取为α时，其满足下述公式(1)。F1＝1/(2Sin(θ1+α))……(1)
20.如权利要求13所述的投射式显示装置，其特征在于，上述照明光学系统的结构是，具有由多个部分光瞳构件形成的射出光瞳，在上述反射式光阀反射时使上述照明光的光束分布变得均匀。
21.如权利要求13所述的投射式显示装置，其特征在于，上述照明光学系统的射出光瞳和上述投射透镜的入射光瞳相对于上述透镜元件大致处于共轭关系；上述照明光学系统的射出光瞳的光束中的、在上述反射式光瞳的显示区域上反射的光束的80％以上，通过上述透镜元件之后入射到上述投射透镜的入射光瞳的有效区域。
22.投射式显示装置，其特征在于，包括照明光学系统，将光源发射的光集中而形成照明光；反射式光阀，反射上述照明光，并射出形成光学象的调制光；投射透镜，将上述反射式光阀形成的光学象进行投影；及正放大率透镜元件，上述反射式光阀和上述投射透镜配置成相互的光轴是平行的；上述透镜元件是由平凹透镜和折射率比上述平凹透镜大的平凸透镜接合而构成，配置在上述反射式光阀和上述投射透镜之间，使上述照明光通过上述透镜元件之后对上述反射式光阀照明，而且，从上述反射式光阀射出的调制光通过上述透镜元件之后入射到上述投射透镜；上述平凹透镜和上述平凸透镜，通过具有的折射率比上述平凹透镜的折射率大、且比上述平凸透镜的折射率小的膜、或者是具有的折射率从上述平凹透镜的折射率变化到上述平凸透镜的折射率的膜接合而成。
23.如权利要求22所述的投射式显示装置，其特征在于，上述投射透镜和上述透镜元件配置成使相互的光轴一致，上述投射透镜具有相对于其光轴偏心的光阑，上述照明光学系统的配置使上述调制光通过上述光阑。
24.如权利要求23所述的投射式显示装置，其特征在于，上述光阑的偏心方向是从上述照明光学系统光轴离开的方向。
25.如权利要求23所述的投射式显示装置，其特征在于，上述投射透镜具有只利用向其光轴方向的移动进行焦点调整的机构。
26.如权利要求23所述的投射式显示装置，其特征在于，在把上述投射透镜的F数值取为F1，从照明光学系统射出且由上述反射式光阀反射之后入射到上述投射透镜的光的束散角取为θ1，从上述反射式光阀的显示区域的中心射出的主光线和上述投射透镜的光轴相交的角取为α时，其满足下述公式(1)。F1＝1/(2Sin(θ1+α))……(1)
27.如权利要求22所述的投射式显示装置，其特征在于，上述照明光学系统的结构是，具有由多个部分光瞳构件形成的射出光瞳，在上述反射式光阀反射时使上述照明光的光束分布变得均匀。
28.如权利要求22所述的投射式显示装置，其特征在于，上述照明光学系统的射出光瞳和上述投射透镜的入射光瞳相对于上述透镜元件大致处于共轭关系；通过上述照明光学系统的射出光瞳的光束中的、在上述反射式光阀的显示区域反射的光束的80％以上，通过上述透镜元件之后入射到上述投射透镜的入射光瞳的有效区域。
29.背投式投影机，其特征在于，至少包括上述权利要求1～28中的任意一项所述的投射式显示装置；对从上述投射式显示装置投射的光进行反射的反射镜；使上述反射镜反射的光透过并散射而显示的屏幕。
30.多影像系统，其特征在于，包括多个投射系统；及影象信号分割电路，将影象信号分别供给上述多个投射系统；上述多个投射系统分别包括上述权利要求1～28中的任意一项所述的投射式显示装置，把上述投射式显示装置投射来的光映出的透过式屏幕，以及收容上述投射式显示装置的筐体；上述影象信号分割电路，将画面分割成多个区域，对各个区域的影象信号进行加工之后供给上述投射系统。
全文摘要
一种透射式显示装置、利用该透射式显示装置的背投式投影机及多影像系统。该透射式显示装置，可抑制反射式光阀中的入射光的光路和射出光的光路的重合，可实现小型化，并获得高画质的投射图像。透射式显示装置包括照明光学系统(2)，将光源(1)发射的光集中而形成照明光；反射式光阀(6)，反射上述照明光，并射出形成光学象的调制光；投射透镜(7)，将上述反射式光阀形成的光学象进行投影；及正放大率透镜元件(5)。上述透镜元件(5)由1个平凸透镜构成，其以凸面朝上述投射透镜的状态、配置在上述反射式光阀和上述投射透镜之间，以便使上述照明光通过上述透镜元件后对上述反射式光阀照明，而且使从上述反射式光阀射出的上述调制光通过上述透镜元件后入射到上述投射透镜。
文档编号H04N5/74GK1524194SQ0281359
公开日2004年8月25日 申请日期2002年9月30日 优先权日2001年10月1日
发明者伏见吉正, 弘, 枡本吉弘, 和田充弘 申请人:松下电器产业株式会社