光学单元、投射型显示装置和摄像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用光源和影像显示元件，在屏幕上投影影像的光学单元和具备它的投射型显示装置、摄像装置。
【背景技术】
[0002]投射型显示装置、即投影仪中，作为能够实现小型且高亮度的光学单元的影像显示元件，微反射镜型影像显示元件即DMD(Digital Micromirror Device)受到了关注。DMD对按每个像素配置的微反射镜的角度分别地控制，通过将DMD入射光分离为入射到投射透镜的方向(0N光)和不向投射透镜入射的方向(OFF光)，而进行光调制。
[0003]使用DMD的光学单元的光学系统中，为了使DMD反射光与DMD入射光的主光轴不同，需要使入射光的主光轴相对于DMD的面法线倾斜规定量地入射。DMD在ON时具有倾斜+ Θ的旋转角、在OFF时具有倾斜-Θ的旋转角时，一般使DMD入射光相对于DMD的中心光轴(面法线)倾斜2 Θ地入射。此外，为了不使ON光束与OFF光束以及在覆盖反射镜元件的玻璃盖的表面反射的平态(Flat)光束重叠而对比度降低，一般增大对DMD反射镜入射的照明光束的F值，即缩小照明光束的扩散，将扩散的角度限制为相当于Θ以下。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2004-240050号公报
【发明内容】
[0007]以往，投射型显示装置使用如专利文献I中的使用了微反射镜的影像显示装置构成。该影像显示装置的微反射镜OFF时的反射光的反射光线矢量roff，位于与画面水平方向相应的方向和上述微反射镜ON时的反射光的反射光线矢量ron所成的面内。
[0008]为了进行高亮度化，有减小照明光束的F值的方法。但是，减小F值时，会产生OFF光束与ON光束重叠而使对比度降低的课题。于是，以往需要仅减小与画面垂直方向相应的方向的F值地进行大口径化。该方向在现有的装置中，由于垂直方向即相当于厚度方向，所以为了使光束直径在装置的厚度方向增大，会产生光学部件厚度也增加从而装置难以薄型化的新的课题。
[0009]鉴于这样的状况，本发明的目的在于提供一种通过减少照明光学系统的厚度并改善效率，而薄型且高亮度的投影仪用光学单元和具备它的投射型显示装置、摄像装置。
[0010]上述目的例如能够通过权利要求中记载的结构达成。
[0011]根据本发明具有的效果是，能够提供一种薄型且高亮度的投影仪用光学单元和具备它的投射型显示装置、摄像装置。
【附图说明】
[0012]图1是表示本实施例中的光学单元的框图。
[0013]图2A是本实施例中的向微反射镜的入射光和反射光的配置图。
[0014]图2B是表示本实施例中的DMD和全反射棱镜和坐标轴的图。
[0015]图3是关于本实施例中的照明光学系统的结构及其F值的说明图。
[0016]图4是关于本实施例中的OFF反射光线矢量的说明图。
[0017]图5是表不在光阑的角度和光阑径的图。
[0018]图6是表不本实施例中的光阑形状的一例的图。
[0019]图7A是表示本实施例中的光阑形状的第一变形例的图。
[0020]图7B是表示本实施例中的光阑形状的第二变形例的图。
[0021]图7C是表示本实施例中的光阑形状的第三变形例的概要图。
[0022]图8是表示本实施例中的投射型显示装置的框图。
[0023]图9是内置本实施例中的投射型显示装置的摄像装置的框图。
[0024]符号说明
[0025]1、2......LED光源，3、4......聚光透镜，5......楔形棱镜，6......透镜阵列，7......光阑，
8、9……中继透镜，10……修正棱镜，11……全反射棱镜，12……影像显示元件，13……投射透镜，100……光学单元
【具体实施方式】
[0026]对于应用了本发明的光学单元和具备它的投射型显示装置、摄像装置的实施方式的一例，用以下附图进行说明。此外，本发明并不受以下说明限定。此外，各图中表示相同作用的构成部件，使用相同的符号表示。
[0027]图1是表示本实施例中的光学单元100的框图。
[0028]光学单元100具有出射规定的波长或波长范围的光束的光源1、光源2。
[0029]光源I例如是出射中心波长约525nm的绿色光束的LED光源。光源2例如是具备出射中心波长约615nm的红色光束和中心波长约460nm的蓝色光束的2色的发光源的LED光源。其中，各中心波长也可以不是上述值。此外，也可以使用对于从LED芯片放射的光，用荧光体进行波长变换等而放射的光。
[0030]从光源1、2分别出射的光束，被聚光透镜3、4变换为大致平行光之后，从分别不同的方向入射到楔形棱镜5。
[0031]楔形棱镜5例如包括:具有使红色光束反射、使蓝色光束和绿色光束透过的功能的波长选择性反射镜面5a ;和具有使蓝色光束反射、使红色光束和绿色光束透过的功能的波长选择性反射镜面5b，具备使入射到该楔形棱镜5的3色光束合成的功能。
[0032]合成后的光束经过在入射侧和出射侧设置有使多个透镜在平面方向配置的透镜阵列而成的透镜阵列6、和作为决定照明光束的F值的开口部的光阑(aperture) 7、中继透镜8、9而入射到修正棱镜10。通过这些光学元件，生成具有相对于光轴平行的光的远心且均匀的照明光，具备使其以要求的角度传播的功能，但因为是公知的技术，所以省略详细说明。此外，以下有时将中继透镜称为照明透镜。
[0033]通过中继透镜9后的光束，通过修正棱镜10，通过全反射棱镜11的斜面Ila和面11b，照射到作为影像显示元件的DMD12。修正棱镜10具有对于因全反射棱镜11发生的光路差进行修正，使入射到DMD面板上各部位的光束的光路长度差最小的功能。
[0034]这样，通过从透镜阵列6到全反射棱镜11的照明光学系统，能够在DMD12形成照度均匀的像。此外，用于形成、传播规定的照明光的光学系统，不限定于包括图1所示的透镜阵列6和中继透镜8、9的结构，也可以是其他光学系统结构。
[0035]在DMD12的微反射镜面反射后的光束，改变角度再次通过全反射棱镜的面11b，在斜面Ila全反射。在全反射面Ila反射后的光束，通过面Ilc之后，通过投射透镜(投射光学部)13在屏幕(未图示)上显示放大投影后的影像。
[0036]本发明的特征在于，通过构成为由上述微反射镜反射后的光线的方向和上述照明光学系统的光阑形状满足规定的关系式，而能够使光学单元薄型化并且高效率化和高亮度化。
[0037]图2A是本实施例中的对微反射镜14的入射光和反射光的配置图，是表不了上述DMD12具有的微反射镜14、入射光、微反射镜ON(开态)时的反射光矢量(或者表不ON时的反射光的光轴方向的矢量)ron、微反射镜OFF (关态)时的反射光矢量(或者表不OFF时的反射光的光轴方向的矢量)roff的几何学配置的图。如图中所示，将坐标轴定义为与微反射镜14中的画面光轴相应的方向(Z)和与画面水平方向相应的方向(X)和与画面垂直方向相应的方向⑴。
[0038]图2B是为了明确坐标轴的关系性而表示了 DMD12和全反射棱镜11以及坐标轴的图。
[0039]此处，图2A中记作照明光束的入射光线矢量V如式(I)所示地描述。其中，光线矢量是单位矢量。
[0040]V = ( V χ，V y，V z) 式(I)
[0041]此外，通常ON光束是相对于DMD12的元件面垂直、向与画面光轴相应的方向出射的光，所以ON时的反射光矢量ron能够写作以下式(2)。
[0042]ron = (0,0,1)式(2)
[0043]反射光线矢量为上述式(2)时，为了抑制装置整体的厚度(图中的Y方向)，优选入射光线矢量也没有与画面垂直方向相应的方向的成分。从而，优选式(I)可以改写为式
[0044]V = ( V χ，0，V z)式(3)
[0045]另一方面，微反射镜OFF时的反射光矢量roff能够写作以下式(4)。
[0046]roff = (roff_x, roff_y, roff_z)式(4)
[0047]此时，在以下式(5)的关系成立时:
[0048]roff_y ^ O式(5)
[0049]反射光线矢量roff从与画面水平方向相应的方向和反射光线矢量ron所成的面内偏离。
[0050]同样，反射光线矢量roff也从入射光线矢量与反射光线矢量ron所成的面内偏离。
[0051]另一方面，入射光线矢量V、反射光线矢量ron和与画面水平方向相应的方向矢量在同一面内。
[0052]从而，因为roff从由与画面水平方向相应的方向与反射光线矢量ron所成的平面内偏离，所以即使为了在水平方向扩大光阑而减小F值，OFF光束与ON光束也不重叠，能够实现高亮度化。通过不扩大与厚度方向(图中的Y方向)的F值、即开口部的开口尺寸相当的光阑径，能够不增大光学单元的厚度地、提供实现了画面水平方向的高亮度化的、薄型且高亮度的光学单元。
[0053]以往，入射光线矢量与反射光线矢量ron和roff在同一面内的情况下，减小水平方向的F值时，反射光线矢量ron与反射光线矢量roff、平态(Flat)光束重叠，对比度降低。因此，为了实现高亮度化，需要减小与垂直方向相应方向的F值，所以光学单元的厚度增大。
[0054]如以下所述，本实施例中在水平和垂直方向变更光阑的形状而改变F值，具体而言，采用满足以下关系式的光阑形状即可。