r>[0055]首先，反射光线矢量ron与roff所成的角Θ onoff能够用式(6)表达。此处，ron.rQff是矢量 r Qn与矢量 r。?的内积(inner product)。
[0056]cos Θ onoff= r on.roff= r off z式(6)
[0057]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。设第一中继透镜8和第二中继透镜9的合成焦距为f。此处为了简化说明，省略了光路修正棱镜10和全反射棱镜U。此外，描绘了对DMD12的中央像素进行照明的照明光束。
[0058]设光阑7的直径为D，则F值用式(7)表达。
[0059]F 值=f/D式(7)
[0060]设照明光学系统的光线的聚光角度为Θ ill时，关于F值和上述孔径角，以下关系式⑶成立。
[0061]tan Θ ill = 1/(2F 值)式(8)
[0062]ON光束和OFF光束都具有该F值。为了 ON光束与OFF光束不重叠，需要上述角度Θ ill的2倍小于上述ON反射光线矢量与OFF反射光线矢量所成的角0 onoff，所以角度Θ onoff和角度Θ ill需要满足式(9)的关系式。
[0063]cos Θ onoff〈cos2 Θ ill = ((2F 值)2_1)/((2F 值)2+1)式(9)
[0064]如果采用满足式(9)的关系的光阑口径，则ON光束与OFF光束不重叠，能够实现不使光学单元的对比度劣化的高亮度的光学单元。
[0065]接着，说明要满足上述关系式(9)的光阑径的方向。
[0066]光阑径不需要在从光阑中心向所有方向是相同的大小，只要是由ON反射光线矢量ron和OFF反射光线矢量roff决定的面内方向的角度Θ _^满足上述关系式(9)的光阑径即可。
[0067]图4是关于本实施例中的OFF反射光线矢量roff的说明图，是关于OFF反射光线矢量roff及其向微反射镜14的射影矢量rsoff、和与画面水平方向相应的方向矢量所成的角度Φ off的说明图。该角度Φ off能够用以下式(10)表达。
[0068]cos Φ off = roff_x式(10)
[0069]如上述式(5)所示，
[0070]roff_y ^ O式(5)
[0071]所以，上述角度Φ off满足式(11)的不等式。
[0072]cos<Kff〈l式(11)
[0073]从而，反射光线矢量roff具有向与画面水平方向相应的方向的前进成分。
[0074]图5是表示光阑上的角度和光阑径的图，表示了光阑上的上述角度Φ和光阑开口16。图5表示光阑开口 16是以往使用的圆形的情况。
[0075]另一方面，本实施例的情况下，角度<i>off是零以外的值，所以在偏离与画面水平方向相应的方向的位置，光阑开口直径D满足上述式(9)的关系即可。
[0076]图6是表示本实施例中的光阑形状的一例的图。在由式(10)决定的角度Φ方向是满足关系式(9)的光阑径，如果与画面水平方向相应的方向的光阑径大于上述D，就能够不使光束在厚度方向变粗地减小F值、实现照明光学系统的大口径化和高效率化，能够实现薄型且高亮度的光学单元。
[0077]图7A至图7C是表示本实施例中的光阑形状的第一至第三变形例的图，是与图6同样满足上述关系式(9)的光阑14的形状的变形例的图。其中任意一个形状都通过使与水平方向相应的方向的口径大于与垂直方向相应的方向的口径，而能够不增加装置厚度地实现高亮度化。
[0078]此外，只要是满足上述关系式(9)和(10)和(11)的结构，光阑的形状就不限定于图6、图7A至图7C所示的，可以自由地变形。
[0079]此外，也可以不使光阑成为单独的部件，而是与保持光学系统的箱体一体化，完全可以通过使箱体的形状成为上述规定的光阑形状而决定F值。
[0080]如上所述，通过采用如本实施例所示的使在上述微反射镜反射的光线的方向、和上述照明光学系统的光阑形状满足规定的关系式的结构，使与画面水平方向相应的方向的光阑径大于与画面垂直方向相应的方向的光阑径，能够使光学单元成为能够薄型化并且高效率化、高亮度化的结构。
[0081]但是，本实施例中假设的数值和范围只是表示一例，并不限定于此。
[0082]此外，本实施例中作为影像显示元件以DMD为例进行了说明，但不限于DMD。只要是能够使以某个角度入射的光仅旋转规定的角度反射的影像显示元件，就可以是任意的影像显示元件。
[0083]图8是表示本实施例中的投射型显示装置101的框图。对于本实施例中记载的光学单元100，组合有电源部20、光源驱动电路21、影像显示元件的驱动电路部22、处理影像信号的信号处理电路23和控制电路24等单元而成的投射型显示装置101，能够实现薄型且高亮度的投射型显示装置。
[0084]图9是内置本实施例中的投射型显示装置的摄像装置102的框图。内置有在本实施例中记载的光学单元100，组合有电源部20、光源驱动电路部21、影像显示元件的驱动电路部22、用于拍摄影像的摄像组件25、用于驱动搭载在上述摄像组件内的摄像元件的摄像元件驱动电路26、处理拍摄影像信号和显示影像信号的信号处理电路23和控制电路24等单元而成的投射显示装置的摄像装置102，能够实现内置有薄型且高亮度的投射显示装置的摄像装置。
[0085]此外，本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的例子，并不限定于必须具备说明的所有结构。
【主权项】
1.一种光学单元，其包括用于投射光而显示影像的反射型的影像显示元件，该光学单元的特征在于，包括: 产生所述光的光源； 将从该光源出射的光向所述影像显示元件照射的照明透镜； 决定该照明透镜的F值的开口部；和 将所述影像显示元件所反射的光进行投射而显示影像的投射光学部， 所述影像显示元件包括使被照射的光向与显示的图像的光轴相应的方向反射的第一状态，和使所述被照射的光以在与投射的图像中的垂直方向相应的方向具有成分的方式反射的第二状态， 包括所述影像显示元件以所述第二状态反射的光的光轴整体的平面，与入射到所述影像显示元件的光的光轴和所述影像显示元件以所述第一状态反射的光的光轴所形成的平面不同， 所述开口部的开口尺寸在与投射的图像中的水平方向相应的方向上比在与投射的图像中的垂直方向相应的方向上大。
2.如权利要求1所述的光学单元，其特征在于: 当所述影像显示元件以所述第一状态反射的反射光的光轴、与以所述第二状态反射的反射光的光轴所成的角度为Θ onoff时，关于所述开口部决定的F值，满足:cos Θ onoff〈(2XF 值 XF 值 _1)/(2XF 值 XF 值+1)。
3.如权利要求2所述的光学单元，其特征在于: 当使所述影像显示元件以所述第二状态反射的反射光的光轴在影像显示元件的平面投影的方向、和与投射的图像中的水平方向相应的方向所成的角为Φ off时，满足:cos Φο??ΧΙο
4.如权利要求3所述的光学单元，其特征在于: 所述开口部的开口尺寸，在以开口部的中心为原点的开口部的平面内，在从与投射的图像中的水平方向相应的方向倾斜了所述角度Φο??的方向上最窄。
5.如权利要求1所述的光学单元，其特征在于: 所述光学单元的箱体具有所述开口部，在所述箱体设置的开口部决定所述照明透镜的F值。
6.如权利要求1所述的光学单元，其特征在于: 所述光源为LED光源、或者通过荧光体对从LED发出的光进行波长变换后的光源。
7.如权利要求1所述的光学单元，其特征在于: 所述影像显示元件是微反射镜型的影像显示元件。
8.一种投射型显示装置，其特征在于，包括: 如权利要求1所述的光学单元； 对包括该光学单元的构成部件供给工作电源的电源； 驱动所述光源而使所述光源产生光的光源驱动电路； 在所述第一状态与所述第二状态之间驱动所述影像显示元件的影像显示元件驱动电路； 信号处理电路，对影像信号进行处理生成与所述显示的图像有关的信号并将其供给到所述影像显示元件驱动电路；和 控制所述构成部件的动作的控制电路。
9.一种摄像装置，其特征在于，包括: 如权利要求8所述的投射型显示装置； 包括用于拍摄影像的摄像元件的摄像组件；和 驱动该摄像元件的摄像元件驱动电路， 所述信号处理电路对所述摄像组件所拍摄的影像信号进行处理而生成与所述显示的图像有关的信号，并将其供给到所述影像显示元件驱动电路。
【专利摘要】本发明提供一种薄型且高亮度的投影仪用光学单元和投射型显示装置。在具有用于投射光而显示影像的反射型的影像显示元件的光学单元中，上述影像显示元件包括使被聚光的光向与显示的图像的光轴相应的方向反射的第一状态，和使光以在与投射的图像中的垂直方向相应的方向具有成分的方式反射的第二状态，包括以上述第二状态反射的光的光轴整体的平面，与入射到上述影像显示元件的光的光轴和上述影像显示元件以上述第一状态反射的光的光轴所形成的平面不同，照明透镜的开口部的开口尺寸在与投射的图像中的水平方向相应的方向上比在与投射的图像中的垂直方向相应的方向上大。
【IPC分类】G03B21-14, H04N5-225, G03B21-00
【公开号】CN104698726
【申请号】CN201410737186
【发明人】中村俊辉, 大内敏
【申请人】日立乐金光科技株式会社
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月4日
【公告号】US20150153633