图像显示装置和投影机的制作方法

专利名称：图像显示装置和投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像显示装置和投影机，特别是涉及适合于使用倾斜反射镜装置的图像显示装置和将LED元件等的固体发光元件用做光源进行彩色显示的投影机的技术。
背景技术：
与投影图像的高亮度化、高精细化相对应，作为光调制装置现在已可以使用具备倾斜反射镜装置(テイルトミラ一デバイス)的图像显示装置。在作为光源部分使用金属卤化物灯那样的白色光源时，借助于把用于红色光(以下，称作‘R光’)、绿色光(以下，称作‘G光’、蓝色光(以下，称作‘B光’)的3色的颜色滤光片(色フイルタ)组合起来的彩色转盘(カラ一ホイ一ル)，按照时间顺序进行色分割。然后，在图像的1个帧期间内，用R光、G光、B光的各个色光照明倾斜反射镜装置。由此，向屏幕上边投影彩色图像。
在此，如果为使投影图像高亮度化，而在金属卤化物灯那样的白色光源中加大输出，则光源部分将大型化。此外，起因于高输出化的发热量也将增大。
为此，作为光源部分可以使用发光二极管(以下，称作‘LED’)或半导体激光器(以下，称作‘LD’)那样的发光元件，来取代白色光源。例如，随着近些年来的LED的开发的进步，特别是高精度的蓝色LED元件的实用化日益进步。在该情况下，通过在图像的1个帧期间内，使R光、G光、B光用的发光元件依次点亮，来对倾斜反射镜装置进行照明。由此，把彩色像投影到屏幕上。
但是，为了依次投影R光、G光和B光，作为整体得到白色的投影图像，就必须使G光的光束量相对全体的光束量占60％到80％左右。为此，如果同一数量地设置同一输出的各个色光的发光元件，则G光的光束量不足。
此外，也可以考虑使G光用的发光元件的数量比R光用和B光用的发光元件的数量多。但是，如果使G光用的发光元件的数量增多，则G光用发光元件所占的面积理所当然地要增大。
在这里，在含有光源部分和倾斜反射镜装置的光学系统中，可以把可以有效地处理的光束所存在的空间性的扩展表示为面积和立体角之积(etendue，geometrical extent)。该面积和立体角之积，可保存在光学系统中。因此，如果光源部分的空间性的扩展增大，可以用倾斜反射镜装置取入的角度就会减小。为此，就不能有效地使用来自光源部分的光束。
如上所述，如果作为光源部分使用LED或LD那样的发光元件，由于必须使G光用的发光元件的数量比其他光的发光元件的数量更多，故则存在着光源部分会大型化的问题。此外，如上所述，由于G光用的光源部分的空间性的扩展增大，故存在着可以有效地使用的光束量减少这样的问题。

发明内容
本发明就是为解决上述那些问题而发明的，目的在于提供使用空间光调制装置，特别是使用倾斜反射镜装置的小型且高亮度的图像显示装置以及具备该图像显示装置的投影机。
此外，在以往的投影机中，使用了金属卤化物灯等的白色光源。这样的灯，由于发热量大，故需要用来进行冷却的装置。这是对投影机的小型化的制约之一。
为此，在本发明中，目的在于提供使用固体发光元件的、低成本且小型紧凑的构成的投影机，此外，还提供可以把来自固体发光元件的照明光束无浪费地利用作为投影光的光的利用效率高的投影机。此外，目的还在于提供既是使用每一个的光量都小的固体发光元件的投影机，又可以显示明亮、鲜明的高画质的彩色图像的投影机。
为了解决上述课题，实现其目的，本发明提供的图像显示装置，具有供给第1波长区域的第1色光的第1色光用光源部分；供给与上述第1波长区域不同的第2波长区域的第2色光的第2色光用光源部分；以及具有可以择一地选择第1反射位置和第2反射位置的多个可动反射镜元件的倾斜反射镜装置；其中，上述第1色光用光源部分，被设置为使得在上述可动反射镜元件为第1反射位置时，向规定方向反射上述第1色光，在上述可动反射镜元件为第2反射位置时，向与上述规定方向不同的方向反射上述第1色光；上述第2色光用光源部分，被设置为使得在上述可动反射镜元件为上述第2反射位置时，向上述规定方向反射上述第2色光，在上述可动反射镜元件为上述第1反射位置时，向与上述规定方向不同的方向反射上述第2色光。由此，就可以得到高亮度且小型的图像显示装置。特别是由于可以减小上述第1色光用光源部分的空间性的面积，故可以使第1色光用光源部分小型化。再有，如上所述，由于因使用面积和立体角之积而使得上述第1色光用光源部分的空间性的面积小，故得以增加可以有效地使用的光束。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是还具有依次切换点亮上述第1色光用光源部分和第2色光用光源部分的光源驱动部分。由此，观察者就可以用肉眼在进行了积分的状态下识别第1色光和第2色光。因此，可以得到全色彩图像。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述可动反射镜元件，是可以绕规定轴旋转的；所述图像显示装置还具有，根据图像信号，向上述第1反射位置，和与上述第1反射位置以上述规定轴为中心大致对称的上述第2反射位置，驱动上述可动反射镜元件的倾斜反射镜装置驱动部分。归因于此，就可以高速且确实地驱动可动反射镜元件。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述倾斜反射镜装置驱动部分，为了向上述规定方向引导上述第1色光，在上述第1色光用光源部分点亮时，将上述可动反射镜元件驱动到上述第1反射位置；为了向上述规定方向引导上述第2色光，在上述第2色光用光源部分点亮时，将上述可动反射镜元件驱动到上述第2反射位置。归因于此，就可以进行可否向规定方向引导第1色光和第2色光这样的内容的调制。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述光源驱动部分，在被显示的图像的1帧内，使上述第1色光用光源部分的点亮期间，与上述第2色光用光源部分的点亮期间不同。归因于此，即便是光源的光束量不同，也可以进行更为明亮的图像显示。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述光源驱动部分，在被显示的图像的1帧内，使上述第1色光用光源部分的点亮期间，比上述第2色光用光源部分的点亮期间更长。归因于此，即便是在第1色光用光源部分和第2色光用光源部分为同一输出且同一数量的情况下，也可以实现光源部分的小型化，同时，还可以得到为得到白色所必须的第1色光的光束量。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述光源驱动部分，使上述第1色光的色调表现期间的单位期间的长度与上述第2色光的色调表现期间的单位期间的长度不同。归因于此，就可以在各个色光中进行正确的色调表现。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述光源驱动部分，使驱动上述第1色光用光源部分时的第1色光用光源驱动时钟信号的频率，和驱动上述第2色光用光源部分时的第2色光用光源驱动时钟信号的频率不同。归因于此，就可以在各个色光中进行正确的光源驱动。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述第1色光用光源驱动时钟信号和上述第2色光用光源驱动时钟信号，还具有在两信号中共同的频率的单位时钟信号。归因于此，就可以简化驱动电路。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述第2色光用光源部分，由多个红色用发光元件和多个蓝色用发光元件构成；上述红色用发光元件和蓝色用发光元件，被配置在同一基板上。归因于此，光束量大的发光元件，就可以单独地效率良好地进行照明。另外，以下在本说明书中，发光元件指的是包括固体发光元件的元件。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述第1色光用光源部分和上述第2色光用光源部分，分别具有多个发光元件；上述各个发光元件，具有发光芯片部分，和用于把来自上述发光芯片部分的光导向上述倾斜反射镜装置的透镜部件。归因于此，由于可以对倾斜反射镜装置效率良好地进行照明，故可以得到高亮度的图像。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述各个发光元件，还具有用于把来自上述发光芯片部分的光导向规定方向的锥形棒部件。归因于此，就可以把来自各个发光元件的光效率良好地导向倾斜反射镜装置。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述发光芯片部分和上述透镜部件被一体地形成。归因于此，制造就会变得容易，而且，还可以减少各个发光元件的光量不均匀。
此外，本发明还提供一种图像显示装置，具有供给第1波长区域的第1色光的第1色光用光源部分；供给至少与上述第1波长区域不同的第2波长区域的第2色光的第2色光用光源部分；根据图像信号，对来自上述第1色光用光源部分和上述第2色光用光源部分的光进行调制的空间光调制装置(空间调制元件)；以及在被显示的图像的1帧内，使上述第1色光用光源部分的点亮期间，和上述第2色光用光源部分的点亮期间不同的光源驱动部分。归因于此，就可以提供使用空间光调制装置的小型且高亮度的图像显示装置。此外，即便是各个光源部分的光束量分别不同，也可以进行明亮的显示。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述光源驱动部分，在被显示的图像的1帧内，使上述第1色光用光源部分的点亮期间，比上述第2色光用光源部分的点亮期间更长。归因于此，即便是在第1色光用光源部分和第2色光用光源部分为同一输出且同一数量的情况下，也可以实现光源部分的小型化，同时，还可以得到为得到白色所必须的第1色光的光束量。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述光源驱动部分，在被显示的图像的1帧内，使上述第1色光的色调表现期间比上述第2色光的色调表现期间更长。归因于此，即便是在第1色光用光源部分和第2色光用光源部分为同一输出且同一数量的情况下，也可以实现光源部分的小型化，同时，还可以得到为得到白色所必须的第1色光的光束量。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述第1色光是绿色光；上述第2色光是红色光或蓝色光中的至少任何一方的光。归因于此，在可以减小G光用光源部分所占的空间性的面积的同时，还可以充分地得到为得到白色光所必须的G光的光束量。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述光源驱动部分，使上述第1色光的色调表现期间的单位期间的长度与上述第2色光的色调表现期间的单位期间的长度不同。归因于此，就可以在各个色光中进行正确的色调表现。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述光源驱动部分，使驱动上述第1色光用光源部分时的第1色光用光源驱动时钟信号的频率，和驱动上述第2色光用光源部分时的第2色光用光源驱动时钟信号的频率不同。归因于此，就可以在各个色光中进行正确的光源驱动。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述第1色光用光源驱动时钟信号和上述第2色光用光源驱动时钟信号，还具有在两信号中共同的频率的单位时钟信号。归因于此，就可以简化驱动电路。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述空间光调制装置，是具有可以择一地选择第1反射位置和第2反射位置的多个可动反射镜元件的倾斜反射镜装置；上述倾斜反射镜装置，在上述可动反射镜元件为上述第1反射位置时，向规定方向反射上述第1色光和上述第2色光，在上述可动反射镜元件为上述第2反射位置时，向与上述规定方向不同的方向反射上述第1色光和上述第2色光。归因于此，就可以提供使用倾斜反射镜装置的小型且高亮度的图像显示装置。特别是由于可以减小上述第1色光用光源部分的空间性的面积，故可以使第1色光用光源部分小型化。再有，如上所述，由于上述第1色光用光源部分的空间性的面积小，故得以增加可以有效地使用的光束。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则理想的是上述空间光调制装置，是反射型或透过型液晶光阀。归因于此，就可以提供使用液晶光阀的小型且高亮度的图像显示装置。
此外，倘采用本发明的优选实施例，则可以提供其特征为具有上边所说的图像显示装置和投影来自上述空间光调制装置的调制光的投影透镜的投影机。由此可以提供小型的且可以得到高亮度图像的投影机。
此外，在本发明中，在反射型的空间光调制装置的前面配置场透镜，以含有该场透镜和反射型的空间光调制装置的调制光学系统介于中间，在与投影透镜(投影透镜系统)的入射光瞳成为共轭关系的位置和面积上，配置使多个固体发光元件，例如LED元件排列起来的光射出区域。就是说，本发明的投影机，具有具备将多个固体发光元件排列起来的光射出区域的光源；具备切换来自该光源的照明光束从而形成图像的调制区域的反射型的空间光调制装置；投影来自该空间光调制装置的显示光束的投影透镜；以及在上述空间光调制装置的附近，被配置为使得上述照明光束和显示光束透过的正的折射率的场透镜；其中，上述投影透镜的入射光瞳和上述光源的光射出区域，以含有上述场透镜和空间光调制装置的调制光学系统介于中间，处于共轭关系。
在该投影机中，由于光射出区域和投影透镜的入射光瞳以调制光学系统介于中间，处于共轭关系，故从光射出区域向调制光学系统输出的光全部进入投影透镜的入射光瞳。因此，从光射出区域向调制光学系统输出的照明光束，只要空间光调制装置是ON状态，则全部都将成为显示光束，全部向屏幕输出。为此，从光源的光射出区域输出的照明光束就没有浪费地作为显示光束输出，即便是存在着由透镜等产生的吸收等，也可以将在光射出区域上排列起来的固体发光元件的光量全部都无浪费地用于图像显示。因此，可以提供消除了无用地配置的固体发光元件，来自固体发光元件的照明光束的利用效率高，可以用最小的构成进行明亮鲜明的彩色显示的投影机。
在空间光调制装置为反射方向不变化的反射型的情况下，例如，在是反射型的液晶面板的情况下，与投影透镜的入射光瞳共轭的光射出区域的方向，一意地决定。另一方面，在把小型的可动反射镜元件配置成矩阵状的所谓的数字反射镜装置(DMD)的情况下，使可动反射镜元件在数10度左右的范围内移动对照明光束进行ON/OFF控制或进行调制。因此，必须使投影透镜的入射光瞳和光射出区域以空间光调制装置的可动反射镜元件为ON的状态的调制光学系统介于中间，成为光学性的共轭关系。就是说，在把光射出区域配置在入射光瞳的共轭像的范围内的情况下，该图像的范围，就变成为在空间光调制装置的切换方向或ON状态的入射方向上形成的像的范围。
再有，在可动反射镜元件，可选择第1有效角度(反射位置)和第2有效角度(反射位置)这2个状态的空间光调制装置中，有2个共轭的位置。因此，可以使光源具有2个光射出区域，即，光源可以具有以上述可动反射镜元件为上述第1有效角度的状态下的上述调制光学系统介于中间、与上述投影透镜的入射光瞳处于共轭关系的第1光射出区域，和以上述可动反射镜元件为上述第2有效角度的状态下的上述调制光学系统介于中间、与上述投影透镜的入射光瞳处于共轭关系的第2光射出区域。由于在光源中可以设定与投影透镜的入射光瞳处于共轭关系且所射出的照明光束不会变成为浪费的2个光射出区域，故可以配置固体发光元件的面积变成为2倍，可以显示更为明亮的图像。
但是，由于不可能同时对从2个光射出区域输出的照明光束进行调制，故理想的是在上述第2光出射区域上，配置射出不同的颜色的固体发光元件。此外，在配置射出颜色不同的照明光束的固体发光元件的情况下，由于这些第1和第2光射出区域的面积将变成为相等，故进行如何的分配就成为问题。在考虑相对可见度因数的情况下，在从LED元件、有机EL等的各色的固体发光元件射出的色光之内，绿色的照明光束的光量感度非常地低，是别的颜色的大约一半。因此，理想的是把增至2倍的光射出区域的1面作成为把照射绿色光的固体发光元件排列起来的区域使用。这样的配置，与用不同的定时切换不同的颜色的照明光束的控制相一致。
把固体发光元件配置在与调制光学系统的入射光瞳的像的范围大体上一致的光射出区域的范围内的一个方法，是在与由入射光瞳的场透镜形成的圆形的像大体上一致的范围内，使得埋入或分散于圆形的范围内那样地配置多个固体发光元件。归因于此，就可以无浪费地配置固体发光元件，就可以把从所有的固体发光元件输出的照明光束都用于显示图像。
若把由场透镜和空间光调制装置构成的调制光学系统的倍率，选择为大约为1，则在从场透镜到空间光调制装置之间光线将变成为平行，就是说，将变成为远心的光线。为此，如果是采用可动反射镜元件的空间光调制装置，则由于角度小且可以排除无效光，故易于进行切换，易于产生高对比度的图像。若选择调制光学系统使得倍率变成为1以上，由于存在着显示光束和光射出区域进行干扰的可能性，是困难的。另一方面，可以把调制光学系统选择为使得倍率变成为小于1，由于光射出区域的面积可以增大，故存在着可以配置数量多的固体发光元件的可能性。在该情况下，虽然结果变成为从场透镜向空间光调制装置入射收敛光，但是，只要是在空间光调制装置的可进行切换的角度范围内，就不会特别给画质造成大的影响。
如上所述，通过使得光射出区域与投影透镜的入射光瞳成为共轭关系那样地配置固体发光元件，就可以防止产生无用的照明光束。如果着眼于每一个固体发光元件，则每一个固体发光元件的发光面，即发光部分小，此外，要输出的照明光束的强度分布在各个固体发光元件中都存在着个体差。因此，如果仅仅把固体发光元件排列在光射出区域上，即便是使从它们输出的照明光束对液晶、反射镜装置等的空间光调制装置的调制区域进行照明，也难于无不均匀地均等地进行照射。为此，在本发明中，将微型透镜阵列配置在固体发光元件的空间光调制装置一侧，即出射一侧，形成光射出区域，同时，使得各个固体发光元件的发光部分和上述调制区域，以含有上述微型透镜阵列的照明透镜光学系统介于中间，处于共轭关系。
在该投影机中，通过把光学系统形成为使得各个固体发光元件的发光部分和调制区域变成为共轭关系，向调制区域无浪费地照射从各个发光部分射出的照明光束。因此，即便是对从各个固体发光元件的发光部分这样的微观的观点来说也可以防止照明光束的浪费。此外，通过用从各个固体发光元件照射的照明光束对整个调制区域进行照明，并使它们重叠，确保为进行投影所需要的光量。由于可以用各个固体发光元件对整个调制区域进行照明，故可以消除由固体发光元件的个体差产生的不均匀，可以均等地对整个调制区域进行照明。此外，由于用与调制区域处于共轭关系的各个固体发光元件对整个调制区域进行照明，故可以提供不会浪费照明光束、可用小的构成进行效率良好地照明、紧凑且明亮的投影机。
此外，把固体发光元件，和与之成对的微型透镜的光轴，配置为使得在各自的对中错开，作成为使得在空间光调制装置上，发光部分的像重叠，这对防止从各个固体发光元件发生无用的照明光束也是有效的。
此外，在上述调制区域大体上是方形大情况下，通过把各个固体发光元件的发光部分也作成为方形，并配置为使得每一个的方形的一边成为大体上平行，就可以防止从各个固体发光元件产生将成为无用的照明光束。在调制区域是长方形的情况下，理想的是也把发光部分作成为长方形，并配置为使得每一个的长方形的长边方向的一边成为大体上平行。此外，通过作成为使得发光部分的纵横比与空间光调制装置的调制区域的纵横比成为大体上相等，成为相似的形状，则来自每一个固体发光元件的照明光束就变得更加易于重叠，可以防止产生无用的照明光束。
代替将发光部分的形状作成为方形，作为构成微型透镜阵列的各个微型透镜，采用纵横的曲率或倍率不同的微型透镜，在空间光调制装置上，可以形成与调制区域相似或大体上一致的形状的发光部分。因此，通过使这些发光部分的像重叠，就可以进行无浪费地，而且无不均匀地照明。在该情况下，虽然结果成为微型透镜的纵的形状引起的第1结像位置与微型透镜的横的形状引起的第2结像位置不同，但是，通过在这些第1和第2结像位置之间，配置空间光调制装置，就可以无浪费地由各个固体发光元件照明调制区域。


图1是示出了实施例1的图像显示装置的概略构成的图示。
图2是放扩大示出了倾斜反射镜装置的构成的一部分的图示。
图3是示出了倾斜反射镜装置的反射角度的图示。
图4是示出了倾斜反射镜装置的反射角度的图示。
图5是示出了点亮期间及其定时的图示。
图6是示出了光源部分的构成的图示。
图7是示出了实施例2的投影机的概略构成的图示。
图8是示出了具备实施例3的图像显示装置的投影机的概略构成的图示。
图9是示出了具备实施例4的图像显示装置的投影机的概略构成的图示。
图10是示出了具备实施例5的图像显示装置的投影机的概略构成的图示。
图11是示出了具备实施例6的图像显示装置的投影机的概略构成的图示。
图12是示出了在光源中使用LED元件的实施例7的投影机的概要的图示。
图13是示出了构成光阀的调制区域的倾斜反射镜元件的概要的图示。
图14是示出了在图12所示的投影机中，入射光瞳和光射出区域之间的概略位置关系的图示。
图15是示出了在光射出区域上配置LED元件的例子的图示。
图16是示出了微型透镜的不同的例子的图示。
图17是示出了将微型透镜的光轴错开以使照明光束重叠的投影机的概要的图示。
图18是示出了借助于光轴偏移的照明光束使得进行重叠那样地照射调制区域的样子的图示。
图19(a)是示出了调制光学系统的倍率为1的情况的图示，(b)是示出了调制光学系统的倍率小于1的情况的图示。
符号的说明1图像显示装置，10第1色光用光源部分，11G光用发光元件，
12发光芯片部份， 13锥状棒部件， 20第2色光用光源部分，21R光用发光元件， 22B光用发光元件， 23基板，24、25发光芯片部分， LS透镜部件， 30倾斜反射镜装置，31可动反射镜元件， 32基板， 33、34电极，35规定轴， 40驱动控制部分， 50投影透镜，60屏幕， 100、200、300投影机，110光源部分， 110R、110G、110B各色用发光元件，130驱动控制部分， 140倾斜反射镜装置，141可动反射镜元件，150投影透镜系统，160屏幕， 210透过型液晶光阀，310透镜，320偏振光束分离器，320a偏振面，330反射型液晶光阀，400图像显示装置， 410导光板，420透过型液晶光阀，501投影机，510光源，511.LED元件， 512光射出区域，513发光部，515微型透镜阵列， 516微型透镜， 530光阀，531微型反射镜，532倾斜反射镜元件(开关元件)，539调制区域， 540场透镜，550投影透镜，552入射光瞳， 571照射光束， 573显示光束，599屏幕，具体实施方式
以下参看附图详细地说明本发明的优选实施例。
(实施例1)图1是示出了本发明的实施例的图像显示装置1的概略构成的图示。第1色光用光源部分10供给作为第1波长区域的第1色光的G光。此外，第1色光用光源部分10由多个G光用发光元件11构成。作为发光元件，可以使用LD或LED等，此外，作为第1色光用光源部分1也可以使用有机EL元件。
第2色光用光源部分20，供给作为与上述第1波长区域不同的第2波长区域的第2色光的B光或R光。此外，第2色光用光源部分20，由多个R光用发光元件21和B光用发光元件22构成。这些发光元件的构成，将在后边描述。
来自这些第1色光用光源部分10或第2色光用光源部分20的光，从彼此不同的方向入射到倾斜反射镜装置30。倾斜反射镜装置30具有多个可动反射镜元件31。驱动控制部分40，进行第1色光用光源部分10、第2色光用光源部分20和倾斜反射镜装置30的驱动控制。对于该驱动控制的细节将在后边描述。
接着，根据图2(a)、(b)，对于根据图像信号调制来自第1色光用光源部分10或第2色光用光源部分20的光的构成，进行说明。图2(a)、(b)放大示出了倾斜反射镜装置30的构成的一部分。图2(a)示出了调制来自第1色光用光源部分10的G光的构成。在倾斜反射镜装置30的表面上，设置有多个可动反射镜元件31。可动反射镜元件31可以围绕着规定轴35转动。在基板32上，在1个可动反射镜元件31的周边部分附近，设置有2个电极33、34。
把可动反射镜元件31以规定轴35为中心进行倾斜，触碰到电极33上的状态，称作第1反射位置。同样，把可动反射镜元件31以规定轴35为中心进行倾斜，触碰到电极34上的状态，称作第2反射位置。另外，反射镜元件31，可以择一地选择第1反射位置和第2反射位置。因此，在正在驱动图像显示装置1的期间，可动反射镜元件31，不会采取第1反射位置和第2反射位置之间的中间位置。
此外，驱动控制装置40，根据图像信号，把可动反射镜元件31驱动到上述第1反射位置，和与上述第1反射位置以上述规定轴35为中心大致对称的上述第2反射位置上。在图2(a)中，右侧和左侧的可动反射镜元件31，是第1反射位置的状态。相对于此，图2(a_)的正中间的可动反射镜元件31则处于第2反射位置的状态。
更具体地说，在G光用的发光元件11正在点亮期间内要使某一像素成为ON(点亮)的情况下，驱动控制部分40就驱动倾斜反射镜装置30，使得与该像素对应的可动反射镜元件31位于第1反射位置。同样，在G光用的发光元件11正在点亮期间内要使某一像素成为OFF(熄灭)的情况下，驱动控制部分40就驱动倾斜反射镜装置30，使得与该像素对应的可动反射镜元件31位于第2反射位置。
借助于此，在与G图像对应的图像信号表示某一像素的ON的情况下，就借助于与该像素对应的可动反射镜元件31，把来自G光用发光元件11的色光导向L1的方向。同样，在与G图像对应的图像信号表示某一像素的OFF的情况下，就借助于与该像素对应的可动反射镜元件31，把来自G光用发光元件11的色光导向与L1不同的L2的方向。
根据该构成，在从规定方向L1的一定的视野(向方向L1前进的光被遮光)进行观察的情况下，就可以根据图像信号把G光调制为向规定方向L1前进的光(ON)，和向方向L2前进的光(OFF)。
其次，根据图2(b)对R光或B光的调制进行说明。供给B光或R光的第2色光用光源部分20，在可动反射镜元件31处于第2反射位置时，就向规定方向L1反射R光或B光，在可动反射镜元件31处于第1反射位置时，就向与规定方向L1不同的方向L2反射R光或B光。
更具体地说，在R光用的发光元件21或B光用的发光元件22正在点亮期间内要使某一像素变成为ON(点亮)的情况下，驱动控制部分40就驱动倾斜反射镜装置30，使得与该像素对应的可动反射镜元件31位于第2反射位置。同样，在R光用的发光元件21或B光用的发光元件22正在点亮期间内要使某一像素变成为OFF(熄灭)的情况下，驱动控制部分40就驱动倾斜反射镜装置30，使得对应的可动反射镜元件31位于第1反射位置。
借助于此，在与R图像或B图像对应的图像信号表示某一像素的ON的情况下，就借助于与该像素对应的可动反射镜元件31，把来自R光用发光元件21或B光用发光元件22的色光导向L1的方向。同样，在与R图像或B图像对应的图像信号表示某一像素的OFF的情况下，就借助于与该像素对应的可动反射镜元件31，把来自G光用发光元件11的色光导向与L1不同的L3的方向。
根据该构成，在从规定方向L1的一定的视野(向方向L1前进的光被遮光)进行观察的情况下，就可以根据图像信号把R光或B光调制为向规定方向L1前进的光(ON)，和向方向L3前进的光(OFF)。
倾斜反射镜装置30中的每一个可动反射镜元件31，通过在1个帧期间内按照脉冲宽度调制(PWM，pulse width modulation)的方法对R光、B光和G光中的每一个进行调制，表现该帧中的所有的像素的颜色和亮度。
根据图3进一步说明相对由多个可动反射镜元件81的阵列规定的平面(以下设为水平面H)的倾斜角度和反射方向之间的关系。可动反射镜元件31，假定对于水平面H仅仅可以转位角度±θ。在该情况下，规定方向L1(ON)，对来自第1色光用光源部分10的光构成角度2θ。此外，规定方向L2(OFF)，对来自第1色光用光源部分10的光构成角度6θ。图4示出了配置第1色光用光源部分10和第2色光用光源部分20这2个光源部分的情况下的、可动反射镜元件31相对水平面H的倾斜角度和反射方向之间的关系。使得来自第1色光用光源部分10的光的规定方向L1(ON)，和来自第2色光用光源部分20的光的规定方向L1(ON)成为同一方向那样地，配置各个光源部分。此外，来自第1色光用光源部分10的光作为OFF光进行反射的规定方向L2，相对来自第1色光用光源部分10的光构成角度6θ。同样，来自第2色光用光源部分20的光作为OFF光进行反射的规定方向L3，相对来自第2色光用光源部分20的光，也构成角度6θ。之后，OFF光的规定方向L2和L3，关于规定方向L1成为对称的方向。
其次，对使用于得到全色彩图像的R光用发光元件21和G光用发光元件11和B光用发光元件22点亮的期间和定时进行说明。
图5(a)示出了点亮期间及其定时。图5(a)的波形图示出了‘帧信号’、‘R点亮信号’、‘G点亮信号’、‘B点亮信号’和‘驱动极性反转信号’。波形图的横轴是时间轴。
首先，‘帧信号’的高电平(High)期间，表明图像信号的1个帧期间。此外，‘R点亮信号’为高电平的期间，意味着R光用发光元件21点亮的期间(点亮期间RT)，这和与R光对应的图像的子帧的期间一致。‘G点亮信号’为高电平的期间，意味着G光用发光元件20点亮的期间(点亮期间GT)，这和与G光对应的图像的子帧的期间一致。‘B点亮信号’为高电平的期间，意味着B光用发光元件22点亮的期间(点亮期间BT)，这和与B光对应的图像的子帧的期间一致。最后，‘驱动极性反转信号’，是在要使(屏幕上边的)像素变成为ON的情况下，表示使可动反射镜元件31位于第1反射位置，或是位于第2反射位置的信号。在该图5(a)中，‘驱动极性反转信号’为高电平的期间，在要使像素变成为ON的情况下，指示使可动反射镜元件31位于第2位置，在‘驱动极性反转信号’为低电平的期间，在要使像素变成为ON的情况下，指示使可动反射镜元件31位于第1位置。
在图5(a)的例子中，在1个帧期间，首先，G光用发光元件20进行规定的点亮期间GT的期间点亮，在点亮期间GT结束后R光用发光元件21进行规定的点亮期间RT的期间点亮。然后，在点亮期间RT结束后，B光用发光元件22进行规定的点亮期间BT的期间点亮。驱动极性反转信号，与点亮期间GT对应的期间为低电平状态。即，在要使在该期间内某一像素变成为ON的情况下，就使对应的可动反射镜元件31位于第1位置。另一方面，驱动极性反转信号，与点亮时间RT和BT对应的期间，为高电平状态。即，在要使在该期间内某一像素变成为ON的情况下，就使对应的可动反射镜元件31位于第2位置。
也兼具光源驱动部分的功能的驱动控制部分40，依次切换点亮R光用发光元件21、G光用发光元件11和B光用发光元件22。此外，观察者，由于可以用肉眼在时间积分的状态下识别R光、G光、B光，故可以得到全色彩图像。进而，在被显示的图像的1个帧内，使各色发光元件的点亮期间GT、RT和BT的每一个独立地不同。由此，即便是各个光源的光束量不同也可以进行正确的图像显示。另外，在图5(a)的例子中，点亮时间GT最长，其次点亮时间BT长，点亮时间RT最短。
如上所述，为了得到白色，必须使G光的光束量成为全体的60％到80％左右。为此，要使G光用发光元件11的点亮期间GT，比R光用发光元件21的点亮期间RT和B光用发光元件22的点亮期间BT更长。由此，即便是在G光用发光元件11、R光用发光元件21和B光用发光元件22为同一输出且同一数量的情况下，也可以在实现光源部分小型化的同时，得到为得到白色所需要的G光的光束量。
此外，驱动控制部分40，在为了向规定方向引导G光而点亮G光用发光元件11时，把可动反射镜元件31驱动到第1反射位置。此外，驱动控制部分40，在为了向规定方向L1引导R光或B光而点亮R光用发光元件21或B光用发光元件22时，把可动反射镜元件31驱动到第2反射位置。
就是说，把G光导向规定方向L1时的可动反射镜元件31的反射位置(第1反射位置)，和把R光或B光导向规定方向L1时的可动反射镜元件31的反射位置(第2反射位置)是相反的位置状态。为此，如图5(a)是驱动极性反转信号所示，用于可动反射镜元件31的驱动极性，在G光用发光元件11和R光用发光元件21或B光用发光元件22中要进行反转。由此，就可以进行是否向规定方向引导R光、G光、B光这样的内容的调制。
图5(b)示出了倾斜反射镜装置30的驱动定时。图5(b)示出了‘帧信号’、‘R色调表现信号’、‘G色调表现信号’、‘B色调表现信号’和‘时钟’的定时波形图。波形图的横轴是时间轴。更具体地说，‘R色调表现信号’为高电平的期间与色调表现期间RK对应，‘G色调表现信号’为高电平的期间与色调表现期间GK对应，‘B色调表现信号’为高电平的期间与色调表现期间BK对应。在图5(b)中，首先出现色调表现期间GK，在G色调表现期间GK结束后，接着出现色调表现期间RK，在色调表现期间RK结束后，出现色调表现期间BK。此外，如图5(b)所示，色调表现期间GK的长度最长，色调表现期间RK的长度最短。
另外，所谓色调表现期间GK，是空间光调制装置(倾斜反射镜装置30)为了实现G光的强度(色调)需要的时间期间。此外，色调表现期间GK和与G光对应的图像的子帧的期间一致。在该色调表现期间GK内，入射光根据图像信号按照脉冲宽度调制的方法进行调制。更具体点地说，在图像信号用n位(ビツト)(n为正整数)表示G光的强度的情况下，色调表现期间GK，被分割成长度比为20∶21∶...∶、∶2(n-1)的n个单位期间，在n个单位期间的每一个单位期间，可动反射镜元件31，维持ON状态或OFF状态中的任一个状态。之后，为了实现规定的上述强度(色调)，只要使得按照该强度的比例的时间的长度地使入射光朝向方向L1那样地，使可动反射镜元件31在n个单位期间内的恰好所必要的单位期间变成为ON的状态即可。例如，如果表示图像信号的强度值是最大值((2n)-1)，在n个单位期间的全部期间，即，色调表现期间GK的大致全部期间内，使反射镜成为ON状态即可。另一方面，如果表示图像信号的强度值是最小值(0)，则在n个单位期间的全部期间，即，色调表现期间GK的大致全部期间，使反射镜成为OFF状态即可。另外，由于色调表现期间RK和色调表现期间BK也和色调表现期间GK是同样的，故说明从略。但是，在色调表现期间RK和色调表现期间BK中，处于ON状态的可动反射镜元件31的位置，和在色调表现期间GK中处于ON状态的可动反射镜元件31的位置，彼此不同。
如图5(b)所示，该色调表现期间RK、GK、BK的长度也可以是不同的长度。在色调表现期间RK、GK、BK的长度不同的情况下，已被分割为n个的单位期间中的每一个，也将与R、G、B各个色光对应地不同。
色调表现期间RK，与图5(a)的点亮期间RT大体上一致。此外，色调表现期间GT，与图5(a)的点亮期间GT大体上一致。而色调表现期间BT，与图5(a)的点亮期间BT大体上一致。
此外，倾斜反射镜装置30，由于与某一子帧的开始定时同步地同时开始与该子帧的图像中的所有的像素对应的可动反射镜元件31的调制，故所有的可动反射镜元件31都将按照图5(b)所示的定时图形进行驱动。
此外，驱动控制部分40，可以使驱动G光用发光元件11时的G光用光源驱动时钟信号的频率，和驱动R光用发光元件21或B光用发光元件22时的第2色光用光源驱动时钟信号的频率不同。由此，就可以在各个色光中进行正确的光源驱动。此外，优选地，G光用光源驱动时钟信号，和上述第2色光用光源驱动时钟信号，进而，理想的是在两信号中还具有共同的频率的单位时钟信号。由此，可以简化驱动电路。
此外，即便是在R光用发光元件21和G光用发光元件11和B光用发光元件22的数量分别不同的情况下，只要控制使得G光的点亮期间或色调表现期间比其他的色光更多即可。
接着，用图6(a)、(b)对光源部分的构成进行说明。图6(a)示出了光源部分供给照明光的构成。另外，在图6(a)中，为简单起见，省略了可动反射镜元件等的一部分的构成。
如上所述，第1色光用光源部分10和第2色光用光源部分20，分别具有多个各色用发光元件11、21、22。此外，这些各色用发光元件11、21、22，分别具有发光芯片部分12、24、25，和用于把来自上述发光芯片部分12、24、25的光源光导向倾斜反射镜装置30的大致整个区域的透镜部件LS。此外，多个R光用发光元件21和多个B光用发光元件22被配置在同一基板23上。由此，光束量大的发光元件就可以单独地效率良好地进行照明。
图6(b)，以G光用发光元件11为代表例，更为详细地示出了发光元件的构成。G光用发光元件11，具有用来把光源光导向作为规定方向的倾斜反射镜装置30的锥状棒部件13。在锥部分的内侧形成有反射面。由此，可以有效地使来自发光芯片部分12的光射出。因此，由于可以效率良好地照明倾斜反射镜装置30，故可以得到高亮度的图像。更为优选地，理想的是将发光芯片部分12和透镜部件LS一体地形成。由此，制造变得容易，而且，还可以减少各个发光元件的光量不均匀。
(实施例2)用图7(a)、(b)，对本发明的实施例2的投影机进行说明。对于与上述实施例1相同的部分赋予同一标号而省略重复的说明。
由上述的图像显示装置1调制的光中，仅仅使向规定方向L1(参看图2(a)、(b))行进的光入射到投影透镜50。相对于此，向方向L2或L3(参看图2(a)、(b))行进的光，则被丢弃而不使之入射到投影透镜50。投影透镜50，根据图像信号把在图像显示装置1上显示的图像投影到屏幕60上边。观察屏幕60的人，就把投影的图像识别为全色彩。
(实施例3)图8示出了本发明的实施例3的具备图像显示装置的投影机100的概略构成。光源部分110，由供给作为第1波长区域的第1色光的G光的G光用发光元件110G，和供给作为与上述第1波长区域不同的第2波长区域的第2色光的R光的R光用发光元件110R，和供给B光的B光用发光元件110B构成。作为这些发光元件，可以使用LD或LED、有机EL元件等。
来自R光用发光元件110R、G光用发光元件110G和B光用发光元件110B的光，经由蝇眼透镜阵列(フライアイレンズアレイ)120向倾斜反射镜装置140入射。借助于蝇眼透镜阵列120，来自各色用发光元件110R、110G、110B的光，分别照明作为空间光调制装置(空间光调制元件)的倾斜反射镜装置140的大致整个区域。由此，就可以进行照度不均匀已被减少了的照明。驱动控制部分130，进行各色用发光元件110R、110G、110B和倾斜反射镜装置140的驱动控制。该驱动控制的细节将在后边描述。
在倾斜反射镜装置140的表面上，设置有多个可动反射镜元件141。可动反射镜元件141，可围绕着未图示的规定轴转动。此外，可动反射镜元件141以规定轴为中心进行倾斜，可以选择性地选用第1反射位置和第2反射位置这2个位置状态。
驱动控制部分130，根据图像信号，把可动反射镜元件141驱动到上述第1反射位置和以上述规定轴为中心与上述第1反射位置大致对称的上述第2反射位置上。例如，在可动反射镜元件141为第1反射位置的情况下，来自该元件141的反射光就向入射到投影透镜系统150的方向行进。入射到投影透镜系统150的光，被投影到屏幕160上。
与此相对，在可动反射镜元件141为第2反射位置的情况下，来自该元件141的反射光就向投影透镜系统150以外的方向行进。由此，在可动反射镜元件141为第2反射位置的情况下，反射光就不被投影到屏幕160上。结果，可以利用倾斜反射镜装置140根据图像信号调制反射入射光。
其次，对使用于得到全色彩显示的R光用发光元件110R和G光用发光元件110G和B光用发光元件110B点亮的期间和定时进行说明。
在本实施例中，在投影透镜10的单侧设置有1个光源部分110这一点与上述实施例1和2不同。本实施例中的点亮期间及其定时，可以作成为与用图5(a)、(b)说明的点亮定时相同。也兼具光源驱动部分的功能的驱动控制部分130，依次切换点亮R光用发光元件110R和G光用发光元件110G和B光用发光元件110B。此外，在显示的图像的1个帧内，使各个色光发光元件的点亮期间不同。由此，就可以任意地设定各色光的光束量。结果是可以提供使用空间调制元件的小型且高亮度的图像显示装置。此外，即便是各个光源部分的光束量分别不同，也可以进行更为明亮的图像显示。
如上所述，为了得到白色，必须使G光的光束量成为全体的60％到80％左右。为此，使得G光用发光元件110G的点亮期间GT，比R光用发光元件110R的点亮期间RT和B光用发光元件110B的点亮期间BT都长。由此，即便是在G光用发光元件110G、R光用发光元件110G和B光用发光元件110B为同一输出且同一数量的情况下，也可以在实现光源部分小型化的同时，得到为得到白色所需要的G光的光束量。
考虑R光用发光元件110R、G光用发光元件110G和B光用发光元件110B的数量分别大致相同的情况。在该情况下，各色的光源部分的空间性地扩展是大致相同程度的。但是，如上所述，为了得到白色，就必须使G光的光束量成为全体的60％到80％左右。为此，要使G光用发光元件110G比其它的发光元件更长地点亮，以使G光的色调表现期间GK比R光色调表现期间RK和B光色调表现期间BK更长。由此，即便是在G光用发光元件110G、R光用发光元件110R和B光用发光元件110B为同一输出且同一数量的情况下，也可以在实现光源部分小型化的同时，得到为得到白色所需要的G光的光束量。
在该情况下，若用n位(n为正整数)表现图像色调，则G光色调表现期间GK的单位位的长度和R光或B光的色调表现期间RK、BK的单位位的长度不同。由此，就可以在各个色光中进行适当的色调表现。
此外，驱动控制部分130，可以使驱动G光用发光元件110G时的G光用光源驱动时钟信号的频率，和驱动R光用发光元件110R或B光用发光元件110B时的第2色光用光源驱动时钟信号的频率不同。由此，就可以在各个色光中进行适当的光源驱动。
此外，优选地，G光用光源驱动时钟信号，和上述第2色光用光源驱动时钟信号，理想的是在两信号中还具有共同的频率的单位时钟信号。由此，可以简化驱动电路。
(实施例4)图9示出了本发明的实施例4的具备图像显示装置的投影机200的概略构成。在作为空间调制元件使用透过型液晶光阀210这一点与上述实施例3不同。对除此之外的与上述实施例1相同的部分赋予同一标号而省略重复进行的说明。
光源部分110，用图5所示的定时，使各个色光用发光元件110R、110G、110B点亮。来自这些发光元件的光，借助于蝇眼透镜阵列120重叠地照明透过型液晶光阀210。透过型液晶光阀210，通过根据图像信号使入射光透过或非透过(遮光)来进行调制并射出。来自透过型液晶光阀210的调制光经由投影透镜系统150被投影到屏幕160上。
(实施例5)图10示出了本发明的实施例5的具备图像显示装置的投影机300的概略构成。作为空间调制元件使用反射型液晶光阀330这一点与上述实施例4不同。对除此之外的与实施例4相同的部分赋予同一标号而省略重复的说明。
光源部分110，以图5所示的定时使各色用发光元件110R、110G、110B点亮。来自这些发光元件的光，借助于未图示的偏振变换装置被变换成S偏振光。接着，S偏振光在偏振光束分裂器(ビ一ムスプリツタ)320的偏振面320a处被反射。在此，偏振面320a对于偏振分离具有角度特性。为此，由透镜310，进行变换使得来自各色用发光元件110R、110G、110B的光的主光线成为与光轴AX大体上平行。由偏振面320a反射的光，入射到反射型液晶光阀330。
反射型液晶光阀330，根据图像信号把S偏振光调制成P偏振光后射出。本身为调制光的P偏振光，通过透过偏振光束分裂器320的偏振面320a进行光检测。另一方面，本身为非调制光的S偏振光，则由偏振面320a向光源部分110一侧反射而被丢弃。然后调制光借助于投影透镜系统150向屏幕160投影。由此，就可以用小型的光源投影明亮的全色彩像。
(实施例6)图11示出了本发明的实施例6的图像显示装置400的概略构成。对于那些与上述各个实施例相同的部分赋予同一标号而省略重复的说明。本实施例是直视型的图像显示装置。来自光源部分110的各色光，作为背光入射到导光板410。经由导光板410后的背光，向作为空间调制元件的透过型液晶光阀420入射。透过型液晶光阀420，通过根据图像信号使入射光透过或非透过进行调制后输出。由此，如果从方向A进行观察，则可以得到全色彩像。
(实施例7)在本实施例中，说明把发光二极管等的固体发光元件用做光源的投影机。使用固体发光元件的光源，光源自身的寿命长，不用进行因灯丝断裂等引起的维修。此外，由于固体发光元件的ON/OFF(通断)的应答速度快，故可以通过对每一种颜色调整通断定时来调整彩色平衡。此外，与白色光源不同，不需要滤色片(カラ一フイルタ)，光的利用效率高，此外，也不会发生噪声等的问题。因此，通过采用固体发光元件作为光源，就可以提供可以投影高品质的明亮的彩色图像的紧凑的投影机。
但是，每一个固体发光元件的光量，对于投影图像是不充分的，理想的是把多个固体发光元件排列起来，以确保充分的光量。每一个固体发光元件，由于是半导体发光元件，故尺寸小，具有可以2维地排列成阵列或矩阵状从而得到作为照明装置所需要的光量的可能性。另一方面，由于每一个固体发光元件即便说是小也具有面积，故如果为了确保光量而把许多个固体发光元件排列起来，则照明装置的光射出面积必然要变大，用于从照明装置将照明光束聚光到光阀上的光学系统就会变成为复杂而大型，减弱了固体发光元件的优点。进而，结果还变成为在将照明光束聚光的光学系统中会发生非点像差、色像差等的诸像差的原因，反而会使得投影鲜明的彩色图像变得困难。因此，为了紧凑且投影充分的亮度的图像，就必须将来自有限的固体发光元件的光无浪费地照射到空间光调制装置(光阀)上，把由空间光调制装置(光阀)调制的光无浪费地照射到屏幕上。
以下，边参看附图边说明本发明的实施例。图12示出了把本身为固体发光元件的LED元件用做光源的本发明的投影机501的概略构成。本例的投影机501，具备具有多个LED元件的光源510；作为具有切换来自光源510的照明光束(入射光束)571a以形成图像的调制区域(反射面)531的反射型的空间光调制装置的光阀530；把用光阀530对该照明光束571进行了调制的显示光束573投影到屏幕599上的投影透镜550。
本例的反射型的光阀530，是具备把倾斜反射镜元件(开关元件)配置成阵列状或矩阵状的调制区域或图像形成区域539的微型反射镜装置，其中该倾斜反射镜元件是具备多个微小的方形形状的镜面的调制面(微型反射镜)的可动反射镜元件。构成调制区域539的各个倾斜反射镜元件532，与图2(a)、(b)同样，就如在图13中放大示出的那样，微型反射镜531借助于支柱534以可旋转的状态被支持到半导体基板535上，使得可以以设置在半导体基板535的表面上的一对地址电极536a和536b为执行机构(アクチュエ一タ)控制微型反射镜531的倾斜。该微型反射镜531，从水平的位置向以支柱534为中心在±10度的范围内预先设定的方向上旋转，从而各自的位置成为ON(接通)位置。因此，本例的开关元件532具备对于支柱534向左右倾斜的2个取向537a和537b，如果有从倾斜的方向入射的照明光束571，就把其作为有效光，即作为显示光束573向投影透镜550的方向反射。
就是说，对于照明光束571a来说，在开关元件532处于取向状态537a的情况下，是ON状态(反射后的光束入射到投影透镜的状态)，在处于取向状态537b的情况下，则是OFF(断开)状态(反射后的光束不入射到投影透镜的状态)。
此外，对于照明光束571b来说，在开关元件532处于取向状态537b的情况下时，就在ON状态(反射后的光束入射到投影透镜的状态)，在处于取向状态537a的情况下，则是OFF状态(反射后的光束不入射到投影透镜入射的状态)。
本例的投影机501，在光阀530的附近的投影透镜550一侧，还具备被配置为使得照明光束571和显示光束573透过的正的折射能力的场透镜540。即，场透镜540位于投影透镜550和光阀530之间。此外，场透镜540，位于把投影透镜550和光阀530连结起来的之间的光路上。该场透镜540，对照明光束571来说，起着将从光源510输出的照明光束571聚光到光阀530的上边的作用，对于显示光束573来说，则起着与投影透镜550一起将显示光束573聚光到屏幕599上边的作用。此外，在光源510和投影透镜550之间，可以定义由场透镜540、反射型光阀530的调制区域539和场透镜540构成的1个光学系统。在本说明书中，决定把该光学系统称作调制光学系统G1。
本例的光源510，具备使得朝向场透镜540那样地把投影透镜550的入射端551夹在中间地配置的2个光射出区域512a和512b。虽然这些光射出区域512a和512b的形状和尺寸彼此大体上相同，但是，在一方的光射出区域(第1光射出区域)512a上，排列有多个红色的LED元件(固体发光元件)511R，和多个蓝色的LED元件511B，在另一方的光射出区域(第2光射出区域)512b上，则仅仅排列有多个绿色的LED元件511G。然而，在作为在LED元件511的光阀530一侧(前方或射出一侧)上设置有多个微型透镜516的情况的，使得每一个LED元件511和每一个微型透镜516一对一地将该多个微型透镜516配置成阵列或矩阵状的情况下，该多个微型透镜516的全部(即，微型透镜阵列515a和微型透镜阵列515b)都与光射出区域512a和512b对应。另一方面，这样的微型透镜阵列515a和微型透镜阵列515b不在LED11与光阀530之间的光路上的情况下，全部LED元件511的发光部分513与光射出区域512a和512b对应。
用每一个微型透镜516和场透镜540构成的光学系统(在本说明书中，称作照明光学系统)G2，将从每一个LED元件射出的照明光束571导引到光阀530的调制区域539。另一方面，含有场透镜540和光阀530的调制光学系统G1，将从每一个光射出区域512a和512b(在本实施例中，为微型透镜阵列515a和515b)射出的照明光束571引导到投影透镜550的入射光瞳552。
此外，每一个光射出区域512a和512b，以含有场透镜540和光阀530的调制光学系统G1介于中间，被配置为相对投影透镜550的入射光瞳552成为光学性地共轭关系。更具体地说，每一个光射出区域512a和512b，以含有场透镜540和光阀530的调制光学系统G1介于中间，对于入射光瞳552位于光学性地共轭的假想平面上。从投影透镜550的入射侧551来看限制所有的光线的是入射光瞳552。因此，通过把光射出区域512a和512b设定为以在从输出照明光束571到投影透镜550之间通过的调制光学系统G1介于中间，与入射光瞳552成为共轭关系，从而成为在入射光瞳552上形成光射出区域512a或512b的共轭像515i。就是说，从光射出区域512a或512b输出的照明光束571a或571b，除去由于场透镜540的反射·吸收、光阀530的吸收等而减少之外，全部都通过光圈559进入投影透镜550，投影到屏幕599上。因此，从光射出区域512a和512b输出的照明光束571a和571b无浪费地被用于向屏幕599投影图像。为此，就可以提供可以用最小面积的光射出区域512a和512b显示最明亮的图像的投影机501。
构成本例的光阀530的调制区域539的开关元件532，如在图13中所说明的那样，具备2个位置537a和537b。因此，在光阀530为ON时，有2个与入射光瞳552处于共轭关系的位置，如图14所示，把入射光瞳552夹在之间，对开关元件532的微型反射镜531进行旋转的方向(切换方向)S对称的位置L1和L2就成为与入射光瞳552处于共轭关系的位置。就是说，第1和第2光射出区域512a和512b，位于通过光阀530的中心530c，从光阀530的边530a偏移45度的方向上。从该光阀530偏移45度的方向，是光阀530的开关元件532的微型反射镜531进行旋转的切换方向，成为照明光束571的入射方向。之后，中间介有调制光学系统G1，在其共轭的位置L1和L2上形成的入射光瞳552的像552i的范围，是与入射光瞳552处于共轭关系的区域。于是，对于该入射光瞳552，在与切换方向S对称地形成的共轭像552i的范围内配置LED元件511R和511B或511，形成第1和第2光射出区域512a和512b。
因此，在本例的投影机501中，通过在光阀530的附近配置具备凸透镜效果的、正的折射能力的场透镜540，设置与投影透镜550的入射光瞳552处于共轭关系的第1和第2光射出区域512a和512b。此外，通过在这些区域512a和512b上配置LED元件511R、511B和511G，可以向投影透镜550无浪费地输入从多个LED元件射出的光。
近些年来，LED元件，蓝色的LED元件511B开始，高亮度且光量大的元件已经实用化，并已用做各种各样的光源，但是，尽管高亮度化的日益进步，但是，从每一个LED元件输出的光量，与现有的白色灯比较还是非常地弱。因此，为了确保投影机501所需要的光量，必须排列多个LED元件，此外，即便是把许多个LED元件排列起来作成为光源，为了把图像投影到屏幕上如果不能大体上全部地使用从这些元件输出的光就是浪费，成为增加电力消耗，加大尺寸的重要因素。
相对于此，在本例的投影机501中，由于在与入射光瞳552处于共轭关系的区域512a和512b上配置有LED元件511，故从LED元件511输出的光不会成为浪费，光的利用效率高。因此，可以以最小型且节能的构成，实现可以投影最明亮的图像的投影机501。
在本例的光阀530的情况下，由于有2个与入射光瞳552共轭的区域，故也可以仅仅其任何一方上配置LED元件511R、511G和511B。即便是在该情况下，从每一个LED元件输出的光，由于可以入射到投影透镜550而没有浪费，所以成为光的利用效率高、紧凑且可以显示明亮的图像的投影机。但是，如果利用共轭的区域512a和512b这两方，由于可配置LED元件511的面积成为2倍，所以可以显示更为明亮的图像。
也可以用同一比例在这些区域512a和512b上配置LED元件511R(红色)、511G(绿色)和511B(蓝色)，可以通过与从第1和第2光射出区域512a和512b分时地射出的各色光同步地控制开关元件530的2个ON状态537a和537b，显示多色彩图像。由于可以从2个方向的光射出区域512a和512b分别照射照明光束571a和571b，所以只要在调制区域539内准备与各色或至少与2色对应的数量的开关元件532，也可以同时输出2色的图像。
相对于此，在一方的光射出区域512a和512b上固定配置特定的颜色的LED元件511的情况下，由于只要对每一种颜色控制ON状态的方向537a和537b即可，所以开关元件532的控制就变得非常简单，可以用少的开关元件显示明亮的图像。要想输出多彩色(全彩色)的图像，发各色光的元件的数量(个数)的平衡，理想的是考虑相对可见度因数等设定为使之发出白色的比例。相对可见度因数，绿色非常低，绿色的LED元件511G的输出，在现状下，也尚未提高到可以覆盖相对可见度因数的那种程度。为此，在本例中，通过单独地将相对可见度因数低的、绿色的LED元件511G配置在第2发光面512b上，把红色和蓝色的LED元件511R和511B配置到第1发光面512a上，来确保彩色平衡。
如在本说明书中所公开的那样，每一个光射出区域512a和512b，都位于对入射光瞳552共轭的假想平面上。因此，如果把LED元件511效率良好地配置在该共轭的假想平面上边产生的入射光瞳522的共轭像552i内，则可以把从LED元件511输出的照明光束571无浪费地用于投影图像。因此，为了显示明亮的图像，只要使每一个光射出区域512a和512b的形状与共轭像552i的形状一致即可。
在图14中，光射出区域512a和512b，处于入射光瞳552的共轭像552i的范围内。最为理想的配置，是包括微型透镜地用LED元件511，把入射光瞳552的共轭像552i，即，把在图14中用一点虚线表示的圆圈内，填满。
图15(a)所示的配置，是把LED元件511阵列状地配置在第1光射出区域512a中并把入射光瞳的像552i填满的配置例，由于LED元件511的光射出区域512a的一部分从共轭像552i中伸了出来，故发生了浪费的光。此外，在共轭像552i之内虽然也有与光射出区域512a不重叠的部分，但是，却是易于将多数的LED元件511规则地排列的配置。
图15(b)是将LED元件522以上下或左右的列移开半个间隔(虽然也可以是半个间隔以下)的方式排列的配置例。该配置例虽然要花费把多数LED元件511排列起来的劳力和时间，但是却可以用LED元件大致把入射光瞳的像552i填埋起来，几乎没有从入射光瞳的像552i中伸出来的部分。因此，可以使照明光束的浪费变成为最小限度，是一种适合于提供紧凑且可以显示明亮的图像的投影机的配置。
如上所述，通过在相对含有场透镜540和光阀530的调制光学系统G1与入射光瞳552处于共轭关系的第1和第2光射出区域512a和512b上配置LED元件511，就可以防止照明光束571的浪费，可以提供小型紧凑且可以显示明亮的图像的投影机501。但是，若着眼于每一个的LED元件，则在从每一个LED元件511中射出的光量中，有时候存在着偏差。
首先，在本例中，在配置在光源510的第1和第2光射出区域512a和512b上的LED元件511R、511G和511B的前方，设置微型透镜阵列515，配置为以含有构成微型透镜阵列515的微型透镜516和场透镜540的照明光学系统G2介于中间，各个LED元件511的发光部分513与光阀530的调制区域539成为共轭关系。由于在各个LED元件511中作为输出光的发光部分的发光部分513，和调制区域539成为共轭关系，无浪费地向调制区域539照射从发光部分513射出的照明光束571。因此，即便是在每一个LED元件511这样的微观的区域中，也可以节省从LED元件511输出的光的浪费。可以提供紧凑且可以显示更为明亮的图像的投影机501。
此外，由于每一个发光部分513和调制区域539处于共轭关系，所以由从每一个LED元件511的发光部分513输出的照明光束517，照明调制区域539的全部。因此，被称作从各个LED元件511输出的光的强度差的个体差就被消除，就可以用多个LED元件无浪费地、进而无不均匀地照明调制区域539。因此，不仅可以提高要向屏幕599上投影的图像的亮度，还可以消除图像的不均匀，提高图像品质。
在微型透镜516为球面的情况下，各个发光部分513和调制区域539处于共轭关系这件事，理想的是每一个发光部分513的形状，是与调制区域539相似的形状。就是说，发光部分513的纵横比理想的是和调制区域539的纵横比相同。再有，理想的是把调制区域539的一边539a和发光部分513的横边513a配置为平行。因此，在本例中，把具备尺寸为2mm×2mm左右的长方形的发光部分513的LED元件排列在第1和第2光射出区域512a和512b内。
各个发光部分513的形状，并不限于与调制区域539相似的形状。例如，如图16所示，即便是具备尺寸为2mm×2mm左右的长方形的发光部分513的LED元件511，通过采用使之产生非点像差的圆柱状的微型透镜516，也可以使发光部分513和调制区域539成为共轭关系。
通过图16所示的微型透镜516，被形成为使得纵横的曲率或倍率不同，且通过照明光学系统G2，照明光束571的截面成为长方形，对光阀530的整个调制区域530进行照明。由于该微型透镜516是非点像差产生的透镜，所以结像位置在纵向和横向上不一致。
但是，通过把照明光学系统G2设计为使得在发光部分513的纵向513y的结像位置，和发光部分513的横向513x的结像位置之间，配置光阀530，就可以由从各个LED发光部分513输出的照明光束571照明调制区域539的大致全部，就可以把在照明光束中产生的浪费抑制到最小限度。
虽然理想的是这样使每个LED元件511的发光部分513和调制区域539成为共轭关系，用各个LED元件511照明调制区域539的全体，但是，从防止来自各个LED元件的照明光束571的浪费的观点来看，却并不限于此。例如，在每一个LED元件511具备非常微小的、例如1mm×1mm左右的方形的发光部分513的情况下，要在照明光学系统G2中使发光部分513和调制区域539成为共轭关系，就会变得困难起来。但是，在将发光部分513作成为正方形或长方形的情况下，却分别具有优点。在不能借助于来自各个LED元件511的发光部分513的像照明调制区域539的全体的情况下，如图17所示，通过使LED元件，和与其成对的微型透镜516的光轴579，每一对地或以适当的组单位，适当地错开，就可以如图18所示使得发光部分513的像571i一部分进行重叠那样地，对调制区域539进行照明。这时，如果微小发光面513为方形，由于在调制区域539上形成的像571i也成为方形，故调制区域539的边和发光部分513的像571i的边就易于对准，就可以防止发生照明光束571的浪费。
如果发光部分513是与调制区域539相似或与之接近的长方形，通过使发光部分513的长边和调制区域539的长边对准，就易于使从光射出区域512a供给的照明光束571的全体的截面与调制区域539的形状相一致，可以进行无浪费的照明。为此，就需要把LED元件511配置为使得发光部分513的长边和调制区域539的长边成为平行。
如上所述，即便是在各个发光部分513以照明光学系统G2介于中间，不与调制区域539处于共轭关系的情况下，通过使发光部分513成为方形，更为理想地，成为与调制区域539相似的长方形，就可以使照明光束571的边沿对准而防止产生无用的光。此外，即便是在未配置场透镜540的投影机中，通过以照明光学系统G2(该情况成为只有微型透镜516)介于中间，使发光部分513和调制区域539处于共轭关系，得到排除照明光束的浪费的效果。因此，可以提供小型紧凑既节能又可以显示明亮的图像的投影机。此外，即便是发光部分513以照明光学系统G2介于中间，与调制区域539不是共轭关系的情况下，也可以通过把每一个发光部分513的形状作成为方形或与调制区域539相似的长方形，防止照明光束的浪费，这与上边所说的是相同的。
另外，在上述的例子中，如在图19中在照明光束571一侧和显示光束573一侧展开地示出调制光学系统G1那样，根据照明光束，即入射一侧，和显示光束，即，射出一侧的倍率为1∶1的调制光学系统进行说明。该调制光学系统G1，入射一侧的场透镜540，和射出一侧的场透镜540(是与入射一侧相同的场透镜)之间的光束572成为平行光束。因此，照射到调制区域539的照明光束572成为远心的(テレセントリツク)，改变微型反射镜531的角度就可容易地进行切换。就是说，由于不仅用排列在调制区域539内的微型反射镜531得到的有效光，无效光也成为平行，所以用微小的角度就可以把有效光和无效光分离开来。或者，可以在不吞进无效光的范围内加大投影透镜550的入射口径，因而可以显示更为明亮的图像。
另一方面，如图19(b)所示，也可以采用射出一侧相对入射一侧的倍率不相等的调制光学系统G1。但是，相对入射一侧射出一侧的倍率大于1的调制光学系统，光源510比投影透镜550更位于光阀530一侧。另一方面，在相对入射一侧射出一侧的倍率小于1，例如，为1/2(0.5)的调制光学系统G1中，由场透镜540缩小来自光源510的照明光束571，聚光到投影透镜550的入射光瞳55上。因此，反过来，相对于入射光瞳552光射出区域512a或512b的面积增大，还可以排列许多的LED元件511，增加照明光束571的光量。另一方面，在光阀530的调制区域539中，被照射的不是平行光而是收敛光，有效光和无效光都不会成为平行光。但是，只要是在可用投影透镜550的开口排除无效光的设计允许的范围内，在画质方面就没有问题。此外，虽然依赖于投影透镜550的F数(光圈数)，但是，也可以构成为使得透镜的亮度几乎不变。
如上所述，本例的投影机550，把本身为固体发光元件的LED元件511R、511G和511B作为光源510，并布局为使得多个LED元件排列起来的光射出区域512和投影透镜550的入射光瞳552，以含有场透镜540的调制光学系统介于中间成为共轭关系。因此，可以消除从光射出区域512输出的照明光束的浪费，可以提供既是灵活应用固体发光元件的优点的、小型紧凑，且省电类型的投影机，又可以显示高品质的明亮的彩色图像的投影机。
如上所述，本实施例的光阀(空间光调制装置)530是微型反射镜装置。作为这样的微型反射镜装置，可以适用DMD(数字微型反射镜装置)。DMD是美国德州仪器公司(テキサスインスツルメンツ社)制的装置。另外，在上述中，虽然说明的是光阀中使用微型反射镜装置的例子，但是，并不限于此，还可以使用其他的类型的光阀，例如，可以使用反射型的液晶。此外，作为固体发光元件虽然说明的是采用LED元件的例子，但是，并不限于此，也可以使用其他的固体或半导体发光元件，例如，有机EL、半导体激光器等等，如上所述，倘采用本发明，则可以提供在把固体发光元件用做光源的投影机中，可以把从固体发光元件输出的照明光束无浪费地引导到投影透镜的投影机。因此，可以用最小的构成，效率良好地照明光阀，可以提供小型紧凑且节能，同时又可以把明亮高品位的图像投影到屏幕上的投影机。
权利要求
1.一种投影机，特征在于，具有具备将多个固体发光元件排列起来的光射出区域的光源；具备切换来自该光源的照明光束从而形成图像的调制区域的反射型的空间光调制装置；投影来自该空间光调制装置的显示光束的投影透镜；以及在上述空间光调制装置的附近，被配置为使得上述照明光束和显示光束透过的正的折射率的场透镜；其中，上述投影透镜的入射光瞳和上述光源的光射出区域，以含有上述场透镜和空间光调制装置的调制光学系统介于中间，处于共轭关系。
2.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于在上述空间光调制装置的上述调制区域中，矩阵状地配置有可动反射镜元件；上述投影透镜的入射光瞳和上述光源的光射出区域，以上述空间光调制装置的可动反射镜元件为ON状态的上述调制光学系统介于中间，处于共轭关系。
3.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于在上述空间光调制装置的上述调制区域中，矩阵状地配置有具备第1有效角度和第2有效角度的可动反射镜元件；此外，上述光源，具备以上述可动反射镜元件为上述第1有效角度的状态下的上述调制光学系统介于中间、与上述投影透镜的入射光瞳处于共轭关系的第1光射出区域，和以上述可动反射镜元件为上述第2有效角度的状态下的上述调制光学系统介于中间、与上述投影透镜的入射光瞳处于共轭关系的第2光射出区域。
4.根据权利要求3所述的投影机，其特征在于在上述第1和第2光射出区域中，配置有不同的颜色的上述固体发光元件。
5.根据权利要求4所述的投影机，其特征在于在上述第1光射出区域上，配置有红色和蓝色的上述固体发光元件，在上述第2光射出区域上配置有绿色的上述固体发光元件。
6.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于在与由上述调制光学系统产生的上述入射光瞳的像的范围基本一致的上述光射出区域的范围内，配置有上述固体发光元件。
7.根据权利要求6所述的投影机，其特征在于上述多个固体发光元件，被配置在大致圆形的范围内。
8.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于上述调制光学系统的上述入射光瞳相对于上述光射出区域的范围的倍率约为1。
9.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于上述调制光学系统的上述入射光瞳相对于上述光射出区域的范围的倍率为1或更小。
10.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于上述光源，具备配置在上述固体发光元件的上述空间光调制装置一侧、形成上述光射出区域的微型透镜阵列；上述固体发光元件的各自的发光部分和上述调制区域，以含有上述微型透镜阵列和上述场透镜的照明透镜光学系统介于中间，处于共轭关系。
11.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于上述光源，具备配置在上述固体发光元件的上述空间光调制装置一侧、形成上述光射出区域的微型透镜阵列；构成上述微型透镜阵列的多个微型透镜，和与之成对的上述固体发光元件的光轴，在各自的上述对中被错开地配置。
12.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于上述发光部分和上述调制区域大致是方形，上述发光部分和上述调制区域，被配置为使得每个方形的一边成为大致平行。
13.根据权利要求12所述的投影机，其特征在于上述发光部分和上述调制区域大致是长方形，被配置为使得每个长方形的长边方向的一边成为大致平行。
14.根据权利要求13所述的投影机，其特征在于上述发光部分的纵横比与上述空间光调制装置的上述调制区域的纵横比，大致相等。
15.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于上述光源，具备配置在上述固体发光元件的上述空间光调制装置一侧、形成上述光射出区域的微型透镜阵列；构成上述微型透镜阵列的每个微型透镜，使得上述发光部分照射到上述空间光调制装置上的形状，与上述调制区域的形状基本一致那样地，纵横的曲率或倍率不同。
16.根据权利要求15所述的投影机，其特征在于上述光源，具有起因于上述微型透镜的纵向的形状的第1结像位置，和起因于上述微型透镜的横向的形状的第2结像位置，在上述第1和第2结像位置之间，配置上述空间光调制装置。
17.一种投影机，特征在于，具有具备多个固体发光元件，和配置在其出射一侧的微型透镜阵列的光源；具备切换来自该光源的照明光束从而形成图像的调制区域的反射型的空间光调制装置；以及向屏幕投影来自该空间光调制装置的显示光束的投影透镜；其中，上述固体发光元件的各自的发光部分和上述调制区域，以含有上述微型透镜阵列的照明透镜光学系统介于中间，处于共轭关系。
18.一种投影机，特征在于，具有具备多个固体发光元件，和配置在其出射一侧的微型透镜阵列的光源；具备切换来自该光源的照明光束从而形成图像的调制区域的反射型的空间光调制装置；以及向屏幕投影来自该空间光调制装置的显示光束的投影透镜；其中，构成上述微型透镜阵列的多个微型透镜，和与之成对的上述固体发光元件的光轴，在各自的上述对中被错开配置。
19.一种投影机，特征在于，具有具备多个固体发光元件，和配置在其出射一侧的微型透镜阵列的光源；具备切换来自该光源的照明光束从而形成图像的调制区域的反射型的空间光调制装置；以及向屏幕投影来自该空间光调制装置的显示光束的投影透镜；其中，上述发光部分和上述调制区域大致是方形，上述发光部分和上述调制区域，被配置为使得每个方形的一边成为大致平行。
20.根据权利要求19所述的投影机，其特征在于上述发光部分和上述调制区域是长方形，被配置为使得每个长方形的长边方向的一边成为大致平行。
21.根据权利要求20所述的投影机，其特征在于上述发光部分的纵横比，与上述空间光调制装置的上述调制区域的纵横比，大致相等。
22.一种投影机，特征在于，具有具备多个固体发光元件，和配置在其出射一侧的微型透镜阵列的光源；具备切换来自该光源的照明光束从而形成图像的调制区域的反射型的空间光调制装置；以及向屏幕投影来自该空间光调制装置的显示光束的投影透镜；其中，构成上述微型透镜阵列的每个微型透镜，使得上述发光部分照射到上述空间光调制装置上的形状，与上述调制区域的形状基本一致那样地，纵横的曲率或倍率不同。
23.根据权利要求22所述的投影机，其特征在于上述光源，具备起因于上述微型透镜的纵向的形状的第1结像位置，和起因于上述微型透镜的横向的形状的第2结像位置；在上述第1和第2结像位置之间，配置上述空间光调制装置。
全文摘要
本发明提供了一种使用倾斜反射镜装置的小型且高亮度的图像显示装置和具备该图像显示装置的投影机。具有供给G光的第1色光用光源部分10、供给R光或B光的第2色光用光源部分20、和具有可以择一地选择第1反射位置和第2反射位置的多个可动反射镜元件31的倾斜反射镜装置30；第1色光用光源部分10，被设置为使得在可动反射镜元件31为第1反射位置时，向规定方向L1反射G光，在可动反射镜元件31为第2反射位置时，向方向L2反射G光；第2色光用光源部分20，被设置为使得在可动反射镜元件31为第2反射位置时，向规定方向L1反射R光或B光，在可动反射镜元件31为第1反射位置时，向方向L3反射R光或B光。
文档编号H04N9/31GK1651975SQ20051005128
公开日2005年8月10日 申请日期2003年3月21日 优先权日2002年3月22日
发明者武田高司, 米漥政敏 申请人:精工爱普生株式会社