光學(xué)單元、投射型顯示裝置和攝像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用光源和影像顯示元件，在屏幕上投影影像的光學(xué)單元和具備它的投射型顯示裝置、攝像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]投射型顯示裝置、即投影儀中，作為能夠?qū)崿F(xiàn)小型且高亮度的光學(xué)單元的影像顯示元件，微反射鏡型影像顯示元件即DMD(Digital Micromirror Device)受到了關(guān)注。DMD對按每個像素配置的微反射鏡的角度分別地控制，通過將DMD入射光分離為入射到投射透鏡的方向(0N光)和不向投射透鏡入射的方向(OFF光)，而進行光調(diào)制。
[0003]使用DMD的光學(xué)單元的光學(xué)系統(tǒng)中，為了使DMD反射光與DMD入射光的主光軸不同，需要使入射光的主光軸相對于DMD的面法線傾斜規(guī)定量地入射。DMD在ON時具有傾斜+ Θ的旋轉(zhuǎn)角、在OFF時具有傾斜-Θ的旋轉(zhuǎn)角時，一般使DMD入射光相對于DMD的中心光軸(面法線)傾斜2 Θ地入射。此外，為了不使ON光束與OFF光束以及在覆蓋反射鏡元件的玻璃蓋的表面反射的平態(tài)(Flat)光束重疊而對比度降低，一般增大對DMD反射鏡入射的照明光束的F值，即縮小照明光束的擴散，將擴散的角度限制為相當于Θ以下。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2004-240050號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]以往，投射型顯示裝置使用如專利文獻I中的使用了微反射鏡的影像顯示裝置構(gòu)成。該影像顯示裝置的微反射鏡OFF時的反射光的反射光線矢量roff，位于與畫面水平方向相應(yīng)的方向和上述微反射鏡ON時的反射光的反射光線矢量ron所成的面內(nèi)。
[0008]為了進行高亮度化，有減小照明光束的F值的方法。但是，減小F值時，會產(chǎn)生OFF光束與ON光束重疊而使對比度降低的課題。于是，以往需要僅減小與畫面垂直方向相應(yīng)的方向的F值地進行大口徑化。該方向在現(xiàn)有的裝置中，由于垂直方向即相當于厚度方向，所以為了使光束直徑在裝置的厚度方向增大，會產(chǎn)生光學(xué)部件厚度也增加從而裝置難以薄型化的新的課題。
[0009]鑒于這樣的狀況，本發(fā)明的目的在于提供一種通過減少照明光學(xué)系統(tǒng)的厚度并改善效率，而薄型且高亮度的投影儀用光學(xué)單元和具備它的投射型顯示裝置、攝像裝置。
[0010]上述目的例如能夠通過權(quán)利要求中記載的結(jié)構(gòu)達成。
[0011]根據(jù)本發(fā)明具有的效果是，能夠提供一種薄型且高亮度的投影儀用光學(xué)單元和具備它的投射型顯示裝置、攝像裝置。
【附圖說明】
[0012]圖1是表示本實施例中的光學(xué)單元的框圖。
[0013]圖2A是本實施例中的向微反射鏡的入射光和反射光的配置圖。
[0014]圖2B是表示本實施例中的DMD和全反射棱鏡和坐標軸的圖。
[0015]圖3是關(guān)于本實施例中的照明光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其F值的說明圖。
[0016]圖4是關(guān)于本實施例中的OFF反射光線矢量的說明圖。
[0017]圖5是表不在光闌的角度和光闌徑的圖。
[0018]圖6是表不本實施例中的光闌形狀的一例的圖。
[0019]圖7A是表示本實施例中的光闌形狀的第一變形例的圖。
[0020]圖7B是表示本實施例中的光闌形狀的第二變形例的圖。
[0021]圖7C是表示本實施例中的光闌形狀的第三變形例的概要圖。
[0022]圖8是表示本實施例中的投射型顯示裝置的框圖。
[0023]圖9是內(nèi)置本實施例中的投射型顯示裝置的攝像裝置的框圖。
[0024]符號說明
[0025]1、2......LED光源，3、4......聚光透鏡，5......楔形棱鏡，6......透鏡陣列，7......光闌，
8、9……中繼透鏡，10……修正棱鏡，11……全反射棱鏡，12……影像顯示元件，13……投射透鏡，100……光學(xué)單元
【具體實施方式】
[0026]對于應(yīng)用了本發(fā)明的光學(xué)單元和具備它的投射型顯示裝置、攝像裝置的實施方式的一例，用以下附圖進行說明。此外，本發(fā)明并不受以下說明限定。此外，各圖中表示相同作用的構(gòu)成部件，使用相同的符號表示。
[0027]圖1是表示本實施例中的光學(xué)單元100的框圖。
[0028]光學(xué)單元100具有出射規(guī)定的波長或波長范圍的光束的光源1、光源2。
[0029]光源I例如是出射中心波長約525nm的綠色光束的LED光源。光源2例如是具備出射中心波長約615nm的紅色光束和中心波長約460nm的藍色光束的2色的發(fā)光源的LED光源。其中，各中心波長也可以不是上述值。此外，也可以使用對于從LED芯片放射的光，用熒光體進行波長變換等而放射的光。
[0030]從光源1、2分別出射的光束，被聚光透鏡3、4變換為大致平行光之后，從分別不同的方向入射到楔形棱鏡5。
[0031]楔形棱鏡5例如包括:具有使紅色光束反射、使藍色光束和綠色光束透過的功能的波長選擇性反射鏡面5a ;和具有使藍色光束反射、使紅色光束和綠色光束透過的功能的波長選擇性反射鏡面5b，具備使入射到該楔形棱鏡5的3色光束合成的功能。
[0032]合成后的光束經(jīng)過在入射側(cè)和出射側(cè)設(shè)置有使多個透鏡在平面方向配置的透鏡陣列而成的透鏡陣列6、和作為決定照明光束的F值的開口部的光闌(aperture) 7、中繼透鏡8、9而入射到修正棱鏡10。通過這些光學(xué)元件，生成具有相對于光軸平行的光的遠心且均勻的照明光，具備使其以要求的角度傳播的功能，但因為是公知的技術(shù)，所以省略詳細說明。此外，以下有時將中繼透鏡稱為照明透鏡。
[0033]通過中繼透鏡9后的光束，通過修正棱鏡10，通過全反射棱鏡11的斜面Ila和面11b，照射到作為影像顯示元件的DMD12。修正棱鏡10具有對于因全反射棱鏡11發(fā)生的光路差進行修正，使入射到DMD面板上各部位的光束的光路長度差最小的功能。
[0034]這樣，通過從透鏡陣列6到全反射棱鏡11的照明光學(xué)系統(tǒng)，能夠在DMD12形成照度均勻的像。此外，用于形成、傳播規(guī)定的照明光的光學(xué)系統(tǒng)，不限定于包括圖1所示的透鏡陣列6和中繼透鏡8、9的結(jié)構(gòu)，也可以是其他光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0035]在DMD12的微反射鏡面反射后的光束，改變角度再次通過全反射棱鏡的面11b，在斜面Ila全反射。在全反射面Ila反射后的光束，通過面Ilc之后，通過投射透鏡(投射光學(xué)部)13在屏幕(未圖示)上顯示放大投影后的影像。
[0036]本發(fā)明的特征在于，通過構(gòu)成為由上述微反射鏡反射后的光線的方向和上述照明光學(xué)系統(tǒng)的光闌形狀滿足規(guī)定的關(guān)系式，而能夠使光學(xué)單元薄型化并且高效率化和高亮度化。
[0037]圖2A是本實施例中的對微反射鏡14的入射光和反射光的配置圖，是表不了上述DMD12具有的微反射鏡14、入射光、微反射鏡ON(開態(tài))時的反射光矢量(或者表不ON時的反射光的光軸方向的矢量)ron、微反射鏡OFF (關(guān)態(tài))時的反射光矢量(或者表不OFF時的反射光的光軸方向的矢量)roff的幾何學(xué)配置的圖。如圖中所示，將坐標軸定義為與微反射鏡14中的畫面光軸相應(yīng)的方向(Z)和與畫面水平方向相應(yīng)的方向(X)和與畫面垂直方向相應(yīng)的方向⑴。
[0038]圖2B是為了明確坐標軸的關(guān)系性而表示了 DMD12和全反射棱鏡11以及坐標軸的圖。
[0039]此處，圖2A中記作照明光束的入射光線矢量V如式(I)所示地描述。其中，光線矢量是單位矢量。
[0040]V = ( V χ，V y，V z) 式(I)
[0041]此外，通常ON光束是相對于DMD12的元件面垂直、向與畫面光軸相應(yīng)的方向出射的光，所以O(shè)N時的反射光矢量ron能夠?qū)懽饕韵率?2)。
[0042]ron = (0,0,1)式(2)
[0043]反射光線矢量為上述式(2)時，為了抑制裝置整體的厚度(圖中的Y方向)，優(yōu)選入射光線矢量也沒有與畫面垂直方向相應(yīng)的方向的成分。從而，優(yōu)選式(I)可以改寫為式
[0044]V = ( V χ，0，V z)式(3)
[0045]另一方面，微反射鏡OFF時的反射光矢量roff能夠?qū)懽饕韵率?4)。
[0046]roff = (roff_x, roff_y, roff_z)式(4)
[0047]此時，在以下式(5)的關(guān)系成立時:
[0048]roff_y ^ O式(5)
[0049]反射光線矢量roff從與畫面水平方向相應(yīng)的方向和反射光線矢量ron所成的面內(nèi)偏離。
[0050]同樣，反射光線矢量roff也從入射光線矢量與反射光線矢量ron所成的面內(nèi)偏離。
[0051]另一方面，入射光線矢量V、反射光線矢量ron和與畫面水平方向相應(yīng)的方向矢量在同一面內(nèi)。
[0052]從而，因為roff從由與畫面水平方向相應(yīng)的方向與反射光線矢量ron所成的平面內(nèi)偏離，所以即使為了在水平方向擴大光闌而減小F值，OFF光束與ON光束也不重疊，能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度化。通過不擴大與厚度方向(圖中的Y方向)的F值、即開口部的開口尺寸相當?shù)墓怅@徑，能夠不增大光學(xué)單元的厚度地、提供實現(xiàn)了畫面水平方向的高亮度化的、薄型且高亮度的光學(xué)單元。
[0053]以往，入射光線矢量與反射光線矢量ron和roff在同一面內(nèi)的情況下，減小水平方向的F值時，反射光線矢量ron與反射光線矢量roff、平態(tài)(Flat)光束重疊，對比度降低。因此，為了實現(xiàn)高亮度化，需要減小與垂直方向相應(yīng)方向的F值，所以光學(xué)單元的厚度增大。
[0054]如以下所述，本實施例中在水平和垂直方向變更光闌的形狀而改變F值，具體而言，采用滿足以下關(guān)系式的光闌形狀即可。