CN101080667A - 投影型显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种投影型显示装置，其具有：照明光学系统(1)，其包括光源；反射型光阀(2)，其在被照明光学系统(1)照明的被照明面(2b)上具有图像形成区域；投影光学系统(3)，其对形成在反射型光阀(2)的图像形成区域上的图像进行放大投影。投影光学系统(3)可以沿与其投影光轴(3a)大致正交的方向移动，投影光学系统(3)的F值小于照明光学系统(1)的F值。在投影光学系统(3)与反射型光阀(2)之间具有限定投影光学系统(3)的入射侧开口部(10)的开口部限定部件(12)，该开口部限定部件(12)不随投影光学系统(3)的移动而移动。

Description

投影型显示装置

技术领域

本发明涉及将图像投影到屏幕上的投影型显示装置，更详细地说涉及一种使用了由数字微镜(Digital Micromirror：以下简称为DMD)或反射型液晶显示元件等构成的反射型光阀的投影型显示装置。

背景技术

使用反射型光阀的投影型显示装置的光学系统大致分为远心型和非远心型两种。在远心型光学系统中，通过使用棱镜使投影透镜相对于反射型光阀为远心结构。在非远心型光学系统中，不使用棱镜，投影透镜相对于反射型光阀为非远心结构。

近年来，在投影型显示装置中，开发了具有使投影透镜向上下等移位的功能(透镜移位功能)以便能够不移动装置主体就能够任意移动投影范围的装置。为了实现这样的透镜移位功能，提出采用使用全反射棱镜的远心型光学系统(例如，参照专利文献1)。

另一方面，作为用于投影型显示装置的非远心型光学系统，提出了这样的光学系统：使用将来自光源的光导向DMD的聚光透镜、和投射由DMD反射的光的投影透镜，通过使聚光透镜配合投影透镜的移动(移位)偏心，来使在DMD上的入射角度发生变化(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2001-42256号公报(第4-5页，图3)

专利文献2：日本特开2003-75768号公报(第3-4页，图1)

但是，如专利文献1所述，在为了实现透镜移位功能而采用使用了棱镜的远心型光学系统的情况下，由于在棱镜的界面发生的反射，光利用效率降低，并且，在棱镜的界面上的反射光成为杂散光，因此，存在投影图像的辉度和对比度降低的问题。另外，由于设置棱镜，还存在投影型显示装置的价格上升的问题。

另一方面，如专利文献2所述，在为了实现透镜移位功能而采用非远心型光学系统的情况下，为了使照明光学系统的聚光透镜配合投影透镜的移动偏心，可动部分增多，其结果为，存在导致投影型显示装置大型化和价格的上升的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种投影型显示装置，其采用非远心型光学系统，在不使照明光学系统的聚光透镜偏心的情况下实现透镜移位功能，投影图像的辉度和对比度高，而且装置小型、价格便宜。

本发明的投影型显示装置具有：照明光学系统，其包括光源；反射型光阀，其在被上述照明光学系统照明的被照明面上具有图像形成区域；投影光学系统，其是对在上述反射型光阀的上述图像形成区域上形成的图像进行放大投影的投影光学系统，其可以沿与投影光轴大致正交的方向移位。上述投影光学系统的F值小于上述照明光学系统的F值。另外，在上述投影光学系统与上述反射型光阀之间具有限定上述投影光学系统的入射侧开口部的开口部限定部件，该开口部限定部件是不随上述投影光学系统的移位而移动的部件。

根据本发明，通过构成为使投影光学系统的F值小于照明光学系统的F值，并在反射型光阀与投影光学系统之间设置投影光学系统的入射侧开口部(固定)，能够在不使聚光透镜偏心的情况下，使用非远心光学系统实现透镜移位功能。即，能够在不导致投影型显示装置大型化和价格上升的情况下实现透镜移位功能。

另外，在本发明中，在反射型光阀与投影光学系统之间设有限定入射侧开口部的开口部限定部件，因此，防止了移动投影光学系统时有不需要的光到达屏幕，从而能够获得良好的对比度。

此外，在本发明中，由于不需要采用使用了棱镜的远心型光学系统，因此，能够提供光利用效率高、对比度良好的便宜的投影型显示装置。

并且，通过构成为使与投影光轴大致正交的方向的位移量S_P、开口部限定部件的入射侧开口部的直径E、投影光学系统的入射面的有效口径E_P、以及反射型光阀的垂直扫描方向的尺寸V_d满足E＜E_P

0.7×V_d＞S_P＞0.4×V_d，

在不使构成照明光学系统的光学部件偏心的情况下，使用非远心光学系统，仅通过使投影光学系统沿相对于投影光轴大致正交的方向移位，就能够实现良好的透镜移位功能。其结果为，能够抑制装置的大型化和价格的上升。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的投影型显示装置的基本结构的俯视图。

图2是概念性地表示本发明的实施方式1的投影型显示装置的光强度均匀化元件和DMD元件的关系的图。

图3是向箭头方向观察图1中的投影型显示装置的用III-III线所表示的面的侧视图。

图4(A)和图4(B)是示意性地表示本发明的实施方式1中的透镜移位功能的图。

图5(A)～图5(C)是示意性地表示本发明的实施方式1中的投影光学系统的像圈的图。

图6是示意性地表示在本发明的实施方式1中投影光学系统沿铅直方向移位时的配置的图。

图7是示意性地表示在本发明的实施方式1中投影光学系统沿铅直方向移位时的配置的图。

图8是用于说明本发明实施方式1中的透镜移位时的光量损失的图。

图9(A)和图9(B)是示意性地表示本发明的实施方式2中的透镜移位功能的图。

图10(A)～图10(C)是示意性地表示本发明的实施方式2中的投影光学系统的像圈的图。

图11是示意性地表示在本发明的实施方式2中投影光学系统沿铅直方向移位时的配置的图。

图12是示意性地表示在本发明的实施方式2中投影光学系统沿铅直方向移位时的配置的图。

图13是用于说明本发明的实施方式2中的透镜移位时的光量损失的图。

图14是用于对本发明实施方式3的投影型显示装置中的从DMD元件到投影光学系统的的入射面的距离和性能进行说明的图。

图15是用于说明本发明的实施方式4的投影型显示装置中的照明光学系统的聚光点的图。

标号说明

1：照明光学系统；1a：照明光学系统的光轴；2：DMD元件(反射型光阀)；2b：DMD元件的被照明面；3：投影光学系统；3a：投影光学系统的投影光轴；3d：投影光学系统的入射面；4：灯；5：滤色器；6：光强度均匀化元件；7：中继透镜组；8：第一镜；9：第二镜；10：入射侧开口部；12：光圈部件(开口部限定部件)；100：屏幕；D_H：水平方向(DMD元件的水平扫描方向)；D_V：铅直方向(DMD元件的垂直扫描方向)；E：光圈部件的入射侧开口部的直径；E_P：投影光学系统的入射面的有效口径；F_I：照明光学系统的F值；F_P：投影光学系统的F值；L：光圈部件与DMD元件的距离；S_P：投影光学系统的位移量；V_d：DMD元件的短轴方向的尺寸。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1的投影型显示装置的基本结构的俯视图。该图1所示的投影型显示装置的各构成部件的配置是在实际的使用状态下从上方观察到的投影型显示装置的配置，即，是从顶面上观察到的配置。

实施方式1的投影型显示装置具有：作为反射型光阀的DMD元件2；对该DMD元件2进行照明的照明光学系统1；以及将被该照明光学系统1照明的DMD元件2的图像投影到未图示的屏幕上的投影光学系统3。

照明光学系统1具有：光源灯4；旋转滤色器5，其使从该光源灯4射出的光束中的特定波长范围的光束通过；光强度均匀化元件6，其使通过了旋转滤色器5的光束在该光束截面内的强度分布均匀化；中继透镜组7，其将从光强度均匀化元件6射出的光束沿其前进方向进行传递；以及将用于通过中继透镜组7传递的光束朝向DMD元件2反射的第一镜(mirror)8和第二镜9。

光源灯4例如由射出白色光的发光体4a和设置在该发光体4a周围的椭圆面镜4b构成。椭圆面镜4b对从与椭圆的第一中心对应的第一焦点射出的光束进行反射，使其收敛于与椭圆的第二中心对应的第二焦点。发光体4a配置在椭圆面镜4b的第一焦点附近，从该发光体4a射出的光束收敛于椭圆面镜4b的第二焦点附近。照明光学系统1的光轴1a由通过椭圆面镜4b的第一焦点和第二焦点的轴线限定。

另外，光源灯4并不限于图1所示的结构，例如也可以代替椭圆面镜4b而使用抛物面镜。在该情况下，从发光体4a射出的光束在通过抛物面镜而大致平行化之后，能够通过聚光透镜收敛。

旋转滤色器5将圆盘状的部件例如分割成三个扇状，并分别作为红绿蓝三个过滤区域。红绿蓝这三个过滤区域分别仅使与红色、绿色和蓝色的各波长范围对应的光束通过。旋转滤色器5构成为：以与照明光学系统1的光轴1a大致平行的轴线为中心旋转，各个过滤区域向与照明光学系统1的光轴1a正交的方向扩展，并且该旋转滤色器5位于椭圆面镜4b的第二焦点附近。通过使该旋转滤色器5与图像信号同步地旋转，红色光、绿色光和蓝色光顺次(以场序方式)照射到DMD元件2上。

光强度均匀化元件6用于使通过了旋转滤色器5的光束在该光束截面内的强度分布均匀化(即，降低照度不均)。作为光强度均匀化元件6的结构示例，一般公知有由透明的玻璃或树脂形成的四棱柱状的杆、或将表面镜以其反射面朝内侧的方式组合成筒状的类型。前者利用透明材料和空气界面的全反射作用使光多次反射，而后者是利用表面镜的反射作用使光多次反射。该光的动作与万花筒大致相同，如果确保了适当的长度，在光强度均匀化元件6多次反射的光会重叠照射在光强度均匀化元件6的出射面6b的附近，在光强度均匀化元件6的出射面6b附近，就可获得大致均匀的强度分布。具有该大致均匀的强度分布的光束通过后述的中继透镜组7、第一镜8和第二镜9导向DMD元件2，并照射在DMD元件2上。另外，作为光强度均匀化元件6例如也可以使用将多个透镜元件在平面上排列起来的透镜阵列这样的其他光学元件。

图2是示意性地表示从光强度均匀化元件6的出射面6b射出的光束的收敛状态的图。中继透镜组7、第一镜8和第二镜9构成为使光强度均匀化元件6的出射面6b和DMD元件2的被照明面2b为光学共轭关系。若设光强度均匀化元件6的出射面6b的对角尺寸为h，设DMD元件2的被照明面2b的对角尺寸为H，则中继透镜组7、第一镜8和第二镜9的合成成像倍率M设计成与H/h大致相等。

中继透镜组7由一块或多块透镜构成，在图1所示的示例中，其由三块透镜71、72、73构成。

DMD元件2是将许多(例如，数十万个)与各像素对应的可动式微镜在平面上排列起来的部件，其构成为根据像素信息使各微镜的倾角(倾斜度)变化。若以微镜的排列面为基准面，DMD元件2通过使各微镜相对于基准面向一定的方向倾斜角度α(例如12度)，来使入射光束朝向投影光学系统3反射。DMD元件2还通过使微镜相对于基准面向相反方向倾斜角度α，来使入射光束向设置于远离投影光学系统3的位置的光吸收板(未图示)反射。一般的DMD元件的结构例如在文献L.H.Hornbeck，“Digital Light Processing for high-brightness，highresolution applications”，Prog.SPIE，Vol.3013，pp.27-40，1997中公开。另外，在DMD元件2中配设有许多微镜的区域相当于被照明光学系统1照明的形成图像的图像形成区域。

图3是向箭头方向(即，从照明光学系统1侧)观察实施方式1的投影型显示装置的、在图1中用III-III线表示的面的图。如图3所示，DMD元件2配置在偏离光轴1a的位置(在图3中，比光轴1a靠上方，是与DMD元件2的垂直扫描方向平行的方向)。投影光学系统3在镜筒3c内配置了未图示的透镜组，其入射面3d与DMD元件2的大致正面对置配置。投影光学系统3的透镜组的光轴3a相对于通过DMD元件2的被照明面2b的中心的法线2a平行，并且错开预定量。

第一镜8具有反射面8b，如图1所示，通过第一镜8的反射面8b的法线8a相对于光轴1a倾斜。通过这样的结构，第一镜8的反射面8b将从中继透镜系统7入射的光束朝向第二镜9反射。第一镜8具有确定照射DMD元件2的照明光束的形状和良好的照射位置的作用，其由平面镜或者凹状的反射镜构成。在由平面镜构成第一镜8的情况下，良好地确定照射DMD元件2的照明光束的形状的效果较弱，但是能够以最便宜的价格构成该第一镜8，并且能够将第一镜8的厚度构成为最薄，因此，容易避免与DMD元件2和第二镜9的干涉。在由圆筒凹面构成第一镜8的反射面的情况下，能够良好地修正因斜着照射在DMD元件2上而产生的畸变像差，能够实现良好的照明光束的形状和良好的照射位置。在图1所示的第一镜8的反射面8b上，从光强度均匀化元件6的出射面6b的中心射出的光线所到达的位置用标号8c表示。

如图3所示，第二镜9与投影光学系统3的下侧(图3中的下侧)相邻地配置。另外，第二镜9相对于投影光学系统3的镜筒3c(在投影光轴3a的方向上)配置于DMD元件2侧，以使投影光学系统3在为了后述的透镜移位而移动时不会与第二镜9干涉。通过第二镜9的反射面9b反射的光束在DMD元件2的被照明面2b发生反射，并入射到投影光学系统3的入射侧开口部10。

另外，如图1所示，通过从DMD元件2到投影光学系统3的光束的中心的光线，相对于通过从光源灯4到第一镜8的光束的中心的光线(光轴1a)在俯视观察时大致正交。另外，DMD元件2的被照明面2b的法线2a和投影光学系统3的光轴3a在俯视观察时均相对于光轴1a大致正交。

当大幅度偏离上述大致正交时，将光源灯4、中继透镜组7、第一镜8、第二镜9、反射型光阀2和投影光学系统3配置成不会遮住彼此的光路就会变得困难。另外，光源灯4的倾斜角度直到大约15度都在容许范围内，倾斜角度越大亮度越低，并且引起光源灯4的闪烁现象，因而难以获得良好的图像。基于这些原因，照明光学系统1的光轴1a与DMD元件2的被照明面2b的法线2a以及投影光学系统3的投影光轴3a的交叉角γ(图1)优选在90±5度的范围内。

图4(A)和图4(B)是用于说明透镜移位功能的图。透镜移位功能是通过使投影光学系统3沿与其投影光轴3a大致正交的方向(这里为铅直方向(是DMD元件2的垂直扫描方向，图3中的方向D_V)和/或水平方向(是DMD元件2的水平扫描方向，图1中的方向D_H)移动，即移位，来使投影范围任意移动的功能。图4(A)是从侧方观察到的投影光学系统3和屏幕100的侧视图。图4(B)是从上方看观察到的投影光学系统3和屏幕100的俯视图。当投影光学系统3沿铅直方向移动时，如图4(A)所示，屏幕100上的投影范围向上方(箭头U)或者下方(箭头D)移动。另外，当投影光学系统3沿水平方向移动时，如图4(B)所示，屏幕100上的投影范围向左侧(箭头L)或者右侧(箭头R)移动。

在图4(A)中，当投影光学系统3位于铅直方向上的第一位置(下方位置)时，影像投影在屏幕100上的用标号Y₁表示的范围内。此时，投影光学系统3的投影光轴3a的铅直方向位置和投影范围Y₁的铅直方向中心一致。此时的投影光学系统3的位移量为0％。

另一方面，当投影光学系统3位于铅直方向上的第二位置(上方位置)时，影像投影在屏幕100上的用标号Y₂表示的范围内。此时，投影光学系统3的投影光轴3a的铅直方向位置和投影范围Y₂的下端部一致。投影范围Y₂相对于投影范围Y₁位于向上方移位了投影宽度(短轴方向)的50％的位置。因此，此时的投影光学系统3的位移量为50％。在投影光学系统3的位移量为50％的状态下，影像相对于屏幕100从投影光学系统3向上方投影。另外，由于投影光学系统3本身的位移量(移动量)比投影范围的移动量小，因此，在图4(A)中省略了图示。

在图4(B)中，当投影光学系统3位于水平方向上的第一位置(中央位置)时，影像投影在屏幕100上的用标号X₁表示的范围内。此时，投影光学系统3的投影光轴3a的水平方向位置和投影范围X₁的水平方向中心一致。此时的投影光学系统3的位移量为0％。

另一方面，当投影光学系统3位于水平方向上的第二位置(右端位置)时，影像投影在屏幕100上的用标号X₂表示的范围内。投影范围X₂相对于投影范围X₁位于向右侧移位了投影宽度(长轴方向)的10％的位置，因此，此时的投影光学系统3的位移量为+10％。同样地，当投影光学系统3位于水平方向上的第三位置(左端位置)时，影像投影在屏幕100上的用标号X₃表示的范围内。投影范围X₃相对于投影范围X₁位于向左侧移位了投影宽度的10％的位置，因此此时的投影光学系统3的位移量为-10％。

另外，投影光学系统3在铅直方向和水平方向的位移量根据投影光学系统3的结构而不同，其并不限定于图4(A)和图4(B)所示的范围。

为了实现图4(A)和图4(B)所示的透镜移位功能，需要将投影光学系统3的像圈11设计成与位移量对应的大小。这里，使长方形的DMD元件2的水平方向(长轴方向、即长边方向)的尺寸H_d为14.01mm，使铅直方向(短轴方向、即短边方向)的尺寸V_d为10.51mm，使铅直方向的位移量为50％，使水平方向的位移量为±10％，该情况下的像圈11的大小如图5(A)～图5(C)所示。

图5(A)表示投影光学系统3的水平方向和铅直方向的位移量均为0％时的像圈11。在该情况下，投影光学系统3的像圈11是直径为17.51mm的圆。

图5(B)表示投影光学系统3的铅直方向的位移量为50％、水平方向的位移量为0％的情况下的像圈11。该情况下，从DMD元件2的中心沿铅直方向移位了该位移量(50％)的位置为像圈11的中心，因此像圈11是直径为25.26mm的圆。

图5(C)表示投影光学系统3的铅直方向的位移量为0％、水平方向的位移量为10％的情况下的像圈11。该情况下，从DMD元件2的中心沿水平方向移位了该位移量(10％)的位置为像圈11的中心，因此像圈11是直径为18.65mm的圆。另外，图5(C)表示投影光学系统3向水平方向单侧(左侧)发生了位移的示例，但是，在向相反侧(右侧)发生了位移的情况下，也包含在图5(C)所示的直径为18.65mm的像圈11的范围内。

在图5(B)和图5(C)中，对投影光学系统3仅沿铅直方向和仅沿水平方向发生了位移的情况进行了表示，但是通过适当地确定像圈11，能够在铅直方向和水平方向上移动投影光学系统3地显示影像。这里，如图5(B)所示，将像圈11的直径设定为25.26mm。

对实施方式1中的照明光学系统1和投影光学系统3的结构进行说明。如上所述，由于投影光学系统3的像圈11的直径设定为25.26mm，因此如果位移仅发生在铅直方向，则投影光学系统3能够移位到使位移量为50％(图5(B))。图6表示投影光学系统3在铅直方向上的位移量为50％时的光路。

如图6所示，相对于投影光学系统3的入射面3d略微靠DMD元件2侧，配置有限定投影光学系统3的入射侧开口部10的光圈部件(开口部限定部件)12。光圈部件12的入射侧开口部10是直径为E的圆形形状，其周围被实施了黑色的涂层等以遮挡不需要的光。由于投影光学系统3在铅直方向上的位移量为50％，因此，投影光学系统3的投影光轴3a相对于通过DMD元件2的被照明面2b的中心的法线2a，位于沿铅直方向即DMD元件2的短轴方向移位了50％(即，5.255mm)的位置。由光圈部件12限定的入射侧开口部10的中心位于从DMD元件2的法线2a沿铅直方向移位了50％(即5.255mm)的位置。

来自照明光学系统1的光束(在照明光学系统1的第二镜9发生了反射的光束)在DMD元件2的被照明面2b发生反射，并通过投影光学系统3的入射侧开口部10入射到投影光学系统3。此时，若设从DMD元件2的被照明面2b到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离为L，设入射侧开口部10的直径为E，并根据入射侧开口部10的直径E设计照明光学系统1的光束的展宽，则照明光学系统1的F值F_I可以通过以下公式(1)算出。

F_I＝1/(2×Sin(Tan^-1(E/2L)))......(1)

照明光学系统1的亮度由照明光学系统的F值F_I确定。

另一方面，投影光学系统3需要是能够高效地取入通过了投影光学系统3的入射侧开口部10的光束的大小。由于投影光学系统3的入射面3d和入射侧开口部10接近配置，因此，如图6所示，在投影光学系统3的投影光轴3a与入射侧开口部10的中心一致的情况下，投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P与入射侧开口部10的直径E大致相等，或者比直径E略大即可。这意味着能够使投影光学系统3的F值F_P与照明光学系统1的F值F_I大致相等，或者略小于照明光学系统1的F值F_I，即能够明亮地构成照明光学系统1。

图7表示投影光学系统3在铅直方向(D_V方向)上的位移量为0％的状态。如图7所示，即使投影光学系统3移位(这里为向下方移动)，除了投影光学系统3以外的构成元件(照明光学系统1、DMD元件2以及限定入射侧开口部10的光圈部件12)也不移动。来自照明光学系统1的光束在DMD元件2的被照明面2b发生反射后，到达投影光学系统3的入射侧开口部10，该入射侧开口部10在相对于通过DMD元件2的中心的法线2a沿铅直方向移位了5.255mm(＝10.51mm×50％)的位置具有中心。为了取入所有通过了入射侧开口部10的光束，投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P需要设定成比入射侧开口部10的直径E至少要大出相当于位移量S_P的2倍的量(在图7中，为5.255mm的2倍)。

这里，对照明光学系统1的F值F_I为2.4的情况进行说明。在使照明光学系统1的F值F_I为2.4，使从DMD元件2的被照明面2b到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离L为47.5mm时，入射侧开口部10的直径E可根据上述公式(1)通过

E＝(2×47.5)×Tan(Sin^-1(1/(2×2.4)))_20.2计算出来，大约为20.2mm。在照明光学系统1的F值F_I为2.4的情况下，在如图6所示的投影光学系统3的位移量为50％时，如果投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P也为与20.2mm大致相等的大小，则该投影光学系统3能够高效地取入来自照明光学系统1的光束。此时，由于入射侧开口部10和投影光学系统3的入射面3d接近配置，因而从DMD元件2的被照明面2b到入射面3d的距离也与L大致相等，因此，通过使投影光学系统3的F值F_P与照明光学系统1的F值F_I相同为2.4或者为比2.4略小的值(例如2.35)，能够高效地取入通过了入射侧开口部10的光束。

同样如图7所示，在投影光学系统3的位移量S_P为0％的情况下，入射侧开口部10的直径E为20.2mm，但是投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P进一步增大5.255mm的2倍(即，10.51mm)，变成了30.71mm(＝20.2mm+10.51mm)。此时的投影光学系统3的F值F_P可通过

F_P＝1/(2×Sin(Tan^-1(E_P/2×L)))......(2)

计算。这里，

E_P＝E+2×S_P......(3)

根据公式(2)和公式(3)，可以通过下面的公式(4)来计算F值F_P。

F_P＝1/(2×Sin(Tan^-1((E+2×S_P)/2×L)))......(4)

即，当通过公式(4)计算F值F_P时，

F_P＝1/(2×Sin(Tan^-1((20.2+10.51)/2×47.5)))

F_P＝1/(2×Sin(Tan^-1(30.71/95)))_1.63

从而可知：该情况下的F值F_P为大约1.63，是非常小的值。

一般投影光学系统3的F值F_P越小，亮度越增加，另一方面，照明光学系统1的设计越难，并且透镜口径变大、透镜块数增加，因此多会导致成本增加。另一方面，当增大投影光学系统3的F值F_P时，投影光学系统3的设计变得容易，但是投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P变小，因此在投影光学系统3的位移量为0％的情况下(图7)，就不能高效地取入通过了入射侧开口部10的光束。

这里，如上所述，对使照明光学系统1的F值F_I为2.4，使从DMD元件2到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离L为47.5mm，投影光学系统3的F值F_P变化的情况下的亮度的变化进行了调查。其结果如表1所示。实验结果No.1～No.7是使投影光学系统3的F值F_P按照1.63、1.77、1.89、2.04、2.22、2.4、2.6这七个数据来变化。亮度的评价是以投影光学系统3的F值F_P是1.63时的亮度(以下使其为基准值)为100％，将亮度作为相对于上述基准值的相对值来进行的评价。

【表1】

照明光学系统FI＝2.4、从DMD元件到投影光学系统入射侧开口部的距离L＝47.5mm
									No.		1	2	3	4	5	6	7
投影光学系统的入射面的有效口径EP(mm)		30.71	28	26	24	22	20.2	18.6
									FP		1.63	1.77	1.89	2.04	2.22	2.4	2.6
亮度	位移量50％	100％	100％	100％	100％	100％	98％	93％
									位移量0％	100％	99％	97％	95％	88％	83％	80％

如表1所示，随着投影光学系统3的F值F_P增大，即，随着投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P减小，位移量为0％时的亮度逐渐降低。即，随着F值F_P按1.63、1.77、1.89、2.04、2.22、2.4、2.6增大，位移量为0％时的亮度降低为基准值(以F值F_P为1.63时的亮度为100％)的99％、97％、95％、88％、83％、80％。另一方面，位移量为50％时的亮度在F值F_P为1.77、1.89、2.04、2.22时为100％，但是，在F值F_P为2.4时，则降低至98％，在F值F_P为2.6时降低至93％。

表1中的亮度的降低是由于投影光学系统3的入射面的有效口径E_P越小，越无法取入通过入射侧开口部10的光束的一部分所致。图8是在实验结果No.4(F值F_P为2.04)中位移量为0％的情况下的光束的示意图。在图8中，来自照明光学系统1的光束在DMD元件2的被照明面2b发生反射，并到达投影光学系统3的具有直径E(20.2mm)的入射侧开口部10。另一方面，投影光学系统3的入射面3d在从入射侧开口部10的中心向下方移位了5.255mm的位置具有中心(投影光轴3a)，其有效口径E_P为24mm。此时，到达了投影光学系统3的入射侧开口部10的光束的一部分(在图8中用标号A表示的新月形部分)无法入射到投影光学系统3的入射面3d，成为光量损失。该部分A的光量损失根据表1中的实验结果No.4，相当于亮度从基准值降低的5％。

根据表1，在实验结果No.1～No.5即F_P＜F_I的情况下，位移量为50％时完全看不到亮度的降低，位移量为0％时，亮度也只是略微降低。由此可知：通过将投影光学系统3的F值F_P设定成满足F_P＜F_I，能够在实现透镜移位功能的同时，提高光利用效率，进行对比度良好的影像显示。

另外，与越减小投影光学系统3的F值F_P越能够提高亮度相对，越增大F值F_P就越能够降低制造成本。因此，F值F_P的具体值根据投影光学系统3的具体结构和规格，考虑亮度和制造成本的平衡来进行确定。另外，除了亮度之外，还要考虑MTF、畸变、倍率色差等光学特性。

另外，如上所述，在将投影光学系统3的入射侧开口部10的中心相对于DMD元件2的中心设置在向铅直上方5.255mm的位置的情况下，铅直方向上的位移量为50％时的亮度为最大，但是亮度是根据投影光学系统3的入射侧开口部10的配置和来自DMD元件2的被照明面2b的光束的出射位置而变化的。所述投影光学系统3的入射侧开口部10的配置、和来自DMD元件2的被照明面2b的光束的出射位置根据投影型显示装置的规格来确定即可。

如以上所说明的那样，根据实施方式1，由于构成为使投影光学系统3的F值F_P小于照明光学系统1的F值F_I，并且使投影光学系统3的入射侧开口部10固定(即，不随着投影光学系统3的移动而移动)，因此能够在实现透镜移位功能的同时，提高光利用效率，显示对比度良好的影像。

特别是由于不需要使照明光学系统1的聚光透镜配合投影光学系统3的移动而偏心，因此，能够在不导致投影型显示装置大型化和价格上升的情况下实现透镜移位功能。而且，由于不需要采用使用了棱镜的远心型光学系统，因此能够提供便宜的投影型显示装置。此外，通过在DMD元件2和投影光学系统3之间设置光圈部件12，能够防止不需要的光到达屏幕，能够提高对比度。

另外，在实施方式1中，将限定入射侧开口部10的光圈部件12设置在投影光学系统3的入射面附近，并将投影光学系统3的有效口径E_P形成为大于入射侧开口部10，由此，即使在使投影光学系统3移位的时候，也能够将来自DMD元件2的光高效地取入到投影光学系统3。

而且，在实施方式1中，构成为通过从第二镜9朝向DMD元件2的光束的中心的光线，相对于DMD元件2的图像形成区域的法线2a倾斜，通过从DMD元件2朝向投影光学系统3的光束的中心的光线，相对于DMD元件2的图像形成区域的法线2a倾斜，由此，能够将第二镜9、DMD元件2和投影光学系统3紧凑地配置成彼此互不干涉。

另外，在实施方式1中，通过将照明光学系统1的第二镜9在投影光轴3a的方向上相对于投影光学系统3配置在反射型光阀2侧，能够防止透镜移位时的投影光学系统3和照明光学系统1的干涉。因此，不需要使第二镜9配合投影光学系统3的移动而移动，能够以便宜的价格紧凑地构成投影型显示装置。

而且，在实施方式1中，使通过从光强度均匀化元件6到第一镜8的光束的中心的光线、和通过从反射型光阀2到投影光学系统3的入射侧开口部10的光束的中心的光线大致正交，由此布局变得容易，并能够抑制光源灯4的不良情况的发生，以获得良好的图像。

在该基础上，在实施方式1中，由于反射型光阀2由能够使各像素的反射角的倾角变化的可动微镜构成，因此能够使照明光束在截面内的强度分布均匀化，能够抑制照度不均。

另外，在实施方式1中，通过使光强度均匀化元件6由在内表面反射光的管状部件构成，不易因照明光束而产生对元件本身的加热，由此光强度均匀化元件6的冷却和保持结构变得简单。

而且，在实施方式1中，通过使光强度均匀化元件6由四棱柱状的透明材料构成，光强度均匀化元件6的设计变得容易。

此外，在实施方式1中，通过使光强度均匀化元件6由将多个透镜元件在平面上排列起来的透镜阵列构成，能够使照明光束在截面内的强度分布均匀，能够抑制照度不均。

实施方式2

图9(A)和图9(B)是用于说明本发明的实施方式2的投影型显示装置的透镜移位功能的图。本发明的实施方式2的投影型显示装置具有和参照图1～图3说明过的实施方式1的投影型显示装置相同的基本结构。以下对实施方式2的投影型显示装置与实施方式1的投影型显示装置的不同点进行说明。

图9(A)是从侧方观察到的实施方式2的投影型显示装置的投影光学系统3和屏幕100的侧视图。图9(B)是从上方观察到的实施方式2的投影型显示装置的投影光学系统3和屏幕100的俯视图。当投影光学系统3沿铅直方向移动时，如图9(A)所示，屏幕100上的投影范围向上方(箭头U)或者下方(箭头D)移动。另外，当投影光学系统3沿水平方向移动时，如图9(B)所示，屏幕100上的投影范围向左侧(箭头L)或者右侧(箭头R)移动。

与实施方式1一样，在图9(A)中，当投影光学系统3位于铅直方向上的第一位置(下方位置)时，影像投影在屏幕100上的用标号Y₁表示的范围内。此时，投影光学系统3的投影光轴3a的铅直方向位置和投影范围Y₁的铅直方向中心一致。此时的投影光学系统3的位移量为0％。

另一方面，当投影光学系统3位于铅直方向上的第二位置(上方位置)时，影像投影在屏幕100上的用标号Y₂表示的范围内。此时，投影光学系统3的投影光轴3a的铅直方向位置和投影范围Y₂的下端部一致。投影范围Y₂相对于投影范围Y₁位于向上方移位了投影宽度(短轴方向)的60％(在实施方式1中为50％)的位置。因此，此时的投影光学系统3的位移量为60％。在投影光学系统3的位移量为60％的状态下，影像相对于屏幕100从投影光学系统3向上方投影。另外，由于投影光学系统3本身的位移量(移动量)比投影范围的移动量小，因此，在图9(A)中省略了图示。

与实施方式1一样，在图9(B)中，当投影光学系统3位于水平方向上的第一位置(中央位置)时，影像投影在屏幕100上的用标号X₁表示的范围内。此时，投影光学系统3的投影光轴3a的水平方向位置和投影范围X₁的水平方向中心一致。此时的投影光学系统3的位移量为0％。

另外，当投影光学系统3位于水平方向上的第二位置(右端位置)时，影像投影在屏幕100上的用标号X₂表示的范围内。投影范围X₂相对于投影范围X₁位于向右侧移位了投影宽度(长轴方向)的10％的位置，因此，此时的投影光学系统3的位移量为+10％。同样地，当投影光学系统3位于水平方向上的第三位置(左端位置)时，影像投影在屏幕100上的用标号X₃表示的范围内。投影范围X₃相对于投影范围X₁位于向左侧移位了投影宽度的10％的位置，因此此时的投影光学系统3的位移量为-10％。

另外，投影光学系统3在铅直方向和水平方向的位移量根据投影光学系统3的结构而不同，其并不限定于图9(A)和图9(B)所示的范围。

为了实现图9(A)和图9(B)所示的透镜移位功能，需要将投影光学系统3的像圈11设计成与位移量对应的大小。这里，使长方形的DMD元件2的水平方向(长轴方向、即长边方向)的尺寸H_d为14.01mm，设铅直方向(短轴方向、即短边方向)的尺寸V_d为10.51mm，使铅直方向的位移量为60％，使水平方向的位移量为±10％，该情况下的像圈11的大小如图10(A)～图10(C)所示。

图10(A)表示投影光学系统3的水平方向和铅直方向的位移量均为0％时的像圈11。在该情况下，投影光学系统3的像圈11是直径为17.51mm的圆。

图10(B)表示投影光学系统3的铅直方向的位移量为60％、水平方向的位移量为0％的情况下的像圈11。该情况下，从DMD元件2的中心沿铅直方向移位了该位移量(60％)的位置为像圈11的中心，因此像圈11是直径为27.04mm的圆。

图10(C)表示投影光学系统3的铅直方向的位移量为0％、水平方向的位移量为10％的情况下的像圈11。该情况下，从DMD元件2的中心沿水平方向移位了该位移量(10％)的位置为像圈11的中心，因此像圈11是直径为18.65mm的圆。另外，图10(C)表示投影光学系统3向水平方向单侧(左侧)发生了位移的示例，但是，在向相反侧(右侧)发生了位移的情况下，也包含在图10(C)所示的直径为18.65mm的像圈11的范围内。

在图10(B)和图10(C)中，对投影光学系统3仅沿铅直方向和仅沿水平方向发生了位移的情况进行了表示，但是通过适当地确定像圈11，能够在铅直方向和水平方向上移动投影光学系统3地显示影像。这里，如图10(B)所示，将像圈11的直径设定为27.04mm。

对实施方式2中的照明光学系统1和投影光学系统3的结构进行说明。如上所述，由于投影光学系统3的像圈11的直径设定为27.04mm，因此如果位移仅发生在铅直方向，则投影光学系统3能够移位到使位移量为60％(图10(B))。图11表示投影光学系统3在铅直方向上的位移量为60％时的光路。

如图11所示，相对于投影光学系统3的入射面3d略微靠DMD元件2侧，配置有限定投影光学系统3的入射侧开口部10的光圈部件(开口部限定部件)12。光圈部件12的入射侧开口部10是直径为E的圆形形状，其周围被实施了黑色的涂层等以遮挡不需要的光。由于投影光学系统3在铅直方向上的位移量为60％，因此，投影光学系统3的投影光轴3a相对于通过DMD元件2的被照明面2b的中心的法线2a，位于沿铅直方向即DMD元件2的短轴方向移位了60％(即，6.3mm)的位置。由光圈部件12限定的入射侧开口部10的中心位于从DMD元件2的法线2a沿铅直方向移位了60％(即6.3mm)的位置。

来自照明光学系统1的光束(在照明光学系统1的第二镜9发生了反射的光束)在DMD元件2的被照明面2b发生反射，并通过投影光学系统3的入射侧开口部10入射到投影光学系统3。此时，若设从DMD元件2的被照明面2b到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离为L，设入射侧开口部10的直径为E，并根据入射侧开口部10的直径E设计照明光学系统1的光束的展宽，则照明光学系统1的F值F_I可以通过在实施方式1中也说明过的公式(1)算出。

F_I＝1/(2×Sin(Tan^-1(E/2×L)))......(1)

照明光学系统1的亮度由照明光学系统1的F值F_I确定。

另一方面，投影光学系统3需要是能够高效地取入通过了投影光学系统3的入射侧开口部10的光束的大小。由于投影光学系统3的入射面3d和入射侧开口部10接近配置，因此在如图11所示的投影光学系统3的投影光轴3a与入射侧开口部10的中心一致的情况下，投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P与入射侧开口部10的直径E大致相等，或者比直径E略大即可。这意味着能够使投影光学系统3的F值F_P与照明光学系统1的F值F_I大致相等，或者略小于照明光学系统1的F值F_I，即能够明亮地构成照明光学系统1。

图12表示投影光学系统3在铅直方向(D_V方向)上的位移量为0％的状态。如图12所示，即使投影光学系统3移位(这里为向下方移动)，除了投影光学系统3以外的构成元件(照明光学系统1、DMD元件2以及限定入射侧开口部10的光圈部件12)也不移动。来自照明光学系统1的光束在DMD元件2的被照明面2b发生反射后，到达投影光学系统3的入射侧开口部10，该入射侧开口部10在相对于通过DMD元件2的中心的法线2a沿铅直方向移位了6.3mm(＝10.51mm×60％)的位置具有中心。为了取入所有通过了入射侧开口部10的光束，投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P需要设定成比入射侧开口部10的直径E至少要大出相当于位移量S_P的2倍的量(在图12中，为6.3mm的2倍)。

这里，对照明光学系统1的F值F_I为2.4的情况进行说明。在使照明光学系统1的F值F_I为2.4，使从DMD元件2的被照明面2b到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离L为44.5mm时，入射侧开口部10的直径E可根据上述公式(1)通过

E＝(2×44.5)×Tan(Sin_-1(1/(2×2.4)))_18.9计算出来，大约为18.9mm。在照明光学系统1的F值F_I为2.4的情况下，在如图11所示的投影光学系统3的位移量为60％时，如果投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P也为与18.9mm大致相等的大小，则该投影光学系统3能够高效地取入来自照明光学系统1的光束。此时，由于入射侧开口部10和投影光学系统3的入射面3d接近配置，因而从DMD元件2的被照明面2b到入射面3d的距离也与L大致相等，因此，通过使投影光学系统3的F值F_P与照明光学系统1的F值F_I相同为2.4或者为比2.4略小的值(例如2.35)，能够高效地取入通过了入射侧开口部10的光束。

同样如图12所示，在投影光学系统3相对于DMD元件2的位移量S_P为0％的情况下，入射侧开口部10的直径E为18.9mm，但是投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P进一步增大6.3mm的2倍(即，12.6mm)，变成31.5mm(＝18.9mm+12.6mm)。此时的投影光学系统3的F值F_P可通过实施方式1中也说明过的公式(2)

F_P＝1/(2×Sin(Tan^-1(E_P/2×L)))......(2)

计算。这里，

E_P＝E+2×S_P......(3)

根据公式(2)和公式(3)，可以通过下面的公式(4)来计算F值F_P。

F_P＝1/(2×Sin(Tan^-1((E+2×S_P)/2×L)))......(4)

即，当通过公式(4)计算F值F_P时，

F_P＝1/(2×Sin(Tan^-1((18.9+12.6)/2×44.5)))

F_P＝1/(2×Sin(Tan^-1(31.5/89)))_1.5

从而可知：该情况下的F值F_P为大约1.5，是非常小的值。

一般投影光学系统3的F值F_P越小，亮度越增加，另一方面，投影光学系统3的设计越难，并且透镜口径变大、透镜块数增加，因此多会导致成本增加。另一方面，当增大投影光学系统3的F值F_P时，投影光学系统3的设计变得容易，但是投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P变小，因此在投影光学系统3的位移量为0％的情况下(图12)，就不能高效地取入通过了入射侧开口部10的光束。

这里，如上所述，对使照明光学系统1的F值F_I为2.4，使从DMD元件2到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离L为44.5mm，投影光学系统3的F值F_P变化的情况下的亮度的变化进行了调查。其结果如表2所示。实验结果No.1～No.7是使投影光学系统3的F值F_P按照1.5、1.8、1.9、2.0、2.2、2.4、2.6这七个数据来变化。亮度的评价是以投影光学系统3的F值F_P是1.5时的亮度(以下使其为基准值)为100％，将亮度作为相对于上述基准值的相对值来进行的评价。

【表2】

照明光学系统FI＝2.4、从DMD元件到投影光学系统入射侧开口部的距离L＝44.5mm
									No.		1	2	3	4	5	6	7
投影光学系统的入射面的有效口径EP(mm)		32	26	24	23	21	19	17
									Fp		1.5	1.8	1.9	2.0	2.2	2.4	2.6
亮度	位移量60％	100％	100％	100％	100％	100％	98％	93％
									位移量0％	100％	99％	97％	95％	88％	83％	80％

如表2所示，随着投影光学系统3的F值F_P增大，即，随着投影光学系统3的入射面3d的有效口径E_P减小，位移量为0％时的亮度逐渐降低。即，随着F值F_P按1.8、1.9、2.0、2.2、2.4、2.6增大，位移量为0％时的亮度降低为基准值(以F值F_P为1.5时的亮度为100％)的99％、97％、95％、88％、83％、80％。另一方面，在F值F_P为1.8、1.9、2.0、2.2时，位移量为60％时的亮度为100％，但是，在F值F_P为2.4时，位移量为60％时的亮度则降低至98％，在F值F_P为2.6时，位移量为60％时的亮度则降低至93％。

表2中的亮度的降低是由于投影光学系统3的入射面的有效口径E_P越小，越无法取入通过入射侧开口部10的光束的一部分所致。图13是在实验结果No.4(F值F_P为2.0)中使位移量为0％时的光束的示意图。在图13中，来自照明光学系统1的光束在DMD元件2的被照明面2b发生反射，并到达投影光学系统3的具有直径E(18.9mm)的入射侧开口部10。另一方面，投影光学系统3的入射面3d在从入射侧开口部10的中心向下方移位了6.3mm的位置具有中心(投影光轴3a)，其有效口径E_P为23mm。此时，到达了投影光学系统3的入射侧开口部10的光束的一部分(在图13中用标号A表示的新月形部分)无法入射到投影光学系统3的入射面3d，成为光量损失。该部分A的光量损失根据表2中的实验结果No.4，相当于亮度从基准值降低的5％。

根据表2，在实验结果No.1～No.5即F_I＞F_P的情况下，位移量为60％时完全看不到亮度的降低，位移量为0％时的亮度也只是略微降低。因此可知：通过将投影光学系统3的F值F_P设定成满足F_I＞F_P，能够在实现透镜移位功能的同时，提高光利用效率，进行对比度良好的影像显示。

其中，实验结果No.1为即使在位移量为0％时，亮度也没有损失，能够全部取入来自照明光学系统1的光束。该情况下的投影光学系统3的F值F_P为1.5，是非常小的值，投影光学系统3的设计变得非常困难，并且透镜口径变大，透镜块数增多，从而制造成本升高。

即，与越减小投影光学系统3的F值F_P越能够提高亮度相对，越增大F值F_P越能够降低制造成本。因此，F值F_P的具体值根据投影光学系统3的具体结构和规格，考虑亮度和制造成本的平衡来进行确定。另外，除了亮度之外，还要考虑MTF、畸变、倍率色差等光学特性。

另外，如上所述，在将投影光学系统3的入射侧开口部10的中心相对于DMD元件2的中心设置在向铅直上方6.3mm的位置的情况下，铅直方向上的位移量为60％时的亮度为最大，但是亮度是根据投影光学系统3的入射侧开口部10的配置和来自DMD元件2的被照明面2b的光束的出射位置而变化的。所述投影光学系统3的入射侧开口部10的配置、和来自DMD元件2的被照明面2b的光束的出射位置根据投影型显示装置的规格来确定即可。

如图3所示，关于投影光学系统3在铅直方向上的位移量S_P，位移量小时，照明光学系统1的第二镜9和来自DMD元件2的光束干涉，会导致光利用率的损失。另一方面，当增大位移量时，图10(A)～图10(C)所示的投影光学系统3的像圈11变大，成为投影光学系统3的设计变得困难的主要原因。

即，为了减少第二镜9和来自DMD元件2的光束的干涉，优选构成为使投影光学系统3在铅直方向上的位移量S_P比DMD元件2的铅直方向上的尺寸V_d的0.4倍大。另外，为了抑制投影光学系统3的像圈增大，优选构成为使投影光学系统3在铅直方向上的位移量S_P小于DMD元件2的铅直方向的尺寸V_d的0.7倍。该条件可通过下面公式(5)表示。

0.7×V_d＞S_P＞0.4×V_d......(5)

如以上所说明，根据实施方式2，由于构成为使投影光学系统3的F值构成为上述关系式的公式(1)和公式(2)成立，并且使投影光学系统3的入射侧开口部10固定(即，不随着投影光学系统3的移动而移动)，因此能够在实现透镜移位功能的同时，提高光利用效率，显示对比度良好的影像。

特别是由于不需要使照明光学系统1的聚光透镜配合投影光学系统3的移动而偏心，因此，能够在不导致投影型显示装置大型化和价格上升的情况下实现透镜移位功能。而且，由于不需要采用使用了棱镜的远心型光学系统，因此能够提供便宜的投影型显示装置。此外，通过在DMD元件2和投影光学系统3之间设置光圈部件12，能够防止不需要的光到达屏幕，能够提高对比度。

另外，在实施方式2中，通过将限定入射侧开口部10的光圈部件12设置在投影光学系统3的入射面的附近，并将投影光学系统3的有效口径EP形成为大于入射侧开口部10，即使在使投影光学系统3移位的情况下，也能够将来自DMD元件2的光高效地取入到投影光学系统3。

而且，根据实施方式2，由于投影光学系统3的位移量构成为上述关系式的公式(5)成立，因此提高了光利用效率，能够显示对比度良好的影像。

另外，在实施方式2中，构成为通过从第二镜9朝向DMD元件2的光束的中心的光线，相对于DMD元件2的图像形成区域的法线2a倾斜，通过从DMD元件2朝向投影光学系统3的光束的中心的光线，相对于DMD元件2的图像形成区域的法线2a倾斜，由此，能够将第二镜9、DMD元件2和投影光学系统3紧凑地配置成彼此互不干涉。

另外，在实施方式2中，通过将照明光学系统1的第二镜9在投影光轴3a的方向上相对于投影光学系统3配置在反射型光阀2侧，能够防止透镜移位时的投影光学系统3和照明光学系统1的干涉。因此，不需要使第二镜9配合投影光学系统3的移动而移动，能够以便宜的价格紧凑地构成投影型显示装置。

而且，在实施方式2中，使通过从光强度均匀化元件6到第一镜8的光束的中心的光线、和通过从反射型光阀2到投影光学系统3的入射侧开口部10的光束的中心的光线大致正交，由此布局变得容易，并能够抑制光源灯4的不良情况的发生，以获得良好的图像。

在该基础上，在实施方式2中，由于反射型光阀2由能够使各像素的反射角的倾角变化的可动微镜构成，因此能够使照明光束在截面内的强度分布均匀化，能够抑制照度不均。

另外，在实施方式2中，通过使光强度均匀化元件6由在内表面反射光的管状部件构成，不易因照明光束而产生对元件本身的加热，由此光强度均匀化元件6的冷却和保持结构变得简单。

而且，在实施方式2中，通过使光强度均匀化元件6由四棱柱状的透明材料构成，光强度均匀化元件6的设计变得容易。

此外，在实施方式2中，通过使光强度均匀化元件6由将多个透镜元件在平面上排列起来的透镜阵列构成，能够使照明光束在截面内的强度分布均匀，能够抑制照度不均。

实施方式3

在进行投影光学系统3的设计时，若投影光学系统3的F值F_P较小，则设计变得比较困难，并且制造成本升高。另一方面，当从DMD元件2的被照明面2b到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离L变长时，投影光学系统3的设计同样变得困难，并且制造成本也变高。但是，如图1和图3所示，第二镜9与投影光学系统3的下侧相邻配置，并且第二镜9需要相对于投影光学系统3的镜筒3c(在投影光轴3a的方向上)配置在DMD元件2侧，以使投影光学系统3在为了透镜移位而移动时不会与第二镜9干涉，考虑到该配置，优选距离L较长。

图14是用于对本发明的实施方式3的投影型显示装置中的从DMD元件到投影光学系统的入射面的距离和性能进行说明的图。如图14所示，当从DMD元件2的被照明面2b到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离L长到距离L₂时，在相同位移量S_p(在图14中为6.3mm)和相同F值F_P的情况下，投影光学系统3的入射面的有效口径E_P2大于有效口径E_P。即，当距离L变长时，投影光学系统3的入射面的有效口径E_P和DMD元件2的铅直方向的尺寸V_d的比率E_P/V_d变大。因此，在照明光学系统1的F值F_I为2.4，投影光学系统3的F值F_P为2.0时，对使从DMD元件2的被照明面2b到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离L变化时的性能的变化进行了评价。亮度的评价是以表2所示的投影光学系统3的F值F_P为1.5时的亮度(基准值)为100％，将亮度作为相对于上述基准值的相对值进行的评价。

【表3】

照明光学系统FI＝2.4、投影光学系统FP＝2.0、DMD元件的铅直方向的尺寸Vd＝10.51mm
							No.		1	2	3	4	5
从DMD元件到投影光学系统的入射面的距离L(mm)		45.5	44.5	43.5	42.5	41.5
							投影光学系统的入射面的有效口径EP(mm)		23.5	23.0	22.5	21.9	21.4
EP/Vd		2.23	2.19	2.14	2.09	2.04
							亮度	位移量60％	100％	100％	98％	97％	96％
位移量0％	98％	95％	93％	92％	89％

如表3所示，在从DMD元件2的被照明面2b到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离L从45.5mm变化到41.5mm时，距离L为45.5mm时，投影光学系统3的入射面的有效口径E_P为23.5mm，在距离L为41.5mm时，投影光学系统3的入射面的有效口径E_P为21.4mm，当距离L变小时，有效口径E_P也变小。在距离L为45.5mm时，在位移量为60％的情况下，作为光学系统的性能的亮度为100％，在位移量为0％的情况下，作为光学系统的性能的亮度为98％，亮度良好。另外，在距离L为44.5mm时，在位移量为100％的情况下，作为光学系统的性能的亮度为100％，在位移量为0％的情况下，作为光学系统的性能的亮度为95％。但是，随着距离L变短，亮度的损失量增大。

根据表3，实验结果No.1和No.2在位移量为60％时没有亮度损失，并且在位移量为0％时的损失量也在5％之内，能够获得良好的性能。此时的投影光学系统3的入射面的有效口径E_P和DMD元件2的铅直方向的尺寸V_d的比满足下面的条件式。

E_P/V_d＞2.15

因此，通过将投影光学系统3的入射面的有效口径E_P和DMD元件2的铅直方向的尺寸的V_d确定成满足该条件式，能够减小亮度的损失量。

如以上所说明的那样，根据实施方式3，由到投影光学系统3的入射侧开口部10的距离L确定的、投影光学系统3的入射面的有效口径E_P和DMD元件2的尺寸的比构成为使E_P/V_d＞2.15成立，因此，能够在实现透镜移位功能的同时，提高光利用效率，显示对比度良好的影像。

实施方式4

图15是用于说明本发明实施方式4的投影型显示装置中的照明光学系统的聚光点的图。如图15所示，在实施方式4的投影型显示装置中，在中继透镜组7的出射后的第一镜8侧的位置，配置有照明光学系统1的光圈13。关于该照明光学系统1的光圈13，大多不设置限定开口的部件。如图15所示，从光强度均匀化元件6出射的光束临时在光圈13聚光。通过将照明光学系统1的光圈13和投影光学系统3的入射侧瞳位置设置成共轭关系，光利用效率提高。

本来，在具有投影光学系统3移动的透镜移位功能的装置中，优选将投影光学系统3的入射侧瞳位置相对于投影光学系统3设置在靠DMD元件2侧(即，投影光学系统3的入射侧开口部10)，但是，在投影光学系统3的透镜外配置入射侧瞳位置，成为在投影光学系统3的设计上的很大的限制，使设计变得困难。因此，在实施方式4的投影型显示装置中，如图15所示，构成为使照明光学系统1的聚光点14(即，投影光学系统3的入射侧瞳位置)相对于投影光学系统3的入射面靠近屏幕100，即，位于投影光学系统3内。

如以上所说明的那样，根据实施方式4，通过将照明光学系统1的聚光点14相对于投影光学系统3的入射面配置为靠屏幕侧，能够减少对投影光学系统3的设计的限制，能够使设计上具有柔性。

另外，在上述说明中，为了表示投影型显示装置的实际使用状态中的方向，使用了“上”或者“下”这样的表达，但是本发明的投影型显示装置也能够以与上述说明不同的姿态进行设置。

另外，在上述说明中，表示了将旋转滤色器5设置在光源灯4和光强度均匀化元件6之间的结构，但是只要是紧挨着光强度均匀化元件6之后的那样的使照明光束收敛较小的部位，也可以配置在其他部位。

另外，在上述说明中，表示了使用DMD元件作为反射型光阀2的情况，但是也可以使用反射型液晶显示元件的那样的其他光阀。

Claims (14)

1、一种投影型显示装置，其特征在于，上述投影型显示装置具有：

照明光学系统，其包括光源；

反射型光阀，其在被上述照明光学系统照明的被照明面上具有图像形成区域；

投影光学系统，其是对在上述反射型光阀的上述图像形成区域上形成的图像进行放大投影的投影光学系统，其可以沿与投影光轴大致正交的方向移位，

上述投影光学系统的F值小于上述照明光学系统的F值，

在上述投影光学系统与上述反射型光阀之间具有限定上述投影光学系统的入射侧开口部的开口部限定部件，该开口部限定部件是不随上述投影光学系统的移位而移动的部件。

2、根据权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述投影光学系统的入射面的有效口径大于上述入射侧开口部。

3、根据权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述开口部限定部件配置在上述投影光学系统的入射面附近。

4、根据权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述照明光学系统还具有：

光强度均匀化元件，其使从上述光源出射的光束的强度分布均匀化；和

中继光学系统，其将从上述光强度均匀化元件出射的光束导向上述反射型光阀，

通过从上述中继光学系统朝向上述反射型光阀的光束的中心的光线，相对于上述反射型光阀的图像形成区域的法线倾斜。

5、根据权利要求4所述的投影型显示装置，其特征在于，

通过从上述反射型光阀的上述图像形成区域朝向上述投影光学系统的光束的中心的光线，相对于上述反射型光阀的上述图像形成区域的法线倾斜。

6、根据权利要求5所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述中继光学系统具有：

中继透镜组，其用于传播从上述光强度均匀化元件出射的光束；

第一镜，其反射从上述中继透镜组出射的光束；和

第二镜，其将来自上述第一镜的反射光反射向上述反射型光阀；

上述第二镜在上述投影光轴的方向上，相对于上述投影光学系统配置在上述反射型光阀侧。

7、根据权利要求6所述的投影型显示装置，其特征在于，

在与上述投影光学系统的移位方向平行地进行观察时，通过从上述光强度均匀化元件朝向上述第一镜的光束的中心的光线，与通过从上述反射型光阀朝向上述投影光学系统的光束的中心的光线大致正交。

8、根据权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述反射型光阀具有能够使反射面的倾角变化的多个可动微镜。

9、根据权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述光强度均匀化元件是管状部件，其构成为在该管状部件的内表面反射光束。

10、根据权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述光强度均匀化元件是透明的棱柱状部件，其构成为在该棱柱状部件的内部反射光束。

11、根据权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述光强度均匀化元件是将多个透镜元件在平面上排列起来的透镜阵列。

12、根据权利要求3所述的投影型显示装置，其特征在于，

通过从上述反射型光阀的矩形的上述图像形成区域朝向上述投影光学系统的光束的中心的光线，相对于上述反射型光阀的上述图像形成区域的法线倾斜，

在设上述投影光学系统相对于上述反射型光阀的、在与上述投影光轴大致正交的方向上的位移量为S_P，

设上述开口部限定部件的入射侧开口部的直径为E，

设上述投影光学系统的入射面的有效口径为E_P，

设上述反射型光阀的垂直扫描方向的尺寸为V_d时，

满足这样的关系：

E＜E_P

0.7×V_d＞S_P＞0.4×V_d。

13、根据权利要求12所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述投影型显示装置还满足这样的关系：

E_P/V_d＞2.15。

14、根据权利要求12所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述照明光学系统的聚光点相对于上述投影光学系统的入射面位于出射面侧。

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