CN102645832B - 投射型显示装置、便携型电子设备及数字拍摄机 - Google Patents

Abstract

本发明提供投射型显示装置、便携型电子设备及数字拍摄机。投射型显示装置具备：光源部，其包含多色的光源、聚光透镜和色合成光学元件；图像形成部；全反射棱镜，其全反射从上述色合成光学元件入射的合成光束并导向上述图像形成部；以及投影透镜。来自上述聚光透镜的上述平行光束所入射的上述色合成光学元件的上述入射面、出射上述合成光束的色合成光学元件的上述出射面、和上述合成光束所入射的上述全反射棱镜的入射面中的至少一面，是使上述合成光束的截面形状变形以使上述合成光束所入射的显示区域的轮廓形状和入射上述显示区域时的上述合成光束的截面形状一致的自由曲面。

Description

投射型显示装置、便携型电子设备及数字拍摄机

交叉申请的引用

以下在先申请的内容通过引用结合于此：2011年2月17日提交的日本专利申请号2011-32292和2012年1月某日提交的日本专利申请号2012-xxxxxx。

技术领域

本发明涉及投射型显示装置、便携型电子设备及数字拍摄机。

背景技术

已知有采用微镜装置的投影型显示装置。微镜装置是将微小反射镜二维状排列的反射型的显示元件，可个别控制各反射镜的倾斜。例如日本特开2005-62530号公报记载的投影型显示装置那样，由彩色轮分时取出红、绿、蓝的各色光并照射微镜装置，通过在屏幕等投影该反射光，可以投影在微镜装置上形成的RGB像。

发明内容

日本特开2005-62530号公报记载的构成中，由于彩色轮及全反射棱镜，存在装置大型化的问题。

根据本发明的第1方式，投射型显示装置具备：光源部，其包括多色的光源、会聚从上述多色的光源的各个出射的各光束并作为平行光束出射的聚光透镜、和将从上述聚光透镜向入射面入射的上述平行光束作为合成光束从出射面出射的色合成光学元件；图像形成部，其在显示区域形成图像；全反射棱镜，其由全反射面全反射从上述色合成光学元件出射后向入射面入射的上述合成光束并导向上述图像形成部且同时从出射面出射，并从出射面出射来自上述图像形成部的反射光；以及投影透镜，其向投射面上投射由上述全反射棱镜出射的上述反射光。来自上述聚光透镜的上述平行光束所入射的上述色合成光学元件的上述入射面、出射上述合成光束的上述色合成光学元件的上述出射面、和来自上述色合成光学元件的上述合成光束所入射的上述全反射棱镜的上述入射面中的至少一面，是使上述合成光束的截面形状变形以使导向上述图像形成部的上述合成光束所入射的上述显示区域的轮廓形状和入射上述显示区域时的上述合成光束的截面形状一致的自由曲面。

根据本发明的第2方式，优选的是，第1方式的投射型显示装置中，出射来自上述图像形成部的上述反射光的上述全反射棱镜的上述出射面是非球面。

根据本发明的第3方式，优选的是，第1或第2方式的投射型显示装置中，上述光源部配置为使由上述色合成光学元件出射的上述合成光束的出射光轴相对于上述图像形成部的上述显示区域倾斜预定角度，出射由上述全反射面全反射后导向上述图像形成部的上述合成光束的上述全反射棱镜的上述出射面和上述全反射面所形成的顶角的角度，比上述出射光轴和上述图像形成部的上述显示区域平行时小。

根据本发明的第4方式，优选的是，第3方式的投射型显示装置中，上述预定角度包含在10度到11度的范围，上述顶角的角度包含在31.5度到32.5度的范围。

根据本发明的第5方式，优选的是，第4方式的投射型显示装置中，上述预定角度是10.59度，上述顶角的角度是32度。

根据本发明的第6方式，优选的是，第1方式到第5方式中的任一个方式的投射型显示装置中，上述多色的光源是三色的光源，上述图像形成部是微镜装置，上述全反射棱镜的上述入射面是上述自由曲面。

根据本发明的第7方式，便携型电子设备具备第1方式到第5方式中的任一个方式的投射型显示装置。

根据本发明的第8方式，数字拍摄机具备第1方式到第5方式中的任一个方式的投射型显示装置。

根据本发明的第9方式，便携型电子设备具备第6方式的投射型显示装置。

根据本发明的第10方式，数字拍摄机具备第6方式的投射型显示装置。

附图说明

图1是第1实施方式的投影机内置数字拍摄机的内部构造的正面图。

图2是图1的截面X中的投影机模块的截面图。

图3是从拍摄机正面观察的投影机模块的截面图。

图4是从拍摄机正面观察的投影机模块的截面图。

图5是从拍摄机正面观察的投影机模块的截面图。

具体实施方式

(第1实施方式)

图1是从正面观察第1实施方式的投影机内置数字拍摄机的拍摄机本体100的内部构造的图。拍摄机本体100从正面观察时呈现大致矩形形状。在拍摄机本体100的内部，左侧配置电池室10，右侧配置拍摄机单元20，其间配置投影机模块30。电池室10从例如拍摄机本体100的底面装填电源电池。

拍摄机单元20由弯曲式的摄影光学系统、透镜挡板(barrier)、拍摄部等构成。摄影光学系统内置有多个透镜、弯曲光学系统即反射镜、光学式图像抖动修正机构等。来自被摄体的光束入射从拍摄机本体100的正面露出的物端透镜21a后，由反射镜向下方弯曲，透过透镜群后，入射拍摄部。

透镜挡板由挡板驱动部22a驱动，可处于覆盖物端透镜21a的前面的保护位置和从物端透镜21a避让的避让位置。未图示的控制电路进行控制，以响应电源开关的导通，挡板驱动部22a将透镜挡板从保护位置驱动到避让位置，且响应电源截止，挡板驱动部22a将透镜挡板驱动到保护位置。

在拍摄部设置有拍摄元件和/或光学滤波器等。通过摄影光学系统的光束，在拍摄机本体100的底部附近由拍摄元件受光，进行光电变换，对该光电变换输出实施各种处理后生成图像数据。图像数据在未图示的存储卡记录。

在拍摄机本体100的前面上部设置有向被摄体照射辅助光的发光部70。拍摄机本体100内部的电池室10上部配置有蓄积用于使发光部70发光的电荷的大容量电容器71。另外，在拍摄机本体100的中央下部配置：设置了固定三脚架的螺丝孔的三脚架固定部件50；投射时从拍摄机本体100突出，可调节拍摄机本体100的设置角度的倾斜部件60。

(投影机模块30的说明)

图2是图1的截面X中的投影机模块的截面图。图3是从拍摄机正面观察的投影机模块的截面图。如图2及图3所示，投影机模块30具备：分时出射红、绿、蓝的各色光的光源部31；全反射棱镜32；保护部件33；微镜装置34；投影透镜35；反射镜36；光圈37。

光源部31包含：时间序列地点亮的3个高辉度LED31R、31G、31B；将从这些高辉度LED分别出射的各光束会聚作为近似平行光束出射的聚光透镜38；向全反射棱镜32出射该近似平行光束的交叉分色棱镜39。高辉度LED31R是红色LED，出射红色的光束。上述近似平行光束考虑了制造误差，优选完全为平行光束。同样，高辉度LED31G是绿色LED，高辉度LED31B是蓝色LED，分别出射绿色、蓝色的光束。从这些高辉度LED分别出射的各光束由在各高辉度LED的前方配置的聚光透镜38会聚为近似平行光束出射。由这样出射的近似平行光束形成后述照射微镜装置34的光束。

另外，如图3所示，这3个高辉度LED31R、31G、31B和分别对应的聚光透镜38的距离不均等，高辉度LED31R和聚光透镜38的距离0.48mm，高辉度LED31G和聚光透镜38的距离0.37mm，高辉度LED31B和聚光透镜38的距离0.25mm。这是为了使以各个高辉度LED为光源的红色、蓝色、绿色的3色光束的投影时不出现轴向色差。

从各个聚光透镜38出射的3色的近似平行光束由交叉分色棱镜39分时合成，作为合成光束向全反射棱镜32出射。全反射棱镜32由第1棱镜32a和第2棱镜32b以0.02mm的间隔贴合构成。通过隔着该间隔，形成后述全反射面41。第1棱镜32a的光源部31侧的面40，是从光源部31出射的近似平行光束(合成光束)的入射面，是以使微镜装置34的显示区域的轮廓形状和入射该显示区域的光束的截面形状近似一致的方式，会聚该近似平行光束，使该近似平行光束的截面形状变形，形成入射显示区域的光束的自由曲面。上述轮廓形状和入射上述显示区域的光束的截面形状近似一致是考虑了制造误差，最好是完全一致。上述轮廓形状通常是矩形形状，从光源部31出射的合成光束即近似平行光束的截面形状通常是圆形形状。即，自由曲面即面40通过将该合成光束的截面形状从圆形形状变形为矩形形状，与上述轮廓形状近似一致。向微镜装置34的显示区域入射的光束如后述，是由交叉分色棱镜39出射的合成光束被全反射棱镜32全反射后导向微镜装置34的显示区域的光束。第2棱镜32b的投影透镜35侧的面42是非球面，来自微镜装置34的反射光从第2棱镜32b的面42出射时，由该非球面修正该反射光的像差。

保护部件33是保护微镜装置34的显示面的透明部件。微镜装置34是微小反射镜二维状排列的反射型显示元件。本实施方式中，第1棱镜32a及第2棱镜32b分别由折射率约1.5309的树脂(例如，环烯烃聚合物)或玻璃材料构成。同样，交叉分色棱镜39由折射率约1.5187的树脂或玻璃材料构成，保护部件33由折射率约1.52的树脂或玻璃材料构成，聚光透镜38由折射率约1.6231的树脂或玻璃材料构成。另外，构成微镜装置34的各反射镜中，反射面的倾斜角可设定成+12度和-12度。

采用以上的投影机模块30，可以在拍摄机本体100的外部投影与在存储卡存储的图像数据对应的图像。拍摄机本体100的控制电路将投影对象的图像数据从存储卡向微镜装置34发送，在微镜装置34的显示面显示与该图像数据对应的图像。该状态下，若高辉度LED31R、31G、31B连续(顺序，sequentially)点亮，则分别来自这些高辉度LED的各光束经由聚光透镜38，作为近似平行光束入射交叉分色棱镜39。

交叉分色棱镜39向第1棱镜32a的面40出射将来自3个聚光透镜38的3个近似平行光束合成的合成光束。该合成光束也是近似平行光束，该合成光束经由自由曲面即面40入射全反射棱镜32，由全反射面41全反射后从面44出射，经由保护部件33入射微镜装置34的显示面(显示区域)。即，全反射棱镜32将从交叉分色棱镜39出射的合成光束由全反射面41全反射后导向微镜装置34的显示区域。导向微镜装置34的显示区域的该合成光束入射该显示区域，来自该显示区域的反射光从面44入射全反射棱镜32，透过全反射面41后从非球面的面42出射。然后，该反射光经过投影透镜35、反射镜36及光圈37，在拍摄机外部的投射面投影由该反射光形成的反射光像，即在微镜装置34的显示区域显示的投影对象图像。全反射面41是上述第1棱镜32a与第2棱镜32b隔着0.02mm的间隔的第1棱镜32a的面。

该投影机模块30例如可搭载图1所示拍摄机本体100那样的便携型的电子设备。从而，要求投影机模块30小型化。图3所示出射光轴43是由交叉分色棱镜39出射的合成光束的光轴。本实施方式的光源部31配置为使出射光轴43相对于微镜装置34的入射面(面44)在图3箭头46所示方向倾斜预定角度。预定角度优选是图3所示约10.59度，考虑到制造误差，包含在10度到11度的范围即可。

若这样倾斜来自光源部31的出射光轴43，则全反射面41全反射的光束的出射面(面44)和全反射面41形成的顶角45的角度比出射光轴43和微镜装置34的入射面(面44)平行时小。结果，可以减小面44和面42之间的距离。即，通过使出射光轴43相对于微镜装置34的入射面(面44)倾斜，与出射光轴43和微镜装置34的入射面(面44)平行时比，可以使全反射棱镜32小型化。顶角45的角度优选为图3所示约32度，考虑制造误差，包含在31.5度到32.5度的范围即可。

根据上述第1实施方式的投影机内置数字拍摄机，可以获得如下作用效果。

(1)将来自光源部31的连续(sequential)光入射的全反射棱镜32的入射面40，设为以使微镜装置34的显示面的轮廓形状和入射该显示面的光束的截面形状近似一致的方式，会聚来自光源部31的连续光，使该连续光的截面形状变形，形成入射上述显示面的光束的自由曲面。从而，与在光源部31和全反射棱镜32之间设置聚光用的透镜的场合比，可以使投影机模块30小型化。

(2)出射来自微镜装置34的反射光的全反射棱镜32的出射面42设为非球面。从而，与由投影透镜35修正来自微镜装置34的反射光像的像差的场合比，可以减少构成投影透镜35的透镜的枚数，使投影机模块30小型化。

(3)光源部31由三色的高辉度LED31R、31G、31B和将从这些出射的三色的光束分别形成近似平行光束的聚光透镜38以及将与高辉度LED31R、31G、31B分别对应的三色的近似平行光束合成并作为合成光束出射的交叉分色棱镜39构成。从而，全反射棱镜32可以使该合成光束的截面形状变形，形成照射微镜装置34的光束。另外，光源部31配置为使光源部31的出射光轴43相对于微镜装置34的入射面40倾斜约10.59度。而且，全反射棱镜32的、由全反射面41全反射的光束的出射面44和全反射面41形成的顶角45的角度比出射光轴43和微镜装置34的入射面44平行时小，即设为约32度。从而，例如与在光源部存在彩色轮那样或出射光轴43和微镜装置34的入射面44平行那样的传统的构成比，可以使投影机模块30小型化。

(4)光源部31中，来自各高辉度LED的各光束首先由聚光透镜38形成近似平行光束，然后由交叉分色棱镜39使三色的近似平行光束的光轴一致。从而，提高了照射微镜装置34的照射光的利用效率。

(第2实施方式)

适用本发明的第2实施方式的投影机内置数字拍摄机具有与第1实施方式的投影机内置数字拍摄机同样的构成，但是，设置自由曲面的位置不同于第1实施方式。以下，说明该第2实施方式的投影机内置数字拍摄机。另外，以下的说明中，对于与第1实施方式同样的各部，附上与第1实施方式同一的符号，说明省略。

图4是从拍摄机正面观察第2实施方式的投影机模块的截面图。与第1实施方式的差异在于，交叉分色棱镜39的出射面47是自由曲面，与该出射面47对向的第1棱镜32a的入射面40不是自由曲面。这样，取代第1棱镜32a的入射面40而将交叉分色棱镜39的出射面47设为自由曲面，形成以微镜装置34的显示区域的轮廓形状和入射该显示区域的光束的截面形状近似一致的方式，由该自由曲面会聚从交叉分色棱镜39出射的合成光束并使该合成光束的截面形状变形的构成，也可以获得与第1实施方式同样的作用效果。

以下变形也属于本发明的范围内，也可以将变形例的一个或者多个与上述的实施方式组合。

(变形例1)

上述第1及第2实施方式中，说明在数字拍摄机搭载投影机模块30的例。本发明也适用于将这样的投影机模块30在数字拍摄机以外的便携型电子设备搭载的情况。另外，本发明也可以适用在落地式的投射型显示装置。

(变形例2)

光源部31也可以具有高辉度LED以外的光源。另外，光源部31不限于出射红色、绿色、蓝色的三色光束的3个高辉度LED31R、31G、31B，也可以具有出射四色以上的光束的高辉度LED。

(变形例3)

作为对齐三色光束的光轴的光学部件，也可以采用交叉分色棱镜39以外的色合成光学元件。例如由反射镜等构成同等的光学元件，用该光学元件取代交叉分色棱镜39。也可以用其他图像形成部取代微镜装置。采用LCOS等的彩色液晶作为取代微镜装置的图像形成部的场合，光源部31出射将三色光合成的白色光即可。

(变形例4)

上述第1及第2实施方式中提示的各光学部件的折射率、角度等的数值只是一例，也可以采用与这些数值不同的数值。

(变形例5)

上述第1实施方式中，第1棱镜32a的入射面40设为自由曲面。另外，上述第2实施方式中，交叉分色棱镜39的出射面47设为自由曲面。如图5所示，也可以取代这些面，也可以将交叉分色棱镜39的入射面，即与高辉度LED31R、31G、31B分别对向的3个面48R、48G、48B设为自由曲面。作为自由曲面的这3个面48R、48G、48B，可以设为以使微镜装置34的显示区域的轮廓形状和入射该显示区域的光束的截面形状近似一致的方式将从高辉度LED31R、31G、31B分别出射的3个光束会聚，使将它们合成的合成光束的截面形状变形的构成。另外，第1棱镜32a的入射面40、交叉分色棱镜39的出射面47、交叉分色棱镜39的入射面可以都设为自由曲面，也可以将任2个面，例如，交叉分色棱镜39的出射面47和交叉分色棱镜39的入射面设为自由曲面。

只要不损害本发明的特征，本发明不限于上述实施方式，在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也是本发明的范围所包含的。

上述说明的实施方式仅仅是示例，在不脱离本发明的范围可以进行各种变更。

Claims (10)

1.一种投射型显示装置，具备：

光源部，其包括多色的光源、会聚从上述多色的光源的各个出射的各光束并作为平行光束出射的聚光透镜、和将从上述聚光透镜向入射面入射的上述平行光束作为合成光束从出射面出射的色合成光学元件；

图像形成部，其在显示区域形成图像；

全反射棱镜，其由全反射面全反射从上述色合成光学元件出射后向入射面入射的上述合成光束并导向上述图像形成部且同时从出射面出射，并从出射面出射来自上述图像形成部的反射光；以及

投影透镜，其向投射面上投射由上述全反射棱镜出射的上述反射光；

来自上述聚光透镜的上述平行光束所入射的上述色合成光学元件的上述入射面、出射上述合成光束的上述色合成光学元件的上述出射面、和来自上述色合成光学元件的上述合成光束所入射的上述全反射棱镜的上述入射面中的至少一面，是通过会聚入射上述至少一面的上述合成光束使上述合成光束的截面形状变形以使导向上述图像形成部的上述合成光束所入射的上述显示区域的轮廓形状和入射上述显示区域时的上述合成光束的截面形状一致的自由曲面。

2.如权利要求1所述的投射型显示装置，其特征在于，

出射来自上述图像形成部的上述反射光的上述全反射棱镜的上述出射面是非球面。

3.如权利要求1或2所述的投射型显示装置，其特征在于，

上述光源部配置为使由上述色合成光学元件出射的上述合成光束的出射光轴相对于上述图像形成部的上述显示区域倾斜预定角度，

出射由上述全反射面全反射后导向上述图像形成部的上述合成光束的上述全反射棱镜的上述出射面和上述全反射面所形成的顶角的角度，比上述出射光轴和上述图像形成部的上述显示区域平行时小。

4.如权利要求3所述的投射型显示装置，其特征在于，

上述预定角度包含在10度到11度的范围，上述顶角的角度包含在31.5度到32.5度的范围。

5.如权利要求4所述的投射型显示装置，其特征在于，

上述预定角度是10.59度，上述顶角的角度是32度。

6.如权利要求3所述的投射型显示装置，其特征在于，

上述多色的光源是三色的光源，

上述图像形成部是微镜装置，

上述全反射棱镜的上述入射面是上述自由曲面。

7.一种便携型电子设备，具备权利要求1至5的任一项所述的投射型显示装置。

8.一种数字拍摄机，具备权利要求1至5的任一项所述的投射型显示装置。

9.一种便携型电子设备，具备权利要求6所述的投射型显示装置。

10.一种数字拍摄机，具备权利要求6所述的投射型显示装置。