CN108292088B - 投射型显示装置和其设计方法 - Google Patents

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Abstract

投射型显示装置具备：反射型的图像显示元件，通过照明的图像显示面中的反射射出图像光；棱镜部件，使从图像显示元件射出的图像光的光路折弯；以及投影光学系统，将从棱镜部件射出的图像光投射到屏幕。图像显示面由多个微镜构成，在图像显示面中对各微镜面的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光进行强度调制，从而形成图像。棱镜部件具有相对从图像显示面的中心射出的图像光的主光线倾斜预定的角度的气隙，从图像显示元件射出的图像光透过该气隙。投影光学系统具备具有圆形开口的周边部分被弓形的遮光部切掉一部分而成的形状的非圆形开口的光圈，与F值光束中的针对气隙的入射角大的一侧的端部对应的图像光被满足预定的条件的遮光部遮光。

Description

投射型显示装置和其设计方法
技术领域
本发明涉及投射型显示装置和其设计方法，例如涉及具备数字微镜设备(digitalmicromirror device)等反射型图像显示元件的1芯片类型的投射型显示装置和其设计方法。
背景技术
在DLP(digital light processing；美国德州仪器公司的注册商标)方式的投影仪中，利用内置有几百万个小的镜(微镜)的称为DLP芯片的光半导体来进行图像投影。在使用3张DLP芯片的3芯片类型的DLP方式的情况下，用特殊的棱镜将灯光分解为RGB的光的三原色，对各DLP芯片进行照明来显示彩色图像，相对于此，在使用1张DLP芯片的1芯片类型的DLP方式的情况下，用分色为RGB这3色的1张色轮将灯的光分解为RGB的光的三原色，对1张DLP芯片进行照明来显示彩色图像。色轮高速旋转，与其对应地微镜也高速地切换启用/阻断(ON/OFF)，所以在人类的眼睛中由于余像效应看到合成了RGB的彩色图像。
以上述DLP芯片为代表的数字微镜设备一般作为投影仪用的反射型图像显示元件。数字微镜设备具有由多个微小的微镜构成的图像显示面，在该图像显示面中控制各反射镜面的倾斜，对照明光进行强度调制，从而形成图像。即，数字微镜设备的各像素的启用/阻断是例如通过以相对图像显示面的各边成45°的角度的旋转轴为中心的±12°的反射镜面的转动(即与1轴有关的微镜驱动)来表现的。关于其微镜的运动，关于正交的2轴进行微镜驱动的新的动作类型的数字微镜设备(Tilt&Roll Pixel DMD)也在非专利文献1中被提出。
作为搭载有如上述数字微镜设备那样的反射型图像显示元件的投影仪，以往提出了各种类型的例子(参照例如专利文献1～3)，并且，要求明亮(F值(F-number)小)、高对比度且高画质的投影仪。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-322822号公报
专利文献2：日本特开2006-308992号公报
专利文献3：WO2011/108077A1
非专利文献
非专利文献1：DLP(R)TRP pixel architecture and chipsets，因特网<URL：http：//www.ti.com/lsds/ti/dlp/video-and-data-display/trp-technology.page#0.2>
发明内容
但是，难以在保持明亮度的同时兼顾对比度和画质。在专利文献1、2记载的投射型显示装置中，为了提高对比度，配置于投影光学系统内的光圈成为对图像光和不需要光的干涉部分进行遮光的形状。另外，在专利文献3记载的投射型显示装置中，为了提高对比度，使照明光束成为椭圆形，与其匹配地投影光学系统的光圈形状也与通常不同。但是，都未考虑在图像光透过气隙时发生的光斑，所以并未成为能够提高画质的结构。
本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于提供一种在保持明亮度的同时通过不需要光和光斑成分的遮光提高对比度和画质的投射型显示装置和其设计方法。
为了达成上述目的，第1发明的投射型显示装置具备：反射型的图像显示元件，通过照明的图像显示面中的反射射出图像光；棱镜部件，使从所述图像显示元件射出的图像光的光路折弯；以及投影光学系统，将从所述棱镜部件射出的图像光投射到屏幕，其特征在于，
所述图像显示面由多个微镜构成，在所述图像显示面中对各微镜面的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光进行强度调制，从而形成图像，
所述棱镜部件具有相对从所述图像显示面的中心射出的图像光的主光线倾斜预定的角度的气隙，从所述图像显示元件射出的图像光透过该气隙，
所述投影光学系统具备具有圆形开口的周边部分被弓形的遮光部切掉一部分而成的形状的非圆形开口的光圈，与F值光束中的相对所述气隙的入射角大的一侧的端部对应的图像光被所述遮光部遮光，
满足以下的条件式(1)以及(2)，
0.9×Cg<G<1.1×Cg…(1)
(0.2-0.05×F)<S<(1-0.2×F)…(2)
其中，在将在所述图像显示面中强度调制后的射出光中的、启用状态的微镜中的反射光设为启用光，将阻断状态的微镜中的反射光设为阻断光，将启用光设为所述图像光，将包括针对所述图像显示面的中心的刚要入射之前的照明光的主光线、和其刚刚反射之后的启用光的主光线的平面设为基准平面时，
Cg＝sin-1(1/N)-(R-sin-1(1/(2F)))/N
N：图像光通过的棱镜的d线处的折射率、
R：在图像显示面的中心刚刚反射之后的启用光的主光线和阻断光的主光线向基准平面上射影时所成的角度(度)、
F：投影光学系统的最小F值、
G：气隙相对与从图像显示面的中心射出的图像光的主光线垂直的平面的角度(度)、
S：构成光圈的非圆形开口的遮光率(S＝[遮光部的弓形的半径方向的宽度]/[圆形开口的半径])、
S>0。
第2发明的投射型显示装置的特征在于，在上述第1发明中，从所述图像显示元件射出的图像光在由于所述光路的折弯而在所述棱镜部件内全反射之后，透过所述气隙从所述棱镜部件射出到所述投影光学系统。
第3发明的投射型显示装置的特征在于，在上述第1或者第2发明中，所述光圈的非圆形开口和所述遮光部的边界与弓形的弦相当，并且，形成相对基准平面垂直的大致直线状。
第4发明的投射型显示装置的特征在于，在上述第1～第3中的任意1个发明中，所述投射型显示装置是作为所述图像显示元件具有1个数字微镜设备的1芯片类型(singlechip)。
第5发明的设计方法是投射型显示装置的设计方法，该投射型显示装置具备：反射型的图像显示元件，通过照明的图像显示面中的反射射出图像光；棱镜部件，使从所述图像显示元件射出的图像光的光路折弯；以及投影光学系统，将从所述棱镜部件射出的图像光投射到屏幕，其特征在于，
所述图像显示面由多个微镜构成，在所述图像显示面中对各微镜面的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光进行强度调制，从而形成图像，
所述棱镜部件具有相对从所述图像显示面的中心射出的图像光的主光线倾斜预定的角度的气隙，从所述图像显示元件射出的图像光透过该气隙，
所述投影光学系统具备具有圆形开口的周边部分被弓形的遮光部切掉一部分而成的形状的非圆形开口的光圈，与F值光束中的相对所述气隙的入射角大的一侧的端部对应的图像光被所述遮光部遮光，
以满足以下的条件式(1)以及(2)的方式，设计投射型显示装置，
0.9×Cg<G<1.1×Cg…(1)
(0.2-0.05×F)<S<(1-0.2×F)…(2)
其中，在将在所述图像显示面中强度调制后的射出光中的、启用状态的微镜中的反射光设为启用光，将阻断状态的微镜中的反射光设为阻断光，将启用光设为所述图像光，将包括针对所述图像显示面的中心的刚要入射之前的照明光的主光线、和其刚刚反射之后的启用光的主光线的平面设为基准平面时，
Cg＝sin-1(1/N)-(R-sin-1(1/(2F)))/N
N：图像光通过的棱镜的d线处的折射率、
R：在图像显示面的中心刚刚反射之后的启用光的主光线和阻断光的主光线向基准平面上射影时所成的角度(度)、
F：投影光学系统的最小F值、
G：气隙相对与从图像显示面的中心射出的图像光的主光线垂直的平面的角度(度)、
S：构成光圈的非圆形开口的遮光率(S＝[遮光部的弓形的半径方向的宽度]/[圆形开口的半径])、
S>0。
根据本发明，成为在棱镜部件中具有特征性的气隙并且在投影光学系统中具有特征性的光圈的结构，所以通过对不需要光(阻断光、棱镜面中的不规则的反射光等)事先进行遮光，能够在提高对比度的同时，对在气隙中发生的光斑成分进行遮光来提高画质。因此，能够实现在保持明亮度的同时通过不需要光和光斑成分的遮光提高对比度和画质的投射型显示装置。
附图说明
图1是示出投射型显示装置的一个实施方式的概略结构图。
图2是用于说明关于正交的2轴进行微镜驱动的数字微镜设备的动作的立体图。
图3是示出由数字微镜设备的启用状态的微镜反射的启用光的光路的光路图。
图4是示出由数字微镜设备的阻断状态的微镜反射的阻断光的光路的光路图。
图5是示出具有非圆形开口的光圈的俯视图。
图6是将图3中的重要部分M1放大示出的光路图。
图7是用于说明启用光和阻断光的分离角度R的图。
(附图标记说明)
PJ：投影仪(投射型显示装置)；IL：照明光学系统；LN：透镜群；ST0：光圈；PU：棱镜部件；P1～P4：第1～第4棱镜；AG1、AG2、AG3：气隙；FR：反射光学元件；RS：曲面反射面；DP：数字微镜设备(反射型的图像显示元件)；DS：图像显示面；MR：微镜；MS：像素反射面；L1：照明光；L2：图像光(启用光)；L3：不需要光(阻断光)；L1p、L2p、L3p：中心主光线；PO：投影光学系统；ST：光圈；SP：遮光部；A0：圆形开口；A1：非圆形开口；B1：边界；XY：基准平面；AX：光轴；1：光源装置；2：色轮；3：整体杆(integral rod)；R0：杆出口面。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明所涉及的投射型显示装置的实施方式等。此外，对实施方式等的相互相同的部分、相当的部分附加同一符号，适宜地省略重复说明。
在图1中，作为投射型显示装置的一个实施方式，示出1芯片类型的投影仪PJ。在图1中，总体的正交坐标系成为与以杆出口面R0的中心为原点的局部的正交坐标系(X、Y、Z)一致的绝对坐标系，X方向是与杆出口面R0的面法线平行的方向，Y方向是与杆出口面R0的短边平行的方向。因此，图1的纸面与XY平面相当。
图1所示的投影仪PJ成为具备光源装置1、色轮2、整体杆3、照明光学系统IL、投影光学系统PO、数字微镜设备DP等的结构。作为发生照明光L1的光源装置1，例如，可以举出氙灯、激光光源等白色光源。在光源装置1中，成为在由椭圆面构成的灯光反射器的反射面的焦点位置配置发光点，使从光源装置1射出的收敛光入射到色轮2的结构。色轮2由使R(红色)、G(绿色)以及B(蓝色)的颜色光透过的3种彩色滤色片构成。通过使色轮2旋转，照明的颜色光在时间上依次切换，将与各颜色对应的图像信息显示于数字微镜设备DP，从而能够对投影图像进行彩色化。
通过色轮2的光束入射到整体杆3。在此设想的整体杆3是使4张平面反射镜贴合而成的中空杆方式的光强度均匀化元件。从整体杆3的入口侧端面(杆入口面)入射来的照明光L1通过在整体杆3的侧面(即内壁面)反复反射好几次而混合，照明光L1的空间上的能量分布被均匀化而从出口侧端面(杆出口面)R0射出。
整体杆3的出口侧端面R0的形状成为与数字微镜设备DP的图像显示面DS大致相似的四边形(可以是长方形，也可以是梯形)，并且，整体杆3的出口侧端面R0相对数字微镜设备DP的图像显示面DS成为共轭或者大致共轭。因此，通过利用上述混合效果使出口侧端面R0中的亮度分布均匀化，数字微镜设备DP被高效均匀地照明。
此外，整体杆3不限于中空杆，也可以是由四棱柱形状的玻璃体构成的玻璃杆。另外，如果与数字微镜设备DP的图像显示面DS的形状适合，则其侧面也不限于4面。即，剖面形状不限于长方形、梯形等四边形。因此，作为使用的整体杆3，可以举出组合多张反射镜而成的中空筒体、多棱柱形状的玻璃体等。
从整体杆3的出口侧端面R0射出的照明光L1入射到配置于整体杆3的后方的照明光学系统IL。照明光学系统IL是将入射来的照明光L1导入到数字微镜设备DP，对其图像显示面DS进行照明的反射折射光学系统。另外，具备对照明光L1进行聚光的透镜群LN、对从透镜群LN射出的照明光L1进行光束限制的光圈ST0、以及将从光圈ST0射出的照明光L1导入到数字微镜设备DP的棱镜部件PU，使整体杆3的出口侧端面R0和图像显示面DS成为共轭或者大致共轭。此外，图1中的光路表示照明光L1和图像光L2的中心主光线(相当于光轴AX，通过图像显示面DS的中心)。
入射到照明光学系统IL的照明光L1在透镜群LN中被聚光，在光圈ST0中被光束限制之后，用棱镜部件PU导入到数字微镜设备DP，对其图像显示面DS进行照明。此外，在该实施方式中，在透镜群LN与棱镜部件PU之间配置有光圈ST0，但光圈ST0的位置不限于此，也可以成为与光学设计对应的配置。例如，也可以在透镜群LN内配置光圈ST0，还可以在棱镜部件PU内配置光圈ST0。
棱镜部件PU成为具有第1棱镜P1、第2棱镜P2、第3棱镜P3、第4棱镜P4以及反射光学元件FR的结构。第1棱镜P1和第4棱镜P4具有在Z方向(图1中的纸面垂直方向)上延伸的三棱柱形状，第2棱镜P2和第3棱镜P3具有在Z方向上延伸的四棱柱形状。另外，棱镜部件PU在反射光学元件FR中具有曲面反射面RS。
在第1棱镜P1与第3棱镜P3之间配置有第2棱镜P2，在第1棱镜P1与第2棱镜P2之间设置有气隙AG1，在第2棱镜P2与第3棱镜P3之间设置有气隙AG2。即，第2棱镜P2在与第1棱镜P1之间具有气隙AG1，在与第3棱镜P3之间具有气隙AG2，所以在第1、第3棱镜P1、P3之间，为了全反射而具有2个气隙AG1、AG2。
另外，在第3棱镜P3与第4棱镜P4之间设置有气隙AG3。该气隙AG3如后所述相对从图像显示面DS的中心射出的图像光L2的中心主光线L2p(图3)倾斜预定的角度G，虽然使图像光L2透过，但并非用于使图像光L2全反射，而用于以使阻断光L3(图4)不入射到投影光学系统PO的方式，使阻断光L3全反射而进行遮光。
从光圈ST0射出的照明光L1入射到第1棱镜P1内，在与气隙AG1相接的棱镜面中全反射，射出到第1棱镜P1外，在反射光学元件FR的曲面反射面RS中反射。棱镜部件PU中的反射光学元件FR是所谓自由曲面反射镜，配置于第1棱镜P1附近，具有具备正光焦度(光焦度：用焦距的倒数定义的量)的旋转非对称的曲面反射面RS。在该曲面反射面RS中反射的照明光L1再入射到第1棱镜P1内，透过气隙AG1而入射到第2棱镜P2。此外，不限于自由曲面反射镜，既可以是球面反射镜，也可以是旋转对称非球面反射镜，还可以是旋转非对称自由曲面反射镜。
入射到第2棱镜P2的照明光L1不被反射而从第2棱镜P2射出，透过气隙AG2而入射到第3棱镜P3。入射到第3棱镜P3的照明光L1不被反射而从第3棱镜P3射出，在透过罩玻璃CG之后，到达数字微镜设备DP的图像显示面DS。通过图像显示面DS中的照明光L1的反射得到的图像光L2入射到第3棱镜P3，在与气隙AG2相接的棱镜面中全反射，射出到第3棱镜P3外。然后，在透过气隙AG3和第4棱镜P4之后，入射到投影光学系统PO。
数字微镜设备DP是对光进行调制来生成图像的反射型的图像显示元件，由通过照明光L1的强度调制形成二维图像的图像显示面DS、和配置于其上的罩玻璃CG等构成。以往已知的数字微镜设备DP的像素具有相对由图像显示面DS构成的长方形的图像显示区域的各边成45°的角度的旋转轴，通过绕其轴转动例如±12°，表现出启用/阻断。于是，仅在启用状态的微镜中反射的光通过投影光学系统PO。另一方面，在适合于照明光学系统IL的新的动作类型的数字微镜设备的情况下(参照非专利文献1等)，反射镜面的转动并非以1个旋转轴为中心，而将正交的2个旋转轴作为中心。
图2示出新的动作类型的数字微镜设备DP的重要部分、即微镜MR由矩形的像素反射面(微镜面)MS构成的像素的启用状态和阻断状态。图像显示面DS由多个微镜MR构成，在图像显示面DS中对各微镜面MS的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光L1进行强度调制，从而形成图像。即，该数字微镜设备DP在由多个像素反射面MS构成的图像显示面DS中，对各像素反射面MS进行启用/阻断控制，微镜MR取图像显示状态(启用状态)和图像非显示状态(阻断状态)这2个角度状态，从而能够对照明光L1进行强度调制来形成期望的图像。
如上所述，微镜驱动是关于正交的2轴进行的，所以如从图2可知，关于微镜MR的像素反射面MS，向某一边方向倾斜的状态是启用状态，向与其正交的边方向倾斜的状态是阻断状态。在通常设想的启用/阻断控制中，在像素反射面MS是启用状态时，入射到微镜MR的照明光L1向图像显示面DS的法线方向反射，成为启用光(图像光)L2。另外，在像素反射面MS是阻断状态时，入射到微镜MR的照明光L1向从图像显示面DS的法线方向偏斜大的角度而反射，成为阻断光(不需要光)L3。
图3示出启用光L2的轴上光束的光路。在照明光L1被照射到数字微镜设备DP的图像显示面DS时，通过被照明的图像显示面DS中的反射，启用光L2从数字微镜设备DP射出，通过棱镜部件PU内的气隙AG2中的全反射，光路被折弯。此时，中心主光线L2p相对图像显示面DS大致垂直地射出而大致直角地全反射。然后，启用光L2透过相对光轴AX倾斜角度G的气隙AG3，在从棱镜部件PU射出之后，入射到投影光学系统PO而投射到屏幕。此外，气隙AG3的上端优选与不遮挡启用光L2的上限位置相比设定于上方。
启用光L2中的以入射角α2入射到气隙AG3的光线相对气隙AG3大幅倾斜，所以在气隙AG3中大幅折射。在图6中放大示出产生该折射的重要部分M1。启用光L2中的以入射角α2入射到气隙AG3的光线如从图6可知，在气隙AG3中大幅折射。由于该折射产生的光斑成分Δ成为在利用投影光学系统PO的成像时发生光斑的原因。此外，光斑成分Δ的方向与屏幕面平行，光斑被评价为屏幕面上的距离。
图4示出阻断光L3的轴上光束的光路。在照明光L1被照射到数字微镜设备DP的图像显示面DS时，通过被照明的图像显示面DS中的反射，阻断光L3从数字微镜设备DP射出。此时，如图7所示，阻断光L3的主光线L3p相对在图像显示面DS的中心刚刚反射之后的启用光L2的主光线L2p形成角度R，阻断光L3从启用光L2分离。
例如，关于阻断光L3(图4)中的、在气隙AG2中全反射之后在气隙AG3中进而全反射并向远离投影光学系统PO的方向射出的光线，如果没有气隙AG3，则入射到投影光学系统PO。即，能够通过气隙AG3，对阻断光L3、棱镜面中的不规则的反射光等不需要光事先进行遮光。因此，在棱镜部件PU中，以使阻断光L3不在气隙AG2中反射而从棱镜部件PU射出、或者即使在气隙AG2中反射也不透过气隙AG3而从棱镜部件PU射出的方式，构成了气隙AG3。因此，阻断光L3不入射到投影光学系统PO，不投射到屏幕。作为结果，仅投射启用光L2，所以在屏幕上投影显示高对比度的图像。
在投影光学系统PO中，如图1所示，设置有具有遮光部SP的光圈ST。该光圈ST如图5所示，具有圆形开口A0的周边部分被弓形的遮光部SP切掉一部分而成的形状的非圆形开口A1。另外，与F值光束中的相对气隙AG3的入射角大的一侧(入射角α2侧、α1<α2)的端部对应的图像光L2被遮光部SP遮光。即，以对启用光L2中的以大的入射角α2入射到气隙AG3的光线进行遮光的方式，在投影光学系统PO的光圈ST中设置有遮光部SP。由此，所述光斑成分Δ(图6)被遮光，所以投影像的光斑被消除而能够实现高画质化。
投影仪PJ为了在保持明亮度的同时通过不需要光和光斑成分的遮光来提高对比度和画质，成为在棱镜部件PU中具有特征性的气隙AG3并且在投影光学系统PO中具有特征性的光圈ST的结构。即，投影仪PJ成为满足以下的条件式(1)以及(2)的结构。
0.9×Cg<G<1.1×Cg…(1)
(0.2-0.05×F)<S<(1-0.2×F)…(2)
其中，当将在图像显示面DS中被强度调制后的射出光中的、启用状态的微镜MR中的反射光设为启用光(图像光)L2，将阻断状态的微镜MR中的反射光设为阻断光L3，将包括针对图像显示面DS的中心的刚要入射之前的照明光L1的主光线L1p、和其刚刚反射之后的启用光L2的主光线L2p的平面设为基准平面(相当于作为图1、图3、图4的纸面的XY平面)时，
Cg＝sin-1(1/N)-(R-sin-1(1/(2F)))/N
N：图像光L2通过的棱镜P3、P4的d线处的折射率、
R：将在图像显示面DS的中心刚刚反射之后的启用光L2的主光线L2p和阻断光L3的主光线L3p向基准平面上射影时所成的角度(单位是度，图7示出角度R)、
F：投影光学系统PO的最小F值、
G：气隙AG3相对与从图像显示面DS的中心射出的图像光L2的主光线L2p(光轴AX)垂直的平面的角度(单位是度，图3示出角度G)、
S：构成光圈ST的非圆形开口A1的遮光率、
S＝t/r(t：遮光部SP的弓形的半径方向的宽度、r：圆形开口A0的半径，分别如图5所示)、
S>0。
条件式(1)规定了适合的气隙AG3的角度G，条件式(2)规定了光圈ST中的适合的遮光部SP的大小(F值越小，遮光率S越增大)。通过设置于投影光路内的气隙AG3满足条件式(1)，使图像光L2透过并且通过全反射等对图像光L2以外的不需要光(图4中的阻断光L3等)进行遮光，防止不需要光进入到投影光学系统PO，能够提高对比度。气隙AG3相对光轴AX倾斜(图3)，所以存在发生彗形像差而如图6(图3中的重要部分M1的放大图)所示发生光斑成分Δ的担心。气隙AG3的角度G越大，折射率N越大，F值越小，越易于发生该光斑成分Δ。但是，通过在投影光学系统PO的光圈ST中设置满足条件式(2)的遮光部SP(图1、图5)，不会损失必要限度以上的明亮度，而能够去除在气隙AG3中发生的光斑成分Δ来提高画质。
在低于条件式(1)的下限时，不需要光不完全被去除，对比度具有降低的倾向，如果高于条件式(1)的上限，则大量发生气隙AG3所致的光斑成分Δ，画质具有劣化的倾向。如果低于条件式(2)的下限，则光斑成分Δ未完全被去除，画质具有劣化的倾向，如果高于条件式(2)的上限，则对图像光L2进行必要限度以上的遮光，明亮度具有降低的倾向。
作为满足条件式(1)以及(2)的结构，可以举出
N＝1.713，
R＝34，
F＝1.7，
Cg＝25.8532，
G＝25.5(＝0.986×Cg)，
S＝0.3。
如果使其对应于条件式(1)：
0.9×Cg<G<1.1×Cg
则成为
0.9×25.8532<0.986×25.8532<1.1×25.8532
23.268<25.5<28.439
如果对应于条件式(2)：
(0.2-0.05×F)<S<(1-0.2×F)
则成为
(0.2-0.05×1.7)<0.3<(1-0.2×1.7)
0.115<0.3<0.66。
根据上述投影仪PJ的结构，成为在棱镜部件PU中具有特征性的气隙AG3并且在投影光学系统PO中具有特征性的光圈ST的结构，所以通过对不需要光(阻断光L3、棱镜面中的不规则的反射光等)事先进行遮光，能够在提高对比度的同时，对在气隙AG3中发生的光斑成分Δ进行遮光来提高画质。因此，能够在保持明亮度的同时，通过不需要光和光斑成分Δ的遮光，提高对比度和画质。
最好满足以下的条件式(1a)。
0.95×Cg<G<1.05×Cg…(1a)
该条件式(1a)在所述条件式(1)规定的条件范围中，规定基于所述观点等的更优选的条件范围。因此，优选通过满足条件式(1a)，能够进一步增大所述效果。
最好满足以下的条件式(2a)。
(0.53-0.2×F)<S<(0.85-0.26×F)…(2a)
该条件式(2a)在所述条件式(2)规定的条件范围中，规定基于所述观点等的更优选的条件范围。因此，优选通过满足条件式(2a)，能够进一步增大所述效果。
优选如上述投影仪PJ，从数字微镜设备DP射出的图像光L2在由于光路的折弯而在棱镜部件PU内全反射之后，透过气隙AG3而从棱镜部件PU射出到投影光学系统PO的结构。相比于使照明光L1全反射而照射到数字微镜设备DP的类型，在上述类型中易于配置使不需要光全反射的气隙AG3，所以能够紧凑地构成棱镜部件PU。另外，图像光L2透过的气隙AG3为1个就够，所以画质劣化也能够减小。
优选光圈ST的非圆形开口A1和遮光部SP的边界B1(图5)相当于弓形的弦、并且、形成与基准平面垂直的大致直线状。阻断光L3相对气隙AG3的入射角越大(α1<α2)，越易于发生光斑成分Δ，所以通过使边界B1成为大致直线状，能够有效地以最大限度减少光斑成分Δ、并且、将明亮度的降低抑制为最小限度。

Claims (10)

1.一种投射型显示装置，具备：
反射型的图像显示元件，通过被照明的图像显示面中的反射来射出图像光；
棱镜部件，使从所述图像显示元件射出的图像光的光路折弯；以及
投影光学系统，将从所述棱镜部件射出的图像光投射到屏幕，
所述投射型显示装置的特征在于，
所述图像显示面由多个微镜构成，在所述图像显示面中对各微镜面的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光进行强度调制，从而形成图像，
所述棱镜部件具有相对从所述图像显示面的中心射出的图像光的主光线倾斜预定的角度的气隙，从所述图像显示元件射出的图像光透过该气隙，
所述投影光学系统具备具有非圆形开口的光圈，该非圆形开口具有圆形开口的周边部分被弓形的遮光部切掉一部分而成的形状，与F值光束中的相对所述气隙的入射角大的一侧的端部对应的图像光被所述遮光部遮光，
满足以下的条件式(1)以及(2)，
0.9×Cg＜G＜1.1×Cg...(1)
(0.2-0.05×F)＜S＜(1-0.2×F)…(2)
其中，当将在所述图像显示面中被强度调制后的射出光中的启用状态的微镜处的反射光设为启用光，将阻断状态的微镜处的反射光设为阻断光，将启用光设为所述图像光，将包括针对所述图像显示面的中心的刚要入射之前的照明光的主光线和其刚刚反射之后的启用光的主光线的平面设为基准平面时，
Cg＝sin-1(1/N)-(R-sin-1(1/(2F)))/N
N：图像光通过的棱镜的d线处的折射率，
R：将在图像显示面的中心刚刚反射之后的启用光的主光线和阻断光的主光线射影到基准平面上时所成的角度，
F：投影光学系统的最小F值，
G：气隙相对与从图像显示面的中心射出的图像光的主光线垂直的平面的角度，
S：构成光圈的非圆形开口的遮光率，S＝[遮光部的弓形的半径方向的宽度]/[圆形开口的半径]，
S＞0。
2.根据权利要求1所述的投射型显示装置，其特征在于，
从所述图像显示元件射出的图像光在由于所述光路的折弯而在所述棱镜部件内全反射之后，透过所述气隙并从所述棱镜部件射出到所述投影光学系统。
3.根据权利要求1或者2所述的投射型显示装置，其特征在于，
所述光圈的非圆形开口和所述遮光部的边界相当于弓形的弦，并且形成与基准平面垂直的大致直线状。
4.根据权利要求1或者2所述的投射型显示装置，其特征在于，
所述投射型显示装置是作为所述图像显示元件具有1个数字微镜设备的1芯片类型。
5.根据权利要求3所述的投射型显示装置，其特征在于，
所述投射型显示装置是作为所述图像显示元件具有1个数字微镜设备的1芯片类型。
6.一种投射型显示装置的设计方法，该投射型显示装置具备：
反射型的图像显示元件，通过被照明的图像显示面中的反射来射出图像光；
棱镜部件，使从所述图像显示元件射出的图像光的光路折弯；以及
投影光学系统，将从所述棱镜部件射出的图像光投射到屏幕，
所述投射型显示装置的设计方法的特征在于，
所述图像显示面由多个微镜构成，在所述图像显示面中对各微镜面的倾斜进行启用/阻断控制而对照明光进行强度调制，从而形成图像，
所述棱镜部件具有相对从所述图像显示面的中心射出的图像光的主光线倾斜预定的角度的气隙，从所述图像显示元件射出的图像光透过该气隙，
所述投影光学系统具备具有非圆形开口的光圈，该非圆形开口具有圆形开口的周边部分被弓形的遮光部切掉一部分而成的形状，与F值光束中的相对所述气隙的入射角大的一侧的端部对应的图像光被所述遮光部遮光，
以满足以下的条件式(1)以及(2)的方式，设计投射型显示装置，
0.9×Cg＜G＜1.1×Cg...(1)
(0.2-0.05×F)＜S＜(1-0.2×F)...(2)
其中，当将在所述图像显示面中被强度调制后的射出光中的启用状态的微镜处的反射光设为启用光，将阻断状态的微镜处的反射光设为阻断光，将启用光设为所述图像光，将包括针对所述图像显示面的中心的刚要入射之前的照明光的主光线和其刚刚反射之后的启用光的主光线的平面设为基准平面时，
Cg＝sin-1(1/N)-(R-sin-1(1/(2F)))/N
N：图像光通过的棱镜的d线处的折射率，
R：将在图像显示面的中心刚刚反射之后的启用光的主光线和阻断光的主光线射影到基准平面上时所成的角度，
F：投影光学系统的最小F值，
G：气隙相对与从图像显示面的中心射出的图像光的主光线垂直的平面的角度，
S：构成光圈的非圆形开口的遮光率，S＝[遮光部的弓形的半径方向的宽度]/[圆形开口的半径]，
S＞0。
7.根据权利要求6所述的投射型显示装置的设计方法，其特征在于，
从所述图像显示元件射出的图像光在由于所述光路的折弯而在所述棱镜部件内全反射之后，透过所述气隙并从所述棱镜部件射出到所述投影光学系统。
8.根据权利要求6或者7所述的投射型显示装置的设计方法，其特征在于，
所述光圈的非圆形开口和所述遮光部的边界相当于弓形的弦，并且形成与基准平面垂直的大致直线状。
9.根据权利要求6或者7所述的投射型显示装置的设计方法，其特征在于，
投射型显示装置是作为所述图像显示元件具有1个数字微镜设备的1芯片类型。
10.根据权利要求8所述的投射型显示装置的设计方法，其特征在于，
投射型显示装置是作为所述图像显示元件具有1个数字微镜设备的1芯片类型。
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