CN113296340B - 一种投影显示装置 - Google Patents

Abstract

期待以小型且价格低廉的方式来实现光学系统，该光学系统能够均匀地对两个光调制器件进行照明，使深浅均匀的高画质的图像相邻投影。一种投影显示装置，具备：光源；半反射镜，将来自所述光源的光分割为第一照明光和第二照明光；第一照明光学系统，将被所述半反射镜反射的所述第一照明光引导至第一反射式光调制器件；以及第二照明光学系统，将从所述半反射镜透射的所述第二照明光引导至第二反射式光调制器件。在将从所述半反射镜至所述第一反射式光调制器件的光路长度设为LDA，且将从所述半反射镜至所述第二反射式光调制器件的光路长度设为LDB时，满足0.85＜LDA/LDB＜1.15。

Description

一种投影显示装置

技术领域

本发明涉及具备两个反射式光调制器件、能够对两个画面的图像进行投影的投影显示装置。

背景技术

近年来，在能够通过互联网而由多人参加的电视会议系统所用的监视器、具备多个监控摄像头的监控系统所用的监视器、或医疗用监视器及教育用监视器等各种领域中，需要大画面且多像素的显示装置。

一直以来，已知一种投影显示装置，具备如数字微镜器件(DMD，DigitalMicromirror Device)和液晶器件等的光调制器件以及投影光学系统，其将图像放大投影到屏幕等上来进行显示。用于投影显示装置的光调制器件，近年来像素被微细化从而使像素数增加，从XGA(1024×768像素)、WXGA(1280×800像素)已演进到WUXGA(1920×1200像素)、4K。

但是，如果增加光调制器件的像素数，则由于制造成品率降低等原因，光调制器件的单价有大幅上升的倾向。另外，如果使光调制器件的像素间距微细化，则相对于像素布线和驱动晶体管，开口部所占的面积的比例有降低的倾向，照明光的利用效率有时会降低。另外，如果增加像素数，则在驱动时光调制器件基板的温度有易于上升的倾向。

因此，在使用单片光调制器件的投影显示装置中，增加像素数或使像素尺寸微细化是有限度的。

因此，作为能够比较简便地进行大画面显示的方法，已知一种同时设置多个投影显示装置来使投影图像相邻显示的方法。

例如，在专利文献1中，提出了在从同时设置的多个投影显示装置对图像进行投影时，使各个投影显示装置的亮度及色度的差异变得不醒目的调整方法。

专利文献1：日本特开2009-159372号公报

也可以认为，如果同时设置多个投影显示装置来使投影图像相邻显示，则能够简便地实现大画面显示。然而，在现实中，不容易避免观察者在看到相邻的多个投影图像时感到不谐调，在设置及调整投影显示装置时，操作员需要具有高超的技能并承受很大的负担。

这是因为，多个投影显示装置中的每一个具备独立的投影光学系统和光调制器件，为了使从各装置投影的相邻图像的位置、大小、倾斜、对焦状态等匹配到观察者不会感到不谐调的程度，需要对设置各投影显示装置时的位置、各投影显示装置的投影光学系统的设定进行精密调整。

在这一点上，专利文献1所公开的方法是驱动调整方法，该驱动调整方法使得在投影图像的画面边界处亮度及色度的差异变得不醒目，其并不对相邻图像的位置、大小、倾斜、对焦状态等进行调整。

因此，需要一种投影显示装置，该投影显示装置将由两个光调制器件调制后的图像相邻地投影来进行大画面显示，但是不需要很大的负担来对相邻图像相互的位置、大小、倾斜、对焦状态等进行调整。进而，期待以小型且价格低廉的方式来实现光学系统，该光学系统能够均匀地对两个光调制器件进行照明，使深浅均匀(无色斑)的高画质的图像相邻投影。

发明内容

本发明的一个方面是一种投影显示装置，其特征在于，具备：光源；光通道，使来自所述光源的光沿着配置在第一平面的光轴传播；半反射镜，将经由所述光通道入射的来自所述光源的光分割为第一照明光和第二照明光；第一照明光学系统，将被所述半反射镜反射的所述第一照明光引导至第一反射式光调制器件；第二照明光学系统，将从所述半反射镜透射的所述第二照明光引导至第二反射式光调制器件；第一折弯式中继透镜，将从所述第一反射式光调制器件输出的第一图像光的光路折弯，并进行成像以形成第一中间像；第二折弯式中继透镜，将从所述第二反射式光调制器件输出的第二图像光的光路折弯，并进行成像以形成第二中间像；屋脊状的反射光学器件，具备形成顶角的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面使由所述第一折弯式中继透镜传来的所述第一图像光发生全反射，所述第二反射面使由所述第二折弯式中继透镜传来的所述第二图像光发生全反射；以及投影镜头，所述第一照明光学系统包括第一反射镜，所述第一反射镜使所述第一照明光的光轴在所述第一反射式光调制器件之前折弯到与所述第一平面交叉的方向，所述第二照明光学系统包括光路变更反射镜和第二反射镜，所述光路变更反射镜使所述第二照明光的光轴在所述第一平面中折弯，所述第二反射镜使所述第二照明光的光轴在所述第二反射式光调制器件之前折弯到与所述第一平面交叉的方向，在将从所述半反射镜至所述第一反射式光调制器件的光路长度设为LDA，且将从所述半反射镜至所述第二反射式光调制器件的光路长度设为LDB时，满足0.85＜LDA/LDB＜1.15，从所述第一反射式光调制器件至所述屋脊状的反射光学器件的所述第一反射面为止的所述第一图像光的光轴、以及从所述第二反射式光调制器件至所述屋脊状的反射光学器件的所述第二反射面为止的所述第二图像光的光轴配置在与所述第一平面平行的第二平面，所述第一图像光被所述第一反射面反射后形成所述第一中间像，所述第二图像光被所述第二反射面反射后形成所述第二中间像，所述投影镜头的光轴通过所述反射光学器件的顶点，所述投影镜头将所述第一中间像和所述第二中间像并排放大投影。

根据本发明，能够提供一种投影显示装置，该投影显示装置将由两个光调制器件调制后的图像相邻地投影来进行大画面显示，但是不需要很大的负担来对相邻图像相互的位置、大小、倾斜、对焦状态等进行调整。而且，能够以小型且价格低廉的方式来实现光学系统，该光学系统能够均匀地对两个光调制器件进行照明，使深浅均匀的高画质的图像相邻投影。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。

图2的(a)是从光通道140至反射式光调制器件200a的照明光学系统的典型图；图2的(b)是从光通道140至反射式光调制器件200b的照明光学系统的典型图。

图3的(a)是示出具备反射镜的折弯式中继透镜的一例的图；图3的(b)是示出具备棱镜的折弯式中继透镜的一例的图。

图4的(a)是典型地示出从背面侧观察反射式光调制器件200b时的各光学器件的配置的图；图4的(b)是示出实施方式1的规格的表。

图5的(a)是示出投影到屏幕上的显示图像的一例的典型图；图5的(b)是示出投影到屏幕上的显示图像的另一例的典型图。

图6的(a)是示出折弯式中继透镜301a的一部分(出射侧端部)、屋脊棱镜401、中间像500a的位置关系的典型图；图6的(b)是示出折弯式中继透镜301a的一部分(出射侧端部)、屋脊棱镜401、中间像500a的另一种位置关系的典型图；图6的(c)是示出屋脊棱镜的结构的典型图。

图7是示出二向色镜105的光学特性的图。

图8是示出旋转体上的荧光体(荧光材料)的配置图案的俯视图。

图9是示出荧光体的发光光谱的图表。

图10是示出实施方式2所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。

图11的(a)是将显示图像700A和显示图像700B水平并排投影的实施方式的图；图11的(b)是将显示图像700A和显示图像700B垂直并排投影的实施方式的图。

[附图标记说明]

1……投影显示装置

100……光源装置

105……二向色镜

107……1/4波长板

109……聚光透镜

121……电机

122……旋转体

123……荧光体

123G……绿色荧光体

123R……红色荧光体

123Y……黄色荧光体

124……反射部

130……光颜色选择色轮

140……光通道

150……光通道侧聚光透镜

151……透镜

151a、151b……光路调整透镜

152……调制器件侧聚光透镜

160……半反射镜

161……光路变更反射镜

162……折回反射镜

170……TIR棱镜

200a、200b……反射式光调制器件

210……激发光源组件

301a、301b……折弯式中继透镜

401……屋脊棱镜

403A、403B……板状反射镜

500、500a、500b……中间像

600……投影镜头

700A、700B……显示图像

IGA、IGB……图像光

IL、ILA、ILB……照明光

LX……投影镜头的光轴

具体实施方式

以下参考附图来对实施方式所涉及的投影显示装置进行说明。此外，在以下的说明中提及方向时，+方向(正方向)指的是与图中所示的箭头相同的方向，-方向(负方向)指的是与图中所示的箭头相反的方向。

[实施方式1]

图1是示出实施方式1所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。投影显示装置1具备反射式光调制器件200a(第一反射式光调制器件)和反射式光调制器件200b(第二反射式光调制器件)。在本实施方式中，作为反射式光调制器件200a和反射式光调制器件200b，使用将微镜器件设置为阵列状的DMD，但也可以使用诸如反射式液晶器件之类的反射式光调制器件。其中，作为DMD，使用在俯视画面时，各像素的微镜反射面相对于画面框倾斜45°，根据图像信号对反射面进行驱动来变更照明光的反射方向的DMD。

投影显示装置1具备光源装置100。光源装置100是用于对反射式光调制器件200a和反射式光调制器件200b进行照明的光源。光源装置100具备激发光源组件210，激发光源组件210是以二维方式排列多个发光器件(例如蓝色半导体激光器)，且与各发光器件对应地设置有准直透镜的组件。另外，光源装置100具备能够通过电机121进行旋转的旋转体122，在旋转体122的主面上设置有荧光体123。进而，在激发光源组件210与荧光体123之间配置有二向色镜105、1/4波长板107和聚光透镜。

此外，光源装置100只要是能够提供适于对反射式光调制器件200a和反射式光调制器件200b进行照明的照明光的装置，则也可以使用与上述结构不同的装置。可以不是使用发光器件来激发荧光体而输出荧光的方式的光源装置，也可以是直接将发光器件的光作为照明光来输出的方式的光源装置。例如，可以使用具备放电灯的光源装置、具备能够单独控制点亮的三色LED器件的光源装置、具备能够单独控制点亮的三色激光二极管器件的光源装置等。

从激发光源组件210射出的激发光(例如蓝色激光)沿着图1中的-X方向行进，在光路上配置有作为分光合并部件的二向色镜105。二向色镜105被配置为，使从半导体激光器射出的激光束的S偏光波被反射。这是因为作为反射特性，与P波相比，S波不易受到入射角的影响。

在图7中示出本实施方式中使用的二向色镜105的光学特性。图中的横轴是光的波长，纵轴是透射率。透射率越高，可以说反射率越低。各图表中示出了入射角大致为45度时的透射/反射的波长特性。其中，入射角是指在二向色镜105的镜面上竖立的法线与入射的光形成的角。如实线图表所示，对于S波，在与480nm附近相比的短波长侧，透射率小(反射率高)；在与480nm附近相比的长波长侧，透射率大(反射率低)。另一方面，如虚线图表所示，对于P波，在与400nm附近相比的短波长侧，透射率小(反射率高)；在与400nm附近相比的长波长侧，透射率大(反射率低)。在本实施方式中可知，作为激发荧光体的激发激光，使图7中作为EX所示的S波的蓝色激光入射，而二向色镜105对于该波长的S波以高反射率反射，对于P波以高透射率透射。通过利用该二向色镜105的特性，能够实现使用于激发荧光体的S波的激发光向荧光体123反射，且使从旋转体122的反射区域(未设置荧光体123的区域)到达的P波的激发光透射的分光合并功能。作为分光合并部件发挥功能的二向色镜105在制造上的误差另当别论，通过在板厚一定的透明基板上层压介质多层膜而形成。介质多层膜在制造上的误差另当别论，以介质多层膜的厚度在光学面内均匀的方式层压。

从激发光源组件210入射到二向色镜105的激发光是具有图7中作为EX所示的波长的S波，因此被二向色镜105高效率地反射而射向+Y方向。在其光路上配置有1/4波长板107、聚光透镜、旋转体122。从1/4波长板107透射的激发光通过聚光透镜被聚光到旋转体122。

在本实施方式的光源装置中，旋转体122能够通过电机121进行旋转，在旋转体122的主面上设置有荧光体123。图8中示出从聚光透镜侧观察旋转体122时的俯视图，在旋转体122的主面上，发光波长特性不同的红色荧光体123R、黄色荧光体123Y和绿色荧光体123G分别包覆在以旋转体122的旋转轴RA为中心的环形区域的一部分上。而且，在设置有荧光体的环形区域的基底上，设置有用于将在旋转体122的方向上放射的荧光反射到透镜侧的反射面，以实现荧光收集效率的提高。

图9中示出当向红色荧光体123R、黄色荧光体123Y和绿色荧光体123G照射激发光Ex时的发光光谱的示例。用虚线表示的31是绿色荧光体123G的发光光谱，用单点划线表示的32是黄色荧光体123Y的发光光谱，用实线表示的33是红色荧光体光谱。此外，在波长450nm附近观察到的峰值不是荧光体发出的光，而是一部分激发光未被荧光体吸收而被反射的光。此外，可以在本实施方式中使用的荧光体不限于这里例示出的发光特性的荧光体。例如，代替发出红色光、发出绿色光、发出黄色光的荧光体，也可以设置发出白色光的荧光体。

另外，在本实施方式中，如图8所示，在旋转体122的环形区域的一部分设置有未涂布荧光体而用于反射激发光的反射部124。反射部124优选预先进行镜面加工，以高效率地反射蓝色激光。

通过使这样的旋转体122旋转，激发光Ex照射红色荧光体123R、黄色荧光体123Y、绿色荧光体123G、反射部124中的任一个。为了防止荧光体过热，旋转体122的基材优选采用热导率高的金属，为了提高风冷效率，有时也在基材上设置凹凸部或空孔。

下面对光源装置100的各部的作用进行说明。

从激发光源组件210射出的准直化后的S偏光的蓝色光(激发光Ex)入射到二向色镜105。S偏光的蓝色光(激发光Ex)通过二向色镜105而射向+Y方向，即旋转体122的方向。经由1/4波长板107的激发光通过聚光透镜被聚光到旋转体122。

在激发光Ex被聚光的位置，在存在绿色荧光体123G的旋转时段，发出图9所示的发光光谱31的绿色荧光。同样地，在存在黄色荧光体123Y的旋转时段，发出图9所示的发光光谱32的黄色荧光，在存在红色荧光体123R的旋转时段，发出图9所示的发光光谱33的红色荧光。另外，在存在反射部124的旋转时段，激发光Ex(蓝色光)被反射。

绿色荧光、黄色荧光、红色荧光、被反射的蓝色光在向-Y方向行进的同时通过聚光透镜被聚光，经由1/4波长板107而入射到二向色镜105。此外，被反射部124反射的蓝色光通过再次经由1/4波长板107而被转换为P偏光并入射到二向色镜105。

如果将图9所示的荧光体的发光特性与图7所示的二向色镜105的透射/反射特性进行对比，则明显可知，入射到二向色镜105的绿色荧光和黄色荧光之中的P偏光成分几乎全部会透射，而S偏光成分中波长约为490nm以上的大部分会透射。另外，关于红色荧光，S偏光成分和P偏光成分都是几乎全部会透射。另外，被转换为P偏光的蓝色光几乎全部会透射。即，这些光以高效率从二向色镜105透射，作为光源装置的输出光被收集，通过聚光透镜109被适当地聚光。如图1所示，光源装置的输出光被用作投影显示装置的照明光IL。

光源装置100的输出光通过聚光透镜109被适当地聚光。聚光透镜109为了适合投影镜头600的F值而设定为既定的NA来将照明光IL聚光到光通道140的入射口。

在本实施方式中，例如将反射式光调制器件200a和反射式光调制器件200b的画面尺寸(高度)设为14mm，将照明光学系统的F值设定为2.6。

光颜色选择色轮130是能够旋转的板状旋转体，设置有红(R)、黄(Y)、绿(G)各种颜色的滤片以及用于使蓝色光透射的扇形的光透射部。各种颜色的滤色片是为了去除不需要的波长区域的光以提高各种颜色的照明光的色纯度而设置的。但是，关于蓝色光，由于是色纯度高的激光，不需要设置滤片，因而设置了光透射部而不是滤片。在某些情况下，该光透射部可能设置有用于使其他颜色的输出光(荧光)与NA一致的扩散板。

被包覆荧光体的旋转体122与光颜色选择色轮130同步进行旋转，旋转时序被调整为使得当前者的红色荧光体发光时红色滤片位于光路上，当黄色荧光体发光时黄色滤片位于光路上，当绿色荧光体发光时绿色滤片位于光路上，当蓝色激发光反射时光透射部位于光路上。另外，当荧光体的发光色纯度足够高时，可存在也可以不设置光颜色选择色轮的情况。

光通道侧聚光透镜150是将经光通道140传播的照明光IL整形为适于对反射式光调制器件200a和反射式光调制器件200b进行照明的光束的透镜，由单个或多个透镜构成。

经过光通道侧聚光透镜150的照明光IL，由作为分光器件的半反射镜160反射一部分(大致50％)，透射一部分(大致50％)。被半反射镜160反射的照明光用于对反射式光调制器件200a进行照明，从半反射镜160透射的照明光用于对反射式光调制器件200b进行照明。在以下的说明中，有时将用于对反射式光调制器件200a进行照明的光称为照明光ILA(第一照明光)，将用于对反射式光调制器件200b进行照明的光称为照明光ILB(第二照明光)。此外，从光通道140至半反射镜160的照明光IL的光轴位于与Y轴平行的方向，即与XY平面平行的第一平面内。

首先，由半反射镜160反射的照明光ILA经由光路调整透镜151a(第一透镜)、折回反射镜162(第一反射镜)、调制器件侧聚光透镜152、TIR棱镜170被聚光到反射式光调制器件200a(第一照明光学系统)。在第一照明光学系统中，由于在从光源装置100至反射式光调制器件200a之间，在半反射镜160、折回反射镜162、TIR棱镜170这三处被反射，因此照明光ILA的折回次数是三次。照明光ILA的光轴被半反射镜160反射之后，直至到达折回反射镜162为止，是位于与XY平面平行的第一平面内，但是，当被折回反射镜162反射时，光轴从XY平面内偏离而具有Z方向分量。即，照明光ILA的光轴在反射式光调制器件200a之前被折回反射镜162折弯到与第一平面交叉的方向。

TIR棱镜170例如是粘贴两个棱镜而构成的内部全反射棱镜，其使照明光ILA发生内部全反射而以既定的角度入射到反射式光调制器件200a。

此外，照明光IL入射到半反射镜160的入射角η1例如被设定为32.5°，折回反射镜162的入射与反射的角度差(入射角与反射角之和)β例如被设定为101.7°。

另一方面，从半反射镜160透射的照明光ILB经由光路变更透镜161、光路调整透镜151b(第二透镜)、折回反射镜162(第三反射镜)、调制器件侧聚光透镜152、TIR棱镜170被聚光到反射式光调制器件200b(第二照明光学系统)。在第二照明光学系统中，由于在从光源装置100至反射式光调制器件200b之间，在光路变更反射镜161、折回反射镜162、TIR棱镜170这三处被反射，因此照明光ILB的折回次数是三次。照明光ILB的光轴从半反射镜160透射之后，直至被光路变更反射镜161反射而到达折回反射镜162为止，是位于与XY平面平行的第一平面内，但是，当被折回反射镜162反射时，光轴从XY平面内偏离而具有Z方向分量。即，照明光ILB的光轴在反射式光调制器件200b之前被折回反射镜162折弯到与第一平面交叉的方向。

TIR棱镜170例如是粘贴两个棱镜而构成的内部全反射棱镜，其使照明光ILB发生内部全反射而以既定的角度入射到反射式光调制器件200b。

此外，照明光ILB入射到光路变更反射镜161的入射角η2例如被设定为57.5°，与照明光ILA同样地，折回反射镜162的入射与反射的角度差(入射角与反射角之和)β例如被设定为101.7°。此外，对于照明光IL入射到半反射镜160的入射角η1和照明光ILB入射到光路变更反射镜161的入射角η2，设定为使η2＞η1的关系成立。

在照明光ILA的照明光学系统与照明光ILB的照明光学系统中，折回反射镜162、调制器件侧聚光透镜152、TIR棱镜170可以采用相同的规格。在这两个照明光学系统中，这些光学器件被配置为，相对于反射式光调制器件的相对位置关系等同。

图2的(a)典型地示出了从光通道140至反射式光调制器件200a的照明光学系统，图2的(b)典型地示出了从光通道140至反射式光调制器件200b的照明光学系统。其中，在图2的(a)中，对于由半反射镜160、折回反射镜162、TIR棱镜170导致的光路方向的变更省略图示，而将光轴以直线方式示出。同样地，在图2的(b)中，对于由光路变更反射镜161、折回反射镜162、TIR棱镜170导致的光路方向的变更省略图示，而将光轴以直线方式示出。

另外，图4的(a)典型地示出了从背面侧观察反射式光调制器件200时的各光学器件的配置。其中，在图4的(a)中，对于照明光学系统的一部分省略了图示。从折回反射镜162的反射点P射向TIR棱镜170的照明光以入射角45°入射到反射式光调制器件200。此外，关于用作反射式光调制器件200的DMD器件，使用了在俯视画面时，各像素的微镜反射面相对于画面框倾斜45°，根据图像信号来驱动反射面以变更照明光的反射方向的器件。

如图2的(a)所示，将照明光ILA的光轴与半反射镜160的交点设为S，将照明光ILA的光轴与折回反射镜162的交点设为Pa，将S与Pa的距离设为La。另外，如图2的(b)所示，将照明光ILB的光轴与半反射镜160的交点设为S，将照明光ILB的光轴与折回反射镜162的交点设为Pb，将S与Pb的距离设为Lb。

如图2的(a)和图2的(b)所例示的那样，在本实施方式中，用于照明光ILA的折回反射镜162和用于照明光ILB的折回反射镜162被配置为使得La和Lb不相等，即La/Lb不为1。

对于照明光ILA和照明光ILB这两者，从折回反射镜至反射式光调制器件的光路长度被设定为相等，因此，从光通道140至反射式光调制器件200a的照明光ILA的光路长度和从光通道140至反射式光调制器件200b的照明光ILB的光路长度产生La-Lb＝ΔL的差异。此外，作为La/Lb不为1的结构，除了图2的(a)和图2的(b)所示的设为La＞Lb的结构之外，还可以使La＜Lb来配置用于照明光ILA的折回反射镜162和用于照明光ILB用的折回反射镜162。

在本实施方式中，为了使照明光ILA对反射式光调制器件200a进行照明的条件和照明光ILB对反射式光调制器件200b进行照明的条件尽可能一致，在照明光ILA的光路中的半反射镜160与折回反射镜162之间配置了光路调整透镜151a，在照明光ILB的光路中的半反射镜160与折回反射镜162之间配置了光路调整透镜151b。在将光路调整透镜151a的焦距设为f1，且将光路调整透镜151b的焦距设为f2时，在La＞Lb的情况下，通过设为f1＞f2，能够降低光路长度差ΔL的影响而使两个反射式光调制器件的照明条件一致。另外，在La<Lb的情况下，通过设为f1<f2，能够降低光路长度差ΔL的影响而使两个反射式光调制器件的照明条件一致。

如上所述，反射式光调制器件200a和反射式光调制器件200b分别通过照明光ILA和照明光ILB来照明。

此外，为了即使在光路调整透镜中不使用特殊的透镜也能够均匀地对两个反射式光调制器件进行照明而投影出深浅均匀的高画质的图像，优选满足以下条件1。

0.85＜LDA/LDB＜1.15……(条件1)

其中，LDA是从半反射镜160至反射式光调制器件200a的照明光ILA的光路长度，LDB是从半反射镜160至反射式光调制器件200b的照明光ILB的光路长度。

另外，La和Lb优选满足以下条件2。

0.7＜La/Lb＜1.3……(条件2)

在条件1或条件2中，对于光路调整透镜151a和光路调整透镜151b，优选满足以下条件3。

0.95＜f1/f2＜1.05……(条件3)

这是因为在照明光ILA侧和照明光ILB侧，使用同一规格的透镜作为调制器件侧聚光透镜152，同时能够提高照明的均匀性。

如前所述，反射式光调制器件200a具有以阵列状设置的多个微镜器件。反射式光调制器件200a与照明光ILA的颜色切换同步地，根据图像中的各颜色信号分量来驱动微镜器件，使照明光ILA以既定角度反射而作为图像光IGA(第一图像光)输出。图像光IGA从TIR棱镜170透射而入射到折弯式中继透镜301a(第一折弯式中继透镜)。

折弯式中继透镜301a将图像光IGA的光路朝向屋脊棱镜401折弯。屋脊棱镜401使图像光IGA朝向投影镜头600以锐角反射。通过折弯式中继透镜301a的聚光作用，图像光IGA在被屋脊棱镜401变更光路后，形成中间像500a(第一中间像)。此外，图像光IGA的光轴位于与XY平面平行的第二平面内。第二平面是与前述的第一平面相隔既定的距离且与第一平面平行的平面。

同样地，反射式光调制器件200b具有以阵列状设置的多个微镜器件。反射式光调制器件200b与照明光ILB的颜色切换同步地，根据图像中的各颜色信号分量来驱动微镜器件，使照明光ILB以既定角度反射而作为图像光IGB(第二图像光)输出。图像光IGB从TIR棱镜170透射而入射到折弯式中继透镜301b(第二折弯式中继透镜)。

折弯式中继透镜301b将图像光IGB的光路朝向屋脊棱镜401折弯。屋脊棱镜401使图像光IGB朝向投影镜头600以锐角反射。通过折弯式中继透镜301b的聚光作用，图像光IGB在被屋脊棱镜401变更光路后，形成中间像500b(第二中间像)。此外，与图像光IGA的光轴同样地，图像光IGB的光轴位于与XY平面平行的第二平面内。

这样，折弯式中继透镜301a和折弯式中继透镜301b具有分别收集从反射式光调制器件输出的图像光，并将图像光的光路变更为朝向屋脊棱镜401的反射面，以使屋脊棱镜401的前端形成中间像的功能。在图1中，典型地示出了折弯式中继透镜301a和折弯式中继透镜301b，参考图3的(a)和图3的(b)来对折弯式中继透镜的具体结构进行说明。

图3的(a)是示出折弯式中继透镜的一个结构示例的图，折弯式中继透镜301M具备第二组中继透镜G2、反射镜M1和第一组中继透镜G1。第二组中继透镜G2具备多个透镜，在整体上具有凸的光焦度。第一组中继透镜G1具备至少一片透镜，在整体上具有凸的光焦度。反射镜M1是使图像光IG以锐角(θ＜90°)反射的反射镜。在图3的(a)中，对于由屋脊棱镜401(图1)导致的光路变更省略了图示，通过折弯式中继透镜301M的作用，使得图像光IG在屋脊棱镜401的前端形成中间像500。

图3的(b)是示出折弯式中继透镜的另一个结构示例的图，折弯式中继透镜301P具备第二组中继透镜G2、棱镜P1和第一组中继透镜G1。第二组中继透镜G2具备多个透镜，在整体上具有凸的光焦度。第一组中继透镜G1具备至少一片透镜，在整体上具有凸的光焦度。棱镜P1是使从第二组中继透镜G2侧的入射面入射的图像光IG在反射面以锐角(θ＜90°)发生内部反射而从第一组中继透镜G1侧的出射面射出的棱镜。在图3的(b)中，对于由屋脊棱镜401(图1)导致的光路变更省略了图示，通过折弯式中继透镜301P的作用，使得图像光IG在屋脊棱镜401的前端形成中间像500。

图3的(a)、图3的(b)所例示的结构能够适宜在折弯式中继透镜301a和折弯式中继透镜301b中实施。

此外，折弯式中继透镜301a和折弯式中继透镜301b的折弯角度θ的大小相等，θ被设定为60°以上且小于90°。

返回图1，图像光IGA和图像光IGB在夹着屋脊棱镜401的顶点的两个侧面(第一反射面、第二反射面)分别被反射(光路变更)，在与屋脊棱镜401的顶点相比在X方向上更靠前的位置形成中间像500a(第一中间像)和中间像500b(第二中间像)。

本实施方式的投影显示装置1具备投影镜头600，该投影镜头600用于将由中继透镜301a形成的中间像500a和由中继透镜301b形成的中间像500b一并放大投影。投影镜头600的光轴LX设为与X方向平行，光轴LX被定位为通过屋脊棱镜401的顶角。此外，在图1中，在由投影镜头600投影的光束之中，仅示出从反射式光调制器件射出的图像光的极小一部分。如果使用投影镜头600，例如可以将图像投影到建筑物的墙壁等任意物体，但也可以设置屏幕以在屏幕上显示图像。

图5的(a)示出投影到屏幕上的显示图像的一例，显示图像700A是中间像500a被放大投影后的图像，显示图像700B是中间像500b被放大投影后的图像。

另外，图6的(a)是示出折弯式中继透镜301a的一部分(出射侧端部)、屋脊棱镜401、中间像500a的位置关系的图。其中，为了便于图示，省略了折弯式中继透镜301b和中间像500b，但是折弯式中继透镜301b相对于投影镜头600的光轴LX与折弯式中继透镜301a对称配置，中间像500b形成在相对于投影镜头600的光轴LX与中间像500a对称的位置。

屋脊棱镜401的顶角α例如设为90°。在这种情况下，以相对于投影镜头的光轴LX，屋脊棱镜的左右反射面所形成的角度均为45°且对称的方式来设定屋脊棱镜的方向。而且，将折弯式中继透镜301a的光轴LA相对于投影镜头的光轴LX所形成的角度设为90°。即，将通过折弯式中继透镜301a的显示光的主光线入射到屋脊棱镜401的斜面的入射角度设为45°。此外，屋脊棱镜的顶角α还可以设为90°以外的角度来组成光学系统。但是，鉴于各光学器件的布局，为了避免投影显示装置过大，顶角α优选设定在60°以上且90°以下的范围内。

作为屋脊棱镜401，例如可以使用对由光学玻璃构成的母材的表面进行镜面加工后的棱镜，但不限于此，只要是能够高效率地使从顶角的两侧入射的显示光反射而向投影镜头偏转的反射光学器件即可。例如，如图6的(c)所示，还可以使用将板状反射镜403A与板状反射镜403B组合来构成顶角α的屋脊状的反射光学器件。

投影镜头600的F值根据照明系统的光学扩展量被设定为F2.3～F2.8，而光束角例如在F2.5时为±12度(即，图6的(a)所示的θ1的大小为12°)。

为了无损耗地利用由折弯式中继透镜301a形成的显示光，使用屋脊棱镜401来使±12°的光束全部反射。此时，如图6的(a)所示，若将屋脊棱镜401的顶点与中间像500a在X方向上的距离设为L，将屋脊棱镜401的顶点与中间像500a在Y方向上的距离(即，与投影镜头的光轴LX的距离)设为h，则tanθ1＝h/L成立。

因此，如图6的(b)所示，如果使折弯式中继透镜301a与屋脊棱镜401在Y方向上相隔的距离比图6的(a)中增大一些，以使屋脊棱镜401的顶点与中间像500a在X方向上的距离L减小，则屋脊棱镜401的顶点与中间像500a在Y方向上的距离h也能够减小。因此，如图5的(b)所示，能够使屏幕SC上的显示图像700A与显示图像700B在Y方向上相隔的距离比图5的(a)中减小。

理论上，越是使屋脊棱镜401的顶点与中间像500a在X方向上的距离L接近零，越能够使屏幕SC上的显示图像700A与显示图像700B在Y方向上相隔的距离接近零。

现实中，有时也不需要使屋脊棱镜401的顶点与中间像500a在X方向上的距离完全为零，这是出于以下原因。一般来说，在反射式光调制器件中，各像素的开口部之间并不是没有间隙地相邻。例如，如果是DMD器件，则为了使各像素的反射面能够独立地运转，在反射面与反射面之间设置有间隙。另外，如果是反射式液晶器件，则像素的开口之间被像素布线或驱动晶体管隔开，该将开口之间隔开的部分在光学上被屏蔽。对该像素间的间隙部分照射的照明光不会作为显示图像的一部分而被投影。这样，在被放大投影到屏幕上的显示图像的像素之间，在微观上存在黑色条带或网格。

因此，即使不将中间像500a与中间像500b相隔的2×h的距离设为零，只要将折弯式中继透镜的位置调整到使2×h与在中间像的像素间存在的黑色条带或网格的宽度之差不显著的程度，则对观察者来说，显示图像700A与显示图像700B的边界也会变得不醒目。

预先调整反射式光调制器件、折弯式中继透镜、屋脊棱镜的相对位置关系，以使中间像在屋脊棱镜的顶点附近的既定位置成像，并将各光学器件固定在投影显示装置1的框架或壳体等上。当反射式光调制器件201a与折弯式中继透镜301a被视为组件时，优选设置用于调整该组件相对于屋脊棱镜401的相对位置和姿势(垂直方向、水平方向、旋转方向)的调整机构。同样地，当反射式光调制器件201b与折弯式中继透镜300b被视为组件时，优选设置用于调整该组件相对于屋脊棱镜401的相对位置和姿势(垂直方向、水平方向、旋转方向)的定位机构。

而且，使用屋脊棱镜401，使从反射式光调制器件200a射出的图像光IGA和从反射式光调制器件201b射出的图像光IGB发生全反射而无损耗地将光路变更到投影镜头600的方向。

具有这样的结构的本实施方式的投影显示装置使来自两个光调制器件的显示图像在屏幕上相邻显示，而两个中间像的位置、大小、倾斜、对焦状态已预先匹配。因此，操作员例如在需要对变焦倍率或图像整体的对焦状态进行调整时，只需调整投影镜头600即可，不需要像以往那样分别调整两个光调制器件各自的投影光学系统。而且，由于只需一个投影镜头即可，因此能够实现投影显示装置的小型化和低成本化。

此外，屏幕作为投影显示系统的结构单元，可以经常与投影显示装置1成套使用，但本发明的实施方式并不限于此。如上所述，实施方式所涉及的投影显示装置1由于在对显示图像在光学上进行调整时的操作简单，因此也适用于便携式用途，能够将显示图像容易地投影到例如未设置屏幕的建筑物的墙壁等任意场所的任意面上。

接着，在图4的(b)中将本实施方式的投影显示装置1中的照明光学系统等的规格汇总示出为表。如上所述，从光通道140射出的照明光IL以入射角η1＝32.5°入射到半反射镜160，照明光IL的一部分以反射角η1＝32.5°反射而作为照明光ILA来使用，另一部分透射而作为照明光ILB来使用。

照明光ILA通过位于从半反射镜160离开La＝93.3mm的位置的折回反射镜162，以β＝101.7°被折回光路，并经由调制器件侧聚光透镜152、TIR棱镜170，被聚光到反射式光调制器件200a。

另一方面，从半反射镜160透射的照明光ILB通过位于从半反射镜160离开Lb1的位置的光路变更反射镜161，以入射角η2＝57.5°、反射角η2＝57.5°被全反射，光路被变更为朝向位于从光路变更反射镜161离开Lb2的位置的折回反射镜162。光路变更后的照明光ILB通过折回反射镜162，以β＝101.7°被折回光路，并经由调制器件侧聚光透镜152、TIR棱镜170，被聚光到反射式光调制器件200b。从半反射镜160至折回反射镜162的照明光ILB的光路长度Lb为Lb＝Lb1+lb2＝82.5mm。

这样，如果将照明光ILA的光路长度La与照明光ILB的光路长度Lb进行比较，则La/Lb为1.13，而在本实施方式中，通过在照明光ILA的光路中配置焦距为f1的光路调整透镜151a，且在照明光ILB的光路中配置焦距为f2的光路调整透镜151b，并设定为f1＞f2，从而降低了照明光的光路长度差的影响。例如，在La＝93.3mm、Lb＝82.5mm的情况下，通过使光路调整透镜151a的焦距f1＝106.4mm，使光路调整透镜151b的焦距f2＝102.2mm，从而能够调整光路长度差的影响。

另外，关于从光通道射出之后直至对反射式光调制器件进行照明为止的光路的折回次数，照明光ILA是三次(半反射镜160、折回反射镜162、TIR棱镜170)，照明光ILB也是三次(光路变更反射镜161、折回反射镜162、TIR棱镜170)，是相同的次数。这样，各个照明光对反射式光调制器件进行照明为止的光路的折回次数优选设为相同的次数，但如果设为相同的次数在布局上有困难，则优选同为偶数次或同为奇数次这样使奇偶一致。

从各个反射式光调制器件输出的图像光IGA和IGB通过折弯角度θ＝65°的折弯式中继透镜301a和折弯式中继透镜301b被变更光路而射向屋脊棱镜401。

具备这样的结构的本实施方式的投影显示装置即使在照射两个反射式光调制器件的照明光的光路中光路长度存在差异，也能够以几乎同等的条件照射照明光，因此能够得到均质且深浅均匀的高画质的两个画面的图像光。即使在LDA与LDB之间存在差异，只要在满足0.85＜LDA/LDB＜1.15的关系的范围内，就能够以几乎同等的条件照射照明光。换言之，即使在La与Lb之间存在差异，只要在满足0.7＜La/Lb＜1.3的关系的范围内，就能够以几乎同等的条件照射照明光。另外，在照明光和图像光的光路结构中，由于具备η2＞η1、θ＜90°等特征，因此能够使光路所占据的空间紧凑，从而能够使投影显示装置小型化。另外，关于两个反射式光调制器件，由于折回反射镜162、调制器件侧聚光透镜152、TIR棱镜170、折弯式中继透镜301可以使用相同结构的器件，因此能够抑制制造成本。

[实施方式2]

下面对实施方式2所涉及的投影显示装置进行说明。其中，对于与实施方式1相同或类似的部分，简化或省略说明。

在实施方式1中，如果对照明光ILA与照明光ILB进行比较，则在从半反射镜至折回反射镜的距离即La与Lb之间存在差异，而实施方式2的结构单元被配置为使La与Lb相等。

图10是示出实施方式2所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。对于与实施方式1所涉及的光学单元具备相同功能的光学单元，标注相同的参考编号来显示。其中，在图1中以光源装置100在图中的右下方来进行图示，在图10中以光源装置100在图中的左下方来进行图示。因此，在图10中，用于对反射式光调制器件200a进行照明的照明光ILA(第一照明光)的光路在图的左侧示出，用于对反射式光调制器件200b进行照明的照明光ILB(第二照明光)的光路在图的右侧示出，虽然与图1不同，但是这种差异并不是本质上的，只不过是为了便于图示。

在本实施方式中，被半反射镜160反射的照明光ILA经由透镜151、折回反射镜162、调制器件侧聚光透镜152、TIR棱镜170，被聚光到反射式光调制器件200a。由于在从光源装置100至反射式光调制器件200a之间，在半反射镜160、折回反射镜162、TIR棱镜170这三处被反射，因此照明光ILA的折回次数是三次。

照明光IL入射到半反射镜160的入射角η1例如被设定为32.5°，折回反射镜162的入射与反射的角度差(入射角与反射角之和)β例如被设定为69.2°。TIR棱镜170例如是粘贴两个棱镜而构成的内部全反射棱镜，其使照明光ILA发生内部全反射而以既定的角度入射到反射式光调制器件200a。

另一方面，从半反射镜160透射的照明光ILB经由光路变更反射镜161、透镜151、折回反射镜162、调制器件侧聚光透镜152、TIR棱镜170，被聚光到反射式光调制器件200b。由于在从光源装置100至反射式光调制器件200b之间，在光路变更反射镜161、折回反射镜162、TIR棱镜170这三处被反射，因此照明光ILB的折回次数为三次。

照明光ILB入射到光路变更反射镜161的入射角η2例如被设定为57.5°，与照明光ILA同样地，折回反射镜162的入射与反射的角度差(入射角与反射角之和)β例如被设定为69.2°。TIR棱镜170例如是粘贴两个棱镜而构成的内部全反射棱镜，其使照明光ILB发生内部全反射而以既定的角度入射到反射式光调制器件200b。此外，对于照明光IL入射到半反射镜160的入射角η1和照明光ILB入射到光路变更反射镜161的入射角η2，设定为使η2＞η1的关系成立。

在照明光ILA的照明光学系统与照明光ILB的照明光学系统中，透镜151、折回反射镜162、调制器件侧聚光透镜152、TIR棱镜170可以采用相同的规格。在这两个照明光学系统中，这些光学器件被配置为，相对于反射式光调制器件的相对位置关系等同。

与实施方式1同样地，折弯式中继透镜301a和折弯式中继透镜301b相对于通过屋脊棱镜401的顶点的、投影镜头600的光轴LX对称配置。

在本实施方式中，半反射镜160的光学面与配置有折弯式中继透镜301a和折弯式中继透镜301b的平面(第二平面)正交，且沿着光轴LX的延长线AX配置。另外，在本实施方式中，关于从半反射镜160透射的照明光ILB，光路变更反射镜161的光学面与配置有折弯式中继透镜301a和折弯式中继透镜301b的平面(第二平面)正交，且沿着折弯式中继透镜301b在反射式光调制器件200b那一侧的光轴BX的延长线配置。

将照明光ILA的光轴与半反射镜160的交点设为S，将照明光ILA的光轴与折回反射镜162的交点设为Pa，将S与Pa的距离设为La。另外，将照明光ILB的光轴与半反射镜160的交点设为S，将照明光ILB的光轴与折回反射镜162的交点设为Pb，将S与Pb的距离设为Lb＝Lb1+Lb2。

此时，通过采用上述的配置，能够使La与Lb相等，即La/Lb＝1。

具备这样的结构的本实施方式的投影显示装置在照射两个反射式光调制器件的照明光的光路中，由于能够使从半反射镜160至各个反射式光调制器件的光路长度相等，因此能够以同等的条件照射照明光。因此，能够得到均质且深浅均匀的高画质的两个画面的图像光。另外，在照明光和图像光的光路结构中，由于具备η2＞η1、θ＜90°等特征，因此能够使光路所占据的空间紧凑，从而能够使投影显示装置小型化。另外，关于两个反射式光调制器件，由于透镜151、折回反射镜162、调制器件侧聚光透镜152、TIR棱镜170、折弯式中继透镜301可以使用相同规格的器件，因此能够抑制制造成本。

[其他实施方式]

本发明的实施并不限定于上述的实施方式和具体的实施例，可在本发明的技术思想内进行多种变形。

例如，输入到两个反射式光调制器件的图像信号可以是将单个图像分割而成的分割图像，也可以是完全不同的图像。图像信号的供给源可以是单个计算机，也可以是不同的计算机。

如图11的(a)所示，可以将从不同的计算机输入的图像信号输入到投影显示装置内的不同的光调制器件，将显示图像700A与显示图像700B水平并排投影。

或者，如图11的(b)所示，也可以将从不同的计算机输入的图像信号输入到投影显示装置内的不同的光调制器件，将显示图像700A与显示图像700B垂直并排投影。

Claims (7)

1.一种投影显示装置，其特征在于，具备：

光源；

光通道，使来自所述光源的光沿着配置在第一平面的光轴传播；

半反射镜，将经由所述光通道入射的来自所述光源的光分割为第一照明光和第二照明光；

第一照明光学系统，将被所述半反射镜反射的所述第一照明光引导至第一反射式光调制器件；

第二照明光学系统，将从所述半反射镜透射的所述第二照明光引导至第二反射式光调制器件；

第一折弯式中继透镜，将从所述第一反射式光调制器件输出的第一图像光的光路折弯，并进行成像以形成第一中间像；

第二折弯式中继透镜，将从所述第二反射式光调制器件输出的第二图像光的光路折弯，并进行成像以形成第二中间像；

屋脊状的反射光学器件，具备形成顶角的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面使由所述第一折弯式中继透镜传来的所述第一图像光发生全反射，所述第二反射面使由所述第二折弯式中继透镜传来的所述第二图像光发生全反射；以及

投影镜头，

所述第一照明光学系统包括第一反射镜，所述第一反射镜使所述第一照明光的光轴在所述第一反射式光调制器件之前折弯到与所述第一平面交叉的方向，

所述第二照明光学系统包括光路变更反射镜和第二反射镜，所述光路变更反射镜使所述第二照明光的光轴在所述第一平面中折弯，所述第二反射镜使所述第二照明光的光轴在所述第二反射式光调制器件之前折弯到与所述第一平面交叉的方向，

在将从所述半反射镜至所述第一反射式光调制器件的光路长度设为LDA，且将从所述半反射镜至所述第二反射式光调制器件的光路长度设为LDB时，满足

0.85＜LDA/LDB＜1.15，

从所述第一反射式光调制器件至所述屋脊状的反射光学器件的所述第一反射面为止的所述第一图像光的光轴、以及从所述第二反射式光调制器件至所述屋脊状的反射光学器件的所述第二反射面为止的所述第二图像光的光轴配置在与所述第一平面平行的第二平面，

所述第一图像光被所述第一反射面反射后形成所述第一中间像，

所述第二图像光被所述第二反射面反射后形成所述第二中间像，

所述投影镜头的光轴通过所述反射光学器件的顶点，所述投影镜头将所述第一中间像和所述第二中间像并排放大投影。

2.根据权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，

所述第一图像光在所述第一折弯式中继透镜中的折弯角度和所述第二图像光在所述第二折弯式中继透镜中的折弯角度为60°以上且小于90°。

3.根据权利要求1或2所述的投影显示装置，其特征在于，

在将从所述半反射镜至所述第一反射镜的光路长度设为La，且将从所述半反射镜至所述第二反射镜的光路长度设为Lb时，满足

0.7＜La/Lb＜1.3。

4.根据权利要求3所述的投影显示装置，其特征在于，

所述第一照明光学系统在所述半反射镜与所述第一反射镜之间具备焦距为f1的第一透镜，

所述第二照明光学系统在所述光路变更反射镜与所述第二反射镜之间具备焦距为f2的第二透镜，

La＝Lb，且f1＝f2。

5.根据权利要求3所述的投影显示装置，其特征在于，

所述第一照明光学系统在所述半反射镜与所述第一反射镜之间具备焦距为f1的第一透镜，

所述第二照明光学系统在所述光路变更反射镜与所述第二反射镜之间具备焦距为f2的第二透镜，

La＞Lb，且f1＞f2。

6.根据权利要求3所述的投影显示装置，其特征在于，

所述第一照明光学系统在所述半反射镜与所述第一反射镜之间具备焦距为f1的第一透镜，

所述第二照明光学系统在所述光路变更反射镜与所述第二反射镜之间具备焦距为f2的第二透镜，

La＜Lb，且f1＜f2。

7.根据权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，

所述半反射镜的光学面与所述第二平面正交，且沿着所述投影镜头的光轴的延长线设置，

所述光路变更反射镜的光学面与所述第二平面正交，且沿着所述第二折弯式中继透镜在所述第二反射式光调制器件那一侧的光轴的延长线设置。

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