CN114137784A - 一种投影显示装置 - Google Patents

Abstract

需要一种投影显示装置，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。该装置具备：第一光调制器件和第二光调制器件，根据图像信号对照明光进行调制；第一中继透镜，对由第一光调制器件调制后的光进行成像，以形成第一中间像；第二中继透镜，对由第二光调制器件调制后的光进行成像，以形成第二中间像；屋脊状的反射光学器件，由第一反射面与第二反射面形成顶角；以及投影镜头，由第一光调制器件调制后的光被第一反射面反射后形成第一中间像，由第二光调制器件调制后的光被第二反射面反射后形成第二中间像，投影镜头将第一中间像和第二中间像并排放大投影。

Description

一种投影显示装置

技术领域

本发明涉及具备两个光调制器件、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，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，为了避免观察者在看到相邻显示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。

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：第一光调制器件，根据图像信号，对第一照明光进行调制；第二光调制器件，根据图像信号，对第二照明光进行调制；第一中继透镜，对由所述第一光调制器件调制后的所述第一照明光进行成像，以形成第一中间像；第二中继透镜，对由所述第二光调制器件调制后的所述第二照明光进行成像，以形成第二中间像；屋脊状的反射光学器件，具备第一反射面和第二反射面，所述第一反射面使从所述第一中继透镜入射的光发生全反射，所述第二反射面使从所述第二中继透镜入射的光发生全反射，由所述第一反射面与所述第二反射面形成顶角；以及投影镜头，由所述第一光调制器件调制后的照明光被所述第一反射面反射后形成所述第一中间像，由所述第二光调制器件调制后的照明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角，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，与同时设置多个投影显示装置的现有方法相比，能够实现装置的小型化和低成本化。

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)是示出投影到屏幕SC上的显示图像的一例的图；图2的(b)是示出投影到屏幕SC上的显示图像的另一例的图。

图3的(a)是示出实施方式1中的中继透镜300A、屋脊棱镜401、中间像500A的位置关系的一例的图；图3的(b)是示出实施方式1中的中继透镜300A、屋脊棱镜401、中间像500A的位置关系的另一例的图；图3的(c)是示出将板状反射镜组合来构成具有顶角α的屋脊的反射光学器件的示例的图。

图4的(a)是示出作为比较例1的投影显示装置的光学结构的典型图；图4的(b)是示出比较例1中使用的偏振分束器800的分光特性的图。

图5的(a)是示出作为比较例2的投影显示装置的光学结构的典型图；图5的(b)是示出作为比较例3的投影显示装置的光学结构的典型图。

图6是用于对实施方式2中的图像的水平方向的位置调整方法进行说明的典型图。

图7是用于对实施方式2中的图像的垂直方向的位置调整方法进行说明的典型图。

图8是示出具备反射式光调制器件的实施方式3所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。

图9是示出具备顶角α为60度的屋脊棱镜402的实施方式4所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。

图10是示出将中间像形成在凸透镜内的实施方式5所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。

图11的(a)是示出使中间像的成像面弯曲的实施方式6所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图；图11的(b)是示出使中间像的成像面倾斜的实施方式6所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。

图12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12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

100A、100B……照明用光源

200A、200B……反射式光调制器件

201A、201B……透射式光调制器件

300A、300B……中继透镜

401……屋脊棱镜

401RA、401RB……反射面

402……屋脊棱镜

403A、403B……板状反射镜

500A、500B……中间像

600……投影镜头

602……场镜

700A、700B、701A、701B、702A、702B……显示图像

800……偏振分束器

802……反射镜

803……偏振分束器

804……半反射镜

805……全反射镜

BLVA、BLVB……非显示区域

BLH……非显示区域

DX……所显示的图像的水平尺寸

DZ……所显示的图像的垂直尺寸

ILA、ILB……照明光

LX……投影镜头的光轴

MX……调制区域

MZ……调制区域

SC……屏幕

具体实施方式

[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具备透射式光调制器件201A(第一光调制器件)和透射式光调制器件201B(第二光调制器件)。透射式光调制器件201A根据图像信号，对从照明用光源100A照射的照明光ILA(第一照明光)进行调制，透射式光调制器件201B根据图像信号，对从照明用光源100B照射的照明光ILB(第二照明光)进行调制。其中，作为透射式光调制器件201A和透射式光调制器件201B，例如使用透射式液晶面板，作为照明用光源100A和照明用光源100B，例如使用激光二极管和LED等发光器件。照明用光源100A与照明用光源100B可以分别单独配置发光器件来构成，也可以设为将从同一光源发出的光分割并用不同的光路引导至各光调制器件从而在真实效果上存在两个照明用光源的结构。

从透射式光调制器件201A射出的显示光被光轴与Y方向平行的中继透镜300A(第一中继透镜)聚光，在既定的位置形成中间像500A(第一中间像)。但是，使从透射式光调制器件201A射出的显示光在屋脊棱镜401的斜面(第一反射面)发生全反射，以将中间像500A的成像位置设定为与屋脊棱镜401的顶点相比在X方向上更靠前的位置。同样地，使从透射式光调制器件201B射出的显示光被光轴与Y方向平行的中继透镜300B(第二中继透镜)聚光，并在屋脊棱镜401的另一个斜面(第二反射面)发生全反射，以将中间像500B(第二中间像)的成像位置设定为与屋脊棱镜401的顶点相比在X方向上更靠前的位置。关于这些位置关系的设定，将在后面参考图3的(a)、图3的(b)进行说明。

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300A形成的中间像500A和由中继透镜300B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，仅示出从透射式光调制器件201A射出的显示光的极小一部分。

图2的(a)示出投影到屏幕SC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3的(a)是示出中继透镜300A、屋脊棱镜401、中间像500A的位置关系的图。其中，为了便于图示，省略了中继透镜300B和中间像500B，但中继透镜300B相对于投影镜头600的光轴LX与中继透镜300A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度。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度且对称的方式来设定屋脊棱镜的方向。而且，将中继透镜300A的光轴LA相对于投影镜头的光轴LX所形成的角度设为90度。即，将通过中继透镜300A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度。此外，屋脊棱镜的顶角α还可以如后述的实施方式所示，设为90度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度以上且90度以下的范围内。

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3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3的(a)所示的θ的大小为12度)。

为了无损耗地利用由中继透镜300A形成的显示光，使用屋脊棱镜401来使±12度的光束全部反射。此时，如图3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tanθ＝h/L成立。

因此，如图3的(b)所示，如果使中继透镜300A与屋脊棱镜401在Y方向上相隔的距离比图3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2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2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。另外，例如，如果是DLP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。对该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SC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，在图2的(a)中，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。

如上所述，在本实施方式的投影显示装置1中，隔着屋脊棱镜401而配置透射式光调制器件201A和透射式光调制器件201B，在各个透射式光调制器件与屋脊棱镜之间设置用于形成中间像的中继透镜。预先调整透射式光调制器件、屋脊棱镜、中继透镜的相对位置关系，以使各个中继透镜形成的中间像在屋脊棱镜的顶点附近相对于投影镜头600的光轴LX对称配置，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。尽管未图示，但是当透射式光调制器件201A与中继透镜300A被视为组件时，优选设置用于调整该组件相对于屋脊棱镜的相对位置和姿势(垂直方向、水平方向、旋转方向)的调整机构。同样地，当透射式光调制器件201B与中继透镜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，使从透射式光调制器件201A射出的显示光和从透射式光调制器件201B射出的显示光发生全反射而无损耗地向投影镜头600的方向偏转。

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SC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。

下面举出比较例来说明实施方式1相对于比较例的优点。其中，对于比较例的结构单元中与实施方式1的结构单元功能相同的结构单元，标注与实施方式1相同的参考编号来进行图示，并省略说明。

[比较例1]

图4的(a)是示出作为比较例1的投影显示装置的光学结构的典型图。比较例1在以下方面与实施方式1相同：使用透射式光调制器件201A和透射式光调制器件201B对照明光进行调制，并使用一个投影镜头600将由两个光调制器件调制后的显示光投影到屏幕SC上。

但是，实施方式1具备屋脊棱镜401，使从两个光调制器件射出的显示光在屋脊棱镜401的两个面发生全反射而向投影镜头600的方向偏转，与此相对，比较例1使用偏振分束器800而不是屋脊棱镜401来将从两个光调制器件射出的显示光引导至投影镜头600的方向。

在比较例1中，首先使用偏振分束器803，使照明光分离为P偏光分量与S偏光分量。即，偏振分束器803是在形成有介质多层膜的对角面选择性地反射S偏光并选择性地使P偏光透射的光学器件。在照明光中，被反射的S偏光分量经由反射镜802被引导至透射式光调制器件201B，透射的P偏光分量经由反射镜802被引导至透射式光调制器件201A。

由透射式光调制器件201A调制后的P偏光的显示光和由透射式光调制器件201B调制后的S偏光的显示光从不同的方向入射到偏振分束器800。偏振分束器800是在形成有介质多层膜的对角面选择性地使P偏光透射并选择性地使S偏光反射的光学器件。因此，来自透射式光调制器件201A的显示光从偏振分束器800透射并向投影镜头600行进，来自透射式光调制器件201B的显示光被偏振分束器800的对角面反射而向投影镜头600偏转。如果适当地调整透射式光调制器件201A、透射式光调制器件201B、偏振分束器800的相对位置，则能够使来自两个光调制器件的显示图像相邻显示。

对于比较例1和实施方式1，在屏幕SC上显示的画面尺寸相等的条件下进行彩色图像显示，并对画质进行比较，结果是与实施方式1相比，比较例1的颜色深浅不均(色斑)更严重，画质更差。这是出于以下原因。

比较例1和实施方式1使用相同的投影镜头600，但如前所述，例如投影镜头600的F值为F2.5，则光束角度为±12度。

如果将偏振分束器800的对角面与显示光的主光线所形成的角度设定为45度，则入射到偏振分束器800的对角面的光束的入射角为33度～57度的范围。

然而，众所周知，偏振分束器的S/P分离能力依赖于入射角度和波长而变化。图4的(b)示出比较例1中使用的偏振分束器800的分光特性，从图表可知，S偏光与P偏光的分离能力是依赖于入射角和波长而变化的。针对相当于光轴的入射角45度来看，可知在可见波长区域的几乎全部区域，P偏光的透射率高，S偏光的透射率低(即，反射率高)。

但是，在入射角33度时，可知P偏光在可见波长区域内的长波长侧透射率降低，S偏光在可见波长区域内的短波长侧透射率提高(即，反射率降低)。这意味着从透射式光调制器件201A以入射角33度入射到偏振分束器800的显示光的长波长分量产生损耗，从透射式光调制器件201B以入射角33度入射的显示光的短波长侧产生很大损耗。

另外，由于即使针对入射角57度来看，可见波长区域内的P偏光和S偏光的分光特性也不均衡，因此如果将透射式光调制器件201A侧的显示光与透射式光调制器件201B侧的显示光进行比较，则因偏振分束器800而产生损耗的波长区域是不同的。

从以上事实来看，在比较例1的投影显示装置中，由于因偏振分束器800而产生上述不均衡的损耗，因此与实施方式1相比，不仅照明光的利用效率降低，而且相邻投影的两个画面的显示图像间的色彩均衡不良。即，实施方式1的投影显示装置的显示图像的画质更优异。

[比较例2]

图5的(a)是示出作为比较例2的投影显示装置的光学结构的典型图。比较例2在以下方面与实施方式1及比较例1相同：使用透射式光调制器件201A和透射式光调制器件201B对照明光进行调制，并使用一个投影镜头600将由两个光调制器件调制后的显示光投影到屏幕SC上。

在比较例1中，使用偏振分束器800将从两个光调制器件射出的显示光引导至投影镜头600的方向，与此相对，在比较例2中，代替偏振分束器800而使用半反射镜804将从两个光调制器件射出的显示光引导至投影镜头600的方向。即，来自透射式光调制器件201A的显示光的一半从半反射镜804透射而向投影镜头600行进，来自透射式光调制器件201B的显示光的一半被半反射镜804反射而向投影镜头600偏转。如果适当地调整透射式光调制器件201A、透射式光调制器件201B、半反射镜804的相对位置，则能够使来自透射式光调制器件201A的显示图像701A和来自透射式光调制器件201B的显示图像701B相邻显示。

由于在比较例2中使用半反射镜804，因此与比较例1中使用的偏振分束器800不同，能够抑制透射式光调制器件201A侧的显示光与透射式光调制器件201B侧的显示光在分光特性上产生不均衡。

但是，来自透射式光调制器件201A的显示光的一半被半反射镜804反射到Y方向，来自透射式光调制器件201B的显示光的一半被半反射镜804透射到Y方向，这些光由于均未朝向投影镜头600，因此成为在显示中未被实际使用的损耗光。

因此，关于比较例2和实施方式1，在屏幕SC上显示的画面尺寸相等的条件下进行彩色图像显示，结果是在使照明光的强度相同的条件下，与实施方式1相比，比较例2的显示图像的亮度大幅降低。另外，在使显示图像的亮度相同的条件下，比较例2需要大幅增大照明光的强度，比较例2与实施方式1相比，功耗大幅增加。

从以上事实来看，在比较例2的投影显示装置中，由于因半反射镜804而产生上述损耗，因此与实施方式1相比，照明光的利用效率极低。即，实施方式1的投影显示装置的功率效率更优异。

[比较例3]

图5的(b)是示出作为比较例3的投影显示装置的光学结构的典型图。比较例3在以下方面与实施方式1及其他比较例相同：使用透射式光调制器件201A和透射式光调制器件201B对照明光进行调制，并使用一个投影镜头600将由两个光调制器件调制后的显示光投影到屏幕SC上。

在比较例3中，设置用于使来自透射式光调制器件201B的显示光向投影镜头600的方向偏转的全反射镜805，但使来自透射式光调制器件201A的显示光不经由光学器件而入射到投影镜头600。如果适当地调整透射式光调制器件201A、透射式光调制器件201B、全反射镜805的相对位置，则能够使来自透射式光调制器件201A的显示图像702A和来自透射式光调制器件201B的显示图像702B相邻显示。

在比较例3中，可以抑制产生如比较例1那样的因偏振分束器800引起的颜色深浅不均，并可以抑制产生如比较例2那样的因半反射镜804引起的光量损耗。但是，在比较例3中，由于来自透射式光调制器件201A的显示图像702A与来自透射式光调制器件201B的显示图像702B的边界附近的亮度降低，因此产生画面边界醒目的问题。

这是因为，想要使显示图像702A与显示图像702B在屏幕上相邻时，需要使来自显示图像702A的显示光的光轴与全反射镜805的端部一致，并且使来自显示图像702B的显示光的光轴与全反射镜805的端部一致。如前所述，例如，如果投影镜头600的F值为F2.5，则光束从±12度的角度范围入射，并且全反射镜805具有厚度。因此，在全反射镜805的端部附近，来自透射式光调制器件201B的显示光的一部分未被全反射镜805反射，或者来自透射式光调制器件201A的显示光的一部分被全反射镜805遮挡，从而产生损耗。

从以上事实来看，在比较例3的投影显示装置中，由于在全反射镜805的端部附近产生上述损耗，因此与实施方式1相比，画面的边界更醒目。即，实施方式1的投影显示装置的显示图像的画质更优异。

[实施方式2]

在实施方式1中，通过预先在机械上调整透射式光调制器件、屋脊棱镜、中继透镜的相对位置关系，从而使相邻的显示图像700A与显示图像700B的画面边界不醒目。即，在机械上调整各光学器件的相对位置关系，以使从各个透射式光调制器件射出的显示图像的端部尽可能接近屋脊棱镜的顶点。

在实施方式2中，为了降低在机械上所需的调整精度，使光调制器件的调制区域尺寸大于显示图像区域尺寸，在尺寸上使之具有冗余性。然后，在机械上调整透射式光调制器件、屋脊棱镜、中继透镜的相对位置关系，以使调制区域覆盖的区域内包含屋脊棱镜的顶点。此时所需的机械上的调整精度可以低于实施方式1。然后，根据机械上的调整结果，在电气上调整光调制器件的驱动。即，根据机械上的调整结果，调整调制区域内的显示图像的位置。

首先，对用于使图2的(b)所示的屏幕SC上的显示图像700A与显示图像700B沿着Y方向无间隙地相邻的水平方向位置的调整方法进行说明。

图6是用于说明实施方式2所涉及的调整方法的典型图，在图的中央示出了透射式光调制器件201A、中继透镜300A、屋脊棱镜401以及中间像500A的位置关系。另外，在图的右侧区域4A中示出了从中继透镜300A侧观察透射式光调制器件201A时的俯视图，在图的上方区域4B中示出了从屋脊棱镜401侧观察中间像500A时的俯视图。此外，关于透射式光调制器件201B、中继透镜300B和中间像500B，省略图示和说明，在参考以下说明后，如果认为是相对于投影镜头的光轴对称配置，则应当能够容易地理解。

如区域4A所示，透射式光调制器件201A具备比所显示的图像的水平尺寸DX大的调制区域MX。而且，调整透射式光调制器件201A、中继透镜300A、屋脊棱镜401的位置关系，以使在从透射式光调制器件201A经过中继透镜300A而照射的光束的范围内，包含屋脊棱镜401的顶点。于是，在经过中继透镜300A的光束之中，在X方向上超出屋脊棱镜401的顶点而通过的光线不会被屋脊棱镜401反射。因此，调整透射式光调制器件201A的调制区域MX内的图像显示位置，以使显示图像的水平端正好位于屋脊棱镜401的顶点。具体而言，在用于驱动透射式光调制器件201A的图像信号中，以水平同步信号为基准，调整不进行显示的水平消隐期间的长度，在调制区域MX内设定适当宽度的非显示区域BLH。由此，显示图像的水平端会位于照射到屋脊棱镜401的顶点的位置，如图2的(a)那样显示图像在水平方向上不会远离，如图2的(b)那样能够使两个画面的图像在水平方向上相邻。此外，从透射式光调制器件201A的非显示区域BLH射出的光如图6所示不会被屋脊棱镜401反射，但是为了防止投影显示装置内的杂散光，优选对照明光进行调制以使非显示区域BLH达到与显示图像中的黑色相同的亮度水平，从而进行控制以避免从光调制器件射出光。

在本实施方式中，由于光调制器件具有相当于调制区域MX与显示图像的水平尺寸DX的差分的冗余性，能够调整水平方向的图像显示位置，因此机械上的位置调整的要求精度得以降低。

下面对为了使图2的(b)所示的显示图像700A与显示图像700B在屏幕SC上不会在Z方向上错开而调整垂直方向位置的方法进行说明。

图7是用于说明实施方式2所涉及的调整方法的图，屋脊棱镜401与中间像500A及中间像500B的位置关系如图的下部所示。另外，在图的上方区域5A中示出了从屋脊棱镜401侧观察中间像500A和中间像500B时的俯视图。

从区域5A所示的中间像可知，透射式光调制器件201A和透射式光调制器件201B具备比所显示的图像的垂直尺寸DZ大的调制区域MZ。即，光调制器件具有相当于调制区域MZ与显示图像的垂直尺寸DZ的差分的冗余性。当透射式光调制器件201A与透射式光调制器件201B的位置调整在Z方向上错开时，调整各个调制区域内的图像显示位置。具体而言，在用于驱动透射式光调制器件201A的图像信号中，以垂直同步信号为基准，设定不进行显示的垂直消隐期间，在调制区域MZ内设定非显示区域BLVA。同样地，在用于驱动透射式光调制器件201B的图像信号中，以垂直同步信号为基准，设定不进行显示的垂直消隐期间，在调制区域MZ内设定非显示区域BLVB。通过根据光调制器件在Z方向上的位置偏移来调整非显示区域BLVA与非显示区域BLVB的位置和大小，从而能够将中间像500A与中间像500B在Z方向上的位置对齐。此外，针对非显示区域BLVA与非显示区域BLVB，对照明光进行调制以达到与显示图像中的黑色相同的亮度水平，从而进行控制以避免从光调制器件射出光。

在本实施方式中，由于光调制器件具有相当于调制区域MZ与显示图像的垂直尺寸DZ的差分的冗余性，能够调整垂直方向的图像显示位置，因此机械上的位置调整的要求精度得以降低。

此外，可以针对显示图像的水平方向和垂直方向这两者均使光调制器件具有冗余性，也可以仅使任意一者具有冗余性。对于具有冗余性的方向，能够使光调制器件的机械上的位置调整的要求精度降低。

[实施方式3]

在实施方式1～实施方式2中，示出了使用透射式光调制器件来构成投影显示装置的示例，但是本发明也可以使用反射式光调制器件来实施。即，也可以使用将微镜器件设置成阵列状的DMD或反射式液晶器件之类的反射式光调制器件，来构成与实施方式1～实施方式2对应的投影显示装置。

图8是示出实施方式3所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。投影显示装置具备反射式光调制器件200A和反射式光调制器件200B。例如，具备激光二极管或LED等发光器件的光源装置100所发出的照明光的一半被半反射镜190反射而入射到反射式光调制器件200A。根据图像信号被调制后的照明光作为显示光向中继透镜300A反射。另一方面，从半反射镜190透射的一半照明光经过全反射镜191而入射到反射式光调制器件200B。根据图像信号被调制后的照明光作为显示光向中继透镜300B反射。并且，中继透镜、屋脊棱镜、投影镜头能够发挥与使用透射式光调制器件的实施方式1～实施方式2同样的作用效果，在此省略重复的说明。

使用反射式光调制器件来构成的本实施方式的投影显示装置也使来自两个光调制器件的显示图像在屏幕上相邻显示，而中间像相互的位置、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，只需调整投影镜头即可，不需要像以往那样调整两个光调制器件各自的投影光学系统。

[实施方式4]

如在实施方式1中说明的那样，屋脊棱镜的顶角α例如可以设为90度，但是即使除了90度之外，只要在60度以上且90度以下的范围内，则也可以适当地构成光学系统。

图9是示出与实施方式3同样具备反射式光调制器件，但具备顶角α不是90度而是60度的屋脊棱镜402的实施方式4所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。

在屋脊棱镜的顶角α为90度的实施方式3中，将通过中继透镜的主光线入射到屋脊棱镜的反射面的入射角设定为45度。与此相对，在本实施方式中，将屋脊棱镜402的顶角α设为60度，将通过中继透镜300A(和中继透镜300B)的光轴LA(和光轴LB)的主光线入射到屋脊棱镜402的反射面的入射角设定为60度。另外，在本实施方式中，在将照明光引导至反射式光调制器件时，与实施方式3不同，不使用全反射镜191，而仅使用半反射镜190来引导。

这样，通过在60度以上且90度以下的范围内适当地设定屋脊棱镜的顶角α，从而能够使中继透镜的光轴LA及光轴LB与投影镜头600的光轴LX交叉的角度从90度适当错开。由于能够变更投影显示装置内的光学器件的布局，因此能够使投影显示装置在Y方向上的外径尺寸小型化，或者优化投影显示装置内的冷却结构。

[实施方式5]

图10是示出实施方式5所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。

在本实施方式中，作为投影镜头，使用具备透镜601和场镜602的场镜式投影镜头。在这种情况下，能够配置屋脊棱镜、中继透镜、光调制器件，使得中继透镜的中间像500A和中间像500B的位置在作为凸透镜的场镜602的内部。此外，光调制器件既可以是透射式光调制器件，也可以是反射式光调制器件。

通过将中间像配置在凸透镜的内部，从而能够减小投影镜头中的象差的调整量，因此能够削减构成投影镜头的透镜枚数，从而能够实现装置的小型化、低成本化。

[实施方式6]

在以上的实施方式1～实施方式5中，对利用中继透镜形成的中间像在与投影镜头的光轴正交的平面上成像的示例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限于此，可以使中间像的成像面弯曲，或者使中间像的成像面倾斜而不与投影镜头的光轴正交。

例如，图11的(a)是示出实施方式5所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。将屋脊棱镜401的反射面401RA和反射面401RB设为曲面形状而非平坦面，使中间像500A的成像面和中间像500B的成像面分别弯曲。并且，使中继透镜300A的光轴LA与中继透镜300B的光轴LB分别相对于Y方向倾斜，以使中间像500A与中间像500B在投影镜头600的光轴LX附近沿着球面R平滑相邻。此外，在图11的(a)中，简单地图示出反射面401RA与反射面401RB的曲面形状、光轴LA与光轴LB的倾斜，而并非严格地图示。此外，为了使中间像的成像面弯曲，也可以变更中继透镜的设计，通过有意识地控制象差来使成像面弯曲。

这样，在配置为使中间像500A的成像面和中间像500B的成像面弯曲而近似于球面连接的本实施方式的投影显示装置中，由于能够减小投影镜头600的像面弯曲象差的影响，因此与实施方式1～实施方式5相比，能够提高所投影的显示图像的画质。或者，如果所投影的显示图像的像面弯曲象差可以与实施方式1～实施方式5相等，则在本实施方式中，只需进行轻微的投影镜头600的像面弯曲调整即可，因此能够削减构成投影镜头600的透镜的枚数，从而实现装置的小型轻量化和低成本化。

另外，图11的(b)是示出实施方式5的另一例所涉及的投影显示装置的光学结构的典型图。在图11的(a)的示例中，将屋脊棱镜401的反射面401RA和反射面401RB的形状设为曲面形状，而在图11的(b)中，使反射面保持平坦面，且中继透镜的中间像的成像面不与投影镜头的光轴正交。在该示例中，中间像500A和中间像500B各自的成像面是平坦的，但是，以越远离投影镜头600的光轴LX的位置，成像面越接近投影镜头600的方式倾斜。即，在图11的(b)中，中间像500A和中间像500B的成像面以投影镜头的光轴LX为对称轴呈V字型配置。为了这样配置中间像，可以使中继透镜300A的光轴LA与中继透镜300B的光轴LB分别相对于Y方向倾斜，或者使屋脊棱镜401的顶角α更大，或者这两者都进行。

在图11的(b)的示例中，由于不需要将屋脊棱镜401的反射面设为曲面，因此与图11的(a)的示例相比，屋脊棱镜的制造更简单。在该示例中，对于中间像500A和中间像500B各自的成像面，越远离投影镜头600的光轴LX的位置，成像面越接近投影镜头600，因此也能够减小投影镜头600的像面弯曲象差的影响，与实施方式1～实施方式4相比，能够提高所投影的显示图像的画质。或者，如果所投影的显示图像的像面弯曲象差可以与实施方式1～实施方式5相等，则在本实施方式中，只需进行轻微的投影镜头600的像面弯曲调整即可，因此能够削减构成投影镜头600的透镜的枚数，从而实现装置的小型轻量化和低成本化。

[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。上述的各实施方式可以单独实施，也可以在一个投影显示装置中组合多个实施方式来实施。

输入到两个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。

例如，如图12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12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 (9)

1.一种投影显示装置，其特征在于，具备：

第一光调制器件，根据图像信号，对第一照明光进行调制；

第二光调制器件，根据图像信号，对第二照明光进行调制；

第一中继透镜，对由所述第一光调制器件调制后的所述第一照明光进行成像，以形成第一中间像；

第二中继透镜，对由所述第二光调制器件调制后的所述第二照明光进行成像，以形成第二中间像；

屋脊状的反射光学器件，具备第一反射面和第二反射面，所述第一反射面使从所述第一中继透镜入射的光发生全反射，所述第二反射面使从所述第二中继透镜入射的光发生全反射，由所述第一反射面与所述第二反射面形成顶角；以及

投影镜头，

由所述第一光调制器件调制后的照明光被所述第一反射面反射后形成所述第一中间像，

由所述第二光调制器件调制后的照明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，

所述反射光学器件为屋脊棱镜、或者将板状反射镜组合而成的屋脊状的反射光学器件的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的投影显示装置，其特征在于，

所述顶角的大小为60度以上且90度以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，

同一光源发出的光被分割而形成所述第一照明光和所述第二照明光。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，

所述投影镜头具备场镜，

所述第一中间像和所述第二中间像在所述场镜的内部成像。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，

所述第一中间像和所述第二中间像的成像面相对于与所述投影镜头的光轴正交的平面倾斜或弯曲。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，具备：

调整机构，对所述第一光调制器件及所述第一中继透镜相对于所述反射光学器件的相对位置及姿势进行调整，和/或

调整机构，对所述第二光调制器件及所述第二中继透镜相对于所述反射光学器件的相对位置及姿势进行调整。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，

所述第一光调制器件及所述第二光调制器件具备在显示图像的水平方向上比显示图像区域大的调制区域，

根据所述第一光调制器件与所述反射光学器件的相对位置，调整所述第一光调制器件的调制区域内的显示图像区域的水平方向位置，

根据所述第二光调制器件与所述反射光学器件的相对位置，调整所述第二光调制器件的调制区域内的显示图像区域的水平方向位置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，

所述第一光调制器件及所述第二光调制器件具备在显示图像的垂直方向上比显示图像区域大的调制区域，

根据所述第一光调制器件与所述反射光学器件的相对位置，调整所述第一光调制器件的调制区域内的显示图像区域的垂直方向位置，

根据所述第二光调制器件与所述反射光学器件的相对位置，调整所述第二光调制器件的调制区域内的显示图像区域的垂直方向位置。

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