CN1561468A - 投影显示装置以及使用该投影显示装置的背投显示装置 - Google Patents

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Abstract

投影显示装置由光源(1)、照明单元(8)、反射单元(9)、反射型光调制元件(10)、透镜元件(11)和投影单元(12)构成。照明单元(8)的光轴(8a)与投影单元(12)的光轴(12a)处于相扭的位置，透镜元件(11)使照明单元(8)的出射光瞳(8b)与投影单元(12)的入射光瞳(12b)大致共轭。这样可以使反射型光调制元件(10)与投影单元(12)同轴配置。而且不产生光学部件的机械接触和干涉，可以有效地利用空间。其结果，可以得到使用反射型光调制元件的价格便宜且结构紧凑的投影显示装置。

Description

投影显示装置以及使用该投影显示装置的背投显示装置
技术领域
本发明涉及可利用反射型的空间光调制元件将大画面图像投射到屏幕上的投影显示装置以及背投显示装置。
背景技术
目前，作为大画面放映设备，公知的是使用各种空间光调制元件的投影显示装置。最近，DMD(Digital Micro-Mirror Device：数字式微反射镜器件)等显示效率高的反射型空间光调制元件颇受瞩目(例如参照日本专利特开2000-98272号公报)。
图16A、图16B所示为利用DMD作为空间光调制元件的投影显示装置的结构图，图16A是其俯视图，图16B是其侧视图。该投影显示装置包括：发射白光的灯161；使灯161的放射光聚光的椭圆面镜162，配置在椭圆面镜162的长焦点附近并使红、绿、蓝三原色的光依次选择性透过的旋转型彩色滤光器164，聚光透镜165，平面镜166，对入射光进行调制后形成光学图像的DMD 167，将DMD 167上的光学图像放大投影到屏幕(图上未示出)上的投影透镜168。
灯161使用超高压水银灯或氙灯等。这些灯的辉度高且发光部比较小，因而可以有效地会聚放射光。聚光透镜165抑制透过旋转型彩色滤光器164的光的扩散，并将其引导到DMD 167和投影透镜168。
图17A是DMD 167的概略主视图，图17B是表示DMD 167上微小反射镜171的动作原理的模式化侧视图。如图17A所示，DMD167是将设在各个像素上的微小反射镜171进行2维排列而构成。在各个像素上，通过配置在微小反射镜171正下方的存储元件的静电作用控制微小反射镜171的倾角，并通过改变入射光的反射角来形成开/关状态。
以下利用图17B说明微小反射镜171相对于DMD 167面倾斜±10度的情况。相对于DMD 167面的法线倾斜20度的光172入射后，微小反射镜171为开(+10度)的状态时，反射光173入射到投影透镜168，并在屏幕上显示像素。而微小反射镜171为关(-10度)的状态时，反射光174没有入射到投影透镜168上，因而不在屏幕上显示像素。对于各个像素，按时间来控制开/关的切换，从而可以实现灰度表现。
DMD 167上的各反射镜171，如图17A所示地相对于显示区域的短轴176向方位角45度方向倾斜。
为使上述DMD 167正常动作且避免聚光透镜165和投影透镜168等光学部件的机械接触和干涉，如图16A和图16B所示，平面反射镜166配置成使从聚光透镜165射出的光的光路进行3维折返后、以规定的入射角入射到DMD 167。
DMD 167的中心轴(通过DMD 167的有效部分中心的法线)167a与投影透镜168的光轴168a不一致，是偏移配置。因此，投影透镜168仅利用有效像元中的一部分视场角来投影DMD 167上的光学图像。
但是，图16A和图16B所示的投影显示装置存在以下问题。
第一，DMD 167的中心轴167a偏离投影透镜168的光轴168a，因此在高度方向上需要有多余的空间，从而难以实现装置整体的小型化。
第二，利用这样的装置构成背投显示装置时，投影透镜168的光轴168a偏离投影图像的中心轴，因而被保持在框体上的透过型屏幕的中心轴(通过屏幕有效部分中心的法线)也必须相对投影透镜168的光轴168a偏置。因此，与偏移量成比例地增大视场角并使投影透镜168大型化的同时，构成屏幕的菲涅耳透镜的光线入射角变大。因而就有屏幕周边部分的光斑和杂散光增加、显示图像的质量降低的问题。
另外，与画面的最边缘部分(4个角)对应的视场角各自不同，因此就有分辨率和亮度在画面上不均匀的问题。
所以，在构成背投显示装置的情况下，投影装置最好为正面投影(无偏置)。
对此，有人提出利用DMD实现正面投影的结构(例如参照日本专利特开2001-166118号公报)。
该结构是将由2个或3个棱镜片构成的TIR(Total InternalReflection：全反射)棱镜配置在投影透镜和DMD之间，利用各棱镜片的气隙间产生的全反射来实现正面投影。
但是，由于TIR棱镜的气隙不均匀性，投影图像上会出现片状模糊，因此需要有极为严格的精度。另外，TIR棱镜是非常昂贵的部件，这是装置整体成本提高的主要原因。
发明的技术方案
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的是提供一种投影显示装置及使用该装置的背投显示装置，其使用DMD等反射型光调制元件，显示图像的均匀性高、可以正面投影、小型且价格便宜。
为了实现上述目的，本发明的投影显示装置，包括：光源；照明单元，使从所述光源放射的光会聚后形成照明光；反射单元，使所述照明光的光路发生折曲；反射型光调制元件，被由所述反射单元折曲的所述照明光照明，并对应图像信号形成光学图像；投影单元，投影所述反射型光调制元件上的所述光学图像；以及透镜元件，配置在所述反射型光调制元件的入射光和出射光光路上；所述照明单元的光轴与所述投影单元的光轴处于相扭的位置；所述透镜元件使所述照明单元的出射光瞳与所述投影单元的入射光瞳大致共轭。
另外，本发明的背投显示装置，包括：上述本发明的投影显示装置；透过型屏幕，显示所述投影显示装置所投影的图像；以及框体，内置所述投影显示装置并支承所述透过型屏幕。
在本发明的投影显示装置中，照明单元的光轴与投影单元的光轴处于相扭的位置，透镜元件使照明单元的出射光瞳与投影单元的入射光瞳大致共轭，从而可以使用反射型光调制元件得到可正面投影的、小型且价格便宜的投影显示装置。
在本发明中所说的照明单元的光轴与投影单元的光轴处于相扭位置，意思是两光轴不在同一平面上，即两光轴既不平行也不相交。
在本发明的上述投影显示装置中，最好是所述入射光瞳相对于所述投影单元的光轴偏心。
此时，最好是所述投影单元的所述偏心方向的会聚角比与其正交的方向的会聚角小。
另外，最好是所述投影单元具有不绕其光轴旋转的焦点调节机构。
此外，在本发明的上述投影显示装置中，最好是，从与所述照明单元的光轴和所述投影单元的光轴两者正交的方向看时，所述照明单元的光轴和所述投影单元的光轴的表观交点配置在所述透镜元件和所述投影单元之间。
再者，所述反射型光调制元件的光轴和所述投影单元的光轴一致。
另外，本发明的上述投影显示装置，最好是还具有第1框体和第2框体；所述第1框体支承所述照明单元，并且具有使从所述照明单元出射的光通过的出射窗；所述第2框体支承所述反射单元、所述反射型光调制元件、所述透镜元件和所述投影单元，并且具有使所述照明单元发出的光入射的入射窗；所述出射窗和所述入射窗相连结。
此时，最好是所述出射窗和所述入射窗之间具有连结机构，所述连结机构具有用于调节光轴或光路长度的调节机构。
另外，在本发明的上述投影显示装置中，所述照明单元最好具有光学集成元件。
在此，最好是所述光学集成元件具有2个透镜阵列板，至少构成靠近所述光源一侧的透镜阵列板的多个透镜分别适当偏心。
其次，本发明的第1背投显示装置包括：权利要求1所述的投影显示装置；透过型屏幕，显示所述投影显示装置所投影的图像；以及框体，内置所述投影显示装置并支承所述透过型屏幕。这样能实现可实现亮度和分辨率均匀性高、可显示高画质图像的背投显示装置。
此外，本发明的第2背投显示装置，包括：权利要求1所述的多个投影显示装置；透过型屏幕，显示所述多个投影显示装置所投影的图像；以及框体，内置所述多个投影显示装置并支承所述透过型屏幕。这样能够实现高画质、且可进行画面间的画质差异小的多画面显示的背投显示装置。
上述第1和第2背投显示装置在所述透过型屏幕一侧具有视场光阑。
附图说明
图1所示为本发明第1实施例的投影显示装置结构的x-z平面图。
图2所示为本发明第1实施例的投影显示装置结构的x-y平面图。
图3所示为本发明第1实施例的投影显示装置结构的y-z平面图。
图4A所示为本发明第1实施例的投影显示装置的第1透镜阵列的主视图，图4B为其侧视图。
图5A所示为本发明第1实施例的投影显示装置的第2透镜阵列的主视图，图5B为其侧视图。
图6所示为本发明第2实施例的投影显示装置结构的x-z平面图。
图7所示为本发明第2实施例的投影显示装置结构的y-z平面图。
图8A所示为本发明第3实施例的投影显示装置结构的x-z平面图。
图8B所示为沿图8A中的8B-8B线从箭头方向看DMD的主视图。
图9所示为本发明第3实施例的投影显示装置结构的y-z平面图。
图10A所示为说明本发明第2实施例的投影显示装置的投影透镜入射光瞳的位置和形状的模式图。
图10B所示为说明本发明第3实施例的投影显示装置的投影透镜入射光瞳的位置和形状的模式图。
图11A所示为本发明第3实施例的投影显示装置的第1透镜阵列的主视图，图11B为沿图11A中11B-11B线向箭头方向观察的剖视图。
图12A所示为本发明第3实施例的投影显示装置的第2透镜阵列的主视图，图12B为沿图12A中12B-12B线向箭头方向观察的剖视图。
图13所示为本发明第4实施例的投影显示装置结构的x-z平面图。
图14A所示为本发明第5实施例的背投显示装置结构的正面透视图，图14B为其侧面透视图。
图15所示为本发明第6实施例的背投显示装置的立体图。
图16A所示为利用DMD作为空间光调制元件的现有投影显示装置结构的俯视图，图16B为其侧视图。
图17A为DMD的概略主视图，图17B为说明DMD动作原理的概略侧视图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的投影显示装置和背投显示装置的具体实施例。
(实施例1)
图1为本发明第1实施例的投影显示装置的结构图。1是作为光源的灯，8是照明单元，9是作为反射单元的折返反射镜，10是作为反射型光调制元件的DMD，11是作为透镜元件的平凸透镜，12是作为投影单元的投影透镜。
这里，如图所示地定义xyz正交坐标系，图1表示x-z平面上的结构。同样，图2、图3分别表示x-y平面、y-z平面上的结构。
椭圆面镜2使灯1的放射光会聚，并在长焦点附近形成聚光点。UV-IR截止滤光器3用于从灯1的放射光中除去紫外线和红外线成分。
照明单元8由旋转型彩色滤光片4、聚光透镜5、第1透镜阵列6和第2透镜阵列7构成。
旋转型彩色滤光片4将三原色的彩色滤光片组合成圆盘状，通过配置在聚光点附近并使其旋转，可以使红、绿、蓝光依次选择性地透过。
聚光透镜5使透过旋转型彩色滤光片4的发散光会聚后，被有效地引导至第1透镜阵列6。
第1透镜阵列6和第2透镜阵列7是光学集成元件。第1透镜阵列6将由聚光透镜5会聚的光束分割成微小光束。第2透镜阵列7将各微小光束分别放大后在DMD 10上叠加。这样，作为微小光束的积分值，DMD 10上形成均匀的照明光束。
图4A、图4B为第1透镜阵列6的主视图和侧视图，图5A、图5B为第2透镜阵列7的主视图和侧视图。第1透镜阵列6是将与DMD10的显示区域大致相似的多个第1透镜6a进行2维排列而构成。第2透镜阵列7是将与第1透镜6a相同形状的第2透镜7a进行2维排列而构成。各个第2透镜7a适当地偏心，以使通过与其分别对应的第1透镜6a的微小光束在DMD 10上叠加。
在本实施例中，构成第2透镜阵列7的第2透镜7a与第1透镜6a形状相同，但并不限于此。也可以使各个第1透镜6a偏心、并组合开口形状互不相同的第2透镜而构成。
另外，也可以不使第2透镜7a偏心，而是在第2透镜阵列7的射出侧附近配置正放大率透镜，从而形成可实现叠加功能的结构。
从照明单元8射出的光通过折返反射镜9使光路折曲后，通过平凸透镜11并入射到DMD 10。
折返反射镜9为平面反射镜，其配置成使照明单元8的光轴8a与投影透镜12的光轴12a相互处于相扭的位置。而且，如图1所示，从与照明单元8的光轴8a和投影透镜12的光轴12a两者正交的方向(即y轴方向)看时，折返反射镜9配置成：使照明单元8的光轴8a和投影透镜12的光轴12a的表观交点P配置在平凸透镜11和投影透镜12之间。
DMD 10上的微小反射镜的倾斜角为±10度，通过改变该倾斜角可以控制入射光的反射方向。通过使该控制与旋转型彩色滤光片4的旋转同步并使红、绿、蓝的光学成像按时间叠加，可以显示全彩色图像。
照明光的最大会聚角约为10度。折返反射镜9配置成：使照明光相对于DMD 10平面的方位角(如图2所示，从DMD 10的法线方向看时与DMD 10的短边相对的入射光角度θ)为45度、入射角为20度入射。
平凸透镜11共有DMD 10的入射光和出射光，其配置成：使DMD10的中心轴(通过DMD 10有效部分中心的法线)10a和投影透镜12的光轴12a同轴，并且使照明单元8的出射光瞳8b(图1所示结构的情况下为第2透镜阵列7的出射面)和投影透镜12的入射光瞳12b共轭。
平凸透镜11将通过出射光瞳8b的光引导至DMD 10，并在DMD10为开的状态下将反射后的光有效地引导至入射光瞳12b。
投影透镜12的F值为2.88(最大会聚角为10度)，在DMD 10为开的状态下将反射后的光引导至屏幕(图上未示出)上，显示出大画面的全彩色图像。
图1～图3所示本实施例的投影显示装置，通过适当设定平凸透镜11的放大率和平凸透镜11与投影透镜12之间的空气间隙，可以不使用TIR棱镜等昂贵部件就可以实现DMD 10和投影透镜12的同轴配置。
另外，照明单元8的光轴8a与投影透镜12的光轴12a处于相扭位置，所以不产生光学部件的机械接触和干涉，可以有效地利用空间。
而且，通过将折返反射镜9适当配置在平凸透镜11和投影透镜12之间，使得从y轴方向看时，照明单元8的光轴8a与投影透镜12的光轴12a的表观交点P配置在平凸透镜11和投影透镜12之间，从而可使装置小型化。
根据上述结构，利用反射型光调制元件，能够实现可以正面投影的、价格便宜且结构紧凑的投影显示装置。
(实施例2)
图6为本发明第2实施例的投影显示装置的结构图。这里，如图所示地定义xyz正交坐标系，图6表示x-z平面上的结构。同样，图7表示y-z平面上的结构。
从光源1到投影透镜12的基本功能与实施例1相同，并且，具有相同功能的部件使用相同的标记，在此省略对其的说明。
本实施例相对于实施例1的特征是，投影透镜12的入射光瞳12b相对光轴12a偏心。在本实施例中，如图7所示，入射光瞳12b在DMD 10的短轴(y轴)方向上偏心。因此，相对于DMD 10上微小反射镜的倾斜角±10度，照明光的最大入射角为10度，照明光向DMD 10面的入射角为24.5度，方位角为40度。
投影透镜12的F值为2.0(最大会聚角为14.5度)，入射光瞳12b的有效F值为2.85。
投影透镜12具有焦点调节机构，该焦点调节机构内置与入射光瞳12b相同形状的光圈，并且由于入射光瞳12b偏心，所以该焦点调节机构可以不绕光轴12a旋转，而仅沿投影透镜12的光轴12a移动。
入射光瞳12b可以向DMD 10的入射光和出射光之间的角度变大的方向偏心。这样，从折返反射镜9射向平凸透镜11的照明光和从平凸透镜11射向投影透镜12的投影光之间的分离角变大，并且可以使折返反射镜9的配置更接近平凸透镜11，从而可以减小平凸透镜11和投影透镜12之间的空气间隙，并使装置小型化。
入射光瞳12b的偏心量越大，照明光和投影光之间的分离角也越大，但投影透镜12所需要的最大会聚角也变大，因此需要F值小的投影透镜。因此，最好在考虑到整体尺寸和投影透镜的F值等因素的基础上适当设定偏心量。
在本实施例中说明的是照明光的方位角为40度、入射光瞳12b向DMD 10的短轴(y轴)方向偏心的例子，但并不限定于此。但是，照明光的方位角最好设定为DMD 10上的微小反射镜倾斜的方向(本实施例中是相对于DMD 10短轴(y轴)45度的方向)和DMD 10的短轴(y轴)之间。
图6～图7所示本实施例的投影显示装置，通过适当设定平凸透镜11的放大率以及平凸透镜11和投影透镜12之间的空气间隙，可以不使用TIR棱镜等昂贵部件，就可以实现DMD 10和投影透镜12的同轴配置。
另外，照明单元8的光轴8a与投影透镜12的光轴12a处于相扭位置，从而不产生光学部件的机械接触和干涉，可以有效地利用空间。
而且，通过将折返反射镜9适当配置在平凸透镜11和投影透镜12之间，使得从y轴方向看时，照明单元8的光轴8a与投影透镜12的光轴12a的表观交点P配置在平凸透镜11和投影透镜12之间，从而可使装置小型化。
另外，通过使入射光瞳12b适当偏心，可以减小平凸透镜11和投影透镜12之间的间隔。
根据上述结构，通过利用反射型光调制元件，能够实现可以正面投影的、价格便宜并且比实施例1所示结构更紧凑的投影显示装置。
(实施例3)
图8A为本发明第3实施例的投影显示装置的结构图。这里，如图所示地定义xyz正交坐标系，图8A表示x-z平面上的结构。同样，图9表示y-z平面上的结构。
图8B是沿图8A中的8B-8B线从箭头方向看DMD 10的正面图。
从光源1到投影透镜12的基本功能与实施例1和2相同，具有相同功能的部件使用相同的标记，在此省略对其的说明。
在本实施例中，与实施例2相同，如图9所示，入射光瞳12b向DMD 10的短轴(y轴)方向偏心。
本实施例相对于实施例1的特征是，投影透镜12的入射光瞳12b相对光轴12a偏心，并且入射光瞳12b中偏心方向的会聚角比与其正交的方向的会聚角小。
图10A、图10B为表示投影透镜12的最大会聚角的范围和入射光瞳之间关系的模式图。图10A表示在偏心方向100(y轴方向)的会聚角和与其正交的方向(x轴方向)的会聚角相同的情况(相当于实施例2)下的、入射光瞳101和投影透镜12所需要的最大会聚角的范围102。图10B表示在偏心方向100(y轴方向)的会聚角比与其正交的方向(x轴方向)的会聚角小的情况(相当于实施例3)下的、入射光瞳103和投影透镜12所需要的最大会聚角的范围104。两者的偏心量和入射光瞳面积(有效F值，斜线部分所示)相同。
入射光瞳103在偏心方向100(y轴方向)上的最大长度为FV，在与其垂直的方向(x轴方向)上的最大长度为FH。
比较图10A和图10B可知，通过使偏心方向100的会聚角比与其正交的方向的会聚角小，相对于具有相同有效F值的偏心的入射光瞳，可以减小投影透镜的最大会聚角的范围。即，使用最大会聚角小(F值大)的投影透镜，可以达到同样的性能。
另外，通过使偏心方向100的会聚角较小，可以缓和从折返反射镜9射向平凸透镜11的照明光和从平凸透镜11射向投影透镜12的投影光之间的干涉，所以可以将折返反射镜9配置在更接近平凸透镜11的位置上，从而可以减小平凸透镜11和投影透镜12之间的空气间隙。
为了得到与上述入射光瞳12b相匹配的照明单元8的出射光瞳8b，可以使用例如图11A、图11B所示形状的第1透镜阵列86和图12A、图12B所示形状的第2透镜阵列87。
图11A是第1透镜阵列86的主视图，图11B是沿图11A中11B-11B线向箭头方向看去的剖视图，构成第1透镜阵列86的各个第1透镜86a偏心，从而使通过各个透镜86a的光束会聚在第2透镜阵列87内的对应的第2透镜87a上。
图12A是第2透镜阵列87的主视图，图12B是沿图12A中12B-12B线向箭头方向看去的剖视图，构成第2透镜阵列87的各个第2透镜87a适当偏心，从而使通过与各个透镜87a相对应的第1透镜86a后的光束在DMD 10上叠加。
第2透镜阵列87配置成其短轴87b方向与入射光瞳12b的偏心方向大体一致，并且短轴87b方向和长轴87c方向上的各尺寸最好设定成与投影透镜12的对应方向上的会聚角相匹配。
为了充分实现本发明的效果，应满足以下(1)、(2)式。
0.5×LDMD≤D1≤LDMD          …(1)
0.3f≤D2≤f                  …(2)
在此，LDMD为DMD 10的有效显示区域的对角线长度(参照图8B)，D1为DMD 10和平凸透镜11之间的空气间隙，D2为平凸透镜11和投影透镜12之间的空气间隙，f为平凸透镜11的焦距。
在式(1)中，如果D1比下限值小，则DMD 10和平凸透镜11之间产生的多余反射光增加，画面质量受到影响，所以是不希望的。此外，如果D1比上限值大，则平凸透镜11的有效直径变大，从而导致装置的大型化，所以也是不希望的。
另外，在式(2)中，如果D2比下限值小，则难以配置折返反射镜9，所以是不希望的。另外，如果D2比上限值大，则投影透镜12的反焦距变长，会产生像差补偿困难、装置大型化等问题，也是不希望的。
图1～图3所示实施例1和图6～图7所示实施例2，也可以通过满足上述(1)、(2)式来得到充分的效果。
而且满足以下(3)、(4)式则更好。
2×θDMD≤θi≤2.5×θDMD     …(3)
0.35≤FV/FH≤0.95             …(4)
在此，θDMD为DMD 10上微小反射镜的倾斜角，θi为相对于DMD 10中心轴10a的照明光(在此，相当于照明单元8的光轴8a)的入射角，FV为入射光瞳12b在偏心方向上的最大长度，FH为入射光瞳12b在与偏心方向正交的方向上的最大长度。
在式(3)中，如果θi比下限值小，则DMD 10的入射光和出射光之间的分离角变小，因而难以配置折返反射镜9，所以是不希望的。而如果θi比上限值大，则投影透镜12所需要的最大会聚角变大，从而导致投影透镜12的大型化，也是不希望的。
另外，在式(4)中，如果FV/FH比下限值小，则投影透镜12的最大会聚角范围内的入射光瞳区域(光线通过的区域)相对变小，从而增加了浪费，所以是不希望的。而如果FV/FH比上限值大，则投影透镜12所需要的最大会聚角变大，从而导致投影透镜12的大型化，也是不希望的。
图6～图7所示实施例2，也可以通过满足上述式(3)的条件来得到更为充分的效果。
在图8A、图8B所示结构中，设定如下：LDMD＝20.3mm，D1＝10mm，D2＝40mm，f＝100mm，θDMD＝10度，θi＝24度，FV/FH＝0.7。另外，DMD 10上的反射镜向相对于短轴(y轴)成45度的方向倾斜。与此相对应，照明光相对于DMD 10的短轴以40度的方位角入射。
投影透镜12的F值为2.1，并且具有焦点调节机构，该焦点调节机构内置与入射光瞳12b相同形状的光圈，并且，由于入射光瞳12b偏心，所以该焦点调节机构可以不绕光轴12a旋转，而仅沿投影透镜12的光轴12a移动。
入射光瞳12b的偏心方向最好设定成：使照明光的方位角位于DMD 10的短轴方向和微小反射镜倾斜的方向之间。
图8A、图8B、图9所示本实施例的投影显示装置，通过适当设定平凸透镜11的放大率、以及平凸透镜11和投影透镜12之间的空气间隙，可以不使用TIR棱镜等昂贵部件就能实现DMD 10和投影透镜12的同轴配置。
另外，照明单元8的光轴8a与投影透镜12的光轴12a位于相扭位置上，从而不产生光学部件的机械接触和干涉，可以有效地利用空间。
进一步，通过将折返反射镜9适当配置在平凸透镜11和投影透镜12之间，使得从y轴方向看时，照明单元8的光轴8a与投影透镜12的光轴12a的表观交点P配置在平凸透镜11和投影透镜12之间，从而可使装置小型化。
另外，通过使入射光瞳12b适当偏心，并且使偏心方向的会聚角比与其垂直的方向的会聚角小，可以使用会聚角小(F值大)的投影透镜12。同时，可以减小平凸透镜11和投影透镜12之间的空气间隙。
根据上述结构，通过利用反射型光调制元件，能够实现可以正面投影的、价格便宜并且比实施例1和2所示结构更紧凑的投影显示装置。
(实施例4)
图13为本发明第4实施例的投影显示装置的结构图。131为第1框体，132为第2框体，133为第3框体，134为连结机构。从光源1到投影透镜12的基本功能与实施例3相同，具有相同功能的部件使用相同的标记，在此省略对其的说明。
第1框体131支承照明单元8，并且具有用于灯1的放射光入射的入射窗131a和用于使照明光出射的出射窗131b。
第2框体132支承折返反射镜9、DMD 10、平凸透镜11和投影透镜12，并且具有用于照射光入射的入射窗132a。
第3框体133支承灯1、凹面镜2、UV-IR截止滤光器3，并且具有使灯1发出的放射光出射的出射窗133a。
连结机构134连结第1框体131的出射窗131b和第2框体132的入射窗132a，使照明光的光轴8a大体一致。连结机构134具有x、y、z这3个方向的调节机构。
连结机构135连结第3框体133的出射窗133a和第1框体131的入射窗131a，使灯1的光轴1a与照明光的光轴8a大体一致。连接装置135具有x、y、z这3个方向的调节机构。
一般情况下，投影光学系统要求有比照明光学系统更高的部件精度。如图13所示的投影显示装置中的光源部、照明光学系统和投影光学系统被支承在不同的框体上，所以具有可以针对各个框体选定适当的加工精度和材料的优点。例如，可以适用第1框体131成本优先、第2框体132精度优先、第3框体133耐热性优先的材料和加工方法。
另外，通过将光学部件分配到各个框体上来实现组件化，具有易于维护的优点。
通过在连结机构134、135上设置调节机构，具有不需要现有技术中所必需的各光学部件调节机构的优点。
在本实施例中说明的是将投影显示装置分配到3个框体上构成的例子，但第1框体131和第3框体133也可以构成为同一框体。
根据上述结构，可以得到光学部件易于维护且价格低廉的投影显示装置。
在图13中显示的是具有实施例3光学系统的投影显示装置，但本发明不限定于此，也可以具有例如实施例1、2的光学系统。
(实施例5)
图14A为本发明第5实施例的背投显示装置的正面透视图，图14B为其侧面透视图。141为投影显示装置，142为透过型屏幕，143为框体。在支承透过型屏幕142的框体143内配置有实施例4所示的投影显示装置141。
从投影显示装置141的投影透镜射出的光，由折返反射镜144反射后入射到透过型屏幕142上。
透过型屏幕142由例如菲涅耳透镜和双凸透镜构成。菲涅耳透镜的焦距被设定为与从菲涅耳透镜到投影透镜的光路长度大致相等，入射光适当折射后透过到屏幕142前方。观众可以通过透过型屏幕142观看投影显示装置141放大投影后的图像。
通过使用本发明的投影显示装置141，可以不必偏置菲涅耳透镜就可得到分辨率和亮度的均匀性高、画面质量高的大画面图像。另外，装置为小型装置，因而可使框体整体结构紧凑。
根据上述结构，通过利用反射型光调制元件，能够得到价格便宜、结构紧凑、可进行高画质显示的背投显示装置。
(实施例6)
图15为本发明第6实施例的背投显示装置的立体图。151为投影显示装置，152为透过型屏幕，153为框体。在支承4个透过型屏幕152的框体153内，配置有与屏幕152数目相同且结成对的实施例4所示的投影显示装置151。
在并列多个投影显示装置151的图像来显示多画面的情况下，各画面之间边界两侧的画面的亮度和分辨率的差异最好较小。
在本实施例中，由于使用了本发明的投影显示装置151，因而不必偏置菲涅耳透镜，就可使各画面内的显示图像具有相对于画面中心旋转对称的分辨率和亮度性能。因此，并列多个构成多画面的情况下，具有如下优点：除了各画面的误差，各画面边界两侧画面的亮度和分辨率的差异可以极小。
根据上述结构，通过使用利用反射型光调制元件的多个投影显示装置，能够实现高画质、且可进行画面间的画质差异小的多画面显示的背投显示装置。
在图14A、14B、15中，作为投影显示装置141、151，可以是实施例1～4所示的任意一种投影显示装置，都可以得到同样的效果。
另外，也可以在投影透镜出射侧的开口部设置用于除去多余光的视场光阑。这样可以得到对比度高的显示图像。
在上述实施例1～4中说明的是在照明单元8中使用2个透镜阵列的例子，但也可以使用玻璃棒等光学集成元件。另外，也可以用聚光透镜形成照明光的构件，来代替光学集成元件。
另外，在上述实施例1～4中使用平面反射镜9作为反射装置，但也可以使用曲面反射镜(例如球面、非球面、自由曲面、抛物面等)。
在上述实施例1～4中，使用DMD 10作为反射型光调制元件，但也可以是施加偏光、衍射等变化而对入射光进行空间调制的构件。
在上述实施例1～4中，使用平凸透镜11作为透镜元件，但透镜的凸面并不限定于实施例中所述的朝向。另外，也可以使用双凸透镜或折射率分布型透镜等代替平凸透镜。
以上所说明的实施例都只是为了明确本发明的技术内容，但对本发明的解释不限于这些具体示例，在发明的精神和权利要求所记载范围内可以进行多种变更后实施，可以对本发明做广义的解释。

Claims (13)

1.一种投影显示装置，其特征在于，
包括：光源；
照明单元，使从所述光源放射的光会聚后形成照明光；
反射单元，使所述照明光的光路发生折曲；
反射型光调制元件，被由所述反射单元折曲的所述照明光照明，并对应图像信号形成光学图像；
投影单元，投影所述反射型光调制元件上的所述光学图像；
以及透镜元件，配置在所述反射型光调制元件的入射光和出射光光路上；
所述照明单元的光轴与所述投影单元的光轴处于相扭的位置；
所述透镜元件使所述照明单元的出射光瞳与所述投影单元的入射光瞳大致共轭。
2.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，
所述入射光瞳相对于所述投影单元的光轴偏心。
3.如权利要求2所述的投影显示装置，其特征在于，
所述投影单元的所述偏心方向的会聚角比与其正交的方向的会聚角小。
4.如权利要求2所述的投影显示装置，其特征在于，
所述投影单元具有不绕其光轴旋转的焦点调节机构。
5.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，
从与所述照明单元的光轴和所述投影单元的光轴两者正交的方向看时，所述照明单元的光轴和所述投影单元的光轴的表观交点配置在所述透镜元件和所述投影单元之间。
6.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，
所述反射型光调制元件的光轴和所述投影单元的光轴一致。
7.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，
还具有第1框体和第2框体；所述第1框体支承所述照明单元，并且具有使从所述照明单元出射的光通过的出射窗；所述第2框体支承所述反射单元、所述反射型光调制元件、所述透镜元件和所述投影单元，并且具有使所述照明单元发出的光入射的入射窗；所述出射窗和所述入射窗相连结。
8.如权利要求7所述的投影显示装置，其特征在于，
所述出射窗和所述入射窗之间具有连结机构，所述连结机构具有用于调节光轴或光路长度的调节机构。
9.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，
所述照明单元具有光学集成元件。
10.如权利要求9所述的投影显示装置，其特征在于，
所述光学集成元件具有2个透镜阵列板，至少构成靠近所述光源一侧的透镜阵列板的多个透镜分别适当偏心。
11.一种背投显示装置，其特征在于，
包括：权利要求1所述的投影显示装置；透过型屏幕，显示所述投影显示装置所投影的图像；以及框体，内置所述投影显示装置并支承所述透过型屏幕。
12.一种背投显示装置，其特征在于，
包括：权利要求1所述的多个投影显示装置；透过型屏幕，显示所述多个投影显示装置所投影的图像；以及框体，内置所述多个投影显示装置并支承所述透过型屏幕。
13.如权利要求11或12所述的背投显示装置，其特征在于，
所述投影显示装置在所述透过型屏幕一侧具有视场光阑。
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