TWI439792B - 投影型顯示裝置 - Google Patents

Description

投影型顯示裝置

本發明係有關投影型顯示裝置，其係藉由將經由光閥(light valve)所調變之光束投影至螢幕(screen)以顯示影像者。

一般而言，因光學系統之低成本化(cost)及小型(compact)化之故，一旦進行光學系統之零件數量的減少或非球面透鏡(lens)之使用限制，則光學系統的像差會變大，而螢幕的影像顯示面中之照度不均或色彩不均會變大。在此，照度不均係為對於以任意平面上之2維表示之位置，顯示照度高低之分布(照度之不均勻分布)，色彩不均係為對於以任意平面上之2維表示之位置，顯示色彩變化之分布(色度之不均勻分布)。

另外，近年來，伴隨著光閥的高解析度化及小型化，像素之窄間距(pitch)化正在不斷進展。在藉由如同數位微鏡裝置(Digital Micromirror Device；DMD)(DMD：註冊商標)的週期性構造以反射光線的光閥中，除正反射光線之外，還會產生繞射光線。繞射光線之繞射角度間距係隨像素間距越小而變得越大。因此像素間距越小，大次數的繞射光線就越不能射入至投影光學系統，能利用於影像投影之繞射光線的光量就會變少。再者，當因為光學系統之構成及光學系統之像差的影響，使得光閥之影像形成區域(被照明區域)內之射入光光量的差或者射入角度的差變大時，投影光學系統之射入面內之繞射光線光量的差就會變大，結果，螢幕之影像顯示面的照度不均或色彩不均會增加。

另一方面，在家庭劇院(home theater)用之投影型顯示裝置中，因要求高對比(contrast)化之故，大多採用放大光學系統之光圈值(FNO)(F-number)，並將光學系統小口徑化之構成、及於光學系統之光路中設置光圈以進行光量之調整的構成。若將光學系統小口徑化，則射入至光學系統的繞射光線之光量會減少，故因光學系統的像差影響及光閥的窄間距化之影響所產生之螢幕的影像顯示面之照度不均及色彩不均之影響容易增加。

為了抑制螢幕的影像顯示面之照度不均或色彩不均，提案有一種採用具備開口之光圈的裝置，該開口係為包圍分離成複數個色彩成分之各光線之光束範圍的形狀(例如參考專利文獻1)。

[先前技術文獻]

(專利文獻)

專利文獻1：日本特開2007-233003號公報(例如，段落0029)

然而，為了減少肇因於在光學系統所產生之像差的影響或光閥的窄間距化所產生之螢幕的影像顯示面之照度不均亦或色彩不均，而有將射入至光閥的影像形成區域之光束的照度分布予以補正的必要。因此，在採用具備包圍分離成複數個色彩成分之各光線的光束範圍形狀之開口的光圈之習知裝置中，並不能適當地減少螢幕的影像顯示面中的照度不均或色彩不均。

於是，本發明係為了解決上述習知技術之課題所研創者，其目的在於提供一種投影型顯示裝置，俾能適當地補正螢幕之影像顯示面的照度分布。

有關本發明之投影型顯示裝置係具有：光源，將光束射出；光閥，具有因應輸入影像資訊以形成影像之影像形成區域；照明光學系統，將前述光束照射於前述影像形成區域；投影光學系統，將根據形成於前述影像形成區域之前述影像所調變之前述光束投影至螢幕之影像顯示面上；前述照明光學系統係包含：光強度均勻化元件，將由前述光源射出之前述光束的強度分布予以均勻化；第1光學系統，將以前述光強度均勻化元件所均勻化之前述光束導引至前述影像形成區域；開口規定構件，設置於前述第1光學系統內之前述光束的傳播路徑上，且具有遮擋前述光束之遮光部與使前述光束通過之開口部；前述開口規定構件係配置於不與前述螢幕成為光學性共軛關係之位置，且具備開口擴張部與開口縮小部之至少一方，該開口擴張部係利用將前述影像形成區域或前述螢幕之影像顯示面予以分割所得之複數個分割區域中相對性的照度之實測值或計算值，且設置於對應於前述複數個分割區域內之前述相對性的低照度分割區域之位置，且屬於縮小前述遮光部並擴大前述開口部之缺口區域；該開口縮小部設置於對應於前述複數個分割區域內之前述相對性的高照度分割區域之位置，且屬於擴大前述遮光部並縮小前述開口部之突出部。

依據有關本發明之投影型顯示裝置，能以簡易之構成將螢幕的影像顯示面中之照度分布予以補正。

(實施形態1)

第1圖係為概略性顯示本發明實施形態1之投影型顯示裝置的光學系統之構成的構成圖。如第1圖所示，有關實施形態1之投影型顯示裝置係具有：光源燈(lamp)1，作為光源而將光束(圖中以虛線顯示)予以射出；DMD元件2，作為光閥，並具有因應輸入影像資訊而形成影像之影像形成區域(被照明面)2a；照明光學系統4，將由光源燈1射出之光束照射至DMD元件2的影像形成區域2a；投影光學系統3，將藉由形成於DMD元件2之影像形成區域2a的影像所調變之光束予以擴大而投影至螢幕5。

光源燈1係例如具有將白色光射出之發光體11a、及設置於此發光體11a周圍之橢圓面鏡11b。橢圓面鏡11b係反射由對應於橢圓的第1中心之第1焦點所射出的光束，並使其收斂於對應橢圓的第2中心之第2焦點。發光體11a係配置於橢圓面鏡11b之第1焦點附近，由此發光體11a所射出之光束係收斂於橢圓面鏡11b之第2焦點附近。亦可使用拋物面鏡來取代橢圓面鏡11b。於此情況時，只要藉由拋物面鏡使由發光體11a所射出之光束大致平行後，再以聚光透鏡(condenser lens)(未圖示)收斂即可。另外，亦能使用拋物面鏡以外的凹面鏡來取代橢圓面鏡11b。

照明光學系統4係具有：光強度均勻化元件41，將由光源燈1所射出之光束的強度分布(亦即，垂直於光束行進方向的面內之光強度分布)予以均勻化；第1光學系統，將以光強度均勻化元件41所均勻化之光束，導引至DMD元件2的影像形成區域2a；及開口規定構件6亦或61，設置於將光強度均勻化元件41所均勻化之光束予以傳播之傳播路徑上。開口規定構件6或61係具有遮擋此光束之遮光部與使光束通過之開口部。第1光學系統係具有：中繼透鏡(relay lens)群42，包含透鏡42a、42b並作為第2光學系統；及鏡片群43，包含第1鏡片(mirror)43a及第2鏡片43b並作為第3光學系統。第1圖中，中繼透鏡(relay lens)群42雖以透鏡42a、42b之2片透鏡所構成，惟透鏡之片數並非限定於2片者。同樣地，關於鏡片群43亦並非限定於2片者。藉由中繼透鏡群42及鏡片群43，將由光強度均勻化元件41所射出之光束導引至DMD元件2的影像形成區域2a。

光強度均勻化元件41係具有將光源燈1所射出之光束之光強度予以均勻化之功能。亦即，藉由將此種光強度予以均勻化之功能，減少照度不均。一般來說，以光強度均勻化元件41而言，係以玻璃或樹脂等透明材料製作，可列舉以側壁之內側成為全反射面的方式構成之多角柱狀之桿件(rod)。所謂之多角柱狀之桿件，係為剖面形狀為多角形之柱狀構件。另外，以光強度均勻化元件41而言，可列舉將鏡片狀之構件之光反射面作為內側並組合成筒狀而形成之剖面形狀為多角形之管件(pipe)(管狀構件)。多角柱狀之桿件之光強度均勻化元件41，係利用透明材料與空氣界面之全反射作用，使光線反射複數次後，使光線由射出面(射出端)射出。多角形之管件之光強度均勻化元件41，係利用朝向內側之鏡片(例如，表面鏡)的反射作用，使光線反射複數次後，使光線由射出面射出。

光強度均勻化元件41，若確保光束之行進方向適當之長度，則在內部反射複數次之光線會重疊並照射於光強度均勻化元件41之射出面41b的附近。因此，於光強度均勻化元件41之射出面41b附近中，可得到大致均勻之強度分布。由具有此大致均勻之強度分布的射出面41b所射出之光線，係藉由中繼透鏡群42及鏡片群43被導向DMD元件2，並將DMD元件2的影像形成區域2a予以照明。

開口規定構件6或61係配置於不與螢幕5成為光學性共軛關係之位置。開口規定構件6或61具有開口擴大部(例如後述之第11圖的符號61b)及開口縮小部(例如後述之第15圖的符號63d)，該開口擴大部係利用分割螢幕5的影像表示面所得之複數個分割區域(後述第8圖的符號101至109)中相對性的照度之實測值或計算值，設置在對應於複數個分割區域內之相對性的低照度分割區域之位置，且屬於縮小遮光部並擴大開口部之缺口區域；該開口縮小部係設置在對應於複數個分割區域內之相對性的高照度分割區域之位置，且屬於擴大遮光部並縮小開口部之突出部。再者，亦可利用分割光閥的影像形成區域所得之複數個分割區域中相對性的照度之實測值或計算值，以取代利用分割螢幕5的影像顯示面所得之複數個分割區域(後述第8圖的符號101至109)中相對性的照度之實測值或計算值。

另外，開口規定構件6或61較佳為配置於與屬於投影光學系統3之光束射入側的投影光學系統開口部的共軛位置或共軛位置附近。此係因此共軛位置中之光束直徑為最小，故易於將開口規定構件6或61作成小型化。

第2圖係將照明光學系統4之作用予以概念性顯示之示意圖。第2圖中，因將中繼透鏡群42及鏡片群43予以示意顯示，故將其分別以1個透鏡元件如圖示所示，惟實際上亦可為複數個透鏡元件之集合。於實施形態1中，照明光學系統4係構成為光強度均勻化元件41之射出面41b、與DMD元件2之影像形成區域2a成為光學性的共軛關係。另外，將於照明光學系統4中與投影光系統3之射入側的開口部31成為共軛關係之位置，稱為照明光學系統4之光圈位置45。

照明光學系統4的光圈位置45，係為由光強度均勻化元件41所射出之光束的主光線大致聚光的位置。另外，光圈位置45係與投影光學系統3之射入側的開口部31共軛或大致共軛，並且與光強度均勻化元件41的射入面41a成為共軛或大致共軛的關係。因此，在照明光學系統4的光圈位置45及光強度均勻化元件41的射入面41a的位置，即使例如光束的一部分被切斷(cut)(例如，光束的一部分被遮光部遮擋)，雖顯示於投影型顯示裝置之影像的亮度下降，惟難以產生影像的一部分缺少顯示(例如顯示畫面的角部附近或邊緣附近黑化(或暗化))的區域之缺失。

DMD元件2係具有將對應於各像素之可動式微鏡予以平面性多數(例如數十萬個)配置之構成。DMD元件2係因應像素資訊(輸入影像資訊)，而使複數片之微鏡的傾斜角(傾角(tilt))各自變化而調變。調變後之光束被投影於螢幕5的影像顯示面上，而於螢幕上顯示影像。換言之，DMD元件2係為因應像素資訊而反射照明光，藉以射出用以形成光學影像的調變光線之反射型光閥。

DMD元件2係由複數片微鏡中，將因應影像資訊而選擇之微鏡，使其相對於基準面朝固定方向傾斜達角度(例如12度)。射入至傾斜達角度α之微鏡的光束，係朝向投影光學系統3而被反射。射入至傾斜達角度α之投影光學系統3的光束，係被投影於螢幕5的影像顯示面上，而形成影像。再者，微鏡的基準面係為在微鏡未被驅動的狀態下排列有微鏡之反射面。亦即，微鏡的基準面係為與微鏡所形成之基板的表面朝向相同方向之面。射入至DMD元件2中相對於基準面未傾斜之微鏡的光束，係朝不會對顯示於螢幕5的影像造成影響的方向反射，例如朝光吸收板(未圖示)反射。射入至光吸收板的光束，係未被利用在螢幕5的影像顯示面之影像的形成。再者，所謂微鏡相對於基準面未傾斜之情況，係指微鏡未被驅動之情況。

就如同DMD元件2之週期性構造物的繞射光線而言，使用第3圖(a)及第3圖(b)進行說明。第3圖(a)係為顯示包含於DMD元件2的影像形成區域2a之一部份的複數片微鏡。第3圖(b)係為由側面觀視DMD元件2時之光線反射的狀態。再者，射入至DMD元件2之光線20a係以實線之箭號表示，繞射光線係以虛線之箭號表示。

接著，在光線20a射入至DMD元件2的1片微鏡2b的情況，就光線之動作進行說明。若光線20a在微鏡2b的反射面2c反射，則會射出正反射光20b，並且產生繞射光線。將正反射光20b稱為0次光，將繞射光線21a稱為1次光，將繞射光線22a稱為2次光，將繞射光線23a稱為3次光。相同地，若光線20a在反射面2c反射，則亦會產生如同4次光、5次光之高次光(未圖示)。另外，將繞射光線21b稱為-1次光，將繞射光線22b稱為-2次光，將繞射光線23b稱為-3次光。相同地，若光線20a在反射面2c反射，則亦會產生如同-4次光、-5次光之高次光(未圖示)。此時，眾所周知，若越為高次則繞射光線之強度將會越小。

繞射光線21a、21b、22a、22b、23a、23b之反射的角度間距β，如式(1)所示，係由DMD元件2的像素間距(pitch)d、光線20a的射入角度α、繞射次數m、及波長λ來決定。再者，將角度間距β稱為繞射角度間距。

d(sinα±sinβ)=mλ　…(1)

例如，將射入角度α設為固定時，關於DMD元件2的像素間距d為13.7μm的情況及像素間距d為7.6μm的情況，將依光線的不同波長來計算關於繞射角度間距β之結果顯示於第4圖。光線之波長λ為470nm、530nm及630nm。像素間距d為13.7μm的情況，繞射角度間距β係成為在波長λ630nm(相當於紅色)為2.64°、在波長λ530nm(相當於綠色)為2.22°、在波長λ470nm(相當於藍色)為1.97°。另外，像素間距d為7.6μm的情況，繞射角度間距β係成為在波長λ630nm(相當於紅色)為4.75°、在波長λ530nm(相當於綠色)為4.00°、在波長λ470nm(相當於藍色)為3.55°。可得知若當像素間距d由13.7μm變小為7.6μm時，繞射角度間距β會變大。

另一方面，以光學系統的高對比化及小型化，甚至低成本化為目的而言，照明光學系統4大多採用非遠心光學系統(Non-Telecentric Optical System)。於此非遠心光學系統的情況，一般而言，朝DMD元件2之射入光線的射入角度，係依DMD元件2之影像形成區域內的位置而不同。

在第5圖中，將射入至DMD元件2之下部的光線51之射入角51a，與將射入至DMD元件2之上部的光線52之射入角52a進行比較。可得知光線51之射入角51a較光線52之射入角52a為大。如此，可得知特別是在非遠心光學系統的情況，在DMD元件2的影像形成區域內的位置與射入角度α會產生偏差。再者，光線51、52係以虛線的箭號表示。

射入至DMD元件2的光線之射入角度α一旦不同，第3圖所示之正反射光20b亦會不同。第6圖係為顯示射入角度α變化時之繞射角度間距β之變化的圖。第6圖中之縱軸係為繞射角度間距β，橫軸為射入角度α。繞射角度間距β係為將像素間距d設為7.6μm，將波長設為530nm，並基於式(1)加以計算。如第6圖所示，當射入角度α變大，則繞射角度間距β也變大。也就是說，若DMD元件2的影像形成區域中之射入角度α有差異時，繞射角度間距β也會產生差異。

第7圖係為顯示光束射入至投影光學系統3之射入側的開口部31之示意圖。再者，光線20a係以實線之箭號表示，繞射光係以虛線之箭號表示。投影光學系統3之射入側的開口部31之大小係因應投影光學系統3的FNO值而規定。亦即，投影光學系統3的FNO值為大的情況，射入側的開口部31之大小會變小。也就是說，投影光學系統3成為小口徑。相反地，投影光學系統3的FNO值為小的情況，射入側的開口部31之大小就會變大。也就是說，投影光學系統3成為大口徑。

如第7圖所示，±1次的繞射光線21a、21b係射入於投影光學系統3之射入側的開口部31。但是，由第7圖可得知，2次以上之高次的繞射光線係無法射入至投影光學系統3之射入側的開口部31。另外，亦可得知當投影光學系統3之射入側的開口部31為固定之大小的情況，一旦射入光20a之射入角α改變，射入之繞射光線的光量也會改變。其原因在於，射入至射入側的開口部31之繞射光的次數係在正(plus)側與負(minus)側改變之故。

另一方面，當射入側之開口部31的大小改變時，即使射入角度α相同，射入至投影光學系統3之射入側的開口部31之繞射光線的光量亦會改變。所謂「射入側的開口部31之大小改變」，係為投影光學系統3之FNO改變。由第7圖亦可得知，為了實現高對比化，當將投影光學系統3的FNO放大時，射入之繞射光線的光量會變少。其原因在於，當將射入側的開口部31之大小縮小時，高次之繞射光線便無法射入至射入側的開口部31之故。

因為諸如此類之種種要因，而有由DMD元件2的影像形成區域2a射入至投影光學系統3的射入側之開口部31之光束的光量變為不均勻的情形。例如，可列舉出因光學系統的像差或構成之影響，而造成DMD元件2的影像形成區域2a之光束的射入角度產生差異的情況、使投影光學系統3的FNO放大之情況、及DMD元件2窄間距化之情況等。當由DMD元件2的影像形成區域2a射入至投影光學系統3的射入側之開口部31之光束的光量變為不均勻時，就會產生螢幕5之影像顯示面的照度不均或色彩不均，而導致顯示於螢幕5的影像顯示面之影像的劣化。

因此，就螢幕5之影像顯示面的照度不均或顏色不均之改善方法進行說明。將螢幕5的影像顯示面予以分割，並藉由測定或模擬(simulation)來確認各分割區域的照度分布。第8圖所示之例中，係將螢幕5的影像顯示面分割成9個區域。再者，亦可將DMD元件2的影像形成區域2a分割成9個區域，而不將螢幕5的影像顯示面分割成9個區域。再者，複數個分割區域可為以縱M行(M為2以上之整數)排列成橫N列(M為2以上之整數)之複數個區域，亦可為3行3列以外之區域。

第9圖顯示開口規定構件6之開口部6a之形狀的示意圖。一般的開口規定構件係如第9圖所示之開口規定構件6，以圓形的開口部6a來規定照明光束直徑並控制照明光束量。

將螢幕5的影像顯示面分割為9個之照度分布結果之一例顯示於第10圖。第10圖係為以螢幕5之影像顯示面之中央(第8圖中之分割區域105)為基準，顯示各分割區域之相對亮度。縱軸為相對亮度，橫軸為螢幕5上之影像顯示面的分割區域。相對亮度雖一般有表示照度、亮度、或設計上之亮度的值等，惟在實施形態1中，係以照度顯示。再者，於此，雖為了說明照度不均而顯示關於亮度之特性，惟關於色彩不均之情況，關於色度之等色彩之特性，亦能適用同樣的思考方式。

第10圖係為當以成為螢幕5之影像顯示面的中央之分割區域105為基準時，以相對值顯示螢幕5的影像顯示面中之亮度者。在第8圖之分割區域101中，亮度的相對值為0.7，在分割區域102中，亮度的相對值為0.75，在分割區域103中，亮度的相對值為0.8。如此，根據第10圖，可得知螢幕5的影像顯示面之亮度的不均勻偏大。

如第10圖所示，就關於消除螢幕5的影像顯示面之照度不均的方法進行說明。如第2圖所示，DMD元件2與光強度均勻化元件41的射出面41b係處於光學性的共軛關係。因此，假設在光強度均勻化元件41的射出面41b附近設置補正照度不均的構造，則會產生在DMD元件2上的影像形成區域2a光束短缺而顯示暗影(暗化部份)之缺失。

另一方面，投影光學系統3之射入側的開口部31及照明光學系統4的光圈位置45，係與螢幕5不處於光學性的共軛關係。照明光學系統4的光圈位置45係位於與射入側的開口部31光學性共軛之位置。因此，即使在此等位置設置補正照度不均之構造，亦不會產生於螢幕5之影像顯示面上光束短缺而顯示暗影(暗化部份)之缺失，而能調節光量。

例如，為了消除第10圖所示之螢幕5的影像顯示面中之照度不均，故將開口規定構件6配置在照明光學系統4的光圈位置45附近。就該開口規定構件6之形狀進行探討。

將第9圖之開口規定構件6予以改善的開口規定構件61顯示於第11圖。第11圖係顯示開口規定構件61，用以消除螢幕5的影像顯示面中之照度不均。第11圖係為顯示開口規定構件61之開口部61a之形狀的示意圖。開口規定構件61之開口部61a並非如同第9圖所示之開口部6a的圓形，而成為補正螢幕5的影像顯示面之照度不均或色彩不均之形狀。也就是說，於第11圖中之右側設有矩形之開口區域(缺口部)61b。

特別對第10圖所示之相對亮度低(光量少)之分割區域101、102、103之光量影響大的開口部61a的區域，係成為第11圖所示之矩形之開口區域61b的部份。因朝分割區域101、102、103之光量少，故開口規定構件61的形狀係對應於分割區域101、102、103，例如新設置矩形之開口區域61b。亦即，開口規定構件61的開口部61a係在圓形的開口部追加矩形的開口區域61b，而能容納較多之光量。

第11圖係為採用開口規定構件61時之螢幕5的影像顯示面之照度分布。在第11圖中，縱軸係為相對亮度，橫軸係為螢幕5上之影像顯示面的分割區域。菱形的點顯示使用開口規定構件6時之值，而三角形的點係顯示使用開口規定構件61時之值。相對亮度之測定方法係與第8圖相同。第12圖中，相較於配置了具有圓形之開口部的開口規定構件6之情況，可得知在開口規定構件61之情況，螢幕5之影像顯示面的分割區域101、102、103的光量會增加，而改善影像顯示面之照度分布。

有關實施形態1之投影型顯示裝置，係為了將螢幕5之影像顯示面的輝度不均或色彩不均加以補正，而在與投影光學系統之射入側的開口部31成為共軛位置的附近之光傳播路徑上，配置將開口予以規定之開口規定構件6、61。此開口規定構件6、61係形成為將螢幕5的影像顯示面之照度分布予以補正的形狀。若於此位置配置開口規定構件6、61，則能縮小開口規定構件6、61。另外，能抑制光線利用效率之劣化，並將螢幕5之影像顯示面的照度分布予以補正。

再者，設在與投影光學系統之射入側的開口部31成共軛位置之附近的理由，係因透鏡框等構造物的關係，而有無法將開口規定構件6、61配置在共軛位置上之情況。因此，在設計上，有在抑制弊害的範圍內將開口規定構件6、61配置在離開共軛位置之位置之情況。以第1圖之例說明時，依據光學系統之設計，共軛位置距離照明光學系統4之中繼透鏡群42之射出面非常近，而無法以中繼透鏡群42與透鏡框之關係配置在共軛位置上。共軛位置係因光學系統的設計不同，雖有成為鏡片群43的射出端側之情況，惟在此情況下，因與鏡片群43的保持構件之干涉，亦將開口規定構件6、61的配置位置加以移動。

因此，若根據有關實施形態1之投影型顯示裝置，可得到以下效果：能以低成本之簡易構成，構成光線利用率良好、並抑制在螢幕5之影像顯示面中之照度不均或色彩不均而顯示良好影像的光學系統。再者，根據有關實施形態1之投影型顯示裝置，亦能得到容易將光學系統小型化之效果。再者，照度分布係在任意之平面中，顯示對於以2維表示之位置的照度高低之分布。

如同以上之說明，根據有關實施形態1之投影型顯示裝置，藉由將調整投影光量之開口規定構件6，配置於照明光學系統4的光圈位置45附近，即不會產生在DMD元件2上的影像形成區域2a光束短缺而顯示暗影(暗化部份)的缺失。

另外，根據有關實施形態1之投影型顯示裝置，因將開口規定構件6、61做成為不同形狀，以補正螢幕5之影像顯示面的照度不均或色彩不均，故能良好地補正螢幕5之影像顯示面的照度不均或色彩不均。如此，使用小型且廉價之開口規定構件，而能良好地補正螢幕5的影像顯示面之照度不均或色彩不均。

(實施形態2)

在實施形態2中，針對進一步改善藉由採用實施形態1之開口規定構件61(第11圖)所得之照度分布(第12圖)之開口規定構件63進行說明。第8圖所示之分割區域107，相較於其他分割區域光量較少。將用以改善分割區域107的開口部62a進行探討。

第13圖係為顯示開口規定構件62之開口部62a之形狀之正面圖。在第13圖中，除了開口規定構件61的開口區域61b之外，開口規定構件62的開口部62a復具備矩形的開口區域62c。開口區域62c係對應於螢幕5之影像顯示面的分割區域107。

第14圖係為顯示採用開口規定構件62時之螢幕5之影像顯示面之照度分布。縱軸為相對亮度，橫軸為螢幕5上之影像顯示面的分割區域。菱形的點係顯示使用開口規定構件6之情況的值，而三角形的點係顯示使用開口規定構件62之情況的值。如第14圖所示，與採用開口規定構件61之情況相比較，可得知螢幕5之影像顯示面的分割區域107的光量會增加，而改善螢幕5之影像顯示面之照度分布。

有關實施形態2之投影型顯示裝置，係為了將螢幕5之影像顯示面之亮度不均亦或色彩不均予以補正，而配置將開口予以規定之開口規定構件62。此開口規定構件62係形成為將螢幕5的影像顯示面之照度分布予以補正之形狀。例如，藉由在對應於由正面觀看螢幕5時相對較暗之區域的開口規定構件配置缺口部62b，即能縮小開口規定構件62、63。另外，能抑制光線之利用效率的劣化，而將螢幕5的影像顯示面之照度分布予以補正。

(實施形態3)

在實施形態3中，針對進一步改善藉由採用實施方式2之開口規定構件62(第13圖)所得之照度分布(第14圖)的開口規定構件63進行說明。於實施形態2中，如第14圖所示，分割區域108之相對亮度係較其他分割區域之相對亮度更為明亮。實施形態3中，開口規定構件63，係具有能減低分割區域108之相對亮度之形狀。第15圖係為示意顯示實施形態3之開口規定構件63的開口部63a之形狀的正面圖。第15圖所示之開口規定構件63的開口部63a，係做成設有將對應於螢幕5的影像顯示面之分割區域107之開口規定部63的區域63d予以遮光之突出部的形狀。

第16圖係顯示在採用開口規定構件63時之螢幕5的影像顯示面之照度分布。縱軸為相對亮度，橫軸為螢幕5上之影像顯示面的分割區域。第16圖中，菱形的點為使用開口規定構件6之情況的值，三角形的點係顯示使用開口規定構件63之情況的值。如第16圖所示，可得知螢幕5之影像顯示區域的分割區域108之光量會減少，進一步改善影像顯示面之照度分布。

有關實施形態3之投影型顯示裝置，係為了將螢幕5的影像顯示面之亮度不均或色彩不均予以補正，而在與投影光學系統之射入側的開口部31之共軛位置附近的光傳播路徑上，配置將開口予以規定之開口規定構件63。此開口規定構件63係形成為將螢幕5的影像顯示面的照度分布予以補正之形狀。若於此位置配置開口規定構件63，則能縮小開口規定構件63。另外，能抑制光線之利用效率的劣化，並將螢幕5之影像顯示面的照度分布予以補正。

(變形例)

在上述實施形態1至3中，雖已說明使用DMD元件以作為光閥的情況，惟亦可使用諸如穿透型或者反射型之液晶顯示元件的其他光閥。

在上述實施形態1至3中，雖已說明開口規定構件5之缺口部及突出部為矩形的情況，惟若為順應照明光學系統之構造、配置、特性而提升照度均勻性的形狀，亦可為矩形以外之形狀，例如包含曲線之形狀。

在上述實施形態1至3中，雖已說明除了具備圓形開口部之外並具備缺口部或突出部之形狀，惟若為順應照明光學系統之構造、配置、特性而提升照度均勻性的形狀，亦可除了具備橢圓形的開口部等圓形以外的開口部，復具備缺口部或突出部。

於上述實施形態1至3中，有使用表示「平行」、「垂直」等零件間之位置關係或零件形狀的用語之情況，及大致正方形、大致90度以及大致平形等附加「大致」亦或「大體上」等用語的表現之情況。此等係表示包含考慮製造上之公差及結構上之偏差等之範圍。因此，在申請專利範圍中，即使例如有未記載「大致」等表現存在之情況，該表現亦為包含考慮製造上之公差及結構上之偏差等之範圍者。另外，在申請專利範圍中，例如記載有「大致」之情況，係表示包含考慮製造上之公差及結構上之偏差等之範圍。

1．．．光源燈

2．．．DMD元件(光閥)

2a．．．被照明面(影像形成區域)

2b．．．微鏡

2c．．．反射面

3．．．投影光學系統

4．．．照明光學系統

5．．．螢幕

6、61、62、63．．．開口規定構件

6a、61a、62a、63a．．．開口部

11a．．．發光體

11b．．．橢圓面鏡

20a．．．光線

20b．．．正反射光

21a、21b、22a、22b、23a、23b．．．繞射光線

31．．．射入側之開口部

41．．．光強度均勻化元件

41a．．．射入面

41b．．．射出面

42．．．中繼透鏡群(第2光學系統)

42a、42b．．．透鏡

43．．．鏡片群(第3光學系統)

43a．．．第1鏡片

43b．．．第2鏡片

45．．．照明光學系統之光圈位置

51、52．．．光線

51a、52a．．．射入角

61b、62b、62c、63b、63c．．．開口區域(缺口部、開口擴張部)

63d．．．遮光區域(突出部、開口縮小部)

101至109．．．分割區域

d．．．像素間距

m．．．繞射次數

α．．．射入角度

β．．．繞射角度間距

λ．．．波長

第1圖係為將有關本發明實施形態1至3之投影型顯示裝置的光學系統之構成予以概略顯示之構成圖。

第2圖係為顯示有關實施形態1至3之照明光學系統的光圈位置之示意圖。

第3圖(a)及(b)係為將有關實施形態1至3之DMD元件之微鏡群的一部份予以概略顯示之正面圖以及說明繞射光線之示意圖。

第4圖係為有關實施形態1至3之DMD元件上之繞射光線的繞射角度間距之說明圖。

第5圖係為顯示有關實施形態1至3之朝向投影光學系統之射入光束的一例之示意圖。

第6圖係為顯示有關實施形態1至3之DMD元件之繞射角度的計算例之圖。

第7圖係為顯示有關實施形態1至3之DMD元件之繞射光線之示意圖。

第8圖係為顯示有關實施形態1至3之螢幕的影像顯示面之分割區域之例的說明圖。

第9圖係為顯示有關比較例之開口規定構件的形狀之正面圖。

第10圖係為顯示有關比較例之使用開口規定構件時的螢幕之影像顯示面之亮度特性的說明圖。

第11圖係為顯示有關實施形態1之開口規定構件的形狀之正面圖。

第12圖係為顯示有關實施形態1之螢幕之影像顯示面之亮度特性的說明圖。

第13圖係為顯示有關實施形態2之開口規定構件的形狀之正面圖。

第14圖係為顯示有關實施形態2之螢幕之影像顯示面之亮度特性的說明圖。

第15圖係為將有關實施形態3之開口規定構件的形狀予以示意顯示之正面圖。

第16圖係為顯示有關實施形態3之螢幕之影像顯示面之亮度特性的說明圖。

1．．．光源燈

2．．．DMD元件(光閥)

2a．．．被照明面(影像形成區域)

3．．．投影光學系統

4．．．照明光學系統

5．．．螢幕

6．．．開口規定構件

11a．．．發光體

11b．．．橢圓面鏡

41．．．光強度均勻化元件

41a．．．射入面

41b．．．射出面

42．．．中繼透鏡群(第2光學系統)

42a、42b．．．透鏡

43．．．鏡片群(第3光學系統)

43a．．．第1鏡片

43b．．．第2鏡片

45．．．照明光學系統之光圈位置

Claims (10)

1. 一種投影型顯示裝置，係具有：光源，將光束射出；光閥，具有因應輸入影像資訊而形成影像的影像形成區域；照明光學系統，將前述光束照射至前述影像形成區域；投影光學系統，將根據形成於前述影像形成區域之前述影像所調變之前述光束，投影於螢幕的影像顯示面上；前述照明光學系統係包含：光強度均勻化元件，將由前述光源射出之前述光束之強度分布予以均勻化；第1光學系統，將以前述光強度均勻化元件所均勻化之前述光束導引至前述影像形成區域；開口規定構件，設置於前述第1光學系統內之前述光束的傳播路徑上，並具有遮擋前述光束之遮光部與使前述光束通過之開口部；前述開口規定構件，係配置於不與前述螢幕成為光學性的共軛關係之位置，且具有開口擴張部與開口縮小部之至少一方，該開口擴張部係依據將前述影像形成區域或前述螢幕之影像顯示面予以分割所得之複數個分割區域中相對性的 照度，設置於對應於前述複數個分割區域內之前述相對性的低照度分割區域之位置，且屬於縮小前述遮光部並擴大前述開口部之缺口區域；該開口縮小部係設置於對應於前述複數個分割區域內之前述相對性的高照度分割區域之位置，且屬於擴大前述遮光部並縮小前述開口部之突出部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之投影型顯示裝置，其中，前述開口擴張部的形狀或前述開口縮小部的形狀，係使用前述相對性的照度的實測值來求取者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之投影型顯示裝置，其中，前述開口擴張部的形狀或前述開口縮小部的形狀係使用前述相對性的照度的計算值來求取者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之投影型顯示裝置，其中，前述開口規定構件係配置於與屬於前述投影光學系統之光束射入側之投影光學系統開口部共軛之位置或前述共軛位置附近。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之投影型顯示裝置，其中，在由前述開口擴張部擴張之前及由前述開口縮小部縮小之前的前述開口部之形狀係為圓形。
6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之投影型顯示裝置，其中，前述開口擴張部係為使前述遮光部之內周向外側切口之區域， 前述開口縮小部係為使前述遮光部之內周向內側突出之區域。
7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之投影型顯示裝置，其中，前述複數個分割區域，係以縱M行(M為2以上之整數)排列成橫N列(M為2以上之整數)之複數個區域。
8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之投影型顯示裝置，其中，前述第1光學系統係包含：第2光學系統，將前述光束之直徑予以變更；第3光學系統，將前述光束之行進方向予以變更；前述開口規定構件係配置於下述任一位置：前述第2光學系統與前述第3光學系統之間、前述第2光學系統之內部、及前述第3光學系統之內部。
9. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之投影型顯示裝置，其中，前述光閥係具有將各自之反射面的傾斜角因應前述輸入影像資訊進行切換之複數片可動微鏡。
10. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之投影型顯示裝置，其中，前述光閥係為將前述光束因應前述影像資訊進行調變之液晶光閥。