CN103091961B - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

公开了图像显示装置，包括：照射光学系统，配置为由该照射光学系统照射的图像显示元件，配置为将来自该图像显示元件的光投影到屏幕上的投影光学系统，以及提供在该屏幕与该投影光学系统之间的防尘部件，其中，该投影光学系统包括由多个透镜组成的投影透镜和配置为将通过该投影透镜发射的反射光向着该屏幕反射的反射镜，并且其中，该防尘部件配置为减轻要投影到该屏幕上的反射光的照度分布的不规则性。

Description

图像显示装置

技术领域

本发明的方面涉及图像显示装置。

背景技术

已知图像显示装置能够显示放大和投影的图像，即使与现有和传统的图像显示装置相比达成其更接近要投影到其上的表面的布置。这种图像显示装置被称为短距投影仪。短距投影仪的目标如下。第一目标是防止投影光进入站在屏幕附近的呈现者(如解说人或发言人)眼睛(这引起目眩)，且第二目标是不使得来自投影仪的排气或噪声的影响使正在听呈现者的呈现的听众分神。

短距投影仪中包括有多种类型的投影光学系统。例如，有增加现有(同轴/旋转对称)投影光学系统的视角以减小距屏幕表面的距离的类型，以及使用曲面镜的类型。对于增加投影光学系统的视角的类型，有可能作为现有技术的扩展实现短距投影。然而，需要增加屏幕附近的镜头的外径，因此，投影仪的全长很大。

同时，对于使用曲面镜的类型，有可能小型化投影光学系统和实现在更短距离处的投影。对于使用曲面镜的类型，例如，日本专利号4329863或日本专利号3727543中描述有这种发明。日本专利号4329863中描述的发明是将凹面镜布置在透镜光学系统之后以进行投影的类型。日本专利号3727543中描述的发明是将凸面镜布置在透镜光学系统之后以进行投影的类型。对于这些类型中的任意，有可能仅通过按顺序布置(各)透镜和(各)反射镜进行设置，因此，有可能增加各组件的布置的精度。然而，需要增加透镜光学系统与反射镜之间的距离，因此，投影光学系统很大。

对于能够减小透镜与反射镜之间的距离的使用曲面镜的类型，日本专利申请公开号2009-157223或日本专利申请公开号2009-145672中描述有这种发明。日本专利申请公开号2009-157223和日本专利申请公开号2009-145672中描述的发明中，透镜光学系统与反射镜之间的长光路被通过布置折叠反射镜折叠以达成光学系统的小型化。

日本专利申请公开号2009-157223中描述的发明中，紧挨着透镜光学系统按顺序布置凹面镜和凸面镜。此外，日本专利申请公开号2009-145672中描述的发明中，凹面镜之后布置平面镜。日本专利申请公开号2009-157223和日本专利申请公开号2009-145672中描述的任一光学系统中，从图像显示元件到曲面镜的距离长。因此，当从屏幕到投影仪本体的距离相比现有技术进一步减小时，光学系统本体的长度引起由缺乏空间造成的问题。

为了解决这种关于“光学系统本身的尺寸”的问题，日本专利号4210314中描述有这种发明。在日本专利号4210314中，投影光学系统被描述为，其中，屏幕表面和图像显示元件的显示表面彼此垂直。当采用这种垂直类型时，即使减小屏幕与投影仪本体之间的距离，投影光学系统本身的长度也不会引起由缺乏空间造成的问题。

然而，当如同日本专利号4210314中描述的投影光学系统，投影透镜被提供为平行于屏幕时，与其中投影光学系统垂直于屏幕的水平类型投影仪中的投影光学系统相比，污染物更容易粘附至投影透镜或反射镜。此外，粘附的污染物通常会处于落在垂直类型投影光学系统上的状况下，因此，不会被重力自然移除，其中，这种残留造成污染物反映在屏幕表面上的状况。

对于这种污染物的对策，已知有其中在投影透镜上放置有防尘盖的投影式图像显示装置(例如，参看日本专利号4467609)。日本专利号4467609中描述的投影式图像显示装置包括垂直于地板提供的本体上的屏幕，其中，投影透镜、反射镜和保护盖中的每个布置在垂直于该本体的方向上。因此，这些元件布置为平行于地板。此外，光学调制元件的显示表面垂直于用于放置保护盖的表面，因此，日本专利号4467609中提供的保护盖的目的是防止使用者接触反射镜以改变其角度等。

日本专利号4467609描述了优选地根据用于保护盖的光学透明元件的种类来进行投影光学系统的光学设计，但是并未提及屏幕上的照度分布。此外，日本专利号4210314中所示出的包括垂直类型投影光学系统的图像显示装置中，还不知道用于解决屏幕上的照度分布的不规则性的发明。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种图像显示装置，包括：照射光学系统；配置为由该照射光学系统照射的图像显示元件；配置为将来自该图像显示元件的光投影到屏幕上的投影光学系统；以及提供在该屏幕与该投影光学系统之间的防尘部件，其中，该投影光学系统包括由多个透镜组成的投影透镜和配置为将通过该投影透镜发射的反射光反射至该屏幕的反射镜，并且其中，该防尘部件配置为减轻要投影到该屏幕上的反射光的照度分布的不规则性。

根据本发明的另一方面，提供了一种图像显示装置，其包括：照射光学系统，配置为由该照射光学系统照射的图像显示元件，配置为将来自该图像显示元件的光投影到屏幕上的投影光学系统，以及提供在该屏幕与该投影光学系统之间的防尘部件，其中，该投影光学系统包括由多个透镜组成的投影透镜和配置为将从该图像显示元件通过该投影透镜发射的光反射至该屏幕的反射镜，并且其中，该防尘部件包括在45度入射角处具有98％或更大的透射率并且在70度入射角处具有80％或更大的透射率的抗反射涂层。

附图说明

图1是示出当从一个方向观察时根据本发明实施例的图像显示装置的重点部分的示例的侧视图；

图2是示出图像显示装置中包括的反射式图像显示元件上的照度分布的示例的等值线图；

图3是示出由图像显示装置投影到屏幕上的投影光的照度分布的示例的等值线图；

图4是示出图像显示装置中包括的防尘玻璃上的投影光的入射角与投影到屏幕上的位置之间的关系的示例的侧视图；

图5是示出图像显示装置中包括的防尘玻璃上的投影光的入射角与投影到屏幕上的位置之间的关系的示例的正视图；

图6是示出图像显示装置中包括的防尘玻璃的透射率与其上入射角之间的相关性的示例的图表；

图7是示出图像显示装置中包括的防尘玻璃上的透射率分布的示例的等值线图；

图8A和图8B分别是示出图像显示装置中包括的图像显示元件上的照度分布的示例的等值线图和示出其中防尘玻璃上的透射率图的示例的等值线图；

图9是示出通过将图像显示装置中包括的图像显示元件上的照度分布与防尘玻璃上的透射率分布相乘所提供的屏幕上的照度分布的示例的等值线图；

图10A和图10B分别是未包括抗反射涂层的情况下示出图像显示装置中的防尘玻璃上的透射率分布的示例的等值线图和包括抗反射涂层的情况下的等值线图；

图11A和图11B分别是示出图像显示装置中包括的色轮的示例的正视图和侧视图；

图12是示出图像显示装置中包括的照射均匀化元件的示例的透视图；

图13A、图13B、图13C和图13D分别是示出图像显示装置中包括的反射式图像显示元件的示例的平面图、部分放大图、侧视图和投影光反射状况图；

图14A和图14B分别是示出图像显示装置中包括的光源和灯反射器的示例的正视图和侧视图；

图15是示出图像显示装置中包括的照射光学系统的示例的示意图；

图16是用于示出图像显示装置中包括的第二照射反射镜的轮廓的示例的正视图。

具体实施方式

根据本发明实施例的图像显示装置的(各)示例将使用下面的附图进行描述。图1是示出是根据本发明实施例的图像显示装置的实例的投影仪100中包括的照射光学系统和投影光学系统的配置的示例的侧视图。在图1中，水平面上的一个方向、水平面上与其正交的一个方向和垂直方向上与x轴和z轴均正交的轴分别是x轴、z轴和y轴。光源1在其内部包括由氙灯、汞灯或金属卤化物灯等组成的发光体。从发光体发射的照射光由作为发光体内部所提供的光反射器的聚光镜(聚光器)在预定位置处会聚。该图中未示出的灯盖(防爆盖)附于光源1的前端。

在图1中，光混合元件2是照射均匀化元件，其布置在从光源1发射的照射光的光路上，其中，光混合元件2的入射端定位在照射光的焦点位置附近。对于光混合元件2，在本实例中使用众所周知的具有矩形开口的光通道。这种光通道通过使用和组合具有内部反射表面的四块板状反射镜以形成四边形管来提供。在光通道的一端附近是照射光的焦点位置，借此，照射光进入光通道。该入射光的反射由四块反射镜的内部表面重复进行，并且具有均匀化照度分布和矩形截面的照射光从光通道的另一端处的出射端发射。对于光混合元件2，可以使用除了光通道之外的公知的棒积分器(rodintegrator)、光管等。

在从光混合元件2发射的照射光的路径上，由多个中继透镜组成的聚光透镜3、用于照射的第一反射镜4、用于照射的第二反射镜5按顺序布置。聚光透镜3和用于照射的第一反射镜4提供在从光混合元件2发射的照射光的大体笔直的路径上。用于照射的第一反射镜4是柱面镜，并且放置为关于x轴的方向和z轴的方向两者倾斜的向上倾斜的朝向，以便从光混合元件2发射的照射光被折叠并且向着向上倾斜的方向反射。用于照射的第二反射镜5是凹面镜，并且放置为关于x轴的方向和z轴的方向两者倾斜的向下倾斜的朝向，以便来自用于照射的第一反射镜4的反射光被折叠并且向着向下布置的反射式图像显示元件DMD7向下反射。

如图16中所示，用于照射的第二反射镜5具有缺口51。因此，DMD7侧面的镜筒10并不与其机械地重叠。从光源1到用于照射的第二反射镜5的光学系统构成用于照射DMD7的照射光学系统。

因此，照射光透射通过聚光透镜3并且依次由用于照射的第一反射镜4和用于照射的第二反射镜5反射，借此，照射光的截面形状成形并且从用于照射的第二反射镜5反射的照射光照射DMD7。盖玻璃6布置在DMD7的正面上。DMD7大体沿着水平面(xz平面)布置，其中，当DMD7中包括的微镜打开时，通过用于照射的反射镜5发射的照射光在垂直方向上向上反射。光混合元件2的出射端和下面提到的DMD7的微镜表面提供在关于由聚光透镜3、用于照射的第一反射镜4和用于照射的第二反射镜5组成的照射光学系统的共轭位置处，其中，光混合元件2的出射端处的均匀化照射光均匀地照射DMD7的微镜表面。

如上所述，当从聚光透镜3经用于照射的第一反射镜4、用于照射的第二反射镜5和DMD7行进到投影光学系统8时，照射光被三维地反射几次。于是，为了上述每个部件不干扰照射光，当从平面上的方向观察时，用于照射的第一反射镜4和用于照射的第二反射镜5关于x轴和y轴的方向倾斜并且集中于并布置在投影光学系统8的光轴周围。

另外，作为反射式图像显示元件的DMD用作下述实例中的图像显示元件的示例。然而，在根据本发明实施例的图像显示装置中，图像显示元件并不限于DMD，可使用另一图像显示元件，例如，液晶面板。

在图1中，投影光学系统8由镜筒10内部保持的投影透镜系统和投影反射镜组成，其中，该投影反射镜由第一投影反射镜11和第二投影反射镜12组成。该投影透镜系统由从入射端处的透镜到出射端处的透镜的多个透镜组成。防尘玻璃9布置为平行于第一投影反射镜11和第二投影反射镜12的上端附近包括x轴和z轴的平面。根据本实例的投影仪100并入该图中未示出的壳体中，其中，为了该图像显示装置的内部的防尘，防尘玻璃9嵌入该壳体上端处的开口，即，在投影光学系统8与作为要投影到的表面的屏幕20之间。

如图1所示，xz平面是平行于地板表面的平面，并且DMD7平行于地板表面放置。防尘玻璃9也平行于地板表面放置。因此，DMD7的图像显示表面平行于防尘玻璃9。防尘玻璃9平行于地板表面放置从而被稳定地放置。对于防尘玻璃9，考虑到入射角控制、制造和加工及其成本，可取的是使用平行的平板玻璃。

此外，如图1中所示，防尘玻璃9放置在投影光学系统8的顶部上。该位置接触外部，且因此，很有可能接触另一物体。如果防尘玻璃9由接触损坏，就不能达成防尘功能，并且进一步，可能损坏第二投影反射镜12、第一投影反射镜11或布置在投影仪100内部的镜头。因此，对于防尘玻璃9，可取的是并不是简单的平板玻璃而是钢化玻璃。此外，对于防尘玻璃9的厚度(板厚度)，可取的是3mm或更大。

在此，图2示出在上述配置中使用的DMD7的所有微镜处于打开状态的情况下所提供的照度分布的示例。在图2中的两条长边之中，在下侧沿着长边的照度分布中，中央附近的照度特别高。与此相比，沿着上部长边的照度分布通常具有比沿着下部长边的照度分布中更多的低部分。即，提供DMD7上的下部长边被照射得比其上的上部长边更亮的状况。DMD7上的照度分布由光源1的光朝向分布，光混合元件2的开口的形状和尺寸，聚光透镜3、用于照射的第一反射镜4和用于照射的第二反射镜5的表面形状，以及这些光学组件的空间布置确定。

当DMD7上的照度分布处于图2中所示的状况时并且当根据上述照度分布的图像投影光通过投影光学系统8投影到作为要投影到的表面并且该图中未示出的屏幕上时，关于图2中所示照度分布中的方向反转向上和向下方向以便屏幕的下侧一侧的图像亮而屏幕的上侧的图像相对暗。图3示出要投影和显示的图像的对角线尺寸是80英寸的情况下的照度分布的示例。

在图3中，与DMD7上的照度分布(参看图2)相比，屏幕上的照度分布稍微被投影光学系统8的影响改变。在图3中，屏幕上的照度分布的中央部分对应于要投影的图像的中央部分。如图3中所示，具有高照度的区域(亮区域)集中在图像的中央部分。此外，与天花板(上)侧相比，图像的地板(下)侧具有扩展的亮部分。另一方面，天花板侧处的左和右端部分很暗。因此，通过关联DMD7上的照度分布的不均匀，屏幕上的照度分布也是不均匀的。如果同一屏幕上的照度分布是不均匀的，则要投影的图像的亮度中会出现不规则性并且图像质量并不优选。

如图1中所示，从DMD7反射的光(投影光)入射在投影光学系统8上，透射通过投影透镜，由第一投影反射镜11折叠，由作为自由形态反射镜的第二投影反射镜12反射，穿过防尘玻璃9，并且到达屏幕。入射在防尘玻璃9上的从第二投影反射镜12反射的投影光的入射角为各种角度。

在此，将通过使用图4描述防尘玻璃9上的入射角与到达屏幕上的光的位置之间的关系的示例。图4是其中从z轴方向观察组成投影光学系统8的第二投影反射镜12和从第二投影反射镜12反射并指向屏幕20的投影光的侧视图的示例。在图4中，符号A、B和C指示屏幕20上投影光到达的位置的示例。位置A、位置B和位置C分别是屏幕20的上侧、屏幕20的中央和屏幕20的下侧。

如图4所示，当从第二投影反射镜12反射并到达位置A的投影光关于防尘玻璃9的入射角，类似地，到达位置B的投影光关于防尘玻璃9的入射角，以及到达位置C的投影光关于防尘玻璃9的入射角分别是a、b和c时，到达屏幕20的下侧(地板侧)处位置C的投影光关于防尘玻璃9的入射角大，而到达该屏幕的上侧(天花板侧)处位置A的投影光关于防尘玻璃9的入射角小。具有大入射角的投影光的透射率小，而具有小入射角的投影光的透射率高。即，到达位置A的投影光的透射率高，而到达位置C的投影光的透射率低。

接着，将通过使用图5描述到达屏幕20上四个角处的投影光及其关于防尘玻璃9的入射角的示例。在图5中，屏幕20由水平长矩形指示，其四个角从左上按顺时针顺序提供有附图标记21、22、23和24。

从第二投影反射镜12反射并到达位置21的投影光以及从第二投影反射镜12反射并到达位置22的投影光关于防尘玻璃9的入射角例如是36.5°。同样，从第二投影反射镜12反射并到达位置23的投影光以及从第二投影反射镜12反射并到达位置24的投影光关于防尘玻璃9的入射角例如是80.2°

因此，根据屏幕20上到达的位置，投影光关于防尘玻璃9的入射角不同。即，对于屏幕20的上侧，投影光关于防尘玻璃9的入射角小，而对于屏幕20的下侧，投影光关于防尘玻璃9的入射角大。

接着，将通过使用图6描述防尘玻璃的透射率与对于其的入射角之间的关系。图6是示出对于具有抗反射涂层的防尘玻璃9的入射角与其透射率之间的关系的图表，其中，横轴和纵轴分别指示入射角(度)和透射率(％)。如图6中所示，当入射角大于50度时，后续透射率指示快速减小的趋势。

在图6中，45度入射角处的透射率约为98％，并且70度入射角处的透射率约为84％。如果透射率小于这一数值，由于防尘玻璃9而减轻屏幕上的照度分布中的不规则性的效果减小。因此，为了通过使用具有抗反射涂层的防尘玻璃9来减轻屏幕20上的照度分布中的不规则性，入射角与透射率之间的可取的关系是：45度入射角处的透射率是98％或更大并且70度入射角处的透射率是80％或更大。

根据已从第二投影反射镜12反射光的投影光到达屏幕20上的位置，防尘玻璃9的透射率不同，即，投影光的照度分布由通过防尘玻璃9的透射改变。因此，将通过使用图7描述防尘玻璃9上的入射位置，即，投影到屏幕20上的位置与防尘玻璃9的透射率之间的关系。

图7是示出DMD7的图像显示区域或投影到屏幕20上的矩形投影图像上的每个位置处的透射率分布的示例的等值线图。这种图表被称为透射率分布图，并且如图7中所示的分布被称为透射率分布。另外，屏幕20的高宽比是10∶16。

如图7中所示，具有高透射率的部分从中央延伸至图像显示区域的两个上端部分。此外，图像显示区域的两个下端部分处的透射率低。另外，虽然图7中的透射率的边界线是粗糙的，这是由粗网格引起的，并且事实上，提供平滑的分布。

接着，将通过使用图8A、图8B、图9、图10A和图10B描述由于防尘玻璃9的缘故屏幕20上的照度分布中的不规则性(不均匀)的减轻。首先，图8A是与图2中示出的DMD7上的照度分布的示例相同的等值线图。图8B是与图7中示出的防尘玻璃9上的透射率分布的示例相同的等值线图。如图8A中所示，DMD7上的照度分布中，下侧处有亮不规则性。此外，如图8B中所示，具有高透射率的区域从中央延伸至防尘玻璃9上的透射率分布的两个上端。

有可能通过将如图8A中所示的DMD7上的照度分布与如图8B所示的防尘玻璃9上的透射率分布相乘来消除屏幕20上的照度分布中的不规则性(不均匀)。图9是示出作为将DMD7上的照度分布与防尘玻璃9上的透射率分布相乘的结果而获得的屏幕20上的照度分布的示例的等值线图。如图9中所示，与DMD7上的照度分布(参看图2)相比，其中具有高照度的区域(亮区域)在屏幕20的下侧处在中央部分上延伸的“照度的不规则性”被减轻，并且，具有相似程度的照度的区域从中央附近到屏幕20的周边大致同心地分布。

接着，将描述防尘玻璃9上提供有抗反射涂层的情况下的透射率分布的示例。图10A是示出防尘玻璃9上没有提供抗反射涂层的情况下的透射率分布的示例的等值线图。图10B是示出防尘玻璃9上提供有抗反射涂层的情况下的透射率分布的示例的等值线图。当关注由图10A和图10B中符号F和G指示的线段插入的中央附近的区域时，与没有提供抗反射涂层的情况下的透射率分布相比，提供有抗反射涂层的情况下的透射率分布中下边缘(在屏幕上的下侧一侧)两端处的具有高透射率的区域更宽。

因此，当使用没有提供抗反射涂层的防尘玻璃9时，屏幕20上的照度分布并不可取，因为屏幕的下边缘的两端较暗。当使用提供有抗反射涂层的防尘玻璃9时，有可能更适当地减轻屏幕上的照度分布的不规则性。

另外，图2、图3和图9中示出的照度分布的等值线图是通过使用光线追迹计算软件的仿真实验获得的。

如上所述，由于根据本发明实施例的图像显示装置，有可能通过提供防尘玻璃防止污染物进入该装置的内部和附于光学元件，借此，有可能防止投影到屏幕上的图像上反映这种污染物引起的图像质量退化。

此外，提供具有形成与图像显示元件上的照度分布相反的分布的透射率分布的防尘玻璃，借此，有可能防止由投影到屏幕上的图像上的照度分布的不规则性引起的图像质量退化，其中，该不规则性容易在能够在短距离处投影图像的图像显示装置中引起，例如，其中图像的中央亮并且向周边(特别是，四个角)逐渐变暗的照度分布的不规则性。

在此，将通过表格1到表格5示出根据上述实例的投影仪100中包括的光学组件的规格。表格1和表格2分别示出从光源1到DMD7的每个光学组件的位置的坐标，以及每个光学系统的组件的规格。在表格1和表格2中，“光通道”指的是光混合元件2。此外，“第一中继透镜”和“第二中继透镜”、“第一折叠反射镜”以及“第二折叠反射镜”分别指的是组成聚光透镜3的第一透镜和第二透镜、用于照射的第一反射镜4以及用于照射的第二反射镜5。

(表格1)

照射系统组件的布置坐标

(表格2)

照射系统组件的细节

表格3示出要投影到屏幕20上的图像的尺寸是43英寸的情况下的投影光学系统的光学组件的布置坐标。表格4到表格6示出组成投影光学系统10的光学组件的规格。在表格3到表格6中，“折叠反射镜”和“自由形态反射镜”分别指的是第一投影反射镜11和第二投影反射镜12。

(表格3)

投影系统的布置坐标

(表格3-继续)

(表格4)

投影系统的透镜的细节

(表格5)

(表格6)

表格7示出作为组成投影光学系统10的自由形态反射镜的第二投影反射镜12的细节。

(表格7)

自由形态反射镜的细节

曲率半径R	∞	-	-
				非球面系数C2，0	5,861336E-03	非球面系数C8，3	-2.407363E-18
非球面系数C0，2	2,299409E-03	非球面系数C6，5	-9.526972E-19
				非球面系数C2，1	3.447998E-05	非球面系数C4，7	3.675664E-18
非球面系数C0，3	3.902964E-06	非球面系数C2，9	-5.348885E-18
				非球面系数C4，0	2.031034E-07	非球面系数C0，11	-8.796724E-19
非球面系数C2，2	4.709163E-07	非球面系数C12，0	1.280434E-20
				非球面系数C0，4	7.126801E-08	非球面系数C10，2	-3.018432E-20
非球面系数C4，1	4.007452E-07	非球面系数C8，4	-2.294161E-20
				非球面系数C2，3	5.067003E-09	非球面系数C6，6	1.615774E-19
非球面系数C0，5	-1.490065E-09	非球面系数C4，8	2.693197E-21
				非球面系数C6，0	-1.195799E-10	非球面系数C2，10	9.864725E-20
非球面系数C4，2	1.211113E-11	非球面系数C0，12	-8.337776E-21
				非球面系数C2，4	-8,261563E-11	非球面系数C12，1	1.485311E-22
非球面系数C0，6	1.615799E-10	非球面系数C10，3	1.098791E-21
				非球面系数C6，1	-4.124172E-10	非球面系数C8，5	5.367361E-22
非球面系数C4，3	-1.810118E-12	非球面系数C6，7	-3.052206E-21
				非球面系数C2，5	3.618342E-12	非球面系数C4，9	1.632099E-21
非球面系数C0，7	-3.759000E-12	非球面系数C2，11	2.499589E-22
				非球面系数C8，0	1.030317E-13	非球面系数C0，13	4.076615E-22
非球面系数C6，2	-3.644868E-14	非球面系数C14，0	-1.423270E-24
				非球面系数C4，4	1.388509E-13	非球面系数C12，2	5.605448E-24
非球面系数C2，6	-2.148588-14	非球面系数C10，4	4.172579E-24
				非球面系数C0，8	-4.698124E-14	非球面系数C8，6	-2.701329E-23
非球面系数C8，1	3.085129E-15	非球面系数C6，8	1.125883E-24
				非球面系数C6，3	2.856688E-15	非球面系数C4，10	-4.987119E-23
非球面系数C4，5	-1.090944E-15	非球面系数C2，12	-1.758726E-23

非球面系数C2，7	3,429217E-15	非球面系数C0，14	-3.613684E-24
				非球面系数C0，9	2.390548E-15	非球面系数C14，1	-4.066279E-27
非球面系数C10，0	-4.894122E-17	非球面系数C12，3	-1.931199E-25
				非球面系数C8，2	5.872508E-17	非球面系数C10，5	3.002305E-27
非球面系数C6，4	-1.117660E-17	非球面系数C8，7	3.511542E-25
				非球面系数C4，6	-2.254950E-16	非球面系数C6，9	1.893875E-25
非球面系数C2，8	5.642092E-18	非球面系数C4，11	3.499850E-25
				非球面系数C0，10	1.647124E-17	非球面系数C2，13	1.054943E-25
非球面系数C10，1	-1.051485E-18	非球面系数C0，15	8.602497E-27

表格4到表格6中所示非球面透镜的形状由公式1定义。

(公式1)

$z(x,y)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+{(1-c^2{r}^2)}^{1/2}}+\mathrm{\Σ}{c}_{2k}{r}_k^{2k}$

其中，c＝1/R和r＝(x²+y²)^1/2。

表格7中所示自由形态反射镜的形状由公式2定义。

(公式2)

$z(x,y)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+{(1-c^2{r}^2)}^{1/2}}+\underset{k,j}{\mathrm{\Σ}}{c}_{k,j}{x}^k{y}^k$

其中，c＝1/R和r＝（x²+y²)^1/2。

在作为根据本发明实施例的图像显示装置的实例的投影仪100中包括的光学组件中，上述实例中未被描述的那些示例中的一部分将在下面进行描述。

首先，将通过使用图11A和图11B描述根据本实例的投影仪100中包括的色轮(colorwheel)50。图11A是当从z轴的方向(光源1一侧)观察时色轮50的示意图。图11B是当从x轴的方向观察时色轮50的示意图。如图11A中所示，色轮50通过将圆盘51像圆形图那样分成多个区域并将不同的多层膜沉积到各个区域以提供不同颜色来提供。虽然色轮50中包括的颜色主要是红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)，但是如图11A中所示可将白色(W)增加到其。白色(W)是其上没有形成多层膜的区域。另外，色轮50上为什么提供白色(W)的理由是增加其亮度。此外，为了提高颜色再现性，黄色(Y)、品红(M)、青色(C)等可添加到色轮50上。

色轮50是用于将从由光源1发射的光分离出必要的光谱的分色部分。组成色轮50的圆盘51通过将各个滤色片提供到例如具有约40mm直径和约1mm厚度的玻璃上来提供。各颜色区域物理上分离。

此外，如图11B中所示，色轮50配置为高速旋转，其中，马达52的旋转轴耦合至圆盘51的旋转中心。其旋转速度大体为几千rpm(转每分钟)到一万rpm。色轮50提供有这些图中未示出的传感器，其包括能够感应各个颜色的位置信息的配置。这种传感器与色轮50的旋转控制同步，借此，有可能形成显示图像。

因此，色轮50以时分的方式(场顺序方式)产生每种颜色。DMD7中包括的微镜的响应速度为高速，因此，即使当彩色图像以场顺序方式形成时也不会发生问题。此外，由灯盖会聚的(少量的)中途光配置为在同一位置恒定地提供。图11A中的附图标记53表示如上所述的光斑。

接着，将描述作为照射均匀化元件的光混合元件2。图12是示意地示出光混合元件2的透视图。已经提到，光混合元件2通过以反射镜表面面向内部的方式粘合四块板状反射镜来形成。组成光混合元件2的各反射镜通过使用耐热性优良的粘合剂等来粘合。当光混合元件2长时，其内部表面处的反射次数增加，借此，有可能均匀化入射光分布。然而，当光混合元件长时，照射光学系统的全长大并且影响投影仪100的壳体的尺寸。因此，均匀化的程度与照射光学系统的尺寸之间的关系需要权衡。根据本实例的光混合元件2的长度是20mm到30mm，其中，25mm最佳。

例如，采用0.65英寸的DMD7对角线尺寸和10.8μm的像素间距P。那么，光混合元件2的内部尺寸约为6mm×3mm。对于光混合元件2中使用的反射镜的反射率，更可取的是98％或更大(在波长420nm-680nm处)。

此外，要用于光混合元件2的反射镜通常通过在玻璃表面上通过气相沉积成膜如银或铝的金属膜等来提供。在这种情况下，可应用介电多层膜代替金属膜。组成光混合元件2的每块板的厚度约为1mm。

光混合元件2例如可以是玻璃柱，而不是粘合的反射镜板。在这种情况下，使用玻璃柱的内部表面上的全反射，且因此，不需要制造反射膜。

接着，将描述作为反射式图像显示元件的DMD7。图13A、图13B、图13C和图13D是示意地示出DMD7的图表。图13A、图13B、图13C和图13D分别是当从其顶部观察时的DMD7的平面图、DMD7的图像显示区域的部分放大图、DMD7的侧视图和示出DMD7中图像投影光的反射方式的图表。

如图13A中所示，DMD7的轮廓为矩形，并且通过布置多个微镜所提供的图像显示区域70包括在其中。图13B示出作为图像显示区域70的一部分的区域70a的放大图。

如图13B中所示，当图像显示区域70a的一部分放大时，布置多个微镜71。微镜71为正方形，并且，一个微镜71对应于要由投影光显示的图像的一个像素。微镜71的布置周期被称为像素间距P。像素间距P例如是约10μm。显示的投影图像的尺寸由图像显示区域70的对角线长度确定。

例如，当投影图像的分辨率为XGA时，使用其中布置对应于1024×768像素(画面元)的微镜71的DMD7。此外，当投影图像的分辨率为WXGA时，使用其中布置对应于1280×768像素(画面元)的微镜71的DMD7。另外，XGA是“扩展图形阵列”的缩写。同样，WXGA是“宽XGA”的缩写。因此，DMD7控制每个微镜71的倾斜角以控制每个像素的“开”或“关”，借此，产生形成要由屏幕20显示的图像必需的投影光(投影图像光)。

虽然图13B以微镜71无间隔地布置的方式示出，但是微镜的实际尺寸稍微小于像素间距P。微镜的实际尺寸比像素间距P被称为孔径比。对于每个微镜71，有可能绕其作为旋转轴的对角线旋转。微镜71的旋转方向提供为使得关于旋转轴的顺时针方向和逆时针方向分别为正和负。此外，旋转角度为±10°到±12°。

如图13C中所示，DMD7的顶面上布置有保护玻璃6。这种保护玻璃6用于防止灰尘等粘附至微镜71的表面。

如图13D中所示，对于微镜71，有可能在顺时针方向或逆时针方向绕作为旋转轴的对角线旋转。图13D中所示的微镜71a在顺时针方向旋转以便反射光为“打开光”并且指向这些图中未示出的投影透镜的入瞳。微镜71b在逆时针方向旋转以便反射光为“关闭光”并且不指向这些图中未示出的投影透镜的入瞳而指向吸收部件。

DMD7中包括的微镜71旋转+12°的状况下反射的光被称为“打开光”。打开光配置为有助于图像形成。微镜71旋转-12°的情况下反射的光被称为“关闭光”。关闭光配置为无助于图像形成但是提供黑色显示。从DMD7的微镜71反射的打开光进入投影透镜的入瞳，由第一投影反射镜11折叠，并由第二投影反射镜12向屏幕20反射。另一方面，关闭光并不进入投影透镜的入瞳，但是到达DMD7附近所提供的用于处理关闭光的吸收部件(这些图中未示出)。因此，控制DMD7的微镜的旋转，借此，有可能通过投影光学系统将显示图像必要的投影光投影到屏幕20上。

接着，将描述光源1和灯反射器1a。图14A和图14B示意地示出光源1和灯反射器1a。图14A是由光源1和灯反射器1a组成的灯壳体30的正视图。同样，图14B是灯壳体30的侧视图。

对于光源1更可取的是具有管形状的高压汞灯。同样，卤素灯是可接受的。灯反射器1a为椭圆体，其中，光源1放置在椭圆的两个焦点中的一个，并且光混合元件2的入射端放置在另一焦点。对于光源1的功率，例如，使用约180瓦(W)-260W。当光源1的功率高时，有可能显示亮图像。

当汞灯用于光源1时，这些图中未示出的防爆盖放置在灯反射器1a的正面以便即使汞灯爆炸，玻璃片也不散射到内部。例如，防爆盖由具有40mm尺寸的正方形和约3mm的厚度的硼硅玻璃组成，并放置为关于光源1的光轴倾斜例如10°。防爆盖关于光源1的光轴倾斜放置的理由是：从防爆盖反射的光并不是返回光或聚焦在光源1的位置处，因此，如果提供这种返回光，光源1的寿命缩短。

此外，防爆盖提供有红外(IR)截止滤光片和紫外(UV)截止滤光片的多层膜。此外，灯反射器1a包含在一壳体中，并且该壳体可覆盖有用于防爆的精细金属网。光源1是投影仪100中的消耗品项目，因此，当操作时间超过几千小时时，其亮度减小。当需要更换光源1时，包含光源1的灯壳体30整个更换。

光源1发射从紫外光经可见光到红外光的宽范围的光，但是发射的光中的紫外光和红外光在从光源1发射之后立即被防爆盖截止，并且可见光范围的剩余的光由色轮50着色。

接着，将通过使用图15进一步描述根据本实例的投影仪100中包括的照射光学系统的主要部分的配置。图15示出光源1到光混合元件2的布置。已经提到，灯反射器1a为椭圆体，其中，光源1放置在对应于第一焦点的位置，并且光混合元件2的入射端放置在对应于第二焦点的位置处。防爆盖1b和色轮50放置在光源1与光混合元件2的入射端之间。

防爆盖1b和色轮50布置为关于Y轴倾斜。由于这种倾斜，有可能防止从防爆盖1b或色轮50的正面或背面反射的光成为向着光源1的返回光。防爆盖1b和色轮50的倾斜约为几度到10°。此外，从光源1发射并由灯反射器1a会聚的光的角度(照射角度S)约为60°。此外，在图15中，由光源1、灯反射器1a和光混合元件2提供的光轴与z轴的方向统一。

[附录]

<图像显示装置的(各)说明性实施例>

本发明的至少一个说明性实施例可涉及用于将图像投影到并显示在要投影到的表面如屏幕上的图像显示装置，并且具体地，可涉及用于减轻要投影到的表面上的照度分布的不规则性以提高投影图像的质量的图像显示装置。

本发明的至少一个说明性实施例的目的可以是提供具有垂直式投影光学系统的图像显示装置，其中，对于该图像显示装置，有可能避免由于污染物造成的要投影到的表面上的光量的减少并且减轻要投影到的表面上的照度分布的不规则性。

本发明的至少一个说明性实施例可涉及一种图像显示装置，其最主要特征在于，该图像显示装置提供为具有：照射光学系统，具有二维地布置的多个微镜的反射式图像显示元件，其中，各个微镜的倾斜角在打开状态与关闭状态之间改变以打开或关闭反射光的发射，以及用于将来自组成该反射式图像显示元件的多个微镜之中处于打开状态的微镜的反射光投影到要投影到的表面上的投影光学系统，其中，该照射光学系统具有光源、用于会聚从该光源发射的光的聚光器、入射端接近该聚光器的照射均匀化元件、布置在该照射均匀化元件的出射端与该反射式图像显示元件之间的多个中继透镜、第一折叠反射镜和第二折叠反射镜，其中，该投影光学系统具有由多个透镜组成的投影透镜、用于将通过该投影透镜发射的反射光向着要投影到的表面反射的反射镜，和布置在该反射镜与要投影到的该表面之间的防尘玻璃，并且其中，该防尘玻璃减轻投影到要投影到的该表面上的反射光的照度分布的不规则性。

说明性实施例(1)是一种图像显示装置，提供为具有：照射光学系统；具有二维地布置的多个微镜的反射式图像显示元件，其中，各个微镜的倾斜角在打开状态与关闭状态之间改变以打开或关闭反射光的发射，以及用于将来自组成该反射式图像显示元件的多个微镜之中处于打开状态的微镜的反射光投影到要投影到的表面上的投影光学系统，其中，该图像显示装置的特征在于，该照射光学系统具有光源、用于会聚从该光源发射的光的聚光器、入射端接近该聚光器的照射均匀化元件、布置在该照射均匀化元件的出射端与该反射式图像显示元件之间的多个中继透镜、第一折叠反射镜和第二折叠反射镜，并且在于，该投影光学系统具有由多个透镜组成的投影透镜、用于将通过该投影透镜发射的反射光向着要投影到的表面反射的反射镜和布置在该反射镜与要投影到的该表面之间的防尘玻璃，其中，该防尘玻璃减轻投影到要投影到的该表面上的反射光的照度分布的不规则性。

说明性实施例(2)是如说明性实施例(1)中所述的图像显示装置，其特征在于，该防尘玻璃是平板玻璃并且布置为平行于该反射式图像显示元件。

说明性实施例(3)是如说明性实施例(1)或(2)中所述的图像显示装置，其特征在于，该防尘玻璃具有抗反射涂层。

说明性实施例(4)是如说明性实施例(3)中所述的图像显示装置，其特征在于，该抗反射涂层以其在45度入射角的透射率为98％或更大并且在70度入射角的透射率为80％或更大的方式提供。

说明性实施例(5)是如说明性实施例(1)至(4)中任一所述的图像显示装置，其特征在于，该防尘玻璃是钢化玻璃。

根据本发明的至少一个说明性实施例，有可能获得用于提高投影光学系统的防尘性能的垂直式图像显示装置并且减轻屏幕上的照度分布的不规则性。

尽管已经参照附图描述了本发明的(各)说明性实施例和(各)具体示例，本发明并不限于(各)说明性实施例和(各)具体示例中的任一个，并且(各)说明性实施例和(各)具体示例可被替换、修改或结合而不脱离本发明的范围。

本申请要求基于2011年11月2日提交的日本专利申请号2011-241504的优先权的权益，其全文特此通过引用结合于此。

Claims (9)

1.一种图像显示装置，包括：

照射光学系统；

图像显示元件，配置为由所述照射光学系统照射；

投影光学系统，配置为将来自所述图像显示元件的光投影到屏幕上；以及

防尘玻璃，提供在所述屏幕与所述投影光学系统之间，

其中，所述投影光学系统包括由多个透镜组成的投影透镜和配置为将通过所述投影透镜发射的反射光向着所述屏幕反射的反射镜，并且

其中，所述防尘玻璃配置为具有形成与图像显示元件上的照度分布相反的分布的透射率分布以减轻要投影到所述屏幕上的反射光的照度分布的不规则性。

2.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述防尘玻璃是平板玻璃并且布置为平行于所述图像显示元件。

3.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述防尘玻璃包括抗反射涂层。

4.如权利要求3所述的图像显示装置，其中，所述抗反射涂层在45度入射角具有98％或更大的透射率并且在70度入射角具有80％或更大的透射率。

5.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述防尘部件是钢化玻璃。

6.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述照射光学系统包括光源、配置为会聚从所述光源发射的光的聚光器、入射端在所述聚光器一侧的照射均匀化元件以及布置在所述照射均匀化元件的出射端与所述图像显示元件之间的多个中继透镜、第一折叠反射镜和第二折叠反射镜。

7.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述图像显示元件是反射式图像显示元件，其具有二维地布置的多个微镜并且配置为在打开状态与关闭状态之间改变每个微镜的倾斜角以打开或关闭反射光的发射。

8.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述图像显示元件是具有二维地布置的像素并且配置为将液晶切换为打开或关闭的图像显示元件。

9.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述投影光学系统中包括的所述反射镜的形状是自由形态。