CN114114796A - 图像投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可以提高投影图像对比度的图像投影装置，图像投影装置具备，光源，发射照明光；图像显示元件，其中具有多个微镜，通过改变各个微镜的反射面相对于该多个微镜的二维设置所形成的面即图像显示面的角度，改变照明光在反射面受到反射的反射光的方向；以及投射光学系统，用于将图像显示元件生成的反射光作为投影图像投射到被投射面，微镜的反射面相对于图像显示面的最大倾角θ1满足以下式(1)，图像显示面的对角线长度L以及投射光学系统的图像显示面最接近透镜的镜面的顶点与图像显示面之间在该投射光学系统的光轴上的距离BF满足以下式(2)，θ1≥14(1)，θ1的单位是deg，1.2＜BF/L＜2.2(2)。

Description

图像投影装置

技术领域

本发明涉及图像投影装置。

背景技术

放大投影各种影像的投影仪(图像投影装置)在目前广泛普及。投影仪是把从光源射出的光会聚到DMD(Digital Mirror Device)或液晶显示元件等空间光调制元件(图像显示元件)上，使来自于基于影像信号调制的空间光调制元件的射出光(反射光)作为彩色影像显示在屏幕上的装置。

以往，投影仪主要使用高亮度的超高压水银灯等，但由于寿命短，需要频繁地进行维护，同时也需要考量环境，抑制有害物质即水银的使用，因此逐渐转向使用激光光源或LED(Light Emitting Diode)光源等固体光源。激光光源或LED光源的寿命长，因其单色性而具有良好的色彩再现性，因此今后配备超高压水银灯的投影仪将仅用于特殊用途，市场上大部分投影仪将改用固体光源。

另外，DMD的分辨性能也从原来的XGA(eXtended Graphics Array)向SXGA(SupereXtended Graphics Array)的高像素化发展，目前从全高清(High Definition)转向4K。而且虽然是一部分，但已经有8K等产品出现，据说在不久的将来4K、8K将成为主流。为了支持4K及8K，上述空间光调制元件的高分辨率化必不可少。为了实现高分辨率化，如果构成空间光调制元件的一个个像素大小不变，则需要按照像素数量来增大空间光调制元件的大小。而如果增大该大小尺寸，则需要根据该尺寸增大投影镜头的图像圈，投影镜头倾向于变大。结果导致投影仪体积增大。

另一方面，目前还在开发在抑制空间光调制元件尺寸扩大的同时实现高分辨率的技术，其中之一是所谓的像素偏移。例如在投射光路中配置平行平板，通过倾斜该平行平板以移动投射光路，实现像素偏移。但是，由于该平行平板厚度有限，因此当配置在空间光调制元件和投射透镜之间时，必须在一定程度上确保投射透镜的后焦点，投影光学系统整体的占比也有倾向于增大。

如上所述，随着空间光调制元件的高分辨率化，由于其尺寸变大，投射光学系统变大，另外，为了配置用于实现像素偏移的平行平板，需要延长后焦点，因此存在投射光学系统所占的容积增大，投影仪大型化的倾向。这样，投影光学系统增大时，存在空间光调制元件的OFF光或杂散光等进入投影光学系统，对比度降低的问题。

针对上述OFF光及杂散光，现有技术(如专利文献1(JP特开2017-032964号公报))公开了一种图像显示装置，该图像显示装置通过使二维排列的多个反射镜分别处于开和关状态来生成调制图像，用以显示该图像，其中，一部分OFF光的受到设置在投影透镜镜筒一部分的反射部反射，从而抑制该镜筒的发热，或者在反射光到达的地方用光吸收部件来防止杂散光。

另外现有技术(例如专利文献2(JP特许第四016538号公报))还公开了用于防止OFF光入射投影光学系统内部的技术，该技术规定从DMD到照明光学系统的DMD一侧的瞳孔的距离、从DMD的光轴位置到最轴外位置的距离、以及构成DMD的微镜的旋转角。

但是，在专利文献1公开的技术中，即使有光吸收部件，也不会完全吸收100[％]的杂散光，不少杂散光进入投射系统。其原因在于，投射系统内是以让OFF光照射到包括镜筒在内的投射光学系统为前提的位置关系，因此本来就存在无法防止OFF光进入投射光学系统，存在不能充分确保对比度的问题。另外，专利文献1完全没有公开空间光调制元件的大小和投射光学系统的后焦点的关系等。

在专利文献2公开的技术没有涉及在照明光学系统的F值不同时，以及DMD的摆角不同时的情况，对于DMD的摆角与投射光学系统之间的关系也没有任何描述，没有规定防止OFF光进入投射光学系统内的条件。进而，完全没有公开或暗示对需要8K等高精细性能时的光学单元所要求的条件等。

发明内容

本发明是鉴于上述问题提出的技术方案，其目的在于提供一种能够提高投影图像对比度的图像投影装置。

为了达到上述目的，本发明提供一种图像投影装置，其中具备，光源，发射照明光；图像显示元件，其中具有多个微镜，通过改变各个微镜的反射面相对于该多个微镜的二维设置所形成的面即图像显示面的角度，改变所述照明光在所述反射面受到反射的反射光的方向；以及投射光学系统，用于将所述图像显示元件生成的所述反射光作为投影图像投射到被投射面，所述微镜的所述反射面相对于所述图像显示面的最大倾角θ1满足以下式(1)，同时，所述图像显示面的对角线长度L，以及所述投射光学系统的所述图像显示面最接近透镜的镜面的顶点与所述图像显示面之间在该投射光学系统的光轴上的距离BF，满足以下式(2)，

θ1≥14(1)，θ1的单位是deg，

1.2＜BF/L＜2.2 (2)。

本发明的效果在于，可以提高投影图像的对比度。

附图说明

图1是第一实施方式涉及的图像投影装置的一例整体构的示意图。

图2是DMD的一例构成的示意图。

图3是说明图像显示面相对于DMD的入射角及方位角的示意图。

图4是说明照明光沿着长边方向入射DMD时的动作的示意图。

图5是说明照明光沿着短边方向入射DMD时的动作的示意图。

图6是说明ON光的照度分布的示意图。

图7是说明OFF光的分布的图。

图8是说明DMD的ON光与OFF光之间关系的示意图。

图9是说明投影光学系统相对于DMD偏离时的动作的示意图。

图10是第一实施方式涉及的图像投影装置的一例光线切割结构的位置的示意图。

图11是第二实施方式涉及的图像投影装置的一例要部构成的示意图。

具体实施方式

以下参考附图，详述本发明涉及的图像投影装置的实施方式。另外，本发明并不受以下实施例的限制，以下实施例中的构成要素包括本领域技术人员容易想到的要素、实质上相同的要素以及所谓的相同范围的要素。此外，在不脱离以下实施方式的要旨的范围内，可以进行构成要素的各种省略、置换、变更及组合。

[第一实施方式]

图像投影装置的整体构成

图1是第一实施方式涉及的图像投影装置的一例整体构成的示意图。以下参考图1，描述本实施方式涉及的图像投影装置1的整体构成。

如图1所示，图像投影装置1具备图像显示装置2和投影光学系统40，图像显示装置2基于从光源射出的照明光，生成用于将图像投影到屏幕等上的图像光，投影光学系统40将该图像光投影到屏幕等上。图1所示的光学系统是远心光学系统。

如图1所示，图像显示装置2具备光源10、防爆玻璃11、色轮12、光隧道13、照明光学系统20、DMD30、玻璃罩31。

光源10例如是灯光源。防爆玻璃11是保护光源10的玻璃。色轮12是将从光源10射出的照明光分离成所需要的颜色(例如红、绿、蓝)的转轮构件。光隧道13是将透过色轮12的照明光引导到照明光学系统20的光学部件。

照明光学系统20是将从光源10入射的照明光引导到DMD30的光学系统。如图1所示，照明光学系统20具有第一中继透镜21、第二中继透镜22、反射镜23、第三中继透镜24、第四中继透镜25和全反射棱镜26。

第一中继透镜21及第二中继透镜22用于接受受到光隧道13导光的照明光，并将其引导到反射镜23。反射镜23是使从第二中继透镜22射出的照明光的方向弯曲的反射部件。第三中继透镜24及第四中继透镜25用于将受到反射镜23反射的照明光导向全反射棱镜26。

全反射棱镜26是由两个三棱柱形棱镜粘接起来构成的光学部件。全反射棱镜26反射入射的照明光，是该照明光射往DMD30，从DMD30射向外部。

DMD30是反射型图像显示元件，多个可动反射镜纵横排列，形成矩形的图像显示面。DMD30通过各个可动反射镜以规定的轴为中心旋转，在生成ON光的动作和生成OFF光的动作之间进行切换。ON光是入射的照明光向特定方向(朝投射光学系统40的方向)反射的光，OFF光是向与该特定方向不同的方向反射的光。在本实施方式中，DMD30的每个可动反射镜具有彼此不同轴方向的第一旋转轴和第二旋转轴。关于DMD30的具体构成将在后文中详述。

如图1所示，从图1的纸面上看，DMD30被设置在在全反射棱镜26的下表面一方，其间夹着覆盖玻璃31配置，构成为DMD30的反射光从全反射棱镜26的上面射出。在全反射棱镜26的上方设有投射光学系统40。

从光源10到照明光学系统20和DMD30的各元件受到金属或塑料外壳保持。

投射光学系统40是通过全反射棱镜26将DMD30反射的反射光(ON光、图像光)投射到屏幕等的光学系统。在构成投射光学系统40的光学部件中，来自DMD30的反射光入射的透镜，即位于最靠近DMD30一方的透镜，为投射光学系统第一透镜41。投射光学系统40的光轴为A。投影光学系统40被收纳在镜筒中，固定在上述外壳壳体上。

如上所述，从光源10发出的照明光经过防爆玻璃11、色轮12以及光隧道13入射照明光学系统20。照明光入射照明光学系统20后，通过第一中继透镜21、第二中继透镜22、反射镜23、第三中继透镜24、第四中继透镜25以及全反射棱镜26，入射DMD30。

另外，如上所述，光源10是灯光源，但并不限于此，也可以是半导体激光光源或LED(Light Emitting Diode)光源等。

DMD的构成及动作

图2是一例DMD结构的示意图。图3是说明图像显示面相对于DMD的入射角及方位角的示意图。图4是说明照明光沿着长边方向入射DMD时的动作的示意图。图5是说明照明光沿着短边方向入射DMD时的动作的示意图。以下参考图2～图5，说明DMD30的构成及动作。

如图2的(a)所示，DMD30由多个一边边长为数μm～数十μm的微小的、被称为微镜的可动镜32纵横排列，形成矩形的图像显示面。在图2的(a)所示的DMD30中稀疏图示可动镜32。实际上排列在DMD30上的可动镜32例如以4096×2160这样的数量排列。每个可动镜32成为像素。每个可动镜32通常是如图2的(b)所示的正方形，该正方形的一边的长度例如为5.4μm。DMD30的对角线尺寸例如约为25mm。

可动镜32通过向某一个方向倾斜或向不同的方向倾斜，使入射的照明光向互不相同的方向反射。当可动镜32向某个方向倾斜时，入射DMD30的照明光经由全反射棱镜26和投射光学系统40到达屏幕。设此时的可动镜32的状态(ON状态)下的反射光为ON光。而当可动镜32向其他方向倾斜时，入射DMD30的照明光向与ON光不同的方向反射，经过全反射棱镜26，射往偏离投射光学系统40的方向。设此时的可动镜32的状态(OFF状态)下的反射光为OFF光。

全反射棱镜26根据构成棱镜的面的入射角的不同来区分反射和透射。全反射棱镜26使可动镜32生成的ON光透射投影光学系统40。另一方面，全反射棱镜26反射可动镜32生成的OFF光，向偏离投影光学系统40的方向射出。

接下来说明可动镜32的动作。如图2的(c)及(d)所示，可动镜32以两个旋转轴为中心转动而倾斜。在图2中，将与可动镜32的一边平行的方向作为x方向，与可动镜32的另一边平行且与x方向正交的方向作为y方向。

如图2的(c)所示，可动镜32能够以与y方向平行的旋转轴为中心旋转而倾斜。将与该y方向平行的旋转轴作为上述第一旋转轴。可动镜32通过以第一旋转轴为中心向规定的旋转方向(第一方向)倾斜，将入射到DMD30的照明光向规定的反射方向(第一反射方向)反射，生成ON光。

另一方面，如图2的(d)所示，可动镜32能够以与x方向平行的旋转轴为中心转动而倾斜。将与该x方向平行的旋转轴作为上述第二旋转轴。可动镜32通过以第二旋转轴为中心向与第一方向不同的方向(第二方向)倾斜，向不同于第一反射方向的第二反射方向反射入射DMD30的照明光，生成OFF光。

设定可动镜32以上述第一旋转轴及第二旋转轴为中心旋转时，可动镜32的反射面相对于xy平面的旋转角(倾斜角)为θ，θ的单位为deg。

可动镜32的第一旋转轴及第二旋转轴是与可动镜32的各边平行的轴，但不限于此。例如也可以把沿着连接矩形可动镜32的对角线的两个轴作为第一旋转轴和第二旋转轴。

接着，参考图3说明DMD30的图像显示面的入射角及方位角。受到投影的图像(投影图像)的质量，其中尤其是对比度，也就是明暗比，可以作为评价用于图像投影装置1的图像显示装置2的性能的因素。在用DMD30作为图像显示元件的情况下，当OFF光进入投射光学系统40时，对比度下降，投射图像的质量下降。相对于可动镜32的法线的入射角是决定对比度的因素之一。在本实施方式中，除了考虑入射角，还考虑相对于DMD30的图像显示面的边所形成的角度，即方位角。

将DMD30的图像显示面定义为可动镜32排列形成的面。将相对于该图像显示面的法线N与入射光线IN(照明光)之间形成的角度定义为入射角d。将入射光线IN与作为图像显示面的一边的y轴或x轴之间形成的角度定义为方位角φ。在图3所示的例子中，将与DMD30的长边方向平行的方向作为y轴。如图3所示，入射光线IN、法线N及射出光线OUT(反射光)位于同一平面内，图像显示面的法线N与投影光学系统40的光轴A(参见图1)平行。

接着参考图4，说明照明光沿着DMD30的长边方向(与短边正交的方向)入射时的动作。

图4的(a)显示照明光沿着DMD30的长边方向(与短边正交的方向)入射。照明光以相对于图像显示面的法线以某个入射角入射，并以与该入射角相同的射出角射出。图4的(b)及(c)放大显示一个可动镜32，图4中，(b)是作为OFF光反射的状态(OFF状态)，(c)是作为ON光反射的状态(ON状态)。如图4的(c)所示，当可动镜32处于ON状态时，受可动镜32反射的ON光入射投射光学系统40。如图4的(b)所示，当可动镜32处于OFF状态时，受可动镜32反射的OFF光受到与ON状态时不同方向反射。

如图4的(b)所示，当可动镜32处于OFF状态时，使入射的照明光具有方位角。即，使相对于入射图像显示面的一边的照明光具有角度。为了使可动镜32成为OFF状态，以平行y轴的方向的第一旋转轴为中心转动时，将向入射可动镜32的照明光的入射角变小一方的方位角的移动定义为正，向相反一方的方位角的移动定义为负。

接着，参考图5说明沿着DMD30的短边方向(与长边正交的方向)入射照明光时的动作。

图5的(a)显示照明光沿着DMD30的短边方向(与长边正交的方向)入射的情况。图5的(b)及(c)放大显示一个可动镜32，其中，(b)是作为ON光反射的状态(ON状态)，(c)是作为OFF光进行反射的状态(OFF状态)。为了使可动镜32成为OFF状态，以与x轴平行的方向的第二旋转轴为中心转动时，将向入射可动镜32的照明光的入射角变小一方的方位角的移动定义为正，向相反一方的方位角的移动定义为负。

在图4及图5所示的示例中，方位角的最佳值可以通过光学设计求出，也可以设置调整装置，通过调整成为最佳值。

来自DMD的ON光和OFF光之间的关系

图6是说明ON光的照度分布的示意图。图7是说明OFF光的分布的示意图。图8是说明DMD的ON光与OFF光之间关系的示意图。

首先，参考图6说明通过几何学光线追踪模拟求出的ON光照度分布。可动镜32处于图4的(c)所示的ON状态，旋转角θ为17°。DMD30的图像显示面上的所有可动镜32均为ON状态，即全白(全ON)状态。

在此，设投射光学系统的第一透镜41的外径为D，表示ON光的光束区域的ON光区域ON如图6所示，分布在投射光学系统的第一透镜41的外径D以内。图6所示的示例表示当入射角α为35.5°、方位角为0°的情况下，投射光学系统的第一透镜41在与DMD30一方的曲面顶点相接的平面上的照度分布。具体而言，图6显示x方向的照度分布的截面和y方向的照度分布的截面。来自具有这种照度分布的DMD30的反射光，经过投射光学系统40投射到屏幕上。

接着，参考图7说明通过几何光学的光线追踪模拟求出的OFF光的光束区域，即OFF光区域OFF。可动镜32处于图4的(b)所示的OFF状态，旋转角θ为17°。DMD30的图像显示面上的所有可动镜32为OFF状态，即全黑(全OFF)状态。

在可动镜32的ON状态和OFF状态之间，可动镜32的倾斜方向不同。在OFF状态下，OFF光区域OFF向图7的左斜上方移动，为OFF光不入射投射光学系统的第一透镜41的理想状态。因此，OFF光不会到达屏幕，显示为完全的黑色。

DMD30的所有可动镜32为ON状态的全白(全ON)时的ON光的照度和所有可动镜32为OFF状态的全黑(全OFF)时的OFF光的照度的对比度，作为对比度＝(全白的照度)/(全黑的照度)求出。另外，还可以利用将屏幕纵横各自3等分计9等分分割的ANSI(AmericanNational StandardsInstitute)的对比度。无论如何，全黑的照度越大对比度越小，画质就差。另外，当OFF光入射投射光学系统的第一透镜41后，有时会作为重影光到达屏幕上或屏幕附近，此时画质也会劣化。因此，需要防止OFF光入射到投影光学系统的第一透镜41。

关于投影光学系统

图8是说明DMD的ON光与OFF光之间关系的示意图。图9是说明投影光学系统相对于DMD偏移时的动作的示意图。以下参考图8及图9说明对投影光学系统40。

对于作为投影仪的图像投影装置1，用户要求其小型化。在这种情况下，减小投影光学系统40的大小十分有助于对图像投影装置1整体上的小型化。

用增大投影光学系统40的F值的方法可以缩小投影光学系统40的大小。例如，在与DMD30的距离相同的情况下，如果增大投影光学系统40的F值，可以减小最接近DMD30的透镜(投影光学系统的第一透镜41)的外径。另外，如上所述，在使用DMD30的图像投影装置1中，需要不让OFF光入射到投影光学系统的第一透镜41，但通过增大投影光学系统40的F值，还可以获得缩短与可分离OFF光的DMD30的距离的效果。

在此，参考图8说明可分离OFF光的离开DMD30的距离。

图8的(a)是F值小(光学扩展量大)的投影光学系统40中的DMD30所反射的反射光的光束的动作的示意图。在图8的(a)中显示了用实线表示与F值小(光学扩展量大)的投影光学系统40对应的ON光及OFF光的光束，用一点锁线表示只抽出ON光及OFF光的主光线的光束。在远心的情况下，ON光的主光线的宽度与DMD的宽度一致。投影光学系统40不仅接受ON光的主光线，还接受边缘光线(周边光线)等周边区域的光线投影到屏幕上。在F值变小(光学扩展量变大)时，投影光学系统40取得相对远离ON光主光线的区域，在F值变大(光学扩展量变小)时，投影光学系统40取得相对接近ON光主光线的区域。

图8的(b)是说明ON光和OFF光可分离高度随着投影光学系统40的F值大小(光学扩展量大小)而发生变化的示意图。在图8的(b)中，实线表示对应于F值大(光学扩展量小)的投影光学系统40的ON光光束，虚线表示对应于F值小(光学扩展量大)的投影光学系统40的ON光光束。由图8的(b)可知，在离开DMD30的距离相等的位置上，F值大的投影光学系统40所对应的光束比F值小的投影光学系统40所对应的光束窄小。为此，当F值较大时，离开DMD30的ON光和OFF光可分离距离比较短。因此，通过增大投影光学系统40的F值，可以缩短从DMD30到投影光学系统的第一透镜41的距离，获得能够兼顾提高对比度和小型化的投影仪。

接着，参考图9说明投影光学系统40的偏移。与相机(摄像装置)的光学系统不同，在投影仪的光学系统中，DMD等图像显示元件的中心通常偏离投影光学系统的光轴的延长线。这是因为，当图像显示元件的中心与投影光学系统的光轴的延长线一致时，如果将投影仪放置在桌子等平台上投影，则投影区域会受到桌子等遮挡。为了避免这种情况，用户需要将投影仪前方向上方倾斜，使用起来不方便。另一方面，如果把图像显示元件的中心从投影光学系统的光轴的延长线向下方偏移，则由于共轭关系，投影区域相对于投影光学系统的光轴向上方偏离，因此投影区域不会受到桌子等遮挡，从而改善了用户的便利性。为此，通常将图像显示元件的中心偏离投影光学系统的光轴的延长线。

在本实施例中，将作为投影光学系统40中最接近DMD30的透镜的投影光学系统的第一透镜41的光轴(即投影光学系统40的光轴)设为A，将光轴A与包含DMD30的图像显示面S的平面的交点设为点O，将DMD30的图像显示面S上的任意点设为P。另外，当设任意点P中离点O最远的点为P0，光轴A与点P0之间的距离为IMc时，投影光学系统40所需的图像圈的大小为以光轴A为中心，半径为距离IMc的圆。这是因为图像显示面S上的所有点必须存在于投影光学系统40的图像圈内。但是，如果投影光学系统40相对于DMD30的偏移量过大，则为了包含图像显示面S中离投影光学系统40的光轴A最远的点P0，所需要的投影光学系统40的图像圈的大小(即距离IMc的大小)变大。因此，由于会导致投影光学系统40整体的大型化，需要对以距离DMD30最近的投影光学系统的第一透镜41为首的光学元件进行适当的设定。

关于提高对比度的条件式

以下说明提高投影光学系统40的投影图像的对比度的条件式。

在本实施方式涉及的图像投影装置1中，设可动镜32的反光面相对于DMD30的图像显示面的最大倾角为θ1，图像显示面的对角线长度为L，投影系统40中最靠近图像显示面的投影系统的第一透镜41的镜面的顶点与图像显示面之间在光轴A上的距离为BF时，优选满足下述条件式(1)及(2)。

θ1≥14(1)，θ1的单位是deg。

1.2＜BF/L＜2.2 (2)

条件式(1)表示可动镜(32)的倾斜角(旋转角θ)的最佳范围。在DMD30中，虽然通过可动镜32的倾斜，分为ON光和OFF光，但如果倾斜角(旋转角θ)小，则不能充分分离ON光和OFF光，OFF光入射投影光学系统40成为杂散光，造成对比度下降。对此，满足条件(1)可以使OFF光不易入射投影光学系统40。

条件式(2)是用于兼顾图像投影装置1的小型化、以及避免OFF光及该OFF光的衍射光入射投影光学系统40而引起的对比度下降的公式。如果BF/L超过条件式(2)的上限值，则能够阻止OFF光向投影光学系统40的入射，但由于后焦点变大，不仅图像投影装置1大型化，而且离DMD30最近的透镜(投影光学系统的第一透镜41)变大，来自衍射光及照明光学系统20的机械构件等的杂散光入射投影光学系统40，造成对比度下降。而当BF/L低于条件式(2)的下限值时，虽然可以使图像投影装置1小型化，但不能充分分离OFF光与ON光。对此，同时满足条件式(1)及(2)，可以充分分离ON光和OFF光，将入射投影光学系统40的杂散光抑制到最小限度，提高投影图像的对比度，使图像投影装置1大幅度小型化。

更优选满足下列条件式(2a)。

1.2＜BF/L＜1.9 (2a)

满足该条件式(2a)，可以进一步提高对比度。

更优选满足下列条件式(2b)。

1.4＜BF/L＜1.8 (2b)

满足该条件式(2b)，投影光学系统40的支撑部件的遮光部等不需要复杂的形状，可以降低成本。

更优选地，当离投影光学系统40的图像显示面最近的投影光学系统的第一透镜41的外径为D，点0(参照图9)之中与点P(参照图9)距离最大的点为P0，其距离为IMc时，满足下述条件式(3)。

(D/2-ImC)/BF＜0.2 (3)

条件式(3)是表示离图像显示面最近的投影光学系统的第一透镜41的外径D的最佳范围的公式。尽可能增大外径D，虽然可以提高图像投影装置1的光利用效率，但同时会导致对比度下降，因此需要结合上述条件式(1)及(2)形成最佳范围内。当(D/2-ImC)/BF超过条件式(3)的上限值时，如上所述，OFF光、衍射光及来自机械构件等的杂散光入射到投影光学系统40，导致对比度下降。

进一步优选满足下列条件式(3a)。

(D/2-ImC)/BF＜0.18 (3a)

满足该条件式(3a)，可以进一步提高对比度。

进一步优选满足下列条件式(3b)。

-0.5＜(D/2-ImC)/BF＜0.15 (3b)

优选投影光学系统40是远心透镜。通过采用远心透镜，可以选择效率高的照明系统。

进一步优选在比投影光学系统40的孔径光阑更靠近DMD30一方设置视场光阑。通过在比孔径光阑(投影光学系统40内光束最细的面)更靠近DMD30一方设置视场光阑，可以去除上光线，因此可以降低投影光学系统40中高像高处发生的彗差。由此，不仅能够实现高分辨率化，特别是在利用反射镜的超短焦透镜中，由于容易避免位于最放大一方的反射镜反射的光与透镜之间的干涉，因此能够实现小型化。进而，通过视场光阑，能够去除杂散光及衍射光等，提高对比度。

进一步优选，在投影光学系统40和DMD30之间具有多个光学元件，当该多个光学元件的总厚度为T时，满足下述条件式(4)。

T/BF＜0.7 (4)

条件式(4)是表示光学元件的厚度在后焦点中所占的比例的条件式。当T/BF超过条件式(4)的上限值时，在离DMD30最近的投影光学系统的第一透镜41的位置上，无法分离OFF光，因此导致对比度降低。对此，通过满足条件式(4)，即使是短的后焦点也能够充分分离OFF光，提高对比度。

进一步优选，上述多个光学元件中的一个光学元件是平行平板，通过驱动元件相对于光轴A倾斜。倾斜平行平板，可以使光路平行移动，通过实现像素偏移，实现高分辨率。

进一步优选，如图10所示，在OFF光及衍射光入射离DMD30最近的透镜组的透镜支撑部件42的位置上设置光线去除结构43，用来吸收该OFF光及衍射光等光。在此，透镜组是指从上述孔径光阑与DMD30之间的一个或多个透镜。这样，就可以在不降低光利用效率的情况下提高对比度。光线去除结构43不需要与透镜支撑部件42一体构成，也可以作为其他部件装入。

进一步优选满足下述条件式(5)。

Et＜35(5)，Et的单位是mm²sr。

该条件式(5)中的Et为光学扩展量，以DMD30的图像显示面的面积为M，使用投射光学系统40的数值孔径NA，通过下式(6)求出Et。

Et＝M×π×NA² (6)

条件式(5)是规定光源10及照明光学系统20的光学扩展量的公式。同时满足条件式(5)和条件式(4)、(1)以及(2)，能够以短后焦点充分分离ON光和OFF光，减少衍射光等入射投影光学系统40，兼顾对比度的提高及图像投影装置1的小型化。

进一步优选满足下述条件式(5a)。

Et＜20 (5a)

进一步优选满足下述条件式(5b)。

Et＜17 (5b)

如上所述，本实施方式的图像投影装置1通过满足条件式(1)及(2)，可以充分分离ON光和OFF光，将投影光学系统40内的杂散光抑制到最小限度，提高投影图像的对比度，使图像投影装置1大幅度小型化。换言之，本实施方式的图像投影装置1能够将杂散光抑制到最小限度，提高投影图像的对比度，同时着眼于在现有技术中作为未解决课题的装置小型化，通过规定投影光学系统40的后焦点，对投影光学系统40的小型化做出贡献，由此实现图像投影装置1大幅度的小型化。

[第二实施方式]

以下以与第一实施方式的图像投影装置1的不同之处为中心，说明第二实施方式涉及的图像投影装置。在第一实施方式中说明了将光源10作为灯光源的构成。在本实施方式中，对用半导体激光器作为光源的构成进行说明。

图11是第二实施方式涉及的图像投影装置的一例要部构成示意图。以下参考图11，说明本实施方式涉及的图像投影装置1的要部构成。

如图11所示，本实施方式涉及的图像投影装置1的图像显示装置2具备光源10a、准直透镜14、第一透镜组15、分色镜16、第二透镜组17、荧光体轮18、第三透镜组19，在从光源10a照射的照明光的传播方向上按该顺序配置。图像显示装置2与上述第一实施方式相同，还进一步具备色轮12、光隧道13、照明光学系统20、DMD30和覆盖玻璃31。图11中，为了简化，省略了照明光学系统20、DMD30及覆盖玻璃31的图示。

光源10a是以半导体激光器为基础的多个固体光源。光源10a发射作为激发后述的荧光体轮18所具备的荧光体的激励光B，例如发光强度的中心波长为455nm的蓝色频带的光。从光源10a射出的蓝色激光是偏振状态一定的直线偏振光，被配置成相对于后述的二向色镜16成为S偏振光。光源10a射出的激励光B只要具有能够激发荧光体轮18的荧光体的波长，其他波长频带的光也可以。如图11所示，光源10a为多个固体光源，但不限于此，也可以是单个固体光源。在利用多个固体光源时，虽然可以使用在基板上排列为阵列形状的光源单元，但并不限于此。

准直透镜14是将从各光源10a射出的照明光即激励光B作为大致平行光的透镜。第一透镜组15是将由准直透镜14形成大致平行光的激励光B导向分色镜16的透镜组。

分色镜16是平行平板形状的玻璃板，在入射面上施有反射激励光B的波长带、让荧光体轮18产生的荧光透过的涂层。收到分色镜16反射的激励光B偏离第二透镜组17的光轴。

第二透镜组17是使由分色镜16反射的激励光B如图11所示，以相对于荧光体轮18的法线倾斜的状态入射该荧光体轮18的透镜组。

荧光体轮18通过荧光体使从第二透镜组17入射的激励光B变成为荧光。由荧光体轮18射出的荧光光再次通过第二透镜组17成为大致平行光，相对于该第二透镜组17的光轴通过分色镜16的相反侧，入射第三透镜组19。第三透镜组19使通过第二透镜组17的来自荧光体轮18的荧光会聚到色轮12。

如第一实施方式中所述，色轮12是将从光源10a射出的照明光分离成所要的颜色(例如红、绿、蓝)的转轮部件。光隧道13也如第一实施方式所述，将透过色轮12的照明光引导到照明光学系统(20)的光学部件。

光隧道13以后的构成与第一实施方式的构成相同。

如上所述，在本实施例的图像投影装置1中，使用作为基于半导体激光器的固体光源的光源10a构成图像显示装置2。通过这样的构成，与第1实施例的效果相同，也能够充分分离ON光和OFF光，将投影光学系统40内的杂散光抑制到最小限度，提高投影图像的对比度，使图像投影装置1大幅度小型化。

<实施例>

在上述第一实施方式及第二实施方式的图像投影装置1中，最大倾角θ1、距离BF、对角长L、外径D、距离IMc、总厚度T及光学扩展量Et的具体数值，如下述表1中的实施例1～5所示。

表1各实施例的参数值

上述各个参数的数值并不限于上述表1所示的数值，可以适当改变。

上述各个参数的数值被设为如上述表1所示，据此，上述条件式(1)～(5)中的各数式的值成为下述表2所示的值。

表2各实施例的条件式的值

实施例	条件式(1)	条件式(2)	条件式(3)	条件式(4)	条件式(5)
						数式	θ1	BF/L	(D/2-ImC)/BF	T/BF	Et
上限	-	2.2	0.2	0.7	35
						下限	14	1.2	-	-	-
1	17	1.52	-0.050	0.566	16.54
						2	17	1.52	-0.050	0.566	16.54
3	17	2.0	0.082	0.486	32.42
						4	17	2.2	0.145	0.391	16.54
5	17	1.8	0.113	0.444	10.01

如上述表2所示，通过设定表1那样的各个参数值，实施例1～5的任意一个实施例都可以满足条件式(1)～(5)的任意一个，获得同时提高对比度和小型化的图像投影装置1。

符号说明

1图像投影装置，2图像显示装置，10、10a光源，11防爆玻璃，12色轮，13光隧道，14准直透镜，15第一透镜组，16分色镜，17第二透镜组，18荧光体轮，19第三透镜组，20照明光学系统，21第一中继透镜，22第二中继透镜，23反射镜，24第三中继透镜，25第四中继透镜，26全反射棱镜，30 DMD，31覆盖玻璃，32可动镜，40投射光学系统，40a透镜组，41投射光学系统的第一透镜，42支撑部件，43光学去除结构，A光轴，D外径，ImC距离，IN入射光线，N法线，0点，OFF OFF光区域，ON ON光区域，OUT射出光线，P、P0点，PA投影区域，S图像显示面，α入射角，θ转动角，θ1最大倾角，φ方位角。

Claims (9)

1.一种图像投影装置，其中具备

光源，发射照明光；

图像显示元件，其中具有多个微镜，通过改变各个微镜的反射面相对于该多个微镜的二维设置所形成的面即图像显示面的角度，改变所述照明光在所述反射面受到反射的反射光的方向；以及

投射光学系统，用于将所述图像显示元件生成的所述反射光作为投影图像投射到被投射面，

所述微镜的所述反射面相对于所述图像显示面的最大倾角θ1满足以下式(1)，同时，所述图像显示面的对角线长度L，以及所述投射光学系统的所述图像显示面最接近透镜的镜面的顶点与所述图像显示面之间在该投射光学系统的光轴上的距离BF，满足以下式(2)，

θ1≥14 (1)，θ1的单位是deg，

1.2＜BF/L＜2.2 (2)。

2.根据权利要求1所述的图像投影装置，其中，所述投射光学系统中最接近所述图像显示面的透镜的外径D，所述光轴与包括所述图像显示面的平面的交点和该图像显示面上的点之中与所述交点相距最远的点之间的距离ImC，以及所述距离BF，满足以下式(3)，

(D/2-ImC)/BF＜0.2 (3)。

3.根据权利要求1或2所述的图像投影装置，其中，所述投射光学系统是远心透镜。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的图像投影装置，其中，进一步具备被设置在比所述投射光学系统的孔径光阑更靠近所述图像显示元件一方的视场光阑。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的图像投影装置，其中，

进一步具备被设置在所述投射光学系统和所述图像显示元件之间的多个光学元件，

所述多个光学元件的总厚度T和所述距离BF满足以下式(4)，

T/BF＜0.7 (4)。

6.根据权利要求5所述的图像投影装置，其中，所述多个光学元件包括相对于所述光轴倾斜的平行平板。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的图像投影装置，其中，进一步具备光线去除结构，该光学去除结构设置在用于支撑最接近所述图像显示面的透镜组的支撑部件上，用来吸收光。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的图像投影装置，其中，用公式Et＝M×π×NA²求出的光学扩展量Et满足以下式(5)，

Et＜35 (5)，Et的单位是m²sr，

在此，M是所述图像显示面的面积，NA为所述投射光学系统的数值孔径。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的图像投影装置，其中，所述图像显示元件的中心偏离所述投射光学系统的光轴的延长线。

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