CN1723415A - 投影式显示装置 - Google Patents

Abstract

一种投影式显示装置，其是把由光调制器形成的图像通过投影透镜放大投影显示的投影式显示装置。其中，光源照明所述光调制器。第一透镜阵列把从光源发出的光分割成多个部分光束。第二透镜阵列把从第一透镜阵列发出的多个部分光束在光调制器重叠。光圈机构配置在光圈机构光源与光调制器之间，调节来自光源的光量。把从光源发出的光的行进方向设定为Z轴，把相对Z轴的垂直方向设定为X轴，把相对Z轴和X轴构成的平面的垂直方向设定为Y轴。这时光圈机构开口部的面积沿X轴方向或Y轴方向中的任一方向变化。

Description

投影式显示装置

技术领域

本发明涉及能调节投影照度的投影式显示装置。

背景技术

近年来，由DVD的普及和开始播放数字高清晰电视等，就具备了在家庭能轻松欣赏高图像质量影像内容的环境。这样，大画面显示器的需求激增。特别是以液晶投影器为代表的投影式显示装置，与等离子显示面板(PDP)等其他的方式相比要便宜，用户能以更大的画面尺寸欣赏图像。因此，该投影式显示装置作为家庭剧场用正在普及。

作为倾注投影式显示装置的高图像质量化，考虑有根据图像的亮度而调节灯的光量来实现高动态范围的方法。(例如参照特开2001-100699号公报)

图13表示从上方看现有液晶投影器时的光学布置图。

从光源，即灯150发出的光由第一透镜阵列151分割成多个部分光束，并通过第二透镜阵列152而射入偏振光变换元件153。通过偏振光变换元件153而使各部分光束的偏振光方向一致，成为直线偏振光，透射光圈机构165后射入重叠透镜154。

分色镜156R仅反射红色成分的光，而透射其他的光。分色镜156G仅反射绿色成分的光，而透射其他的光。

从重叠透镜154出来的光，由分色镜156R把红色的光“R”反射分离。透射了分色镜156R的光，由分色镜156G把绿色的光“G”反射分离，而兰色的光“B”透射。

红色光由全反射镜157R反射后，透射场镜159R而到达液晶板155R。

绿色光“G”透射场镜159G而到达液晶板155G。

兰色光“B”透射中继透镜158Ba，由全反射镜157Ba反射并透射中继透镜158Bb。然后，兰色光“B”由全反射镜157Bb反射并透射场镜159B而到达液晶板155B。在此，液晶板155R、155G、155B作为光调制器的一种在起作用。

透射了液晶板155R、155G、155B的三色光在正交棱镜160被合成，并通过投影透镜161进行投影。

箭头162表示合成光投影的方向。

图14表示一般的光圈机构165。

从灯发出的光束，由光束通过的部分168而通过由光圈叶片166形成的开口部167。

光圈机构165由多个光圈叶片166构成，利用电机等驱动装置(未图示)连续地变化开口部167的面积来调节灯150的光量。在亮的图像时使开口部167的面积增大，在暗的图像时使开口部167的面积缩小，这样与图像亮度同步地驱动电机。由此来实现高的动态范围。

以上说明的现有投影式显示装置中，需要有收容光圈叶片的空间。该空间比来自灯的光束部分所占的部分还大，所以使装置的小型化困难。而且由于需要多个光圈叶片，所以零件个数多，有成本变高的倾向。代替光圈机构也可以利用相位板和偏振光板，但同样地成本高，不现实。

发明内容

本发明把由光调制器形成的图像通过投影透镜放大投影显示投影式显示装置，是如下的结构。

光源照明所述光调制器。第一透镜阵列把从光源发出的光分割成多个部分光束。第二透镜阵列把从第一透镜阵列发出的多个部分光束在光调制器重叠。光圈机构配置在光圈机构光源与光调制器之间，调节来自光源的光量。

在此，把从光源发出的光的行进方向设定为Z轴，把相对Z轴的垂直方向设定为X轴，把相对Z轴和X轴构成的平面的垂直方向设定为Y轴。这时光圈机构开口部的面积，是沿X轴方向或Y轴方向中的任一方向变化的。

附图说明

图1表示本发明实施例液晶投影器的光学布置图；

图2A、图2B表示本发明实施例的光圈机构；

图3表示第二透镜阵列和投影图像；

图4是由第一、第二透镜阵列构成的集成照明系统的概念图；

图5A、图5B表示本发明实施例第二透镜阵列的遮光状态和投影图像；

图6表示光圈机构第二透镜阵列各透镜单元的遮光状态与投影图像的关系；

图7A、图7B表示本发明实施例不同光圈叶片形状的第二透镜阵列的遮光状态和投影图像；

图8A、图8B表示本发明实施例不同光圈叶片形状的第二透镜阵列的遮光状态和投影图像；

图9A、图9B表示第二透镜阵列的遮光状态和投影图像；

图10A、图10B、图10C表示第二透镜阵列的遮光状态；

图11A是本发明实施例使用了又一形式光圈机构的液晶投影器的光学布置图；

图11B是本发明实施例又一光圈机构周边的侧面图；

图12是本发明实施例又一光圈机构的立体图；

图13表示现有液晶投影器的光学布置图；

图14表示现有的光圈机构。

具体实施方式

以下使用附图说明本发明的实施例。

图1表示从上方看本发明实施例液晶投影器时的光学布置图。

从光源，即灯50发出的光由第一透镜阵列51分割成多个部分光束，并通过第二透镜阵列52而射入偏振光变换元件53。通过偏振光变换元件53而使各部分光束的偏振光方向一致，成为直线偏振光，透射光圈机构65后射入重叠透镜54。

分色镜56R仅反射红色成分的光“R”，而透射其他的光。分色镜56G仅反射绿色成分的光“G”，而透射其他的光。

从重叠透镜54出来的光，由分色镜56R把红色的光“R”反射分离。透射了分色镜56R的光，由分色镜56G把绿色的光“G”反射分离，而使兰色的光“B”透射。

红色光“R”由全反射镜57R反射后，透射场镜59R而到达液晶板55R。

绿色光“G”透射场镜59G而到达液晶板55G。

兰色光“B”透射中继透镜58Ba，由全反射镜57Ba反射。兰色光“B”透射中继透镜58Bb，由全反射镜57Bb反射并透射场镜59B而到达液晶板55B。在此，液晶板55R、55G、55B作为光调制器的一种在起作用。

透射了液晶板55R、55G、55B的三色光在正交棱镜60被合成，并通过投影透镜61进行投影。箭头62表示合成光投影的方向。

光圈机构1配置在第一透镜阵列51与第二透镜阵列52之间。从灯50发出的光的行进方向是沿Z轴方向。光圈机构1的左右方向是沿X轴方向。

图2A、图2B表示从灯50侧沿Z轴方向看光圈机构1的正面图。X轴表示左右方向，Y轴表示上下方向。

光圈叶片11a、11b保持在框架12上并形成开口部13。

图2A表示光圈打开的状态。

图2B表示光圈缩小时的状态。

光圈叶片11a、11b通过齿轮14a、14b、14c、14d连动而移动。齿轮14c上连接有电机15。通过驱动电机15而光圈叶片11a、11b以相同的移动量在上下方向上移动。这时，开口部13以中心位置的高度(图中的13x)为基准，一边保持上下对称的形状一边变化开口部13的面积。亮度检测装置17检测投影图像的亮度。亮度检测装置17根据输入的图像信号检测框架的亮度信息，并演算该框架亮度的平均值，把电机15旋转角度的控制信号向电机控制器16送出。

电机控制器16根据受到的控制信号驱动电机15，把光圈叶片向规定的位置移动。在投影亮的图像时使开口部13的面积大，光圈叶片11a、11b由电机15驱动以在投影暗的图像时使开口部13的面积小。由此来实现大的动态范围。

图3表示第二透镜阵列52的正面图和投影图像。

第二透镜阵列52被分割成纵8个、横6个的单元，各单元由透镜构成。第一透镜阵列51也由被分割成相同数量单元的多个透镜构成。单元的形状设定成是横长的长方形形状，与投影图像是大致相似的关系。图3所示的第二透镜阵列52，是没有利用光圈机构1遮光的状态，能得到明亮均匀的投影图像。

图4是表示由第一透镜阵列51和第二透镜阵列52构成的集成照明系统的概念图。

为了容易理解图，从图1的灯50到液晶板55用红色(R)系统代表。而且省略了光圈机构1、偏振光变换元件53、重叠透镜54、分色镜56(R)、全反射镜57(R)。

如图4所示，来自具有反射镜的灯50射出光的分布在第一透镜阵列51前是周边暗。若原封不动地把液晶板55照明，则投影画面也是周边非常的暗。为了应对这点，则采用图4所示的集成照明系统，提高投影画面照度的均匀性。集成照明系统由多个透镜构成。

如图4所示，第一透镜阵列51把从反射镜50射出的光分割成多个部分光束，在第二透镜阵列52上的各透镜上形成根据该射出光分布强度的光源像。该各透镜的多个光源通过各自把整个液晶板55重叠并进行照明，而提高液晶板面上照度的均匀性。

图4中，虚线和箭头模拟表示光及其方向。

下面说明光圈叶片的形状与投影图像的关系。

图5A、图5B表示光圈机构1的第二透镜阵列52的遮光状态和这时的投影图像。

图5A表示的是光圈量小的状态，图5B表示的是光圈量大的状态。

光圈叶片11a、11b的形状，为了包含由光圈叶片11a、11b遮光的第二透镜阵列52各单元的遮光面积不同的面积，而使与这些各单元对应位置处的端部位置不同。

图6表示了光圈机构1的第二透镜阵列52的各透镜单元的遮光状态与在该状态时投影图像的关系。

在第二透镜阵列52上的各透镜单元上形成的多个光源像各自把液晶板55重叠并进行照明，从而提高液晶板上照度的均匀性。

图6的实施例中，如下所述的那样使液晶板上的照度均匀。

透镜单元201照明液晶板上侧的2/3，而把下侧的1/3进行遮光。透镜单元202照明液晶板上侧的1/3，而把下侧的2/3进行遮光。透镜单元203把整个面进行遮光。

在此，相当于液晶板的长方形211、212、213，分别模拟表示了液晶板被透镜单元201、透镜单元202、透镜单元203照明的状态。因此，长方形211、212、213也模拟表示了投影图像。

同样地，透镜单元206照明液晶板上侧的2/3，而把上侧的1/3进行遮光。透镜单元205照明液晶板上侧的1/3，而把下侧的2/3进行遮光。透镜单元204把整个面进行遮光。

因此，通过透镜单元201与透镜单元245的组合就使整个液晶板被照射光。同样地，通过透镜单元202与透镜单元246的组合就使整个液晶板被照射光。透镜单元203与204的组合不使液晶板照射光。

同样地，通过透镜单元241与透镜单元205的组合就使整个液晶板被照射光。同样地，通过透镜单元242与透镜单元206的组合就使整个液晶板被照射光。透镜单元243与244的组合不使液晶板照射光。

这样，了解到照度被均匀地降低了遮光的光量而液晶板55均匀地被照明。

由于液晶板上通过单元被遮光的暗的部分与亮的部分的边界位置不同，所以在投影的图像上各单元的明暗边界并不显眼。

以上，使用图6，说明了有图5那样一组光圈叶片11a、11b的情况。从该说明中了解到，即使使用仅具有光圈叶片11a和11b中一个的光圈机构时，照度也均匀地降低了遮光的光量，而液晶板55均匀地被照明。而且这时在投影的图像上各单元的明暗边界也并不显眼。

光圈机构1是在第一透镜阵列51与光源50之间的情况时，在上述的说明中如果把第二透镜阵列52置换成第一透镜阵列51也能进行同样的说明。因此，光圈机构1也可以是在第一透镜阵列51与光源50之间。

在光圈量大的图5B中，也与对图6的说明同样地，照度被均匀地降低了遮光的光量，而液晶板55均匀地被照明。这样，不损害投影图像质量而均匀地使照度相对图5A被更加降低。

图7A表示与图5不同的光圈叶片形状的光圈机构1的第二透镜阵列52的遮光状态和此时的投影图像。

尽管形状不同，但与图6说明的是同样的，液晶板55被均匀照明，因此，投影面内照度被均匀地降低了遮光的光量。

在光圈量大的图7B中，同样地，不损害投影图像质量而均匀地使照度相对图7A被进一步降低。

图8A表示与图5A、图5B、图7A、图7B不同的光圈叶片形状的光圈机构1的第二透镜阵列52的遮光状态和此时的投影图像。

同样地，尽管形状不同，但与图6说明的是同样的，液晶板55被均匀照明，投影面内照度别均匀地降低遮光的光量。

在光圈量大的图8B中，同样地，不损害投影图像质量而均匀地使照度相对图8A被进一步降低。

在图5A、图5B、图7A、图7B、图8A、图8B所示形状光圈齿(绞リ齿)的情况下，光圈量变化时，有时液晶板55不被均匀照明，但即使在这时也是大致被均匀照明。

即使在大致被均匀照明的情况下，由于液晶板上通过单元被遮光的暗的部分与亮的部分的边界位置不同，所以在投影的图像上各单元的明暗边界也并不显眼。

下面说明各单元遮光面积相等的情况。

图9A、图9B表示被遮光的第二透镜阵列的正面图和此时的投影图像。图9A表示的是光圈量小的状态，图9B表示的是光圈量大的状态。

图9A、图9B中光圈叶片11c、11d的形状是用直线形成的。是这种形状时，第二透镜阵列的各单元遮光的面积相等，使能把各单元明暗边界重叠的投影图像一致。因此，在图A、图B中的箭头301、302、303、304的位置处产生亮度不匀。特别是把光圈量例如从图9A变化成图9B时，由于根据光圈叶片11c、11d的位置而投影图像亮度不匀的位置移动，所以投影图像的质量明显降低。

如上所述，如图5A、图5B、图7A、图7B、图8A、图8B所示，把光圈叶片11a、11b设定成使第二透镜阵列各单元遮光的面积包含不同面积的形状，这样，即使在光圈量变化期间，照度也能在投影面内大致均匀变化。因此，即使在投影图像的亮度连续变化时，也能以自然的图像得到高的动态范围。

光圈叶片的形状并不限定于是图5A、图5B、图7A、图7B、图8A、图8B所示的形状。只要是根据光圈叶片遮光部分面积的变化而投影图像的亮度是连续且均匀变化的形状便可。

在图5A、图5B、图7A、图7B、图8A、图8B的例中，光圈叶片11a、11b的形状是由直线构成的台阶状形状。例如与图5A、图5B、图7A、图7B、图8A、图8B的光圈叶片形状对应，也可以把图10A、图10B、图10C所示光圈叶片的形状由平滑的曲线构成。只要是各单元的遮光面积包含不同面积的形状，且能使照度在投影面内大致均匀地降低，就也可以用组合这种曲线的形状来构成光圈叶片。

在图5A、图5B、图7A、图7B、图8A、图8B、图10A、图10B、图10C中，光圈叶片11a、11b的开口部13表示了上下左右对称的形状，但也可以是上下左右不对称。也可以如先前说明的那样是一片结构的光圈叶片。但分色镜56G、56R对反射波长的射入角度有依赖性，若设定成上下左右不对称，则在投影图像上容易产生若干的颜色不匀。因此，最好是上下左右对称或是以开口部的中心为基准的点对称的形状。

本实施例说明了光圈机构1配置在第一透镜阵列51与第二透镜阵列52之间的情况。

光圈机构1是在第一透镜阵列51与光源50之间的情况时，在上述的说明中如果把第二透镜阵列52置换成第一透镜阵列51则能够进行同样的说明。因此，光圈机构1也可以是在第一透镜阵列51与光源50之间。

只要能得到同样的效果，也可以把一组或多组光圈机构配置在从灯50到液晶板55R、55G、55B光程的任意位置上。

下面说明使用又一形式的光圈机构的情况。

图11A表示从上方看这时液晶投影器的光学布置图。

图11A中，代替先前说明的图1的光圈机构1，把光圈机构20配置在第一透镜阵列51与第二透镜阵列52之间。除了这点之外，构成图11A所示液晶投影器的元件和被付与了相同符号元件的作用，与图1所示元件的作用是相同的。

图11B是光圈机构20周边的侧面图。

图12是光圈机构20的立体图。

图11B和图12中，光圈叶片21a、21b通过齿轮22a、22b连结，并通过电机(未图示)而连动摆动。齿轮22a、22b的齿数比设定成是1∶1，光圈叶片21a和21b，分别如箭头351、352所示上下对称地摆动。

图12表示光圈打开的状态。

光圈叶片21a和21b通过在图12所示箭头351、352的方向上进行开闭动作，而把从灯50发出的光束的一部分进行遮光。

光圈叶片21a和21b的形状，被设定成与图4所示光圈叶片11a、11b同样地是使第二透镜阵列各单元的遮光面积不同的台阶状的形状。这样，与实施例1同样地能不损害投影图像质量地均匀调节投影面内的亮度。

前面叙述的光圈机构，在灯光路的外侧需要有容纳光圈叶片的空间，光圈机构大。相反，在此说明的方式中能把光圈叶片21a和21b收容在第一、第二透镜阵列之间，在进一步节省空间上是有效的。

光圈叶片11和21，最好是使用高反射率的原料(例如光亮铝)或在表面上实施了用反射率高的铬等材料电镀的原料来形成。这时，光圈叶片11、21反射来自灯50的光。因此，能防止向光圈机构1或20驱动部的热传导。这样，能抑制光圈机构和驱动部的温度上升。

在驱动光圈机构1、20的电机中使用的磁铁，在高温下减磁而性能降低。因此，通过降低驱动部的动作温度，能得到电机稳定的驱动性能。而且通过降低动作温度，即使是使用了便宜磁铁的电机也能得到足够的驱动性能，所以还能谋求低成本。

驱动光圈机构1、20的电机最好使用音圈电机。音圈电机能充分得到1/30msec的应答速度，能追随动画的亮度变化。音圈电机能无级调节光圈叶片的停止位置。因此，能不损害动画质量而达到高的动态范围。

本发明的实施例使用液晶投影器进行了说明。但只要是使用透镜阵列采用把灯光束均匀化方式的投影式显示装置，即使是使用了微反射镜的投影器，本发明也能适用。

产业上利用的可能性

本发明通过使用由一组光圈叶片构成的简单的光圈机构，能得到小型且低成本的投影式显示装置。本发明的投影式显示装置，能得到高的动态范围。因此，本发明的投影式显示装置作为能调节投影照度的投影式显示装置是有用的。

Claims (10)

1、一种投影式显示装置，其是把由光调制器形成的图像通过投影透镜放大投影显示的投影式显示装置，其中，其包括：

光源，其照明所述光调制器；

第一透镜阵列，其把从所述光源发出的光分割成多个部分光束；

第二透镜阵列，其把从所述第一透镜阵列发出的所述多个部分光束向所述光调制器重叠；

光圈机构，其配置在所述光源与所述光调制器之间，调节来自所述光源的光量，

把从所述光源发出的光的行进方向设定为Z轴，把相对Z轴的垂直方向设定为X轴，把相对Z轴和X轴构成的平面的垂直方向设定为Y轴，这时所述光圈机构开口部的面积沿X轴方向或Y轴方向中的任一方向变化。

2、如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，把调节光量的光圈机构配置在所述第一透镜阵列与所述第二透镜阵列之间。

3、如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，用所述光调制器形成的图像是长方形的形状，所述图像长方形的短边方向与所述Y轴一致，所述光圈机构开口部的面积沿所述Y轴方向变化。

4、如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，所述开口部的中心在光圈量变化期间位于相同的位置上。

5、如权利要求4所述的投影式显示装置，其中，所述开口部的形状，相对所述开口部的中心是点对称的形状。

6、如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，所述光圈机构具有一片光圈叶片或在所述Y轴方向上有间隔配置的一组光圈叶片，对在所述第一透镜阵列或第二透镜阵列中所具有的所述一片光圈叶片或所述一组光圈叶片的各个所述开口侧的部分的各个多个透镜进行遮光的各自的面积具有不同的面积，

7、如权利要求6所述的投影式显示装置，其中，所述一片光圈叶片或所述一组光圈叶片分别以端边为中心转动。

8、如权利要求6所述的投影式显示装置，其中，所述一片或所述一组光圈叶片中的每个是高反射率的原料。

9、如权利要求6所述的投影式显示装置，其中，包括：

检测部，其检测投影图像的亮度；

驱动部，其驱动所述一片或所述一组光圈叶片的每个，

其根据检测的投影图像的亮度，驱动所述一片或所述一组光圈叶片的每个，以决定所述一片或所述一组光圈叶片的每个的位置。

10、如权利要求9所述的投影式显示装置，其中，所述驱动部使用音圈电机。

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