CN100444019C

CN100444019C - 投影机

Info

Publication number: CN100444019C
Application number: CNB2004100745010A
Authority: CN
Inventors: 小山文夫
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2024-09-01
Also published as: US20050052346A1; CN1591162A; JP3843973B2; US7535435B2; JP2005077868A

Abstract

本发明的目的在于提高液晶投影机的图像显示特性。投影机(10)具有照明光学系统(100)、微透镜阵列(200)、快门阵列(300)、液晶光阀(400)、投射光学系统(500)和调制控制部(600)。调制控制部(600)根据由输入的图像信号表示的色的灰度控制快门阵列(300)和液晶光阀(400)。在灰度值小于等于1%时，由快门阵列(300)以时分割方式控制使1%的光透过，详细的灰度表现由液晶光阀(400)来实现。另外，在灰度值为0%时，由快门阵列(300)将光完全遮挡。这样，就可以提高暗的灰度的再现性和对比度特性。

Description

投影机

技术领域

本发明涉及提高液晶投影机的图像的显示特性的技术。

背景技术

根据光的调制方式，投影机有三管式投影机、DLP(注册商标)投影机、液晶投影机等各种类型。近年来，已提出了利用将微型快门(シヤツタ)元件排列成矩阵状的快门阵列来调制光的方式(参见专利文献1、2、3)。其中，由于液晶投影机的制造成本较低，所以流通量特别大。

专利文献1：特表2002-506228号公报

专利文献2：特表2002-538512号公报

专利文献3：国际公开第02/42826号手册

但是，由于以往的液晶投影机难于利用液晶完全遮挡从光源射出的光，所以存在暗的灰度的再现性差的问题。另外，在作为所谓的保持型显示装置的液晶中，在进行动图像再现的帧的切换时，前次显示的帧会作为余像留在人的眼睛里，从而也存在图像看起来发生模糊的问题。

发明内容

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于：在液晶投影机中提高对比度特性以及动图像的再现能力。

为了至少部分地解决上述问题，按如下方式构成本发明的投影机。即，上述投影机是投射显示图像的投影机，其具有：

光源；

液晶光阀；

与上述液晶光阀的各个像素一一对应地具有通过以时分割方式切换是否投射光的2个状态而调整光的投射量的元件的光量调整部；

通过根据表示上述图像的图像信号控制上述液晶光阀和光量调整部而调制从上述光源射出的光的调制控制部；以及，

投射上述调制的光的投射部。

上述光量调整部可以由例如上述的快门阵列或DMD(DigitalMicromirror Device，数字微镜装置)、强介电性液晶等构成。这些装置的特征是对比度特性通常都优于液晶光阀。但由于光量调整部以时分割方式调整光的投射量，所以灰度的分辨能力是有限的。另一方面，虽然由于液晶光阀难于完全遮挡光，因而其对比度特性差，但由于其可以模拟地调整光的透过量，所以其灰度的分辨能力优异。按照本发明，由于将这样的液晶光阀和光量调整部同时并用来调制光，所以通过发挥它们各自的长处，可以提高投影机的显示特性。

在上述投影机中，可以构成为，上述调制控制部在由上述图像信号表示的色为最暗的灰度时使上述光量调整部将光的投射量设置成为零。

这样，由于可以由光量调整部遮挡光，所以可以提高仅用液晶光阀表现困难的黑色或亮度低的色的再现性。特别是在光量调整部由快门阵列构成时，由于可以基本上完全遮挡光，所以效果很好。

在上述投影机中，可以构成为，上述调制控制部在由上述图像信号表示的色是比指定的基准明亮的灰度时使由上述光量调整部将光的投射量设置为最大，从而使得由上述液晶光阀调制光以表示上述明亮的灰度。

液晶光阀对明亮的色的灰度的分辨能力优于对接近黑色的暗的灰度的分辨能力。因此，通过采用这样的结构，在由上述图像信号表示的色是比指定的基准明亮的灰度时，可以进行发挥了液晶光阀的优点的显示。

在上述投影机中，可以构成为，上述调制控制部根据由上述图像信号表示的色的灰度使上述光量调整部将投射的光的投射量切换为预先设定的投射量。

作为切换的方式，例如，上述调制控制部可以构成为，在由上述图像信号表示的色为比较暗的灰度时，通过使上述光量调整部将光的投射量切换为指定量并调整上述液晶光阀，来调制光以表示上述暗的灰度。

这样，可以由光量调整部表示基本上为暗的灰度，而详细的灰度表现可以使用液晶光阀进行调整。因此，即使显示的色是暗的灰度，也可以进行分辨能力优异的显示。

在上述投影机中，可以构成为，上述调制控制部使与上述各个像素对应的上述光量调整部的各个元件的控制定时与上述液晶光阀的各个像素的控制定时同步。

控制液晶光阀的各个像素的定时，通常不是对液晶全面暂时地进行控制，而是以指定的像素数为单位依次地进行控制。因此，通过使控制光量调整部的各个元件的定时与这样的液晶光阀的控制定时同步，可以进行精度更高的色的再现。

在上述投影机中，可以构成为，上述液晶光阀具有液晶面板，并在光的入射面具有第1偏振板、在光的射出面具有第2偏振板，上述第1偏振板和上述第2偏振板将上述液晶面板夹在中间；

上述光量调整部设置在上述光源与上述第1偏振板之间、上述第1偏振板与上述液晶面板之间、上述液晶面板与上述第2偏振板之间的至少一个地方。

如果采用这样的结构，通过将光量调整部设置在光源与第1偏振板之间，可以抑制第1偏振板和第2偏振板两者的发热和劣化。另外，通过将其设置在第1偏振板与液晶面板之间或液晶面板与第2偏振板之间，可以抑制第2偏振板的发热和劣化。

上述光量调整部设置在上述光源与上述第1偏振板之间；

进而，在上述光源与上述光量调整部之间，具有分别将光聚集到上述光量调整部的各个元件上的微透镜阵列。

如果采用这样的结构，由于可以错开存在于构成光量调整部的各元件周围的格子而聚集光，所以可以有效地利用从光源照射的光。

在上述投影机中，可以构成为，上述调制控制部使上述光量调整部在将图像显示1帧的期间中的指定期间不投射光。

如果采用这样的结构，由于不投射光的期间的图像由人脑内插，所以可以进行抑制了余像感的动图像的显示。不投射光的期间可以设置为与CRT的显示特性相同程度的1帧的显示期间中的约75％左右。这里，所谓1帧的显示期间，通常为1/60秒。这样的控制，可以不根据再现的图像是动图像还是静止图像来进行，也可以仅在再现动图像时进行。另外，用户也可以任意地切换。

在这样的结构中，上述不投射光的期间可以是从上述1帧的显示开始时间到经过指定的时间。

虽然液晶光阀是保持型装置，但在1帧的显示开始时间附近直到液晶的扭曲成为稳定为止灰度是不稳定的。因此，根据上述结构，如果使用光量调整部遮挡这样的期间，则可进行更稳定的动图像的显示。

在本发明中，可以将上述的各种方式的适当组合或省略其一部分来应用。另外，本发明也可以构成作为投影机的控制方法。

附图说明

图1是表示作为实施例的投影机的简要结构的说明图。

图2是表示快门阵列的简要结构的说明图。

图3是表示以时分割方式进行的快门阵列的控制方法的说明图。

图4是在液晶LUT中定义的曲线图。

图5是在快门LUT中定义的曲线图。

图6是虚拟地将图4和图5的曲线合成的曲线图。

图7是表示液晶光阀与快门阵列的控制定时的说明图。

图8是表示用于提高动图像再现能力的快门阵列的控制方法的说明图。

图9是由调制控制部进行的调制处理的流程图。

图10是表示作为变形例的液晶LUT的说明图。

图11是表示作为变形例的快门LUT的说明图。

图12是表示投影机的变形例的说明图。

符号说明

10...投影机，100...照明光学系统，120...光源装置，130、140...透镜阵列，150...偏振变换元件，160...重叠透镜，200、200R、200G、200B...微透镜阵列，300、300R、300G、300B...快门阵列，400、400R、4000、400B...液晶光阀，410...液晶面板，420...第1偏振板，430...第2偏振板，500...投射光学系统，600...调制控制部，700...色光分离光学系统，750...中继光学系统，800...十字分色棱镜，SC...屏幕。

具体实施方式

下面，根据实施例按以下的顺序说明本发明的实施方式。

A.投影机的简要结构。

B.快门阵列的控制方法。

C.基于LUT的调制控制。

D.液晶光阀和快门阵列的控制定时。

E.动图像的再现控制。

F.调制处理。

G.变形例。

A.投影机的简要结构

图1是表示作为实施例的投影机的简要结构的说明图。投影机10具有照明光学系统100、微透镜阵列200、快门阵列300、液晶光阀400、投射光学系统500和调制控制部600。

照明光学系统100具有光源装置120、2个透镜阵列130及140、偏振变换元件150、重叠透镜160。照明光学系统100利用这些光学系统将从光源装置120射出的光变换为偏振方向一致的1种线偏振光而射出。

微透镜阵列200是微小的透镜的集合体。其具有的各个透镜与构成快门阵列300的各个快门元件一一对应。该各个透镜使从照明光学系统100射出的光聚集到快门阵列300的各个快门元件的开口部。这样，由于可以抑制光对快门阵列300的格子部分的照射，所以可以有效地利用从光源射出的光。

快门阵列300是微小的快门元件的集合体。其具有的各个快门元件与液晶光阀400的各个像素一一对应。在本实施例中，通过利用该快门阵列300，可以提高投影机10的对比度特性，并且可以抑制动图像再现时的余像感。后面，将详细地说明这样的快门阵列300。

液晶光阀400具有液晶面板410，并在光的入射面具有第1偏振板420、在光的射出面具有第2偏振板430，上述第1偏振板420与上述第2偏振板430将液晶面板410夹在中间。第1偏振板420的偏振轴被设定为，与通过微透镜阵列200及快门阵列300入射的线偏振光的偏振方向相同。因此，入射到第1偏振板420上的光的大部分直接地通过第1偏振板。从第1偏振板射出的偏振光根据调制控制部600的指示由液晶面板410进行调制。第2偏振板430仅射出在液晶面板中调制的光之中偏振方向与偏振轴相同的光成分。

投射光学系统500由投射透镜或可变焦透镜等构成，其将从液晶光阀400的第2偏振板430射出的调制光放大投射到屏幕SC上。

调制控制部600从图中未示出的图像输出装置输入分量信号、复合信号、RGB信号等图像信号，通过根据由该图像信号表示的色控制快门阵列300和液晶光阀400，调制从照明光学系统100射出的光。这样的控制是通过参照液晶查找表(液晶LUT)和快门查找表(快门LUT)进行的。所谓图像输出装置，是例如DVD播放机、录像机、个人计算机等装置。调制控制部600除了可以利用具有CPU及ROM、RAM的微型计算机以软件方式构成之外，也可以利用LSI等以硬件方式构成。

B.快门阵列的控制方法

图2是表示快门阵列300的简要结构的说明图。如图所示，快门阵列300是微小的快门元件的集合体。各个快门元件的大小，与液晶光阀400的各个像素的大小相当。各个快门元件以设置在其一边的铰链(ヒンジ)为轴进行开关动作。在关状态时，由于可以几乎完全遮挡光的透过，所以可以提高黑色的再现性。调制控制部600通过以时分割方式控制该开关动作，切换是否投射光的2个状态而调整光的透过量。

图3是表示利用时分割方式的快门阵列300的控制方法的说明图。图3(a)表示在1帧的显示期间(1/60秒)中透过最大的光量的定时图。这时，在1帧期间中通过使快门元件总是处于开状态，可以透过最大的光量。图3(b)表示透过50％的光量的定时图。这时，如图所示，交替地切换关状态和开状态，使开状态的整个期间相对于图3(a)成为50％。这样，就可以透过50％的光量。图3(c)、(d)表示根据与图3(b)相同的原理使10％的光量和1％的光量透过时的定时图。在利用时分割方式的控制中，通过这样地使快门元件高速地进行开关动作调整投射的光量。

C.基于LUT的调制控制

图4是在液晶LUT中定义的曲线图。横轴用百分数表示由图像信号表示的色的灰度值。0％是最暗的灰度值，100％是最亮的灰度值。如图所示，横轴用0～1％和1～100％不同刻度表示灰度值。另一方面，纵轴表示根据灰度值设定的液晶光阀400的光的透过率。调制控制部600根据输入的图像信号的灰度值控制液晶光阀门400，以使光的透过率成为所设定的值。如图所示，在液晶LUT中，定义了2个非连续的相似形的曲线。因此，在由图像信号表示的灰度值大于1％并且小于等于100％时，应用曲线A，在大于等于0％并且小于等于1％时，应用曲线B。曲线A和曲线B两者的光的透过率的最小值都是1％。这是由于液晶光阀400，其特性是不能将光完全遮挡的缘故。

图5是在快门LUT中定义的曲线图。横轴和图4一样，用百分数表示由图像信号表示的色的灰度值，灰度值用0～1％和1～100％不同的刻度表示。纵轴表示根据灰度值设定的快门阵列300的光的透过率(快门的开度)。如图所示，在快门LUT中，在由图像信号表示的色的灰度值大于1％并且小于等于100％时，透过率固定为100％，在大于等于0％并且小于等于1％时，固定为1％。

按照以上说明的液晶LUT和快门LUT，在灰度值大于1％并且小于等于100％时，快门阵列300的开度固定为100％，仅由液晶光阀400调制光。在灰度值大于0％并且小于等于1％时，由于光的透过率由快门阵列300限制为1％，所以可以利用液晶光阀400表现0.01％～1％这样的微妙的灰度。另外，在灰度值为0％时，由快门阵列300遮挡光的透过。

图6是虚拟地将图4和图5的曲线合成的曲线图。在本曲线图中，纵轴、横轴都用0～1％和1～100％不同的刻度表示。按照本实施例，通过使用液晶光轴400和快门阵列300两者，在如图所示的比较暗的灰度时，可以进行更详细的灰度表现。即，通过同时并用快门阵列300，可以极大地提高液晶光阀很难实现的暗的灰度的再现性。另外，在灰度值为0％时，由于通过快门阵列300将光遮挡，所以可以大幅度地提高对比度特性。

当然，虽然仅使用快门阵列300也可以调制光，但由于快门阵列300是通过时分割方式控制进行灰度表现的，所以灰度的分辨能力有限。但是，如本实施例，通过同时并用可以模拟地表现灰度的液晶光阀400，可以进行更详细的灰度表现。

D.液晶光阀和快门阵列的控制定时

图7是表示液晶光阀400和快门阵列300的控制定时的说明图。液晶光阀400通常在x方向进行每12个像素的驱动。并且，在1行的驱动结束时，控制就转移到下一行。即，按照图7(a)中所示的符号，按L11、L12、...、L1x、L21、...、Lyx的顺序驱动像素。因此，在本实施例中，使快门阵列300的控制定时与液晶光阀400的控制定时同步。即，快门阵列300也按每12个像素的顺序进行S11、S12、...、S1x、S21、...、Syx的控制。

图7(b)是在某一定时使画面全体的灰度值从0％变化为指定的灰度值时的定时图。如上所述，由于同步地进行液晶光阀400和快门阵列300控制，所以如图所示，L11和S11的信号同时上升，然后，L12和S12的信号同时上升。最后，Lyx和Syx的信号同时上升。这样，通过使液晶光阀400和快门阵列300的控制定时同步，可以进行更高精度的调制。

E.动图像的再现控制

图8是表示用于提高动图像的再现能力的快门阵列300的控制方法的说明图。图8(a)是驱动液晶光阀400的控制信号的定时图。这里，表示了在最初的第1帧将灰度值设为50％、第2帧为100％、第3帧为25％、第4帧为100％的例子。

图8(b)是表示根据由图8(a)所示的控制信号由液晶光阀400调制的调制光的亮度的定时图。液晶光阀400从输入控制信号开始到液晶的扭曲程度稳定为止发生若干时滞。因此，如图所示，在帧的初始阶段存在亮度不稳定的部分。

在本实施例中，如图8(c)所示，使用快门阵列300遮挡1帧期间的最初的75％期间的光，仅投射余下的25％期间的光。这样，就可以射出图8(d)所示的光。这样，通过仅投射1帧中约25％期间的光，可以抑制动图像的余像感。这是因为，不投射光的期间的图像由人脑内插。25％的期间是根据动图像的再现能力优异的CRT等的脉冲式显示装置的特性而设定的期间。另外，由于遮挡了1帧期间的最初的部分，所以掩盖了图8(b)所示的亮度不稳定的部分，从而可以显示稳定的动图像。

在图3中，说明了以作为1帧的通常的显示期间的1/60秒为1个单位，在其中对快门阵列300的光量调整进行时分割方式的控制。但是，由于在进行上述动图像的再现处理时，仅进行1帧的显示期间中的25％的投射，所以其中是以1/60秒的25％的期间即1/240秒作为1个单位进行时分割方式的控制。

F.调制处理

图9是由调制控制部600进行的调制处理的流程图。首先，调制控制部600如果输入图像信号(步骤S10)，则参照液晶LUT和快门LUT(步骤S20)。并且，按照这些LUT控制液晶光阀400和快门阵列300调制光(步骤S30)。这时，同时进行上述的动图像的再现控制。在电源接通时，投影机10总是进行以上的处理。

G.变形例

以上，说明了本发明的实施例，但本发明并不局限于这些实施例，在不脱离其宗旨的范围内可以采用各种结构。例如，图8所示的动图像的再现处理可以仅在投射动图像时进行，同样也可以在投射静止图像时进行。另外，也可以完全不进行处理。另外，可以将快门阵列300仅用于上述的动图像的再现处理，光的调制可以仅由液晶光阀400进行。此外，例如也可以是以下的变形。

(G-1)

图10是表示作为变形例的液晶LUT的说明图，图11是表示作为变形例的快门LUT的说明图。在上述实施例中，是以灰度值1％为界限进行控制切换。但是，切换控制的点不是1个，如图10和图11所示，可以在多个点进行切换。在本变形例中，在灰度值为0.8％和20％的2个点进行切换。这样，如果在多个点进行控制切换，则可以灵活地运用可获得例如线性特性的液晶光阀400的接近中间灰度的特性来进行调制。

(G-2)

图12是表示投影机10的变形例的说明图。在这样的变形例中，由色光分离光学系统700和中继光学系统750将从照明光学系统100射出的光分离为红、蓝、绿的三原色，并对每种色分别地进行调制。因此，本变形例的投影机10分别具有3组微透镜阵列(200R、200G、200B)、快门阵列(300R、300G、300B)、液晶光阀(400R、400G、400B)。对于每种RGB调制的光由十字分色棱镜800进行合成，并由投射光学系统500进行放大投射。

(G-3)

虽然如图1所示，在实施例中，微透镜阵列200设置在照明光学系统100与快门阵列300之间，但除此之外，也可以设置在例如快门阵列300与第1偏振板420之间。这样，就可以抑制第1偏振板420及第2偏振板430的发热和劣化。另外，也可以设置在第1偏振板420与液晶面板410之间或液晶面板410与第2偏振板430之间。这样，就可以抑制第2偏振板430的发热和劣化。

(G-4)

在上述实施例中，同时并用液晶光阀400和快门阵列300进行光调制。但是，也可以通过使用例如DMD或强介电性液晶等对光的透过进行时分割方式的控制来取代快门阵列300。另外，可以使用与液晶光阀400所使用的同等的液晶面板。即使采用这样的结构，也可以实现提高对比度特性及动图像的再现能力。

Claims

1.一种投影机，是投射显示图像的投影机，具有：

光源；

液晶光阀；

通过根据表示上述图像的图像信号控制上述液晶光阀和光量调整部而调制从上述光源射出的光的调制控制部；以及

投射上述调制的光的投射部。

2.按权利要求1所述的投影机，其中，上述调制控制部在由上述图像信号表示的色为最暗的灰度时使由上述光量调整部调整的光的投射量成为零。

3.按权利要求1所述的投影机，其中，上述调制控制部在由上述图像信号表示的色是比指定的基准明亮的灰度时使由上述光量调整部调整的光的投射量最大，从而使得由上述液晶光阀调制光以表示上述明亮的灰度。

4.按权利要求1所述的投影机，其中，上述调制控制部根据由上述图像信号表示的色的灰度使上述光量调整部将投射的光的投射量切换为预先设定的投射量。

5.按权利要求4所述的投影机，其中，上述调制控制部在由上述图像信号表示的色为比较暗的灰度时，通过使上述光量调整部将光的投射量切换为指定量并调整上述液晶光阀，来调制光以表示上述暗的灰度。

6.按权利要求1所述的投影机，其中，上述调制控制部使与上述各像素对应的上述光量调整部的各个元件的控制定时与上述液晶光阀的各个像素的控制定时同步。

7.按权利要求1所述的投影机，其中，上述液晶光阀具有液晶面板，并在光的入射面具有第1偏振板、在光的射出面具有第2偏振板，上述第1偏振板和上述第2偏振板将上述液晶面板夹在中间；

8.按权利要求1所述的投影机，其中，上述液晶光阀具有液晶面板，并在光的入射面具有第1偏振板、在光的射出面具有第2偏振板，上述第1偏振板和上述第2偏振板将上述液晶面板夹在中间；

上述光量调整部设置在上述光源与上述第1偏振板之间；

9.按权利要求1所述的投影机，其中，上述调制控制部使上述光量调整部在将图像显示1帧的期间中的指定期间不投射光。

10.按权利要求9所述的投影机，其中，上述不投射光的期间是从上述1帧的显示开始时间到经过指定的时间。