CN101183178B

CN101183178B - 投影仪

Info

Publication number: CN101183178B
Application number: CN2007101702336A
Authority: CN
Inventors: 有贺进
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: CN101183178A; US7874680B2; JP2008122824A; JP4301282B2; US20080111973A1

Abstract

本发明提供不论使用哪种屏幕都可以降低斑点噪音从而可以显示高品质的图像的投影仪。具有供给相干光的光源部、根据图像信号调制光源部的相干光的空间光调制装置、作为投影空间光调制装置的光的投影光学系统的投影透镜18和设置在投影光学系统的光路中的作为相对与光轴垂直的方向使光束位移的光束位移部的透过部25。

Description

投影仪

技术领域

本发明涉及投影仪特别是使用作为相干光的激光显示图像的投影仪的技术。

背景技术

使作为相干光的激光照射扩散面时，有时出现明点和暗点随机地分布的称为斑点的干涉图样。斑点是由于在扩散面的各点扩散的光之间随机地相互干涉而发生的。在显示图像时，识别出斑点噪音时，由于给观察者以闪烁感，所以，将给图像观赏造成不良影响。作为降低斑点噪音的技术，在例如专利文献1中提案了使屏幕振动的技术。通过使由于屏幕的振动而发生的多个斑点图形重叠，可以使特定的斑点图形难于识别。

【专利文献1】特开2005-107150号公报

观赏由屏幕反射的光的所谓的前面投影型的投影仪，有可以通过与各种各样的屏幕的组合而观赏图像的优点。但是，试图使用屏幕的结构降低斑点噪音时，除了利用与专用的屏幕的组合以外，仍然可以识别出斑点噪音。这样，利用先有的技术时，不论使用哪种屏幕等，都难于降低斑点噪音。本发明就是鉴于上述问题而提案的，目的旨在提供不论使用哪种屏幕都可以降低斑点噪音从而可以显示高品质的图像的投影仪。

发明内容

为了解决上述问题而达到本发明的目的，按照本发明，所提供的投影仪的特征在于：具有供给相干光的光源部、根据图像信号调制光源部的相干光的空间光调制装置、投影空间光调制装置的光的投影光学系统和设置在投影光学系统的光路中的相对与光轴垂直的方向使光束位移的光束位移部。

通过由光束位移部使光束平行移动，可以使构成像素的光的光线角度在指定的角度范围内变化。通过在投影光学系统的特定的位置使光束位移，可以使屏幕等上的成像位置不发生偏移，从而可以仅使光线角度变化。通过利用光线角度的变化而使斑点图形变化，可以使特定的斑点图形难于识别。因此，可以防止分辨率的降低，并且可以显示斑点噪音少的高品质的图像。另外，通过使用投影仪内的结构可以降低斑点，即使与不具有用于降低斑点的结构的通常的屏幕等组合，也可以降低斑点噪音。这样，不论使用哪种屏幕，都可以降低斑点噪音，从而可以得到可显示高品质的图像的投影仪。

另外，作为本发明的优选形态，投影光学系统具有设置在从光圈入射空间光调制装置的光的入射侧的第1光学元件和设置在从光圈出射空间光调制装置的光的出射侧的第2光学元件，光束位移部设置在第1光学元件与第2光学元件之间。这样，就可以使屏幕等上的成像位置不发生偏离，从而可以仅使光线角度变化。

另外，作为本发明的优选形态，光束位移部设置在光圈的位置或光圈的附近的位置。这样，可以使用小型的光束位移部使光束位移。

另外，作为本发明的优选形态，光束位移部具有透过光的透过部，透过部设置成可以以旋转轴为中心旋转。通过使透过部旋转，使光束相对透过部的入射角变化。这样，使用透过部的简单的旋转运动就可以使光束位移。

另外，作为本发明的优选形态，透过部具有平板形状。这样，就可以容易而大幅度使光束位移。

另外，作为本发明的优选形态，光束位移部具有将入射的光的偏振状态顺序变换为第1振动方向的第1偏振光和与第1振动方向正交的第2振动方向的第2偏振光而出射的偏振光变换部，对于偏振光变换部的第1偏振光和第2偏振光，使之在与光轴垂直的方向上的位置相互不同而出射。通过将偏振状态变换，可以很容易地控制光。这样，就可以容易而大幅度使光束位移。

另外，作为本发明的优选形态，偏振光变换部具有液晶元件。这样，就可以很容易使光的偏振状态变换。

另外，作为本发明的优选形态，光束位移部具有使第1偏振光和第2偏振光具有相互不同的折射率的双折射元件。通过使用双折射元件，可以使第1偏振光和第2偏振光的出射位置不同。这样，对于第1偏振光和第2偏振光，可以使之在与光轴垂直的方向的位置相互不同而出射。

另外，作为本发明的优选形态，投影光学系统具有远心的光学系统。这样，就可以使屏幕等上的成像位置不发生偏离，从而可以形成仅使光线角度变化的结构。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的投影仪的概略结构的图。

图2A是表示投影透镜的概略结构的图。

图2B是表示透过部的斜视结构的图。

图3是说明通过使透过部往复旋转而引起光束的位移的图。

图4是说明构成投影透镜的各部分的配置的图。

图5是说明透过部和后透镜组的配置的图。

图6是表示本发明的实施例2的投影透镜的概略结构的图。

图7是说明双折射元件的图。

图8是说明由液晶元件和双折射元件引起的光束的位移的图。

符号说明

投影仪10 R光用光源部11R G光用光源部11G B光用光源部11B 扩散透镜12 场镜13 R光用空间光调制装置14RG光用空间光调制装置14G B光用空间光调制装置14B交叉分色棱镜15 第1分色膜16 第2分色膜17 投影透镜18屏幕19 前透镜组21 后透镜组22 光圈23 透过部25入射面25a 出射面25b 端面25c～25f 旋转轴26 光轴AX像28 投影透镜30 液晶元件31 双折射元件32

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施例。

实施例1.

图1表示本发明的实施例1的投影仪10的概略结构。投影仪10是向屏幕19供给光并通过观察由屏幕19反射的光而观赏图像的所谓的前面投影型的投影仪。红色(R)光用光源部11R、绿色(G)光用光源部11G、蓝色(B)光用光源部11B都是供给作为相干光的激光的光源部。

R光用光源部11R是供给作为激光的R光的半导体激光器。扩散透镜12将R光用光源部11R的激光扩散。场镜13使由扩散透镜12扩散的激光实现平行化，并向R光用空间光调制装置14R入射。R光用空间光调制装置14R是根据图像信号调制R光用光源部11R的R光的空间光调制装置，是使R光透过的透过型液晶显示装置。作为透过型液晶显示装置，可以使用例如高温多晶硅TFT液晶屏(High Temperature Polysilicon：HTPS)。由R光用空间光调制装置14R调制的R光向交叉分色棱镜15入射。

G光用光源部11G是供给作为激光的G光的半导体激光器。扩散透镜12将G光用光源部11G的激光扩散。场镜13使利用扩散透镜12扩散的激光实现平行化，并向G光用空间光调制装置14G入射。G光用空间光调制装置14G是根据图像信号调制G光用光源部11G的G光的空间光调制装置，是使G光透过的透过型液晶显示装置。由G光用空间光调制装置14G调制的G光从与R光不同的一侧向交叉分色棱镜15入射。

B光用光源部11B是供给作为激光的B光的半导体激光器。扩散透镜12将B光用光源部11b的激光扩散。场镜13使利用扩散透镜12扩散的激光实现平行化，并向B光用空间光调制装置14B入射。B光用空间光调制装置14B是根据图像信号调制B光用光源部11B的B光的空间光调制装置，是使B光透过的透过型液晶显示装置。由B光用空间光调制装置14B调制的B光从与R光、G光不同的一侧向交叉分色棱镜15入射。

交叉分色棱镜15具有相互正交地配置的2个分色膜16、17。第1分色膜16反射R光，使G光和B光透过。第2分色膜17反射B光，使R光和G光透过。交叉分色棱镜15将分别从不同的方向入射的R光、G光和B光合成。投影透镜18是将由交叉分色棱镜15合成的各色光向屏幕19投影的投影光学系统。

光源部11R、11G、11B可以采用使用多个半导体激光器的结构。光源部11R、11G、11B也可以采用使用将半导体激光器的激光的波长变换的波长变换元件例如第2高次谐波发生元件(Second-Harmonic Generation：SHG)的结构。作为光源部11R、11G、11B，也可以使用半导体激光激励固体(DiodePumped Solid State：DPSS)激光器或固体激光器、液体激光器、气体激光器等。

另外，投影仪10也可以采用使用使光束的强度分布均匀化的均匀化光学系统例如棒积分器或复眼透镜、重叠透镜等的结构。此外，投影仪10通过使用计算机合成全息图(Computer Generated Hologram：CGH)元件等的衍射光学元件，可以使空间光调制装置14R、14G、14B具有的矩形的照明区域上的光束的强度分布均匀化。

图2A表示投影透镜18的概略结构。投影透镜18具有前透镜组21和后透镜组22。前透镜组21是设置在从光圈23入射空间调制装置的入射侧的第1光学元件。后透镜组22是设置在从光圈23出射空间光调制装置的光的出射侧的第2光学元件。前透镜组21和后透镜组22都不限于单独的透镜的情况，可以采用由多个透镜构成的结构。

在投影透镜18的光路中光圈23的位置设置透过部25。透过部25是使光束位移的光束位移部。透过部25由玻璃等透明部件构成，使光透过。如图2B所示，透过部25具有平坦的平板形状。透过部25具有入射由空间光调制装置调制的光的入射面25a和出射由空间光调制装置调制的光的出射面25b。入射面25a和出射面25b平面呈矩形形状。透过波25具有与入射面25a和出射面25b正交的4个端面25c～25f。端面25c与端面25e平行，相互相对地设置。另外，端面25d与端面25f平行，相互相对地设置。在透过部25上，设置了旋转轴26。旋转轴26通过端面25c的中心和端面25e的中心而设置，并且与入射面25a和出射面25b平行。

旋转轴26设置成与光轴AX正交。透过部25设置得可以以旋转轴26为中心进行旋转。透过部25使用例如与电位差对应的静电力往复转动。此外，透过部25可以采用例如使用电磁力进行驱动的结构、使用压电元件的伸缩力进行驱动的结构、使用以指定的步进单位旋转的步进电机的动力的结构等。另外，也可以采用同时并用弹簧等的弹性体的弹性力的结构。

图3是说明通过使透过部25往复旋转而引起光束的位移的图。透过部25通过以旋转轴26为中心的往复旋转，使倾斜度变化而振动。在透过部25处于图中实线所示的第1倾斜状态时，向透过部25入射的光束由于透过部25的折射，比向透过部25入射时向图3的纸面下侧位移而出射。在透过部25处于图中虚线所示的第2倾斜状态时，向透过部25入射的光束比向透过部25入射时向图3的纸面上侧位移而出射。这样，通过使光束相对透过部25的入射角变化，透过部25使光束相对与光轴AX垂直的方向即铅直方向位移，即相对图3中的纸面上侧和纸面下侧使光束位移。本实施例的透过部25是平面呈矩形形状，但是，透过部25的结构不限于此。透过部25只要是使入射的光束向与光轴AX垂直的方向位移而出射就行。例如，入射面25a和出射面25b可以是平面呈圆形形状，也可以是圆形形状以外的任意的形状。

通过使透过部25在第1倾斜状态和第2倾斜状态振动，透过部25如图中两箭头所示的那样使光束反复位移。透过部25可以以与光轴AX垂直的状态和相对光轴AX具有倾斜的状态振动。这时，对于与光轴AX垂直的状态，可以使光束位移。透过部25除了可以以通过纸面进深方向即通过端面25c的中心和端面25e的中心的旋转轴26为中心旋转外，也可以以通过纸面上下方向即通过端面25d的中心和端面25f的中心的旋转轴为中心旋转。这时，透过部25使光束在与光轴AX垂直的方向即水平方向位移，即使光束对于图3中的纸面进深侧和纸面前面侧位移。

图4是说明构成投影透镜18的各部分的配置的图。前透镜组21配置成使空间光调制装置的像28的位置为前侧焦点，使光圈23的位置为后侧焦点。前透镜组21构成从空间光调制装置像28侧入射主光线与光轴AX平行的光的远心光学系统。

图5是说明透过部25和后透镜组22的配置的图。后透镜组22配置成使屏幕19的位置为后侧焦点。这里，说明从各空间光调制装置14R、14G、14B(参见图1)的中心点出射的光束的行为。从各空间光调制装置14R、14G、14B的中心点出射的光束由前透镜组21(参见图4)实现平行化后，向透过部25入射。

由于透过部25的振动，光束如实线和虚线所示的那样平行移动。通过使光束在前透镜组21和后透镜组22之间实现平行化，可以使屏幕19上的成像位置不发生偏离，从而可以仅使光线角度变化。通过利用光线角度的变化而使斑点图形变化，可以使特定的斑点图形难于识别出。因此，可以减小分辨率的降低，并且可以显示斑点噪音少的高品质的图像。

通过使用投影仪10内的结构可以降低斑点噪音，即使与不具有用于降低斑点噪音的结构的通常的屏幕等组合时，也可以降低斑点噪音。这样，不论使用哪种屏幕等，都可以降低斑点噪音，从而可以获得显示高品质的图像的效果。

在本实施例中，通过使用可以旋转并且是平板形状的透过部25，利用透过部25的简单的旋转运动，可以容易而大幅度地使光束平行移动。这样，可以容易而有效地使斑点图形变化。透过部25的振动不限于是周期的情况，也可以是不规则的。通过使透过部25不规则振动，只要可以使光线角度随机地变化，就可以有效地降低斑点噪音。由于透过部25的振动可以不规则，所以，对透过部25的驱动不需要高精度的控制，从而可以采用简易的用于驱动透过部25的结构。透过部25最好以使观察者识别不出顺序变化的各斑点图形的速度进行振动。这样，就可以使多个斑点图形重叠，从而可以有效地降低斑点噪音。

通过将透过部25配置在光束缩小的光圈23的位置，可以使透过部25小型化。因此，可以利用紧凑的结构降低斑点噪音。通过使透过部25小型化，可以实现透过部25的低电力驱动，从而可以实现低电力消耗。透过部25不限于配置在光圈23的位置的情况。也可以配置在光圈23的附近。将透过部25配置在光圈23的附近时，也可以使透过部25实现小型化。此外，只要是前透镜组21和后透镜组22之间的光路中，透过部25可以设置在任何位置。至少通过将透过部25设置在前透镜组21和后透镜组22之间，就可以使成像位置不发生偏离，从而可以采用仅使光线角度变化的结构。

透过部25最好以使观察者识别不出顺序变化的各斑点图形的速度进行振动。这样，就可以使多个斑点图形重叠，从而可以有效地降低斑点噪音。与不利用透过部25使光束位移的情况相比，投影透镜18最好减小F数值而可以取入由于透过部25的振动而位移的光。这样，可以充分取入由于透过部25的振动而位移的光。通过充分取入由透过部25而位移的光，可以防止图像的亮度降低。

投影仪10不限于对各R光、G光、B光具有空间光调制装置的结构。投影仪10也可以采用利用1个空间光调制装置调制2个或3个色光的结构。投影仪10不限于使用透过型液晶显示装置作为空间光调制装置的情况。作为空间光调制装置，也可以使用反射型液晶显示装置(硅基液晶)、DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件)、GLV(光栅光阀)等。

实施例2.

图6表示本发明的实施例2的投影透镜30的概略结构。本实施例的投影透镜30可以应用于上述实施例1的投影仪10。本实施例的投影透镜10具有液晶元件31和双折射元件32，取代透过部25。对于和上述实施例1相同的部分标以相同的符号，并省略重复的说明。液晶元件31和双折射元件32构成设置在投影透镜30的光路中的光束位移部。

液晶元件31和双折射元件32设置在光圈23的位置。液晶元件31将液晶分子分散在平坦的平行平板中。液晶元件31是根据液晶分子的取向状态将入射的光的偏振状态变换为p偏振光和s偏振光而出射的偏振光变换部。p偏振光是第1振动方向的第1偏振光。s偏振光是与第1振动方向大致正交的第2振动方向的第2偏振光。在液晶元件31的入射侧和出射侧设置了图中未示出的透明电极。透明电极可以使用例如作为金属氧化物的ITO或IZO构成。通过向透明电极施加电压和停止电压，可以使液晶分子的取向状态变化。

双折射元件32设置在液晶元件31的出射侧。双折射元件32和液晶元件31一样，构成平坦的平行平板。双折射元件32对作为第1偏振光的p偏振光和作为第2偏振光的s偏振光具有相互不同的折射率。因此，如图7所示，双折射元件32使例如入射光中的p偏振光分量直接透过而使s偏振光分量折射。这样，双折射元件32相对于p偏振光就使s偏振光平行移动了。双折射元件32可以使用例如水晶、方解石等构成。

图8是说明利用液晶元件31和双折射元件32使光束位移的图。空间光调制装置14R、14G、14B出射与图像信号相应的特定的线偏振光例如p偏振光。在液晶元件31中直接透过p偏振光时，则液晶元件31的p偏振光在双折射元件32中直线前进。在液晶元件31中p偏振光变换为s偏振光时，则液晶元件31的s偏振光则由于双折射元件32的折射而在与光轴AX垂直的方向位移。这样，液晶元件31的p偏振光和s偏振光就使与光轴AX垂直的方向的位置相互不同而出射。

本实施例的情况，即使是与不具有用于降低斑点噪音的结构的通常的屏幕等组合的情况，也可以降低斑点噪音。这样，不论使用哪种屏幕，都可以降低斑点噪音，从而可以显示高品质的图像。通过使用液晶元件31，利用电压的控制，可以很容易地变换光的偏振状态。这样，可以很容易控制光，从而可以容易并且大幅度地使光束位移。空间光调制装置14R、14G、14B根据图像信号出射s偏振光时，液晶元件31可以采用进行s偏振光的透过和从s偏振光向p偏振光变换的结构。

本发明不限于前面投影型的投影仪10。也可以是通过向屏幕的一方的面供给光而观察从屏幕的另一方的面出射的光来鉴赏图像的所谓的背面投影仪。

如上所述，本发明的投影仪在使用激光显示图像时是有用的。

Claims

1.一种投影仪，其特征在于，具有：

供给相干光的光源部；

根据图像信号调制来自上述光源部的上述相干光的空间光调制装置；

将来自上述空间光调制装置的光投影至屏幕的投影光学系统；和

设置在上述投影光学系统的光路中、在相对于光轴垂直的方向上使光束位移的光束位移部；

上述投影光学系统具有设置在从光圈入射来自上述空间光调制装置的光的入射侧的第1光学元件和设置在从光圈出射来自上述空间光调制装置的光的出射侧的第2光学元件；

上述光束位移部设置在上述第1光学元件与上述第2光学元件之间；

上述第1光学元件配置成使上述空间光调制装置的像的位置为前侧焦点、使上述光圈的位置为后侧焦点，上述第2光学元件配置成使上述屏幕的位置为后侧焦点；

上述光束位移部具有将入射的光的偏振状态顺序变换为第1振动方向的第1偏振光和与第1振动方向正交的第2振动方向的第2偏振光而出射的偏振光变换部；

对于来自上述偏振光变换部的上述第1偏振光和上述第2偏振光，使之在与光轴垂直的方向上的不同位置出射。

2.按权利要求1所述的投影仪，其特征在于：上述偏振光变换部具有液晶元件。

3.按权利要求1或2所述的投影仪，其特征在于：上述光束位移部具有对上述第1偏振光和上述第2偏振光具有相互不同的折射率的双折射元件。

4.按权利要求1或2所述的投影仪，其特征在于：上述投影光学系统具有远心光学系统。

5.按权利要求3所述的投影仪，其特征在于：上述投影光学系统具有远心光学系统。