CN102483563B - 投影式显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种即使光源具有缺陷也能够抑制图像质量降低的投影式显示设备。一种投影式显示设备设置有光学调制元件(12a，12b，12c)、包括从发光单元(11a，11b，11c)发射光的光源(10a，10b，10c)和会聚光学系统(14a，14b，14c)的照明光学系统、和振动器(16)。该光学调制元件具有用于根据图像信息调制入射光的光学调制面(13a，13b，13c)。该聚光光学系统会聚来自光源的光以在光学调制面上形成像。振动器(16)振动构成照明光学系统的构件以移动在光学调制面上的、来自照明光学系统向其照射光的区域。

Description

投影式显示设备

技术领域

本发明涉及一种包括光源和配置为基于图像信息调制入射光的光学调制器的投影式显示设备。

背景技术

作为诸如投影仪的投影式显示设备的一个实例，存在一种包括光源和配置为基于图像信息调制来自光源的光的光学调制器的设备。被光学调制器调制的光通过投影透镜作为图像而被投影到屏幕等。

在很多情形中，这种投影式显示设备包括用于使得从光源发射的光的照度分布(illuminance profile)均匀以抑制被投影到屏幕的光的非均匀亮度的透镜阵列。

然而，为了提供一种具有简单配置的设备，JP2006-126394A(专利文献1)公开了一种不包括任何透镜阵列的显示设备。

在专利文献1中描述的显示设备包括调制在有效区域(activeregion)上入射的照明光的光学调制器、具有轮廓大致相似于光学调制器的有效区域的发光单元的发光器件，和使光束从发光器件作为照明光进入光学调制器的有效区域的临界照明系统(critical illuminationsystem)。

该临界照明系统在光学调制器的有效区域上形成发光器件的发光单元的像。换言之，发光单元和光学调制器的有效区域具有相互共轭关系。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP2006-126394A

发明内容

技术问题

在专利文献1描述的显示设备中，发光器件的发光单元的像在光学调制器的有效区域上形成。因此，例如当发光器件具有诸如非常小的瑕疵的缺陷时，该缺陷的像在光学调制器的有效区域上形成。这个缺陷的像转移至被投影到屏幕等的图像，因此降低图像质量。

因此，期望即使当光源具有缺陷时也防止图像质量的降低。

问题解决方案

本发明的一个目的在于提供一种能够解决上述问题的投影式显示设备。

根据本发明的方面，一种投影式显示设备包括光学调制元件、照明光学系统、和振动器。该光学调制元件具有用于基于图像信息调制入射光的光学调制面。该照明光学系统包括用于从发光单元发射光的光源，和会聚来自光源的光以在光学调制面上形成像的会聚光学系统。振动器振动照明光学系统的构件以移动在光学调制面上的、利用来自照明光学系统的光照射的区域。

这种配置使得即使当光源具有缺陷时也能够防止投影图像质量的降低。

与图示的本发明的附图相结合，根据以下说明，本发明以上的和其它的目的、特征和优点将变得清楚。

附图简要说明

图1是示出根据本发明第一实施例的投影式显示设备的配置的示意图；

图2是示出根据图1所示的第一实施例的修改实例的投影式显示设备的配置的示意图；

图3是示出在光源的发光单元上的光照度分布的示意图；

图4是示出在图3所示的线A-A上的光照度的曲线图；

图5是示出从光源的发光单元发射的光的角度分布的曲线图；

图6是示出液晶面板的光学调制面和应用于光学调制面的、来自光源的光的照明区域的示意图；

图7是示出根据对照实例的投影式显示设备的配置的示意图；

图8是示出根据对照实例在第二透镜阵列上的光的照度分布的示意图；

图9是示出根据对照实例从光学调制面输出的光的出射角度分布的示意图；

图10是示出在图9所示的线B-B上的光亮度的曲线图；

图11是示出从在图1所示的投影式显示设备中的光学调制面输出的光的出射角度分布的示意图；

图12是示出沿着在图11中示出的经度轴的光亮度的曲线图；

图13是示出根据对照实例被投影到屏幕的光的照度分布的示意图；

图14是示出在图1所示的投影式显示设备中被投影到屏幕的光的照度分布的示意图；

图15是示出在图13和14所示的线C-C上的光亮度的曲线图；

图16是示出根据本发明第二实施例的投影式显示设备的配置的示意图。

具体实施方式

详细描述了本发明的实施例。

图1示意性地示出根据第一实施例的投影式显示设备的配置。该投影式显示设备包括基于图像信息调制入射光的光学调制元件13a、13b和13c、照明光学系统、振动器16，和投影透镜18。

该照明光学系统包括用于从发光单元11a、11b和11c发射光的光源10a、10b和10c，和会聚来自光源的光以在光学调制面13a、13b和13c上形成像的会聚光学系统14a、14b和14c。

在第一实施例中，透射性液晶面板12a、12b和12c用作光学调制元件。

这个实施例的投影式显示设备包括三个光源、三个液晶面板，和三个会聚光学系统。第一光源10a发射绿色光。第二光源10b发射红色光，并且第三光源10c发射蓝色光。

偏振板21位于液晶面板12a、12b和12c中的每一个的两侧上。第一液晶面板12a对于每一个像素改变从第一光源10a发射的光的偏振态。类似地，第二液晶面板12b对于每一个像素改变从第二光源10b发射的光的偏振态，并且第三液晶面板12c对于每一个像素改变从第三光源10c发射的光的偏振态。液晶面板12a、12b和12c和偏振板21的操作使得能够作为图像投影具有各自颜色的光。

从光源10a、10b和10c发射的光分别地通过液晶面板12a、12b和12c进入正交二向色棱镜20。来自光源10a、10b和10c的光在正交二向色棱镜20处合成，并且然后通过投影透镜18投影到在该设备外部的屏幕等。全彩色图像因此被投影到诸如屏幕等的目标体上。

第一会聚光学系统14a使得第一光源10a的发光单元11a在第一液晶面板12a的光学调制面13a上形成像。类似地，第二会聚光学系统14b使得第二光源10b的发光单元11b在第二液晶面板12b的光学调制面13b上形成像，并且第三会聚光学系统14c使得第三光源10c的发光单元11c在第三液晶面板12c的光学调制面13c上形成像。

因此，光源的发光单元11a、11b和11c和相应的光学调制面13a、13b和13c与会聚光学系统14a、14b和14c具有共轭关系。

在这个实施例中，会聚光学系统14a、14b和14c中的每一个均包括诸如透镜的多个光学元件。替代地，会聚光学系统14a、14b和14c中的每一个均可以包括一个光学元件。

振动器16振动包括光源和会聚光学系统的照明光学系统的构件，并且移动在光学调制面13a、13b和13c上的、利用来自照明光学系统的光照射的区域(照明区域)。

在这个实施例中，振动器16振动构成会聚光学系统14a、14b和14c的光学元件中的至少一个。它的振动方向期望地在垂直于光轴的平面内。可以直接地振动光学元件的振动器16还可以振动用于保持光学元件的保持器19。

在包括光学调制面13a、13b和13c的平面上，因为照明区域的振动，即使当光源10a、10b和10c具有诸如瑕疵的缺陷时，缺陷的像也在被投影到屏幕的图像中振动。因此，使用者变得难以辨识缺陷的像，或者使用者根本不能辨识缺陷。结果，基本上防止了像质量的降低。

在从光学调制路径13a、13b和13c到投影透镜18的光路上无任何振动发生。因此，被投影到屏幕上的像自身并不振动。

图2示意性地示出根据第一实施例的修改实例的投影式显示设备的配置。振动器16并不振动会聚光学系统14a、14b和14c，而是振动光源10a、10b和10c。它的振动方向期望地在垂直于光轴的平面内。

其它构件类似于图1所示的构件，并且因此省略了其说明。在这个修改实例中，即使当光源10a、10b和10c具有诸如瑕疵的缺陷时，也能够防止被投影到屏幕的图像的质量降低。

振动会聚光学系统14a、14b和14c或者光源10a、10b和10c的振动器能够采用任何配置。例如，该振动器能够包括马达和偏心凸轮。马达旋转偏心凸轮。因为偏心凸轮的重心从旋转轴移位，所以偏心凸轮能够将马达的旋转运动改变为振动运动。

振动器16的振动次数优选地被设为使用者变得难以辨识诸如瑕疵的缺陷的像或者使用者根本不能辨识缺陷的像的数量。例如，振动器的振动次数能够近似等于图像信号的同步频率(60赫兹)。

光源10a、10b和10c的发光单元11a、11b和11c优选地形成为与液晶面板的光学调制面13a、13b和13c的平面形状相似的平面形状。液晶面板的光学调制面13a、13b和13c的形状和在光学调制面13a、13b和13c上的照明区域的形状因此变得是相似的，从而使得能够利用从光源10a、10b和10c发射的光的大部分照射光学调制面13a、13b和13c。例如，发光二极管被用作这种光源。

在这个实施例中，例如，光源的发光单元11a、11b和11c和光学调制元件的光学调制面13a、13b和13c形成为矩形，其中纵横比是3∶4或者9∶16。

图3和图4示出在平面发光单元11(发光面)上从光源10a、10b和10c发射的光的照度。在图3中，在发光面上的光的照度的大小由不同的图案示意。图4是示出在图2所示的线A-A上的照度的曲线图。在图4中的水平轴示意在发光面上的位置，其中发光面的中心被设为原点。在这个实施例中，例如，发光面的宽度是5毫米。

如在图3和图4中所示，光源10a、10b和10c优选地发射在发光面上具有基本均匀的照度分布的光。这使得能够抑制被投影到屏幕的像的、非均匀的照度。

图5是示出在来自光源10a、10b和10c的光的亮度和出射角度之间的关系的曲线图。如在图5中所示，当出射角度(从发光单元的法线方向的角度)是小的时，从光源10a、10b和10c发射的光的亮度优选地被设为是大的，并且当出射角度更大时逐渐地更小。这使得光能够尽可能多地透射通过投影透镜。结果，被投影到屏幕的图像的照度得以提高。

图6示意性地示出液晶面板的光学调制面13a、13b和13c和在光学调制面13a、13b和13c上的照明区域。照明区域至少被振动器16振动。在振动方向中，照明区域具有大于液晶面板的光学调制面13a、13b和13c的尺寸。在图6中，照明区域以2M的长度大于光学调制面13a、13b和13c的边缘。

当在光学调制面上的照明区域振动时，振动器16的振幅受到限制从而维持了液晶面板的所有的光学调制面13a、13b和13c总是被照明区域覆盖的状态。

振动会聚光学系统14a、14b和14c或者光源10a、10b和10c的振动器的振动方向可以被任意地设定。振动器可以沿着纵向方向和水平方向以不同的振动次数振动这些构件。

下面，通过将根据本实施例的投影式显示设备与根据对照实例的、包括透镜阵列的投影式显示设备比较来描述根据这个实施例的投影式显示设备的其它优点。

图7示意性地示出根据对照实例的投影式显示设备的配置。根据对照实例的投影式显示设备包括几乎类似于这个实施例的投影式显示设备的构件的构件。然而，第一和第二透镜阵列72a和72b位于光源10a、10b和10c和光学调制元件12a、12b和12c之间。

光源10a、10b和10c、透镜阵列72a和72b、会聚光学系统74a、74b和74c以及光学调制元件12a、12b和12c基于科勒(Kohler)照明系统配置。具体地，不同于第一实施例，会聚光学系统74a、74b和74c并不使得光源10a、10b和10c的发光单元在光学调制元件12a、12b和12c的光学调制面上形成任何像。

其它构件类似于上述实施例的构件，并且光源10a、10b和10c具有图3到图5所示的特性。

图8示出根据对照实例在第二透镜阵列72b上的光的照度分布。图9示出根据对照实例从液晶面板12a、12b和12c输出的光的出射角度分布。在图9中，在竖直轴和水平轴之间的交叉点示意光学调制面的法线方向。竖直轴和水平轴分别地示意基于法线方向的纬度和经度。在图8和图9中，光照度或者亮度的大小由不同的图案示意。图10示出在图9所示的线B-B上的光的亮度。

在对照实例中，构件基于科勒照明系统配置，并且因此在第二透镜阵列上的光强度分布和光学调制面上的光强度分布之间存在傅立叶(Fourier)变换的关系。结果，从光学调制面输出的光的出射角度分布大致地相似于在第二透镜阵列72b上的光的照度分布。

参考图10，亮度基本上随着角度的增加而降低。例如，当角度是大约8度时，亮度再次增加到最大值。在该实例中，在从光照明面的法线以8度倾斜的方向中，亮度是亮度峰值(沿着光学调制面的法线方向的亮度)的大约60％。

从光学调制面的法线方向极大地移位并且超过使得投影透镜18能够捕捉光的角度的光不能透射通过投影透镜。因此，当从光学调制面的法线方向移位的光的强度大时，在屏幕上的照度下降。

下面，描述了根据第一实施例的投影式显示设备。假定光源10a、10b和10c具有图3到图5所示的特性。

图11示出根据这个实施例从液晶面板的光学调制面13a、13b和13c输出的光的角度分布。在图11中，如同在图9所示的情形中，竖直轴和水平轴分别地示出基于法线方向的纬度和经度。图12示出在图11所示的经度轴上的光的亮度。

参考图12，在第一实施例中，从光学调制面输出的光的亮度随着从光学调制面的法线方向的角度的增加而降低。

图13示意性地示出根据对照实例的被投影到屏幕90上的光的照度分布。图14示意性地示出根据这个实施例的被投影到屏幕90上的光的照度分布。在图13和图14中，在光源的发光单元上的光的照度的大小由不同的图案示意。图15是示出在图13和图14的C-C线上的光的照度的曲线图。

如能够从图15理解地，当与对照实例相比较时，根据这个实施例的投影式显示设备具有提高被投影到屏幕90上的光的照度的优点。这能够归因于以下原因：如在图2中所示，在这个实施例中，随着从光学调制面13a、13b和13c的法线方向的角度更大，光亮度更加快速地下降，从而使得更多的光能够透射通过投影透镜18。

下面，参考图16，描述了根据第二实施例的投影式显示设备。根据第二实施例的投影式显示设备是使用数字微镜器件(DMD)22作为光学调制元件的单板投影显示设备。

在第二实施例中，如在第一实施例的情形中，投影式显示设备包括DMD 22、照明光学系统、振动器16、和投影透镜18，DMD 22具有用于基于图像信息调制入射光的光学调制面23，照明光学系统包括光源10a、10b和10c和会聚光学系统。

使用类似于第一实施例的光源的光源用于光源10a、10b和10c。光源10a、10b和10c的发光面11a、11b和11c优选地形成为与DMD 22的光学调制面23的平面形状相似的平面形状。

DMD 22能够对于每一个像素扫描来自光源10a、10b和10c的光的反射方向。DMD 22基于图像信息对于每一个像素控制是否朝向投影透镜18反射光。

合成来自光源10a、10b和10c的光的二向色镜20a和20b在光的光路上位于光源10和DMD 22之间。被二向色镜20a和20b合成的光通过全内反射(TIR)棱镜96进入DMD的光学调制面23中。

在TIR棱镜96上入射的光在空气间隙面98上全反射以朝向DMD22出射。朝向投影透镜18从DMD 22输出的光透射通过TIR棱镜96从而通过投影透镜18而被投影到该设备的外部。

包括多个光学元件24的会聚光学系统使得光源的发光单元11a、11b和11c在DMD 22的光学调制面23上形成像。当可能时，该会聚光学系统可以包括一个诸如透镜的光学元件。

在这个实施例中，构成会聚光学系统的透镜24被保持在保持器19中。振动器16通过振动保持器19而振动构成会聚光学系统的透镜24中的至少一个。如在第一实施例的情形中，振动器16可以振动光源10a、10b和10c。

在图16所示的实施例中，构成会聚光学系统的该多个光学元件24位于合成来自光源的光之前的光路上和合成之后的光路上。因此，振动器16可以位于合成来自光源的光之后，即位于二向色镜20a和20b之后。在此情形中，即使当所有的光源10a、10b和10c均具有缺陷时，仅仅一个光学元件的振动也能够使得缺陷的像难以辨识。

根据这个实施例，来自该多个光源10a、10b和10c的光被正交二向色镜20或者二向色镜20a和20b合成。然而，可以使用用于合成来自该多个光源的光的另一种任意的已知装置。在投影式显示设备中包括的光源的必要的数目至少是一个。

已经详细描述了本发明的优选实施例。然而，本发明不限于该实施例。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变和修改。

参考符号列表

10a，10b，10c  光源

11a，11b，11c  发光单元

12a，12b，12c  液晶面板

13a，13b，13c  光学调制面

14a，14b，14c  会聚光学系统

16  振动器

18  投影透镜

19  保持器

20  正交二向色棱镜

20a  第一二向色镜

20b  第二二向色镜

21  偏振板

22  DMD

23  光学调制面

24  光学元件

90  屏幕

96  TIR棱镜

98  空气间隙面

Claims (5)

1.一种投影式显示设备，包括：

光学调制元件，所述光学调制元件具有用于基于图像信息调制入射光的光学调制面；

光源，所述光源用于从发光单元发射光；

照明光学系统，所述照明光学系统包括配置为会聚来自所述光源的光以在所述光学调制面上形成像的会聚光学系统，

其中所述投影式显示设备进一步包括振动器，所述振动器振动所述照明光学系统的构件以移动在所述光学调制面上的、利用从所述照明光学系统发射的光照射的照明区域，

其中当从所述光源的发光面的法线方向的角度更大时，从所述光源发射的光的亮度更小，并且

其中所述照明区域比所述光学调制面大。

2.根据权利要求1所述的投影式显示设备，其中所述振动器振动所述光源。

3.根据权利要求1所述的投影式显示设备，其中：

所述会聚光学系统包括至少一个光学元件；并且

所述振动器振动构成所述会聚光学系统的所述光学元件中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的投影式显示设备，其中：

所述发光单元具有与所述光学调制面的平面形状相似的平面形状；并且

所述光源发射具有基本均匀的照度分布的光。

5.根据权利要求1所述的投影式显示设备，其中：

所述光学调制面沿着纵向方向的长度不同于所述光学调制面沿着水平方向的长度，并且

所述振动器振动所述构件，使得所述照明区域沿着所述纵向方向的振动次数不同于所述照明区域沿着所述水平方向的振动次数。