CN102654721B - 投影式显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种准确地检测屏幕面的亮度变化和色相变化而不干扰显示视频的投影式显示装置。本发明的投影式显示装置具有：光源(10、30)；DMD芯片(20)，其对应于输入信号对所照射的光进行调制；照明光学系统，其将来自光源(10、30)的光照射到DMD芯片(20)；投影透镜(21)，其将由DMD芯片(20)调制后的光投影到屏幕(22)；以及光传感器(24)，其配置于与屏幕(22)的屏幕面光学上共轭的位置附近，且在分支到从光源(10、30)到屏幕(22)的主光路以外的分支光的光路上。

Description

投影式显示装置
技术领域
本发明涉及一种投影式显示装置，特别是内置用于检测亮度和色相的光传感器，具有校正亮度和色相的功能的投影式显示装置。
背景技术
以往，在投影式显示装置中，通过采用内置的光传感器检测由于光源的明亮度和色调的变动等产生的屏幕面的亮度变化和色相变化，并控制视频信号输出，从而校正亮度变化和色相变化(参考专利文献1、2)。
专利文献1：日本特开2010-210742号公报
专利文献2：日本专利第4404613号公报
但是存在以下问题，即，由于光源的明亮度变化量和屏幕的亮度变化量未必一致，因此，采用内置的光传感器读取到的亮度变化和色相变化与屏幕面的亮度变化和色相变化不同，无法适当校正亮度和色相。
专利文献1所示的投影仪通过采用光传感器检测来自光路的漏光来检测灯的劣化，但是，无法严密地测定屏幕面上的亮度。
另一方面，在专利文献2中存在以下问题，即，由于将光传感器覆盖在投影仪的投影透镜上进行测定，因此，能够高精度地测定屏幕面上的亮度变化等，但是，测定中无法进行视频的显示。
发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的在于，提供一种能够准确地检测屏幕面的亮度变化和色相变化而不干扰显示视频的投影式显示装置。
本发明的第一投影式显示装置具有：光源；光调制器，其对应于输入信号对所照射的光进行调制；照明光学系统，其将来自所述光源的光照射到所述光调制器；投影光学系统，其将由所述光调制器调制后的光投影到屏幕；以及光传感器，其配置于与所述屏幕的屏幕面光学上共轭的位置附近，且在分支到从所述光源到所述屏幕的主光路以外的分支光的光路上。
此外，本发明的第二投影式显示装置具有：光源；光调制器，其对应于输入信号对所照射的光进行调制；照明光学系统，其将来自所述光源的光照射到所述光调制器；投影光学系统，其将由所述光调制器调制后的光投影到屏幕；匀化单元，其对分支到从所述光源到所述屏幕的主光路以外的分支光的亮度分布进行匀化；以及光传感器，其被入射由所述匀化单元匀化后的光。
在本发明的第一投影式显示装置中，光传感器配置于与屏幕的屏幕面光学上共轭的位置附近，因此，能够准确地检测屏幕面的亮度变化和色相变化。另外，光传感器配置于分支到从光源到所述屏幕的主光路以外的分支光的光路上，因此，能够进行所述检测而不干扰显示视频。
此外，本发明的第二投影式显示装置具有对分支到从光源到屏幕的主光路以外的分支光的亮度分布进行匀化的匀化单元、以及被入射由匀化单元匀化后的光的光传感器，因此，能够准确地检测屏幕面的亮度变化和色相变化而不干扰显示视频。
附图说明
图1是第一实施方式的投影式显示装置的结构图。
图2是示出第一实施方式的色环与视频信号的对应关系的图。
图3是示出积分器的出射截面处的光源光的亮度分布的图。
图4是说明光源的明亮度发生变化时的积分器的出射截面处的光源光的亮度变化的图。
图5是说明光源像变大时的积分器的出射截面处的光源光的亮度变化的图。
图6是说明光源位置错开时的积分器的出射截面处的光源光的亮度变化的图。
图7是说明第一实施方式的投影式显示装置中的光学共轭关系的图。
图8是示出光学共轭位置的亮度分布关系的图。
图9是第二实施方式的投影式显示装置的结构图。
图10是第三实施方式的投影式显示装置的结构图。
图11是第三实施方式的变形例的投影式显示装置的结构图。
图12是第四实施方式的投影式显示装置的结构图。
图13是第五实施方式的投影式显示装置的结构图。
标号说明
10：灯光源；11：投影仪部；12：聚焦透镜；13：积分器入射面；14：积分器；15：积分器出射面；16：色环；17：中继透镜；18：反射镜；19：内部全反射棱镜；20：DMD芯片；21：投影透镜；22：屏幕；23：光传感器成像用透镜；24：光传感器；26：中继透镜附近截面；27：投影透镜附近截面；28：光传感器成像用透镜附近截面；30：LED光源单元；31R：红LED；31G：绿LED；31B：蓝LED；32：准直透镜；33、34：分色镜；35：积分球；36：漫射板；37：集光透镜。
具体实施方式
(第一实施方式)
(结构)
图1是本发明的第一实施方式的投影式显示装置的结构图。第一实施方式的投影式显示装置具有：灯光源10；投影仪部11，其根据视频信号对灯光源10的光源光进行调制；以及投影透镜21，其将投影仪部11的调制光投影到屏幕22。
投影仪部11具有：聚焦透镜12，其将灯光源10的光聚集到积分器入射面13；积分器14，其使光的亮度分布均匀；色环16，其提取光的三原色分量；中继透镜17，其用于使积分器14的出射光在DMD芯片20上成像；以及作为光阀的DMD芯片20。
从灯光源10放射出的光源光由聚焦透镜12聚集到积分器入射面13，并取入到积分器14。取入到积分器14的光在内部反复进行全反射，其亮度分布在积分器出射面15变得均匀。
色环16是具有红、绿、蓝、透明的滤波器的旋转板(图2(a))。由于从积分器出射面15发出的光中，仅与滤波器同色的分量通过色环16，因此，依次生成红、绿、蓝、白色的光。
通过色环16的光由中继透镜17在DMD芯片20上成像。DMD芯片20上的亮度分布与积分器出射面15中的一样，是均匀的。此外，从中继透镜17到DMD芯片20，光路在反射镜18和内部全反射棱镜19折曲。在DMD芯片20中，微反射镜的倾斜度根据输入信号发生变化，按照与色环16的滤波器对应的每个颜色，将光调制成导通光和截止光。导通光输出到投影透镜21，将视频投影到屏幕22的屏幕面。
另一方面，截止光朝向未入射到投影透镜21的方向前进。投影仪11在截止光的光路上具有光传感器成像用透镜23和光传感器24，光传感器成像用透镜23使DMD芯片20的截止光在光传感器24上成像，从而检测屏幕22中的亮度变化和色相变化。
(光传感器)
图2是示出色环16的旋转与视频信号的对应关系的图。在切换色环16的滤波器的颜色时，存在整个画面变成黑色显示的消隐期间。例如，如果色环16以120Hz旋转，则旋转1周需要的时间约为8.33ms，消隐期间约为0.4ms，消隐期间中屏幕22上显示全黑信号，这期间由光传感器24取得值。
由此，在本实施方式的投影式显示装置中，在将从灯光源10到屏幕22的光路作为主光路的情况下，能够通过将光传感器24配置在从主光路分支的分支光的光路上，进行光传感器24的测定而不干扰显示视频。
用光传感器24取得全部红、绿、蓝、白的亮度，进行亮度、色相的校正。或者，也可以仅取得白色或者仅取得绿色的光传感器值，仅进行亮度的校正。以在灯光源10的使用初期取得的光传感器值为基准，取得亮度和色相的经时变化。
光传感器24可以是单色的亮度传感器，也可以是彩色传感器(例如，红、绿、蓝的三色彩色传感器)，还可以使用测定每个波长的强度的分光传感器。在光传感器24使用单色的亮度传感器的情况下，可以仅校正亮度的变化，也可以在测定出红、绿、蓝各自的亮度后进行亮度和色相两者的校正。在光传感器24使用彩色传感器或者分光传感器的情况下，能够对亮度和色相两者进行校正。
(亮度变化)
接下来，对灯光源10的明亮度变化和投影到屏幕22的视频的亮度变化进行说明。
如图3(a)所示，从灯光源10发出的光由聚焦透镜12聚集到积分器入射面13。图3(b)的上图示出积分器入射面13和出射面15各自的亮度分布，下图示出沿着上图的虚线的亮度分布。
由于以积分器入射面13为中心聚集成圆形，因此，亮度在积分器入射面13的中心最高。由于取入到积分器入射面13的光在积分器14内被平均化，因此，积分器出射面15的亮度分布变得均匀。
图4示出不改变光源的位置和积分器入射面13的聚光位置，而是降低灯光源10的明亮度时的亮度分布。积分器出射面15处的亮度与灯光源10的明亮度的衰减率成比例地降低。
另一方面，图5示出不改变灯光源10的明亮度，而是聚集到积分器入射面13的亮度分布变大，即光源像变大时的亮度分布。此种情况下，由于取入到积分器14的光的取入量衰减，因此，积分器出射面15处的亮度降低。
此外，图6示出不改变灯光源10的明亮度而是其位置发送变化的情况。此种情况下，由于积分器入射面13处的亮度分布的位置发生变化，取入到积分器14的光的取入量衰减，因此，积分器出射面15处的亮度降低。
如图5、图6所示，光源像的大小发生变化或者灯光源10的位置发生变化的情况下，即使光源本身的明亮度不发生变化，积分器出射面15处的亮度也会变化。因此，此种情况下，即便测定灯光源10的漏光的亮度，也不会反映屏幕22处的亮度变化。
图7用于示出本实施方式的投影式显示装置的光学成像关系，为了进行说明省去了色环16、内部全反射棱镜19等。在图7中，与屏幕22在光学上为共轭关系的是DMD芯片20的表面和积分器出射面15。积分器出射面15的均匀的亮度分布由中继透镜17在DMD芯片20面上成像。此外，在DMD芯片20面上成像的均匀的亮度分布通过投影透镜21在屏幕22面上成像。由此，积分器出射面15、DMD芯片20、屏幕22保持相同的亮度分布。
图8示出光学共轭位置与亮度分布的关系。在图8(a)中，上图示出位于与屏幕光学上共轭的位置的DMD芯片20、屏幕22、光传感器24的亮度分布，下图示出沿着上图的虚线的亮度分布。在DMD芯片20、屏幕22、光传感器24中，示出均匀的相同亮度分布。
在图8(b)中，上图示出灯光源10的聚光位置，即积分器入射面13和其光学共轭位置处的亮度分布，下图示出沿着上图的虚线的亮度分布。其中，由于根据在积分器14内反射的次数和方向对灯光源10的聚光后的像进行细分，因此，中继透镜附近截面26、投影透镜附近截面27以及光传感器成像用透镜附近截面28的亮度分布变成棋盘格状的离散分布。该离散状的亮度分布根据光源的大小和位置的变化而变化，因此，即便在这些位置设置光传感器24进行亮度测定，也无法得到与屏幕22的亮度之间的正确的相关性。
如果在与屏幕22光学上共轭的位置测定亮度，则能够得到与屏幕22的亮度具有相关性的值，但是，会产生在积分器出射面15和DMD芯片20面上配置光传感器24时干扰显示视频的问题。因此，不将光传感器24配置于主光路上，而是通过光传感器成像用透镜23使DMD芯片20的截止光在光传感器24上成像，从而将光传感器24配置于与屏幕22光学上共轭的位置且不会与主光路干扰，能够取得与屏幕22的亮度变化和色相变化具有相关性的传感器值。由此，能够进行屏幕22的亮度变化、色相变化的准确校正。
(效果)
本实施方式的投影式显示装置具有：光源(灯光源10)；光调制器(DMD芯片20)，其对应于输入信号对所照射的光进行调制；照明光学系统，其将来自灯光源10的光照射到DMD芯片20；投影光学系统(投影透镜21)，其将由DMD芯片20调制后的光投影到屏幕22；以及光传感器24，其配置于与屏幕22的屏幕面光学上共轭的位置附近，且在分支到从灯光源10到屏幕22的主光路以外的分支光的光路上。因此，能够准确地检测屏幕22的亮度变化和色相变化而不干扰显示视频。
此外，在本实施方式的投影式显示装置中，光传感器24配置在DMD芯片20的截止光的光路上，因此，能够检测屏幕22的亮度变化和色相变化而不干扰显示视频。
(第二实施方式)
(结构)
由于只要将光传感器24设置于与屏幕22光学上共轭的位置，光传感器24就能够准确地检测屏幕22上的亮度变化和色相变化，因此，光传感器24的配置不限于第一实施方式所示的设置在DMD芯片20的截止光的光路上，也可以设置在照明光学系统或投影透镜21的漏光的光路上。在本实施方式的投影式显示装置中，使用反射镜18的漏光造成与积分器出射面15光学上共轭的位置，将光传感器24设置于该位置。
图9是本发明的第二实施方式的投影式显示装置的结构图。在本实施方式的投影式显示装置中，在发射镜18后面设置光传感器成像用透镜23，使反射镜18的透射光(漏光)成像到光传感器24。
将光传感器成像用透镜23设计成使积分器出射面15与光传感器24为光学共轭关系，由此，能够用光传感器24取得与屏幕22的亮度变化、色相变化对应的光传感器值。由此，能够准确地校正屏幕22的亮度变化、色相变化。
此外，光传感器24的配置位置只要是在投影仪内部与屏幕光学上共轭的位置即可，并不限于反射镜18后面。
(效果)
本实施方式的投影式显示装置具有：光源(灯光源10)；光调制器(DMD芯片20)，其对应于输入信号对所照射的光进行调制；照明光学系统，其将来自灯光源10的光照射到DMD芯片20；投影光学系统(投影透镜21)，其将由DMD芯片20调制后的光投影到屏幕22；以及光传感器24，其配置于与屏幕22的屏幕面光学上共轭的位置附近，且在分支到从灯光源10到屏幕22的主光路以外的分支光的光路上。因此，能够准确地检测屏幕22的亮度变化和色相变化而不干扰显示视频。
此外，在本实施方式的投影式显示装置中，光传感器24配置在照明光学系统或者投影光学系统的漏光的光路上，因此，能够检测屏幕22的亮度变化和色相变化而不干扰显示视频。
(第三实施方式)
(结构)
在第一实施方式中，设定成使用光传感器成像用透镜23使光传感器24位于与屏幕22光学上共轭的位置。如果光传感器24与屏幕22不是光学共轭关系，则光传感器24处的亮度分布会变成离散的亮度分布。
因此，在第三实施方式中，取代将光传感器24配置在与屏幕22光学上共轭的位置，而是设置对离散的亮度分布进行匀化的匀化单元。
图10是本发明的第三实施方式的投影式显示装置的结构图。本实施方式的投影式显示装置具有DMD芯片20的截止光入射的作为匀化单元的积分球35、以及测定积分球35的亮度的光传感器24。
从DMD芯片20发出的截止光被取入到配置在投影仪部11内的积分球35。取入的光由积分球35进行匀化，用光传感器24测定该光的强度。在取入到积分球35的时点，截止光的亮度分布是分散的且不均匀，但是，通过用积分球35进行平均化，能够取得正确反映了屏幕22上的亮度变化的光传感器值，能够进行亮度、色相的准确校正。
(变形例)
此外，作为对离散的亮度分布进行匀化的匀化单元，除了积分球35之外，使用图11所示的漫射板36也能实现相同的效果。
(效果)
本实施方式的投影式显示装置具有：光源(灯光源10)；光调制器(DMD芯片20)，其对应于输入信号对所照射的光进行调制；照明光学系统，其将来自灯光源10的光照射到DMD芯片20；投影光学系统(投影透镜21)，其将由DMD芯片20调制后的光投影到屏幕22；匀化单元，其对分支到从灯光源10到屏幕22的主光路以外的分支光的亮度分布进行匀化；以及光传感器24，其被入射由所述匀化单元匀化后的光。因此，能够准确地检测屏幕22的亮度变化和色相变化而不干扰显示视频。
此外，在本实施方式的投影式显示装置中，匀化单元是积分球35，因此，能够通过用光传感器24测定用积分球35匀化后的截止光的亮度分布，准确地检测屏幕22的亮度变化和色相变化。
或者，在本实施方式的投影式显示装置中，匀化单元是漫射板36，因此，能够通过用光传感器24测定用漫射板36匀化后的截止光的亮度分布，准确地检测屏幕22的亮度变化和色相变化。
此外，本实施方式的投影式显示装置具有对光调制器(DMD芯片20)的截止光的亮度分布进行匀化的匀化单元，因此，能够通过用光传感器24测定用匀化单元匀化后的截止光的亮度分布，准确地检测屏幕22的亮度变化和色相变化。
(第四实施方式)
在第二实施方式中，设计成使反射镜18的漏光在光传感器24上成像，使光传感器24与屏幕22为光学共轭关系。第四实施方式取代在第二实施方式的结构中将光传感器24配置在与屏幕22光学上共轭的位置，而是设置对反射镜18的漏光的亮度分布进行匀化的匀化单元。
图12是本发明的第四实施方式的投影式显示装置的结构图。在本实施方式的投影式显示装置中，由聚光透镜37使反射镜18的漏光聚集到积分球35，用积分球35对亮度分布进行匀化，用光传感器24测定其光强度。
聚光透镜37用于将反射镜18的漏光全部取入积分球35而与成像关系无关。
如上所述，第四实施方式的投影式显示装置通过将离散的亮度分布全部取入到积分球35进行平均化，从而能够取得正确反映了屏幕22上的亮度变化的光传感器值，能够进行亮度、色相的准确校正。
(变形例)
此外，作为对离散的亮度分布进行匀化的匀化单元，除了积分球35之外，使用漫射板36也能实现相同的效果。
(效果)
本实施方式的投影式显示装置具有：光源(灯光源10)；光调制器(DMD芯片20)，其对应于输入信号对所照射的光进行调制；照明光学系统，其将来自灯光源10的光照射到DMD芯片20；投影光学系统(投影透镜21)，其将由DMD芯片20调制后的光投影到屏幕22；匀化单元，其对分支到从灯光源10到屏幕22的主光路以外的分支光的亮度分布进行匀化；以及光传感器，其被入射由所述匀化单元匀化后的光。因此，能够准确地检测屏幕22的亮度变化和色相变化而不干扰显示视频。
此外，在本实施方式的投影式显示装置中，匀化单元是积分球35，因此，能够通过用光传感器24测定用积分球35匀化后的截止光的亮度分布，准确地检测屏幕22的亮度变化和色相变化。
或者，在本实施方式的投影式显示装置中，匀化单元是漫射板36，因此，能够通过用光传感器24测定用漫射板36匀化后的截止光的亮度分布，准确地检测屏幕22的亮度变化和色相变化。
此外，在本实施方式的投影式显示装置中，所述分支光是照明光学系统或者投影透镜21的漏光，因此，能够用光传感器24检测屏幕22的亮度变化和色相变化而不干扰显示视频。
(第五实施方式)
(结构)
在第一～第四实施方式中使用了灯光源10，但是，LED或激光器等固体光源也能够得到同样的效果。在第五实施方式中使用LED光源单元以取代灯光源。
图13是本发明的第五实施方式的投影式显示装置的结构图。第五实施方式的投影式显示装置是在第一实施方式的结构中将灯光源10置换成LED光源单元30，除此之外的结构相同。
LED光源单元30具有红LED31R、绿LED31G、蓝LED31B。在红LED31R、绿LED31G、蓝LED31B的后级分别设置有使光源光成为平行光的准直透镜32。通过准直透镜32的平行光入射到分色镜33、34。分色镜33用于反射红色光，透射除此之外的波长的光，分色镜34用于反射蓝色光，透射除此之外的波长的光。然后，合成红色光、蓝色光、绿色光并入射到投影仪部11的准直透镜12。
此外，在图13中示出了将LED光源单元30用于第一实施方式的例子，但是，也可以用于第二～第四实施方式。
(效果)
根据本实施方式的投影式显示装置，由于光源是LED，因此，能够抑制功耗。

Claims (9)

1.一种投影式显示装置，其中，该投影式显示装置具有：
光源；
光调制器，其对应于输入信号对所照射的光进行调制；
照明光学系统，其将来自所述光源的光照射到所述光调制器；
投影光学系统，其将由所述光调制器调制后的光投影到屏幕；以及
光传感器，其配置于与所述屏幕的屏幕面光学上共轭的位置，且在分支到从所述光源到所述屏幕的主光路以外的分支光的光路上。
2.一种投影式显示装置，其中，该投影式显示装置具有：
光源；
光调制器，其对应于输入信号对所照射的光进行调制；
照明光学系统，其将来自所述光源的光照射到所述光调制器；
投影光学系统，其将由所述光调制器调制后的光投影到屏幕；
匀化单元，其对分支到从所述光源到所述屏幕的主光路以外的分支光的亮度分布进行匀化；以及
光传感器，其被入射由所述匀化单元匀化后的光，取得与所述屏幕的亮度变化和色相变化具有相关性的传感器值。
3.根据权利要求2所述的投影式显示装置，其中，所述匀化单元是积分球。
4.根据权利要求2所述的投影式显示装置，其中，所述匀化单元是漫射板。
5.根据权利要求1所述的投影式显示装置，其中，所述分支光是所述光调制器的截止光。
6.根据权利要求2所述的投影式显示装置，其中，所述分支光是所述光调制器的截止光。
7.根据权利要求1所述的投影式显示装置，其中，所述分支光是所述照明光学系统或者所述投影光学系统的漏光。
8.根据权利要求2所述的投影式显示装置，其中，所述分支光是所述照明光学系统或者所述投影光学系统的漏光。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的投影式显示装置，其中，所述光源是LED。
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