CN104062835A - 投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的投影型显示装置的目的在于提供一种能够提高投影图像的质量的投影型显示装置。投影仪(100)具备光源(130)、反射型光阀(DMDl80)、投影光学系统、将来自光源的出射光向反射型光阀引导的照明光学系统(120)、固定光圈(166)以及可动光圈(167)。

Description

投影型显示装置
技术领域
本公开涉及对影像进行投影的投影型显示装置。
背景技术
专利文献1公开投影型显示装置。该投影型显示装置具备光源、遮光板、DMD(数字微镜元件)、遮光板驱动机构。
遮光板驱动机构控制遮光板。由此，专利文献1的投影型显示装置能够遮蔽在DMD表面反射光而产生的不必要光，显示对显示图像的对比度进行了调整的图像。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-258439号公报
发明内容
本公开提供一种投影型显示装置，其遮蔽在DMD表面反射光而产生的不必要光，且能够与影像相应地控制投影型显示装置的对比度。
用于解决课题的手段
本公开的投影型显示装置具备光源、反射型光阀、投影光学系统、照明光学系统、固定光圈以及可动光圈。反射型光阀对来自光源的出射光进行调制。投影光学系统将由反射型光阀生成的图像沿着规定的光路进行输出，在规定的投影面上进行投影。照明光学系统将来白光源的出射光向反射型光阀引导。固定光圈设置在照明光学系统的内部，对来自光源的出射光的一部分进行遮光。可动光圈设于照明光学系统的内部，对来自光源的出射光的一部分进行遮光。反射型光阀具有表面部。表面部接收来自光源的出射光的一部分而作为平面反射光进行反射。固定光圈设置在对平面反射光朝向投影光学系统的入射进行遮挡的位置。
发明效果
本公开的投影型显示装置对在DMD表面通过反射光而产生的不必要光进行遮光，并根据影像来控制投影型显示装置的对比度，从而能够提高投影图像的质量。
附图说明
图1是实施方式1的投影仪的外观立体图。
图2是表示实施方式1的投影仪的结构的示意图。
图3是实施方式1的投影仪的光圈机构说明图。
图4是实施方式1的投影仪的控制框图。
图5的(A)是说明现有投影仪的效果的比较图，(B)是说明实施方式1的投影仪的效果的图。
图6的(A)、(B)是说明实施方式1的投影仪的效果的图。
附图标记说明：
100 投影仪
110 屏幕
120 照明光学系统
130 光源
131 发光管
132 反光板
140 棒状积分器
150 色轮
160 中继光学系统
161、162、163 透镜
165 光圈部
166 固定光圈
167 可动光圈
168 照明光的光束
169 圆弧部
170 TIR棱镜
171 棱镜
172 棱镜
180 DMD(反射型光阀)
181 罩玻璃
182 打开状态
183 关闭状态
184 微型镜
190 投影部(投影光学系统)
200 控制部
205 影像信号解析部
210 光圈量计算部
220 光圈量控制部
230 可动光圈驱动部
300 照明光
301 打开光
302、304 关闭光
303 平面反射光
305 不必要成分光
具体实施方式
以下，参照适当附图来详细说明实施方式。有时省略必要以上的详细说明。例如，有时省略已知事项的详细说明或对于实质相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗长，便于本领域技术人员的理解。
需要说明的是，申请人为了使本领域技术人员充分理解本公开而提供附图以及以下的说明，但其意图并非利用这些内容来限定权利要求书中所记载的主题。
(实施方式1)
以下，使用图1～图6(B)对实施方式1的投影仪100进行说明。
[1—1]概要
使用图1对本实施方式的投影仪100的概要进行说明。图1是投影仪100的外观立体图。
投影仪100具备照明光学系统、数字微镜元件(以下称为DMD)、棱镜以及投影部。投影仪100通过使光源装置发出的光在DMD处反射而生成影像。投影仪100将生成的影像经由投影部向屏幕110进行投影。
[1—2]结构
1—2—1.整体结构
使用图2对投影仪100的整体结构进行说明。图2是表示本实施方式的投影仪100的结构的示意图。
首先，从投影仪100的光源130射出的光透过色轮J50而生成分时的多个颜色的照明光。之后，照明光向TlR棱镜170入射。入射到TlR棱镜170的光向DMD(反射型光阀)180入射，生成影像。生成的影像经由投影部(投影光学系统)190，向屏幕110(参照图1)进行投影。
以下，对投影仪100的详细结构进行说明。
照明光学系统120具有光源130、棒状积分器140、色轮150以及中继光学系统160。
光源130具有发光管131与反光板132。
发光管131射出包含彼此波长区域不同的红色光、绿色光以及蓝色光的光束。发光管131例如由超高压水银灯、金属卤化物灯构成。
反光板132使从发光管131射出的光束发生反射，使射出方向一致。
棒状积分器140使入射光的照度均匀化。入射到棒状积分器140的光在棒状积分器140的内部反复进行全反射，在棒状积分器140的出射面处形成均匀的照度分布而进行出射。棒状积分器140设置在供从光源130出射的光入射的位置。
色轮150为圆盘状，在按照规定角度进行分割的红(R)区段(segment)、绿(G)区段、蓝(B)区段、白(W)区段的各自中具有滤光器(未图示)。
红色滤光器使来自光源130的出射光中的、波长580nm～700nm左右的光、即红色光透过。绿色滤光器使来自光源130的出射光中的、波长480nm～580nm左右的光、即绿色光透过。蓝色滤光器使来自光源130的出射光中的、波长400nm～480nm左右的光、即蓝色光透过。白色滤光器使来自光源130的全部出射光透过。
色轮150配置在棒状积分器140的附近，更详细来说配置在来自光源130的出射光的光路上的棒状积分器140的下游侧的端部附近。色轮150利用驱动机构(未图示)的驱动力以规定的转速进行旋转。色轮150将来自光源130的出射光通过分时而分离为多个色光。色轮150包括具有至少一个以上的区段的第一区域以及具有第一区域以外的区段的第二区域。第一区域是R·G·B的区段。第二区域是W区段。
中继光学系统160将透过色轮150的光向DMDl80引导。中继光学系统160由能够保持从棒状积分器140出射的光的照度分布的均匀性的多个透镜161、162、163构成。
光圈部165在来白发光管131的出射光的光路上设置在光即将入射到透镜162之前的位置。光圈部165具有固定光圈166与可动光圈167、167。对于光圈部165的结构，使用图3在后述说明。
TlR棱镜170将从中继光学系统160出射的光向DMDl80引导。TlR棱镜170由棱镜171与棱镜172构成。在棱镜171与棱镜172的接近面存在空气层(未图示)。空气层是较薄空气的层。以临界角以上的角度入射的光束被空气层全反射。全反射的光束向DMDl80入射。
DMDl80具有1920×1200个微型镜。DMDl80根据影像信号使各微型镜偏转。由此，DMDl80对向投影部190入射的光与向投影部190的有效范围外反射的光进行分离。在DMDl80处反射的光束中的、一部分光束透过TlR棱镜170而向投影部190入射。向TlR棱镜170入射的光束以临界角以下向空气层入射。因而，该光束透过空气层而向投影部190入射。
投影部190是用于使入射的光束放大的光学系统，由具有聚焦功能、放大功能的透镜来构成。投影部190将DMDl80所形成的图像光向屏幕110(参照图1)进行投影。
1—2-2.光圈机构结构
图3是本实施方式的投影仪100的光圈机构说明图。图3表示与来自光源130的出射光的光轴垂直的面上的光圈部165的结构。
光圈部165具有固定光圈166、可动光圈167、167。
固定光圈166设于照明光学系统120的内部，遮挡来自光源130的出射光的一部分。固定光圈166是遮挡照明光的光束168的遮挡物。固定光圈166的插入方向是以使照明光相对于DMDl80的入射角度在规定的角度范围内变窄的方式进行缩小的方向。换言之，固定光圈166对向DMDl80入射的照明光300中的、相对于DMDl80的入射角度较小侧的一部分进行遮挡(参照图6(B))。固定光圈166设臂在与投影部190的入射瞳大致共轭的位置。在此，在固定光圈166没有配置在与入射瞳大致共轭位置的情况下，在屏幕110上的投影图像的一部分中有可能产生阴影。
需要说明的是，上述共轭的位置是指处于光学共轭关系的位置。更具体来说，将从两个点中的任意一点发出的光在另一点处成像的两个点的关系称为光学共轭关系，例如物体与像的关系。
另外，固定光圈166在与光轴垂直的面上以光轴为中心而设置在与可动光圈167形成大致直角的位置。固定光圈166具有圆弧部169。
圆弧部169设置为在与光轴垂直的面上对来自光源130的出射光的一部分进行遮光。对于从光源130出射的光，在与光轴垂直的面上，照明光的光束168的截面为圆形状。另外，如上所述，在与光轴垂直的面上，光束的截面的一部分被固定光圈166遮挡。由此，圆弧部169如图3所示，将照明光的光束168的截面形成为月牙状。
可动光圈167、167设置于照明光学系统120的内部，对来自光源130的出射光的一部分进行遮光。两个可动光圈167、167各自具有遮挡部167a、167a。遮挡部167a、167a为平板状且与光轴垂直的面上的截面为长方形。各个遮挡部167a、167a在与光轴垂直的面上以能够相对于光轴的中心而均衡地调整遮挡部167a、167a彼此的距离的方式设置。换句话说，各个遮挡部167a、167a从两侧以对称形状遮挡照明光的光束168。
如图3所示，可动光圈167、167配置在靠近固定光圈166的位置。如图3所示，可动光圈167相对于光束168的中心O的插入方向是与固定光圈166相对于光束168的中心O的插入方向正交的方向(图3中的箭头方向)。换言之，可动光圈167、167与固定光圈166在与光束168的光轴垂直的面上，以光束168的中心(光轴)为中心而设置在大致直角的位置。可动光圈167根据影像输入信号来控制照明光的光束168的遮挡量，从而能够控制影像的明亮度。
[1—3]影像的输出动作
1.3.1.影像的输出系统结构
图4是本实施方式的投影仪100的控制框图。以下，使用图4对投影仪100的投影图像输出系统进行说明。
投影仪100具备控制部200。控制部200具有影像信号解析部205、光圈量计算部210、光圈量控制部220以及可动光圈驱动部230。控制部200接收输入的影像信号，基于影像信号而控制可动光圈167。向控制部200输入的影像信号可以是在投影仪100的内部存储器(未图示)预先具备的影像信号，也可以是经由外部的网络等进行输送的影像信号。
影像信号解析部205按照帧单位的影像数据解析影像信号。影像信号解析部205从输入的影像信号按照每1帧提取亮度，输出影像解析信息。
光圈量计算部210基于由影像信号解析部205提取的影像解析信息而计算可动光圈167的光圈量。例如，在亮度较低的影像信号的情况下，通过增加光圈量而抑制照明光量而提高图像的对比度。相反，在亮度较高的影像信号的情况下，通过减小光圈量确保照明光量，从而提高投影图像的明亮度。
光圈量计算部210将计算出的可动光圈167的光圈量作为控制信号向光圈量控制部220进行输出。
光圈量控制部220与输入的控制信号相应地向可动光圈驱动部230供给驱动能量。
可动光圈驱动部230为马达等，能够由电压、电流等驱动。通过可动光圈驱动部230进行驱动，使可动光圈167移动。
[1_4]效果
使用图5(A)～图6(B)而对以上述方式构成的投影仪100的效果进行说明。
图5(A)是表示用于说明本实施方式的投影仪100的效果的现有结构的比较图。图5(B)是本实施方式的投影仪100的效果说明图。图6是本实施方式的投影仪100的效果说明图。
图5(A)表示在与光轴垂直的面上，使固定光圈166相对于光束168的中,00的插入方向与可动光圈167相对于光束168的中45O的插入方向一致的情况。图5(B)表示在与光束168的光轴垂直的面上，以固定光圈166相对于光束168的中,00的插入方向与可动光圈167的插入方向正交的方式进行了配置的情况。
如图5(A)左图所示，固定光圈166在与光束168的光轴垂直的面上，在从照明光的光束168的端部朝向光束168的中,00的方向上遮挡A2的范围。固定光圈166具有圆弧部169，配置为圆弧部169的圆弧的中央部与光束的端部之问的长度为A2。A2是对于去除后述的图6的不必要成分光305而言适当的长度。
图5(A)右图是表示光圈量与光量的关系的图。纵轴表示向DMDl80入射的光量，横轴表示基于可动光圈167的光圈量。将从可动光圈167关闭的状态开始打开A1距离的情况(光圈量0【1)下的光量表示为a1，将从可动光圈167打开A1距离的状态开始打开A2距离的情况(光圈量0【2)下的光量表示为a2。
如图5(B)左图所示，固定光圈166在与光轴垂直的截面上，在从照明光的光束168的端部朝向光束168的中,00的方向上遮挡B1的范围。
图5(B)右图是表示光圈量与光量的关系的图。纵轴表示向DMDl80入射的光量，横轴表示基于可动光圈167的光圈量。图5(B)的Arl、A'2表示与图5(A)的A1、A2相当的距离。将从可动光圈167关闭的状态开始打开A'i距离的情况(光圈量凸1)下的光量表示为b1。将从可动光圈167打开A’1距离的状态开始打开A'2距离的情况(光圈量凸2)下的光量表示为b2。
如图5(A)左图那样，在与光束168的光轴垂直的面上，在使固定光圈166相对于光束168的中心O的插入方向与可动光圈167的插入方向一致的情况下，如图5(A)右图所示，在A2期间内，相对于光圈量，光量的随动性降低。这是因为，在A2期间内，由于固定光圈166与可动光圈167的遮挡区域重复，实质损害了由可动光圈167进行光量控制的效果。
另一方面，像图5(B)这样，在与光束168的光轴垂直的面上，在使固定光圈166相对于光束168的中心O的插入方向与可动光圈167的插入方向正交的情况下，相对于光圈量，光量的随动性提高。这是因为，固定光圈166与可动光圈167重复的区域较少。
在本实施方式的投影仪100中，如上所述，通过使固定光圈166相对于光束168的中心O的插入方向与可动光圈167的插入方向正交，与图5(A)所示的现有结构比较，能够提高光量的变化量相对于光圈量的变化量的随动性。
在此，使用图6(A)以及图6(B)来说明相对于朝向DMDl80的入射光的反射光的样态进行说明。
图6(A)以及图6(B)是本实施方式的投影仪100的效果说明图。图6(A)表示入射光在DMDl80的微型镜184处反射的情况。图6(B)表示入射光在DMDl80的罩玻璃181处反射的情况。
如图6(A)所示，DMD(反射型光阀)180设置在光路上的投影部190的正下游侧。DMDl80具有罩玻璃181与微型镜184。
罩玻璃181为表面部。罩玻璃181为透明的玻璃，对DMDl80进行防尘。
微型镜184具有多个微小镜，能够对打开状态182与关闭状态183这两个状态进行切换，在两个状态下变更各微小镜的倾斜。
照明光300相对于DMDl80的表面从倾斜方向照射。在DMDl80的微型镜184为打开状态182的情况下，DMDl80的反射光作为打开光301被反射。
打开光301通过投影部190的开口，向屏幕110(参照图1)上投影。在DMDl80的微型镜184为关闭状态183的情况下，DMDl80的反射光作为关闭光302被反射。关闭光302不通过投影部190的开口而没有向屏幕110(参照图1)上投影。
如图6(B)所示，在入射光在DMDl80的罩玻璃181处反射的情况下，相对于DMDl80的表面从倾斜方向照射的照明光300被罩玻璃181的表面反射，作为平面反射光303进行反射。
平面反射光303具有关闭光304与不必要成分光305。关闭光304不通过投影部190的开口而没有向屏幕110上投影。不必要成分光305通过投影部190的开口向屏幕110上投影。因此，作为平面反射光303的一部分的不必要成分光305成为降低影像对比度的重要因素。
因此，在本实施方式的投影仪100中，如以上说明的那样，图3以及图5(B)所示的固定光圈166设置在对图6(B)所示的照明光300的平面反射光303所含有的、向投影光学系统入射的不必要成分光305进行遮挡的位置。即，固定光圈166可防止照射光300在罩玻璃181的表面处反射而成的平面反射光303中的、不必要成分光305向投影光学系统入射。
由此，能够防止不必要成分光305通过投影部190的开口而使影像对比度降低。因此，能够实现投影的影像的质量提高。
(其他实施方式)
本公开并不限于所述实施方式，能够在不脱离本公开的主旨的范围内进行各种修正以及变更。
(A)
在上述实施方式中，以可动光圈167、167为平板状且从光的入射方向观察的截面为长方形的主旨进行了说明。但是，本公开并不限定于此。
例如，也可以使用平板状且从光的入射方向观察的截面为三角形、梯形等具有其他形状的可动光圈。只要能够通过使可动光圈167移动而阶段性遮挡光，就能够获得相同的效果。
(B)
在上述实施方式中，对安装有两个可动光圈167、167的方式进行了说明。但是，本公开并不限定于此。
例如，也可以由三个以上的可动光圈来构成。只要能够通过使多个可动光圈移动而阶段性遮挡光，就能够获得相同的效果。
(C)
如上所述，利用附图以及详细说明，提供了被认为是最优模式的实施方式与其他实施方式。这些内容是为了供本领域技术人员通过参照确定的实施方式而例证权利要求书所述的主题而提供的。因而，在权利要求书或者其等同范围内，能够对上述实施方式进行各种变更、置换、附加、省略等。
工业实用性
本公开能够广泛应用于投影仪等投影型显示装置。

Claims (5)

1.一种投影型显示装置，其中，
该投影型显示装置具备：
光源；
反射型光阀，其对来自所述光源的出射光进行调制；
投影光学系统，其将由所述反射型光阀生成的图像沿着规定的光路进行输出，投影到规定的投影面上；
照明光学系统，其将来自所述光源的出射光向所述反射型光阀引导；
固定光圈，其设于所述照明光学系统的内部，对来自所述光源的出射光的一部分进行遮光；以及
可动光圈，其设于所述照明光学系统的内部，对来自所述光源的出射光的一部分进行遮光，
所述反射型光阀具有表面部，
所述表面部接收来自所述光源的出射光的一部分并将其作为平面反射光进行反射，
所述固定光圈设置在对所述平面反射光朝向所述投影光学系统的入射进行遮挡的位置。
2.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其中，
所述可动光圈与所述固定光圈在与来自所述光源的出射光的光轴垂直的面上，设于以所述光轴为中心的大致直角的位置。
3.根据权利要求1或2所述的投影型显示装置，其中，
所述固定光圈具有圆弧部，
所述圆弧部在与所述光轴垂直的面上对来自所述光源的出射光的一部分进行遮光。
4.根据权利要求1或2所述的投影型显示装置，其中，
所述可动光圈设有多个，
所述多个可动光圈在与所述光轴垂直的面上，设为能够相对于所述光轴将所述多个遮挡部彼此的距离调整为均等。
5.根据权利要求1或2所述的投影型显示装置，其中，
所述投影型显示装置还具备控制部，该控制部根据输入的影像信号，控制所述可动光圈的所述多个遮挡部的移动量。
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