CN104181758B - 激光投影机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够一边维持光源的输出和/或可靠性一边实现高解析度化的激光投影机。该激光投影机具备：光源；将从所述光源出射的光进行二维扫描的扫描单元；通过将来自于所述扫描单元的光按预定的聚光角度聚光而形成中间像的聚光光学系统；和将所述中间像投影到被投影面上的投影透镜，所述聚光角度比从所述光源出射的光的发散角度大。

Description

激光投影机
技术领域
本发明涉及激光投影机。
背景技术
以往，作为能够进行大画面的图像显示的图像显示装置之一，已知扫描型投影机。扫描型投影机是通过将调制后的激光在屏幕等被投射面上进行光栅扫描(Rasterscan)而显示图像的投影机。激光具有因为是单一波长所以色纯度高和因为一致性(coherence)高所以容易对光线进行整形等特征。因此，在通过激光来显示图像的图像显示装置中，能够格外提高对比度和/或色彩再现性(colorreproducibility)、解析度等。
近年来，已知一种投影机，其中在内部配置光扩散元件，并将调制后的激光的像作为中间像在该光扩散元件上形成，用投影透镜对该中间像进行放大投射(例如，专利文献1)。根据该结构，能够得到小型且斑点噪声(specklenoise)低的激光投影机。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2006-53495号公报
但是，上述激光投影机中通常所用的激光光源，如果从提高画质这一观点来考虑，则因以下原因而仍有改善的空间。
在扫描型投影机中，不存在液晶元件等那样的物理像素，被投射面或中间像的成像面上的激光的点径与投射图像的像素大小相对应。也就是，这些面上的点径越小、就能够进行解析度越高的图像显示。相对于此，为了确保激光光源的输出和/或可靠性，减小激光光源的点径是有限度的。
发明内容
鉴于上述的情况，目的在于提供能够一边维持光源的输出和/或可靠性一边实现高解析度化的激光投影机。
本发明涉及的激光投影机，其特征在于，具备：光源；扫描单元，其将从所述光源出射的光进行二维扫描；聚光光学系统，其通过使来自于所述扫描单元的光按预定的聚光角度聚光而形成中间像；和投影透镜，其将所述中间像投影到被投影面上，所述聚光角度比从所述光源出射的光的发散角度大。
根据本发明，因此所述聚光光学系统的聚光角度比从光源出射的光的发散角度大，所以能够使中间像的大小比实际的光源像的大小小。由此，能够一边维持光源的输出和/或可靠性一边实现高解析度化。
在上述激光投影机中，优选，还具备使从所述光源出射的光平行地入射于所述扫描单元的准直透镜，所述聚光光学系统的焦点距离比所述准直透镜的焦点距离小。
根据本发明，因为在光扩散元件将光聚光的聚光光学系统的焦点距离，比使从光源出射的光平行地入射于扫描单元的准直透镜的焦点距离小，所以能够使在光扩散元件上成像的光源像的大小比实际的光源像的大小小。
在上述激光投影机中，优选，所述光源具有：出射第一波长的光的第一光源；和出射与所述第一波长不同的第二波长的光的第二光源。
根据本发明，能够针对第一波长的光以及第二波长的光分别提高解析度，所以能够显示高精细的彩色图像。
在上述激光投影机中，优选，所述第一波长的光的从所述第一光源到形成所述中间像的位置的光路长度，与所述第二波长的光的从所述第二光源到形成所述中间像的位置的光路长度不同。
根据本发明，因为所述第一波长的光的从所述第一光源到形成所述中间像的位置的光路长度，与所述第二波长的光的从所述第二光源到形成所述中间像的位置的光路长度不同，所以能够降低在聚光光学系统中产生的放大色像差和/或轴向色像差等。
在上述激光投影机中，优选，还具备在形成所述中间像的位置所设置的光扩散元件。
根据该结构，能够减低斑点噪声。
在激光投影机中，优选，所述光扩散元件设为能够以与所述聚光光学系统的光轴平行的旋转轴为中心旋转。
根据本发明，即使在光扩散元件设置为能够以与聚光光学系统的光轴平行的旋转轴为中心旋转的结构中，也能够使在光扩散元件上成像的光源像的大小比实际的光源像的大小小。由此，能够提高解析度。而且，能够使通过光扩散元件的光的相位按时间变化，所以能够更为减低斑点噪声。
附图说明
图1是示意性地表示激光投影机的整体结构的图。
图2是示意性地表示激光投影机的一部分结构的图。
图3是示意性地表示与激光投影机中的一个光源相关的光路的图。
附图标记说明
LX...光轴AX...中心轴Lr...红色光Lg...绿色光
Lb...蓝色光α1、α2、α3...发散角度β...聚光角度
γ...扩散角度10...光源装置10R...红色光源装置
10G...绿色光源装置10B...蓝色光源装置20...准直透镜部
20R...第一准直透镜20G...第二准直透镜
20B...第三准直透镜30...分色棱镜40...扫描元件
50...聚光光学系统60...光扩散元件70...投影透镜
80...屏幕100...激光投影机
具体实施方式
参照图1到图3，对本发明的激光投影机的一个实施方式进行说明。
在本实施方式中，作为激光投影机100，举将通过扫描元件所生成的图像光经由投影光学系统投影到屏幕(被投影面)80上的扫描型投影机为例进行说明。
图1是示意性地示出激光投影机100整体结构的图。如图1所示，激光投影机100具备光源装置(光源)10、准直透镜部20、分色棱镜30、扫描元件(扫描单元)40、聚光光学系统50、光扩散元件60和投影透镜70。
光源装置10包括出射红色光(第一波长的光)的红色光源装置(第一光源)10R、出射绿色光(第二波长的光)的绿色光源装置(第二光源)10G和出射蓝色光(第三波长的光)的蓝色光源装置(第三光源)10B。光源装置10(10R、10G、10B)由能够出射激光的激光二极管(LD)构成。
准直透镜部20使从光源装置10出射的光成为平行。准直透镜部20具有使从红色光源装置10R出射的光平行的第一准直透镜20R、使从绿色光源装置10G出射的光平行的第二准直透镜20G和使从蓝色光源装置10B出射的光平行的第三准直透镜20B。
分色棱镜30将通过第一准直透镜20R、第二准直透镜20G以及第三准直透镜20B而平行了的各色光合成起来并将其出射。
扫描元件40是通过例如MEMS(MicroElectroMechanicalSystems，微机电系统)技术制造出的反射型光调制元件。扫描元件40将从分色棱镜30依次出射的红色光、绿色光以及蓝色光进行二维扫描以生成红色图像、绿色图像以及蓝色图像。作为扫描元件40使用例如MEMS镜等。
聚光光学系统50将从扫描元件40入射的光聚光，并使该聚光所得的光在预定面上成像。通过聚光光学系统50的光的主光线与该聚光光学系统50的光轴平行。即，聚光光学系统50构成了远心光学系统。
光扩散元件60配置在由聚光光学系统50聚光所得的光成像的位置。因此，在光扩散元件60上形成红色图像、绿色图像以及蓝色图像的中间像。光扩散元件60使从光扩散元件60出射的光的扩散角比从聚光光学系统50入射于光扩散元件60的光的聚光角度大。光扩散元件60由例如磨砂玻璃和/或扩散膜等扩散板、全息扩散器等衍射光学元件、微透镜阵列等透镜零件等构成。光扩散元件60设为能够通过未图示的驱动机构以与聚光光学系统50的光轴LX平行的中心轴AX为中心旋转。通过设置光扩散元件60，而使投射于屏幕80的光的配光分布变得均匀，且降低了斑点噪声。
投影透镜70是将在光扩散元件60上形成的中间像投射到屏幕80上的透镜。投影透镜70的像面与准直透镜部20的配置面以及光扩散元件60的配置面共轭。投影透镜70由通常的投影透镜等构成，根据必要使用具有变焦机构和/或聚焦机构的投影透镜。从在光扩散元件60上形成的中间像的各点出射的光的像，通过投影透镜70在屏幕80上成像。
另外，激光投影机100具有统一地控制上述各部分并且从DVD播放器和/或PC等外部装置接收表示二维图像的图像信息的未图示控制部。
控制部基于图像信息所示的二维图像的各像素的灰度值以及显示定时，而生成要供给到光源装置10的红色光源装置10R、绿色光源装置10G以及蓝色光源装置10B的电信号。另外，控制部对扫描元件40进行控制，以使得由从光源装置10在各定时出射的红色光Lr、绿色光Lg和蓝色光Lb所显示的像素与图像信息所规定的二维图像内的预定位置相对应。
图2是放大地示出从光源装置10到光扩散元件60的光路的示意图。在图2中，为了方便，扫描元件40示出为光投射型的。
如图2所示，从红色光源装置10R出射的红色光Lr按发散角度α1出射而入射于第一准直透镜20R。从绿色光源装置10G出射的绿色光Lg按发散角度α2入射于第二准直透镜20G。从蓝色光源装置10B出射的蓝色光Lb按发散角度α3出射而入射于第三准直透镜20B。这些发散角度α1～α3既可以相同，也可以是不同的值。
另外，聚光光学系统50将从扫描元件40入射的红色光Lr、绿色光Lg以及蓝色光Lb分别按聚光角度β聚光。在本实施方式中，聚光角度β比红色光Lr的发散角度α1、绿色光Lg的发散角度α2以及蓝色光Lb的发散角度α3都要大。因此，在光扩散元件60中成像的红色光Lr(L1)、绿色光Lg(L2)以及蓝色光Lb(L3)的各像的大小，比红色光源装置10R、绿色光源装置10G以及蓝色光源装置10B的各光源像的大小小。
在实现了红色光Lr的发散角度α1、绿色光Lg的发散角度α2以及蓝色光Lb的发散角度α3与红色光Lr(L1)、绿色光Lg(L2)以及蓝色光Lb(L3)的聚光角度β满足上述关系的结构的情况下，只要使得聚光光学系统50的焦点距离比构成准直透镜部20的第一准直透镜20R、第二准直透镜20G以及第三准直透镜20B的焦点距离小即可。
这样，通过构成缩小光学系统的准直透镜部20以及聚光光学系统50，而使红色光源装置10R、绿色光源装置10G以及蓝色光源装置10B的各光源像，在缩小了的状态下在光扩散元件60上成像。此外，以大于聚光角度β的扩散角度γ扩散地将入射于光扩散元件60的光出射。
另外，在本实施方式中，为了降低在聚光光学系统50中产生的放大色像差和轴向色像差，而使红色光源装置10R和光扩散元件60之间的红色光的光路长度、绿色光源装置10G和光扩散元件60之间的绿色光的光路长度与蓝色光源装置10B和光扩散元件60之间的蓝色光的光路长度各不相同。因此，作为聚光光学系统50的结构，没有必要使用校正了色像差的所谓消色透镜，增加了透镜个数的削减和/或所使用的硝材的选择机会，所以确保了设计的自由度还能够实现小型化。
图3是选取激光投影机100的一种颜色分量的光学系统并示出的示意图。在图3中，为了方便，省略了分色棱镜30的图示，并且示出扫描元件40为光投射型的。
如图3所示，从光源装置10出射的光通过准直透镜部20且通过分色棱镜30而入射于扫描元件40。
来自于扫描元件40的光入射于聚光光学系统50。入射于聚光光学系统50的光，通过该聚光光学系统50而按预定的聚光角度β聚光，并在配置了光扩散元件60的位置结成中间像(二维像)。在光扩散元件60上形成的中间像由投影透镜70放大投影到屏幕80上。
在激光投影机100中，投影到屏幕80上的像素的大小，与红色光Lr、绿色光Lg以及蓝色光Lb的中间像的成像面上的点径的大小相对应。也就是，该中间像的成像面上的点径越小，就能够进行解析度越高的图像显示。
根据本实施方式，聚光光学系统50的聚光角度β比上述红色光Lr的发散角度α1、绿色光Lg的发散角度α2以及蓝色光Lb的发散角度α3都要大。因此，在光扩散元件60上成像的红色光Lr、绿色光Lg以及蓝色光Lb的各像的大小分别比红色光源装置10R、绿色光源装置10G以及蓝色光源装置10B的各光源像的大小要小。这样，在本实施方式涉及的激光投影机100中，不改变红色光源装置10R、绿色光源装置10G以及蓝色光源装置10B自身的点径，就能够减小中间像的成像面上的点径，所以能够一边维持光源装置10的输出和/或可靠性一边能实现高解析度化。
此外，在本实施方式中，光扩散元件60设为能够以与聚光光学系统50的光轴LX平行的中心轴AX为中心旋转，但是并不限定于此。也没有必要一定将光扩散元件设为能够旋转。

Claims (6)

1.一种激光投影机，其特征在于，
具备：
光源，其出射按预定的发散角度发散的光；
准直透镜，其使从所述光源出射的所述光平行；
扫描单元，其将来自于所述准直透镜的光进行二维扫描；
聚光光学系统，其通过使来自于所述扫描单元的光按预定的聚光角度聚光而形成中间像；和
投影透镜，其将所述中间像投影到被投影面上，
所述聚光角度比所述发散角度大。
2.根据权利要求1所述的激光投影机，其特征在于，
所述聚光光学系统的焦点距离比所述准直透镜的焦点距离小。
3.根据权利要求1或2所述的激光投影机，其特征在于，
所述光源具有：
出射第一波长的光的第一光源；和
出射与所述第一波长不同的第二波长的光的第二光源。
4.根据权利要求3所述的激光投影机，其特征在于，
所述第一波长的光的从所述第一光源到形成所述中间像的位置的光路长度，与所述第二波长的光的从所述第二光源到形成所述中间像的位置的光路长度不同。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的激光投影机，其特征在于，
还具备在形成所述中间像的位置所设置的光扩散元件。
6.根据权利要求5所述的激光投影机，其特征在于，
所述光扩散元件设为能够以与所述聚光光学系统的光轴平行的旋转轴为中心旋转。
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