CN104756006B - 投影型影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明使投影型影像显示装置高性能化、多功能化，并扩大应用范围。投影型影像显示装置具有两个光学引擎，将显示图像高亮度化、虚拟高分辨率化，或者显示立体图像、宽幅图像。两个光学引擎具有用于调整显示图像的位置的调整机构。该调整机构具有调整两个光学引擎之间相对的三维轴方向的位置和相对于轴的倾斜的多个机构。例如考虑到各种调整之间的交互作用，将多个调整机构分配给各光学引擎。由此使调整变得容易。

Description

投影型影像显示装置

技术领域

本发明涉及投影型影像显示装置。

背景技术

在使用液晶面板的投影型影像显示装置中，随着例如以报告会场为代表的使用机会增加，要求装置的简化、廉价化以及装置的高性能化和多功能化。

专利文献1中公开了通过简易的机构对伴随温度变化的焦点偏移进行补偿的技术。

专利文献2中公开了用于在投影系统反射镜中使用平面反射镜的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-256394号公报

专利文献2：日本特开2011-075669号公报

发明内容

发明要解决的课题

随着上述投影型影像显示装置简化、廉价化，使用两个投影型影像显示装置实现装置的高性能化和多功能化成为一个研究课题。

通过使用两个投影型影像显示装置，例如可考虑使显示图像高亮度化、提高可靠性使得即使一个发生故障也不会失去显示功能、使两个的显示图像稍微偏移实现高分辨率化、显示立体(3D)图像、将两个的显示图像在水平方向偏移一个画面以获得宽幅图像等。

与此同时，用于高精度地调整两个投影型影像显示装置投影图像的位置的调整机构和调整方法成为重要的课题。

因此，本发明的目的为提供在高性能或多功能化的基础上使所需的调整高精度化的投影型影像显示装置。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述问题，本发明是一种将基于影像信号的图像光学地投影到外部的显示部来进行显示的投影型影像显示装置，其包括将上述图像光学地投影到外部的两个光学引擎和用于调整这两个光学引擎各自显示的图像的相对位置的调整机构。

发明效果

根据本发明，能够提供在高性能或多功能化的基础上使所需的调整高精度化的投影系统。

附图说明

图1是投影型影像显示装置的光学引擎的框图。

图2是投影型影像显示装置的光学引擎的外观图。

图3是表示投影型影像显示装置的第一调整方法的平面图。

图4是表示投影型影像显示装置的第二调整方法的平面图。

图5是投影型影像显示装置的基座部分的外观图。

图6A是投影型影像显示装置的基座部分的第一平面图。

图6B是投影型影像显示装置的基座部分的第二平面图。

图7A是投影型影像显示装置的基座部分的第三平面图。

图7B是投影型影像显示装置的基座部分的第四平面图。

图8是投影型影像显示装置的投影透镜附近的分解图。

具体实施方式

以下利用附图说明本发明的实施例。首先说明投影型影像显示装置的光学引擎的整体结构。

图1是投影型影像显示装置的光学引擎的框图。为了明确与后面附图的对应关系而在图中的右上部分表示了三维坐标轴。H表示显示的画面的水平方向(横向)，V表示同一画面的垂直方向(纵向)，Z表示同一画面的纵深方向。

图1中光源单元101包括作为发光部的灯泡101a和作为反射面的反射器101b。从配置在椭圆形状的反射器101b的第一焦点位置的灯泡101a出射的光束被上述反射面反射而聚光在反射器101b的第二焦点位置。光束大小被缩小的聚光光束被具有平行化作用的凹透镜102变换成平行光束。此外，在反射器101b为抛物面形状的情况下，不需要用于平行化作用的凹透镜102。

从凹透镜102出射的平行光束被第一多透镜阵列103a的各单元透镜分割成子光束，并在与第一多透镜对应的第二多透镜阵列103b的各单元透镜上聚光。聚光后的各子光束首先被线性极化部104分离成振动方向相互正交的两束线偏振光，再通过使一方的线偏振光的振动方向匹配另一方的振动方向，变换成振动方向为相同方向的线偏振光。

从线性极化部104出射的各子光束从重叠透镜105经过下述的结构要素重叠照射到RGB各色用的液晶面板单元1R、1G、1B上。重叠透镜105与液晶面板单元1R、1G、1B之间的光路中设有用于折曲光路的反射镜106b、106c、106d和作为分色光学部的分色镜107a和107b，进一步在各液晶面板单元1R、1G、1B跟前配置使投影光束的主光束平行化的准直透镜108R、108G、108B。在光路长比绿色和蓝色更长的红色的光路上配置有用于将重叠后的光束成像在红色用的液晶面板单元1R的位置的中继透镜109和110。

这样，来自灯泡101a并提供给液晶面板单元1R、1G、1B的光束根据另外分别提供给液晶面板单元1R、1G、1B的影像R信号、影像G信号、影像B信号的电平而改变能够透过液晶面板的量。由此赋予上述光束影像信号的信息。因此，液晶面板单元1R、1G、1B不仅具有液晶面板，还具有用于使规定的振动方向的光束透过的偏光片。

透过液晶面板单元1R、1G、1B的各光束在正交棱镜2中相互合成，经投影透镜3将与上述影像信号相应的影像显示在设置于外部的屏幕(未图示)上。

此外，图1所示的光学引擎的结构并非对本发明加以限定。例如可考虑如上述专利文献2的图12所示，进一步地具有图1未配备的反射镜106a，改变从光源单元101到重叠透镜105的结构要素的配置的例子。除此之外也可考虑不同的例子，适用于本发明的光学引擎并不限定于特定结构。

图2是投影型影像显示装置10的光学引擎10A和10B的外观图，从装置的斜上方观察而绘制。即，本实施例的投影型影像显示装置10具有两个光学引擎10A和10B。各正交棱镜2A和2B及投影透镜3A和3B带有记号。

第一光学引擎10A经由第一调整用基座21和第二调整用基座22安装在主基座20上，第二光学引擎10B经由第三调整用基座23和第四调整用基座24安装在主基座20上。即，第一光学引擎10A和第二光学引擎10B为了让用户调整使得两者显示的图像的相对的位置关系成固定的关系而经由调整用基座21～24安装在主基座20上。

调整用基座21～24的作用在后面说明。此外，本发明并不限定于具有特定调整机构的装置，而是普遍地包括具有上述调整相对位置的特征结构的装置。

根据图2可知，光学引擎10A和10B的光学系统部件的配置为相对于例如图1的分色镜107b或正交棱镜2的中心成镜像反转或点对称的反转配置。因此，两者中每个光学系统部件可共用。但本实施例也可适用于在例如两个光学引擎的光学系统部件的配置不为镜像反转关系而是相同的情况、两个光学引擎的模块结构不同的情况、光学系部件不共用的情况。

当前液晶面板单元1使用例如0.63英寸大小的小型廉价的液晶面板来开发投射5000流明级别高亮度的光束的投影型影像显示装置。考虑使用两个该装置的光学引擎来开发性价比高的高性能或多功能的投影型影像显示装置。

第一，考虑从两者的光学引擎向相同位置投影相同图像来实现高亮度化。在上述例子中能够投影10000流明级别的光束。此外，在任一个光源发生故障时，通过剩下的一个光学引擎能够继续进行图像显示，或者可始终使用一个光学引擎，剩下的一个光学引擎为故障时准备，能够提高装置的可靠性。

第二，可实现对显示的图像在视觉上高分辨率化的所谓虚拟高分辨率化。例如显示的图像由多个具有6×8像素的区块组成的情况下，一个光学引擎显示该区块的48个像素。并且剩下的另一个光学引擎在相对于各像素在水平方向和垂直方向两方向上偏移1/2像素的位置显示48个像素。由此，能够实现一个区块192像素的虚拟高分辨率化。

第三，从两个光学引擎投影用于立体图像的不同的通道的图像，能够显示所谓3D图像。

第四，使两个光学引擎投影图像的位置在水平方向上邻接并排，能够显示所谓双画面宽幅图像。

另一方面，不管在哪种使用方法中，用于将两个光学引擎投影图像的位置定位在规定位置的调整机构是重要的。例如，在上述尺寸的液晶面板中进行上述虚拟高分辨率化的情况下，由于1/2像素的间隔在液晶面板上是5μm大小，因此特别地需要高精度的调整机构。

作为除利用机构进行调整之外的方法，也可考虑以修正投影位置的偏差的方式对显示的图像的影像信号进行运算处理的方法。但这样地处理影像信号时经常存在发生显示图像的画质劣化的问题。因此，以下的实施例中针对利用机构调整两个光学引擎投影图像的位置的情况进行说明。

进行调整时，两个光学引擎例如将格子(Check)图案的图像图案投影到设置在外部的以屏幕为代表的显示部上，用户一边观察图像的边缘部分出现的干涉条纹(莫尔条纹)一边进行调整。调整为光学引擎10A和10B所具有的正交棱镜2A和2B的中心成规定的位置关系。

图3是表示投影型影像显示装置10的第一调整方法的平面图，中央表示从V轴正方向向负方向观察的图，右侧表示从H轴正方向向负方向观察的图，下侧表示从Z轴正方向向负方向观察的图。第一调整方法是固定第一光学引擎10A的位置作为基准、仅移动调整第二光学引擎10B的方法。

在此，说明调整两个光学引擎10A和10B的相对位置时的参数。

如图3所示的双向箭头所示，需要相对于H轴、V轴、Z轴平行移动进行调整。依次将各参数记为H、V、Z。此外，需要以V轴为中心在与H轴大致平行的方向旋转移动、以H轴为中心在与V轴大致平行的方向旋转移动、以Z轴为中心在与H轴大致平行的方向旋转移动，来进行调整。依次将各参数记为θH、θV、θZ。此外，在此H轴、V轴、Z轴以接受调整一方的光学引擎所具有的正交棱镜的中心为原点。

在图3所示的第一调整方法中，光学引擎10A被固定，光学引擎10B在H、V、Z方向移动，或者光学引擎10B以正交棱镜2B的中心为旋转中心在θH、θV、θZ方向旋转移动，来调整两个光学引擎的相对位置。由于有以正交棱镜2B的中心为旋转中心的调整，因此不产生调整某个参数时改变其它参数的最佳位置的交互作用(CrossAction)。因此不需要特别地考虑调整各参数的顺序。

但为了在一个光学引擎10B上调整θH、θV、θZ这三个方向，上面图2所示的第三调整用基座23需要具有在每个方向上自由旋转的球面座。设计使得其旋转中心为正交棱镜2B的中心。这种球面座不仅设计困难，例如在θH方向上旋转移动时无法避免在θV或θZ方向上也发生移动。

下面为了消除该问题，考虑将上述参数分配给第一光学引擎10A和第二光学引擎10B进行调整。

图4是表示投影型影像显示装置10的第二调整方法的平面图。在此表示在第一光学引擎10A中调整Z和θV，在第二光学引擎10B中调整θH和θZ的例子。此外，对于H和V可在任一个上进行。由于θV的调整被分配给第一光学引擎10A，因此不需要上述球面座，可如下所述地使用圆筒座。

在调整时，光学引擎10A以正交棱镜2A的中心为旋转中心在θV方向旋转移动，光学引擎10B以正交棱镜2B的中心为旋转中心在θH、θZ方向旋转移动。但实际上在圆筒座的情况下，难以设计使得正确地以正交棱镜的中心为旋转中心进行移动。为了实现它，需要增加投影型影像显示装置10在V轴方向的大小。因此，上述旋转中心为稍偏离正交棱镜的中心的位置的情况较多。

因此，将各参数的调整分配给两个光学引擎使得在考虑到发生上述交互作用的基础上调整变得容易是重要的。在图4中，考虑到交互作用的发生，以在一个光学引擎上调整θV和Z、在剩下的一个光学引擎上调整θH和θZ的方式来分配各参数。但该参数分配仅为一个例子，使用根据例如以装置的小型化为代表的不同观点而选择的不同的分配的情况也属于本发明的范围。

在图4中，第一光学引擎10A通过安装其的第一调整用基座21所具有的圆筒座来调整θV。由于θV变化，对Z产生交互作用。因此，安装第一调整用基座21的第二调整用基座22将第一光学引擎10A和第一调整用基座21在Z轴方向移动来消除交互作用。第二光学引擎10B通过安装其的第三调整用基座23所具有的圆筒座来调整θZ。由于θZ变化，对H轴方向产生交互作用。因此，安装第三调整用基座23的第四调整用基座24将第二光学引擎10B和第三调整用基座23在θH轴方向移动来消除交互作用。

此外，θH方向的旋转不需要使用圆筒座，以经过正交棱镜2B的中心的V轴为旋转中心对第二光学引擎10B进行旋转移动即可。

如上所述，图4的实施例中进行参数的分配，使得考虑到发生的交互作用时在不同的光学引擎上完成调整。特别地，通过将θV和θZ分配给不同的光学引擎，使得不需要球面座。因此具有简化调整机构、使得调整变得简单而高精度的效果。

接着对用于进行图4所示的各参数的调整方法的基座部分的结构利用附图进行说明。

图5是投影型影像显示装置10的基座部分的外观图，从上述图2相同的方向绘制。

如上所述，基座部分配备：安装光学引擎10A的第一调整用基座21、安装第一调整用基座21的第二调整用基座22、安装光学引擎10B的第三调整用基座23、安装第三调整用基座23的第四调整用基座24和安装第二调整用基座22与第四调整用基座24的主基座20。此外，虽然图中未赋予记号，第一调整用基座21和第三调整用基座23分别具有例如三个用于安装光学引擎10A和光学引擎10B的螺柱。

图6A、图6B、图7A、图7B分别为投影型影像显示装置10的基座部分的第一至第四平面图，依次表示用于调整θV、Z、θZ、θH的机构。各图都附有图中虚线所示的位置上的截面图。

图6A和图6B都基于与第一调整用基座21和第二调整用基座22相关的相同的图，为了使两个调整机构更清楚而分成不同的图。同样地，图7A和图7B都基于与第三调整用基座23和第四调整用基座24相关的相同的图，为了使两个调整机构更清楚而分成不同的图。

在图6A中，第一调整用基座21具有圆筒座210。圆筒座210为旋转座，调整光学引擎10A的参数θV。图中的截面图的虚线表示圆筒座210的面的半径，正交棱镜2A的中心在作为旋转中心的虚线的交点附近。

在图6B中，第二调整用基座22具有移动机构220。移动机构220例如具有调整螺丝，来移动第一调整用基座21，调整光学引擎10A的参数Z。

此外，对于Z也有不进行机构上的调整而是改变投影透镜3的变焦比进行调整的方法。

在图7A中，第三调整用基座23具有圆筒座230。圆筒座230为旋转座，调整光学引擎10B的参数θZ。图中的截面图的虚线表示圆筒座230的面的半径，正交棱镜2B的中心在作为旋转中心的虚线的交点附近。

在图7B中，第四调整用基座24以主基座20所配备的圆筒状的突起200为中心旋转，来移动第三调整用基座23，调整光学引擎10B的参数θH。正交棱镜2B的中心在突起200的中心线的延长上。

如上通过图6A、图6B、图7A、图7B表示的一个例子所示，用户易于调整θV、Z、θZ、θH各参数。

接着，对剩下的参数H和V的调整进行说明。一个方法是将光学引擎10A或10B的位置在H轴或V轴方向移动。作为其它方法，有将投影透镜3相对于正交棱镜2的位置在H轴或V轴方向移动的方法。

图8是投影型影像显示装置的投影透镜3附近的分解图。光学引擎侧的投影透镜安装部30上安装了第一平板(Plate)31。投影透镜3上安装了第二平板32。通过利用安装部件将第二平板32相对于第一平板31固定，投影透镜3相对于光学引擎固定。此时，例如使第一平板31的供上述安装部件穿过的孔具有较大的盈余，使第一平板31与第二平板32之间能够相对地在H轴或V轴方向移动。

这样，投影透镜3相对于正交棱镜2的位置能够在H轴或V轴方向移动，能够调整参数H和V。

根据上述实施例，将基于影像信号的图像光学地投影至外部的显示部来进行显示的投影型影像显示装置包括：将上述图像光学地投影至外部的两个光学引擎；调整机构，其调整如下所示的6个参数：上述两个光学引擎各自显示的图像的水平(H轴)方向的位置H和垂直(V轴)方向的位置V、上述两个光学引擎各自的与上述显示部之间的纵深(Z轴)方向的位置Z、上述两个光学引擎各自的以上述V轴为中心的上述X轴方向上的相对角度θH、上述两个光学引擎各自的以上述H轴为中心的上述V轴方向上的相对角度θV、上述两个光学引擎各自的以上述Z轴为中心的上述X轴方向上的相对角度θZ，上述两个光学引擎中的一个光学引擎包括调整上述6个参数中的1个以上5个以内的参数的调整机构，另一个光学引擎包括调整上述6个参数中的余下参数的调整机构。

此外，在上述投影型影像显示装置中，上述两个光学引擎分别为具有液晶面板单元、正交棱镜和投影透镜的液晶显示装置的光学引擎，其中上述液晶面板单元包括生成基于上述图像信号的红基色信号的光学图像的第一液晶面板、生成基于上述图像信号的绿基色信号的光学图像的第二液晶面板和生成基于上述图像信号的蓝基色信号的光学图像的第三液晶面板，上述正交棱镜合成上述第一至第三液晶面板各自生成的各光学图像，上述投影透镜将上述正交棱镜合成后的光学图像投影到外部，上述X轴、Y轴、Z轴的原点位于上述正交棱镜的光学中心。

并且，在上述投影型影像显示装置中，上述两个光学引擎中的一个光学引擎具有调整上述6个参数中的至少θV和Z的调整机构，另一个光学引擎具有调整上述6个参数中的至少θZ和θH的调整机构。

这样，在配备两个光学引擎的投影型影像显示装置中，能够实现高性能化和多功能化，能够容易地、高精度地调整上述6个参数，具有能够扩大投影型影像显示装置的应用范围的效果。

在此所述的实施方式为一个例子，并非对本发明加以限定。可考虑基于本发明的主旨的不同的实施方式，其均在本发明的范围内。

附图记号说明：

1：液晶面板单元；2：正交棱镜；3：投影透镜；10：投影型影像显示装置；10A、10B：光学引擎；20：主基座；21、22、23、24：调整用基座；30：投影透镜安装部；31：第一平板；32：第二平板；101：光源单元；102：凹透镜；103：多透镜阵列；104：线性极化部；105：重叠透镜；106：反射镜；107：分色镜；108：准直透镜；109、110：中继透镜。

Claims (5)

1.一种将基于影像信号的图像光学地投影至外部的显示部来进行显示的投影型影像显示装置，其特征在于，包括：

将所述图像光学地投影至外部的两个光学引擎；和

调整机构，其调整如下所示的6个参数：所述两个光学引擎各自显示的图像的水平H轴方向的位置H和垂直V轴方向的位置V、所述两个光学引擎各自的与所述显示部之间的纵深Z轴方向的位置Z、所述两个光学引擎各自的以所述V轴为中心的所述H轴方向上的相对角度θH、所述两个光学引擎各自的以所述H轴为中心的所述V轴方向上的相对角度θV、所述两个光学引擎各自的以所述Z轴为中心的所述V轴方向上的相对角度θZ，

所述两个光学引擎中的一个光学引擎具有调整所述6个参数中的包括θV在内的5个以内的参数的调整机构，另一个光学引擎具有调整所述6个参数中的包括θZ在内的余下参数的调整机构。

2.如权利要求1所示的投影型影像显示装置，其特征在于：

所述两个光学引擎分别为包括液晶面板单元、正交棱镜和投影透镜的液晶显示装置的光学引擎，其中所述液晶面板单元包括生成基于所述影像信号的红基色信号的光学图像的第一液晶面板、生成基于所述影像信号的绿基色信号的光学图像的第二液晶面板和生成基于所述影像信号的蓝基色信号的光学图像的第三液晶面板，所述正交棱镜合成所述第一至第三液晶面板各自生成的各光学图像，所述投影透镜将所述正交棱镜合成后的光学图像投影到外部，

所述H轴、V轴、Z轴的原点位于所述正交棱镜的光学中心。

3.如权利要求1所示的投影型影像显示装置，其特征在于：

所述两个光学引擎中的一个光学引擎具有调整所述6个参数中的至少θV和Z的调整机构，另一个光学引擎具有调整所述6个参数中的至少θZ和θH调整机构。

4.如权利要求2所示的投影型影像显示装置，其特征在于：

所述调整机构包括：

用于调整所述参数θV的以所述正交棱镜的光学中心为旋转中心的圆筒座；

用于调整所述参数θZ的以所述正交棱镜的光学中心为旋转中心的圆筒座；和

用于调整所述参数θH的以所述正交棱镜的光学中心为旋转中心的旋转机构。

5.如权利要求4所示的投影型影像显示装置，其特征在于：

所述调整机构移动所述投影透镜的相对于所述正交棱镜的所述H轴方向上的位置或所述V轴方向上的位置来调整所述参数H或V。