CN105074565B - 图像投影装置 - Google Patents

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Abstract

【问题】为了提供可以在不牺牲亮度或分辨率的情况下显示3D图像并且可以在3D和2D之间切换显示的图像投影装置。【解决方案】该图像投影装置通过包括以下而被构成：光源；照明光学系统；三片第一反射型光阀组(9A)，其基于第一图像信息来调制入射光；三片第二反射型光阀组(9B)，其基于第二图像信息来调制入射光；第一棱镜型光合成构件(6A)，其在一个光轴上合成由第一反射型光阀组(9A)反射的光；第二光合成构件(6B)，其在一个光轴上合成由第二反射型光阀组(9B)反射的光；以及棱镜型分束器(18)，其在一个光轴上合成由第一反射型光阀组(9A)反射的光和由第二反射型光阀组(9B)反射的光。

Description

图像投影装置
技术领域
本技术涉及图像投影装置。
背景技术
近年来，数字化在电影工业中已经得到发展，伴随的是更高的图像分辨率和3D(三维；立体的)影片的传播。关于更高的分辨率，具有大约4000x2000的分辨率的、称为4K图像之物的传播已经得到发展。
关于3D图像，制作技术已被开发，并且对观众的眼睛施加更少负担并且允许观众享受长时间看电影的影片已被一个接一个发布，给电影工业的增加的票房收入做贡献。
作为用于投射3D图像的技术，下面描述的一些方法已被提出并且投入使用。
存在如下一种方法：其中，通过一个投影仪，左眼和右眼的图像按照时间划分在将被投射的相互正交的偏振光束之间切换，并且图像被利用具有针对左眼和右眼有相互正交的偏振面的偏振滤波器的眼镜而观看(例如，见专利文献1)。
注意到“相互正交的偏振光束”在一些情况下意味着偏振平面相差90度的两个线性偏振的光束，并且在其他情况下意味着左旋和右旋的圆偏振光。同样的也适用于下面的描述。
还存在如下一种方法：其中，针对右眼图像和左眼图像提供两个投影仪，光束作为相互正交的偏振光束而被从相应的投影仪中投射，并且图像被利用具有针对左眼和右眼有相互正交的偏振面的偏振滤波器的眼镜而观看(例如，见专利文献2)。
还存在如下一种方法：其中，一个光阀的图像显示部分被分为右眼图像显示范围和左眼图像显示范围，在这些范围中显示的图像作为相互正交的偏振光束而被从投射透镜中发射，并且这些图像被投射为叠加在屏幕上。也是在该方法中，图像被利用具有针对左眼和右眼有相互正交的偏振面的偏振滤波器的眼镜而观看(例如，见专利文献3)。
另外，为了使足够亮的2D(二维；平面的)图像和3D图像可以甚至在大屏幕上被显示，更高输出的投影仪是期望的。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2012-151713
专利文献2：JP 2012-47849A
专利文献3：JP 2012-300914A
发明内容
技术问题
然而，在一种其中按照时间划分来切换并生成左图像和右图像的方法的情况下，如在专利文献1中一样，光仅进入左眼和右眼中的一个。因此，当3D图像被投射时，从投影仪发射的光无法被完全利用，并且屏幕的亮度在外观上被降低为一半或者更少。
在一种其中使用两个投影仪的方法的情况下，如在专利文献2中一样，需要复杂的调节来将来自投影仪的投影图像精确地叠加在屏幕上。此外，因为需要两个投影仪，因此成本相应地被增加，并且对于投影仪的安装需要更大的空间。
在一种其中通过划分一个光阀的图像显示部分来投射3D图像的方法中，如在专利文献3中一样，因为部分地使用光阀的原始图像显示部分而无法利用原始分辨率，并且需要仅用于3D的投射透镜。此外，亮度变得比在使用整个图像显示部分的情况下更暗。
当将利用整个光阀的分辨率来投射2D图像时，存在对在仅用于3D的透镜和用于2D的透镜之间进行替换的必要。在这种情况下，如果左图像和右图像是相同的，则图像即使利用仅用于3D的透镜也可以被看作2D；然而，分辨率和亮度遗憾地变得比在利用用于2D的透镜来投射图像的情况下更低。
本技术的一个目的是提供一种可以在不牺牲亮度或分辨率的情况下显示3D图像并且可以在3D图像和2D图像之间进行切换和显示的图像投影装置。
问题的解决方案
根据本技术，提供了一种图像投影装置，包括：一个或多个光源，其被配置为发射包括光的三原色中的一个或多个的光；一个或多个照明光学系统，其被配置为照射来自光源的光；第一反射型光阀组，其包括与光的三原色相对应的三个光阀，该第一反射性光阀组被配置为基于第一图像信息来调制来自照明光学系统的入射光；第二反射型光阀组，其包括与光的三原色相对应的三个光阀，该第二反射性光阀组被配置为基于第二图像信息来调制来自照明光学系统的入射光；第一棱镜型光合成构件，其具有在一个光轴上合成由第一反射型光阀组反射的光的功能，该光已被分离为所述三原色；第二棱镜型光合成构件，其具有在一个光轴上合成由第二反射型光阀组反射的光的功能，该光已被分离为三原色；以及棱镜型分束器，其被配置为在一个光轴上合成已被第一反射型光阀组反射并且基于第一图像信息调制的光和已被第二反射型光阀组反射并且基于第二图像信息调制的光。
根据上面描述的本技术的图像投影装置的配置，第一图像信息和第二图像信息分别被第一反射型光阀组和第二反射型光阀组(每一个光阀组包括三个光阀)反射，并且被棱镜型分束器合成到一个光轴上。
利用该配置，可以利用反射型光阀组的整个显示部分来显示第一图像信息和第二图像信息。因此，既不牺牲分辨率也不牺牲亮度。另外，不需要图像的时间划分以及不存在伴随这种时间划分的亮度的牺牲。
此外，可以通过将相同图像信息设置为两段图像信息或者关闭两段图像信息中的一个来投射2D图像，并且可以通过将与左眼和右眼相对应的不同段的图像信息设置为两段图像信息来投射3D图像。
发明的有利效果
根据上面描述的本技术，在不牺牲亮度或分辨率的情况下显示3D图像的图像投影装置可以被实现。
另外，因为通过预先布置两个反射型光阀组将第一图像信息和第二图像信息在一个光轴上合成，从而使得图像被叠加在屏幕上，因此用于现场(例如，在影院处)调节左图像和右图像的叠加的劳动被节省。
此外，因为没有必要提供多个图像投影装置，因此可以节省成本并且装置无需大安装空间。
此外，因为可以仅通过切换图像信息来执行2D图像和3D图像之间的切换，因此不需要用于透镜替换等的劳动和时间，并且可以容易且即时地执行2D图像和3D图像之间的切换。
根据本技术，可以在2D图像和3D图像之间进行切换和显示并且不需要用于装置的调节、部件的替换等的劳动的免维护图像投影装置可以被实现。
附图说明
图1是第一实施例的图像投影装置的示意性配置图。
图2是第一实施例的图像投影装置的示意性配置图。
图3是第一实施例的图像投影装置的示意性配置图。
图4是第二实施例的图像投影装置的示意性配置图。
图5是第二实施例的图像投影装置的示意性配置图。
图6是第二实施例的图像投影装置的示意性配置图。
图7是示出第二实施例中的分束膜的光谱性质的模式的示图。
具体实施方式
在下文中，用于实施本技术的最佳模式(在下文中称为实施例)将被描述。
描述按照以下次序给出。
1.第一实施例
2.第二实施例
<1.第一实施例>
图1至图3是第一实施例的图像投影装置的示意性配置图。图1和图2是侧视图，并且图3是顶视图。图1和图2是分别从图3中的箭头51和箭头52的方向看去的侧视图。在图3中，为了简明，只有沿着包括反射型液晶器件9A和反射型液晶器件9B的平面放置的组件被示出，并且其他组件被从图中省略。
此外，在每一个图中，光的路径由用细点划线画的箭头来指示。
根据本实施例，3D(立体)图像通过应用偏振性质的差异而被显示，并且反射型液晶器件被用作光阀。
本实施例的图像投影装置包括以下组件：由反射型液晶器件构成的光阀、棱镜型分束器、棱镜型偏振分束器、十字分色棱镜(也称为4P棱镜)和投影透镜。
这些组件被放置为使得它们的相对位置关系具有极佳精度。
例如，优选使这些组件相互结合以构成集成光学块。
此外，每一个反射型液晶器件(光阀)和棱镜型偏振分束器优选地被机械地结合并且利用未示出的金属部件等来固定。
另外，尽管未被示出，但是本实施例的图像投影装置设有分别发射三原色的光(换言之，红光R、绿光G和蓝光B)的光源。
从投影透镜中发射的光被投射到未示出的屏幕等上；从而，图像被显示。
本实施例的图像投影装置具体地包括用于投射基于第一图像信息的图像的光学系统、用于投射基于第二图像信息的图像的光学系统、以及由这些光学系统共享的棱镜型分束器和投影透镜。
每一个光学系统都设有上面描述的分别发射红光R、绿光G和蓝光B的光源；就是说，总共包括六个光源。针对这六个光源中的每一个提供反射型液晶器件和偏振分束器。
在下文中，每一个光学部件的配置和布置将被具体地描述。
用于投射基于第一图像信息的图像的光学系统(在下文中称为第一光学系统)设有分别发射作为光的三原色的红光R、绿光G和蓝光B的三个光源。针对相应的三个光源提供了反射型液晶器件3A、9A和14A，作为包括三个光阀的第一反射型光阀组。此外，各自由玻璃材料形成的偏振分束器2A、8A和13A和十字分色棱镜6A被提供，作为具有在一个光轴上合成三原色的光的功能的第一棱镜型光合成构件。
针对红光R提供了偏振片1A、偏振分束器2A、反射型液晶器件3A、间隔器4A和半波片5A。
针对绿光G提供了偏振片7A、偏振分束器8A、反射型液晶器件9A、间隔器10A和半波片11A。
针对蓝光B提供了偏振片12A、偏振分束器13A、反射型液晶器件14A、间隔器15A和半波片16A。
另外，十字分色棱镜6A被提供以合并红光R、绿光G和蓝光B。
注意到未示出的照明光学系统被设在每一个光源和偏振片1A、7A和12A中的对应一个之间。
像第一光学系统一样，用于投射基于第二图像信息的图像的光学系统(在下文中称为第二光学系统)设有分别发射作为光的三原色的红光R、绿光G和蓝光B的三个光源。针对相应的三个光源提供了反射型液晶器件3B、9B和14B，作为包括三个光阀的第二反射型光阀组。此外，各自由玻璃材料形成的偏振分束器2B、8B和13B和十字分色棱镜6B被提供，作为具有在一个光轴上合成三原色的光的功能的第二棱镜型光合成构件。
针对红光R提供了偏振片1B、偏振分束器2B、反射型液晶器件3B、间隔器4B和半波片5B。
针对绿光G提供了偏振片7B、偏振分束器8B、反射型液晶器件9B、间隔器10B和半波片11B。
针对蓝光B提供了偏振片12B、偏振分束器13B、反射型液晶器件14B、间隔器15B和半波片16B。
另外，十字分色棱镜6B被提供以合并红光R、绿光G和蓝光B。
注意到未示出的照明光学系统被设在每一个光源和偏振片1B、7B和12B中的对应一个之间。
第一光学系统的十字分色棱镜6A和第二光学系统的十字分色棱镜6B被各自放置在棱镜型分束器18的上游。
半波片17被设在第二光学系统的十字分色棱镜6B和棱镜型分束器18之间。
投影透镜19被放置在棱镜型分束器18的下游。
接下来，在本实施例的图像投影装置中投射图像的功能将被依次描述。
首先，投射基于第一图像信息的图像的功能参考图1和图3得到描述。
作为光的三原色之一的红光R被从未示出的光源中发射，通过也未示出的照明光学系统，穿过偏振片1A，然后被偏振分束器2A反射以进入反射型液晶器件3A。
偏振分束器一般具有透射P偏振光并且反射S偏振光的性质。
偏振片1A的功能用来使来自光源的光偏振为高偏振度的线性偏振光并且使光作为S偏振光进入偏振分束器2A。
经受由反射型液晶器件3A进行的基于图像信息的偏振调制的光返回到偏振分束器2A，只有光的P偏振分量穿过偏振分束器2A，并且图像信息被转换为明暗信息。另外，由此得到的光穿过间隔物玻璃4A并且进入半波片5A。
间隔物玻璃4A的厚度被确定为使得包括未示出的照明光学系统的整个光学系统具有最佳布局。同样的也适用于稍后描述的间隔物玻璃10A和间隔物玻璃15A。
半波片5A用来使偏振面转动以使得光作为S偏振光进入十字分色棱镜6A。这是因为反射光的十字分色棱镜6A的薄膜具有针对S偏振光的高反射率和针对P偏振光的低反射率。
从而，经受由反射型液晶器件3A进行的基于图像信息的偏振调制的光被十字分色棱镜6A反射并且进入棱镜型分束器18。
针对所使用的光的三原色的所有波长范围，棱镜型分束器18具有拥有针对S偏振光的高反射率和针对P偏振光的高透射率的偏振分束器的性质。就是说，棱镜型分束器具有覆盖由光源定义的三原色的光谱性质。
来自十字分色棱镜6A的光作为P偏振光进入棱镜型分束器18。因此，该光透射通过棱镜型分束器18，并且进入在图3中示出的投影透镜19并且被从其中发射。从而，图像被投射到未示出的屏幕上。
接下来，作为光的三原色之一的绿光G被从未示出的光源中发射，通过也未示出的照明光学系统，穿过偏振片7A，然后被偏振分束器8A反射以进入反射型液晶器件9A。偏振片7A的功能与偏振片1A的相同。
经受由反射型液晶器件9A进行的基于图像信息的偏振调制的光返回到偏振分束器8A，只有光的P偏振分量穿过偏振分束器8A，并且图像信息被转换为明暗信息。另外，由此得到的光穿过间隔物玻璃10A并且进入半波片11A。
像半波片5A一样，半波片11A用来使偏振面转动以使得光作为将被透射的S偏振光进入十字分色棱镜6A。
以这种方式，绿光G的偏振方向被与稍后描述的红光R和蓝光B的偏振方向相匹配；从而，绿光G作为将被透射通过棱镜型分束器18的P偏振光进入棱镜型分束器18。然后，光进入在图3中示出的投影透镜19并且被从其中发射。从而，图像被投射到未示出的屏幕上。
作为光的三原色之一的蓝光B被从未示出的光源中发射，通过也未示出的照明光学系统，穿过偏振片12A，然后被偏振分束器13A反射以进入反射型液晶器件14A。偏振片12A的功能与偏振片1A的相同。
经受由反射型液晶器件14A进行的基于图像信息的偏振调制的光返回到偏振分束器13A，只有光的P偏振分量穿过偏振分束器13A，并且图像信息被转换为明暗信息。另外，由此得到的光穿过间隔物玻璃15A并且进入半波片16A，其中偏振面被转动90度。
此后，绿光B被十字分色棱镜6A反射以进入棱镜型分束器18并且然后被透射通过棱镜型分束器18。然后，光进入在图3中示出的投影透镜19并且被从其中发射。从而，图像被投射到未示出的屏幕上。
以上述方式，红光、绿光和蓝光的偏振方向在一个方向上被对齐，并且所有光作为P偏振光进入棱镜型分束器18；从而，基于第一图像信息的图像被从投影透镜19投射到未示出的屏幕上。
接下来，投射基于第二图像信息的图像的功能参考图2和图3得到描述。
作为光的三原色之一的红光R被从未示出的光源中发射，通过也未示出的照明光学系统，穿过偏振片1B，然后被偏振分束器2B反射以进入反射型液晶器件3B。
经受由反射型液晶器件3B进行的基于图像信息的偏振调制的光返回到偏振分束器2B，只有光的P偏振分量穿过偏振分束器2B，并且图像信息被转换为明暗信息。另外，由此得到的光穿过间隔物玻璃4B并且进入半波片5B。
红色光R的偏振面被半波片5B转动90度，并且光作为S偏振光进入十字分色棱镜6B。此后，红色光R被十字分色棱镜6B反射并且进入半波片17。
半波片17具有针对所使用的光的三原色的所有波长范围使偏振方向转动90度的功能。因此，通过半波片17透射的光的偏振方向被转动90度，并且光作为S偏振光进入棱镜型分束器18。然后，该光通过棱镜型分束器18被反射，并且进入在图3中示出的投影透镜19并且被从其中发射。从而，图像被投射到未示出的屏幕上。
接下来，作为光的三原色之一的绿光G被从未示出的光源中发射，通过也未示出的照明光学系统，穿过偏振片7B，然后被偏振分束器8B反射以进入反射型液晶器件9B。
经受由反射型液晶器件9B进行的基于图像信息的偏振调制的光返回到偏振分束器8B，只有光的P偏振分量穿过偏振分束器8B，并且图像信息被转换为明暗信息。另外，由此得到的光穿过间隔物玻璃10B并且进入半波片11B。
绿色光G的偏振面被半波片11B转动90度，并且然后绿光G被透射通过十字分色棱镜6B以进入半波片17。
绿光G的偏振面被半波片17再次转动90度，并且光作为S偏振光进入棱镜型分束器18。另外，绿光G通过棱镜型分束器18被反射，并且进入在图3中示出的投影透镜19并且被从其中发射。从而，图像被投射到未示出的屏幕上。
作为光的三原色之一的蓝光B被从未示出的光源中发射，通过也未示出的照明光学系统，穿过偏振片12B，然后被偏振分束器13B反射以进入反射型液晶器件14B。
经受由反射型液晶器件14B进行的基于图像信息的偏振调制的光返回到偏振分束器13B，只有光的P偏振分量穿过偏振分束器13B，并且图像信息被转换为明暗信息。另外，由此得到的光穿过间隔物玻璃15B并且进入半波片16B。
蓝色光B的偏振面被半波片16B转动90度，并且然后蓝光B被十字分色棱镜6B反射以进入半波片17。
蓝光B的偏振面被半波片17再次转动90度，并且光作为S偏振光进入棱镜型分束器18。另外，蓝光B通过棱镜型分束器18被反射，并且进入在图3中示出的投影透镜19并且被从其中发射。从而，图像被投射到未示出的屏幕上。
以上述方式，红光、绿光和蓝光的偏振方向在一个方向上被对齐，并且所有光作为S偏振光进入棱镜型分束器18；从而，基于第二图像信息的图像被从投影透镜19投射到未示出的屏幕上。
注意到通过以上方法而被投射的基于第一图像信息的图像和基于第二图像信息的图像具有不同的偏振状态。相应地，作为屏幕，优选地使用反射光的偏振状态被保持的诸如珠屏之类的屏幕。
当3D图像被观看时，基于第一图像信息的图像和基于第二图像信息的图像被分别分配给用于右眼的图像和用于左眼的图像中的一个和另一个。
例如，作为P偏振光而被投射的第一图像信息被设置为用于右眼的图像，并且作为S偏振光而被投射的第二图像信息被设置为用于左眼的图像。在这种情况下，利用设有针对右眼透射P偏振光的偏振滤波器和针对左眼透射S偏振光的偏振滤波器的眼镜来观看图像。
应当明白以上组合中的左和右可以被调换。
此外，四分之一波片可以被设在棱镜型分束器18的光发射部分处以使得朝向相对于由棱镜型分束器18定义的P偏振面成45度。
通过以这种方式提供四分之一波片，从棱镜型分束器18中发射的光的偏振状态可以被从相互正交的线性偏振光束改变为左旋和右旋的圆偏振光。
在该配置的情况下，特别优选使用覆盖所使用的光的波长范围的宽带四分之一波片。
此外，在该配置的情况下，用于右旋圆偏振的滤波器和用于左旋圆偏振的滤波器被结合用作眼镜的偏振滤波器。以这种方式构成眼镜使得可以减少称为串扰之物的发生，串扰是当观看者斜着他/她的头看屏幕时将进入一只眼睛的光漏进另一只眼睛的现象。
另外，当2D图像被观看时，第一图像信息和第二图像信息作为相同图像信息而被投射。在这种情况下，屏幕无需是反射光的偏振状态被保持的屏幕，并且眼镜是不必要的。
还可以通过使第一图像信息和第二图像信息中的一个关闭来显示2D图像。
尽管本实施例的图像投影装置如上所述包括大量光学部件，但是整个装置可以被配置为具有小尺寸。
例如，通过采用具有40mm的图像显示范围的对角线尺寸的反射型液晶器件并且将照明系统的F值设置为3.0或者更大，作为最大构件的棱镜型分束器18的尺寸可以被设置为长宽80mm(80mm square)或者更小。从而，棱镜型分束器18可以利用对制造是实际的尺寸来制造。
在本实施例的图像投影装置中，优选针对各自由玻璃材料形成的第一棱镜型光合成构件、第二棱镜型光合成构件和棱镜型偏振分束器使用具有1.84或者更大的折射率nd的玻璃材料。使用具有1.84或者更大的折射率nd的玻璃材料允许减小被反射型液晶器件反射、通过棱镜型偏振分束器并且进入投影透镜的光通量的大小。因此，棱镜型偏振分束器和投影透镜的尺寸可以被设置为足够小，以对制造是实际的。
作为本实施例的图像投影装置的光源，激光光源或者灯光源可以被使用。
特别地，优选使用激光光源。
激光光源的优越之处在于它们可以提高收集效率。因此，使用激光光源使得可以获得作为3D影片的数字电影标准的4.5ft(ft：英尺朗伯(foot-lambert)，亮度的单位)的若干倍的亮度。此外，因为收集效率可以被提高，因此照明光学系统被允许具有大F值，并且即使利用具有大F值的光学系统也可以将大量光投射到屏幕上。
此外，通过使用激光光源，光的平直度被提高并且光通量的扩散被减小；从而，每一个光学部件和整个装置都可以被配置为具有小尺寸。
另外，通过使用激光光源，光源的寿命与在图像投影装置中传统使用的诸如氙灯之类的放电管型光源相比可以被延长。因此，伴随光源替换的降低维护成本的效果可以被预期。
此外，通过与激光光源相结合地使用具有18mm或者更大的图像显示范围的对角线尺寸的反射型液晶器件，针对2D图像具有15000流明或者更大的总输出的电影投影仪可以被实现。利用该亮度，即使在具有中等尺寸或者更小屏幕的影院处也可以实现观看电影的足够亮度。
根据上面描述的本实施例的图像投影装置的配置，第一图像信息和第二图像信息被每组包括三个反射型液晶器件的相应两组反射型液晶器件反射，被棱镜型分束器在一个光轴上合成，并且利用单个投影透镜而被投射。
利用该配置，利用反射型液晶器件的全部图像显示部分来显示每条图像信息。因此，既不牺牲分辨率也不牺牲亮度。另外，不需要图像的时间划分以及不存在伴随这种时间划分的亮度的牺牲。
因此，可以提供在不牺牲亮度或分辨率的情况下显示3D图像的图像投影装置。
另外，因为第一图像信息和第二图像信息被在一个光轴上合成，因此通过预先布置两组反射型液晶器件以使得图像被叠加在屏幕上，用于现场(例如，在影院处)调节左图像和右图像的叠加的劳动被节省。
此外，因为没有必要提供多个图像投影装置，因此可以节省成本并且装置无需大安装空间。
此外，可以通过将相同图像信息设置为两条图像信息或者关闭两条图像信息中的一个来投射2D图像，并且可以通过将对应于左眼和右眼的不同条图像信息设置为两条图像信息来投射3D图像。因为以这种方式可以仅通过切换图像信息来执行2D图像和3D图像之间的切换，因此不需要用于透镜替换等的劳动和时间，并且可以容易且即时地执行2D图像和3D图像之间的切换。
根据本实施例的图像投影装置的配置，可以在2D图像和3D图像之间进行切换和显示并且不需要用于装置的调节、部件的替换等的劳动的免维护图像投影装置可以被实现。
<2.第二实施例>
图4至图6是第二实施例的图像投影装置的示意性配置图。图6是光学块的顶视图。在图4中，在图6中的箭头61的方向上见到的平面图被放在左侧，并且其中由21A至28A的表示的光学部件被提取并且在与图6中的箭头61的方向不同的两个方向上见到的视图被放在右侧。左侧的视图和右侧的视图中的对应部分利用折线而被连接。在图5中，在图6中的箭头62的方向上见到的平面图被放在右侧，并且其中由21B至28B的表示的光学部件被提取并且在与图6中的箭头62的方向不同的两个方向上见到的视图被放在左侧。右侧的视图和左侧的视图中的对应部分利用折线而被连接。在图4至图6中，为了简明，一些光阀等被从图中省略。
此外，在每一个图中，光的路径由用细实线画的箭头和用细折线画的箭头来指示。
根据本实施例，波长的差异被应用，并且微镜驱动型器件被用作光阀。
本实施例的图像投影装置包括以下组件：由微镜驱动型器件构成的光阀、棱镜型光合成玻璃构件、棱镜型偏振分束器和投影透镜。
这些组件被放置为使得它们的相对位置关系具有极佳精度。
例如，优选使这些组件相互接合以构成集成光学块。
此外，每一个微镜驱动型器件(光阀)和棱镜型光合成玻璃构件优选地被机械地结合并且利用未示出的金属部件等来固定。
另外，尽管未被示出，但是本实施例的图像投影装置设有发射作为三原色的光的混合物(红光、绿光和蓝光)的混合光RGB的光源。作为光源，诸如白灯之类的白色光源可以被使用。
从投影透镜中发射的光被投射到未示出的屏幕等上；从而，图像被显示。
本实施例的图像投影装置具体地包括用于投射基于第一图像信息的图像的光学系统、用于投射基于第二图像信息的图像的光学系统、以及由这些光学系统共享的棱镜型分束器和投影透镜。
每一个光学系统都设有上面描述的发射混合光RGB的光源；就是说，总共包括两个光源。针对这两个光源中的每一个提供光合成玻璃构件。另外，作为光合成玻璃构件的棱镜将混合光RGB分离为三原色的光(红光R、绿光G和蓝光B)，并且微镜驱动型器件针对通过分离获得的三个颜色的光束中的每一个而被提供。
在下文中，每一个光学部件的配置和布置将被具体地描述。
用于投射基于第一图像信息的图像的光学系统(在下文中称为第一光学系统)设有发射作为光的三原色的光的混合物的混合光RGB的光源。
第一光学系统包括作为包括三个光阀的第一反射型光阀组的微镜驱动型器件23A、25A和27A，并且还包括作为第一棱镜型光合成构件的各自由玻璃材料形成的棱镜21A、棱镜22A、棱镜24A、棱镜26A和棱镜28A。
棱镜21A和棱镜28A作为一对而被组合放置。注意到棱镜21A和棱镜28A通过窄空气层而被分开。因此，已经穿过棱镜21A的光在棱镜21A的面向棱镜28A的表面处被全反射。这意味着两个棱镜21A和28A形成全反射棱镜。
棱镜22A、棱镜24A和棱镜26A是称为菲利普斯棱镜(Phillips prisms)的具有分解和合成三个颜色的功能的棱镜块。棱镜22A和棱镜24A通过窄空气层而被分开，并且棱镜24A和棱镜26A利用粘合剂而被接合。棱镜22A、24A和26A的横截面形状在图4中的最右视图中被示出。此外，未被示出的分色膜被形成在棱镜22A的发射面(棱镜24A侧的表面)上和棱镜24A与棱镜26A之间的边界处。
注意到未被示出的照明光学系统被设在光源和棱镜21A之间。
微镜驱动型器件23A、25A和27A被放置为分别对应于通过由菲利普斯棱镜(22A、24A和26A)进行分离而获得的三个光束。微镜驱动型器件23A被放置为对应于蓝光。微镜驱动型器件25A被放置为对应于红光。微镜驱动型器件27A被放置为对应于绿光。
在微镜驱动型器件23A、25A和27A的图像显示部分中，大致方形的微镜被布置为像素。每一个微镜的方向可以以其对角线用作旋转轴以二元方式被快速地改变。例如，作为开启状态，镜被倾斜以使得入射光在与光阀表面垂直的方向上被反射，并且作为关闭状态，镜不被倾斜以使得光在与入射光的方向相反的方向上被原样正反射以被丢弃。因为微镜的旋转轴是像素的对角线方向，如在这里描述的，棱镜21A、22A、24A、26A和28A中的每一个相对于棱镜型分束器29被围绕光轴扭曲45度以使得正反射的光被容易地丢弃。
注意到，除了在图4中的示出横截面形状的最右侧视图中之外，微镜驱动型器件23A和25A为了简明而被从图中省略。
像第一光学系统一样，用于投射基于第二图像信息的图像的光学系统(在下文中称为第二光学系统)设有发射混合光RGB的光源。
第二光学系统包括作为包括三个光阀的第二反射型光阀组的微镜驱动型器件23B、25B和27B，并且还包括作为第二棱镜型光合成构件的各自由玻璃材料形成的棱镜21B、棱镜22B、棱镜24B、棱镜26B和棱镜28B。
棱镜21B和棱镜28B作为一对而被组合放置。注意到棱镜21B和棱镜28B通过窄空气层而被分开。因此，已经穿过棱镜21B的光在棱镜21B的面向棱镜28B的表面处被全反射。这意味着两个棱镜21B和28B形成全反射棱镜。
棱镜22B、棱镜24B和棱镜26B是称为菲利普斯棱镜的具有分解和合成三个颜色的功能的棱镜块。棱镜22B和棱镜24B通过窄空气层而被分开，并且棱镜24B和棱镜26B利用粘合剂而被结合。棱镜22B、24B和26B的横截面形状在图5中的最左视图中被示出。
注意到未被示出的照明光学系统被设在光源和棱镜21B之间。
微镜驱动型器件23B、25B和27B被放置为分别对应于通过由菲利普斯棱镜(22B、24B和26B)进行分离而获得的三个光束。微镜驱动型器件23B被放置为对应于蓝光。微镜驱动型器件25B被放置为对应于红光。微镜驱动型器件27B被放置为对应于绿光。
在微镜驱动型器件23B、25B和27B的图像显示部分中，微镜如在微镜驱动型器件23A、25A和27A的图像显示部分中一样被布置为像素。棱镜21B、22B、24B、26B和28B中的每一个相对于棱镜型分束器29被围绕光轴扭曲45度，以使得正反射的光被容易地丢弃。
注意到，除了在图5中的示出横截面形状的最左侧视图中之外，微镜驱动型器件23A和25A为了简明而被从图中省略。
第一光学系统的棱镜28A和第二光学系统的棱镜28B被各自放置在棱镜型分束器29的上游。
投影透镜30被放置在棱镜型分束器29的下游。
接下来，在本实施例的图像投影装置中投射图像的功能将被依次描述。
首先，投射基于第一图像信息的图像的功能参考图4和图6得到描述。
从未示出的光源中发射的包括光的三原色的混合光RGB通过未示出的照明光学系统以进入棱镜21A。因为棱镜21A和棱镜28A通过窄空气层而被分开，因此光在棱镜21A内被全反射并且进入菲利普斯棱镜中的棱镜22A。
已经进入棱镜22A的三色混合光RGB中的蓝光被设在棱镜22A的发射面上的分色膜反射，并且绿光和红色被原样透射。蓝光在棱镜22A内被内反射并且进入微镜驱动型器件23A。
关于已经被透射通过棱镜22A的红光和绿光，红光被设在棱镜24A和棱镜26A之间的边界处的分色膜反射并且在棱镜24A内被内反射以进入微镜驱动型器件25A。同时，已经被透射通过分色膜的绿光进入微镜驱动型器件27A。
关于已经进入微镜驱动型器件23A、25A和27A的光，被开启状态下的微镜反射的光沿着原始路径原样逆着行进，通过棱镜21A和棱镜28A，并且进入棱镜型分束器29。然后，光被透射通过棱镜型分束器29并且通过投影透镜30。从而，图像被投射到未示出的屏幕上。
被关闭状态下的微镜反射的光不行进到棱镜型分束器29。相反，光沿着通常由在微镜驱动型器件27A部分中画的折线箭头Lx表示的路径前进，以便被丢弃到棱镜22A、24A和26A的外部。
微镜驱动型器件23A、25A和27A中的微镜的每单位时间的开启状态和关闭状态之间的时间比基于第一图像信息而被改变。从而，微镜的倾斜被转换为行进到棱镜型分束器29的光的明暗信息。
接下来，投射基于第二图像信息的图像的功能参考图5和图6得到描述。
从未示出的光源中发射的包括光的三原色的混合光RGB通过未示出的照明光学系统以进入棱镜21B。因为棱镜21B和棱镜28B通过窄空气层而被分开，因此光在棱镜21B内被全反射并且进入菲利普斯棱镜中的棱镜22B。
已经进入棱镜22B的三色混合光RGB中的蓝光被设在棱镜22B的发射面上的分色膜反射，并且绿光和红色被原样透射。蓝光在棱镜22B内被内反射并且进入微镜驱动型器件23B。
关于已经被透射通过棱镜22B的红光和绿光，红光被设在棱镜24B和棱镜26B之间的边界处的分色膜反射并且在棱镜24B内被内反射以进入微镜驱动型器件25B。同时，已经被透射通过分色膜的绿光进入微镜驱动型器件27B。
关于已经进入微镜驱动型器件23B、25B和27B的光，被开启状态下的微镜反射的光沿着原始路径原样逆着行进，通过棱镜21B和棱镜28B，并且进入棱镜型分束器29。然后，光由棱镜型分束器29而被反射并且通过投影透镜30。从而，图像被投射到未示出的屏幕上。
被关闭状态下的微镜反射的光不行进到棱镜型分束器29。相反，光沿着通常由在微镜驱动型器件27B部分中画的折线箭头Lx表示的路径前进，以便被丢弃到棱镜22B、24B和26B的外部。
微镜驱动型器件23B、25B和27B中的微镜的每单位时间的开启状态和关闭状态之间的时间比基于第二图像信息而被改变。从而，微镜的倾斜被转换为行进到棱镜型分束器29的光的明暗信息。
在这里，在棱镜型分束器29中使用的分束膜的性质被详细描述。
用于投射基于第一图像信息的图像的光源光包括包含蓝色、绿色和红色在内的光的三原色。它们的波长段的中心值是针对蓝色的λb1、针对绿色的λg1和针对红色的λr1。用于投射基于第二图像信息的图像的光源光也包括包含蓝色、绿色和红色在内的光的三原色。它们的波长段的中心值是针对蓝色的λb2、针对绿色的λg2和针对红色的λr2。
图7示出了在棱镜型分束器29中使用的分束膜的光谱性质的一个模式。
如在图7中示出，分束膜被设计为使得λb1、λg1和λr1的光(由波长段中的对角阴影线范围指示)被透射并且λb2、λg2和λr2的光(也由波长段中的对角阴影线范围指示)被反射。
如在这里描述的，在本实施例中，基于第一图像信息的图像和基于第二图像信息的图像具有不同的波长。
相应地，例如，利用包括针对右眼切去段λb1、λg1和λr1的光的滤波器和针对左眼切去段λb2、λg2和λr2的光的滤波器的眼镜来同时观看这些图像。从而，当基于第一图像信息的图像和基于第二图像信息的图像被分别作为用于左眼的图像和用于右眼的图像而投射时，这些图像可以作为3D图像而被观看。
应当明白以上组合中的左和右可以被调换。
在本实施例的图像投影装置中，通过将激光特别用于光源可以更加高效地分离左图像和右图像。这是因为，因为激光一般具有其中波长的扩散较窄的线性光谱，因此将被分离的波长段被变窄。这使得分束膜相对易于设计和形成。
波长段之间的间隔优选地是15nm或者更大，更优选地是20nm或者更大。这是因为这种间隔使得分束膜相对易于设计和形成。
在以这种方式通过使用光的波长的差异来分离第一图像信息和第二图像信息的情况下，屏幕上的偏振的扰动不造成问题；因此，没有必要使用珠屏。例如，图像可被投射到一般使用的亚光屏幕、墙等上。另外，该方法免于关于串扰的担忧，串扰是这样一种现象：其中，在使用线性偏振的3D图像的情况下，当戴着眼镜的观看者斜着他/她的头时用于一只眼睛的图像漏进另一只眼睛。
也是在本实施例的图像投影装置中，当2D图像被观看时，第一图像信息和第二图像信息作为相同图像信息而被投射。在这种情况下，屏幕无需是反射光的偏振状态被保持的屏幕，并且眼镜是不必要的。
还可以通过使第一图像信息和第二图像信息中的一个关闭来显示2D图像。
尽管本实施例的图像投影装置如上所述包括大量光学部件，但是整个装置可以被配置为具有小尺寸。
例如，通过采用具有40mm的图像显示范围的对角线尺寸的微镜驱动型器件并且将照明系统的F值设置为3.0或者更大，作为最大构件的棱镜型分束器29的尺寸可以被设置为长宽80mm(80mm square)或者更小。从而，棱镜型分束器29可以利用对制造是实际的尺寸来制造。
此外，通过与激光光源相结合地使用具有18mm或者更大的图像显示范围的对角线尺寸的微镜驱动型器件，针对2D图像具有15000流明或者更大的总输出的电影投影仪可以被实现。利用该亮度，即使在具有中等尺寸或者更小屏幕的影院处也可以实现用于观看电影的足够亮度。
在本实施例的图像投影装置中，优选针对各自由玻璃材料形成的第一棱镜型光合成构件、第二棱镜型光合成构件和棱镜型偏振分束器使用具有1.84或者更大的折射率nd的玻璃材料。使用具有1.84或者更大的折射率nd的玻璃材料允许减小被微镜驱动型器件反射、通过棱镜型偏振分束器并且进入投影透镜的光通量的大小。从而，棱镜型偏振分束器和投影透镜的尺寸可以被设置为足够小，以对制造是实际的。
根据上面描述的本实施例的图像投影装置的配置，第一图像信息和第二图像信息被相应组的微镜驱动型器件反射，被棱镜型分束器在一个光轴上合成，并且利用单个投影透镜而被投射。
利用该配置，利用微镜驱动型器件的全部图像显示部分来显示每条图像信息。因此，既不牺牲分辨率也不牺牲亮度。另外，不需要图像的时间划分以及不存在伴随这种时间划分的亮度的牺牲。
因此，可以提供在不牺牲亮度或分辨率的情况下显示3D图像的图像投影装置。
另外，因为第一图像信息和第二图像信息是在一个光轴上被合成的，因此通过预先布置两组微镜驱动型器件以使得图像被叠加在屏幕上，节省了用于现场(例如，在影院处)调节左图像和右图像的叠加的劳动。
此外，因为没有必要提供多个图像投影装置，因此可以节省成本并且装置无需大安装空间。
此外，可以通过将相同图像信息设置为两条图像信息或者关闭两条图像信息中的一个来投射2D图像，并且可以通过将对应于左眼和右眼的不同条图像信息设置为两条图像信息来投射3D图像。因为以这种方式可以仅通过切换图像信息来执行2D图像和3D图像之间的切换，因此不需要用于透镜替换等的劳动和时间，并且可以容易且即时地执行2D图像和3D图像之间的切换。
根据本实施例的图像投影装置的配置，可以实现能够在2D图像和3D图像之间进行切换和显示并且不需要用于装置的调节、部件的替换等的劳动的免维护图像投影装置。
在第二实施例的图像投影装置中采用的通过使用光的波长的差异来分离第一图像信息和第二图像信息的方法也可以被应用于第一实施例的图像投影装置。
在将该方法应用于第一实施例的图像投影装置的情况下，使用偏振的差异的棱镜型分束器18被用使用波长的差异的棱镜型分束器29替换，并且光源光的波长根据棱镜型分束器29的分束膜的光谱性质而被选择，如在第二实施例中一样。
当2D图像被显示时，在光的波长的差异被保持的情况下，相同的图像信息被设置为两条图像信息。
在将激光器用于第一实施例和第二实施例的图像投影装置中的光源的情况下，激光器的种类不是特别受限的。存在诸如固态激光器、气体激光器、半导体激光器和利用非线性光学现象的二次谐波激光器之类的激光器。在总体考虑将被使用的波长、输出、装置的尺寸、价格等的情况下可以选择任何适当的激光器。
此外，在第一实施例和第二实施例两者中，使用时间划分方法的3D图像的投影可被执行。
例如，基于用于右眼的第一图像信息的图像在开启和关闭被快速重复的情况下被投射，并且基于用于左眼的第二图像信息的图像在开启和关闭以与第一图像信息的相位相反的相位被重复的情况下被投射。当图像被利用包括与用于右眼的第一图像信息的开启和关闭相同步地操作的快门和与用于左眼的第二图像信息的开启和关闭相同步地操作的快门的眼镜而观看时，3D图像可以被观看。也是在这种情况下，屏幕上的偏振的扰动不造成问题；因此，没有必要使用珠屏。投射到一般使用的亚光屏幕、墙等上的3D图像可以被观看。
此外，本技术也可被配置如下。
(1)
一种图像投影装置，包括：
一个或多个光源，其被配置为发射包括光的三原色中的一个或多个的光；
一个或多个照明光学系统，其被配置为照射来自所述光源的光；
第一反射型光阀组，其包括与所述光的三原色相对应的三个光阀，所述第一反射性光阀组被配置为基于第一图像信息来调制来自所述照明光学系统的入射光；
第二反射型光阀组，其包括与所述光的三原色相对应的三个光阀，所述第二反射性光阀组被配置为基于第二图像信息来调制来自所述照明光学系统的入射光；
第一棱镜型光合成构件，其具有在一个光轴上合成由所述第一反射型光阀组反射的光的功能，该光已被分离为所述三原色；
第二棱镜型光合成构件，其具有在一个光轴上合成由所述第二反射型光阀组反射的光的功能，该光已被分离为所述三原色；以及
棱镜型分束器，其被配置为在一个光轴上合成已被所述第一反射型光阀组反射并且基于所述第一图像信息调制的光和已被所述第二反射型光阀组反射并且基于所述第二图像信息调制的光。
(2)
根据(1)所述的图像投影装置，
其中，所述第一反射型光阀组和所述第二反射型光阀组是反射型液晶器件。
(3)
根据(1)或(2)所述的图像投影装置，
其中，所述第一棱镜型光合成构件和所述第二棱镜型光合成构件包括与所述三原色相对应的三个偏振分束器和配置为在一个光轴上合成所述三原色的光的十字分色棱镜，并且所述棱镜型分束器是其光谱特性覆盖由所述光源定义的所述三原色的偏振分束器。
(4)
根据(1)所述的图像投影装置，
其中，所述第一反射型光阀组和所述第二反射型光阀组是微镜驱动型器件。
(5)
根据(1)或(4)所述的图像投影装置，
其中，所述第一棱镜型光合成构件和所述第二棱镜型光合成构件包括菲利普斯棱镜和全反射棱镜。
(6)
根据(1)至(5)中任一个所述的图像投影装置，
其中，所述第一反射型光阀组、所述第二反射型光阀组、所述第一棱镜型光合成构件、所述第二棱镜型光合成构件和所述棱镜型分束器被以一体的方式固定。
(7)
根据(1)至(6)中任一个所述的图像投影装置，
其中，具有1.84或者更高折射率nd的玻璃材料被用于所述第一棱镜型光合成构件、所述第二棱镜型光合成构件和所述棱镜型分束器。
(8)
根据(1)至(7)中任一个所述的图像投影装置，
其中，所述光源是激光光源。
(9)
根据(1)至(8)中任一个所述的图像投影装置，
其中，所述第一反射型光阀组和所述第二反射型光阀组中包括的每一个光阀具有大于或者等于18mm并且小于或者等于40mm的图像显示范围的对角线尺寸。
本技术不限于上面的实施例，并且可以采用在本技术的范围内的各种可替代的配置。
标号列表
1A、1B、7A、7B、12A、12B 偏振片
2A、2B、8A、8B、13A、13B 偏振分束器
3A、3B、9A、9B、14A、14B 反射型液晶器件
4A、4B、10A、10B、15A、15B 间隔器玻璃
5A、5B、11A、11B、16A、16B、17 半波片
6A、6B 十字分色棱镜
18、29 棱镜型分束器
19、30 投影透镜
21A、21B、22A、22B、24A、24B、26A、26B、28A、28B 棱镜
23A、23B、25A、25B、27A、27B 微镜驱动型器件

Claims (7)

1.一种图像投影装置，包括：
一个或多个光源，其被配置为发射包括光的三原色中的一个或多个的光；
一个或多个照明光学系统，其被配置为射出来自所述光源的光；
第一反射型光阀组，其包括与所述光的三原色相对应的三个光阀，所述第一反射型光阀组被配置为基于第一图像信息来调制来自所述照明光学系统的入射光；
第二反射型光阀组，其包括与所述光的三原色相对应的三个光阀，所述第二反射型光阀组被配置为基于第二图像信息来调制来自所述照明光学系统的入射光；
第一棱镜型光合成构件，其具有在一个光轴上合成由所述第一反射型光阀组反射的光的功能，该光已被分离为三原色，其中第一棱镜型光合成构件包括与所述三原色相对应的三个偏振分束器和配置为在一个光轴上合成三原色的光的十字分色棱镜；
第二棱镜型光合成构件，其具有在一个光轴上合成由所述第二反射型光阀组反射的光的功能，该光已被分离为三原色；
棱镜型分束器，其被配置为在一个光轴上合成来自第一棱镜型光合成构件的基于所述第一图像信息调制的光和来自第二棱镜型光合成构件的基于所述第二图像信息调制的光；以及
第一光学组，具有多个半波片，其中每个半波片对应于相应的偏振分束器，每个半波片分别位于偏振分束器和十字分色棱镜之间并且被配置为旋转从相应的偏振分束器透射的光。
2.根据权利要求1所述的图像投影装置，
其中，所述第一反射型光阀组和所述第二反射型光阀组是反射型液晶器件。
3.根据权利要求1所述的图像投影装置，
其中，所述第二棱镜型光合成构件包括与所述三原色相对应的三个偏振分束器和配置为在一个光轴上合成三原色的光的十字分色棱镜，并且所述棱镜型分束器是其光谱特性覆盖由所述光源定义的所述三原色的偏振分束器。
4.根据权利要求1所述的图像投影装置，
其中，所述第一反射型光阀组、所述第二反射型光阀组、所述第一棱镜型光合成构件、所述第二棱镜型光合成构件和所述棱镜型分束器被以一体的方式固定。
5.根据权利要求1所述的图像投影装置，
其中，具有1.84或者更高折射率nd的玻璃材料被用于所述第一棱镜型光合成构件、所述第二棱镜型光合成构件和所述棱镜型分束器。
6.根据权利要求1所述的图像投影装置，
其中，所述光源是激光光源。
7.根据权利要求1所述的图像投影装置，
其中，所述第一反射型光阀组和所述第二反射型光阀组中包括的每一个光阀具有大于或者等于18mm并且小于或者等于40mm的图像显示范围的对角线尺寸。
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