CN106918979B - 投影装置 - Google Patents

Abstract

一种投影装置，包括：光源，由激光发光元件构成；第1扩散板，来自所述光源的出射光入射到该第1扩散板；微镜阵列，在所述第1扩散板透射后的光入射到该微镜阵列；以及第2扩散板，使在所述微镜阵列透射后的光扩散。

Description

投影装置

技术领域

本发明涉及投影装置。

背景技术

今天，作为图像投影装置的数据投影仪得到广泛应用，将个人电脑的画面和视频图像、以及存储在存储卡等中的图像数据的图像等投影在屏幕上。该投影仪使从光源射出的光会聚于DMD(Digital Micromirror Device：数字微镜装置)或液晶面板等显示元件，在屏幕上显示彩色图像。

在该数字投影仪中，例如从激光光源射出的激光光在准直透镜透射并在扩散板扩散后入射到微镜阵列。激光光以通过扩散板范围较广地接触微镜阵列的方式入射。然后，激光光通过会聚透镜而会聚，经由棱镜向显示元件照射。在显示元件形成的图像光通过投影光学系统被投影在屏幕上。

在日本特开2015－145972号公报公开的投影仪使激光光通过扩散板而扩散，然后通过会聚透镜而会聚并照射显示元件。并且，在专利文献1也公开了使透射扩散板后的光在作为集成光学系统的具有多个透镜的透镜阵列透射，并通过会聚透镜而会聚。根据该结构，从光源装置射出的相干光能够通过扩散板而扩散，并通过作为集成光学系统的透镜阵列成为均匀的照度分布的光束照射显示元件。

另外，在日本特开2012－73489号公报公开的投影仪的光源单元具有：射出规定波段光的激励光源；以及具有荧光发光部和扩散部的发光板，其中的荧光发光部将表面作为反射面并铺设有将来自激励光源的射出光作为激励光而射出规定波段光的荧光体层，其中的扩散部使来自激励光源的射出光扩散反射。在发光板和激励光源之间配置有TIR棱镜(Total Internal Reflection Prism：全内反射棱镜)，来自发光板的光通过TIR棱镜、经由微镜阵列、会聚透镜及RTIR棱镜(Reverse Total Internal Reflection Prism：反向全内反射棱镜)照射显示元件，来自显示元件的开启光(ON光)再次入射到RTIR棱镜，并经由投影光学系统投影在屏幕上。

但是，日本特开2015－145972、2012－73489号公报所公开的技术存在如下的问题：激光光呈椭圆形的截面形状入射到微镜阵列，在入射范围较小的情况下，投影画面的亮度平衡在左右变差、中央明亮但角部变暗，并且因在微镜阵列的衍射的影响而出现网格状的图案。

发明内容

本发明的目的在于，提供光源装置及具有该光源装置的投影装置，通过在微镜阵列的出射侧配置扩散板，能够使投影画面上的照度的分布和网格图案扩散并变均匀。

本发明的投影装置，包括：光源，由激光发光元件构成；第1扩散板，来自所述光源的出射光入射到该第1扩散板；微镜阵列，在所述第1扩散板透射后的光入射到该微镜阵列；以及第2扩散板，使在所述微镜阵列透射后的光扩散。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的投影装置的外观立体图。

图2是表示本发明的实施方式的投影装置的功能单元的图。

图3是表示本发明的实施方式的投影装置的内部构造的平面示意图。

图4是表示本发明的实施方式的投影装置的光学系统的概略图。

图5是表示本发明的实施方式中相对于显示元件的有效范围的照射范围的图。

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的实施方式。图1是投影装置10的外观立体图。另外，在本实施方式中，投影装置10中的左右表示相对于投影方向的左右方向，前后表示相对于投影装置10的屏幕侧方向及光线束的行进方向的前后方向。

并且，投影装置10的框体如图1所示大致呈长方体形状，由包括正面板12、背面板13、左侧板14和右侧板15的侧面板、以及顶面板11、底面板16形成。投影装置10在正面板12的左侧方具有投影部。另外，在正面板12设有多个进气排气孔17。并且，投影装置10具有接收来自遥控器的控制信号的Ir接收部，但没有图示。

并且，在顶面板11设有按键/指示灯部37。在该按键/指示灯部37配置有按键和指示灯，如电源开关键和用于通知电源的接通或者断开的电源指示灯、用于切换投影的开和关的投影开关键、在光源装置和显示元件或者控制电路等过热时进行通知的过热指示灯等。

另外，在背面板13设有输入输出连接器部及电源适配器插头等的各种端子，在输入输出连接器部设置未图示的USB端子和输入模拟RGB影像信号的影像信号输入用的D-SUB端子、S端子、RCA端子、声音输出端子等。并且，在背面板13形成有多个进气孔。

下面，使用图2的功能单元图说明作为投影装置10的投影装置控制单元的投影装置控制部。投影装置控制部由控制部38、输入输出接口22、图像变换部23、显示编码器24、显示驱动部26等构成。

该控制部38掌管投影装置10内的各个电路的动作控制，由CPU、固定地存储各种设定等动作程序的ROM、及被用作工作存储器的RAM等构成。

并且，通过该投影装置控制部对从输入输出连接器部21输入的各种规格的图像信号进行变换，以便统一成适合通过输入输出接口22、系统总线(SB)在图像变换部23显示的规定格式的图像信号，然后输出给显示编码器24。

并且，显示编码器24将所输入的图像信号展开存储在视频RAM25中，然后根据该视频RAM25的存储内容生成视频信号，并输出给显示驱动部26。

显示驱动部26作为显示元件控制单元发挥作用，对应于从显示编码器24输出的图像信号，以适当的帧频驱动作为空间光调制元件(SOM)的显示元件51。并且，该投影装置10将从光源装置60出射的光线束通过光源侧光学系统照射显示元件51，由此以显示元件51的反射光形成光像(图像光)，通过投影侧光学系统将图像投影显示在未图示的屏幕上。另外，该投影侧光学系统的可动透镜组通过透镜电机45进行变焦调整和聚焦调整用的驱动。

并且，图像压缩/解压缩部31进行如下的记录处理：通过ADCT及霍夫曼编码等处理对图像信号的亮度信号及色差信号进行数据压缩，并依次写入作为插拔自如的记录介质的存储卡32中。

另外，图像压缩/解压缩部31进行如下的处理：在再现模式时读出被记录在存储卡32中的图像数据，以1帧单位对构成一系列的动态图像的各个图像数据进行解压缩，将该图像数据通过图像变换部23输出给显示编码器24，根据存储在存储卡32中的图像数据能够进行动态图像等的显示。

并且，由在框体的顶面板11设置的主键及指示灯等构成的按键/指示灯部37的操作信号直接发送给控制部38，来自遥控器的按键操作信号被Ir接收部35接收，并通过Ir处理部36进行解调后的代码信号被输出给控制部38。

另外，控制部38通过系统总线(SB)与声音处理部47连接。该声音处理部47具有PCM音源等音源电路，在投影模式及再现模式时将声音数据模拟化，并驱动扬声器48进行扩声放音。

并且，控制部38控制作为光源控制单元的光源控制电路41，该光源控制电路41单独进行使光源装置60发出红色、绿色及蓝色的波段光的控制，以便从光源装置60出射在图像生成时所要求的规定波段的光。

另外，控制部38使冷却风扇驱动控制电路43进行在光源装置60等设置的多个温度传感器的温度检测，根据该温度检测的结果控制冷却风扇的旋转速度。并且，控制部38也使冷却风扇驱动控制电路43进行如下的控制：利用定时器等使在投影装置主体的电源断开后也持续冷却风扇的旋转、或者根据温度传感器的温度检测的结果使投影装置10主体的电源断开等。

下面，对该投影装置10的内部构造进行说明。图3是表示投影装置10的内部构造的平面示意图。投影装置10如图3所示在中央部分具有作为光源装置60的光源单元，在光源单元的左侧方具有内置了投影光学系统的透镜镜筒225。并且，投影装置10在透镜镜筒225和背面板13之间具有与左侧板14平行配置的DMD等显示元件51。另外，投影装置10在光源单元和正面板12之间具有主控制电路基板241，在透镜镜筒225和左侧板14之间具有电源控制电路基板242。

并且，投影装置10在光源单元设置会聚透镜172，使光源单元的出射光通过会聚透镜172而会聚，并经由RTIR棱镜175照射显示元件51，而且，使由显示元件51反射的开启光的光轴通过RTIR棱镜175而与投影光学系统的光轴一致并朝向投影光学系统出射。

在会聚透镜172和RTIR棱镜175之间设置有第2扩散板302，第2扩散板302能够使在会聚透镜172透射的光扩散并照射显示元件51。第2扩散板302的扩散角度比第1扩散板301的扩散角度小。

扩散角度是指在使诸如激光光那样的直行光线垂直入射至扩散构造体时，所出射的扩散光的强度成为最大值的一半的角度幅度(半值全幅)。即，扩散角度的大小直接表示扩散程度的大小。如果扩散角度较大，即使是相同的激光光，其强度也较弱。

另外，在光源单元和右侧板15之间，从背面板13侧起依次设置电源连接器57、后述的蓝色光源141用的散热器190、热管130、冷却风扇261，热管130将在后述的红色光源121及荧光板101产生的热量向散热器190疏导。

光源单元具有绿色光源装置、配置在荧光发光装置100的旁边的红色光源装置120、和在电源连接器57的附近且配置在背面板13的附近的蓝色光源装置140，绿色光源装置包括在微镜阵列151的右侧且配置在投影装置10的中央附近的激励光照射装置70、和在冷却风扇261的附近且配置在投影装置10的中央附近的荧光发光装置100。

激励光照射装置70具有：激励光源71，设置在背面板13的中央附近，光轴与左侧板14平行，向正面板12的方向出射光；以及准直透镜73，配置在激励光源71的光轴上。该激励光源71是蓝色激光发光器，经由在激励光照射装置70的前方配置的第1分色镜155朝向荧光发光装置100出射蓝色波段的激光光。

另外，准直透镜73使得来自激励光源71的出射光成为大致平行的光线束并且稍微扩散地进行照射。并且，激励光源71与设置在激励光源71和背面板13之间的散热器80接触，通过该散热器80被冷却。

另外，荧光发光装置100具有荧光板101和配置在荧光板101的后方的会聚透镜110。荧光板101是表面被实施镜面加工的方形状的平板，与正面板12平行配置，在该镜面上铺设有方形状的绿色荧光体层。该绿色荧光体层由耐热性及透光性较高的硅酮树脂等的粘合剂、和均匀地镶嵌于该粘合剂中的绿色荧光体形成。

在该实施了加工镜面的平板上铺设了荧光体层的荧光板101，将从激励光源71出射的激光光线作为激励光，从荧光体层的荧光体将绿色波段的荧光光从与激励光的入射面相同的面出射。并且，该荧光板101的绿色荧光体层形成为与显示元件51相似的形状，从绿色荧光体层出射的光线束的截面形状是与显示元件51相似的形状。

红色光源装置120具有光轴与右侧板15平行的红色光源121、和配置在红色光源121的光轴上的会聚透镜125。该红色光源121是红色发光二极管，从红色光源121出射的光通过会聚透镜125成为被限制在规定的扩散范围的光束并从红色光源装置120出射，红色光源121通过散热器190被冷却。

蓝色光源装置140具有光轴与背面板13平行的蓝色光源141、和配置在蓝色光源141的光轴上的准直透镜145。该蓝色光源141是蓝色激光二极管，从蓝色光源141出射的光通过准直透镜145成为被限制在规定的扩散范围的光束并从蓝色光源141出射，蓝色光源141通过散热器190被冷却。

在准直透镜145和第1分色镜155之间设置有第1扩散板301，第1扩散板301将光扩散并向微镜阵列151出射。

光源单元的光源光学系统具有第1扩散板301、第1分色镜155、第2分色镜161、微镜阵列151、会聚透镜172、和第2扩散板302。第2扩散板302设于微镜阵列151和显示元件51之间，第2扩散板302以相比微镜阵列151更位于靠显示元件51侧的方式配置。

第1扩散板301配置在从蓝色光源装置140出射的光线束的光轴上，使从蓝色光源装置140出射的蓝色波段光扩散，并经由第1分色镜155和第2分色镜161向微镜阵列151照射蓝色波段光。

第1分色镜155设置在从蓝色光源装置140出射的光线束的光轴和从红色光源装置120出射的光线束的光轴相交的位置，使来自红色光源装置120的出射光与背面板13平行地向左侧板14的方向反射。第2分色镜161设置在从蓝色光源装置140出射的光线束的光轴和从荧光发光装置100出射的光线束的光轴相交的位置，使来自荧光发光装置100的出射光与背面板13平行地朝向左侧板14的方向反射。微镜阵列151使来自荧光发光装置100、红色光源装置120、蓝色光源装置140的出射光透射。

该第1分色镜155将红色波段光反射，使蓝色波段光透射。并且，第2分色镜161将绿色波段光反射，使红色波段光和蓝色波段光透射。

并且，从蓝色光源装置140出射的激光光的蓝色波段光在第1扩散板301、第1分色镜155、第2分色镜161及微镜阵列151透射后入射到会聚透镜172。

并且，从红色光源装置120出射的非相干的光即红色波段光由第1分色镜155反射，并在第2分色镜161及微镜阵列151透射后入射到会聚透镜172。

并且，从荧光发光装置100出射的非相干的光即绿色波段光在第2分色镜161被反射，并形成为与蓝色波段光及红色波段光的光轴相同的光轴，在微镜阵列151透射后入射到会聚透镜172。

这样，在微镜阵列151透射的各原色光入射到会聚透镜172，并以通过会聚透镜172将微镜阵列151的各微型凸透镜的像重叠的方式照射在显示元件51的图像形成面上，形成为光密度均匀的光线束，经由第2扩散板302入射到显示元件51。

图4是表示本发明的实施方式的投影装置的光学系统的概略图。来自蓝色光源装置140的蓝色光源141的激光光在准直透镜145透射后出射。在准直透镜145的激光光行进方向上设置有第1扩散板301，激光光在第1扩散板301扩散，并在第1分色镜151和第2分色镜161透射后入射到微镜阵列151。

第1扩散板301在表面形成有用于减小所出射的光的扩散角度的微小的凹凸。通过减小从第1扩散板301出射的光的出射角，能够抑制出射光不至于过于扩散。在第1扩散板301的表面以完全随机的状态形成有尺寸微小的凹凸。该微小的凹凸按照所设计的扩散角使透射光折射。第1扩散板301在表面的凹凸较小的情况下，扩散角度减小，在表面的凹凸较大的情况下，扩散角度增大，并且通过在第1扩散板301透射，使相干光的相干性下降或者非相干化。

并且，从红色光源装置120的红色光源121出射的非相干光的红色波段光在第1分色镜155反射，并入射到微镜阵列151。

从激励光照射装置70的激励光源71出射的激励光在第2分色镜161和会聚透镜110透射后照射荧光板101。在荧光板101发光的非相干光的绿色波段光在第2分色镜161被反射，并入射到微镜阵列151。

在微镜阵列151透射的光在透射会聚透镜172后入射至RTIR棱镜175之前，在画质改善用的第2扩散板302透射。

由此，光的照度分布均匀地照射显示元件51，或者被以网格图案扩散后照射显示元件51。入射到显示元件51的光照射与显示元件51的有效范围大致相同的范围。入射到显示元件51的光在显示元件51被反射，并沿箭头所示的方向在RTIR棱镜175反射后被引导至投影透镜侧。

图5是表示本发明的实施方式中相对于显示元件51的有效范围311的照射范围312的图。显示元件51的有效范围311呈长方形的范围，照射范围312呈比有效范围311稍大的长方形的范围。有效范围311的外侧的照射范围312成为损失，但其面积较小，因而在投影画面中的影响较小。

并且，通过使会聚透镜172移动来进行调整，以便改变图4所示的微镜阵列151与会聚透镜172的距离，能够变更基于会聚透镜172的透射光的焦点位置，因而即使光在第2扩散板302透射，也能够只照射接近有效范围的范围。

并且，也可以将会聚透镜172的位置和第2扩散板302的位置颠倒。当然，如果将会聚透镜172配置在微镜阵列151侧，使得在会聚透镜172会聚的光入射到第2扩散板302，则能够减小在微镜阵列151透射的光线束的扩散，使光源装置60的光学系统容易小型化。

并且，在本实施方式中，使激光光在第1扩散板301和第2扩散板302扩散，使光源光照射整个显示元件51，因而与不使用第2扩散板302的情况相比，能够减小第1扩散板301的扩散率。

并且，例如红色光源装置120有时也使用红色激光二极管。在这种情况下，将第1扩散板301配置在第1分色镜155和第2分色镜161之间，使来自红色光源装置120的激光光也透射第1扩散板301并入射到微镜阵列151。

另外，也能够将激励光光源和荧光发光装置100变更为绿色激光二极管。在这种情况下，在第2分色镜161和微镜阵列151之间配置第1扩散板301，使绿色波段光也与蓝色波段光一起透射第1扩散板301并入射到微镜阵列151。

如上所述，能够提供光源装置60和具有该光源装置60的投影装置10，该光源装置60通过在微镜阵列151和显示元件51之间设置使光扩散的第2扩散板302，能够使投影画面上的照度的分布和网格图案扩散而变均匀。

并且，能够提供具有光源装置的投影装置，该光源装置通过在微镜阵列151的入射侧具有作为光轴合成器的第1分色镜155和第2分色镜161，使与蓝色的激光光不同颜色的光入射到微镜阵列151，并出射不同颜色的光。

并且，能够提供具有光源装置的投影装置，该光源装置通过配置两片的第1分色镜155和第2分色镜161，除蓝色的激光光以外，也入射红色和绿色的光，并出射三原色。

并且，第1扩散板301和第2扩散板302在表面具有微小的凹凸，由此能够使激光光在第1扩散板301和第2扩散板302扩散，向显示元件51整体照射均匀的光源光。并且，与不使用第2扩散板302的情况相比，能够减小第1扩散板301的扩散率。但是，在第1扩散板301的表面形成的凹凸大于在第2扩散板302的表面形成的凹凸，从第1扩散板301出射的光的出射角大于从第2扩散板302出射的光的出射角。

另外，如果会聚透镜172设置在微镜阵列151和第2扩散板302之间，并且将会聚透镜172配置在微镜阵列151侧，使得在会聚透镜172会聚的光入射到第2扩散板302，则能够减小在微镜阵列151透射的光线束的扩散后入射到第2扩散板302，使投影装置中的光源装置60的光学系统容易小型化，容易实现小型的投影装置。

另外，以上说明的实施方式是作为示例而示出的，并非限定发明的范围。这些新的实施方式可以通过其他各种方式来实现，在不脱离发明主旨的范围下可以进行各种省略、替换和变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围中。

Claims (9)

1.一种投影装置，包括：

光源，由激光发光元件构成；

第1扩散板，来自所述光源的出射光入射到该第1扩散板；

微镜阵列，在所述第1扩散板透射后的光入射到该微镜阵列；

第2扩散板，使在所述微镜阵列透射后的光扩散；以及

显示元件，生成图像光，

所述第2扩散板设于所述微镜阵列和所述显示元件之间，且更靠近所述显示元件侧。

2.根据权利要求1所述的投影装置，

所述第1扩散板的扩散角度大于所述第2扩散板的扩散角度。

3.根据权利要求1所述的投影装置，

在所述微镜阵列透射后的光透射会聚透镜，

在所述微镜阵列的入射侧还具有作为光轴合成器的分色镜。

4.根据权利要求2所述的投影装置，

在所述微镜阵列透射后的光透射会聚透镜，

在所述微镜阵列的入射侧还具有作为光轴合成器的分色镜。

5.根据权利要求3所述的投影装置，

配置有两片所述分色镜。

6.根据权利要求1所述的投影装置，

所述第1扩散板及所述第2扩散板在表面具有微小的凹凸。

7.根据权利要求3所述的投影装置，

所述会聚透镜设置在所述微镜阵列和所述第2扩散板之间。

8.根据权利要求5所述的投影装置，

所述会聚透镜设置在所述微镜阵列和所述第2扩散板之间。

9.根据权利要求1所述的投影装置，

所述投影装置具有：

投影侧光学系统，将从所述显示元件出射的图像光投影在屏幕上；以及

投影装置控制单元，控制所述光源和所述显示元件。