CN106918980A - 图像投影装置、光学引擎以及图像显示单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像投影装置、光学引擎以及图像显示单元，其目的在于使得图像投影装置在利用投影图像偏移半个像素的方法时让光调制元件自由移动，而在不使用该方法时固定光调制元件。图像处理装置具备用光源照射的光生成图像的DMD(16)、将光源照射的光引导到DMD上的照明光学系统单元(9)、投影由DMD生成的图像的投影光学系统单元(10)、使DMD相对于照明光学系统单元移动的驱动器、用来保持DMD并在驱动器驱动力的作用下移动的可动单元(41)、被固定在照明光学系统单元上并用来支持可动单元的固定单元(31)、在驱动器不动作时保持可动单元和固定单元，而在驱动器动作时不保持可动单元和固定单元的夹持单元(50)。

Description

图像投影装置、光学引擎以及图像显示单元

技术领域

本发明涉及图像投影装置、光学引擎以及图像显示单元。

背景技术

目前，在提高投影仪等图像投影装置中的投影图像的分辨率时，除了采用增加光调制元件(Digital Micro-mirror Device，简称为DMD)的像素数量以外，还有用短周期将投影图像向45°倾斜方向移动半个像素的方法。

用直接移动DMD的方法可以向45°倾斜方向移动半个像素。用该方法移动时，不仅实现半个像素的移动(提高分辨率的动作)，而且还实现投影图像的上下左右平行移动以及投影图像的转动。

例如，专利文献1(JP特开2007-248721号公报)公开了一种图像显示装置，该图像显示装置能够在不增加光调制元件的像素数量的情况下，显示比以所具有像素数量应有的分辨率更高的分辨率的图像。该图像显示装置用驱动器移动光调制元件，使得像素偏移，从而制作中间图像，形成具有高分辨率的图像。

但是，上述方法在将投影图像偏移半个像素时，DMD以悬空状态移动，为此，在不利用半个像素偏移的方法，如装置停止运行或投影图像时不使得投影图像偏移半个像素等情况下，会发生DMD向意想不到的方向自由移动的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供以下图像投影装置以及光学引擎和图像显示单元，其目的在于，使得该图像投影装置能够在利用将投影图像偏移半个像素的方法时让光调制元件自由移动、而在不使用该方法时固定光调制元件。为了达到上述目的，本发明提供以下图像处理装置，其中具备：光调制元件，用于用光源照射的光生成图像；照明光学部，用于将光源照射的光引导到所述光调制元件上；投影部，用于投影所述光调制元件生成的图像；驱动部，用于使得所述光调制元件相对于所述照明光学部移动；可动部，用于保持所述光调节元件，并在所述驱动部的驱动力的作用下移动；固定部，被固定在所述照明光学部上，用于支持所述可动部；以及，保持部件，用于在所述驱动部不动作时保持所述可动部和所述固定部，而在所述驱动部动作时不保持所述可动部和所述固定部。

本发明的效果在于，提供在使用将投影图像偏移半个像素的方法时光调制元件能够自由移动、而在不使用该方法时固定光调制元件的图像投影装置。

附图说明

图1是本实施方式的图像投影装置的立体图。

图2是投影光学系统但愿的立体图。

图3是图像投影装置1的外观立体图。

图4和图5均是图像投影装置去掉框架后的内部结构立体图。

图6是光学引擎和光源装置的布置的示意图。

图7是用来描述从照明光学系统单元到图象显示元件单元以及投影光学系统单元为止的光路的示意图。

图8是图像形成用光被投影到屏幕上的状态的示意图。

图9是一例图象显示元件单元的构成示意图。

图10和图11均是用来描述音圈与磁铁支架内发生的洛伦佐作用力的示意图。

图12是固定单元31的分解立体图。

图13是可动单元41的分解立体图。

图14是各块板的位置关系示意图。

图15是用于描述DMD动作的示意图。

图16是夹持单元的示意图。

图17是用夹持单元夹持可动单元和解持单元夹持可动单元的状态的示意图。

具体实施方式

以下参考附图，详述图像投影装置、光学引擎以及图象显示单元的实施方式。

图1是本实施方式的图像投影装置1的立体图。图像投影装置1根据个人计算机或录像机等输入的影像数据生成影像，将该影像投影显示到屏幕2等上。近年来，众所周知的液晶投影仪作为图像投影装置，其亮度随着液晶面板分辨率的提高以及光源照明灯效率的增大而不断得到改善，而且价格也逐步下降。同时，随着利用DMD的小型轻量投影仪的普及，不仅办公室或学校，而且在家庭，这些投影仪也逐步获得广泛使用。尤其是前置型投影仪携带性有所改善，几个人的小型会议中也开始使用这种投影仪。

对于作为图像投影装置1的投影仪，不仅要求能够投影大画面图像(投影画面大型化)，而且要求尽可能减小投影仪以外的占有空间。图2显示一种能够满足该要求的结构，即在照明框架22上部，将包含投影透镜21等的投影光学系统单元10设置为与屏幕2平行，用反射镜23反射光束后，自由曲面镜24将光束放大投影到屏幕2上。

利用上述结构，如图3至图5所示，能够将光学引擎6立体紧凑地设计为立式。图3是图像投影装置1的外观立体图，图4和图5是图像投影装置1去掉框架3后的内部结构立体图，图4对应于图3所示的a视线方向，图5对应于图3的b视线方向。如图4和图5所示，图像投影装置1具备光学引擎6。

图6是光学引擎6和生成白色光的光源装置7的布置的示意图。本实施方式用高压水银灯作为光源装置7。从作为光源装置7的高压水银灯射出的光，经过光学引擎6的照明光学系统单元9的RGB各色分光后，照射到图象显示元件单元8，再经由投影光学系统单元10，投影到屏幕2上。

以下用图7描述从照明光学系统单元9到图象显示元件单元8以及投影光学系统单元10为止的光路。照明光学系统单元9是一例照明光学部，用于引导从光源装置7射出的光射往图象显示元件单元8中的DMD16。投影光学系统单元10是一例投影部，用于将DMD16生成的图像放大投影到屏幕2上。

如图7所示，从光源装置7射出的白色光受到具有RGB各色部分的彩色转轮11分光。经过分光后的各色光，通过用于均化照度分布的光通道12、以及用于在补偿光轴上色差的同时进行聚光的中继透镜13之后，受到柱透镜15以及凹面镜14反射，射往DMD16。

DMD16用来反射各色光形成预定的图像。通过基于影像数据，时分割驱动DMD16的微镜，来实现该DMD16的作用。具体构成如下：DMD16具有以多片微镜构成的大致呈矩形的镜面，根据影像数据，时分割驱动各片微镜，从而加工并反射投影光，形成影像。在此，DMD16为一例光调制元件，但也可将其视为用光源装置7发射的光生成图像。

用于图像形成的光，通过DMD16的动作，被引导射往图2所示的投影光学系统单元10，而后如以下显示的图8所示，经由投影透镜21、反射镜23，到达自由曲面镜24，通过自由曲面镜24放大投影到屏幕2上。另一方面，不用于图像形成的光，未被投影到屏幕2上，而是通过DMD16的时分割驱动，照射到OFF光板上。如图8所示，通过构成为纵向设置投影透镜，能够减小设置面积，实现立体紧凑的设计。

本实施方式的图像投影装置1具备CPU(Central Processing Units)、ROM(ReadOnly Memory)、RAM(Random Access Memory)等。CPU通过将ROM等中保存的程序展开到RAM上执行，从而控制图像投影装置1的动作。

以下描述具有使得DMD16向任意方向偏移/转动的机构的图象显示元件单元8的具体构成。如图9所示，图象显示元件单元8包含两个单元，即固定单元31和可动单元41。在此，固定单元31仅仅是一例固定部，可动单元41也仅仅是一例可动部。可动单元41一方设有以下将要描述的音圈43(线圈)，而固定单元31一方则设有以下将要描述的磁铁37(磁铁)，在两者之间产生的洛伦兹作用力的作用下，可动单元41相对于固定单元31作相对移动。

此时，为了减小可动单元41受到的来自固定单元31的抵抗，在固定单元31和可动单元41之间设置球体34，用以减小两个单元之间的滑动摩擦。关于球体34的位置等将在以下详述。

用一组音圈43和磁铁37产生用于使得照明光学系统单元9相对于DMD16发生相对移动的驱动力，在以下的描述中称之为“驱动器”。如以下将要描述的，本实施方式的图像投影装置1具有四个驱动器，四个音圈43分别与与该音圈43成对的磁铁37相对设置。该四个驱动器起到驱动部的作用，通过使得保持DMD16的可动单元41产生移动，从而使得DMD16相对于照明光学系统单元9作相对移动。在此，驱动器只是一例驱动部。

例如，当磁铁37产生的磁场方向与存在于该磁场S1的作用范围以内的音圈43中的电流I1之间的关系如图10所示时，沿着图10所示的箭头方向上产生洛伦兹作用力F1。当音圈43中的电流I2流动方向与电流I1的方向相反时，如图11所示，洛伦兹作用力F2的作用方向与图10所示的方向相反。关于音圈43和磁铁37的具体布置将在以下描述。

图12是固定单元31的分解立体图。图13是可动单元41的分解立体图。固定单元31在支持可动单元41以及协助可动单元41的移动这两点上起到相当大的作用。

具体来说，用设于固定单元31内的多个球体34来夹持可动单元41中的可动板42，从而支持可动单元41。球体34分别设于顶板32和可动板42之间以及底板33和可动板42之间，设置在顶板32一方的球体34被收纳在设于顶板32上的球体保持部35中，设置在底板33一方的球体34被收纳在设于底板33一方球体接受部36中。摩擦和振动之间的关系随着各块板与球体34之间的间隔不同而变化，而该间隔通过设于顶板32一方的球体位置调整螺丝39来调整。

关于固定单元31的另一个作用，即协助可动单元41的移动，是在固定单元31一方设置磁铁37，并在可动单元41一方设置音圈43。控制电路(既可以是上述CPU，也可以是除CPU以外的其他电路)通过控制音圈43中的电流来生成洛伦佐作用力，使可动单元41产生移动。如上所述，由于洛伦佐作用力的方向随着电流的方向而变化，洛伦佐作用力地大小随着电流大小而变化，因此能够使得具有DMD16的可动单元41发生所需大小的移动。

另一方面，关于可动单元41的作用，可举例用来保持DMD16。通常，DMD16受到如图2所示的照明框架22和散热器18的夹持，但是如图13的分解立体图所示，本构成用可动单元41的构成元件之一DMD16保持支架47，来覆盖DMD16，从而不需要将DMD16推到与照明框架22接触，便能够保持DMD16。

可动单元41可大致分为可动板单元44和DMD保持单元45两个单元。可动板单元44主要包含可动板42和音圈43，是相对于固定单元31可动的单元。而DMD保持单元45主要包含DMD16和散热器18以及DMD保持支架47，是用于保持DMD16的单元。

进而，DMD保持单元45内设置结合板46，通过用螺丝将结合板46连接到可动板42上，从而将可动板单元44的移动量传递到DMD保持单元45，实现DMD16的移动。如上所述，可动板42受到固定单元31内的球体34的夹持而得到支持，为此可动板42本身被设置在固定单元31的顶板32和底板33之间。DMD保持支架47、保持DMD16的结合板46、以及散热器18通过设有弹簧的分段螺丝48，从散热器18一方受到固定。图14是各块板的位置关系示意图。

如图14所示，形成固定单元31的顶板32以及底板33和形成可动单元41的可动板42以及结合板46互相交替设置，从而使得可动板42受到洛伦佐作用力作用，将洛伦佐作用力带来的驱动力传递到保持单元45。

以下描述利用音圈43和磁铁37的图象显示元件单元8的驱动。图15是用于描述DMD动作的示意图。其中，(a)是DMD横向并进动作，(b)是DMD纵向并进动作，(c)是DMD转动动作。

首先如图15中的(a)所示，设置在可动单元41的可动板42左右的音圈43受到洛伦佐作用力的作用，使MDM16横向并进运动。例如在该图的(a)中，位于左右的音圈43受到箭头A方向的洛伦佐作用力的作用，此时DMD16也同样地向箭头A方向移动。

如图15的(b)所示，设置在可动单元41的可动板42下方的音圈43受到洛伦佐作用力的作用，使得MDM16纵向并进运动。例如在该图的(b)中，位于下方的音圈43受到箭头B方向的洛伦佐作用力的作用，此时DMD16也同样地向箭头B方向移动。如图15的(c)所示，通过使得设置在可动单元41的可动板42下方的两组音圈43中的电流方向相反，两组音圈43中便产生一对方向相反的洛伦佐作用力。在该一对罗伦佐佐用力的的作用下，MDM16实现转动运动。在该图的(c)中，位于下部的两组音圈43分别受到箭头B方向的洛伦佐作用力和箭头C方向的洛伦佐作用力作用，此时DMD16向R方向转动移动。

以下描述夹持可动单元41和固定单元31的夹持单元50。在此，夹持单元50是保持部件和夹持部件的一个例子。图16是夹持单元的示意图。如图16所示，保持可动单元41和固定单元31的夹持或解除该夹持取决于以音圈43和磁铁37构成的驱动器(驱动部)是否动作。图16中省略了位于设有音圈43的可动板单元44和散热器18之间的固定单元31。

具体如下。在驱动器的音圈43中没有供电的情况下，夹持单元50夹持可动单元41和固定单元31。这样，可动单元41和固定单元31受到固定，DMD16也被固定。而在驱动器的音圈43中有供电的情况下，夹持单元50不夹持可动单元41和固定单元31，即解除对可动单元41和固定单元31的夹持。这样，包含DMD16的可动单元41便能够自由运动。

该夹持单元50被设置在能够从可动单元41周围夹持可动单元41的位置上。本实施方式中的夹持单元50被安装在图像显示元件单元8的固定单元31上，但也可以安装在图像显示元件单元8的其他位置上。

图17是用夹持单元夹持可动单元的状态以及解除夹持单元夹持可动单元的状态的示意图。其中的(a)表示夹持单元夹持可动单元的状态，(b)是夹持单元对可动单元的夹持被解除时的状态。同时描述夹持单元50的具体结构。如图17所示，夹持单元50包含马达51、转动轴51b、齿轮51a、以及一对移动部件52。

马达51在控制电路(上述CPU或不同于CPU的其他电路)的电流控制下转动。即控制电路在驱动器中没有供电的情况下，控制马达51按照箭头M1方向(第一方向)，即按顺时针转动方向转动。而在驱动器中有供电的情况下，控制电路控制马达51按箭头M2方向(第二方向)，即按逆时针转动方向转动。在此，控制马达51转动的控制电路既可以是与驱动器中控制音圈43中电流的控制电路相同的电路，也可以另行设置其他电路。

棒形转动轴(轴部的一个例子)51b的一端连接齿轮51a，马达51与该转动轴51b的另一端连接。这样，在控制电路的电流控制下，如果马达51按箭头M1方向转动后，与马达51连接的转动轴51b和齿轮51a也同样按箭头M1方向转动。而如果马达51按箭头M2方向转动，则与马达51连接的转动轴51b和齿轮51a也同样按箭头M2方向转动。

夹持部521、522构成一对移动部件52。夹持部521、522上分别设有与齿轮51a啮合的从动齿轮521a、522a。从动齿轮51a、522a连动于齿轮51a的转动，其结果，夹持部521、522连动于齿轮51a的转动而产生移动。

具体如图17的(a)所示，当音圈43未能获得供电后，连动于受控制电路电流控制而按箭头M1方向转动的马达51，齿轮51a也按照箭头M1方向转动。而后，连动于齿轮51a在箭头M1方向的转动，从动齿轮521、522向互相接近的方向移动，从而夹持部521、522也向互相接近方向移动，夹持可动单元41和固定单元31。夹持部521、522互相接近的方向是指，夹持部521向箭头52B方向移动，夹持部522向箭头52A方向移动。此时，夹持单元50能够夹持处于音圈433中没有供电状态下的可动单元41和固定单元31。因此，例如在投影图像的状态下停止向音圈43供电，则能够保持投影状态，夹持可动单元41和固定单元31，用以固定DMD16。

音圈43(驱动部)中没有供电的情况是指图像投影装置1停止运行(电源被断开)或投影图像时未将投影图像偏移半个像素(投影时固定DMD16)等情况。另外，可动单元41的电源断开是在图像投影装置1主机电源被切断经过数秒钟之后，因此即便图像投影装置1的电源被切断，马达51在音圈43中没有供电之前能够收到转动信号，不会有损于夹持单元50对可动单元41和固定单元31的夹持。

另一方面，如图17的(b)所示，在音圈43中有供电的情况下，连动于受控制电路电流控制而按箭头M2方向转动的马达51，齿轮51a也按照箭头M2方向转动。而后，连动于齿轮51a在箭头M2方向的转动，从动齿轮521、522向互相离开的方向移动，从而夹持部521、522也向互相离开方向移动，解除对可动单元41和固定单元31的夹持。夹持部521、522向互相离开方向移动是指，夹持部521向箭头52A方向移动，夹持部522向箭头52B方向移动。

如此，本实施方式的图像投影装置1设有能够夹持图像显示元件单元8的可动单元41和固定单元31的夹持单元50。在音圈43中没有供电的情况下，夹持单元50夹持可动单元41和固定单元31，固定DMD16，使DMD16保持不动。而在音圈43中有供电的情况下，解除夹持单元50对可动单元41和固定单元31的夹持，使得DMD16能够移动。这样，在采用偏移投影图像半个像素的方法的情况下，DMD16能够自由移动，而在不采用该方法的情况下，DMD16被固定在所需要的位置上。

本实施方式描述了图像显示元件单元8具备一个夹持单元50的构成，但是也可以构成为具有两个以上的夹持元件50。这样能够更加牢固地固定可动单元41和固定单元31。

本实施方式描述了夹持单元50中相对于一台马达51具备借助于马达51移动的一对移动部件52，然而，也可以构成为相对于一台马达，具备借助于马达51产生移动的两对以上移动部件。这样能够在不需要增加驱动马达的电流的情况下，更加牢固地固定可动单元41和固定单元31。

本实施方式构成为用夹持单元50夹持可动单元41和固定单元31，从而固定可动单元41中的DMD16，但是也可以采用能够固定可动单元41和固定单元31的其他方法。例如，设置磁铁，用磁作用力来固定可动单元41和固定单元31。此外例如在可动单元41和固定单源1上设多个孔部，用连接部件通过该孔部来固定可动单元41和固定单元31。

以上描述了本发明的实施方式，但是上述实施方式只是提供了的一个例子，并无意用来限制本发明。本发明并不直接受到上述实施方式的限制，在实施中只要是在不脱离其要旨的范围内可以改变或具体体现构成实施方式的要素。适当组合上述实施方式公开的多个构成要素，能够构成各种发明。例如可以从实施方式展示的所有要素中删除几个要素。

Claims (8)

1.一种图像投影装置，其中具备：

光调制元件，用于用光源照射的光生成图像；

照明光学部，用于将光源照射的光引导到所述光调制元件上；

投影部，用于投影所述光调制元件生成的图像；

驱动部，用于使得所述光调制元件相对于所述照明光学部作相对移动；

可动部，用于保持所述光调节元件，并在所述驱动部的驱动力的作用下移动；

固定部，被固定在所述照明光学部上，用于支持所述可动部；以及，

保持部件，用于在所述驱动部不动作时保持所述可动部和所述固定部，而在所述驱动部动作时不保持所述可动部和所述固定部。

2.根据权利要求1所述的图像投影装置，其中，所述保持部件在所述驱动部没有供电的情况下保持所述可动部和所述固定部，而在所述驱动部获得供电的情况下不保持所述可动部和所述固定部。

3.根据权利要求1或2的图像投影装置，其中，所述保持部件是夹持所述可动部件和所述固定部件的夹持部件。

4.根据权利要求3的图像投影装置，其中，

所述夹持部件具有马达和一对移动部件，该马达连接轴部上与设有齿轮的一端不同的另一端，驱动所述轴部以及所述齿轮转动，所述一对移动部件连动于所述齿轮的转动而移动，

进一步具备控制部，该控制部用于在所述驱动部没有供电的情况下，使得所述马达按照第一方向转动，而在所述驱动部获得供电的情况下，使得所述马达按照与所述第一方向相反的第二方向转动，

当连接所述马达的所述齿轮按照所述第一方向转动时，所述一对移动部件连动于所述齿轮的转动，向互相接近的方向移动，用以夹持所述可动部和所述固定部，而当连接所述马达的所述齿轮按照所述第二方向转动时，所述一对移动部件连动于所述齿轮的转动，向互相离开的方向移动，用以解除所述可动部和所述固定部的夹持。

5.根据权利要求4的图像投影装置，其中，具有两个以上所述夹持部件。

6.根据权利要求4的图像投影装置，其中，在所述夹持部件中，相对于一台马达，具有两对以上受所述马达驱动而移动的所述移动部件。

7.一种光学引擎，其中具备：

光调制元件，用于用光源照射的光生成图像；

照明光学部，用于将光源照射的光引导到所述光调制元件上；

投影部，用于投影所述光调制元件生成的图像；

驱动部，用于使得所述光调制元件相对于所述照明光学部作相对移动；

可动部，用于保持所述光调节元件，在所述驱动部的驱动力的作用下产生移动；

固定部，被固定在所述照明光学部上，用于支持所述可动部；以及，

保持部件，用于在所述驱动部不动作时保持所述可动部和所述固定部，而在所述驱动部动作时不保持所述可动部和所述固定部。

8.一种图像显示单元，其中具备：

光调制元件，用于用光源照射的光生成用来投影的图像；

可动部，用于保持所述光调节元件；

固定部，用于支持所述可动部；

驱动部，用于通过使得可动部移动，使得所述光调制元件相对于所述固定部作相对移动；以及，

保持部件，用于在所述驱动部不动作时保持所述可动部和所述固定部，而在所述驱动部动作时不保持所述可动部和所述固定部。