CN106980220A

CN106980220A - 投影型影像显示装置

Info

Publication number: CN106980220A
Application number: CN201710030435.4A
Authority: CN
Inventors: 胜俣洋平; 吉居正; 吉居正一
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2017-07-25
Anticipated expiration: 2037-01-16
Also published as: US10136113B2; US20170208302A1; CN106980220B

Abstract

本发明提供一种降低投影影像中的无用光，实现了高效率的光学系统的投影型影像显示装置。投影型影像显示装置具备：光源；投影光学系统，对入射到入射口的光进行投影；光调制元件，在平板状的基体设置了多个反射镜，该多个反射镜被驱动使得基于影像信号而切换为将从光源入射的光朝向投影透镜的入射口反射的开态、和将从光源入射的光向投影光学系统的入射口以外的方向反射的关态。还具备波长选择滤波器，该波长选择滤波器将从对光调制元件进行照射的光源入射的光之中成为由基体反射而入射到投影光学系统的平面反射光的光的波长成分进行反射。

Description

投影型影像显示装置

技术领域

本公开涉及投影型影像显示装置。

背景技术

DMD(Digital Mirror Device，数字微镜器件)方式的单板式投影仪利用如专利文献1所示那样旋转的色轮以时间的方式选择入射到DMD的光的颜色来进行彩色显示。该结构能够紧凑地构成，但另一方面，由于始终仅能使用来自光源的光之中的一种颜色，所以无法较大地取得光利用率，因此期望聚光效率的提高。

为了提高聚光效率，期望减小系统侧的聚光F数。但是，在对图像显示元件使用DMD的情况下，关态光(OFF光)由于从投影透镜的入射光瞳偏离较大而没有问题，但是DMD的微镜以外的不倾斜的部分处的反射光(DMD的前面玻璃处的反射光等)入射到与开态光(ON光)相邻的位置。此时，通过该光线的一部分、散射光或衍射光入射到开态光的入射部分即投影透镜的入射光瞳，从而会有不需要的光进入到投影影像中。

在该情况下，若通过利用金属板等进行遮光来应对可能成为上述无用光的光束部，则原本对投影光有效的部分也会遮光，从而导致聚光效率降低。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2000-98272号公报

发明内容

本公开提供一种能够同时实现无用光的遮光和有效光束的透射率维持的投影型影像显示装置。

本公开的投影型影像显示装置具备：光源；对入射到入射口的光进行投影的投影光学系统；光调制元件；以及波长选择滤波器。光调制元件在基体具有多个反射镜，该多个反射镜被驱动使得基于影像信号而切换为将从光源入射的光朝向投影光学系统的入射口反射的开态、和将从光源入射的光向投影光学系统的入射口以外的方向反射的关态。波长选择滤波器将从对光调制元件进行照射的光源入射的光之中成为由基体反射而入射到投影透镜的入射口的平面反射光的光的波长成分进行反射。

发明效果

本公开的投影型影像显示装置在降低投影影像中的无用光而实现高效率的光学系统方面非常有效。

附图说明

图1是表示实施方式中的投影型影像显示装置的光学系统的结构的图。

图2是表示入射光在DMD上的反射状态的图。

图3是用于说明DMD中的无用光的产生机理的图。

图4(a)、(b)是说明使用F数大的照明光的情况下的入射光在DMD上的反射状态的图。

图5(a)、(b)是说明使用F数小的照明光的情况下的入射光在DMD上的反射状态的图。

图6是表示使用了金属板的遮光光阑的情况下的投影透镜的入射光瞳附近的照明状态的图。

图7(a)是表示使用了滤色器的遮光光阑的情况下的投影透镜的入射光瞳附近的照明状态的图，(b)是说明由DMD反射的开态光、平坦面反射光的光谱和滤色器的特性的图，(c)是表示使用了滤色器的遮光光阑的情况下的遮光区域中的开态光的光谱的图。

符号说明

10 照明装置

12 光源装置

16 荧光轮

20、26 激光器模块

22、28 半导体激光器元件

24、30 准直透镜

34、36、42、44、46、48、54、60、74、92 透镜

32、50 反射镜

38、56 漫射板

40 分色镜

70 导光光学系统

72 棒状积分器

80 遮光光阑

82 与入射光瞳共轭的位置

84 入射光瞳

90 影像生成部

94 全反射棱镜

94a 面

96 DMD

96a 微反射镜

96b 基体

96c 前面玻璃

98 投影透镜

98a 入射口

100 投影型影像显示装置

具体实施方式

以下，参照附图来说明本公开涉及的实施方式。其中，有时省略多余的详细的说明。例如，有时省略已经众所周知的事项的详细说明、对于实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得过于冗长，使本领域技术人员容易理解。

另外，附图以及以下的说明是为了本领域技术人员充分理解本公开而提供的，并不是想要通过这些来限定权利要求书所记载的主题。

(实施方式)

以下，参照图1～图7来说明实施方式。

[1-1.结构]

[1-1-1.整体结构]

图1是表示本实施方式所涉及的投影型影像显示装置100的光学结构的图。在该例子中，投影型影像显示装置100是投影仪。

投影型影像显示装置100具备：照明装置10、影像生成部90、和将由影像生成部90生成的影像光投影至屏幕(未图示)的投影透镜98。

照明装置10对影像生成部90照射均匀且大致平行光化后的光。照明装置10的详细情况后述。

影像生成部90具备：透镜92、全反射棱镜94和一枚DMD(Digital Mirror Device)96。透镜92具有使棒状积分器72的出射面的光成像到DMD96的功能。经由透镜92入射到全反射棱镜94的光由面94a反射，被导向DMD96。

DMD96由未图示的控制部与分别入射到多个反射镜的各色光的定时相匹配并且根据所输入的影像信号来进行开/关(ON/OFF)控制，对影像信号进行调制。即，DMD96在基体设置了多个反射镜，该多个反射镜被驱动为基于影像信号而切换为将从光源入射的光朝向投影透镜的入射口反射的开态(ON状态)、和将从光源入射的光向投影透镜的入射口以外的方向反射的关态(OFF状态)。由DMD96调制后射出的光(影像光)透射过全反射棱镜94被导向投影透镜98的入射口98a。在本实施方式中，作为DMD96，使用对角尺寸例如为0.67英寸的DMD。DMD96是光调制元件的一例。

投影透镜98将入射到入射口的在时间上进行合成后的影像光向装置外部的屏幕(未图示)进行投影。投影透镜98的F数例如是1.7。投影透镜98是投影光学系统的一例。

[1-1-2.照明装置的结构]

如图1所示，照明装置10具备：光源装置12、和将来自光源装置12的出射光向影像生成部90导光的导光光学系统70。

第1激光器模块20以及第2激光器模块26具备：分别配置成5×5的矩阵状的、输出波长450nm的蓝色激光的半导体激光器元件22以及半导体激光器元件28；和设置于各半导体激光器元件的准直透镜24以及准直透镜30。准直透镜24以及准直透镜30具有将从半导体激光器元件具有扩展角地射出的光会聚为平行的光束的功能。第1激光器模块20以及第2激光器模块26是光源的一例。

来自各激光器模块的出射光由反射镜32以空间的方式进行合成。第1以及第2激光器模块的各半导体激光器元件均等间隔配置，但调整第1激光器模块20和第2激光器模块26的位置，使得来自第1激光器模块20的出射光和来自第2激光器模块26的出射光在反射镜32上入射到不同的位置。因此，反射镜32在来自第1激光器模块20的出射光入射的区域中对激光施加成为高透射的AR(Anti-Reflection：反射防止)滤光处理，并在来自第2激光器模块26的出射光入射的区域中对激光施加成为高反射的反射镜滤光处理。

由反射镜32合成得到的激光在由透镜34聚光的同时并叠加。由透镜34聚光得到的光在入射至分色镜40前，透射过透镜36和漫射板38。透镜36具有使由透镜34聚光得到的光再次恢复成平行的光束的功能，漫射板38具有降低激光的干涉性，并且调整激光的聚光性的功能。

分色镜40是将截止波长设定为约480nm的颜色合成元件。因此，由透镜36进行大致平行光化后的光由分色镜40反射，向荧光轮16照射。

荧光轮16被与所投影的图像的1帧的期间(例如1/60秒)相应地进行旋转控制，在其旋转的基板上，沿着旋转方向(圆周方向)，具有多个分段(区域)。各分段区域例如成为红色的荧光发光部、绿色的荧光发光部、由缺口形成的激光透射部，对激光的作用按时间发生变化。

照射至作为荧光轮16的荧光发光部的荧光体区域的激光在激光照射的荧光点处被变换成绿色以及红色的荧光，从荧光轮16反射。这些绿色以及红色的荧光由透镜44、42进行平行光化，返回到分色镜40，透射过分色镜40。

另一方面，为了使透射过缺口区域的光(即蓝色光)再次返回到分色镜40，在光路上配置反射镜50、52、58。此外，由于透射过荧光轮16的蓝色光由透镜42、44聚光，因此由透镜46、48进行平行光化，并且在光路上配置用于对延长的光路部分进行中继的透镜54和用于进一步降低激光的干涉性的漫射板56。

透射过荧光轮16、光路被中继而返回到分色镜40的光，由分色镜40反射。这样，透射过荧光轮16的光(蓝色光)的光路和发生了反射的光(绿色光以及红色光)的光路由分色镜40在空间上进行合成。

由分色镜40合成后的光由透镜60聚光，成为来自光源装置12的出射光。

来自光源装置12的出射光(换言之，来自荧光轮16的光)向棒状积分器72射入。棒状积分器72具备入射面72a以及出射面72b。射入到棒状积分器72的入射面72a的来自光源装置12的光在棒状积分器72内照度变得更加均匀，从出射面72b射出。从出射面72b射出的光被中继到透镜74、76，成为来自照明装置10的输出光，向影像生成部90射入。在与投影透镜98的入射光瞳84共轭的位置82，配置用于遮挡无用光的遮光光阑80。该遮光光阑80是后述的滤色器，是波长选择滤波器的一例。

[1-2.动作]

关于如上那样构成的投影型影像显示装置100，以下说明其动作。在投影型影像显示装置100中，照明装置10输出按时间切换的红色光、绿色光、蓝色光这3种颜色的光。影像生成部90根据从照明装置10入射的光来生成影像光。投影透镜98将入射到入射口98a的所生成的影像光向屏幕进行放大投影。控制部(未图示)对影像生成部90的DMD96和照明装置10的荧光轮16进行同步控制。控制部对DMD96进行控制，使得基于所输入的影像信号来生成与各颜色光对应的影像光。由此，以时分方式向屏幕投影各颜色的影像光。用户通过连续地观察投影至屏幕的影像光，从而视觉辨识为影像。

其中，在该结构中，屏幕的聚光效率由光源装置12的发光体部的大小、出射光的扩展角、DMD96的有效部的面积、入射到DMD96的入射光的锥角的关系来决定。这里，所谓光源装置12的发光部的大小，关于红色光和绿色光是指荧光点的大小，关于蓝色光是指形成于漫射板38的二次光源像的大小。

入射到DMD96的入射光的锥角成为DMD96的微镜的倾斜角±α。而且，投影透镜98的F数成为能够捕获±α度的光的值。

Fpl＝1/(2×sin(α)) Fpl：投影透镜的F数

由于该F数为无法捕获入射来的光的较大的值时会产生光量损失，因此在上式成立时，为了提高向投影屏幕的聚光效率，期望减小系统侧和投影透镜的双方的聚光F数。

图2是表示入射光在DMD上的反射状态的图。如图2所示，入射到DMD的入射光被分成开态光、平坦面反射光、关态光等来反射。

图3是用于说明DMD中无用光的产生机理的图。如图3所示，开态光是由DMD96的微反射镜96a反射，入射到投影透镜而形成影像的光，关态光是由DMD96的微反射镜96a反射，但由于不入射到投影透镜而不形成影像的光。在对光调制元件使用DMD96的情况下，如图2以及图3所示，由于关态光从投影透镜的入射光瞳84偏离较大，因此不会对开态光所形成的投影影像造成影响，所以不会成为问题。

但是，如图3所示，入射到DMD96的入射光在DMD96的前面玻璃96c、以及设置于基体96b的微反射镜96a以外的不倾斜的平面部分也发生反射。将前面玻璃96c以及基体96b的平面部分处的反射光总称为平坦面反射光或者平面反射光。即，平坦面反射光除了DMD96的前面玻璃96c以外，还在设置微反射镜96a的基体96b的平面部等处产生，作为无用光而在与开态光相邻的位置发生反射。

图4(a)是说明使用了F数较大的照明光的情况下的由DMD反射的开态光、平坦面反射光、关态光的照明状态的图，图4(b)是表示该情况下的入射光在DMD上的的反射状态的图。图5(a)是说明使用了F数较小的照明光的情况下的由DMD反射的开态光、平坦面反射光、关态光的照明状态的图，图5(b)是表示该情况下的入射光在DMD上的反射状态的图。

在使用F数较大的照明光的情况下，如图4(a)、(b)所示，平坦面反射光由于不与入射光瞳84重叠且不入射到投影透镜，所以不会对开态光所形成的投影影像造成影响。与此相对，在使用F数较小的照明光的情况下，如图5(a)、(b)所示，平坦面反射光产生与开态光重叠的部分(遮光区域A)。此时，平坦面反射光的一部分、散射光、衍射光入射到开态光的入射部分即投影透镜的入射光瞳84，会对投影影像造成影响。

在关态(黑显示)时，由于投影透镜98也会从入射口98a捕获平坦面反射光、DMD96的边缘部的反射光等，所以不需要的光会进入到投影影像。特别地，在黑显示时，若这样的平坦面反射光进入则会显著损害画质。

因此，在使用比DMD的倾角大的角度的锥角的照明光，投影透镜也成为与此匹配的F数的情况下，需要在图1所示的入射光瞳84或者与入射光瞳84共轭的位置82，使用由金属板等形成的遮光光阑80来遮光，预先防止平坦面反射光的进入。

图6是表示作为遮光光阑80而利用金属制的遮光板来遮挡平坦面反射光时的入射光瞳84附近的照明状态的图。这样，若提前对平坦面反射光之中的进入到入射光瞳84的部分进行遮光，则开态光的一部分也被遮挡，光的利用效率会降低。

因此，在本实施方式中，作为遮光光阑80而使用滤色器。图7(a)表示利用由滤色器构成的遮光光阑80滤波的投影透镜的入射光瞳的照明状态。图7(b)示出了开态光和平坦面反射光的光谱的一例和滤色器的特性的一例。平坦面反射光等无用光如上述那样，是DMD96的微反射镜96a的边缘部、基体96b以及前面玻璃96c的面上的反射光，具有与开态光不同的光路，所以原理上会具有与开态光不同的光谱。例如，在本实施方式中，平坦面反射光相对于开态光的白色光而成为包含黄色～红色的光谱。

这里，图7(b)的一点划线是用于遮光光阑80中使用的滤色器的特性。由该特性可知，作为滤色器的遮光光阑80针对平坦面反射光的波长而降低了透射率。换言之，作为滤色器的遮光光阑80对平坦面反射光的波长成分进行反射。在本实施方式中，如图7(b)所示，由于平坦面反射光相对于开态光的波长在长波长侧具有光谱，所以作为遮光光阑80而使用长波长侧的透射率低的滤色器。具体来说，滤色器在540nm附近具有透射率的半值。

结果，图7(a)的开态光的遮光区域A中的光谱如图7(c)所示，由滤色器滤波，成为长波长区域的光的强度大大降低了的光。即，利用滤色器，图7(b)所示的平坦面反射光由滤色器实质性地截止。

该滤色器的相对于开态光的光谱的透射率例如具有约80％。由于遮光区域A是整体的约6％，所以在使用金属板作为遮光光阑80的情况下，虽然开态光的透过效率是约94％，而在使用滤色器作为遮光光阑80的情况下，开态光的透过效率改善至约98.8％。

这样，投影型影像显示装置100在对DMD进行照射的入射光之中成为平面反射光的来自光源的光的一部分通过的光路，设置对平面反射光的波长成分进行反射的波长选择滤波器，抑制平面反射光向投影透镜的入射，提高了光的利用效率。

[1-3.效果等]

如以上，在本实施方式中，通过对遮光光阑80使用滤色器，从而能够切断平坦面反射光向投影透镜的入射光瞳84的进入，使开态光的利用效率得到提高。

(其他实施方式)

如以上这样，作为在本申请中公开的技术的例示，说明了实施方式。但是，本公开中的技术并不限定于此，也能够应用于进行变更、置换、附件、省略等的实施方式。此外，也能够将在上述实施方式中说明的各结构要素进行组合，而成为新的实施方式。因此，以下，例示其他实施方式。

在上述实施方式中，作为平坦面反射光的一例而说明了图7(b)所示的光谱。但是，平坦面反射光的分光特性根据所使用的光调制元件而不同。因此，滤色器的透射特性并不限定于图7(b)所示的光谱。例如，在平坦面反射光也同时包含大量蓝色附近的光的情况下，关于蓝色也可以使用透射率低的滤色器。

此外，在上述实施方式中，在光源部例示了由配置成5×5的矩阵状的半导体激光器元件构成的激光器模块，但是半导体激光器元件的数目以及配置并不限定于此，可以根据每一个半导体激光器元件的光强度、光源装置被期望的输出等来适当设定。此外，激光的波长也并不限定于450nm，例如，也可以使用输出405nm的光的紫色半导体激光器元件、输出400nm以下的紫外线光的半导体激光器元件等。

在上述实施方式中，例示了由蓝色的激光来激励铈活化石榴石结构荧光体，发出以红色以及绿色为主波长的光的结构，但是也可以使用发出以黄色、蓝绿色为主波长的光的荧光体。

由于根据光调制元件尺寸、投影光学系统的F数、荧光体的种类、入射至荧光体的激光强度，荧光体上的激光点径的最佳值多少会发生些变动，所以能够根据投影型影像显示装置的规格，基于在上述的实施方式中示出的参数的最佳化方法，来适当设定最佳的值。

工业可利用性

本公开能够应用于使用了DMD等反射型光调制元件的投影型影像显示装置。

Claims

1.一种投影型影像显示装置，具备：

光源；

投影光学系统，对入射到入射口的光进行投影；

光调制元件，在基体设置了多个反射镜，该多个反射镜被驱动使得基于影像信号而切换为将从所述光源入射的光朝向所述投影光学系统的所述入射口反射的开态、和将从所述光源入射的光向所述投影光学系统的所述入射口以外的方向反射的关态；以及

波长选择滤波器，将从对所述光调制元件进行照射的所述光源入射的光之中由所述基体反射而入射到所述投影光学系统的所述入射口的平面反射光的波长成分进行反射。

2.根据权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于，

所述波长选择滤波器配置在与所述投影光学系统的入射光瞳共轭的位置。

3.根据权利要求1或2所述的投影型影像显示装置，其特征在于，

所述波长选择滤波器具有长波长侧的透射率低的特性。