CN110620913A - 投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种与仅显示可见光图像的投影仪相比性能劣化和耐久性劣化较小、且能够显示可见光图像和红外光图像两者的投影仪。投影仪包括：第一图像显示元件，基于红色用图像信号和红外光用图像信号分别对第一照明光进行调制来射出第一图像光，所述第一照明光是红色照明光和红外照明光交替切换的光，所述第一图像光是红色图像光和红外图像光交替切换的光；第二图像显示元件，基于绿色用图像信号对绿色照明光进行调制来射出绿色图像光；第三图像显示元件，基于蓝色用图像信号对蓝色照明光进行调制来射出蓝色图像光；合成部，合成所述第一图像光、所述绿色图像光、以及所述蓝色图像光；以及投射部，用于投射所述合成部合成的图像光。

Description

投影仪
技术领域
本发明涉及能够显示可见光图像和红外光图像两者的投影仪。
背景技术
在飞机和直升飞机的操纵训练中，不仅实际飞行的训练是有效的，利用能够再现各种场面的训练用模拟器系统的训练也是有效的。
特别是，在直升飞机等的夜间飞行中，有时主驾驶员和副驾驶员中的一人裸眼进行驾驶，另一人佩戴夜视镜进行驾驶。因此，开发了一种作为训练用的模拟器系统，该系统在屏幕上显示可见光图像和红外光图像。在专利文献1中，记载了在同一显示装置中投影可见光图像和红外光图像两者的投影仪。
先前技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2013-524662号公报。
发明内容
然而，在可见光波段(450nm至650nm)到红外光波段(700nm以上)的整个波段中，难以优化投影仪的光学部件特性，因此能够显示可见光图像和红外光图像两者的投影仪与仅显示可见光图像的投影仪相比，存在显示图像的亮度降低等性能劣化、发热导致的光学部件的耐久性劣化等的问题。
本发明的目的在于，提供一种能够显示可见光图像和红外光图像两者的投影仪，与仅显示可见光图像的投影仪相比显示图像的亮度降低等性能劣化和耐久性劣化较小。
本发明提供一种投影仪，其特征在于，包括：第一图像显示元件，基于红色用图像信号和红外光用图像信号分别对第一照明光进行调制来射出第一图像光，所述第一照明光是红色照明光和红外照明光交替切换的光，所述第一图像光是红色图像光和红外图像光交替切换的光；第二图像显示元件，基于绿色用图像信号对绿色照明光进行调制来射出绿色图像光；第三图像显示元件，基于蓝色用图像信号对蓝色照明光进行调制来射出蓝色图像光；合成部，将所述第一图像光、所述绿色图像光、以及所述蓝色图像光进行合成；以及投射部，用于投射所述合成部合成的图像光。
发明效果
根据本发明，可提供一种能够显示可见光图像和红外光图像两者的投影仪，与仅显示可见光图像的投影仪相比显示图像的亮度降低等性能劣化、耐久性劣化较小。
附图说明
图1是示出实施方式的投影仪的一个例子的结构图；
图2是示出偏振转换元件的一个例子的结构图；
图3是用于说明防反射涂布的特性示例的图；
图4是示出驱动图像显示元件的驱动电路的结构例的框图；
图5是用于说明信号处理的一个例子的图。
具体实施方式
结构
使用图1，说明本实施方式的投影仪的结构例。投影仪100包括光源101、光源102、荧光体103、偏光板105R、105G和105B、图像显示元件106R、106G和106B、偏光板107R、107G和107B、合色棱镜108、投射透镜109、分色镜120～123、反射镜130～132、透镜140～148、偏振转换元件150。
分色镜120～123具有以分离波长为分离边界将入射的光通过反射和透射来分离的特性。分色镜120～123可以通过在玻璃板或棱镜等透明材料的预定区域形成例如电介质多层膜来制作。可以根据构成电介质多层膜的电介质的材料以及膜的厚度来设定光学特性。
光源101例如是由蓝色激光元件构成的蓝色激光光源。光源101发射蓝色激光。以下，将蓝色激光称为蓝色照明光。蓝色照明光被照射到分色镜120。分色镜120具有反射蓝色照明光并使黄色照明光透过的特性。
从光源101射出的蓝色照明光被分色镜120反射，进而被透镜140聚光而照射到荧光体103。
荧光体103具有荧光层和反射面。荧光层生成黄色照明光，该黄色照明光包含与从光源101照射的蓝色照明光的能量强度对应的强度的红光波段的分量和绿光波段的分量。反射面反射透过荧光层的蓝色照明光和由荧光层生成的黄色照明光。
作为通过荧光体103生成的荧光的黄色照明光经由透镜140向分色镜120的方向照射。黄色照明光透过分色镜120，照射到分色镜121上。
由荧光体103反射的蓝色照明光经由透镜140向分色镜120的方向照射。
分色镜120的表面积被设定为比从光源101照射的蓝色激光的光束稍大的程度的大小。另一方面，由于被荧光体103反射的蓝色照明光在反射时被扩散，所以从透镜140照射到分色镜120的蓝色照明光的光束相对于分色镜120的面积充分大地扩展。即，从透镜140照射到分色镜120的蓝色照明光的一部分被分色镜120反射，但是大部分照射到分色镜121。
光源102例如是由近红外LED元件构成的红外LED光源。光源102发射红外LED光。以下，将红外LED光称为红外照明光。红外照明光经由透镜141、142照射到分色镜121上。分色镜121具有反射红外照明光、使黄色照明光和蓝色照明光透过的特性。
透过分色镜121的蓝色照明光和黄色照明光、以及被分色镜121反射的红外照明光进一步被反射镜130反射，入射到透镜143。
透镜143和144例如是复眼透镜。被反射镜130反射的蓝色照明光、黄色照明光以及红外照明光通过透镜143以及144使照明分布均匀化，并入射到偏振转换元件150。
图2示出了偏振转换元件150的结构例。偏振转换元件150具有偏振分束器151和相位差板152。偏振分束器151反射s偏振光和p偏振光中的一个，并且使另一个透射。图2示出了偏振分束器151反射s偏振光并使p偏振光透射的状态。
相位差板152将s偏振光和p偏振光中的任一个转换为另一个。图2示出相位差板152将s偏振光转换为p偏振光的状态。相位差板152例如是λ/2相位差板。通过偏振转换元件150，各照明光被统一为p偏振光。
返回到图1，通过偏振转换元件150统一为p偏振光的各照明光经由透镜145被照射到分色镜122。透镜145例如是聚光透镜。
分色镜122分离入射的蓝色照明光BL、黄色照明光YL及红外照明光IRL。由分色镜122分离的黄色照明光YL和红外照明光IRL在反射镜131上反射，入射到分色镜123上。
分色镜123将红光波段和绿光波段的中间的波长作为分离边界，将入射的黄色照明光YL和红外照明光IRL分离为包含红光波段的分量的红色照明光RL及红外照明光IRL、和包含绿光波段的分量的绿色照明光GL。具体而言，分色镜123反射入射的黄色照射光YL中的绿光波段分量来射出绿色照明光GL，并透过入射的黄色照射光YL中的红光波段分量来射出红色照明光RL。另外，使红外照明光IRL透过。
由分色镜123分离的红色照明光RL和红外照明光IRL经由透镜146照射到偏振板105R上。由分色镜123分离的绿色照明光GL经由透镜147照射到偏振板105G上。由分色镜122分离的蓝色照明光BL由反射镜132反射，并经由透镜148照射到偏振板105B上。
偏振板105R、105G和105B具有反射s偏振光和p偏振光中的一个并使另一个透射的特性。图1示出了偏振板105R、105G和105B反射s偏振光并使p偏振光透射的状态。将偏振板105R、105G、105B也称为反射型偏振板。偏振板105R、105G、105B例如是线栅偏振板。
作为p偏振光的红色照明光RL和红外照明光IRL透过偏振板105R，照射到图像显示元件106R上。作为p偏振光的绿色照明光GL透过偏振板105G，照射到图像显示元件106G上。作为p偏振光的蓝色照明光BL透过偏光板105B，照射到图像显示元件106B上。
图像显示元件106R、106G、106B例如是反射型液晶显示元件。在本实施方式中，以图像显示元件106R、106G、106B为反射型液晶显示元件的情况为例进行了说明，但并不限于反射型，也可以构成为使用透射型液晶显示元件。另外，也可以应用于使用液晶显示元件的结构，还可以应用于使用其他显示元件的结构中。
图像显示元件106R基于红色分量的图像数据，对p偏振光的红色照明光RL进行光调制，生成s偏振光的红色图像光RM。另外，图像显示元件106R基于红外光分量的图像数据，对p偏振光的红外照明光IRL进行光调制，生成s偏振光的红外图像光IRM。红色图像光RM和红外图像光IRM也统称为第一图像光RM/IRM。
图像显示元件106G基于绿色分量的图像数据，对p偏振光的绿色照明光GL进行光调制，生成s偏振光的绿色图像光GM。图像显示元件106B基于蓝色分量的图像数据，对p偏振光的蓝色照明光BL进行光调制，生成s偏振光的蓝色图像光BM。即，图像显示元件106R作为红色图像用光调制元件及红外光图像用光调制元件发挥作用，图像显示元件106G作为绿色图像用光调制元件发挥作用，图像显示元件106B作为蓝色图像用光调制元件发挥作用。
偏振板107R、107G和107B具有使s偏振光和p偏振光中的任一个透射并反射或吸收另一个的特性。在图1中示出偏振板107R、107G以及107B使s偏振光透射、并吸收不需要的p偏振光的状态。将偏振板107R、107G、107B也称为透射型偏振板。
在红外光图像的显示中，要求以高的光照强度照射红外图像光。因此，红外照明光IRL或红外图像光IRM的光路上的光学部件与其他颜色的照明光和图像光的光路上的光学部件相比容易发热。因此，在成为红外图像光IRM的光路上的偏振板107R，使用耐热性高、在宽波段中具有良好特性的线栅偏振板。由此，与使用一般的树脂性偏振板的情况相比，可以改善可靠性和性能。另一方面，线栅偏振板与一般树脂制偏振板相比价格高，因此，对于不在红外图像光IRM的光路上的偏振板107G、107B，使用一般的树脂性偏振板即可。
由图像显示元件106R生成的、作为s偏振光的红色图像光RM和红外图像光IRM在偏振板105R上反射，并透过偏振板107R，被照射到合色棱镜108上。由图像显示元件106G生成的、作为s偏振光的绿色图像光GM在偏振板105G上反射，并透过偏振板107G，被照射到合色棱镜108上。由图像显示元件106B生成的、作为s偏振光的蓝色图像光BM在偏光板105B上反射，并透过偏光板107B，被照射到合色棱镜108上。
合色棱镜108反射红色图像光RM、红外图像光IRM和蓝色图像光BM，并使绿色图像光GM透射，将各个图像光照射到投影透镜109上。
红色图像光RM、红外图像光IRM、绿色图像光GM和蓝色图像光BM经由投射透镜109被投射到未图示的屏幕等上。通过红色图像光RM、绿色图像光GM和蓝色图像光BM显示可见光图像。通过红外图像光IRM显示红外光图像。
在照明光和图像光的光路上的光学部件上，通过进行适当的防反射涂布，能够大幅度地改善光学部件的效率。防反射涂布根据所使用的波段来设计涂布部件、涂层的膜层数量等。通常，适应防反射涂布的波段越宽，涂布膜层的数量越多，成本越高。另外，适应防反射涂布的波段越宽，设计模拟值与实物之间的特性的偏差越大，因此优选的是波段窄更好。
图3示出防反射涂布的特性例。图3的横轴表示入射到实施了防反射涂布的光学部件的光的波长，纵轴表示入射的光的透射率。图3中的A示出宽波段用涂布的特性例。在宽波段用涂布中，在包括可见光到红外光的450nm～800nm的宽波段中具有良好的特性。对于位于包含所有可见光和红外光的所有光的光路上的光学部件进行宽波段涂布。位于图1所示的从分色镜121到分色镜122的光路上的光学部件成为宽波段涂布的对象。
B示出短波长用涂布的特性。在短波长用涂布中，在短波段(450nm～650nm)中具有良好的特性，但在650nm以上的波长中特性逐渐下降。对不在红外光的光路上的光学部件进行短波长用涂布。图1所示的、从透镜140、分色镜120、反射镜132到偏振板107B为止的光路上的光学部件、从透镜147到偏振板107G为止的光路上的光学部件成为短波长用涂布的对象。
C示出长波长用涂布的特性。在长波长用涂布中，在长波段(500nm～800nm)中具有良好的特性，但在500nm以下的波段中特性逐渐下降。对于位于仅属于红色光和红外光的光路上的光学部件进行长波长用涂布。位于图1所示的从透镜141、142及透镜146到偏振板107R为止的光路上的光学部件成为长波长涂布的对象。
如上所述，通过根据所处理的光的波段进行防反射涂布，可以在不花费太多成本的情况下得到良好的特性。
信号处理
使用图4、图5说明本实施方式的投影仪中的信号处理的一个例子。图4是示出驱动图像显示元件106R、106G、106B的驱动电路200的结构例的框图。驱动电路200具有信号合成部10、信号处理部11、像素电路13、光源控制部14。
信号合成部10合成被输入的可见光图像用图像信号VIS和红外光图像用图像信号IRS，以生成帧序列信号FSS。图5中的S1表示可见光图像用图像信号VIS，S2表示红外光图像用图像信号IRS。S1、S2作为一例表示可见光图像用图像信号VIS和红外光图像用图像信号IRS的帧率均为60Hz的情况。可见光图像用图像信号VIS和红外图像用图像信号IRS分别将显示速度变换为2倍，交替重新排列，如S3所示，被变换为帧率为120Hz的帧序列信号FSS。
在图5所示的例子中，示出了输入到信号处理部11的可见光图像用图像信号VIS和红外光图像用图像信号IRS以60Hz输入的情况，但是不限于60Hz，也可以是其他频率(例如50Hz或24Hz等)。另外，信号处理电路101将影像信号变换为2倍频率的信号，但频率的变换不限于2倍，也可以是2倍以上。另外，也可以是1倍(等倍)。
返回到图4，信号处理部11基于帧序列信号FSS决定各像素的灰度，并将所决定的灰度数据发送到像素电路13。像素电路13基于接收到的灰度数据驱动图像显示元件106R、106G、106B。
另外，信号处理部11生成与帧序列信号FSS同步的光源控制信号，并发送给光源控制部14。光源控制部14基于光源控制信号，分别切换光源101和光源102的开启和关闭。图5中的S4表示光源101的开启和关闭状态，S5表示光源102的开启和关闭状态。光源101和光源102被控制成与可见光图像用图像信号VIS和红外光图像用图像信号IRS的期间对应地交替开启/关闭。
图像显示元件106R交替地对红色照明光RL和红外照明光IRL进行光调制，以生成红色图像光RM和红外图像光IRM。图像显示元件106G对绿色照明光GL进行光调制，以生成绿色图像光GM。图像显示元件106B对蓝色照明光BL进行光调制，以生成蓝色图像光BM。
如图1所述，红色图像光RM、绿色图像光GM和蓝色图像光BM被合色棱镜108合成，并通过投射透镜109透射到未图示的屏幕等上，从而显示可见光图像。红外光图像光IRM经由合色棱镜108，并通过投射透镜109投射到未图示的屏幕等上，从而显示红外光图像。因此，在屏幕上交替地显示可见光图像和红外光图像。
像素显示元件的驱动方法可以是控制像素的驱动电压值的模拟方式，也可以是数字方式，该数字方式将帧分割为多个子帧，并且通过组合开启所施加的电压的子帧和关闭所施加的电压的子帧来进行灰度显示。
如以上说明的那样，投影仪100构成为将红色照明光及红外照明光、绿色照明光、蓝色照明光的光路分开，由此，可以减轻位于各个光路上的光学部件的热负担。另外，通过将红色照明光及红外照明光、绿色照明光、蓝色照明光的光路分开，能够使位于各个光路上的光学部件的特性最优化。因此，能够提供一种与仅显示可见光图像的投影仪相比显示图像的亮度降低等性能劣化和耐久性劣化较小、且能够显示可见光图像和红外光图像两者的投影仪。
另外，通过对特别容易发热的、位于红外光的光路上的光学部件使用耐热性高的部件，能够抑制由发热引起的光学部件的耐久性降低。另外，由于是以三板式可见光用投影仪为基础来构成，并使用红色光用光路来处理红外光的构成，因此，无需大幅改变现有三板式可见光用投影仪的光学系统，就能够显示可见光图像和红外光图像两者。
在本实施方式中，说明了使用作为蓝色激光光源的光源101和荧光体103生成黄色照明光YL和蓝色照明光BL，并合成从作为红外LED光源的光源102射出的红外照明光IRL的结构，但不限于该结构。例如，光源101、光源102也可以适当选择使用激光光源、LED光源、灯光源。
当然，本发明并不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。
符号说明
10 信号合成部、11 信号处理部、13 像素电路、14 光源控制部、100 投影仪、101、102 光源、103 荧光体、105R、105G、105B 偏振板、106R、106G、106B 图像显示元件、107R、107G、107B 偏振板、108 合色棱镜、109 投射透镜、120～123 分色镜、130～132 反射镜、140～148 透镜、150 偏振转换元件。

Claims (5)

1.一种投影仪，其特征在于，包括：
第一图像显示元件，基于红色用图像信号和红外光用图像信号分别对第一照明光进行调制来射出第一图像光，所述第一照明光是红色照明光和红外照明光交替切换的光，所述第一图像光是红色图像光和红外图像光交替切换的光；
第二图像显示元件，基于绿色用图像信号对绿色照明光进行调制来射出绿色图像光；
第三图像显示元件，基于蓝色用图像信号对蓝色照明光进行调制来射出蓝色图像光；
合成部，将所述第一图像光、所述绿色图像光、以及所述蓝色图像光进行合成；以及
投射部，用于投射由所述合成部合成的图像光。
2.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，
在所述第一图像光、所述绿色图像光以及所述蓝色图像光的各自光路上，还具有透射型偏振板，所述透射型偏振板使各图像光的第一偏振光透过，并吸收或反射第二偏振光，
位于所述第一图像光的光路上的所述透射型偏振板的耐热性比位于所述绿色图像光或所述蓝色图像光的光路上的所述透射型偏振板的耐热性高。
3.如权利要求2所述的投影仪，其特征在于，
位于所述第一图像光的光路上的所述透射型偏振板是线栅偏振板，
位于所述绿色图像光或所述蓝色图像光的光路上的所述透射型偏振板是树脂制的偏振板。
4.如权利要求1～3中任一项所述的投影仪，其特征在于，
对位于所述第一照明光、所述第一图像光、所述绿色照明光、所述绿色图像光、所述蓝色照明光、所述蓝色图像光的各自光路上的光学部件实施了防反射涂布，
对位于所述第一照明光或者所述第一图像光的光路上的光学部件实施的防反射涂布与对不位于所述第一照明光或者所述第一图像光的光路上的光学部件实施的防反射涂布的对应波段不同。
5.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，还包括：
蓝色光源，射出蓝色照明光；
红外光源，射出红外照明光；
荧光体，将所述蓝色照明光的一部分转换为黄色照明光，将一部分作为蓝色照明光反射；
第一分色镜，反射所述蓝色照明光，并使所述黄色照明光透过；
第二分色镜，通过使所述蓝色照明光和所述黄色照明光透过并反射所述红外照明光，以合成所述蓝色照明光、所述黄色照明光和所述红外照明光；
第三分色镜，将由所述第二分色镜合成的所述蓝色照明光、所述黄色照明光和所述红外照明光分离成所述蓝色照明光、所述黄色照明光及所述红外照明光；以及
第四分色镜，将所述黄色照明光和所述红外照明光分离成所述红色照明光、所述红外照明光和绿色照明光，
其中，所述蓝色光源和所述红外光源交替地开启和关闭。
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