CN1191494C

CN1191494C - 投影装置

Info

Publication number: CN1191494C
Application number: CNB018033458A
Authority: CN
Inventors: 伊藤嘉高
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2021-10-31
Also published as: KR100707552B1; KR20020071007A; US6575578B2; KR20050111651A; JP3900818B2; EP1280002A1; TW508475B; US20030058410A1; CN1394295A; WO2002037180A1; DE60138276D1; JP2002139793A; EP1280002B1; EP1280002A4

Abstract

屏幕被配置为与xy平面大致平行。第1反射镜的反射面被配置为对yz平面平行，而且，对xy平面倾斜大致45度。至少光电装置和色合成手段和投射透镜，沿着xy平面进行配置，同时，还要配置为使得从色合成光学系统射出的光的中心，对xy平面平行，而且，对y轴α度倾斜地向第1反射镜入射。第2反射镜，被配置为对xz平面大致垂直，而且，对于yz平面比大致45度仅仅小α/2度的角度进行倾斜，以便用第2反射镜再次反射本身为来自第1反射镜的反射光的图象光，使得在对该图象光的大致的中心大致垂直的状态下进行入射。使构成投影装置的光学系统的位置调整变得容易起来，同时，实现装置的小型化。

Description

投影装置

技术领域

本发明涉及投射彩色图象的投影装置(投影式显示装置)。

背景技术

作为具有大型画面的显示装置，大多利用把图形扩大投影到屏幕上边的投影装置。在投影装置中，人们熟知把投射光投影到屏幕上边的前投式投影装置和把投射光投影到透过式的屏幕上边的背投式投影装置。作为背投式投影装置，例如，可以举出在特开平10-307332号公报中讲述的例子。

背投式投影装置，用多个反射镜反射从投射图象的投射器射出的投射光使之投射到屏幕上边。在多个反射镜之内，那些向屏幕上反射投射光的反射镜，常常被配置为使得变成为对于屏幕倾斜小于45度，得益于减小从屏幕到该反射镜的厚度，就可以实现背投式投影装置的小型化。

如上所述，在配置上向屏幕上反射投射光的反射镜的情况下，为了对被投影到屏幕上边的图象的旋转进行修正，就必须把投射器配置为使得对于对屏幕垂直的平面进行倾斜。为此，在相应于反射镜的倾斜而倾斜地配置投射器的情况下，就存在着构成投影装置的光学系统难于进行位置调整的问题。

本发明就是为解决现有技术中的上述的课题而发明的，目的在于提供易于进行构成投影装置的光学系统的位置调整，同时还可以实现装置的小型化的技术。

发明内容

为了解决上述课题的至少一部分，本发明的投影装置的特征是具备：

用来形成3色成分图象的3个光电装置；用来合成上述3色成分图象以形成彩色图象的色合成光学系统；投射由上述光学系统形成的彩色图象的投射透镜；投射上述彩色图象的屏幕；配置在从上述投射透镜的光的入射面到上述屏幕的光的入射面的路径中，依次反射显示从上述色合成光学系统射出的上述彩色图象的图象光的第1和第2反射镜，其特征在于，在设彼此正交的3个轴为x、y、z轴时，上述屏幕被配置为与yz平面大致平行，上述色合成光学系统，具有大致X形状地配置的2种分色镜，并被配置为使得上述2种的分色镜的交线变成为大致与z轴平行，上述每一个光电装置都具有大致矩形形状的图象形成区域，使得上述图象形成区域的长边的方向与上述交线的方向一致那样地，被配置为在与上述色合成光学系统的上述交线大致平行的3个入射面中，与和每一个入射面对应的入射面相向，上述第1反射镜的反射面，被配置为大致与yz平面垂直，而且对于xy平面大致倾斜45度，至少上述光电装置和上述色合成光学系统和上述投射透镜，沿着xy平面配置，同时从上述色合成光学系统射出的上述图象光的中心，被配置为使得对xy平面平行且对于y轴倾斜α度地向上述第1反射镜入射，本身为来自上述第1反射镜的反射光的图象光，再次被反射镜反射，使得在对该图象光的中心大致与所述屏幕的大致中心垂直的状态下进行入射那样地，把上述第2反射镜配置为对xz平面大致垂直，而且，对yz平面具有比大致45度仅仅小α/2度的倾斜度。

本发明的投影装置，由于可以把反射来自上述第1反射镜的反射光的图象光以使之向屏幕入射的第2反射镜配置为对xz平面大致垂直，而且，对yz平面具有比大致45度仅仅小α/2度的倾斜度，故可以减小从屏幕到第2反射镜的深度，归因于此，就可以实现装置的小型化。此外，由于至少沿着对屏幕大致垂直的平面(例如，水平面)配置光电装置和色合成光学系统和投射透镜，故可以使这些光学要素的配置和伴随着配置的位置调整变得容易起来。因此，在本发明的投影装置中，在可以使构成投影装置的光学系统的配置变得容易起来的同时，还可以实现装置的小型化。

在上述投影装置中，上述第1反射镜，理想的是与上述投射透镜一体性地进行配置。

这样一来，由于可以削减第1反射镜的配置空间，故装置的小型化是可能的。另外，所谓‘一体性地进行配置’也包括配置在投射透镜的内部的情况，而不仅仅是组合到投射透镜的入射面或出射面附近一体性地进行配置的情况。

在这里，上述第1反射镜理想的是由全反射棱镜构成。

这样的话，就可以提高上述第1反射镜的反射率，可以容易地实现明亮的投影图象。

本发明的装置还包括：

一种投影装置，其特征在于，具备：

用来形成投射的图象的光电装置；投射所述图象的投射透镜；

投射所述图象的屏幕；

配置在从所述投射透镜的光的入射面到所述屏幕的光的入射面的路径中，依次反射显示所述图象的图象光的第1和第2反射镜；

在设彼此正交的3个轴为x、y、z轴时，

所述屏幕被配置为与yz平面大致平行，

所述光电装置具有大致矩形形状的图象形成区域，被配置成所述图像形成区域长边方向与z轴大致平行，所述第1反射镜的反射面，被配置为大致与yz平面垂直，而且相对xy平面大致倾斜45度，

至少所述光电装置和所述投射透镜沿着xy平面配置，同时入射到所述投射区域的所述图象光的中心被配置成与xy平面平行且相对y轴倾斜α度地向所述第1反射镜入射，

作为来自所述第1反射镜的反射光的图象光，再次被所述第2反射镜反射，为了其图象光中心以与所述屏幕的大致中心大致垂直的状态进行入射，所述第2反射镜以与xz平面大致垂直，而且，相对yz平面具有比大致45度仅小α/2度的倾斜度被配置。

附图说明

图1的透视图示出了作为本发明的一个实施例的背投式投影装置的概略构成。

图2的平面图示出了投影部分PJ的光学系统的概略构成。

图3的概略透视图示出了交叉分色棱镜500和各色用的光阀400R、400G、400B。

图4的说明图示出了投影部分PJ和投光反射镜MR1、MR2和屏幕SC R之间的配置关系。

图5的平面图示出了把反射式液晶面板用做光阀的投影部分PJ’的光学系统的概略构成。

图6的说明图示出了把第1投射光反射镜MR1配置到投射透镜内的例子。

具体实施方式

根据实施例说明本发明的实施形态。

图1的透视图示出了作为本发明的一个实施例的投影装置(背投式显示装置)的概略构成。x、y、z表示互相垂直的3个轴。

该背投式投影装置10，具备投影部分PJ；2个投射光反射镜MR1、MR2；背投式屏幕SCR。从投影部分PJ射出的投射光，被第1和第2投射光反射镜MR1、MR2反射后在背投式屏幕SCR上形成投影图象。

另外，投影部分PJ与第1和第2投射光反射镜MR1、MR2以及背投式屏幕SCR之间的配置关系将在后边讲述。

A.投影部分PJ：

图2的平面图示出了投影部分PJ的光学系统的概略构成。u、v、t表示互相垂直的3个轴。投影部分PJ具备照明光学系统100；色光分离光学系统200；中继光学系统300；3个光阀400R、400G、400B；交叉分色棱镜500和投射透镜600。

各个构成要素，以交叉分色棱镜500为中心沿着uv平面配置。

照明光学系统100具备光源110、集成光学系统120和照明光反射镜130。从光源110射出来的光，通过集成光学系统120，均一地对作为照明对象的光阀400R、400G、400B进行照明。照明光反射镜130具有使从集成光学系统120射出的照明光向色光分离光学系统200的方向反射的功能。该照明光反射镜130，有时候也被配置到集成光学系统120内的光路中。另外，照明光反射镜130，在某些光源110和集成光学系统120的配置方法的情况下也可以省略。偏振光变换光学系统140，具有使非偏振的光齐备成具有可以被光阀400R、400G、400B利用的偏振方向的偏振光的功能。

色光分离光学系统200，具备2个分色反射镜210、220和反射镜230，具有把从照明光学系统100射出的照明光分离成不同的波长区域的3种色光的功能。

第1分色反射镜210，在使红色光(R光)透过的同时，反射波长比所透过的色光还短的短波长一侧的色光(绿色光(G光)和蓝色光(B光))。透过了第1分色反射镜210的R光被反射镜230反射，通过场透镜240后向R用的光阀400R入射。

在被第1分色反射镜210反射后的G光和B光之内，G光被第2分色反射镜220反射。另一方面，B光则透过第2分色反射镜220，通过中继光学系统300，就是说通过入射一侧透镜310、第1中继反射镜320、中继反射镜330、第2中继反射镜340和射出一侧透镜350向B用的光阀400B入射。在这里，之所以对B光使用中继光学系统300，是因为B光的光路的长度比其它的色光的光路长，因而要防止因光的扩散等产生的光的利用效率降低的缘故。

各色用的光阀400R、400G、400B，要根据对应的色信号(图象信号)分别对入射进来的色进行调制，使调制光作为透过光射出。作为这样的透过式的光阀，可以使用把透过式的液晶面板配置在一对偏光板之间的光阀。这时，一对偏光板虽然也可以分别粘贴到透过式的液晶面板上，但是也可以作成为粘贴到别的光学要素上等，远离开透过式液晶面板地进行设置。另外，这些光阀400R、400G、400B，相当于本发明的光电装置，用各色的调制光显示的图象，相当于构成彩色图象的各色的色成分图象。

图3的概略透视图示出了交叉分色棱镜500和各色用的光阀400R、400G、400B。交叉分色棱镜500被配置为使得第1分色面510和第2分色面520的交线530变成为对于水平面垂直。此外，还要配置为使得4个侧面550、560、570和580之内，第1侧面，就是说射出面550和第2侧面560变成为与ut面平行，第3和第4侧面570、580变成为与vt平面平行。在第2到图4侧面560、570、580上，分别配置有对应的色使用的光阀440R、400G、400B。这些光阀400R、400G、400B，被配置为使得大致为矩形的图象形成区域(光照射面)的长边的方向(长边方向)1s与交线530的方向(交线方向)，就是说，与t方向一致。以下，有时候也把这样的配置叫做‘纵长配置’。另外，还要配置为使得图象形成区域(光照射面)的短边的方向(短边方向)ss，与交线530的方向(交线方向)，就是说与t方向垂直。

从R用的光阀400R射出的R光，因被第1分色面510反射而从射出面550射出。从B用的光阀400B射出的B光，因被第2分色面520反射而从射出面550射出。此外，从G用的光阀400G射出的G光则通过第1分色面510和第2分色面520从射出面550射出。借助于此，在各个色用的光阀400R、400G、400B中被调制的3色的调制光，在交叉分色棱镜500中进行合成。合成后的调制光所显示的彩色图象，用投射透镜进行投影。但是，在交叉分色棱镜500中合成的彩色图象的朝向，与光阀400R、400G、400B的纵长配置对应，将变成为面朝+u或-u方向的横向的图象。另外，显示彩色图象的光从投射透镜600向+v方向射出。

对于图2所示的那样的投影装置的各个部分的构成和功能，由于例如在本申请人所公开的特开平10-177151号公报中已详细地进行了讲述，故在本说明书中省略其详细说明。另外，作为色合成光学系统，也可以使用在半透明平板上边形成分色面构成的交叉分色棱镜来取代在棱镜上边形成分色面构成的交叉分色棱镜。

B.投影部分PJ和投射光反射镜MR1、MR2和背投式屏幕SCR的配置关系：

图4的说明图示出了投影部分PJ和投光反射镜MR1、MR2和屏幕SCR之间的配置关系。图4(A)～(C)示出了背投式投影装置10的背面图、左侧面图和平面图。另外。在以下的说明中，为了便于进行说明，以图象光的中心的方向作为图象光的方向进行说明。

背投式屏幕SCR被配置为对yz平面大致平行。投影部分PJ则被配置为使得其框体PJC的底部变成为与xy平面平行。另外，图2所示的投影部分PJ的各个构成要素则沿着对框体PJC的底部平行的平面配置在框体PJC的内部。

但是，投影部分PJ被配置为使得从投影部分PJ射出的投射光(在图4中用一点锁线表示)，如图4(A)和图4(C)所示，对xy平面平行，而且，对y轴倾斜α度地向第1投射光反射镜MR1入射。因此，图2的u轴对于x轴，此外，对于图2的v轴对于y轴分别倾斜α度。另外，图2的t轴平行于z轴。

第1投射光反射镜MR1，如图4(A)所示，被配置为对yz平面大致垂直，而且，对于xy平面大致倾斜45度。

第2投射光反射镜MR2，如图4(B)所示，被配置为对于xz平面大致垂直，而且，对于yz平面以比大致45度小仅仅α/2度的θ(＝45-α/2)度进行倾斜。在这里，θ必须比0大，故α将变成为比0大比90小的值。

另外，第1投射光反射镜MR1和第2投射光反射镜MR2的关系，可以说被配置在使得各自的反射面上的法线彼此不相交的扭曲的位置上。

从投影部分PJ射出的投射光，被第1投射光反射镜MR1反射，如图4(A)和图4(B)所示，在平行于xz平面且对于z轴倾斜α度的状态下向第2投射光反射镜MR2入射。然后，被第2投射光反射镜MR2反射的投射光，如图4(B)和图4(C)所示，在平行于x轴的状态小向背投式屏幕SCR入射。

得益于以上那样地配置的投影部分PJ和2个投射光反射镜MR1、MR2，来自投影部分PJ的投射光，被第1投射光反射镜MR1和第2投射光反射镜MR2反射后向背投式屏幕SCR入射。

在这里，2个投射光反射镜MR1、MR2，使图象旋转90度，以便使从投影部分PJ投射出来的图象的画面内的长边的方向与投射到背投式屏幕SCR上的图象的画面内的长边的方向变成为一致。其结果是，如图1所示，从投影部分PJ投射出来的横向的箭头图象，借助于配置在扭曲的位置上的2个投射光反射镜MR1、MR2，使得变成为朝上的箭头那样地进行旋转后，投影到背投式屏幕SCR上边。

如以上所说明的那样，在本实施例的背投式投影装置10中，在保持使投影部分PJ的3个光阀400R、400G、400B的图象形成区域的长边方向和交叉分色棱镜500的交线530的方向一致的构成的原状不变的状态下，就可以在沿着垂直于背投式屏幕SCR的平面(xy平面)方向配置构成投影部分PJ的光学系统的各个构成要素的同时，投影显示一般性的横长的图象。

此外，本实施例的背投式投影装置10，可以使第2投射光反射镜MR2对yz平面的倾斜θ比大致45度仅仅小α/2度。就是说，由于可把第2投射光反射镜MR2配置得对于xy平面比45度还陡直，故可以减小从背投式屏幕SCR到第2投射光反射镜MR2的纵深厚度。

因此，在可以使构成背投式投影装置的光学系统的配置或伴随着配置的位置调整变得容易起来，同时，还可以实现装置的小型化。

此外，在本实施例的背投式投影装置10的情况下，虽然其构成为使来自第2投射光反射镜MR2的图象光背投式屏幕SCR大致垂直地入射，但是也可以作成为使来自第2投射光反射镜MR2的图象光对于背投式屏幕SCR斜向入射(例如，在图4(B)中，图象光的方向与x轴相交)的构成，对于具有这样的构成的背投式投影装置，也可以应用本发明的内容。在该情况下，由于可以在更陡直地状态下配置第2投射光反射镜MR2，故可以实现背投式投影装置的进一步的薄型化。

另外，由上述可知，第1投射光反射镜MR1相当于本发明的第1反射镜，第2投射光反射镜MR2相当于本发明的第2反射镜。

C.变形例：

另外，本发明并不限于上述的实施例或实施形态，在不脱离其要旨的范围内，可以以种种的形态予以实施，例如，如下的变形也是可能的。

(1)在上述实施例中，虽然以使用把透过式的液晶面板用做光阀的投影部分PJ的场合为例进行了说明，但是，也可以使用应用反射式的液晶面板的投影装置。

图5的平面图示出了把反射式液晶面板用做光阀的投影部分PJ’的光学系统的概略构成。投影部分PJ’具备照明光学系统100；色光分离光学系统200’；中继光学系统300’；偏振光光束分裂器700R、700G、700B；光阀400R’、400G’、400B’；交叉分色棱镜500和投射透镜600。各个构成要素以交叉分色棱镜500为中心沿着uv平面配置。

从照明光学系统100射出的光，向色光分离光学系统200’入射，分离成3个色光。第1分色反射镜210’，在使之反射B光的同时，还反射波长比B光更长的长波长一侧的色光(G光和R光)。在透过了第1分色反射镜210’的G光和R光之内，R光也透过第2分色反射镜220’，并在通过了场透镜250后向G用的偏振光光束分裂器700R入射。G光在被第2分色反射镜220’反射，并在通过了场透镜250后向G用偏振光光束分裂器700G入射。

被第1分色反射镜210’反射后的B光，通过中继光学系统300’就是说，通过入射一侧透镜310、中继反射镜320、中继透镜330，再通过射出一侧透镜350后，向B用偏振光光束分裂器700B入射。

入射到各个色用的偏振光光束分裂器700R、700G、700B后的各个色光，被对应的偏振光光束分裂器700R、700G、700B的偏振光分离面710R、710G、710B分离成2种偏振光(s偏振光和p偏振光)。各色用的光阀400R’、400G’、400B’被配置在从对应的偏振光光束分裂器700R、700G、700B射出的任意一方的偏振光的光轴上边。在图的例子中，作成为使得各个偏振光光束分裂器700R、700G、700B的偏振光分离面710R、710G、710B反射s偏振光而透过p偏振光，各色用的光阀400R’、400G’、400B’则被配置在s偏振光的光轴上边。因此，s偏振光的各个色光作为照明光向对应的光阀400R’、400G’、400B’入射。

各色用的光阀400R’、400G’、400B’，分别根据对应的色信号(图象信号)对作为照明光入射进来的偏振光进行调制，改变偏振状态后射出。作为这样的反射式的光阀400R’、400G’、400B’，可以使用反射式的液晶面板。

另外，各色的光阀400R’、400G’、400B’与上述实施例的各色的光阀400R、400G、400B同样进行纵长配置。

从各色用的光阀400R’、400G’、400B’射出的光再次向对应的偏振光光束分裂器700R、700G、700B入射。再次入射的光是含有已进行了调制的光(p偏振光)和未进行调制的光(s偏振光)的混合光。因此，在各色的射出光之内，只有调制光才透过对应的偏振光光束分裂器700R、700G、700B的偏振光分离面710R、710G、710B后向交叉分色棱镜500入射。

入射到交叉分色棱镜500上的各色光进行合成以形成彩色图象，并用投射透镜600进行投影显示。但是，用交叉分色棱镜500合成的彩色图象的朝向，则与各色用的光阀400R’、400G’、400B’的纵长配置相对应地变成为面向+u或-u方向的朝向。

(2)通常，投射透镜以功能分担为目的，由多个透镜群构成，在这些透镜群之间存在着不能配置透镜的空间。考虑到这一点，就可以一体地把第2投射光反射镜MR2配置在投射透镜600的入射面或出射面或者其内部。图6的说明图示出了把第2投射光反射镜MR2配置到投射透镜内的例子。

该投射透镜600’具有把第1投射光反射镜MR1配置到在3个部分透镜611、612、613之内，第2部分透镜612和第3部分透镜613之间的构成。在这里，入射到投射透镜600’上的光从第1部分透镜611向第3部分透镜613的方向前进。第1投射光反射镜MR1，如图6(C)所示，被配置为对yz平面大致垂直，而且，对于xy平面大致倾斜45度。第1和第2部分透镜611、612的光轴(在图6中，用一点锁线表示)，如图6(B)和图6(C)所示，被配置为使得对xy平面平行，而且，对y轴倾斜α度地通过第1投射光反射镜MR1的反射面的中心。第3部分透镜613的光轴(在图6中，用二点锁线表示)，如图6(A)和图6(C)所示，被配置为使得对xz平面平行，而且，对z轴倾斜α度地通过第1投射光反射镜MR1的反射面的中心。

倘使用这样的投射透镜600’，由于可以削减第1投射光反射镜MR1的配置空间，故可以实现背投式投影装置的进一步小型化。另外，在把第1投射光反射镜MR1配置在投射透镜内的情况下，理想的是用全反射棱镜构成该投射光反射镜。若采用全反射棱镜，由于可以提高反射镜部分的反射率，故可以实现明亮的投影图象。

另外，也可以作成为把第1投射光反射镜MR1配置在第1部分透镜611和第2部分透镜612之间。此外，投射透镜600’，虽然是以具有3个部分透镜的情况为例进行的说明，但是，并不限于此，可以利用种种的投射透镜。就是说，第1投射光反射镜MR1可以配置在投射透镜内的任何位置上。

此外，第1投射光反射镜MR1，并非一定要配置在投射透镜内不可，也可以作成为与投射透镜一体地配置在第1部分透镜611的入射面一侧或第3部分透镜613的出射面一侧。

Claims

1.一种投影装置，其特征在于，具备：

投射所述图象的屏幕；

在设彼此正交的3个轴为x、y、z轴时，

所述屏幕被配置为与yz平面大致平行，

所述光电装置具有大致矩形形状的图象形成区域，被配置成所述图像形成区域长边方向与z轴大致平行，所述第1反射镜的反射面，被配置为大致与yz平面垂直，而且相对xy平面大致倾斜4 5度，

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征是，

所述光电装置包括用于形成多个色成分图像的多个光电装置，

所述投影装置还包括色合成光学系统，用于通过合成表示所述多个光电装置的色成分图像的多色光，形成作为用所述投射透镜投射的所述图像的彩色图像，

所述色合成光学系统具有大致成X字形配置的2种分色面，被配置成所述2种类型分色面产生的交线与z轴大致平行，

所述多个光电装置的每个为了使所述图像形成区域的长边方向与所述交线方向一致，在与所述色合成系统的所述交线平行的多个入射面内，与对应于每个的入射面相对地配置。

3.根据权利要求1或2所述的投影装置，其特征是，

所述第1反射镜与所述投射透镜被整体配置。

4.根据权利要求3所述的投影装置，所述第1反射镜由全反射棱镜构成。