CN1249480C - 投影式图象显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供小型紧凑且低价格的图象显示装置。其构成为：使来自光源一侧的光的行进方向周期地以恒定的速度大体上平行地移动，使该光分离成多个规定波段的色光，向图象显示元件照射各个色光，扩大投影与图象信号对应的光学象。

Description

投影式图象显示装置

技术领域

本发明涉及作为光阀使用透过式液晶面板或反射式图象显示元件等的图象显示元件，把图象投影到屏幕上边的投影装置，例如，液晶投影仪装置，反射式图象显示投影仪装置、投影式显示器装置等的图象显示装置，涉及把来自光源一侧的光分离成规定波段的色光后周期地向图象显示元件照射，把来自将与图象信号对应的光学象扩大投影的图象显示装置的光源一侧的光分离成规定波段的色光后照射到图象显示元件上的技术。

背景技术

图象显示装置，一般地说，为了把规定的波长，例如红绿蓝每一种色的图象投影到一个地方以得到彩色图象，每一种色光都需要图象显示元件。但是，从图象显示元件价格昂贵和节省资源等观点考虑，人们采用了用一个图象显示元件显示多色图象的方法。

用图8对使用1个图象显示元件的现有图象显示装置进行说明。

图8的说明图模式性地示出了现有的图象显示装置的主要构成部分。在图8的图象显示装置中，光源单元1用聚光用反射镜3反射从使用高压汞灯的灯的光源2出射的照射光，并向色分离用的十字棱镜22入射。十字棱镜22是一种被设置为使得反射2种光的反射膜十字交叉的棱镜，用反射光和透过光被分离成红绿蓝这3种颜色。

分离后的各色，向使光轴大体上平行移动的每一个光轴移动装置4B、4G、4R入射，变成为与光轴大体上平行地反复移动的光24、25、26。光轴移动装置可采用使反射镜平行移动或使四角柱旋转使光向旋转轴垂直入射并借助于平行板使光轴横向偏移等方法实现。

与光轴大体上平行地反复移动的光24、25、26，向隔以规定间隔斜向设置的选择性地反射各色的反射镜23B、23G、23R入射，依次合成3色的光后向图象显示元件照射。这时，为了防止因在移动中向图象显示元件6的同一位置同时照射各色的光而混色，要用光轴移动装置分别控制3色的位置。

所照射的光在各色正在照射时，要用该色的图象对光进行调制，并用投影透镜7把各色的调制后的图象光扩大投影到屏幕8上以得到彩色图象。

发明内容

这样构成的图象显示装置，存在着图象显示元件虽然是一个，但是，由于各色光都需要光轴移动装置，故装置变大，不能得到小型紧凑的装置，价格也昂贵等这样一些问题。

本发明的目的在于减轻这样的问题，提供小型紧凑的图象显示装置。

为了实现本发明的目的，本发明的图象显示装置，是一种把来自光源一侧的光分离成规定的波段的色光后周期地向图象显示元件照射，扩大投影与图象信号对应的光学象的图象显示装置，具备：使来自上述光源一侧的光的行进方向以规定的速度周期性地大体上平行地移动的光移动装置；把来自上述光移动装置的光分离成多个规定的波段的色光的分离装置，其构成为使得向图象显示元件照射从上述分离装置射出的色光，以扩大投影与图象信号对应的光学象。

本发明的图象显示装置，由于在使来自光源一侧的光的行进方向经过了周期性移动的光轴移动装置之后，分离成多个规定波段的色光后向图象显示元件照射，故光轴移动装置比现有技术减少，因而可以得到小型紧凑的图象显示装置。

附图说明

图1是本发明的图象显示装置的实施例1的光学构成图。

图2是用来说明本发明的图象显示装置的原理的模式图和说明照射到图象显示元件上边的光的分布的说明图。

图3是用来说明本发明的图象显示装置的原理的模式图和说明照射到图象显示元件上边的光的分布的说明图。

图4是本发明的图象显示装置的实施例2的光学构成图。

图5是本发明的图象显示装置的实施例3的光学构成图。

图6是说明在本发明的图象显示装置中使用的光分离装置的模式图。

图7是说明在本发明的图象显示装置中使用的另一光分离装置的模式图。

图8是说明现有技术的图象显示装置的光学构成图。

具体实施方式

以下，用若干个实施例，参看附图，对本发明的实施例进行说明。

图1是本发明的实施例1的光学构成图，示出了作为光阀使用1块透过式图象显示元件的图象显示装置。

在图中，1是光源单元，2是光源，3是反射器，4是使进行照射的光轴的位置移动的光轴移动装置，5是分离成具有多个规定的波段，例如红色、绿色、蓝色的各个波段的光束的光分离装置，6是使光调制后进行显示的显示元件，7是扩大投影被显示元件调制后的图象光的投影装置，8是屏幕。

在图象显示装置中，有具有光源2的光源单元1，光源2是超高压水银灯、金属卤化物灯、氙灯、水银氙灯、卤素灯等的白色灯。

从光源2放射出来的光用椭圆面或抛物面或非球面的反射器3聚光并进行反射。借助于设置在与该反射器3的出射开口大体上同等尺寸的矩形框内的一对多个聚光镜或准直透镜群等(未画出来)，改善照度分布，限定照射范围，并根据需要借助于偏振变换元件(未画出来)使之进行偏振变换后从照明单元射出。

从照明单元1射出来的光9，向光轴移动装置4入射。该光轴移动装置4，用使反射镜平行移动的方法，或采用使四角柱旋转使光垂直地向旋转轴入射的办法并借助于平行平板使光轴横向偏移等方法，使光轴大体上平行地反复移动。从光轴移动装置4出射的光10，向光分离装置5入射。光分离装置5的构成为：使反射红色波段光、透过其它波段光的第1反射镜5R1，反射蓝色波段光、透过其它波段光的第2反射镜5B1，反射绿色波段光、透过其它波段光的第3反射镜5G，反射红色波段光、透过其它波段光的第4反射镜5R2，反射蓝色波段光、透过其它波段光的第5反射镜5B2对光轴倾斜，并考虑到与相邻色之间的混色而恰好离开规定的间隔。因此，从光轴移动装置4射出的光10，在图的位置处，首先用第2反射镜5B1反射蓝色后透过第1反射镜5R1，向图象显示元件的一侧边缘照射蓝色光11B。此外，透过第2反射镜5B2后的红色和绿色的光，在第3反射镜5G处反射绿色透过第2反射镜5B1，向图象显示元件的大体上中央照射绿色光。此外，透过了第3反射镜5G后的红色光，向与在第4反射镜5R2处反射红色透过第3反射镜5G后照射图象显示元件的蓝色光的位置不同的一侧边缘，照射红色光11R。在这里，由于当从光轴移动装置4射出的光10移动到与图1不同的位置并射出后，就分成与上边所说的光分离装置5的入射位置对应的色向图象显示元件照射，故当用光轴移动装置4使光移动时，向图象显示元件照射的色也将移动。

照射到图象显示元件6上的光用显示面的图象进行调制，从显示元件6射出。该射出光，借助于透镜7等扩大投影到屏幕8上，得到彩色图象。

其次，用图2、图3，详细地说明当用光轴移动装置4使光移动时借助于光分离装置5向图象显示元件6照射的色也要移动的功能。图2、图3，是用来说明在本发明的图象显示装置中，当用光轴移动装置4使光移动时，借助于光分离装置5分离成规定色光并进行移动的原理的模式图和说明向图象显示元件上边照射的光的分布的说明图。

在图2、图3中，从光轴移动装置4射出的光10，从光源具有宽度w的光束向图中虚线箭头的方向平行移动。当变成为位置(a)的光10a，位置(b)的光10b，位置(c)的光10c，位置(d)的光10d，位置(e)的光10e，位置(f)的光10f时，每一个位置的光10，都将在用光分离装置5的5个反射镜分色后如图上所示各色保持分色后的状态不变地向图象显示元件上边移动并进行照射。因此，从光轴移动装置4射出的光10，当从光源具有宽度w的光束向图中虚线箭头的方向平行移动后，各色就保持分色后的状态不变地向图象显示元件上边移动并进行照射，就如先前所说明的那样，也同样地各色保持分色后的状态不变地向屏幕上边移动，当平行移动进行了一个周期时，由于不论哪一个位置都将显示全色，故如果把反复周期定为每秒60次以上，则对于观察者来说，结果就变成为可以观看彩色图象。

在这里，光的宽度w，考虑到混色的防止和光的利用效率或图象非显示部分的大小等，定为使得光照射到在图象显示元件上边的宽度比显示元件一边宽度的1/3更窄的范围。为此，根据需要也可以在光路中设置用来改善从照明单元射出的光9的照射范围的限定和照度分布的透镜等的光学元件。

此外，在本发明的实施例中，虽然为了分离成红、蓝、绿波段的色光，作成为对于光轴斜向地倾斜，而且按照使之分离的色的顺序隔以规定的间隔来设置使之选择性地反射要进行分离的色的5个反射膜的构成，但是反射膜的个数，却可以用从分离色数的2倍中减去1的个数实现，在要分离成2色的情况下，就要作成为把3个反射膜设置为对于光轴斜向地倾斜的构成。

以上所说明的本发明的图象显示装置，由于作成为使来自从光源一侧的光的行进方向周期地移动，使射出的光分离成多个规定波段的色光后出射，向图象显示元件照射分离射出的光，扩大投影与图象信号对应的光学象的构成，由于可以用1个透过式的图象显示元件，和1个光轴移动装置构成，故可以得到廉价且小型紧凑的装置。

以上的实施例，是对作为光阀使用透过式图象显示元件的情况进行的说明，其次，说明反射式的图象显示元件，在其中也使用1个利用偏振的图象显示元件的第2实施例。

图4是本发明的实施例2的光学构成图，示出了作为光阀使用1块利用偏振的反射式图象显示元件的图象显示装置。

在图中，12是借助于偏振进行透过或反射的偏振反射镜，从4到11与实施例1是相同的。

图象显示装置，与实施例1同样，通过用来改善照度分布和限定照射范围的光学元件群(未画出来)使光源的光向光轴移动装置4入射。该光轴移动装置4，用使反射镜平行移动或采用使四角柱旋转使光向旋转轴垂直入射并借助于平行板使光轴横向偏移的方法等，使光轴大体上平行地反复移动。

从光轴移动装置4射出的光10，向光分离装置5入射。入射到光分离装置5上的光，与实施例1同样，借助于选择反射各个波段的光的反射镜，分离并射出红色光11R、绿色光11G、蓝色光11B这3色光。

从光分离装置5射出的光，向斜向配置的偏振反射镜12入射。在这里，如果预先设定为使得透过偏振反射镜12的偏振光与从光分离装置5射出的偏振光一致，则从光分离装置5射出的光就透过偏振反射镜12向图象显示元件6照射光。在这里，若与实施例1同样，使从光轴移动装置4射出的光10移动到与图3不同的位置后射出，由于将分离成与上边所说的光分离装置5的入射位置对应的色后照射到图象显示元件上，故当用光轴移动装置4使光移动时，向图象显示元件上照射的色也将移动。

照射到图象显示元件6上的光，在用显示面的图象进行调制后偏振将发生改变。例如，以S偏振入射到图象显示元件上的光在调制后将变成为P偏振。为此，在用显示元件6调制后射出的光，在偏振反射镜12处反射，借助于投影透镜7等扩大投影到屏幕8上，得到彩色图象。

在本发明的图象显示装置中，当用光轴移动装置4使光移动时，借助于光分离装置5分离成规定色光并进行移动的原理，与实施例1是相同的。

以上所说明的本发明的图象显示装置的构成为：使来自光源一侧的光的行进方向以恒定的速度周期性地大体上平行地移动，把射出光分离成多个规定波段的色光，向1个反射式显示元件选择性地照射分离射出的光的规定的偏振光，同时，使得用该图象显示元件调制后的偏振光向与上述分离出来的光入射进来的方向不同的方向输出，扩大投影与所出射的图象信号对应的光学象，可以用1个透过式的图象显示元件，和1个光轴移动装置构成，故可以得到廉价且小型紧凑的装置。

以上的实施例，对作为光阀利用偏振的反射式图象显示元件的情况进行了说明，其次说明用1块使用多个微细的反射镜的反射式图象显示元件的实施例3。

图5是本发明实施例3的光学构成图，显示出使用1个将多个微细反射镜作为光阀的反射型图象显示元件的图象显示装置。

在图中，13是具有使光的行进方向向规定方向弯曲的功能的全息照相元件，4到11与实施例1是相同的。

图象显示装置，与实施例1同样，通过用来改善照度分布和限定照射范围的光学元件群(未画出来)使光源的光向光轴移动装置4入射。该光轴移动装置4，用使反射镜平行移动或采用使四角柱旋转使光向旋转轴垂直地入射并借助于平行板使光轴横向偏移的方法等，使光轴大体上平行地反复移动。

从光轴移动装置4射出的光10，向光分离装置5入射。入射到光分离装置5上的光，与实施例1同样，借助于选择反射各个波段光的反射镜，分离并射出红色光11R、绿色光11G、蓝色光11B的3色光。

从光分离装置5射出的光，向全息照相元件13入射，使光轴弯曲成规定的角度出射，向图象显示元件6照射光。在这里，若与实施例1同样，使从光轴移动装置4射出的光10移动到与图3不同的位置后射出，由于将分离成与上边所说的光分离装置5的入射位置对应的色后照射到图象显示元件上，故当用光轴移动装置4使光移动时，向图象显示元件上照射的色也将移动。

在这里，使用多个微细反射镜的图象显示元件6所起的作用是：根据图象使微细反射面的角度变化，使显示图象的光垂直地向图象显示元件6导入，使不显示图象的光不向投影透镜入射的角度导入。为此，向图象显示元件6照射的光，根据该色的图象使之反射，用投影透镜7等扩大投影到屏幕上，得到彩色图象。

在本发明的图象显示装置中，当用光轴移动装置4使光移动时，借助于光分离装置5分离成规定色光并进行移动的原理，与实施例1是相同的。

以上所说明的本发明的图象显示装置的构成为：使来自光源一侧的光的行进方向周期性地移动，把射出光分离成多个规定波段的色光，使分离射出的光向规定的方向弯曲后向1个反射式图象显示元件照射，扩大投影与被照射的图象显示元件射出的图象信号对应的光学象，因此，可以用1个使用多个微细反射镜的反射式图象显示元件和1个光轴移动装置构成，故可以得到廉价且小型紧凑的装置。

在以上的实施例中，虽然使选择性地反射要进行分离的色的反射膜对于光轴倾斜，而且按照要使之进行分离的色的顺序按规定间隔进行分离地设置光分离装置，但是，其形态却有种种的方法，其次，将举出若干实施例。

图6是说明本发明的图象显示装置的另外的实施例中的光分离装置的说明图。

在图中，向光分离装置5入射的光10的构成为：使得已形成了具有三角形截面的三角柱的一个矩形面反射红色波段光、透过其它波段光的第1反射镜5R1的三角柱14，已形成了具有台形截面的台形柱的一个矩形面反射蓝色波段光、透过其它波段光的第2反射镜5B1的台形15，已形成了具有台形截面的台形柱的一个矩形面反射绿色波段光、透过其它波段光的第3反射镜5G1的台形柱16，已形成了具有台形截面的台形柱的一个矩形面反射红色波段光、透过其它波段光的第4反射镜5R2的台形柱17，已形成了具有台形截面的台形柱的一个矩形面反射蓝色波段光、透过其它波段光的第5反射镜5B2的台形柱18进行叠层，使第1到第4反射膜对于光轴倾斜，并考虑到与相邻的色之间的混色，隔以规定的间隔进行设置，因此，从光轴移动装置4射出的光10，在图的位置处，首先在第2反射镜5B1处进行反射并在透过第1反射镜5R1后向图象显示元件的一侧边缘照射蓝色光11b。此外，透过了第2反射镜5B1的红色和绿色的光，在第3反射镜5G处进行反射并在透过了第2反射镜5B1后向显示元件的大体上的中央照射绿色光11G。此外，透过了第3反射镜5G的红色光，在第4反射镜5R2处反射红色，并透过了第3反射镜5G后向与图象显示元件的照射蓝色光11B的位置不同的一侧边缘照射红色光11R。在这里，当从光轴移动装置(未画出来)射出的光10移动到与图6不同的位置上射出后就分离成与上边所说的光分离装置5的入射位置对应的色后向图象显示元件照射，所以，当用光轴移动装置4使光移动时，向图象显示元件上照射的色也将移动，故将得到与在实施例1中所详述的效果相同的效果。

此外，没有必要作成为如上所述把分离成多个规定波段的色光的反射膜设置在三角柱的一个矩形面与台形柱的一个矩形面之间和多个台形柱的相向的矩形面之间。例如，只要把分离成多个规定波段的色光的装置设定为，使得多个至少在一侧的面上设置有选择性反射要进行分离的色的反射膜且截面为台形的透明平板叠层起来的构成和使得已形成了反射膜的平板变成为规定的间隔，就可以得到同样的效果。

在以上的实施例中，虽然一直以光的主光线进行说明，但是实际上由于光源的发光部分具有有限的长度，故光具有扩展性。其次，将说明光扩展性大的情况下的实施例。

图7是说明本发明的图象显示装置的另一实施例的光分离装置的说明图。

在图中，光分离装置5，是把上边所说的光分离装置的3方用透明构件19、20、21围起来的形状，反射面的符号、功能与上边所说的实施例的说明是相同的，故说明省略。象这样构成的光分离装置5，扩展性大的入射进来的光10b，透过透明构件20后通过台形柱15在第2反射面处进行反射，通过台形柱15、透明构件19从光分离装置5射出。在这里，由于在入射光向台形柱入射时入射角度大，一般地说约为80度左右，故在没有透明构件19的状态下，就要在入射面处进行反射，在本实施例的情况下，由于具有透明构件19，不会产生上边所说的反射，所以光利用效率高。

此外，在入射位置为其他位置的情况下，扩展性大的入射进来的光10b，在透过了透明构件20后，通过形成了第2反射镜5B1的台形柱15，形成了第3反射镜5G的台形柱16，形成了第4反射镜5R2的台形柱17，在第4反射镜5R2处进行反射，通过台形柱17、透明构件21从光分离装置5射出。在这里，由于在入射光从台形柱17向透明构件21入射时入射角度大，一般地说约为80度左右，故在没有透明构件21的状态下，就要在入射面处进行反射，在本实施例的情况下，由于具有透明构件21，不会产生上边所说的反射，所以光利用效率高，还可以防止由规定外的反射引起的混色。

此外，在入射位置为其他位置的情况下，扩展性大的入射进来的光10c，在透过了透明构件20后，通过形成了第3反射镜5G的台形柱16，在第3反射镜5G处进行反射，通过台形柱15、16、透明构件20从光分离装置5射出。在这里，由于在入射光从台形柱16向透明构件20入射时入射角度大，一般地说约为80度左右，故在没有透明构件20的状态下，要在入射面处进行反射，在本实施例的情况下，由于具有透明构件20，不会产生上边所说的反射，所以光利用效率好，还可以防止由规定外的反射引起的混色。

另外，这些效果，由于因光的扩展角度而不同，故并非要在光分离装置的3方的透明构件上都设置透明构件不可，只要仅仅在实用上有效的面上设置透明构件即可。

在这里透明构件可以用与台形柱的折射率大体上相等的材料制作，可以作成为使得在粘接面上不产生光的折射的构成。

此外，在本发明中使用的光分离装置，由于通过路径的反射膜的个数因入射进来的光的位置而不同，故要通过的光量是不同的。这将成为在图象上产生辉度或颜色的不均匀的原因，所以，也可以作成为如下的构成。例如，要分离成多个规定波段的色光的反射膜，作成为上层反射膜的反射率比下层的反射膜的反射率小的构成。其结果是，可以减小在上层处进行反射的路径和在下层处进行反射的路径的通过率之差，可以实现更均一的图象。此外，还可以使分离成多个规定波段色光的装置的入射一侧的面或出射一侧的面中的一方或两方具有吸收规定的光的装置，并调整吸收的大小，使得该吸收减少在上层处进行反射的路径和在下层处进行反射的路径的通过率之差。其结果是可以减少在上层处进行反射的路径和在下层处进行反射的路径的通过率之差，可以实现更为均一的图象。

此外，在本发明中使用的光分离装置，通过路径因要入射的光的位置而不同，因而会在光路长度方面产生差异。由于这将成为使得归因于向图象显示元件上照射的光的分布不同而产生辉度和颜色的不均匀的根由，故也可以作成为如下的构成。

要分离成多个规定波段色光的反射膜间的媒质的构成为：最上层反射膜的反射面一侧的媒质的折射率，比最下层反射膜的反射面一侧的媒质的折射率小。若作成为这样的构成，则可以减小换算成同一折射率后的光路长度最上层和最下层的光路长度差。其结果是，由于可以减轻向图象显示元件上照射的光的分布之差，故可以减轻图象的辉度或颜色的不均匀。

此外，虽然是用把最下层的反射膜限定为选定颜色的反射膜进行的说明，但是由于要向反射膜入射的光，是已经使2色的光反射后剩下的色光，故没有必要是限定于选定色的反射。为此，由于可以使用反射率更高的反射镜，故具有提高亮度的效果。

此外，光分离装置的各个反射膜的分光特性，规定为排除在图象的色彩调整上不需要的例如黄色、橘红色等的分光特性，其构成为使得不需要的光可以透过光分离装置。此外，使透过了光分离装置的各个反射膜后的光被吸收，以防止杂散光向图象显示装置内散射。结果是可以防止由散射光引起的对比度劣化。

另外，在本发明的实施例中，虽然是用红色、绿色、蓝色的顺序说明光分离装置的反射膜的排列顺序，但是，并不限于这样的顺序，也并不限于这些颜色，本发明的图象显示装置，是在使来自光源一侧的光的行进方向周期地移动，使射出的光分离成多个规定波段的色光，使分离射出的光向图象显示元件照射，扩大投影与图象信号对应的光学象的构成中产生效果的图象显示装置。

此外，在本发明的实施例中，虽然说明的是光的移动方向是图象显示元件上边为纵向的情况，但是显然本发明并不限于此，在光在横向方向上移动的情况下，也可以应用。

此外，在本发明的实施例中，虽然规定为直接向图象显示元件上照射经过光分离装置射出的光的装置，但是，由于可以使照明光聚光到光分离装置内或附近的焦点位置上，使该焦点位置与大体上相等的倍率的中继透镜群的物面大体上一致，使该中继透镜群的象面位置与图象显示元件的位置大体上一致的办法，使照明光正确地照射到图象显示元件上，故可以得到效率良好且可以防止混色的效果。

本发明的图象显示装置，由于在使来自光源一侧的光的行进方向经过了周期地移动的光轴移动装置之后，分离成多个规定的波段的色光后向图象显示元件照射，故光轴移动装置比现有技术减少，因而可以得到小型紧凑的图象显示装置。

Claims (1)

1.一种把来自光源侧的光分离成规定的波段的色光后周期地向图像显示元件照射，并扩大投影与图像信号相应的光学像的图像显示装置，其特征在于，具备：

使来自上述光源侧的光的行进方向周期性地以规定速度大体平行地进行移动的光轴移动装置；

把来自上述光轴移动装置的光分离成多个规定的波段的色光的光分离装置；以及

向图像显示元件照射从上述光分离装置射出的色光的装置，

其中，上述光分离装置，把有选择性地使将要分离的色进行反射的反射膜相对于光轴斜向倾斜，且按照使之分离的色的顺序以规定的间隔分开进行设置，

上述反射膜的层数是从分离色数的2倍中减去1的数。

Images