CN1532625A

CN1532625A - 投影机

Info

Publication number: CN1532625A
Application number: CNA2003101238979A
Authority: CN
Inventors: 唐泽穰儿
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2023-12-30
Also published as: EP1469684A3; US20040212782A1; JP2004287202A; TW200424737A; CN100460992C; KR20040084702A; US7172293B2; TWI241452B; US20060007399A1; EP1469684A2

Abstract

本发明的目的在于提供由组装、设置简易且廉价的投射光学系统构成的、高精度且薄型的背投型投影机等的投影机。利用投射光学系统25投射到屏幕14上的投射光PL是具有沿屏幕14的长边方向的偏振方位的线偏振光。由此，即使在屏幕14的左右两端部，也能将背面上的反射率维持得较低，可减少透过屏幕14时的照明光的光量损耗。即，既可保持投射到屏幕14上的图像的亮度的一致性，又可实现高亮度化。

Description

投影机

技术领域

本发明涉及使用液晶显示面板等的空间光调制装置投射图像的投影机。

背景技术

在现有的背面投射型的投影机中，以下的方式为主流：利用确保光路用的一个或一个以上的平面反射镜使从在屏幕的后方下部配置的投射光学系统射出的图像光反射，最终使其折返到前方而投射到屏幕上，由此来使背投型投影机的深度(进深)减薄(例如，参照专利文献1等)。

与此不同，提出有通过由光轴不同的多个凹凸面反射镜构成投射光学系统而能进行高的放大率的倾斜投射的投射显示装置(专利文献2)。在该投射显示装置中，可以利用高的放大率和倾斜投射使装置成为薄型的装置。

【专利文献1】

特开平5-66482号公报

【专利文献2】

特开2001-255462号公报

按照前者的使用平面反射镜的方法，虽然可提供比较薄型的背投型投影机，但发生了失真，增加了背投型投影机的高度。此外，由于比较大的平面反射镜的缘故，不仅背投型投影机的重量增加了，而且因装入平面反射镜的缘故，有必要在实际的投影机中特别地设置用于调整投射光学系统、平面反射镜的位置偏移的机构，这样就导致调整工序的增加，进而导致成本的增加。

另一方面，按照后者那样使用由多个凹凸面反射镜构成的投射光学系统，虽然可使装置保持为薄型的装置并可使所投射的图像成为比较高精度的图像，也不需要装入平面反射镜时的调整，但投射光学系统本身的组装或调整变得困难，结果导致背投型投影机的成本的增加。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供由组装、设置简易且廉价的投射光学系统构成的、可进行高精度的投射的薄型的背投型投影机等的投影机(投射装置)。

为了解决上述课题，本发明的投影机具备：射出照明光的照明装置；由来自照明装置的照明光照明的空间光调制装置；投射来自空间光调制装置的图像光的投射光学系统；投射经过了投射光学系统的图像光的平坦的矩形的屏幕；以及使来自空间光调制装置的图像光作为沿除屏幕的短边方向外的规定方向的偏振方位的线偏振光入射到该屏幕上的偏振装置。在此，所谓“空间光调制装置”，例如是以液晶光阀为代表的光器件，是包含数字反射镜器件等的概念。

在上述投影机中，由于偏振装置使来自空间光调制装置的图像光作为沿除屏幕的短边方向外的规定方向的偏振方位的线偏振光入射到该屏幕上，所以即使在屏幕的长边方向的两端，也能将反射率维持得较低，可减少透过屏幕时的图像光的光量损耗。于是，即使在应用于例如是薄型的且投射倍率高的背面投射型的投影机的情况下，也既能保持画面整体的亮度的一致性，又能实现高亮度化。

在上述装置的具体的实施例中，偏振装置使来自空间光调制装置的图像光作为沿屏幕的长边方向的偏振方位的线偏振光入射到该屏幕上。此时，成为能使在屏幕的长边方向的两端的照明光的光量损耗为最小的状态，作为整体，可提供亮度不匀较少的投影机。

此外，在上述投影机的具体的实施例中，屏幕是具有被配置在入射侧的菲涅耳透镜部分和被配置在射出侧的双凸透镜(レンチキユラレンズ)等的漫射屏幕部分的背面投射型的屏幕。再有，使菲涅耳透镜部分的入射面为平坦的。此时，在朝向在屏幕的入射侧配置的菲涅耳透镜部分的平坦的背面的入射角变大的屏幕中，可减少在其两端的反射损耗。

此外，在上述投影机的另一具体的实施例中，偏振装置包含被配置在空间光调制装置的射出侧的偏振滤光器(フイルタ)。此时，可作成只在空间光调制装置的射出侧配置偏振滤光器的简单的结构。再有，在空间光调制装置为液晶光阀的情况下，虽然在液晶光阀的入射面和射出面上配置偏振滤光器，其中，在应使其起到上述偏振装置的功能的规定的方位上配置射出侧的偏振滤光器，同时与射出侧的偏振滤光器对应地例如相对于射出侧的偏振滤光器旋转了90°的状态下配置入射侧的偏振滤光器的方位。

此外，在上述投影机的另一具体的实施例中，投射光学系统具有在一对透镜组之间夹置反射装置以使光路弯曲的L字型的光学单元。此时，可缩短与该光学单元的射出侧的光轴方向有关的投射光学系统的长度，同时可在光学单元的侧方配置照明装置等的光学部件。于是，例如在背面投射型的内置屏幕的投影机等中，没有必要在箱体内装入与屏幕大致对置的比较大的折返反射镜等，尽管是轻量的且组装、制造简单的，但可实现深度小的、薄型的投影机。再有，由于可将L字型的光学单元作成基本上沿用现有的透镜系统、只在内部装入反射镜等的反射装置的简单的结构，所以光学设计和制造是容易的。

此外，本发明的另一投影机具备：射出照明光的照明装置；来自照明装置的照明光照明的空间光调制装置；具有在一对透镜组之间夹置反射装置以使光路弯曲的L字型的光学单元，并且经该光学单元投射来自空间光调制装置的图像光的投射光学系统；以及投射经过了投射光学系统的图像光的屏幕。

在上述投影机中，由于投射光学系统经在一对透镜组之间夹置反射装置以使光路弯曲的L字型的光学单元投射来自空间光调制装置的图像光，所以可缩短与该光学单元的射出侧的光轴方向有关的投射光学系统的长度，并且可在光学单元的侧方配置照明装置等的光学部件。于是，可实现深度小的薄型的投影机。再有，L字型的光学单元的光学设计是容易的。

此外，在上述投影机的具体的实施例中，屏幕是背面投射型的屏幕，光学单元将来自空间光调制装置的图像光直接成像在屏幕上。此时，由于成为在箱体内不装入与屏幕大致对置的比较大的折返反射镜的结构，所以尽管是轻量的且组装、制造是简单的，但可实现深度小的、薄型的投影机。

此外，在上述投影机的另一具体的实施例中，光学单元具有在与屏幕垂直且在垂直方向上延伸的平面内弯曲的光轴。此时，能在与上述的光轴方向垂直的上方或下方可靠地配置照明装置等的光学部件，并且可使光学单元的结构成为简单的结构。

此外，在上述投影机的另一具体的实施例中，照明装置被配置成作为发生照明光的光源的灯的光轴成为水平方向。此时，可使灯的工作变得稳定。

此外，在上述投影机的另一具体的形态中，投射光学系统的射出侧的光轴在该屏幕的中央与屏幕延伸的面正交。此时，可使由投射光学系统投射到屏幕上的图像成为失真等的像差少的图像。

此外，在上述投影机的另一具体的实施例中，具备光分割调制装置，该光分割调制装置具有彩色调制装置和合成来自该彩色调制装置的各色的图像光进行射出的光合成部件，该彩色调制装置分别具有分别被从照明装置射出的各色的照明光照明的各色的空间光调制装置，投射光学系统将经过了光合成部件而被合成的图像光投射在屏幕上。此时，可利用深度小的薄型的投影机投射亮度的均匀性高的彩色图像。

附图说明

图1是实施例的投影机的正面图。

图2(a)、(b)是投影机的平面图和侧面图。

图3是说明屏幕的剖面结构的图。

图4是说明光学系统部分的结构的正面图。

图5是说明投射光学系统的结构的侧面图。

图6是说明因屏幕引起的衰减光(消光)的曲线图。

图7是说明因另一屏幕引起的衰减光的曲线图。

图8是说明屏幕上的区域的图。

符号说明

10投影机；12机壳；14屏幕；14a透明基板；14b屏幕薄膜；14c菲涅耳透镜；21照明装置；23色分割调制光学系统；25投射光学系统；25a第1透镜组；25b棱镜(プリズムミラ一)；25c第2透镜组；41光源灯；47偏振变换部件；51，52分色镜；54a～54c光阀；55十字分色棱镜；56a～56c偏振滤光器；CA中心区域；OA1～OA3光轴；PL投射光

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的一个实施例的投影机的结构。

图1是实施例的投影机、即投影机的正面图，图2(a)是投影机的平面透视图，图2(b)是投影机的侧面透视图。

该投影机10为在作为箱体的机壳12中容纳并保持了由光学系统部分和电路部分等构成的主体部分的结构。

在机壳12的正面的整个面上，屏幕14在埋入的状态下被固定。该屏幕14是由来自机壳12的内部的投射光照明的背面投射型的屏幕，具有横长、即在水平方向上长的矩形形状。

图3是说明屏幕14的剖面结构的图。该屏幕14为按下述顺序层叠了透明基板14a、屏幕膜14b和菲涅耳透镜14c的3层结构。透明基板14a由透明的平行平板构成，在其背面上紧紧地贴附了屏幕膜14b。屏幕膜14b也称为微透镜屏(レンチキユラスクリ一ン)，在与菲涅耳透镜14c相对的表面上形成有多个微透镜。再有，可考虑投影机的用途、与其它的光学系统的相容性等来适当地确定该微透镜的形状、尺寸、配置等。利用省略图示的固定部件使菲涅耳透镜14c相对于透明基板14a固定，并使其隔着间隙GA与屏幕14b对置。在该菲涅耳透镜14c的入射侧形成有平坦面14f，在射出侧形成有轮带状的透镜凸起14g。由菲涅耳透镜14c使从背面一侧入射到菲涅耳透镜14c上的投射光PL成为与屏幕14大致垂直的光束并入射到屏幕膜14b上。利用屏幕膜14b使作为入射到屏幕膜14b上的图像光的投射光PL呈适当的散射角分布并透过透明基板14a。

返回到图1和图2，在屏幕14的背后且在机壳12的内部具备：具有发生照明光的光源的照明装置21；对从照明装置21射出的照明光进行空间的光调制以形成与图像对应的透射率分布的色分割调制光学系统23；以及以适当的放大率将由色分割调制光学系统23形成的透射率分布投射到屏幕14上的投射光学系统25。由这些照明装置21、色分割调制光学系统23和投射光学系统25构成的光学系统部分，分别被未图示的保持部件可靠地固定在机壳12的内部，并且可适当地对相互的位置关系进行微调整。

再有，由投射光学系统25投射到屏幕14上的投射光PL是具有沿屏幕14的长边方向的偏振方位的线偏振光。由此，如后述那样，即使在屏幕14的左右两端部，也能将背面上的反射率维持得较低，可减少透过屏幕14时的投射光的光量损耗。即，既能保持投射到屏幕14上的图像的亮度的一致性，又能实现高亮度化。

此外，投射光学系统25的射出侧的光轴OA1在屏幕14的中央、即中心处相对于屏幕14延伸的平面垂直地交叉。由此，能使由投射光学系统25投射到屏幕14上的图像成为失真等的像差少的高精度清晰图像。

此外，投射光学系统25为L字型的光学单元，其入射侧的光轴OA2与射出侧的光轴OA1正交，在垂直下方延伸。而且，来自投射光学系统25的图像光直接入射到屏幕14上而不介入反射镜等的光学部件。由此，以投射光学系统25为基准，可在与光轴OA1垂直的方向、即投射光学系统25的下方、侧方等的除后方以外的周围空间内配置照明装置21、色分割调制光学系统23等的光学系统部分。即，由于可缩短包含照明装置21、色分割调制光学系统23和投射光学系统25的光学系统部分的光轴OA1方向的尺寸，故可以不使用确保光路用的平面反射镜实现比较薄型的投影机。此外，因没有必要在箱体内装入反射镜，故防止了因插入反射镜产生的图像的歪斜或位置偏移等，不需要为此而设置校正结构或校正工序。再者，由于不使用反射镜和反射镜的附带机构，故尽管是轻量的且组装、制造是简单的，但可实现深度小的、薄型的投影机。

图4是说明包含照明装置21、色分割调制光学系统23和投射光学系统25的光学系统部分的结构的正面图，图5是说明投射光学系统25的结构的侧面图。

照明装置21具备光源灯41、第1复眼透镜(フライアイ)43、第2复眼透镜45、偏振变换部件47、以及重叠透镜49。在此，光源灯41是具备用于平行校正光源光的凹面镜的例如高压水银灯等。此外，第1复眼透镜43利用配置成矩阵状的多个元素透镜分割来自光源灯41的光源光而对其个别地进行聚光。第2复眼透镜45也具有配置成矩阵状的多个元素透镜，利用这些元素透镜从由第1复眼透镜43形成的各2次光源形成均匀的发散光，射出将会重叠在后述的光阀(空间光调制装置)上的均匀的照明光。偏振变换部件47将从第2复眼透镜45射出的照明光只变换为与图4的纸面垂直的偏振分量而供给下一级的光学系统。重叠透镜49使经过了偏振变换部件47的照明光适当地收敛，以便能进行色分割调制光学系统23中的光阀的重叠照明。再有，在照明装置21中，光轴OA3在水平方向上延伸，结果，光源灯41的光轴也在水平方向上延伸。其结果，由于光源灯41被设为横置状态，故通过将光源灯41的工作温度等维持为稳定的状态，可确保稳定的发光，同时可延长光源灯41的寿命。

作为光分割调制装置的色分割调制光学系统23具备：第1和第2分色镜51、52；3个场透镜53a～53c；3个光阀54a～54c；十字分色棱镜55；以及以夹置各光阀54a～54c的方式配置的3组偏振滤光器56a～56c。其中，光阀54a～54c和偏振滤光器56a～56c构成彩色调制装置。被第1分色镜51反射的B光经过反射镜M1和场透镜53a入射到被一对偏振滤光器56a夹置的光阀54a上。虽然透过第1分色镜51但被第2分色镜52反射的G光经场透镜53b入射到被一对偏振滤光器56b夹置的光阀54b上。透过了第1和第2分色镜51、52的R光在经过了中继透镜R1、反射镜M2、中继透镜R2和反射镜M3后，经场透镜53c入射到被一对偏振滤光器56c夹置的光阀54c上。各光阀54a～54c是用于调制入射的照明光的空间的强度分布的空间光调制装置，分别入射到各光阀54a～54c上的3色的光分别由这些光阀54a～54c进行了调制后，被作为光合成部件的十字分色棱镜55合成，从其一个侧面射出。从十字分色棱镜55射出的合成光入射到投射光学系统25上。

投射光学系统25由前一级的第1透镜组25a、光路折弯用的棱镜25b和后一级的第2透镜组25c构成。在此，第1透镜组25a由6片凹或凸型的透镜元素构成。此外，第2透镜组25c由3片弯月(メニスカス)型的透镜元素构成。而且，夹置在两个透镜组25a、25c之间的棱镜25b作为反射手段使垂直方向的光路弯曲90°而成为水平方向。即，投射光学系统25的射出侧的光轴OA1与投射光学系统25的入射侧的光轴OA2在棱镜25b的反射面上正交。

以下说明图1～图5中示出的实施例的装置的工作。照明装置21为发生RGB各色的白色光源。来自照明装置21的照明光被在色分割调制光学系统23中设置的分色镜51、52进行色分割，分别入射到对应的光阀54a～54c上。各光阀54a～54c被来自外部的图像信号调制而具有2维的折射率分布，并在这种状态下调制照明光。这样，被各光阀54a～54c调制的照明光、即图像光，被十字分色棱镜55合成，入射到投射光学系统25上。入射到投射光学系统25上的图像光作为具有沿屏幕14的长边方向的偏振方向的线偏振光入射到屏幕14上。此时，由于在屏幕14的长边方向上设定了投射光的偏振方向，故既能保持投射到屏幕14上的图像的亮度的一致性，又能实现高亮度化。

图6和图7是利用模拟试验说明入射到设在图1等所示的投影机10上的屏幕14上的图像光、即投射光PL的偏振方向，与相对光强度、即通过屏幕14时的光衰减(消光)率的关系的曲线图。在两个曲线图中，横轴表示投射倍率、纵轴表示相对光强度。

在此，所谓“投射倍率”，意味着屏幕14的对角距离H对于从投射光学系统25到屏幕14的投射距离WD的比H/WD，投射倍率越大，图像光的发散角就越大。此外，所谓“相对光强度”，意味着以对屏幕14的入射光量为基准的透过光量的比率。在相对光强度中，根据菲涅耳的反射的法则，将对屏幕14的图像光的入射角和正交偏振分量作为参数来计算透过反射率。再有，图6的曲线图与屏幕14的纵横比为9∶16的横长类型的情况相对应，图7的曲线图与屏幕14的纵横比为3∶4的情况相对应。

图8是示出作为图6和图7中相对光强度比较对象的屏幕14上的区域的图。屏幕14的中心设为中心区域CA，左右两端设为水平端区域HEA，上下两端设为垂直端区域VEA，斜的对角部设为对角端区域DEA。如果参照以上的各区域来说明图6和图7示出的曲线图，则中间涂黑的四角标记“■”和中间空的四角标记“□”表示入射到水平端区域HEA上的线偏振光的衰减光，中间涂黑的圆标记“●”和中间空的圆标记“○”表示入射到对角端区域DEA上的线偏振光的衰减光，中间涂黑的菱形标记“◆”和中间空的菱形标记“◇”表示入射到垂直端区域VEA上的线偏振光的衰减光。再有，相对光强度约为0.7左右且不变化的直线表示垂直地入射到中心区域CA上的线偏振光的衰减光。

此外，中间涂黑的四角标记■、圆标记●和菱形标记◆表示入射到屏幕14上的图像光为长边方向、即水平方向的线偏振光的情况，与本实施例中的图像光的偏振方向相对应。另一方面，中间空的四角标记□、圆标记○和菱形标记◇表示入射到屏幕14上的图像光为短边方向、即垂直方向的线偏振光的情况，与比较例的投影机中的图像光的偏振方向相对应。

从两个曲线图可以看出，在水平端区域HEA和对角端区域DEA中，作为水平方向的偏振光的一方因屏幕14引起的反射损耗少，在垂直方向的偏振光的情况下，因屏幕14引起的反射损耗很大。另一方面，可知在垂直端区域VEA中，作为垂直方向的偏振光的一方因屏幕14引起的反射损耗少，而在水平方向的偏振光的情况下，因屏幕14引起的反射损耗也不会增加很多。如果将这些情况归纳起来，则在打算均匀地照明屏幕14整体的情况下，通过在屏幕14的长边方向上设定图像光的偏振方向，就难以施加基于菲涅耳的反射法则的偏置。即，虽然垂直端区域VEA中的透射率多少有些损失，但由于在水平端区域HEA和对角端区域DEA中透射率比较良好，故作为整体可使亮度分布一致的投射光入射。

而且，投射倍率越上升，这样的现象就越显著。于是，在投射倍率提高的投影机10、即在投射光学系统25与屏幕14之间不配置光路折弯用的反射镜的直接投射型的投影机10中，如本实施例那样将图像光定为水平方向的偏振光这一点，从确保屏幕14的均匀的照明的观点来看，是极为重要的。此外，在兼顾屏幕的大型化和投影机的薄型化方面是极为重要的。

虽然以上就实施例说明了本发明，但本发明不限于上述实施例。例如，在屏幕14为纵长的情况下，将入射到屏幕14上的图像光定为作为其长边方向，即垂直方向的线偏振光。

此外，入射到屏幕14上的图像光不限于其长边方向的线偏振光，也可设为对角方向的线偏振光。即，在不起能到支配性作用的程度上，也可包含屏幕14的短边方向的线偏振光。

此外，使希望方向的线偏振光入射到屏幕14上的偏振手段不限于夹置光阀54a～54c的偏振滤光器56a～56c，可以不是光阀54a-54c的附带物，而是特别设置的装置。再者，可将在光阀54a～54c的射出侧配置的偏振滤光器56a～56c作成在十字分色棱镜55的射出面上共同地设置的单一的装置。

此外，在上述实施例中，使投射光学系统25的射出侧的光轴OA1与入射侧的光轴OA2正交，但可以根据用途或目的等适当地变更第1透镜组25a和第2透镜组25c的弯曲的程度。

此外，在上述实施例中，虽然使投射光学系统25的射出侧的光轴OA1与屏幕14的中央正交，但也可使光轴OA1对于屏幕14有一些倾斜。

此外，在以上的实施例中，虽然由透明基板14a、屏幕膜14b和菲涅耳透镜14c形成屏幕14，但不限于此，也可装入其它的光学元件。此时，通过相对于发散的图像光入射的面使图像光的偏振方向成为屏幕14的长边方向的方式入射，能以一定以上的概率抑制在其长边方向的两端透射率减少的现象。

Claims

1.一种投影机，具备：

射出照明光的照明装置；

由来自上述照明装置的照明光照明的空间光调制装置；

投射来自上述空间光调制装置的图像光的投射光学系统；

投射经过了上述投射光学系统的图像光的平坦的矩形的屏幕；以及

使来自上述空间光调制装置的图像光作为沿除上述屏幕的短边方向外的规定方向的偏振方位的线偏振光入射到该屏幕上的偏振装置。

2.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于：

上述偏振装置使来自上述空间光调制装置的图像光作为沿上述屏幕的长边方向的偏振方位的线偏振光入射到该屏幕上。

3.根据权利要求1和2的任意一项所述的投影机，其特征在于：

上述屏幕是具有被配置在入射侧的菲涅耳透镜部分和被配置在射出侧的漫射屏幕部分的背面投射型的屏幕。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的投影机，其特征在于：

上述偏振装置包含被配置在上述空间光调制装置的射出侧的偏振滤光器。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的投影机，其特征在于：

上述投射光学系统具有在一对透镜组之间夹置反射装置以使光路弯曲的L字型的光学单元。

6.一种投影机，具备：

射出照明光的照明装置；

由来自上述照明装置的照明光照明的空间光调制装置；

具有在一对透镜组之间夹置反射装置以使光路弯曲的L字型的光学单元，并且经该光学单元投射来自上述空间光调制装置的图像光的投射光学系统；以及

投射经过了上述投射光学系统的图像光的屏幕。

7.根据权利要求6所述的投影机，其特征在于：

上述屏幕是背面投射型的屏幕，上述光学单元将来自上述空间光调制装置的图像光直接成像在上述屏幕上。

8.根据权利要求6和7的任意一项所述的投影机，其特征在于：

上述光学单元具有在与上述屏幕垂直且在垂直方向上延伸的平面内弯曲的光轴。

9.根据权利要求8所述的投影机，其特征在于：

上述照明装置被配置成作为发生照明光的光源的灯的光轴为水平方向。

10.根据权利要求1至9的任意一项所述的投影机，其特征在于：

上述投射光学系统的射出侧的光轴在该屏幕的中央与上述屏幕延伸的面正交。

11.根据权利要求1至10的任意一项所述的投影机，其特征在于：

具备光分割调制装置，该光分割调制装置具有彩色调制装置和合成来自该彩色调制装置的各色的图像光进行射出的光合成部件，上述彩色调制装置分别具有分别被从上述照明装置射出的各色的照明光照明的各色的上述空间光调制装置；

上述投射光学系统将经过上述光合成部件而被合成的图像光投射在上述屏幕上。