CN1721981A

CN1721981A - 屏幕及投影机

Info

Publication number: CN1721981A
Application number: CNA2005100751177A
Authority: CN
Inventors: 真保晃; 上岛俊司; 水迫和久; 清水信雄
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2006-01-18
Also published as: US20060012877A1; JP3900173B2; US7382534B2; TWI272446B; KR20060050116A; KR100729890B1; EP1617285A1; TW200602794A; JP2006030454A

Abstract

提供一种屏幕及具备该屏幕的投影机，该屏幕能够效率良好地将投射光向所指定的方向引导，并能得到明亮的投射图像。作为具备由多个透镜元件200组成的透镜阵列的屏幕100，其透镜元件200的下述的第1长度和第2长度被构成为，以使第2长度变为比第1长度长，上述第1长度是沿着通过各透镜元件大致中心的第1方向的透镜元件的第1长度，上述第2长度是沿着下述第2方向的透镜元件的第2长度，上述第2方向与通过各透镜元件的大致中心的第1方向大致正交，多个透镜元件的任意1个的透镜元件的曲率中心位置，相对于第2方向相邻接的其它透镜元件的曲率中心位置来沿着第1方向被配置为，以使其变为第1长度的大约一半。

Description

屏幕及投影机

技术领域

本发明涉及屏幕及投影机，特别是涉及适合于背投式投影机用的透射型屏幕。

技术背景

关于屏幕，特别是将来自投影机的投射光进行投射的屏幕，大致区分为反射型屏幕和透射型屏幕。反射型屏幕将投射光进行反射来向观看者方向进行散射(扩散)。反射型屏幕主要被使用于前投式投影机中。另外，透射型屏幕将投射光进行透射来向观看者方向进行散射。透射型屏幕主要被使用于背投式投影机中。

无论在哪一种屏幕中，都能够通过将投射光的散射角(扩散角)设定为指定的值，例如，来使散射光集中在屏幕的法线方向。因此，位于屏幕正面的观看者可以观看到明亮的投射图像。

为了将向屏幕投射的光朝向指定的方向进行引导，而提出有使用柱面透镜以及微透镜阵列的结构(例如，参照专利文献1及专利文献2)。

专利文献1特开2001-305315号公报

专利文献2特开2003-29344号公报

使用柱面透镜的结构中，通过柱面透镜，例如，在从观看者进行观看的屏幕的水平方向上将投射光进行聚光。此时，与水平方向大致进行正交的垂直方向上，则投射光未被进行聚光。而该结构中产生下述问题，视野角度，也就是能够观看投射图像的范围与水平方向相比其垂直方向极端狭窄的问题。

另外，使用微透镜阵列的结构中，将多个微透镜元件排列为阵列状。各微透镜元件以光轴作为中心在屏幕的法线方向上将投射光折射为同心圆状。一般相对于屏幕多名的观看者多数存在于水平方向的情况较多。相对于此，多名的观看者存在于屏幕的垂直方向的状况较少。因此，具备以往技术的微透镜阵列的屏幕中，将投射光进行折射并引导至不存在观看者的不需要的方向上。其结果为，具备微透镜阵列的屏幕，由于比较难于有效地将投射光仅向存在观看者的方向进行引导，因而，产生投射图像变暗的问题。

发明内容

本发明是根据以上所述来进行的，并以提供下述屏幕及具备该屏幕的投影机为目的，上述屏幕是能够效率良好地将投射光向指定的方向进行引导，并能够得到明亮的投射图像的屏幕。

为解决上述的课题并达成目的而提供一种屏幕，如果根据第1的本发明，则该屏幕是具备由多个球面形状的透镜元件组成的透镜阵列的屏幕，其特征为，沿着通过各透镜元件大致中心的第1方向的透镜元件的第1长度和沿着下述第2方向的透镜元件的第2长度被构成为，使其第2长度比第1长度更长，上述第2方向与通过各透镜元件的大致中心的第1方向为大致正交，多个透镜元件中的任一个透镜元件的曲率中心位置，相对于与第2方向相邻接的其它透镜元件的曲率中心位置，沿着第1方向来进行配置，以使其成为第1长度的大致一半。

所谓的第2长度比第1长度更长的结构，换言之，则等同于连接垂直方向透镜元件中心的线，与连接该线上的透镜元件中相邻接的透镜元件中心的线之间水平方向的间隔，比垂直方向上相邻接的透镜元件的曲率中心位置之间的间隔更大。由于上述这种结构，与垂直方向相比，屏幕在水平方向上具有较广的放射特性。因此，相对于存在有多个观看者的水平方向，屏幕能够有效地对明亮的、光通量均匀的光进行引导。另外，有关邻接的透镜元件，通过使相互的曲率中心位置沿着第1方向仅移动第1长度的大致一半，而能够效率良好地将透镜元件进行配置。因此，能够效率良好地将投射光向指定的方向进行引导，并得到能够获得明亮的投射图像的屏幕。

另外，理想的是，根据本发明理想的形态，第2长度除以第1长度的比为1～4。通过将第2长度w除以第1长度h的比设为1～4，而能够平衡良好地确保垂直方向的视野角和水平方向的视野角。

另外，理想的是，根据本发明理想的形态，将透镜元件的透镜形成面全部被以透镜的曲率面进行覆盖时的曲率半径设为100％，其透镜元件的曲率半径比则为50～150％。因此，可以得到视野角及光利用效率同时为良好的值。更加理想的是，透镜占空因数为70～130％。因此，可以得到视野角及光利用效率同时为更加良好的值。

另外，理想的是，根据本发明理想的形态，在透镜元件的顶点附近形成有平面部，使其与光轴方向成为大致垂直。因此，在不使视野角大幅缩小的情况下，可以使正面方向的散射光增加，且提高正面方向的图像品质。

另外，理想的是，根据本发明理想的形态，在透镜元件的透镜周边部具有斜面。因此，能够进行控制以使在观看者所在频度较高的视野角范围中将图像光进行聚光。

另外，理想的是，根据本发明理想的形态，透镜元件的霾值为0～90％。因此，能够将图像光进行均匀化。

另外，理想的是，根据本发明理想的形态，透镜元件具有大致6角形形状的外形。通过将透镜元件设为大致6角形形状，而能够将透镜元件在垂直方向和水平方向上进行连续排列。因此，能够效率良好地将透镜元件进行充填配置。

另外，如果根据第2的本发明，则能够提供一种投影机，该投影机的特征为，具有下述的光源、空间光调制装置、投射光学系统及屏幕，上述光源用来供给光，上述空间光调制装置用来根据图像信号来对来自光源的光进行调制，上述投射光学系统用来将所调制的光进行投射，上述屏幕是来自投射光学系统的投射光所投射的屏幕。由于具有上述屏幕，因而，能够效率良好地将投射光向指定的方向进行引导，并可以得到明亮投射图像的投影机。

附图说明

图1是实施例1投影机的简略结构图。

图2-1是屏幕的正面图。

图2-2是屏幕的剖面图。

图3是用来说明视野角指标的图。

图4是用来说明扁平率和效率等的图。

图5-1是用来说明透镜占空因数的图。

图5-2是用来说明透镜占空因数的其它图。

图5-3是用来说明透镜占空因数的另一个其它图。

图6是用来说明透镜占空因数和效率等的图。

图7是实施例2屏幕的剖面图。

图8是用来说明初始孔径和效率等的图。

图9是实施例2的其它屏幕的剖面图。

图10是用来说明斜面和效率等的图。

图11是用来说明霾值和效率等的图。

附图符号说明

10超高压水银灯，15积分器，20偏振转换元件，100屏幕，106R、106G分色镜，107反射镜，108中继透镜，110R、110G、110B各色光用空间光调制装置，112十字分色棱镜，112a、112b分色膜，114投射透镜，120投影机，200透镜元件，201透镜，700屏幕，701平面部，901斜面

具体实施方式

接下来，根据附图来对涉及本发明的屏幕及具备该屏幕的投影机的实施例进行详细说明。并且，本发明不限定于该实施例。

实施例1

图1表示投影机120的简略结构，该投影机具备涉及本发明透射型的屏幕100。投影机120是背投式投影机，其具备后述的透射型屏幕100。首先，对投影机120的结构进行说明。

作为光源的超高压水银灯10，用来供给包括第1色光的R光、第2色光的G光及第3色光的B光的光。积分器15用来将来自超高压水银灯10的光的照度分布进行均匀化。经照度分布均匀化的光，以偏振转换元件20来转换为具有特定振动方向的偏振光，例如s偏振光。被转换为s偏振光的光入射到构成色分离光学系统的R光透射分色镜106R中。接下来，有关R光进行说明。R光透射分色镜106R使R光进行透射，使G光及B光进行反射。透射过R光透射分色镜106R的R光入射到反射镜107中。反射镜107将R光的光程进行90度弯曲。被弯曲光程的R光入射到根据图像信号来调制作为第1色光的R光的第1色光用空间光调制装置110R中。第1色光用空间光调制装置110R是根据图像信号来对R光进行调制的透射型液晶显示装置。并且，即使透过分色镜，也由于光的偏振方向不进行变化，因而，入射到第1色光用空间光调制装置110R的R光仍为s偏振光的状态。

第1色光用空间光调制装置110R按照从入射侧的顺序，由λ/2相位差板、第1偏振板、液晶面板及第2偏振板而构成。入射到第1色光用空间光调制装置110R中的s偏振光，通过λ/2相位差板被转换为p偏振光。被转换为p偏振光的R光，原封不动地透过第1偏振板，并入射到液晶面板中。入射到液晶面板中的p偏振光，通过根据图像信号的调制，使R光被转换为s偏振光。通过液晶面板的调制，被转换为s偏振光的R光从第2偏振板进行射出。按照以上所述，以第1色光用空间光调制装置110R来调制的R光，入射到作为色合成光学系统的十字分色棱镜112中。

接下来，有关G光进行说明。以R光透射分色镜106R来进行反射的，G光和B光将其光程进行90度弯曲。经弯曲光程的G光和B光，入射到B光透射分色镜106G中。B光透射分色镜106G使G光进行反射，并使B光进行透射。以B光透射分色镜106G来反射的G光，入射到根据图像信号来对作为第2色光的G光进行调制的第2色光用空间光调制装置110G中。第2色光用空间光调制装置110G是根据图像信号来对G光进行调制的透射型液晶显示装置。第2色光用空间光调制装置110G按照从入射侧的顺序，由第1偏振板、液晶面板及第2偏振板而构成。

第2色光用空间光调制装置110G中所入射的G光被转换为s偏振光。入射到第2色光用空间光调制装置110G的s偏振光，原封不动地透过第1偏振板，并入射到液晶面板。入射到液晶面板中的s偏振光，通过根据图像信号的调制，使G光转换为p偏振光。通过液晶面板的调制，来转换为p偏振光的G光从第2偏振板进行射出。按照以上所述，以第2色光用空间光调制装置110G来调制的G光，入射到作为色合成光学系统的十字分色棱镜112中。

接下来，有关B光进行说明。透射过B光透射分色镜106G的B光，经过2片中继透镜108和2片反射镜107，入射到第3色光用空间光调制装置110B中，该第3色光用空间光调制装置110B是根据图像信号来对作为第3色光的B光进行调制的。第3色光用空间光调制装置110B是根据图像信号来对B光进行调制的透射型液晶显示装置。

并且，使B光经过中继透镜108的原因是，由于B光的光程长度比R光及G光的光程长度更长。通过使用中继透镜108，而能够将透射过B光透射分色镜106G的B光，原封不动地向第3色光用空间光调制装置110B进行引导。第3色光用空间光调制装置110B按照从入射侧的顺序，由λ/2相位差板、第1偏振板、液晶面板及第2偏振板而构成。并且，第3色光用空间光调制装置110B的结构，由于与上述的第1色光用空间光调制装置110R的结构相同，因而，其详细说明进行省略。

第3色光用空间光调制装置110B中所入射的B光被转换为s偏振光。入射到第3色光用空间光调制装置110B中的s偏振光，通过λ/2相位差板被转换为p偏振光。被转换为p偏振光的B光，原封不动地透射第1偏振板，并向液晶面板进行入射。入射到液晶面板的p偏振光，通过根据图像信号的调制，使B光被转换为s偏振光。由于液晶面板的调制而转换为s偏振光的B光从第2偏振板进行射出。以第3色光用空间光调制装置来调制的B光，入射到作为色合成光学系统的十字分色棱镜112中。如以上所述的，构成色分离光学系统的R光透射分色镜106R和B光透射分色镜106G将超高压水银灯10色所供给的光分离为第1色光的R光、第2色光的G光及第3色光的B光。

作为色合成光学系统的十字分色棱镜112，使2个分色膜112a、112b进行正交来配置为X字形而构成。分色膜112a将B光进行反射，并让G光进行透射。分色膜112b将R光反射，并让G光透射。如以上所述，十字分色棱镜112将分别以第1色光用空间光调制装置110R、第2色光用空间光调制装置110G及第3空间光调制装置110B调制的R光、G光及B光进行合成。投射透镜114将以十字分色棱镜112来合成的光投射到屏幕100上。

并且，如以上所述，从第1色光用空间光调制装置110R及第3色光用空间光调制装置110B向十字分色棱镜112进行入射的光，被进行设定以使其成为s偏振光。另外，从第2色光用空间光调制装置110G向十字分色棱镜112进行入射的光，被进行设定以使其成为p偏振光。按照以上所述在向十字分色棱镜112进行入射光的偏振方向上附加差异的原因是，为了在十字分色棱镜112中有效地将各色光用空间光调制装置所射出的光进行合成。一般，分色膜112a、112b其s偏振光的反射特性上比较突出。因此，将应该以分色膜112a、112b来反射的R光及B光设为s偏振光，将应该透射分色膜112a、112b的G光设为p偏振光。

经色合成的光向投射透镜114进行入射。投射透镜114具有将经色合成的光进行放大并将其向屏幕100进行投射的功能。来自投射透镜114的光，通过反射镜121将其光程在图1中向水平方向进行转换。经转换光程的光向菲涅耳透镜122进行入射。菲涅耳透镜122将所入射的光转换为大致平行光并将其射出。被转换为大致平行光的光向屏幕100进行入射。

图2-1表示从形成有透镜201侧来观看屏幕100的结构。另外，图2-2表示A-A剖面的结构。屏幕100由多个透镜元件200组成的微透镜阵列来构成。另外，透镜201是具有指定曲率半径的球面透镜。此处，在观看者OBS对投影机120进行观看时，分别将第1方向设为垂直方向(x轴方向)，将第2方向设为水平方向(y轴方向)。此时，下述的第1长度h和第2长度w被构成为，使其第2长度w变为比第1长度更长，上述第1长度h是通过各透镜元件200的大致中心且沿着垂直方向的，上述第2长度w是通过各透镜元件200的大致中心且沿着水平方向的。另外，多个透镜元件的任意一个的各透镜元件曲率中心位置R1，相对于与水平方向相邻接的其它透镜元件的曲率中心位置R2，沿着垂直方向以第1长度h的大致一半(＝h/2)地配置。

所谓的第2长度w比第1长度h更长的结构，换言之，即是等同于，连接垂直方向透镜元件中心的A-A线与邻接的B-B线之间水平方向的间隔w，比垂直方向上邻接的透镜元件曲率中心位置R1之间的间隔h更大。由于上述这种结构，而使屏幕100与垂直方向相比，在水平方向上具有较宽的放射特性。因此，屏幕100能够相对于存在有多个观看者OBS的水平方向，对来自菲涅耳透镜122的光作为明亮且均匀的光通量来有效地进行引导。

另外，透镜元件200是大致6角形形状，被连续排列在垂直方向和水平方向上。邻接的列之间被错开1/2间距来进行配置。此处，将第1长度h设为1个间矩。例如，在图2-1中，以A-A线来表示的列和上述这些列中所夹的以B-B线来表示的列，仅使各透镜元件200移动1/2间矩，即是h/2来进行配置。因此，能够高效率地将透镜元件200进行配置。

另外，理想的是，透镜元件200以其第2长度w来除以第1长度h的比为1～4。此处，有关视野角指标使用图3来进行说明。图3的纵轴表示任意的亮度值，横轴表示相对于屏幕100的法线(正面0度)的角度。实线表示了水平方向的视野角分布，虚线表示了垂直方向的视野角分布。将朝向屏幕的法线方向前行光的最大亮度设为基准强度。将等于基准强度的1/2强度的光进行放射的最大角度设为视野角指标α。与此相同，将等于基准强度的1/3强度的光进行放射的最大角度设为视野角指标β，将等于基准强度的1/10强度的光进行放射的最大角度设为视野角指标γ。

另外，将以第2长度w除以第1长度h的比的倒数定义为扁平率。图4合并表示了使第1长度h与第2长度w之间的比率产生变化时的视野角指标α和光利用效率。由于垂直方向的比率的增大，则垂直方向的视野角进行增大，而光利用效率则减小。按照以上所述，可以通过透镜元件200的垂直方向及水平方向的比率，即扁平率来对图像光的垂直方向及水平方向的放射特性(散射度)进行调整。如以上所述，通过将以第2长度w除以第1长度h的比设为1～4，则能够平衡良好地来确保垂直方向的视野角和水平方向的视野角。更加理想的是，作为屏幕100的条件，图像光的利用效率为73％或以上，垂直方向的视野角α＝12度或以上。

接下来，有关透镜占空因数和屏幕特性进行说明。在透镜201的曲率半径R和透镜间矩之间的关系中，将下述状况定义为透镜占空因数100％，上述状况是使曲率半径R产生变化，透镜201进行重合，其整面被以微透镜阵列来覆盖时的状况。也就是说，透镜占空因数100％的状态中，透镜元件200上根本不存在平面部分。将此时的曲率半径作为基准，并以使曲率半径R产生变化时的曲率半径比来对透镜占空因数进行定义。

图5-1、图5-2及图5-3分别表示透镜占空因数100％、95％及97.5％时的曲率半径R及透镜直径φ的示例。曲率半径R及透镜直径φ均以微单位来进行表示。透镜占空因数为100％时，则透镜元件200的曲率半径R为41.06，透镜直径φ为82.13。透镜占空因数为95％时，则透镜元件200的曲率半径R为39.08，透镜直径φ为78.17。透镜占空因数为97.5％时，则透镜元件200的曲率半径R为40.07，透镜直径φ为80.15。

理想的是，将透镜元件200的透镜形成面被以透镜201的曲率面来全部覆盖时的曲率半径设为100％，则透镜201的曲率半径比为50～150％。图6表示透镜占空因数和视野角特性之间的关系，由图6可以知道，视野角特性在透镜占空因数100％附近最大。透镜占空因数为50～150％，更加理想的是70～130％。因此，可以同时在视野角及光利用效率两方面上得到良好的值。并且，本实施例中，如以上所述透镜元件200的外形形状为6角形。此处，如改变透镜占空因数，则邻接的透镜元件200之间的重合量将产生变化。因此，透镜元件的外形不限于6角形形状，根据透镜占空因数，能够采用例如，圆形、大致8角形及矩形形状等各种形状。

实施例2

图7表示涉及实施例2的屏幕700的剖面结构。在透镜元件的顶点附近形成有与作为光轴的z轴方向成为大致垂直的平面部701。图8表示平面部701的大小(＝初始孔径及横轴)与视野角特性之间的关系。理想的是，平面部701的大小为各个透镜元件的透镜直径的1～20％，更加理想的是3～10％程度。因此，其结果为，在不使视野角变窄较多的情况下，可以使正面方向的散射光增加，并可以提高正面方向的图像品质。

另外，如图9所示，也可以在透镜元件的透镜周边部上来形成斜面901。如图10所示，与不设置以曲线D来表示的斜面901时进行比较，而已设置以曲线C来表示的斜面901时，则使光的利用效率得以提高。因此，通过在透镜元件的周边部上来形成斜面901，而能够进行控制以使在观看者OBS所在频度较高的视野角范围中将图像光进行聚光。

另外，理想的是，将透镜元件的霾值设为0～90％。图11表示霾值与效率及视野角之间的关系。所谓霾值，即是将入射光原封不动进行透射时定义为0％，将使入射光全部进行散射时定义为100％。霾值能够通过将透镜表面设为粗糙面，或者将散射剂加入在透镜元件中来进行控制。因此，能够将图像光进行均匀化。

上述实施例的屏幕能够以下述的制造方法来进行制造。该方法为，以机械加工来形成所希望形状的模具，并在树脂材料上以复制的方法、溅射法、蒸镀法以及CVD等来作成掩模，在合成石英基板上通过旋转涂覆法及喷涂法来形成抗蚀膜后，通过光刻技术来作成掩模开口部。开设掩模开口部后，将基板浸泡在氢氟酸溶液中，从掩模开口部以各向同性蚀刻来实行蚀刻，形成透镜形状。以该玻璃基板为模型，采用复制的方法等。

如以上所说明的，如果根据本发明，则能够通过将透镜元件的垂直及水平方向的大小、透镜占空因数进行更改，并对朝向屏幕的垂直及水平方向的放射角进行控制，来以较高的光利用效率将所指定量的光向所需的方向进行照射，在所指定的区域中得到明亮且均匀的图像。另外，投影机的光源也可以使用发光二极管。进一步，透镜面也可以形成在屏幕的观看者一侧。

如以上所述，涉及本发明的屏幕适合于投影机，特别是具备透射型屏幕的背投式投影机。

Claims

1.一种具备由多个球面形状透镜元件构成的透镜阵列的屏幕，其特征为，

沿着通过上述各透镜元件的基本中心的第1方向的上述透镜元件的第1长度，和

沿着通过上述各透镜元件基本中心、与上述第1方向基本正交的第2方向的上述透镜元件的第2长度，

被构成为使上述第2长度比上述第1长度长，

多个上述透镜元件中的任意1个上述各透镜元件的曲率中心位置，相对于邻接于上述第2方向的另外的上述透镜元件的曲率中心位置，配置为沿着上述第1方向成为上述第1长度的基本一半。

2.根据权利要求1所述的屏幕，其特征为，

以上述第2长度除以上述第1长度的比为1～4。

3.根据权利要求1所述的屏幕，其特征为，

将上述透镜元件的透镜形成面以透镜的曲率面全部覆盖时的曲率半径设为100％，则上述透镜元件的曲率半径比为50～150％。

4.根据权利要求1所述的屏幕，其特征为，

在上述透镜元件的顶点附近形成有与光轴方向基本垂直的平面部。

5.根据权利要求1所述的屏幕，其特征为，

在上述透镜元件的透镜周边部具有斜面。

6.根据权利要求1所述的屏幕，其特征为，

上述透镜元件的霾值为0～90％。

7.根据权利要求1所述的屏幕，其特征为，

上述透镜元件具有基本6角形形状的外形。

8.一种投影机，其特征为，具有：

光源，供给光；

空间光调制装置，根据图像信号对来自上述光源的光进行调制；

投射光学系统，将上述已调制的光进行投射；和

来自上述投射光学系统的投射光所投射的屏幕，

上述屏幕是权利要求1～7中的任一项中所述的屏幕。