投影機的製作方法
2023-10-09 01:44:29
專利名稱：投影機的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用液晶顯示面板及其他顯示元件投影圖像的投影機。
背景技術：
在具有由離散的像素構成的顯示元件的投影機中，存在組裝入將由開關型相位調製光學元件和光學透明的雙折射介質構成的顫動元件多個層疊的結構的光學裝置的投影機，其中該開關型相位調製光學元件由光學透明的強電介液晶等構成(特願平7-36054號公報)。
在這樣的投影機中，通過在1幀中切換相位調製光學元件的動作，而在正交方向交替地切換通過雙折射光學元件的光的偏振方向。由此，由於在1幀中切換經過相位調製光學元件和雙折射介質而出射的光的光路，可以填補像素的間隙，所以可以將由離散的像素構成的顯示元件的圖像作為無接縫的連續的畫面進行投影。
但是，在上述投影機中，由於在1幀期間中切換而驅動相位調製光學元件，所以不容易確保相位調製光學元件的穩定的工作，相位調製光學元件、其驅動電路等成本高，或者容易產生所得到的圖像不穩定的傾向。
另外，在上述投影機中，由於不能避免某種程度以上的透過率降低，也不能避免透過率不均的發生，所以不可避免地會發生投影圖像的亮度降低、亮度不均等。
發明內容
因此，本發明的目的旨在提供能夠以穩定的狀態形成接縫不明顯的平滑畫質的投影圖像並且能夠切換而顯示平滑的畫質的投影圖像和高解析度的投影圖像的投影機。
另外，本發明的目的旨在提供能夠形成亮度降低、亮度不均等較少的投影圖像的投影機。
為了解決上述問題，本發明的投影機具備投影光學系統，其使來自顯示裝置的像光成像；第1雙折射光分支元件，其在顯示裝置的前方側，將基準方位設定為繞入射光束的中心軸的規定方向而配置；以及第2雙折射光分支元件，其具有與第1雙折射光分支元件對應的光分支特性，並且被配置在第1雙折射光分支元件的前後任意一方，並通過繞中心軸的旋轉位置的設定而能夠在將基準方位設為繞中心軸的規定方向的第1狀態和將基準方位設為與該規定方向相對的相反方向的第2狀態之間進行狀態的切換。在這裡，關於第1雙折射光分支元件的配置，所謂「顯示裝置的前方側」指顯示裝置的投影光學系統側，指第1雙折射光分支元件配置在從顯示裝置到投影光學系統的像光的光路上。另外，關於第2雙折射光分支元件的配置，所謂「第1雙折射光分支元件的前後任意一方」指第1雙折射光分支元件的前方側或後方側，即第1雙折射光分支元件的投影光學系統側或顯示裝置側。
在上述投影機中，由於具有與第1雙折射光分支元件對應的光分支特性的第2雙折射光分支元件的狀態能夠在將基準方位設為繞中心軸的規定方向的第1狀態和將基準方位設為與該規定方向相對的相反方向的第2狀態之間進行切換，所以在第1狀態中，第1和第2雙折射光分支元件協作，與單獨的情況相比，能夠將來自顯示裝置的像光分支2倍的量。即，例如設想與第1雙折射光分支元件的前方側相鄰而配置第2雙折射光分支元件的情況，由於像光中作為常光通過第1雙折射光分支元件的光進而也作為常光通過第2雙折射光分支元件，像光中作為分支到規定方向的異常光通過第1雙折射光分支元件的光進而也作為分支到相同方向的異常光通過第2雙折射光分支元件，所以能夠使異常光相對常光以所期望的位置偏移量進行分支。在這種情況下，由於不必須將入射到第1和第2雙折射光分支元件的像光的偏振面對每一幀進行切換，所以能夠穩定地保持像光的分支狀態。即，即使是顯示裝置具有由黑矩陣(黑底)等隔開的離散的像素的情況，利用第1和第2雙折射光分支元件的特性設定，也可以發生填補像素的間隙那樣的像素偏移(錯位)，可以以穩定的狀態投影無接縫或接縫不明顯的連續而平滑的圖像，並且可以形成亮度降低、亮度不均等較少的投影圖像。
另一方面，在將第2雙折射光分支元件設為第2狀態的情況下，第1和第2雙折射光分支元件協作，使得來自顯示裝置的像光的分支相互抵消。即，由於像光中作為常光通過第1雙折射光分支元件的光也作為常光通過第2雙折射光分支元件，像光中作為分支到規定方向的異常光通過第1雙折射光分支元件的光，作為分支到相反方向的異常光通過第2雙折射光分支元件，所以結果能夠使異常光返回到與常光相同的光路，成為像素偏移被消除了的狀態。如果對以上進行總結，則能夠以穩定的狀態切換並顯示平滑的畫質的投影圖像和高解析度的投影圖像。
另外，在本發明的具體方式的投影機中，顯示裝置是由來自照明裝置的照明光被照明的光調製裝置，該光調製裝置具有用周期的部分區域限制像光的射出的黑矩陣部分，第1和第2雙折射光分支元件是與中心軸的方向有關地具有與黑矩陣部分的配置和形狀對應的厚度的雙折射板。在這種情況下，可以將由非發光型的光調製裝置形成的圖像投影到屏幕等，通過兩個雙折射光分支元件的折射率特性、尺寸等的設定，分支後的像光之間的內插適當，使得在光調製裝置中設置的黑矩陣部分不明顯。
另外，在本發明的另一具體方式中，還具備偏振狀態調節部件，其與規定方向的成分和相對於該規定方向的正交方向的成分的分配有關地調節入射到第1雙折射光分支元件的像光的偏振狀態。在這種情況下，可以根據上述分配比較正確地調節由第1和第2雙折射光分支元件分支的像光的強度比，從而可以使由兩個雙折射光分支元件進行的像光的分支成為所期望的強度比(例如1∶1)。
另外，在本發明的另一具體方式中，偏振狀態調節部件具有波長板，並且通過該波長板的基準方位的繞中心軸的旋轉位置的設定，調節像光的偏振狀態。在這種情況下，通過波長板的旋轉位置的設定這樣的簡單操作，可以將入射到兩個雙折射光分支元件的像光的偏振狀態調節為所期望的狀態。
另外，在本發明的另一具體方式中，還具備控制單元，其通過將第2雙折射光分支元件在第1和第2狀態之間進行切換而驅動，來改變像光的分支的有無。在這種情況下，可以根據輸入到投影機的信號的種類(模擬、數字等)、使用者所進行的畫質調整等任意的操作、從顯示裝置射出的光的特性(偏振、顏色等)等，自動地將投影圖像設定為適當的狀態。
另外，在本發明的另一具體方式中，顯示裝置包含為各色設置並單獨地被照明的多個光調製裝置，並且還具備將由該光調製裝置調製後的光合成而使其射出的光合成部件。在這種情況下，即使是各光調製裝置具有離散的像素的情況，通過使兩個雙折射光分支元件適當動作而填補像素的間隙並直接投影，能夠以穩定的狀態切換而投影無像素接縫或像素接縫不明顯的連續的彩色圖像或高解析度的彩色圖像。
另外，在本發明的另一具體方式中，第1和第2雙折射光分支元件，在光合成部件的前方側沿光路順序配置。在這裡，所謂「光合成部件的前方側」指光合成部件的投影光學系統側，指兩個雙折射光分支元件配置在從光合成部件到投影光學系統的像光的光路上。在這種情況下，僅設置1組第1和第2雙折射光分支元件，就能夠以穩定的狀態投影無像素接縫或像素接縫不明顯的連續的彩色圖像。
另外，在本發明的另一具體方式中，第1和第2雙折射光分支元件，在上述多個光調製裝置的各自的前方側、光合成部件的後方側，沿各色的光路分別順序配置。在這裡，所謂光調製裝置的前方側，指光調製裝置的光合成部件側，所謂光合成部件的後方側，指光合成部件的光調製裝置側，結果，兩個雙折射光分支元件配置在從光調製裝置到光合成部件的像光的光路上。在這種情況下，可以對各色單獨地消除像素的接縫或者可以調節其程度，可以使投影機所進行的彩色圖像的表現多樣化。
圖1是說明第1實施方式的投影機的光學系統的圖示；圖2A是示出液晶光閥的結構的剖面圖，圖2B是示出液晶光閥的一部分等的結構的透視圖；圖3A～圖3D是說明構成裝置主要部分的光學元件的配置的圖示；圖4A、4B是概括地說明BM消除單元的作用的圖示；圖5A、5B是概括地說明BM消除單元的作用的圖示；圖6A～6C是具體說明第1單元的功能的圖示；圖7是具體說明λ/2相位差板的功能的圖示；圖8是說明第2實施方式的投影機的圖示；圖9A～9D是具體說明第1單元的功能的圖示；圖10A、10B是具體說明λ/2相位差板的功能的圖示；以及圖11是說明第3實施方式的投影機的光學系統的圖示。
具體實施例方式下面，參照
本發明的第1實施方式的投影機的結構。
圖1是說明第1實施方式的投影機的光學系統的圖示。投影機10具備發生光源光的光源裝置21、將來自光源裝置21的光源光分割為RGB 3色的光分割光學系統23、由從光分割光學系統23射出的各色的照明光照明的光調製部25、將來自光調製部25的各色的像光合成的光合成光學系統27、在其操作狀態中對由光合成光學系統27合成的像光進行一種光學的低通濾波處理的BM消除單元28和作為用於將經過BM消除單元28的像光投影到屏幕(未示出)的投影光學系統的投影透鏡29。此外，投影機10具備對組裝到光調製部25內的各色的顯示裝置(後面詳細描述)發生驅動信號的圖像處理部40和通過使上述光源裝置21、BM消除單元28、圖像處理部40等適當動作而總括地控制裝置全體的控制裝置50。
光源裝置21具備光源燈21a、一對複眼光學系統21b和21c、偏振變換部件21d和重疊透鏡21e。在這裡，光源燈21a由例如高壓水銀燈構成，具備用於使光源光平行的凹面鏡。另外，一對複眼光學系統21b和21c由矩陣狀地配置的多個要素透鏡構成，並通過這些要素透鏡分割來自光源燈21a的光源光而單獨地使其聚光·發散。偏振變換部件21d將從複眼21c射出的光源光僅變換為與圖1的紙面平行的P偏振光成分而供給下一級光學系統。重疊透鏡21e將經過偏振變換部件21d的照明光作為整體適當會聚，而使得各色的顯示裝置的重疊照明成為可能。即，經過兩個複眼光學系統21b、21c和重疊透鏡21e的照明光經由以下詳細描述的光分割光學系統23，而均勻地對設置在光調製部25中的各色的顯示裝置即各色的液晶光閥25a～25c重疊照明。
光分割光學系統23具備第1和第2分色鏡23a及23b、3個物鏡23f～23h和反射鏡23i、23j、23k，並與光源裝置21一起構成照明裝置。第1分色鏡23a反射RGB 3色中的R光而透過G光和B光。另外，第2分色鏡23b反射GB 2色中的G光而透過B光。在該光分割光學系統23中，由第1分色鏡23a反射的R光經由反射鏡23i入射到用於調節入射角的物鏡23f，通過第1分色鏡23a而由第2分色鏡23b反射的G光也入射到同樣的物鏡23g。此外，通過第2分色鏡23b的B光經由用於補償光路差的中繼透鏡LL1、LL2和反射鏡23j、23k而入射到用於調節入射角的物鏡23h。
光調製部25具備分別作為調製單元或光調製裝置的3個液晶光閥25a～25c和以挾持各液晶光閥25a～25c的方式配置的3組偏振濾光器25e～25g。由第1分色鏡23a反射的R光通過物鏡23f入射到液晶光閥25a。透過第1分色鏡23a而由第2分色鏡23b反射的G光通過物鏡23g入射到液晶光閥25b。透過第1和第2分色鏡23a、23b兩者的B光通過物鏡23h入射到液晶光閥25c。各液晶光閥25a～25c是利用偏振方向的旋轉調製入射的照明光的空間的強度分布的光調製型的顯示裝置，分別入射到各液晶光閥25a～25c的3色光(在圖示的情況下是P偏振光)根據作為電信號輸入到各液晶光閥25a～25c的驅動信號或圖像信號被調製。這時，通過偏振濾光器25e～25g調整入射到各液晶光閥25a～25c的照明光的偏振方向，並且從各液晶光閥25a～25c射出的調製光獲取規定的偏振方向(在圖示的情況下是S偏振光)的調製光。
圖2A是主要示出液晶光閥25a的結構的概略剖面圖，圖2B是示出液晶光閥25a的一部分等的結構的概略透視圖。液晶光閥25a具備挾持液晶層81的透明的射出側基板82和透明的入射側基板83，此外，在它們的外側具備利用光學粘著劑粘貼的射出側蓋板84和入射側蓋板85。在入射側基板83的液晶層81側的面上，設置有透明的公共電極86。另一方面，在射出側基板82的液晶層81側的面上，設置有薄膜電晶體87和透明的像素電極88。薄膜電晶體87設置在矩陣狀地配置的多個像素電極88的周邊，並與像素電極88電連接。各像素由1個像素電極88、公共電極86和夾在它們之間的液晶層81構成。在入射側基板83與公共電極86之間，以區分各像素的方式設置有格子狀的黑矩陣(遮光部)89。該黑矩陣89雖然具有遮斷光向薄膜電晶體、布線等的入射的功能，但是，結果形成在像素間延伸的格子狀的暗部，而成為圖像粗糙的原因。關於處置的方法，後面描述。射出側基板82和入射側基板83進而具備用於使構成液晶層81的液晶分子排列的取向膜(未示出)。具有上述結構的液晶光閥25a稱為有源矩陣型的液晶裝置。此外，本實施方式的液晶光閥25a是TN模式的液晶裝置，以射出側基板82側的液晶分子的排列方向與入射側基板83側的液晶分子的排列方向成為約90度的角度的方式，形成取向膜。
入射側蓋板85、射出側蓋板84是為了通過使液晶光閥25a的表面的位置從圖1所示的投影透鏡29的後焦點位置偏離而使附著在液晶光閥25a的表面上的灰塵在投影畫面上不明顯而設置的。在本實施方式中，雖然蓋板85、84分別粘貼在入射側基板83和射出側基本82上，但是，也可以代之通過增大基板83、82本身的厚度來使基板83、82本身具有這樣的功能。另外，由於這些蓋板85、84對調製的功能沒有影響，所以可以省略，也可以僅設置其中的任意一方。
此外，在入射側基板83和入射側蓋板85之間，可以配置例如微透鏡陣列。這樣的微透鏡陣列具有分別使光會聚到各像素的多個微透鏡，可以提高光的利用效率。
另外，在圖2A、2B中，黑矩陣89的配置是模式化的，實際上，黑矩陣89存在作為遮光膜形成在射出側基板82和入射側基板83的任意一方的情況和使分別設置在兩個基板82、83的遮光膜組合而形成的情況。
以上，雖然說明了R光用的液晶光閥25a的結構，但是，其他色的液晶光閥25b、25c也具有同樣的結構，因而省略對它們的說明。
返回到圖1，交叉分色稜鏡27是光合成部件，是以使R光反射用的電介質多層膜27a與B光反射用的電介質多層膜27b正交的狀態內置它們的部件，其由電介質多層膜27a反射來自液晶光閥25a的R光而使其向行進方向右側射出，通過電介質多層膜27a、27b使來自液晶光閥25b的G光直線行進·射出，由電介質多層膜27b反射來自液晶光閥25c的B光而使其向行進方向左側射出。這樣，由交叉分色稜鏡27合成的合成光通過BM消除單元28入射到投影透鏡29。
BM消除單元28具備對入射的像光能夠執行一種光學的低通濾波處理的光學單元28a和用於使組裝在該光學單元28a中的光學部件繞光軸適當旋轉而使光學單元28a適當地動作的調節器28d～28f。在這裡，光學單元28a具備用於使從交叉分色稜鏡27射出的像光的偏振方向旋轉期望量的λ/2相位差板28h、利用雙折射作用對像光的光路進行分支而以通常固定的狀態使用的第1雙折射板28i和用於利用雙折射作用根據狀況對像光的光路輔助地進行分支而以通常可動的狀態使用的第2雙折射板28j。其中，各λ/2相位差板28h作為用於通過其自身的旋轉位置的設定調節像光的偏振狀態即偏振面的方向的偏振狀態調節部件起作用。另外，第1雙折射板28i作為根據像光的偏振狀態對像光進行分支而部分地使像素偏移發生的第1雙折射光分支元件起作用。此外，第2雙折射板28j作為在第1狀態下與第1雙折射板28i協作並進而對特定偏振方向的像光進行分支而使填補像素的間隙那樣的像素偏移完成的第2雙折射光分支元件起作用。此外，第2雙折射板28j在第2狀態下以抵消第1雙折射板28i的作用的方式進行動作，如同不存在BM消除單元28那樣以無像素偏移的狀態使像光通過。兩個雙折射板28i、28j通過加工例如水晶、鈮酸鋰、方解石、藍寶石等材料而製造成。此外，調節器28f與控制裝置50一起作為用於設定是否消除黑矩陣的控制單元起作用。即，通過利用調節器28f在第1狀態和第2狀態之間切換第2雙折射板28j，可以由BM消除單元28進行是否進行利用像光的分支的像素偏移的狀態設定。此外，調節器28d是為了將在進行像素偏移時被分支的像光的強度比調整為目標值而利用的，調節器28e是為了改變進行像素偏移的方向的設定而利用的。
圖3A～3D是說明λ/2相位差板28h、以及第1和第2雙折射板28i、28j的配置的圖示。在圖3A～圖3D中，與紙面垂直的Z方向成為圖1的投影機10的光軸方向(即，作為像光的入射光束的中心軸的方向)，X方向相當於投影畫面的橫向，Y方向相當於投影畫面的縱向。X、Y、Z方向分別相互垂直。其中，圖3A表示λ/2相位差板28h的基準方位SD1，其與光學軸對應，圖3B表示第1雙折射板28i的基準方位SD2，其相當於光學軸相對與紙面垂直的光軸傾斜的方位。另外，圖3C表示被設定為第1狀態的第2雙折射板28j的基準方位SD4，其相當於光學軸相對光軸傾斜的方位，圖3D表示被設定為第2狀態的第2雙折射板28j的基準方位SD4。由圖可知，λ/2相位差板28h的基準方位SD1相對於水平的0°的方向構成22.5°的角度，可以使從交叉分色稜鏡27射出的S偏振光、P偏振光等旋轉45°而成為45°傾斜狀態的偏振光。另外，第1雙折射板28i的基準方位SD2相對於水平的0°的方向構成90°的角度，而可以相對於沿光軸直線傳輸的常光將異常光向Y方向進行分支。此外，第2雙折射板28j在該第1狀態下，基準方位SD4相對於水平的0°的方向構成90°的角度，而可以相對於沿光軸直線傳輸的常光將異常光向+Y方向進行分支，在該第2狀態下，基準方位SD4相對於水平的0°的方向構成-90°的角度，而可以相對於沿光軸直線傳輸的常光將異常光向-Y方向進行分支。即，第2雙折射板28j在第1狀態和第2狀態下具有向相反方向進行光分支或光路轉移的作用。在這樣的第1狀態和第2狀態的切換中，第2雙折射板28j只要使其基準方位SD4旋轉180°即可。即，由於這時僅使第2雙折射板28j旋轉即可進行切換，所以，與使第1雙折射板28i滑動而從光路上退避的情況相比，容易實現投影機10的小型化。另外，由於將第1和第2雙折射板28i、28j總是配置在光路上，所以，可以在畫質切換時使投影透鏡29的投影狀態保持固定。
圖4A、4B是概括地說明BM消除單元28的作用的圖示。首先，圖4A示出BM消除單元28的光學單元28a內的部件的配置關係，圖4B是說明BM消除單元28內的各位置的圖像處理的圖示。從交叉分色稜鏡27射出的像光是將來自各液晶光閥25a～25c(參見圖1)的RGB光合成後的像光，在直接進行投影時，在配置到投影透鏡29的前方側的屏幕上形成由多個2維排列的像素PX0和在各像素PX0之間格子狀地形成的黑矩陣區域BA構成的圖像IM1。另外，通過第1雙折射板28i的像光由λ/2相位差板28h將偏振方向繞光軸OA適當旋轉並由第1雙折射板28i將像光的一部分向上側的Y方向進行分支，在直接投影該部分時，在屏幕上形成由多個2維排列的像素PX0和與該分支像對應的像素PX1以及黑矩陣區域BA構成的圖像IM2。此外，由分支形成的像素PX1是使與常光對應的像素X0在Y方向移動移位量ΔSH的像素偏移像，作為這樣的像素的重疊的結果，黑矩陣區域BA在Y方向的寬度(即，在X方向延伸的線的寬度)減小。在圖示的例子中，將分支像的移位量設為黑矩陣區域BA的寬度的約一半左右，但是，並不限於此，可以將移位量設為小於等於或大於等於黑矩陣區域BA的1/2寬度。此外，通過被設定為第1狀態的第2雙折射板28j的像光是由第1雙折射板28i分支的像光部分進而在Y方向被分支的像光，在屏幕上形成由原像素PX0和與其分支像對應的像素PX2以及黑矩陣區域BA構成的圖像IM3。此外，由分支形成的像素PX3是使與常光對應的像素X0的分支像在Y方向移動移位量2ΔSH的像素偏移像，作為這樣的像素的重疊的結果，像素看起來放大，且在黑矩陣區域BA的格子中Y方向的寬度進一步減小。在圖示的例子中，將由各雙折射板28i、28j所引起的分支像的移位量設為黑矩陣區域BA的寬度的約一半左右，黑矩陣區域BA的格子中Y方向的寬度實際上不存在。但是，可以將由各雙折射板28i、28j所引起的分支像的移位量設為小於等於或大於等於黑矩陣區域BA的1/2寬度。即，像素的最終移位量不限於與黑矩陣區域BA的格子線寬度相等，其是大於等於或小於等於該線寬度的任意量，將由各雙折射板28i、28j所引起的分支像的移位量均設為「任意的最終移位量」的一半。即，通過原像素PX0的適當的分支和重疊，可以在Y方向適當填補黑矩陣區域BA，從而可以使格子狀的黑矩陣從由投影透鏡29最終投影到屏幕上的圖像中大幅度地消除而抑制圖像的粗糙感。
圖5A、5B是概括地說明將第2雙折射板28j從第1狀態切換為第2狀態時的BM消除單元28的作用的圖示。圖5A示出BM消除單元28的光學單元28a內的部件的配置關係，圖5B是說明BM消除單元28內的各位置的圖像處理的圖示。這時，到通過第1雙折射板28i為止，與圖4A、4B的情況一樣，但是，通過從旋轉角0°的第1狀態切換為旋轉角180°的第2狀態的第2雙折射板28j的像光是其曾由第1雙折射板28i分支的像光返回到-Y方向的像光。結果，在屏幕上形成由使該分支像與原像素PX0重疊後的像光和黑矩陣區域BA構成的圖像，即與原始圖像IM1相同的圖像IM3′。即，由第2雙折射板28j消除由第1雙折射板28i所引起的最初的像素PX0的分支，由投影透鏡29最終投影到屏幕上的圖像成為原黑矩陣清晰殘留的高解析度的投影圖像。
圖6A～圖6C是具體地說明BM消除單元28中前一級的λ/2相位差板28h和第1雙折射板28i的功能的圖示。如圖6A所示，入射到BM消除單元28之前的像光由S偏振狀態的R光、G光和B光構成。如圖6B所示，通過入射到最初的λ/2相位差板28h，R光、G光和B光各色的偏振面都旋轉45°。進一步，如圖6C所示，由於通過入射到其次的第1雙折射板28i，R光、G光和B光在空間上適當分支為常光OL和異常光EL，所以，可以得到原像素PX0和相對其移動了移位量ΔSH的分支像的像素PX1。以上，由於RB光、G光的偏振面由λ/2相位差板28h旋轉了45°，所以，可以將常光與異常光的強度比即0次像素PX0與分支後的1次像素PX1的各亮度的強度比設定為大致1∶1。
圖7是具體說明λ/2相位差板28h的功能的圖示。在使λ/2相位差板28h的光學軸相對S偏振光的方向傾斜θ＝22.5°傾斜角時，S偏振光的偏振面旋轉2θ＝45°，結果得到S、P兩種偏振光成分。此外，使λ/2相位差板28h傾斜θ＝112.5°傾斜角時，可以使S偏振光旋轉45°，從而能夠從S偏振光生成P偏振光成分。
返回到圖1，圖像處理部40對於設置在光調製部25的各液晶光閥25a～25c輸出驅動信號。在圖像處理部40，來自個人計算機的數字圖像信號和來自視頻再生裝置等的視頻圖像信號通過切換裝置61有選擇地被輸入。在圖像處理部40，判斷圖像信號的內容而生成向各液晶光閥25a～25c輸出的驅動信號，這時，根據圖像信號的內容即圖像信號是數字圖像信號還是視頻圖像信號而通過使調節器28f等適當動作，可以適當調節黑矩陣區域BA有無消除、消除的程度等。例如在數字圖像信號被輸入的情況下，通過BM消除單元28的設定(將第2雙折射板28j切換為第2狀態)，投影殘留黑矩陣區域BA而清晰的高解析度的圖像。另一方面，在視頻圖像信號被輸入的情況下，通過BM消除單元28的設定(將第2雙折射板28j切換為第1狀態)，使黑矩陣區域BA減少而維持高解析度，並投影平滑的圖像。另外，在使黑矩陣區域BA減少的情況下，可以根據圖像信號的種類、圖像的種類(例如是否為以白為主的圖像、是否為滑動的圖像等)等調整其減少乃至消除的程度。具體而言，通過在例如0°～22.5°的範圍適當改變λ/2相位差板28h的光學軸的位置即光學軸相對於入射光束的偏振方向的角度，可以在0°～45°的範圍任意地設定像光的偏振面，從而可以在0～0.5的範圍任意地設定常光與異常光的強度比即0次像素PX0與分支像素PX2的強度比。即，通過將由原離散的像素組構成的圖像按任意的強度比進行分支而使其以小於等於像素間距的距離相互地移位，可以進行將存在於原圖像中的黑矩陣消除到所期望的程度那樣的內插。此外，在以上的例子中，根據圖像信號的內容設定常光與異常光的強度比即原始圖像與分支內插圖像的強度比，但是，也可以利用設置在投影機10的周圍的操作面板62設定原始圖像與分支內插圖像的強度比。這時，使用者可以按自己的意願選擇①黑矩陣區域BA殘留但清晰的高解析度的圖像、②消除黑矩陣區域BA並維持高解析度的平滑的圖像，而使任意一方或其中間圖像投影到屏幕上。
控制裝置50可以通過燈的電力調節等控制光源裝置21，而調整投影到屏幕上的圖像的亮度等。另外，控制裝置50可以通過調節配置在經過光源裝置21、光分割光學系統23等而到達投影透鏡29的光路上的光圈的狀態，調節投影到屏幕上的圖像的狀態。此外，控制裝置50可以由圖像處理部40對輸入圖像信號實施處理，而調節投影到屏幕上的圖像的狀態。通過將上述的投影圖像的畫質調整與上述黑矩陣消除相組合，可以實現綜合的畫質調整。
另外，在以上的說明中，使像素PX0的分支光在Y方向移位而形成分支像的像素PX2，但是，也可以使像素PX0的分支光在X方向、其他的角度等移位而形成分支像的像素。這時，使調節器28e適當動作，而將第1雙折射板28i的基準方位SD2設定為分支像的形成方向。此外，使調節器28f適當動作，而使第2雙折射板28j的基準方位SD4在其第1狀態下與上述基準方位SD2一致，在其第2狀態下成為上述基準方位SD2的相反方向。
下面，說明第1實施方式的投影機10的動作。來自光源裝置21的光源光由設置在光分割光學系統23的第1和第2分色鏡23a、23b分色，並作為照明光分別入射到對應的液晶光閥25a～25c。各液晶光閥25a～25c根據來自外部的圖像信號被調製，而具有2維的折射率分布，並對照明光按像素單位在2維空間進行調製。這樣，由各液晶光閥25a～25c調製的照明光即像光由交叉分色稜鏡27合成後，經過BM消除單元28入射到投影透鏡29。入射到投影透鏡29的像光投影到圖中未示出的屏幕。這時，由於BM消除單元28設置在光合成光學系統27與投影透鏡29之間，所以，對於例如與圖1的紙面垂直的縱向，可以從投影圖像消除黑矩陣或返回到原狀態等，也可以根據需要調節黑矩陣的消除程度。即，通過λ/2相位差板28h的旋轉位置、第1和第2雙折射板28i、28j的特性、旋轉位置的設定等，可以使填補原始像素PX0的間隙那樣的像素偏移發生，而返回到原狀態。這樣，可以切換接縫不明顯的連續而平滑的圖像和清晰的高解析度的圖像，並以穩定的狀態進行投影，並且可以抑制投影時的亮度降低、亮度不均等的發生。
圖8是說明第2實施方式的投影機的圖示。第2實施方式的投影機是對第1實施方式的投影機變形的結果，對於相同的部分標以相同的標號，並省略重複說明。另外，對於未特別說明的部分，可以與第1實施方式相同地構成。
在此情況下，將從RB光用的液晶光閥25a、25c射出的像光設為相對於與兩個電介質多層膜27a、27b垂直的入射面在垂直方向振動的S偏振光，但是，將從G光用的液晶光閥25b射出的像光設為在上述入射面內振動的P偏振光。因此，將從光源裝置21獲取的光源光設為與紙面垂直的S偏振光，並且在物鏡23f與液晶光閥25a之間配置有R光用的λ/2相位差板23d，在物鏡23h與液晶光閥25c之間配置有B光用的λ/2相位差板23d。由此，由第1分色鏡23a反射的S偏振光的R光經過反射鏡23i和物鏡23f由λ/2相位差板23d變換為P偏振光，並經過液晶光閥25a而僅S偏振光成分作為調製光被獲取。另外，通過第1和第2分色鏡23a、23b的S偏振光的B光經過中繼透鏡LL1及LL2、反射鏡23j及23k和物鏡23h由λ/2相位差板23d變換為P偏振光，並經過液晶光閥25c而僅S偏振光成分作為調製光被獲取。此外，由第2分色鏡23b反射的S偏振光的G光直接經過物鏡23g和液晶光閥25b而僅P偏振光成分作為調製光被獲取。
通過採用以上的結構，由兩個電介質多層膜27a、27b反射來自R、B光用的液晶光閥25a、25c的S偏振光，使來自G光用的液晶光閥25b的P偏振光透過兩個電介質多層膜27a、27b。由此，即使是兩個電介質多層膜27a、27b的透過特性的邊緣波長在S偏振光和P偏振光中不同的情況，也可以提高兩個電介質多層膜27a、27b的R光和B光的反射效率，並且提高兩個電介質多層膜27a、27b的G光的透過效率。
但是，在此情況下，經過交叉分色稜鏡27而入射到BM消除單元28的R、B光成為S偏振光，而入射到同一BM消除單元28的G光成為P偏振光，偏振方向不同。因此，通過適當設定設置在BM消除單元28的λ/2相位差板28h的結晶軸方位，使RGB各色的偏振面旋轉45°，將分別由一對雙折射板28i、28j分支的常光與異常光的強度比固定設定為大致1∶1。
圖9A～9D是具體說明BM消除單元28中前一級的第1單元28a的作用的圖示。如圖9A所示，入射到BM消除單元28之前的像光由S偏振光的R光和B光以及P偏振光的G光構成。如圖9B所示，通過入射到最初的λ/2相位差板28h，R、B光和G光的偏振面都旋轉45°。如圖9C所示，由於通過入射到其次的第1雙折射板28i，R光和B光以相等的比例在空間適當分支為常光Ro和異常光Re，所以可以得到原始像素PX0和相對其移動了移位量ΔSH的等強度的分支像的像素PX1。另一方面，如圖9D所示，由於通過入射到其次的第1雙折射板28i，G光也以相等的比例在空間適當分支為常光Go和異常光Ge，所以可以得到原始像素PX0和相對其移動了移位量ΔSH的等強度的分支像的像素PX1。即，儘管G光具有相對於R光和B光不同的偏振面，但也可以將常光與異常光的強度比即0次像素PX0與分支的1次像素PX1的各亮度的強度比設定為大致1∶1，對於各色可以得到同樣的像素偏移像。
圖10A、10B是具體說明本實施方式的λ/2相位差板28h的功能的圖示。如圖10A所示，在作為S偏振光的R、B光入射到設定為傾斜角θ＝22.5°的λ/2相位差板28h時，R、B光的偏振面旋轉2θ＝45°，而均等地得到S、P兩種偏振光成分。另外，如圖10B所示，在作為P偏振光的G光入射到相對P偏振光方向設定為傾斜角θ＝67.5°的λ/2相位差板28h時，G光的偏振面旋轉2θ＝225°或45°，而均等地得到S、P兩種偏振光成分。
圖11是說明第3實施方式的投影機的圖示。第3實施方式的投影機是對第1實施方式的投影機變形的結果，對於未特別說明的部分，可以與第1實施方式相同地構成。
該投影機110在交叉分色稜鏡27的前一級對RGB各色具備BM消除單元28。通過採用這樣的結構，可以對RGB各色每一個獨立地消除黑矩陣區域BA。即，由於可以對RGB各色每一個調節分支光的比率，可以對RGB各色每一個調整分支光的移位量，所以，也可以進行考慮色特性的多樣性的表現。此外，在圖中雖然省略，但是，在各BM消除單元28中設置有用於驅動雙折射板28i、28j、λ/2相位差板28h的調節器28d～28f(參見圖1)。另外，將從光源裝置21獲取的光源光設為與紙面垂直的S偏振光，並且，在物鏡23f與液晶光閥25a之間配置有R光用的λ/2相位差板23d，在物鏡23h與液晶光閥25c之間配置有B光用的λ/2相位差板23d。這樣，即使是兩個電介質多層膜27a、27b的透過特性的邊緣波長在S偏振光和P偏振光中不同的情況，也可以提高兩個電介質多層膜27a、27b的R光和B光的反射效率，並且提高兩個電介質多層膜27a、27b的G光的透過效率。
此外，在各液晶光閥25a～25c的後級、交叉分色稜鏡27的前級的3個位置分別設置有BM消除單元28時，即使假如由各BM消除單元28按分支強度比1∶1分支為P偏振光和S偏振光，也因設置在交叉分色稜鏡27中的兩個電介質多層膜27a、27b的透過反射特性的偏振相關性，而產生在投影圖像中原圖像與像素偏移像的強度比不是1∶1的情況。這時，可以對各色微調分別設置在3個BM消除單元28中的λ/2相位差板28h的角度，而對最終投影的圖像的像素分離一邊取得各色的平衡一邊進行修正，而控制為所期望的狀態。
以上，說明了原圖像與像素偏移像的強度比為1∶1的情況，但是，將原圖像與像素偏移像的強度比調整為與1∶1不同的比例的情況同樣也成立。這樣，改變原圖像與像素偏移像的強度比時的λ/2相位差板28h的角度調整量的變化可以作為表存儲在例如控制裝置50(參見圖1)中，在驅動調節器28d～28f(參見圖1)時進行參照。
此外，本發明不限於上述實施例、實施方式等，在不脫離其主旨的範圍內可以在各種方式下實施，例如，可以是以下的變形。
在上述第1～第3實施方式中，用單個光學單元28a構成BM消除單元28，而對一個方向消除黑矩陣，但是，通過用一對光學單元28a構成BM消除單元28而在正交的2個方向進行一種光學的低通濾波處理，可以對2個方向消除黑矩陣。這時，由於可以對各方向調節像光分支的有無，所以能夠以穩定的狀態切換並顯示平滑的畫質的投影圖像和高解析度的投影圖像。
在以上的說明中，第1和第2雙折射板28i、28j作為相同形狀來進行說明，但是，在兩個雙折射板28i、28j相當遠離地配置時，考慮到兩者的光軸上的位置差的影響，可以改變兩個雙折射板28i、28j的厚度等的設定。
在上述實施方式中，第1和第2雙折射板28i、28j沿光路順序配置，但是，也可以變換兩個雙折射板28i、28j的順序。
在上述實施方式中，作為偏振狀態調節部件，將λ/相位差板28h組裝到BM消除單元28中，但是，也可以取代λ/2相位差板28h而使用λ/4相位差板等。這時，通過調節λ/4相位差板等的繞光軸的旋轉位置，可以調節光分支的比率。作為偏振狀態調節部件，也可以取代相位差板而使用法拉第轉子。
在上述實施方式中，為了將光源燈21a的光分割為多個部分光束，使用了2個複眼光學系統21b、21c，但是，本發明也可以應用於不使用這樣的複眼光學系統即透鏡陣列的投影機。
在上述實施方式中，說明了使用3個液晶光閥的投影機的例子，但是，本發明也可以應用於使用1個、2個或者4個以上的液晶光閥這樣的光調製裝置的投影機。例如，在單個液晶光閥等，其用白色光源照明對各像素排列RGB濾光器的類型的彩色顯示面板的情況下，也可以使用圖4A等所示的BM消除單元28進行同樣的像素偏移(即黑矩陣的消除處理)的設定和解除。
在上述實施方式中，說明了將本發明應用於透過型的投影機時的例子，但是，本發明也可以應用於反射型的投影機。這裡，所謂「透過型」，指液晶光閥等光閥是透過光的類型的，所謂「反射型」，指光閥是反射光的類型的。在反射型投影機的情況，光閥可以僅由液晶面板構成，而不需要一對偏振板。另外，在反射型投影機中，交叉分色稜鏡作為將白色光分離為紅、綠、藍3色的光的色光分離單元使用，並且，作為將調製後的3色光再次合成而向同一方向出射的色光合成單元使用。另外，也可以不使用交叉分色稜鏡，而使用使多個三角柱或四角柱狀的分色稜鏡組合的分色稜鏡。在將本發明應用於反射型的投影機時，也可以得到與透過型的投影機基本相同的效果。此外，光調製裝置不限於液晶光閥，也可以是例如使用微鏡的光調製裝置。
作為投影機，有從觀察投影面的方向進行圖像投影的前面投影機和從觀察投影面的方向的相反側進行圖像投影的背面投影機，但是，上述實施例的結構可以應用於任何一種。
在本發明中，光調製裝置的黑矩陣只要是用周期的部分區域限制像光的射出的便可，而不限於由在實施方式中說明的遮光膜所形成的黑矩陣。例如，如使用微鏡的光調製裝置那樣，即使不利用遮光膜等主動地限制像光的射出但在投影圖像的像素間產生接縫的光調製裝置也相當於具有黑矩陣的光調製裝置。
權利要求
1.一種投影機，其特徵在於，具備投影光學系統，其使來自顯示裝置的像光成像；第1雙折射光分支元件，其在上述顯示裝置的前方側，將基準方位設定為繞入射光束的中心軸的規定方向而配置；以及第2雙折射光分支元件，其具有與上述第1雙折射光分支元件對應的光分支特性，並且被配置在上述第1雙折射光分支元件的前後任意一方，並通過繞上述中心軸的旋轉位置的設定而能夠在將基準方位設為繞上述中心軸的上述規定方向的第1狀態和將基準方位設為與該規定方向相對的相反方向的第2狀態之間進行狀態的切換。
2.權利要求1所述的投影機，其特徵在於上述顯示裝置是由來自照明裝置的照明光被照明的光調製裝置，該光調製裝置具有用周期的部分區域限制像光的射出的黑矩陣部分，上述第1和第2雙折射光分支元件是與上述中心軸的方向有關地具有與上述黑矩陣部分的配置和形狀對應的厚度的雙折射板。
3.權利要求1和2中任一項所述的投影機，其特徵在於，還具備偏振狀態調節部件，其與上述規定方向的成分和相對於該規定方向的正交方向的成分的分配有關地調節入射到上述第1雙折射光分支元件的像光的偏振狀態。
4.權利要求3所述的投影機，其特徵在於上述偏振狀態調節部件具有波長板，並且通過該波長板的上述基準方位的繞上述中心軸的旋轉位置的設定，調節像光的偏振狀態。
5.權利要求1～4中任一項所述的投影機，其特徵在於，還具備控制單元，其通過將上述第2雙折射光分支元件在上述第1和第2狀態之間進行切換而驅動，來改變像光的分支的有無。
6.權利要求1～5中任一項所述的投影機，其特徵在於上述顯示裝置包含為各色設置並單獨地被照明的多個光調製裝置，並且還具備將由該光調製裝置調製後的光合成而使其射出的光合成部件。
7.權利要求6所述的投影機，其特徵在於上述第1和第2雙折射光分支元件，在上述光合成部件的前方側沿光路順序配置。
8.權利要求6所述的投影機，其特徵在於上述第1和第2雙折射光分支元件，在上述多個光調製裝置的各自的前方側、上述光合成部件的後方側，沿各色的光路分別順序配置。
全文摘要
本發明的目的旨在以穩定的狀態形成接縫不明顯的平滑畫質的投影圖像。通過設定為第1狀態的第2雙折射板28j的像光是由第1雙折射板28i分支的像光部分進而向Y方向分支的像光，在屏幕上形成由原像素PX0和與該分支像對應的像素PX2以及黑矩陣區域BA構成的圖像IM3。通過設定為第2狀態的第2雙折射板28j的像光是使曾由第1雙折射板28i分支的像光返回到－Y方向的像光。結果，在屏幕上形成由將原像素PX0的分支像與原像素PX0重疊的像素與黑矩陣區域BA構成的圖像即與原始圖像IM1相同的圖像IM3′。
文檔編號G03B21/00GK1826556SQ20048002077
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月22日 優先權日2003年7月22日
發明者植原克幸 申請人:精工愛普生株式會社