投射型影像显示装置的制作方法
专利名称：投射型影像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及投射型影像显示装置，通过影像显示元件形成与影像信号对应的光学像，将该光学像投射到屏幕等上。
背景技术：
在现有投影机的光学系统中，为使亮度最低而实施影像显示元件的光调制的时候，在使通过影像显示元件调制后的光束的偏光一致的射出偏光板中吸收的光不充分，屏幕上的亮度不降低，发生被称为所谓的“黑泛白(黒浮t )”的现象。另外，除光阀(，4卜^X)之外，有通过根据来自外部的信号改变画面整体的光量的调光装置来减小投射型影像显示装置的最小亮度，从而提高对比度的装置。作为这种情况下的来自外部的信号，包括影像信号、测定外部环境的信号、使用者有意图地操作的信号等。作为该装置之一，专利文献1、专利文献2、专利文献3中已公示了在照明光学系统中使用可根据影像信号改变遮光量的遮光装置的技术。专利文献1 :W02003-032080号公报专利文献2 (日本)特开2005-17500号公报专利文献3 (日本)特开2005-31103号公报在此，进一步增大投射型影像显示装置的动态范围时，也需要进一步增大照明光学系统中配置的遮光装置的遮光量。要增大遮光装置的遮光量，只要增加遮光装置中包含的遮光构件遮蔽照明光束时的遮光区域即可。但是增加遮光量时，在透镜阵列形成的照明光学系统的被照明区域被叠加的二次光源像的数量减少，因此存在照明光的被照明区域中的照度分布容易不均勻的问题。另外， 在遮光装置使遮光板转动(旋转)或移动而实施遮光的时候，存在遮光板的移动或转动时的照度分布的变化容易映在画面上的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投射型影像显示装置，在维持照明光的被照明区域的照度分布更加均勻的状态下，具有高的对比性，另外，通过遮光装置能够大幅控制遮光量， 从而能够得到动态范围大的影像。为实现上述目的，本发明的投射型影像显示装置具备光源；第一透镜阵列，其具有使来自所述光源的射出光分割为多个光束的多个透镜单元区域；第二透镜阵列，其具有来自所述第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域；聚光透镜，其对来自所述第二透镜阵列的射出光束进行聚光；显示元件，其接受所述聚光透镜聚光的光束，并使其透射或反射；投射透镜，其射出来自所述显示元件的透射光或反射光；和遮光单元，其遮蔽从所述第一透镜阵列射向所述第二透镜阵列的光束，其中，所述遮光单元，遮蔽所述第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中除去与光轴连接的透镜单元区域后的所有透镜单元区域的至少一部分，与所述光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比除去与所述光轴连接的透镜单元区域后的任一个透镜单元区域的遮光面积都小。根据本发明，能够提供一种投射型影像显示装置，相比现有技术能够改善为能够维持影像的照度分布的均勻性，能够实现高对比化的遮光量的控制，此外还能够得到动态范围(夕、少笑夕夕 > > 夕)大的影像。
图1是表示本发明的投射型影像显示装置的光学系统构成的一实施例的图；图2是用于说明本发明的遮光单元的一实施例的图；图3是用于说明本发明的遮光单元的一实施例的组装状态的图；图4是表示本发明的投射型影像显示装置的一实施例的图；图5是表示构成本发明一实施例的第二透镜阵列4的各透镜单元区域配置的图；图6是用于说明本发明一实施例的遮光板形状的图；图7是用于说明本发明一实施例的遮光板形状和投影光像的分布的图；图8是用于说明本发明一实施例的遮光板形状的图；图9是用于说明本发明一实施例的遮光板形状和投影光像的分布的图；图10是表示本发明的开口角和投影光量的关系的一实施例的图；图11是用于说明本发明一实施例的遮光板形状和投影光像的分布的图；图12是用于说明本发明的投射型影像显示装置的遮光单元的一实施例的构成的图；图13是表示本发明的投射型影像显示装置的遮光单元的配置的一实施例的图；图14是表示本发明的投射型影像显示装置的光学系统构成的一实施例的图。符号说明1、光源；2、反射镜；3、第一透镜阵列；4、第二透镜阵列；5、偏光变换元件；6、聚光透镜；7、反射镜；10、反射镜；11、12、分色镜；13、聚光镜；14、14R、14G、14B、光阀；15、第一中继透镜；16、第二中继透镜；17、第三中继透镜；18、影像显示元件；21、光合成三棱镜；100、屏幕；200、投射透镜；300、光轴；401、透镜单元区域a 1 ；402、垂直轴；403、水平轴；501、遮光单元；501a、501b、501c、遮光板。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在各图中，相同的构成要素附加相同的符号。另外，对于以前说明过的要素省略其说明。在符号之后添加R、G或 B表示的构成要素是需要在按照颜色(例如，R为红色、G为绿色、B为蓝色)分离成的多个光路中进行区别的。另外，在说明上没有妨碍的情况下，省略下标。
用图1说明本发明一实施例的投射型影像显示装置的构成。下面，对投射型液晶显示装置的构成进行说明。图1是表示投射型液晶显示装置的构成例的图。在图1的三板式的投射型液晶显示装置中，1为光源，诸如超高压水银灯、 金属卤化物灯、氙气灯、水银氙气灯、卤素灯等的白色灯。光源1具有带有圆形或多角形的射出开口的至少一个反射镜2。从光源1射出的光通过含有影像显示元件的光阀14R、14G、 14B对着投射透镜200向屏幕100投影。从光源1的灯放射的光例如被抛物面的反射镜2 反射变为与光轴平行，向第一透镜阵列3入射。另外，将光源1和反射镜2的构成称为光源单元。第一透镜阵列3由将入射的光配设成矩阵状的多个矩形状的透镜单元区域构成， 并且被各个透镜单元区域分割成多束光，以有效地通过第二透镜阵列4和偏光变换元件5 的方式传导。即，第一透镜阵列3被设计为光源1和第二透镜阵列4的各透镜单元区域相互成为物体和像的关系(共轭关系)。和第一透镜阵列3同样具有配设成矩阵状的多个矩形状透镜单元区域的第二透镜阵列4，将构成的各个透镜单元区域各自对应的第一透镜阵列3的透镜单元区域的形状投影在光阀14内的影像显示元件18上。这时，来自第二透镜阵列4的光通过偏光变换元件5 —致的趋向于规定的偏光方向。另外，在第一透镜阵列3和第二透镜阵列4之间，设置有用于控制通过的光量的遮光单元501(后述)。而且，第一透镜阵列3的各透镜单元区域的投影像分别通过各个聚光透镜6及聚光镜13、第一中继透镜15、第二中继透镜16、第三中继透镜17在光阀14内的影像显示元件 18上重合。另外，聚光透镜6具有光轴300。第一透镜阵列3和影像显示元件18设计为相互成物体和像的关系(共轭关系)， 因此，用第一透镜阵列3分割为多束的光束通过第二透镜阵列4和与之接近配设的聚光透镜6，重叠并投影在光阀14内的影像显示元件18上，能够实现实用上没有问题的电平均一性高的照度分布的照明。在该过程中，用反射镜7反射的光通过分色镜11分离成二色光，例如B光(蓝色带宽的光)被反射、G光(绿色带宽的光)及R光(红色带宽的光)被透射，另外，G光和R 光通过分色镜12分离成G光和R光。例如，G光被分色镜12反射，R光在分色镜12透射。 光的分离方法有各种考虑，也可以用分色镜11反射R光、透过G光及B光，也可以反射G光， 透过R光及B光。在图1的构成中，B光在分色镜11反射，然后被反射镜10反射，通过聚光镜1 透过B光用的光阀14B入射至光合成三棱镜21。在此，将透过聚光镜1 入射至光阀14B的 B光称为LB。被分色镜11透射的G光及R光内，G光被分色镜12反射，通过聚光镜13G向 G光用光阀14G入射，透过该光阀14G向光合成三棱镜21入射。在此，将透过聚光镜13G并入射至光阀14G的G光称为LG。R光透过分色镜12被第一中继透镜15聚光，另外，被反射镜8反射，再被第二中继透镜16聚光、被反射镜9反射后，再被第三中继透镜17聚光，入射至R光用的光阀14R。透过光阀14R的R光入射至光合成三棱镜21。在此，将透过第三中继透镜17入射至光阀14R的R光称为LR。透过各影像显示元件18的B光、G光、R光，通过光合成三棱镜21作为彩色影像合成后，通过例如可变焦距透镜那样的投射透镜200到达屏幕100。在光阀14内的影像显示元件18上根据未图示的影像信号进行光强度调制而形成的光学像，通过投射透镜200放大投影显示于屏幕100上。图1的实施例的遮光单元501，使用例如图2及图3中说明的那样的转动(旋转) 遮光板来控制入射光的光量的遮光单元。图2是本发明还使用的遮光单元的一实施例的外观立体图。50-1为501的左遮光板的旋转中心，50-2为遮光单元501的右遮光板的旋转中心，60-1为左遮光板，60-2为右遮光板。另外，通过图2的A-A'线的水平面为水平轴(后述)403。另外，53为电动机部，54-2为随着电动机部53的旋转向箭头方向旋转的齿轮。另外，54-1为和齿轮讨-2啮合随着齿轮M-2的旋转而旋转的齿轮，55为框体部。“0”方向的箭头是使调节量减少时的遮光板的旋转方向，“C”方向的箭头是使调节量增大时的遮光板的旋转方向。实际安装的零件安装于框体部阳，框体部阳还作为本发明的实施例即投射型影像显示装置的构成的一部分被组装。从光源单元(光源1及反射镜幻射出、通过了第一透镜阵列3的光从箭头方向射入点画线的方向，通过遮光单元501的左右遮光板60-1和60-2的开口部来调节光量，射入第二透镜阵列4。为了开闭左右遮光板60-1和60-2，电动机部53根据来自控制遮光单元 501的控制部(后述)的信号进行旋转，向齿轮M-2和M-I传递旋转力，变更齿轮M-2和 54-1的旋转角。根据齿轮M-2和M-I的旋转角变更左右遮光板60-1、60-2的开闭角，由此，调整通过遮光单元501的光量。图3是用于说明上述遮光单元501被组装入本发明的实施例即投射型影像显示装置的状态的图。图3(a)表示本发明的实施例即投射型影像显示装置的一部分即光学系统部分的立体图。3为第一透镜阵列，4为第二透镜阵列，501为遮光单元，82为光学单元，22 为投射透镜。另外，图3(b)是放大图3(a)的虚线圆部分后的图。在图3中，是从图2的遮光单元501的姿势进行上下和前后的反转，装入第一透镜阵列3和第二透镜阵列4之间。图4是表示本发明的投射型影像显示装置的一实施例的概略构成的块图。80为投射型影像显示装置，100为屏幕，81为光源单元，82为光学单元，821为光学单元82的照明光学系统，822为光学单元82的影像显示元件部(液晶面板部)，22是光学单元82的投射透镜，843为显示驱动电路，844为控制部，845为用户操作装置时的MMI (Man Machine Interface)即操作部，846为光源电源电路，847为风扇电源电路，812为光源单元81的内部冷却用风扇，813为光源单元81的外部表面冷却用风扇，814为通道，815为风量调节用的开闭器(〉乂 7夕)。照明光学系统821例如由图1的第一透镜阵列3、遮光单元501、第二透镜阵列4、 偏光变换元件5及聚光透镜6构成。在图4的投射型影像显示装置80中，从光源单元81射出的光L射入光学单元82。 照明光学系821将来自光源单元81的光L的光量分布均勻化后照射影像显示元件部822。 影像显示元件部822被显示驱动电路843驱动，形成按照与影像信号对应的光学像(未图示)对光L进行调制后的显示光。形成的显示光从投射透镜22的射出开口部投影到外部的屏幕或壁面等的被照射面100上。另外，在图4中，从光源单元81射出的光L等的箭头只是说明上的示意性描述，各自的配置、角度、大小、光的方向等不是正确的。另外，影像显示元件部822实际上省略了图 1中说明的3色(R、G、B)各自的光学系统。在图4中，投射型影像显示装置由控制部844进行控制。控制部844由按照储存于 ROM (Read Only Memory)等中的程序进行动作的 CPU (Central Processing Unit)等构成。 控制部844对应根据来自操作部845的用户的按钮操作而被操作的按钮进行规定的处理。 例如经由光源电源电路846进行光源单元81的光源的点亮或熄灭，与光源的点亮(0N，开) 或熄灭(OFF，关)配合，经由风扇电源电路847进行光源单元81的内部冷却用风扇812、 光源单元81的外部表面冷却用风扇813、通道814、风量调节用的开闭器815等的运转或停止。另外，控制显示驱动电路843进行图像显示。另外，显示驱动电路843检测影像显示元件部822形成的显示光的亮度，根据检测出的亮度值控制照明光学系统821的遮光单元501的开闭角度。例如，在检测成为所形成的显示光的原样的影像信号的每一帧的亮度值，亮度值在规定值P以上的时，将遮光板60-1、 60-2置于全开(调节量最小，即，通过光量最大)状态，亮度值在规定值Q以下时，将遮光板 60-1、60-2置于全闭(调节量最大，即，通过光量最小)状态，亮度值在规定值P和规定值Q 之间时，逐步地改变遮光板的开闭角度。另外，亮度值的检测例如也可以使用众所周知的AGC(Aut0 Gain Control)功能。 另外例如可以用图像处理功能算出各像素的平均值，也可以对规定的区域算出各像素的平均值。另外，除此之外，也可以检测众所周知的情景变化点，在检测到情景变化点时，检测亮度值，控制遮光单元(调节)，以变为与检测的亮度值对应的光量。另外，也可以以每一帧为单位控制遮光单元，但也可以以多个帧为单位控制遮光单元。另外，在上述实施例中，显示驱动电路843检测影像显示元件部822形成的显示光的亮度，根据检测的亮度值控制照明光学系统821的遮光单元501的开闭角度。但是，控制部844通过从显示驱动电路843接受影像信号的亮度值的信息，也可以控制直接照明光学系统821的遮光单元501的开闭角度。另外，控制部844是包括显示驱动电路843、光源电源电路846、或风扇电源电路 847的至少任一个的构成，也可以兼备这些功能。下面，用图5 图11说明遮光单元的遮光板的开口部的形状和第二透镜阵列的投影光的关系。图5是表示构成第二透镜阵列4的各透镜单元区域的配置的图，框内表示各个透镜单元区域。另外，用点画线表示的水平轴403和垂直轴402的交点是光轴中心。另外，在以下的说明中，以预先没有特别说明为限，对通过用斜线表示的多个透镜单元区域401的部分(用虚线包围)的投影光进行说明。另外，将斜线部401的各透镜单元区域设定为a 1。图6和图7是对通过图5所示的第二透镜阵列4、斜线部的透镜单元区域401的投影光进行说明的图。为说明的方便，先图示了(d)。图6(d)是从光源单元侧看到的遮光单元开放(全开)时的情况的开口部的图，图6(a)是从光源单元侧看到的遮光板501a为形状(I)且全闭时的情况的开口部的图，图6(b)是从光源单元侧看到的遮光板501b为形状(II)且全闭时的情况的开口部的图，图6(c)是从光源单元侧看到的遮光板501c为形状 (III)且全闭时的情况的开口部的图。图7(d)是表示用图6(d)的情况的斜线表示的透镜单元区域部分401’的投影光的分布的图，图7(a)是表示用图6(a)的情况的斜线表示的透镜单元区域部分401’的投影光的分布的图，图7(b)是表示用图6(b)的情况的斜线表示的透镜单元区域部分401’的投影光的分布的图，图7 (c)是表示用图6(c)的情况的斜线表示的透镜单元区域部分401’的投影光的分布的图。图7中的浓淡是描画的状况，越浓光量越多，越变淡光量越少，白的部分的光量几乎为零。另外，图7(a) 图7(d)所示的方框是与图5的透镜单元区域401的各透镜单元区域a 1对应的投影区域401’。同样，图6(a) 图6(c)所示的方框也是与图5的透镜单元区域401的各透镜单元区域a 1对应的投影区域401，。如图6(d)所示，在全开时，无论遮光板为任何形状，开口部都全部打开，从光源单元射出的光全部通过。这时，通过各透镜单元区域a 1投影到例如偏光变换元件5的光的分布成为图7(d)所示的那样。这样一来，通过第二透镜阵列后被投影的光，沿法线方向距光轴中心越远光量越少，该倾向通过水平方向显著表现。如图6(a)所示，遮光板501a为形状⑴且全封闭时的情况的开口部成为向纵(垂直)方向陡斜的菱形开口形状。而且，其边界部设计成横切透镜单元区域a、d、g及j的投影光的区域。其结果，例如投影于偏光变换元件5上的光的分布如图7(a)所示，从图7(d) 只通过无遮光板的区域的光。如图6(b)所示，遮光板501b为形状(II)且全封闭时的情况的开口部，成为在纵 (垂直)方向和横(水平)方向大致同样程度的长度的斜菱形开口形状。即，其边界部设计成横切透镜单元区域a和d的投影光的区域。其结果，例如投影于偏光变换元件5上的光的分布如图7(b)所示，从图7(d)只通过无遮光板501b的区域的光。另外，如图6(c)所示，遮光板501c为形状(III)且全封闭时的情况的开口部，成为存在多个斜菱形的开口形状。即，其边界部成为横切透镜单元区域a、b、d、g及j的投影光的区域。其结果，例如，投影于偏光变换元件5上的光的分布如图7(c)所示，从图7(d) 只通过无遮光板501c区域的光。下面，利用图8 图10说明相对于本发明的遮光板的旋转角度的照度变化的线形特性的一实施例。图8是从光源单元侧看到的遮光板的打开角度(开口角)为60度 (II/3rad)的情况的开口部的图。另外，将全开时的开口角设定为0度(Orad)，将全封闭时的开口角度(开口角)设定为90度(n/2rad)。为说明上的方便，将遮光板为全开时的状态的图6(d)作为图8(d)，另外，将图7(d)作为图9(d)再次进行图示。图8(a)是从光源单元侧看到的遮光板501a为形状(I)的情况的开口部的图，图 8(b)是从光源单元侧看到的遮光板501b为形状(II)的情况的开口部的图，图8(c)是从光源单元侧看遮光板501c为形状(III)的情况的开口部的图。图9(a)是表示用图8 (a) 的情况的斜线表示的透镜单元区域401的投影光的分布的图，图9(b)是表示用图8(b)的情况的斜线表示的透镜单元区域401的投影光的分布的图，图9(c)是表示用图8 (c)的情况的斜线表示的透镜单元区域401的投影光的分布的图。图9所示的浓淡和图7的情况同样。另外，图9(a) 图9(c)所示的方框a 1是与图5的透镜单元区域401的各透镜单元区域a 1对应的投影区域。同样，图8 (a) 图8(c)所示的方框也是与图5的透镜单元区域401的各透镜单元区域a 1对应的投影区域。图10是表示对利用上述图6 图9的(a) (c)所示的本发明的一实施例，相对通过模拟算出的遮光板的开口角度的照度变化的图。横轴表示开口角(度)，纵轴表示光量比(％)。另外，将遮光板全开时设定为开口角0度，将遮光板全闭时开口角设定为90度。根据图6 图10的实施例的结果是，通常，离开光轴中心(垂直轴402和水平轴 403的交点)的光多时对比度降低。为了抑制该缺点，如图6 图9所示，采用通过光轴中心的光量增多那样的形状的遮光板的形状，相对于遮光单元的遮光板旋转的角度的增加或减少，还能够增加或减少大致相同的光量。由此降低投射型图像显示装置的遮光单元的开闭引起的图像劣化。S卩，如图6 图10的实施例那样，设计为沿水平方向排列1列的透镜单元区域且如垂直(纵)方向的透镜单元区域a、d及g的一部分那样，在垂直方向通过多个透镜单元区域的遮光板的形状，能够抑制对比度的降低。另外，如图6(b)、(c)及图7(b)、(c)以及图8(b)、(c)及图9(b)、(c)的实施例那样，设计为除垂直方向的透镜单元区域a、d之外，还通过水平(横)方向的透镜单元区域的一部分(例如，在垂直方向2区域、在水平方向2区域的透镜单元区域的一部分)的遮光板的形状，改善了照度变化(光量变化)相对于遮光板的旋转角度的变化的线形特性。即，在图10中，在用虚线表示的椭圆部分，如遮光板501a为形状I的结果那样，遮光板的开口角在60度附近的线形特性较差。但是，如实施例图6 图9的(b)及(c)所示，将遮光板设置为在透镜单元区域b的一部分开口的方式，由此，如图10所示，可提高线形特性。由此，能够抑制对比度的降低并且能够改善图像的劣化。此外，该效果通过使通过垂直方向的透镜单元区域(a、d、g等)的光量比通过水平方向的透镜单元区域(a、b、c等) 的光量多来得到提高。另外，如图6 图9的(c)所示，在形状III的遮光板501c中，残留4个以上光轴中心附近的透镜单元区域并扩大开口面积。其结果，能够改善图像的色彩不均。另外，在上述实施例中，对于与光轴中心最近的透镜单元区域，遮光板的开口部也以倾斜横切的方式设置。但是，对于透镜单元区域a，也可以成为图11所示的投影光像，不一定遮光。图11是在图6和图7的遮光板501c为形状III的情况下，进一步放大遮光板的开口部，以光全部通过透镜单元区域a的方式设置。如上述实施例所示，本发明的实施例即投射型影像显示装置具备光源；第一透镜阵列，其具有将来自光源的射出光分割成多个光束的多个透镜单元区域；第二透镜阵列， 其具有来自第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域；聚光透镜，其对来自第二透镜阵列的射出光束进行聚光；显示元件，其接受聚光透镜聚光的光束，并将其透射或反射；投射透镜，其射出来自显示元件的透射光或反射光；遮光单元，其遮蔽从第一透镜阵列射向第二透镜阵列的光束。遮光单元在第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中，遮蔽除去与光轴连接的透镜单元区域后的所有透镜单元区域的至少一部分，与光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比除去与上述光轴连接的透镜单元区域后的任一个透镜单元区域的遮光面积都小。
另外，在上述实施例中，第一透镜阵列和第二透镜阵列的大小是同样的。但是，如图12所示，也可以为第二透镜阵列的大小比第一透镜阵列大的形状。另外，在图12中，121 是根据需要设置的反射式透镜(> 7 > X )。此外，图1的遮光单元501配置于第一透镜阵列3和第二透镜阵列4之间，通过遮光板的转动遮蔽光束群，但是，如图13(a) (d)所示，遮光单元501也可以设置于光轴上的任意位置。例如，如图13(a)所示，也可以在光源1和第一透镜阵列3之间。另外，如图 13(b)所示，也可以在第二透镜阵列4和偏光变换元件5之间。另外，如图13(c)所示，也可以在偏光变换元件5和聚光透镜6之间。另外，如图13(d)所示，也可以在聚光透镜6的后因此，配置于第一透镜阵列3和光源1之间时，通过第一透镜阵列3的光成为全部被遮光之后的光。从光源1看，遮光单元501配置于第一透镜阵列3的下游(后侧)时，从第一透镜阵列3射出的光被遮光。另外，图12省略了聚光透镜6以后的光学要素的表述。另外，本发明的实施例即投射型影像显示装置具备光源；第一透镜阵列，其具有将来自光源的射出光分割成多个光束的多个透镜单元区域；第二透镜阵列，其具有来自第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域；聚光透镜，其对来自第二透镜阵列的射出光束进行聚光；显示元件，其接受聚光透镜聚光的光束，并透射或反射；投射透镜，其射出来自显示元件的透射光或反射光；遮光单元，其遮蔽从第一透镜阵列向第二透镜阵列的光束。第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域配置于第一方向和与上述第一方向垂直的第二方向，遮光单元具有遮光板，通过遮光板的转动或移动，在第一方向遮蔽第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域，遮光板处于规定的转动位置或移动位置时，遮光单元部分地遮蔽与第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域以外的透镜单元区域，即作为相对于与光轴连接的透镜单元区域配置于第一方向及第二方向的多个透镜单元区域的第一透镜单元区域组中的至少一部分透镜单元区域，在第一透镜单元区域组中，配置于第二方向的透镜单元区域的部分地遮蔽的透镜单元区域的数量比配置于第一方向的透镜单元区域的部分地遮蔽的透镜单元区域的数量多。优选上述投射型影像显示装置中，遮光单元的遮光板处于规定的转动位置或移动位置时，与第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比未与第一透镜单元区域组的光轴连接的任一个透镜单元区域的遮光面积都小。在此，与轴402平行的方向为上述第一方向，与轴403平行的方向为上述第二方向。另外，所谓与上述光轴连接的透镜单元区域意思是图5的第二透镜阵列4的透镜单元区域a 1中，和光轴(轴402及轴403的交点)连接的区域a。由此，所谓上述第一透镜单元区域组的意思是相对于透镜单元区域a配置于第一方向及第二方向的透镜单元区域 b、c、d、g、j。而且，如图6 图9的实施例所示全闭时那样，设定遮光板的形状，使得遮光板处在规定的转动位置、移动位置时，在第一透镜单元区域组中，配置于第二方向的透镜单元区域b及c的部分地遮蔽(部分地透射)的透镜单元区域的数量(或通过此的光量的合计) 比配置于第一方向的透镜单元区域d、g及1的部分地遮蔽(部分的透射)的透镜单元区域的数量(或通过此的光量的合计)多。由此，能够良好地实现高对比化和降低画面色的不均勻及转动时的照度变化的线形性。
另外，在投射型影像显示装置中，遮光单元的遮光板处在规定的转动位置或移动位置时进行设定，令与第二透镜阵列的上述光轴连接的透镜单元区域a的遮光面积为该透镜单元区域的50%以下，令上述第一透镜单元区域组b、c、d、g、j的所有的透镜单元区域的遮光面积为各透镜单元区域的50%以上。由此，不仅能够良好地实现降低画面色的不均勻和转动时的照度变化的线形性，而且可进一步实现高对比化。还优选，在上述投射型影像显示装置中，遮光单元的遮光板处在规定的转动位置或移动位置时，第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中，除去与光轴连接的透镜单元区域a和上述第一透镜单元区域组b、c、g、d、j之外的透镜单元区域e、f、h、i、k、1的任一个的遮光面积都比与光轴连接的透镜单元区域的遮光面积大。由此不仅能够良好地实现降低画面色的不均勻和转动时的照度变化的线形性，而且可进一步实现高对比化。另外，本发明实施例的投射型影像显示装置的上述第二透镜阵列，例如在图5中， 配置成沿轴403的上下的透镜单元的数量为J(图5的例中J = 4)、沿轴402的左右的透镜单元的数量为K(图5的例中K = 3)的矩阵状(J、K是1以上的整数)，另外，透镜单元分别以在和轴403平行的方向上具有长边的矩形的方式设定遮光板的形状。S卩，本发明的实施例的投射型影像显示装置具备光源；第一透镜阵列，其具有透射来自光源的射出光的多个透镜单元区域；第二透镜阵列，其具有来自第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域；显示元件，其接受来自第二透镜阵列的射出光束，并透射或反射；投射透镜，其射出来自显示元件的透射光或反射光；可变开口调节单元，其遮蔽射向第二透镜阵列的光束。第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域，配置成以光轴为中心的上下2JX左右I(J、K是1以上的整数)列的矩阵状，可变开口调节单元具有遮光板，通过该遮光板的转动或移动，第二透镜阵列可在左右方向上改变多个矩形透镜单元区域的遮光范围，遮光板处在规定的转动位置或移动位置时，可变开口调节单元使在上下方向上配置于与光轴连接的4个透镜单元区域(包含图5的透镜单元区域a)的第一透镜单元区域组 (包含图5的透镜单元区域d、g、j)和在左右方向上配置于与光轴连接的4个透镜单元区域的第二透镜单元区域组(包含图5的透镜单元区域b、c)中的、至少一部分的透镜单元区域部分地开口，在第一透镜单元区域组中部分地开口的透镜单元区域的数量比第二透镜单元区域组中部分地开口的透镜单元区域的数量多。由此，能够良好地实现高对比化和降低画面色的不均勻及转动时的照度变化的线形性。优选，在上述投射型影像显示装置中，可变开口调节单元的遮光板处在规定的转动位置或移动位置时，可变开口调节单元对与上述光轴连接的4个透镜单元区域(在图5 的例中，对透镜单元区域a，位于与垂直轴402及水平轴403线对称的位置的4个透镜单元区域)、在该4个透镜单元区域在上下方向相邻配置L个的4L个(L是1以上的整数，在图 5的例中L = 3)透镜单元区域(在图5的例中，透镜单元区域d、g、j为位于与垂直轴402 及水平轴403线对称的关系的位置上的12个透镜单元区域)、在4个透镜单元区域在左右方向上相邻配置M列的4M个(M是1以上的整数，在图5的例中M= 1)透镜单元区域(在图5的例中，透镜单元区域b、c为位于与垂直轴402及水平轴403线对称的关系的位置上的8个透镜单元区域)部分地开口，对上述第二透镜阵列的其它透镜单元区域遮光，以所述 L比所述M大的方式设定遮光板的形状。换言之，使所述第二透镜阵列的至少一部分透镜单元区域部分地开口，是指将相对于与光轴连接(或围着光轴)的4个透镜单元区域，在与遮光板的转动方向或移动方向垂直的上下(垂直轴40 方向排列的透镜单元区域的单元数量4L的值，设定为比相对于与所述光轴连接的4个透镜单元区域在与遮光板的转动方向或移动方向平行的左右(水平轴403)方向上排列的透镜单元区域的单元数量4M的值大。这样一来，通过增大所述L，可期待降低画面色的不均勻，通过增大所述M，可期待提高转动时的照度变化的线形性，使所述L比所述M大，同时整体减小开口面积，由此可期待高对比化。由此，能够良好地实现高对比化和降低画面色的不均勻及转动时的照度变化的线形性。另外，更优选，在上述投射型影像显示装置中，可变开口调节单元的遮光板处在规定的转动位置或移动位置时，以与光轴连接的4个透镜单元区域各自的单元开口面积比2L 个透镜单元区域及2M个透镜单元区域的任一个透镜单元区域的开口面积都大的方式设定遮光板的形状。由此能够良好地实现降低画面色的不均勻及转动时的照度变化的线形性， 并且可进一步实现高对比化。更优选在投射型影像显示装置中，遮光单元的遮光板处在规定的转动位置或移动位置时，以与光轴连接的4个透镜单元区域各自的开口面积为透镜单元区域的50%以上、 第一透镜单元区域组的所有透镜单元区域各自的开口面积为该透镜单元区域的50%以下的方式设定遮光板形状。由此能够良好地实现降低画面色的不均勻及转动时的照度变化的线形性，并且可进一步实现高对比化。另外，在上述投射型影像显示装置中，例如，L为2，例如，M为1。另外，使用本发明的投射型影像显示装置也可以是3板透射型、单板透射型、3板反射型、单板反射型中的任一种。另外，在上述实施例中，例如在图1中，从光源单元射出并通过第一透镜阵列3、遮光单元501、第二透镜阵列4、偏光变换元件5及聚光透镜6的光入射至反射透镜7，改变90 度方向之后入射至后段的分色镜11。但如图14的实施例所示，也可以设置为来自聚光透镜 6的射出光的光轴和分色镜11的光轴平行，由此省略反射透镜，降低零件个数。另外，本发明不限于以上的例子，在不脱离本发明的宗旨的范围内，允许其它各种各样的构成。
权利要求
1.一种投射型影像显示装置，其特征在于，具备 光源；第一透镜阵列，其具有使来自所述光源的射出光分割为多个光束的多个透镜单元区域；第二透镜阵列，其具有来自所述第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域； 聚光透镜，其对来自所述第二透镜阵列的射出光束进行聚光； 显示元件，其接受所述聚光透镜聚光的光束，并使其透射或反射； 投射透镜，其射出来自所述显示元件的透射光或反射光；和遮光单元，其遮蔽从所述第一透镜阵列射向所述第二透镜阵列的光束，其中， 所述遮光单元，遮蔽所述第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中除去与光轴连接的透镜单元区域后的所有透镜单元区域的至少一部分，与所述光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比除去与所述光轴连接的透镜单元区域后的任一个透镜单元区域的遮光面积都小， 所述第二透镜阵列沿垂直方向和水平方向配置有多个所述矩形透镜单元区域， 所述遮光单元具有遮光板，通过该遮光板的转动或移动，在垂直方向遮蔽所述第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域，所述遮光板处于规定的转动位置或移动位置时，所述遮光单元部分地遮蔽与所述第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域以外的透镜单元区域， 该与所述第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域以外的透镜单元区域是第一透镜单元区域组中的至少一部分透镜单元区域，其中所述第一透镜单元区域组为相对于与所述光轴连接的透镜单元区域配置于所述垂直方向及所述水平方向上的多个透镜单元区域，在所述第一透镜单元区域组中，配置于所述水平方向上的透镜单元区域中的部分地遮蔽的透镜单元区域的数量比配置于所述垂直方向上的透镜单元区域中的部分地遮光的透镜单元区域的数量多，所述遮光板处于所述规定的转动位置或移动位置时，与所述第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域的遮光面积为该透镜单元区域的50%以下，所述第一透镜单元区域组的各透镜单元区域的遮光面积为该透镜单元区域的50%以上。
2.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于，所述遮光板处于所述规定的转动位置或移动位置时，与所述第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比所述第一透镜单元区域组的任一个透镜单元区域的遮光面积都小。
3.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于，所述遮光单元的所述遮光板处于所述规定的转动位置或移动位置时，所述第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中，除去与所述光轴连接的透镜单元区域和所述第一透镜单元区域组之外的任一个透镜单元区域的遮光面积都比与所述光轴连接的透镜单元区域的遮光面积大。
全文摘要
本发明涉及投射型影像显示装置，抑制在照明较暗的室内等使用的情况下因黑色泛白导致的对比度的降低。该投射型影像显示装置具备第一透镜阵列，具有使来自光源的射出光分割为多个光束的多个透镜单元区域；第二透镜阵列，具有来自第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域；聚光透镜，对来自第二透镜阵列的射出光束进行聚光；显示元件；投射透镜；和遮光单元，遮蔽从第一透镜阵列射向第二透镜阵列的光束，该遮光单元遮蔽第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中除去与光轴连接的透镜单元区域后的所有透镜单元区域的至少一部分，与光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比除去与光轴连接的透镜单元区域后的任一个透镜单元区域的遮光面积都小。
文档编号H04N5/74GK102323711SQ201110320138
公开日2012年1月18日 申请日期2009年2月24日 优先权日2008年9月25日
发明者木村展之 申请人:株式会社日立制作所
技术领域：
本发明涉及投射型影像显示装置，通过影像显示元件形成与影像信号对应的光学像，将该光学像投射到屏幕等上。
背景技术：
在现有投影机的光学系统中，为使亮度最低而实施影像显示元件的光调制的时候，在使通过影像显示元件调制后的光束的偏光一致的射出偏光板中吸收的光不充分，屏幕上的亮度不降低，发生被称为所谓的“黑泛白(黒浮t )”的现象。另外，除光阀(，4卜^X)之外，有通过根据来自外部的信号改变画面整体的光量的调光装置来减小投射型影像显示装置的最小亮度，从而提高对比度的装置。作为这种情况下的来自外部的信号，包括影像信号、测定外部环境的信号、使用者有意图地操作的信号等。作为该装置之一，专利文献1、专利文献2、专利文献3中已公示了在照明光学系统中使用可根据影像信号改变遮光量的遮光装置的技术。专利文献1 :W02003-032080号公报专利文献2 (日本)特开2005-17500号公报专利文献3 (日本)特开2005-31103号公报在此，进一步增大投射型影像显示装置的动态范围时，也需要进一步增大照明光学系统中配置的遮光装置的遮光量。要增大遮光装置的遮光量，只要增加遮光装置中包含的遮光构件遮蔽照明光束时的遮光区域即可。但是增加遮光量时，在透镜阵列形成的照明光学系统的被照明区域被叠加的二次光源像的数量减少，因此存在照明光的被照明区域中的照度分布容易不均勻的问题。另外， 在遮光装置使遮光板转动(旋转)或移动而实施遮光的时候，存在遮光板的移动或转动时的照度分布的变化容易映在画面上的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投射型影像显示装置，在维持照明光的被照明区域的照度分布更加均勻的状态下，具有高的对比性，另外，通过遮光装置能够大幅控制遮光量， 从而能够得到动态范围大的影像。为实现上述目的，本发明的投射型影像显示装置具备光源；第一透镜阵列，其具有使来自所述光源的射出光分割为多个光束的多个透镜单元区域；第二透镜阵列，其具有来自所述第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域；聚光透镜，其对来自所述第二透镜阵列的射出光束进行聚光；显示元件，其接受所述聚光透镜聚光的光束，并使其透射或反射；投射透镜，其射出来自所述显示元件的透射光或反射光；和遮光单元，其遮蔽从所述第一透镜阵列射向所述第二透镜阵列的光束，其中，所述遮光单元，遮蔽所述第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中除去与光轴连接的透镜单元区域后的所有透镜单元区域的至少一部分，与所述光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比除去与所述光轴连接的透镜单元区域后的任一个透镜单元区域的遮光面积都小。根据本发明，能够提供一种投射型影像显示装置，相比现有技术能够改善为能够维持影像的照度分布的均勻性，能够实现高对比化的遮光量的控制，此外还能够得到动态范围(夕、少笑夕夕 > > 夕)大的影像。
图1是表示本发明的投射型影像显示装置的光学系统构成的一实施例的图；图2是用于说明本发明的遮光单元的一实施例的图；图3是用于说明本发明的遮光单元的一实施例的组装状态的图；图4是表示本发明的投射型影像显示装置的一实施例的图；图5是表示构成本发明一实施例的第二透镜阵列4的各透镜单元区域配置的图；图6是用于说明本发明一实施例的遮光板形状的图；图7是用于说明本发明一实施例的遮光板形状和投影光像的分布的图；图8是用于说明本发明一实施例的遮光板形状的图；图9是用于说明本发明一实施例的遮光板形状和投影光像的分布的图；图10是表示本发明的开口角和投影光量的关系的一实施例的图；图11是用于说明本发明一实施例的遮光板形状和投影光像的分布的图；图12是用于说明本发明的投射型影像显示装置的遮光单元的一实施例的构成的图；图13是表示本发明的投射型影像显示装置的遮光单元的配置的一实施例的图；图14是表示本发明的投射型影像显示装置的光学系统构成的一实施例的图。符号说明1、光源；2、反射镜；3、第一透镜阵列；4、第二透镜阵列；5、偏光变换元件；6、聚光透镜；7、反射镜；10、反射镜；11、12、分色镜；13、聚光镜；14、14R、14G、14B、光阀；15、第一中继透镜；16、第二中继透镜；17、第三中继透镜；18、影像显示元件；21、光合成三棱镜；100、屏幕；200、投射透镜；300、光轴；401、透镜单元区域a 1 ；402、垂直轴；403、水平轴；501、遮光单元；501a、501b、501c、遮光板。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在各图中，相同的构成要素附加相同的符号。另外，对于以前说明过的要素省略其说明。在符号之后添加R、G或 B表示的构成要素是需要在按照颜色(例如，R为红色、G为绿色、B为蓝色)分离成的多个光路中进行区别的。另外，在说明上没有妨碍的情况下，省略下标。
用图1说明本发明一实施例的投射型影像显示装置的构成。下面，对投射型液晶显示装置的构成进行说明。图1是表示投射型液晶显示装置的构成例的图。在图1的三板式的投射型液晶显示装置中，1为光源，诸如超高压水银灯、 金属卤化物灯、氙气灯、水银氙气灯、卤素灯等的白色灯。光源1具有带有圆形或多角形的射出开口的至少一个反射镜2。从光源1射出的光通过含有影像显示元件的光阀14R、14G、 14B对着投射透镜200向屏幕100投影。从光源1的灯放射的光例如被抛物面的反射镜2 反射变为与光轴平行，向第一透镜阵列3入射。另外，将光源1和反射镜2的构成称为光源单元。第一透镜阵列3由将入射的光配设成矩阵状的多个矩形状的透镜单元区域构成， 并且被各个透镜单元区域分割成多束光，以有效地通过第二透镜阵列4和偏光变换元件5 的方式传导。即，第一透镜阵列3被设计为光源1和第二透镜阵列4的各透镜单元区域相互成为物体和像的关系(共轭关系)。和第一透镜阵列3同样具有配设成矩阵状的多个矩形状透镜单元区域的第二透镜阵列4，将构成的各个透镜单元区域各自对应的第一透镜阵列3的透镜单元区域的形状投影在光阀14内的影像显示元件18上。这时，来自第二透镜阵列4的光通过偏光变换元件5 —致的趋向于规定的偏光方向。另外，在第一透镜阵列3和第二透镜阵列4之间，设置有用于控制通过的光量的遮光单元501(后述)。而且，第一透镜阵列3的各透镜单元区域的投影像分别通过各个聚光透镜6及聚光镜13、第一中继透镜15、第二中继透镜16、第三中继透镜17在光阀14内的影像显示元件 18上重合。另外，聚光透镜6具有光轴300。第一透镜阵列3和影像显示元件18设计为相互成物体和像的关系(共轭关系)， 因此，用第一透镜阵列3分割为多束的光束通过第二透镜阵列4和与之接近配设的聚光透镜6，重叠并投影在光阀14内的影像显示元件18上，能够实现实用上没有问题的电平均一性高的照度分布的照明。在该过程中，用反射镜7反射的光通过分色镜11分离成二色光，例如B光(蓝色带宽的光)被反射、G光(绿色带宽的光)及R光(红色带宽的光)被透射，另外，G光和R 光通过分色镜12分离成G光和R光。例如，G光被分色镜12反射，R光在分色镜12透射。 光的分离方法有各种考虑，也可以用分色镜11反射R光、透过G光及B光，也可以反射G光， 透过R光及B光。在图1的构成中，B光在分色镜11反射，然后被反射镜10反射，通过聚光镜1 透过B光用的光阀14B入射至光合成三棱镜21。在此，将透过聚光镜1 入射至光阀14B的 B光称为LB。被分色镜11透射的G光及R光内，G光被分色镜12反射，通过聚光镜13G向 G光用光阀14G入射，透过该光阀14G向光合成三棱镜21入射。在此，将透过聚光镜13G并入射至光阀14G的G光称为LG。R光透过分色镜12被第一中继透镜15聚光，另外，被反射镜8反射，再被第二中继透镜16聚光、被反射镜9反射后，再被第三中继透镜17聚光，入射至R光用的光阀14R。透过光阀14R的R光入射至光合成三棱镜21。在此，将透过第三中继透镜17入射至光阀14R的R光称为LR。透过各影像显示元件18的B光、G光、R光，通过光合成三棱镜21作为彩色影像合成后，通过例如可变焦距透镜那样的投射透镜200到达屏幕100。在光阀14内的影像显示元件18上根据未图示的影像信号进行光强度调制而形成的光学像，通过投射透镜200放大投影显示于屏幕100上。图1的实施例的遮光单元501，使用例如图2及图3中说明的那样的转动(旋转) 遮光板来控制入射光的光量的遮光单元。图2是本发明还使用的遮光单元的一实施例的外观立体图。50-1为501的左遮光板的旋转中心，50-2为遮光单元501的右遮光板的旋转中心，60-1为左遮光板，60-2为右遮光板。另外，通过图2的A-A'线的水平面为水平轴(后述)403。另外，53为电动机部，54-2为随着电动机部53的旋转向箭头方向旋转的齿轮。另外，54-1为和齿轮讨-2啮合随着齿轮M-2的旋转而旋转的齿轮，55为框体部。“0”方向的箭头是使调节量减少时的遮光板的旋转方向，“C”方向的箭头是使调节量增大时的遮光板的旋转方向。实际安装的零件安装于框体部阳，框体部阳还作为本发明的实施例即投射型影像显示装置的构成的一部分被组装。从光源单元(光源1及反射镜幻射出、通过了第一透镜阵列3的光从箭头方向射入点画线的方向，通过遮光单元501的左右遮光板60-1和60-2的开口部来调节光量，射入第二透镜阵列4。为了开闭左右遮光板60-1和60-2，电动机部53根据来自控制遮光单元 501的控制部(后述)的信号进行旋转，向齿轮M-2和M-I传递旋转力，变更齿轮M-2和 54-1的旋转角。根据齿轮M-2和M-I的旋转角变更左右遮光板60-1、60-2的开闭角，由此，调整通过遮光单元501的光量。图3是用于说明上述遮光单元501被组装入本发明的实施例即投射型影像显示装置的状态的图。图3(a)表示本发明的实施例即投射型影像显示装置的一部分即光学系统部分的立体图。3为第一透镜阵列，4为第二透镜阵列，501为遮光单元，82为光学单元，22 为投射透镜。另外，图3(b)是放大图3(a)的虚线圆部分后的图。在图3中，是从图2的遮光单元501的姿势进行上下和前后的反转，装入第一透镜阵列3和第二透镜阵列4之间。图4是表示本发明的投射型影像显示装置的一实施例的概略构成的块图。80为投射型影像显示装置，100为屏幕，81为光源单元，82为光学单元，821为光学单元82的照明光学系统，822为光学单元82的影像显示元件部(液晶面板部)，22是光学单元82的投射透镜，843为显示驱动电路，844为控制部，845为用户操作装置时的MMI (Man Machine Interface)即操作部，846为光源电源电路，847为风扇电源电路，812为光源单元81的内部冷却用风扇，813为光源单元81的外部表面冷却用风扇，814为通道，815为风量调节用的开闭器(〉乂 7夕)。照明光学系统821例如由图1的第一透镜阵列3、遮光单元501、第二透镜阵列4、 偏光变换元件5及聚光透镜6构成。在图4的投射型影像显示装置80中，从光源单元81射出的光L射入光学单元82。 照明光学系821将来自光源单元81的光L的光量分布均勻化后照射影像显示元件部822。 影像显示元件部822被显示驱动电路843驱动，形成按照与影像信号对应的光学像(未图示)对光L进行调制后的显示光。形成的显示光从投射透镜22的射出开口部投影到外部的屏幕或壁面等的被照射面100上。另外，在图4中，从光源单元81射出的光L等的箭头只是说明上的示意性描述，各自的配置、角度、大小、光的方向等不是正确的。另外，影像显示元件部822实际上省略了图 1中说明的3色(R、G、B)各自的光学系统。在图4中，投射型影像显示装置由控制部844进行控制。控制部844由按照储存于 ROM (Read Only Memory)等中的程序进行动作的 CPU (Central Processing Unit)等构成。 控制部844对应根据来自操作部845的用户的按钮操作而被操作的按钮进行规定的处理。 例如经由光源电源电路846进行光源单元81的光源的点亮或熄灭，与光源的点亮(0N，开) 或熄灭(OFF，关)配合，经由风扇电源电路847进行光源单元81的内部冷却用风扇812、 光源单元81的外部表面冷却用风扇813、通道814、风量调节用的开闭器815等的运转或停止。另外，控制显示驱动电路843进行图像显示。另外，显示驱动电路843检测影像显示元件部822形成的显示光的亮度，根据检测出的亮度值控制照明光学系统821的遮光单元501的开闭角度。例如，在检测成为所形成的显示光的原样的影像信号的每一帧的亮度值，亮度值在规定值P以上的时，将遮光板60-1、 60-2置于全开(调节量最小，即，通过光量最大)状态，亮度值在规定值Q以下时，将遮光板 60-1、60-2置于全闭(调节量最大，即，通过光量最小)状态，亮度值在规定值P和规定值Q 之间时，逐步地改变遮光板的开闭角度。另外，亮度值的检测例如也可以使用众所周知的AGC(Aut0 Gain Control)功能。 另外例如可以用图像处理功能算出各像素的平均值，也可以对规定的区域算出各像素的平均值。另外，除此之外，也可以检测众所周知的情景变化点，在检测到情景变化点时，检测亮度值，控制遮光单元(调节)，以变为与检测的亮度值对应的光量。另外，也可以以每一帧为单位控制遮光单元，但也可以以多个帧为单位控制遮光单元。另外，在上述实施例中，显示驱动电路843检测影像显示元件部822形成的显示光的亮度，根据检测的亮度值控制照明光学系统821的遮光单元501的开闭角度。但是，控制部844通过从显示驱动电路843接受影像信号的亮度值的信息，也可以控制直接照明光学系统821的遮光单元501的开闭角度。另外，控制部844是包括显示驱动电路843、光源电源电路846、或风扇电源电路 847的至少任一个的构成，也可以兼备这些功能。下面，用图5 图11说明遮光单元的遮光板的开口部的形状和第二透镜阵列的投影光的关系。图5是表示构成第二透镜阵列4的各透镜单元区域的配置的图，框内表示各个透镜单元区域。另外，用点画线表示的水平轴403和垂直轴402的交点是光轴中心。另外，在以下的说明中，以预先没有特别说明为限，对通过用斜线表示的多个透镜单元区域401的部分(用虚线包围)的投影光进行说明。另外，将斜线部401的各透镜单元区域设定为a 1。图6和图7是对通过图5所示的第二透镜阵列4、斜线部的透镜单元区域401的投影光进行说明的图。为说明的方便，先图示了(d)。图6(d)是从光源单元侧看到的遮光单元开放(全开)时的情况的开口部的图，图6(a)是从光源单元侧看到的遮光板501a为形状(I)且全闭时的情况的开口部的图，图6(b)是从光源单元侧看到的遮光板501b为形状(II)且全闭时的情况的开口部的图，图6(c)是从光源单元侧看到的遮光板501c为形状 (III)且全闭时的情况的开口部的图。图7(d)是表示用图6(d)的情况的斜线表示的透镜单元区域部分401’的投影光的分布的图，图7(a)是表示用图6(a)的情况的斜线表示的透镜单元区域部分401’的投影光的分布的图，图7(b)是表示用图6(b)的情况的斜线表示的透镜单元区域部分401’的投影光的分布的图，图7 (c)是表示用图6(c)的情况的斜线表示的透镜单元区域部分401’的投影光的分布的图。图7中的浓淡是描画的状况，越浓光量越多，越变淡光量越少，白的部分的光量几乎为零。另外，图7(a) 图7(d)所示的方框是与图5的透镜单元区域401的各透镜单元区域a 1对应的投影区域401’。同样，图6(a) 图6(c)所示的方框也是与图5的透镜单元区域401的各透镜单元区域a 1对应的投影区域401，。如图6(d)所示，在全开时，无论遮光板为任何形状，开口部都全部打开，从光源单元射出的光全部通过。这时，通过各透镜单元区域a 1投影到例如偏光变换元件5的光的分布成为图7(d)所示的那样。这样一来，通过第二透镜阵列后被投影的光，沿法线方向距光轴中心越远光量越少，该倾向通过水平方向显著表现。如图6(a)所示，遮光板501a为形状⑴且全封闭时的情况的开口部成为向纵(垂直)方向陡斜的菱形开口形状。而且，其边界部设计成横切透镜单元区域a、d、g及j的投影光的区域。其结果，例如投影于偏光变换元件5上的光的分布如图7(a)所示，从图7(d) 只通过无遮光板的区域的光。如图6(b)所示，遮光板501b为形状(II)且全封闭时的情况的开口部，成为在纵 (垂直)方向和横(水平)方向大致同样程度的长度的斜菱形开口形状。即，其边界部设计成横切透镜单元区域a和d的投影光的区域。其结果，例如投影于偏光变换元件5上的光的分布如图7(b)所示，从图7(d)只通过无遮光板501b的区域的光。另外，如图6(c)所示，遮光板501c为形状(III)且全封闭时的情况的开口部，成为存在多个斜菱形的开口形状。即，其边界部成为横切透镜单元区域a、b、d、g及j的投影光的区域。其结果，例如，投影于偏光变换元件5上的光的分布如图7(c)所示，从图7(d) 只通过无遮光板501c区域的光。下面，利用图8 图10说明相对于本发明的遮光板的旋转角度的照度变化的线形特性的一实施例。图8是从光源单元侧看到的遮光板的打开角度(开口角)为60度 (II/3rad)的情况的开口部的图。另外，将全开时的开口角设定为0度(Orad)，将全封闭时的开口角度(开口角)设定为90度(n/2rad)。为说明上的方便，将遮光板为全开时的状态的图6(d)作为图8(d)，另外，将图7(d)作为图9(d)再次进行图示。图8(a)是从光源单元侧看到的遮光板501a为形状(I)的情况的开口部的图，图 8(b)是从光源单元侧看到的遮光板501b为形状(II)的情况的开口部的图，图8(c)是从光源单元侧看遮光板501c为形状(III)的情况的开口部的图。图9(a)是表示用图8 (a) 的情况的斜线表示的透镜单元区域401的投影光的分布的图，图9(b)是表示用图8(b)的情况的斜线表示的透镜单元区域401的投影光的分布的图，图9(c)是表示用图8 (c)的情况的斜线表示的透镜单元区域401的投影光的分布的图。图9所示的浓淡和图7的情况同样。另外，图9(a) 图9(c)所示的方框a 1是与图5的透镜单元区域401的各透镜单元区域a 1对应的投影区域。同样，图8 (a) 图8(c)所示的方框也是与图5的透镜单元区域401的各透镜单元区域a 1对应的投影区域。图10是表示对利用上述图6 图9的(a) (c)所示的本发明的一实施例，相对通过模拟算出的遮光板的开口角度的照度变化的图。横轴表示开口角(度)，纵轴表示光量比(％)。另外，将遮光板全开时设定为开口角0度，将遮光板全闭时开口角设定为90度。根据图6 图10的实施例的结果是，通常，离开光轴中心(垂直轴402和水平轴 403的交点)的光多时对比度降低。为了抑制该缺点，如图6 图9所示，采用通过光轴中心的光量增多那样的形状的遮光板的形状，相对于遮光单元的遮光板旋转的角度的增加或减少，还能够增加或减少大致相同的光量。由此降低投射型图像显示装置的遮光单元的开闭引起的图像劣化。S卩，如图6 图10的实施例那样，设计为沿水平方向排列1列的透镜单元区域且如垂直(纵)方向的透镜单元区域a、d及g的一部分那样，在垂直方向通过多个透镜单元区域的遮光板的形状，能够抑制对比度的降低。另外，如图6(b)、(c)及图7(b)、(c)以及图8(b)、(c)及图9(b)、(c)的实施例那样，设计为除垂直方向的透镜单元区域a、d之外，还通过水平(横)方向的透镜单元区域的一部分(例如，在垂直方向2区域、在水平方向2区域的透镜单元区域的一部分)的遮光板的形状，改善了照度变化(光量变化)相对于遮光板的旋转角度的变化的线形特性。即，在图10中，在用虚线表示的椭圆部分，如遮光板501a为形状I的结果那样，遮光板的开口角在60度附近的线形特性较差。但是，如实施例图6 图9的(b)及(c)所示，将遮光板设置为在透镜单元区域b的一部分开口的方式，由此，如图10所示，可提高线形特性。由此，能够抑制对比度的降低并且能够改善图像的劣化。此外，该效果通过使通过垂直方向的透镜单元区域(a、d、g等)的光量比通过水平方向的透镜单元区域(a、b、c等) 的光量多来得到提高。另外，如图6 图9的(c)所示，在形状III的遮光板501c中，残留4个以上光轴中心附近的透镜单元区域并扩大开口面积。其结果，能够改善图像的色彩不均。另外，在上述实施例中，对于与光轴中心最近的透镜单元区域，遮光板的开口部也以倾斜横切的方式设置。但是，对于透镜单元区域a，也可以成为图11所示的投影光像，不一定遮光。图11是在图6和图7的遮光板501c为形状III的情况下，进一步放大遮光板的开口部，以光全部通过透镜单元区域a的方式设置。如上述实施例所示，本发明的实施例即投射型影像显示装置具备光源；第一透镜阵列，其具有将来自光源的射出光分割成多个光束的多个透镜单元区域；第二透镜阵列， 其具有来自第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域；聚光透镜，其对来自第二透镜阵列的射出光束进行聚光；显示元件，其接受聚光透镜聚光的光束，并将其透射或反射；投射透镜，其射出来自显示元件的透射光或反射光；遮光单元，其遮蔽从第一透镜阵列射向第二透镜阵列的光束。遮光单元在第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中，遮蔽除去与光轴连接的透镜单元区域后的所有透镜单元区域的至少一部分，与光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比除去与上述光轴连接的透镜单元区域后的任一个透镜单元区域的遮光面积都小。
另外，在上述实施例中，第一透镜阵列和第二透镜阵列的大小是同样的。但是，如图12所示，也可以为第二透镜阵列的大小比第一透镜阵列大的形状。另外，在图12中，121 是根据需要设置的反射式透镜(> 7 > X )。此外，图1的遮光单元501配置于第一透镜阵列3和第二透镜阵列4之间，通过遮光板的转动遮蔽光束群，但是，如图13(a) (d)所示，遮光单元501也可以设置于光轴上的任意位置。例如，如图13(a)所示，也可以在光源1和第一透镜阵列3之间。另外，如图 13(b)所示，也可以在第二透镜阵列4和偏光变换元件5之间。另外，如图13(c)所示，也可以在偏光变换元件5和聚光透镜6之间。另外，如图13(d)所示，也可以在聚光透镜6的后因此，配置于第一透镜阵列3和光源1之间时，通过第一透镜阵列3的光成为全部被遮光之后的光。从光源1看，遮光单元501配置于第一透镜阵列3的下游(后侧)时，从第一透镜阵列3射出的光被遮光。另外，图12省略了聚光透镜6以后的光学要素的表述。另外，本发明的实施例即投射型影像显示装置具备光源；第一透镜阵列，其具有将来自光源的射出光分割成多个光束的多个透镜单元区域；第二透镜阵列，其具有来自第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域；聚光透镜，其对来自第二透镜阵列的射出光束进行聚光；显示元件，其接受聚光透镜聚光的光束，并透射或反射；投射透镜，其射出来自显示元件的透射光或反射光；遮光单元，其遮蔽从第一透镜阵列向第二透镜阵列的光束。第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域配置于第一方向和与上述第一方向垂直的第二方向，遮光单元具有遮光板，通过遮光板的转动或移动，在第一方向遮蔽第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域，遮光板处于规定的转动位置或移动位置时，遮光单元部分地遮蔽与第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域以外的透镜单元区域，即作为相对于与光轴连接的透镜单元区域配置于第一方向及第二方向的多个透镜单元区域的第一透镜单元区域组中的至少一部分透镜单元区域，在第一透镜单元区域组中，配置于第二方向的透镜单元区域的部分地遮蔽的透镜单元区域的数量比配置于第一方向的透镜单元区域的部分地遮蔽的透镜单元区域的数量多。优选上述投射型影像显示装置中，遮光单元的遮光板处于规定的转动位置或移动位置时，与第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比未与第一透镜单元区域组的光轴连接的任一个透镜单元区域的遮光面积都小。在此，与轴402平行的方向为上述第一方向，与轴403平行的方向为上述第二方向。另外，所谓与上述光轴连接的透镜单元区域意思是图5的第二透镜阵列4的透镜单元区域a 1中，和光轴(轴402及轴403的交点)连接的区域a。由此，所谓上述第一透镜单元区域组的意思是相对于透镜单元区域a配置于第一方向及第二方向的透镜单元区域 b、c、d、g、j。而且，如图6 图9的实施例所示全闭时那样，设定遮光板的形状，使得遮光板处在规定的转动位置、移动位置时，在第一透镜单元区域组中，配置于第二方向的透镜单元区域b及c的部分地遮蔽(部分地透射)的透镜单元区域的数量(或通过此的光量的合计) 比配置于第一方向的透镜单元区域d、g及1的部分地遮蔽(部分的透射)的透镜单元区域的数量(或通过此的光量的合计)多。由此，能够良好地实现高对比化和降低画面色的不均勻及转动时的照度变化的线形性。
另外，在投射型影像显示装置中，遮光单元的遮光板处在规定的转动位置或移动位置时进行设定，令与第二透镜阵列的上述光轴连接的透镜单元区域a的遮光面积为该透镜单元区域的50%以下，令上述第一透镜单元区域组b、c、d、g、j的所有的透镜单元区域的遮光面积为各透镜单元区域的50%以上。由此，不仅能够良好地实现降低画面色的不均勻和转动时的照度变化的线形性，而且可进一步实现高对比化。还优选，在上述投射型影像显示装置中，遮光单元的遮光板处在规定的转动位置或移动位置时，第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中，除去与光轴连接的透镜单元区域a和上述第一透镜单元区域组b、c、g、d、j之外的透镜单元区域e、f、h、i、k、1的任一个的遮光面积都比与光轴连接的透镜单元区域的遮光面积大。由此不仅能够良好地实现降低画面色的不均勻和转动时的照度变化的线形性，而且可进一步实现高对比化。另外，本发明实施例的投射型影像显示装置的上述第二透镜阵列，例如在图5中， 配置成沿轴403的上下的透镜单元的数量为J(图5的例中J = 4)、沿轴402的左右的透镜单元的数量为K(图5的例中K = 3)的矩阵状(J、K是1以上的整数)，另外，透镜单元分别以在和轴403平行的方向上具有长边的矩形的方式设定遮光板的形状。S卩，本发明的实施例的投射型影像显示装置具备光源；第一透镜阵列，其具有透射来自光源的射出光的多个透镜单元区域；第二透镜阵列，其具有来自第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域；显示元件，其接受来自第二透镜阵列的射出光束，并透射或反射；投射透镜，其射出来自显示元件的透射光或反射光；可变开口调节单元，其遮蔽射向第二透镜阵列的光束。第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域，配置成以光轴为中心的上下2JX左右I(J、K是1以上的整数)列的矩阵状，可变开口调节单元具有遮光板，通过该遮光板的转动或移动，第二透镜阵列可在左右方向上改变多个矩形透镜单元区域的遮光范围，遮光板处在规定的转动位置或移动位置时，可变开口调节单元使在上下方向上配置于与光轴连接的4个透镜单元区域(包含图5的透镜单元区域a)的第一透镜单元区域组 (包含图5的透镜单元区域d、g、j)和在左右方向上配置于与光轴连接的4个透镜单元区域的第二透镜单元区域组(包含图5的透镜单元区域b、c)中的、至少一部分的透镜单元区域部分地开口，在第一透镜单元区域组中部分地开口的透镜单元区域的数量比第二透镜单元区域组中部分地开口的透镜单元区域的数量多。由此，能够良好地实现高对比化和降低画面色的不均勻及转动时的照度变化的线形性。优选，在上述投射型影像显示装置中，可变开口调节单元的遮光板处在规定的转动位置或移动位置时，可变开口调节单元对与上述光轴连接的4个透镜单元区域(在图5 的例中，对透镜单元区域a，位于与垂直轴402及水平轴403线对称的位置的4个透镜单元区域)、在该4个透镜单元区域在上下方向相邻配置L个的4L个(L是1以上的整数，在图 5的例中L = 3)透镜单元区域(在图5的例中，透镜单元区域d、g、j为位于与垂直轴402 及水平轴403线对称的关系的位置上的12个透镜单元区域)、在4个透镜单元区域在左右方向上相邻配置M列的4M个(M是1以上的整数，在图5的例中M= 1)透镜单元区域(在图5的例中，透镜单元区域b、c为位于与垂直轴402及水平轴403线对称的关系的位置上的8个透镜单元区域)部分地开口，对上述第二透镜阵列的其它透镜单元区域遮光，以所述 L比所述M大的方式设定遮光板的形状。换言之，使所述第二透镜阵列的至少一部分透镜单元区域部分地开口，是指将相对于与光轴连接(或围着光轴)的4个透镜单元区域，在与遮光板的转动方向或移动方向垂直的上下(垂直轴40 方向排列的透镜单元区域的单元数量4L的值，设定为比相对于与所述光轴连接的4个透镜单元区域在与遮光板的转动方向或移动方向平行的左右(水平轴403)方向上排列的透镜单元区域的单元数量4M的值大。这样一来，通过增大所述L，可期待降低画面色的不均勻，通过增大所述M，可期待提高转动时的照度变化的线形性，使所述L比所述M大，同时整体减小开口面积，由此可期待高对比化。由此，能够良好地实现高对比化和降低画面色的不均勻及转动时的照度变化的线形性。另外，更优选，在上述投射型影像显示装置中，可变开口调节单元的遮光板处在规定的转动位置或移动位置时，以与光轴连接的4个透镜单元区域各自的单元开口面积比2L 个透镜单元区域及2M个透镜单元区域的任一个透镜单元区域的开口面积都大的方式设定遮光板的形状。由此能够良好地实现降低画面色的不均勻及转动时的照度变化的线形性， 并且可进一步实现高对比化。更优选在投射型影像显示装置中，遮光单元的遮光板处在规定的转动位置或移动位置时，以与光轴连接的4个透镜单元区域各自的开口面积为透镜单元区域的50%以上、 第一透镜单元区域组的所有透镜单元区域各自的开口面积为该透镜单元区域的50%以下的方式设定遮光板形状。由此能够良好地实现降低画面色的不均勻及转动时的照度变化的线形性，并且可进一步实现高对比化。另外，在上述投射型影像显示装置中，例如，L为2，例如，M为1。另外，使用本发明的投射型影像显示装置也可以是3板透射型、单板透射型、3板反射型、单板反射型中的任一种。另外，在上述实施例中，例如在图1中，从光源单元射出并通过第一透镜阵列3、遮光单元501、第二透镜阵列4、偏光变换元件5及聚光透镜6的光入射至反射透镜7，改变90 度方向之后入射至后段的分色镜11。但如图14的实施例所示，也可以设置为来自聚光透镜 6的射出光的光轴和分色镜11的光轴平行，由此省略反射透镜，降低零件个数。另外，本发明不限于以上的例子，在不脱离本发明的宗旨的范围内，允许其它各种各样的构成。
权利要求
1.一种投射型影像显示装置，其特征在于，具备 光源；第一透镜阵列，其具有使来自所述光源的射出光分割为多个光束的多个透镜单元区域；第二透镜阵列，其具有来自所述第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域； 聚光透镜，其对来自所述第二透镜阵列的射出光束进行聚光； 显示元件，其接受所述聚光透镜聚光的光束，并使其透射或反射； 投射透镜，其射出来自所述显示元件的透射光或反射光；和遮光单元，其遮蔽从所述第一透镜阵列射向所述第二透镜阵列的光束，其中， 所述遮光单元，遮蔽所述第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中除去与光轴连接的透镜单元区域后的所有透镜单元区域的至少一部分，与所述光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比除去与所述光轴连接的透镜单元区域后的任一个透镜单元区域的遮光面积都小， 所述第二透镜阵列沿垂直方向和水平方向配置有多个所述矩形透镜单元区域， 所述遮光单元具有遮光板，通过该遮光板的转动或移动，在垂直方向遮蔽所述第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域，所述遮光板处于规定的转动位置或移动位置时，所述遮光单元部分地遮蔽与所述第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域以外的透镜单元区域， 该与所述第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域以外的透镜单元区域是第一透镜单元区域组中的至少一部分透镜单元区域，其中所述第一透镜单元区域组为相对于与所述光轴连接的透镜单元区域配置于所述垂直方向及所述水平方向上的多个透镜单元区域，在所述第一透镜单元区域组中，配置于所述水平方向上的透镜单元区域中的部分地遮蔽的透镜单元区域的数量比配置于所述垂直方向上的透镜单元区域中的部分地遮光的透镜单元区域的数量多，所述遮光板处于所述规定的转动位置或移动位置时，与所述第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域的遮光面积为该透镜单元区域的50%以下，所述第一透镜单元区域组的各透镜单元区域的遮光面积为该透镜单元区域的50%以上。
2.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于，所述遮光板处于所述规定的转动位置或移动位置时，与所述第二透镜阵列的光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比所述第一透镜单元区域组的任一个透镜单元区域的遮光面积都小。
3.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于，所述遮光单元的所述遮光板处于所述规定的转动位置或移动位置时，所述第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中，除去与所述光轴连接的透镜单元区域和所述第一透镜单元区域组之外的任一个透镜单元区域的遮光面积都比与所述光轴连接的透镜单元区域的遮光面积大。
全文摘要
本发明涉及投射型影像显示装置，抑制在照明较暗的室内等使用的情况下因黑色泛白导致的对比度的降低。该投射型影像显示装置具备第一透镜阵列，具有使来自光源的射出光分割为多个光束的多个透镜单元区域；第二透镜阵列，具有来自第一透镜阵列的射出光束透过的多个透镜单元区域；聚光透镜，对来自第二透镜阵列的射出光束进行聚光；显示元件；投射透镜；和遮光单元，遮蔽从第一透镜阵列射向第二透镜阵列的光束，该遮光单元遮蔽第二透镜阵列的多个矩形透镜单元区域中除去与光轴连接的透镜单元区域后的所有透镜单元区域的至少一部分，与光轴连接的透镜单元区域的遮光面积比除去与光轴连接的透镜单元区域后的任一个透镜单元区域的遮光面积都小。
文档编号H04N5/74GK102323711SQ201110320138
公开日2012年1月18日 申请日期2009年2月24日 优先权日2008年9月25日
发明者木村展之 申请人:株式会社日立制作所
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