CN101308252A - 投影装置和用于该投影装置的投影方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供投影装置及其投影方法，所述投影装置包括：用以根据图像信息调制光的一维型光调制装置；投影光学***；用以沿垂直于从一维型光调制装置发出的一维图像光的延伸方向的方向偏转图像光的光偏转装置，其中，光偏转装置包括布置在投影光学***和一维型光调制装置之间的第一光偏转装置和布置在投影光学***的射出侧上的第二光偏转装置；第二光偏转装置被可拆卸地安装。

Description

投影装置和用于该投影装置的投影方法

技术领域

本发明涉及用于扫描和投影通过采用一维型光调制装置光学根据图像信息调制光而获得的图像光以显示对应于图像光的二维图像的投影装置，及用于本装置的投影方法。

本发明包含涉及2007年3月18日在日本专利局申请的日本专利申请JP2007-133529的主题内容，在这里参考并入其全部内容。

背景技术

高逼真感显示器要求有高解晰度、宽色域、宽视角及高帧率。当用一个投影器即一个投影装置实现宽视角时，通过二维型空间光调制装置例如液晶面板或数字微镜装置(DMD)在大屏幕或曲面屏幕上投影图像的方法被广为使用。在这样的实例中，由于图像质量在端部尤其是在屏幕的四角劣化，因此目前，图像质量和宽视角还是一对矛盾。

另一方面，一维型空间光调制装置(下文中称为“一维型光调制装置”)发出一维图像光，所述图像光沿着分别对应于各像素布置光调制元件的方向，即沿一维型光调制装置的主轴方向(纵向)延伸。因此，组合使用一维型光调制装置和光偏转装置，例如沿垂直于光调制装置主轴的方向扫描图像光的扫描镜(即扫描元件)，可以在屏幕上显示出二维图像。

另外，若在使用一维型光调制装置的投影装置中采用具有布置在随后的阶段侧，即布置在包括投影物镜等的投影光学***的射出侧的光偏转装置的后投影扫描***，就可在狭窄的投影空间中轻松实现宽的可视角度。此外，当使用柱形屏幕作为成像投影平面时，其优势在于屏幕四角的图像恶化程度较小，从而能够在不损伤图像质量的情况下实现宽视角。本项技术在例如日本专利No.2003-207730中描述。

另外，若在使用一维型光调制装置的投影装置中采用具有布置在投影物镜前的扫描部分的预投影扫描***，在由投影物镜和非球面透镜组合成的校正透镜***会使得不用校正图像信号就能够投影出矩形图像。

按如上所述使用一维型光调制装置，可显示具有宽的横向视角的图像成。这就是说，可以投影具有大的横向长度和纵向长度比值(水平垂直比)，即大的长宽比的图像。因此使得能够进一步提高逼真感。

如提供具有投影相对大的长宽比的图像的功能和投影具有相对小的长宽比的图像的功能并具有与现有装置相同的横向可视角的装置，增加了例如选择图像软件的自由度。这使得实用价值能够被进一步提高。

但是，仅用于实现上面描述的两种投影方法的投影装置还没有被提出。目前，这种情况下必须准备多个投影装置。当使用多个投影装置时，存在的问题是整个装置的结构成比例增大并变得复杂。

发明内容

受前述思想的启发，本发明被设计以提供能够在投影具有不同长宽比的图像的同时又能抑制各个图像的质量的恶化并能够在使用不同***的投影方法之间简单切换的投影装置，及用于该投影装置的投影方法。

为实现上述需求，依据本发明的实施例，提供的投影装置包括：用以根据图像信息调制光的一维型光调制装置；投影光学***；沿近似垂直于从一维型光调制装置发出的一维图像光的延伸方向的方向偏转图像光的光偏转装置；所述光偏转装置包括布置在投影光学***和一维型光调制装置之间的第一光偏转装置和布置在投影光学***的射出侧上的第二光偏转装置。第二光偏转装置被可拆卸地安装。

依据本发明的另一个实施例，提供的投影装置包括：用以根据图像信息调制光的一维型光调制装置；投影光学***；沿近似垂直于从一维型光调制装置发出的一维图像光的延伸方向的方向偏转图像光的光偏转装置；所述光偏转装置包括布置在投影光学***和一维型光调制装置之间的第一光偏转装置和布置在投影光学***的射出侧上的第二光偏转装置；布置在第二光偏转装置内或布置在第二光偏转装置和投影光学***之间的光学***设置有移动机构。

仍是依据本发明的另一个实施例，提供了投影方法，本方法包括：穿过第一光偏转装置和投影光学***发出由光调制装置调制获得的图像光以投射出具有第一长宽比的图像光；和穿过布置在所述投影光学***的射出侧上的第二光偏转装置发出由光调制装置调制获得的图像光以投射出具有不同于第一长宽比的第二长宽比的图像光。

如前所述，依据本发明的实施例，通过光偏转装置偏转由一维型光调制装置调制获得的图像光、并由投影光学***将生成的图像投射到外部图像生成表面例如屏幕上以进行投影的投影装置具有第一和第二光偏转装置。另外，第一光偏转装置布置在一维型光调制装置和投影光学***之间，第二光偏转装置布置在投影光学***的射出侧上。这也就是说，当使用第一光偏转装置时，可使用预投影扫描***进行投影，而当使用第二光偏转装置时，可使用后投影扫描***进行投影。

另外，依据本发明的实施例，第二光偏转装置被可拆卸地安装，这使得可简单地选择如下两种状态：通过第一光偏转装置偏转光以进行投影，或者通过第二光偏转装置偏转光以进行投影。

而且，第二光偏转装置设置有移动机构，或布置在第二光偏转装置和偏转光学***之间的例如折叠镜的光学***设置有移动机构，这使得能够类似于如上实例而简单地相互切换由第一光偏转装置进行偏转和投影或由第二光偏转装置进行偏转和投影。

由此，由第一光偏转装置进行偏转而第二光偏转装置被检测或从投影光学***的发光光路上的位置移动，从而可以采用在图像光入射到投影光学***之前扫描图像光的预投影扫描***进行投影。另一方面，由第二光偏转装置进行光的偏转并且停止第一光偏转装置，使得可采用当图像光从投影光学***发出后扫描图像光的所谓的后投影扫描***进行投影。依据本发明的实施例，可以简单地相互切换分别使用这两种***的方法。这就是说，能够投影具有不同长宽比的图像，同时抑制各个图像质量的恶化。

另外，依据本发明的另外一个实施例，如上所述，该投影方法包括：通过第一光偏转装置和投影光学***发出由光调制装置调制获得的图像光，以投影具有第一长宽比的图像光；并通过布置在投影光学***的射出侧上的第二光偏转装置发出由光调制装置调制获得的图像光，以投影具有不同于第一长宽比的第二长宽比的图像光。因此，能够简单地相互切换具有不同长宽比的图像光，并且偏转装置的结构也各不相同。由此使得在这两种投影方法中都能够抑制图像质量的恶化。

依据本发明的投影装置和投影方法，能够在投影具有不同长宽比的图像的同时抑制各个图像质量的恶化，另外分别使用这两种***的投影方法能够简单地相互切换。

附图说明

图1是显示依据本发明的实施例的投影装置的结构的平面视图；

图2是显示依据本发明的实施例的投影装置的变化的结构的平面视图；

图3是显示依据本发明的实施例的投影装置的另一个变化的主要部分的结构的平面视图；和

图4A和4B是分别说明依据本发明的投影方法的平面结构的视图。

具体实施方式

尽管下文中将详细描述本发明的实施例，但本发明不仅限于此。

图1示出了依据本发明的实施例的投影装置的示意性结构视图。

投影装置100包括：光源10；一维型光调制装置1；由Offner中继或类似器件构成的中继光学***2；第一光偏转装置3；校正光学***4；例如投影物镜的投影光学***5；控制器6；移动机构7；由折叠镜或类似构件构成的光学***8；及第二光学偏转装置9。在本实例中，校正光学***4执行图像平面曲率校正、像差校正及类似功能。另外，移动机构7移动光学***8。

例如相位反射型衍射光栅等光调制元件能够被用作一维型光调制装置，例如美国硅光仪器公司(Silicon Light Machines Corporation)生产的光栅阀(GLV)。在使用这种相位反射型衍射光栅的一维型光调制装置中，衍射光栅类的光调制元件被沿垂直于图1所在的纸面的方向直线布置以分别对应于多个像素。另外，一维型(线型)相干光沿它的排列方向即主轴(纵向)方向射向衍射光栅类的光调制元件，从而根据图像信息通过静电驱动力或类似力使衍射光栅变形。由此使得相干光被调制成对应于图像信息的一维图像光发出。

当一维型光调制装置由例如GLV这样的光调制元件构成时，需要提供光源10，这是由于例如GLV这样的光调制元件是非自发光型，另外还要使用相干光源，例如半导体激光器。当投影彩色图像时，优选地提供对应于红、蓝和绿色的彩色光源和与其对应的一维型光调制装置。

应注意到，当使用包括沿一维方向布置的发光二极管或类似器件的自发光型元件作为一维型光调制装置时，不必提供如图1中所示的光源10。

中继光学***2由Offner中继或类似器件构成，因此，是由反射镜组合而获得的中继光学***。由此，中继光学***2形成具有与一维图像相同的放大倍率的图像。

第一光偏转装置3由例如包括平面镜3m和用以驱动平面镜的部件的电反射镜(galvano-mirror)或类似组件构成。另外，第一光偏转装置3被布置在中继光学***2的图像位置的前面，并与图像信号同步扫描一维图像。

另外，当第一光偏转装置3被移动至指定位置，则一维中间图像能够在校正光学***4和投影物镜5之间形成。另外，平面镜3m由例如驱动器(未示出)的驱动部分驱动而在垂直于一维型光调制装置1的布置方向的平面(图1所在的纸张的平面)中沿如图中箭头s所标明的方向枢转，从而扫描来自一维型光调制装置1的一维中间图像。由此能够在校正光学***4和投影光学***5之间形成二维中间图像。

由投影物镜或类似器件构成的投影光学***5放大并投影一维中间图像或由此形成在外部屏幕上的平面二维中间图像。

例如折叠镜等光学***8具有包括例如滑动机构等的移动机构7，并可以由图1中箭头a标明的那样移动。由此能够在如下两种情况之间相互切换：在投影光学***5发出的光沿图1中标明实线的方向直线传播的情况；和光路由如图1中虚线所示的通过反射或类似操作偏向光偏转装置9一侧而发生改变的情况。

例如，在投影以作为标准水平垂直比率的第一长宽比的图像至平面屏幕(未示出)上的第一投影过程中，图像光被偏转，即，由第一光偏转装置3依据从用以控制装置主体的控制器6输出的信号进行扫描。另外，光学***8的位置依据从控制器6输出的信号被调整至使从投影光学***5发出的光直线传播的位置。

另外，还可以进行用以投影所具有的长宽比不同于第一长宽比的图像的第二投影过程，例如，投影具有横向长度相对大于纵向长度的图像至柱形屏幕上(未示出)或类似屏幕上。在这种情况下，第一光偏转装置3停止在预定的位置，另外光学***8的位置依据从控制器6输出的信号被调整至使从投影光学***5发出的光能够被反射至第二光偏转装置9的一侧的位置。这就是说，在第二投影过程中，例如折叠镜等反射部分被***图像光的光轴，以将图像光导向第二光偏转装置9。

例如，具有正多棱横截面的多棱镜和用以驱动本多棱镜的部件，平面镜和用以驱动本平面镜的部件或者类似构件能够被用作第二光偏转装置9。当光学***8的位置被以上述的方式调整使得图像光由例如折叠镜等反射部分引导至第二光偏转装置9时，采用本结构使得一维型图像被与图像信号同步扫描并由后投影扫描***进行投影。在本实例中，可以采用本结构使得图像被以例如第二长宽比投影在柱形屏幕或类似屏幕上。

应注意，由折叠镜构成的光学***8通过滑动机构等被移动以使光路改变成为另外一个光路。然而，当然，也能够依据例如平面屏幕或柱形屏幕的布置等采用在第二光偏转装置9中设置移动机构和通过滑动机构等移动第二光偏转装置9以改变光路至另一个光路的结构。

另外，除滑动机构之外，提供在光学***8或第二光偏转装置9中的移动机构能够由转动机构等构成。

依据具有这样的结构的投影装置100，可以实现依据本发明的投影方法，本方法中光偏转装置的一部分被停止、拆卸或可移动，或者另外使用任何其它适用的光偏转装置。依据本发明的投影方法，具有不同长宽比的图像光能够被简单地相互切换，并且偏转装置在结构上进行了改变使得在每一种投影方法中图像质量的恶化都能够被抑制。

图2示出了位置调整机构11和13分别装配在投影光学***5和第二光偏转装置9中的实例，作为依据本发明的实施例的投影装置改变的实例。图2中与图1相对应的部分用相同的附图标记指代，并且为简练起见，省略对其的描述。

装配在投影光学***5中的位置调整机构11可以如下构成。即，例如，投影光学***5的投影物镜1的位置能够沿一维型光调制装置1的布置方向(垂直于本实例中图2所在的纸张)进行调整，即沿一维图像光的延伸方向的方向进行调整。从而，图像能够沿例如屏幕的垂直方向移动。另外，投影光学***5可以如下所述构造。这就是说，能够对投影物镜进行例如左手侧和右手侧的调整、缩放调整及类似调整。

设置在第一光偏转装置9中的位置调整机构13能够对应于投影光学***5发出的光的位置来移动第二光偏转装置9的位置。令人担心的是在第二光偏转装置9中，光路依据投影光学***5的位置而被射向第二光偏转装置9的反射镜部分之外的部分，这样会使得屏幕上的图像边缘变暗。为避免这种情况，第二光偏转装置9被移动使得第二光偏转装置9的位置与由位置检测传感器检测的与投影光学***5的物镜或类似构件的位置对应的先储存在控制器6的存储器部分中的位置数据一致。

通过采用这样的结构，第二光偏转装置9的光学元件的数目能够保持最小化，光学元件的成本能够更低，并且用以驱动第二光偏转装置9的部件的小型化和低的能量消耗也能够被实现。

图3示出了一个实例，作为依据本发明的实施例的投影装置的另一个改变，实例中的全部构成元件例如第二光偏转装置9和光学***8被用一个机壳14封装。

机壳14封装设置有移动机构7的光学***8、第二光偏转装置9、及用于第二光偏转装置9的控制器17。另外，机壳14能够被安装到投影光学***5的发光部分，同时它的结构不会遮挡图像光的光路。另外，透光的窗15被提供在机壳14的投影光学***5的发光光路上及它的第二光偏转装置9的发光光路上。使得例如由例如提供在投影装置内的第一光偏转装置(未示出)扫描的具有第一长宽比的图像光和由第二光偏转装置9扫描的具有第二长宽比的图像光被投影到外侧。从而，令人满意地显示对应的这些图像光的两个图像。

另外，通过采用使用包括以这种方式形成的窗15的机壳14来封装用以发出图像光的部分的结构，可以增强避免手和手指碰到可移动机构的安全性及眼睛免受激光束伤害的安全性。此外，可以防止砂粒和灰尘被粘附到光学零件上。

而且，窗15的横截面优选地为近似以第二光偏转装置9的反射表面16为圆心形成的圆形。窗15的横截面采用圆形具有如下的优点。即，以确保了最小化免受激光束伤害的安全区，使机壳14小型化，另外也能够轻松确保窗15的透过率。

另外，例如，为了安全地保持投影光的强度，互锁机构，即用以互相限制第一和第二光偏转装置的操作或约束第一和第二光偏转装置的操作的安全机构可以设置在本实施例的投影装置中。

例如，虽然未在任何一个图中显示，可以提供位置检测传感器，用以检测设置在光学***8中的折叠镜或类似构件的位置。在本实例中，位置检测传感器检测折叠镜状态：是否处于第一投影状态，其中折叠镜位于使从投影光学***5发出的光直线传播的位置；或是否处于第二投影状态，其中折叠镜位于使发出的光被反射至光偏转装置9的位置；或折叠镜既不处于第一投影状态也不处于第二投影状态。

而且，合适的互锁方法能够被选择使得基于从位置检测传感器获得的信息使从投影光学***5发出的光不会具有预期之外的强度。当光学***8的构成元件，例如折叠镜被定位在使发出的光如图3中实线所示直线传播的位置时，例如，在控制器6中执行互锁操作使得除第一光偏转装置3正常运转之外不允许发出光。当光学***8的构成元件，例如折叠镜被定位在使发出的光被反射至第二光偏转装置9的位置时，同样执行互锁操作使得除第二光偏转装置9正常运转之外不允许发出光。即，本结构被采用使得第一或第二光偏转装置3或9的操作被停止时，尽管装置应处于有效状态，也不会有图像光被发射到外部。

另外，当光学***8的构成元件，例如既不在第一投影状态也不在第二状态时，发光被抑制。当采用这种包括这样的互锁机构的结构时，可以增强投影装置的安全性。

应注意到，上面描述的实例示出了位置检测传感器被安装到设置在光学***8中的移动机构7的情况。但是，即使在本实例中采用通过滑动机构等移动第二光偏转装置9以改变光路至另一个光路的结构，当然还可以通过安装位置检测传感器至移动机构而采用类似地提供有互锁机构的结构。

现在，第二光偏转装置9的旋转速度由于环境温度的变化而产生微小变化，而转速的微小变化使得投影在柱形屏幕上的图像产生横向枢转。为减小横向枢转，有效的方法是调整机壳14内的温度使其保持在给定的温度值。作为一个实例，图3示出了依据本发明的投影装置的另一个变化，在本实例中热交换器19被分别设置在温度控制元件18例如珀耳帖元件(Peltierelement)的吸热表面和发热表面上，并进行温度调整使得机壳14内的温度被控制在给定的范围内。

图4A和4B分别示出了通过依据本发明的实施例的投影装置21投影图像光至外部屏幕上的结构性实例。参考图4A，包括具有例如图3中所示的各个结构的第二光偏转装置9、光学***8和移动机构7的偏转装置22，控制器17和类似构件被可拆卸地安装在投影装置21的射出侧。另外，当图像光被第一光偏转装置3扫描以投影到屏幕上时，投影通过利用预投影扫描***执行。因此，如图4A中所示，具有标准长宽比的图像，即，具有相对小的水平垂直比率的图像被投影至平面屏幕23上。在利用预投影扫描***的实例中，图像光能够被投影在平面屏幕23上以显示出令人满意的图像，同时又能在不用校正图像信号的情况下抑制图像的变形。

另一方面，当图像光由第二光偏转装置9扫描到屏幕上时，投影通过利用后投影扫描***执行。当图像被投影在柱形屏幕24上时，具有大的水平垂直比率的图像，即大的长宽比的图像能够被显示出来，所显示的图像在柱形屏幕24的四角或类似位置不产生变形，图像质量令人满意。另外，显示在屏幕上的图像具有极佳的逼真感。

如已经描述的，依据本发明的实施例，可以提供的投影装置能够在图像长宽比较小时在平面屏幕上简单投影出具有令人满意的图像质量的图像，同时当图像长宽比较大时能够在在柱形屏幕上投影出具有令人满意的图像质量的图像。

另外，采用依据本发明的实施例的投影装置，具有大的长宽比的图像被投影到柱形屏幕上时，与投影小的长宽比的图像至平面屏幕上一样，所显示的图像在屏幕的四角不会产生变形。

而且，当相位反射型和衍射光栅型静电驱动元件被用作依据本发明的实施例的投影装置中的一维型光调制装置时，通过使用例如激光束的相干光，利用了光的干涉。因此，控制具有高精度的粒度，从而可以显示出高质量图像。

在依据本发明的实施例的投影装置中，全部构成元件，例如第二光偏转装置、光学***、移动机构和控制器用一个机壳封装。使得可以增强手部和手指受免可移动机构伤害的安全性和眼部免受激光束损伤的安全性。另外，可以防止砂粒和灰尘粘附到光学元件上。

另外，位置检测传感器12检测第二光偏转装置或光学***的位置，以致动适合的互锁操作。使得可以防止具有预料之外的强度的发光被输出，从而可以进一步增强安全性。

应注意到，依据本发明的投影装置决不是为了局限于上面描述的实施例。也就是说，应明白，在不偏离本发明的要旨的前提下能够根据其它类型的一维型光调制装置及它的材料组成、调制光学***内的光学元件的结构及类似构件进行了不同的改动和修正。

另外，还可以采用能够控制光偏转装置的操作的结构，从而允许投影具有三种或更多种长宽比的图像。

本领域技术人员应理解可以依据设计需求和其它因素进行多种修正、组合、子组合和替代，只要它们在权利要求或其等效文档的范围要求之内。

Claims (14)

1、一种投影装置，包括：

用以根据图像信息调制光的一维型光调制装置；

投影光学***；和

沿近似垂直于从所述一维型光调制装置发出的一维图像光的延伸方向的方向偏转图像光的光偏转装置，

其中，所述光偏转装置包括：布置在所述投影光学***和所述一维型光调制装置之间的第一光偏转装置、和布置在所述投影光学***的射出侧上的第二光偏转装置，

所述第二光偏转装置被可拆卸地安装。

2、如权利要求1所述的图像投影装置，其中还包括：

设置在所述第二光偏转装置中的移动机构；

设置在所述投影光学***中的位置检测传感器；和

控制器，用以依据从所述位置检测传感器输出的检测值来控制设置在所述第二光偏转装置中的所述移动机构的移动量。

3、如权利要求1所述的图像投影装置，其中还包括：

用以控制所述第二光偏转装置和用于该第二光偏转装置的控制器的温度的温度控制器。

4、如权利要求1所述的图像投影装置，其中还包括：覆盖所述第二光偏转装置的机壳。

5、如权利要求4所述的投影装置，其中，由所述机壳封装的所述第二光偏转装置发出的光穿过的区域的横截面形成为近似以所述第二光偏转装置的发光位置为圆心的圆形。

6、一种投影装置，包括：

用以根据图像信息调制光的一维型光调制装置；

投影光学***；和

沿近似垂直于从所述一维型光调制装置发出的一维图像光的延伸方向的方向偏转图像光的光偏转装置；

其中，所述光偏转装置包括：布置在所述投影光学***和所述一维型光调制装置之间的第一光偏转装置；和布置在所述投影光学***的射出侧上的第二光偏转装置；和

布置在所述第二光偏转装置中或布置在所述第二光偏转装置和所述投影光学***之间的光学***设置有移动机构。

7、如权利要求6所述的投影装置，其中还包括：

设置在所述第二光偏转装置中的移动机构；

设置在所述投影光学***中的位置检测传感器；和

控制器，用以依据由所述位置传感器输出的检测值来控制设置在所述第二光偏转装置中的所述移动机构的移动量。

8、如权利要求6所述的投影装置，其中，所述第一光偏转装置、用于该第一光偏转装置的控制器、和所述移动机构可从所述投影装置的主体拆卸。

9、如权利要求6所述的投影装置，其中还包括：用以控制所述第二光偏转装置和用于该第二光偏转装置的控制器的温度的温度控制器。

10、如权利要求6所述的投影装置，其中还包括：用以覆盖所述第二光偏转装置、所述移动机构、和所述光学***的机壳。

11、如权利要求10所述的投影装置，其中，由所述机壳覆盖的所述第二光偏转装置发出的光穿过的区域的横截面形成为近似以所述第二光偏转装置的发光位置为圆心的圆形。

12、如权利要求6所述的投影装置，其中还包括：用以检测设置在具有移动机构的所述第二光偏转装置中、或设置在所述第二光偏转装置和所述投影光学***之间的光学***的移动位置的位置检测传感器；

其中，基于从所述位置检测传感器获得的位置信息而自动确认是否处于如下两个状态：进行投影并且未由所述第二光偏转装置进行偏转的第一投影状态；或由所述第二光偏转装置进行偏转的第二投影状态；并且

其中，所述投影装置还包括：根据所述第一投影状态和所述第二投影状态来限制发光强度的互锁功能。

13、投影方法，包括如下步骤：

通过第一光偏转装置和投影光学***发出经由光调制装置调制获得的图像光，以投射出具有第一长宽比的图像光；和

通过布置在所述投影光学***的射出侧上的第二光偏转装置发出经由所述光调制装置调制获得的图像光，以投射出具有不同于第一长宽比的第二长宽比的图像光。

14、如权利要求13所述的投影方法，其中还包括步骤：

在所述投影光学***和所述第二光偏转装置之间将反射部分***图像光的光轴，所述***步骤处于投影具有第一长宽比的图像光的步骤和投影具有第二长宽比的图像光的步骤之间。

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