專利名稱：投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種向反射型的圖像顯示元件入射來(lái)自光源的光、由其反射光形成光像而進(jìn)行投影的投影裝置。
背景技術(shù)：
圖3是表示采用微鏡元件的、DLP (Digital Light Processing)(注冊(cè)商標(biāo))方式的通常投影儀裝置10的結(jié)構(gòu)的平面圖。在該圖中，在對(duì)內(nèi)面實(shí)施過(guò)鏡面加工的反射器11內(nèi)，配置作為光源的高壓水銀燈 12。通過(guò)以交流高電壓的電源來(lái)驅(qū)動(dòng)該高壓水銀燈12而發(fā)生高亮度的白色光。由高壓水銀燈12所發(fā)生的光直接被取出或者由反射器11內(nèi)面進(jìn)行反射后作為光束被取出，在由第1反射鏡(mirror) 13反射之后經(jīng)由燈透鏡(lamp lens) 14，照射于旋轉(zhuǎn)的色輪15。色輪15的通過(guò)色輪馬達(dá)16進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的圓板狀面壁部由紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色 (B)的各扇形形狀的濾色器形成。因此，通過(guò)由色輪馬達(dá)16使色輪15旋轉(zhuǎn)，從而穿過(guò)色輪 15的白色光被以分時(shí)(time-division)的形式循環(huán)提取各色的頻帶而作為R、G、B的各原色光被輸出。從色輪15輸出的R、G、B的原色光，當(dāng)穿過(guò)光通道17時(shí)在內(nèi)部反復(fù)進(jìn)行漫反射，在光束密度的分布被平均化之后經(jīng)由照明系統(tǒng)透鏡18由第2反射鏡19進(jìn)行反射，在經(jīng)由照明系統(tǒng)透鏡20由第3反射鏡21反射之后，經(jīng)由場(chǎng)鏡(field lens) 22照射于微鏡元件23。微鏡元件23是一種還被稱為DMD (Digital Micromirror Device，數(shù)字微鏡器件) (注冊(cè)商標(biāo))的圖像顯示元件。微鏡元件23，通過(guò)使排列成陣列狀的多個(gè)例如XGA(橫向 1024象素X縱向768象素)象素?cái)?shù)的微小反射鏡的各傾斜角度分別高速進(jìn)行開(kāi)啟/關(guān)閉 (0N/0FF)動(dòng)作來(lái)進(jìn)行顯示動(dòng)作，從而利用其反射光形成光像。利用微鏡元件23處的反射光所形成的光像經(jīng)由場(chǎng)鏡22傳送至投影透鏡單元對(duì)。 投影透鏡單元M構(gòu)成為從物側(cè)(object side)開(kāi)始具有第1透鏡組24A、第2透鏡組24B 及第3透鏡組24C這3組透鏡，將由微鏡元件23所形成的光像放大并朝向投影對(duì)象的未圖示的屏幕進(jìn)行投影。圖4是說(shuō)明在上述圖3的結(jié)構(gòu)中、微鏡元件23處的光的入射和反射的具體構(gòu)成的附圖。在該圖4中，用虛線所示的照明系統(tǒng)光軸L，從在微鏡的排列面相對(duì)于各微鏡進(jìn)行開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)所面向的方向H轉(zhuǎn)動(dòng)了 45°后的方向，相對(duì)于附圖中用實(shí)線所示的作為投影光軸 N方向的法線以的入射角度入射。圖5表示構(gòu)成微鏡元件23的各個(gè)微細(xì)微鏡的基本開(kāi)啟/關(guān)閉動(dòng)作。這里，設(shè)為通過(guò)開(kāi)啟/關(guān)閉動(dòng)作按士 12°的角度對(duì)1個(gè)微鏡23a進(jìn)行傾斜控制。圖5(A)表示通過(guò)開(kāi)啟動(dòng)作、即+12° (+A° )的角度對(duì)1個(gè)微鏡23a進(jìn)行傾斜控制后的狀態(tài)。如圖所示，來(lái)自微鏡23a的反射光沿著作為微鏡元件23的法線的投影光軸N， 向上述投影透鏡單元M側(cè)出射。
另一方面，圖5(B)表示通過(guò)關(guān)閉動(dòng)作、即-12° (_A° )的角度對(duì)同一微鏡23a進(jìn)行傾斜控制后的狀態(tài)。如圖所示，來(lái)自微鏡23a的反射光沿著相對(duì)于作為微鏡元件23的法線的投影光軸N偏離了 48° (C° )的關(guān)閉光束光軸D，照射于未圖示的光吸收部件。在上述圖5所示的基本構(gòu)成中，在將微鏡23a的開(kāi)啟/關(guān)閉角度設(shè)為士A°、將照明系統(tǒng)光軸L相對(duì)于作為微鏡元件23的法線方向的、向投影透鏡單元M的投影光軸N所成的入射角度設(shè)為B、并將關(guān)閉動(dòng)作時(shí)的關(guān)閉光束光軸D相對(duì)于投影光軸N所成的角設(shè)為C 的情況下，為“C = 2B = 4A”的關(guān)系。然而，入射到微鏡23a的光束以及由微鏡23a反射而出射的光束全都不平行，而成為以微鏡23a為頂點(diǎn)位置的圓錐形狀。圖6表示微鏡元件23的制造廠商所推薦的、開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)微鏡23a處的入射光和出射光的各光束例。在將作為入射光束的照明系統(tǒng)光束CpL和作為出射光束的投影系統(tǒng)光束 φΡ的各頂角設(shè)為2β°的情況下，通過(guò)將β設(shè)為微鏡23a的可動(dòng)角度A以下，從而照明系統(tǒng)光束CpL和投影系統(tǒng)光束φΡ不會(huì)發(fā)生重復(fù)，在所投影的光束中不發(fā)生所謂的“遮光(’ 7 > eclipse)”，能夠?qū)?lái)自光源的光量有效利用于投影。另一方面，作為使投影圖像變得更明亮的一個(gè)方法，可以考慮將輸入到微鏡元件 23的照明系統(tǒng)的光束直徑設(shè)定得更大的方法。在此情況下，可以考慮上述照明系統(tǒng)光束 CpL和投影系統(tǒng)光束φΡ中各頂角的大小2β°超過(guò)照明光軸L和投影光軸N所成的角度B。圖7是表示設(shè)定了上述照明系統(tǒng)光束cpL和投影系統(tǒng)光束φΡ中各光束的頂角大小2β使之超過(guò)照明光軸L和投影光軸N所成的角度B的情形的附圖。在上述那樣將各光束的頂角設(shè)計(jì)為在推薦值以上的情況下，如附圖中右下的陰影部分所示，發(fā)生成為損失 (loss)的部分，該損失的部分是照明系統(tǒng)光束CpL和投影系統(tǒng)光束φΡ在空間上重復(fù)的部分。該光束重復(fù)的成為損失的部分是在實(shí)機(jī)(actual device)上因第3反射鏡21而局部發(fā)生“遮光”的部分，因而成為向微鏡元件23的入射光的一部分虧缺的狀態(tài)，最終表現(xiàn)為所投影的圖像的一端部的光量與其他部分相比低下的現(xiàn)象。這樣，為了使圖像變得明亮，通過(guò)將照明系統(tǒng)光束CpL和投影系統(tǒng)光束φΡ的頂角設(shè)定得較大，從而大部分成為更明亮的圖像，但是光量的分布不均勻，成為使圖像的質(zhì)量下降的主要原因。圖8是說(shuō)明為了避免將上述頂角增大后的2個(gè)光束的重復(fù)、而將照明光軸L的入射角設(shè)定得比正規(guī)的大的情形的附圖。在該圖8中，用虛線所示的照明光軸L，從在微鏡的排列面相對(duì)于各微鏡進(jìn)行開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)傾斜的方向、即微鏡元件23的短邊方向H轉(zhuǎn)動(dòng)了 45°后的方向，相對(duì)于附圖中用點(diǎn)滑線所示的投影光軸+α (α >0)的入射角度入射。附圖中的線LB是入射角度
的正規(guī)的照明系統(tǒng)光軸。這樣，通過(guò)從原來(lái)的照明系統(tǒng)光軸LB向外側(cè)設(shè)定照明光軸L， 使投影光束光軸P也偏離作為原來(lái)的投影光軸的切線方向N，能夠避免照明系統(tǒng)光束CpL和投影系統(tǒng)光束φΡ在空間上出現(xiàn)重復(fù)。作為同樣的構(gòu)思方法，可以考慮通過(guò)使照明光束的光軸相對(duì)于原來(lái)的照明系統(tǒng)光軸以較大的入射角度入射、來(lái)消除成為損失的光束量的方法。(例如，日本特開(kāi)2003-66366 號(hào)公報(bào))
但是，如日本特開(kāi)2003-66366號(hào)公報(bào)中所記述的技術(shù)那樣，即使簡(jiǎn)單地使照明光束的光軸從相對(duì)于微鏡元件23的短邊方向?yàn)?5°的方向以比24°的原來(lái)的角度大的入射角度入射，由微鏡元件反射的投影光束的分布也會(huì)發(fā)生左右非對(duì)稱。因此，存在所投影的圖像明亮度也左右不均勻這樣的不佳狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述那樣的實(shí)際情況而做出的，其目的在于提供一種投影裝置，能夠根據(jù)微鏡元件的結(jié)構(gòu)使用比原來(lái)設(shè)想的光束大的光束而使投影圖像變得明亮，并且將投影圖像明亮度的左右平衡均勻化來(lái)避免畫(huà)面質(zhì)量的惡化。本發(fā)明的投影裝置其特征為，具備光源；微鏡元件，將以陣列的形式所排列的多個(gè)微鏡分別從排列面以+A°或者_(dá)A° (A >0)地傾斜驅(qū)動(dòng)，利用這些多個(gè)微鏡的反射光形成光像；照明光學(xué)系統(tǒng)，利用上述光源發(fā)出的光，從相對(duì)于上述微鏡元件的排列面的短邊方向不足45°的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，將入射角為(2Α+α)° (α >0)的照明光入射到上述微鏡元件； 以及投影光學(xué)系統(tǒng)，入射從上述微鏡元件出射的光像，朝向投影對(duì)象進(jìn)行投影。根據(jù)本發(fā)明，能夠根據(jù)微鏡元件的結(jié)構(gòu)使用比原來(lái)設(shè)想的光束大的光束而使投影圖像變得明亮，并且將投影圖像明亮度的左右平衡均勻化來(lái)避免畫(huà)面質(zhì)量的惡化。


本發(fā)明應(yīng)當(dāng)能夠通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明及附圖而被更充分地理解，而它們專門(mén)用于說(shuō)明，并不用來(lái)限定本發(fā)明的范圍。圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式所涉及的開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)的微鏡處的入射光和出射光的各光束關(guān)系例的附圖。圖2是表示同一實(shí)施方式所涉及的開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)的微鏡處的入射光和出射光的各光束關(guān)系例的附圖。圖3是表示通常的投影儀裝置的光學(xué)路徑的構(gòu)成的平面圖。圖4是說(shuō)明圖3中的微鏡元件處的光的入射和出射關(guān)系的立體圖。圖5 (A)、圖5 (B)是表示構(gòu)成微鏡元件的各個(gè)微細(xì)的微鏡的基本開(kāi)啟/關(guān)閉動(dòng)作和反射光路徑的附圖。圖6是表示開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)微鏡處的入射光和出射光的各光束關(guān)系例的附圖。圖7是表示將圖6各光束的頂角設(shè)定得較大時(shí)的關(guān)系例的附圖。圖8是說(shuō)明與圖4相比將照明系統(tǒng)光軸的入射角設(shè)定得較大時(shí)光的入射和出射關(guān)系的立體圖。
具體實(shí)施例方式下面，使用附圖來(lái)說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明所需的優(yōu)選方式。但是，在下面所述的實(shí)施方式中，雖然為了實(shí)施本發(fā)明而附加了在技術(shù)上優(yōu)選的各種限定，但是并不用來(lái)將發(fā)明的范圍限定為下面的實(shí)施方式及圖示例。下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明將本發(fā)明適用于采用微鏡元件的、DLP (注冊(cè)商標(biāo))方式的投影儀裝置時(shí)的一個(gè)實(shí)施方式。
另外，有關(guān)構(gòu)成投影儀裝置的各個(gè)要件，和上述圖3所示的內(nèi)容基本上相同，對(duì)同一部分使用同一符號(hào)，省略其圖示和說(shuō)明。圖1是說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的微鏡元件23處的光的入射和反射的具體構(gòu)成的附圖。在該圖1中，附圖中的線LB是入射角度B。的設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)光軸。設(shè)定照明系統(tǒng)光軸L，以使與該設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)光軸LB相比采取更大的入射角。也就是說(shuō)，用虛線所示的照明系統(tǒng)光軸L，在構(gòu)成微鏡元件23的多個(gè)微鏡(23a)的排列面，從相對(duì)于各微鏡元件23的短邊方向H以不足45°的角度轉(zhuǎn)動(dòng)后的方向，相對(duì)于附圖中用點(diǎn)滑線N所示的法線以“B?！?α > 0)的入射角度入射。從而，在微鏡進(jìn)行開(kāi)啟動(dòng)作的狀態(tài)下，來(lái)自微鏡的反射光隔著投影光軸N從與照明系統(tǒng)光軸L相反的一側(cè)以的出射角出射。圖2表示如上設(shè)定了照明系統(tǒng)光軸L和投影系統(tǒng)光軸P的情況下、微鏡23a進(jìn)行開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)入射光和出射光的各光束例。在此，說(shuō)明設(shè)定微鏡23a進(jìn)行開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)傾斜+12° (A = 12，B = 24)、并將照明系統(tǒng)光軸L的入射角設(shè)為25° ( = 24° +1° )的情形。從微鏡元件23的傾斜角度，該微鏡元件23的設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)光軸LB的入射角是24°，以Γ的量從外側(cè)入射照明光(α = 1)。在將作為入射光束的照明系統(tǒng)光束CpL和作為出射光束的投影系統(tǒng)光束φΡ的各頂角設(shè)為2β°的情況下，雖然β與微鏡23a的可動(dòng)角度A相比增大上述α的量，但是照明系統(tǒng)光束CpL和投影系統(tǒng)光束φΡ不出現(xiàn)重復(fù)，在所投影的光束中也不發(fā)生“遮光”。此外，如上述圖1中所示，將使照明系統(tǒng)光軸L入射的方向設(shè)為相對(duì)于微鏡元件23 的短邊方向不足45°的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。由此，通過(guò)按比設(shè)計(jì)上對(duì)于微鏡元件23的入射角大的入射角設(shè)定照明光軸L、并以更小的轉(zhuǎn)動(dòng)角度設(shè)定上述入射的方向，從而使微鏡進(jìn)行開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)投影系統(tǒng)光束φΡ的投影光束光軸P方向相對(duì)于微鏡元件23的長(zhǎng)邊方向而向中央方向。因此，不存在因上述入射角度增大的影響導(dǎo)致的由微鏡元件23的各微鏡元件反射的投影光束的分布呈左右非對(duì)稱的狀況，所投影的圖像的明亮度也能夠維持左右均勻的狀態(tài)。從而，雖然投影透鏡單元24的光學(xué)負(fù)荷增大，但是只要將由微鏡元件23反射而出射的投影系統(tǒng)光束φΡ全部入射、并朝向投影對(duì)象進(jìn)行投影，則可以避免因明亮度的左右不均勻等導(dǎo)致的惡化，并投影明亮的圖像。此時(shí)投影光學(xué)系統(tǒng)的光線采集(intake)角度為，對(duì)于投影光軸N的投影光束光軸 P的角度與投影系統(tǒng)光束φΡ的頂角的一半β之和，即(2Α+2α)°。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠根據(jù)微鏡元件的結(jié)構(gòu)使用比原來(lái)設(shè)想的光束大的光束而使投影圖像變得明亮，并且能夠?qū)⑼队皥D像明亮度的左右平衡均勻化來(lái)避免畫(huà)面質(zhì)量的惡化。特別是，通過(guò)將入射照明系統(tǒng)光軸L的方向設(shè)為相對(duì)于由微鏡傾斜了 +Α°時(shí)所面向的方向不足45°的(45_α)°，能夠正確地抵消入射角度的增大，并將投影光束的左右分布均勻化。另外，在上述實(shí)施方式中，雖然說(shuō)明了將本發(fā)明適用于采用微鏡元件的、DLP(注冊(cè)商標(biāo))方式的投影儀裝置的情形，但是本發(fā)明并不限定作為光源的元件及利用圖像顯示元件的投影方式、或者單片式(single plate type)和3片式(three-plate type)等，只要是采用能夠調(diào)整光路長(zhǎng)度及反射角度的反射鏡的投影裝置，則在任何裝置中都可以使用。
此外，本發(fā)明并不限定為上述的實(shí)施方式，在實(shí)施階段能夠在不脫離其宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變通。另外，在上述的實(shí)施方式中執(zhí)行的功能也可以盡可能地適當(dāng)組合加以實(shí)施。在上述的實(shí)施方式中包含各種階段，能夠根據(jù)由所公示的多個(gè)結(jié)構(gòu)要件得到的適當(dāng)組合來(lái)提取各種發(fā)明。例如，即便從實(shí)施方式所示的全部結(jié)構(gòu)要件刪除數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)要件，只要能獲得效果，則刪除該結(jié)構(gòu)要件后的結(jié)構(gòu)也能作為發(fā)明來(lái)提取。
權(quán)利要求
1.一種投影裝置，其特征為， 具備光源；微鏡元件，將以陣列的形式所排列的多個(gè)微鏡分別從排列面以+A°或者_(dá)A°地傾斜驅(qū)動(dòng)，利用這些多個(gè)微鏡的反射光形成光像，其中A > 0 ；照明光學(xué)系統(tǒng)，利用上述光源發(fā)出的光，從相對(duì)于上述微鏡元件的排列面的短邊方向不足45°的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，將入射角為的照明光入射到上述微鏡元件，其中α >0; 以及投影光學(xué)系統(tǒng)，入射從上述微鏡元件出射的光像，朝向投影對(duì)象進(jìn)行投影。
2.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其特征為，設(shè)定分別以上述微鏡元件的排列面的長(zhǎng)邊、短邊、法線方向?yàn)閄軸、Y軸、Z軸而得的坐標(biāo)系，在將上述光源的入射光軸設(shè)為入射向量Vin、將從微鏡出射上述光源的光軸設(shè)為出射向量Vout、并將當(dāng)微鏡元件23傾斜了 +A°時(shí)的法線向量設(shè)為Vn的情況下，滿足 Vout*X軸向量=0 Vout = 2 (Vn*Vin)*Vn_Vin 其中，*是向量的內(nèi)積。
3.如權(quán)利要求1或2所述的投影裝置，其特征為， 上述投影光學(xué)系統(tǒng)的光線采集角度是(2Α+2α)°。
全文摘要
一種投影裝置，對(duì)于將微鏡從排列面按+A°或者-A°(A＞0)地傾斜驅(qū)動(dòng)并利用反射光形成光像的微鏡，在排列面從相對(duì)于當(dāng)各微鏡傾斜了+A°時(shí)所面向的方向不足45°的回旋方向，相對(duì)于作為排列面的法線的正規(guī)的反射方向，使入射角為(2A+α)°(α＞0)、收斂的頂角為(2A+2α)°的照明系統(tǒng)光束入射，并具備從各微鏡入射頂角為(2A+2α)°并且一邊擴(kuò)散一邊出射的投影系統(tǒng)光束P、朝向投影對(duì)象進(jìn)行投影的投影光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02B27/18GK102298251SQ20111017264
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者巖永正國(guó) 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社