專利名稱：照明裝置和方法、圖像信號(hào)處理裝置和方法、及圖像投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于投影儀等的照明裝置，所述投影儀等通過光 調(diào)制裝置調(diào)制從光源發(fā)射的光并且將該光投影到屏幕上以在其上顯 示圖像。本發(fā)明還涉及使用這樣一種照明裝置的照明方法。本發(fā)明進(jìn) 一步涉及一種采用上述照明裝置和照明方法的圖像信號(hào)處理裝置和 圖像信號(hào)處理方法。此外，本發(fā)明涉及一種使用所述圖像信號(hào)處理裝 置和圖像信號(hào)處理方法的圖像投影設(shè)備。
背景技術(shù)：
諸如投影儀的圖像投影設(shè)備包括照明裝置和投影透鏡(projector lens)。照明裝置用光照射諸如液晶面板或DMD⑧(數(shù)字微鏡裝置) 的光調(diào)制裝置。然后投影透鏡將來自光調(diào)制裝置的透射或反射光投影 在屏幕上。對(duì)于相關(guān)技術(shù)中的投影儀的照明光學(xué)裝置(illumination optics)，采用積分器光學(xué)系統(tǒng)將來自光源的光均勻地照射諸如液晶 面板的光調(diào)制裝置。從光源最初發(fā)射的光具有不均勻的亮度。因此， 如果光被直接51進(jìn)諸如液晶面板的光調(diào)制裝置，則不均勻的亮度在面 板上被反射并導(dǎo)致投影圖像的亮度的不均勻性。因此，為了以均勻的 亮度均勻地投影圖像，已經(jīng)使用使來自光源的光的亮度均勻的積分器 光學(xué)系統(tǒng)。
5一般來講，積分器光學(xué)系統(tǒng)包括兩個(gè)透鏡陣列。來自光源的光經(jīng) 過兩個(gè)透鏡陣列，接著以基本均勻的光分布照射諸如液晶面板的光調(diào) 制裝置。然后，經(jīng)過諸如液晶面板的光調(diào)制裝置的光被光投影系統(tǒng)投 影在屏幕等上，從而以均勻的亮度將圖像投影在屏幕的外圍。
圖1是示出了在本領(lǐng)域中典型地使用的圖像投影設(shè)備中的積分
器光學(xué)系統(tǒng)及其周圍的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。在從光源31發(fā)射的光的 光路上設(shè)置了第一透鏡陣列34，第二透鏡陣列35，包括聚焦透鏡、 偏振變換元件等的光學(xué)系統(tǒng)36，以及諸如液晶面板的光調(diào)制裝置37。 從光源31發(fā)射的光入射在第一透鏡陣列34上并被分割為多個(gè)光束。 然后，分割后的光束(divided light beam)進(jìn)入第二透鏡陣列35。經(jīng) 過第二透鏡陣列35的光通過位于第二透鏡陣列35下游的光學(xué)系統(tǒng)36 被均勻地分布并入射在光調(diào)制裝置37上。其結(jié)果是，被第一透鏡陣 列34分割的光束在光調(diào)制裝置37上彼此重疊，從而提供整體上具有 均勻亮度的光。
圖2是示出了經(jīng)過積分器光學(xué)系統(tǒng)的光和光調(diào)制裝置表面上的 光的強(qiáng)度分布的示意圖。例如，在第一透鏡陣列34的第一透鏡上具 有強(qiáng)度al的光經(jīng)過第二透鏡陣列35，然后該光以強(qiáng)度bl入射到光調(diào) 制裝置37上。同樣地，在第一透鏡陣列34的第二透鏡上具有強(qiáng)度a2 的光經(jīng)過第二透鏡陣列35，然后該光以強(qiáng)度b2入射到光調(diào)制裝置37 上。以這種方式，被第一透鏡陣列34分割的光束入射在光調(diào)制裝置 37上，然后彼此重疊，從而導(dǎo)致整體強(qiáng)度為b6且亮度在光調(diào)制裝置 37上的一端到另一端都幾乎均勻的光。
日本未審專利申請(qǐng)公開No. 2007- 114263公開了使用兩個(gè)透鏡 陣列將從光源發(fā)射的具有不均勻的強(qiáng)度分布的光變換為具有均勻的 強(qiáng)度分布的光的技術(shù)。根據(jù)日本未審專利申請(qǐng)公開No. 2007 - 114263 中公開的技術(shù)，為第二透鏡陣列制造具有期望形狀的透鏡的陣列，使 得克服了由于各個(gè)透鏡的配置而導(dǎo)致的缺乏光的均勻性，從而在屏幕 等的投影區(qū)域上均勻地形成了具有高亮度的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
在上述積分器光學(xué)系統(tǒng)中，可以用光均勻地照射光調(diào)制裝置(例 如液晶面板)。然而，總是均勻的光的照明是指與投影圖像的亮度無 關(guān)的、具有恒定亮度的照明。因此，為了投影暗圖像，通過使用物理 裝置、信號(hào)處理裝置等遮蔽部分光來控制光的亮度。因此，光被不必 要地提供至圖像的暗部，導(dǎo)致了利用效率的降低。此外，在這種情況 下，也可以入射要被遮蔽的光，因此在諸如液晶面板的光學(xué)元件中以 非期望的方式產(chǎn)生熱。從而，可以導(dǎo)致這樣的元件的熱劣化。
此外，如圖3所示，兩個(gè)或更多投影儀51和52可以彼此平行地 設(shè)置并且將圖像平行地投影在屏幕40上，以在該屏幕上形成更寬的 圖像。在這種情況下，混合部分41與其它部分相比具有增加的光強(qiáng) 度，在混合部分41中，從彼此相鄰的各個(gè)投影儀51和52投影在屏 幕40上的圖像重疊。圖4A和4B示出了在兩個(gè)或更多投影儀如上面 所述的那樣平行設(shè)置的情況下的光強(qiáng)度分布的實(shí)例。如圖4A所示， 從投影儀51投影在屏幕40上的圖像的光強(qiáng)度分布511和從投影儀52 投影在屏幕40上的圖像的光強(qiáng)度分布512重疊而形成光強(qiáng)度分布 513。光強(qiáng)度分布513中的混合部分514與其它部分相比具有增加的 光強(qiáng)度。因此，如圖4B所示，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，光強(qiáng)度分布521和522 逐漸地減少混合部分的亮度，使得組合的光強(qiáng)度分布523均勻。其結(jié) 果是，盡管光從光源輸出至混合部分，但是由于通過遮蔽等對(duì)光強(qiáng)度 進(jìn)行控制的原因，對(duì)應(yīng)部分的光可以被丟失。
希望用從光源發(fā)射的光以期望的光強(qiáng)度分布照射物體，從而提高 光的利用效率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供有一種包括光源、分割單元和光 學(xué)單元的照明裝置。所述分割單元被設(shè)置用于將從光源發(fā)射的光分割 為光束。所述光學(xué)單元被設(shè)置用于允許分割單元所分割的光束的傳播 方向和焦距中的至少一個(gè)是可變的。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，照明裝置可以將從光源發(fā)射的光分割為光 束，然后將各個(gè)光束發(fā)射到照明物體的對(duì)應(yīng)區(qū)域。將對(duì)應(yīng)于物體上的部分區(qū)域的光束發(fā)射到另一個(gè)區(qū)域，以在物體 上獲得所需的光分布。此處，術(shù)語"光分布"是指光強(qiáng)度分布，所以在 下文中光分布將是指"光強(qiáng)度的分布"或"光強(qiáng)度分布"。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供有一種圖像信號(hào)處理裝置。所 述裝置包括光分布數(shù)據(jù)庫，所述光分布數(shù)據(jù)庫定義了從光源發(fā)射的光 的分割后的光束的傳播方向和焦距中至少一個(gè)的變化量、和關(guān)于入射 光的亮度的分布信息。所述裝置還包括圖像處理單元、變化量計(jì)算單 元和控制單元。圖像處理單元被設(shè)置用于確定被投影的圖像的亮部分 和暗部分。變化量計(jì)算單元被設(shè)置用于基于圖像處理單元確定的圖像 的亮和暗圖案的信息和光分布數(shù)據(jù)庫的信息來計(jì)算分割后的光束的 傳播方向和焦距中至少一個(gè)的變化量。所述控制單元被設(shè)置用于基于 由所述變化量計(jì)算單元計(jì)算的變化量來改變從光源發(fā)射的光的分割 后的光束的傳播方向或焦距中至少一個(gè)。
改變從光源發(fā)射的光的分割后的光束的傳播方向或焦距中的至 少一個(gè)，以組合光束使其具有對(duì)應(yīng)于圖像的亮部分和暗部分的光分 布，并投影該圖像。例如，可以對(duì)應(yīng)于要被投影的圖像的暗部分、和 由兩個(gè)或更多投影儀投影的圖像的混合部分等或重疊部分降低從光 源發(fā)射的光的強(qiáng)度。然后，可以將對(duì)應(yīng)量的光分配給亮部分。因此， 根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例，從光源發(fā)射的光可以以期望的光強(qiáng)度分布 入射在物體上。可以提高使用光的利用效率，這是因?yàn)榭梢圆恍枰?蔽對(duì)應(yīng)于暗部分的光，或者可以控制要被遮蔽的光的量。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在降低在暗部分上將被遮蔽的光的量 的同時(shí)，從光源發(fā)射的光可以以所需的光強(qiáng)度分布入射在物體上。這 樣，可以有效地使用光。


圖1是示出了相關(guān)技術(shù)的積分器光學(xué)系統(tǒng)的配置實(shí)例的示意圖。
圖2是示出了相關(guān)技術(shù)的積分器光學(xué)系統(tǒng)的光強(qiáng)度分布實(shí)例的示意圖。
圖3是示出了相關(guān)技術(shù)中的投影的實(shí)例的示意圖。
圖4A和4B是示出了相關(guān)技術(shù)中的混合部分的光強(qiáng)度的示意圖，
其中圖4A和圖4B分別是混合部分的不同視圖。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像投影設(shè)備的配置實(shí)例的
示意圖。
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像投影設(shè)備的光分布控制 單元的配置實(shí)例的框圖。
圖7是示出了包含在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像投影設(shè)備中的透 鏡陣列的可移動(dòng)狀態(tài)的實(shí)例的示意圖。
圖8是示出了由包含在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像投影設(shè)備中的 透鏡陣列所獲得的光強(qiáng)度分布實(shí)例的示意圖。
圖9是示出了控制包含在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像投影設(shè)備中 的透鏡陣列的移動(dòng)的過程的流程圖。
圖IO是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在圖9所示的過程中執(zhí)行的 混合處理的流程圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的反射鏡陣列的可移動(dòng)狀態(tài)的另一個(gè)實(shí)例。
圖12A和12B是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一透鏡陣列和第 二透鏡陣列的視圖，其中，圖12A是經(jīng)過透鏡陣列的光束的實(shí)例的示 意圖而圖12B是亮度分布的實(shí)例。
圖13A和13B是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一透鏡陣列和第 二透鏡陣列的視圖，其中，圖13A是在只有第二透鏡陣列處于可移動(dòng) 狀態(tài)的情況下經(jīng)過透鏡陣列的光束的實(shí)例的示意圖，而圖13B是亮度 分布的實(shí)例。
圖14A和14B是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一透鏡陣列和第 二透鏡陣列的視圖，其中，圖14A是在第一透鏡陣列和第二透鏡陣列 均處于可移動(dòng)狀態(tài)的情況下經(jīng)過透鏡陣列的光束的實(shí)例的示意圖，而 圖14B是亮度分布的實(shí)例。圖15A和15B是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一透鏡陣列和第 二透鏡陣列的視圖，其中，圖15A是經(jīng)過透鏡陣列的光束的實(shí)例的示 意圖，而圖15B是亮度分布的實(shí)例。
圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的亮度分布的另 一個(gè)實(shí)例的視圖。
圖17是示出了相關(guān)技術(shù)中的混合的實(shí)例的視圖。
圖18是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的混合的實(shí)例的視圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參考圖5-18描述本發(fā)明的實(shí)施例。 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括照明裝置的圖像投影設(shè) 備的示意性配置。在此實(shí)例中，例如，可以使用透射式液晶面板作為 光調(diào)制裝置?？晒┨鎿Q地，光調(diào)制裝置可以是反射式液晶面板等。如 圖5所示，圖像投影設(shè)備50包括照明裝置60。照明裝置60包括光源 1、用作分割單元61的第一透鏡陣列4、用作光學(xué)單元62的由可移動(dòng) 透鏡陣列等構(gòu)成的第二透鏡陣列5、作用在第二透鏡陣列5上從而控 制由第一透鏡陣列4分割的光的傳播方向和第二透鏡陣列5的焦距中 至少一個(gè)的光分布控制單元63。在該實(shí)例中，如圖5所示，準(zhǔn)直透鏡 (collimator lens ) 2、第一透鏡陣列4和第二透鏡陣列5同軸地設(shè)置 在圖像投影設(shè)備50的光軸上，并且位于光源1的光發(fā)射側(cè)。接著， 偏振變換元件6、聚光透鏡7、第一二向色鏡8、第二二向色鏡9、透 鏡13和反射鏡11依次被設(shè)置在圖像投影設(shè)備50的光軸上。相反， 反射鏡10設(shè)置在第一二向色鏡8的反射側(cè)。在這種情況下，例如， 反射鏡10以直角改變光路。然后，場透鏡15B和光調(diào)制裝置(例如 圖中所示的液晶面板)16B設(shè)置在光路的光軸上。同樣地，場透鏡15G 和光調(diào)制裝置(諸如液晶面板)16G設(shè)置在第二二向色鏡9的反射側(cè)。 此外，反射鏡12設(shè)置在反射鏡11的通過透鏡14的反射側(cè)。反射鏡 12以直角改變光路。然后，場透鏡15R和光調(diào)制裝置(諸如液晶面 板)16R設(shè)置在改變的光軸上。
10在該實(shí)例中，例如，設(shè)計(jì)第一二向色鏡8透射紅色和綠色波長區(qū) 域的光。此外，例如，設(shè)計(jì)第二二向色鏡9透射紅色波長區(qū)域的光。 這樣，光調(diào)制單元55可以由分割的各個(gè)光路上的用于紅色波長區(qū)域 的光調(diào)制裝置16R、用于綠色波長區(qū)域的光調(diào)制裝置16G和用于藍(lán)色 波長區(qū)域的光調(diào)制裝置16B構(gòu)成。此外，光學(xué)投影單元由正交棱鏡 (cross prism) 17和投影透鏡18構(gòu)成。設(shè)置正交棱鏡17以使其面向 各個(gè)光調(diào)制裝置16R、 16G和16B的光發(fā)射側(cè)。而且，在正交棱鏡17 的光發(fā)射側(cè)設(shè)置投影透鏡18。
在本實(shí)施例中，如上所述，將第一透鏡陣列4設(shè)置為將從光源1 發(fā)射的光分割為光束的分割單元61。此外，將由可移動(dòng)透鏡的陣列構(gòu) 成的第二透鏡陣列5設(shè)置為使由第一透鏡陣列4分割的光的焦距和傳 播方向中的至少一個(gè)可移動(dòng)的光學(xué)單元62?？梢苿?dòng)透鏡陣列的使用允 許第二透鏡陣列5的各個(gè)透鏡的位置和傾角從第一透鏡陣列4的各個(gè) 透鏡的焦點(diǎn)偏移，從而導(dǎo)致復(fù)合焦距和透鏡的偏移量的變化。因此， 光的傳播方向和輸出角度是可變的，從而可以改變光的分布。
第二透鏡陣列5的可移動(dòng)部分可以是允許透鏡在沿光軸的方向 和與光軸垂直的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上移動(dòng)的諸如三軸致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)。此外，可以設(shè)置使透鏡從光軸傾斜的傾斜驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
如果在本實(shí)施例的圖像投影設(shè)備50中均勻地設(shè)置第二透鏡陣列 5的各個(gè)透鏡，例如，從光源l發(fā)射的光入射在第一透鏡陣列4上， 以被分割為光束，并且分割后的光束接著通過第二透鏡陣列5等被組 合。然后，與相關(guān)技術(shù)相似地，用光照射光調(diào)制裝置16R、 16G和16B， 從而在屏幕上以均勻的亮度投影圖像。
另一方面，第二透鏡陣列5中的透鏡等的預(yù)定配置可以允許用具 有所需的光強(qiáng)度分布、而不具有均勻亮度或均勻光強(qiáng)度分布的光照射 光調(diào)制裝置16B、 16G和16R。因此，可以投影具有所需的光強(qiáng)度分 布的圖像。
圖6是示出了根據(jù)本實(shí)施例的光分布控制單元63的配置實(shí)例的 框圖。將參考圖6描述本實(shí)施例的光分布控制單元63的配置。在該實(shí)例中，光分布控制單元63負(fù)責(zé)將作為光學(xué)單元62的移動(dòng)透鏡陣列 5中的每一個(gè)透鏡向前向后或向右向左移動(dòng)以控制經(jīng)過透鏡的光的傳 播方向。
光分布控制單元63包括定義應(yīng)該預(yù)先被定義的幾個(gè)項(xiàng)目(item) 的光分布數(shù)據(jù)庫24。也就是說，數(shù)據(jù)庫24存儲(chǔ)這樣的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù) 定義透鏡陣列、反射鏡陣列、變焦透鏡陣列等中的各個(gè)透鏡和反射鏡 的位置的變化量；變焦透鏡陣列中的透鏡的焦距的變化量；和入射光 的亮度分布或其強(qiáng)度分布。光分布控制單元63包括圖像處理單元21 和變化量計(jì)算單元22。圖像處理單元21負(fù)責(zé)利用投影圖像信息30的 輸入確定圖像的亮部分和暗部分。變化量計(jì)算單元22負(fù)責(zé)基于由圖 像處理單元21確定的明暗信息(即亮度信息)和來自光分布數(shù)據(jù)庫 24的信息計(jì)算經(jīng)過透鏡的光的傳播方向和焦距的變化量中的至少一 個(gè)。光分布控制單元63還包括響應(yīng)于變化量計(jì)算單元22計(jì)算的變化 量移動(dòng)第二透鏡陣列5中的各個(gè)透鏡的位置的控制單元23。光分布數(shù) 據(jù)庫24存儲(chǔ)一組定義的數(shù)據(jù)，所述一組定義的數(shù)據(jù)包括對(duì)應(yīng)于每一 個(gè)透鏡的光的傳播方向及其焦距的變化量的數(shù)據(jù)、和在這樣的變化量 下的照明光的強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)。此處，這些變化量可以是在透鏡移動(dòng) 或傾斜時(shí)，例如，當(dāng)透鏡的位置向前向后或向右向左移動(dòng)時(shí)或當(dāng)透鏡 關(guān)于光軸傾斜時(shí)，在最小到最大的變化量的范圍內(nèi)針對(duì)每個(gè)最小的可 移動(dòng)單位所產(chǎn)生的。
光分布控制單元63被如上所述的那樣構(gòu)成，并且能夠通過參照 要被投影的圖像移動(dòng)例如由透鏡陣列等形成的光學(xué)單元62中的每一 個(gè)透鏡來改變液晶面板上的照明光的強(qiáng)度分布，并然后改變經(jīng)過透鏡 的光的傳播方向和焦距。照明光的強(qiáng)度分布的控制導(dǎo)致在諸如屏幕的 被照射的物體上具有所需的亮度分布的圖像。此外，當(dāng)投影的圖像是 視頻時(shí)，光分布控制單元63以預(yù)定間隔重復(fù)上述控制處理，從而響 應(yīng)要投影的圖像的狀態(tài)來控制液晶面板上的照明光的強(qiáng)度。
圖7是示出了本實(shí)施例的照明裝置中的透鏡陣列的可移動(dòng)狀態(tài) 的實(shí)例的示意圖。圖8示出了光的強(qiáng)度分布的實(shí)例。如圖7所示，示出了在包含可移動(dòng)透鏡陣列的光學(xué)單元被移動(dòng)的情況下的光的分布
實(shí)例。例如，在光分布控制單元63的控制下，光學(xué)單元62中的透鏡 位置可以移動(dòng)，從而可選擇地改變經(jīng)過每一個(gè)透鏡的光的傳播方向或 輸出角度。例如，如圖8所示，在第一透鏡陣列4的第一透鏡上具有 光強(qiáng)度Al的光可以在經(jīng)過第二透鏡陣列5之后以強(qiáng)度Bl入射在光調(diào) 制裝置16上。同樣地，在第一透鏡陣列4的第二透鏡和后續(xù)的透鏡 上具有強(qiáng)度A2到A5的光可以在經(jīng)過第二透鏡陣列5之后以強(qiáng)度B2 至B5入射在光調(diào)制裝置16上。以這種方式，光被第一透鏡陣列4分 割為光束。然后，光束的傳播方向或輸出角度被第二透鏡陣列5改變。 接著，光束入射在光調(diào)制裝置16上并且彼此疊加，得到作為整體的 強(qiáng)度B6。此時(shí)，光強(qiáng)度不是均勻地分布的。它可以按所需的方式分 布在光調(diào)制裝置16上。因此，可以響應(yīng)要投影的圖像的亮圖案和暗 圖案將光強(qiáng)度調(diào)整為合適的一個(gè)。在圖7中， 一些光束被引導(dǎo)到光調(diào) 制裝置16的外部?？梢酝ㄟ^控制透鏡的傳播量或傾角來調(diào)整被引導(dǎo) 到外部的這樣的光的量。這樣的調(diào)整可以不遮蔽從光源l輸出到圖像 的暗部分的光，但允許光分配到其它部分，這使得光在整個(gè)圖像中被 有效地使用。此外，如果形成了具有復(fù)雜的亮度分布的圖像，則諸如 液晶面板的光調(diào)制裝置16可以僅更精細(xì)地調(diào)整亮度水平。在這種情 況下，同樣地，與僅遮蔽光的情況相比而言，可以提高光的利用效率。 圖9是表示根據(jù)本實(shí)施例的光分布控制單元63的控制處理的實(shí) 例的流程圖。參照?qǐng)D9說明光分布控制單元63的控制處理的內(nèi)容。 首先，輸入投影物體的圖像信息，然后由圖像處理單元21分析輸入 的圖像信息，以確定屏幕上的亮部分和暗部分來制備圖像的亮度分布 (步驟S501)。對(duì)于使用并排放置的兩個(gè)或更多圖像投影設(shè)備的組合 來投影圖像，對(duì)其中投影圖像的部分彼此重疊的混合部分執(zhí)行處理， 此后該處理被稱作"混合處理，，(步驟S502)。參照?qǐng)D10描述混合處理 的內(nèi)容。接著，變化量計(jì)算單元22通過參照?qǐng)D像的亮度分布和光分 布數(shù)據(jù)庫24來計(jì)算透鏡陣列中的每一個(gè)透鏡的焦距和傳播方向的變 化量(步驟S503)。此處，如果存在混合部分，則作為圖IO所示的混合處理的結(jié)果，基于圖像的修改的亮度分布來計(jì)算透鏡陣列中的每
一個(gè)透鏡的焦距和傳播方向上的變化量。此外，控制單元23響應(yīng)于 計(jì)算的變化量移動(dòng)每一個(gè)透鏡的位置(步驟S504)。最后，確定是否 連續(xù)地呈現(xiàn)諸如運(yùn)動(dòng)圖像的后續(xù)圖像(步驟S505)。如果存在下一個(gè) 圖像，則步驟返回至步驟S501，然后重復(fù)處理。如果沒有后續(xù)圖像， 則終止處理。
參考圖IO描述混合處理的實(shí)例。首先，基于投影物體的輸入圖 像信息確定是否存在與來自另 一 個(gè)圖像投影設(shè)備的圖像重疊的圖像 的混合部分(步驟S601)。作為所確定的結(jié)果，如果存在任何混合部 分，則改變從重疊的開始端到圖像的末端的亮度分布以使亮度在上述 處理的步驟501中制備的亮度分布中可以平緩地減少(步驟S602)。 然后，處理返回至圖9所示的處理。如果步驟S601中的確定的結(jié)果 是沒有混合部分，則不改變亮度分布，然后處理返回至圖9所示的處 理。如果單獨(dú)執(zhí)行混合，則可以使用均勻的光分布但不使用步驟S501 中的圖像信息來制備光的亮度分布。
利用上述處理，可以根據(jù)要投影的圖像的亮圖案和暗圖案來改變 入射在諸如液晶面板的光調(diào)制裝置上的光的亮度。此外，在從并排設(shè) 置的兩個(gè)或更多圖像投影設(shè)備投影圖像的情況下，降低每一個(gè)圖像投 影設(shè)備的混合部分的亮度并然后將對(duì)應(yīng)量的光分配給其它部分，從而 允許以所需的光分布投影圖像。
在該實(shí)例中，第二透鏡陣列5的透鏡被設(shè)計(jì)為可移動(dòng)的，并且被 設(shè)置為用于從光源l輸出的光的可變的焦距和傳播方向的光學(xué)系統(tǒng)。 可供替換地，可以將第一透鏡陣列4的透鏡設(shè)計(jì)為可移動(dòng)的。
此外，可以將第一透鏡陣列4和第二透鏡陣列5都設(shè)計(jì)為可彼此 同步地移動(dòng)的。在這種情況下，分割單元61還可以設(shè)置有光學(xué)單元 62的功能。起到分割單元61和光學(xué)單元62的作用的第一和第二可移 動(dòng)透鏡陣列的配置可以更有效地改變分割的光束的傳播方向和組合 焦距。因此，可以用光以所需的光分布照射投影物體。
此外，作為能夠改變光的傳播方向和焦距的光學(xué)單元的另一個(gè)實(shí)例，可使用變焦透鏡作為形成透鏡陣列的透鏡。具體地講，變焦透鏡 可以是能夠通過電控制信號(hào)改變光的焦距或偏振方向而無需移動(dòng)透 鏡本身的液晶透鏡，使用電潤濕現(xiàn)象的液體透鏡等。光學(xué)單元可以包 括具有多個(gè)變焦透鏡的變焦透鏡陣列。例如，這些透鏡可以按矩陣排 列。在這種情況下，也可以通過改變光的傳播方向和焦距中的至少一 個(gè)來改變輸出光的強(qiáng)度分布。
此外，可以使用可移動(dòng)反射鏡陣列作為光學(xué)單元的另一個(gè)實(shí)例。
在圖5所示的實(shí)例的情況下，例如，可以使用反射鏡陣列代替第二透 鏡陣列5。反射鏡陣列包括可以各自地改變第一透鏡陣列4所分割的 各個(gè)光束的反射方向并控制其變化量的反射鏡。具體地講，可以使用 諸如DMD((數(shù)字微鏡裝置)的由按矩陣排列的MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)， micro-electrical machine system)反射鏡構(gòu)成的可移動(dòng)反射鏡陣歹'J 。 可移動(dòng)反射鏡陣列反射來自光源的光并然后改變光的傳播方向，從而 用組合的光束照射諸如液晶面板的光調(diào)制裝置。MEMS反射鏡陣列包 括按矩陣排列的可移動(dòng)微鏡，并且可以用于半導(dǎo)體光學(xué)開關(guān)等?？梢?通過電信號(hào)高速地調(diào)整每一個(gè)微鏡的傾角。與可移動(dòng)透鏡陣列相似， 可以對(duì)應(yīng)于圖像信號(hào)等高速度地調(diào)整入射光的傳播方向。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)單元的反射鏡陣列的可移 動(dòng)狀態(tài)的另一個(gè)實(shí)例。換句話說，設(shè)置反射鏡陣列代替第二透鏡陣列 5。在圖ll所示的實(shí)例中，第一透鏡陣列4將從光源l輸出的光分割 為光線。然后在反射鏡陣列5A的各個(gè)反射鏡上反射分割后的光束。 接著，用反射的、組合的光束照射諸如液晶面板的光調(diào)制裝置16。可 以向后向前或向右向左移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡陣列5A的反射鏡以使反射 的光束具有任何強(qiáng)度分布但不是均勻的強(qiáng)度分布。
在這種情況下，同樣地，第一透鏡陣列4可以是可移動(dòng)透鏡陣列 或變焦透鏡陣列。在這種情況下，可以更有效地改變光束的傳播方向 或組合焦距。因此，可以更動(dòng)態(tài)地改變光的分布。
接下來，示出了由光學(xué)設(shè)計(jì)程序CODE V③分析根據(jù)本發(fā)明實(shí)施 例的光的亮度分布的各個(gè)實(shí)例的結(jié)果。在每一個(gè)實(shí)例中，在下述條件下執(zhí)行仿真(simulation):第一透鏡陣列4和第二透鏡陣列5中的 每一個(gè)都具有25個(gè)透鏡，其中，在垂直方向上每一行五個(gè)，在水平 方向上每一行五個(gè)。透鏡的直徑是4mm并且其焦距是5mm。
圖12A示出了當(dāng)均勻地設(shè)置第一透鏡陣列4和第二透鏡陣列5 的各個(gè)透鏡時(shí)透鏡的排列的實(shí)例和從光源輸出的光束的實(shí)例。圖12B 示出了在這種情況下入射在光調(diào)制裝置16上的光的亮度分布的實(shí)例。 在圖12A和12B的每一個(gè)中，示出了與相關(guān)技術(shù)的光學(xué)單元相同的狀 態(tài)，其中使用了相關(guān)技術(shù)的兩個(gè)固定透鏡陣列。在光調(diào)制裝置16上 的光的亮度是基本均勻的。
圖13A示出了當(dāng)移動(dòng)第二透鏡陣列5的各個(gè)透鏡時(shí)透鏡的排列 的實(shí)例和從光源輸出的光束的實(shí)例。圖13B示出了在這種情況下入射 到諸如液晶面板的光調(diào)制裝置16上的光的亮度分布的實(shí)例。圖13B 中的亮度分布是不均勻的，這是因?yàn)橥哥R陣列5的排列移動(dòng)了，并且 光的亮度分布的中心從液晶面板的中心移動(dòng)到了位于圖的下側(cè)的位 置，因此其它部分可以是暗的。以這種方式，通過使透鏡陣列可移動(dòng)， 可以僅使特定區(qū)域亮，而可以使其它部分暗。
圖14A示出了當(dāng)?shù)谝煌哥R陣列4和透鏡陣列5是可移動(dòng)的時(shí)透 鏡的排列的實(shí)例和從光源輸出的光束的實(shí)例。圖14B示出了在這種情 況下入射到光調(diào)制裝置16上的光的亮度分布的實(shí)例。與僅移動(dòng)第二 透鏡陣列5的情況相似，液晶面板的下部比其它部分更亮。此外，在 該實(shí)例中，具有高亮度的區(qū)域可以不集中在一個(gè)地方。亮部分的偏移 延伸到更寬的區(qū)域。如圖15和16所示，可以提供任何其它亮度分布。 圖15A和15B示出了其中整個(gè)液晶面板相對(duì)較暗的實(shí)例。圖16示出 了其中液晶面板的下部相對(duì)較亮而其上部相對(duì)較暗的實(shí)例。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如這些實(shí)例中的任何一個(gè)所示，在允許以 所需的光分布施加光的同時(shí)，光以不同的亮度水平分布在各個(gè)部分 上，并且光集中地入射在相對(duì)較亮的部分上，以保持整體亮度恒定。 因此，可以提高使用光的效率。
接下來，將描述當(dāng)屏幕設(shè)計(jì)得很大時(shí)亮度分布的實(shí)例，其中兩個(gè)
16或更多投影儀并排設(shè)置，然后圖像在部分重疊的同時(shí)被投影。
圖17示出了在保持每一個(gè)圖像投影設(shè)備的亮度均勻的同時(shí)各個(gè) 圖像投影設(shè)備的圖像的亮度分布71和72、以及彼此部分重疊的圖像 的亮度分布73的實(shí)例。如已經(jīng)參考圖3和4描述的那樣，根據(jù)相關(guān) 技術(shù)，圖像投影設(shè)備中的每一個(gè)執(zhí)行處理以使混合部分上的部分光被 遮蔽以具有均勻的亮度。
相反，圖18示出了當(dāng)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像投影設(shè)備時(shí) 的亮度分布的實(shí)例。換句話說，圖18示出了各個(gè)圖像投影設(shè)備的圖 像的亮度分布81和82、以及彼此部分重疊的圖像的亮度分布83的實(shí) 例。在該實(shí)例中，各個(gè)圖像投影設(shè)備輸出具有不均勻的亮度的光，然 后疊加圖像以使整個(gè)圖像的亮度均勻。具體地講，處理混合部分的亮 度以使其可以分配給任何不重疊的部分。因此，在每一個(gè)亮度分布中， 混合部分變暗而其它部分變亮。其結(jié)果是，在部分地重疊圖像的同時(shí) 圖像的整個(gè)區(qū)域以均勻的亮度分布被投影。此外，可以提高使用光的 效率，從而可以獲得比相關(guān)技術(shù)更亮的圖像。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，代替相關(guān)技術(shù)的積分器光學(xué)系 統(tǒng)，設(shè)置了使光分布可變的光學(xué)單元和控制光分布的變化量的光分布 控制單元。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可以有效地使用由于入射在低亮度 部分而在相關(guān)技術(shù)中被遮蔽的光。因此，可以增加圖像的整個(gè)區(qū)域的 亮度，從而可以獲得對(duì)比度的提高。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)使用并排設(shè)置的兩個(gè)或更多圖像 投影設(shè)備執(zhí)行投影時(shí)，在相關(guān)技術(shù)中被遮蔽的混合部分的光可以被分 割并然后入射在其它部分上。因此，可以增加整個(gè)圖像的亮度，并且， 同樣地，提高了圖像的對(duì)比度。此外，即使在用并排設(shè)置的兩個(gè)或更 多圖像投影設(shè)備投影圖像的情況下，不僅可以向諸如液晶面板的光調(diào) 制裝置提供均勻的亮度，還可以響應(yīng)圖像信號(hào)控制光的分布，以使亮 度分布在整個(gè)投影圖像上可以部分不均勻。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以基于設(shè)計(jì)要求和其它因素進(jìn)行各 種修改、組合、子組合和替換，只要在所附權(quán)利要求的范圍或其等同 物的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1. 一種照明裝置，包括光源；分割單元，配置為將從所述光源發(fā)射的光分割為光束；光學(xué)部件，用于允許所述分割單元所分割的所述光束的傳播方向和焦距中的至少一個(gè)是可變的；以及光分布控制單元，配置為通過作用在所述光學(xué)部件上來控制所述光束的傳播方向和焦距中的至少一個(gè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明裝置，還包括 具有所述分割單元的功能的光學(xué)部件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明裝置，其中 所述光學(xué)部件是可移動(dòng)透鏡陣列。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明裝置，其中 所述光學(xué)部件是可移動(dòng)反射鏡陣列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明裝置，其中 所述光學(xué)部件是變焦透鏡陣列。
6. —種照明方法，包括下述步驟 將從光源發(fā)射的光分割為光束；以及 用對(duì)應(yīng)的分割后的光束照射物體上的區(qū)域，其中 通過用對(duì)應(yīng)于所述物體的第二區(qū)域的光束照射所述物體的第一區(qū)域來獲得期望的光分布。
7. —種圖像信號(hào)處理裝置，包括光分布數(shù)據(jù)庫，配置為定義從光源發(fā)射的光的分割后的光束的傳 播方向和焦距中的至少一個(gè)的變化量、和關(guān)于入射光束的亮度的分布 信息；圖像處理單元，配置為確定被投影的圖像的亮部分和暗部分； 變化量計(jì)算單元，配置為基于由所述圖像處理單元確定的圖像的 亮部分和暗部分的信息和所述光分布數(shù)據(jù)庫的信息來計(jì)算分割后的光束的傳#番方向和焦_距中至少一個(gè)的變化量；以及控制單元，用于基于由所述變化量計(jì)算單元計(jì)算得到的變化量來 改變從所述光源發(fā)射的光的分割后的光束的傳播方向和焦距中至少 一個(gè)。
8. —種圖像信號(hào)處理方法，包括下列步驟 將從光源發(fā)射的光分割為光束；定義從所述光源發(fā)射的光的分割后的光束的傳播方向和焦距中 至少一個(gè)的變化量，并定義入射光的亮度分布的信息； 確定被投影的圖像的亮部分和暗部分；基于關(guān)于所確定的所述圖像的亮部分和暗部分的信息和所定義 的信息來計(jì)算所述傳播方向和焦距中的至少一個(gè)的變化量；以及通過基于計(jì)算得到的變化量改變從所述光源發(fā)射的光的分割后 的光束的傳播方向和焦距中至少一個(gè)來組合光束。
9. 一種圖像投影設(shè)備，包括 光源；分割單元，配置為將從所述光源發(fā)射的光分割為光束；光學(xué)部件，用于允許所述分割單元所分割的光束的傳播方向和焦 距中的至少一個(gè)是可變的；光分布控制單元，配置為通過作用在所述光學(xué)部件上來控制所述 光束的傳播方向和焦距中的至少一個(gè)；光調(diào)制單元，配置為被從所述光學(xué)部件輸出的、且被組合的光束 照射，并且配置為響應(yīng)圖像信息調(diào)制光束；以及光學(xué)投影單元，配置為投影由所述光調(diào)制單元調(diào)制的光。
10. —種照明裝置，包括 光源；分割單元，配置為將從所述光源發(fā)射的光分割為光束； 光學(xué)單元，配置為允許所述分割單元所分割的光束的傳播方向和 焦距中的至少一個(gè)是可變的；以及光分布控制單元，配置為通過作用在所述光學(xué)單元上來控制所述光束的傳播方向和焦距中的至少一個(gè)。
11. 一種圖像投影設(shè)備，包括 光源；分割單元，配置為將從所述光源發(fā)射的光分割為光束；光學(xué)單元，配置為允許所述分割單元所分割的光束的傳播方向和 焦距中的至少一個(gè)是可變的；光分布控制單元，配置為通過作用在所述光學(xué)單元上來控制所述 光束的傳播方向和焦距中的至少一個(gè)；光調(diào)制單元，配置為被從所述光學(xué)單元輸出的、且被組合的光束 照射，并且配置為響應(yīng)圖像信息調(diào)制光束；以及光學(xué)投影單元，配置為投影由所述光調(diào)制單元調(diào)制的光。
全文摘要
提供一種照明裝置。該照明裝置包括光源、分割單元、光學(xué)單元和光分布控制單元。所述分割單元配置為將從所述光源發(fā)射的光分割為光束。所述光學(xué)單元配置為允許所述分割單元所分割的光束的傳播方向和焦距中的至少一個(gè)是可變的。光分布控制單元配置為通過作用在所述光學(xué)單元上來控制光束的傳播方向和焦距中的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)F21V14/04GK101504126SQ200910005730
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者向井仁志, 小久保哲志, 日比啟文, 森崎裕之, 田中健司, 田中和政, 立平靖, 近藤哲二郎 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社