专利名称：投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及可显示立体图像的投影机。
背景技术：
近年，提出了各种可显示立体图像的投影机。例如，专利文献1所述的技术中，提出了可以分时交替生成右眼用、左眼用的投影 图像，用偏振光快门(shutter)眼镜等分时切换右眼、左眼进行立体视听的技术。另外，专利文献2及专利文献3所述的技术中，提出了可以用不同偏振光投影右眼 用、左眼用的图像，用使右眼和左眼透过不同偏振光的偏振光眼镜等进行立体视听的技术。专利文献1 日本特开2005-115276号公报；专利文献2 日本特开2004-205919号公报；专利文献3 日本特开2003-202520号公报。但是，上述专利文献1所述的技术中，分时对右眼、左眼遮光，因此对投影机的输 出，存在视听亮度减半的问题。另外，上述专利文献2及专利文献3所述的技术中，必须分别设置右眼用、左眼用 的光调制装置，存在投影机大型化且制品价格高昂的问题。
发明内容
本发明的目的是提供不会导致投影机的大型化且确保投影图像的亮度的可显示 立体图像的投影机。本发明的投影机，具有光源；将从上述光源出射的光束根据图像信息调制而形 成光学像的光调制装置；以及将上述光调制装置形成的光学像投影的投影光学装置，其特 征在于，具备设置在上述光调制装置和上述投影光学装置之间，使上述光调制装置形成的 光学像通过上述投影光学装置在上述光调制装置侧成像的成像光学系统；和设置在上述成 像光学系统的成像位置，选择性变换入射光的部分光的偏振方向的偏振光束出射单元。这里，2种偏振光束可以是例如相对于入射面平行的P偏振光束和相对于入射面 垂直的s偏振光束这2种直线偏振光束，也可以是旋转方向不同的2种圆偏振光束。根据本发明，通过具有成像光学系统和偏振光束出射单元，可以使光调制装置形 成的光学像由成像光学系统在偏振光束出射单元上成像，在偏振光束出射单元中，可根据 光调制装置的像素排列交替出射2种偏振光束，因此，视听者采用左眼可视认一方的偏振 光束，右眼可视认另一方的偏振光束的偏振光眼镜，并使左眼用的图像信号和右眼用的图 像信号交替配置地向光调制装置输入，可以观察立体图像。从而，不必准备右眼用、左眼用的各自光调制装置，不会导致投影机的大型化。另 外，由于光源的光被全部利用于形成投影图像，因此不会像分时显示的场合那样伴随投影 图像的辉度减半。本发明中，优选的是，具备将从上述光源出射的光束分离为多个色光的色分离光
3学元件；对上述色分离光学元件分离的各个色光进行光调制的多个光调制装置；将各光调 制装置形成的光学像合成的色合成光学装置；以及设置在来自上述色合成光学装置的光 入射的位置，使上述多个色光中任一色光的偏振方向选择性旋转的波长选择性偏振旋转元 件。这里，前述构造的投影机可采用由光调制装置对红(R)、绿(G)、蓝⑶三色光的各 个色光进行光调制的所谓三板式的投影机。进而，波长选择性偏振旋转元件可采用使绿(G)色光的波长区域的偏振光束选择 性旋转的元件。根据本发明，将透过色合成光学装置的特定色光例如绿色光作为与色合成光学装 置的入射面平行的P偏振光束，提高透过率，将色合成光学装置反射的其他色光例如红色 光、蓝色光作为相对于入射面的S偏振光束，提高反射率，可以提高光的利用率。在色合成 光学装置的光路后段仅将绿色光通过波长选择性偏振旋转元件将偏振方向旋转到与红色 光及蓝色光相同的偏振方向，从而可以容易地交替出射偏振光束出射单元中的2种偏振光 束o本发明中，优选的是，上述偏振光束出射单元构成为，将基板上形成相位差板的区 域和未形成相位差板的区域按照上述光调制装置的像素的排列而交替配置。这里，这样的偏振光束出射单元可以通过在基板上根据光调制装置的像素的排列 而在左右方向条纹状配置相位差板，或在上下方向条纹状配置相位差板，或棋盘状分散配 置相位差板而形成。另外，从立体观察的观点看，最好在左右方向条纹状配置相位差板。根据本发明，可以在基板上条纹状配置相位差板而形成偏振光束出射单元，因此， 可以简化偏振光束出射单元的构造。本发明中，优选的是，具备调节上述光调制装置和上述偏振光束出射单元的相对 位置的位置调节单元。这里，位置调节单元可以采用具有在来自上述光调制装置的光入射的位置相对于 光路中心轴倾斜配置的透明平行板和使该透明平行板的倾斜角度变更的倾斜角度变更机 构的单元，或，可以采用在包含上述偏振光束出射单元的光入射面的平面内可调节该偏振 光束出射单元的位置的机械式位置调节机构。根据本发明，通过具有调节光调制装置和偏振光束出射单元的相对位置的位置调 节单元，可以配合光调制装置的像素高精度地对偏振光束出射单元进行位置调节，因此，可 将左眼用图像、右眼用图像可靠地分离，使观察者容易视认投影图像中的立体图像。另外，通过使位置调节单元具有在光调制装置的光路后段相对于光路中心轴倾斜 配置的透明平行板和使该透明平行板的倾斜角度变更的倾斜角度变更机构，可以通过倾斜 角度的变更实现相对位置的调节，因此可进一步使观察者容易视认立体图像。另一方面，位置调节单元采用在包含上述偏振光束出射单元的光入射面的平面内 可调节该偏振光束出射单元的位置的机械式位置调节机构，从而可以简单构造进行相对位 置的调节。
图1是表示本发明第1实施例的投影机的光学系统的示意图。
图2是表示上述实施例中的偏振光束出射单元的构造的示意图。图3是表示上述实施例的变形的偏振光束出射单元的构造的示意图。图4是表示上述实施例的变形的偏振光束出射单元的构造的示意图。图5是表示本发明第2实施例的投影机的光学系统的示意图。图6是表示上述实施例中的透明平行板的构造的平面图。符号说明1，1A...投影机，2...照明装置，3...色分离光学装置，4...中继光学装置， 5...图像形成光学装置，6...色合成光学装置，7...投影光学装置，8...波长选择性偏 振旋转元件，9...成像光学系统，10，1(^，1( ...偏振光束出射单元，11...透明平行板， 21...光源装置，22...第1透镜阵列，23...第2透镜阵列，24...偏振变换元件，25...重叠 透镜，31，32...分光镜，33，34，35...反射镜，41，42...聚光透镜，51R、51G、51B...液晶面 板，52R、52G、52B.入射侧偏振片，53R、53G、53B.出射侧偏振片，101.基板，102.相 位差板，211...放电型发光管，212...反射板，PG...偏振光眼镜，S...屏幕。
具体实施例方式以下，根据图面说明本发明的实施例。[第1实施例]图1表示本发明的实施例的投影机1的光学系统。该投影机1是将从照明装置2 出射的光束根据由图像形成光学装置5输入的图像信息进行调制而形成光学像，将形成的 光学像从投影光学装置7向屏幕S上投影的光学设备。该投影机1具有照明装置2、色分离 光学装置3、中继光学装置4、图像形成光学装置5、色合成光学装置6、投影光学装置7、波长 选择性偏振旋转元件8、成像光学系统9及偏振光束出射单元10。另外，图1中，沿从照明 装置2出射的光束的光路中心轴的方向设为Z轴，与该Z轴正交且沿由光束规定的面的方 向(左右方向)设为X轴，与Z轴及X轴正交的方向(上下方向)设为Y轴。照明装置2具有光源装置21、第1透镜阵列22、第2透镜阵列23、偏振变换元件 24及重叠透镜25。光源装置21具有放电型发光管211及反射板212。放电型发光管211是超高压水银灯，具有内部配置有一对电极，形成封入水银的 放电空间的发光部；沿夹着该发光部而相互分离的方向延伸，内部设置有与各电极连接的 电极引出线的一对密封部。反射板212是将从放电型发光管211出射的放射光束反射并在规定位置收敛的光 学元件，本实施例中，采用具有旋转椭圆面的椭圆面反射板。第1透镜阵列22及第2透镜阵列23具有各自对应的小透镜成矩阵状排列的构成， 第1透镜阵列22将从光源装置21入射的光束分割为多个部分光束，在第2透镜阵列23附 近成像。第2透镜阵列23与位于光路后段的重叠透镜25 —起，在后述的图像形成光学装 置5的各液晶面板51R、51G、51B的图像形成区域上，使第1透镜阵列22分割的多个部分光
束重叠。偏振变换元件24是将从第2透镜阵列23出射的光束变换为大致1种直线偏振光束的光学元件。该偏振变换元件24是将一方的对角为45度而另一方的对角为近似135度的截面 平行四边形状的多个棱镜的斜面彼此接合而形成的板状体，在接合的界面，交替蒸镀形成 偏振光分离膜和全反射镜。另外，在偏振变换元件24的光束出射面，以规定的间距设置多个1/2波长相位差 板。这样的偏振变换元件24，若在偏振光分离膜形成面入射光束，则2种直线偏振光 束中，一方的直线偏振光束直接透过出射，另一方的偏振光束由偏振光分离膜弯曲近似直 角，并由全反射镜再度弯曲直角而出射。2种直线偏振光束的任一束由后段设置的1/2波长相位差板将偏振方向进行90度 变换，从而可将入射的光束变换为1种直线偏振光束。本实施例中，由该偏振变换元件24 变换为相对于光的入射面垂直的S偏振光束。从这样的照明装置2出射的光束被分割为多个部分光束并使偏振方向一致，向色 分离光学装置3出射。色分离光学装置3具有将从照明装置2出射的光束分离为红色光(R)、绿色光 (G)、蓝色光(B)的三色光的功能，具有分光镜31、32及反射镜33、34、35。分光镜31、32是相对于光束的光路中心轴近似45度倾斜配置，在BK7、石英玻璃等 的透明基板上形成介质多层膜的光学元件。分光镜31、32的介质多层膜具有使特定的波长 域的光束反射，使以外的光束透过，将光束分离为多个色光的功能。光路前段配置的分光镜 31使红色光(R)反射，使以外的绿色光(G)、蓝色光(B)透过。另一方面，光路后段配置的 分光镜32使绿色光(G)反射，使蓝色光(B)透过。反射镜33、34、35是将分光镜31、32分离的红色光(R)及蓝色光(B)导向构成图 像形成光学装置5的液晶面板51R、51B的光学元件，由全反射镜构成。由该色分离光学装置3分离的蓝色光(B)的光路中，设置中继光学装置4，中继光 学装置4由光路中配置的2个聚光透镜41、42构成，具有将蓝色光(B)导向蓝色光侧的液 晶面板51B的功能。另一方面，由色分离光学装置3分离的红色光(R)、绿色光(G)的各色光虽然图示 省略，但是经由场透镜入射构成图像形成光学装置5的入射侧偏振片52R、52G、52B。图像形成光学装置5具有3个液晶面板51R、51G、51B和在各液晶面板51R、51G、 51B的光路前段配置的入射侧偏振片52R、52G、52B以及在光路后段配置的出射侧偏振片 53R、53G、53B。液晶面板51R、51G、51B具有在一对的透明玻璃基板密闭封入电光物质即液晶的 图像形成区域，该图像形成区域中，根据输入的图像信息控制液晶的取向状态，从而调制透 过入射侧偏振片52R、52G、52B的偏振光束的偏振方向。由液晶面板51R、51G、51B调制的光 束中，规定的直线偏振光束透过出射侧偏振片53R、53G、53B，除此以外的偏振光束由出射侧 偏振片吸收，形成光学像。由这样的图像形成光学装置5调制的光束向色合成光学装置6 出射。另外，本实施例中，在入射侧偏振片52R、52B层叠形成相位差板，来自前述偏振变 换元件24的S偏振光束被变换为与入射面平行的P偏振光束，向液晶面板51R、51B入射。出射侧偏振片53R、53B中，使液晶面板51R、51B调制的光束中的S偏振光束透过，并向色合 成光学装置6出射S偏振光束。入射侧偏振片52G中不进行这样的相位变换，入射的S偏振光束直接透过入射侧 偏振片52G，向液晶面板51G入射。出射侧偏振片53G中，使液晶面板51G调制的光束中的 P偏振光束透过，并向色合成光学装置6出射P偏振光束。从而，在色合成光学装置6入射 S偏振光束即红色光及蓝色光和P偏振光束即绿色光。色合成光学装置6具有将从各出射侧偏振片出射的调制光束合成形成彩色图像 的功能，具有将4个直角棱镜贴合而成的平面看近似正方形状，在直角棱镜彼此贴合的界 面，构成为形成有2个介质多层膜的交叉分色棱镜。2个介质多层膜具有一方反射红色光(R)而使绿色光(G)透过，另一方反射蓝色 光(B)而使绿色光(G)透过的性质，由这些介质多层膜合成红色光(R)、绿色光(G)、蓝色光 (B)形成彩色图像。从色合成光学装置6出射的光包含S偏振光束即红色光(R)及蓝色光 ⑶及P偏振光束即绿色光(G)。投影光学装置7在图1省略图示，由在镜筒内将多个透镜与光轴对齐排列而成的 透镜组构成，将色合成光学装置6合成的光学像向屏幕S上投影。这样的投影机1中，在色合成光学装置6及投影光学装置7间设置波长选择性偏 振旋转元件8、成像光学系统9及偏振光束出射单元10。波长选择性偏振旋转元件8是设置在来自色合成光学装置6的光入射的位置，使 由分光镜31及32分离的任一色光的偏振方向选择性旋转的光学元件。本实施例中，波长选 择性偏振旋转元件8使入射光中绿色光(G)的偏振方向旋转90度。从而，波长选择性偏振 旋转元件8使入射光中的P偏振光束即绿色光(G)的偏振方向选择性旋转，作为S偏振光 束。从而，从波长选择性偏振旋转元件8出射的红色光(R)、绿色光(G)及蓝色光(B)都成 为S偏振光束。该波长选择性偏振旋转元件8例如是由聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯 乙烯、三醋酸、聚甲基丙烯酸甲酯等的高分子材料形成的延伸高分子膜所形成的光学元件， 通过层叠多个延伸高分子膜而形成。成像光学系统9是由组合凸透镜及凹透镜的透镜组构成，将从色合成光学装置6 出射的光学像通过投影光学装置7在图像形成光学装置5侧成像的光学元件。在该成像光 学系统9的成像位置，配置偏振光束出射单元10。该偏振光束出射单元10的配置位置也是 投影光学装置7的后焦点位置。偏振光束出射单元10是设置在成像光学系统9的成像位置，使入射光的部分光的 偏振方向选择性变换的光学元件。更具体地，偏振光束出射单元10使来自波长选择性偏振 旋转元件8的S偏振光束中的一部分选择性地变换为P偏振光束。偏振光束出射单元10 根据液晶面板51R、51G、51B的图像形成区域的像素排列，将2种直线偏振光束，即，相对于 入射面平行的P偏振光束及垂直的S偏振光束交替出射。该偏振光束出射单元10如图2，在基板101上条纹状贴附相位差板102而构成。 相位差板102的贴附间距D1设定为在成像位置成像的光学像的像素间距的2倍，其排列方 向沿图1中的X轴方向，S卩，投影图像的左右方向。虽然图2图示省略，在该偏振光束出射 单元10设置有进行偏振光束出射单元10的位置调节的位置调节单元。位置调节单元具有 进行偏振光束出射单元10的X轴方向的位置调节的X轴移动机构，及进行偏振光束出射单元10的面内旋转方向θ的位置调节的θ旋转移动机构，由步进马达等的驱动单元驱动。另外，偏振光束出射单元10不限于在投影图像的左右方向排列相位差板，例如， 也可以采用如图3所示在投影图像的上下方向即Y轴方向条纹状排列相位差板102的偏振 光束出射单元IOA和如图4所示棋盘状分散配置相位差板102的偏振光束出射单元10Β。在偏振光束出射单元IOA的场合，调节偏振光束出射单元IOA和液晶面板51R、 51G、51B的相对位置的位置调节单元采用具有Y轴移动机构及θ旋转移动机构的单元。在 偏振光束出射单元IOB的场合，位置调节单元采用具有X轴移动机构、Y轴移动机构及θ旋 转移动机构的单元。另外，这些偏振光束出射单元10AU0B的排列间距也与偏振光束出射 单元10同样，成为液晶面板51R、51G、51B的像素间距的2倍。通过这样的构造的投影机1，在显示立体图像的场合，生成左眼用和右眼用的视差 图像数据，在图像处理电路的帧缓冲器上间隔地组合左眼用视差图像数据和右眼用视差图 像数据，进行合成。例如，以在帧缓冲器的奇数像素列显示左眼用视差图像数据，在偶数像 素列显示右眼用视差图像数据的方式，生成显示用的图像数据，根据生成的图像数据，驱动 液晶面板51R、51G、51B。从光源出射的光束由偏振变换元件24大致全部变换为S偏振光束，由色分离光学 装置3分离的R、G、B的色光内，色光R、B由入射侧偏振片52R、52B变换为P偏振光束，由 液晶面板51R、51B调制为S偏振光束，由色合成光学装置6的介质多层膜反射，向成像光学 系统9入射。另一方面，色光G原样保持S偏振光束而入射于液晶面板51G，由液晶面板51G调 制为P偏振光束，形成光学像，透过色合成光学装置6，由波长选择性偏振旋转元件8变换为 S偏振光束，向成像光学系统9入射。包括偏振方向一致的色光R、G、B的光学像由成像光学系统9在偏振光束出射单 元10上成像。由偏振光束出射单元10成像的构成光学像的光束内，液晶面板51R、G、B的 图像形成区域的偶数列的光束由偏振光束出射单元10的相位差板102使偏向方向变换90 度，作为P偏振光束出射，从投影光学装置7向屏幕S投影。另一方面，液晶面板51R、51G、 51B的奇数列的光束原样保持为S偏振光束向屏幕S投影。观察者采用左眼和右眼中入射的光的偏振方向不同的偏振光眼镜PG，观察屏幕S 上显示的立体图像。另外，投影图像中，在左眼用视差图像及右眼用视差图像产生错位的场合，通过前 述位置调节单元调节偏振光束出射单元10的位置，显示恰当的立体显示图像。另一方面，投影机1进行通常显示的场合，输入通常的图像数据，将投影图像向屏 幕S投影，观察者不采用偏振光眼镜PG观察投影图像即可。[第2实施例]接着，说明本发明的第2实施例。另外，以下的说明中，已经说明的部分等附上同 一符号，其说明省略。上述第1实施例中，通过具有X轴移动机构及θ旋转移动机构的位置调节单元 (图示省略)调节偏振光束出射单元10的位置，来调节液晶面板51R、51G、51B和偏振光束 出射单元10的相对位置。相对地，本实施例的投影机IA中，在来自色合成光学装置6的光入射的位置配置透明平行板11，通过调节该透明平行板11相对于光路中心轴的角度，进行液晶面板51R、 51G、51B和偏振光束出射单元10的相对位置调节，这一点是不同的。透明平行板11如图6，相对于光路中心轴Ax倾斜配置，是光束入射面和出射面平 行的透明基板，由BK7等的透明玻璃材料构成。若在投影机IA的光路上配置这样的透明平 行板11，则光束相对于透明平行板11斜向入射，在透明平行板11内折射并在光路移动后出 射。本实施例的位置调节单元具有该透明平行板11和使该透明平行板11的倾斜角度 变更的角度调节单元(图示省略)。角度调节单元只要是能够把持透明平行板11的端部， 调节与X轴所成角度Φ 1的机构，则可采用公知的构造。根据这样的本实施例，位置调节单元通过调节透明平行板11的角度Φ1，可以进 行液晶面板51R、51G、51B和偏振光束出射单元10的相对位置调节，因此，通过倾斜角度的 变更可以实现相对位置的调节，可以进一步使观察者容易视认立体图像。[实施例的变形]另外，本发明不限于前述实施例，包含以下所示的变形。前述的实施例中，在具有3枚液晶面板51R、51G、51B的投影机1中，采用了偏振光 束出射单元10、10A、10B，但是本发明不限于此。即，可以在单板式的液晶投影机中采用本发 明，而且作为光调制装置，不仅透过型的光调制装置，也可以在反射型液晶面板、采用微镜 的光调制装置中适用本发明。另外，上述实施例中，由2种直线偏振光束形成左眼用视差图像、右眼用视差图 像，但是不限于此，也可以由左旋的圆偏振光束形成左眼用视差图像，由右旋的圆偏振光束 形成右眼用视差图像。而且，上述实施例中，偏振光束出射单元10通过在基板101上贴附相位差板102 而构成，但是本发明不限于此，例如，如果是图2、图3那样的偏振光束出射单元10、IOAJlJ 也可以层叠规定厚度的透明玻璃基板和相位差板并将其从层叠方向切割而构成。另外，本发明的具体的构造及 形状等在可达成本发明的目的的范围内，也可以采 用其他构造等。
权利要求
一种投影机，具有光源；将从上述光源出射的光束根据图像信息调制而形成光学像的光调制装置；以及将上述光调制装置形成的光学像投影的投影光学装置，其特征在于，具备成像光学系统，其设置在上述光调制装置和上述投影光学装置之间，使上述光调制装置形成的光学像通过上述投影光学装置在上述光调制装置侧成像；和偏振光束出射单元，其设置在上述成像光学系统的成像位置，选择性变换入射光的部分光的偏振方向。
2.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于，具备色分离光学元件，其将从上述光源出射的光束分离为多个色光；多个光调制装置，其对上述色分离光学元件分离的各个色光进行光调制；色合成光学装置，其将各光调制装置形成的光学像合成；以及波长选择性偏振旋转元件，其设置在来自上述色合成光学装置的光入射的位置，使上 述多个色光中任一色光的偏振方向选择性旋转。
3.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于，上述偏振光束出射单元构成为，将基板上形成相位差板的区域和未形成相位差板的区 域按照上述光调制装置的像素的排列而交替配置。
4.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于，具备位置调节单元，其调节上述光调制装置和上述偏振光束出射单元的相对位置。
5.根据权利要求4所述的投影机，其特征在于，上述位置调节单元是在来自上述光调制装置的光入射的位置相对于光路中心轴倾斜 配置的透明平行板。
6.根据权利要求4所述的投影机，其特征在于，上述位置调节单元是能够在包含上述偏振光束出射单元的光入射面的平面内调节上 述偏振光束出射单元的位置的机械式位置调节机构。
全文摘要
本发明提供不导致投影机的大型化且确保投影图像的亮度的可显示立体图像的投影机。本发明的具有光源2、将从光源2出射的光束根据图像信息调制而形成光学像的光调制装置51R、51G、51B以及将光调制装置51R、51G、51B形成的光学像投影的投影光学装置7的投影机1，具备设置在光调制装置51R、51G、51B和投影光学装置7之间，将光调制装置51R、51G、51B形成的光学像通过该投影光学装置7在上述光调制装置51R、51G、51B侧成像的成像光学系统9；设置在成像光学系统9的成像位置，选择性变换入射光的部分光的偏振方向的偏振光束出射单元10。
文档编号G03B21/00GK101859052SQ201010159929
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者宫沢康永 申请人:精工爱普生株式会社