CN100414435C

CN100414435C - 投影机

Info

Publication number: CN100414435C
Application number: CNB2005100048092A
Authority: CN
Inventors: 铃木正幸; 小林守
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: JP2005215475A; CN1648762A; US7213922B2; US20050168699A1

Abstract

本发明提供一种以简易的构造可以比较简易地实现高于液晶光阀本来的反差比的反差比的投影机。由各液晶光阀(25a～25c)调制的照明光也就是像光由光合成光学系统(27)合成后，靠液晶光阀(28a)以适当的像素仅减光适当量入射到投射透镜(29)。入射到投射透镜(29)的像光投影到未图示的屏幕上。此时，由于靠液晶光阀(28a)以适当的像素部分使由各液晶光阀(25a～25c)所形成的像光的辉度适当衰减，所以通过累计地辉度调节可以以远高于各液晶光阀(25a～25c)单独实现的反差比的反差比投射像光。

Description

投影机

技术领域

本发明涉及用液晶光阀和其他光调制装置投射图像的投影机。

背景技术

作为投影机，例如存在着把通过靠RGB的三色的照明光照明三个液晶光阀个别地形成的各色的图像靠特殊的棱镜合成而形成彩色图像的投影机(参照专利文献1)。在这种投影机中所实现的反差比，1000∶1左右是当前的上限。

另一方面，在CRT或胶片中，虽然也取决于视听环境但是可以得到3000∶1或3000∶1以上的反差比。再者，如果按电影导演或电影评论家的意见，有关电影领域中的反差比的产品最终目标，当前5000∶1是必要的，如果考虑胶片的超调(峰值)，则在将来可以说6000∶1左右是必要的。

在以上这种投影机中，虽然为了在黑侧抑制亮度，可以考虑通过施加电压的调整从而降低作为光源的灯的光量，但是灯的特性上，通常仅可以降低光量到80％左右。

此外，作为提高投射图像的动态范围的另一种方法，提出了在光源与液晶光阀之间配置照明光量调整机构(参照专利文献2)。这里，照明光量调整机构具备例如根据旋转方向实现想要的照明光量的偏振板、和调节该旋转方向的超声波马达。

【专利文献1】特开2002-365720号公报

【专利文献2】特开2001-100699号公报

但是，在把照明光量调整机构配置于光源与液晶光阀之间的投影机中，因机械机构等照明光量调整机构容易大型化，工作的控制也不容易。特别是，因为机械机构等的响应特性的限度，无法高速地调节照明光量。进而，由于无法以像素单位个别地调节照明光量，所以无法提高一个画面内的作为辉度差的反差比。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种靠简易的机构可以简单地实现高于液晶光阀本来的反差比的反差比的投影机。

为了解决上述问题，本发明涉及的投影机，具备(a)有光源并且利用该光源形成照明光的照明装置，(b)靠来自照明装置的照明光照明并且调制该照明光形成像光的主光调制装置，(c)通过调制使由主光调制装置所形成的像光的辉度衰减的副光调制装置，(d)把由主光调制装置和副光调制装置所形成的像光投射到屏幕的投射光学系统，和(e)根据所输入的图像信号生成通过主光调制装置和副光调制装置协调地工作提高所投射的像光的反差比的主光调制装置和副光调制装置的驱动信号的信号处理电路。这里，所谓“反差比”虽然原则上意味着在画面内各像素中可以显示的最大辉度比，但也包含一个画面内的各像素间的最大辉度比或连续的多个画面间的最大辉度比。

在上述投影机中，由于副光调制装置通过调制由主光调制装置所形成的像光的辉度从而使之衰减，所以可以通过主光调制装置和副光调制装置累积地进行辉度调节。此时，通过信号处理电路，主光调制装置和副光调制装置协调地工作，可以以远高于单独靠主光调制装置所实现的反差比的反差比投射像光。

在本发明的具体的形态中，在上述投影机中，照明装置发生不同的三色的照明光，主光调制装置由三色的照明光分别照明并且具有个别地调制各色的照明光的三个色光调制装置，和合成来自三个色光调制装置的各色的像光并射出的光合成构件。在该场合，可以个别地调制三色的照明光并合成，可以投射高辉度的彩色图像。

在本发明的另一个具体的形态中，副光调制装置配置于光合成构件与投射光学系统之间。在该场合，由于不在每个各色的色光调制装置中设置衰减用的副光调制装置，靠单一的液晶光阀等副光调制装置衰减经过了主光调制装置的像光的辉度，所以副光调制装置进而可以把投影机制成廉价的。

在本发明的又一个具体的形态中，三个色光调制装置与副光调制装置分别是具有同一结构的液晶光阀。在该场合，可以把副光调制装置制成匹配于色光调制装置的简单的结构。

在本发明的又一个具体的形态中，信号处理电路，对所输入的图像信号中的各色的信号进行预定的运算求出主光调制装置和副光调制装置的驱动信号。在该场合，可以通过各色的图像信号的运算处理实现想要的反差比。

在本发明的又一个具体的形态中，信号处理电路，以所输入的图像信号中的各色信号当中的最大值为基准求出副光调制装置的驱动信号。在该场合，可以一边由主光调制装置高精度地表现各色的灰度等级，一边由副光调制装置实现想要的减光，可以投射高的反差比和画面质量的图像。

在本发明的又一个具体的形态中，信号处理电路，把所输入的图像信号中的各色的信号原封不动地用作主光调制装置的驱动信号，对所输入的图像信号中的各色的信号进行预定的运算求出副光调制装置的驱动信号。在该场合，由于不仅可以通过各色的图像信号的运算处理实现想要的反差比，而且仅针对副光调制装置进行运算处理就足够了，所以可以谋求图像处理的负担减轻。

在本发明的又一个具体的形态中，副光调制装置以针对主光调制装置的至少一个或一个以上的像素单位调制像光的辉度。在该场合，可以以主光调制装置的像素单位进行由副光调制装置实现的辉度调制，或者可以以主光调制装置的多个像素单位一并进行由副光调制装置实现的辉度调制。

附图的简要说明

图1是说明本发明涉及的一个实施形态的投影机的方框图。

图2是说明图1中所示的投影机的变形例的图。

图3是说明由图1中所示的投影机实现的反差比的增加的曲线图。

标号的说明

10...投影机，21...光源装置，23...分色光学系统，23a...第1分色镜，23b...第2分色镜，25主光调制部，25a、25b、25c...液晶光阀，27...光合成光学系统，28...副光调制部，28a...液晶光阀，29...投射透镜，40...信号处理电路，41...图像处理电路，43...液晶驱动电路，50...控制装置

具体实施方式

图1是说明本发明涉及的一个实施形态的投影机的结构的图。该投影机10具备发生光源光的光源装置21，把来自光源装置21的光源光分割成RGB三色的分色光学系统23，靠从分色光学系统23所射出的各色的照明光来照明的主光调制部25，合成来自主光调制部25的各色的像光的光合成光学系统27，配置于光合成光学系统27的射出侧对像光进行二维强度调制的副光调制部28，以及把经过了副光调制部28的像光投射到屏幕(未图示)上的投射透镜29。进而，投影机10具备基于从外部输入的图像信号使纳入主光调制部25的各色的光调制装置等工作的信号处理电路40，和通过分别使上述光源装置21，光调制部25、28，信号处理电路40等适当工作从而总体地控制整个投影机10的工作的控制装置50。

光源装置21，具备光源灯21a，一对蝇眼光学系统21b、21c，偏振变换构件21d，和重叠透镜21e。这里，光源灯21a，例如由高压水银灯组成，具备聚光光源光用的凹面镜。此外，一对蝇眼光学系统21b、21c由配置成矩阵状的多个要素透镜组成，靠这些要素透镜分割来自光源灯21a的光源光使之个别地聚光、发散。偏振变换构件21d把从蝇眼光学系统21c射出的光源光仅变换成特定的偏振光成分供给到下一级光学系统。重叠透镜21e使通过了偏振变换构件21d的照明光作为总体适当聚光，使对设在每个色的各空间光调制装置的重叠照明成为可能。也就是说，经过了两个蝇眼光学系统21b、21c与重叠透镜21e的照明光，经过以下详述的分色光学系统23，均一地重叠照明设在主光调制部25中的各色的液晶光阀25a～25c。

分色光学系统23，具备第1及第2分色镜23a、23b、3个场透镜23f、23g、23h和反射镜23i、23j、23k，与光源装置21一起构成照明装置。第1分色镜23a反射RGB3色中的R光、透射G光及B光。另外，第2分色镜23b反射GB2色中的G光、透射B光。在该分色光学系统23中，在第1分色镜23a中被反射的R光，经过反射镜23i入射到用于调节入射角度的场透镜23f中。另外，通过第1分色镜23a在第2分色镜23b被反射的G光入射到场透镜23g中。地而，通过了第2分色镜23b的B光，经过用于补偿光程差的中继透镜LL1、LL2以及反射镜23j、23k入射到用于调节入射角度的场透镜23h中。

主光调制部25作为主光调制装置，具备分别作为色光调制装置的三个液晶光阀25a～25c，和挟持各液晶光阀25a～25c配置的三组偏振滤光器25e～25g。在第1分色镜23a被反射的R光经由场透镜23f入射到液晶光阀25a而均一地照明它。透过第1分色镜23a在第2分色镜23b被反射的G光经由场透镜23g入射到液晶光阀25c而均一地照明它。透过了第1和第2分色镜23a、23b双方的B光经由场透镜23h入射到液晶光阀25c而均一地照明它。各液晶光阀25a～25c是调制入射的照明光的空间或者二维强度分布的非发光型的显示元件，分别入射到各液晶光阀25a～25c的三色的光根据作为电气信号所输入的驱动信号被各液晶光阀25a～25c调制。此时，通过偏振滤光器25e-25g入射于各液晶光阀25a～25c的照明光的偏振方向被调整，并且从各液晶光阀25a～25c所射出的调制光中提取预定的偏振方向的调制光。

光合成光学系统27是十字分色棱镜(光合成构件)，以正交的状态内藏R光反射用电介质多层膜27a和B光反射用电介质多层膜27b。该十字分色棱镜靠电介质多层膜27a反射来自液晶光阀25a的R光使之向行进方向右侧射出，经由电介质多层膜27a、27b使来自液晶光阀25b的G光直进·射出，通过电介质多层膜27b反射来自液晶光阀25c的B光使之向行进方向左侧射出。

副光调制部28作为副光调制装置具备光调制用的液晶光阀28a，和挟着液晶光阀28a配置的一对偏振滤光器28h。前者的液晶光阀28a具有与设在主光调制部25的各液晶光阀25a～25c同样的结构，后者的一对偏振滤光器28h具有与隔着各液晶光阀25a～25c配置的一对偏振滤光器25e～25g同样的结构。靠该副光调制部28使由十字分色棱镜27所合成的合成光的像光以像素单位特别是在低辉度-侧衰减，可以辅助地增加投射像的反差。因此，根据输入到各色的液晶光阀25a～25c的驱动信号等适当生成的特殊的驱动信号输入到液晶光阀28a。

投射透镜29作为投射光学系统把各色的液晶光阀25a～25c的像投射到屏幕上，并且把作为反差调整用的二维滤光器的液晶光阀28a的像投射到同一屏幕上。因此，投射透镜29的后侧焦点位置的焦点深度加深。再者，如图2中所示，也可以在光合成用的十字分色棱镜27与反差调整用的液晶光阀28a之间，配置使液晶光阀25a～25c的像在液晶光阀28a上成像的再成像透镜160。在以上中，通过使液晶光阀28a一侧的成像稍微散焦，产生很难看见液晶光阀28a一侧的黑色矩阵这样的优点。

信号处理电路40具备对从外部所输入的图像信号施行适当的信号处理而得到例如数字式的图像数据信号的图像处理电路41，和基于从该图像处理电路41所输出的图像数据信号发生使设在主光调制部25中的液晶光阀25a～25c等工作用的驱动信号的液晶驱动电路43。来自连接于外部的视频再现装置的视频图像信号等作为图像信号输入到图像处理电路41。在图像处理电路41中，根据视频图像信号等的输入信号，生成使主光调制部25中的液晶光阀25a～25c工作用的成为基本的图像数据信号，并且生成使副光调制部28中的液晶光阀28a工作用的辅助信号。液晶驱动电路43根据由图像处理电路41所生成的图像数据信号发生使各液晶光阀25a～25c、28a工作用的驱动信号，输出到这些液晶光阀25a～25c、28a。

控制装置50向信号处理电路40输出控制信号而间接地控制各液晶光阀25a～25c、28a的工作状态。在信号处理电路40中，根据从外部所输入的图像信号与来自控制装置50的指示信号，生成上述图像数据信号或辅助信号。具体地说，例如，准备以各色的液晶光阀25a～25c为对象的彩色显示用的主图像数据信号，和以液晶光阀28a为对象的反差增加用的副图像数据信号。

接下来，就控制装置50和信号处理电路40中的图像数据信号等的计算处理方法进行说明。

在第1方法中，用信号处理电路40，作为驱动各色的液晶光阀25a～25c用的主图像数据信号，准备就图像信号施行把它强调到上限辉度的修正处理后的信号。进而，用信号处理电路40，作为驱动液晶光阀28a用的副图像数据信号，准备补偿主图像数据信号中的修正把整体恢复原来的辉度的信号。

为了具体的进行说明，可以就某一彗形象差的图像帧当中的特定像素来考虑。把所输入的RGB的各图像信号数字化以后设定为为SR、SG、SB，把这些当中的最大值设定为PMAX。这里，例如在最大值PMAX为对应于图像数据信号SR的场合，SR＝PMAX，施行把最强的R光的图像数据信号设定成上限值的修正。也就是说，把对应于主图像数据信号当中的R光的R光信号设定为SR′，把该R光信号SR′变更成上限值

SR′＝100(％) (1)

与此相对应通过调节副图像数据信号，降低液晶光阀28a的对应像素中的透射率。也就是说，把对应于副图像数据信号的减光信号设定为SY，取为

SY＝SR (2)

也就是说，减光信号SY成为相当于R光的当初的图像信号。此外，把对应于主图像数据信号当中的G光的G光信号设定为SG′，将会补偿液晶光阀28a的对应像素中的透射率降低而保持色平衡，取为

SG′＝SG/SR (3)

同样，把对应于主图像数据信号当中的B光的B光信号设定为SB′，取为

SB′＝SB/SR (4)

用具体的数值举例表示以上这种数据变换情况汇总于以下的表1。

表1

在以上的表1中，减光前后的R光辉度LR0、LR1取为标准化的任意单位。从表中可以清楚地看出，各色信号SR′、SG′、SB′保持了强度比，而且，因减光信号SY由各色信号SR′、SG′、SB′产生的总体的辉度增加被抵销。也就是说，虽然经过了液晶光阀25a～25c和液晶光阀28a的像光作为总体为原来的辉度和灰度等级的图像，但是在最暗的黑信号水平下，变为累计了各液晶光阀25a～25c引起的最大的减光度，和液晶光阀28a引起的最大的减光度者。如果用具体的例子进行说明，则在各液晶光阀25a～25c、28a的工作之际的反差比(减光度)取为是规格的最大值的600∶1的场合，所得到的最大的反差比变为360000∶1。再者，把液晶光阀28a的特性可以取为不是规格的最大值的10∶1左右的反差比，把所得到的最大的反差比取为6000∶1左右。在该场合，调整液晶光阀28a的驱动电压范围，或者调节配置于液晶光阀28a的射出侧等的偏振滤光器28h的特性或角度方向。

在第2方法中，用信号处理电路40，虽然作为驱动各色的液晶光阀25a～25c用的主图像数据信号原封不动地利用所输入的图像信号，但是作为驱动液晶光阀28a用的副图像数据信号准备根据其程度把主图像数据信号中的低辉度像素的辉度进一步低辉度化的信号。

为了具体的进行说明，可以就某一彗形象差的图像帧的所有像素进行考虑。这里，在例如各像素的辉度信号SY0当中的上限值(相当于透射率100％)取为TMAX的场合，如果存在着对应于上限值TMAX的像素则就该图像数据信号不进行减光，以上限值TMAX为基准对其他像素经由液晶光阀28a施行辉度降低的滤光处理。或者，也可以以辉度信号SY0当中的最大值为基准，经由液晶先阀28a施行辉度降低的滤光处理。也就是说，通过就暗的像素施以进一步增加其暗度这种滤光，扩大辉度下端侧而增大反差比。再者，这里辉度信号SY0可以使用从R、G、B的各色信号的从灰度等级值SR、SG、SB运算所求出的值(具体地说作为一般的色信号与辉度信号的关系的，SY0＝0.3SR+0.6SG+0，1SB)。

在以下中，设想利用前者的上限值的场合说明具体的运算处理方法。设定初级的各液晶光阀25a～25c的最大辉度调节范围为a0，设定其下限值处的辉度为b0，设定初级的各液晶光阀25a～25c与次级的液晶光阀28a合起来的最大辉度调节范围为a1，设定其下限值处的辉度为b1。此外，设定特定像素的辉度数据为SY0(百分率)。进而，设定液晶光阀25a～25c总和的反差比为C0，设定液晶光阀28a的反差比为C1。在该场合，满足以下关系

a0+b0＝a1+b1 ...(5)

C0＝(a0+b0)/b0 ...(6)

C1＝b0/b1 ...(7)

为了参考，在图3的曲线图中，视觉地汇总表示上述各式中所用的各符号a0、b0、a1、b1的意思。在该曲线图中，纵轴表示入射到液晶光阀25a～25c等的照明光或像光的辉度。根据以上的式(5)～(7)，辉度范围的扩大率RE＝a1/a0，变为

RE＝(C0-1/C1)÷(C0-1) ...(8)

这里，通过了初级的各液晶光阀25a～25c后的辉度(减光前辉度)L0根据给予液晶光阀25a～25c的辉度数据SY0变为

L0＝(a0/100)SY0+b0

＝(a0/100)SY0+a1-a0+b1 ...(9)

在液晶光阀28a中，对该L0施行减光处理，得到在辉度调节范围a1内保持灰度等级的关系的最终的辉度(减光后辉度)L1。该L1变为

L1＝(a1/100)SY0+b1 ...(10)

如果据以上的式求出液晶光阀28a引起的变换的比率F＝L1/L0(其中，在液晶光阀28a中根据输入信号透射率线性变化的前提下，即使透过液晶光阀28a也可以除了作为残余的最低的基线的辉度b1外方便地计算)则为：

F＝RE×SY0÷{SY0+100×(RE-1)} ...(11)

如果把它变换成百分率，计算液晶光阀28a的透射率TR(百分率)，则变为

TR＝100F

＝100RE×SY0÷{SY0+100×(RE-1)} ...(12)

所以可以作为对应于透射率TR(百分率)从特定像素的辉度数据SY0简单地算出液晶光阀28a的辉度数据SY1。再者由实际透射液晶光阀28a的光所观察的辉度变为把照明液晶光阀28a的辉度乘以透射率TR并且加上辉度b1以后的值。

用具体的数值举例表示以上这种数据变换的情况汇总于以下的表2。

表2

在以上的表2中，减光前后的辉度L0、L1取为标准化的任意单位。从表中也可以清楚地看出，从有关针对各色的液晶光阀25a～25c的图像数据信号的辉度数据，可以算出减光用的液晶光阀28a的辉度数据SY1。也就是说，经过了液晶光阀25a～25c和液晶光阀28a的像光虽然成为作为总体维持原来的灰度等级的图像，但是成为越是暗的像素越增高黑色的高反差比的图像。换句话说，可以实现累计了各液晶光阀25a～25c引起的最大减光度和液晶光阀28a引起的最大减光度的反差比。如果用具体的例子进行说明，则在各液晶光阀25a～25c的工作之际的反差比(减光度)为规格最大值的600∶1，液晶光阀25a～25c的工作之际的反差比为10∶1的场合，所得到的最大的反差比成为6000∶1。

再者，在液晶光阀28a与其他同样为600∶1的反差比的规格的场合，调整液晶光阀28a的驱动电压范围可以得到10∶1的反差比。或者，通过调节配置于液晶光阀28a的射出侧等的偏振滤光器28h的特性或角度方向也可以得到同样的效果。

信号处理电路40等中的图像数据信号的计算处理方法不限于上述的方法。例如，可以对作为使各色的液晶光阀25a～25c工作用的信号的辉度数据信号SR′、SG′、SB′或辉度数据信号SR、SG、SB施行用于强调明暗差等的适当的非线性修正。同样，对使减光用的液晶光阀28a工作用的辉度数据信号SY0、SY1也可以施行用于强调明暗差等的适当的非线性修正。

此外，在以上的计算处理中，辉度数据信号SY1等没有必要实时地计算，也可以预先准备对应于一定的灰度等级范围分配适当辉度数据信号的变换表，根据辉度数据信号SY0的当前的读入值参照变换表确定辉度数据信号SY1。

下面，就本实施形态涉及的投影机10的总体的工作进行说明。来自光源装置21的光源光靠设在分色光学系统23中的第1和第2分色镜23a、23b分色，作为照明光分别入射到对应的液晶光阀25a～25c。各液晶光阀25a～25c由来自外部的图像信号调制而具有二维折射率分布，以像素单位以空间地调制照明光。这样一来，被各液晶光阀25a～25c所调制的照明光也就是像光被光合成光学系统27合成后，被液晶光阀28a以适当像素仅减光适当量而入射到投射透镜29。入射到投射透镜29的像光投影于未图示的屏幕。此时，由于靠后级的液晶光阀28a把由各液晶光阀25a～25c所形成的像光的辉度针对适当的像素部分进行适当衰减，所以通过累积地辉度调节，可以投射具有远高于靠各液晶光阀25a～25c单独所实现的反差比的反差比的像光。

以上，虽然就实施形态说明了本发明，但是本发明不限于上述实施形态。例如，虽然在上述实施形态中用RGB的各色个别地照明三个液晶光阀25a～25c，但是作为单一的液晶光阀在用白色光源照明在各像素排列了RGB的滤光器的彩色显示面板类型的投影机中，也可以靠图1中所示的液晶光阀28a的滤光器来进行图像的局部的辉度调节，可以以高的反差比投射像光。

此外，在以上的说明中，虽然通过使液晶光阀25a～25c的像素与液晶光阀28a的像素一一对应，进行液晶光阀25a～25c的各像素的亮度调整，但是也可以以液晶光阀25a～25c的接近的多个像素组合起来的区域(例如四个像素)单位进行亮度调整。在该场合，液晶光阀28a的像素可以是由液晶光阀25a-25c的区域单位组成的，另外，以区域单位进行调光的场合，可以以区域内的最高辉度为基准确定减光量，或以区域内的平均为基准确定减光量。

此外，在以上的说明中，例如以像素单位局部地调整液晶光阀28a的透射率，但是以液晶光阀28a总体调节透射率可以实现总体的减光。在该场合，可以考虑以画面内的最大辉度像素为基准确定总体的减光量。

Claims

1. 一种投影机，具备：

具有光源并且利用该光源形成照明光的照明装置，

由来自前述照明装置的照明光照明并且调制该照明光形成像光的主光调制装置，

通过调制使由前述主光调制装置所形成的像光的辉度衰减的副光调制装置，

把由前述主光调制装置和前述副光调制装置所形成的像光投射到屏幕上的投射光学系统，和

根据所输入的图像信号生成通过前述主光调制装置和前述副光调制装置协调地工作提高所投射的像光的反差比的前述主光调制装置和前述副光调制装置的驱动信号的信号处理电路，

前述照明装置发生不同的三色的照明光，前述主光调制装置由三色的照明光分别照明并且具有个别地调制各色的照明光的三个色光调制装置和合成来自前述三个色光调制装置的各色的像光并射出的光合成构件，

在前述信号处理电路中，以前述所输入的图像信号中的各色信号当中的最大值为基准求出前述副光调制装置的驱动信号。

2. 如权利要求1所述的投影机，其特征在于，前述副光调制装置配置于前述光合成构件与前述投射光学系统之间。

3. 如权利要求2所述的投影机，其特征在于，前述三个色光调制装置与前述副光调制装置分别是具有同一结构的液晶光阀。

4. 如权利要求1所述的投影机，其特征在于，前述副光调制装置以针对前述主光调制装置的至少一个像素单位调制像光的辉度。