专利名称：投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用液晶显示面板及其他显示元件投影图像的投影机。
背景技术：
在具有由离散的像素构成的显示元件的投影机中，存在组装入将由开关型相位调制光学元件和光学透明的双折射介质构成的颤动元件多个层叠的结构的光学装置的投影机，其中该开关型相位调制光学元件由光学透明的强电介液晶等构成(特愿平7-36054号公报)。
在这样的投影机中，通过在1帧中切换相位调制光学元件的动作，而在正交方向交替地切换通过双折射光学元件的光的偏振方向。由此，由于在1帧中切换经过相位调制光学元件和双折射介质而出射的光的光路，可以填补像素的间隙，所以可以将由离散的像素构成的显示元件的图像作为无接缝的连续的画面进行投影。
但是，在上述投影机中，由于在1帧期间中切换而驱动相位调制光学元件，所以不容易确保相位调制光学元件的稳定的工作，相位调制光学元件、其驱动电路等成本高，或者容易产生所得到的图像不稳定的倾向。
另外，在上述投影机中，由于不能避免某种程度以上的透过率降低，也不能避免透过率不均的发生，所以不可避免地会发生投影图像的亮度降低、亮度不均等。
发明内容
因此，本发明的目的旨在提供能够以稳定的状态形成接缝不明显的平滑画质的投影图像并且能够切换而显示平滑的画质的投影图像和高分辨率的投影图像的投影机。
另外，本发明的目的旨在提供能够形成亮度降低、亮度不均等较少的投影图像的投影机。
为了解决上述问题，本发明的投影机具备投影光学系统，其使来自显示装置的像光成像；第1双折射光分支元件，其在显示装置的前方侧，将基准方位设定为绕入射光束的中心轴的规定方向而配置；以及第2双折射光分支元件，其具有与第1双折射光分支元件对应的光分支特性，并且被配置在第1双折射光分支元件的前后任意一方，并通过绕中心轴的旋转位置的设定而能够在将基准方位设为绕中心轴的规定方向的第1状态和将基准方位设为与该规定方向相对的相反方向的第2状态之间进行状态的切换。在这里，关于第1双折射光分支元件的配置，所谓“显示装置的前方侧”指显示装置的投影光学系统侧，指第1双折射光分支元件配置在从显示装置到投影光学系统的像光的光路上。另外，关于第2双折射光分支元件的配置，所谓“第1双折射光分支元件的前后任意一方”指第1双折射光分支元件的前方侧或后方侧，即第1双折射光分支元件的投影光学系统侧或显示装置侧。
在上述投影机中，由于具有与第1双折射光分支元件对应的光分支特性的第2双折射光分支元件的状态能够在将基准方位设为绕中心轴的规定方向的第1状态和将基准方位设为与该规定方向相对的相反方向的第2状态之间进行切换，所以在第1状态中，第1和第2双折射光分支元件协作，与单独的情况相比，能够将来自显示装置的像光分支2倍的量。即，例如设想与第1双折射光分支元件的前方侧相邻而配置第2双折射光分支元件的情况，由于像光中作为常光通过第1双折射光分支元件的光进而也作为常光通过第2双折射光分支元件，像光中作为分支到规定方向的异常光通过第1双折射光分支元件的光进而也作为分支到相同方向的异常光通过第2双折射光分支元件，所以能够使异常光相对常光以所期望的位置偏移量进行分支。在这种情况下，由于不必须将入射到第1和第2双折射光分支元件的像光的偏振面对每一帧进行切换，所以能够稳定地保持像光的分支状态。即，即使是显示装置具有由黑矩阵(黑底)等隔开的离散的像素的情况，利用第1和第2双折射光分支元件的特性设定，也可以发生填补像素的间隙那样的像素偏移(错位)，可以以稳定的状态投影无接缝或接缝不明显的连续而平滑的图像，并且可以形成亮度降低、亮度不均等较少的投影图像。
另一方面，在将第2双折射光分支元件设为第2状态的情况下，第1和第2双折射光分支元件协作，使得来自显示装置的像光的分支相互抵消。即，由于像光中作为常光通过第1双折射光分支元件的光也作为常光通过第2双折射光分支元件，像光中作为分支到规定方向的异常光通过第1双折射光分支元件的光，作为分支到相反方向的异常光通过第2双折射光分支元件，所以结果能够使异常光返回到与常光相同的光路，成为像素偏移被消除了的状态。如果对以上进行总结，则能够以稳定的状态切换并显示平滑的画质的投影图像和高分辨率的投影图像。
另外，在本发明的具体方式的投影机中，显示装置是由来自照明装置的照明光被照明的光调制装置，该光调制装置具有用周期的部分区域限制像光的射出的黑矩阵部分，第1和第2双折射光分支元件是与中心轴的方向有关地具有与黑矩阵部分的配置和形状对应的厚度的双折射板。在这种情况下，可以将由非发光型的光调制装置形成的图像投影到屏幕等，通过两个双折射光分支元件的折射率特性、尺寸等的设定，分支后的像光之间的内插适当，使得在光调制装置中设置的黑矩阵部分不明显。
另外，在本发明的另一具体方式中，还具备偏振状态调节部件，其与规定方向的成分和相对于该规定方向的正交方向的成分的分配有关地调节入射到第1双折射光分支元件的像光的偏振状态。在这种情况下，可以根据上述分配比较正确地调节由第1和第2双折射光分支元件分支的像光的强度比，从而可以使由两个双折射光分支元件进行的像光的分支成为所期望的强度比(例如1∶1)。
另外，在本发明的另一具体方式中，偏振状态调节部件具有波长板，并且通过该波长板的基准方位的绕中心轴的旋转位置的设定，调节像光的偏振状态。在这种情况下，通过波长板的旋转位置的设定这样的简单操作，可以将入射到两个双折射光分支元件的像光的偏振状态调节为所期望的状态。
另外，在本发明的另一具体方式中，还具备控制单元，其通过将第2双折射光分支元件在第1和第2状态之间进行切换而驱动，来改变像光的分支的有无。在这种情况下，可以根据输入到投影机的信号的种类(模拟、数字等)、使用者所进行的画质调整等任意的操作、从显示装置射出的光的特性(偏振、颜色等)等，自动地将投影图像设定为适当的状态。
另外，在本发明的另一具体方式中，显示装置包含为各色设置并单独地被照明的多个光调制装置，并且还具备将由该光调制装置调制后的光合成而使其射出的光合成部件。在这种情况下，即使是各光调制装置具有离散的像素的情况，通过使两个双折射光分支元件适当动作而填补像素的间隙并直接投影，能够以稳定的状态切换而投影无像素接缝或像素接缝不明显的连续的彩色图像或高分辨率的彩色图像。
另外，在本发明的另一具体方式中，第1和第2双折射光分支元件，在光合成部件的前方侧沿光路顺序配置。在这里，所谓“光合成部件的前方侧”指光合成部件的投影光学系统侧，指两个双折射光分支元件配置在从光合成部件到投影光学系统的像光的光路上。在这种情况下，仅设置1组第1和第2双折射光分支元件，就能够以稳定的状态投影无像素接缝或像素接缝不明显的连续的彩色图像。
另外，在本发明的另一具体方式中，第1和第2双折射光分支元件，在上述多个光调制装置的各自的前方侧、光合成部件的后方侧，沿各色的光路分别顺序配置。在这里，所谓光调制装置的前方侧，指光调制装置的光合成部件侧，所谓光合成部件的后方侧，指光合成部件的光调制装置侧，结果，两个双折射光分支元件配置在从光调制装置到光合成部件的像光的光路上。在这种情况下，可以对各色单独地消除像素的接缝或者可以调节其程度，可以使投影机所进行的彩色图像的表现多样化。
图1是说明第1实施方式的投影机的光学系统的图示；图2A是示出液晶光阀的结构的剖面图，图2B是示出液晶光阀的一部分等的结构的透视图；图3A～图3D是说明构成装置主要部分的光学元件的配置的图示；图4A、4B是概括地说明BM消除单元的作用的图示；图5A、5B是概括地说明BM消除单元的作用的图示；图6A～6C是具体说明第1单元的功能的图示；图7是具体说明λ/2相位差板的功能的图示；图8是说明第2实施方式的投影机的图示；图9A～9D是具体说明第1单元的功能的图示；图10A、10B是具体说明λ/2相位差板的功能的图示；以及图11是说明第3实施方式的投影机的光学系统的图示。
具体实施例方式下面，参照
本发明的第1实施方式的投影机的结构。
图1是说明第1实施方式的投影机的光学系统的图示。投影机10具备发生光源光的光源装置21、将来自光源装置21的光源光分割为RGB 3色的光分割光学系统23、由从光分割光学系统23射出的各色的照明光照明的光调制部25、将来自光调制部25的各色的像光合成的光合成光学系统27、在其操作状态中对由光合成光学系统27合成的像光进行一种光学的低通滤波处理的BM消除单元28和作为用于将经过BM消除单元28的像光投影到屏幕(未示出)的投影光学系统的投影透镜29。此外，投影机10具备对组装到光调制部25内的各色的显示装置(后面详细描述)发生驱动信号的图像处理部40和通过使上述光源装置21、BM消除单元28、图像处理部40等适当动作而总括地控制装置全体的控制装置50。
光源装置21具备光源灯21a、一对复眼光学系统21b和21c、偏振变换部件21d和重叠透镜21e。在这里，光源灯21a由例如高压水银灯构成，具备用于使光源光平行的凹面镜。另外，一对复眼光学系统21b和21c由矩阵状地配置的多个要素透镜构成，并通过这些要素透镜分割来自光源灯21a的光源光而单独地使其聚光·发散。偏振变换部件21d将从复眼21c射出的光源光仅变换为与图1的纸面平行的P偏振光成分而供给下一级光学系统。重叠透镜21e将经过偏振变换部件21d的照明光作为整体适当会聚，而使得各色的显示装置的重叠照明成为可能。即，经过两个复眼光学系统21b、21c和重叠透镜21e的照明光经由以下详细描述的光分割光学系统23，而均匀地对设置在光调制部25中的各色的显示装置即各色的液晶光阀25a～25c重叠照明。
光分割光学系统23具备第1和第2分色镜23a及23b、3个物镜23f～23h和反射镜23i、23j、23k，并与光源装置21一起构成照明装置。第1分色镜23a反射RGB 3色中的R光而透过G光和B光。另外，第2分色镜23b反射GB 2色中的G光而透过B光。在该光分割光学系统23中，由第1分色镜23a反射的R光经由反射镜23i入射到用于调节入射角的物镜23f，通过第1分色镜23a而由第2分色镜23b反射的G光也入射到同样的物镜23g。此外，通过第2分色镜23b的B光经由用于补偿光路差的中继透镜LL1、LL2和反射镜23j、23k而入射到用于调节入射角的物镜23h。
光调制部25具备分别作为调制单元或光调制装置的3个液晶光阀25a～25c和以挟持各液晶光阀25a～25c的方式配置的3组偏振滤光器25e～25g。由第1分色镜23a反射的R光通过物镜23f入射到液晶光阀25a。透过第1分色镜23a而由第2分色镜23b反射的G光通过物镜23g入射到液晶光阀25b。透过第1和第2分色镜23a、23b两者的B光通过物镜23h入射到液晶光阀25c。各液晶光阀25a～25c是利用偏振方向的旋转调制入射的照明光的空间的强度分布的光调制型的显示装置，分别入射到各液晶光阀25a～25c的3色光(在图示的情况下是P偏振光)根据作为电信号输入到各液晶光阀25a～25c的驱动信号或图像信号被调制。这时，通过偏振滤光器25e～25g调整入射到各液晶光阀25a～25c的照明光的偏振方向，并且从各液晶光阀25a～25c射出的调制光获取规定的偏振方向(在图示的情况下是S偏振光)的调制光。
图2A是主要示出液晶光阀25a的结构的概略剖面图，图2B是示出液晶光阀25a的一部分等的结构的概略透视图。液晶光阀25a具备挟持液晶层81的透明的射出侧基板82和透明的入射侧基板83，此外，在它们的外侧具备利用光学粘着剂粘贴的射出侧盖板84和入射侧盖板85。在入射侧基板83的液晶层81侧的面上，设置有透明的公共电极86。另一方面，在射出侧基板82的液晶层81侧的面上，设置有薄膜晶体管87和透明的像素电极88。薄膜晶体管87设置在矩阵状地配置的多个像素电极88的周边，并与像素电极88电连接。各像素由1个像素电极88、公共电极86和夹在它们之间的液晶层81构成。在入射侧基板83与公共电极86之间，以区分各像素的方式设置有格子状的黑矩阵(遮光部)89。该黑矩阵89虽然具有遮断光向薄膜晶体管、布线等的入射的功能，但是，结果形成在像素间延伸的格子状的暗部，而成为图像粗糙的原因。关于处置的方法，后面描述。射出侧基板82和入射侧基板83进而具备用于使构成液晶层81的液晶分子排列的取向膜(未示出)。具有上述结构的液晶光阀25a称为有源矩阵型的液晶装置。此外，本实施方式的液晶光阀25a是TN模式的液晶装置，以射出侧基板82侧的液晶分子的排列方向与入射侧基板83侧的液晶分子的排列方向成为约90度的角度的方式，形成取向膜。
入射侧盖板85、射出侧盖板84是为了通过使液晶光阀25a的表面的位置从图1所示的投影透镜29的后焦点位置偏离而使附着在液晶光阀25a的表面上的灰尘在投影画面上不明显而设置的。在本实施方式中，虽然盖板85、84分别粘贴在入射侧基板83和射出侧基本82上，但是，也可以代之通过增大基板83、82本身的厚度来使基板83、82本身具有这样的功能。另外，由于这些盖板85、84对调制的功能没有影响，所以可以省略，也可以仅设置其中的任意一方。
此外，在入射侧基板83和入射侧盖板85之间，可以配置例如微透镜阵列。这样的微透镜阵列具有分别使光会聚到各像素的多个微透镜，可以提高光的利用效率。
另外，在图2A、2B中，黑矩阵89的配置是模式化的，实际上，黑矩阵89存在作为遮光膜形成在射出侧基板82和入射侧基板83的任意一方的情况和使分别设置在两个基板82、83的遮光膜组合而形成的情况。
以上，虽然说明了R光用的液晶光阀25a的结构，但是，其他色的液晶光阀25b、25c也具有同样的结构，因而省略对它们的说明。
返回到图1，交叉分色棱镜27是光合成部件，是以使R光反射用的电介质多层膜27a与B光反射用的电介质多层膜27b正交的状态内置它们的部件，其由电介质多层膜27a反射来自液晶光阀25a的R光而使其向行进方向右侧射出，通过电介质多层膜27a、27b使来自液晶光阀25b的G光直线行进·射出，由电介质多层膜27b反射来自液晶光阀25c的B光而使其向行进方向左侧射出。这样，由交叉分色棱镜27合成的合成光通过BM消除单元28入射到投影透镜29。
BM消除单元28具备对入射的像光能够执行一种光学的低通滤波处理的光学单元28a和用于使组装在该光学单元28a中的光学部件绕光轴适当旋转而使光学单元28a适当地动作的调节器28d～28f。在这里，光学单元28a具备用于使从交叉分色棱镜27射出的像光的偏振方向旋转期望量的λ/2相位差板28h、利用双折射作用对像光的光路进行分支而以通常固定的状态使用的第1双折射板28i和用于利用双折射作用根据状况对像光的光路辅助地进行分支而以通常可动的状态使用的第2双折射板28j。其中，各λ/2相位差板28h作为用于通过其自身的旋转位置的设定调节像光的偏振状态即偏振面的方向的偏振状态调节部件起作用。另外，第1双折射板28i作为根据像光的偏振状态对像光进行分支而部分地使像素偏移发生的第1双折射光分支元件起作用。此外，第2双折射板28j作为在第1状态下与第1双折射板28i协作并进而对特定偏振方向的像光进行分支而使填补像素的间隙那样的像素偏移完成的第2双折射光分支元件起作用。此外，第2双折射板28j在第2状态下以抵消第1双折射板28i的作用的方式进行动作，如同不存在BM消除单元28那样以无像素偏移的状态使像光通过。两个双折射板28i、28j通过加工例如水晶、铌酸锂、方解石、蓝宝石等材料而制造成。此外，调节器28f与控制装置50一起作为用于设定是否消除黑矩阵的控制单元起作用。即，通过利用调节器28f在第1状态和第2状态之间切换第2双折射板28j，可以由BM消除单元28进行是否进行利用像光的分支的像素偏移的状态设定。此外，调节器28d是为了将在进行像素偏移时被分支的像光的强度比调整为目标值而利用的，调节器28e是为了改变进行像素偏移的方向的设定而利用的。
图3A～3D是说明λ/2相位差板28h、以及第1和第2双折射板28i、28j的配置的图示。在图3A～图3D中，与纸面垂直的Z方向成为图1的投影机10的光轴方向(即，作为像光的入射光束的中心轴的方向)，X方向相当于投影画面的横向，Y方向相当于投影画面的纵向。X、Y、Z方向分别相互垂直。其中，图3A表示λ/2相位差板28h的基准方位SD1，其与光学轴对应，图3B表示第1双折射板28i的基准方位SD2，其相当于光学轴相对与纸面垂直的光轴倾斜的方位。另外，图3C表示被设定为第1状态的第2双折射板28j的基准方位SD4，其相当于光学轴相对光轴倾斜的方位，图3D表示被设定为第2状态的第2双折射板28j的基准方位SD4。由图可知，λ/2相位差板28h的基准方位SD1相对于水平的0°的方向构成22.5°的角度，可以使从交叉分色棱镜27射出的S偏振光、P偏振光等旋转45°而成为45°倾斜状态的偏振光。另外，第1双折射板28i的基准方位SD2相对于水平的0°的方向构成90°的角度，而可以相对于沿光轴直线传输的常光将异常光向Y方向进行分支。此外，第2双折射板28j在该第1状态下，基准方位SD4相对于水平的0°的方向构成90°的角度，而可以相对于沿光轴直线传输的常光将异常光向+Y方向进行分支，在该第2状态下，基准方位SD4相对于水平的0°的方向构成-90°的角度，而可以相对于沿光轴直线传输的常光将异常光向-Y方向进行分支。即，第2双折射板28j在第1状态和第2状态下具有向相反方向进行光分支或光路转移的作用。在这样的第1状态和第2状态的切换中，第2双折射板28j只要使其基准方位SD4旋转180°即可。即，由于这时仅使第2双折射板28j旋转即可进行切换，所以，与使第1双折射板28i滑动而从光路上退避的情况相比，容易实现投影机10的小型化。另外，由于将第1和第2双折射板28i、28j总是配置在光路上，所以，可以在画质切换时使投影透镜29的投影状态保持固定。
图4A、4B是概括地说明BM消除单元28的作用的图示。首先，图4A示出BM消除单元28的光学单元28a内的部件的配置关系，图4B是说明BM消除单元28内的各位置的图像处理的图示。从交叉分色棱镜27射出的像光是将来自各液晶光阀25a～25c(参见图1)的RGB光合成后的像光，在直接进行投影时，在配置到投影透镜29的前方侧的屏幕上形成由多个2维排列的像素PX0和在各像素PX0之间格子状地形成的黑矩阵区域BA构成的图像IM1。另外，通过第1双折射板28i的像光由λ/2相位差板28h将偏振方向绕光轴OA适当旋转并由第1双折射板28i将像光的一部分向上侧的Y方向进行分支，在直接投影该部分时，在屏幕上形成由多个2维排列的像素PX0和与该分支像对应的像素PX1以及黑矩阵区域BA构成的图像IM2。此外，由分支形成的像素PX1是使与常光对应的像素X0在Y方向移动移位量ΔSH的像素偏移像，作为这样的像素的重叠的结果，黑矩阵区域BA在Y方向的宽度(即，在X方向延伸的线的宽度)减小。在图示的例子中，将分支像的移位量设为黑矩阵区域BA的宽度的约一半左右，但是，并不限于此，可以将移位量设为小于等于或大于等于黑矩阵区域BA的1/2宽度。此外，通过被设定为第1状态的第2双折射板28j的像光是由第1双折射板28i分支的像光部分进而在Y方向被分支的像光，在屏幕上形成由原像素PX0和与其分支像对应的像素PX2以及黑矩阵区域BA构成的图像IM3。此外，由分支形成的像素PX3是使与常光对应的像素X0的分支像在Y方向移动移位量2ΔSH的像素偏移像，作为这样的像素的重叠的结果，像素看起来放大，且在黑矩阵区域BA的格子中Y方向的宽度进一步减小。在图示的例子中，将由各双折射板28i、28j所引起的分支像的移位量设为黑矩阵区域BA的宽度的约一半左右，黑矩阵区域BA的格子中Y方向的宽度实际上不存在。但是，可以将由各双折射板28i、28j所引起的分支像的移位量设为小于等于或大于等于黑矩阵区域BA的1/2宽度。即，像素的最终移位量不限于与黑矩阵区域BA的格子线宽度相等，其是大于等于或小于等于该线宽度的任意量，将由各双折射板28i、28j所引起的分支像的移位量均设为“任意的最终移位量”的一半。即，通过原像素PX0的适当的分支和重叠，可以在Y方向适当填补黑矩阵区域BA，从而可以使格子状的黑矩阵从由投影透镜29最终投影到屏幕上的图像中大幅度地消除而抑制图像的粗糙感。
图5A、5B是概括地说明将第2双折射板28j从第1状态切换为第2状态时的BM消除单元28的作用的图示。图5A示出BM消除单元28的光学单元28a内的部件的配置关系，图5B是说明BM消除单元28内的各位置的图像处理的图示。这时，到通过第1双折射板28i为止，与图4A、4B的情况一样，但是，通过从旋转角0°的第1状态切换为旋转角180°的第2状态的第2双折射板28j的像光是其曾由第1双折射板28i分支的像光返回到-Y方向的像光。结果，在屏幕上形成由使该分支像与原像素PX0重叠后的像光和黑矩阵区域BA构成的图像，即与原始图像IM1相同的图像IM3′。即，由第2双折射板28j消除由第1双折射板28i所引起的最初的像素PX0的分支，由投影透镜29最终投影到屏幕上的图像成为原黑矩阵清晰残留的高分辨率的投影图像。
图6A～图6C是具体地说明BM消除单元28中前一级的λ/2相位差板28h和第1双折射板28i的功能的图示。如图6A所示，入射到BM消除单元28之前的像光由S偏振状态的R光、G光和B光构成。如图6B所示，通过入射到最初的λ/2相位差板28h，R光、G光和B光各色的偏振面都旋转45°。进一步，如图6C所示，由于通过入射到其次的第1双折射板28i，R光、G光和B光在空间上适当分支为常光OL和异常光EL，所以，可以得到原像素PX0和相对其移动了移位量ΔSH的分支像的像素PX1。以上，由于RB光、G光的偏振面由λ/2相位差板28h旋转了45°，所以，可以将常光与异常光的强度比即0次像素PX0与分支后的1次像素PX1的各亮度的强度比设定为大致1∶1。
图7是具体说明λ/2相位差板28h的功能的图示。在使λ/2相位差板28h的光学轴相对S偏振光的方向倾斜θ＝22.5°倾斜角时，S偏振光的偏振面旋转2θ＝45°，结果得到S、P两种偏振光成分。此外，使λ/2相位差板28h倾斜θ＝112.5°倾斜角时，可以使S偏振光旋转45°，从而能够从S偏振光生成P偏振光成分。
返回到图1，图像处理部40对于设置在光调制部25的各液晶光阀25a～25c输出驱动信号。在图像处理部40，来自个人计算机的数字图像信号和来自视频再生装置等的视频图像信号通过切换装置61有选择地被输入。在图像处理部40，判断图像信号的内容而生成向各液晶光阀25a～25c输出的驱动信号，这时，根据图像信号的内容即图像信号是数字图像信号还是视频图像信号而通过使调节器28f等适当动作，可以适当调节黑矩阵区域BA有无消除、消除的程度等。例如在数字图像信号被输入的情况下，通过BM消除单元28的设定(将第2双折射板28j切换为第2状态)，投影残留黑矩阵区域BA而清晰的高分辨率的图像。另一方面，在视频图像信号被输入的情况下，通过BM消除单元28的设定(将第2双折射板28j切换为第1状态)，使黑矩阵区域BA减少而维持高分辨率，并投影平滑的图像。另外，在使黑矩阵区域BA减少的情况下，可以根据图像信号的种类、图像的种类(例如是否为以白为主的图像、是否为滑动的图像等)等调整其减少乃至消除的程度。具体而言，通过在例如0°～22.5°的范围适当改变λ/2相位差板28h的光学轴的位置即光学轴相对于入射光束的偏振方向的角度，可以在0°～45°的范围任意地设定像光的偏振面，从而可以在0～0.5的范围任意地设定常光与异常光的强度比即0次像素PX0与分支像素PX2的强度比。即，通过将由原离散的像素组构成的图像按任意的强度比进行分支而使其以小于等于像素间距的距离相互地移位，可以进行将存在于原图像中的黑矩阵消除到所期望的程度那样的内插。此外，在以上的例子中，根据图像信号的内容设定常光与异常光的强度比即原始图像与分支内插图像的强度比，但是，也可以利用设置在投影机10的周围的操作面板62设定原始图像与分支内插图像的强度比。这时，使用者可以按自己的意愿选择①黑矩阵区域BA残留但清晰的高分辨率的图像、②消除黑矩阵区域BA并维持高分辨率的平滑的图像，而使任意一方或其中间图像投影到屏幕上。
控制装置50可以通过灯的电力调节等控制光源装置21，而调整投影到屏幕上的图像的亮度等。另外，控制装置50可以通过调节配置在经过光源装置21、光分割光学系统23等而到达投影透镜29的光路上的光圈的状态，调节投影到屏幕上的图像的状态。此外，控制装置50可以由图像处理部40对输入图像信号实施处理，而调节投影到屏幕上的图像的状态。通过将上述的投影图像的画质调整与上述黑矩阵消除相组合，可以实现综合的画质调整。
另外，在以上的说明中，使像素PX0的分支光在Y方向移位而形成分支像的像素PX2，但是，也可以使像素PX0的分支光在X方向、其他的角度等移位而形成分支像的像素。这时，使调节器28e适当动作，而将第1双折射板28i的基准方位SD2设定为分支像的形成方向。此外，使调节器28f适当动作，而使第2双折射板28j的基准方位SD4在其第1状态下与上述基准方位SD2一致，在其第2状态下成为上述基准方位SD2的相反方向。
下面，说明第1实施方式的投影机10的动作。来自光源装置21的光源光由设置在光分割光学系统23的第1和第2分色镜23a、23b分色，并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根据来自外部的图像信号被调制，而具有2维的折射率分布，并对照明光按像素单位在2维空间进行调制。这样，由各液晶光阀25a～25c调制的照明光即像光由交叉分色棱镜27合成后，经过BM消除单元28入射到投影透镜29。入射到投影透镜29的像光投影到图中未示出的屏幕。这时，由于BM消除单元28设置在光合成光学系统27与投影透镜29之间，所以，对于例如与图1的纸面垂直的纵向，可以从投影图像消除黑矩阵或返回到原状态等，也可以根据需要调节黑矩阵的消除程度。即，通过λ/2相位差板28h的旋转位置、第1和第2双折射板28i、28j的特性、旋转位置的设定等，可以使填补原始像素PX0的间隙那样的像素偏移发生，而返回到原状态。这样，可以切换接缝不明显的连续而平滑的图像和清晰的高分辨率的图像，并以稳定的状态进行投影，并且可以抑制投影时的亮度降低、亮度不均等的发生。
图8是说明第2实施方式的投影机的图示。第2实施方式的投影机是对第1实施方式的投影机变形的结果，对于相同的部分标以相同的标号，并省略重复说明。另外，对于未特别说明的部分，可以与第1实施方式相同地构成。
在此情况下，将从RB光用的液晶光阀25a、25c射出的像光设为相对于与两个电介质多层膜27a、27b垂直的入射面在垂直方向振动的S偏振光，但是，将从G光用的液晶光阀25b射出的像光设为在上述入射面内振动的P偏振光。因此，将从光源装置21获取的光源光设为与纸面垂直的S偏振光，并且在物镜23f与液晶光阀25a之间配置有R光用的λ/2相位差板23d，在物镜23h与液晶光阀25c之间配置有B光用的λ/2相位差板23d。由此，由第1分色镜23a反射的S偏振光的R光经过反射镜23i和物镜23f由λ/2相位差板23d变换为P偏振光，并经过液晶光阀25a而仅S偏振光成分作为调制光被获取。另外，通过第1和第2分色镜23a、23b的S偏振光的B光经过中继透镜LL1及LL2、反射镜23j及23k和物镜23h由λ/2相位差板23d变换为P偏振光，并经过液晶光阀25c而仅S偏振光成分作为调制光被获取。此外，由第2分色镜23b反射的S偏振光的G光直接经过物镜23g和液晶光阀25b而仅P偏振光成分作为调制光被获取。
通过采用以上的结构，由两个电介质多层膜27a、27b反射来自R、B光用的液晶光阀25a、25c的S偏振光，使来自G光用的液晶光阀25b的P偏振光透过两个电介质多层膜27a、27b。由此，即使是两个电介质多层膜27a、27b的透过特性的边缘波长在S偏振光和P偏振光中不同的情况，也可以提高两个电介质多层膜27a、27b的R光和B光的反射效率，并且提高两个电介质多层膜27a、27b的G光的透过效率。
但是，在此情况下，经过交叉分色棱镜27而入射到BM消除单元28的R、B光成为S偏振光，而入射到同一BM消除单元28的G光成为P偏振光，偏振方向不同。因此，通过适当设定设置在BM消除单元28的λ/2相位差板28h的结晶轴方位，使RGB各色的偏振面旋转45°，将分别由一对双折射板28i、28j分支的常光与异常光的强度比固定设定为大致1∶1。
图9A～9D是具体说明BM消除单元28中前一级的第1单元28a的作用的图示。如图9A所示，入射到BM消除单元28之前的像光由S偏振光的R光和B光以及P偏振光的G光构成。如图9B所示，通过入射到最初的λ/2相位差板28h，R、B光和G光的偏振面都旋转45°。如图9C所示，由于通过入射到其次的第1双折射板28i，R光和B光以相等的比例在空间适当分支为常光Ro和异常光Re，所以可以得到原始像素PX0和相对其移动了移位量ΔSH的等强度的分支像的像素PX1。另一方面，如图9D所示，由于通过入射到其次的第1双折射板28i，G光也以相等的比例在空间适当分支为常光Go和异常光Ge，所以可以得到原始像素PX0和相对其移动了移位量ΔSH的等强度的分支像的像素PX1。即，尽管G光具有相对于R光和B光不同的偏振面，但也可以将常光与异常光的强度比即0次像素PX0与分支的1次像素PX1的各亮度的强度比设定为大致1∶1，对于各色可以得到同样的像素偏移像。
图10A、10B是具体说明本实施方式的λ/2相位差板28h的功能的图示。如图10A所示，在作为S偏振光的R、B光入射到设定为倾斜角θ＝22.5°的λ/2相位差板28h时，R、B光的偏振面旋转2θ＝45°，而均等地得到S、P两种偏振光成分。另外，如图10B所示，在作为P偏振光的G光入射到相对P偏振光方向设定为倾斜角θ＝67.5°的λ/2相位差板28h时，G光的偏振面旋转2θ＝225°或45°，而均等地得到S、P两种偏振光成分。
图11是说明第3实施方式的投影机的图示。第3实施方式的投影机是对第1实施方式的投影机变形的结果，对于未特别说明的部分，可以与第1实施方式相同地构成。
该投影机110在交叉分色棱镜27的前一级对RGB各色具备BM消除单元28。通过采用这样的结构，可以对RGB各色每一个独立地消除黑矩阵区域BA。即，由于可以对RGB各色每一个调节分支光的比率，可以对RGB各色每一个调整分支光的移位量，所以，也可以进行考虑色特性的多样性的表现。此外，在图中虽然省略，但是，在各BM消除单元28中设置有用于驱动双折射板28i、28j、λ/2相位差板28h的调节器28d～28f(参见图1)。另外，将从光源装置21获取的光源光设为与纸面垂直的S偏振光，并且，在物镜23f与液晶光阀25a之间配置有R光用的λ/2相位差板23d，在物镜23h与液晶光阀25c之间配置有B光用的λ/2相位差板23d。这样，即使是两个电介质多层膜27a、27b的透过特性的边缘波长在S偏振光和P偏振光中不同的情况，也可以提高两个电介质多层膜27a、27b的R光和B光的反射效率，并且提高两个电介质多层膜27a、27b的G光的透过效率。
此外，在各液晶光阀25a～25c的后级、交叉分色棱镜27的前级的3个位置分别设置有BM消除单元28时，即使假如由各BM消除单元28按分支强度比1∶1分支为P偏振光和S偏振光，也因设置在交叉分色棱镜27中的两个电介质多层膜27a、27b的透过反射特性的偏振相关性，而产生在投影图像中原图像与像素偏移像的强度比不是1∶1的情况。这时，可以对各色微调分别设置在3个BM消除单元28中的λ/2相位差板28h的角度，而对最终投影的图像的像素分离一边取得各色的平衡一边进行修正，而控制为所期望的状态。
以上，说明了原图像与像素偏移像的强度比为1∶1的情况，但是，将原图像与像素偏移像的强度比调整为与1∶1不同的比例的情况同样也成立。这样，改变原图像与像素偏移像的强度比时的λ/2相位差板28h的角度调整量的变化可以作为表存储在例如控制装置50(参见图1)中，在驱动调节器28d～28f(参见图1)时进行参照。
此外，本发明不限于上述实施例、实施方式等，在不脱离其主旨的范围内可以在各种方式下实施，例如，可以是以下的变形。
在上述第1～第3实施方式中，用单个光学单元28a构成BM消除单元28，而对一个方向消除黑矩阵，但是，通过用一对光学单元28a构成BM消除单元28而在正交的2个方向进行一种光学的低通滤波处理，可以对2个方向消除黑矩阵。这时，由于可以对各方向调节像光分支的有无，所以能够以稳定的状态切换并显示平滑的画质的投影图像和高分辨率的投影图像。
在以上的说明中，第1和第2双折射板28i、28j作为相同形状来进行说明，但是，在两个双折射板28i、28j相当远离地配置时，考虑到两者的光轴上的位置差的影响，可以改变两个双折射板28i、28j的厚度等的设定。
在上述实施方式中，第1和第2双折射板28i、28j沿光路顺序配置，但是，也可以变换两个双折射板28i、28j的顺序。
在上述实施方式中，作为偏振状态调节部件，将λ/相位差板28h组装到BM消除单元28中，但是，也可以取代λ/2相位差板28h而使用λ/4相位差板等。这时，通过调节λ/4相位差板等的绕光轴的旋转位置，可以调节光分支的比率。作为偏振状态调节部件，也可以取代相位差板而使用法拉第转子。
在上述实施方式中，为了将光源灯21a的光分割为多个部分光束，使用了2个复眼光学系统21b、21c，但是，本发明也可以应用于不使用这样的复眼光学系统即透镜阵列的投影机。
在上述实施方式中，说明了使用3个液晶光阀的投影机的例子，但是，本发明也可以应用于使用1个、2个或者4个以上的液晶光阀这样的光调制装置的投影机。例如，在单个液晶光阀等，其用白色光源照明对各像素排列RGB滤光器的类型的彩色显示面板的情况下，也可以使用图4A等所示的BM消除单元28进行同样的像素偏移(即黑矩阵的消除处理)的设定和解除。
在上述实施方式中，说明了将本发明应用于透过型的投影机时的例子，但是，本发明也可以应用于反射型的投影机。这里，所谓“透过型”，指液晶光阀等光阀是透过光的类型的，所谓“反射型”，指光阀是反射光的类型的。在反射型投影机的情况，光阀可以仅由液晶面板构成，而不需要一对偏振板。另外，在反射型投影机中，交叉分色棱镜作为将白色光分离为红、绿、蓝3色的光的色光分离单元使用，并且，作为将调制后的3色光再次合成而向同一方向出射的色光合成单元使用。另外，也可以不使用交叉分色棱镜，而使用使多个三角柱或四角柱状的分色棱镜组合的分色棱镜。在将本发明应用于反射型的投影机时，也可以得到与透过型的投影机基本相同的效果。此外，光调制装置不限于液晶光阀，也可以是例如使用微镜的光调制装置。
作为投影机，有从观察投影面的方向进行图像投影的前面投影机和从观察投影面的方向的相反侧进行图像投影的背面投影机，但是，上述实施例的结构可以应用于任何一种。
在本发明中，光调制装置的黑矩阵只要是用周期的部分区域限制像光的射出的便可，而不限于由在实施方式中说明的遮光膜所形成的黑矩阵。例如，如使用微镜的光调制装置那样，即使不利用遮光膜等主动地限制像光的射出但在投影图像的像素间产生接缝的光调制装置也相当于具有黑矩阵的光调制装置。
权利要求
1.一种投影机，其特征在于，具备投影光学系统，其使来自显示装置的像光成像；第1双折射光分支元件，其在上述显示装置的前方侧，将基准方位设定为绕入射光束的中心轴的规定方向而配置；以及第2双折射光分支元件，其具有与上述第1双折射光分支元件对应的光分支特性，并且被配置在上述第1双折射光分支元件的前后任意一方，并通过绕上述中心轴的旋转位置的设定而能够在将基准方位设为绕上述中心轴的上述规定方向的第1状态和将基准方位设为与该规定方向相对的相反方向的第2状态之间进行状态的切换。
2.权利要求1所述的投影机，其特征在于上述显示装置是由来自照明装置的照明光被照明的光调制装置，该光调制装置具有用周期的部分区域限制像光的射出的黑矩阵部分，上述第1和第2双折射光分支元件是与上述中心轴的方向有关地具有与上述黑矩阵部分的配置和形状对应的厚度的双折射板。
3.权利要求1和2中任一项所述的投影机，其特征在于，还具备偏振状态调节部件，其与上述规定方向的成分和相对于该规定方向的正交方向的成分的分配有关地调节入射到上述第1双折射光分支元件的像光的偏振状态。
4.权利要求3所述的投影机，其特征在于上述偏振状态调节部件具有波长板，并且通过该波长板的上述基准方位的绕上述中心轴的旋转位置的设定，调节像光的偏振状态。
5.权利要求1～4中任一项所述的投影机，其特征在于，还具备控制单元，其通过将上述第2双折射光分支元件在上述第1和第2状态之间进行切换而驱动，来改变像光的分支的有无。
6.权利要求1～5中任一项所述的投影机，其特征在于上述显示装置包含为各色设置并单独地被照明的多个光调制装置，并且还具备将由该光调制装置调制后的光合成而使其射出的光合成部件。
7.权利要求6所述的投影机，其特征在于上述第1和第2双折射光分支元件，在上述光合成部件的前方侧沿光路顺序配置。
8.权利要求6所述的投影机，其特征在于上述第1和第2双折射光分支元件，在上述多个光调制装置的各自的前方侧、上述光合成部件的后方侧，沿各色的光路分别顺序配置。
全文摘要
本发明的目的旨在以稳定的状态形成接缝不明显的平滑画质的投影图像。通过设定为第1状态的第2双折射板28j的像光是由第1双折射板28i分支的像光部分进而向Y方向分支的像光，在屏幕上形成由原像素PX0和与该分支像对应的像素PX2以及黑矩阵区域BA构成的图像IM3。通过设定为第2状态的第2双折射板28j的像光是使曾由第1双折射板28i分支的像光返回到－Y方向的像光。结果，在屏幕上形成由将原像素PX0的分支像与原像素PX0重叠的像素与黑矩阵区域BA构成的图像即与原始图像IM1相同的图像IM3′。
文档编号G03B21/00GK1826556SQ20048002077
公开日2006年8月30日 申请日期2004年7月22日 优先权日2003年7月22日
发明者植原克幸 申请人:精工爱普生株式会社