图像投影设备的制作方法与工艺

图像投影设备相关申请的交叉引用本申请要求2015年1月7日在日本提交的日本专利申请No.2015-001852的优先权，其全部内容通过引用结合于此。技术领域本发明涉及一种图像投影设备。

背景技术：
常规地，用于将图像投影到屏幕等上的图像投影设备(例如，投影仪)是已知的(例如，参见日本专利申请公开No.2012-163732)。一些图像投影设备基于从个人计算机、数字照相机等传送来的图像数据产生图像并投影该图像。一些图像投影设备利用光调制元件(图像产生元件)产生图像。光调制元件基于图像信号调制从光源照射的光以产生图像。为防止不均匀的照度等，期望的是，投射到光调制元件的光的照度分布是均匀的。因此，采用光调制元件的一些图像投影设备在成像元件和光源之间设有光隧道。光隧道使所要投影的光的强度均匀。光隧道通常被设计成与投影图像的长宽比匹配。换句话说，当投影图像的长宽比是4∶3时，光隧道也被设计成使得其横截面形状是长宽比为4∶3的矩形。但是，光隧道的设计是基于光隧道与光调制元件之间的相对位置不变的假设，因此其不适于相对位置变化的情况。换句话说，如果光隧道和光调制元件之间的相对位置发生变化，光调制元件的一部分偏离由已经通过光隧道的光照明的区域。在这种情况下，由于偏离照明区域的这部分光调制元件不能参与图像产生，因此会出现例如所谓的晕影(vignetting)的问题。考虑到上述常规问题，需要提供一种图像投影设备，即使光调制元件与光隧道之间的相对位置因为例如光调制元件旋转预定角度而改变，所述图像投影设备也能够毫无问题地利用配合在照明区域中的光调制元件的整个表面。

技术实现要素：
本发明的目的是至少部分地解决常规技术中的这些问题。根据示例性实施例，提供一种图像投影设备，其基于图像数据产生图像并投影该图像，该图像投影设备包括：图像产生元件，利用从光源照射的光来产生图像；保持单元，可旋转地保持图像产生元件；和照明光学单元，包括一个或多个光学系统、以及光隧道，并将通过光隧道的光朝着图像产生元件的可旋转范围的整个区域投射，所述光隧道是围绕从光源到图像产生元件的光路的一部分的管状部件并且通过其内表面来反射光。通过结合附图阅读下面对本发明的当前优选的实施例的详细描述，将更好地理解本发明的上述和其它目的、特征、优点以及技术上和工业上的意义。附图说明图1是根据本发明一实施例的图像投影设备的使用状态的透视图；图2是根据该实施例的图像投影设备的外观的透视图；图3是根据该实施例的图像投影设备除去外壳的内部构造的透视图，对应于图2中的视角“a”；图4是根据该实施例的图像投影设备除去外壳的内部构造的透视图，对应于图2中的视角“b”；图5是根据该实施例的光学引擎及其周围部分的外观的透视图；图6是根据该实施例的光学引擎的构造的透视图；图7是根据该实施例的投影光学单元如何将图像投影到屏幕上的图示；图8是根据该实施例的照明光学单元的构造的透视图；图9是根据该实施例的图像产生单元的构造的透视图；图10是根据该实施例的固定单元的构造的透视图；图11是根据该实施例的可移动单元的构造的透视图；图12是根据该实施例的固定单元和可移动单元如何叠置的透视图；图13是示出当根据该实施例的DMD水平移动时所产生的洛伦兹力的方向的平面图；图14是示出当根据该实施例的DMD竖直移动时所产生的洛伦兹力的方向的平面图；图15是示出当根据该实施例的DMD旋转时所产生的洛伦兹力的方向的平面图；图16是照明光学系统单元的透视图，示出根据该实施例的具有横截面形状为正方形的内表面的光隧道的使用状态；图17是图16中所示的照明光学系统单元在被从色轮侧观察时的图示；图18是图16中所示的照明光学系统单元所投影的光照明DMD及其周围的区域的图示；图19是照明光学系统单元的透视图，示出根据该实施例的一变型的具有横截面形状为圆形的内表面的光隧道的使用状态；图20是图19中所示的照明光学系统单元在被从色轮侧观察时的图示；以及图21是图19中所示的照明光学系统单元所投影的光照明DMD及其周围的区域的图示。具体实施方式图1是根据一实施例的投影仪(图像投影设备)1的使用状态的透视图。投影仪1将图像投影到屏幕2上。屏幕2一般是白色矩形帘幕，并反射所投影的图像。图2是投影仪1的外观的透视图。投影仪1在外壳10的顶面10a上具有投影窗10b。投影仪1使光从投影窗10b投射出以将图像投影到屏幕2上。图3和图4是投影仪1除去外壳10的内部构造的透视图，其中图3对应于图2中的视角“a”，图4对应于图2中的视角“b”。投影仪1包括光学引擎11。光学引擎11存放在外壳10中对应于投影窗10b下方的区域的位置。设置在光学引擎11的顶部的是投影玻璃12，它是从投影窗10b露出的部分。图5是光学引擎11及其周围部分的外观的透视图。投影仪1包括外壳10中的光源单元13。光学引擎11包括照明光学系统单元(照明光学单元)20、图像显示单元(图像产生单元)30、投影光学系统单元(投影光学单元)40等。这些单元以图像显示单元30、照明光学系统单元20和投影光学系统单元40的顺序从底部到顶部叠置。光源单元13布置成邻近照明光学系统单元20。光源单元13起到照射光并通过照明光学系统单元20将光供应到图像显示单元30的光源的作用。照明光学系统单元20将从光源单元13照射的光调整为合适的状态并将光引导到图像显示单元30。图像显示单元30基于图像数据利用从光源照射的光来产生图像。投影光学系统单元40适当地放大由图像显示单元30产生的图像并将图像投影到屏幕2上。图6是光学引擎11和投影光学系统单元40的构造的透视图。投影光学系统单元40包括投影透镜41、反射镜42、自由曲面镜43等。投影透镜41位于图像显示单元30的上方。反射镜42位于投影透镜41的上方，并且其镜面面朝后侧和向下方向。这里提到的“后侧”表示在投影仪1的面朝屏幕2的一侧为前侧时的相反侧。自由曲面镜43位于反射镜42的后方，并且形成自由曲面的镜面面朝前。图7是投影光学系统单元40如何将图像投影到屏幕2上的图示。投影透镜41从图像显示单元30接收光(图像)并将其导向反射镜42。反射镜42反射从投影透镜41接收的光(图像)并将其导向自由曲面镜43。自由曲面镜43放大从反射镜42接收的光(图像)并将其投影到屏幕2上。图8是照明光学系统单元20的构造的透视图。图9是图像显示单元30的构造的透视图。照明光学系统单元20包括色轮21、光隧道22、中继透镜23、柱面镜24、凹面镜25等。图像显示单元30包括DMD(数字微镜器件)31、固定单元32、可移动单元33、散热器34等。色轮21是R(红)、G(绿)和B(蓝)色的过滤器布置在例如圆周方向上的不同部分处的盘。使色轮21高速旋转以将从光源单元13照射的光以时分方式分割成RGB色。光隧道22是用于使从光源单元13照射的光的强度分布均匀的光学部件。更具体地，光隧道22是玻璃，即，是围绕从光源单元13到DMD31的光路的一部分且内表面反射光的管。光隧道22通过由内表面多次反射经过色轮21的RGB色的光而使光强分布均匀，并将光导向中继透镜23。中继透镜23会聚从光隧道22照射的光，同时校正光轴上的色差。柱面镜24和凹面镜25反射从中继透镜23照射的光，从而被引导到DMD31。DMD31是图像产生元件(也被称作图像显示元件或光调制元件)的示例。DMD31调制来自凹面镜25的反射光以产生投影图像。更具体地，DMD31具有矩形的图像产生平面，在该图像产生平面中，多个可移动微镜布置成矩阵。DMD31中的每个微镜被设置成使得其镜面是可倾斜的，并基于从图像控制单元(未示出)传送来的图像信号被开/关驱动。投影仪1包括CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等(所有这些均未示出)。CPU将存储在ROM中的程序加载到RAM中以执行该程序，使得各种模块例如图像控制单元得以实现。图像控制单元基于图像数据产生图像信号并将所产生的信号传送到DMD31。图像数据从外部设备(例如，个人计算机或数字照相机)接收。例如，在“开”的情况下，控制微镜的倾斜角度从而将从光源单元13照射的光反射到投影光学系统单元40。例如，在“关”的情况下，控制微镜的倾斜角度从而将从光源单元13照射的光反射到OFF光板(未示出)。以这种方式，DMD31被构造成通过从图像控制单元传送来的图像信号控制每个微镜的倾斜角度，并调制从光源单元13照射并经过照明光学系统单元20的光，以产生投影图像。可移动单元33能够相对于固定单元32在预定范围内移动。固定单元32支撑可移动单元33，还辅助可移动单元33的移动。可移动单元33是保持单元的示例。可移动单元33在预定的可移动范围内可移动地保持DMD31。可移动单元33在预定的可旋转范围(或角范围)内可旋转地保持DMD31。散热器34是热辐射单元的示例，其至少一部分与DMD31接触。散热器34抑制DMD31的温度上升，使得因DMD31的温度上升而导致的例如故障或失效这样的问题的出现减少。图10是固定单元32的构造的透视图。固定单元32包括顶板51、底板52、支撑件53、球54和55、调整螺丝56、磁体57等。图11是可移动单元33的构造的透视图。可移动单元33包括可移动板61、联接板62、DMD托架63、线圈64等。DMD31设置在DMD基板311上。图12是固定单元32和可移动单元33如何叠置的透视图。设置在固定单元32和可移动单元33中的各种类型的板部件(顶板51、底板52、可移动板61和联接板62)以联接板62、底板52、可移动板61和顶板51的顺序从底部到顶部叠置。支撑件53在顶板51和底板52之间位于三个位置处，以在顶板51和底板52之间形成预定的间隔，并将顶板51和底板52支撑成平行。顶板51在围绕中央孔51c的三个位置处具有支撑孔51a(见图12)。保持部件51b插入到支撑孔51a中(见图10)。保持部件51b是在其内周表面中具有内螺纹槽的圆柱形部件。保持部件51b保持调整螺丝56，从而能够通过螺纹槽之间的摩擦力停止在任何旋入深度。底板52在与支撑孔51a对应的三个位置处具有支撑孔52a(见图10和图12)。球54定位在调整螺丝56的边缘与可移动板61之间。球55定位在可移动板61与支撑孔52a之间。相应的球54和球55的至少一部分从支撑孔51a和支撑孔52a朝可移动板61侧突出并与可移动板61接触。如此，球54和55相对于顶板51和底板52可移动地支撑可移动板61。调整螺丝56通过改变旋入深度来改变球54的突出量，从而改变顶板51与可移动板61之间的间隔。联接板62在底板52位于联接板62和可移动板61之间的状态下固定到可移动板61。DMD基板311固定到联接板62的顶侧，散热器34固定到其下侧。DMD托架63定位成围绕DMD31，且DMD基板311插入在DMD托架63与联接板62之间。如此，DMD31固定到联接板62。磁体57设置在四个位置，从而围绕顶板51的中央孔51c。每个磁体57形成延伸到可移动板61的电场。线圈64在与磁体57相对的每个位置处设置在可移动板61的顶侧。磁体57与相对的线圈64构成用于使可移动板61移动的移动单元。当使电流在线圈64中流动时，由磁体57形成的磁场产生洛伦兹力，该洛伦兹力成为用于使可移动板61移动的驱动力。可移动板61响应于磁体57与线圈64之间产生的洛伦兹力而线性地或可旋转地在XY平面上相对于顶板51移位。图13是示出DMD31水平移动时所产生的洛伦兹力的方向的平面图。图14是示出DMD31竖直移动时所产生的洛伦兹力的方向的平面图。图15是示出DMD31旋转时所产生的洛伦兹力的方向的平面图。如这些图中所示，通过产生由网点箭头A表示的洛伦兹力，DMD31可在由栅格箭头B表示的方向上移动。当使DMD31旋转时，如图15所示，线圈64被驱动，使得平行力被反向施加到横穿DMD31的中心的位置，以产生洛伦兹力。用于使DMD31移动或旋转的洛伦兹力的控制由移动控制单元(未示出)执行，该移动控制单元作为由CPU将存储在ROM中的程序加载到RAM并执行程序而实现的模块之一。移动控制单元控制对线圈64的加电以控制在每个线圈64与磁体57之间产生的洛伦兹力。因此，移动控制单元控制DMD31的移动量(移动距离)和旋转量(旋转角度)。基于该构造，因为DMD31是可旋转地构造的，所以通过光隧道22的光需要被投影在DMD31的可旋转范围的整个区域上。为了响应该需要，光隧道22设置成使得其垂直于内表面的纵向方向的横截面形状是例如正方形(光隧道221：见图16和图17，在后面进行解释)。图16是照明光学系统单元20的透视图，示出具有横截面形状为正方形的内表面的光隧道221的使用状态。图17是图16中所示的照明光学系统单元20在被从色轮21侧观察时的图示。图18是图16中所示的照明光学系统单元20所投射的光照明DMD31及其周围的区域(照明区域)31a的图示。从光源单元13照射并通过光隧道221及其后续光学系统(中继透镜23、柱面镜24和凹面镜25)的光照明DMD31和DMD31周围的预定照明区域31a。由通过光隧道221的光形成的照明区域31a的轮廓是正方形。在本实施例中，该正方形的一个边的长度等于或长于DMD31的对角线长度。“等于或长于DMD31的对角线长度”是通过用预定的裕度(margin)乘以对角线长度而获得的值。例如，当裕度是1时，照明区域31a是一个边的长度等于DMD31的对角线长度的正方形。例如，当裕度是1.1时，照明区域31a的一个边的长度比对角线长度长10％。如此，即使DMD31旋转例如90°并且屏幕从水平长屏幕变成竖直长屏幕，DMD31也不偏离照明区域31a，这使得其能够实现极好的图像生成。实施例的变型在该实施例中，可以使用横截面是圆形的光隧道222代替光隧道221。图19是照明光学系统单元20的透视图，示出具有横截面形状为圆形的内表面的光隧道222的使用状态。图20是图19中所示的照明光学系统单元20在被从色轮21侧观察时的图示。图21是图19中所示的照明光学系统单元20所投射的光照明DMD31及其周围的区域(照明区域)31b的图示。从光源单元13照射并通过光隧道222及其后续光学系统(中继透镜23、柱面镜24和凹面镜25)的光照明DMD31和DMD31周围的预定照明区域31b。由通过光隧道222的光形成的照明区域31b的轮廓是圆形。在本实施例中，圆的直径长度等于或长于DMD31的对角线长度。“等于或长于DMD31的对角线长度”是通过用预定的裕度乘以对角线长度而获得的值。例如，当裕度是1时，照明区域31b是直径长度等于DMD31的对角线长度的圆。例如，当裕度是1.1时，照明区域31b的直径比对角线长度长10％。如此，即使DMD31旋转例如90°并且屏幕从水平长屏幕变成竖直长屏幕，DMD31也不会偏离照明区域31b，这使得其能够实现极好的图像生成。在该实施例和这些变型中，已经描述了光隧道22的形状的具体示例(具有正方形和圆形横截面的管)；但是，这些实施例在实施时不限于此。例如，如果DMD31的可旋转范围小于90°，则它可以是横截面为DMD31在可旋转范围的整个区域上进行旋转运动时的运动轨迹的轮廓的管，或者可以是横截面为接近于该运动轨迹的轮廓的卵形的管。在该实施例和这些变型中，已经描述了裕度；但是，如图13和图14所示，DMD31可以从一侧到另一侧以及前后移动，因此即使裕度例如为1，DMD31也可适当地设置在照明区域31a和照明区域31b中。通过使裕度最小化，可以提高光的使用效率。换句话说，可以增加DMD31上的亮度。与光隧道222相比，光隧道221具有诸如更易于制造的优点。与光隧道221相比，光隧道222具有例如光的使用效率更高的优点。根据本发明，即使图像产生元件旋转，图像产生元件的整个表面也在没有偏离的条件下进入照明光学单元的照明区域。因此，无论图像产生元件的旋转角度如何，都可毫无问题地使用图像产生元件，从而实现极好的图像投影。由于图像产生元件是可旋转的，因此可以在不改变图像投影设备的放置方式的条件下改变投影图像的方向。例如，对于架起图像投影设备的平面相对于屏幕在滚动方向上倾斜时的校正，代替架起状态的校正，该校正可以通过图像产生元件的旋转来完成。当水平长屏幕变成竖直长屏幕时，代替改变图像投影设备的架起(例如，水平放置变为竖直放置)，可以通过使图像产生元件旋转90°来解决。虽然已经参照具体实施例描述了本发明以进行完整且清楚的公开，但是所附权利要求不因此受到限制，而是应理解成包含本领域技术人员可能想到的应当落在这里提出的基本教导内的所有变型和可选择结构。