CN101681086B - 投射式图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

从激光光源(1)～(3)射出的红色、绿色、蓝色的激光通过准直透镜(4)～(6)成为大致平行光束，由微透镜阵列(7)～(9)聚光，被柱形光学积分器(10)～(12)均匀化之后，将空间光调制元件(16)～(18)照明并受到调制。从空间光调制元件(16)～(18)射出的各调制激光被光合成棱镜(19)合成，通过由双折射板旋转驱动部(26)旋转驱动的双折射板(20)像素分离后，由投射光学系统(21)向屏幕(22)投射。双折射板(20)通过双折射将调制激光在空间上分离。像素通过双折射板在空间上分离，从而像素栅格的区域减少，屏幕上的亮度分布均匀化，斑点噪声减小。

Description

投射式图像显示装置
技术领域
本发明涉及将由空间光调制元件形成的图像通过激光进行照明，并使用投射透镜投射到屏幕上的投射式图像显示装置。
背景技术
以往，作为用来有效率地得到大画面的图像的一种方式，使用投影机等的投射式图像显示装置。在投射式图像显示装置中，用来自灯的光对用来形成对应于影像信号的图像的液晶面板等的空间光调制元件进行照明，通过投射透镜将其光学像放大投射在屏幕上。
但是，在将灯作为光源的情况下，有以下各种问题：(1)光源的寿命较短而维护变得麻烦、(2)为了将白色光分离为光的三原色而光学系统变得复杂、(3)颜色再现范围较窄等。
为了解决这些问题，提出了使用激光光源来取代灯的投射式图像显示装置。激光光源与灯相比寿命长，并且激光的指向性高，因此光利用率也高。另外，通过其单色性能够确保较宽的颜色再现范围。
但是，由于激光干扰性较高，所以会有发生斑点噪声而画质劣化的问题。斑点噪声是来自激光光源的相位一致的波被表面粗糙的物体面散射、在像面上光束以复杂的相位关系相互干扰而产生的。斑点噪声作为不规则的粒状的强度分布被观察到。
在图像显示装置中，如果出现斑点噪声，则观察者识别为画质的劣化。因此，在提供使用激光的投射式图像显示装置时，斑点噪声的除去、减小是极其重要的。作为这样的减小斑点噪声的方法，提出了各种方法(专利文献1～5)。
在专利文献1中，公开了通过扩大波谱宽度进行激光振荡来减小斑点噪声的方法。此外，在专利文献2中，公开了通过使用波长不同的多个光源得到同样的效果的技术。但是，在如通过波长变换得到的绿色激光那样波谱宽度较窄的电源中，一般很难应用这些技术。
此外，在专利文献3中，公开了将激光分离为P偏振光成分和S偏振光成分，设置光路差而进行合波，并将激光入射到空间光调制元件中的技术。但是，在该方法中，在如液晶光阀那样，向空间光调制元件的入射光必须是直线偏振光的情况下应用较困难。
作为另一研究，有产生随时间变化的没有相关的各种斑点图案，通过其叠加效果减小人感觉的斑点噪声的方法。在专利文献4中，公开了通过使光纤振动而对投射到屏幕上的光的相位施加时间性的调制、产生各种斑点图案的方法。在专利文献5中，公开了通过使复眼透镜以激光光轴为中心旋转，使光向空间光调制元件的入射角度变化，产生各种斑点图案的技术。
专利文献1：日本特开2002-323675号公报
专利文献2：日本特表2004-503923号公报
专利文献3：日本特开2001-296503号公报
专利文献4：日本特开2003-156698号公报
专利文献5：日本特开平11-064789号公报
这些方法都对于斑点噪声的减小是有效的，但通过单一的方法并不能将斑点噪声完全除去，为了得到高画质的影像，优选地同时采用进一步的斑点减小手段。
在上述专利文献1～5中公开的方法是着眼于激光的相位、偏振光、波长这些特性的，但作为影响斑点尺寸的大小的其他原因，屏幕上的投射光的亮度均匀性是重要的。
一般，在液晶光阀或数字微镜元件(DMD：Digtal Micromurror Device)这些具有固定像素构造的二维空间光调制元件中，在像素与像素之间产生光不能通过的部分。由此，在屏幕上，形成称作黑矩阵(black matrix)的、光不能被照射到的像素栅格部分。
如果有像素栅格带来的1像素单位的亮度不匀，则成为在原本的信号中不存在的不自然的图像，相应地导致画质品质的下降。进而，在光源是激光的情况下，对斑点噪声的量也带来影响。
在屏幕上以与人眼的分辨能力同等、或其以下的周期存在亮度不匀的情况下，人眼感觉到的斑点噪声的量受高亮度部位的斑点噪声的量支配。即使在平均亮度相同的情况下，如果有亮度不匀，则与没有亮度不匀的情况相比斑点噪声变大，画质品质下降。因此，为了得到高品质且自然的图像，使像素栅格不醒目是重要的。
作为消除亮度不均而降低斑点噪声的简单的方法，可以考虑将投射光学系统散焦的方法，但投射图像自身成为模糊的没有锐利感的图像，所以不能维持画质品质。
发明内容
本发明鉴于上述情况，目的是提供一种通过简单的方法使像素栅格难以醒目而成为自然的图像、并且能够有效地降低斑点噪声的投射式图像显示装置。
为了解决上述问题，本发明的投射式图像显示装置具备：至少1个激光光源，射出激光；空间光调制元件，根据影像信号调制上述激光；投射光学系统，将从上述空间光调制元件射出的调制激光投射到屏幕上；以及像素分离元件，将上述调制激光通过双折射而在空间上分离。
发明效果
根据本发明，通过双折射板将像素在空间上分离为多个，从而作为空间光调制元件的像素的非有效部的像素栅格的区域减少，像素栅格变得不醒目，使屏幕上的亮度分布均匀化，斑点噪声被减小。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的投射式图像显示装置的概略结构图。
图2A是该投射式图像显示装置的像素分离图案的示意图。
图2B是将图2A的像素图案B按偏振光分开表示的示意图。
图2C是将图2A的像素图案C按偏振光分开表示的示意图。
图3是本发明的实施方式2的投射式图像显示装置的概略结构图。
图4是该投射式图像显示装置的像素分离图案的示意图。
图5是本发明的实施方式3的投射式图像显示装置的概略结构图。
图6是表示该投射式图像显示装置的像素分离的过程的示意图。
图7是该投射式图像显示装置的像素分离图案的示意图。
图8是本发明的实施方式4的投射式图像显示装置的概略结构图。
图9是本发明的实施方式5的投射式图像显示装置的概略结构图。
图10是本发明的实施方式6的投射式图像显示装置的概略结构图。
标号说明
1红色激光光源
2绿色激光光源
3蓝色激光光源
4～6准直透镜
7～9微透镜阵列
10～12柱形光学积分器
13～15中继光学系统
16～18透射型液晶光阀
19光合成棱镜
20、28双折射板
21投射光学系统
22屏幕
23～25微透镜阵列旋转驱动部
26双折射板旋转驱动部
27相位差板
28a～28c第1～第3双折射板
29～31全反射镜
32～34偏振光分束器
35～37反射型液晶光阀
38二分之一波长板
39液晶元件
40液晶元件控制单元
41壳体
42光学引擎
43全反射镜
44屏幕
具体实施方式
本发明的投射式图像显示装置可以以上述结构为基础而采取以下这样的形态。
即，可以将上述像素分离元件配置在上述空间光调制元件与上述投射光学系统之间。此外，也可以是如下结构，即上述像素分离元件由多个双折射板构成，上述多个双折射板的光轴配置成方向互不相同。作为上述空间光调制元件，可以使用透射型液晶光阀。
此外，优选的是，在上述空间光调制元件与上述激光光源之间，配置有在时间上对上述激光的相位进行调制的相位调制单元。上述相位调制单元可以包括微透镜阵列、以及使上述微透镜阵列旋转的微透镜阵列旋转驱动部。此外，可以为在上述空间光调制元件与上述像素分离元件之间，配置有将上述激光的偏振光状态从直线偏振光变换为椭圆偏振光的相位差板的结构。
此外，优选的是，具备在时间上对上述像素分离元件的双折射方向进行调制的像素分离元件调制单元。通过对像素分离元件的双折射方向施加时间上的调制，投射在屏幕上的光的偏振光方向或像素位置随时间变化，产生各种斑点图案，所以能够得到更好的斑点噪声的减小效果。
在此情况下，可以为在时间上对放大投射在上述屏幕上的调制激光的偏振光方向进行调制的结构。或者可以为在时间上对放大投射在上述屏幕上的调制激光的投射位置进行调制的结构。此外，可以为以下结构，上述像素分离元件是双折射板，上述像素分离元件调制单元是使上述双折射板旋转的双折射板旋转驱动部。
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1是说明有关本发明的实施方式1的投射式图像显示装置的结构图。在本实施方式中使用红、绿、蓝3色的激光光源。例如，作为红色激光光源1而使用以波长638nm直接振荡的半导体激光，作为绿色激光光源2而使用波长为532nm的Yb纤维激光的第二高次谐波，作为蓝色激光光源3而使用以波长445nm直接振荡的半导体激光。
但是，适合于本发明的激光光源当然并不限于在本实施方式中表示的激光光源。例如，红色激光光源1也可以使用近红外半导体激光的第二高次谐波。作为绿色激光光源2，也可以使用以绿色直接振荡的半导体激光、近红外半导体激光的第二高次谐波、Nd:YAG激光的第二高次谐波、Nd:YVO4激光的第二高次谐波等。作为蓝色激光光源3，也可以使用近红外半导体激光的第二高次谐波等。
在哪种激光光源的情况下，都优选地为了在束发散角度较大的情况下有效地传播激光束而使用准直透镜。
在图1中，从红色、绿色、蓝色激光光源1～3射出的激光分别通过准直透镜4～6成为大致平行光束，由微透镜阵列7～9聚光，向柱形光学积分器10～12入射。柱形光学积分器10～12用于使激光的亮度分布均匀化、成为适合作为向空间光调制元件的照明光的状态。
优选地，入射到柱形光学积分器10～12中的激光的NA(NumericalAperture：数值孔径)在以后的光学系统中不发生损失的范围内较大。另外，也可以代替柱形光学积分器10～12而使用复眼透镜。
从柱形光学积分器10～12射出的激光被中继光学系统13～15向作为空间光调制元件的透射型液晶光阀16～18中继。透射型液晶光阀16～18将入射光空间调制，形成由多个像素构成的光学图像。
从透射型液晶光阀16～18射出的红色、绿色、蓝色的各激光在被光合成棱镜19合成后，入射到作为像素分离元件的双折射板20中。红色、绿色、蓝色的各激光在双折射板20的像素分离作用下被分支，以形成各像素被分离为两个像素的像素图案，然后由投射光学系统21向屏幕22投射。所谓像素分离，是指光束被分支，以使1个像素被分离为相互配置错开的多个像素。如果是使用双折射板20的像素分离元件的情况，则如后述那样构成为，通过根据偏振光的方向使光束分支得到像素分离的作用。
微透镜阵列7～9被微透镜阵列旋转驱动部23～25绕与入射光的光轴平行的轴旋转驱动。双折射板20也被双折射板旋转驱动部26绕与投射光学系统21的光轴平行的轴旋转驱动。作为旋转驱动部，也可以使用如能够由周知的技术构成等的构造。
在本实施方式中，作为微透镜阵列7～9而使用在水平方向上和垂直方向上都具有折射力的透镜的集合体，但例如也可以使用作为圆筒形透镜的集合体的双凸透镜。
接着，对基于双折射板20的像素分离进行说明。双折射板20用于带来使入射光分支为正常光线和异常光线的作用，光轴不与投射光学系统21的光轴平行。双折射板20的光轴与投射光学系统21的光轴所成的角度构成为大致45度，以使每单位厚度的分离量最大。所谓的分离量，是指通过像素分离而位置错开的像素间的距离。
在本实施方式中，作为双折射板20可以使用例如水晶的双折射板。双折射板的材料没有特别限定，以蓝宝石、铌酸锂为代表，能够采用各种双折射性材料。
通过将双折射板20作为像素分离元件插入到光合成棱镜19与投射光学系统21之间，投影包括分离为两个的像素的像素图案，所以减小了屏幕上的像素栅格的面积。即，这是因为，如果是不使用像素分离元件的情况，则分离的像素的至少一部分被投影到形成在各像素间的像素栅格的区域中，像素栅格的一部分成为像素的区域。
在本实施方式中，红色激光光源1释放出的红色光和蓝色激光光源3释放出的蓝色光是S偏振光，绿色激光光源2释放出的绿色光是P偏振光，在该偏振光状态下入射到双折射板20中。通过使双折射板20旋转，像素分离的状态如以下这样随时间变动。
在图2A中示意地表示来自双折射板20的射出光形成在屏幕22上的像素图案。图中的黑色圆形表示作为S偏振光的红色光(或蓝色光)的像素图案的各像素，白色圆形表示作为P偏振光的绿色光的像素图案的各像素。箭头表示各像素的光的偏振光方向。各圆形的大小表示各像素的光的相对的强度关系。正交坐标的原点表示没有双折射板20的情况下的像素的中心位置。虚线的圆的半径对应于通过双折射板20并折射带来的像素图案中的分离像素的移位量、即上述分离量。
图2A中的A到P的16个像素图案分别表示以双折射板20的原点为中心的旋转角度每次22.5度地依次变化时的像素分离的状况。例如，如果以对应于像素图案A的双折射板20的旋转角度为基准，则像素图案B对应于双折射板20相对于像素图案A的情况旋转了22.5度的状态。
在像素图案A中，作为P偏振光的绿色光的像素图案(白色圆形)没有受到双折射板20的折射作用而所有光量直进，不发生像素分离。相对于此，作为S偏振光的红色光及蓝色光的像素图案(黑色圆形)的所有光量受到折射作用，所以虽然不发生像素分离，但中心位置向上方移位。在该像素图案A中，与P偏振光、S偏振光一起，在屏幕22上形成没有光的强度变化的像素。
相对于此，在像素图案B中，S偏振光和P偏振光也是光量的一部分受到折射作用。因此，P偏振光、S偏振光的像素图案都分离为原点的像素、和沿着图示的方向移位的像素。各像素图案的像素的光的相对的强度关系为，在S偏振光(黑色圆形)中，原点的像素的强度较小，移位后的像素的强度变大，在P偏振光(白色圆形)中相反。在图2A的像素图案B的图示中，将两偏光的像素图案重叠地图示，但在图2B中将像素图案B按照偏振光分开图示。在该图中，BP表示P偏振光的像素图案，BS表示S偏振光的像素图案。
此外，在像素图案C中，各分离像素的光的相对的强度关系为，在S偏振光、P偏振光中都是原点的像素的强度和移位后的像素的强度为同样。因而，在图2A中，分别是黑色圆形与白色圆形一致地重叠，所以对圆形内附加点来进行表示。如果将其按照每偏振光分开图示，则如图2C所示。
基于像素分离元件(双折射板20)的像素的优选的分离量取决于空间光调制元件(透射型液晶光阀16～18)的开口率。这里，所谓的开口率，是有效像素面积相对于像素面积的比。有效像素面积被定义为空间光调制元件中的、为了控制光的透射或反射而有效地作用的面积。
在开口率是50％左右的情况下，分离量优选的是像素间距的50％以下。在开口率是80％左右时，分离量优选的是固定像素间距的20％以下。该理由是因为，如果使分离量过大，则分辨率下降。
接着，对本实施方式的斑点噪声的减小作用进行说明。首先，通过双折射板20将像素分离为两个，从而与没有像素分离元件的投射式像素显示装置相比，屏幕22上的亮度分布被均匀化。因此，即使在焦点对准于屏幕22的状态下，也能够减小斑点噪声。
进而，通过双折射板旋转驱动部26使双折射板20沿着与投射光学系统21的光轴平行的旋转轴旋转，从而双折射板20的光轴的方向随时间变化。因此，如图2A所示，像素分离的状态变化。即，由于屏幕上的像素图案的偏振光状态和照射位置随时间变化，所以会产生各种斑点图案，斑点噪声被减小。
此外，通过在柱形光学积分器10～12之前插入的微透镜阵列7～9的旋转，斑点被进一步减小。微透镜阵列7～9在微透镜阵列旋转驱动部23～25的作用下旋转，从而作为相位调制单元发挥功能。激光因为通过各微透镜而具有各种光路差。因此，在屏幕上出现高速变化的各种斑点图案，能够实现斑点噪声的减小。
为了提高减小斑点噪声的效果，进行调节以使微透镜阵列7～9的旋转与双折射板20的旋转不同步。
由于微透镜阵列7～9的旋转使屏幕投射光的相位在时间上平均化，所以对于斑点噪声的降低是有效的，但对屏幕上的像素栅格的大小不能带来变化。相对于此，通过使用双折射板20那样的像素分离元件，如上述那样减小像素栅格的区域而使亮度均匀化，并且使偏振光在时间上均匀化，所以能够进一步实现斑点噪声降低。
在本实施方式中，为了使斑点减小而并用基于使用了双折射板20的像素分离元件的斑点减小机构、和基于微透镜阵列7～9的旋转的斑点减小机构，但斑点减小机构的组合并不限于此。
如上所述，本实施方式的基于像素分离元件的斑点减小机构的特征是对屏幕投射光的偏振光、亮度均匀性、像素位置带来变化，通过并用带来其他物理作用的斑点减小机构，能够得到叠加效果。
为了使起因于二维空间光调制元件的像素栅格变得不醒目，需要在空间光调制元件与屏幕之间配置某种机构。这是因为，在激光光源与空间光调制机构之间减小像素栅格的面积是困难的。此外，本实施方式的使用像素分离元件的斑点减小机构能够有效地并用在激光光源自身中使用的斑点减小机构、以及在激光光源与空间光调制元件之间使用的斑点减小机构。
更具体地讲，基于像素分离元件的斑点减小机构与(1)扩大激光光源的波长宽度、(2)使用波长不同的多个激光光源、(3)使向空间光调制元件的照明光的相位平均化、(4)使屏幕侧NA变大的斑点减小机构并用是有效的。
(实施方式2)
图3是说明有关本发明的实施方式2的投射式图像显示装置的结构图。本实施方式只有在光合成棱镜19与双折射板20之间追加了相位差板27这一点与实施方式1不同。因而，对于与实施方式1的要素相同的要素赋予相同的标号而使说明的重复变得简略。
相位差板27是使S偏振光方向与P偏振光方向之间产生π/2的相位差的四分之一波长板。通过经过相位差板27，红色、绿色、蓝色的各激光的偏振光状态从直线偏振光变换为圆偏振光。
在图4中示意地表示本实施方式的来自双折射板20的射出光形成的像素图案。图4中的A到P的16个像素图案与图2同样，分别表示双折射板20的旋转角度每次22.5度地依次变化时的像素分离的状况。图中的黑色圆形表示各颜色光的像素图案中的各像素的位置，箭头表示偏振光方向。
在本实施方式中，与实施方式1不同，由于红色、绿色、蓝色的所有的激光以圆偏振光入射到双折射板20中，所以如果忽视颜色分散的影响，则通过双折射进行了像素分离的像素图案与波长无关而是相同的。此外，分离为两个的各像素的光的强度保持相等。
在本实施方式中，也组合了基于使用双折射板20的像素分离元件的斑点减小机构、和基于使微透镜阵列7～9旋转的结构的斑点减小机构，但斑点减小机构的组合并不限于此。
(实施方式3)
图5是说明有关本发明的实施方式3的投射式图像显示装置的结构图。本实施方式中与实施方式2不同的是，构成像素分离元件的双折射板28由3片密接的第1～第3双折射板28a～28c构成。通过使用第1～第3双折射板28a～28c，像素图案在空间上被分离为4个像素。
对本实施方式的双折射板的结构更详细地说明。从相位差板27射出的圆偏振光的红色、绿色、蓝色光入射到第1双折射板28a中，来自第1双折射板28a的射出光入射到第2双折射板28b中，来自第2双折射板28b的射出光入射到第3双折射板28c中。射影在第2双折射板28b的入射侧表面上的第2双折射板28b的光轴与射影在第1双折射板28a的入射侧表面上的第1双折射板28a的光轴处于相互正交的关系。此外，射影在第3双折射板28c的入射侧表面上的第3双折射板28c的光轴与射影在第1双折射板28a的入射侧表面上的第1双折射板28a的光轴所成的角度为n×45°(n是除了0以外的整数)。
在图6中表示1个像素图案被分离为4个像素图案的过程。在双折射板28的入射面内，将水平方向作为x轴，将垂直方向作为y轴，将投射光的行进方向作为z轴。图6(a)表示入射到第1双折射板28a中的光，是圆偏振光。
第1双折射板28a构成为，使射影在其入射面上的第1双折射板28a的光轴以x轴为基准+45度方向。因而，入射到第1双折射板28a中的光如图6(b)所示，被分离为正常光线((b)的中央的像素)和异常光线((b)的右上方的像素)。
第2双折射板28b构成为，使射影在其入射面上的第2双折射板28b的光轴以x轴为基准-45度方向。因而，只有在通过了第1双折射板28a时为正常光线的光((b)的中央的像素)在通过第2双折射板28b时此次为异常光线，没有伴随着像素的分离，通过消除(射出光轴相对于入射光轴的偏移角)，只有像素位置移位((c)的右下方的像素)。
这里，双折射板28被调节为，基于第1双折射板28a的异常光线的消除量与基于第2双折射板28b的异常光线的消除量相等。
最后从第2双折射板28b射出的光入射到第3双折射板28c中。第3双折射板28c构成为，使射影在其入射面上的第3双折射板28c的光轴以x轴为基准成为+180度的方向。
入射到第3双折射板28c中的光是以x轴为基准+45度方向的直线偏振光和-45度方向的直线偏振光。因而，分别将两个像素分离为正常光线和异常光线，如图6(d)所示，形成合计4个像素图案。
这里，双折射板28被调节为，基于第3双折射板28c的异常光线的消除量相对于基于第1及第2双折射板28a、28b的异常光线的消除量为
Figure G2008800197281D00111
倍。因而，成为被分离为4个的像素配置在正方形的各顶点上的像素图案。
在图7中示意地表示来自双折射板28的射出光的像素图案的变化。该图所示的像素图案的变化对于红色、绿色、蓝色的所有激光都是同样的。图中的黑色圆形表示分离像素的位置，箭头表示偏振光方向。A到P的16个像素图案与图2的情况同样，分别表示双折射板28的旋转角度每次22.5度地变化时的像素分离的状况。由于向双折射板28的入射光都为圆偏振光，所以来自像素分离元件的射出光总是被四分到正方形的四角的位置。
接着，对本实施方式中的斑点噪声的减小进行说明。通过双折射板28，像素被分离为4个而投影到屏幕22上，从而与没有进行像素分离的情况、及像素被分离为两个的情况相比，使屏幕22上的亮度分布更均匀化。因此，即使在焦点对准在屏幕22上的状态下，也能够减小斑点噪声。
此外，通过双折射板旋转驱动部26，使双折射板28绕与投射光的光轴平行的旋转轴旋转，从而双折射板28的光轴的方向随时间变化，所以如图7所示，像素图案的偏振光状态和照射位置变化。结果，产生各种各样的斑点图案，斑点噪声被减小。
进而，通过并用使用微透镜阵列7～9的斑点减小机构，叠加斑点减小效果。
这里，4个像素图案各自的强度不随着双折射板28的旋转变化而为一定。此外，图7中的虚线圆表示伴随着双折射板28的旋转的分离像素的中心的位置变化的轨迹。不管在该轨迹上的哪个点上，时间积分的S偏振光成分的强度和P偏振光成分的强度都相同。这些都对斑点减小是有效。
基于本实施方式的结构，实测斑点对比度的结果如下。
作为评价时的光源，仅将Yb纤维激光的第二高次谐波的波长532nm的绿色激光光源2通过连续驱动使用。作为液晶面板17，使用像素间距12微米、像素数为横1280×纵720的带有微透镜阵列的0.7型液晶面板。作为双折射板28(像素分离元件)，使用贴合了3片水晶双折射板28a～28c的结构。作为测量系统，使用模仿人的眼睛的模型光学系统和140万像素的CCD照相机。
在未使用像素分离元件的情况下为13.5％的斑点对比度通过将本实施方式的双折射板28固定插入而下降到11.5％。进而，通过使双折射板28旋转，下降到10.2％。
(实施方式4)
图8是说明有关本发明的实施方式4的投射式图像显示装置的结构图。本实施方式与实施方式3的情况不同的是，使用反射型液晶光阀35～37作为空间光调制元件。随着空间光调制元件不同，照明光学系统稍稍不同。
在图8中，从柱形光学积分器10～12射出的激光分别经由全反射镜29～31、中继光学系统13～15、以及偏振光分束器32～34，成像在作为空间光调制元件的反射型液晶光阀35～37上。
偏振光分束器32～34具有将S偏振光的光反射、使P偏振光的光透射的特性。从红色、绿色、蓝色激光光源1～3射出的光为P偏振光，在去路中，入射光透射偏振光分束器32～34。
通过反射型液晶光阀35～37使偏振光旋转90度而成为S偏振光，从而在回路中，光被偏振光分束器32～34反射，向光合成棱镜19入射。只有来自绿色激光光源2的激光在入射到光合成棱镜19之前透射使偏振光方向旋转90度的二分之一波长板38。
在本实施方式中，也通过双折射板28将像素图案分离为4个，并且其像素图案的位置和偏振光在时间上被调制，所以能够实现有效的斑点减小。
此外，通过使微透镜阵列7～9旋转，能够实现斑点减小效果的叠加。
在本实施方式中，表示了使用液晶光阀作为反射型空间光调制元件的例子，但在使用以DMD为代表的其他反射型空间光调制元件的情况下也能够得到同样的效果。
(实施方式5)
图9是说明有关本发明的实施方式5的投射式图像显示装置的结构图。本实施方式与实施方式3的情况不同的是，使用液晶元件39作为像素分离元件，具有液晶控制单元40作为其调制单元。液晶控制单元40能够在时间及空间上调制液晶的双折射。
通过液晶控制单元40，使对液晶元件39施加的电压变化，从而液晶元件39的双折射的光轴的方向变化，能够在时间上调制作为像素分离元件的射出光的状态。结果，像素图案的偏振光状态和照射位置在时间上变化，斑点噪声减小。
(实施方式6)
图10是说明有关本发明的实施方式6的投射式图像显示装置的结构图。本实施方式的投射式图像显示装置是在壳体41中组装有从激光光源到投射光学系统的要素和屏幕44的、所谓的背投电视机。光学引擎42例如由实施方式3的投射式图像显示装置中去除了屏幕22的光学系统构成。
在图中，从光学引擎42射出的投射光在被全反射镜43反射后，成像在屏幕44上。
在本实施方式中，也通过使用在实施方式3中表示的作为像素分离元件的双折射板28及双折射板旋转驱动部26，减小投射在屏幕44上的像素的像素栅格，此外，由于像素图案的偏振光状态和照射位置在时间上变化，所以斑点噪声减小。
构成光学引擎42的要素并不限于实施方式3的投射式图像显示装置的光学系统，作为适合于背投电视机的光学引擎42，也可以使用包括其他实施方式、使用了本发明的任何斑点抑制单元的光学引擎。
工业实用性
本发明的投射式图像显示装置能够通过简单的方法使像素栅格不易醒目而有效地减小斑点噪声，对于使用激光光源的投影机等的投射式图像显示装置有用。

Claims (10)

1.一种投射式图像显示装置，其特征在于，具备：
至少1个激光光源，射出激光；
空间光调制元件，根据影像信号调制上述激光；
投射光学系统，将从上述空间光调制元件射出的调制激光投射到屏幕上；
像素分离元件，通过双折射将上述调制激光在空间上进行分离；以及
像素分离元件调制单元，在时间上对上述像素分离元件的双折射方向进行调制。
2.如权利要求1所述的投射式图像显示装置，其特征在于，
上述像素分离元件配置在上述空间光调制元件与上述投射光学系统之间。
3.如权利要求1所述的投射式图像显示装置，其特征在于，
上述像素分离元件由多个双折射板构成，上述多个双折射板的光轴配置成方向互不相同。
4.如权利要求1所述的投射式图像显示装置，其特征在于，
上述空间光调制元件是透射型液晶光阀。
5.如权利要求1所述的投射式图像显示装置，其特征在于，
在上述空间光调制元件与上述激光光源之间，配置有在时间上对上述激光的相位进行调制的相位调制单元。
6.如权利要求5所述的投射式图像显示装置，其特征在于，
上述相位调制单元包括微透镜阵列、以及使上述微透镜阵列旋转的微透镜阵列旋转驱动部。
7.如权利要求2所述的投射式图像显示装置，其特征在于，
在上述空间光调制元件与上述像素分离元件之间，配置有将上述激光的偏振光状态从直线偏振光变换为椭圆偏振光的相位差板。
8.如权利要求1所述的投射式图像显示装置，其特征在于，
上述像素分离元件调制单元在时间上对放大投射在上述屏幕上的调制激光的偏振光方向进行调制。
9.如权利要求1所述的投射式图像显示装置，其特征在于，
上述像素分离元件调制单元在时间上对放大投射在上述屏幕上的调制激光的投射位置进行调制。
10.如权利要求1所述的投射式图像显示装置，其特征在于，
上述像素分离元件是双折射板，上述像素分离元件调制单元是使上述双折射板旋转的双折射板旋转驱动部。
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2128694B1 (en) * 2007-03-19 2014-02-26 Panasonic Corporation Laser illuminating device and image display device
JP5286816B2 (ja) * 2008-02-20 2013-09-11 セイコーエプソン株式会社 プロジェクタ
TWI400553B (zh) * 2009-08-04 2013-07-01 Asia Optical Co Inc 光學投影裝置及其投射方法
JP5195991B2 (ja) 2010-10-04 2013-05-15 ソニー株式会社 照明装置および表示装置
JP5500235B2 (ja) * 2010-10-04 2014-05-21 ソニー株式会社 照明装置および表示装置
EP2685307B1 (en) * 2011-03-11 2019-07-10 Citizen Watch Co., Ltd. Light modulation element and microscope device provided with light modulation element
US9158063B2 (en) * 2011-07-07 2015-10-13 Reald Inc. Apparatus for despeckling laser systems and methods thereof
JP5978612B2 (ja) * 2011-07-13 2016-08-24 ソニー株式会社 照明装置および表示装置
DE102011088726A1 (de) * 2011-12-15 2013-06-20 Osram Gmbh Laseranordnung und verfahren zum betreiben einer laseranordnung
JP6290523B2 (ja) * 2012-03-02 2018-03-07 セイコーエプソン株式会社 プロジェクター
US8905548B2 (en) * 2012-08-23 2014-12-09 Omnivision Technologies, Inc. Device and method for reducing speckle in projected images
US20140204459A1 (en) * 2013-01-22 2014-07-24 Cynosure Photonics Corp. High efficiency light combination module of projection system
JP2015064444A (ja) 2013-09-24 2015-04-09 セイコーエプソン株式会社 プロジェクター
JP2015102614A (ja) * 2013-11-22 2015-06-04 セイコーエプソン株式会社 表示装置
JP5880605B2 (ja) * 2014-03-19 2016-03-09 株式会社大真空 光学ローパスフィルタ及び光学ローパスフィルタを備える撮像装置
US9753298B2 (en) 2014-04-08 2017-09-05 Omnivision Technologies, Inc. Reducing speckle in projected images
EP3152616B2 (en) 2014-06-03 2023-06-07 MTT Innovation Incorporated Efficient, dynamic, high contrast lensing with applications to imaging, illumination and projection
CN104375280A (zh) * 2014-11-20 2015-02-25 西安炬光科技有限公司 一种消除激光散斑的半导体激光器系统
EP3360319B1 (en) 2015-10-11 2019-11-06 Dolby Laboratories Licensing Corporation Improved optical system for image projectors
CN105182674B (zh) * 2015-10-28 2017-06-23 中视迪威激光显示技术有限公司 激光投影机专用激光光源
CN105573039B (zh) * 2015-12-31 2017-09-01 海信集团有限公司 一种激光光源及激光投影设备
GB201803807D0 (en) * 2018-03-09 2018-04-25 Zivid Labs As An optical apparatus and method
JP2019197124A (ja) * 2018-05-09 2019-11-14 セイコーエプソン株式会社 投写型表示装置
CN108736302B (zh) * 2018-07-31 2023-06-06 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种基于双折射晶体的离轴八程激光放大装置及设计方法
CN109194891B (zh) * 2018-09-11 2020-12-01 华南师范大学 基于led光源的激光电视光学引擎系统及其激光电视
CN109739054B (zh) * 2019-02-28 2021-07-30 上海天马微电子有限公司 显示装置
JP7249861B2 (ja) * 2019-04-26 2023-03-31 日本放送協会 投射型表示装置
US11237468B2 (en) * 2019-06-20 2022-02-01 Hisense Laser Display Co., Ltd. Laser projection apparatus

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2755349B2 (ja) 1987-09-17 1998-05-20 オリンパス光学工業株式会社 半導体露光装置の照明光学系
JPH01233477A (ja) 1988-03-15 1989-09-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 映像表示装置
US5260815A (en) * 1989-08-03 1993-11-09 Nippon Hoso Kyokai Light writing type projection display using polymer-dispersed liquid crystal and liquid crystal television set as image light source
JP2915467B2 (ja) * 1990-02-22 1999-07-05 キヤノン株式会社 液晶プロジェクタ
JP2681304B2 (ja) * 1990-05-16 1997-11-26 日本ビクター株式会社 表示装置
JPH05241103A (ja) * 1992-02-21 1993-09-21 Nec Corp 投射型液晶表示装置
JPH08286382A (ja) * 1995-04-13 1996-11-01 Nec Corp 半導体露光装置及びその照明方法
JP3975514B2 (ja) * 1997-08-15 2007-09-12 ソニー株式会社 レーザディスプレイ装置
US6678078B1 (en) * 1999-01-07 2004-01-13 Digilens, Inc. Optical filter employing holographic optical elements and image generating system incorporating the optical filter
US6157660A (en) * 1999-06-04 2000-12-05 Zygo Corporation Apparatus for generating linearly-orthogonally polarized light beams
JP2001100172A (ja) * 1999-09-28 2001-04-13 Hamamatsu Photonics Kk 空間光変調装置
JP2001296503A (ja) 2000-04-13 2001-10-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd スペックル低減装置
US6480634B1 (en) * 2000-05-18 2002-11-12 Silicon Light Machines Image projector including optical fiber which couples laser illumination to light modulator
DE60110425T2 (de) 2000-07-10 2006-03-09 Corporation For Laser Optics Research Systeme ung verfahren zur speckle-reduzierung durch bandbreitenerhöhung
US6600590B2 (en) 2001-02-20 2003-07-29 Eastman Kodak Company Speckle suppressed laser projection system using RF injection
US6594090B2 (en) * 2001-08-27 2003-07-15 Eastman Kodak Company Laser projection display system
CA2440782C (en) * 2001-10-01 2009-05-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Projection type display apparatus, rear projector, and multi-vision system
JP2003156698A (ja) 2001-11-22 2003-05-30 Toshiba Corp レーザ光源装置
US6808269B2 (en) * 2002-01-16 2004-10-26 Eastman Kodak Company Projection apparatus using spatial light modulator
US6781763B1 (en) * 2002-04-01 2004-08-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Image analysis through polarization modulation and combination
US6805445B2 (en) * 2002-06-05 2004-10-19 Eastman Kodak Company Projection display using a wire grid polarization beamsplitter with compensator
JP2004045684A (ja) 2002-07-11 2004-02-12 Sony Corp 画像表示装置における照明光学装置及び画像表示装置
JPWO2005062116A1 (ja) * 2003-12-22 2007-12-13 松下電器産業株式会社 二次元画像表示装置
JP2005234156A (ja) 2004-02-19 2005-09-02 Canon Inc 走査型表示装置
JP2006023378A (ja) * 2004-07-06 2006-01-26 Seiko Epson Corp プロジェクタ
JP4205704B2 (ja) * 2005-08-02 2009-01-07 国立大学法人 北海道大学 撮像偏光計測方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8226247B2 (en) 2012-07-24
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