CN104104930B - 图像显示装置和图像显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像显示装置和图像显示方法。一种图像显示装置，包括：包括激光光源的光源单元；至少一个反射型光调制元件，被配置为调制入射到其上的光并反射调制的光；光学系统，包括被配置为使得来自光源单元的光入射到至少一个反射型光调制元件上并透过由反射型光调制元件调制的光的光学元件，所述光学系统被配置为将透过光学元件的调制光发射到能够投影光的投影光学系统；以及至少一个偏振片，布置在光学系统中，被配置为控制透过光学元件的调制光的偏振方向，并具有等于或小于50:1的消光比。

Description

图像显示装置和图像显示方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年4月10日提交的日本在先专利申请JP2013-082057的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本公开涉及诸如投影仪的图像显示装置以及图像显示方法。
背景技术
诸如投影仪的图像显示装置在过去是家喻户晓的。例如，从光源发出的光线由诸如液晶元件的光调制元件调制并且所调制的光投影到屏幕等上，从而显示图像。作为光调制元件，使用反射型液晶显示元件，透射型液晶显示元件，DMD(数字微镜器件)等。
近年来，已经开发出了利用激光光源作为光源的投影仪。日本专利申请公开第2013-015762号描述了一种通过反射型光调制元件调制来自激光光源的光的图像显示装置的结构(例如，参见其图1)。日本专利申请公开第2013-015762号描述了与这样的投影仪的照明光学系统相关的技术。
发明内容
希望开发上述使用激光光源和反射型光调制元件的高性能图像显示装置。
考虑到上述情况，希望提供一种使用激光光源和反射型光调制元件的高性能图像显示装置和图像显示方法。
根据本公开的一个实施方式，提供了一种包括光源单元、至少一个反射型光调制元件、光学系统和至少一个偏振片的图像显示装置。
所述光源单元包括激光光源。
所述至少一个反射型光调制元件配置为调制将入射到其上的光并反射所调制的光。
该光学系统包括被配置为使从光源单元发出的光入射到至少一个反射型光调制元件上并透过由该至少一个反射型光调制元件调制的光的光学元件，所述光学系统被配置为将从该光学元件透过的光发射到能够投影光的投影光学系统。
至少一个偏振片被布置在光学系统中，其被配置为控制透过光学元件的调制光的偏振方向，并具有等于或小于50:1的消光比。
在图像显示装置中，布置在光学系统中且消光比等于或小于50:1的至少一个偏振片控制透过光学元件的调制光的偏振方向。相应地，在防止由于光吸收而导致的偏振片劣化的同时可以增加调制光的偏振度。结果，可以实现利用激光光源和反射型光调制元件的高性能图像显示装置。
至少一个偏振片可具有等于或小于10:1的消光比。
相应地，可以充分地防止偏振片热劣化。
至少一个反射型光调制元件可包括调制红光，绿光和蓝光的三个反射型光调制元件。在这种情况下，该光学元件可被布置为被配置为使得各颜色的光入射到三个反射型光调制元件上并透射调制的红光，、调制的绿光和调制的蓝光的三个光学元件。此外，该光学元件可包括合成元件，所述合成元件被配置为合成透过三个光学元件的各颜色的调制光并将调制光发射到投影光学系统。另外，至少一个偏振片可包括：布置在三个光学元件和合成元件之间的用于各颜色的调制光的三个偏振片和用于从合成元件射出的合成光的偏振片中的至少一个。
在该图像显示装置中，布置用于各颜色的调制光的三个偏振片和用于合成的光的偏振片中的至少一个。相应地，可以以简单的设计高精度地显示彩色图像。
至少一个偏振片可包括用于各颜色的调制光的三个偏振片和用于合成的光的偏振片。
在图像显示装置中，布置用于各颜色的调制光的三个偏振片和用于合成的光的偏振片。相应地，可以高精度地显示彩色图像。
三个偏振片每一个可包括具有各颜色的光的相应的波长带的窄带偏振片。在这种情况下用于合成的光的偏振片可包括具有合成的光的可见长带的宽带偏振片。
如上所述，通过使用具有入射到其上的光的波长带的偏振片，可以在充分阻止热量产生的同时增加调制光(合成光)的偏振度。
光源单元、至少一个反射型光调制元件、光学系统以及至少一个偏振片可用作用于显示三维显示的右眼图像和左眼图像的装置。
相应地，能够充分地防止发生串扰并以高精度显示三维图像。
右眼图像可以由具有第一偏振方向的光显示，左眼图像可以由具有与第一偏振方向垂直的第二偏振方向的光显示。
如上所述，右眼图像和左眼图像可以由偏振方向相互垂直的光显示。因为能够增加每个图像中的调制光(合成的光)的偏振度，所以可以充分地防止串扰的发生。
根据本公开的实施方式，提供了一种图像显示方法，该方法包括由包括激光光源的光源单元发射光。
使来自光源单元的光通过光学元件入射到反射型光调制元件上，由反射型光调制元件调制的光透过光学元件。
通过消光比等于或小于50:1的至少一个偏振片，控制透过光学元件的调制光的偏振方向，并且调制光被发射到能够投影光的投影光学系统，从而显示图像。
如上所述，根据本公开，可以提供利用激光光源和反射型光调制元件的高性能的图像显示装置和图像显示方法。
如附图中所示的那样，根据下面对其优选实施方式的详细描述，本公开的这些和其他的目的，特征和优点将会非常明显。
附图说明
图1是根据本公开实施方式的图像显示装置的结构的示意图；
图2是图1中所示的第一图像显示单元的结构的示意图；
图3是图1中所示的第二图像显示单元的结构的示意图；
图4是表示偏振片的消光比、透射率和温度之间关系的表格；
图5是消光比和透射率之间关系的曲线图；
图6A和图6B是第一和第二偏振片的配置示例的示意图；以及
图7是根据本公开的另一个实施方式的图像显示装置的结构的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本公开的实施方式进行描述。
(图像显示装置的结构)
图1示出根据本公开实施方式的图像显示装置的结构的示意图。图像显示装置500是用于电影院的投影仪，其使用激光光源，并能够利用光的偏振特性显示三维(立体的)图像。
图像显示装置500包括用于进行三维显示的显示右眼图像10的第一图像显示单元100和显示左眼图像20的第二图像显示单元200，以及合成右眼图像10和左眼图像20并发射图像光的图像合成单元50。而且，图像显示装置500还包括具有光的宽波长带的宽带1/2波片(wavelength plate)60和能够将图像投影在屏幕等之上的投影光学系统70。宽带1/2波片60设置在第二图像显示单元200和图像合成单元50之间。投影光学系统70设置在图像合成单元50的发射侧，并对图像合成单元50发射的右眼图像10和左眼图像20的图像光进行投影。
第一图像显示单元100和第二图像显示单元200调制红光，绿光和蓝光(RGB颜色的光)，并合成各颜色的调制光(图像)，从而显示彩色图像。根据本公开的实施方式，第一图像显示单元100和第二图像显示单元200可单独作为图像显示装置使用。具体地，在根据本公开的实施方式的图像显示装置500中，使用本公开的实施方式的相应图像显示装置可用于显示右眼图像10和左眼图像20。
图像合成单元50是棱镜型分束器。图像合成单元50具有偏振分束器的特性，所述偏振分束器在将被使用的三原色光的所有波长带上具有s偏振光的高反射和p偏振光的高透射性。在该实施方式中，两个形状大致相同的等腰直角棱镜51接合在一起，并在接合面52上形成具有预定的光学特性的偏振膜。接合面52相对于右眼图像10的光的传输方向和左眼图像20的光的传输方向成45度角设置，并且相对于接合面52定义s偏振光和p偏振光。s偏振光在接合面52上被反射，p偏振光则透过接合面52。作为图像合成单元50，可以使用具有另一种结构诸如线网格的分析器。
宽带1/2波片60具有能够在将被使用的光的三原色的全波长带上将偏振方向旋转90度的功能。投影光学系统70包括，例如，以预定的放大倍率将所调制的光放大并将图像投影在屏幕上的投影透镜。宽带1/2波片60和投影光学系统70的结构并不限于此，而是可以适当设置。
根据本实施方式的第一图像显示单元100和第二图像显示单元200每一个都具有这样的结构，即，其中，能够通过p偏振光产生右眼图像10和左眼图像20并能够显示所述图像。从第一图像显示单元100发射的右眼图像10的图像光作为p偏振光进入图像合成单元50，透过接合面52，并被发射到投影光学系统70。从第二图像显示单元200发射的左眼图像20的图像光的偏振方向被宽带1/2波片60旋转90度。因此，左眼图像20的图像光作为s偏振光进入图像合成单元，在接合面52上被反射，并被发射到投影光学系统70。
因此，在该实施方式中，右眼图像相对于接合面52由p偏振的光显示，左眼图像相对于接合面52由s偏振的光显示。这里，相对于接合面52的p偏振的光对应于该实施方式中的第一偏振方向上的光，s偏振的光对应于与第一偏振方向垂直的第二偏振方向上的光。如下面将要描述的，第一图像显示单元100和第二图像显示单元200能够产生具有高偏振度的右眼图像10和左眼图像20。因此，能够充分地阻止右眼图像10和左眼图像20之间发生串扰。
图2是示出了第一图像显示单元100的结构的示意图。图2示出从图1中所示的箭头A1的方向看去的第一图像显示单元100。应该注意的是，在图1中，示出了第一图像显示单元100中的光调制元件102G，偏振元件103G，颜色合成棱镜105，第一偏振片106G和第二偏振片107，而省略了其他配置。
第一图像显示单元100包括照明光学系统101、反射型光调制元件102(下文中，称作光调制元件102)，反射型偏振元件103(下文中，称作偏振元件103)，1/2波片104以及颜色合成棱镜105。另外，第一图像显示单元100还包括设置在偏振元件103和颜色合成棱镜105之间的第一偏振片106，以及设置在颜色合成棱镜105和图像合成单元50之间的第二偏振片107。照明光学系统101、光调制元件102、偏振元件103、1/2波片104和第一偏振片106为3个，它们被设置为用于RGB颜色的光。
照明光学系统101包括被配置为发射RGB颜色的激光的光源(未示出)。所述光源单元包括被配置为发射所述颜色激光的至少一个激光光源。照明光学系统101R包括被配置为发射红色激光R的光源单元，照明光学系统101G包括被配置为发射绿色激光G的光源单元。此外，照明光学系统101B包括被配置为发射蓝色激光B的光源单元。照明光学系统101进一步包括被配置为将来自光源单元的激光以均匀的亮度分布发射至光调制元件102的积分器光学系统(integrator optical system)(未示出)。该积分器光学系统包括，例如，蝇眼透镜，聚光镜或物镜。照明光学系统101的结构不受限制。
光调制元件102是反射型光调制元件，基于与从外部提供的相应颜色的光对应的图像信号对入射到其上的激光进行偏振调制，并反射所述激光。作为光调制元件102，通常使用反射型液晶元件，但是不限于此。
偏振元件103是棱镜型分束器。该偏振元件103具有偏振分束器的特性，所述偏振分束器在三原色光的整个波长带上或者入射到其上的激光的波长带上具有s偏振光的高反射和p偏振光的高透射的特性。这里，s偏振光和p偏振光相对于与各颜色的激光成45度角设置的颜色合成棱镜105的接合面110而定义。s偏振光在偏振元件的接合面108上被反射，而p偏振光则透过接合面108。作为偏振元件103，也可使用具有其他结构的光学元件。
偏振元件103对应于使得来自光源单元的光入射到光调制元件102上，并使得由光调制元件102调制的光透过的光学元件。为RGB各颜色的光设置的偏振元件103R，103G和103B被设置为分别使得各色的光R、G和B入射到三个光调制元件102R、102G和102B上，并使得调制的红色光R，绿色调制光G和蓝色调制光B透过的光学元件。
应该注意的是，在该实施方式中，图1所示的图像合成单元50的接合面52上形成的膜面和图2所示的颜色合成棱镜105的接合面110上形成的膜面彼此扭曲。因此，相对于接合面52定义的s偏振光和p偏振光的偏振方向与相对接合面110定义的s偏振光和p偏振光的偏振方向垂直。具体地，图2所示的相对于合成棱镜105的接合面110的s偏振光和p偏振光分别是图1所示的相对于图像合成单元50的接合面52的p偏振光和s偏振光。但是，本公开不限于这样的设置。
颜色合成棱镜105在图像合成单元50的方向上透射具有绿色波长带的入射光(绿色激光G)，将具有红色波长带和蓝色波长带的入射光(红色激光R和蓝色激光B)反射到图像合成单元50的方向上。颜色合成棱镜105由多个玻璃棱镜(四个具有大致相同形状的等腰直角棱镜)相互接合而成。在每个玻璃棱镜的接合面110上形成两个具有特定光学特性的相干膜。在两个相干膜中，第一相干膜反射蓝色激光B，透过红色激光R和绿色激光G，第二相干膜反射红色激光R，透过蓝色激光B和绿色激光G。
颜色合成棱镜105对应于将透过三个偏振元件103R、103G和103B的各颜色的调制光R，G，B合成并将合成光发射至投影光学系统70的合成元件。在该实施方式中，合成光被发射至位于投影光学系统70前方的图像合成单元50上以显示三维图像。在该实施方式中，包括三个偏振元件103R、103G和103B和颜色合成棱镜105的光学系统150对应于将透过偏振元件103的调制光发射至能够投影光的投影光学系统70的光学系统。
1/2波片104具有在入射到其上的激光的波长带上将偏振方向旋转90度的功能。通过使用为各颜色的激光的波长带进行了优化的1/2波片104R、104G和104B，可以旋转偏振方向而不会降低偏振度。应该注意的是，作为波片104R、104G和104B，可以使用宽波长带1/2波片。
用于各颜色的调制光的三个第一偏振片106设置在三个偏振元件103R、103G和103B与颜色合成棱镜105之间。在该实施方式中，第一偏振片106被设置在1/2波片104的后面。然而，第一偏振片106也可设置在1/2波片104的前方。在这种情况下，第一偏振片106的透射轴的方向被适当地改变。
三个第一偏振片106R、106G和106B是具有各颜色的激光的波长带的窄带偏振片。窄带偏振片是为三原色光的所有波长带内的预定范围的波长带进行优化的偏振片。第一偏振片106R为红色激光R的波长带进行优化，第一偏振片106G为绿色激光G的波长带进行优化。此外，第一偏振片106B为蓝色激光B的波长带进行优化。第一偏振片106R、106G和106B分别控制透过偏振元件103R、103G和103B的调制光R，、G和B的偏振方向。因此，可以增加将被入射到颜色合成棱镜105上的调制光R、G和B的偏振度。
第二偏振片107被设置作为用于从颜色合成棱镜105所发射的调制光R、G和B的合成光的偏振片。第二偏振片107是具有调制光R、G和B的合成光的可见波长带的宽带偏振片。宽带偏振片是能够控制三原色光的整个波长带上的偏振方向的偏振片。通过在颜色合成棱镜105的发射侧上设置第二偏振片107，可以增加合成光的偏振度。应该注意的是，该宽带偏振片可被用作上述第一偏振片106。
第一偏振片106和第二偏振片107每一个的消光比都等于或小于50:1。这里，该消光比定义如下。(消光比)＝(偏振片的透射轴方向的偏振光透过率):(偏振片的吸收轴方向的偏振光透过率)。
在该实施方式中，三个第一偏振片106R、106G和106B以及第二偏振片107每一个的消光比均等于或小于10:1。然而，只要消光比等于或小于50:1，任何偏振片都可以作为第一偏振片106和第二偏振片107。作为第一偏振片106，可以使用比第二偏振片107的消光比小的偏振片，反之亦然。作为三个第一偏振片106R、106G和106B，可以使用具有不同的消光比的三个偏振片。应该注意的是，偏振片的具体结构不受限制，可以采用任何的结构，只要其消光比等于或小于50:1。
在该实施方式中，第一偏振片106和第二偏振片107对应于如下的至少一个偏振片，其中，所述至少一个偏振片被设置在光学系统150中，并被配置为控制透过偏振元件103的调制光的偏振方向，且具有等于或小于50:1的消光比。如上所述，在该实施方式中，具有等于或小于50:1的消光比和降低的所谓的偏振特性的偏振片被用作控制各颜色的调制光和RGB合成光的偏振方向的偏振片。因此，可以增加调制光的偏振度而同时防止偏振片由于光吸收而劣化。结果，可以充分地防止右眼图像10和左眼图像20之间发生串扰。
图3是示出第二图像显示单元200的结构的示意图。图3示出沿着图1所示的箭头A2的方向看去的第二图像显示单元200。应该注意的是，在图1中，示出了第二图像显示单元200中的光调制元件202G、偏振元件203G、颜色合成棱镜205、第一偏振片206G和第二偏振片207，而省去了对其他结构的描述。
第二图像显示单元200与第一图像显示单元100的结构大致相同。具体地，第二图像显示单元200包括照明光学系统201、反射型光调制元件202(下文中称作光调制元件202)、反射型偏振元件203(下文中称作偏振元件203)，1/2波片204以及颜色合成棱镜205。第二图像显示单元200进一步包括设置在偏振元件203和颜色合成棱镜205之间的第一偏振片206，设置在颜色合成棱镜205和图像合成单元50之间的第二偏振片207。照明光学系统201、光调制元件202、偏振元件203、1/2波片204和第一偏振片206分别为3个，它们用于提供RGB颜色的光。如上所述，宽带1/2波片60被设置在第二图像显示单元200的第二偏振片207和图像合成单元50之间。
在该实施方式中，包括三个偏振元件203R、203G和203B以及颜色合成棱镜205的光学系统250对应于将透过偏振元件203的调制光发射到能够投影光的投影光学系统70的光学系统。此外，偏振元件203具有接合面208，颜色合成棱镜205具有接合面210。
(图像显示装置的操作)
作为图像显示装置500的操作，将主要描述通过第一图像显示单元100的右眼图像10的发射。
从照明光学系统101R，发射s偏振的红色激光R。应该注意的是，控制激光的偏振方向的方法不受限制。s偏振的红色激光R在偏振元件103R的接合面108上被反射并进入光调制元件102R。由光调制元件102R基于图像信号调制的红光R返回到偏振元件103R，其p偏振光分量透过接合面108。1/2波片104R将透过的p偏振的调制的红色光R的偏振方向旋转90度。因此，调制的红色光R作为s偏振光进入第一偏振片106R。
在该实施方式中，第一偏振片106R的透射轴的方向与s偏振光的偏振方向对准。因此，第一偏振片106R以等于或小于10:1的消光比透过s偏振光并吸收p偏振光。结果，消减了调制的红色光R中的不必要的光分量并增加了s偏振光的调制的红色光R的偏振度。透过第一偏振片106R的s偏振光的调制的红色光R进入颜色合成棱镜105。
与上述红色激光R类似，绿色激光G和蓝色激光B作为s偏振光分别从照明光学系统101G和101B中发射，并分别从偏振元件103G和103B被反射至光调制元件102G和102B。绿色调制光G和蓝色调制光B分别通过1/2波片104G和104B作为s偏振光进入第一偏振片106G和106B中。之后，第一偏振片106G和106B消减不必要的分量光，从而增加偏振度。透过第一偏振片106G和106B的绿色调制光G和蓝色调制光B进入颜色合成棱镜105。
在颜色合成棱镜105中，调制的红色光R和蓝色调制光B由接合面110反射至图像合成单元50。绿色调制光G透过接合面110并进入到图像合成单元50。以这种方式，调制的红色光R、绿色调制光G和蓝色调制光B被合成，且合成光被发射至第二偏振片107。
同样，第二偏振片107的透射轴的方向与s偏振光的偏振方向对准。因此，第二偏振片107同样在等于或小于10:1的消光比的范围内透过s偏振光并吸收p偏振光。结果，消减了合成光中不必要的光分量，增加了s偏振光的偏振度。如图2中所示，透过第二偏振片107的合成光(调制的RGB颜色光)作为s偏振光被发射至图像合成单元50。如图1中所示，合成光相对于图像合成单元50的接合面52作为p偏振光进入图像合成单元50。以这种方式，产生了右眼图像10，并且其图像光被发射到图像合成单元50。
以相同的方式执行通过第二图像显示单元200的左眼图像20生成和发射。作为s偏振光发射的合成光的偏振方向被宽带1/2波片60旋转，并作为p偏振光进入图像合成单元50。结果，左眼图像20作为s偏振光进入图像合成单元50的接合面52。右眼图像10和左眼图像20由图像合成单元50合成，且合成图像通过投影光学系统70被投影至屏幕等上。例如，观众佩戴具有对于右眼能透过p偏振光的偏振光滤光片和对于左眼能透过s偏振光的偏振光滤光片的眼镜来观看投影的合成图像，就能够欣赏三维图像。
如上所述，在图像显示装置500中，设置在光学系统150(250)内且消光比等于或小于50:1的第一偏振片106(206)和第二偏振片107(207)控制透过偏振元件103(203)的调制光的偏振方向，并且消减了偏振方向上的不必要的光分量。例如，来自光调制元件102(202)的调制光通常在透过光路中的偏振元件103(203)、颜色合成棱镜105(205)、其他玻璃、相位差元件等时，其偏振会被干扰。即使在这种情况下，第一偏振片106(206)和第二偏振片107(207)也会适当地控制调制光(合成光)的偏振方向。因此。可以增加各颜色的调制光和RGB颜色的合成光的偏振度而同时防止第一偏振片106(206)和第二偏振片107(207)由于热吸收而导致的热劣化。具体地，可以减少三维显示的右眼图像和左眼图像之间的串扰并获得高的对比度而同时确保第一偏振片106(206)和第二偏振片107(207)相对于高能量的可靠性。因此，可以实现使用激光光源和反射型光调制元件的高性能图像显示装置。
图4是示出偏振片的消光比、透过率和温度之间的关系的表格。图5是示出了消光比和透射率之间关系的曲线图。为了建立表格和曲线图，使用了包括激光光源和反射型光调制元件并能够输出15000流明亮度的投影仪。之后，通过热电偶测量具有最高温度负载的蓝色激光的偏振片的温度。应该注意的是，输入光栅格式的图像信号。
如图4和图5中所示，消光比越高，透过率就越低。由于光吸收而产生的热量使得温度上升。在根据本公开的实施方式的图像显示装置500中，使用消光比等于或小于50:1的偏振片作为第一偏振片106(206)和第二偏振片107(207)。此外，如上所述，在该实施方式中，使用消光比等于或小于10:1的偏振片。利用消光比在该范围内的偏振片，可以将调制光和合成光以高透过率应用到屏幕上并可以以高亮度投影图像。进一步地，因为将第一偏振片106(206)和第二偏振片107(207)的温度抑制的很低，所以可以防止偏振特性由于热量而导致的恶化。例如，建议通常在温度低于80℃下使用由聚碳酸酯构成的膜偏振片。在本公开的实施方式中，在所述范围内，可以适当地使用由聚碳酸酯构成的膜偏振片。
在使用反射型光调制元件102(202)的情况下，偏振元件103(203)为反射调制光的不必要的光分量的偏振分束器。因此，第一偏振片106(206)和第二偏振片107(207)起到吸收从偏振元件103(203)泄露的不必要的光分量并消减所述光的作用。因此，与使用透过型光调制元件的情况相比，施加到第一偏振片106(206)和第二偏振片107(207)上的过度负荷通常要少一些。然而，在使用激光光源的电影院的投影仪中，因为光源单元输出具有高亮度的激光，所以，有必要考虑第一偏振片106(206)和第二偏振片107(207)的温度上升。在该实施方式中，通过使用消光比等于或小于50:1的偏振片，能够高精度地显示图像。特别地，如在该实施方式中那样，在使用两个显示装置显示右眼图像和左眼图像的情况下，可以充分地防止发生串扰。
在投影右眼图像的投影透镜和投影左眼图像的投影透镜分开的情况下，可以适当地在每个投影透镜的发射测设置偏振片。相反，在左右眼图像被合成并且合成的图像由一个投影透镜投影时，就很难在投影透镜的发射侧设置偏振片。这是因为左右眼图像具有不同的偏振方向。在这种情况下，如在该实施方式中那样，通过设置第一偏振片106(206)和第二偏振片107(207)，可以以充分地减少的串扰和高精度显示彩色图像。此外，因为右眼和左眼图像可以由一个投影透镜进行投影，所以该装置具有小尺寸和重量轻的优势。
本公开不限于上述的实施方式，在不偏离本公开的主旨的前提下能够进行各种改变。
图6A和图6B是示出第一偏振片和第二偏振片配置实例的示意图。在上述实施方式中，设置了用于各颜色的调制光的三个第一偏振片和用于合成光的第二偏振片，从而可以以高精度显示彩色图像。
另一方面，如图6A中所示，没有必要设置第二偏振片，可以只设置三个第一偏振片606(606R、606G和606B)。相反，如图6B中所示，没有必要设置三个第一偏振片606，可以只设置第二偏振片607。因为仅设置三个第一偏振片和第二偏振片的任何一个，所以能够减少元件数量并降低元件成本。此外，例如，可以仅设置三个第一偏振片606(606R、606G和606B)中的任何一个或两个。
在上面的描述中，第一图像显示单元和第二图像显示单元被用于显示三维显示的右眼图像和左眼图像。具体地，光源单元、至少一个反射型光调制元件、光学系统以及至少一个偏振片被用作显示右眼图像和左眼图像的装置。
然而，如图7中所示，根据本实施方式，一个图像显示装置700可单独用作图像显示装置。在这种情况下，发射到投影光学系统770的RGB颜色的激光的偏振方向可设置为彼此不同。例如，如图7中所示，调制的红色光R和蓝色调制光B可作为s偏振光发射，绿色调制光G可作为p偏振光发射。在这种情况下，只设置了第一偏振片706，并没有设置第二偏振片。此外，没有设置旋转绿色调制光G的偏振方向的1/2波片。
例如，在s偏振光的红光R和蓝光B在颜色合成棱镜705的接合面710上具有良好的反射特性而p偏振光的绿光G在颜色合成棱镜705的接合面710上具有良好透射特性的情况下，如图7所示，通过将各颜色的调制光的偏振方向设置为彼此不同，可以实现高照度。
在上述的第二图像显示单元200中，宽波长带1/2波片60可设置在第二偏振片207和颜色合成棱镜205之间。在这种情况下，第二偏振片207的透射轴的方向被旋转90度并被设定。
在上面的描述中，设置了用于RGB颜色的激光的三个照明光学系统。但是，本公开不限于该结构。例如，可以使用一个发射白色激光的照明光学系统。该白色激光可以被分成RGB颜色激光，各颜色的激光可入射到调制红光、绿光和蓝光的三个光调制元件上。或者，可以使用一个照明光学系统和一个反射型光调制元件以使用能够以高速在各颜色之间进行切换的滤色器等来显示彩色图像。在这种情况下，没有使用合成棱镜，并且消光比等于或小于50:1的偏振片设置在偏振元件的后面，从而可以增加调制光的偏振度。
此外，还可以以相对于由图像合成单元确定的p偏振光表面的45度的方向的方式向用于合成右眼图像和左眼图像的图像合成单元的光发射部设置1/4波片。通过设置1/4波片，可以将从图像合成单元发射的光的偏振态从相互垂直的线偏振光变成左右圆偏振光。在这种情况下，1/4波片优选具有覆盖所要使用的光的波长范围的宽波长带。此外，可以使用包括与左圆偏振光的偏振滤光片结合的右圆偏振光的偏振滤光片的眼镜。通过使用这种结构的眼镜，能够防止串扰的发生。当使用者歪着他/她的头观看屏幕时，应该进入使用者一个眼睛的光线部分泄露进入到另一个眼睛，就会发生串扰。
在上文中，作为图像显示装置，已经描述了用于电影院的投影仪。但是，本公开并不限于此，也可以应用到用于其他用途的图像显示装置。
上面所描述的实施方式中的至少两个特征可以组合。
应该注意的是，本公开也可以采用下面的结构。
(1)一种图像显示装置，包括：
光源单元，包括激光光源；
至少一个反射型光调制元件，被配置为调制将入射到其上的光并反射所调制的光；
光学系统，包括被配置为使得来自光源单元的光入射到所述至少一个反射型光调制元件上，并使得由所述至少一个反射型光调制元件调制的光透射的光学元件，所述光学系统被配置为将透过所述光学元件的调制的光发射到能够投影光的投影光学系统上；以及
至少一个偏振片，布置在所述光学系统中的，被配置为控制透过所述光学元件的调制光的偏振方向，且消光比等于或小于50:1。
(2)根据(1)所述的图像显示装置，其中
所述至少一个偏振片的消光比等于或小于10:1。
(3)根据(1)或(2)所述的图像显示装置，其中
所述至少一个反射型光调制元件包括调制红光，绿光和蓝光的三个反射型光调制元件，
所述光学元件被布置为被配置为使得各颜色的光入射到所述三个反射型光调制元件上并使调制的红色光，调制的绿色光和调制的蓝色光透过的三个光学元件，
所述光学系统包括合成元件，所述合成元件被配置为合成透过所述三个光学元件的各颜色的调制的光并将所合成的光发射到所述投影光学系统，以及
至少一个偏振片，布置在所述三个光学元件和所述合成元件之间的用于各颜色的调制的光的三个偏振片和用于从所述合成元件发射的合成光的偏振片中的至少一个。
(4)根据(3)所述的图像显示装置，其中，
所述至少一个偏振片包括用于各颜色的调制的光的三个偏振片和用于所述合成的光的偏振片。
(5)根据(3)或(4)所述的图像显示装置，其中，
所述三个偏振片的每一个包括具有各颜色的光的相应波长带的窄带偏振片，以及
用于所述合成的光的所述偏振片包括具有所述合成光的可见光波长带的宽带偏振片。
(6)根据(1)至(5)之一所述的图像显示装置，其中
所述光源单元、所述至少一个反射型光调制元件、所述光学系统以及所述至少一个偏振片用作显示三维显示的右眼图像和左眼图像的装置。
(7)根据(6)所述的图像显示装置，其中
所述右眼图像由具有第一偏振方向的光显示，且所述左眼图像由具有与所述第一偏振方向垂直的第二偏振方向的光显示。
对于所属技术领域的技术人员来说，应该理解的是，在权利要求或其等同替换的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种改变，组合，次组合和变化。

Claims (7)

1.一种图像显示装置，包括：
光源单元，包括激光光源；
至少一个反射型光调制元件，被配置为调制将入射到其上的光并反射所调制的光；
光学系统，包括被配置为使得来自所述光源单元的光入射到所述至少一个反射型光调制元件上并使得由所述至少一个反射型光调制元件调制的光从其透射的光学元件，且所述光学系统被配置为将透过所述光学元件的所述调制的光发射到能够投射光的投影光学系统；以及
至少一个偏振片，布置在所述光学系统中，被配置为控制透过所述光学元件的所述调制的光的偏振方向，且具有等于或小于50:1的消光比，
其中，
所述至少一个反射型光调制元件包括调制红光、绿光和蓝光的三个反射型光调制元件，
所述光学元件被布置为被配置为使得各颜色的光入射到所述三个反射型光调制元件上并使调制的红色光、调制的绿色光和调制的蓝色光从其透过的三个光学元件，
所述光学系统包括合成元件，所述合成元件被配置为合成透过所述三个光学元件的各颜色的调制的光并将所合成的光发射到所述投影光学系统，以及
所述至少一个偏振片包括：布置在所述三个光学元件和所述合成元件之间的用于各颜色的调制的光的三个偏振片和用于从所述合成元件发射的所述合成的光的偏振片，所述三个偏振片与所述合成元件之间不存在其他元件。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，
所述至少一个偏振片的消光比等于或小于10:1。
3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，
所述三个偏振片的每一个包括具有各颜色的光的相应波长带的窄带偏振片，以及
用于所述合成的光的所述偏振片包括具有所述合成的光的可见光波长带的宽带偏振片。
4.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，
所述光源单元、所述至少一个反射型光调制元件、所述光学系统以及所述至少一个偏振片被用作显示三维显示的右眼图像和左眼图像的装置。
5.根据权利要求4所述的图像显示装置，其中，
所述右眼图像由具有第一偏振方向的光显示，且所述左眼图像由具有与所述第一偏振方向垂直的第二偏振方向的光显示。
6.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述图像显示装置为用于电影院的投影仪。
7.一种图像显示方法，包括：
由包括激光光源的光源单元发射光；
通过光学元件使来自所述光源单元的光入射到反射型光调制元件上，并且使得由所述反射型光调制元件调制的光透过所述光学元件；以及
由消光比等于或小于50:1的至少一个偏振片控制透过所述光学元件的调制的光的偏振方向，并且将所述调制的光发射到能够投射光的投影光学系统上，以显示图像，
其中，
所述反射型光调制元件包括调制红光、绿光和蓝光的三个反射型光调制元件，
所述光学元件被布置为被配置为使得各颜色的光入射到所述三个反射型光调制元件上并使调制的红色光、调制的绿色光和调制的蓝色光从其透过的三个光学元件，
所述光学系统包括合成元件，所述合成元件被配置为合成透过所述三个光学元件的各颜色的调制的光并将所合成的光发射到所述投影光学系统，以及
所述至少一个偏振片包括：布置在所述三个光学元件和所述合成元件之间的用于各颜色的调制的光的三个偏振片和用于从所述合成元件发射的所述合成的光的偏振片，所述三个偏振片与所述合成元件之间不存在其他元件。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5935904B2 (ja) 2013-01-15 2016-06-15 ソニー株式会社 投影型表示装置および直視型表示装置
JP6107383B2 (ja) 2013-04-26 2017-04-05 ソニー株式会社 液晶表示ユニット及び投射型表示装置
JP6012656B2 (ja) * 2014-03-31 2016-10-25 キヤノン株式会社 表示装置用ユニットおよび投射型表示装置
CN109188700B (zh) * 2018-10-30 2021-05-11 京东方科技集团股份有限公司 光学显示系统及ar/vr显示装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101640806A (zh) * 2000-10-02 2010-02-03 株式会社日立制作所 光学设备、图象显示装置以及颜色切换方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7673993B2 (en) * 2005-12-22 2010-03-09 3M Innovative Properties Company Projection system using reflective polarizers
US8388138B1 (en) * 2007-03-11 2013-03-05 Simon Boothroyd Projection display systems
ES2355876T3 (es) * 2007-04-13 2011-03-31 Okamoto Glass Co., Ltd. Polarizador de vidrio y proceso para producir el mismo.
JP4835957B2 (ja) * 2009-01-07 2011-12-14 ソニー株式会社 投射型立体表示装置
JP5263031B2 (ja) * 2009-06-26 2013-08-14 パナソニック株式会社 投写型表示装置
US8820937B2 (en) * 2010-08-17 2014-09-02 Lc-Tec Displays Ab Optical polarization state modulator assembly for use in stereoscopic three-dimensional image projection system
JP5673247B2 (ja) * 2011-03-15 2015-02-18 セイコーエプソン株式会社 光源装置及びプロジェクター
JP2012226000A (ja) * 2011-04-15 2012-11-15 Seiko Epson Corp 光学素子、投射型映像装置及び光学素子の製造方法
US8830580B2 (en) * 2011-10-27 2014-09-09 Eastman Kodak Company Low thermal stress catadioptric imaging optics
JP2013113869A (ja) * 2011-11-25 2013-06-10 Seiko Epson Corp 液晶装置、電子機器、及び位相差補償板
US9671538B2 (en) * 2012-11-19 2017-06-06 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Optical elements comprising cholesteric liquid crystal polymers

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101640806A (zh) * 2000-10-02 2010-02-03 株式会社日立制作所 光学设备、图象显示装置以及颜色切换方法

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