CN106104376B - 投射显示设备和用于投射显示设备的投射方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种能够抑制投射图像的光量分布的非均匀性的投射显示设备。一种投射显示设备(100)具有：包括发光元件的光源单元(10)；通过调制从光源单元发射的光而输出图像光的图像光发生单元(MD)；投射图像光的投射单元(PL21)；向其输入图像光并且作为处于特定偏振态中的光输出该输入光的偏振调制单元(P31)；和设置在发光元件和偏振调制单元之间的光路上的消偏振单元(D31)。

Description

投射显示设备和用于投射显示设备的投射方法
技术领域
本发明涉及一种投射显示设备和一种用于投射显示设备的投射方法
背景技术
作为投影仪的光源，已经广泛使用了放电灯诸如超高压汞灯。然而，近年来，其中替代放电灯地使用固态光源诸如LD(激光二极管)的投影仪已经受到关注。例如，专利文献1公开了一种使用发射线偏振光的固态光源的投影仪。
如与放电灯相比较，固态光源具有高耐久性并且具有稳定光量要求的时间短的优点。此外，因为固态光源能够输出并不包含UV光线的光，所以能够防止光在其上进入的光学件的劣化。
同时，近来已经提出了其中投射偏振光的投影仪。这种投影仪应用于例如使得使用者观察立体图像的立体图像显示设备、仅仅使得特定使用者在视觉上辨识特定信息的安全显示器(secure display)等。
立体显示设备通过使用其偏振态相互不同的两个光束交替地将从不同的视点获取的两个图像(用于右眼的图像和用于左眼的图像)投射到屏幕上。当佩戴通过其为左眼和右眼给出不同的偏振光的偏光眼镜的使用者在屏幕上观察投射图像时，用于右眼的图像光进入使用者的右眼并且用于左眼的图像光进入使用者的左眼。结果，使用者能够三维地辨识所显示的图像。
在另一方面，安全显示器在屏幕上投射示意特定信息的图像及其倒像，每一个图像使用具有不同偏振方向的光。当佩戴仅仅允许特定偏振方向的光通过的偏光眼镜的使用者在屏幕上观察投射图像时，使用者能够在视觉上辨识特定信息。在另一方面，因为不佩戴偏光眼镜的使用者观察到其中特定信息和倒像交迭的状态，所以使用者不能在视觉上辨识特定信息。
相关技术文献
专利文献
专利文献1：JP2013-182207A
发明内容
本发明所要解决的问题
然而，当如在专利文献1中描述的发射偏振光的固态光源被用作投射偏振光的投影仪的光源时，引起了其中投射图像的光量分布存在偏差的问题。具体地，当透射通过投影仪内部的光学件时，从固态光源发射的偏振光碰巧被散射，并且结果可以发生其中偏振态受到干扰的情形。当从其偏振态受到干扰的光提取特定偏振的光分量时，通过光束截面的光的失衡能量分布可以发生。当这种光用于投射图像时，将引起投射图像的光量分布的偏差。
对于使用固态光源的某些投影仪，使用由例如荧光体和激光光源构成的混合型光源。在这种投影仪中，由激光束激发的荧光体辐射黄色光，因此由于与蓝色激光组合而发射白色光。在此情形中，在激光被偏振时荧光不被偏振，从而仅仅对于蓝色光引起光量分布的偏差，并且结果作为颜色非均匀性观察到投射图像的光量分布的偏差。
图1和2是每一幅示意带有颜色非均匀性的投射图像的一个实例的图解。由于投射图像的光量分布的偏差，在投射图像的边缘处，光量降低，从而如在图1中所示，图像变得黑暗，或者在投射图像的边缘处光量增加，从而如在图2中所示，图像变得明亮。
本发明的目的在于提供能够防止投射图像的光量分布的偏差的一种投射显示设备和一种投射显示设备的投射方法。
用于解决所述问题的方案
根据本发明的一种投射显示设备包括：
包括发光元件的光源单元；
调制来自光源单元的光以发射图像光的图像光发生器；
投射图像光的投射单元；
使得图像光在其上入射并且在特定偏振态中发射光的偏振调制器；和，
布置在发光元件和偏振调制器之间的光路上的消偏振器。
根据本发明的一种用于投射显示设备的投射显示方法，包括：
消除由来自光源单元的光产生的图像光的偏振；和，
作为处于特定偏振态中的光发射消除了偏振的图像光。
本发明的效果
根据本发明，能够防止投射图像的光量分布的偏差。
附图简要说明
[图1]用于示意其中引起颜色非均匀性的状态的图解。
[图2]用于示意其中引起颜色非均匀性的状态的图解。
[图3]用于示意根据本发明第一示例性实施例的投影仪100的配置的图解。
[图4]用于示意图3中的光源单元10的详细配置的图解。
[图5]用于示意根据本发明第二示例性实施例的投影仪200的配置的图解。
[图6]用于示意图5中的光源单元11的详细配置的图解。
[图7]用于示意根据本发明第三示例性实施例的投影仪300的配置的图解。
[图8]用于示意根据本发明第四示例性实施例的投影仪400的配置的图解。
具体实施方式
现在，将参考附图描述本发明的示例性实施例。这里，在这个说明和附图中，具有相同功能的构件被赋予相同的附图标记，从而可以省略重复的说明。
(第一示例性实施例)
图3是用于示意根据本发明第一示例性实施例的投影仪100的配置的图解。
投影仪100包括光源单元10、照明光学系统20、绿色显示装置MD-G、投射单元PL21和偏振调制器P31。虽然为了简洁起见在图3中被省略，但是除了绿色显示装置MD-G，实际投影仪100还包括红色显示装置MD-R和蓝色显示装置MD-B。在下文中，当绿色显示装置MD-G、红色显示装置MD-R和蓝色显示装置MD-B并不需要被区别时，绿色显示装置MD-G、红色显示装置MD-R和蓝色显示装置MD-B整体上被称为显示装置MD。
图4是用于示意光源单元10的详细配置的图解。
光源单元10包括激光光源作为发射偏振光的发光元件，并且是使用激光光源和荧光体的混合型光源。光源单元10包括荧光体YP、激发荧光体YP的用于激发的发光元件LD-E和蓝色光源LD-B。用于激发的发光元件LD-E是发射作为激发光的蓝色激光束的蓝色激光二极管。荧光体YP受到由用于激发的发光元件LD-E发射的激发光激发以辐射是黄色荧光的黄色光。蓝色光源LD-B是蓝色激光二极管，并且光源单元10发射通过由荧光体YP发射的黄色光和由蓝色光源LD-B发射的蓝色光构成的白色光。
具体地，光源单元10包括布置成矩阵的、多个用于激发的发光元件LD-E、布置成矩阵以分别地对应于用于激发的发光元件LD-E的多个透镜L1、透镜L2、漫射板D1和光隧道LT1。
光源单元10进一步包括透镜L3、二向色镜DM1、透镜L4、透镜L5、透镜L6、荧光体YP、透镜L7、二向色镜DM2和透镜L8。
光源单元10进一步包括布置成矩阵的多个蓝色光源LD-B、布置成矩阵以分别地对应于蓝色光源LD-B的多个透镜LD11、透镜LD2、漫射器D11和透镜13。
从每一个用于激发的发光元件LD-E发射的激发光被每一个透镜L1准直并且经准直的激发光进入透镜L2。进入透镜L2的激发光在光隧道LT1的入射开口处被透镜L2汇聚。
由透镜L2汇聚的激发光在光隧道LT1的入射开口之前进入漫射板D1并且被漫射板D1漫射，并且然后漫射光进入光隧道LT1。进入光隧道LT1的光在光隧道LT1内部的内部反射表面上被反射多次。结果，靠近光隧道LT1的出射开口，激发光的照度分布变得均匀。
从光隧道LT1发射的激发光通过透镜L3以进入二向色镜DM1。二向色镜DM1反射蓝色光并且透射黄色光。相应地，在二向色镜DM1上入射的激发光被反射以进入透镜L4。在透镜L4上入射的激发光通过透镜L4、透镜L5和透镜L6以照亮荧光体YP。
荧光体YP被激发光激发以辐射黄色光。由荧光体YP辐射的黄色光通过透镜L6、透镜L5和透镜L4以进入二向色镜DM1。在二向色镜DM1上入射的黄色光通过二向色镜DM1以进入透镜L7。在透镜L7上入射的黄色光通过透镜7以进入二向色镜DM2。二向色镜DM2反射黄色光并且透射蓝色光。相应地，在二向色镜DM2上入射的黄色光被二向色镜DM2反射以进入透镜L8。在透镜L8上入射的黄色光在光隧道LT2的入射开口处被透镜L8汇聚。
从每一个蓝色光源LD-B发射的蓝色光被每一个透镜L11准直并且经准直的蓝色光进入透镜L12。在透镜L12上入射的蓝色光被透镜L12在漫射器D11的周围汇聚。在漫射器D11上入射的蓝色光被漫射器D11漫射并且经漫射的蓝色光进入透镜L13。
在透镜L13上入射的蓝色光通过透镜L13以进入二向色镜DM2。在二向色镜DM2上入射的蓝色光通过二向色镜DM2以进入透镜L8。在透镜L8上入射的蓝色光在光隧道LT2的入射开口处被透镜L8汇聚。相应地，二向色镜DM2用作其中由荧光体YP辐射的黄色光和由蓝色光源LD-B发射的蓝色光被组合到同一光轴上的组合器。
说明将返回图3。
照明光学系统20使得来自光源单元10的光在每一个显示装置MD上入射从而光分布变得均匀，并且使得从每一个显示装置MD出射的图像光入射到投射单元PL21。照明光学系统20包括光隧道LT2、透镜L21、消偏振元件D31、透镜L22、反射镜M21和透镜L23。照明光学系统20进一步包括TIR(全内反射)棱镜TP21和颜色棱镜CP21。
光隧道LT2是使得来自光源单元10的光的照度均匀的照度均匀化单元。从光源单元10进入光隧道LT2的黄色光和蓝色光每一个在光隧道LT2内部的反射表面上被反射多次。结果，靠近光隧道LT2的出射开口使得黄色光和蓝色光的照度分布是均匀的。从光隧道LT2出射的光是通过组合黄色光和蓝色光而获得的白色光。
从光隧道LT2出射的白色光进入透镜L21。在透镜L21上入射的白色光通过透镜L21以进入消偏振元件D31。
消偏振元件D31是布置在蓝色光源LD-B和偏振调制器P31之间的光路上并且将入射光转换成非偏振光的消偏振器。消偏振元件D31改变入射光的偏振态从而不像具有特定偏振方向诸如线偏振、圆偏振和椭圆偏振等的光和其偏振方向周期地改变的光那样，进入消偏振元件D31的光变成其振动方向不被对准并且随机地改变的非偏振光。
消偏振元件D31可以是通过使用具有光学各向异性的材料而消除偏振的元件。消偏振元件D31可以采用例如楔形石英板作为具有光学各向异性的材料。例如，通过使用被结合到一起从而它们的光轴相互间以45°的角度定向的两个楔形石英板，能够改变入射光的偏振态以产生其振动方向随机地改变的光。
消偏振元件D31应该不限于以上元件，只要它能够产生多个偏振态。例如，消偏振元件D31可以是由多个周期结构构成的元件，每一个周期结构包括以比通过基板的光的波长更短的间隔周期地排列的凹槽。在这个元件中，凹槽的布置方向不同于每一个周期结构并且并不恒定的每一个周期结构的凹槽并不具有固定的深度。每一个周期结构包括多个深度的凹槽。随着通过消偏振元件D31，在消偏振元件D31上入射的白色光被转换成非偏振光并且进入透镜L22。
在透镜L22上入射的白色光通过透镜L22并且进入反射镜M21。在反射镜M21上入射的白色光由反射镜M21反射并且进入透镜L23。在透镜L23上入射的白色光通过透镜L23并且进入TIR棱镜TP21。因此，透镜L21、透镜L22、反射镜M21和透镜L23用作均匀化从光隧道LT2出射的光并且使得均匀光通过TIR棱镜TP21在显示装置MD上入射的透镜单元25。消偏振元件D31布置在这个透镜单元25中的光路上从而改变利用透镜单元25展开光束直径的光的偏振态。
TIR棱镜TP21具有下述配置，其中两个三角形棱镜经由空气层组合，并且在三角形棱镜和空气层之间的边界面用作全反射表面。相应地，当光以等于或者大于临界角的入射角进入边界面时，入射光被边界面全反射，而当光以小于临界角的入射角进入边界面时，入射光通过边界面。
因为TIR棱镜TP21被布置为使得通过透镜L23的光以等于或者大于临界角的入射角进入TIR棱镜TP21，所以在TIR棱镜TP21上入射的白色光被TIR棱镜TP21的内部边界面全反射并且进入颜色棱镜CP21。
颜色棱镜CP21将从TIR棱镜TP21进入颜色棱镜CP21的白色光分离成绿色光、红色光和蓝色光。由颜色棱镜CP21分离的绿色光进入绿色显示装置MD-G，红色光进入红色显示装置MD-R，并且蓝色光进入蓝色显示装置MD-B。
是DMD(数字微镜装置)的显示装置MD包括多个微镜和用于驱动微镜的驱动器。绿色显示装置MD-G、红色显示装置MD-R和蓝色显示装置MD-B是分别地调制来自光源单元10的光以产生绿色、红色和蓝色的图像光的图像光发生器。由每一个显示装置MD发射的图像光进入颜色棱镜CP21。在颜色棱镜CP21上入射的每一个彩色图像光被颜色棱镜CP21组合并且经组合的图像光进入TIR棱镜TP21。在TIR棱镜TP21上入射的图像光通过TIR棱镜TP21并且进入投射单元PL21。
通过以上方式，TIR棱镜TP21和颜色棱镜CP21用作使得从光隧道LT2发射的光在显示装置MD上入射并且使得由显示装置MD发射的图像光入射到投射单元PL21的棱镜单元P21。
投射单元PL21是用于投射入射的图像光的一组透镜。由投射单元PL21投射的图像光进入偏振调制器P31。
偏振调制器P31是使得图像光入射到其上并且作为具有特定偏振态的光发射图像光的偏振调制单元。由例如偏振板和液晶构成的偏振调制器P31以时分方式从图像光提取不同偏振态的光。例如，偏振调制器P31以时分方式从图像光交替地提取具有不同偏振态的两种光。偏振调制器P31例如以时分方式从图像光交替地提取右手圆偏振光和左手圆偏振光。此外，偏振调制器P31可以以时分方式从图像光交替地提取具有不同偏振方向的两个线偏振光。
此外，偏振调制器P31可以以时分方式从图像光提取具有不同偏振态的三种或者更多的光。在此情形中，偏振调制器P31能够以时分方式顺序地提取处于例如右手圆偏振、左手圆偏振、线偏振和椭圆偏振之中的任何偏振态中的光。
此外，当偏振调制器P31被置放在投影仪100的光路上时，因为从图像光提取了具有特定偏振态的光，所以光的、进入偏振调制器P31的部分不透射通过偏振调制器P31并且不在屏幕上投射。因此，图像光的利用效率降低并且投射图像的亮度降低。因此，偏振调制器P31被以可拆离方式设置，从而当投影仪100不必要投射偏振光时，能够通过移除偏振调制器P31而直接地投射图像光。
在以上第一示例性实施例中，作为一个实例描述了其中在照明光学系统20中布置消偏振元件D31的配置。在图3的实例中，消偏振元件D31布置在照明光学系统20内部的透镜单元25中，并且更加具体地，消偏振元件D31置放在透镜L21和透镜L22之间的光路上。然而，本发明应该不限于这个实例。在消偏振元件D31被配置为通过使用被分离的多个光束的光路差异以在多个光束之间产生相差而消除偏振的情形中，优选的是消偏振元件D31被布置在光束具有最大直径的位置处从而增加光路差异。光隧道LT2的出射表面与显示装置MD共轭。如果靠近光隧道LT2的出射表面存在刮擦、尘土和污垢，则在屏幕上形成它们的图像。相应地，优选的是在远离共轭表面的位置处布置消偏振元件D31。
在本示例性实施例中，投影仪100是三面板式投影仪，其中棱镜单元P21分裂来自光源单元10的光并且使光束朝向各个显示装置MD分裂并且在同一光轴上组合从各个显示装置MD发射的光的图像并且发射组合图像。如果消偏振元件D31设置在已经从光源单元10分裂的光的光路上，则需要为已经从光源单元10分裂的每个光束设置一个消偏振元件D31。因此，优选的是消偏振元件D31在来自光源单元10的光已经被分裂之前的位置处或者在光的图像已经被组合之后的位置处被置放在光路上。
在本示例性实施例中，偏振调制器P31被可移除地设置。当消偏振元件D31被附接或者移除时，优选的是在附接/拆离之前和之后图像光的成像关系不被改变。因此，如果消偏振元件D31被可拆离地设置，则该元件优选地在来自光源单元10在显示装置MD上入射的光的光路上被置放在照明光学系统20中。
如至此描述地，根据本发明的第一示例性实施例，来自光源单元10的光被显示装置MD调制以形成图像光。消偏振元件D31布置在蓝色光源LD-B和偏振调制器P31之间的光路上，从而在消偏振元件D31上入射的光的偏振被消除。相应地，即便从光源单元10发射的光是偏振光，进入偏振调制器P31的图像光仍然变成是非偏振的，因此图像光并不由于偏振方向而提供任何非均匀性，从而已经通过偏振调制器P31的光的光强度分布不存在非均匀性。因此能够防止投射图像中的光强度分布的非均匀性。
此外，在本示例性实施例中，消偏振元件D31由具有光学各向异性的两个楔形石英板构成，该两个石英板布置成使得它们的光轴相互间以45°的角度定向。结果，消偏振元件D31能够与消偏振元件D31上的入射光的偏振态无关地消除偏振。例如，当使用其中排列多个(例如，几十个)LD的光源时，由于LD的性能和设计的可变性，个体LD可以呈现不同的偏振态。即使在这种情形中，因为能够更加可靠地消除图像光的偏振，所以仍然能够防止投射图像中的光强度分布的非均匀性。
在本示例性实施例中，消偏振元件D31布置在光源单元10和显示装置MD之间的光路上。因为这个布置使得防止在置放在光路上的消偏振元件D31和从光路移除的消偏振元件D31之间的差异引起的、对于成像特性的影响成为可能，所以能够在必要时附接和移除消偏振元件D31。结果，当投影仪100不必要投射偏振光时能够增加投射图像的亮度。
在本示例性实施例中，照明光学系统20包括光隧道LT2、透镜L21和棱镜单元P21。光隧道LT2使得来自光源单元10的光的照度是均匀的。棱镜单元P21将从光隧道LT2出射的光导引到显示装置MD并且还使得由显示装置MD产生的图像光入射到投射单元PL21。透镜L21布置在光隧道LT2和棱镜单元P21之间的光路上。消偏振元件D31布置在透镜21和棱镜单元P21之间的光路上以改变通过透镜L21的光的偏振态。在置放在光路上的消偏振元件D31和从光路移除的消偏振元件D31之间成像特性发生差异。然而，消偏振元件D31是几毫米的，而照明光学系统具有冗余，从而消偏振元件D31能够在必要时被附接或者移除。此外，因为消偏振元件D31置放在光束的光束直径展开的位置处，所以当消偏振元件D31反射被复分的光束时，在光束之间出现大的光路差异，从而生产大的相差，因此可靠地消除偏振。结果，能够可靠地防止在投射图像中的光强度分布的非均匀性。
在本示例性实施例中，使用多个显示装置MD。棱镜单元P21分裂来自光源单元10的光并且使得分裂的光分量在各个显示装置MD上入射并且组合从各个显示装置MD发射的光的图像并且使得经组合的图像光入射到投射单元PL21。此外，消偏振元件D31置放在发光元件LD-B和棱镜单元P21之间的光路上，或者在棱镜单元P21和偏振调制器P31之间的光路上。相应地，当光被分裂从而形成光的分别的图像时，消偏振元件D31被布置在光束分裂之前或者在光束组合之后光被组合的位置处，因此不需要多个消偏振元件D31，因此使得抑制投影仪100的成本成为可能。
在本示例性实施例中，消偏振元件D31配置为改变入射光的偏振态从而进入消偏振元件D31的光越过垂直于光传播方向的同一平面被转换成包括不同的多个偏振条件的光。这允许通过消偏振元件D31的光更加可靠地不被偏振。相应地，能够可靠地防止投射图像中的光强度分布的非均匀性。
(第二示例性实施例)
图5是用于示意根据本发明第二示例性实施例的投影仪200的配置的图解。
虽然在投影仪100中消偏振元件被布置在照明光学单元中，但是本发明不限于此实例。在投影仪200中，消偏振元件被布置在光源单元中。将通过关注于与投影仪100的差异而给出以下说明，从而省略了关于与投影仪100的那些相同的构件的说明。
投影仪200包括光源单元11、照明光学系统21、显示装置MD、投射单元PL21和偏振调制器P31。
图6是用于示意光源单元11的配置的图解。除了投影仪100的光源单元10的配置，光源单元11还包括消偏振元件D32。在从蓝色光源LD-B发射的蓝色光的光路上，消偏振元件D32置放在光源单元11内部。例如，消偏振元件D32布置在透镜L12和漫射器D11之间的光路上。在这个布置中，从蓝色光源LD-B发射的偏振蓝色光在消偏振元件D32上入射并且在消偏振元件D32上入射的蓝色光的偏振态被改变为非偏振光状态。
说明将返回图5。照明光学系统21与从其省略了消偏振元件D31的投影仪100的照明光学系统20相同。因为光源单元11包括消偏振元件D32，所以不存在偏振的非偏振白色光进入照明光学系统21。
如上所述，根据本发明的第二示例性实施例，消偏振元件D32在从蓝色光源LD-B发射的偏振蓝色光的光路上设置在光源单元11内部。因为这个布置使得以更加可靠的方式消除从蓝色光源LD-B发射的偏振光的偏振成为可能，所以通过偏振调制器P31的光的光强度分布将不包括任何非均匀性，因此能够以更加可靠的方式防止图像光的光强度分布的非均匀性。
(第三示例性实施例)
图7是用于示意根据本发明第三示例性实施例的投影仪300的光学系统的配置的图解。
虽然在投影仪100中，消偏振元件被布置在照明光学单元中，并且在投影仪200中，消偏振元件被布置在光源单元中，但是本发明不限于这些实例。在投影仪300中，消偏振元件被布置在图像光被投射到的投射表面(未示出)和显示元件MD之间的光路上。
投影仪300包括光源单元10、照明光学系统21、显示装置MD、投射单元PL21、消偏振元件D33和偏振调制器P31。
因为光源单元10具有与在第一示例性实施例中描述的光源单元10的相同的配置，并且照明光学系统21与在第二示例性实施例中描述的照明光学系统21相同，所以在这里省略这些说明。
消偏振元件D33设置在投射面和显示装置MD之间的光路上，例如在投射单元PL21和偏振调制器P31之间的光路上。结果，从投射单元PL21出射的图像光进入消偏振元件D33。消偏振元件D33改变将被转换成非偏振光的入射图像光的偏振态。相应地，偏振调制器P31接收非偏振图像光。
如上所述，根据本发明第三示例性实施例，消偏振元件D33设置在光源单元10和偏振调制器P31之间的光路上和在显示装置MD和偏振调制器P31之间的光路上。结果，由显示装置MD产生的图像光在消偏振元件D33上入射，并且非偏振图像光在偏振调制器P31上入射。因为这个布置使得以更加可靠的方式消除在偏振调制器P31上入射的光的偏振成为可能，所以通过偏振调制器P31的光的光强度分布将不包括任何非均匀性，因此，能够由此以更加可靠的方式防止图像光的光强度分布的非均匀性。
(第四示例性实施例)
图8是用于示意根据本发明第四示例性实施例的投影仪400的光学系统的配置的图解。
是单板型投影仪的投影仪400包括光源单元LS6、照明光学系统60、显示装置MD61、投射单元PL61和偏振调制器P71。照明光学系统60包括光隧道LT6、色轮CW6、透镜L61、消偏振元件D71、透镜L62、反射镜M61、透镜L63和TIR棱镜TP61。
光源单元LS6包括发射偏振光的固态光源。这个光源可以例如具有与在第一示例性实施例中利用图3描述的光源单元10的相同的配置。从光源单元LS6发射的光在光隧道LT6的入射开口处汇聚。进入光隧道LT6的光在光隧道LT6内部被反射多次，从而靠近光隧道LT6的出射开口，使得光的照度分布是均匀的。
色轮CW6具有包括每一个透射不同颜色的光的多个透射性区段的圆盘和用于转动圆盘的马达。在圆盘被马达转动时，在圆盘上的、来自光源单元LS6的光在其上入射的位置移动，从而光轮流地进入不同的透射性区段。结果，通过色轮CW6的光的颜色以时分方式改变。从色轮CW6出射的光在透镜L61上入射。在透镜L61上入射的光通过透镜L61并且进入消偏振元件D71。
消偏振元件D71是改变将被转换成非偏振光的入射光的偏振态的消偏振器。消偏振元件D71改变入射光的偏振态，从而所产生的光越过垂直于入射光传播方向的相同平面包含不同的多个随机偏振态。例如，消偏振元件D71可以是通过使用具有光学各向异性的材料消除偏振的元件。在消偏振元件D71上入射的光随着通过消偏振元件D71而被转换成不存在偏振的非偏振光，并且然后非偏振光进入透镜L62。
在透镜L62上入射的光通过透镜L62并且进入反射镜M61。在反射镜M61上入射的光由反射镜M61反射以在透镜L63上入射。在透镜L63上入射的光通过透镜L63并且在TIR棱镜TP61上入射。
TIR棱镜TP61具有由与其间的空气层组合的两个三角形棱镜构成的配置，在三角形棱镜和空气层之间的边界面用作全反射表面。相应地，当光线以等于或者大于临界角的入射角进入边界面时，入射光被全反射，而当光线以小于临界角的入射角进入边界面时，入射光通过边界面。
因为TIR棱镜TP61被如此布置，使得通过透镜L63的光以等于或者大于临界角的入射角进入TIR棱镜TP61，所以从透镜L63在TIR棱镜TP61上入射的光被TIR棱镜TP61的内部边界全部反射出去并且进入显示装置MD61。
是DMD的显示装置MD61包括多个微镜和用于驱动微镜的驱动器。显示装置MD61是调制入射光以产生图像光的图像光发生器。显示装置MD61朝向TIR棱镜TP61发射所产生的图像光。从显示装置MD61发射的图像光再次进入TIR棱镜TP61。因为TIR棱镜TP61被布置为使得图像光以小于临界角的角度在边界面上入射，所以图像光通过边界面并且进入投射单元PL61。
投射单元PL61是用于投射入射的图像光的一组透镜。由投射单元PL61投射的图像光进入偏振调制器P71。
偏振调制器P71具有与偏振调制器P31相同的功能。
虽然在本示例性实施例中，消偏振元件D71布置在透镜L61和透镜L62之间，但是本发明应该不限于这个实例。类似于投影仪200地，在单板投影仪中，消偏振元件D71也可以布置在光源单元中的光路上。类似于投影仪300地，消偏振元件D71可以布置在图像光在其上投射的投射面(未示出)和显示装置MD之间的光路上。
如至此已经描述地，根据本发明的第四示例性实施例，来自发射偏振光的光源单元LS6的光被显示装置MD调制以形成图像光。消偏振元件D71布置在光源单元LS6和偏振调制器P71之间的光路上，从而在消偏振元件D71上入射的光变成非偏振光。相应地，进入偏振调制器P71的图像光变成非偏振光，因此图像光并不沿着偏振方向呈现任何非均匀性。因此，通过偏振调制器P71的光的光强度分布不存在非均匀性。结果，在单板投影仪中也能够防止图像光的光强度分布的非均匀性。
虽然已经参考示例性实施例解释了本发明，但是本发明不应该限制于以上示例性实施例。可以在本发明的范围内对于本发明的结构和细节作出本领域技术人员能够理解的各种修改。
例如，在以上示例性实施例中，光源单元是包括荧光体和激光光源的混合型的，然而，本发明不限于此实例。作为一种变型实例，替代使用荧光体地，光源单元可以包括发射不同激光束的多种激光光源。
可替代地，在以上示例性实施例中，照度均匀化单元是光隧道LT2，然而本发明不应该限制于这个实例。作为一种变型实例，可以替代光隧道LT2地使用积分棒。
每一个以上示例性实施例部分地或者全部地被描述为以下补充性注解，但是本发明不应该限制于这些补充性注解。
[补充性注解1]
一种投射显示设备，包括：
光源单元，所述光源单元包括发光元件；
图像光发生器，所述图像光发生器调制来自所述光源单元的光以发射图像光；
投射单元，所述投射单元投射所述图像光；
偏振调制器，使得所述图像光在所述偏振调制器上入射并且所述偏振调制器在特定偏振态中发射光；和，
消偏振器，所述消偏振器布置在所述发光元件和所述偏振调制器之间的光路上。
[补充性注解2]
根据补充性注解1的投射显示设备，其中，所述消偏振器由具有光学各向异性的两个楔形石英板构成，所述两个石英板被布置为使得它们的光轴相互间以45度的角度定向。
[补充性注解3]
根据补充性注解1或者2的投射显示设备，其中，所述消偏振器将进入所述消偏振器的光转换成非偏振光。
[补充性注解4]
根据补充性注解1到3中的任何一项的投射显示设备，其中，所述消偏振器布置在所述光源单元和所述图像光发生器之间的光路上。
[补充性注解5]
根据补充性注解1到4中的任何一项的投射显示设备，进一步包括照明单元，
其中，所述照明单元包括：
照度均匀化单元，所述照度均匀化单元使来自所述光源单元的光的照度均匀；
棱镜单元，所述棱镜单元使从所述照度均匀化单元出射的光在所述图像光发生器上入射并且使得从所述图像光发生器发射的所述图像光在所述投射单元上入射；和
透镜，所述透镜布置在所述照度均匀化单元和所述棱镜单元之间的光路上，
其中，所述消偏振器布置在所述透镜和所述棱镜单元之间的光路上。
[补充性注解6]
根据补充性注解1到3中的任何一项的投射显示设备，其中，光源单元包括：
用于激发的发光元件；
荧光体，所述荧光体根据来自所述用于激发的发光元件的光发射荧光；和
组合器，所述组合器组合由所述荧光体发射的荧光和从所述发光元件发射的偏振光，
其中，所述消偏振器布置在所述光源单元中由所述发光元件发射的偏振光的光路上。
[补充性注解7]
根据补充性注解1到3中的任何一项的投射显示设备，其中，所述消偏振器布置在所述图像光发生器和所述偏振调制器之间的光路上。
[补充性注解8]
根据补充性注解1到3中的任何一项的投射显示设备，其中，提供多个图像光发生器，作为所述图像光发生器，
其中，所述投射显示设备进一步包括棱镜单元，所述棱镜单元光谱地分离来自所述光源单元的光以使得被分离的光入射到每一个图像光发生器并且组合从每一个图像光发生器发射的图像光以使得经组合的图像光入射到所述投射单元，
其中，所述消偏振器布置在所述发光元件和所述棱镜单元之间的光路上或者在所述棱镜单元和所述偏振调制器之间的光路上。
[补充性注解9]
根据补充性注解1到8中的任何一项的投射显示设备，其中，所述偏振调制器以时分方式从所述图像光交替地提取右手圆偏振光和左手圆偏振光。
[补充性注解10]
根据补充性注解1到8中的任何一项的投射显示设备，其中，所述偏振调制器以时分方式从所述图像光交替地提取偏振方向相互不同的两个线偏振光。
[补充性注解11]
根据补充性注解1到8中的任何一项的投射显示设备，其中，所述偏振调制器以时分方式从所述图像光交替地提取处于在右手圆偏振、左手圆偏振、线偏振和椭圆偏振中的任何偏振态中的光。
[补充性注解12]
根据补充性注解1到11中的任何一项的投射显示设备，其中，所述消偏振器改变入射光的偏振态从而使在所述消偏振器上入射的光在垂直于光传播方向的同一平面中被转换成具有多个不同偏振态的光。
[补充性注解13]
一种用于投射显示设备的投射显示方法，包括：
消除由来自光源单元的光产生的图像光的偏振；和
作为处于特定偏振态中的光发射偏振被消除的所述图像光。
附图标记的说明
100、200、300、400 投影仪
10、11 光源单元
20、21 照明光学系统
LT 光隧道(照度均匀化单元)
25、65 透镜单元
L21 透镜
P21 棱镜单元
MD 显示装置(图像光发生器)
PL21、PL61 投射单元
P31、PL71 偏振调制器
D31、D32、D33、D71 消偏振元件(消偏振器)

Claims (5)

1.一种投射显示设备，包括：
光源单元，所述光源单元包括发光元件；
图像光发生器，所述图像光发生器调制来自所述光源单元的光以发射图像光；
投射单元，所述投射单元投射所述图像光；
偏振调制器，使得所述图像光在所述偏振调制器上入射并且所述偏振调制器在特定偏振态中发射光；
消偏振器，所述消偏振器布置在所述发光元件和所述偏振调制器之间的光路上；和，
照明单元，其中，所述照明单元包括：
照度均匀化单元，所述照度均匀化单元使来自所述光源单元的光的照度均匀；
棱镜单元，所述棱镜单元使从所述照度均匀化单元出射的光在所述图像光发生器上入射并且使得从所述图像光发生器发射的所述图像光在所述投射单元上入射；和
透镜，所述透镜布置在所述照度均匀化单元和所述棱镜单元之间的光路上，
其中，所述消偏振器布置在所述透镜和所述棱镜单元之间的光路上。
2.根据权利要求1所述的投射显示设备，其中，所述消偏振器由具有光学各向异性的两个楔形石英板构成，所述两个石英板被布置为使得它们的光轴相互间以45度的角度定向。
3.根据权利要求1所述的投射显示设备，其中，所述消偏振器将进入所述消偏振器的光转换成非偏振光。
4.根据权利要求1所述的投射显示设备，其中，所述消偏振器布置在所述光源单元和所述图像光发生器之间的光路上。
5.根据权利要求1所述的投射显示设备，其中，所述偏振调制器以时分方式从所述图像光交替地提取右手圆偏振光和左手圆偏振光。
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