偏振分光復(fù)用裝置、光學(xué)系統(tǒng)和顯示單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及使用例如激光束進行圖像顯示的顯示單元，以及應(yīng)用于這種顯示單元的偏振分光復(fù)用裝置和光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為投影機(投影型顯示單元)中的照明光學(xué)系統(tǒng)的光源，激光取代發(fā)光二極管(LED)引起了人們的關(guān)注。這是因為使用激光作為光源擴展了顏色再現(xiàn)范圍，并且有助于實現(xiàn)低功耗。
[0003]然而，激光是相干光，因此如果激光照射到漫射表面，很可能觀察到點狀干涉圖案。這種干涉圖案被稱為由以下事實引起的斑狀圖案:由漫射表面擴散的光由于漫射表面的微觀不規(guī)則性而干涉，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。因此，期望使斑狀圖案盡可能不可見。
[0004]為了解決這樣的缺點，例如，已報告了一種方法:其中一個激光束被分成兩個偏振光束，然后進行復(fù)用使得一個偏振光束相對于其它偏振光束具有光路延遲，以減少散斑(例如，參見PTLl和PTL2)。在PTLl中，報告了一種方法:其中激光束通過第一偏振光束分離器分成P偏振光束和S偏振光束，并且隨后S偏振光束與P偏振光束由第二偏振光束分離器通過折疊棱鏡而復(fù)用。此外，在PTL2中，報告了一種方法:其中激光束由偏振光束分離器分為P偏振光束和S偏振光束，并且隨后這些偏振光束由反射鏡朝向偏振光束分離器反射，且進一步S偏振光束和P偏振光束由設(shè)置在偏振光束分離器和反射鏡之間的四分之一波長板復(fù)用。在PTLl和PTL2中，通過將P偏振光束和S偏振光束之間的光學(xué)延遲距離設(shè)置為相干長度以上來減小散斑。此外，還報告了利用半反射鏡分割激光束的方法(例如，參考 PTL3)ο
[0005]引用列表
[0006]專利文獻
[0007][PTL1]日本待審專利申請公開號2001-296503
[0008][PTL2]日本待審專利申請公開號2010-191173
[0009][PTL3]日本待審專利申請公開號Sho 63-73221

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]總結(jié)
[0011]技術(shù)問題
[0012]然而，近年來，在使用激光光源的激光束掃描(LBS)投影機的分辨率增強正在發(fā)展。在本文中，在假設(shè)激光束的光收集位置是激光掃描樞軸的情況下，例如當在1280的水平分辨率和50度的水平光學(xué)振蕩角度下像素的水平串擾被假設(shè)為50%時，激光束的發(fā)散角(全尺寸)變?yōu)镮毫弧度(mrad)?；蛘?，當像素的水平串擾在1900的水平分辨率和80度的光學(xué)振動角度下被修改為100%時，激光束的發(fā)散角(全尺寸)變?yōu)镮毫弧度。換言之，在LBS投影機中，復(fù)用光束的角度精度很重要。
[0013]在LBS投影機中，在半導(dǎo)體激光器上進行直接電流調(diào)制提供對應(yīng)于每個像素的亮度。如果激光束是獨立的，鑒于投射到屏幕上的激光束的位置偏離，允許通過應(yīng)用電流抑制圖像模糊。然而，在分割一個光束且然后進行復(fù)用的上述方法中，出現(xiàn)對應(yīng)于位置偏離的圖像模糊。I毫弧度的光學(xué)系統(tǒng)的角度偏離對應(yīng)于一個像素的模糊，由此分辨率降低一半。如果容許約30%的偏離，偏離是0.3毫弧度，并且在上述PTLl或PTL3的方法中，在第二偏振光束分離器的旋轉(zhuǎn)精度方面，其對應(yīng)于0.15毫弧度，和約30秒。在兩個光學(xué)組件的安裝精度方面，非常難以實現(xiàn)30秒，并且相對于環(huán)境中的溫度變化，也難以穩(wěn)定地維持上述數(shù)字。此外，在上述PTL2的方法中，反射鏡可設(shè)置在方形偏振光束分離器的每個表面上，然而，落下過程(falling process)精度通常是約I毫弧度。因此，非常難以達到上述約0.15毫弧度的旋轉(zhuǎn)精度，且在成本方面是不利的。
[0014]期望提供能夠降低散斑并以簡單結(jié)構(gòu)施加更有利的圖像顯示性能的顯示單元、以及安裝在顯示單元上的偏振分光復(fù)用裝置和光學(xué)系統(tǒng)。
[0015]問題的解決方案
[0016]在實施方式中，提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，其包括:光源，被配置為發(fā)射光；以及偏振分光復(fù)用裝置，包括被配置為將光分為具有不同光路長度的兩個偏振光束的第一棱鏡、和被配置為組合兩個偏振光束的第二棱鏡。第一棱鏡包括第一反射表面和面向第一反射表面的第一偏振分光表面，且第二棱鏡包括第二反射表面和面向第二反射表面的第二偏振分光表面。
[0017]在光學(xué)系統(tǒng)的另一實施方式中，第一棱鏡和第二棱鏡中的至少一個包括透明板，該透明板具有平坦的且基本彼此平行的前表面和后表面。
[0018]在光學(xué)系統(tǒng)的另一實施方式中，第一偏振分光表面和第二偏振分光表面中的每個都具有反射膜(其包括金屬膜和介電膜中的至少一種)。在光學(xué)系統(tǒng)的另一實施方式中，第一反射表面和第二反射表面中的每個都具有偏振分光膜(其包括介電膜和線柵中的至少一種)。
[0019]在光學(xué)系統(tǒng)的另一實施方式中，偏振分光復(fù)用裝置包括面向第一偏振分光表面的第一三角棱鏡和面向第二偏振分光表面的第二三角棱鏡。在光學(xué)系統(tǒng)的另一實施方式中，第一偏振光束具有穿過第一棱鏡和第二棱鏡的光路，且第二偏振光束具有穿過第一三角棱鏡和第二三角棱鏡的光路。
[0020]在光學(xué)系統(tǒng)的另一實施方式中，光學(xué)系統(tǒng)是投影機。在光學(xué)系統(tǒng)的另一實施方式中，光源是激光光源。在光學(xué)系統(tǒng)的另一實施方式中，第一棱鏡與第二棱鏡相鄰。
[0021]在實施方式中，提供了一種偏振分光復(fù)用裝置，其包括:第一棱鏡，被配置為將光分為具有不同光路長度的兩個偏振光束，其中，第一棱鏡包括第一反射表面和面向第一反射表面的第一偏振分光表面；以及第二棱鏡，被配置為組合兩個偏振光束，其中，第二棱鏡包括第二反射表面和面向第二反射表面的第二偏振分光表面。
[0022]在偏振分光復(fù)用裝置的另一實施方式中，第一棱鏡和第二棱鏡中的至少一個包括透明板，該透明板具有平坦的且基本彼此平行的前表面和后表面。在偏振分光復(fù)用裝置的另一實施方式中，第一偏振分光表面和第二偏振分光表面中的每個具有反射膜(其包括介電多層膜以及金屬膜和介電膜的組合中的至少一種)。在偏振分光復(fù)用裝置的另一實施方式中，第一反射表面和第二反射表面中的每個具有偏振分光膜(其包括介電多層膜和線柵(wire grid)中的至少一種)。
[0023]在偏振分光復(fù)用裝置的另一實施方式中，偏振分光復(fù)用裝置還包括面向第一偏振分光表面的第一三角棱鏡；和面對第二偏振分光表面的第二三角棱鏡。在偏振分光復(fù)用裝置的另一實施方式中，第一偏振光束具有穿過第一棱鏡和第二棱鏡的光路，且第二偏振光束具有穿過第一三角棱鏡和第二三角棱鏡的光路。在偏振分光復(fù)用裝置的另一實施方式中，其中，第一棱鏡與第二棱鏡相鄰。
[0024]在另一實施方式中，提供了一種顯示單元，其包括:光源，被配置為發(fā)射光；以及偏振分光復(fù)用裝置，包括被配置為將光分為具有不同光路長度的兩個偏振光束的第一棱鏡、和被配置為組合兩個偏振光束的第二棱鏡。第一棱鏡包括第一反射表面和面向第一反射表面的第一偏振分光表面，且第二棱鏡包括第二反射表面和面向第二反射表面的第二偏振分光表面。
[0025]發(fā)明的有利效果
[0026]根據(jù)本公開的各個實施方式的偏振分光復(fù)用裝置、光學(xué)系統(tǒng)、和顯示單元，可以提高(第一和第二)反射表面、非偏振分光表面以及(第一和第二)偏振分光表面之間的相互傾斜的精度，并可以利用簡單結(jié)構(gòu)獲得所需的P偏振光束和S偏振光束之間的光學(xué)延遲。因此，其適于降低散斑而不增加單元的尺寸，并適于獲得更有利的圖像顯示性能。
[0027]應(yīng)理解，前述一般描述和以下詳細描述是示例性的，并且提供其以提供對要求保護的技術(shù)的進一步解釋。
【附圖說明】
[0028]包括附圖以提供對本技術(shù)的進一步理解，并且附圖結(jié)合在本說明中并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖示出了實施方式，并且與說明書一起用于解釋本技術(shù)的原理。
[0029][圖1A]圖1A是示出根據(jù)本技術(shù)的第一實施方式的顯示單元的整體配置的示圖。
[0030][圖1B]圖1B是示出圖1A中所示的顯示單元的變形例的整體結(jié)構(gòu)的示圖(變形例 1-1)O
[0031][圖2A]圖2A是示出圖1A和圖1B中所示的光學(xué)系統(tǒng)的配置實例的示圖。
[0032][圖2B]圖2B是示出圖1A和圖1B中所示的光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)元件和光源部分之間的位置關(guān)系的示圖。
[0033][圖3]圖3是示出圖1A和圖1B中所示的偏振分光復(fù)用裝置的配置實例及其功能的示圖。
[0034][圖4]圖4是示出圖1A和圖1B中所示的偏振分光復(fù)用裝置中的另一光路的示圖(變形例1-1)。
[0035][圖5]圖5是示出作為應(yīng)用于圖1A和圖1B中所示的顯示單元的變形例的光學(xué)系統(tǒng)的配置實例的示圖(變形例1-2)。
[0036][圖6A]圖6A是示出根據(jù)本技術(shù)的第二實施方式的偏振分光復(fù)用裝置的配置實例并示出穿過偏振分光復(fù)用裝置的第一光路的示圖。
[0037][圖6B]圖6B是示出根據(jù)本技術(shù)的第二實施方式的作為變形例的偏振分光復(fù)用裝置的配置實例并示出穿過偏振分光復(fù)用裝置的第一光路的示圖(變形例2-1)。
[0038][圖7A]圖7A是示出圖6A中所示的偏振分光復(fù)用裝置中的第二光路的示圖(變形例2-2) ο
[0039][圖7B]圖7B是示出作為圖6B中所示的變形例的偏振分光復(fù)用裝置中的第二光路的示圖(變形例2-3)。
[0040][圖8A]圖8A是示出圖6A中所示的偏振分光復(fù)用裝置中的第三光路的示圖(變形例2-4) ο
[0041][圖8B]圖8B是示出作為圖6B中所示的變形例的偏振分光復(fù)用裝置中的第三光路的示圖(變形例2-5)。
[0042][圖9A]圖9A是示出圖6A中所示的偏振分光復(fù)用裝置中的第四光路的示圖(變形例2-6) ο
[0043][圖9B]圖9B是示出作為圖6B中所示的變形例的偏振分光復(fù)用裝置中的第四光路的示圖(變形例2-7)。
[0044][圖10A]圖1OA是示出在圖6A中所示的偏振分光復(fù)用裝置中的第五光路的示圖(變形例2-8) ?
[0045][圖10B]圖1OB是示出作為圖6B中所示的變形例的偏振分光復(fù)用裝置中的第五光路的示圖(變形例2-9)。
[0046][圖11A]圖1IA是示出圖6A中所示的偏振分光復(fù)用裝置中的第六光路的示圖(變形例2-10) ο
[0047][圖11B]圖1lB是示出作為圖6B中所示的變形例的偏振分光復(fù)用裝置中的第六光路的示圖(變形例2-11)。
[0048][圖12]圖12是示出使用在圖6八和圖68中所示的偏振分光復(fù)用裝置的光學(xué)系統(tǒng)的配置實例的示圖。
[0049][圖13]圖13是不出使用圖6A和圖6B中所不的偏振分光復(fù)用裝置的光學(xué)系統(tǒng)的第一變形例的示圖(變形例2-12)。
[0050][圖14A]圖14A是在實驗例1_1中使用的光學(xué)系統(tǒng)的示意配置示圖。
[0051][圖14B]圖14B是實驗例1_1中使用的光學(xué)系統(tǒng)的另一示意配置示圖。
[0052][圖15A]圖15A是示出投影在實驗例1_1的屏幕上的圖像的亮度分布的特征圖。
[0053][圖15B]圖15B是投影在實驗例1_2的屏幕上的圖像的亮度分布的特征圖。
[0054][圖16]圖16是示出實驗例2的光學(xué)延遲距離和相對散斑對比度之間的關(guān)系的特征圖。
[0055][圖17A]圖17A是在實驗例3中使用的光學(xué)系統(tǒng)的示意配置示圖。
[0056][圖17B]圖17B是在實驗例3中使用的光學(xué)系統(tǒng)的另一示意配置示圖。
[0057][圖18]圖18是實驗例3中的兩個激光束的波長差和相對散斑對比度之間的關(guān)系的特征圖。
【具體實施方式】
[0058]<第一實施方式>
[0059]在下文中，將參考附圖詳細描述本公開的第一實施方式。
[0060](顯示單元)
[0061]圖1A示出第一實施方式的顯示單元。例如，顯示單元可以是使用半導(dǎo)體激光器作為光源的激光束掃描投影機。如圖1A所示，顯示單元包括光源部分10、允許來自光源部分10的激光束穿過其的偏振分光復(fù)用裝置1、以及作為掃描部分的微機電系統(tǒng)(MEMS)反射鏡14。此外，如圖1B所示，顯示單元可包括在偏振分光復(fù)用裝置I和光源部分10之間的光路上的四分之一波長板15。
[0062](光學(xué)系統(tǒng))
[0063]圖2A示出了圖1A所示的顯示單元中的光學(xué)系統(tǒng)。例如，光學(xué)系統(tǒng)可包括光源部分10和偏振分光復(fù)用裝置I。光源部分10包括激光光源11、準直部分12、和顏色復(fù)用(colormultiplexing)部分13。激光光源11包括紅色激光器11R、綠色激光器IlG和藍色激光器IIB，且準直部分12包括準直透鏡12R、12G和12B。顏色復(fù)用部分13包括反射鏡13R和二向色棱鏡13G和13B。
[0064]紅色激光器I IR、綠色激光器IlG和藍色激光器IlB是分別發(fā)射紅色激光束、綠色激光束和藍色激光束的三種光源。例如，紅色激光器I IR、綠色激光器IIG和藍色激光器IlB中的每個可由半導(dǎo)體激光器等形成?？商娲?，紅色激光器11R、綠色激光器IlG和藍色激光器IlB中的每個可由超級發(fā)光二極管形成。激光光源11可包括兩個或更多個紅色激光器11R、兩個或更多個綠色激光器IlG以及兩個或更多個藍色激光器11B。在這種情況下，理想的是，兩個或更多個紅激光器11R、兩個或更多個綠色激光器IlG以及兩個或更多個藍色激光器IlB可發(fā)射相同顏色的各個激光束(其分別具有彼此相差約I納米或更多的峰值波長)，且發(fā)射的激光束可進入偏振分光復(fù)用裝置I。
[0065]準直透鏡12R、12G和12B分別將從紅色激光器IlR發(fā)射的紅色激光束、從綠色激光器IIG發(fā)射的綠色激光束，和從藍色激光器IlB發(fā)射的藍色激光束準直為基本平行光束。本文所述的基本平行光束是與緊接準直之后相比略微擴散的光束。換言之，它指示略微散焦的光束、緊接準直之后是平行光束且由于相干光的衍射而逐漸擴單的光束，或緊接準直之后略微收集并穿過準直透鏡12R、12G和12B以在與準直透鏡12R、12G和12B相距幾十厘米到幾米的位置處被收集且然后被擴散的光束。本技術(shù)在使用基本平行光束時發(fā)揮有益效果。應(yīng)指出，在以下的描述中，“基本平行光束”被簡稱為平行光束。
[0066]反射鏡13R具有反射表面131R。反射表面131R朝向二向色棱鏡13B反射從紅色激光器IlR發(fā)射且隨后穿過準直透鏡12R以被準直為平行光束的紅色激光束。二向色棱鏡13B是具有二向色膜131B的棱鏡。二向色膜131B反射從藍色激光器IlB發(fā)射且被準直透鏡12B準直為平行光束的藍色激光束，同時允許來自反射鏡13R的紅色激光束選擇性地穿過。二向色棱鏡13G是具有二向色膜131G的棱鏡。二向色膜131G選擇性地反射從綠色激光器IlG發(fā)射且被準直透鏡12G準直為平行光束的綠色激光束，同時允許來自二向色棱鏡13B的藍色激光束和紅色激光束選擇性地穿過。其結(jié)果是，執(zhí)行紅色激光束、綠色激光束和藍色激光束的顏色復(fù)用(光路復(fù)用)。
[0067]MEMS反射鏡14反射穿過偏振分光復(fù)用裝置I的激光束，并例如掃描屏幕17。作為MEMS反射鏡，可采