投射型影像顯示裝置及其空間光調(diào)制器的照明方法
【專利說明】投射型影像顯示裝置及其空間光調(diào)制器的照明方法
[0001]本申請是申請日為2010年9月7日、申請?zhí)枮?01080069008.3、發(fā)明名稱為“投射型影像顯示裝置”的專利申請的分案申請，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種投射型影像顯示裝置，尤其涉及使用來自相干光源的光照明空間光調(diào)制器以在屏幕上進(jìn)行影像顯示的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0003]向屏幕上投射光以進(jìn)行影像顯示的投射型影像顯示裝置已提出包括被稱為所謂“光學(xué)式投影機”的市售品的各種方式。此種投射型影像顯示裝置的基本原理是利用液晶微顯示器或DMD (數(shù)字微鏡器件:Digital Micromirror Device)等空間光調(diào)制器，產(chǎn)生作為基礎(chǔ)的二維圖像，并利用投射光學(xué)系統(tǒng)將該二維圖像放大投影到屏幕上。
[0004]在一般的光學(xué)式投影機，采用使用高壓水銀燈等白色光源照明液晶顯示器等空間光調(diào)制器，利用透鏡將得到的調(diào)制影像放大投影到屏幕上的方式。例如，在日本特開2004-264512號公報公開經(jīng)由二向色鏡將以超高壓水銀燈產(chǎn)生的白色光分成R、G、B的三原色成分，將這些光導(dǎo)向各原色的空間光調(diào)制器，通過十字分色棱鏡將產(chǎn)生的各原色的調(diào)制影像合成，并投影到屏幕上的技術(shù)。
[0005]然而，高壓水銀燈等的高亮度放電燈壽命較短，在用于光學(xué)式投影機等時，必須頻繁地進(jìn)行燈的更換。而且，為了取出各原色成分的光，必須利用二向色鏡等比較大型的光學(xué)系統(tǒng)，因此，有裝置整體大型化的缺點。因此，也提出使用激光等相干光源的方式。例如，在產(chǎn)業(yè)上廣泛利用的半導(dǎo)體激光，比起高壓水銀燈等高亮度放電燈，壽命極長。而且，由于是可產(chǎn)生單一波長的光的光源，因此具有不需要二向色鏡等分光裝置且能使裝置整體小型化的優(yōu)點。
[0006]另一方面，使用激光等相干光源的方式出現(xiàn)產(chǎn)生斑點的新問題。斑點(speckle)是將激光光等的相干光照射至擴散面時產(chǎn)生的斑點狀的花紋，若發(fā)生在屏幕上，則可觀察到斑點狀的亮點不均，成為對觀察者造成生理上的不良影響的主要原因。
[0007]例如，在用激光指針指示了屏幕上的1點時，可觀察到激光的光點在屏幕上閃爍發(fā)光。其原因是，在屏幕上產(chǎn)生斑點噪聲。使用相干光則產(chǎn)生斑點的原因是，在屏幕等的擴散反射面的各部反射后的相干光因其極高的可干涉性而彼此干涉。例如，在“SpecklePhenomena in Optics, Joseph W.Goodman, Roberts&C0.，2006”進(jìn)行了關(guān)于斑點產(chǎn)生的詳細(xì)理論上研究。
[0008]若是激光指針的用途，觀察者僅觀察到微小的點，因此不會產(chǎn)生大問題。然而，在影像顯示裝置的用途中，必須在具有寬區(qū)域的屏幕整面顯示影像，因此若在屏幕上產(chǎn)生斑點，則對觀察者造成生理上的不良影響，出現(xiàn)不舒服等癥狀。
[0009]當(dāng)然，也提出有各種用以降低這種斑點噪聲的具體方法。例如，在日本特開平6-208089號公報已公開將激光光照射至散射板并將從其得到的散射光導(dǎo)向空間光調(diào)制器且通過馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動散射板從而降低斑點的技術(shù)。而且，在日本特開2004-144936號公報已公開在激光光源與空間光調(diào)制器之間配置散射板并通過使該散射板振動以降低斑點的技術(shù)。
[0010]然而，使散射板旋轉(zhuǎn)、振動需要大型的機械驅(qū)動機構(gòu)，裝置整體大型化且耗電也增加。而且，在該方法中，由于散射板使來自激光光源的光散射，因此一部分激光完全無助于影像顯示，而是被浪費了。再者，即使使散射板旋轉(zhuǎn)、振動，照明光的光軸的位置也不變，因此無法充分抑制在屏幕的擴散面產(chǎn)生的斑點。
[0011]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在使用了相干光源的投射型影像顯示裝置中高效且充分地抑制斑點的產(chǎn)生的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012](1)本發(fā)明的第一方式是一種投射型影像顯示裝置，是將光投射至屏幕上以進(jìn)行影像顯示的投射型影像顯示裝置，其特征在于，具備:空間光調(diào)制器，根據(jù)作為顯示對象的影像，對射入的光實施與入射位置對應(yīng)的調(diào)制后射出；照明單元，對所述空間光調(diào)制器供給照明光；以及投射光學(xué)系統(tǒng)，通過將由所述空間光調(diào)制器調(diào)制后的照明光導(dǎo)向所述屏幕，從而將所述影像投射至所述屏幕上，所述照明單元具有:相干光源，產(chǎn)生相干光束；全息圖記錄介質(zhì)，記錄有散射板(30)的像；以及光束掃射裝置，將所述光束照射至所述全息圖記錄介質(zhì)，且以所述光束對所述全息圖記錄介質(zhì)的照射位置隨時間變化的方式進(jìn)行掃射，在所述全息圖記錄介質(zhì)中，使用沿規(guī)定光路照射的參照光，記錄有所述散射板的像作為全息圖，所述相干光源產(chǎn)生具有能再現(xiàn)所述散射板的像的波長的光束，所述光束掃射裝置以所述光束對所述全息圖記錄介質(zhì)的照射方向是沿所述參照光的光路的方向的方式，進(jìn)行所述光束的掃射，所述空間光調(diào)制器配置在由所述全息圖記錄介質(zhì)得到的所述散射板的再現(xiàn)像的生成位置。
[0013](2)本發(fā)明的第二方式是上述第一方式涉及的投射型影像顯示裝置，其中，光束掃射裝置使光束在指定的掃射基點彎折，并將彎折后的光束照射至全息圖記錄介質(zhì)，且通過使所述光束的彎折狀態(tài)隨時間變化，從而使彎折后的光束對所述全息圖記錄介質(zhì)的照射位置隨時間變化，在所述全息圖記錄介質(zhì)中，使用會聚于特定的會聚點的參照光或從特定的會聚點發(fā)散的參照光，記錄有將散射板的像作為全息圖，所述光束掃射裝置以所述會聚點作為所述掃射基點進(jìn)行光束的掃射。
[0014](3)本發(fā)明的第三方式是上述第二方式涉及的投射型影像顯示裝置，其中，在全息圖記錄介質(zhì)中，使用沿以會聚點為頂點的圓錐的側(cè)面三維地會聚或發(fā)散的參照光，記錄有散射板的像。
[0015](4)本發(fā)明的第四方式是上述第三方式涉及的投射型影像顯示裝置，其中，光束掃射裝置具有使光束以在包含掃射基點的平面上擺動運動的方式進(jìn)行彎折的功能，且在全息圖記錄介質(zhì)上在一維方向掃射光束。
[0016](5)本發(fā)明的第五方式是上述第三方式涉及的投射型影像顯示裝置，其中，光束掃射裝置具有使光束以在包含掃射基點的第1平面上擺動運動的方式進(jìn)行彎折的功能及使光束以在包含掃射基點且與所述第1平面正交的第2平面上擺動運動的方式進(jìn)行彎折的功能，并且在全息圖記錄介質(zhì)上在二維方向掃射光束。
[0017](6)本發(fā)明的第六方式是上述第二方式涉及的投射型影像顯示裝置，其中，在全息圖記錄介質(zhì)中，使用沿包含會聚點的平面二維地會聚或發(fā)散的參照光，記錄有散射板的像。
[0018](7)本發(fā)明的第七方式是上述第六方式涉及的投射型影像顯示裝置，其中，光束掃射裝置具有使光束以在包含掃射基點的平面上擺動運動的方式進(jìn)行彎折的功能，并在全息圖記錄介質(zhì)上在一維方向掃射光束。
[0019](8)本發(fā)明的第八方式是上述第一方式涉及的投射型影像顯示裝置，其中，光束掃射裝置通過使光束在平行移動的同時照射至全息圖記錄介質(zhì)，從而使所述光束對所述全息圖記錄介質(zhì)的照射位置隨時間變化，在所述全息圖記錄介質(zhì)中，使用由平行光束構(gòu)成的參照光，記錄有散射板的像作為全息圖，所述光束掃射裝置從與所述參照光平行的方向?qū)⒐馐丈渲了鋈D記錄介質(zhì)，以進(jìn)行光束的掃射。
[0020](9)本發(fā)明的第九方式是上述第一至第八方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，相干光源是產(chǎn)生激光束的激光光源。
[0021](10)本發(fā)明的第十方式是上述第一至第九方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，全息圖記錄介質(zhì)記錄有散射板的像作為體積型全息圖。
[0022](11)本發(fā)明的第十一方式是上述第一至第九方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，全息圖記錄介質(zhì)記錄有散射板的像作為表面浮雕型全息圖。
[0023](12)本發(fā)明的第十二方式是上述第一至第九方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，記錄于全息圖記錄介質(zhì)的全息圖是計算機合成全息圖。
[0024](13)本發(fā)明的第十三方式是上述第一至第九方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，記錄于全息圖記錄介質(zhì)的全息圖是傅立葉變換全息圖。
[0025](14)本發(fā)明的第十四方式是上述第一至第九方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，記錄于全息圖記錄介質(zhì)的全息圖是反射型全息圖，將光束的反射衍射光用作照明光。
[0026](15)本發(fā)明的第十五方式是上述第一至第九方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，記錄于全息圖記錄介質(zhì)的全息圖是透射型全息圖，并將光束的透射衍射光用作照明光。
[0027](16)本發(fā)明的第十六方式是上述第一至第十五方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，光束掃射裝置是掃射型鏡器件、全反射棱鏡、折射棱鏡或光電晶體。
[0028](17)本發(fā)明的第十七方式是上述第一至第十六方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，空間光調(diào)制器由透射型或反射型液晶顯示器、透射型或反射型LC0S元件、或者數(shù)字微鏡器件構(gòu)成。
[0029](18)本發(fā)明的第十八方式是上述第一至第十七方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，投射光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行前方投射，該前方投射將影像投射到屏幕的觀察面?zhèn)取?br>[0030](19)本發(fā)明的第十九方式是上述第一至第十八方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，相干光源具有產(chǎn)生分別具有三原色的各波長的單色光的激光束的3臺激光光源以及將所述3臺激光光源所產(chǎn)生的激光束合成以生成合成光束的光合成器，光束掃射裝置在全息圖記錄介質(zhì)上掃射由所述光合成器生成的所述合成光束，在所述全息圖記錄介質(zhì)中，以通過所述3臺激光光源所產(chǎn)生的各激光束能分別獲得再現(xiàn)像的方式，記錄有散射板的像作為3種全息圖，空間光調(diào)制器具有配置在空間上的像素排列，所述三原色的任一原色與各像素關(guān)聯(lián)對應(yīng)，所述空間光調(diào)制器具有各像素獨立進(jìn)行光的調(diào)制的功能，而且在各像素的位置分別設(shè)有對應(yīng)的原色的濾光器。
[0031](20)本發(fā)明的第二十方式是上述第一方式至第十八方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，具備:第1空間光調(diào)制器，根據(jù)具有第1原色成分的第1影像進(jìn)行調(diào)制；第1照明單元，對所述第1空間光調(diào)制器供給具有與所述第1原色對應(yīng)的波長的第1照明光；第2空間光調(diào)制器，根據(jù)具有第2原色成分的第2影像進(jìn)行調(diào)制；第2照明單元，對所述第2空間光調(diào)制器供給具有與所述第2原色對應(yīng)的波長的第2照明光；第3空間光調(diào)制器，根據(jù)具有第3原色成分的第3影像進(jìn)行調(diào)制；以及第3照明單元，對所述第3空間光調(diào)制器供給具有與所述第3原色對應(yīng)的波長的第3照明光，投射光學(xué)系統(tǒng)通過將由所述第1空間光調(diào)制器調(diào)制后的照明光、由所述第2空間光調(diào)制器調(diào)制后的照明光、及由所述第3空間光調(diào)制器調(diào)制后的照明光導(dǎo)向屏幕，從而并將所述第1影像、所述第2影像、所述第3影像重疊投射至所述屏幕上。
[0032](21)本發(fā)明的第二十一方式是上述第一方式至第十八方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，具備:第1空間光調(diào)制器，根據(jù)具有第1原色成分的第1影像進(jìn)行調(diào)制；第2空間光調(diào)制器，根據(jù)具有第2原色成分的第2影像進(jìn)行調(diào)制；以及第3空間光調(diào)制器，根據(jù)具有第3原色成分的第3影像進(jìn)行調(diào)制，相干光源具有產(chǎn)生具有與所述第1原色對應(yīng)的波長的第1激光束的第1激光光源、產(chǎn)生具有與所述第2原色對應(yīng)的波長的第2激光束的第2激光光源、產(chǎn)生具有與所述第3原色對應(yīng)的波長的第3激光束的第3激光光源以及將這3臺激光光源所產(chǎn)生的激光束合成以產(chǎn)生合成光束的光合成器，光束掃射裝置在全息圖記錄介質(zhì)上掃射由所述光合成器產(chǎn)生的所述合成光束，在所述全息圖記錄介質(zhì)中，以通過所述3臺激光光源所產(chǎn)生的各激光束能分別獲得再現(xiàn)像的方式，記錄有散射板的像作為3種全息圖，照明單元還具有進(jìn)行分時供給動作的切換裝置，所述分時供給動作將從全息圖記錄介質(zhì)獲得的照明光在第1期間供給至所述第1空間光調(diào)制器、在第2期間供給至所述第2空間光調(diào)制器、在第3期間供給至所述第3空間光調(diào)制器，所述第1激光光源在所述第1期間產(chǎn)生所述第1激光束，所述第2激光光源在所述第2期間產(chǎn)生所述第2激光束，所述第3激光光源在所述第3期間產(chǎn)生所述第3激光束。
[0033](22)本發(fā)明的第二十二方式是上述第一方式至第十八方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置，其中，空間光調(diào)制器進(jìn)行分時調(diào)制動作，所述分時調(diào)制動作在第1期間根據(jù)具有第1原色成分的第1影像進(jìn)行調(diào)制、在第2期間根據(jù)具有第2原色成分的第2影像進(jìn)行調(diào)制、在第3期間根據(jù)具有第3原色成分的第3影像進(jìn)行調(diào)制，相干光源具有產(chǎn)生具有與所述第1原色對應(yīng)的波長的第1激光束的第1激光光源、產(chǎn)生具有與所述第2原色對應(yīng)的波長的第2激光束的第2激光光源、產(chǎn)生具有與所述第3原色對應(yīng)的波長的第3激光束的第3激光光源以及將這3臺激光光源所產(chǎn)生的激光束合成以產(chǎn)生合成光束的光合成器，光束掃射裝置在全息圖記錄介質(zhì)上掃射由所述光合成器產(chǎn)生的所述合成光束，在所述全息圖記錄介質(zhì)中，以通過所述3臺激光光源所產(chǎn)生的各激光束能分別獲得再現(xiàn)像的方式，記錄有散射板的像作為3種全息圖，所述第1激光光源在所述第1期間產(chǎn)生所述第1激光束，所述第2激光光源在所述第2期間產(chǎn)生所述第2激光束，所述第3激光光源在所述第3期間產(chǎn)生所述第3激光束。
[0034](23)本發(fā)明的第二十三方式是一種投射型影像顯示裝置中的空間光調(diào)制器的照明方法，是在對空間光調(diào)制器供給照明光并將調(diào)制后的照明光投影至屏幕以進(jìn)行影像顯示的投射型影像顯示裝置中對所述空間光調(diào)制器進(jìn)行照明的方法，其特征在于，具有:準(zhǔn)備階段，通過將散射板的像作為全息圖記錄在記錄用介質(zhì)上，從而創(chuàng)建全息圖記錄介質(zhì)；以及照明階段，在將所述空間光調(diào)制器配置在所述散射板的再現(xiàn)像的生成位置的狀態(tài)下，將相干光束照射至所述全息圖記錄介質(zhì)上，且以使照射位置隨時間變化的方式在所述全息圖記錄介質(zhì)上掃射所述光束，在所述準(zhǔn)備階段，將相干照明光照射至所述散射板，將從所述散射板獲得的散射光用作物體光，將沿規(guī)定光路照射至所述記錄用介質(zhì)且與所述照明光相同波長的相干光用作參照光，將由所述物體光與所述參照光形成的干涉條紋記錄在所述記錄用介質(zhì)，從而創(chuàng)建所述全息圖記錄介質(zhì)，在所述照明階段，以具有能再現(xiàn)所述散射體的像的波長的光束通過沿所述參照光的光路的光路朝向所述全息圖記錄介質(zhì)上的照射位置的方式進(jìn)行掃射。
[0035](24)本發(fā)明的第二十四方式是上述第二十三方式涉及的投射型影像顯示裝置中的空間光調(diào)制器的照明方法，其中，在準(zhǔn)備階段，通過使用在指定的會聚點的位置具有焦點的凸透鏡使大致平行的相干光的光束聚光，從而生成在所述會聚點三維地會聚的參照光或從所述會聚點三維地發(fā)散的參照光，并使用生成的參照光進(jìn)行干涉條紋的記錄。
[0036](25)本發(fā)明的第二十五方式是上述第二十三方式涉及的投射型影像顯示裝置中的空間光調(diào)制器的照明方法，其中，在準(zhǔn)備階段，使用具有與指定的聚光軸平行的中心軸的柱面透鏡使大致平行的相干光的光束聚光在所述聚光軸上，從而生成二維地會聚在所述聚光軸上的點的參照光或從所述聚光軸上的點二維地發(fā)散的參照光，并使用生成的參照光進(jìn)行干涉條紋的記錄。
[0037](26)本發(fā)明的第二十六方式是上述第二十三方式涉及的投射型影像顯示裝置中的空間光調(diào)制器的照明方法，其中，在準(zhǔn)備階段，使用由平行光束構(gòu)成的參照光進(jìn)行干涉條紋的記錄。
[0038](27)本發(fā)明的第二十七方式是上述第二十三方式至第二十六方式中任一項涉及的投射型影像顯示裝置中的空間光調(diào)制器的照明方法，其中，通過使用了假想的散射板的模擬運算來執(zhí)行準(zhǔn)備階段的處理，并將計算機合成全息圖記錄在全息圖記錄介質(zhì)。
[0039](28)本發(fā)明的第二十八方式是上述第二十七方式涉及的投射型影像顯示裝置中的空間光調(diào)制器的照明方法，其中，作為假想的散射板使用在平面上將多個點光源排列成格子狀的模型。
[0040](29)本發(fā)明的第二十九方式是一種投射型影像顯示裝置，是將光投射至屏幕上以進(jìn)行影像顯示的投射型影像顯示裝置，其特征在于，具備:空間光調(diào)制器，根據(jù)作為顯示對象的影像，對射入的光實施與入射位置對應(yīng)的調(diào)制后射出；照明單元，對所述空間光調(diào)制器供給照明光；以及投射光學(xué)系統(tǒng)，將由所述空間光調(diào)制器調(diào)制后的照明光導(dǎo)向所述屏幕，并將所述影像投射至所述屏幕上，所述照明單元具有:相干光源，產(chǎn)生相干光束；微透鏡陣列，由多個獨立透鏡的集合體構(gòu)成；以及光束掃射裝置，將所述光束照射至所述微透鏡陣列，且以所述光束對所述微透鏡陣列的照射位置隨時間變化的方式進(jìn)行掃射，構(gòu)成所述微透鏡陣列的獨立透鏡分別具有使從所述光束掃射裝置照射的光折射以在所述空間光調(diào)制器的受光面上形成指定的照射區(qū)域的功能，且被構(gòu)成為通過任一個獨立透鏡形成的照射區(qū)域在所述受光面上成為大致相同的共同區(qū)域。
[0041](30)本發(fā)明的第三十方式是上述第二十九方式涉及的投射型影像顯示裝置，其中，光束掃射裝置使光束在指定的掃射基點彎折并照射至微透鏡陣列且使所述光束的彎折狀態(tài)隨時間變化，從而使彎折后的光束對所述微透鏡陣列的照射位置隨時間變化，構(gòu)成所述微透鏡陣列的獨立透鏡分別使從所述掃射基點射入的光折射，并在空間光調(diào)制器的受光面上形成共同的照射區(qū)域。
[0042](31)本發(fā)明的第三十一方式是一種投射型影像顯示裝置，是將光投射到屏幕上以進(jìn)行影像顯示的投射型影像顯示裝置，其特征在于，具備:空間光調(diào)制器，根據(jù)作為顯示對象的影像，對射入的光實施與入射位置對應(yīng)的調(diào)制后射出；照明單元，對所述空間光調(diào)制器供給照明光；以及投射光學(xué)系統(tǒng)，將由所述空間光調(diào)制器調(diào)制后的照明光導(dǎo)向所述屏幕，并將所述影像投射至所述屏幕上，所述照明單元具備:相干光源，產(chǎn)生相干光束；光束掃射裝置，通過控制所述光束的方向或位置或該兩者來進(jìn)行光束掃射；以及光擴散元件，使射入的光束擴散并射出，所述光束掃射裝置將所述相干光源產(chǎn)生的所述光束朝向所述光擴散元件射出，且以所述光束對所述光擴散元件的入射位置隨時間變化的方式進(jìn)行掃射，所述光擴散元件具有使射入的光束擴散以在空間光調(diào)制器的受光面上形成指定的照射區(qū)域的功能，且被構(gòu)成為形成的照射區(qū)域在所述受光面上成為大致相同的共同區(qū)域，而與光束的入射位置無關(guān)。
【附圖說明】
[0043]圖1是示出創(chuàng)建本發(fā)明的投射型影像顯示裝置的構(gòu)成要素即全息圖記錄介質(zhì)的處理的光學(xué)系統(tǒng)的配置圖。
[0044]圖2是示出圖1所示的處理中的參照光L23的剖面S1與全