專(zhuān)利名稱(chēng):激光投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及顯示裝置,其根據(jù)影像信號(hào)對(duì)來(lái)自激光光源等相干光源的光束進(jìn)行調(diào)制掃描,從而顯示影像,并涉及減少顯示時(shí)的散斑(speckle)、噪聲的技術(shù)。
背景技術(shù):
使3色的激光射至工作的反光鏡發(fā)生反射,并在屏幕上顯示影像的激光顯示裝置,例如在日本特開(kāi)2003-021800號(hào)公報(bào)中已經(jīng)提出。在這樣的激光顯示裝置中,因?yàn)槭褂孟喔尚暂^高的激光,會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生隨機(jī)的斑紋的散斑現(xiàn)象,作為顯示器的顯示品質(zhì)成為問(wèn)題。為了減少該散斑現(xiàn)象,例如日本專(zhuān)利第04144713號(hào)公報(bào)所示,可以列舉使光路機(jī)械振動(dòng)的方法,但存在頻率不足以使散斑充分減少、效果較小的問(wèn)題。作為其他使用激光的顯示裝置,如日本特開(kāi)平6-208089號(hào)公報(bào)所示,提出了將由光調(diào)制元件根據(jù)圖像信息調(diào)制后的圖像放大投影的方法。該方法中散斑也同樣成為課題, 但關(guān)于該課題,在日本特開(kāi)2007-163702號(hào)公報(bào)中,提出了在一對(duì)透明基板之間密封液晶的散斑消除裝置。圖3中,表示與日本專(zhuān)利第04144713號(hào)公報(bào)同樣使激光光束整體搖動(dòng)的情況下的激光光束與屏幕的關(guān)系。在使與日本特開(kāi)2003-021800號(hào)公報(bào)類(lèi)似的激光掃描的顯示裝置的情況下,1個(gè)光束90由投影在屏幕100上的范圍內(nèi)的屏幕的凹凸反射,產(chǎn)生散斑。當(dāng)搖動(dòng)前的光束90和搖動(dòng)后的光束91在屏幕100上的投影范圍相互錯(cuò)開(kāi),僅重合長(zhǎng)度a時(shí),因?yàn)閍的范圍內(nèi)凹凸的形狀不變,所以散斑也不變化。即,在專(zhuān)利文獻(xiàn)2的方法中,搖動(dòng)的振幅越大、搖動(dòng)前后的光束的重合越少,則散斑減少的效果越大。但是,同時(shí)會(huì)存在作為副作用的圖像晃動(dòng)較大的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決上述課題,提供一種減少激光的散斑并且實(shí)現(xiàn)高清晰度的激光顯示裝置。為了解決上述課題,本發(fā)明的以相干光為光源的投影儀包括出射相干光的1個(gè)以上的相干光源;使從上述相干光源獲得的光束的方向變化的光束掃描單元;和在上述光束掃描單元與上述相干光源的光路間將上述光束分割為多束,并使分割而得的各部分的光的相位變化的光束分割裝置。此處,上述光束分割裝置包括一對(duì)透明基板;以呈正交的方向配置在上述透明基板的各個(gè)基板上的多個(gè)平行的電極;和封入上述透明基板間的液晶,以規(guī)定的時(shí)間間隔對(duì)上述電極個(gè)別施加電壓,在被上述透明基板夾著的液晶中產(chǎn)生不同的電位。根據(jù)本發(fā)明,能夠減少視覺(jué)上的激光的散斑,所以能夠提供一種抑制了因散斑引起的畫(huà)質(zhì)降低的高清晰的激光投影儀。
圖1是第一實(shí)施例中的顯示裝置的整體結(jié)構(gòu)。圖2是說(shuō)明激光光束分割的圖。圖3是使光束整體搖動(dòng)的情況的說(shuō)明圖。圖4是分割光束并使其搖動(dòng)的情況的說(shuō)明圖。圖5是表示分割光束的相位關(guān)系的圖。圖6是光束分割裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖7a是表示顯示幀η時(shí)各電極電位和各單元電位差的圖。圖7b是表示顯示幀n+1時(shí)各電極電位和各單元電位差的圖。圖8是第一實(shí)施例中對(duì)各電極施加的電壓波形圖。圖9a是表示第二實(shí)施例的顯示幀η時(shí)各電極電位和各單元電位差的圖。圖9b是表示第二實(shí)施例的顯示幀n+1時(shí)各電極電位和各單元電位差的圖。圖10是第三實(shí)施例中對(duì)各電極施加的電壓波形圖。圖11是第四實(shí)施例中對(duì)各電極施加的電壓波形圖。圖12是第五實(shí)施例中對(duì)各電極施加的電壓波形圖。圖13是表示第六實(shí)施例中各電極的形狀的圖。圖14是表示第七實(shí)施例中各電極的形狀的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將投影的激光光束92如圖2所示在光束截面上分割為多個(gè)光束區(qū)域,使分割后的各光束的光相位不同,并進(jìn)一步使相位狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化。由此,使產(chǎn)生的散斑散射并進(jìn)行時(shí)間平均,使散斑減少。例如,如圖4所示,光束93被分割為b、c、d、e、f這5個(gè)部分,如圖5所示,某個(gè)顯示幀η中的5個(gè)位置的相位關(guān)系與另一個(gè)顯示幀n+1中的相位關(guān)系不同。因此,η中的散斑圖案與n+1中的散斑圖案不同,所以在人的感知上,這些散斑圖案被時(shí)間平均,看起來(lái)散斑減少。該例中,因?yàn)橐詭瑔挝皇瓜辔粻顟B(tài)變化,所以在有運(yùn)動(dòng)物體的影像的情況下,不能夠進(jìn)行時(shí)間平均,所以散斑減少的效果較小。在理想情況下,若在光束掃描1個(gè)點(diǎn)的期間內(nèi)使相位關(guān)系變化,則動(dòng)態(tài)圖像時(shí)的散斑減少效果會(huì)較大。此外,本例中將1個(gè)光束分割為5 個(gè),但分割數(shù)越多效果越大。關(guān)于將光束分割并使光的相位變化的機(jī)構(gòu),可以使用圖6所示的液晶單元,也可以運(yùn)用MEMS (Mechanical Electro Micro Systems,微機(jī)電系統(tǒng))的裝置或使用電光學(xué)晶體的裝置。此外,也可以使用圖14所示的存在凹凸的玻璃板。以下用
更具體的結(jié)構(gòu)。[實(shí)施例1]圖1是表示第一實(shí)施例的顯示裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。第一實(shí)施例的顯示裝置,將根據(jù)影像信號(hào)進(jìn)行了調(diào)制的紅色、藍(lán)色、綠色的半導(dǎo)體激光器的激光合成,使RGB合成后的激光光束通過(guò)MEMS反射鏡50的作用在屏幕100上進(jìn)行光束掃描,從而進(jìn)行影像顯示。具體而言,從綠色激光器10發(fā)出的光束被準(zhǔn)直透鏡20整形為大致平行的光束,透過(guò)分色棱鏡 30和分色棱鏡31,入射到光束分割裝置40,通過(guò)MEMS反射鏡50的作用在屏幕100上進(jìn)行光束掃描。同樣的,從紅色激光器11發(fā)出的光束被準(zhǔn)直透鏡21整形為大致平行的光束,在分色棱鏡30上反射,透過(guò)分色棱鏡31,入射到光束分割裝置40。另外,從藍(lán)色激光器12發(fā)出的光束被準(zhǔn)直透鏡22整形為大致平行的光束,在分色棱鏡31上反射,入射到光束分割裝置 40。接著,對(duì)光束分割裝置40進(jìn)行說(shuō)明。光束分割裝置40如圖2所示,將入射的綠色、 紅色、藍(lán)色的混合激光光束分割為401到425的5X5個(gè)區(qū)段。并且使透過(guò)各區(qū)段的光束分別具有各自的相位。例如,各色的光束尺寸在光束分割裝置40上直徑為1.0mm,各區(qū)段按 0. 2mm的間距分割。圖6表示光束分割裝置40的結(jié)構(gòu)圖。光束分割裝置40是在一對(duì)基板430、431之間填充液晶432而得的。以正交的方向在430形成電極446-450,在431形成電極441-445。 被上下的電極所夾著的區(qū)域,對(duì)應(yīng)于圖2中的401到425的5X5個(gè)區(qū)段。液晶432起到相位調(diào)制器件的作用,由于從上下電極施加的電壓在液晶上下產(chǎn)生電位差,利用該電位差控制透過(guò)液晶的激光光束的相位。圖7(a) (b)表示顯示幀η和顯示幀n+1時(shí)對(duì)各電極施加的電壓和各區(qū)段中的上下基板的電極電位差的一個(gè)例子。為了方便,將ON狀態(tài)(開(kāi)狀態(tài))表示為1,0FF狀態(tài)(關(guān)狀態(tài))表示為0,但實(shí)際上電壓為5-20V左右。通過(guò)隨機(jī)設(shè)定各電極的電壓,各區(qū)段中的電位差也被隨機(jī)地設(shè)定。此外,通過(guò)在顯示幀η和n+1時(shí)隨機(jī)地設(shè)定各電極的電壓,各區(qū)段中的電位差也被隨機(jī)地設(shè)定。在各區(qū)段存在電位差和不存在電位差的情況下,所填充的液晶的方向會(huì)發(fā)生變化,折射率也隨之變化,所以光透過(guò)時(shí)的相位會(huì)發(fā)生變化。如圖8所示,電極電位和區(qū)段的電位差在n+2幀之后也繼續(xù)隨機(jī)變化。圖8表示對(duì)各電極施加的電壓波形的時(shí)序(timing),按每個(gè)幀切換所有電極的電壓波形。此外,在1 幀的顯示時(shí)間內(nèi)不使1個(gè)電極的電壓變化。這樣,通過(guò)使透過(guò)相鄰區(qū)段的激光光束的相位在空間上或時(shí)間上隨機(jī)地變化,出現(xiàn)以顯示幀為單位不同的散斑圖案,所以散斑被擴(kuò)散,在人的視覺(jué)上會(huì)減少。[實(shí)施例2]接著,用圖9(a) (b)說(shuō)明第二實(shí)施方式。第二實(shí)施方式是使光束分割裝置40的激光光束相位控制與第一實(shí)施方式不同的例子。所適用的顯示裝置的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同,所以省略說(shuō)明。圖9(a) (b)中表示顯示幀η和顯示幀n+1時(shí)對(duì)各電極施加的電壓和各區(qū)段中的上下基板的電極電位差的一個(gè)例子。第二實(shí)施例中,對(duì)各電極施加多值的電壓,這一點(diǎn)與第一實(shí)施例不同。圖9(a) (b)中,若用0 3這4個(gè)值作為各電極的電壓,能夠?qū)⒏鲄^(qū)段的電位差控制為多個(gè)值,與第一實(shí)施例相比能夠更精細(xì)地控制激光光束的相位。此外,第二實(shí)施例中,與第一實(shí)施例同樣以幀單位進(jìn)行上述激光光束的光束分割和相位控制。[實(shí)施例3]第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中,說(shuō)明了以幀單位進(jìn)行激光光束的光束分割和相位控制的例子,但是通過(guò)使用鐵電性液晶作為光束分割裝置40的液晶432,能夠使相位控制單位進(jìn)一步細(xì)分。由此,能夠使散斑噪聲在時(shí)間軸上進(jìn)一步擴(kuò)散,所以存在減少散斑噪聲的效^ ο
圖10表示在光束分割裝置中使用鐵電性液晶來(lái)提高調(diào)制頻率,使波形按每10 μ 秒變化的情況下的各電極的施加電壓波形。在按每幀變化施加電壓波形的情況下,利用多幀的時(shí)間積分使散斑變化,所以對(duì)于存在運(yùn)動(dòng)的影像來(lái)說(shuō)效果較小,但是通過(guò)在1幀內(nèi)使施加電壓波形多次變化,能夠提高存在運(yùn)動(dòng)的影像的情況下的散斑減少效果。[實(shí)施例4]實(shí)施例3中,對(duì)各電極同時(shí)進(jìn)行電壓施加,但也可以如圖11所示,按每個(gè)電極錯(cuò)開(kāi)電壓施加時(shí)刻,通過(guò)錯(cuò)開(kāi)對(duì)電極施加的電壓波形的相位,能夠進(jìn)一步增加在1幀內(nèi)產(chǎn)生的散斑的變動(dòng),在存在運(yùn)動(dòng)的影像的情況下也能夠相比第三實(shí)施例進(jìn)一步提高散斑減少效^ ο[實(shí)施例5]實(shí)施例1至4中,表示了對(duì)各電極施加的電壓波形是方波的例子,但也可以如圖12 所示,使用相位按每個(gè)電極錯(cuò)開(kāi)的正弦波。該情況下,因?yàn)楣馐指钛b置40的液晶432的方向平滑地變化,所以能夠得到等同于以分割數(shù)以上數(shù)量使激光光束的相位錯(cuò)開(kāi)的效果。其中,圖12中以行或列的順序逐漸錯(cuò)開(kāi)相位,但相位的偏差量也可以不是恒定的。[實(shí)施例6]實(shí)施例1至5中,表示了圖6所示的光束分割裝置40的例子,但是也可以如圖13 所示僅在單側(cè)形成電極。該情況下,優(yōu)選電極的方向與激光光束掃描的方向大致正交。這是因?yàn)楫?dāng)從屏幕100上的一點(diǎn)觀測(cè)時(shí),相位因電壓波形而變化的分割后的光束是依次照射的。[實(shí)施例7]實(shí)施例1至6中,表示了具有電極的光束分割裝置40的例子,但是也可以如圖14 所示使用不具有電極、存在凹凸的玻璃板。本實(shí)施例中,利用當(dāng)光束透過(guò)玻璃時(shí)如果厚度有差異則相位會(huì)發(fā)生變化這一效果。優(yōu)選凹凸的差為透過(guò)的光束的最大波長(zhǎng)的2分之1以上。 圖中在縱方向上具有條紋狀的凹凸,但形狀并不限定,也可以具有矩陣狀的凹凸。具有條紋狀的凹凸的情況下,優(yōu)選凹凸的方向與激光光束掃描的方向大致正交。這是因?yàn)楫?dāng)從屏幕 100上的一點(diǎn)觀測(cè)時(shí),相位因電壓波形而變化的分割后的光束是依次照射的。此外,也可以不使用玻璃而使用同樣形狀的反射鏡,使激光光束反射并加以利用。
權(quán)利要求
1.一種以相干光為光源的投影儀,其特征在于,包括 射出相干光的1個(gè)以上的相干光源;使從所述相干光源獲得的光束的方向變化的光束掃描單元;和在所述光束掃描單元與所述相干光源的光路間將所述光束分割為多束,并使分割的各區(qū)段的光的相位變化的光束分割裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的投影儀,其特征在于所述光束分割裝置,在光束因所述光束掃描單元的作用而進(jìn)行掃描的方向和與所述掃描方向呈直角的方向上,對(duì)相干光的光束進(jìn)行面分割。
3.如權(quán)利要求2所述的投影儀,其特征在于 所述光束分割裝置包括一對(duì)透明基板;以呈正交的方向配置在所述透明基板的各個(gè)基板上的多個(gè)平行的電極;和封入所述透明基板間的液晶,以規(guī)定的時(shí)間間隔對(duì)所述電極個(gè)別施加電壓,在被所述透明基板夾著的液晶中產(chǎn)生不同的電位。
4.如權(quán)利要求3所述的投影儀,其特征在于 按每幀時(shí)間對(duì)所述電極施加電壓。
5.如權(quán)利要求3所述的投影儀,其特征在于 對(duì)所述電極施加的電壓是3個(gè)值以上的電壓。
6.如權(quán)利要求3所述的投影儀,其特征在于所述光束分割裝置的液晶是鐵電性液晶,以比幀時(shí)間更短的時(shí)間對(duì)所述電極施加電壓。
7.如權(quán)利要求3所述的投影儀,其特征在于所述光束分割裝置的液晶是鐵電性液晶,對(duì)所述電極分別施加電壓的時(shí)刻,具有比電壓施加周期更短的時(shí)間偏差。
8.如權(quán)利要求3所述的投影儀,其特征在于 對(duì)所述電極分別施加方波電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的投影儀,其特征在于 對(duì)所述電極分別施加不同時(shí)刻的方波電壓。
10.如權(quán)利要求3所述的投影儀,其特征在于 對(duì)所述電極分別施加相位不同的正弦波電壓。
11.如權(quán)利要求1所述的投影儀,其特征在于所述光束分割裝置,在與光束因所述光束掃描單元的作用而進(jìn)行掃描的方向呈直角的方向上,對(duì)相干光的光束進(jìn)行線分割。
12.如權(quán)利要求1所述的投影儀,其特征在于所述光束分割裝置,在光束因所述光束掃描單元的作用而進(jìn)行掃描的方向和與所述掃描方向呈直角的方向中的任一個(gè)方向上,對(duì)相干光的光束進(jìn)行線分割。
13.一種投影儀,其特征在于,包括 射出紅色的準(zhǔn)直光的紅色激光光源;射出藍(lán)色的準(zhǔn)直光的藍(lán)色激光光源; 射出綠色的準(zhǔn)直光的綠色激光光源;使所述綠色激光光源的光束透過(guò),并使所述紅色激光光源的光束反射的第一分色棱鏡;使所述第一分色棱鏡的出射光束透過(guò),并使所述藍(lán)色激光光源的光束反射的第二分色棱鏡;將所述第二分色棱鏡的出射光束分割為多個(gè)光束,并且對(duì)分割后的光束進(jìn)行相位調(diào)制的光束分割裝置;和使所述光束分割裝置的出射光束在屏幕上進(jìn)行光束掃描的MEMS反射鏡。
14.一種投影儀,其特征在于,包括 射出紅色的準(zhǔn)直光的紅色激光光源; 射出藍(lán)色的準(zhǔn)直光的藍(lán)色激光光源; 射出綠色的準(zhǔn)直光的綠色激光光源;使所述綠色激光光源的光束透過(guò),并使所述紅色激光光源的光束反射的第一分色棱鏡;使所述第一分色棱鏡的出射光束透過(guò),并使所述藍(lán)色激光光源的光束反射的第二分色棱鏡;具有所述第二分色棱鏡的出射光束的最大波長(zhǎng)的2分之1以上的凹凸的玻璃板;和使所述玻璃板的透過(guò)光束在屏幕上進(jìn)行光束掃描的MEMS反射鏡。
15.如權(quán)利要求14所述的投影儀,其特征在于所述玻璃板的凹凸的方向,與所述MEMS反射鏡的光束掃描方向大致正交。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以相干光為光源的激光投影儀,其具備出射相干光的1個(gè)以上的相干光源;使從上述相干光源獲得的光束的方向變化的光束掃描單元;和在上述光束掃描單元與上述相干光源的光路間將上述光束分割為多束,并使分割的各區(qū)段的光的相位變化的光束分割裝置,由此降低散斑噪聲。上述光束分割裝置包括一對(duì)透明基板;以呈正交的方向配置在上述透明基板的各個(gè)基板上的多個(gè)平行電極;和封入上述透明基板間的液晶,以規(guī)定的時(shí)間間隔對(duì)上述電極個(gè)別施加電壓,在被上述透明基板夾著的液晶中產(chǎn)生不同的電位。
文檔編號(hào)G02B27/18GK102207633SQ20101053055
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者大內(nèi)敏, 小坂忠義, 小堀智生, 瀬尾欣穗, 長(zhǎng)吉真弓 申請(qǐng)人:日立民用電子株式會(huì)社