投射型顯示設(shè)備和圖像顯示方法
【專利摘要】由本發(fā)明解決的問題在于提供一種能夠抑制投射圖像的對比度降低的顯示裝置。這個投射型顯示裝置(1)具有：輸出具有規(guī)定偏振方向的多個顏色的光的照明單元(25)；全反射該多個顏色的光的每一個的多個光路調(diào)節(jié)單元(40R、40G、40B)；調(diào)制已經(jīng)由該多個光路調(diào)節(jié)單元全反射的該多個顏色的光的每一個并且輸出分別的多個顏色的調(diào)制光的多個光學(xué)調(diào)制單元(50R、50G、50B)；反射或者透射并且沿著同一方向輸出由光調(diào)制單元輸出的該多個顏色的調(diào)制光的合成單元(60)；和設(shè)置在照明單元和合成單元之間的光路上并且改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)從而入射到合成單元的光被線性地偏振的校正單元(70R、70G、70B)。
【專利說明】
投射型顯示設(shè)備和圖像顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種投射型顯示設(shè)備和一種圖像顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，已經(jīng)提出一種使用多個顯示元件諸如DMD(數(shù)字微鏡裝置)的顯示設(shè)備。使用該多個顯示元件的顯示設(shè)備包括一種光學(xué)合成光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)被配置為其中從分別的顯示元件發(fā)射的多個投射光在同一光軸上合成，并且投射經(jīng)合成的投射光。例如，專利文獻I公開了一種顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備包括作為顯示元件的三個DMD，和作為光學(xué)合成光學(xué)系統(tǒng)的交叉二向色棱鏡(在下文中，稱作XDP)。
[0003]圖1是示意在專利文獻I中描述的顯示設(shè)備的配置的圖解。在圖1中示意的顯示設(shè)備1000包括照明光學(xué)系統(tǒng)100、光分離XDP 210、二向色鏡220、反射鏡230和240、聚光透鏡250和260、三個DMD 300R、300G和300B、三個TIR(全內(nèi)反射)棱鏡400R、400G和400B、光學(xué)合成XDP 500，和投射透鏡600。
[0004]從照明光學(xué)系統(tǒng)100出射的光在光分離XDP 210處被分離成紅色光和綠色和藍色的混合光。紅色光經(jīng)由反射鏡240和聚光透鏡260進入TI棱鏡400R。綠色和藍色的混合光經(jīng)由反射鏡230和聚光透鏡250進入二向色鏡220。在二向色鏡220處，綠色和藍色的混合光被分離成綠色光和藍色光。綠色光進入TIR棱鏡400G，并且藍色光進入TIR棱鏡400B。
[0005]分別地使其在TIR棱鏡400R、400G和400B上入射的光分別地在第一表面402R、402G和402B上全反射，并且分別地進入每一個對應(yīng)于TIR棱鏡400R、400G和400B的DMD 300R、300G和300B。
[0006]DMD 300R、300G和300B每一個具有在成像區(qū)域中布置成矩陣的多個微鏡并且通過旋轉(zhuǎn)每一個微鏡以改變光的反射方向調(diào)制入射光以作為圖像光發(fā)射調(diào)制光。分別地從DMD300R、300G和300B發(fā)射的圖像光透射通過每一個對應(yīng)于DMD 300R、300G和300B的TIR棱鏡400R、400G和400B 以進入XDP 500。
[0007]XDP 500具有用于透射或者反射分別的顏色的入射圖像光的第二表面506和508，并且沿著同一方向發(fā)射在第二表面506和508上入射的多個圖像光以合成分別的顏色的圖像光。合成圖像光被從XDP 500朝向投射透鏡600發(fā)射，并且然后經(jīng)由投射透鏡600被投射到屏幕(未被示意)。
[0008]在XDP 500中，S偏振光或者P偏振光被第二表面506和508反射，同時另一個透射通過第二表面506和508。因此，為了有效率地合成分別地從DMD 300R、300G和300B發(fā)射的光，在第二表面506和508上入射的光被轉(zhuǎn)換成S偏振光或者P偏振光。
[0009]此外，DMD 300R、300G和300B被布置為使得成像區(qū)域的長邊可以相對于XDP 500的光入射面的邊以45°傾斜。因此，顯示設(shè)備1000應(yīng)該從水平方向以45°傾斜以正常地顯示投射圖像。
[0010]引用列表
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:JP2000-330072A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]所要解決的問題
[0014]在專利文獻I描述的圖像顯示設(shè)備1000中，必須僅當(dāng)投射圖像時才執(zhí)行其中將外殼傾斜的麻煩的操作。
[0015]在另一方面，如果DMD 300R、300G和300B被布置為使得成像區(qū)域的長邊平行于XDP500的光入射面的邊，則投射圖像能夠在正常狀態(tài)中顯示而不用傾斜外殼。
[0016]然而，在此情形中，光應(yīng)該從相對于XDP500的入射面45°的角度進入TIR棱鏡400R、400G和400B中，并且結(jié)果，在光在TIR棱鏡400R、400G和400B的第一表面402R、402G和402B上的全反射期間，光被橢圓偏振。在這種情形中，在XDP 500上入射的光不能被轉(zhuǎn)換成S偏振光或者P偏振光，并且因此已經(jīng)存在其中投射圖像的對比度或者亮度降低的問題。
[0017]本發(fā)明的一個目的在于提供能夠防止投射圖像的對比度降低的一種顯示設(shè)備和一種顯示方法。
[0018]解決問題的方案
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一種投射型顯示設(shè)備包括:發(fā)射具有預(yù)定偏振方向的多個顏色光的照明單元;分別地全反射該多個顏色光的多個光路調(diào)節(jié)單元;分別地調(diào)制由該多個光路調(diào)節(jié)單元全反射的該多個顏色光以發(fā)射多個調(diào)制顏色光的多個光學(xué)調(diào)制單元;沿著同一方向發(fā)射從光學(xué)調(diào)制單元發(fā)射的該多個調(diào)制顏色光的合成單元;和布置在照明單元和合成單元之間的光路上并且改變進入校正單元的光的偏振態(tài)以將在合成單元上入射的光轉(zhuǎn)換成線偏振光的校正單元。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一種圖像顯示方法包括:發(fā)射具有預(yù)定偏振方向的多個顏色光;分別地全反射該多個顏色光;分別地調(diào)制該多個全反射顏色光;沿著同一方向發(fā)射該多個調(diào)制顏色光以合成該多個顏色光;并且投射合成光，其中在該多個光的合成之前，光的偏振態(tài)被改變以將在合成光的合成單元上入射的光轉(zhuǎn)換成線偏振光。
[0021]本發(fā)明的效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠防止投射圖像的對比度降低的顯示設(shè)備。
[0023]附圖簡要說明
[0024][圖1]示意根據(jù)本發(fā)明的對照實例的顯示設(shè)備1000的配置的圖解。
[0025 ][圖2 ]示意根據(jù)在圖1中示意的顯示設(shè)備1000的修改實例的構(gòu)件的布置的圖解。
[0026][圖3]示意在于圖2中示意的修改實例中在其中光相對于第一表面是S偏振光或者P偏振光的偏振方向和在第一表面上入射的光的偏振方向之間的關(guān)系的圖解。
[0027][圖4]示意根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的顯示設(shè)備I的配置的圖解。
[0028][圖5]示意TIR棱鏡40B的配置的圖解。
[0029 ][圖6 ]示意TIR棱鏡40B的一個部分的詳細(xì)配置的圖解。
[0030][圖7]示意DMD50B的配置的圖解。
[0031][圖8]示意微鏡51的操作的圖解。
[0032][圖9]示意TIR棱鏡40B、DMD50B和XDP 60的相對布置的圖解。
[0033][圖10]示意TIR棱鏡40B、DMD50B和XDP 60的相對布置的圖解。
[0034][圖11]示意在TIR棱鏡40B上入射的光的偏振方向和其中光相對于TIR棱鏡40B的第一表面43B是S偏振光或者P偏振光的偏振方向之間的關(guān)系的圖解。
[0035][圖12]示意在TIR棱鏡40B上入射的光和從DMD50B出射的圖像光的偏振態(tài)的圖解。
[0036][圖13]示意根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的顯示設(shè)備2的配置的圖解。
[0037][圖14]示意在顯示設(shè)備2中在TIR棱鏡40B上入射的光和從DMD50B發(fā)射的圖像光的偏振態(tài)的圖解。
[0038][圖15]示意根據(jù)本發(fā)明第三示例性實施例的顯示設(shè)備3的配置的圖解。
【具體實施方式】
[0039]在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。在這里并且貫穿繪圖地，具有類似的功能的構(gòu)件由類似的附圖標(biāo)記表示，并且因此可以省略其重復(fù)說明。另外，為了簡潔起見，貫穿繪圖地，光通量由直線示意。
[0040]首先，將描述將在TIR棱鏡上反射的光轉(zhuǎn)換成橢圓偏振光的機構(gòu)。
[0041 ] 圖2是示意DMD 300B、TIR棱鏡400B和XDP 500的布置的圖解。
[0042]DMD 300B被與XDP 500的入射面平行地安裝。換言之，DMD300B的矩形成像區(qū)域和XDP 500的入射面這兩者均平行于yz平面。TIR棱鏡400B設(shè)置在DMD 300B和XDP 500之間。TIR棱鏡400B被布置為使得入射光能夠從大致地與設(shè)置在DMD 300B的矩形成像區(qū)域中的微鏡301的旋轉(zhuǎn)軸線302垂直的方向進入DMD 300B。換言之，入射光在是TIR棱鏡400B的全反射表面的第一表面402B上全反射，并且然后從TIR棱鏡400B出射以進入DMD 300BJIR棱鏡400B被布置為使得第一表面402B能夠逐漸地接近DMD 300B的矩形成像區(qū)域。更加具體地，第一表面402B相對于DMD 300B的矩形成像區(qū)域是斜面，并且是沿著大致垂直于微鏡301的旋轉(zhuǎn)軸線302的方向的斜面。
[0043]圖3是示意在于圖2中示意的布置中與在TIR棱鏡400B的第一表面402B上入射的光的偏振方向的關(guān)系的圖解。當(dāng)使得光相對于XDP500的入射面從45°的角度在TIR棱鏡400B上入射時，當(dāng)光進入TIR棱鏡400B時的入射面是相對于XDP 500的入射面形成45°的角度的表面。相應(yīng)地，平行于或者垂直于TIR棱鏡400B的入射面的方向并不匹配平行于或者垂直于XDP 500的入射面的方向，相對于XDP 500的第二表面506是S偏振光或者P偏振光的光也不是相對于TIR棱鏡400B的第一表面402B的S偏振光或者P偏振光。在TIR棱鏡400B上入射的光具有光相對于XDP 500的第二表面506沿其變成S偏振光或者P偏振光的偏振方向，并且因此當(dāng)光進入TIR棱鏡400B的第一表面402B時，入射光是包括S偏振光分量和P偏振光分量的光。
[0044]當(dāng)包括S偏振光分量和P偏振光分量的光被全反射時，光的偏振態(tài)受到干擾。具體地，當(dāng)光被全反射時，進入全反射表面的光的能量的一部分稍微滲向形成全反射表面的介質(zhì)以產(chǎn)生瞬逝光。因為瞬逝光的能量沿著平行于全反射表面的方向傳播，所以發(fā)生其中光的相位改變的、被稱作Goos-Hanchen (古斯一漢欣)位移的現(xiàn)象。由于Goos-Hanchen位移相位的變異程度在S偏振光分量和P偏振光分量之間不同。因此，當(dāng)包括S偏振光分量和P偏振光分量的線偏振光被全反射時，線偏振光改變成橢圓偏振光。
[0045]已經(jīng)描述了DMD 300B、TIR棱鏡400B和XDP 500的布置和當(dāng)藍色光經(jīng)由TIR棱鏡400B和DMD 300B進入XDP 500時的偏振方向。應(yīng)該指出，相同的說明適用于紅色光和綠色光。
[0046](第一示例性實施例)
[0047]圖4是示意根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的顯示設(shè)備I的配置的圖解。顯示設(shè)備I包括光源10、照明光學(xué)系統(tǒng)20、光分離光學(xué)系統(tǒng)30、111?棱鏡401?、406和408、010 50R、50G和50B、XDP 60、校正光學(xué)元件70R、70G和70B和投射光學(xué)系統(tǒng)80。投射光學(xué)系統(tǒng)80是投射由XDP60合成的光的投射單元。投射光學(xué)系統(tǒng)80放大入射光以將其投射到未被示意的屏幕。
[0048]光源1包括光源燈11和反射器12ο光源燈11例如是金屬鹵化物燈或者高壓汞燈，并且關(guān)于它的類型無任何具體限制。反射器12將從光源燈11發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成幾乎平行的光以發(fā)射它。從光源10發(fā)射的幾乎平行的光進入照明光學(xué)系統(tǒng)20。
[0049]照明光學(xué)系統(tǒng)20包括第一透鏡陣列21、第二透鏡陣列22、偏振轉(zhuǎn)換元件23和疊加透鏡24。照明光學(xué)系統(tǒng)20由從光源10發(fā)射的幾乎平行的光產(chǎn)生線偏振光。
[0050]第一透鏡陣列21和第二透鏡陣列22每一個包括以矩陣排列的很多透鏡。第一透鏡陣列21配置為將入射光劃分成與所包括的透鏡相同數(shù)目的光通量，并且配置為靠近第二透鏡陣列22形成每一個被劃分的光通量的圖像。
[0051]從第二透鏡陣列22發(fā)射的光進入偏振轉(zhuǎn)換元件23并且被偏振轉(zhuǎn)換元件23轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定偏振方向的線偏振光。
[0052]從偏振轉(zhuǎn)換元件23出射的線偏振光進入疊加透鏡24。被第一透鏡陣列21劃分的每一個光通量被疊加透鏡24在DMD 50R、50G和50B上疊加。
[0053]光分離光學(xué)系統(tǒng)30將來自照明光學(xué)系統(tǒng)20的光分離成具有相互不同的顏色的多個光。例如，光分離光學(xué)系統(tǒng)30包括反射藍色光并且透射具有比藍色光長的波長的光的第一二向色鏡31和反射綠色光并且透射具有比綠色光長的波長的光的第二二向色鏡32。光分離光學(xué)系統(tǒng)30可以進一步包括反射鏡以改變光路。
[0054]在從照明光學(xué)系統(tǒng)20發(fā)射的光中，藍色光由第一二向色鏡31反射，并且具有比藍色光長的波長的光投射透射通過第一二向色鏡31以進入第二二向色鏡32。在入射在第二二向色鏡32上的光中，綠色光由第二二向色鏡32反射，并且具有比綠色光長的波長的光(例如，紅色光)透射通過第二二向色鏡32。
[0055]由第一二向色鏡31反射的藍色光進入TIR棱鏡40B。由第二二向色鏡32反射的綠色光在反射鏡36上反射以進入TIR棱鏡40G。透射通過第二二向色鏡32的紅色光由反射鏡33、34和35反射以進入TIR棱鏡40R。
[0056]光源10、照明光學(xué)系統(tǒng)20和光分離光學(xué)系統(tǒng)30被一起地稱作照明單元25。照明單元25發(fā)射具有預(yù)定偏振方向的多個顏色光。
[0057]TIR棱鏡40R、40G和40B是改變?nèi)肷涔獾墓饴返墓饴氛{(diào)節(jié)單元。具體地，TIR棱鏡40R、40G和40B全反射來自照明單元25的顏色光以朝向DMD 50R、50G和50B發(fā)射這些光。由分別的DMD 50R、50G和50B的微鏡調(diào)制的顏色光透射通過TIR棱鏡40R、40G和40B以進入XDP
60 ο
[0058]圖5是示意TIR棱鏡40Β的配置的圖解。圖5示意TIR棱鏡40Β和DMD 50Β，并且應(yīng)該指出，相同的說明適用于TIR棱鏡40R和40G和DMD 50R和50G。
[0059]在圖5中示意的TIR棱鏡40Β包括棱鏡41Β和棱鏡42Β，并且通過空氣間隙在棱鏡41Β和棱鏡42Β之間形成第一表面43Β。因為由空氣間隙制成并且具有不同折射率的界面在第一表面43B上形成，所以當(dāng)光以等于或者大于臨界角的角度進入第一表面43B時，光被全反射。TIR棱鏡40B被布置為使得從照明單元25在第一表面43B上入射的光的角度能夠等于或者大于臨界角，從而全反射光能夠進入DMD 50B以被DMD 50B的每一個微鏡調(diào)制，并且從而由每一個微鏡反射的光能夠以小于臨界角的角度進入第一表面40B。換言之，TIR棱鏡40B全反射來自照明單元25的光以朝向DMD 50B發(fā)射它，并且透射來自DMD50B的光以朝向XDP 60發(fā)射它。
[0060]圖6是示意棱鏡41B的詳細(xì)配置的圖解。圖6示意棱鏡41B，并且應(yīng)該指出，相同的說明適用于在TIR棱鏡40R和40G中包括的棱鏡41R和41G。在棱鏡41B的底表面上的三角形的內(nèi)角分別地是33°、50°和97°，玻璃的折射率是1.517，并且在第一表面43B上入射的光的角度是48.5°。在此情形中，從棱鏡41B發(fā)射的光進入DMD 50B的角度是24°。
[0061]回過來參考圖4，將進行說明。
[0062]DMD 50R、50G和50B是分別地對應(yīng)于TIR棱鏡40R、40G和40B設(shè)置并且配置為調(diào)制在相應(yīng)的TIR棱鏡40R、40G和40B的第一表面43R、43G和43B上全反射的光并且發(fā)射這些光的光學(xué)調(diào)制元件。這些光學(xué)調(diào)制元件還被稱作光學(xué)調(diào)制單元。
[0063]圖7是示意DMD 50B的配置的圖解。圖7示意DMD 50B，并且應(yīng)該指出，相同的說明適用于DMD 50R和5GJMD 50B包括布置成矩陣的多個微鏡51，并且每一個微鏡51對應(yīng)于投射圖像的一個像素。每一個微鏡51圍繞旋轉(zhuǎn)軸線52旋轉(zhuǎn)以改變?nèi)肷涔獾慕嵌?。DMD 50B的微鏡51被置放為使得旋轉(zhuǎn)軸線52沿著正方形微鏡51的對角方向指向并且使得包括入射光和反射光的平面垂直于旋轉(zhuǎn)軸線52。
[0064]圖8是示意微鏡51的操作的圖解。未被示意的控制單元根據(jù)視頻信號驅(qū)動每一個微鏡51以在其中微鏡沿著光的入射方向傾斜的ON狀態(tài)和其中微鏡沿著與入射方向相反的方向傾斜的OFF狀態(tài)之間切換。如果假定當(dāng)該多個微鏡51的反射表面形成一個平面時的旋轉(zhuǎn)角度被設(shè)定為0°，則每一個微鏡51圍繞旋轉(zhuǎn)軸線52以±12°傾斜。在此情形中，如果入射角24°的光由ON狀態(tài)的微鏡51反射，則當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度是0°時光沿著微鏡51的法線方向行進。如果入射角24°的光由OFF狀態(tài)的微鏡51反射，則當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度是0°時，光沿著與微鏡51的法線方向形成48°的角度的方向行進。
[0065]由DMD 50R、50G和50B反射的ON光透射通過TIR棱鏡40R、40G和40B的第一表面43R、43G和43B以被XDP 60合成，并且然后被投射透鏡投射在屏幕(未被示意)等上。OFF光并不到達屏幕，因為它們被布置在DMD 50R、50G和50B與XDP 60之間的光學(xué)吸收器吸收。通過改變每一個微鏡51處于ON狀態(tài)中的時間和每一個微鏡51處于OFF狀態(tài)中的時間之間的比率，每一個微鏡51對應(yīng)于此的像素的亮度改變。
[0066]在圖4中，XDP 60是通過使光被第二表面61和62反射或者透射通過第二表面61和62來合成分別地從DMD 50R、50G和50B出射的光以沿著同一方向發(fā)射它們的合成單元。
[0067]具體地，是P偏振光的綠色光透射通過第二表面61和62，是S偏振光的紅色光由第二表面61反射，并且是S偏振光的藍色光在第二表面62上反射。然而，即使當(dāng)照明單元25向第二表面61和62發(fā)射是S偏振光或者P偏振光的線偏振光時，在于TIR棱鏡40的第一表面上反射期間，偏振態(tài)仍然受到干擾以被轉(zhuǎn)換成橢圓偏振光。
[0068]圖9和10是示意TIR棱鏡40B、DMD 50B和XDP 60的相對布置的圖解。DMD 50B和TIR棱鏡40B被布置為使得沿著位于DMD 50B的成像區(qū)域中的每一個微鏡51的對角方向設(shè)置的旋轉(zhuǎn)軸線52與包括入射光和反射光的平面相互垂直。另外，DMD 50B被相對于XDP 60置放從而DMD 50B的成像區(qū)域的長邊和XDP 60的上表面一側(cè)相互平行。光相對于XDP 60的入射面以45°的角度進入TIR棱鏡40B。相應(yīng)地，由TIR棱鏡40B的第一表面43B全反射的光相對于XDP60的入射面以45°的角度進入DMD 50。
[0069]圖11是示意在TIR棱鏡40B上入射的光的偏振方向和其中光相對于TIR棱鏡40B的第一表面43B是S偏振光或者P偏振光的偏振方向之間的關(guān)系的圖解。在于圖11中不意的實例中，在TIR棱鏡40B上入射的光具有其中光相對于XDP 60的第二表面61和62是P偏振光的偏振方向。然而，因為第一表面43B的斜面的方向與入射光的偏振方向并不匹配也不相互交叉，所以在TIR棱鏡40B上入射的光是相對于第一表面43B包括S偏振光分量和P偏振光分量的光。
[0070]圖12是示意在TIR棱鏡40B上入射的光和從DMD50B發(fā)射的圖像光的偏振態(tài)的圖解。是沿著平行或者垂直于XDP 60的入射面的方向偏振的線偏振光的、在1'1財麥鏡4(?上入射的光相對于第一表面43B包括S偏振光分量和P偏振光分量。在此情形中，當(dāng)在第一表面40B上全反射光時，發(fā)生被稱作G00s-Hanchen位移的、光的相位改變。在S偏振光分量和P偏振光分量之間，這個相位改變的程度是不同的。例如，在具有在圖5和圖6中示意的配置的TIR棱鏡40B的情形中，在TIR棱鏡40B的第一表面43B上發(fā)生的相位改變在S偏振下是56.4°，并且在P偏振下是102.0°。因此，在全反射光之后在S偏振光和P偏振光之間產(chǎn)生的相對相差是45.6°。這個相對相差等于大約1/8波長。
[0071]以此方式，當(dāng)全反射表面的傾斜方向和線偏振光的偏振方向并不匹配也不相互交叉時，在全反射表面上反射的線偏振光變成橢圓偏振光。相應(yīng)地，從TIR棱鏡40B在DMD 50B上入射的光變成橢圓偏振光。因為當(dāng)光在DMD 50B上反射時，光的偏振態(tài)并不改變，所以由DMD 50B調(diào)制的光變成橢圓偏振光。
[0072]圖9到12示意藍色光通過其透射的TIR棱鏡40B、DMD 50B和XDP 60的布置和藍色光的偏振態(tài)，并且應(yīng)該指出，相同的說明適用于紅色光和綠色光。
[0073]在圖4中示意的校正光學(xué)元件70R、70G和70B是布置在照明單元25和XDP 60之間的光路上并且改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)以將在XDP 60上入射的光轉(zhuǎn)換成S偏振光或者P偏振光的校正單元。校正光學(xué)元件70R、70G和70B布置在分別的TIR棱鏡40R、40G和40B與XDP 60之間的光路上。校正光學(xué)元件70R、70G和70B校正由DMD 50R、50G和50B調(diào)制并且分別地透射通過TIR棱鏡40R、40B和40G的光以成為線偏振光。XDP 60設(shè)計成相對于從DMD 50R、50G和50B發(fā)射的圖像光在相同光軸上合成特定方向的偏振光分量的分別的光。因此，校正光學(xué)元件70R、70G和70B將在XDP 60上入射的光校正為沿著特定方向偏振的光。更加具體地，為從照明單元25發(fā)射的每一種顏色光設(shè)置了校正光學(xué)元件70R、70G和70B，對應(yīng)于綠色光設(shè)置的綠顏色校正光學(xué)元件70G將入射橢圓偏振光轉(zhuǎn)換成P偏振光，并且紅顏色校正光學(xué)元件70R和藍顏色校正光學(xué)元件70B將入射橢圓偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光。
[0074]在校正光學(xué)元件70R、70G和70B上入射的光已經(jīng)在TIR棱鏡40R、40G和40B的第一表面43R、43G和43B上全反射以從線偏振光改變?yōu)闄E圓偏振光。校正光學(xué)元件70R、70G和70B改變例如入射光的S偏振光分量和P偏振光分量的相位從而消除當(dāng)利用TIR棱鏡40R、40G和40B全反射光時產(chǎn)生的、在光的S偏振光分量和P偏振光分量之間的相對相差。在于圖4至1」12中不意的配置中，校正光學(xué)元件70R、70G和70B包括至少一個1/8波長板(1/8λ板)，并且例如校正光學(xué)元件70R、70G和70B是I/8波長板或者5/8波長板(5/8λ板)。對應(yīng)于透射通過XDP 60的第二表面61和62的光的綠色校正光學(xué)元件70G是5/8波長板。對應(yīng)于由XDP 60的第二表面61和62反射的光的紅顏色校正光學(xué)元件70R和藍顏色校正光學(xué)元件70Β是1/8波長板。相應(yīng)地，紅色圖像光被從橢圓偏振光校正為沿著垂直于XDP 60的入射面的方向偏振的光，綠色圖像光被從橢圓偏振光校正為沿著平行于XDP 60的入射面的方向偏振的光，并且藍色圖像光被從橢圓偏振光校正為沿著垂直于XDP 60的入射面的方向偏振的光。結(jié)果，當(dāng)進入XDP 60的第一表面61或者62時，紅色和藍色圖像光被轉(zhuǎn)換成S偏振光而綠色圖像光被轉(zhuǎn)換成P偏振光。
[0075]關(guān)于綠色光校正光學(xué)元件70G，替代5/8波長板地，1/2波長板(1/2λ板)和1/8波長板(1/8λ板)可以沿著光行進方向排列。校正光學(xué)元件70R、70G和70Β可以被以任何方式配置，只要透射通過XDP 60的第二表面61和62的光被轉(zhuǎn)換成P偏振光而由第二表面61反射的光和由第二表面62反射的光被轉(zhuǎn)換成S偏振光。
[0076](修改實例)
[0077]在前述實施例中，校正光學(xué)元件70R、70G和70B改變?nèi)肷涔獾腟偏振光分量和P偏振光分量的相位從而消除當(dāng)利用TIR棱鏡40R、40G和40B全反射光時產(chǎn)生的、在光的S偏振光分量和P偏振光分量之間的相對相差。然而，本發(fā)明不限于此實例。例如，校正光學(xué)元件70R、70G和70B可以改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)從而消除在XDP 60上入射的、除了特定方向之外的偏振光分量的光。
[0078]具體地，校正光學(xué)元件70R、70G和70B包括至少一個偏振板。例如，對應(yīng)于在XDP 60的第二表面61或者62上入射的光的紅色校正光學(xué)元件70R和藍色校正光學(xué)元件70B可以是偏振板。在此情形中，關(guān)于對應(yīng)于透射通過XDP 60的第二表面61和62的光的綠色校正光學(xué)元件70G，偏振板和1/2波長板可以沿著光行進方向以這個次序排列。偏振板僅僅透射特定方向的光同時吸收或者反射其它偏振方向的光。用于校正光學(xué)元件70R、70G和70B的偏振板全部具有透射垂直于XDP60的入射面的方向的偏振光的特性。相應(yīng)地，透射通過偏振板的光被轉(zhuǎn)換成S偏振光，并且通過進一步透射通過I /2波長板，綠色光被轉(zhuǎn)換成P偏振光。
[0079]如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例，具有預(yù)定偏振方向并且從照明單元25發(fā)射的該多個顏色光，進入該多個TIR棱鏡40R、40G和40B以被全反射。全反射光分別地由對應(yīng)于TIR棱鏡40R、40G和40B設(shè)置的DMD 50R、50G和50B調(diào)制。從分別的DMD 50R、50G和50B發(fā)射的分別的光被XDP 60合成以被發(fā)射。改變偏振態(tài)從而在XDP 60上入射的光變成S偏振光或者P偏振光的校正光學(xué)元件70R、70G和70B被布置在照明單元25和XDP 60之間的光路上。結(jié)果，即使當(dāng)光在進入XDP 60之前被轉(zhuǎn)換成橢圓偏振光時，因為在XDP 60上入射的光能夠被轉(zhuǎn)換成S偏振光或者P偏振光，所以仍然能夠防止在XDP 60中產(chǎn)生雜散光并且能夠防止投射光的對比度降低。
[0080]根據(jù)本發(fā)明，校正光學(xué)元件70R、70G和70B改變光的偏振態(tài)從而消除當(dāng)利用TIR棱鏡40R、40G和40B全反射光時產(chǎn)生的、在光的S偏振光分量和P偏振光分量之間的相差。結(jié)果，即使當(dāng)在光在TIR棱鏡40R、40G和40B上全反射期間在S偏振光分量和P偏振光分量之間產(chǎn)生相差時，因為相差被消除，所以仍然能夠更加可靠地防止投射圖像的對比度降低。另外，因為通過消除相差，已經(jīng)是雜散光的光能夠被用作投射光，所以能夠改進投射圖像的亮度。
[0081]根據(jù)本發(fā)明，校正光學(xué)元件70R、70G和70B包括至少一個1/8波長板。更加具體地，XDP 60反射或者透射分別的顏色的調(diào)制光以沿著同一方向發(fā)射它們。在此情形中，校正光學(xué)元件70R、70G和70B是對應(yīng)于在XDP 60上入射的每一個光設(shè)置的，對應(yīng)于在XDP 60上反射的光的校正光學(xué)元件70R和70B是1/8波長板，并且對應(yīng)于通過XDP60透射的光的校正光學(xué)元件70G包括至少一個1/2波長板。結(jié)果，在TIR棱鏡40R、40G和40B的反射表面43R、43G和43B上產(chǎn)生等價于1/8波長的相差的情形中，能夠更加可靠地防止投射圖像的對比度降低并且能夠增加投射圖像的亮度。
[0082]根據(jù)本發(fā)明，校正光學(xué)元件70R、70G和70B分別地設(shè)置在TIR棱鏡40R、40G和40B與XDP 60之間的光路上。結(jié)果，因為光被轉(zhuǎn)換成線偏振光，其中在它進入XDP 60中之前光的偏振態(tài)已經(jīng)被即刻地轉(zhuǎn)換，所以在XDP 60上入射的光能夠被更加可靠地轉(zhuǎn)換成線偏振光，并且投射圖像的對比度的降低能夠減輕。
[0083]進而，根據(jù)該實施例的修改實例，校正光學(xué)元件70R、70G和70B包括至少一個偏振板。更加具體地，XDP 60反射或者透射分別的顏色的調(diào)制光以沿著同一方向發(fā)射它們。在此情形中，校正光學(xué)元件70R、70G和70B是對應(yīng)于在XDP 60上入射的每一個光設(shè)置的，對應(yīng)于由XDP 60反射的光的校正光學(xué)元件70R和70B是偏振板，并且對應(yīng)于透射通過XDP 60的光的校正光學(xué)元件70G包括偏振板和一個1/2波長板。相應(yīng)地，從在XDP 60上入射的光中，除了沿著垂直或者平行于XDP 60的入射面的方向偏振的S偏振光或者P偏振光之外的分量被反射或者吸收。結(jié)果，能夠更加可靠地減少在XDP 60中是雜散光的光并且能夠防止投射圖像的對比度降低。
[0084](第二示例性實施例)
[0085]圖13是示意根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的顯示設(shè)備2的配置的圖解。
[0086]顯示設(shè)備I包括在偏振態(tài)已經(jīng)在TIR棱鏡40R、40G和40B上受到干擾之后將光轉(zhuǎn)換成線偏振光的校正光學(xué)元件70R、70G和70B，并且校正光學(xué)元件70R、70G和70B被布置在TIR棱鏡40R、40G和40B與XDP 60之間。在另一方面，替代校正光學(xué)元件70R、70G和70B地，顯示設(shè)備2包括在進入TIR棱鏡40R、40G和40B中之前將光轉(zhuǎn)換成橢圓偏振光從而由TIR棱鏡40R、40G和40B全反射的光是線偏振光的校正光學(xué)元件90R、90G和90B。
[0087]在下文中，將描述與顯示設(shè)備I的差別。
[0088]顯示設(shè)備2包括布置在照明單元25和TIR棱鏡40R、40G和40B之間的光路上例如在光分離光學(xué)系統(tǒng)30和TIR棱鏡40R、40G和40B之間的光路上的校正光學(xué)元件90。更加具體地，顯示設(shè)備2包括設(shè)置在反射鏡35和紅色TIR棱鏡40R之間的紅色校正光學(xué)元件90R和設(shè)置在第二二向色鏡32和綠色TIR棱鏡40G之間的綠色校正光學(xué)元件90G。另外，顯示設(shè)備2包括設(shè)置在第一二向色鏡31和藍色TIR棱鏡40B之間的藍色校正光學(xué)元件90B。
[0089]校正光學(xué)元件90R、90G和90B每一個改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)從而在XDP 60上入射的光變成具有預(yù)定偏振方向的線偏振光。具體地，校正光學(xué)元件90R、90G和90B在進入TIR棱鏡40R、40G和40B之前預(yù)先校正光的偏振態(tài)從而消除在全反射表面上在S偏振光和P偏振光之間產(chǎn)生的相對相差。
[0090]如上在第一實施例中所述，在于圖5到12中示意的配置中，在P偏振光和S偏振光之間產(chǎn)生大致等于1/8波長的相對相差。校正光學(xué)元件90R、90G和90B在進入TIR棱鏡40R、40G和40B之前向線偏振的照明光施加與這個相對相差符號相反但是大小相等的相差以將線偏振光轉(zhuǎn)換成橢圓偏振光。例如，紅色校正光學(xué)元件90R和藍色校正光學(xué)元件90B是1/8波長板，而綠色校正光學(xué)元件90G是5/8波長板。
[0091]圖14是示意在顯示設(shè)備2中在TIR棱鏡40B上入射的光和在TIR棱鏡40B的全反射表面上的顏色光的偏振態(tài)的圖解。透射通過顯示設(shè)備2的校正光學(xué)元件90B以進入TIR棱鏡40B的顏色光被轉(zhuǎn)換成橢圓偏振光。當(dāng)這個橢圓偏振光由TIR棱鏡40B的全反射表面全反射時，Goos-Hanchen位移發(fā)生，由此引起相位改變。這個相位改變量在S偏振光和P偏振光之間改變。然而，通過組合由于透射通過校正光學(xué)元件90產(chǎn)生的相位改變量與由于Goos-Hanchen位移產(chǎn)生的相位改變量，使得在S偏振光的情形中的變化量和在P偏振光的情形中的變化量大致彼此相等，由此減小相對相差。
[0092]相應(yīng)地，在DMD50B上入射的光被轉(zhuǎn)換成沿著平行于XDP 60的入射面的方向偏振的線偏振光。因為在于DMD 50B上反射時偏振態(tài)不被改變，所以從DMD 50B發(fā)射的圖像光也被轉(zhuǎn)換成沿著平行于XDP 60的入射面的方向偏振的線偏振光。
[0093]圖14示意在藍色光經(jīng)由TIR棱鏡40B和DMD 50B進入XDP 60之前偏振態(tài)的變化，并且應(yīng)該指出，相同的說明適用于紅色光和綠色光。
[0094](修改實例)
[0095]在前述第二實施例中，布置在光分離光學(xué)系統(tǒng)30和分別的TIR棱鏡40R、4G和40B之間的校正光學(xué)元件90R、90G和90B校正即刻地在進入分別的TIR棱鏡40R、4G和40B之前的照明光的偏振態(tài)。然而，本發(fā)明不限于此實例。在顯示設(shè)備2中包括的校正光學(xué)元件90R、90G和90B的布置和數(shù)目可以被以任何方式設(shè)定，只要在投射光學(xué)系統(tǒng)80上入射的光增加。
[0096]例如，替代校正光學(xué)元件90R、90G和90B地，可以在照明光學(xué)系統(tǒng)20和光分離光學(xué)系統(tǒng)30之間安裝一個校正光學(xué)元件。在此情形中，因為偏振光的旋轉(zhuǎn)方向在每一個反射表面上改變，所以反射表面的數(shù)目應(yīng)該被加以考慮。另外，替代校正光學(xué)元件90R、90G和90B地，可以分別地在第一二向色鏡31和藍色TIR棱鏡40B之間以及在第一二向色鏡31和第二二向色鏡32之間安裝兩個校正光學(xué)元件。
[0097]關(guān)于綠色光校正光學(xué)元件70G，替代5/8波長板地，1/2波長板和1/8波長板可以沿著光行進方向排列。
[0098]如上所述，根據(jù)本發(fā)明第二實施例，校正光學(xué)元件90R、90G和90B布置在照明單元25和分別的TIR棱鏡40R、40G和40B之間的光路上。如在前述情形中那樣，能夠防止投射圖像的對比度降低。此外，與其中校正從TIR棱鏡40R、40G和40B發(fā)射的光的偏振態(tài)的情形相比較，能夠增加校正光學(xué)元件的布置和數(shù)目的自由度，并且能夠根據(jù)顯示設(shè)備2的設(shè)計條件靈活地設(shè)計校正光學(xué)元件的布置和數(shù)目。
[0099](第三示例性實施例)
[0100]圖15是示意根據(jù)本發(fā)明第三示例性實施例的顯示設(shè)備3的配置的圖解。
[0101]顯示設(shè)備I和顯示設(shè)備2中的照明單元25將白色光分離成多個顏色光以作為用于照亮DMD 50的照明光使用它們。在另一方面，顯示設(shè)備3的照明單元26使用從多個光源的每一個發(fā)射的顏色光作為照明光。
[0102]照明單元26包括分別地發(fā)射紅色、綠色和藍色光的光源10R、1G和1B和包括轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)的照明光學(xué)系統(tǒng)20R、20G和20B，轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)分別地將紅色、綠色和藍色光轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定偏振方向的顏色照明光。
[0103]每一個光源10包括發(fā)射每一種顏色光的發(fā)光元件13和將從發(fā)光元件13發(fā)射的顏色光轉(zhuǎn)換成幾乎平行光的透鏡14。例如，光源1R包括發(fā)射紅色光的發(fā)光元件13R和將從發(fā)光元件13R發(fā)射的顏色光轉(zhuǎn)換成幾乎平行光的透鏡14R。發(fā)光元件13例如是LED(發(fā)光二極管)。
[0104]照明光學(xué)系統(tǒng)20R、20G和20B將入射的顏色光轉(zhuǎn)換成用于均勻地照亮DMD 50R、50G和50B的線偏振光。照明光學(xué)系統(tǒng)20R和照明光學(xué)系統(tǒng)20B將入射的顏色光轉(zhuǎn)換成沿著垂直于XDP 60的入射面的方向偏振的線偏振光，而照明光學(xué)系統(tǒng)20G將入射的顏色光轉(zhuǎn)換成沿著平行于XDP 60的入射面的方向偏振的線偏振光。從分別的照明光學(xué)系統(tǒng)20發(fā)射的分別的光分別地進入TIR棱鏡40R、40G和40B。
[0105]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，照明光學(xué)系統(tǒng)26包括用于發(fā)射顏色光的該多個光源13R、13G和13B。因此，因為使用該多個光源，所以能夠改進投射圖像的亮度，并且因為并不需要提供用于將白色光分離成多個顏色光的分離光學(xué)系統(tǒng)，所以能夠減小設(shè)備的尺寸。結(jié)果，即使在其中亮度得到改進并且其中設(shè)備尺寸減小的配置中，仍然能夠防止投射圖像的對比度降低。
[0106]已經(jīng)通過示例性實施例描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于前述示例性實施例。能夠在本發(fā)明的范圍內(nèi)對于本發(fā)明的配置和細(xì)節(jié)作出本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的各種改變。
[0107]例如，在第一和第二示例性實施例中，光源10包括光源燈11和將從光源燈11發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成幾乎平行光的反射器12。然而，本發(fā)明不限于此實例。例如，通過使用透鏡，從光源燈11發(fā)射的光可以被轉(zhuǎn)換成幾乎平行光。在此情形中，LED或者吸收激發(fā)能量以輻射熒光的熒光體能夠被用作光源燈11。
[0108]在前述示例性實施例中，照明光學(xué)系統(tǒng)20采用其中使用第一透鏡陣列21、第二透鏡陣列22、偏振轉(zhuǎn)換元件23和疊加透鏡24的配置。然而，本發(fā)明不限于此實例。例如，照明光學(xué)系統(tǒng)20可以采用使用積分棒的配置。
[0109]在前述示例性實施例中，疊加透鏡24是單一光學(xué)構(gòu)件。然而，本發(fā)明不限于此實例。例如，疊加透鏡24可以是多個透鏡或者可以采用其中添加折疊式反射鏡從而改進照明光學(xué)系統(tǒng)20的性能或者從而調(diào)節(jié)設(shè)備的尺寸的配置。
[0110]進而，在前述示例性實施例中，根據(jù)第三示例性實施例的顯示設(shè)備3中的校正光學(xué)元件的布置類似于在根據(jù)第一示例性實施例的顯示設(shè)備I中的布置。然而，本發(fā)明不限于此實例。例如，顯示設(shè)備3中的校正光學(xué)元件的布置能夠被改變?yōu)轭愃朴诘诙嵤├牟贾谩?br>[0111]附圖標(biāo)記的解釋
[0112]1、2、3顯示設(shè)備
[0113]10 光源
[0114]11光源燈
[0115]12反射器
[0116]20照明光學(xué)系統(tǒng)
[0117]21第一透鏡陣列
[0118]22第二透鏡陣列
[0119]23偏振轉(zhuǎn)換元件
[0120]24疊加透鏡
[0121]25、26照明單元
[0122]30光分離光學(xué)系統(tǒng)(分離單元)
[0123]31第一二向色鏡
[0124]32第二二向色鏡
[0125]33、34、35 反射鏡
[0126]40R、40G、40B TIR棱鏡(光路調(diào)節(jié)單元)
[0127]50R、50G、50B DMD(光學(xué)調(diào)制單元)
[0128]60 XDP(合成單元)
[0129]70R、70G、70B校正光學(xué)元件(校正單元)
[0130]90R、90G、90B校正光學(xué)元件(校正單元)
[0131]80投射光學(xué)系統(tǒng)(投射單元)
【主權(quán)項】
1.一種投射型顯示設(shè)備，包括: 照明單元，所述照明單元發(fā)射具有預(yù)定偏振方向的多個顏色光； 多個光路調(diào)節(jié)單元，所述多個光路調(diào)節(jié)單元分別地全反射所述多個顏色光； 多個光學(xué)調(diào)制單元，所述多個光學(xué)調(diào)制單元分別地調(diào)制由所述多個光路調(diào)節(jié)單元全反射的所述多個顏色光以發(fā)射多個調(diào)制顏色光； 合成單元，所述合成單元沿著同一方向發(fā)射從所述光學(xué)調(diào)制單元發(fā)射的所述多個調(diào)制顏色光;和 校正單元，所述校正單元布置在所述照明單元和所述合成單元之間的光路上并且改變進入所述校正單元的光的偏振態(tài)以將在所述合成單元上入射的光轉(zhuǎn)換成線偏振光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型顯示設(shè)備，其中，所述校正單元改變進入的光的偏振態(tài)以消除當(dāng)光由所述光路調(diào)節(jié)單元全反射時產(chǎn)生的、在光的S偏振光分量和P偏振光分量之間的相差。3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的投射型顯示設(shè)備，其中，所述校正單元包括至少一個1/8波長板。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的投射型顯示設(shè)備， 其中，所述合成單元反射或者透射每一個調(diào)制顏色光以沿著同一方向發(fā)射所述光， 其中，所述校正單元被設(shè)置成對應(yīng)于在所述合成單元上入射的每一種光，對應(yīng)于由所述合成單元反射的光的所述校正單元是1/8波長板，并且對應(yīng)于透射通過所述合成單元的光的所述校正單元包括至少一個1/2波長板。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型顯示設(shè)備，其中，所述校正單元包括至少一個偏振板。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投射型顯示設(shè)備， 其中，所述合成單元反射或者透射每一個調(diào)制顏色光以沿著同一方向發(fā)射所述光， 其中，所述校正單元被設(shè)置成對應(yīng)于在所述合成單元上入射的每一種光，對應(yīng)于由所述合成單元反射的光的所述校正單元是偏振板，并且對應(yīng)于透射通過所述合成單元的光的所述校正單兀包括偏振板和I/2波長板。7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一項所述的投射型顯示設(shè)備，其中，所述校正單元被設(shè)置在所述多個光路調(diào)節(jié)單元和所述合成單元之間的每一個光路上。8.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一項所述的投射型顯示設(shè)備，其中，所述校正單元被設(shè)置在所述照明單元和所述多個光路調(diào)節(jié)單元之間的光路上。9.一種圖像顯示方法，包括: 發(fā)射具有預(yù)定偏振方向的多個顏色光； 分別地全反射所述多個顏色光； 分別地調(diào)制所述多個全反射顏色光； 沿著同一方向發(fā)射所述多個調(diào)制顏色光以合成所述多個顏色光;并且 投射所述合成光， 其中，在所述多個光的合成之前，所述光的偏振態(tài)被改變以將在合成光的合成單元上入射的光轉(zhuǎn)換成線偏振光。
【文檔編號】G03B21/00GK106062629SQ201480076803
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年3月5日
【發(fā)明人】石川孝史
【申請人】Nec顯示器解決方案株式會社