激光投影仪的制作方法

专利名称：激光投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示装置，其根据影像信号对来自激光光源等相干光源的光束进行调制扫描，从而显示影像，并涉及减少显示时的散斑(speckle)、噪声的技术。
背景技术：
使3色的激光射至工作的反光镜发生反射，并在屏幕上显示影像的激光显示装置，例如在日本特开2003-021800号公报中已经提出。在这样的激光显示装置中，因为使用相干性较高的激光，会出现产生随机的斑纹的散斑现象，作为显示器的显示品质成为问题。为了减少该散斑现象，例如日本专利第04144713号公报所示，可以列举使光路机械振动的方法，但存在频率不足以使散斑充分减少、效果较小的问题。作为其他使用激光的显示装置，如日本特开平6-208089号公报所示，提出了将由光调制元件根据图像信息调制后的图像放大投影的方法。该方法中散斑也同样成为课题， 但关于该课题，在日本特开2007-163702号公报中，提出了在一对透明基板之间密封液晶的散斑消除装置。图3中，表示与日本专利第04144713号公报同样使激光光束整体摇动的情况下的激光光束与屏幕的关系。在使与日本特开2003-021800号公报类似的激光扫描的显示装置的情况下，1个光束90由投影在屏幕100上的范围内的屏幕的凹凸反射，产生散斑。当摇动前的光束90和摇动后的光束91在屏幕100上的投影范围相互错开，仅重合长度a时，因为a的范围内凹凸的形状不变，所以散斑也不变化。即，在专利文献2的方法中，摇动的振幅越大、摇动前后的光束的重合越少，则散斑减少的效果越大。但是，同时会存在作为副作用的图像晃动较大的问题。

发明内容
本发明目的在于解决上述课题，提供一种减少激光的散斑并且实现高清晰度的激光显示装置。为了解决上述课题，本发明的以相干光为光源的投影仪包括出射相干光的1个以上的相干光源；使从上述相干光源获得的光束的方向变化的光束扫描单元；和在上述光束扫描单元与上述相干光源的光路间将上述光束分割为多束，并使分割而得的各部分的光的相位变化的光束分割装置。此处，上述光束分割装置包括一对透明基板；以呈正交的方向配置在上述透明基板的各个基板上的多个平行的电极；和封入上述透明基板间的液晶，以规定的时间间隔对上述电极个别施加电压，在被上述透明基板夹着的液晶中产生不同的电位。根据本发明，能够减少视觉上的激光的散斑，所以能够提供一种抑制了因散斑引起的画质降低的高清晰的激光投影仪。


图1是第一实施例中的显示装置的整体结构。图2是说明激光光束分割的图。图3是使光束整体摇动的情况的说明图。图4是分割光束并使其摇动的情况的说明图。图5是表示分割光束的相位关系的图。图6是光束分割装置的结构图。图7a是表示显示帧η时各电极电位和各单元电位差的图。图7b是表示显示帧n+1时各电极电位和各单元电位差的图。图8是第一实施例中对各电极施加的电压波形图。图9a是表示第二实施例的显示帧η时各电极电位和各单元电位差的图。图9b是表示第二实施例的显示帧n+1时各电极电位和各单元电位差的图。图10是第三实施例中对各电极施加的电压波形图。图11是第四实施例中对各电极施加的电压波形图。图12是第五实施例中对各电极施加的电压波形图。图13是表示第六实施例中各电极的形状的图。图14是表示第七实施例中各电极的形状的图。
具体实施例方式本发明将投影的激光光束92如图2所示在光束截面上分割为多个光束区域，使分割后的各光束的光相位不同，并进一步使相位状态动态变化。由此，使产生的散斑散射并进行时间平均，使散斑减少。例如，如图4所示，光束93被分割为b、c、d、e、f这5个部分，如图5所示，某个显示帧η中的5个位置的相位关系与另一个显示帧n+1中的相位关系不同。因此，η中的散斑图案与n+1中的散斑图案不同，所以在人的感知上，这些散斑图案被时间平均，看起来散斑减少。该例中，因为以帧单位使相位状态变化，所以在有运动物体的影像的情况下，不能够进行时间平均，所以散斑减少的效果较小。在理想情况下，若在光束扫描1个点的期间内使相位关系变化，则动态图像时的散斑减少效果会较大。此外，本例中将1个光束分割为5 个，但分割数越多效果越大。关于将光束分割并使光的相位变化的机构，可以使用图6所示的液晶单元，也可以运用MEMS (Mechanical Electro Micro Systems，微机电系统)的装置或使用电光学晶体的装置。此外，也可以使用图14所示的存在凹凸的玻璃板。以下用

更具体的结构。[实施例1]图1是表示第一实施例的显示装置的整体结构的图。第一实施例的显示装置，将根据影像信号进行了调制的红色、蓝色、绿色的半导体激光器的激光合成，使RGB合成后的激光光束通过MEMS反射镜50的作用在屏幕100上进行光束扫描，从而进行影像显示。具体而言，从绿色激光器10发出的光束被准直透镜20整形为大致平行的光束，透过分色棱镜 30和分色棱镜31，入射到光束分割装置40，通过MEMS反射镜50的作用在屏幕100上进行光束扫描。同样的，从红色激光器11发出的光束被准直透镜21整形为大致平行的光束，在分色棱镜30上反射，透过分色棱镜31，入射到光束分割装置40。另外，从蓝色激光器12发出的光束被准直透镜22整形为大致平行的光束，在分色棱镜31上反射，入射到光束分割装置 40。接着，对光束分割装置40进行说明。光束分割装置40如图2所示，将入射的绿色、 红色、蓝色的混合激光光束分割为401到425的5X5个区段。并且使透过各区段的光束分别具有各自的相位。例如，各色的光束尺寸在光束分割装置40上直径为1.0mm，各区段按 0. 2mm的间距分割。图6表示光束分割装置40的结构图。光束分割装置40是在一对基板430、431之间填充液晶432而得的。以正交的方向在430形成电极446-450，在431形成电极441-445。 被上下的电极所夹着的区域，对应于图2中的401到425的5X5个区段。液晶432起到相位调制器件的作用，由于从上下电极施加的电压在液晶上下产生电位差，利用该电位差控制透过液晶的激光光束的相位。图7(a) (b)表示显示帧η和显示帧n+1时对各电极施加的电压和各区段中的上下基板的电极电位差的一个例子。为了方便，将ON状态(开状态)表示为1，0FF状态(关状态)表示为0，但实际上电压为5-20V左右。通过随机设定各电极的电压，各区段中的电位差也被随机地设定。此外，通过在显示帧η和n+1时随机地设定各电极的电压，各区段中的电位差也被随机地设定。在各区段存在电位差和不存在电位差的情况下，所填充的液晶的方向会发生变化，折射率也随之变化，所以光透过时的相位会发生变化。如图8所示，电极电位和区段的电位差在n+2帧之后也继续随机变化。图8表示对各电极施加的电压波形的时序(timing)，按每个帧切换所有电极的电压波形。此外，在1 帧的显示时间内不使1个电极的电压变化。这样，通过使透过相邻区段的激光光束的相位在空间上或时间上随机地变化，出现以显示帧为单位不同的散斑图案，所以散斑被扩散，在人的视觉上会减少。[实施例2]接着，用图9(a) (b)说明第二实施方式。第二实施方式是使光束分割装置40的激光光束相位控制与第一实施方式不同的例子。所适用的显示装置的结构与第一实施方式相同，所以省略说明。图9(a) (b)中表示显示帧η和显示帧n+1时对各电极施加的电压和各区段中的上下基板的电极电位差的一个例子。第二实施例中，对各电极施加多值的电压，这一点与第一实施例不同。图9(a) (b)中，若用0 3这4个值作为各电极的电压，能够将各区段的电位差控制为多个值，与第一实施例相比能够更精细地控制激光光束的相位。此外，第二实施例中，与第一实施例同样以帧单位进行上述激光光束的光束分割和相位控制。[实施例3]第一实施例和第二实施例中，说明了以帧单位进行激光光束的光束分割和相位控制的例子，但是通过使用铁电性液晶作为光束分割装置40的液晶432，能够使相位控制单位进一步细分。由此，能够使散斑噪声在时间轴上进一步扩散，所以存在减少散斑噪声的效^ ο
图10表示在光束分割装置中使用铁电性液晶来提高调制频率，使波形按每10 μ 秒变化的情况下的各电极的施加电压波形。在按每帧变化施加电压波形的情况下，利用多帧的时间积分使散斑变化，所以对于存在运动的影像来说效果较小，但是通过在1帧内使施加电压波形多次变化，能够提高存在运动的影像的情况下的散斑减少效果。[实施例4]实施例3中，对各电极同时进行电压施加，但也可以如图11所示，按每个电极错开电压施加时刻，通过错开对电极施加的电压波形的相位，能够进一步增加在1帧内产生的散斑的变动，在存在运动的影像的情况下也能够相比第三实施例进一步提高散斑减少效^ ο[实施例5]实施例1至4中，表示了对各电极施加的电压波形是方波的例子，但也可以如图12 所示，使用相位按每个电极错开的正弦波。该情况下，因为光束分割装置40的液晶432的方向平滑地变化，所以能够得到等同于以分割数以上数量使激光光束的相位错开的效果。其中，图12中以行或列的顺序逐渐错开相位，但相位的偏差量也可以不是恒定的。[实施例6]实施例1至5中，表示了图6所示的光束分割装置40的例子，但是也可以如图13 所示仅在单侧形成电极。该情况下，优选电极的方向与激光光束扫描的方向大致正交。这是因为当从屏幕100上的一点观测时，相位因电压波形而变化的分割后的光束是依次照射的。[实施例7]实施例1至6中，表示了具有电极的光束分割装置40的例子，但是也可以如图14 所示使用不具有电极、存在凹凸的玻璃板。本实施例中，利用当光束透过玻璃时如果厚度有差异则相位会发生变化这一效果。优选凹凸的差为透过的光束的最大波长的2分之1以上。 图中在纵方向上具有条纹状的凹凸，但形状并不限定，也可以具有矩阵状的凹凸。具有条纹状的凹凸的情况下，优选凹凸的方向与激光光束扫描的方向大致正交。这是因为当从屏幕 100上的一点观测时，相位因电压波形而变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样形状的反射镜，使激光光束反射并加以利用。
权利要求
1.一种以相干光为光源的投影仪，其特征在于，包括 射出相干光的1个以上的相干光源；使从所述相干光源获得的光束的方向变化的光束扫描单元；和在所述光束扫描单元与所述相干光源的光路间将所述光束分割为多束，并使分割的各区段的光的相位变化的光束分割装置。
2.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于所述光束分割装置，在光束因所述光束扫描单元的作用而进行扫描的方向和与所述扫描方向呈直角的方向上，对相干光的光束进行面分割。
3.如权利要求2所述的投影仪，其特征在于 所述光束分割装置包括一对透明基板；以呈正交的方向配置在所述透明基板的各个基板上的多个平行的电极；和封入所述透明基板间的液晶，以规定的时间间隔对所述电极个别施加电压，在被所述透明基板夹着的液晶中产生不同的电位。
4.如权利要求3所述的投影仪，其特征在于 按每帧时间对所述电极施加电压。
5.如权利要求3所述的投影仪，其特征在于 对所述电极施加的电压是3个值以上的电压。
6.如权利要求3所述的投影仪，其特征在于所述光束分割装置的液晶是铁电性液晶，以比帧时间更短的时间对所述电极施加电压。
7.如权利要求3所述的投影仪，其特征在于所述光束分割装置的液晶是铁电性液晶，对所述电极分别施加电压的时刻，具有比电压施加周期更短的时间偏差。
8.如权利要求3所述的投影仪，其特征在于 对所述电极分别施加方波电压。
9.如权利要求8所述的投影仪，其特征在于 对所述电极分别施加不同时刻的方波电压。
10.如权利要求3所述的投影仪，其特征在于 对所述电极分别施加相位不同的正弦波电压。
11.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于所述光束分割装置，在与光束因所述光束扫描单元的作用而进行扫描的方向呈直角的方向上，对相干光的光束进行线分割。
12.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于所述光束分割装置，在光束因所述光束扫描单元的作用而进行扫描的方向和与所述扫描方向呈直角的方向中的任一个方向上，对相干光的光束进行线分割。
13.一种投影仪，其特征在于，包括 射出红色的准直光的红色激光光源；射出蓝色的准直光的蓝色激光光源； 射出绿色的准直光的绿色激光光源；使所述绿色激光光源的光束透过，并使所述红色激光光源的光束反射的第一分色棱镜；使所述第一分色棱镜的出射光束透过，并使所述蓝色激光光源的光束反射的第二分色棱镜；将所述第二分色棱镜的出射光束分割为多个光束，并且对分割后的光束进行相位调制的光束分割装置；和使所述光束分割装置的出射光束在屏幕上进行光束扫描的MEMS反射镜。
14.一种投影仪，其特征在于，包括 射出红色的准直光的红色激光光源； 射出蓝色的准直光的蓝色激光光源； 射出绿色的准直光的绿色激光光源；使所述绿色激光光源的光束透过，并使所述红色激光光源的光束反射的第一分色棱镜；使所述第一分色棱镜的出射光束透过，并使所述蓝色激光光源的光束反射的第二分色棱镜；具有所述第二分色棱镜的出射光束的最大波长的2分之1以上的凹凸的玻璃板；和使所述玻璃板的透过光束在屏幕上进行光束扫描的MEMS反射镜。
15.如权利要求14所述的投影仪，其特征在于所述玻璃板的凹凸的方向，与所述MEMS反射镜的光束扫描方向大致正交。
全文摘要
本发明提供一种以相干光为光源的激光投影仪，其具备出射相干光的1个以上的相干光源；使从上述相干光源获得的光束的方向变化的光束扫描单元；和在上述光束扫描单元与上述相干光源的光路间将上述光束分割为多束，并使分割的各区段的光的相位变化的光束分割装置，由此降低散斑噪声。上述光束分割装置包括一对透明基板；以呈正交的方向配置在上述透明基板的各个基板上的多个平行电极；和封入上述透明基板间的液晶，以规定的时间间隔对上述电极个别施加电压，在被上述透明基板夹着的液晶中产生不同的电位。
文档编号G02B27/18GK102207633SQ20101053055
公开日2011年10月5日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年3月31日
发明者大内敏, 小坂忠义, 小堀智生, 瀬尾欣穗, 长吉真弓 申请人:日立民用电子株式会社