投射型显示设备和图像显示方法
【专利摘要】由本发明解决的问题在于提供一种能够抑制投射图像的对比度降低的显示装置。这个投射型显示装置(1)具有：输出具有规定偏振方向的多个颜色的光的照明单元(25)；全反射该多个颜色的光的每一个的多个光路调节单元(40R、40G、40B)；调制已经由该多个光路调节单元全反射的该多个颜色的光的每一个并且输出分别的多个颜色的调制光的多个光学调制单元(50R、50G、50B)；反射或者透射并且沿着同一方向输出由光调制单元输出的该多个颜色的调制光的合成单元(60)；和设置在照明单元和合成单元之间的光路上并且改变入射光的偏振态从而入射到合成单元的光被线性地偏振的校正单元(70R、70G、70B)。
【专利说明】
投射型显示设备和图像显示方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种投射型显示设备和一种图像显示方法。
【背景技术】
[0002]近年来，已经提出一种使用多个显示元件诸如DMD(数字微镜装置)的显示设备。使用该多个显示元件的显示设备包括一种光学合成光学系统，该光学系统被配置为其中从分别的显示元件发射的多个投射光在同一光轴上合成，并且投射经合成的投射光。例如，专利文献I公开了一种显示设备，该显示设备包括作为显示元件的三个DMD，和作为光学合成光学系统的交叉二向色棱镜(在下文中，称作XDP)。
[0003]图1是示意在专利文献I中描述的显示设备的配置的图解。在图1中示意的显示设备1000包括照明光学系统100、光分离XDP 210、二向色镜220、反射镜230和240、聚光透镜250和260、三个DMD 300R、300G和300B、三个TIR(全内反射)棱镜400R、400G和400B、光学合成XDP 500，和投射透镜600。
[0004]从照明光学系统100出射的光在光分离XDP 210处被分离成红色光和绿色和蓝色的混合光。红色光经由反射镜240和聚光透镜260进入TI棱镜400R。绿色和蓝色的混合光经由反射镜230和聚光透镜250进入二向色镜220。在二向色镜220处，绿色和蓝色的混合光被分离成绿色光和蓝色光。绿色光进入TIR棱镜400G，并且蓝色光进入TIR棱镜400B。
[0005]分别地使其在TIR棱镜400R、400G和400B上入射的光分别地在第一表面402R、402G和402B上全反射，并且分别地进入每一个对应于TIR棱镜400R、400G和400B的DMD 300R、300G和300B。
[0006]DMD 300R、300G和300B每一个具有在成像区域中布置成矩阵的多个微镜并且通过旋转每一个微镜以改变光的反射方向调制入射光以作为图像光发射调制光。分别地从DMD300R、300G和300B发射的图像光透射通过每一个对应于DMD 300R、300G和300B的TIR棱镜400R、400G和400B 以进入XDP 500。
[0007]XDP 500具有用于透射或者反射分别的颜色的入射图像光的第二表面506和508，并且沿着同一方向发射在第二表面506和508上入射的多个图像光以合成分别的颜色的图像光。合成图像光被从XDP 500朝向投射透镜600发射，并且然后经由投射透镜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，同时另一个透射通过第二表面506和508。因此，为了有效率地合成分别地从DMD 300R、300G和300B发射的光，在第二表面506和508上入射的光被转换成S偏振光或者P偏振光。
[0009]此外，DMD 300R、300G和300B被布置为使得成像区域的长边可以相对于XDP 500的光入射面的边以45°倾斜。因此，显示设备1000应该从水平方向以45°倾斜以正常地显示投射图像。
[0010]引用列表
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:JP2000-330072A
【发明内容】
[0013]所要解决的问题
[0014]在专利文献I描述的图像显示设备1000中，必须仅当投射图像时才执行其中将外壳倾斜的麻烦的操作。
[0015]在另一方面，如果DMD 300R、300G和300B被布置为使得成像区域的长边平行于XDP500的光入射面的边，则投射图像能够在正常状态中显示而不用倾斜外壳。
[0016]然而，在此情形中，光应该从相对于XDP500的入射面45°的角度进入TIR棱镜400R、400G和400B中，并且结果，在光在TIR棱镜400R、400G和400B的第一表面402R、402G和402B上的全反射期间，光被椭圆偏振。在这种情形中，在XDP 500上入射的光不能被转换成S偏振光或者P偏振光，并且因此已经存在其中投射图像的对比度或者亮度降低的问题。
[0017]本发明的一个目的在于提供能够防止投射图像的对比度降低的一种显示设备和一种显示方法。
[0018]解决问题的方案
[0019]根据本发明的一种投射型显示设备包括:发射具有预定偏振方向的多个颜色光的照明单元;分别地全反射该多个颜色光的多个光路调节单元;分别地调制由该多个光路调节单元全反射的该多个颜色光以发射多个调制颜色光的多个光学调制单元;沿着同一方向发射从光学调制单元发射的该多个调制颜色光的合成单元;和布置在照明单元和合成单元之间的光路上并且改变进入校正单元的光的偏振态以将在合成单元上入射的光转换成线偏振光的校正单元。
[0020]根据本发明的一种图像显示方法包括:发射具有预定偏振方向的多个颜色光;分别地全反射该多个颜色光;分别地调制该多个全反射颜色光;沿着同一方向发射该多个调制颜色光以合成该多个颜色光;并且投射合成光，其中在该多个光的合成之前，光的偏振态被改变以将在合成光的合成单元上入射的光转换成线偏振光。
[0021]本发明的效果
[0022]根据本发明，能够提供一种能够防止投射图像的对比度降低的显示设备。
[0023]附图简要说明
[0024][图1]示意根据本发明的对照实例的显示设备1000的配置的图解。
[0025 ][图2 ]示意根据在图1中示意的显示设备1000的修改实例的构件的布置的图解。
[0026][图3]示意在于图2中示意的修改实例中在其中光相对于第一表面是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间的关系的图解。
[0027][图4]示意根据本发明第一示例性实施例的显示设备I的配置的图解。
[0028][图5]示意TIR棱镜40B的配置的图解。
[0029 ][图6 ]示意TIR棱镜40B的一个部分的详细配置的图解。
[0030][图7]示意DMD50B的配置的图解。
[0031][图8]示意微镜51的操作的图解。
[0032][图9]示意TIR棱镜40B、DMD50B和XDP 60的相对布置的图解。
[0033][图10]示意TIR棱镜40B、DMD50B和XDP 60的相对布置的图解。
[0034][图11]示意在TIR棱镜40B上入射的光的偏振方向和其中光相对于TIR棱镜40B的第一表面43B是S偏振光或者P偏振光的偏振方向之间的关系的图解。
[0035][图12]示意在TIR棱镜40B上入射的光和从DMD50B出射的图像光的偏振态的图解。
[0036][图13]示意根据本发明第二示例性实施例的显示设备2的配置的图解。
[0037][图14]示意在显示设备2中在TIR棱镜40B上入射的光和从DMD50B发射的图像光的偏振态的图解。
[0038][图15]示意根据本发明第三示例性实施例的显示设备3的配置的图解。
【具体实施方式】
[0039]在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施例。在这里并且贯穿绘图地，具有类似的功能的构件由类似的附图标记表示，并且因此可以省略其重复说明。另外，为了简洁起见，贯穿绘图地，光通量由直线示意。
[0040]首先，将描述将在TIR棱镜上反射的光转换成椭圆偏振光的机构。
[0041 ] 图2是示意DMD 300B、TIR棱镜400B和XDP 500的布置的图解。
[0042]DMD 300B被与XDP 500的入射面平行地安装。换言之，DMD300B的矩形成像区域和XDP 500的入射面这两者均平行于yz平面。TIR棱镜400B设置在DMD 300B和XDP 500之间。TIR棱镜400B被布置为使得入射光能够从大致地与设置在DMD 300B的矩形成像区域中的微镜301的旋转轴线302垂直的方向进入DMD 300B。换言之，入射光在是TIR棱镜400B的全反射表面的第一表面402B上全反射，并且然后从TIR棱镜400B出射以进入DMD 300BJIR棱镜400B被布置为使得第一表面402B能够逐渐地接近DMD 300B的矩形成像区域。更加具体地，第一表面402B相对于DMD 300B的矩形成像区域是斜面，并且是沿着大致垂直于微镜301的旋转轴线302的方向的斜面。
[0043]图3是示意在于图2中示意的布置中与在TIR棱镜400B的第一表面402B上入射的光的偏振方向的关系的图解。当使得光相对于XDP500的入射面从45°的角度在TIR棱镜400B上入射时，当光进入TIR棱镜400B时的入射面是相对于XDP 500的入射面形成45°的角度的表面。相应地，平行于或者垂直于TIR棱镜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，相对于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对于TIR棱镜400B的第一表面402B的S偏振光或者P偏振光。在TIR棱镜400B上入射的光具有光相对于XDP 500的第二表面506沿其变成S偏振光或者P偏振光的偏振方向，并且因此当光进入TIR棱镜400B的第一表面402B时，入射光是包括S偏振光分量和P偏振光分量的光。
[0044]当包括S偏振光分量和P偏振光分量的光被全反射时，光的偏振态受到干扰。具体地，当光被全反射时，进入全反射表面的光的能量的一部分稍微渗向形成全反射表面的介质以产生瞬逝光。因为瞬逝光的能量沿着平行于全反射表面的方向传播，所以发生其中光的相位改变的、被称作Goos-Hanchen (古斯一汉欣)位移的现象。由于Goos-Hanchen位移相位的变异程度在S偏振光分量和P偏振光分量之间不同。因此，当包括S偏振光分量和P偏振光分量的线偏振光被全反射时，线偏振光改变成椭圆偏振光。
[0045]已经描述了DMD 300B、TIR棱镜400B和XDP 500的布置和当蓝色光经由TIR棱镜400B和DMD 300B进入XDP 500时的偏振方向。应该指出，相同的说明适用于红色光和绿色光。
[0046](第一示例性实施例)
[0047]图4是示意根据本发明第一示例性实施例的显示设备I的配置的图解。显示设备I包括光源10、照明光学系统20、光分离光学系统30、111?棱镜401?、406和408、010 50R、50G和50B、XDP 60、校正光学元件70R、70G和70B和投射光学系统80。投射光学系统80是投射由XDP60合成的光的投射单元。投射光学系统80放大入射光以将其投射到未被示意的屏幕。
[0048]光源1包括光源灯11和反射器12ο光源灯11例如是金属卤化物灯或者高压汞灯，并且关于它的类型无任何具体限制。反射器12将从光源灯11发射的光转换成几乎平行的光以发射它。从光源10发射的几乎平行的光进入照明光学系统20。
[0049]照明光学系统20包括第一透镜阵列21、第二透镜阵列22、偏振转换元件23和叠加透镜24。照明光学系统20由从光源10发射的几乎平行的光产生线偏振光。
[0050]第一透镜阵列21和第二透镜阵列22每一个包括以矩阵排列的很多透镜。第一透镜阵列21配置为将入射光划分成与所包括的透镜相同数目的光通量，并且配置为靠近第二透镜阵列22形成每一个被划分的光通量的图像。
[0051]从第二透镜阵列22发射的光进入偏振转换元件23并且被偏振转换元件23转换成具有预定偏振方向的线偏振光。
[0052]从偏振转换元件23出射的线偏振光进入叠加透镜24。被第一透镜阵列21划分的每一个光通量被叠加透镜24在DMD 50R、50G和50B上叠加。
[0053]光分离光学系统30将来自照明光学系统20的光分离成具有相互不同的颜色的多个光。例如，光分离光学系统30包括反射蓝色光并且透射具有比蓝色光长的波长的光的第一二向色镜31和反射绿色光并且透射具有比绿色光长的波长的光的第二二向色镜32。光分离光学系统30可以进一步包括反射镜以改变光路。
[0054]在从照明光学系统20发射的光中，蓝色光由第一二向色镜31反射，并且具有比蓝色光长的波长的光投射透射通过第一二向色镜31以进入第二二向色镜32。在入射在第二二向色镜32上的光中，绿色光由第二二向色镜32反射，并且具有比绿色光长的波长的光(例如，红色光)透射通过第二二向色镜32。
[0055]由第一二向色镜31反射的蓝色光进入TIR棱镜40B。由第二二向色镜32反射的绿色光在反射镜36上反射以进入TIR棱镜40G。透射通过第二二向色镜32的红色光由反射镜33、34和35反射以进入TIR棱镜40R。
[0056]光源10、照明光学系统20和光分离光学系统30被一起地称作照明单元25。照明单元25发射具有预定偏振方向的多个颜色光。
[0057]TIR棱镜40R、40G和40B是改变入射光的光路的光路调节单元。具体地，TIR棱镜40R、40G和40B全反射来自照明单元25的颜色光以朝向DMD 50R、50G和50B发射这些光。由分别的DMD 50R、50G和50B的微镜调制的颜色光透射通过TIR棱镜40R、40G和40B以进入XDP
60 ο
[0058]图5是示意TIR棱镜40Β的配置的图解。图5示意TIR棱镜40Β和DMD 50Β，并且应该指出，相同的说明适用于TIR棱镜40R和40G和DMD 50R和50G。
[0059]在图5中示意的TIR棱镜40Β包括棱镜41Β和棱镜42Β，并且通过空气间隙在棱镜41Β和棱镜42Β之间形成第一表面43Β。因为由空气间隙制成并且具有不同折射率的界面在第一表面43B上形成，所以当光以等于或者大于临界角的角度进入第一表面43B时，光被全反射。TIR棱镜40B被布置为使得从照明单元25在第一表面43B上入射的光的角度能够等于或者大于临界角，从而全反射光能够进入DMD 50B以被DMD 50B的每一个微镜调制，并且从而由每一个微镜反射的光能够以小于临界角的角度进入第一表面40B。换言之，TIR棱镜40B全反射来自照明单元25的光以朝向DMD 50B发射它，并且透射来自DMD50B的光以朝向XDP 60发射它。
[0060]图6是示意棱镜41B的详细配置的图解。图6示意棱镜41B，并且应该指出，相同的说明适用于在TIR棱镜40R和40G中包括的棱镜41R和41G。在棱镜41B的底表面上的三角形的内角分别地是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，从棱镜41B发射的光进入DMD 50B的角度是24°。
[0061]回过来参考图4，将进行说明。
[0062]DMD 50R、50G和50B是分别地对应于TIR棱镜40R、40G和40B设置并且配置为调制在相应的TIR棱镜40R、40G和40B的第一表面43R、43G和43B上全反射的光并且发射这些光的光学调制元件。这些光学调制元件还被称作光学调制单元。
[0063]图7是示意DMD 50B的配置的图解。图7示意DMD 50B，并且应该指出，相同的说明适用于DMD 50R和5GJMD 50B包括布置成矩阵的多个微镜51，并且每一个微镜51对应于投射图像的一个像素。每一个微镜51围绕旋转轴线52旋转以改变入射光的角度。DMD 50B的微镜51被置放为使得旋转轴线52沿着正方形微镜51的对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转轴线52。
[0064]图8是示意微镜51的操作的图解。未被示意的控制单元根据视频信号驱动每一个微镜51以在其中微镜沿着光的入射方向倾斜的ON状态和其中微镜沿着与入射方向相反的方向倾斜的OFF状态之间切换。如果假定当该多个微镜51的反射表面形成一个平面时的旋转角度被设定为0°，则每一个微镜51围绕旋转轴线52以±12°倾斜。在此情形中，如果入射角24°的光由ON状态的微镜51反射，则当旋转角度是0°时光沿着微镜51的法线方向行进。如果入射角24°的光由OFF状态的微镜51反射，则当旋转角度是0°时，光沿着与微镜51的法线方向形成48°的角度的方向行进。
[0065]由DMD 50R、50G和50B反射的ON光透射通过TIR棱镜40R、40G和40B的第一表面43R、43G和43B以被XDP 60合成，并且然后被投射透镜投射在屏幕(未被示意)等上。OFF光并不到达屏幕，因为它们被布置在DMD 50R、50G和50B与XDP 60之间的光学吸收器吸收。通过改变每一个微镜51处于ON状态中的时间和每一个微镜51处于OFF状态中的时间之间的比率，每一个微镜51对应于此的像素的亮度改变。
[0066]在图4中，XDP 60是通过使光被第二表面61和62反射或者透射通过第二表面61和62来合成分别地从DMD 50R、50G和50B出射的光以沿着同一方向发射它们的合成单元。
[0067]具体地，是P偏振光的绿色光透射通过第二表面61和62，是S偏振光的红色光由第二表面61反射，并且是S偏振光的蓝色光在第二表面62上反射。然而，即使当照明单元25向第二表面61和62发射是S偏振光或者P偏振光的线偏振光时，在于TIR棱镜40的第一表面上反射期间，偏振态仍然受到干扰以被转换成椭圆偏振光。
[0068]图9和10是示意TIR棱镜40B、DMD 50B和XDP 60的相对布置的图解。DMD 50B和TIR棱镜40B被布置为使得沿着位于DMD 50B的成像区域中的每一个微镜51的对角方向设置的旋转轴线52与包括入射光和反射光的平面相互垂直。另外，DMD 50B被相对于XDP 60置放从而DMD 50B的成像区域的长边和XDP 60的上表面一侧相互平行。光相对于XDP 60的入射面以45°的角度进入TIR棱镜40B。相应地，由TIR棱镜40B的第一表面43B全反射的光相对于XDP60的入射面以45°的角度进入DMD 50。
[0069]图11是示意在TIR棱镜40B上入射的光的偏振方向和其中光相对于TIR棱镜40B的第一表面43B是S偏振光或者P偏振光的偏振方向之间的关系的图解。在于图11中不意的实例中，在TIR棱镜40B上入射的光具有其中光相对于XDP 60的第二表面61和62是P偏振光的偏振方向。然而，因为第一表面43B的斜面的方向与入射光的偏振方向并不匹配也不相互交叉，所以在TIR棱镜40B上入射的光是相对于第一表面43B包括S偏振光分量和P偏振光分量的光。
[0070]图12是示意在TIR棱镜40B上入射的光和从DMD50B发射的图像光的偏振态的图解。是沿着平行或者垂直于XDP 60的入射面的方向偏振的线偏振光的、在1'1財麦镜4(?上入射的光相对于第一表面43B包括S偏振光分量和P偏振光分量。在此情形中，当在第一表面40B上全反射光时，发生被称作G00s-Hanchen位移的、光的相位改变。在S偏振光分量和P偏振光分量之间，这个相位改变的程度是不同的。例如，在具有在图5和图6中示意的配置的TIR棱镜40B的情形中，在TIR棱镜40B的第一表面43B上发生的相位改变在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偏振光之间产生的相对相差是45.6°。这个相对相差等于大约1/8波长。
[0071]以此方式，当全反射表面的倾斜方向和线偏振光的偏振方向并不匹配也不相互交叉时，在全反射表面上反射的线偏振光变成椭圆偏振光。相应地，从TIR棱镜40B在DMD 50B上入射的光变成椭圆偏振光。因为当光在DMD 50B上反射时，光的偏振态并不改变，所以由DMD 50B调制的光变成椭圆偏振光。
[0072]图9到12示意蓝色光通过其透射的TIR棱镜40B、DMD 50B和XDP 60的布置和蓝色光的偏振态，并且应该指出，相同的说明适用于红色光和绿色光。
[0073]在图4中示意的校正光学元件70R、70G和70B是布置在照明单元25和XDP 60之间的光路上并且改变入射光的偏振态以将在XDP 60上入射的光转换成S偏振光或者P偏振光的校正单元。校正光学元件70R、70G和70B布置在分别的TIR棱镜40R、40G和40B与XDP 60之间的光路上。校正光学元件70R、70G和70B校正由DMD 50R、50G和50B调制并且分别地透射通过TIR棱镜40R、40B和40G的光以成为线偏振光。XDP 60设计成相对于从DMD 50R、50G和50B发射的图像光在相同光轴上合成特定方向的偏振光分量的分别的光。因此，校正光学元件70R、70G和70B将在XDP 60上入射的光校正为沿着特定方向偏振的光。更加具体地，为从照明单元25发射的每一种颜色光设置了校正光学元件70R、70G和70B，对应于绿色光设置的绿颜色校正光学元件70G将入射椭圆偏振光转换成P偏振光，并且红颜色校正光学元件70R和蓝颜色校正光学元件70B将入射椭圆偏振光转换成S偏振光。
[0074]在校正光学元件70R、70G和70B上入射的光已经在TIR棱镜40R、40G和40B的第一表面43R、43G和43B上全反射以从线偏振光改变为椭圆偏振光。校正光学元件70R、70G和70B改变例如入射光的S偏振光分量和P偏振光分量的相位从而消除当利用TIR棱镜40R、40G和40B全反射光时产生的、在光的S偏振光分量和P偏振光分量之间的相对相差。在于图4至1」12中不意的配置中，校正光学元件70R、70G和70B包括至少一个1/8波长板(1/8λ板)，并且例如校正光学元件70R、70G和70B是I/8波长板或者5/8波长板(5/8λ板)。对应于透射通过XDP 60的第二表面61和62的光的绿色校正光学元件70G是5/8波长板。对应于由XDP 60的第二表面61和62反射的光的红颜色校正光学元件70R和蓝颜色校正光学元件70Β是1/8波长板。相应地，红色图像光被从椭圆偏振光校正为沿着垂直于XDP 60的入射面的方向偏振的光，绿色图像光被从椭圆偏振光校正为沿着平行于XDP 60的入射面的方向偏振的光，并且蓝色图像光被从椭圆偏振光校正为沿着垂直于XDP 60的入射面的方向偏振的光。结果，当进入XDP 60的第一表面61或者62时，红色和蓝色图像光被转换成S偏振光而绿色图像光被转换成P偏振光。
[0075]关于绿色光校正光学元件70G，替代5/8波长板地，1/2波长板(1/2λ板)和1/8波长板(1/8λ板)可以沿着光行进方向排列。校正光学元件70R、70G和70Β可以被以任何方式配置，只要透射通过XDP 60的第二表面61和62的光被转换成P偏振光而由第二表面61反射的光和由第二表面62反射的光被转换成S偏振光。
[0076](修改实例)
[0077]在前述实施例中，校正光学元件70R、70G和70B改变入射光的S偏振光分量和P偏振光分量的相位从而消除当利用TIR棱镜40R、40G和40B全反射光时产生的、在光的S偏振光分量和P偏振光分量之间的相对相差。然而，本发明不限于此实例。例如，校正光学元件70R、70G和70B可以改变入射光的偏振态从而消除在XDP 60上入射的、除了特定方向之外的偏振光分量的光。
[0078]具体地，校正光学元件70R、70G和70B包括至少一个偏振板。例如，对应于在XDP 60的第二表面61或者62上入射的光的红色校正光学元件70R和蓝色校正光学元件70B可以是偏振板。在此情形中，关于对应于透射通过XDP 60的第二表面61和62的光的绿色校正光学元件70G，偏振板和1/2波长板可以沿着光行进方向以这个次序排列。偏振板仅仅透射特定方向的光同时吸收或者反射其它偏振方向的光。用于校正光学元件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。相应地，透射通过偏振板的光被转换成S偏振光，并且通过进一步透射通过I /2波长板，绿色光被转换成P偏振光。
[0079]如上所述，根据本发明第一示例性实施例，具有预定偏振方向并且从照明单元25发射的该多个颜色光，进入该多个TIR棱镜40R、40G和40B以被全反射。全反射光分别地由对应于TIR棱镜40R、40G和40B设置的DMD 50R、50G和50B调制。从分别的DMD 50R、50G和50B发射的分别的光被XDP 60合成以被发射。改变偏振态从而在XDP 60上入射的光变成S偏振光或者P偏振光的校正光学元件70R、70G和70B被布置在照明单元25和XDP 60之间的光路上。结果，即使当光在进入XDP 60之前被转换成椭圆偏振光时，因为在XDP 60上入射的光能够被转换成S偏振光或者P偏振光，所以仍然能够防止在XDP 60中产生杂散光并且能够防止投射光的对比度降低。
[0080]根据本发明，校正光学元件70R、70G和70B改变光的偏振态从而消除当利用TIR棱镜40R、40G和40B全反射光时产生的、在光的S偏振光分量和P偏振光分量之间的相差。结果，即使当在光在TIR棱镜40R、40G和40B上全反射期间在S偏振光分量和P偏振光分量之间产生相差时，因为相差被消除，所以仍然能够更加可靠地防止投射图像的对比度降低。另外，因为通过消除相差，已经是杂散光的光能够被用作投射光，所以能够改进投射图像的亮度。
[0081]根据本发明，校正光学元件70R、70G和70B包括至少一个1/8波长板。更加具体地，XDP 60反射或者透射分别的颜色的调制光以沿着同一方向发射它们。在此情形中，校正光学元件70R、70G和70B是对应于在XDP 60上入射的每一个光设置的，对应于在XDP 60上反射的光的校正光学元件70R和70B是1/8波长板，并且对应于通过XDP60透射的光的校正光学元件70G包括至少一个1/2波长板。结果，在TIR棱镜40R、40G和40B的反射表面43R、43G和43B上产生等价于1/8波长的相差的情形中，能够更加可靠地防止投射图像的对比度降低并且能够增加投射图像的亮度。
[0082]根据本发明，校正光学元件70R、70G和70B分别地设置在TIR棱镜40R、40G和40B与XDP 60之间的光路上。结果，因为光被转换成线偏振光，其中在它进入XDP 60中之前光的偏振态已经被即刻地转换，所以在XDP 60上入射的光能够被更加可靠地转换成线偏振光，并且投射图像的对比度的降低能够减轻。
[0083]进而，根据该实施例的修改实例，校正光学元件70R、70G和70B包括至少一个偏振板。更加具体地，XDP 60反射或者透射分别的颜色的调制光以沿着同一方向发射它们。在此情形中，校正光学元件70R、70G和70B是对应于在XDP 60上入射的每一个光设置的，对应于由XDP 60反射的光的校正光学元件70R和70B是偏振板，并且对应于透射通过XDP 60的光的校正光学元件70G包括偏振板和一个1/2波长板。相应地，从在XDP 60上入射的光中，除了沿着垂直或者平行于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。结果，能够更加可靠地减少在XDP 60中是杂散光的光并且能够防止投射图像的对比度降低。
[0084](第二示例性实施例)
[0085]图13是示意根据本发明第二示例性实施例的显示设备2的配置的图解。
[0086]显示设备I包括在偏振态已经在TIR棱镜40R、40G和40B上受到干扰之后将光转换成线偏振光的校正光学元件70R、70G和70B，并且校正光学元件70R、70G和70B被布置在TIR棱镜40R、40G和40B与XDP 60之间。在另一方面，替代校正光学元件70R、70G和70B地，显示设备2包括在进入TIR棱镜40R、40G和40B中之前将光转换成椭圆偏振光从而由TIR棱镜40R、40G和40B全反射的光是线偏振光的校正光学元件90R、90G和90B。
[0087]在下文中，将描述与显示设备I的差别。
[0088]显示设备2包括布置在照明单元25和TIR棱镜40R、40G和40B之间的光路上例如在光分离光学系统30和TIR棱镜40R、40G和40B之间的光路上的校正光学元件90。更加具体地，显示设备2包括设置在反射镜35和红色TIR棱镜40R之间的红色校正光学元件90R和设置在第二二向色镜32和绿色TIR棱镜40G之间的绿色校正光学元件90G。另外，显示设备2包括设置在第一二向色镜31和蓝色TIR棱镜40B之间的蓝色校正光学元件90B。
[0089]校正光学元件90R、90G和90B每一个改变入射光的偏振态从而在XDP 60上入射的光变成具有预定偏振方向的线偏振光。具体地，校正光学元件90R、90G和90B在进入TIR棱镜40R、40G和40B之前预先校正光的偏振态从而消除在全反射表面上在S偏振光和P偏振光之间产生的相对相差。
[0090]如上在第一实施例中所述，在于图5到12中示意的配置中，在P偏振光和S偏振光之间产生大致等于1/8波长的相对相差。校正光学元件90R、90G和90B在进入TIR棱镜40R、40G和40B之前向线偏振的照明光施加与这个相对相差符号相反但是大小相等的相差以将线偏振光转换成椭圆偏振光。例如，红色校正光学元件90R和蓝色校正光学元件90B是1/8波长板，而绿色校正光学元件90G是5/8波长板。
[0091]图14是示意在显示设备2中在TIR棱镜40B上入射的光和在TIR棱镜40B的全反射表面上的颜色光的偏振态的图解。透射通过显示设备2的校正光学元件90B以进入TIR棱镜40B的颜色光被转换成椭圆偏振光。当这个椭圆偏振光由TIR棱镜40B的全反射表面全反射时，Goos-Hanchen位移发生，由此引起相位改变。这个相位改变量在S偏振光和P偏振光之间改变。然而，通过组合由于透射通过校正光学元件90产生的相位改变量与由于Goos-Hanchen位移产生的相位改变量，使得在S偏振光的情形中的变化量和在P偏振光的情形中的变化量大致彼此相等，由此减小相对相差。
[0092]相应地，在DMD50B上入射的光被转换成沿着平行于XDP 60的入射面的方向偏振的线偏振光。因为在于DMD 50B上反射时偏振态不被改变，所以从DMD 50B发射的图像光也被转换成沿着平行于XDP 60的入射面的方向偏振的线偏振光。
[0093]图14示意在蓝色光经由TIR棱镜40B和DMD 50B进入XDP 60之前偏振态的变化，并且应该指出，相同的说明适用于红色光和绿色光。
[0094](修改实例)
[0095]在前述第二实施例中，布置在光分离光学系统30和分别的TIR棱镜40R、4G和40B之间的校正光学元件90R、90G和90B校正即刻地在进入分别的TIR棱镜40R、4G和40B之前的照明光的偏振态。然而，本发明不限于此实例。在显示设备2中包括的校正光学元件90R、90G和90B的布置和数目可以被以任何方式设定，只要在投射光学系统80上入射的光增加。
[0096]例如，替代校正光学元件90R、90G和90B地，可以在照明光学系统20和光分离光学系统30之间安装一个校正光学元件。在此情形中，因为偏振光的旋转方向在每一个反射表面上改变，所以反射表面的数目应该被加以考虑。另外，替代校正光学元件90R、90G和90B地，可以分别地在第一二向色镜31和蓝色TIR棱镜40B之间以及在第一二向色镜31和第二二向色镜32之间安装两个校正光学元件。
[0097]关于绿色光校正光学元件70G，替代5/8波长板地，1/2波长板和1/8波长板可以沿着光行进方向排列。
[0098]如上所述，根据本发明第二实施例，校正光学元件90R、90G和90B布置在照明单元25和分别的TIR棱镜40R、40G和40B之间的光路上。如在前述情形中那样，能够防止投射图像的对比度降低。此外，与其中校正从TIR棱镜40R、40G和40B发射的光的偏振态的情形相比较，能够增加校正光学元件的布置和数目的自由度，并且能够根据显示设备2的设计条件灵活地设计校正光学元件的布置和数目。
[0099](第三示例性实施例)
[0100]图15是示意根据本发明第三示例性实施例的显示设备3的配置的图解。
[0101]显示设备I和显示设备2中的照明单元25将白色光分离成多个颜色光以作为用于照亮DMD 50的照明光使用它们。在另一方面，显示设备3的照明单元26使用从多个光源的每一个发射的颜色光作为照明光。
[0102]照明单元26包括分别地发射红色、绿色和蓝色光的光源10R、1G和1B和包括转换光学系统的照明光学系统20R、20G和20B，转换光学系统分别地将红色、绿色和蓝色光转换成具有预定偏振方向的颜色照明光。
[0103]每一个光源10包括发射每一种颜色光的发光元件13和将从发光元件13发射的颜色光转换成几乎平行光的透镜14。例如，光源1R包括发射红色光的发光元件13R和将从发光元件13R发射的颜色光转换成几乎平行光的透镜14R。发光元件13例如是LED(发光二极管)。
[0104]照明光学系统20R、20G和20B将入射的颜色光转换成用于均匀地照亮DMD 50R、50G和50B的线偏振光。照明光学系统20R和照明光学系统20B将入射的颜色光转换成沿着垂直于XDP 60的入射面的方向偏振的线偏振光，而照明光学系统20G将入射的颜色光转换成沿着平行于XDP 60的入射面的方向偏振的线偏振光。从分别的照明光学系统20发射的分别的光分别地进入TIR棱镜40R、40G和40B。
[0105]如上所述，根据本发明的第三实施例，照明光学系统26包括用于发射颜色光的该多个光源13R、13G和13B。因此，因为使用该多个光源，所以能够改进投射图像的亮度，并且因为并不需要提供用于将白色光分离成多个颜色光的分离光学系统，所以能够减小设备的尺寸。结果，即使在其中亮度得到改进并且其中设备尺寸减小的配置中，仍然能够防止投射图像的对比度降低。
[0106]已经通过示例性实施例描述了本发明。然而，本发明不限于前述示例性实施例。能够在本发明的范围内对于本发明的配置和细节作出本领域技术人员能够理解的各种改变。
[0107]例如，在第一和第二示例性实施例中，光源10包括光源灯11和将从光源灯11发射的光转换成几乎平行光的反射器12。然而，本发明不限于此实例。例如，通过使用透镜，从光源灯11发射的光可以被转换成几乎平行光。在此情形中，LED或者吸收激发能量以辐射荧光的荧光体能够被用作光源灯11。
[0108]在前述示例性实施例中，照明光学系统20采用其中使用第一透镜阵列21、第二透镜阵列22、偏振转换元件23和叠加透镜24的配置。然而，本发明不限于此实例。例如，照明光学系统20可以采用使用积分棒的配置。
[0109]在前述示例性实施例中，叠加透镜24是单一光学构件。然而，本发明不限于此实例。例如，叠加透镜24可以是多个透镜或者可以采用其中添加折叠式反射镜从而改进照明光学系统20的性能或者从而调节设备的尺寸的配置。
[0110]进而，在前述示例性实施例中，根据第三示例性实施例的显示设备3中的校正光学元件的布置类似于在根据第一示例性实施例的显示设备I中的布置。然而，本发明不限于此实例。例如，显示设备3中的校正光学元件的布置能够被改变为类似于第二实施例的布置。
[0111]附图标记的解释
[0112]1、2、3显示设备
[0113]10 光源
[0114]11光源灯
[0115]12反射器
[0116]20照明光学系统
[0117]21第一透镜阵列
[0118]22第二透镜阵列
[0119]23偏振转换元件
[0120]24叠加透镜
[0121]25、26照明单元
[0122]30光分离光学系统(分离单元)
[0123]31第一二向色镜
[0124]32第二二向色镜
[0125]33、34、35 反射镜
[0126]40R、40G、40B TIR棱镜(光路调节单元)
[0127]50R、50G、50B DMD(光学调制单元)
[0128]60 XDP(合成单元)
[0129]70R、70G、70B校正光学元件(校正单元)
[0130]90R、90G、90B校正光学元件(校正单元)
[0131]80投射光学系统(投射单元)
【主权项】
1.一种投射型显示设备，包括: 照明单元，所述照明单元发射具有预定偏振方向的多个颜色光； 多个光路调节单元，所述多个光路调节单元分别地全反射所述多个颜色光； 多个光学调制单元，所述多个光学调制单元分别地调制由所述多个光路调节单元全反射的所述多个颜色光以发射多个调制颜色光； 合成单元，所述合成单元沿着同一方向发射从所述光学调制单元发射的所述多个调制颜色光;和 校正单元，所述校正单元布置在所述照明单元和所述合成单元之间的光路上并且改变进入所述校正单元的光的偏振态以将在所述合成单元上入射的光转换成线偏振光。2.根据权利要求1所述的投射型显示设备，其中，所述校正单元改变进入的光的偏振态以消除当光由所述光路调节单元全反射时产生的、在光的S偏振光分量和P偏振光分量之间的相差。3.根据权利要求1或者2所述的投射型显示设备，其中，所述校正单元包括至少一个1/8波长板。4.根据权利要求3所述的投射型显示设备， 其中，所述合成单元反射或者透射每一个调制颜色光以沿着同一方向发射所述光， 其中，所述校正单元被设置成对应于在所述合成单元上入射的每一种光，对应于由所述合成单元反射的光的所述校正单元是1/8波长板，并且对应于透射通过所述合成单元的光的所述校正单元包括至少一个1/2波长板。5.根据权利要求1所述的投射型显示设备，其中，所述校正单元包括至少一个偏振板。6.根据权利要求5所述的投射型显示设备， 其中，所述合成单元反射或者透射每一个调制颜色光以沿着同一方向发射所述光， 其中，所述校正单元被设置成对应于在所述合成单元上入射的每一种光，对应于由所述合成单元反射的光的所述校正单元是偏振板，并且对应于透射通过所述合成单元的光的所述校正单兀包括偏振板和I/2波长板。7.根据权利要求1到6中任何一项所述的投射型显示设备，其中，所述校正单元被设置在所述多个光路调节单元和所述合成单元之间的每一个光路上。8.根据权利要求1到6中任何一项所述的投射型显示设备，其中，所述校正单元被设置在所述照明单元和所述多个光路调节单元之间的光路上。9.一种图像显示方法，包括: 发射具有预定偏振方向的多个颜色光； 分别地全反射所述多个颜色光； 分别地调制所述多个全反射颜色光； 沿着同一方向发射所述多个调制颜色光以合成所述多个颜色光;并且 投射所述合成光， 其中，在所述多个光的合成之前，所述光的偏振态被改变以将在合成光的合成单元上入射的光转换成线偏振光。
【文档编号】G03B21/00GK106062629SQ201480076803
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年3月5日
【发明人】石川孝史
【申请人】Nec显示器解决方案株式会社