图像显示装置和光学组件的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种图像显示装置和光学组件。该图像显示装置包括：激光束光源部、合成光束生成部、控制部、分束单元以及检测部，同时所述分束单元的反射率或透射率的增大/减小特性，与在根据颜色成分的激光束波长变化而增大或减小所述颜色成分的激光束输出的过程中所述激光束输出的增大/减小特性相反，以维持合成光束的预定颜色状态。根据本发明，即使当激光束的波长变化时，仍然能够维持诸如白平衡之类的预定颜色状态。
【专利说明】图像显示装置和光学组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合成有多个具有不同颜色成分的激光束以投影彩色图像的图像显示装置以及在这样的图像显示装置中使用的光学组件，以对于预定波长的激光束显示出预定的反射率或透射率。
【背景技术】
[0002]在诸如激光投影仪之类的各种图像显示装置中，每一种图像显示装置均合成有红色成分(R)、绿色成分(G)和蓝色成分(B)的激光束以在投影面上投影并显示彩色图像，这些图像显示装置已经投入了实际应用。这样的图像显示装置必须维持通过以预定状态合成R、G和B激光束获得的光束的彩色状态，从而投影并显示具有高的颜色再现性的彩色图像。典型地，必须创建通过合成R、G和B激光束获得的光束的白平衡(white balance)。
[0003]日本专利特开号2004-226631公开了一种投影仪，该投影仪包括第一光源部、第二光源部、第三光源部、温度检测部、空间光调制器、投影透镜、存储部以及控制部；温度检测部检测每一个光源部的温度；空间光调制器根据图像信号调制来自每一个光源部的光；投影透镜将被空间光调制器调制后的光投影到屏幕上；存储部存储每一个光源部的温度和来自每一个光源部的每一种彩色光的亮度分布之间的关系；基于存储在存储部中的由每一个温度检测部检测到的每一个光源部的温度与每一种彩色光的亮度分布之间的关系，控制部控制空间光调制器以使得屏幕上的彩色光的亮度分布基本上均匀，从而减小与伴随每一个光源部的温度变化而来的不规则颜色分布变化相对应的不规则颜色。
[0004]日本专利特开号2008-003270公开了投影图像显示装置的结构，该投影图像显示装置将组合成白光束的光束部分发射到光检测部，从而允许该光束入射到具有安装在光电二极管上的滤色器的光传感器，将用于指示从光传感器输出的光束的光量的信号与控制部中通过R、G和B光量变化进行的先前白平衡调节中的信号值相比较，并改变每一个光源的驱动增益以减少光量之间的差异，从而调节白色度。
[0005]日本专利号2663437公开了一种半导体激光装置，通过提供(render)从半导体激光元件发出的监测光强度的温度依赖特性以及彼此相对的光接收元件检测输出的温度依赖特性，该半导体激光装置被配置为减少由于温度变化导致的输出光强度浮动。在该半导体激光装置中，没有执行用于对应于波长变化而实现诸如白平衡之类的预定颜色状态的控制。
[0006]如上所述，在用于投影彩色图像的图像显示装置中，有必要创建白平衡，但是每个光源的输出光量变化以及每个光源的输出波长变化导致这种白平衡的损失。换句话说，创建了白平衡的状态表示其光量(即，每个光源的输出)相对用于形成合成光束的每一个颜色成分的光束波长处于预定值，当每一个光源的输出波长变化时，白平衡被损失，除非每一个光源输出了波长变化的预定光量。
[0007]在图像显示装置中，采用诸如激光二极管(LD)之类的元件作为每一个颜色成分的激光束光源，但是输出激光束的波长由于温度变化而改变。另一方面，该图像显示装置在各种环境中被使用，而且除了激光束光源之外还设置有由于运行而发热的组件，因而激光束光源的温度变化，并且从激光束光源输出的激光束的波长变化。在基于激光束的光量(亮度)调节白平衡的情况下，当激光束的波长变化时，合成激光束的白平衡就被不利地损失掉了。
【发明内容】
[0008]已经提出了本发明来解决前述问题，本发明的目的是即使当激光束的波长变化时仍然维持诸如白平衡之类的预定颜色状态。
[0009]根据本发明第一方案的图像显示装置包括:多个激光束光源部，用于输出彼此不同的多个颜色成分的激光束；合成光束生成部，用于将所述多个颜色成分的激光束合成以生成合成光束；控制部，用于控制所述激光束光源部的输出；分束单元，用于将所述颜色成分的激光束进行分束；以及检测部，用于检测由所述分束单元分束后的所述颜色成分的激光束的光量，同时，所述分束单元的反射率或透射率的增大/减小特性，与在根据所述颜色成分的激光束波长变化而增大或减小所述颜色成分的激光束输出的过程中所述激光束输出的增大/减小特性相反，以维持所述合成光束的预定颜色状态；并且所述控制部被配置为根据由所述检测部检测到的被分束后的所述颜色成分的激光束的光量而控制所述激光束光源部的输出。
[0010]如本文以上所述，根据第一方案的图像显示装置设置有分束单元，该分束单元的反射率或透射率的增大/减小特性，与在根据所述颜色成分的激光束波长变化而增大或减小所述颜色成分的激光束输出的过程中所述激光束输出的增大/减小特性相反，以维持所述合成光束的预定颜色状态，这样，即使当激光束的波长变化时，仍然能够根据被分束单元分束并由检测部检测到的所述颜色成分的激光束的光量来控制激光束光源部的输出，从而能够维持诸如白平衡之类的预定颜色状态。
[0011]在根据第一方案的前述图像显示装置中，所述控制部优选地被配置为，根据由所述检测部检测到的被分束后的所述颜色成分的激光束的光量，减小被检测到的光量增大的颜色成分的激光束光源部的输出，并增大被检测到的光量减小的颜色成分的激光束光源部的输出。根据这一结构，沿着抵消检测光量变化的这种方向来调节激光束光源部的输出，这样，能够容易地维持预定颜色状态。
[0012]在根据第一方案的前述图像显示装置中，所述控制部优选地被配置为，当从所述激光束光源部输出的颜色成分的激光束波长由于温度上升而增大时，增大用于输出蓝色成分激光束的蓝色激光束光源以及用于输出红色成分激光束的红色激光束光源的输出，并减小用于输出绿色成分激光束的绿色激光束光源的输出。根据这一结构，即使当从激光束光源部输出的颜色成分的激光束的波长由于温度升高而增大时，通过增大蓝色成分激光束光源和红色成分激光束光源的输出并减小绿色成分激光束光源的输出，仍然能够容易地维持预定颜色状态。
[0013]在根据第一方案的前述图像显示装置中，所述分束单元优选地被配置为，所述分束单元的反射率或透射率根据激光束波长变化而变化。根据这一结构，能够通过被分束单元分束后的颜色成分的激光束的光量变化而容易地检测到激光束波长的变化。
[0014]在这种情况下，分束单元优选地被配置为，当蓝色成分激光束和红色成分激光束的波长增大时，所述分束单元的反射率或透射率减小，并且当绿色成分激光束的波长增大时，所述分束单元的反射率或透射率增大。根据这一结构，容易检测到蓝、红和绿颜色成分激光束的波长变化，而且通过控制部来调节对于蓝、红和绿颜色成分的激光束光源的输出，这样，能够容易地维持预定颜色状态。
[0015]在根据第一方案的前述图像显示装置中，所述分束单元优选地被配置为，对于蓝色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率最高，对于红色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率最低，而对于绿色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率介于对于所述蓝色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率和对于红色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率之间。根据这一结构，波长短、检测灵敏度低、入射到检测部上的蓝色成分激光束的光量增大，而波长长、检测灵敏度高、入射到检测部上的红色成分激光束的光量减小。因而，检测部能够可靠地检测红色成分、绿色成分和蓝色成分的激光束，而无需增大用于激光束的检测部的检测灵敏度的范围。
[0016]在根据第一方案的前述图像显示装置中，所述预定颜色状态优选地包括创建了所述合成光束的白平衡的状态。根据这一结构，即使当激光束的波长变化时，也能够维持创建了白平衡的状态。
[0017]在根据第一方案的前述图像显示装置中，所述分束单元优选地包括棱镜，所述棱镜形成有多层电介质，所述多层电介质的反射率或透射率的增大/减小特性与所述激光束输出的增大/减小特性相反。根据这一结构，因而，由于该多层电介质，能够容易地提供具有如下反射率或透射率的分束单元:分束单元的反射率或透射率的增大/减小特性，与在根据颜色成分的激光束波长变化而增大或减小颜色成分激光束输出的过程中激光束输出的增大/减小特性相反，从而维持合成光束的预定颜色状态。而且，分束单元包括形成有多层电介质的棱镜，这样，分束单元能够被采用为除了具有分束的功能之外还具有棱镜的功倉泛。
[0018]在根据第一方案的前述图像显示装置中，所述分束单元优选地设置在所述合成光束的光路中；并且所述控制部优选地被配置为，允许对于所述颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源部在用所述合成光束进行图像显示期间输出激光束，并根据由所述检测部检测到的被分束后的单个颜色成分的激光束的光量来控制所述激光束光源部的输出。根据这一结构，能够对于多个颜色成分共享分束单元和检测部，从而能够减少组件数量。
[0019]在前述分束单元设置在合成光束的光路中的结构中，所述控制部优选地被配置为，允许所述多个激光束光源部在用所述合成光束进行图像显示期间逐一相继输出激光束，并根据由所述检测部检测到的被分束后的颜色成分的激光束的光量来控制所述激光束光源部的输出。根据这一结构，能够单独地检测颜色成分的激光束，从而能够更精确地检测颜色成分激光束的光量变化。
[0020]在前述分束单元设置在合成光束的光路中的结构中，允许对于所述颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源部在用所述合成光束进行图像显示期间以预定帧数的间隔输出激光束以用于检测所述光量，并根据由所述检测部检测到的被分束后的单个颜色成分的激光束的光量来控制所述激光束光源部的输出。根据这一结构，即使当图像显示期间激光束的波长变化时，仍然能够根据由检测部检测到的光量变化来调节激光束光源部的输出，从而能够容易地维持图像显示期间诸如白平衡之类的预定颜色状态。[0021]在前述分束单元设置在合成光束的光路中的结构中，所述控制部优选地被配置为在第一模式和第二模式之间切换，在所述第一模式中，图像被连续显示而不进行光量检测；在所述第二模式中，在用所述合成光束进行图像显示期间对于所述颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源部输出激光束，并且检测所述激光束的光量。根据这一结构，能够通过第二模式容易地维持图像显示期间的诸如白平衡之类的预定颜色状态，而通过第一模式，图像被平滑地连续显示，而不进行光量检测。
[0022]根据第一方案的前述图像显示装置优选地还包括扫描部，所述扫描部用于扫描所述合成光束，并且所述分束单元优选地布置在所述合成光束的光路中所述合成光束生成部和所述扫描部之间。根据这一结构，能够将分束单元布置在颜色成分的激光束被聚焦的位置，从而能够抑制分束单元的尺寸增大。
[0023]在这种情况下，该扫描部优选地包括微机电系统(MEMS)扫描镜。根据这一结构，通过MEMS扫描镜，能够获得减小扫描部的尺寸、降低功耗、加速处理等效果。
[0024]在根据第一方案的前述图像显示装置中，所述合成光束生成部优选地包括分色镜。根据这一结构，通过该分色镜，能够改善颜色合成的精度，并且能够改善合成光束生成部的耐用性。
[0025]根据本发明第二方案的光学组件的反射率或透射率的增大/减小特性，与在根据多个颜色成分的激光束波长变化而增大或减小所述多个颜色成分的激光束输出的过程中所述激光束输出的增大/减小特性相反，以将通过合成所述颜色成分的激光束而获得的合成光束维持在预定颜色状态；所述光学组件设置在图像显示装置中，所述图像显示装置包括:检测部，用于检测所述激光束的光量；以及控制部，用于根据所述检测部的检测结果来控制用于输出彼此不同的多个颜色成分的激光束的多个激光束光源部的输出；所述光学组件包括分束单元，所述分束单元将所述颜色成分的激光束分束并将所述激光束引导到所述检测部。
[0026]在根据第二方案的光学组件中，如本文以上所述，所述分束单元被配置为，所述分束单元的反射率或透射率的增大/减小特性，与在根据多个颜色成分的激光束波长变化而增大或减小所述多个颜色成分的激光束输出的过程中所述激光束输出的增大/减小特性相反，以维持合成光束的预定颜色状态，这样，即使当激光束的波长变化时，仍然能够根据被分束单元分束并由检测部检测到的所述颜色成分的激光束的光量来控制激光束光源部的输出，从而能够维持诸如白平衡之类的预定颜色状态。
[0027]在根据第二方案的前述光学组件中，所述控制部优选地被配置为，根据由所述检测部检测到的被分束后的所述颜色成分的激光束的光量，减小被检测到的光量增大的颜色成分的激光束光源部的输出，并增大被检测到的光量减小的颜色成分的激光束光源部的输出。根据这一结构，沿着抵消检测光量变化的这种方向来调节激光束光源部的输出，这样，能够容易地维持预定颜色状态。
[0028]在根据第二方案的前述光学组件中，所述分束单元优选地被配置为，所述分束单元的反射率或透射率根据激光束的波长变化而变化。根据这一结构，能够通过被分束单元分束后的颜色成分的激光束的光量变化而容易地检测到激光束波长的变化。
[0029]在这种情况下，分束单元优选地被设置为，当蓝色成分激光束和红色成分激光束的波长增大时，所述分束单元的反射率或透射率减小，并且当绿色成分激光束的波长增大时，所述分束单元的反射率或透射率增大。根据这一结构，容易检测到蓝、红和绿颜色成分激光束的波长变化，而且通过控制部来调节对于蓝、红和绿颜色成分的激光束光源的输出，这样，能够容易地维持预定颜色状态。
[0030]在根据第二方案的前述光学组件中，所述分束单元优选地被配置为，对于蓝色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率最高，对于红色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率最低，而对于绿色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率介于对于所述蓝色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率和对于红色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率之间。根据这一结构，波长短、检测灵敏度低、入射到检测部上的蓝色成分激光束的光量增大，而波长长、检测灵敏度高、入射到检测部上的红色成分激光束的光量减小。因而，检测部能够可靠地检测红色成分、绿色成分和蓝色成分的激光束，而无需增大用于激光束的检测部的检测灵敏度的范围。
[0031]根据本发明的控制部能够具有采用电子组件的电路配置，并且还能够被配置为采用计算机硬件和软件的功能模块，并且能够被配置为使得该计算机硬件执行该软件。
[0032]根据本发明，在图像显示装置中，即使当激光束的波长变化时，仍然能够维持诸如白平衡之类的预定颜色状态。
[0033]本发明的前述和其他目的、特征、方案以及优点将从如下与附图一起被考虑的本发明的详细描述中变得更清晰。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1示出根据本发明实施例的图像显示装置主要部分的结构；
[0035]图2示出根据本发明该实施例的分束单元；
[0036]图3不出反射膜的波长和反射率之间的关系；
[0037]图4示出根据本发明该实施例的用于维持白平衡的激光束光源的波长和输出之间的关系；
[0038]图5示出了根据本发明该实施例的分束单元的反射特性；
[0039]图6示出了根据本发明该实施例的算术处理；以及
[0040]图7是用于示出根据本发明该实施例的该算术处理的色度图。
【具体实施方式】
[0041]本发明适用于各自合成有从多个激光束光源部输出的不同颜色成分的激光束以显示彩色图像的各种图像显示装置，但是现在描述一种激光投影仪的结构来作为应用本发明的示例，该激光投影仪合成了红色成分(R)、绿色成分(G)和蓝色成分(B)这三种颜色成分的激光束，并且通过扫描镜来扫描该合成光束以在投影面上投影并显示彩色图像。将描述在合成光束中创建白平衡的状态作为示例，然而，从以下的描述中应当清楚的是，也能够根据本发明创建其他的预定颜色状态。
[0042]图1示出了激光投影仪1的示例，该激光投影仪1主要是由激光束光源2a到2c、各种光学元件(分色镜3和4以及透镜5)、扫描镜6以及各种驱动/控制单元(扫描镜驱动器7、扫描镜控制部8、图像处理部9、激光控制部10以及激光驱动器11)构成。激光投影仪1将红、蓝和绿颜色成分的激光束合成，之后将合成光束投影到投影面Δ (例如屏幕或墙壁)上，从而在投影面Δ上根据输入视频信号显示彩色图像。激光投影仪1是本发明中“图像显示装置”的示例。
[0043]激光束光源2a到2c是输出不同颜色成分激光束的激光二极管(LD)，并且通过由激光驱动器11分别提供的驱动电流而彼此独立地被驱动，从而输出具有单个颜色成分的激光束。因而，发出了具有特定波长的单个颜色成分的激光束。换句话说，从激光束光源2a发出具有蓝色成分(B)的激光束，从激光束光源2b发出具有绿色成分(G)的激光束，从激光束光源2c发出具有红色成分(R)的激光束。激光束光源2a是本发明中“激光束光源部”或“蓝色激光束光源”的示例。激光束光源2b是本发明中“激光束光源部”或“绿色激光束光源”的示例。激光束光源2c是本发明中“激光束光源部”或“红色激光束光源”的示例。
[0044]分色镜3和4仅透射特定波长的激光束而将其他波长的激光束反射,从而将从激光束光源2a到2c发出的R、G和B颜色成分的激光束合成。具体而言，从激光束光源2a和2b发出的蓝色成分和绿色成分的激光束在光路上游的分色镜3中被合成，之后被发射到光路下游的分色镜4。该被发出的合成光束和从激光束光源2c发出的红色成分激光束在分色镜4中被进一步合成，并被作为目标最终颜色合成光束发出。分色镜3和4包括用于合成R、G和B颜色成分的激光束的光学部，并且通过这一合成而获得的颜色合成光束经由透镜5入射到扫描镜6上。分色镜3和4是本发明中“合成光束生成部”的示例。
[0045]根据该实施例，米用微机电系统(MEMS)扫描镜作为扫描镜6,该MEMS扫描镜有利于减小尺寸、降低功耗、加快处理等。通过扫描镜驱动器7使得扫描镜6在水平方向(X方向)和竖直方向(Y方向)上转移，来自扫描镜控制部8的驱动信号输入到扫描镜驱动器7中，该扫描镜6根据扫描镜6的偏转角(deflection angle)将入射到扫描镜6上的彩色光束反射，并将其投影到投影面Δ上。扫描镜6是本发明中“扫描部”的示例。
[0046]图像处理部9基于从诸如个人电脑之类的外部装置输入的视频信号以预定时间间隔将视频数据传输至激光控制部10，从而激光控制部10获得了预定扫描位置处的像素信息。激光控制部10以驱动电流波形信号控制激光驱动器11，从而基于该像素信息将包括多个像素的图像投影到投影范围上。而且，激光控制部10根据由检测器12检测到的R、G和B颜色成分的分支激光束的光量来控制激光束光源2a到2c的输出。该激光控制部10是本发明中“控制部”的示例。
[0047]如后文所述，根据该实施例，激光控制部10经由激光驱动器11来控制激光束光源2a到2c的输出，从而基于检测器12的检测结果来创建白平衡。而且，如后文所述，根据该实施例，激光控制部10驱动所有的激光束光源2a到2c，以允许对于这三种颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源在用这三种颜色成分的合成光束进行图像显示期间输出激光束，并且激光控制部10执行的模式是，每显示一帧投影图像或数帧投影图像则停止来自其余颜色成分的激光束光源的激光束输出。换句话说，R、G和B单个颜色成分的激光束在用合成光束进行图像显示期间被输出非常短的时间段，而且单个颜色成分的激光束相对于R、G和B中的每一个被输出。因而，激光控制部10被配置为在第一模式和第二模式之间切换，在第一模式中，图像被连续显示而不进行光量检测；在第二模式中，在用合成光束进行图像显示期间对于颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源2a、2b或2c输出激光束，并且检测激光束的光量。可以使用被用来校正图像显示期间激光束光源部输出的已有模式来作为第二模式。[0048]激光驱动器11驱动激光束光源2a到2c，以允许激光束光源2a到2c基于由激光控制部10执行的前述控制而发出激光束。当大于或等于振动阈值电流的电流从激光驱动器11被供应时，激光束光源2a到2c发出激光束，并且随着所供应的电流值增大而输出具有更大输出(光量)的激光束。而且，当小于振动阈值电流的电流被供应时，激光束光源2a到2c停止输出激光束。根据该实施例，采用激光二极管(LD)作为激光束光源2a到2c。
[0049]根据该实施例，在颜色合成光束的光路中在分色镜4和透镜5之间设置有分束单元13。换句话说，该分束单元13布置在合成光束光路中分色镜4和扫描镜6之间。通过具有预定反射特性的多层电介质15，分束单元13将入射光束分成被引导至扫描镜6的光束和被引导至检测器12的光束。该被分束后的光束应用于检测器12，并且由检测器12检测到的用于指不光量的信号被输入到激光控制部10中。
[0050]根据该实施例的分束单元13是棱镜14，如图2所示，该棱镜14在一个端面上形成有具有预定反射特性的反射膜，而且入射光束被该具有预定反射率的反射膜反射并入射到检测器12上。被透射的光束经由透镜5入射到扫描镜6上。根据该实施例，采用多层电介质15作为该反射膜。根据该实施例，被分束单元13反射的光束入射到检测器12上，但是可以允许该分束单元13具有预定的透射特性，经由分束单元13透射的光束可以入射到检测器12上，而被反射的光束可以入射到扫描镜6上。
[0051]根据该实施例，分束单元13被配置为，该分束单元13的反射率的增大/减小特性，与在根据R、G和B颜色成分的激光束波长变化而增大或减小R、G和B颜色成分激光束输出的过程中激光束输出的增大/减小特性相反，从而维持合成光束的白平衡。
[0052]具体而言，分束单元13是被配置为分束单元13的反射率响应于激光束的波长变化而改变。如图3所示，分束单元13被配置为，当在蓝光范围内的激光束波长和在红光范围内的激光束波长增大时，分束单元13的反射率减小，当在绿光范围内的激光束波长增大时，分束单元13的反射率增大。而且，分束单元13被配置为，对于蓝色成分激光束的反射率(大约10%)是最高的，对于红色成分激光束的反射率(大约2%)是最低的，对于绿色成分激光束的反射率(大约4%)是介于对于蓝色成分激光束的反射率和对于红色成分激光束的反射率之间。
[0053]根据该实施例，如上所述，采用的模式是，激光控制部10允许激光束光源2a到2c在用R、G和B的合成光束进行彩色图像的投影显示期间以一帧或数帧的间隔输出单个R、G和B颜色成分的激光束，在单个颜色成分的这些激光束被输出的时机，设置在合成光束光路中的分束单元13检测单个R、G和B颜色成分激光束的光量。因此，激光控制部10控制激光束光源2a到2c的输出增大和减小，从而基于由检测器12根据前述时机检测到的R、G和B光量来创建白平衡。
[0054]具体而言，激光控制部10被配置为，根据由检测器12检测到的被分束后的R、G和B颜色成分激光束的光量，减小激光束光源2a到2c中被检测到的光量增大的颜色成分的激光束光源的输出，并增大激光束光源2a到2c中被检测到的光量减小的颜色成分的激光束光源的输出。
[0055]例如，激光控制部10被配置为，当从激光束光源输出的R、G和B颜色成分的激光束的波长由于温度升高而增大时，增大用于输出蓝色成分激光束的激光束光源2a和用于输出红色成分激光束的激光束光源2c的输出，并减小用于输出绿色成分激光束的激光束光源2b的输出。
[0056]激光控制部10被配置为，允许对于R、G和B颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源2a、2b或2c在用合成光束进行图像显不期间输出激光束。具体而言，激光控制部10被配置为，允许激光束光源2a到2c在用合成光束进行图像显示期间以预定帧数的间隔(例如，以一帧或数帧的间隔)逐一相继(sequentially)输出激光束，并且根据由检测器12检测到的分束后的R、G和B颜色成分激光束的光量来控制激光束光源2a到2c的输出。
[0057]根据该实施例，分束单元13设置在合成光束的光路中，使得分束单元13对于R、G和B颜色成分被共用，然而分束单元13和检测器12也可以设置在单个R、G和B颜色成分激光束中每一个激光束的光路中。在这种情况下，不需要前述提及的模式。
[0058]在单个R、G和B颜色成分的激光束具有预定输出比率来创建白平衡的状态下，当从激光束光源2a到2c输出的单个R、G和B颜色成分激光束的波长由于温度变化而改变时，白平衡受到损失，除非用这些变化了的波长来获得该预定输出比率。利用多层电介质15的反射特性来控制激光束光源的输出从而以这种方式维持白平衡。
[0059]例如，随着蓝色成分(B)激光束的波长由于温度变化而在大约450nm范围内改变时，R、G和B颜色成分激光束的波长响应于可能的温度变化而在一定范围内改变。多层电介质15具有这样的特性，即在如图3所示的示例中，反射率由于温度变化而在R、G和B颜色成分激光束的波长变化范围内变化，并且如上所述，这些反射率特性与相对于R、G和B颜色成分激光束的波长变化而增大或减小R、G和B颜色成分激光束的输出的这种特性相反。
[0060]图3所示的示例展示出了这样的反射率特性:对于蓝色成分(B)的激光束，在波长经过大约450nm之后，反射率减小；对于绿色成分(G)的激光束，在波长经过大约510nm后，反射率增大；对于红色成分(R)的激光束，在波长增大时反射率减小。在图5中示出了根据该实施例的细节。
[0061]现在描述利用多层电介质15的反射率特性对于激光束光源2a到2c进行的输出控制。图4示出了根据温度的R、G和B激光束的波长和输出的示例。图4中的(a)图示出了在25°C的温度下创建白平衡(白显示)的特性，图4中的(b)图示出了温度变化至50°C并且白平衡损失的特性，图4中的(c)图示出了在50°C的温度下用于维持白平衡和亮度的特性。
[0062]如图4中的(a)图所示，在25°C的温度下，从激光束光源2c输出的红色成分(R)激光束的波长是638nm，输出是P mW，从激光束光源2b输出的绿色成分(G)激光束的波长是515nm,输出是0.76P mff,从激光束光源2a输出的蓝色成分(B)激光束的波长是450nm，输出是0.55P mw。通过这些波长和输出之间的关系，在12.01m处创建了白平衡。基于25°C温度下的红色成分(R)的输出P mW来表示来自激光束光源的激光束输出。
[0063]如图4中的(b)图所示，当温度从该状态变化至50°C时，从激光束光源2c输出的红色成分(R)激光束的波长是643nm，输出是P mff,从激光束光源2b输出的绿色成分(G)激光束的波长是517nm，输出是0.76P mff,从激光束光源2a输出的蓝色成分(B)激光束的波长是452nm，输出是0.55PmW。波长和输出改变，而且白平衡在11.91m处损失。
[0064]如图4中的(c)图所示，为了在50°C温度下维持白平衡和亮度，从激光束光源2c输出的红色成分(R)激光束必须具有643nm的波长和1.21P mff的输出，从激光束光源2b输出的绿色成分(G)激光束必须具有517nm的波长和0.72P mff的输出，从激光束光源2a输出的蓝色成分(B)激光束必须具有452nm的波长和0.56P mff的输出。换句话说，除非根据温度变化来控制激光束光源2a到2c的输出，否则无法获得根据波长变化的合适的激光束光源的输出，因而如图4中的(b)图所示将无法维持白平衡。
[0065]能够通过实验来获得R、G和B颜色成分激光束的波长与用于创建白平衡的颜色成分激光束的输出之间的这些关系。还可以由如下已经公知的计算来获得这些关系。
[0066]现在描述一示例，该示例计算用于创建白平衡的RGB比率(输出比率)、将R、G和B波长分别设定到637nm、510nm和445nm并将该比率表示为a: b: c。如图6所示，首先基于颜色匹配函数(根据本实施例，为CIE1931 (国际照明委员会，1931))和激光束光源的谱灵敏度(RGB比率)获得三色刺激值(X，Y，Z)。根据该实施例，获取三色刺激值为 X=0.34225*a+0.0093*b+0.506160*c, Y=0.03050*a+0.5030*b+0.20200*c，Z=l.75950*a+0.1582*b+0.000029*c。然后，将这些三色刺激值(X，Y，Z)的比率量化为色度X和y。根据该实施例，这些三色刺激值(X，Y，Z)的比率被量化为x=X/(X+Y+Z)以及y=Y/(X+Y+Z)。然后调节RGB比率使得该色度(x，y)变为图7所示色度图中的白色(例如，x=0.33以及y=0.33)(在图7中，R表示红色区域，G表示绿色区域，B表示蓝色区域)。根据该实施例，当RGB比率是3.4:2.7:1.0时，创建了白平衡。
[0067]为了如上所述即使当温度从25°C变化到50°C时仍然维持白平衡，激光控制部10对激光束光源2a到2c执行如下控制:将红色成分(R)激光束的输出从P mff增大到1.21PmW，将绿色成分(G)激光束的输出从0.76P mW减小到0.72P mW，并将蓝色成分(B)激光束的输出从0.55P mff增大到0.56Pmff0
[0068]激光控制部10执行的激光束光源2a到2c的该输出控制是根据由检测器12检测到的R、G和B颜色成分的光量来执行的，并且激光控制部10执行如下控制:当检测到的光量大时减小激光束光源的输出，当检测到的光量小时增大激光束光源的输出。分束单元13(多层电介质15)的反射率特性与在为了创建白平衡而对应于波长变化控制输出增大或减小的过程中由激光控制部10进行的增大或减小输出的特性相反，因而，分束单元13反射对应光量的光束，并允许光束入射到检测器12上，从而控制输出，使得通过变化了的波长来创建白平衡。
[0069]在如图4所示的示例中，当温度从25°C变化到50°C时，蓝色成分(B)激光束的波长从450nm变化到452nm，绿色成分(G)激光束的波长从515nm变化到517nm，并且红色成分(G)激光束的波长从638nm变化到643nm。对于这些波长变化，多层电介质15展现出如图5所示的反射率特性，因而，适当地通过激光控制部10来执行前述提及的基于检测到的反射光束光量的输出控制，同时维持了白平衡。
[0070]换句话说，如图5 (a)所示，对于波长从450nm变化到452nm的蓝色成分(B)激光束，多层电介质15的反射率从10%减小到9.7%。因而，被检测器12检测到的该反射光束的光量减小，使得激光控制部10执行将对于蓝色成分(B)的激光束光源2a的输出从0.55Pmff增大到0.56P mff的控制。
[0071]而且，如图5 (b)所示，对于波长从515nm变化到517nm的绿色成分(G)的激光束，多层电介质15的反射率从4%增大到4.2%。因而，被检测器12检测到的该反射光束的光量增大，使得激光控制部10执行将对于绿色成分(G)的激光束光源2b的输出从0.76P mff减小到0.72P mff的控制。[0072]此外，如图5 (c)所示，对于波长从638nm变化到643nm的红色成分(R)的激光束，多层电介质15的反射率从2%减小到1.7%。因而，被检测器12检测到的该反射光束的光量减小，使得激光控制部10执行将对于红色成分(R)的激光束光源2c的输出从P mW增大到
1.21P mW的控制。因而，即使是在50°C的温度下也维持了 R、G和B合成光束的白平衡。
[0073]根据该实施例，如本文以上所述，激光投影仪1设置有分束单元13，分束单元13的反射率的增大/减小特性，与根据R、G和B颜色成分激光束的波长变化来增大或减小R、G和B颜色成分激光束输出的过程中的激光束输出的增大/减小特性相反，从而维持合成光束的白平衡，这样，即使当激光束的波长变化时，也能够根据由分束单元13分束并由检测器12检测到的R、G和B颜色成分激光束的光量来控制激光束光源2a到2c的输出，使得能够维持白平衡。
[0074]根据该实施例，如本文以上所述，激光控制部10被配置为，根据由检测器12检测到的分束后的R、G和B颜色成分激光束的光量，减小被检测到的光量增大的颜色成分的激光束光源2a到2c的输出，并增大被检测到光量减小的颜色成分的激光束光源2a到2c的输出。因而，沿着抵消被检测到的光量变化的方向来调节激光束光源2a到2c的输出，这样能够容易地维持白平衡。
[0075]根据该实施例，如本文以上所述，激光控制部10被配置为，当从激光束光源输出的R、G和B颜色成分激光束的波长由于温度上升而增大时，增大用于输出蓝色成分激光束的激光束光源2a和用于输出红色成分激光束的激光束光源2c的输出，并减小用于输出绿色成分激光束的激光束光源2b的输出。因而，即使当从激光束光源2a到2c输出的R、G和B颜色成分激光束的波长由于温度上升而增大时，通过增大激光束光源2a和激光束光源2c的输出并减小激光束光源2b的输出，仍然能够容易地维持白平衡。
[0076]根据该实施例，如本文以上所述，分束单元13被配置为，分束单元13的反射率根据激光束波长的变化而变化。因而，能够通过被分束单元13分束后的R、G和B颜色成分的激光束的光量变化而容易地检测到激光束波长的变化。
[0077]根据该实施例，如本文以上所述，分束单元13被配置为，当蓝色成分激光束和红色成分激光束的波长增大时，分束单元13的反射率减小，当绿色成分激光束的波长增大时，分束单元13的反射率增大。因而，容易检测到蓝、红和绿颜色成分激光束的波长变化，而且通过控制部来调节对于蓝、红和绿颜色成分的激光束光源的输出，这样，能够容易地维持白平衡。
[0078]根据该实施例，如本文以上所述，分束单元13被配置为，其对于蓝色成分激光束的反射率是最高的，对于红色成分激光束的反射率是最低的，而对于绿色成分激光束的反射率介于对于蓝色成分激光束的反射率和对于红色成分激光束的反射率之间。因而，波长短、检测灵敏度低、入射到检测器12上的蓝色成分激光束的光量增大，而波长长、检测灵敏度高、入射到检测器12上的红色成分激光束的光量减小。因而，检测器12能够可靠地检测红色成分、绿色成分和蓝色成分的激光束，而无需增大用于激光束的检测器12的检测灵敏度的范围。
[0079]根据该实施例，如本文以上所述，分束单元13被配置为包括棱镜14，该棱镜14形成有多层电介质15，该多层电介质15的反射率的增大/减小特性与激光束输出的增大/减小特性相反。因而，由于该多层电介质15，能够容易地提供具有如下反射率的分束单元13:分束单元13的反射率的增大/减小特性，与在根据R、G和B颜色成分的激光束波长变化而增大或减小R、G和B颜色成分激光束输出的过程中激光束输出的增大/减小特性相反，从而维持合成光束的预定颜色状态。而且，分束单元13包括形成有多层电介质15的棱镜14，这样，分束单元13能够被采用为除了具有分束的功能之外还具有棱镜14的功能。
[0080]根据该实施例，如本文以上所述，分束单元13设置在合成光束的光路中，激光控制部10被配置为，允许在用合成光束进行图像显示期间对于颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源2a、2b或2c输出激光束，并且根据检测器12检测到的被分束后的单个颜色成分激光束的光量来控制对应的激光束光源2a、2b或2c的输出。因而，能够对于R、G和B颜色成分共享分束单元13和检测器12，从而能够减少组件数量。
[0081]根据该实施例，如本文以上所述，激光控制部10被配置为，允许多个激光束光源2a到2c在用合成光束进行图像显示期间逐一相继输出激光束，并根据检测器12检测到的被分束后的R、G和B颜色成分激光束的光量来控制激光束光源2a到2c的输出。因而，能够单独地检测R、G和B颜色成分的激光束，从而能够更精确地检测R、G和B颜色成分激光束的光量变化。
[0082]根据该实施例，如本文以上所述，激光控制部10被配置为，允许对于颜色成分中任一颜色成分的激光束光源2a、2b或2c在用合成光束进行图像显示期间以预定帧数的间隔输出激光束以检测光量，并且根据由检测器12检测到的被分束后的单个颜色成分的激光束的光量来控制对应的激光束光源2a、2b或2c的输出。因而，即使当图像显示期间激光束的波长变化时，仍然能够根据由检测器12检测到的光量变化来调节对应的激光束光源2a、2b或2c的输出，从而能够容易地维持图像显示期间的白平衡状态。
[0083]根据该实施例，如本文以上所述，激光控制部10被配置为在第一模式和第二模式之间切换，在第一模式中，图像被连续显示而不进行光量检测，在第二模式中，在用合成光束进行图像显示期间对于颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源2a、2b或2c输出激光束，并且检测激光束的光量。因而，能够通过第二模式容易地维持图像显示期间的白平衡状态，而通过第一模式，图像被平滑地连续显示，而不进行光量检测。
[0084]根据该实施例，如本文以上所述，分束单元13布置在合成光束光路中的分色镜4和扫描镜6之间。因而，分束单元13能够布置在R、G和B颜色成分的激光束被聚焦的位置，从而能够抑制分束单元13的尺寸增大。
[0085]从各种角度来看，此次公开的实施例都应当被认为是示例性的而不是限制性的。本发明的范围不是由以上实施例的描述示出，而是由专利权利要求的范围示出，而且，在与专利权利要求的范围等同的含义和范围内的各种改型也进一步被包括进来。
[0086]例如，尽管在前述实施例中本发明是应用于激光投影仪，然而，本发明不限于此。可替代地，本发明可以应用于除了激光投影仪之外的图像显示装置。
[0087]尽管在前述实施例中本发明是应用于创建白平衡作为预定颜色状态的状态中，然而本发明不限于此。例如，可替代地，预定颜色状态可以是根据设计、用户的喜好等可设定的。
[0088]尽管在前述实施例中分束单元包括形成有多层电介质的棱镜，然而，本发明不限于此。根据本发明，可替代地，可以采用除了多层电介质之外的分束单元。
[0089]尽管在前述实施例中分束单元设置在合成光束的光路中，然而，本发明不限于此。根据本发明，可替代地，例如，可以为用于颜色成分的激光束光源部的每一个光源部设置分束单元，并且可以检测每一个颜色成分的激光束的光量。
[0090]尽管在前述实施例中激光束光源部包括对于红色成分的激光束光源、对于绿色成分的激光束光源以及对于蓝色成分的激光束光源，然而，本发明不限于此。根据本发明，可替代地，该激光束光源部可以被配置为包括对于其他颜色组合的激光束光源，只要包括多种不同的颜色成分即可。
【权利要求】
1.一种图像显示装置，包括:多个激光束光源部，用于输出彼此不同的多个颜色成分的激光束；合成光束生成部，用于将所述多个颜色成分的激光束合成以生成合成光束；控制部，用于控制所述激光束光源部的输出；分束单元，用于将所述颜色成分的激光束进行分束；以及检测部，用于检测由所述分束单元分束后的所述颜色成分的激光束的光量，其中，所述分束单元的反射率或透射率的增大/减小特性，与在根据所述颜色成分的激光束波长变化而增大或减小所述颜色成分的激光束输出的过程中所述激光束输出的增大/减小特性相反，以维持所述合成光束的预定颜色状态；以及所述控制部被配置为根据由所述检测部检测到的被分束后的所述颜色成分的激光束的光量而控制所述激光束光源部的输出。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述控制部被配置为，根据由所述检测部检测到的被分束后的所述颜色成分的激光束的光量，减小被检测到的光量增大的颜色成分的激光束光源部的输出，并增大被检测到的光量减小的颜色成分的激光束光源部的输出。
3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述控制部被配置为，当从所述激光束光源部输出的颜色成分的激光束波长由于温度上升而增大时，增大用于输出蓝色成分激光束的蓝色激光束光源以及用于输出红色成分激光束的红色激光束光源的输出，并减小用于输出绿色成分激光束的绿色激光束光源的输出。
4.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述分束单元被配置为，所述分束单元的反射率或透射率根据所述激光束的波长变化而变化。
5.根据权利要求4所述的图像显示装置，其中，所述分束单元被配置为，当蓝色成分激光束和红色成分激光束的波长增大时，所述分束单元的反射率或透射率减小，并且当绿色成分激光束的波长增大时，所述分束单元的反射率或透射率增大。
6.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述分束单元被配置为，对于蓝色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率最高，对于红色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率最低，而对于绿色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率介于对于所述蓝色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率和对于红色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率之间。
7.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述预定颜色状态包括创建了所述合成光束的白平衡的状态。
8.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述分束单元包括棱镜，所述棱镜形成有多层电介质，所述多层电介质的反射率或透射率的增大/减小特性与所述激光束输出的增大/减小特性相反。
9.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述分束单元设置在所述合成光束的光路中；以及所述控制部被配置为，允许对于所述颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源部在用所述合成光束进行图像显示期间输出激光束，并根据由所述检测部检测到的被分束后的单个颜色成分的激光束的光量来控制所述激光束光源部的输出。
10.根据权利要求9所述的图像显示装置，其中，所述控制部被配置为，允许所述多个激光束光源部在用所述合成光束进行图像显示期间逐一相继输出激光束，并根据由所述检测部检测到的被分束后的颜色成分的激光束的光量来控制所述激光束光源部的输出。
11.根据权利要求9所述的图像显示装置，其中，所述控制部被配置为，允许对于所述颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源部在用所述合成光束进行图像显示期间以预定帧数的间隔输出激光束以用于检测所述光量，并根据由所述检测部检测到的被分束后的单个颜色成分的激光束的光量来控制所述激光束光源部的输出。
12.根据权利要求9所述的图像显示装置，其中，所述控制部被配置为在第一模式和第二模式之间切换，在所述第一模式中，图像被连续显示而不进行光量检测；在所述第二模式中，在用所述合成光束进行图像显示期间对于所述颜色成分中任意一种颜色成分的激光束光源部输出激光束，并且检测所述激光束的光量。
13.根据权利要求1所述的图像显示装置，还包括扫描部，所述扫描部用于扫描所述合成光束，其中，所述分束单元布置在所述合成光束的光路中所述合成光束生成部与所述扫描部之间。
14.根据权利要求13所述的图像显示装置，其中，所述扫描部包括MEMS扫描镜。
15.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述合成光束生成部包括分色镜。
16.一种光学组件，所述光学组件的反射率或透射率的增大/减小特性，与在根据多个颜色成分的激光束波长变化而增大或减小所述多个颜色成分的激光束输出的过程中所述激光束输出的增大/减小特性相反，以将通过合成所述颜色成分的激光束而获得的合成光束维持在预定颜色状态；所述光学组件设置在图像显示装置中，所述图像显示装置包括:检测部，用于检测所述激光束的光量；以及控制部，用于根据所述检测部的检测结果来控制用于输出彼此不同的多个颜色成分的激光束的多个激光束光源部的输出；所述光学组件包括分束单元，所述分束单元将所述颜色成分的激光束分束并将所述激光束引导到所述检测部。
17.根据权利要求16所述的光学组件，其中，所述控制部被配置为，根据由所述检测部检测到的被分束后的所述颜色成分的激光束的光量，减小被检测到的光量增大的颜色成分的激光束光源部的输出，并增大被检测到的光量减小的颜色成分的激光束光源部的输出。
18.根据权利要求16所述的光学组件，其中，所述分束单元被配置为，所述分束单元的反射率或透射率根据所述激光束的波长变化而变化。
19.根据权利要求18所述的光学组件，其中，所述分束单元被配置为，当蓝色成分激光束和红色成分激光束的波长增大时，所述分束单元的反射率或透射率减小，并且当绿色成分激光束的波长增大时，所述分束单元的反射率或透射率增大。
20.根据权利要求16所述的光学组件，其中，所述分束单元被配置为，对于蓝色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率最高，对于红色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率最低，而对于绿色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率介于对于所述蓝色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率和对于红色成分激光束的所述分束单元的反射率或透射率之间。
【文档编号】G02B26/10GK103676145SQ201310430216
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2012年9月19日
【发明者】中尾良纯, 竹本诚二 申请人:船井电机株式会社