專利名稱：圖像顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像顯示設(shè)備，其掃描從光源發(fā)射的激光束以形成圖像。
背景技術(shù)：
近年來，己經(jīng)積極地開展投影型成像設(shè)備的研究和開發(fā)，投影型成像 設(shè)備使用例如發(fā)射非相千光的鹵素燈或高壓汞燈通過投影透鏡將放大的 圖像投影到屏幕，例如液晶光閥。然而，與本發(fā)明相關(guān)的投影型成像設(shè)備 和圖像投影設(shè)備存在消耗大量功率并且僅發(fā)出弱光的問題，因為它們使用 自然發(fā)射的非相干光。此外，非相干光源的問題在于，由于各個紅、綠和 藍光源的寬波長帶，所以很難提供具有寬色度范圍的顯示。使用產(chǎn)生相干 光的激光作為光源的圖像顯示設(shè)備的研究和開發(fā)已經(jīng)導(dǎo)向一種方法，該方 法用于提供具有低功耗、強亮度和寬色度范圍的顯示。
日本專利未審公開第11-305710號公開了一種圖像投影設(shè)備，其使用 激光作為相干光源。圖1A示出用于描述與本發(fā)明相關(guān)的圖像投影設(shè)備， 該圖像投影設(shè)備使用相干光源。在日本專利未審公開第11-305710號中公 開的圖像投影設(shè)備中，如圖1A所示，從紅色(R)脈沖激光器1、綠色(G) 脈沖激光器2以及藍色(B)脈沖激光器3發(fā)射的激光束通過二向棱鏡4 組合起來。組合的光借助積分器5獲得面內(nèi)光量均勻化，然后照射光調(diào)制 元件(光閥)6。然后光調(diào)制元件(光閥)內(nèi)的圖像通過投影透鏡7被投影到 屏幕8上，因而顯示彩色圖像。
然而，在使用應(yīng)用激光作為相干光源的圖像投影設(shè)備中的投影透鏡的 成像系統(tǒng)的情況中，所述成像系統(tǒng)僅在投影透鏡的焦深內(nèi)才會聚焦。因而， 對于使用者來說必須根據(jù)屏幕的位置進行聚焦。這導(dǎo)致降低使用輕便的投 影型圖像顯示設(shè)備的便利性的問題。
掃描沿直線傳播的激光束進行投影和顯示圖像的投影型顯示設(shè)備被特定投影范圍內(nèi)進行聚焦的問題的方法
公開(例如在日本專利未審公開第2003-21800號)。圖1B描述了本發(fā)明 相關(guān)的投影型顯示設(shè)備的示例，所述投影型顯示設(shè)備掃描激光束以投影和 顯示圖像。如圖1B示出，在日本專利未審公開第2003-21800號中公開的 投影型顯示設(shè)備中，從紅色、綠色和藍色光源11、 12、 13分別發(fā)射的激 光束通過彩色組合元件14組合。然后，組合后的光通過準直透鏡15準直， 使得激光束的束腰到達投影表面18附近作為像素19，然后通過光學(xué)掃描 元件16和17進行兩維掃描，也就是進行水平和垂直的光學(xué)掃描，隨之顯 示彩色圖像。

發(fā)明內(nèi)容
如圖2A所示，對于掃描激光束以投影和顯示圖像的投影型顯示設(shè)備， 為了將其束腰定位在投影表面的位置上，就必須使具有在束腰21處大于 束直徑A22的直徑(束直徑B23)的激光束傳播投影距離24并被窄化且 準直到投影表面25上。
如圖2B所示，為了將激光束強度的半高寬窄化為1000pm，并準直該 束以在50cm投影距離處具有800水平像素和600垂直像素尺寸的屏幕上 顯示具有800水平像素和600垂直像素的圖像，在光學(xué)掃描元件位置上的 束直徑根據(jù)菲涅耳衍射積分計算的結(jié)果應(yīng)該是1010nm (在具有650nm波 長的基本高斯光束情形中)。
這里，假定微機械反射鏡被用作掃描元件。在這種情況中，例如，由 單晶硅襯底形成的諧振型微機械反射鏡在反射鏡尺寸為1200 iam時具有 大約18KHz的響應(yīng)頻率，并且可顯示具有800水平像素和600垂直像素 以及在這種條件下的最大屏幕更新頻率60Hz的圖像(見非專利文獻1， "用于顯微顯示用途的二軸的基于MEMS掃描器的性能(Performance of A Biaxial MEMS-Based Scanner for Microdisplay Applications) , SPIE會議 4178 (Proceedings of SPIE 4178)"第186-196頁)。
然而，如圖2C所示，對于更高的分辨率，(例如)為了提供圖2B中 示出情形中分辨率的1.7倍的垂直分辨率(1280水平像素和1024垂直像 素)，激光束通過50cm傳播距離必須被窄化成強度的半高寬(FWHM)為540 pm并且被準直。在這種情況中，在光學(xué)掃描元件位置上的束直徑根 據(jù)菲涅耳衍射積分計算的結(jié)果是600 pm。對于高分辨率圖像顯示，需要 提高反射鏡掃描速度，并且為了獲得反射鏡掃描速度的提高，就應(yīng)該減小 反射鏡的尺寸。
這里，考慮到一般的機械法則(mechanical considerations),在反射鏡 的擺動方向上反射鏡的慣性矩與反射鏡的尺寸的立方成反比，并且諧振頻 率與慣性矩的1/2次冪成正比。因而，在反射鏡的擺動方向上諧振頻率與 反射鏡的尺寸的3/2次冪成反比。
因而，例如，如果分辨率增大1.7倍，掃描頻率也必須增大1.7倍。 然后，必須至少使得反射鏡的尺寸在其擺動方向上僅為0.45倍，它是1.7 倒數(shù)的3/2次冪。換句話說，必須使得反射鏡的尺寸在其擺動方向上僅為 540,。
然而，在這種情況下存在問題，即，雖然確保反射鏡26上的裕量(接 近1.2倍)等于圖2B中所示的情況，但是不能提供高分辨率的圖像顯示。 換句話說，在圖2B的情況中(800水平像素和600垂直像素)，當反射鏡 尺寸為1200pm時，位于光學(xué)掃描元件位置處的束直徑是1010 pm，因而 能夠保證反射鏡的裕量接近束直徑的1.2倍。同時，在垂直分辨率為前述 情況的1.7倍的情況中(1280水平像素和1024垂直像素)，束直徑是600 pm，而反射鏡尺寸僅為540 nm，也就是反射鏡尺寸小于束直徑，以致不 能形成所需圖像。
圖3顯示垂直像素數(shù)量和位于反射鏡表面上的束直徑和反射鏡直徑之 間的關(guān)系。圖3中位于反射鏡表面上的束直徑31和反射鏡直徑32之間的 尺寸關(guān)系經(jīng)過點A33后反過來。在這個實例的情形中，800像素是在束直 徑小于反射鏡直徑的垂直分辨率的界限。
因而，考慮到上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種圖像顯示設(shè)備， 其使用小的掃描元件顯示高分辨率圖像。
為了實現(xiàn)上面的目的，根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備包括掃描器，其 掃描從光源發(fā)射的激光束以在投影表面上形成圖像；和激光束直徑轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)，其確定束腰的位置和束腰的直徑，使得激光束位于掃描器的束偏轉(zhuǎn)器 位置上的激光束的束直徑大于束偏轉(zhuǎn)器的尺寸，并且使得根據(jù)菲涅耳衍射積分的激光束的強度分布小于像素節(jié)距。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的激光束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)使得掃描器中的束 偏轉(zhuǎn)器位置上激光束的束直徑小于束偏轉(zhuǎn)器的尺寸，能夠確保獲得相對于 束偏轉(zhuǎn)器的束直徑的裕量。除此之外，根據(jù)本發(fā)明的激光束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué) 系統(tǒng)確定束腰的位置和束腰直徑，使得根據(jù)菲涅耳衍射積分的激光束的強 度分布總是小于像素節(jié)距，并因此防止在投影表面上的像素交迭。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備中束偏轉(zhuǎn)器可以是諧振型微機械 反射鏡。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備中束腰的位置可以位于投影表面 所在的投影距離內(nèi)，也可以是與束偏轉(zhuǎn)器位置相同的位置。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備中的掃描器可以包括凸面鏡或凹 面鏡，并且可以提供無限遠焦點系統(tǒng)。
此外，在本發(fā)明中激光束的束直徑可以是其強度的半高寬。此外，激 光束可以是基礎(chǔ)高斯光束。
在本發(fā)明中的像素節(jié)距可以是通過將位于投影表面上的屏幕的水平 尺寸除以水平像素數(shù)量獲得的值，或者也可以是通過將位于投影表面上的 屏幕的垂直尺寸除以垂直像素數(shù)量獲得的值。
此外，根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備可以是這樣的設(shè)備，其中光源根據(jù) 投影表面的形狀調(diào)制激光強度。
本發(fā)明即使在為了加速減小束偏轉(zhuǎn)器尺寸時，也實現(xiàn)無像素交迭的清 晰圖像顯示，同時保證相對于掃描器中束偏轉(zhuǎn)器的束直徑的裕量。


圖1A示出了一個與本發(fā)明有關(guān)的圖像投影設(shè)備的示例，該圖像投影 設(shè)備使用相干光源；
圖1B示出了與本發(fā)明有關(guān)的圖像投影設(shè)備的另一個示例，該圖像投
影設(shè)備使用相干光源；
圖2A示出了與本發(fā)明有關(guān)的圖像顯示設(shè)備，該圖像顯示設(shè)備使用具 有大于其束腰處束直徑A的束直徑B的激光；
圖2B示出在用于將激光束窄化到束強度半高寬中的預(yù)定值并在用預(yù)定投影距離、屏幕尺寸和像素數(shù)量顯示圖像時準直所述激光束的光學(xué)掃描 元件的位置上的束直徑；
圖2C示出用于提供圖2B中示出情形中的垂直分辨率的1.7倍的垂直 分辨率的光學(xué)掃描元件位置處的束直徑。
圖3顯示垂直像素數(shù)量和反射鏡表面上的束直徑以及反射鏡直徑之間 的關(guān)系；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備的第一示例性實施例的俯視圖； 圖5A示出包括兩個凸透鏡的組合的束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)； 圖5B示出包括一個凸透鏡和一個凹透鏡組合的束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)；
圖5C示出包括由凹面鏡形成的垂直掃描器和凸透鏡121的組合的束 直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；
圖5D示出包括由凸面鏡形成的垂直掃描器和凸透鏡121的組合的束 直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；
圖6A是描述基礎(chǔ)高斯光束的傳播范圍和束直徑之間關(guān)系的圖6B是描述基礎(chǔ)高斯光束的傳播范圍和束直徑之間關(guān)系的圖
圖7是顯示第一示例性實施例中視場角的圖8是示出在第一示例性實施例中垂直像素數(shù)量和反射鏡表面上的束 直徑和反射鏡直徑之間關(guān)系的圖9A是示出在根據(jù)第一示例性實施例的束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)中束腰 處的束直徑；
圖9B是示出像素節(jié)距和位于預(yù)定投影距離處束強度的半高寬之間關(guān) 系的示意圖9C是示出當投影距離大于圖9B中示例的投影距離時的像素節(jié)距和 位于預(yù)定投影距離處的束強度的半高寬之間關(guān)系的示意圖9D是示出當投影距離大于圖9C中示例的投影距離時的像素節(jié)距 和位于預(yù)定投影距離處的束強度的半高寬之間關(guān)系的示意圖10A示出根據(jù)第二示例性實施例的圖像顯示設(shè)備被用于傾斜平面 屏幕的情況中的示例；
圖10B示出根據(jù)第二示例性實施例的圖像顯示設(shè)備被用于彎曲屏幕的情況中的示例；
圖10C示意地示出在傾斜平面屏幕上的提供均勻像素間隔的像素取 樣點；禾口
圖10D示意地示出在彎曲屏幕上的提供均勻像素間隔的像素取樣點。
具體實施例方式
(第一示例性實施例)
圖4是根據(jù)本示例性實施例的圖像顯示設(shè)備的俯視圖。 根據(jù)本示例性實施例的圖像顯示設(shè)備包括紅色激光源101、綠色激光 源102、藍色激光源103、束轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)104、彩色組合光學(xué)系統(tǒng)105、 水平掃描器106和垂直掃描器107。紅色激光源101、綠色激光源102和 藍色激光源103中的每一個輸出基礎(chǔ)高斯光束(以TEMOO模式)。從紅色、 藍色和綠色激光源分別發(fā)射的激光束，通過束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)104并通 過彩色組合光學(xué)系統(tǒng)105組合，然后被水平掃描器106和垂直掃描器107 掃描。
束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)104調(diào)節(jié)束直徑31，使得位于作為水平掃描器 106和垂直掃描器107的束偏轉(zhuǎn)器的反射鏡26上的束直徑31小于反射鏡 直徑32 (見圖9A)。此外，束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)104使束腰IIO成形為， 使得強度的半高寬(其對應(yīng)于束直徑114或116)在第一投影表面112和 第二投影表面113之間的投影范圍118內(nèi)總是小于像素節(jié)距115或117。 如圖4所示，在水平掃描器106的束偏轉(zhuǎn)器的位置處形成束腰110。 圖5A、 5B、 5C和5D示出束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)104的結(jié)構(gòu)。 如圖5A所示，束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)包括無限遠焦點系統(tǒng)，該無限遠 焦點系統(tǒng)包括具有焦深fl的凸透鏡121和具有焦深f2的凸透鏡122組合。 這里，當經(jīng)過準直的激光束進入束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)時，以放大倍數(shù)G/fl 轉(zhuǎn)換束直徑。
此外，如圖5B所示，束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)可以具有包括焦深fl的凸 透鏡121和焦深f2的凹透鏡123的結(jié)構(gòu)。此外，如圖5C所示，束直徑轉(zhuǎn) 換光學(xué)系統(tǒng)可以具有包括用作垂直掃描器的焦深為f2的凹面鏡124a (垂直掃描元件)和焦深為fl的凸透鏡121的組合的結(jié)構(gòu)。此外，如圖5D所
示，束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)可以具有包括用作垂直掃描器的焦深為f2的凸面 鏡(垂直掃描元件)124b和焦深為fl的凸透鏡121的組合的結(jié)構(gòu)。在圖 5C和5D示出的結(jié)構(gòu)中，激光束通過凸透鏡121會聚。因而，這些結(jié)構(gòu)可 以進一步減小水平掃描器125的尺寸，實現(xiàn)高速運行，因而實現(xiàn)高清晰的 圖像顯示。凹面鏡124a和凸面鏡124b也可以用于水平掃描元件。
下面，將參考圖6A和6B描述基礎(chǔ)高斯光束的傳播距離和束直徑之 間的關(guān)系。
如圖6A所示，根據(jù)菲涅耳衍射積分計算的基礎(chǔ)高斯激光束的束直徑 隨著傳播距離變寬。這里，激光傳播距離是z，束腰位置是z=0，而束腰 半徑(振幅值減小為最大值的1/e處的距離)是coo (附圖標記131)，下面 描述的關(guān)系式1和2中的關(guān)系可以在傳播距離z (附圖標記133)和束半 徑co (附圖標記132)之間確定。這里，入是激光的波長而兀是圓周率。此 外，在強度(振幅的平方)減小為最大值的1/2處經(jīng)過的距離，也就是束 強度的半高寬，為D，關(guān)系式3可以從高斯函數(shù)的平方分布來提供。
co2 = co02.{l+(z/a)2} ...(l)
a =兀，ro。 /入 …(2)
D = co.(-2-ln(0.5))05…(3)
基于關(guān)系式1到3，束半徑co (束強度的半高寬D)依照傳播距離z 改變。此外，如圖6A所示，當束腰具有小的半徑時，束半徑co (束強度 的半高寬D)隨著傳播距離z增大而變寬。同時，如圖6B所示，當束腰 具有大的半徑時，即使傳播距離z增大，束半徑co (束強度的半高寬D) 也不會變得太寬。
換句話說，如果束腰被形成得遠小于反射鏡尺寸以便確保反射鏡上的 裕量，則束半徑co (束強度的半高寬D)隨著傳播距離z增大而變得更寬。 結(jié)果，束擴展超過像素節(jié)距并且與相鄰束交迭，導(dǎo)致不能提供清晰的圖像。
同時，束腰被形成得過大，以便即使在傳播距離z增大時防止束直徑 過度地變寬，不能確保反射鏡上的裕量，因而束直徑不大于反射鏡尺寸的那個點變成界限。結(jié)果，不能提供所需的高清晰的圖像。
在本發(fā)明中，基于這種基礎(chǔ)高斯光束，確定位于反射鏡表面上的束直 徑(在^0處的束強度的半高寬D)，使得束強度的半高寬D等于或小于 在傳播距離Z處所需的像素節(jié)距，也就是通過將水平屏幕尺寸除以水平像 素數(shù)量獲得的值，或通過將垂直屏幕尺寸除以垂直像素數(shù)量獲得的值。
圖7顯示在本示例性實施例中的視場角(angles of field)。
如圖7所示，對于在本示例性實施例中的視場角，可以確定在投影距 離50cm處水平屏幕尺寸是80cm而垂直屏幕尺寸是60cm。此外，在反射 鏡表面上的束直徑(束強度的半高寬D)被確定成，使得束的半高寬具有 等于或小于通過在投影距離為50cm或更大處將60cm的垂直屏幕尺寸除 以垂直像素數(shù)量獲得的值。
圖8示出本示例性實施例中垂直像素數(shù)量和反射鏡表面上的束直徑與 反射鏡直徑之間的關(guān)系。
如圖8所示，在本示例性實施例中，反射鏡直徑32可以相對于直到 垂直像素數(shù)量約為1200個像素時的反射鏡表面的束直徑31具有裕量。因 而，本示例性實施例可以解決在束直徑變得小于具有800個像素的垂直像 素數(shù)量的反射鏡直徑的情形中的問題，正如在圖2中示出的與本發(fā)明有關(guān) 的方法。
圖9A-9D示出在本示例性實施例中提供的高清晰顯示情形中的顯示 的結(jié)果。
1280個水平像素和1024個垂直像素的圖像分辨率被提供。此外，屏 幕尺寸被確定成，使得在投影距離為50cm處水平尺寸是80cm，垂直尺 寸是60cm(圖9B);在投影距離為100cm處水平尺寸是160cm，垂直尺 寸是120cm (圖9C);在投影距離為200cm處水平尺寸是320cm，垂直尺 寸是240cm (圖9D)。這里，如圖9A所示，使用形成束直徑31 (束強度 的半高寬)在束腰位置(反射鏡表面)對于紅色(波長650nm)是412 pm 的束的束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)。
紅色激光源101發(fā)出經(jīng)過準直的光束，其束直徑在束強度半高寬處是 500(im，并且具有焦深5mm的進光側(cè)凸透鏡和具有焦深4.12mm的出光側(cè) 凸透鏡被用于束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)(圖5A)。類似紅色激光源101的情況，用于綠色激光源102和藍色激光源103
的束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造成以便提供由根據(jù)關(guān)系式1到3獲得的結(jié)果
計算的束強度的半高寬。
波長650nm光的半導(dǎo)體激光器用于紅色激光源101。用于綠色激光源 102的是半導(dǎo)體激光泵浦固態(tài)激光器，其發(fā)射波長532nm的光，所述波長 532nm的光為由紅外半導(dǎo)體激光器泵浦的Nd:YAG晶體所獲得的1064nm 紅外光的第二諧波。波長440nm的光的半導(dǎo)體激光器用于藍色激光源103。 此外，在紅色激光源101和藍色激光源103處，緊接著半導(dǎo)體激光器的出 光端設(shè)置準直透鏡，以產(chǎn)生具有束直徑為500pm的經(jīng)過準直的光束。
對于水平掃描，諧振型微機械掃描元件用于往復(fù)掃描，并且以±19.3 度的擺角、31KHz的頻率驅(qū)動。對于垂直掃描，使用檢流計反射鏡 (galvanometer mirror)，并且所述檢流計反射鏡被驅(qū)動以便產(chǎn)生60 Hz的 鋸齒波。對于諧振型微機械掃描元件的尺寸，使用鏡直徑32為540 pm的圓形 反射鏡26，使得其能夠忍容許以31KHz驅(qū)動。對于檢流計反射鏡的直徑， 使用具有1200(im直徑的圓形反射鏡。
激光器被構(gòu)造成與掃描元件同步地每12.7ns地執(zhí)行強度調(diào)制并且發(fā) 射具有與像素值相關(guān)的亮度的光。
當在這些條件下投影激光束，如圖9A所示，在50cm投影距離處束 強度的半高寬是540pm，在100cm投影距離處束強度的半高寬是810pm， 在200cm投影距離處束強度的半高寬是1452pm。同時，如圖9B、 9C和 9D所示，激光束強度的半高寬是546 |im、 1171 和2343 pm，它們 是分別取決于投影距離50cm、 100cm和200cm的像素節(jié)距。
換句話說，根據(jù)本示例性實施例，將束強度的半高寬形成為小于每個 投影距離上的像素節(jié)距。換句話說，在50cm投影距離處束強度的半高寬 540|im小于像素節(jié)距546 |im。此外，在100cm投影距離處束強度的半高 寬81(Vm小于像素節(jié)距1171 iLxm。還有，在200cm投影距離處束強度的 半高寬1452|im小于像素節(jié)距2343 pm。
正如上面所述，根據(jù)本示例性實施例，在50到200cm范圍內(nèi)的投影 距離總是可以提供沒有像素交迭的清晰圖像。此外，在這些條件下，在諧振型微機械掃描元件的反射鏡26上確保
接近412 pm的束系統(tǒng)31直徑(束強度半高寬)的1.3倍的540 |im反射 鏡直徑。換句話說，雖然在與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)中，800個像素是束直徑 小于鏡直徑的垂直分辨率的界限，但是本發(fā)明即使是在垂直分辨率為1024 像素的情況中，也能夠提供與在與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)中相對于垂直分辨率 600像素的反射鏡張開程度的限制的裕量等價的裕量。因此，可以顯示具 有更少無序的束斑的清晰圖像。
當把根據(jù)上面所述的本示例性實施例的束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到 激光掃描型圖像顯示設(shè)備中，在預(yù)定投影范圍內(nèi)不需要使用者實施聚焦就 可以提供元件的沒有交迭的清晰圖像，同時在反射鏡上可以確保相對于束 直徑的裕量，即使用于為掃描元件提供更高清晰度的反射鏡尺寸減小。 (第二示例性實施例)
圖10A到IOD示出根據(jù)本示例性實施例的圖像顯示設(shè)備的顯示狀態(tài)。 本示例性實施例是申請的一個示例，其中使用彎曲屏幕或使用根據(jù)第一示 例性實施例的圖像顯示設(shè)備在傾斜平面屏幕上進行投影。
在本示例性實施例中，在圖10A中示出的傾斜平面屏幕162和圖10B 中示出的曲面163上進行投影。
在本示例性實施例中，圖像顯示設(shè)備161的像素數(shù)量是水平像素 1280，垂直像素1024。此外，屏幕高240cm，寬320cm，屏幕的投影距離 范圍為50到200cm。在這些條件下，使用產(chǎn)生束的對于紅光(波長650nm) 束腰的位置上束強度半高寬是412pm的束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)。
激光掃描系統(tǒng)具有與第一示例性實施例中的水平掃描器106和垂直掃 描器107的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，并且諧振型微機械掃描元件具有540 nm的 直徑，具有1200 pm直徑的圓形反射鏡用作檢流計反射鏡。
此外，在本圖像顯示設(shè)備中，假定屏幕形狀是公知的，并且如圖10C 和IOD所示，激光強度在像素取樣點165進行調(diào)制，這提供規(guī)則的像素間 隔，用于水平和垂直掃描。
在這些條件下，在50cm投影距離處束強度的半高寬是540 在 200cm投影距離處束強度的半高寬是1452 nm。在兩個距離上的束強度的 半高寬分別小于依投影距離而定的像素節(jié)距540 ^m和2343 pm。因而，可以證實，在50到200cm范圍的投影距離內(nèi)在傾斜平面屏幕或在彎曲屏 幕上總是可以提供無像素交迭的清晰圖像。
此外，在這些條件下，對于諧振型微機械掃描元件，確保接近束強度 半高寬(也就是412!iim)的1.3倍的540 pm的反射鏡直徑。換句話說， 雖然在常規(guī)技術(shù)中，800個像素是束直徑小于鏡直徑的垂直分辨率的界限， 但是本發(fā)明即使是在垂直分辨率為1024像素的情況中，也能夠提供相對 于對于現(xiàn)有技術(shù)中對于600像素的垂直分辨率的反射鏡張開程度限制的裕 量。因而，顯示具有更少無序束斑的清晰圖像。
雖然上面基于示例性實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于上述示 例性實施例。
如果水平掃描器106的束偏轉(zhuǎn)器(例如反射鏡)中的束強度的半髙寬 大于所述束偏轉(zhuǎn)器并且如果在所采用的投影距離范圍內(nèi)束強度的半高寬 小于像素節(jié)距，則由束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)104形成的束腰110的位置可以 是朝向投影表面的水平掃描元件位置前面的位置。
對于本發(fā)明的束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)104中的凸透鏡、凹透鏡、凸面鏡 和凹面鏡，可以使用提供類似的光學(xué)作用的衍射元件，例如菲涅耳波帶板 或全息圖。
在本發(fā)明中，雖然二向色鏡被用作彩色組合裝置的一個示例，二向棱 鏡或類似的裝置也可以用作彩色組合裝置。
在本發(fā)明中，光源包括用于控制激光器的電流值以進行調(diào)制的裝置、 和用于通過光調(diào)制器執(zhí)行調(diào)制的裝置。換句話說，在本發(fā)明中，雖然已經(jīng) 通過控制激光器的電流值針對紅色和藍色激光器進行調(diào)制以及通過使激 光通過聲光元件針對綠色進行調(diào)制來實現(xiàn)調(diào)制，但是也可以使用不同類型 的光學(xué)調(diào)制器，例如光柵型MEMS調(diào)制器、波導(dǎo)型調(diào)制器或電光晶體。 此外，可以通過在掃描一個像素的時間內(nèi)實施脈沖寬度調(diào)制來進行激光強 度調(diào)制。
對于水平掃描和垂直掃描，可以使用聲光元件、電光晶體或類似裝置， 并且可以通過例如使用光子晶體的棱鏡提供用于增大擺角的光學(xué)系統(tǒng)。
本發(fā)明可以適用于其它像素數(shù)量和屏幕尺寸，只要這種數(shù)量和尺寸是 從關(guān)系式1到3獲得的結(jié)果并且在所采用的投影距離范圍處束強度半高寬小于像素節(jié)距。此外，本發(fā)明可以適用于其他投影距離、像素數(shù)量和屏幕 尺寸，只要它們是從關(guān)系式1到3得到的結(jié)果。
此外，水平掃描和垂直掃描元件的束偏轉(zhuǎn)器(例如反射鏡)可以具有 其他尺寸和形狀，只要它們大于所采用的用于通過束偏轉(zhuǎn)器的束直徑的強 度的半高寬。
此外，激光可以具有多于三個波長的多個波長，只要這些波長在可見 光范圍內(nèi)。
本申請己經(jīng)遞交，要求基于2006年11月1日遞交的日本專利申請第 2006-297605號的優(yōu)先權(quán)，這里以參考的方式將該專利其全部公開內(nèi)容并 入本文中。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示設(shè)備，包括掃描器，其掃描從光源發(fā)射的激光束以在投影表面上形成圖像；和激光束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，其確定束腰的位置和束腰的直徑，使得位于所述掃描器的束偏轉(zhuǎn)器位置處的激光束的束直徑小于束偏轉(zhuǎn)器的尺寸，并且使得根據(jù)菲涅爾衍射積分得到的激光束的強度分布小于像素節(jié)距。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述束偏轉(zhuǎn)器是諧振型 微機械反射鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中束腰的位置位于投影表 面所在的投影距離內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像顯示設(shè)備，其中束腰的位置與所述束偏 轉(zhuǎn)器的位置相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述掃描器包括凸面鏡 或凹透鏡，并且提供無限遠焦點系統(tǒng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述激光束的所述束直 徑是其強度的半高寬。 '
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述激光束是基礎(chǔ)高斯 光束。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述像素節(jié)距等于通過 將所述投影表面上的屏幕的水平尺寸除以水平像素數(shù)量得到的值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述像素節(jié)距等于通過 將所述投影表面上的屏幕的垂直尺寸除以垂直像素數(shù)量得到的值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述光源根據(jù)所述投 影表面的形狀調(diào)制激光強度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像顯示設(shè)備，其掃描由光源(101)、(102)和(103)發(fā)射的激光束以在投影表面上形成圖像，并且包括成形激光束的束腰的激光束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)(104)，和用于掃描激光束的水平掃描器(106)和垂直掃描器(107)。束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)(104)將位于作為掃描器(106)和(107)的束偏轉(zhuǎn)器的反射鏡(26)位置處的束直徑調(diào)節(jié)成小于該反射鏡的直徑。此外，束直徑轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)(104)成形束腰(110)，使得對應(yīng)于束直徑(114)或(116)的強度的半高寬總是小于在限定在第一投影表面(112)和第二投影表面(113)之間的投影范圍(118)內(nèi)的像素節(jié)距(115)或(117)。
文檔編號G02B26/10GK101529307SQ200780040218
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月1日
發(fā)明者今井浩 申請人:日本電氣株式會社