CN102648432B - 图像投影设备、图像投影方法和图像显示设备 - Google Patents

Abstract

一种图像投影设备包括用于在相同方向上迭加和发射具有不同会聚角的多个束的束产生装置（1），和利用来自束产生装置（1）的束扫描投影面（4）的扫描装置（3）。

Description

图像投影设备、图像投影方法和图像显示设备

技术领域

本发明涉及借助诸如高斯束（例如激光束）的光束扫描投影面以显示图像的图像投影设备。

背景技术

专利文献1描述了一种通过利用根据视频信号调制的光束扫描投影面而显示图像的图像显示设备。这个图像显示设备包括会聚来自光源的光束的会聚光学器件和设置有反射镜的扫描单元，该反射镜朝向投影面反射已经被这些会聚光学器件会聚的光束。

会聚光学器件在与在反射镜和投影面之间的中点相比更加远离反射镜的位置处形成束腰。以此方式，能够减小在扫描单元的反射镜上的束直径，并且进而能够抑制在投影面上的束直径的放大，由此使得能够实现更加紧凑的反射镜和更高分辨率的图像显示。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公报No.2007-121538

发明内容

当投影面被激光束扫描以显示图像时，噪声以源自激光束的相干性的、被称作散斑的斑点的形式发生。当观察显示图像时，散斑分散注意力并且降低图像质量。

在于专利文献1中描述的图像显示设备中，在扫描单元的反射镜和投影面之间的比中点更加远离反射镜的位置处形成束腰。同样在这种配置中，上述散斑也发生，从而导致图像质量的降低。

当束腰被布置在中心位置附近中时，因为在投影面上的束直径变大，所以难以获得高度精确的图像。

本发明的目的在于提供能够解决前面的问题并且减少散斑而不牺牲图像分辨率的一种图像投影设备、一种图像投影方法和一种图像显示设备。

为了实现前面的目的，根据本发明的一个方面的图像投影设备包括束产生装置，该束产生装置在一个方向上发射多个束从而该多个束在彼此之上迭加，每一个束的会聚角是相互不同的；和扫描装置，该扫描装置利用从束产生装置发射的束扫描投影面。

根据本发明的一个方面的图像投影方法包括：为了形成合成束，组合多个束从而在该多个束的断面（cross plane）上的能量密度变得最高，每一个束的会聚角是相互不同的并且该断面垂直于光轴；和，利用合成束扫描投影面。

根据本发明的另一个方面的图像投影方法，包括：

将入射束***成多个束；

使得多个透镜会聚该多个束，每一个透镜的焦距是相互不同的；

组合被该多个透镜会聚的各个束以形成合成束并且利用合成束扫描投影面，

其中被布置于该多个束的各个光路上的多个快门（shutter）每恒定时段被相继地释放。

根据本发明的另一个方面的图像投影方法，包括：

使得对应于输入驱动信号产生图像光的空间光学调制器空间地调制入射束；和

利用通过调制获得的束扫描投影面，

其中引起对应于多个菲涅耳波带片的图像光的多个驱动信号每恒定时段被供应到空间光学调制器，每一个菲涅耳波带片的焦距是相互不同的。

根据本发明的一个方面的图像显示设备包括：

投影面；

光会聚装置，其会聚入射束；和

扫描装置，其利用通过光会聚装置的束扫描投影面，

其中，投影面被布置在与存在通过光会聚装置的束的束腰的位置处相比更加靠近扫描装置的位置处，并且在由通过光会聚装置的束的收敛侧上的瑞利长度限定的范围中。

附图简要说明

图1A是示出当利用准直光照射散射物质时发生的合成波前（synthesized wavefront）的状态的示意性图表；

图1B是示出当利用发散光照射散射物质时发生的合成波前的状态的示意性图表；

图1C是示出当利用收敛光照射散射物质时发生的合成波前的状态的示意性图表；

图2A是描述当利用会聚束扫描投影面时发生的波前的状态的示意性图表；

图2B是示出当投影面相对于束腰前后地移动时发生的散斑对比度的变化的特征图表；

图3是示出根据本发明第一示例性实施例的图像投影设备的主要部分的结构的示意性图表；

图4是示出图3所示图像投影设备的第一和第二束的波前和能量密度的状态的示意性图表；

图5是示出图3所示图像投影设备的第一和第二束的直径的变化的特征图表；

图6是示出根据本发明第一示例性实施例的图像投影设备的总体结构的框图；

图7A是示出用于在图6所示图像投影设备中使用的红色激光光源和蓝色激光光源的结构的框图；

图7B是示出用于在图6所示图像投影设备中使用的绿色激光光源的结构的框图；

图7C是示出用于在图6所示图像投影设备中使用的绿色激光光源的另一结构的框图；

图7D是示出用于在图6所示图像投影设备中使用的扫描装置的结构的框图；

图8是示出根据本发明第二示例性实施例的图像投影设备的主要部分的结构的示意性图表；

图9是描述用于在图8所示图像投影设备中使用的束产生装置的结构的示意性图表；

图10是示出根据本发明第三示例性实施例的图像投影设备的主要部分的结构的示意性图表；

图11是描述被用作用于在图10所示图像投影设备中使用的快门的回转斩光器的示意性图表；

图12是示出根据本发明第三示例性实施例的图像投影设备的总体结构的框图；

图13是示出根据本发明第四示例性实施例的图像投影设备的主要部分的结构的示意性图表；

图14是示出根据本发明第五示例性实施例的图像显示设备的主要部分的结构的示意性图表。

引用数字的说明

1束产生装置

3扫描装置

4投影面

11***装置

12、13  反射镜

14、15  透镜

16      合成装置

具体实施方式

本申请的发明人分析了发生散斑的原因并且获取了在下文中描述的新的信息。

图1A是示出当平行光照射在散射物体上时产生的合成波前的状态的示意性视图。当平行光100到达散射物体101时，在散射物体101处产生次级球面波。由这些次级球面波的合成波前和平行光100的波前规定的波矢量的方向变成发散方向，并且波矢量的分散变大。散斑随着波矢量的分散的增加而增加

图1B是示出当发散光照射在散射物体上时产生的合成波前的状态的示意性视图。当发散光110到达散射物体111时，在散射物体111处产生次级球面波。由这些次级球面波的合成波前和发散光110的波前规定的波矢量的方向变成与图1A所示情形相比更大地发散（分散）的方向。在此情形中波矢量的分散进而大于图1A所示情形，并且散斑因此更大。

图1C是示出当收敛光照射在散射物体上时产生的合成波前的状态的示意性视图。当收敛光120到达散射物体121时，在散射物体121处产生次级球面波。由这些次级球面波的合成波前和收敛光120的波前规定的波矢量是基本平行的。在此情形中波矢量的分散小于图1A和图1B所示情形，并且结果，存在较轻的散斑。

如能够从图1A-1C看到地，优选地由收敛光扫描投影面（散射物体）。

然而，在激光被会聚并且投影面然后被会聚束扫描的光学扫描***中，发生如此情形，其中取决于从***到投影面的距离，在投影面上投影的束并不变成收敛光。

图2A是当投影面被会聚束扫描时波前的示意性视图。

在图2A所示***中，来自激光光源200的激光被会聚透镜201会聚。扫描装置202利用来自会聚透镜201的束扫描投影面203。从会聚透镜201发射的束作为收敛球面波205传播，并且然后利用在此处形成束腰204的位置作为边界，从会聚透镜201发射的束的状态从收敛球面波205改变为发散球面波206。

当投影面203从束腰204朝向会聚透镜201侧定位时，投影面203被收敛球面波205的束扫描。在此情形中，投影面203被收敛光扫描，由此散斑能够减轻。

相反，当投影面203比束腰204更加远离会聚透镜201定位时，投影面203被发散球面波206的束扫描。在此情形中，投影面203被发散光扫描，并且散斑因此变得难以减轻。

图2B示出当投影面利用束腰的位置作为基准前后地移动时散斑对比度（%）的改变。散斑对比度指示散斑的程度，并且更加具体地，是通过将像素值的标准偏差值除以每一个像素的平均值而获得的、用于散斑图像的值。在图2B中，水平轴指示距束腰的距离（mm）。束腰的位置被假设为“0”，其中会聚透镜201侧由负号指示，并且相反侧由正号指示。另外，分别地对于其中会聚透镜201的焦距是300mm、400mm和500mm的情形利用虚线（短）、实线和虚线（长）示出散斑对比度的改变。

如能够从图2B看到地，当投影面从束腰的位置定位在会聚透镜侧上时，散斑对比度减小。在此情形中，散斑对比度随着投影面到会聚透镜的接近度增加而减小。散斑对比度随着焦距减小而减小。

在另一方面，当投影面与束腰的位置相比位于更加远离会聚透镜的一侧上时，散斑对比度增加。在此情形中，散斑对比度随着投影面变得越来越远离束腰的位置而增加。散斑对比度随着焦距减小而增加。

因此，在其中投影面被激光（高斯束）扫描的光学扫描***中，投影面必须比束腰的位置更加靠近会聚透镜定位从而减小散斑对比度。

另外，当在投影面上的束直径大的，分辨率降低。因此，投影面优选地位于束腰的附近从而限制分辨率的降低。更加具体地，将束腰取作基准，投影面优选地位于由从该基准的瑞利长度规定的范围（其中束直径为倍的距离范围）内。

根据前述，为了获得散斑减轻效果，需要利用收敛光扫描投影面（屏幕），并且还为了获得高度精确的图像，需要抑制束直径加宽。

下面，作为本发明的示例性实施例，将描述允许利用收敛光扫描投影面（屏幕）并且抑制束直径加宽的（前投影型的）图像投影设备和（后投影型的）图像显示设备。

（第一示例性实施例）

图3是示出根据本发明第一示例性实施例的图像投影设备的主要部分的结构的示意性图表。

参考图3，该图像投影设备具有束产生装置1，该束产生装置1在一个方向上发射具有不同会聚角的多个束从而该多个束相互迭加；和扫描装置3，该扫描装置3利用从束产生装置1发射的束扫描投影面4。

束产生装置1具有***装置11、反射镜12、13、透镜14、15，和合成装置16。***装置11将入射激光（对应于视频信号而调制的束）***成两个束。可以使用光束***器或者半反射镜作为***装置11。

反射镜12在透射通过***装置11的第一束（透射光）的行进方向上布置；并且透镜14在被反射镜12反射的第一束的行进方向上布置。

反射镜13在被***装置11反射的第二束（反射光）的行进方向上布置；并且透镜15在着被反射镜13反射的第二束的行进方向上布置。

透镜14的焦距不同于透镜15的焦距。根据这个实施例，透镜14的焦距是400mm，而透镜15的焦距是300mm。透镜14和15的焦距不限于这些值，而可以是其它值。

合成装置16例如是光束***器或者半反射镜。合成装置16被布置在通过透镜14的第一束与通过透镜15的第二束相交叉的位置处，并且合成装置16反射第一束的部分并且透射第二束的部分。通过合成装置16的第一束的行进方向与通过合成装置16的第二束的行进方向相一致，并且通过第一束的截面中心的轴与通过第二束的截面中心的轴相一致。

扫描装置3在通过合成装置16的第一和第二束的行进方向上布置。与在它们的束腰的位置处相比，扫描装置3被布置在更加靠近合成装置16的位置处。

图4示意性地示出来自透镜14、15的第一和第二束的波前和能量密度的状态。为了简洁起见，图4示出透镜14、15的光轴相互平行并且处于一个表面上并且第一和第二束的状态是从垂直于该表面的方向观察的。

在图4中，省略了扫描装置。该扫描装置可以被布置在束产生装置和投影面之间的任何位置处。例如，该扫描装置可以被布置于投影面侧上距束产生装置10mm的位置处。

第一束的会聚角小于第二束的会聚角。在图4中，第一和第二束的波前和能量密度的状态是基于由连接透镜14、15的中心的直线代表的位置P0的。在是透镜15的焦距(300mm)  (该处存在第二束的束腰)的、从位置P0到位置P1的范围A中，第一和第二束是收敛光(收敛球面波束)。在是透镜14的焦距(400mm)(该处存在第二束的束腰)的、从位置P1到位置P2的范围B中，第二束是发散光(发散球面波束)并且第一束是收敛光(收敛球面波束)。

在位置P1处，第一束的直径是375μm，而第二束的直径是200μm。在位置P2处，第一束的直径是300μm，而第二束的直径是400μm。在位置P2处，第一束的能量密度是第二束的能量密度的大约1.78倍。束直径被定义为束在强度变成1/e的平方(其中e是自然对数的基数)的位置处的直径。

第二束的瑞利长度(即束的直径增加为倍的距离)是59mm。在从位置P1在位置P2的方向上以瑞利长度(59mm)隔开的位置P3处，第一束的直径是312μm，而第二束的直径是283μm。

图5示出如在图4中所示第一和第二束的直径的变化。在图5中，垂直轴代表束的直径(μm)，而水平轴代表距离图4所示位置P0的距离。如在图5中所示，在从位置P0到位置P3附近的范围中，第一束的直径大于第二束的直径。当该距离超过位置P3附近时，第一束的直径变得小于第二束的直径。束的直径被定义为它们的能量密度。

根据这个实施例，在具有大会聚角的第二束的发散球面波侧上由瑞利长度限定的位置（图4所示位置P3）处，具有小会聚角的第一束的直径与第二束的直径相一致或者几乎与其相一致。因此，能够减少散斑而不牺牲图像分辨率的范围能够加宽。下面，将具体地描述这个原因。

在图4所示实例中，在具有大会聚角的第二束的收敛球面波侧上由瑞利长度限定的位置由P4表示。在从位置P0到位置P4的范围中，因为第一和第二束这两者均为收敛光，所以当图像投影设备被布置成使得投影面处于这个范围中时，散斑对比度能够减小。

然而，在此情形中，第一束的直径超过在存在束腰的位置P2处的束直径（300μm）的倍的值，并且第二束的直径超过在存在束腰的位置P1处的束直径（200μm）的倍的值。因此，在投影面上的束的直径变大并且由此出现的图像的分辨率降低。

在从位置P4到位置P1的范围中，因为第一和第二束这两者均是收敛光，所以当图像投影设备被布置成使得投影面处于这个范围中时，散斑对比度能够减小。

在前面的情形中，虽然第一束的直径在部分范围中超过在存在束腰的位置P2处的束直径（300μm）的倍的值，但是第二束的直径在全部范围中等于或者小于在存在束腰的位置P1处的束直径（200μm）的倍的值。因为出现的图像的分辨率主要地依赖于具有高能量密度的第二束，所以即使第一束的直径超过在位置P2处的束直径（300μm）的倍的值，也能够维持高图像分辨率。

在从位置P1到位置P3的范围中，虽然第一束是收敛光，但是第二束是发散光。如在图2B中所示，散斑对比度的强度随着与存在束腰的位置的距离而线性地改变。因此，即使束是发散球面波，但是散斑对比度并不在很大程度上增加，只要该束处于存在束腰的位置的附近（具体地，在瑞利长度的范围中）。

另外，在位置P3处，第一束的直径几乎与第二束的直径相一致。当满足这些条件时，在从位置P1到位置P3的范围中，第一束的能量密度能够几乎与第二束的能量密度相同。

因此，因为由第二束（发散光）引起的散斑对比度的增加是小的并且因为在第一束的能量密度和第二束的能量密度之间的差异是小的，所以能够在第一和第二束的合成束中足够地获得第一束（收敛光）的散斑对比度减小效果。

在从位置P3到位置P2的范围中，虽然第一束是收敛光，但是第二束是发散光。在这个范围中，因为第一束的能量密度等于或者大于第二束的能量密度，所以能够足够地获得第一束（收敛光）的散斑对比度减小效果。

因为第一束（收敛光）的能量密度几乎等于或者大于在位置P3处的第二束的能量密度，所以能够维持高图像分辨率。

如上所述，当投影面处于图4所示从位置P4到位置P2的范围中时，根据这个实施例的图像投影设备能够减小散斑对比度而不牺牲高图像分辨率。

另外，根据这个实施例，能够利用收敛光扫描投影面的范围是从位置P4到位置P2，并且该范围足够地大于在图2A所示***中投影面203能够布置的范围。因此，因为能够布置投影面的范围加宽，所以能够减轻用于图像投影设备的、麻烦的安设工作。

在图3所示结构中，虽然束产生装置1被构造为使得它发射具有不同会聚角的两个束，但是束产生装置1可以被构造为使得它发射具有不同会聚角的三个或者更多束。束被发射而使得通过每一个束的截面的中心的轴相互一致。

然而，每一个束的能量密度均需要满足以下条件。关于第一束和第二束，第二束具有比所述第一束的会聚角大且相对于所述第一束的会聚角为次大（next larger）的会聚角，其中在存在第一束的束腰的位置处的、第一束的能量密度与在从在存在第二束的束腰的位置到在发散侧上的瑞利长度的位置的范围中（具体地，在图4所示从位置P1到位置P3的范围中）的位置处的、第二束的能量密度相一致。在此情形中，与两个束的结构相比，能够布置投影面的范围能够被进一步加宽。无论相互一致的能量密度如何，这都意味着不仅值完全相互一致，而且包含由生产误差等引起的偏差的值也几乎相互一致。

下面，将描述根据这个实施例的图像投影设备的总体结构。

图6是示出根据这个实施例的图像投影设备的总体结构的框图。参考图6，图像投影设备具有束产生装置1、扫描装置3、二向色棱镜5a、5b、反射镜6、绿色激光光源7、红色激光光源8、蓝色激光光源9，和光源驱动电路10。图6所示束产生装置1和扫描装置3与图3所示的那些相同。

光源驱动电路10产生对应于输入视频信号的绿色激光调制信号、红色激光调制信号和蓝色激光调制信号。绿色激光调制信号被供应到绿色激光光源7。红色激光调制信号被供应到红色激光光源8。蓝色激光调制信号被供应到蓝色激光光源9。

图7A示出被用作红色激光光源8和蓝色激光光源9的激光光源的结构。

图7A所示激光光源包括电流调制电路71、半导体激光器72，和准直光学***73。电流调制电路71对应于从光源驱动电路10供应的激光调制信号（用于红色或者蓝色）控制在半导体激光器72中流动的电流。结果，调制半导体激光器72的输出光的强度。从半导体激光器72发射的激光被准直光学***73准直。

红色激光光源8使用具有640nm的振荡波长的半导体激光器作为半导体激光器72。蓝色激光光源9使用具有440nm的振荡波长的半导体激光器作为半导体激光器72。

图7B示出绿色激光光源7的结构。图7B所示激光光源包括驱动电路74、红外固态激光器75、第二高阶谐波设备76、声光设备77、准直光学***78，和会聚光学***79a、79b。

第二高阶谐波设备76输出通过会聚光学***79a从红外固态激光器75发射的红外激光（1064nm）的第二高阶谐波（532nm）。通过第二高阶谐波设备76的第二高阶谐波束通过会聚光学***79b进入声光设备77。驱动电路74对应于从光源驱动电路10供应的激光调制信号（用于绿色）驱动声光设备77。结果，从第二高阶谐波设备76供应的第二高阶谐波的束的强度被调制。通过声光设备77的束被准直光学***78准直。

图7C示出绿色激光光源7的另一结构。图7C所示激光光源包括电流调制电路80、红外半导体激光器81、会聚光学***82、第二高阶谐波设备83，和准直光学***84。

电流调制电路80对应于从光源驱动电路10供应的激光调制信号（用于绿色）调制被供应到红外半导体激光器81的电流。从红外半导体激光器81发射的红外激光通过会聚光学***82进入第二高阶谐波设备83。

第二高阶谐波设备83输出通过会聚光学***82的红外激光的第二高阶谐波。通过第二高阶谐波设备83的第二高阶谐波的束被准直光学***84准直。

再次参考图6，反射镜6在从绿色激光光源7发射的激光（用于绿色）的行进方向上布置。二向色棱镜5a、5b、束产生装置1和扫描装置3在被反射镜6反射的激光（用于绿色）的行进方向上相继地布置。

二向色棱镜5a被布置在从绿色激光光源7发射的激光（用于绿色）与从红色激光光源8发射的激光（用于红色）相交叉的位置处。二向色棱镜5a透射从绿色激光光源7发射的激光（用于绿色）并且反射从红色激光光源8发射的激光（用于红色）。结果，激光（用于绿色）和激光（用于红色）被组合。

二向色棱镜5b被布置在通过二向色棱镜5a的颜色合成束（绿色+红色）与从蓝色激光光源9发射的激光（用于蓝色）相交叉的位置处。二向色棱镜5b透射通过二向色棱镜5a的组合颜色束（绿色+红色）并且反射从蓝色激光光源9发射的激光（用于蓝色）。结果，束（绿色+红色）和激光（蓝色）被组合。

通过二向色棱镜5b的组合颜色束（绿色+红色+蓝色）被供应到束产生装置1。束产生装置1将通过二向色棱镜5b的颜色合成束***成具有不同会聚角的多个束并且在一个方向上发射***束从而***束相互迭加。从束产生装置1发射的束进入扫描装置3。

图7D示出扫描装置3的结构。如在图7D中所示，扫描装置3包括水平扫描器31和垂直扫描器32。

水平扫描器31由例如共振微机械扫描元件构成。共振微机械扫描元件是能够往复扫描的元件。偏转角度是±20度，并且驱动频率是15KHz。为了在此情形中使得能够以15KHz的驱动频率驱动，具有1400μm的直径的矩形反射镜被用作共振微机械扫描元件。

垂直扫描器32由检流计反射镜构成。检流计反射镜具有例如±15度的偏转角度，并且被60Hz的锯齿波驱动。

在根据图3到图6和图7A到图7D所示这个实施例的图像投影设备中，在投影面4被布置在透镜14的焦距位置（距P0 400mm的位置）处的条件下，当仅第二束被投影到投影面4时，散斑对比度是19.1%；在对于投影面4的相同条件下，当第一和第二束被投影到其上时，散斑对比度是16.4%；并且在对于投影面4的相同条件下，当仅仅第一束被投影到其上时，散斑对比度是16.8%。因此，这些试验结果示出，当利用具有不同会聚角的第一和第二束扫描投影面4时，散斑能够减少。

当300MHz的高频电流被与红色激光光源8和蓝色激光光源9的各个调制电流迭加时，这些光源的波长能够加宽。结果，由红色激光和蓝色激光引起的散斑对比度能够被减小至12.0%。

在前面的、关于散斑对比度的评价中，使用了设置有具有18mm的焦距和2.25mm的光瞳直径的透镜的CMOS传感器。CMOS传感器的像素间距是2.2μm。水平和垂直图像精度分别地是640像素和480像素。在400mm的投影距离处的水平和垂直屏幕尺寸分别地是290cm和220cm。

（第二示例性实施例）

图8是示出根据本发明第二示例性实施例的图像投影设备的主要部分的结构的示意性图表。

参考图8，该图像投影设备具有束产生装置20，该束产生装置20在一个方向发射具有不同会聚角的多个束从而该多个束被相互迭加；和扫描装置3，该扫描装置3利用从束产生装置20发射的束扫描投影面。

在该实施例中使用的扫描装置3与在第一实施例中使用的扫描装置相同。束产生装置20是使用菲涅耳波带片（每一个均具有透镜功能的衍射光栅）的多重焦点透镜（multi-focal lens）。图9示意性地示出构成束产生装置20的菲涅耳波带片。

如在图9中所示，束产生装置20设置有具有不同焦距的两个菲涅耳波带片20a、20b。菲涅耳波带片20a、20b每一个均由透明环和不透明环被交替地布置的多个同心圆环构成。菲涅耳波带片20a、20b可以是其中透明环和不透明环中的每一个的相差均分别地是0和π的相位型菲涅耳波带片。替代地，菲涅耳波带片20a、20b可以是其中透明环的透射率和不透明环的透射率分别地是100%和0%的透射型菲涅耳波带片。进一步替代地，可以使用同心半透明环替代不透明环。

通过布置这些菲涅耳波带片20a、20b从而环的中心位置相互一致，来形成多重焦点透镜。多重焦点透镜可以被以使得菲涅耳波带片20a、20b的透明环和不透明环在单一玻璃板上一起地形成的方式构成。替代地，多重焦点透镜可以是形成包括菲涅耳波带片20a、20b的透明环和不透明环的图像的空间光学调制器（例如，液晶面板）。这种多重焦点透镜形成束产生装置20。

在束产生装置20中，菲涅耳波带片20a和20b分别地产生第一束21a和第二束21b。第一束21a的会聚角小于第二束21b的会聚角。

扫描装置3利用从束产生装置20发射的第一和第二束扫描投影面。

如在根据第一示例性实施例的图像投影设备中，在根据第二示例性实施例的图像投影设备中，具有较小会聚角的第一束21a的直径（或者能量密度）与在具有大的会聚角的第二束21b的发散球面波侧上由瑞利长度限定的位置（该位置等价于图4所示位置P3）处第二束的直径（或者能量密度）相一致或者几乎与其相一致。结果，其中散斑减轻而不牺牲图像分辨率的范围能够被更为加宽。

另外，因为其中能够布置利用收敛光扫描的投影面的范围加宽，所以能够避免用于图像投影设备的、麻烦的安设工作。

虽然图8示出束产生装置20发射具有不同会聚角的两个束的结构，但是束产生装置20可以发射具有不同会聚角的三个或者更多的束。在此情形中，关于第一束和第二束，第二束具有比所述第一束的会聚角大且相对于所述第一束的会聚角为次大的会聚角，其中在存在第一束的束腰的位置的、第一束的能量密度与在从在存在第二束的束腰的位置到在发散侧上的瑞利长度的位置的范围中的位置处的、第二束的能量密度相一致。利用三个或者更多的束，能够布置投影面的范围能够被进一步加宽。无论相互一致的能量密度如何，这都意味着不仅值完全地相互一致，而且包含由生产误差等引起的偏差的值也几乎相互一致。

根据这个实施例的图像投影设备的总体结构与根据第一示例性实施例的图像投影设备的结构相同（参考图6和图7A到图7D）。

（第三示例性实施例）

图10是示出根据本发明第三示例性实施例的图像投影设备的主要部分的结构的示意性图表。

参考图10，虽然该图像投影设备包括图1所示束产生装置1和扫描装置3，但是束产生装置1的部分与第一示例性实施例的不同。除了图1所示结构，束产生装置1还具有快门切换装置40和快门41、42。

快门41、42每一个均由液晶快门、斩光器等构成。快门41被布置在***装置11和反射镜12之间。快门42被布置在反射镜13和透镜15之间。

快门切换装置40对应于垂直同步信号在其中快门41被释放并且快门42被关闭的第一状态和其中快门41被关闭并且快门42被释放的第二状态之间交替地切换状态。例如，当用于在60Hz的帧频下的视频信号的垂直同步信号被供应到快门切换装置40时，快门切换装置40交替地每1/60秒在第一状态和第二状态之间切换状态。

当快门41、42处于第一状态中时，从反射镜13向透镜15行进的束被快门42阻断，而仅仅被透镜14会聚的第一束到达扫描装置3。扫描装置3利用通过透镜14的第一束扫描投影面4。

当快门41、42处于第二状态中时，从***装置11向反射镜12行进的束被快门41阻断，而仅仅被透镜15会聚的第二束到达扫描装置3。扫描装置3利用通过透镜15的第二束扫描投影面4。

在该实施例中，通过透镜14的第一束和通过透镜15的第二束具有如在图4中所示的关系。基于投影面4被布置在从位置P1到位置P2的范围中的条件，当快门41、42在第一和第二状态之间切换时，通过透镜14的第一束（收敛球面波）和通过透镜15的第二束（发散球面波）被以时分为基础(on a time division basis)交替地投影到投影面4。在此情形中，收敛球面波的束的强度和发散球面波的束的强度在投影面4上相加。这等效于非相干束的相加，并且由此与能够在第一和第二实施例中实现的效果相比，能够获得更大的散斑减轻效果。

例如，基于投影面4处于图4所示位置P2的条件，当利用通过透镜15的第二束扫描投影面4时，散斑对比度是19.1%。相反，基于对于投影面4的相同条件，当通过透镜14的第一束和通过透镜15的第二束被以时分为基础交替地切换并且利用这些束扫描投影面4时，散斑对比度是14.8%。

如在根据第一示例性实施例的图像投影设备中，在根据第三示例性实施例的图像投影设备中，因为在图4所示从位置P4到位置P2的范围中，能够布置投影面的范围能够加宽，所以能够容易地执行用于图像投影设备的安设工作。

相对于从位置P1到位置P2的范围，当通过透镜14的第一束（收敛球面波）和通过透镜15的第二束（发散球面波）被以时分为基础交替地切换时，与能够在第一示例性实施例中实现的效果相比，能够减少更多的散斑。

可以使用回转斩光器作为用于在快门41、42中使用的斩光器。图11示出回转斩光器的一个实例。

图11所示回转斩光器43被以盘形形状形成并且具有每90度沿着周向***的第一到第四区域。第一和第三区域是非透明区域。相反，第二和第四区域是透明区域。透明区域和非透明区域被交替地布置。

回转斩光器43的中心部分被马达（未示出）的旋转轴支撑。利用PLL（锁相环）电路等，马达的旋转数被与视频信号同步。在通过***装置11的束被包括快门41的回转斩光器的非透明区域阻断时，被反射镜13反射的束通过包括快门42的回转斩光器的透明区域。作为对比，在被反射镜13反射的束被包括快门42的回转斩光器的非透明区域阻断时，通过***装置11的束通过包括快门41的回转斩光器的透明区域。结果，通过透镜14的第一束和通过透镜15的第二束能够被以时分为基础交替地切换。

下面，将描述根据这个实施例的图像投影设备的总体结构。

图12是示出根据这个实施例的图像投影设备的总体结构的框图。参考图12，该图像投影设备包括束产生装置1、扫描装置3、二向色棱镜5a、5b、反射镜6、绿色激光光源7、红色激光光源8、蓝色激光光源9，和光源驱动电路10。除了束产生装置1和光源驱动电路10的结构与图6所示的结构相同。

光源驱动电路10对应于视频信号向绿色激光光源7、红色激光光源8和蓝色激光光源9中的每一个供应激光调制信号并且还向束产生装置1供应与视频信号同步的同步信号。

束产生装置1与图10所示的束产生装置相同。在束产生装置1中，快门切换装置40对应于从光源驱动电路10供应的同步信号控制快门41、42。

（第四示例性实施例）

图13是示出根据本发明第四示例性实施例的图像投影设备的主要部分的结构的示意性图表。

参考图13，该图像投影设备具有束产生装置22，该束产生装置22在一个方向上发射具有不同会聚角的多个束从而该多个束相互迭加；和扫描装置3，该扫描装置3利用从束产生装置22发射的束扫描投影面4。

扫描装置3与第一示例性实施例的扫描装置相同。束产生装置22具有诸如液晶面板的空间光学调制器22a；和驱动空间光学调制器22a的驱动电路22b。

驱动电路22b交替地输出使对应于图9所示菲涅耳波带片20a的第一图像形成的第一驱动信号和使对应于图9所示菲涅耳波带片20b的第二图像形成的第二驱动信号。第一和第二驱动信号被供应到空间光学调制器22a。

空间光学调制器22a是多重焦点透镜并且分别地基于从驱动电路22b供应的第一和第二驱动信号形成对应于菲涅耳波带片20a和20b的第一图像和第二图像。

根据这个实施例，对于由垂直同步信号识别的每一个帧，第一和第二驱动信号被从驱动电路22b交替地供应到空间光学调制器22a。

当第一驱动信号被供应到空间光学调制器22a时，空间光学调制器22a形成第一图像。结果，被菲涅耳波带片20a会聚的第一束21a被供应到扫描装置3。扫描装置3利用第一束21a扫描投影面。

当第二驱动信号被供应到空间光学调制器22a时，空间光学调制器22a形成第二图像。结果，被菲涅耳波带片20b会聚的第二束21b被供应到扫描装置3。扫描装置3利用第二束21b扫描投影面。

根据这个实施例，第一和第二束具有如在图4中所示的关系。当投影面4被布置在从位置P1到位置P2的范围中时，第一束（收敛球面波）和第二束（发散球面波）被以时分为基础交替地投影到投影面4。因此，如在根据第三示例性实施例的图像投影设备中，在根据第四示例性实施例的图像投影设备中，收敛球面波的强度和发散球面波的强度在投影面4上相加，并且与能够在第一示例性实施例和第二示例性实施例中实现的效果相比，由此能够获得更大的散斑减轻效果。

另外，如在根据第一示例性实施例的图像投影设备中，在根据第四示例性实施例的图像投影设备中，在图4所示从位置P4和位置P2（或者从位置P1到位置P2）的范围中，能够布置投影面的范围能够加宽，因此，能够容易地执行用于图像投影设备的安设工作。

除了束产生装置1被束产生装置22替代之外，根据这个实施例的图像投影设备的总体结构与图12所示的总体结构相同。

虽然束产生装置22被构造成发射具有不同会聚角的两个束，但是束产生装置22可以被构造成发射具有不同会聚角的三个或者更多的束。在此情形中，关于第一束和第二束，第二束具有比所述第一束的会聚角大且相对于所述第一束的会聚角为次大的会聚角，其中在存在第一束的束腰的位置处的、第一束的能量密度与在从在存在第二束的束腰的位置到在发散侧上瑞利长度的位置的范围中的位置处的、第二束的能量密度相一致。利用三个或者更多的束，能够布置投影面的范围能够被进一步加宽。无论相互一致的能量密度如何，这都意味着不仅值完全相互一致，而且包含由生产误差等引起的偏差的值也几乎相互一致。

虽然根据第一到第四示例性实施例的图像投影设备是前投影型的，但是它们能够被应用于后投影型。

例如，当根据第一和第二实施例的图像投影设备被应用于后投影型时，包括被用作投影面的屏幕的图6所示总体结构被容纳在外罩中。当根据第三示例性实施例的图像投影设备被应用于后投影型时，图12所示总体结构（包括屏幕）被容纳在外罩中。当根据第四示例性实施例的图像投影设备被应用于后投影型时，图12所示结构（其中束产生装置1被束产生装置22替代并且包括屏幕）被容纳在外罩中。在任何情形中，屏幕均具有漫射特性。屏幕的内表面（外罩的内部平面）利用通过扫描装置3的光束扫描。当光透射通过屏幕时，光漫射并且由此观察者观察到漫射光。

在前面的后投影型图像显示设备中，当束产生装置产生具有不同会聚角的n（其中n是等于或者大于2的整数）个束时，屏幕被布置于在存在具有最小会聚角的第一束的束腰的位置和具有最大会聚角的第n个束的收敛侧上的瑞利长度的位置之间。

根据第一到第四实施例的图像产生设备或者图像显示设备每一个均迭加具有不同会聚角的多个束，并且由此加宽在它们的光路上的投影面能够利用收敛光扫描的范围，并且还抑制该束在该范围中加宽。因此，能够通过利用收敛光扫描投影面获得散斑减轻效果和高精度图像。

（第五示例性实施例）

图14是示出根据本发明第五示例性实施例的图像显示设备的结构的框图。

图14所示图像显示设备50不同于图6所示图像显示设备之处在于，束产生装置1被光会聚装置51替代并且具有漫射特性的屏幕52被设置成投影面4。用于在图像显示设备50中使用的扫描装置3、二向色棱镜5a、5b、反射镜6、绿色激光光源7、红色激光光源8、蓝色激光光源9和光源驱动电路10基本上与图6所示的那些相同。

光会聚装置51会聚包含被二向色棱镜5a、5b合成的各个颜色（红色、绿色和蓝色）的光束。扫描装置3利用通过光会聚装置51的光束扫描屏幕52。当光透射通过屏幕52时，光发散并且观察者能够观察到发散光。

屏幕52被布置在比通过光会聚装置51的光束的束腰更加靠近扫描装置3的位置处。更加优选地，屏幕52被布置在与存在通过光会聚装置51的光束的束腰的位置处相比更加靠近扫描装置3的位置处并且在光束的收敛侧上的瑞利长度的范围中。结果，屏幕52总是利用收敛束照射并且在屏幕52上的束的直径是在存在束腰的束的直径的倍

因此，因为根据这个实施例的图像显示设备50总是利用收敛光扫描屏幕52，所以与其中屏幕被布置于存在束腰的位置处或者在束的发散侧上的设备相比，图像显示设备50能够减少散斑。

因为在屏幕52上的束的直径至多是出现束腰处的束的直径的倍，所以能够提供高度精确的图像。

前面的各个实施例只是本发明的实例，并且由此在不偏离本发明的范围的情况下，它们的结构可以改变。

在各个实施例中，在投影面上投影或者显示的图像包括能够基于诸如字符、图形、表格等等的电子数据以及诸如图像和图片的图像数据而在投影面上投影或者显示的那些。

本发明能够不仪被应用于光栅扫描，而且还能够被应用于矢量扫描。

已经参考实施例描述了本发明。然而，本领域技术人员应该理解，在不偏离本发明的精神的情况下，本发明的结构和细节可以被以各种方式改变。

该申请要求基于在2009年10月15日提交申请的日本专利申请No.2009-238088的优先权利益并且通过引用结合该申请的全部公开。

Claims (14)

1.一种图像投影设备，包括：

束产生单元，所述束产生单元在一个方向中发射多个束从而所述多个束在彼此之上迭加，每一个束的会聚角是相互不同的；和

扫描单元，所述扫描单元利用从所述束产生单元发射的束扫描投影面，

其中，从所述多个束中，关于第一束和第二束，所述第二束的会聚角比所述第一束的会聚角大且所述第二束的所述会聚角的大小是最接近所述第一束的所述会聚角的会聚角，其中在存在所述第一束的束腰的位置处的、所述第一束的能量密度与在从存在所述第二束的束腰的位置到在发散侧上的瑞利长度的位置的范围中的位置处的、所述第二束的能量密度相一致。

2.根据权利要求1所述的图像投影设备，

其中所述束产生单元包括：

***单元，所述***单元将入射束***成多个束；

多个透镜，所述多个透镜会聚通过所述***单元的所述多个束，每一个透镜的焦距是相互不同的；和

组合单元，所述组合单元组合被所述多个透镜会聚的各个束以形成合成束。

3.根据权利要求1所述的图像投影设备，

其中所述束产生单元包括多重焦点透镜，所述多重焦点透镜包括多个菲涅耳波带片，每一个菲涅耳波带片的焦距是相互不同的。

4.根据权利要求1所述的图像投影设备，

其中所述束产生单元以时分为基础迭加所述多个束。

5.根据权利要求4所述的图像投影设备，

其中所述束产生单元包括：

***单元，所述***单元将入射束***成多个束；

多个透镜，所述多个透镜会聚通过所述***单元的所述多个束，每一个透镜的焦距是相互不同的；

组合单元，所述组合单元组合被所述多个透镜会聚的各个束以形成合成束；

多个快门，所述多个快门被布置于通过所述***单元的所述多个束的各个光路上；和

快门切换单元，所述快门切换单元每恒定时段相继地释放所述多个快门。

6.根据权利要求4所述的图像投影设备，

其中所述束产生单元包括：

空间光学调制器，所述空间光学调制器空间地调制入射束并且产生对应于输入驱动信号的图像光；和

驱动电路，所述驱动电路每恒定时段相继地向所述空间光学调制器供应对应于多个菲涅耳波带片引起图像光得以形成的多个驱动信号，每一个菲涅耳波带片的焦距是相互不同的。

7.根据权利要求5所述的图像投影设备，

其中所述入射束是对应于视频信号调制的束，并且

其中所述恒定时段是包括所述视频信号的帧时段。

8.一种图像投影方法，包括：

为了形成合成束，组合多个束从而在所述多个束的断面上的能量密度变得最高，每一个束的会聚角是相互不同的并且所述断面垂直于光轴；和

利用所述合成束扫描投影面，

其中，从所述多个束中，关于第一束和第二束，所述第二束的会聚角比所述第一束的会聚角大且所述第二束的所述会聚角的大小是最接近所述第一束的所述会聚角的会聚角，其中在存在所述第一束的束腰的位置处的、所述第一束的能量密度与在从存在所述第二束的束腰的位置到在发散侧上的瑞利长度的位置的范围中的位置处的、所述第二束的能量密度相一致。

9.根据权利要求8所述的图像投影方法，

其中通过以时分为基础迭加所述多个束而形成所述合成束。

10.一种图像投影方法，包括：

将入射束***成多个束；

使得多个透镜会聚所述多个束，每一个透镜的焦距是相互不同的；

组合被所述多个透镜会聚的各个束以形成合成束并且利用所述合成束扫描投影面，

其中被布置于所述多个束的各个光路上的多个快门每恒定时段被相继地释放，并且

其中，从所述多个束中，关于第一束和第二束，所述第二束的会聚角比所述第一束的会聚角大且所述第二束的所述会聚角的大小是最接近所述第一束的所述会聚角的会聚角，其中在存在所述第一束的束腰的位置处的、所述第一束的能量密度与在从存在所述第二束的束腰的位置到在发散侧上的瑞利长度的位置的范围中的位置处的、所述第二束的能量密度相一致。

11.一种图像投影方法，包括：

使得对应于输入驱动信号产生图像光的空间光学调制器空间地调制入射束；和

利用通过调制获得的束扫描投影面，

其中引起对应于多个菲涅耳波带片的图像光的多个驱动信号每恒定时段被供应到所述空间光学调制器，每一个菲涅耳波带片的焦距是相互不同的，并且

其中，从所述多个束中，关于第一束和第二束，所述第二束的会聚角比所述第一束的会聚角大且所述第二束的所述会聚角的大小是最接近所述第一束的所述会聚角的会聚角，其中在存在所述第一束的束腰的位置处的、所述第一束的能量密度与在从存在所述第二束的束腰的位置到在发散侧上的瑞利长度的位置的范围中的位置处的、所述第二束的能量密度相一致。

12.根据权利要求10所述的图像投影方法，

其中所述入射束是对应于视频信号调制的束，并且

其中所述恒定时段是包括所述视频信号的帧时段。

13.根据权利要求6所述的图像投影设备，

其中所述入射束是对应于视频信号调制的束，并且

其中所述恒定时段是包括所述视频信号的帧时段。

14.根据权利要求11所述的图像投影方法，

其中所述入射束是对应于视频信号调制的束，并且

其中所述恒定时段是包括所述视频信号的帧时段。