投影装置和图像显示装置.pdf

提供了一种投影设备，在切换各个颜色光的光路时，不产生噪声，并具有高可靠性。该投影设备包括：三色光源10，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光；偏振片20，用于调整从三色光源10发射的各个颜色光的偏振方向；波导型光学开关30，用于按照预定的时间间隔电切换具有调整的偏振方向的每个颜色光的光路；衍射型光学元件40，用于对各个颜色光进行扩散形成；场镜50，用于将扩散形成的颜色光变成平行光；液晶面板60，具有通过在各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜61B形成的微透镜阵列61；以及像素单元67，具有对于每个微透镜61B彼此相对地排列的三个像素孔65，使得通过透过各个点的每个颜色光来产生彩色图像光；以及投影透镜70，用于放大/投影彩色图像光。

1.  一种投影装置，其特征在于包括：
光源部分，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光；
光路切换部分，按预定的时间间隔电切换从所述光源部分发射的各个颜色光的光路；
扩散形成部分，对从所述光路切换部分输出的各个颜色光进行扩散形成；
平行光制造部分，使得由所述扩散形成部分扩散形成的各个颜色光成为平行光；
彩色图像光产生部分，具有微透镜阵列，其中在该微透镜阵列中，在由所述平行光制造部分变为平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜，并且所述彩色图像光产生部分具有像素部分，在该像素部分中，与各个微透镜对立地排列数量等于从所述光源部分发出的颜色光的颜色数的点，并且所述彩色图像光产生部分通过使用透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光；以及
投影部分，放大和投影由所述彩色图像光产生部分产生的彩色图像光。

2.  根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光源部分是半导体激光器和固态激光器中的至少一个。

3.  根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光路切换部分是波导型光学开关。

4.  根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光路切换部分是通过将一对导电的透明衬底排列在液晶层的两侧而配置的衍射型光学元件。

5.  根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光路切换部分是声光元件。

6.  根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光路切换部分基于每个场、每个帧或每多帧来切换从所述光源部分发出的各个颜色光的光路。

7.  根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光路切换部分按作为一场或一帧的频率的整数倍的频率来切换从所述光源部分发射的各个颜色光的光路。

8.  根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述扩散形成部分是用于扩散各个颜色光以便使亮度分布均匀的衍射型光学元件。

9.  根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述扩散形成部分是通过以矩阵排列多个微透镜而配置的折射型光学元件。

10.  根据权利要求1的投影装置，其特征在于
所述彩色图像光产生部分是从所述平行光产生部分侧依次具有入射侧衬底、液晶层和发射侧衬底的液晶面板，以及
在所述入射侧衬底上形成所述微透镜阵列，并且在所述发射侧衬底上形成所述像素部分。

11.  根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述彩色图像光产生部分响应于所述光路切换部分对各个颜色光的光路的切换，切换被施加到各个点上的像素信号。

12.  一种投影装置，其特征在于包括：
光源部分，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光，并按预定的时间间隔电切换分别独立发射的各个颜色光的波长；
扩散形成部分，对从所述光源部分发射的各个颜色光进行扩散形成；
平行光制造部分，使由所述扩散形成部分扩散形成的各个颜色光成为平行光；
彩色图像光产生部分，具有微透镜阵列，其中在该微透镜阵列中，在由所述平行光制造部分变为平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜，并且所述彩色图像光产生部分具有像素部分，在该像素部分中，与各个微透镜对立地排列数量等于从所述光源部分发出的颜色光的颜色数的点，并且所述彩色图像光产生部分通过使用透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光；以及
投影部分，放大并投影由所述彩色图像光产生部分产生的彩色图像光。

13.  一种图像显示装置，其特征在于包括：
光源部分，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光；
光路切换部分，按预定的时间间隔电切换从所述光源部分发射的各个颜色光的光路；
扩散形成部分，对从所述光路切换部分输出的各个颜色光进行扩散形成；
平行光制造部分，使得由所述扩散形成部分扩散形成的各个颜色光成为平行光；
彩色图像光产生部分，具有微透镜阵列，其中在该微透镜阵列中，在由所述平行光制造部分变为平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜，并且所述彩色图像光产生部分具有像素部分，在该像素部分中，与各个微透镜对立地排列数量等于从所述光源部分发出的颜色光的颜色数的点，并且所述彩色图像光产生部分通过使用透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光；以及
投影部分，放大和投影由所述彩色图像光产生部分产生的彩色图像到屏幕的背面。

14.  一种图像显示装置，其特征在于包括：
光源部分，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光，并按预定的时间间隔电切换分别独立发射的各个颜色光的波长；
扩散形成部分，对从所述光源部分发射的各个颜色光进行扩散形成；
平行光制造部分，使由所述扩散形成部分扩散形成的各个颜色光成为平行光；
彩色图像光产生部分，具有微透镜阵列，其中在该微透镜阵列中，在由所述平行光制造部分变为平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜，并且所述彩色图像光产生部分具有像素部分，在该像素部分中，与各个微透镜对立地排列数量等于从所述光源部分发出的颜色光的颜色数的点，并且所述彩色图像光产生部分通过使用透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光；
投影部分，放大和投影由所述彩色图像光产生部分产生的彩色图像到屏幕的背面。

投影装置和图像显示装置
技术领域
本发明涉及如像液晶投影仪之类的投影设备和背投型设备之类的图像显示装置，用于通过放大从投影设备上投射的图像光并将其投影到屏幕背面上来显示图像。
背景技术
近年来，在通过投影光学系统来在液晶面板上放大并将投影图像的液晶投影仪中，已经达到了低价格低、长寿命长和高对比度，并且在家庭中使用液晶投影仪的情况也已经增加。最近，即使在液晶投影仪中，也强烈要求实现大屏幕上的高精细图像，并且液晶面板的像素数也逐年增加。
尽管液晶面板的像素数已经因此逐年增加，但是，与显示设备小型化的要求相反，液晶面板的尺寸相应地增加，因此，减小像素的尺寸以处理高像素。
然而，像素尺寸的减小增加了在各个像素中形成的各种布线(如像数据线、扫描线、电容线)和各种电子器件(如像薄膜晶体管和薄膜二极管)所占据的每个像素的比率。因此，这些各种布线和这些各种电子器件可能缩小使有助于图像显示的光能够传输和反射的区域(孔径部分)。
通常，每个像素的孔径部分的比率(孔径比)大约为50％到70％，并且，通过液晶面板的光随着孔径比的降低而减少。因此，传统上提出了各种技术，通过改进显示模式而不是大幅减小像素尺寸来增加像素数。
例如，专利文献1提出了这样的显示模式：将白光分成红、绿、蓝三种颜色，并分别将不同颜色的光照射到邻近的三个点(dot)上，并且还周期性地切换这些颜色光的光路。其描述了由于能够用各个点实现1-像素全色显示(full color display)，因而能将像素数提高到大约为现有的显示模式的三倍，其中在现有的显示模式中，已经用三个相邻的点来进行全色显示。
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2000-105362
发明内容
然而，专利文献1使用了诸如检流镜和分步镜的机械旋转的光学部件，以便周期性地切换三色光的光路。因此，存在的问题是，在旋转期间出现噪声，并且旋转的光学部件对故障很敏感，可靠性极低，因此在实际使用中不耐用。
考虑到上述问题提出了本发明，其目的是提供具有高可靠性、在切换各个颜色光的光路期间不会引起噪声的投影装置和图像显示装置。
本发明的第一投影装置包括：光源部分，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光；以及光路切换部分，按预定的时间间隔电切换从所述光源部分发射的各个颜色光的光路。该投影装置还包括：扩散形成部分，对从所述光路切换部分输出的各个颜色光进行扩散形成；平行光制造部分，使得由所述扩散形成部分扩散形成的各个颜色光成为平行光；彩色图像光产生部分，具有微透镜阵列，其中在该微透镜阵列中，在由所述平行光制造部分变为平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜，并且所述彩色图像光产生部分具有像素部分，在该像素部分中，与各个微透镜对立地排列数量等于从所述光源部分发出的颜色光的颜色数的点，并且所述彩色图像光产生部分通过使用透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光；以及投影部分，放大和投影由所述彩色图像光产生部分产生的彩色图像光。本发明的第一图像显示装置是这样的装置：其中安装了上述第一投影装置，并通过间从第一投影装置投影的图像光放大并投影到屏幕的背面来显示图像。
在本发明的第一投影设备和第一图像显示设备中，由光路切换部分按预定的时间间隔来电切换从光源部分分别独立地发射的各个颜色光的光路。
本发明的第二投影装置包括：光源部分，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光，并按预定的时间间隔电切换分别独立发射的各个颜色光的波长。该投影装置还包括：扩散形成部分，对从所述光源部分发射的各个颜色光进行扩散形成；平行光制造部分，使由所述扩散形成部分扩散形成的各个颜色光成为平行光；彩色图像光产生部分，具有微透镜阵列，其中在该微透镜阵列中，在由所述平行光制造部分变为平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜，并且所述彩色图像光产生部分具有像素部分，在该像素部分中，与各个微透镜对立地排列数量等于从所述光源部分发出的颜色光的颜色数的点，并且所述彩色图像光产生部分通过使用透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光；投影部分，放大并投影由所述彩色图像光产生部分产生的彩色图像光。本发明的第二图像显示装置是这样的装置：其中安装了上述第二投影装置，并通过将从第二投影装置投射的图像光放大并投影到屏幕的背面来显示图像。
在本发明的第二投影装置和第二图像显示装置中，由光源部分分别独立地发射并且还按预定的时间间隔来电切换的各个颜色光的波长。
根据本发明的第一投影装置和第一图像显示装置，由光路切换部分按照预定的时间间隔电切换从光源部分分别独立地发射的各个颜色光的光路。因此，在切换各个颜色光的光路期间没有噪声出现，并且提高了可靠性。
根据本发明的第二投影装置和第二图像显示装置，由光源部分按预定的时间间隔来电切换分别独立地发射的各个颜色光的波长。因此，在切换各个颜色光的光路期间没有噪声出现，并且提高了可靠性。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的液晶投影仪的示意配置图。
图2是交叉元件的示意配置图。
图3是示出波导型光学开关的例子的示意配置图。
图4是用于说明图3的波导型光学开关的作用的概念图。
图5是示出波导型光学开关的另一例子的示意配置图。
图6是用于说明图5的波导型光学开关的作用的概念图。
图7是示出波导型光学开关的另一例子的示意配置图。
图8是用于说明图7的波导型光学开关的作用的概念图。
图9是图1的液晶面板的示意配置图。
图10是用于说明图9的液晶面板的作用的概念图。
图11是根据本发明的第二实施例的液晶投影仪的示意配置图。
图12是用于说明图11的三色开关光源的概念图。
图13是根据本发明的第三实施例的液晶投影仪的示意配置图。
图14是用于说明图13的三色开关光源阵列的作用的概念图。
图15是根据本发明的第四实施例的液晶投影仪的示意配置图。
图16是图15的衍射型光学元件的示意配置图。
图17是用于说明图16的衍射型光学元件的作用的波形图。
图18是用于说明图16的衍射型光学元件的作用的波形图。
图19是根据本发明的第五实施例的图像显示装置的示意配置图。
图20是根据本发明的第六实施例的图像显示装置的示意配置图。
图21是根据修改例子的液晶投影仪的示意配置图。
图22是根据另一修改例子的液晶投影仪的示意配置图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细描述本发明的实施例。
[第一实施例]
图1示出了根据本发明的第一实施例的液晶投影仪1(投影装置)的示意配置。液晶投影仪1是使用无滤色(color-filterless)液晶面板60(彩色图像光产生部分)作为光阀的单板型投影仪，并使用单独和独立地发射RGB三色光的三色光源10(光源部分)作为液晶面板60的背光。
液晶投影仪1是通过沿着从三色光源10上投射的光的光轴方向依次排列三色光源10、偏振片20、波导型光学开关30(光路切换部分)、衍射型光学元件40(扩散形成部分)、场镜50(平行光制造部分)、液晶面板60和投影镜头70(投影部分)而配置的。
三色光源10是例如通过并行排列红激光器10R、绿激光器10G和蓝激光器10B以使得它们各自的光轴彼此平行而由这些激光器组成的。
红激光器10R是由例如基于InAlGaP的半导体激光器组成的，蓝激光器10B是由例如基于GaN或基于InGaN的半导体激光器组成的。另一方面，绿激光器是由例如由半导体激光器激励的固态激光器组成的。固态激光器的实例包括由YVO4+KTP(KTiOPO4)、晶体PPNL(周期极化的LiNbO3)或PPMgO·LN(周期极化的MgO·LiNbO3)组成的固态激光器。可替换地，如像在红激光器10R和蓝激光器10B的情况下那样，如果可能的话，可由半导体激光器来构建绿激光器10G。此外，三色光源10的振荡模式可以是单模式和多模式中的任何一个，这是因为衍射型光学元件40对入射光的光束形状并不敏感，如稍后将描述的。
偏振片20是由偏振片20R、20G和20B构建的，并通过在从三色光源10发射的各个颜色光(光束光)的光路上单独地排列这些偏振片而配置。偏振片20R、20G和20B分别由例如与各个颜色光的波长对应的半波片构成，并且被配置以使得各个颜色光的偏振方向与液晶面板60的偏振轴相匹配。当由固态激光器来构成三色光源10时，可以由相位差薄膜或相位差片来构建偏振片20R、20G和20B，而且可以调整偏振方向。
例如，在使用例如由YVO4+KTP二次谐波激励的基于Al；GaAs的半导体激光器的固态激光器中，偏振方向倾向于基于每个器件而变化，并且它们经常具有大约为10的偏振比。在用这样的固态激光器作为绿激光器10G的情况下，可以通过从相位差薄膜形成偏振片20G并使用偏振片20G来补偿和优化滞后值(retardation value)来提高偏振比。因此，通过用半波片和相位差薄膜来调整偏振轴，可以降低由于液晶面板60的偏振片(未示出)引起的光损耗，以进一步提高光的利用率。
通过将多个交叉元件(crossing element)31与光纤32和反射镜的至少一个光学连接来配置波导型光学开关30。下面，使用将各个交叉元件31与光纤32连接的情况为例来进行说明。如图2(A)和2(B)所示，在交叉元件31中，形成由例如含Ti的LiNbO3晶体(LN晶体)组成的两个波导以便彼此相交，并且至少各个波导的端部暴露于交叉元件31的表面。此外，邻近两个波导的一部分提供了一对电极(未示出)，并向这对电极施加电压，并将所产生的电场用于改变各个波导的一端部分(输入端T1和T2)和另一端部分(输出端T3和T4)之间的连接关系。这就是说，交叉元件31起着光开关的作用，以便电切换光路，从而使得波导型光学开关30可以按预定的时间间隔任意切换输出到衍射型光学元件40a、40b和40c(稍后描述)的颜色光的颜色。
在此，波导型光学开关30可以被配置以每场、每帧或每多帧地切换从三色光源10发射的各个颜色光的光路。可替换地，可以按照作为一个场或一个帧的频率的整数倍的频率来切换从三色光源10发射的各个颜色光的光路。
例如，在没有将电压加到对电极的断开状态下，如图2(A)所示，配置使得输入端T1和输出端T3彼此相连，并且输入端T2和输出端T4彼此相连。在将电压加到对电极的接通状态下，如图2(B)所示，配置使得输入端T1和输出端T4彼此相连，并且输入端T2和输出端T3彼此相连。
通过以阵列来排布具有以上光学切换功能的多个交叉元件31，可以实现具有不同连接形式的光开关。例如，当以3x3阵列排列九个交叉元件31时，将参照图3来说明各个交叉元件31和光纤32的连接形式的例子。下面，将构成波导型光学开关30的交叉元件31表达为3x3矩阵的元件。
三色光源10侧(图3的左侧)的三个交叉元件31(元件(1，1)、元件(2，1)和元件(3，1))的各个输入端T1排与偏振片20R、20G和20B的发射侧表面的区域相对地排列。通过光纤32，分别将元件(1，1)的输出端T3连接到元件(1，2)的输入端T1，将元件(1，1)的输出端T4连接到元件(2，2)的输入端T1，将元件(2，1)的输出端T3连接到元件(1，2)的输入端T2，将元件(2，1)的输出端T4连接到元件(3，2)的输入端T1，将元件(3，1)的输出端T3连接到元件(2，2)的输入端T2，将元件(3，1)的输出端T4连接到元件(3，2)的输入端T2。进一步，通过光纤32，分别将元件(1，2)的输出端T3连接到元件(1，3)的输入端T1，将元件(1，2)的输出端T4连接到元件(2，3)的输入端T1，将元件(2，2)的输出端T3连接到元件(1，3)的输入端T2，将元件(2，2)的输出端T4连接到元件(3，3)的输入端T1，将元件(3，2)的输出端T3连接到元件(2，3)的输入端T2，将元件(3，2)的输出端T4连接到元件(3，3)的输入端T2。进一步，将衍射型光学元件40侧(图3的右侧)的三个交叉元件31(元件(1，3)，元件(2，3)和元件(3，3))的各个输出端T3与衍射型光学元件40的入射侧表面相对地排列。
当因此配置波导型光学开关30时，通过适当地组合各个交叉元件31的接通状态和关断状态，可以任意切换红光L_R、绿光L_G和蓝光L_B的各个光路之间的位置关系以及因此输出到各个衍射型光学元件40a、40b和40c的颜色光的颜色。
例如，如图4(A)所示，当只将元件(2，1)、元件(1，2)、元件(2，2)、元件(3，2)和元件(2，3)置于接通状态，输入到元件(1，1)的输入端T1的红光L_R从元件(1，3)的输出端T3输出，输入到元件(1，2)的输入端T1的绿光L_G从元件(2，3)的输出端T3输出，输入到元件(1，3)的输入端T1的蓝光L_B从元件(3，3)的输出端T3输出。这就是说，在此情况下，将从图4(A)的纸面上方排列和输入的颜色光按照红光L_R、绿光L_G和蓝光L_B的次序输出而不改变排列，从而将红光L_R输出到衍射型光学元件40a，将绿光L_G输出到衍射型光学元件40b，将蓝光L_B输出到衍射型光学元件40c。
例如，如图4(B)所示，当只将元件(1，1)、元件(3，1)、元件(2，3)置于接通状态时，输入到元件(1，1)的输入端T1的红光L_R从元件(2，3)的输出端T3输出，输入到元件(1，2)的输入端T1的绿光L_G从元件(3，3)的输出端T3输出，输入到元件(1，3)的输入端T1的蓝光L_B从元件(1，3)的输出端T3输出。这就是说，在此情况下，通过切换来自图4(B)的纸面上方的阵列，按照蓝光L_B、红光L_R和绿光的L_G的顺序而输出按照红光L_R、绿光L_G和蓝光L_B的顺序从图4(B)的纸面上排列和输入的颜色光，以便将蓝光L_B输出到衍射型光学元件40a，将红光L_R输出到衍射型光学元件40b，将绿光L_G输出到衍射型光学元件40c。
例如，如图4(C)所示，当只将元件(2，1)、元件(1，3)和元件(3，3)置于接通状态时，输入到元件(1，1)的输入端T1的红光L_R从元件(3，3)的输出端T3输出，输入到元件(1，2)的输入端T1的绿光L_G从元件(1，3)的输出端T3输出，输入到元件(1，3)的输入端T1的蓝光L_B从元件(2，3)的输出端T3输出。这就是说，在此情况下，通过切换来自图4(C)的纸面上方的阵列，按照绿光L_G、蓝光L_B和红光L_R的顺序，输出按照红光L_R、绿光L_G和蓝光L_B的顺序从图4(C)的纸面上方排列和输入的颜色光，以便将绿光L_G输出到衍射型光学元件40a，将蓝光L_B输出到衍射型光学元件40b，将红光L_R输出到衍射型光学元件40c。
同时，作为能够以与上述类似的方式任意切换被输出到各个衍射型光学元件40a、40b和40c的颜色光的颜色的连接形式，可以考虑例如图5或图7所示的连接形式。在图5的情况下，将六个交叉元件排列在2x3的阵列中，如图6(A)到6(C)所示，由此能够任意地切换被输出到各个衍射型光学元件40a、40b和40c的颜色光的颜色。在图7的情况下，将三个交叉元件31排列在1x3的阵列中，如图8(A)到8(C)所示，由此能够任意地切换被输出到各个衍射型光学元件40a、40b和40c的颜色光的颜色。从而，当波导型光学开关30具有如图5或图7所示的配置时，与波导型光学开关30具有如图3所示的配置时相比，可以降低交叉元件31的数量。
在图7的情况下，因为元件(2，2)的输入端T2和输出端T4并不与其它的交叉元件31相连，因此将与元件(2，2)的输入端T2相连的光纤32的一端与偏振片20B相对地排列，并将与元件(2，2)的输出端T4相连的光纤32的一端与衍射型光学元件40相对地排列。
衍射型光学元件40由衍射型光学元件40a、40b和40c构造，并通过将光学元件40a、40b和40c分别排列在从波导型光学开关30输出的颜色光(光束光)的光路上而配置。配置衍射型光学元件40a、40b和40c以进行从波导型光学开关30输出的各个颜色光的扩散形成，以便扩展到液晶面板60的整个显示区域(未示出)。具体地，衍射型光学元件40a、40b和40c将基本与波导型光学开关30附近的表面垂直进入的各个颜色光(光束光)转换成具有不同光轴方向的扩散光，并容纳扩散光以不同的入射角上进入场镜50。
由例如DOE(衍射光学元件)来构造衍射型光学元件40a、40b和40c。DOE用于将例如大量点上的入射光衍射到输出平面上，并被配置用于通过在输出平面上将各个衍射光彼此叠加来使所发射的光的横截面的形状形成预定的形状和尺寸，并且还用于照射输出平面，以使亮度分布均匀。DOE具有对入射光的光束形状不敏感的特性。
从三色光源10上发出的各个颜色光的横断面的光强度分布通常具有高斯形状，并且实际上，难于均匀地辐射到液晶面板60上。然而，可以通过因此用衍射型光学元件40a、40b和40c使各个颜色光经受扩散形成然后照射到液晶面板60上而获得液晶面板60上的均匀的亮度分布。
场镜50用于将通过衍射型光学元件40a、40b和40c扩散形成的各个颜色光变成平行光，并且通常被提供在各个颜色光的光路上。如上所述，其被配置以使具有不同入射角的各个颜色光(扩散光)进入场镜50，因此通过场镜50而被折射的各个颜色光(平行光)以不同的入射角进入液晶面板60。
在此，进入液晶面板60的各个颜色光的入射角取决于进入场镜50的各个颜色光的入射角，并且此外，进入场镜50的各个颜色光的入射角根据衍射型光学元件40a、40b和40c中的哪一个允许各个颜色光进入而改变。从而，通过由波导型光学开关30选择允许进入衍射型光学元件40a、40b和40c的颜色光的颜色，可以任意切换进入液晶面板60中的各个颜色光的入射角。
液晶面板60是通过有源矩阵驱动来显示图像的透射型显示设备，并起着光阀的作用，用于对从场镜50侧进入的各个颜色光进行光学调制。如图9所示，从场镜50侧开始，液晶面板60依次具有入射侧衬底61、液晶层62和发射侧衬底63。
入射侧衬底61具有其中从场镜50侧开始透明衬底61A、微透镜(microlens)阵列61B和透明衬底61C依次彼此堆叠的叠层结构。
微透镜阵列61B通过在由场镜50变成平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜阵61D而构造。微透镜阵列61B是通过固化(cure)透明树脂等而形成的弯曲透镜，并被配置以折射由场镜50变成平行光的各个颜色光，然后分别允许各个颜色光进入下述的像素孔65，如图10(A)到10(C)所示。
透明衬底61A和61C由例如石英组成，以便从外面保护微透镜阵列61B。在邻近透明衬底61A的微透镜阵61B的表面上，以矩阵形成具有与微透镜61D的形状相反的形状的凹穴，并且透明衬底61A和微透镜阵列61B彼此接触，二者之间不留空隙。在与透明衬底61C的液晶层62相邻的表面上，形成由诸如ITO(氧化铟锡)的透明导电材料形成的对立公共电极64。
发射侧衬底63是由石英等组成的透明衬底，并且在与透明衬底的液晶层62相邻的表面被提供有像素部分67。像素部分67具有这样的结构：多个像素孔65规则地排列，其间具有黑矩阵(black matrix)66，并且数量(在本实施例中为三个)等于从三色光源10发出的颜色光的颜色数的像素孔65与各个微透镜61D相对地排列。
像素孔65由ITO等组成的，并与相对于液晶层62排列的对立公共电极64一起组成一个点(dot)。如上所述，其被配置以使得在由微透镜阵列61B会聚的各个颜色光之中的一个颜色光进入各个像素孔65的每一个，并且根据透过像素孔65的颜色光的颜色的像素信号被应用于各个像素孔65。
同时，如图10(A)到图10(C)所示，通过波导型光学开关30切换进入液晶面板60的各个颜色光(L_R，L_G和L_B)的入射角，对其响应，进入各个点(各个像素孔65)的光的颜色顺序改变。因此，通过波导型光学开关30周期性地切换进入液晶面板60的各个颜色光的入射角(光路)，并响应于各个颜色光的入射角(光路)的切换而通过波导型光学开关30来切换被应用于各个点(各个像素孔65)的像素信号，可以从透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光。这就是说，其被配置以使得能够用一个点(像素孔65)来进行1像素全色(多色)显示。
投影镜头70将由液晶面板60调制的彩色图像光投射到在液晶投影仪1外面通过的屏幕(未显示)上。
在本实施例的液晶投影仪1中，调整从三色光源10上分别独立地发射的红光L_R、绿光和L_G和蓝光L_B的偏振方向，以便通过偏振片20与液晶面板60的偏振轴相匹配，随后，通过波导型光学开关30周期性地切换各个颜色光的光路。这使得能够周期性地切换进入各个衍射型光学元件40a、40b和40c的颜色光，以便可以周期地切换由衍射型光学元件40a、40b和40c扩散形成到场镜50中的各个颜色光的入射角，并因此可以周期地切换到液晶面板60的各个颜色光的入射角。结果，能够周期性地允许各个颜色光进入液晶面板60的各个点中，以便可以用一个点来进行1像素全色(多色)显示，并且，可以将像素的数量增加约为现有显示模式的三倍，其中在现有显示模式中，已经用三个相邻的点进行1像素全色显示。
顺便提及，在本实施例中，使用波导型光学开关30来周期性地切换进入液晶面板60的各个颜色光的入射角。如上所述，波导管型光学开关30是这样的开关：通过光纤32连接起着光学开关作用用于电切换各个颜色光的光路的交叉元件31，并且在切换光路期间，完全不发生如在诸如检流镜(galvano-mirror)和分步镜(step mirror)的机械旋转的光学部件中的任何噪声。此外，在切换光路期间，不需要机械地移动，因此，在波导型光学开关30中出现任何故障的可能性极低，并且其可靠性极高。此外，不用担心在切换光路期间出现损耗，并且易于建立与其它的控制信号等的同步。
从而，在本实施例中，像素的数量可以增加大约为现有的显示模式的三倍，其中在现有的显示模式中，要用三个相邻的点来进行1像素全色显示，并且在切换各个颜色光的光路期间没有噪声出现，提高了可靠性，不用担心出现损耗，并且易于建立同步。
另外，本实施例使用由红激光器10R、绿激光器10G、蓝激光器10B组成的三色光源10，因此消除了使用二向色镜来进行颜色分离的必要性。因此，与使用二向色镜来进行颜色分离的情况相比，可以使设备减小。
另外，在本实施例中，如图10(A)到图10(C)所示，各个颜色光(L_R，L_G和L_B)一直照射到液晶面板60，因此，不用担心当各个颜色光基于每颜色并时分地照射到液晶面板时成为问题的色乱(color break)。此外，光的利用效率较高，并且，与基于每个颜色时分地将各个颜色光照射到液晶面板的情况相比，可以用低的功率消耗来实现明亮的显示。
另外，在本实施例中，如图10(A)到图10(C)所示，切换进入液晶面板60的各个颜色光(L_R，L_G，和L_B)的入射角，以便顺次改变进入各个像素孔65的光的颜色。这意味着将各个颜色光依次照射到与液晶面板60的各个微透镜61D相对地排列的三个像素孔65。因此，不用担心在投影到屏幕上的图像上出现激光束特有的斑点噪声(speckle noise)。
[第二实施例]
图11示出了根据本发明的第二实施例的液晶投影仪2(投影装置)的示意配置。液晶投影仪2与上述实施例中的液晶投影仪1的不同之处在于，它包括作为液晶面板60的背光的三色开关光源11，但不包括波导型光开关30。下面，将主要说明与上述的实施例的不同之处，并适当地省略与上述的实施例共有的配置、作用和效果。
三色开关光源11被配置以包括三色激光器11A、11B和11C，以及控制这些三色激光器11A、11B和11C的光发射的控制器(未示出)。例如，这些三色激光器11A、11B和11C被平行地排列，以便它们各自的光轴彼此平行。
各个三色激光器11A、11B和11C具有能够从基本相同的位置发射红光、蓝光和绿光的激光器结构。在控制器的控制下，从各个三色激光器11A、11B和11C发射具有不同颜色的颜色光，并周期性地切换从这些三色激光器11A、11B和11C发射的光的颜色。例如，如图12所示，在某个时间段τ1期间，从三色激光器11A发射红光，从三色激光器11B发射绿光，并从三色激光器11C发射蓝光。随后，在某个时间段τ2期间，从三色激光器11A发射绿光，从三色激光器11B发射蓝光，从三色激光器11C发射红光。随后，在某个时间段τ3期间，从三色激光器11A发射蓝光，从三色激光器11B发射红光，并从三色激光器11C发射绿光。
因此，在本实施例中，其被配置以从各个三色激光器11A、11B和11C周期性地发射具有不同颜色的颜色光，并因此如通过使用波导型光开关30来切换各个颜色光的光路的情况下，可以周期性地切换进入各个衍射型光学元件40a、40b和40c的颜色光。这使得能够周期性地切换通过衍射型光学元件40a、40b和40c扩散形成的各个颜色光进入场镜50的入射角，并因此能够周期性地切换各个颜色光进入液晶面板60的入射角。结果，能够周期性地允许各个颜色光进入液晶面板60的各个点，因此，可以用一个点来进行1像素全色(多色)显示，并且，可以将像素数增加到大约为现有显示模式的三倍，其中在现有显示模式中，已经用三个相邻点进行了1像素全色显示。如同前面的实施例，在切换各个颜色光的光路期间没有噪声出现，提高了可靠性，不用担心出现损耗，并且易于建立同步。
此外，本实施例使用了被配置以包括三色激光器11A、11B和11C的三色光源10，这样消除了使用二向色镜来进行颜色分离的必要性。因此，与使用二向色镜来进行颜色分离的情况相比，可以使设备小型化。
[第三实施例1
图13示出了根据本发明的第三实施例的液晶投影仪3(投影装置)的示意配置。液晶投影仪3与第二实施例的液晶投影仪2的不同之处在于，它包括三开关光源阵列12，偏振片阵列21，以及衍射型光学元件阵列41，作为液晶面板的背光。下面，将主要说明与第二实施例的差别，并适当地省略与第二实施例共有的配置、动作和效果的描述。
三色开关光源阵列11分别具有第一实施例中的多个红激光器10R、绿激光器10G和蓝激光器10B，并具有用于控制它们的发光的控制器(未示出)。例如，如图14(A)到14(C)所示，通过在二维方向上周期性地排布来配置红激光器10R、绿激光器10G和蓝激光器10B，以使得它们各自的光轴彼此平行。在图14(A)到14(C)中，为了方便起见，省略了偏振片阵列21。
通过在二维方向上周期性地排布第一实施例的偏振片20R、20G和20B来配置偏振片阵列21，并且在从红激光器10R、绿激光器10G和蓝激光器10B发射的各个颜色光(光束光)的光路上各自排列偏振片20R、20G和20B。
通过在二维方向上周期性地排布第一实施例的衍射型光学元件40a、40b和40c来配置衍射型光学元件阵列41，并且在从偏振片20R、20G和20B输出的各个颜色光(光束光)的光路上各自排列光学元件40a、40b和40c。
控制器的控制使得能够通过三色开关光源阵列11来周期性地切换所驱动的红激光器10R、绿激光器10G和蓝激光器10B。例如，如图14(A)所示，在某个时间段期间，驱动排布在三色开关光源阵列11的上层的红激光器10R、绿激光器10G和蓝激光器10B以分别发出红光、绿光和蓝光。随后，如图14(B)所示，在不同于前一时间段的阵列中，驱动排布在三色开关光源阵列11的中层的红激光器10R、绿激光器10G和蓝激光器10B以分别发出红光、绿光和蓝光。其后，如图14(C)所示，在不同于前一时间段的阵列中，驱动排布在三色开关光源阵列11的下层的红激光器10R、绿激光器10G和蓝激光器10B以分别发出红光、绿光和蓝光。
从三色开关光源阵列11发射的各个颜色光透过偏振片阵列21传输，然后由衍射型光学元件阵列41扩散形成，并通过场镜50照射到液晶面板60上。
因此，在本实施例中，其被配置以从三色开关光源阵列11周期性地发射具有不同颜色的颜色光，并因此如在通过使用波导型光开关30来切换各个颜色光的光路的情况下，可以周期性地切换进入各个衍射型光学元件40a、40b和40c的颜色光。这使得能够周期性地切换由衍射型光学元件40a、40b和40c扩散形成的各个颜色光进入场镜50的入射角，并因此能够周期性地切换各个颜色光进入液晶面板60的入射角。结果，就能周期性地允许各个颜色光进入到液晶面板60的各个点中，因此，可以用一个点来进行1像素全色(多色)显示，并且，可以像素数增加到大约为现有显示模式的三倍，其中在现有显示模式中，已经使用三个相邻点进行了1像素全色显示。如同前面的实施例，在切换各个颜色光的光路期间没有噪声出现，提高了可靠性，不用担心出现损耗，并且易于建立同步。
此外，本实施例使用了被配置以包括红激光器10R、绿激光器10G和蓝激光器10B的三色开关光源阵列11，这样消除了使用二向色镜来进行颜色分离的必要性。因此，与使用二向色镜来进行颜色分离的情况相比，能够使装置小型化。
[第四实施例1
图15示出了根据本发明的第四实施例的液晶投影仪4(投影装置)的示意配置。液晶投影仪4与第一实施例的液晶投影仪1的不同之处在于，在三色光源10和偏振片20之间提供了光束扩展器80，并且代替波导型光学开关30，提供了衍射型光学元件130(光路切换部分)，代替衍射型光学元件40，还提供了折射型光学元件140(扩散形成部分)。下面，将主要说明与第一实施例的不同之处，并适当地省略与第一实施例共有的结构、动作和效果的描述。
光束扩张器80由例如准直光学系统(collimation optical system)构成，并且被配置以使得从三色光源10上发射的各个颜色光的横截面的形状接近于圆形。
如图16所示，通过从偏振片20侧依次排布透明衬底131、液晶层132、透明衬底133、液晶层134和透明衬底135而配置衍射型光学元件130。在与液晶层132相邻的透明衬底131的表面上形成各个电极136R、136G和136B，并在与液晶层134相邻的透明衬底135的表面上形成各个电极137R、137G和137B。在与液晶层132相邻的透明衬底133的表面上形成共电极138a，并在与液晶层134相邻的透明衬底133的表面上形成共电极138b。分别在液晶层132和134的侧表面上形成隔离物(spacer)139。
透明衬底131、133和135以及隔离物139由例如石英等构成。液晶层132和134由散布了聚合物的液晶(PDLC)构成。散布了聚合物的液晶具有其中液晶以高浓度散布的液晶散布区132A和134A，以及其中聚合物以高浓度散布的聚合物区132B和134B。在液晶层132和134中，没有施加电压时，液晶散布区132A和134A具有不同的取向。因此，在施加电压时，液晶层132和液晶层134具有不同的折射方向。
假设单个电极136R和共电极138a之间的电压为Vr1，单个电极137R和共电极138b之间的电压为Vr2，单个电极136G和共电极138a之间的电压为Vg1，单个电极137G和共电极138b之间的电压为Vg2，单个电极136B和共电极138a之间的电压为Vb1，单个电极137B和共电极138b之间的电压为Vb2。例如，如图17所示，在将电压加到Vr1、Vr2、Vg1、Vg2、Vb1、Vb2中的每个时，进入衍射型光学元件130的各个颜色光在时间段τ1中如图18(A)所示，在时间段τ2中如图18(B)所示，在时间段τ3中如图18(C)所示。
在此，在时间段τ1中，Vr1是零伏，Vr2是Vpr(>0)伏，Vg1和Vg2是Vpg(>0)伏，Vb1是Vpb(>0)伏，Vb2是零伏。在时间段τ2中，Vr1和Vr2是Vpr伏，Vg1是Vpg伏，Vg2是零伏，Vb1是零伏，Vb2是Vpb伏。在时间段τ3中，Vr1是Vpr伏，Vr2是零伏，Vg1是零伏，Vg2是Vpg伏，Vb1和Vb2是Vpb伏。
如在图18(A)到18(C)中所例示的，在施加了电压的液晶层132和134的区域中，各个颜色光不发生衍射和线性透射。另一方面，在没有加电压的液晶层132的区域中，各个颜色光发生衍射和透射，例如，在图18(A)到18(C)的纸面上向上衍射和透射。在没有加电压的液晶层134的区域中，各个颜色光发生衍射和透射，例如，在图18(A)到18(C)的纸面上向下衍射和透射。这就是说，通过如图17所示将电压分别施加到Vr1、Vr2、Vg1、Vg2、Vb1和Vb2，可以周期性地切换各个颜色光的发射方向(光路)。
通过在从衍射型光学元件130输出的各个颜色光(光束光)的光路上公共地提供来配置折射型光学元件140。折射型光学元件140被配置以对从衍射型光学元件130输出的各个颜色光进行扩散形成，以便在液晶面板60的整个显示区(未示出)扩展。具体地说，折射型光学元件140将以不同角度进入到与衍射型光学元件130相邻的表面的各个颜色光(光束光)转变成扩散光，并让这些扩散光以不同的入射角进入场镜50中。
通过在二维空间上排布具有各种形状和曲率的微透镜来形成折射型光学元件140，并且折射型光学元件140被配置用于使用各个微透镜来折射入射光并将所折射的光彼此重叠而使所发射的光的横截面的形状变成预定的形状和尺寸，并且还照射输出平面以便使亮度分布均匀。同时，这样的元件能够在互联网(例如，URL；http://www.rpcphotonics.com/engineer_diffuser.htm)上等查阅到。
在本实施例中，通过偏振片20来调整从三色光源10各自独立发射的红光L_R、绿光L_G和蓝光L_B，以便它们的偏振方向与液晶面板60的偏振轴相匹配，其后，通过衍射型光学元件130来周期性地切换各个颜色光的发射方向(光路)。这使得能够周期性地切换进入折射型光学元件140的各个颜色光的入射角，以便可以周期性地切换由折射型光学元件140扩散形成的各个颜色光进入场镜50的入射角，并因此可以周期性地切换进入液晶面板60的各个颜色光的入射角。结果，能够周期性地让各个颜色光进入液晶面板60的各个点，因此可以用一个点来进行1像素全色(多色)显示，并且能将像素数增加到大约为现有显示模式的三倍，其中在现有显示模式中，已经使用三个相邻的点进行了1像素全色显示。
顺便提及，在本实施例中，使用衍射型光学元件130来周期性地切换进入液晶面板60的各个颜色光的入射角。如上所述，衍射型光学元件130起着光学开关的作用，用于电切换各个颜色光的发射方向(光路)，因此，在切换发射方向(光路)期间，因此完全没有如在诸如检流镜和分步镜的机械转动光学部件中的任何噪声出现。此外，在切换发射方向(光路)期间，不需要机械地移动，因此，在衍射型光学元件130中出现任何故障的可能性极低，并且其可靠性极高。此外，在切换发射方向(光路)时，易于建立与其它的控制信号等的同步。
从而，在本实施例中，可以将像素数增加到大约为现有显示模式的三倍，其中在现有显示模式中，已经使用三个相邻的点进行了1像素全色显示，并且在切换各个颜色光的发射方向(光路)期间，没有噪声出现，提高了可靠性，不用担心出现损耗，并且易于建立同步。
[应用例子]
第一到第四实施例的液晶投影仪1到4可应用于其中装有屏幕90的背投型图像显示设备。例如，在图像显示装置5中的液晶投影仪1的投影侧排列显示屏90，如图19所示。类似地，例如，在图像显示装置6中的液晶投影仪4的投影侧排列显示屏90，如图20所示。因此，其被配置以将从液晶投影仪1输出的彩色图像光投影到屏幕90的背面，并在屏幕90的表面显示图像。
因此，在本应用例子中的图像显示装置在其中安装了第一到第四实施例的液晶投影仪1到4，从而产生出与第一到第四实施例相同的作用和效果。
在已参照多个实施例和应用例子描述了本发明，但本发明不限于这些实施例等，各种修改都是可能的。
例如，在实施例等中，已经具体地说明了液晶投影仪1到4的配置，但是不需要具有全部的配置。可替换地，可以在其中提供其它配置。这就是说，取决于用途和目的，可以进行各种选择。
尽管在实施例等中已说明了使用有源矩阵型液晶面板60的情况，但是本发明也可以应用于简单的矩阵驱动液晶面板。
尽管在实施例等中已说明了使用液晶面板60作为光阀的情况，当然也能够使用利用其它原理的显示面板作为光阀。
尽管在实施例中已说明了使用激光器作为液晶面板60的背面光的情况，当然也能够使用诸如LED(发光二极管)的单色光发射元件作为背光。
尽管在这些实施例中，诸如二向色镜81(参见图21)和棱镜82(参见图22)的任何光学元件未被排列在各个颜色光的光路上，但是，也可以将它们排列在光路上。这使得三色光源10和三色开关光源阵列11的布局能够具有一定的自由度。
尽管在第四实施例中，衍射型光学元件130被配置以包括由聚合物散布的液晶组成的液晶层132和液晶层134，但是也可通过其它的衍射型光学元件来配置，例如，声光元件(AO元件)。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种投影装置，其特征在于包括：
光源部分，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光；
光路切换部分，按预定的时间间隔电切换从所述光源部分发射的各个颜色光的光路；
扩散形成部分，将从所述光路切换部分输出的各个颜色光转换成具有不同的光轴方向的扩散光；
平行光制造部分，基于每个颜色光，使得由所述扩散形成部分扩散形成的各个颜色光成为平行光；
彩色图像光产生部分，具有微透镜阵列，其中在该微透镜阵列中，在由所述平行光制造部分变为平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜，并且所述彩色图像光产生部分具有像素部分，在该像素部分中，与各个微透镜对立地排列数量等于从所述光源部分发出的颜色光的颜色数的点，并且所述彩色图像光产生部分通过使用透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光；以及
投影部分，放大和投影由所述彩色图像光产生部分产生的彩色图像光。
2.根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光源部分是半导体激光器和固态激光器中的至少一个。
3.根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光路切换部分是波导型光学开关。
4.根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光路切换部分是通过将一对导电的透明衬底排列在液晶层的两侧而配置的衍射型光学元件。
5.根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光路切换部分是声光元件。
6.根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光路切换部分基于每个场、每个帧或每多帧来切换从所述光源部分发出的各个颜色光的光路。
7.根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述光路切换部分按作为一场或一帧的频率的整数倍的频率来切换从所述光源部分发射的各个颜色光的光路。
8.根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述扩散形成部分是用于扩散各个颜色光以便使亮度分布均匀的衍射型光学元件。
9.根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述扩散形成部分是通过以矩阵排列多个微透镜而配置的折射型光学元件。
10.根据权利要求1的投影装置，其特征在于
所述彩色图像光产生部分是从所述平行光产生部分侧依次具有入射侧衬底、液晶层和发射侧衬底的液晶面板，以及
在所述入射侧衬底上形成所述微透镜阵列，并且在所述发射侧衬底上形成所述像素部分。
11.根据权利要求1的投影装置，其特征在于，所述彩色图像光产生部分响应于所述光路切换部分对各个颜色光的光路的切换，切换被施加到各个点上的像素信号。
12.一种投影装置，其特征在于包括：
光源部分，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光，并按预定的时间间隔电切换分别独立发射的各个颜色光的波长；
扩散形成部分，将从所述光源部分输出的各个颜色光转换成具有不同的光轴方向的扩散光；
平行光制造部分，基于每个颜色光，使由所述扩散形成部分扩散形成的各个颜色光成为平行光；
彩色图像光产生部分，具有微透镜阵列，其中在该微透镜阵列中，在由所述平行光制造部分变为平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜，并且所述彩色图像光产生部分具有像素部分，在该像素部分中，与各个微透镜对立地排列数量等于从所述光源部分发出的颜色光的颜色数的点，并且所述彩色图像光产生部分通过使用透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光；以及
投影部分，放大并投影由所述彩色图像光产生部分产生的彩色图像光。
13.一种图像显示装置，其特征在于包括：
光源部分，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光；
光路切换部分，按预定的时间间隔电切换从所述光源部分发射的各个颜色光的光路；
扩散形成部分，将从所述光路切换部分输出的各个颜色光转换成具有不同的光轴方向的扩散光；
平行光制造部分，基于每个颜色光，使得由所述扩散形成部分扩散形成的各个颜色光成为平行光；
彩色图像光产生部分，具有微透镜阵列，其中在该微透镜阵列中，在由所述平行光制造部分变为平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜，并且所述彩色图像光产生部分具有像素部分，在该像素部分中，与各个微透镜对立地排列数量等于从所述光源部分发出的颜色光的颜色数的点，并且所述彩色图像光产生部分通过使用透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光；以及
投影部分，放大和投影由所述彩色图像光产生部分产生的彩色图像到屏幕的背面。
14.一种图像显示装置，其特征在于包括：
光源部分，分别独立地发射具有不同波长的多个颜色光，并按预定的时间间隔电切换分别独立发射的各个颜色光的波长；
扩散形成部分，将从所述光源部分发射的各个颜色光转换成具有不同的光轴方向的扩散光；
平行光制造部分，基于每个颜色光，使由所述扩散形成部分扩散形成的各个颜色光成为平行光；
彩色图像光产生部分，具有微透镜阵列，其中在该微透镜阵列中，在由所述平行光制造部分变为平行光的各个颜色光的入射区上以矩阵排列多个微透镜，并且所述彩色图像光产生部分具有像素部分，在该像素部分中，与各个微透镜对立地排列数量等于从所述光源部分发出的颜色光的颜色数的点，并且所述彩色图像光产生部分通过使用透过各个点的各个颜色光来产生彩色图像光；
投影部分，放大和投影由所述彩色图像光产生部分产生的彩色图像到屏幕的背面。