專利名稱：圖像顯示裝置及投影機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及經(jīng)多個(gè)光調(diào)整元件對(duì)從光源發(fā)出的光進(jìn)行調(diào)制而顯示圖像的裝置，特別是涉及適用于實(shí)現(xiàn)亮度動(dòng)態(tài)范圍及灰度等級(jí)數(shù)的擴(kuò)大的圖像顯示裝置及投影機(jī)。
背景技術(shù)：
近年，LCD(液晶顯示器)、EL(電致發(fā)光)顯示器、等離子顯示器、CRT(陰極射線管)、投影機(jī)等電子顯示裝置的畫(huà)質(zhì)改善顯著，正在實(shí)現(xiàn)具有分辨率、色域與人的視覺(jué)特性幾乎可以匹敵的性能的裝置。然而，就亮度動(dòng)態(tài)范圍考慮時(shí)，其再現(xiàn)范圍為1～102[nit]左右的范圍，并且灰度等級(jí)數(shù)一般為8位。另一方面，人的視覺(jué)，一次可以感覺(jué)的亮度動(dòng)態(tài)范圍為10-2～104[nit]左右，并且亮度分辨能力為0.2[nit]，將其換算為灰度等級(jí)數(shù)時(shí)可以說(shuō)相當(dāng)于12位。通過(guò)這種視覺(jué)特性來(lái)觀看現(xiàn)在的顯示裝置的顯示圖像時(shí)，由于亮度動(dòng)態(tài)范圍狹窄明顯，加上陰影部分、高亮部分的灰度等級(jí)不足，就顯示圖像的真實(shí)感及感染力而言不能令人感到十分滿意。
另外，在電影及游戲等使用的CG(計(jì)算機(jī)繪圖)中，使顯示數(shù)據(jù)(以下稱其為HDR(高動(dòng)態(tài)范圍)顯示數(shù)據(jù))具有接近人的視覺(jué)的亮度動(dòng)態(tài)范圍及灰度等級(jí)特性而追求描繪的真實(shí)感的傾向正在成為主流。然而，由于對(duì)其進(jìn)行顯示的顯示裝置的性能不足，一直存在不能充分發(fā)揮CG內(nèi)容本來(lái)具有的表現(xiàn)力的問(wèn)題。
此外，在下一代的OS(操作系統(tǒng))中，預(yù)定采用16位色空間，與現(xiàn)在的8位色空間比較，動(dòng)態(tài)范圍及灰度等級(jí)數(shù)的增加有一個(gè)飛躍。因此，可以預(yù)料對(duì)可以利用16位色空間的高動(dòng)態(tài)范圍、高灰度等級(jí)的電子顯示裝置的實(shí)現(xiàn)的要求會(huì)日益提高。
在顯示裝置中，液晶投影機(jī)及稱為DLP(數(shù)字光處理，商標(biāo))投影機(jī)的投影型顯示裝置(投影機(jī))，也可以進(jìn)行大畫(huà)面顯示，是在再現(xiàn)顯示圖像的真實(shí)感及感染力方面有效果的顯示裝置。在這一領(lǐng)域中，為了解決上述問(wèn)題，存在以下所述的提案。
作為高動(dòng)態(tài)范圍的顯示裝置，比如，有在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的技術(shù)，該顯示裝置的構(gòu)成包括光源、對(duì)光的全波長(zhǎng)區(qū)域的亮度進(jìn)行調(diào)制的第2光調(diào)制元件及對(duì)光的波長(zhǎng)區(qū)域中的RGB三原色的各波長(zhǎng)區(qū)域，調(diào)制該波長(zhǎng)區(qū)域的亮度的第1光調(diào)制元件；其中，由第2光調(diào)制元件對(duì)來(lái)自光源的光進(jìn)行調(diào)制而形成預(yù)期的亮度分布，使該光學(xué)像在第1光調(diào)制元件的顯示面上成像而進(jìn)行色調(diào)制，并將經(jīng)過(guò)2次調(diào)制后的光進(jìn)行投影。第2光調(diào)制元件及第1光調(diào)制元件的各像素，根據(jù)由HDR顯示數(shù)據(jù)確定的第1控制值及第2控制值分別單獨(dú)地進(jìn)行控制。作為光調(diào)制元件，采用具有可以獨(dú)立控制透射率的像素結(jié)構(gòu)或分段(segment)結(jié)構(gòu)、可以控制二維透射率分布的透射型調(diào)制元件。作為其代表例，可以舉出的有液晶光閥。另外，也可以采用反射型調(diào)制元件代替透射型調(diào)制元件，作為其代表例，可以舉出的有DMD(數(shù)字微鏡器件)元件。
現(xiàn)在，考慮使用暗顯示的透射率為0.2％，亮顯示的透射率為60％的光調(diào)制元件的場(chǎng)合。在光調(diào)制元件單體中，亮度動(dòng)態(tài)范圍為60/0.2＝300。因?yàn)樯鲜鲲@示裝置，相當(dāng)于將亮度動(dòng)態(tài)范圍為300的光調(diào)制元件以光學(xué)方式串聯(lián)配置，所以可以實(shí)現(xiàn)300×300＝90000的亮度動(dòng)態(tài)范圍。另外，關(guān)于灰度等級(jí)數(shù)，與此同等的考慮也成立，通過(guò)將8位灰度等級(jí)的光調(diào)制元件以光學(xué)方式串聯(lián)配置，可以得到超過(guò)8位的灰度等級(jí)數(shù)。
特表2004-523001號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開(kāi)2001-100689號(hào)公報(bào)但是，一般液晶光閥的像素開(kāi)口部形狀不具有圍繞圖像顯示面的中心軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。因此，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，在光軸上配置有光源、第1光調(diào)制元件、成像光學(xué)單元、第2光調(diào)制元件的場(chǎng)合，由成像光學(xué)單元形成的第1光調(diào)制元件的光學(xué)像的單位像素的開(kāi)口部形狀和第2光調(diào)制元件的單位像素的開(kāi)口部形狀不一致。因此，因?yàn)閺牡?光調(diào)制元件射出的光的一部分在第2光調(diào)制元件的開(kāi)口部處受到遮蔽，就發(fā)生光利用效率低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問(wèn)題而完成，其目的在于提供可以提高光利用效率，得到清晰的圖像的圖像顯示裝置及投影機(jī)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下方法。
本發(fā)明的圖像顯示裝置是一種根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)自光源的光進(jìn)行調(diào)制而顯示圖像的圖像顯示裝置，其特征在于具有對(duì)從上述光源射出的光進(jìn)行調(diào)制的第1光調(diào)制元件；和在光路上與該第1光調(diào)制元件串聯(lián)配置的，對(duì)從上述第1光調(diào)制元件出射的光進(jìn)行調(diào)制的第2光調(diào)制元件，上述第1光調(diào)制元件的單位像素的開(kāi)口部形狀和上述第2光調(diào)制元件的單位像素的開(kāi)口部形狀相似。
在本發(fā)明的圖像顯示裝置中，由于第1光調(diào)制元件的像素開(kāi)口部形狀和第2光調(diào)制元件的像素開(kāi)口部形狀相似，故入射到第2光調(diào)制元件的第1光調(diào)制元件的光學(xué)像與第2光調(diào)制元件的開(kāi)口部形狀大致一致，所以在第2光調(diào)制元件中受到遮蔽的光束的比例與歷來(lái)相比減少。由此，由于從第1光調(diào)制元件射出的光束的基本全部通過(guò)第2光調(diào)制元件的開(kāi)口部，故可以提高光利用效率。
另外，本發(fā)明的圖像顯示裝置，優(yōu)選，具有使上述第1光調(diào)制元件的光學(xué)像在上述第2光調(diào)制元件的受光面上成像的成像光學(xué)單元。
在本發(fā)明的圖像顯示裝置中，可以可靠地獲得明度、色調(diào)、對(duì)比度等的均勻化，使圖像顯示品質(zhì)良好。
另外，利用上述結(jié)構(gòu)，可以將與第2光調(diào)制元件的光軸方向的配置位置有關(guān)的容許誤差范圍取得比較廣，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化及制造成本的降低。
另外，在本發(fā)明的圖像顯示裝置中，優(yōu)選，上述成像光學(xué)單元是倒立成像單元，相對(duì)于上述第1光調(diào)制元件的上述第2光調(diào)制元件的單位像素的開(kāi)口部的大小，是與上述成像光學(xué)單元的倍率相應(yīng)的大小，并將上述兩種光調(diào)制元件配置成為圍繞光軸旋轉(zhuǎn)180°地對(duì)稱。
在本發(fā)明的圖像顯示裝置中，從光源射出的光，在第1光調(diào)制元件中被調(diào)制。于是，調(diào)制而成的光學(xué)像，由于成像光學(xué)單元是倒立成像單元，故在第2光調(diào)制元件的受光面中為倒立像。這樣，即使從第1光調(diào)制元件射出的光學(xué)像旋轉(zhuǎn)180°，由于第2光調(diào)制元件的單位像素的開(kāi)口部的大小，是與成像光學(xué)單元的倍率相應(yīng)的大小，并且第1光調(diào)制元件和第2光調(diào)制元件配置成為，圍繞光軸旋轉(zhuǎn)180°地對(duì)稱，所以從第1光調(diào)制元件射出的光不會(huì)在第2光調(diào)制元件的開(kāi)口部處被遮光。就是說(shuō)，即使在使用倒立成像單元的場(chǎng)合，因?yàn)閺牡?光調(diào)制元件射出的光，幾乎全部通過(guò)第2光調(diào)制元件的開(kāi)口部，所以可以提高光利用效率。
另外，在本發(fā)明的圖像顯示裝置中，優(yōu)選，上述第1光調(diào)制元件，由對(duì)不同的色光分別進(jìn)行調(diào)制的多個(gè)光調(diào)制元件構(gòu)成，上述圖像顯示裝置具備對(duì)在上述多個(gè)光調(diào)制元件中被調(diào)制后的光進(jìn)行合成的分色棱鏡，使射出透射該分色棱鏡的光的上述光調(diào)制元件的開(kāi)口部形狀與上述第2光調(diào)制元件的開(kāi)口部形狀一致。
在本發(fā)明的圖像顯示裝置中，由于使第2光調(diào)制元件的開(kāi)口部形狀和射出透射分色棱鏡的光的光調(diào)制元件的開(kāi)口部形狀一致，可以利用簡(jiǎn)易的方法使開(kāi)口部形狀一致，故可以防止整個(gè)裝置大型化，并削減部件數(shù)目，所以可以實(shí)現(xiàn)低成本化。
本發(fā)明的投影機(jī)的特征在于具有上述的圖像顯示裝置，和將從該圖像顯示裝置射出的光進(jìn)行投影的投影單元。
在本發(fā)明的投影機(jī)中，利用圖像顯示裝置射出的圖像，由投影單元進(jìn)行投影。如上所述，圖像顯示裝置，由于可以使從第1光調(diào)制元件射出的光無(wú)損失地從第2光調(diào)制元件的開(kāi)口部通過(guò)，故可以得到動(dòng)態(tài)范圍高、灰度等級(jí)特性優(yōu)良的顯示圖像。


圖1為示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的投影機(jī)的概略圖。
圖2為示出圖1的液晶光閥的配置及形狀的立體圖。
圖3為示出在本發(fā)明的實(shí)施方式1的投影機(jī)中使用的顯示控制裝置的硬件構(gòu)成的框圖。
圖4為示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的投影機(jī)的液晶光閥的配置的比較例的立體圖。
圖5為示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的投影機(jī)的色調(diào)制光閥及亮度調(diào)制光閥的變形例的剖面圖。
圖6為示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的投影機(jī)的中繼透鏡的變形例的平面圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明PJ1…投影機(jī)；10…光源；60B、60G、60R、300R…透射型液晶光閥(第1調(diào)制元件)；61…單位像素；61b…開(kāi)口部；90…中繼透鏡(成像光學(xué)單元)；100、200R…透射型液晶光閥(第2調(diào)制元件)；101…單位像素；101b…開(kāi)口部；110…投影透鏡(投影單元)具體實(shí)施方式

下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的圖像顯示裝置及投影機(jī)的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
(投影機(jī)的實(shí)施方式1)圖1為示出投影型液晶顯示裝置(投影機(jī))PJ1的主要光學(xué)構(gòu)成的示圖。
投影機(jī)PJ1的構(gòu)成包括圖像顯示裝置和投影透鏡(投影單元)110，該圖像顯示裝置具有光源10；使從光源10入射的光的亮度分布均勻化的均勻照明系統(tǒng)20；對(duì)從均勻照明系統(tǒng)20入射的光的波長(zhǎng)區(qū)域之中的RGB三原色的亮度分別進(jìn)行調(diào)制的色調(diào)制部25(作為第1調(diào)制元件包括藍(lán)色光用透射型液晶光閥60B、綠色光用透射型液晶光閥60G、紅色光用透射型液晶光閥60R三個(gè)透射型液晶光閥)；對(duì)從色調(diào)制部25入射的光進(jìn)行中繼的中繼透鏡90；對(duì)從中繼透鏡90入射的光的全波長(zhǎng)區(qū)域的亮度進(jìn)行調(diào)制的作為第2調(diào)制單元的透射型液晶光閥100；該投影透鏡110，將從液晶光閥100入射的光投影到屏幕120。
另外，光源10具有由超高壓水銀燈、氙燈等構(gòu)成的燈11，及對(duì)從燈11發(fā)出的射出光進(jìn)行反射和聚光的反射器12。
另外，在以下的說(shuō)明中，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的xyz正交坐標(biāo)系，以透射型液晶光閥100的像素面為xy平面，以從十字分色棱鏡80射出的朝向投影透鏡110的光的方向?yàn)閦方向。
均勻照明系統(tǒng)20的構(gòu)成包括由蠅眼透鏡等構(gòu)成的第1、第2透鏡陣列21、22；偏振變換元件23及聚光透鏡24。于是，利用第1、第2透鏡陣列21、22使從光源10射出的光的亮度分布均勻化，利用偏振變換元件23使通過(guò)第1、第2透鏡陣列21、22的光變成可以入射到色調(diào)制部25的偏振方向的偏振光，利用聚光透鏡24將進(jìn)行偏振變換后的光進(jìn)行聚光并射出到色調(diào)制部25。另外，偏振變換元件23，比如，是由PBS陣列和1/2波長(zhǎng)片構(gòu)成，是將無(wú)序偏振光變換為特定的直線偏振光的器件。
色調(diào)制部25的構(gòu)成包括作為光分離單元的兩個(gè)分色鏡30、35；三個(gè)反射鏡(反射鏡36、45、46)；五個(gè)場(chǎng)透鏡(透鏡41、中繼透鏡42、平行化透鏡50B、50G、50R)；三個(gè)液晶光閥60B、60G、60R以及十字分色棱鏡80。
分色鏡30、35，是將從光源10發(fā)出的光(白色光)分離(分光)為紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)的RGB三原色光的器件。分色鏡30是形成在玻璃板等上使B光及G光反射并使R光透射的性質(zhì)的分色膜的器件；對(duì)于從光源10發(fā)出的白色光，將包含于該白色光中的B光及G光反射，使R光透射。分色鏡35是形成在玻璃板等上使G光反射并使B光透射的性質(zhì)的分色膜的器件；在透射分色鏡30的G光及B光之中，反射G光而將其傳到平行化透鏡50G，并使藍(lán)光透射而將其傳遞到透鏡41。
因?yàn)橹欣^透鏡42是將透鏡41附近的光(光強(qiáng)度分布)傳遞到平行化透鏡50B附近的器件，透鏡41具有使光高效率地入射到中繼透鏡42的功能。另外，入射到透鏡41的B光，在基本保存其強(qiáng)度分布的狀態(tài)下，并且?guī)缀醪话殡S光損失地傳遞到在空間上分離的液晶光閥60B。
平行化透鏡50B、50G、50R具有使入射到對(duì)應(yīng)的液晶光閥60B、60G、60R上的各色光大致平行化，使透射液晶光閥60B、60G、60R的光高效率地入射到中繼透鏡90的功能。于是，由分色鏡30、35分光的RGB三原色的光，經(jīng)上述反射鏡(反射鏡36、45、46)及透鏡(透鏡41、中繼透鏡42、平行化透鏡50B、50G、50R)入射到液晶光閥60B、60G、60R。
液晶光閥60B、60G、60R，是在以矩陣狀形成像素電極及用來(lái)驅(qū)動(dòng)像素電極的薄膜晶體管元件、薄膜二極管等開(kāi)關(guān)元件的玻璃基板，和在整個(gè)面上形成共用電極的玻璃基板之間，夾入TN型液晶，并在外面配置有偏振片的有源矩陣型的液晶顯示元件。
另外，液晶光閥60B、60G、60R，以在電壓非施加狀態(tài)下為白/亮(透射)狀態(tài)、在電壓施加狀態(tài)下為黑/暗(非透射)狀態(tài)的常白模式或與其相反的常黑模式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，與施加的控制值相應(yīng)地，對(duì)明暗間的灰度等級(jí)進(jìn)行模擬控制。液晶光閥60B，根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)對(duì)入射的B光進(jìn)行光調(diào)制，并射出內(nèi)含光學(xué)像的調(diào)制光。液晶光閥60G，根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)對(duì)入射的G光進(jìn)行光調(diào)制，并射出內(nèi)含光學(xué)像的調(diào)制光。液晶光閥60R，根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)對(duì)入射的R光進(jìn)行光調(diào)制，并射出內(nèi)含光學(xué)像的調(diào)制光。
十字分色棱鏡80，由四個(gè)直角棱鏡粘合的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在其內(nèi)部使剖面為X字形狀地形成反射B光的電介質(zhì)多層膜(B光反射分色膜81)及反射R光的電介質(zhì)多層膜(R光反射分色膜82)。于是，使從液晶光閥60G發(fā)出的G光透射，使從液晶光閥60R發(fā)出的R光和從液晶光閥60B發(fā)出的B光彎折而將此三色的光合成而形成彩色圖像。
中繼透鏡90，將由十字分色棱鏡80合成的來(lái)自液晶光閥60B、60G、60R的光學(xué)像(光強(qiáng)度分布)傳遞到液晶光閥100的像素面(受光面)上。另外，在本實(shí)施方式中使用的中繼透鏡90，由于是倒立成像單元，故從液晶光閥60B、60G、60R射出的經(jīng)中繼透鏡90而在液晶光閥100上成像的像為倒立像。另外，在本實(shí)施方式中使用的中繼透鏡90的倍率約為2倍。
另外，液晶光閥100，如圖1所示，由與上述液晶光閥60B、60G、60R相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，對(duì)入射光的全波長(zhǎng)區(qū)域的亮度根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，將內(nèi)含最終的光學(xué)像的調(diào)制光射出到投影透鏡110。
透射型液晶光閥60B、60G、60R、100是液晶光閥，這些光閥的像素結(jié)構(gòu)，如圖2所示，將多個(gè)單位像素61、101分別以矩陣狀進(jìn)行配置，各單位像素，比如，由鉻等金屬材料所構(gòu)成的格柵形狀的遮光部61a、101a和矩形形狀的開(kāi)口部61b、101b構(gòu)成。通過(guò)這些部分的構(gòu)成，使入射到液晶光閥60B、60G、60R、100的光束之中的，入射到開(kāi)口部61b、101b的光束直接透過(guò)，而使入射到遮光部61a、101a的光束受到遮蔽。另外，在圖示例子中，單位像素61、101只示出4個(gè)。
遮光部61a、101a，除了預(yù)定寬度的帶狀部分周期排列的遮光圖形膜(黑條帶膜、黑矩陣膜等)之外，還由像素布線、TFT元件等形成。此外，在開(kāi)口部61b、101b的一個(gè)角上設(shè)置遮光部61c、101c。這樣，遮光部61a、101a，成為非對(duì)稱形狀。
此外，液晶光閥60B、60G、60R的單位像素61的開(kāi)口部61b的形狀和液晶光閥100的單位像素101的開(kāi)口部101b的形狀相似。具體言之，由于中繼透鏡90的倍率是2倍，液晶光閥100的開(kāi)口部101b，具有大致為液晶光閥60B、60G、60R的開(kāi)口部61b的2倍的大小，就是說(shuō)，相似比為2倍。
另外，液晶光閥100，配置成為以液晶光閥60B、60G、60R為基準(zhǔn)圍繞光軸旋轉(zhuǎn)180°地對(duì)稱。就是說(shuō)，液晶光閥60B、60G、60R的A方向及B方向在液晶光閥60B、60G、60R中分別朝向+y方向、+x方向配置，而在液晶光閥100中使液晶光閥60B、60G、60R圍繞光軸旋轉(zhuǎn)180°，以使之分別朝向-y方向、-x方向的狀態(tài)配置。通過(guò)這樣配置，可以使由中繼透鏡90成像的液晶光閥60B、60G、60R的光學(xué)像與液晶光閥100的開(kāi)口部101b的形狀一致。
投影透鏡110，將在液晶光閥100的顯示面上形成的光學(xué)像投影到屏幕120上而顯示彩色圖像。
其中，液晶光閥60B、60G、60R及液晶光閥100任何一個(gè)都對(duì)透射光進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，內(nèi)含與該調(diào)制程度相應(yīng)的光學(xué)像，在這一點(diǎn)上相同，但與后者的液晶光閥100對(duì)全波長(zhǎng)區(qū)域的光(白色光)進(jìn)行調(diào)制相對(duì)，前者的液晶光閥60B、60G、60R對(duì)利用作為光分離單元的分色鏡30、35所分光的特定波長(zhǎng)區(qū)域的光(R、G、B等的色光)進(jìn)行調(diào)制，在這一點(diǎn)上兩者不同。所以，為了方便起見(jiàn)，將利用液晶光閥60B、60G、60R進(jìn)行的光強(qiáng)度調(diào)制稱為色調(diào)制，而將利用液晶光閥100進(jìn)行的光強(qiáng)度調(diào)制稱為亮度調(diào)制，以示區(qū)別。
另外，從同樣的觀點(diǎn)出發(fā)，在以下的說(shuō)明中，有時(shí)將液晶光閥60B、60G、60R稱為色調(diào)制光閥，而將液晶光閥100稱為亮度調(diào)制光閥，以示區(qū)別。
下面對(duì)投影機(jī)PJ1的整體光傳遞的流程予以說(shuō)明。利用分色鏡30、35對(duì)從光源10發(fā)出的白色光進(jìn)行分光而使之成為紅色(R)、綠色(G)及藍(lán)色(B)三原色光，并經(jīng)包括平行化透鏡50B、50G、50R的透鏡及反射鏡，將其入射到液晶光閥60B、60G、60R。入射到液晶光閥60B、60G、60R的各種色光，根據(jù)與其各自的波長(zhǎng)區(qū)域相應(yīng)的外部數(shù)據(jù)進(jìn)行色調(diào)制，并作為內(nèi)含光學(xué)像的調(diào)制光射出。來(lái)自液晶光閥60B、60G、60R的各調(diào)制光，分別入射到十字分色棱鏡80并在該處合成為一種光。
其后，從十字分色棱鏡80射出的光線，經(jīng)中繼透鏡90入射到液晶光閥100。此時(shí)，從十字分色棱鏡80射出的光的光學(xué)像，由中繼透鏡90旋轉(zhuǎn)180°，并放大為2倍，與液晶光閥100的開(kāi)口部101b的形狀大致一致。入射到液晶光閥100的合成光，根據(jù)與全波長(zhǎng)區(qū)域相應(yīng)的外部數(shù)據(jù)，進(jìn)行亮度調(diào)制。此時(shí)，從十字分色棱鏡80向著液晶光閥100射出的光，幾乎全部通過(guò)液晶光閥100的開(kāi)口部101b。隨后，作為內(nèi)含最終的光學(xué)像的調(diào)制光向投影透鏡110射出。此外，在投影透鏡110中，將來(lái)自液晶光閥100的最終的合成光投影到屏幕120上而顯示預(yù)期的圖像。
這樣，在投影機(jī)PJ1中，采用，利用由作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60B、60G、60R而形成光學(xué)像(圖像)的調(diào)制光，由作為第2光調(diào)制元件的液晶光閥100形成最終的顯示圖像的形態(tài)，經(jīng)串聯(lián)配置的兩個(gè)光調(diào)制元件(色調(diào)制光閥及亮度調(diào)制光閥)，通過(guò)兩個(gè)階段的圖像形成過(guò)程對(duì)發(fā)自光源10的光進(jìn)行調(diào)制。另外，關(guān)于圖像形成過(guò)程，比如，公開(kāi)在“Helge Seetzen，Lorne A.Whitehead‘A High Dynamic Range Display Using Low and HighResolution Modulators’，SID Symposium 2003，pp.1450-1453(2003)”中。其結(jié)果，投影機(jī)PJ1可以實(shí)現(xiàn)亮度動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)大及灰度等級(jí)數(shù)的增加。
另外，投影機(jī)PJ1還具有控制投影機(jī)PJ1的顯示控制裝置2。
圖3為示出顯示控制裝置200的硬件構(gòu)成的框圖。
顯示控制裝置200，如圖3所示，其構(gòu)成包括根據(jù)控制程序來(lái)控制運(yùn)算及整個(gè)系統(tǒng)的CPU170；在預(yù)定區(qū)域預(yù)先存儲(chǔ)CPU170的控制程序等的ROM172；用來(lái)存儲(chǔ)從ROM172等讀出的數(shù)據(jù)及在CPU170的運(yùn)算過(guò)程中所需要的運(yùn)算結(jié)果的RAM174；以及用作對(duì)外部裝置的數(shù)據(jù)的輸入輸出媒介的I/F178；這些單元由作為用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的信號(hào)線的總線179互相連接而可以進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。
在I/F178上，連接有作為外部裝置的用來(lái)驅(qū)動(dòng)亮度調(diào)制光閥及色調(diào)制光閥的光閥驅(qū)動(dòng)裝置180，將數(shù)據(jù)及表等作為文件進(jìn)行存儲(chǔ)的存儲(chǔ)裝置182以及用來(lái)連接到外部網(wǎng)絡(luò)199的信號(hào)線。
在存儲(chǔ)裝置182中，存儲(chǔ)用來(lái)驅(qū)動(dòng)亮度調(diào)制光閥及色調(diào)制光閥的HDR顯示數(shù)據(jù)及控制值登錄表。
在本實(shí)施方式中，投影機(jī)PJ1，根據(jù)來(lái)自外部的HDR圖像信號(hào)及RGB，在顯示控制裝置200中控制液晶光閥60B、60G、60R及液晶光閥100的透射率，并在屏幕120上顯示HDR圖像。
其中，HDR圖像數(shù)據(jù)是，可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有的sRGB(標(biāo)準(zhǔn)紅綠藍(lán))等的圖像格式中不能實(shí)現(xiàn)的高亮度動(dòng)態(tài)范圍的圖像數(shù)據(jù)，針對(duì)圖像的全部像素存儲(chǔ)表示像素的亮度電平的像素值。在本實(shí)施方式中，采用的是，作為HDR顯示數(shù)據(jù)，將針對(duì)一個(gè)像素的對(duì)RGB三原色每一種表示亮度電平的像素值作為浮點(diǎn)值進(jìn)行存儲(chǔ)的形式。例如，作為一個(gè)像素的像素值，存儲(chǔ)(1.2，5.4，2.3)這樣的值。
另外，HDR圖像數(shù)據(jù)，是對(duì)高亮度動(dòng)態(tài)范圍的HDR圖像進(jìn)行拍攝并根據(jù)所拍攝的HDR圖像而生成的。
另外，關(guān)于HDR圖像數(shù)據(jù)的生成方法的詳情，比如，公開(kāi)在公開(kāi)文獻(xiàn)“P.E.Debevec，J.Malik，‘Recovering High Dynamic Range RadianceMaps from Photographs’，Proceedings of ACM SIGGRAPH97，p.367-378，1997”中。
(比較例)此處，作為說(shuō)明本發(fā)明的投影機(jī)PJ1的比較例，作為現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，即作為液晶光閥60B、60G、60R及液晶光閥100，使用具有圖2所示的像素結(jié)構(gòu)61、101的液晶光閥，并且，如圖4(a)所示，向著同一方向地配置在光軸上。
在這一結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合，由于中繼透鏡是倒立成像單元，故如圖4(b)所示，在液晶光閥100的像素面上成像的液晶光閥60B、60G、60R的開(kāi)口部像變成如虛線所示，由于與液晶光閥100的開(kāi)口部101b的形狀不一致，故入射到液晶光閥100的光束的一部分受到遮蔽。所以，從光源10射出的光的利用效率降低。
如上所述，在本實(shí)施方式的投影機(jī)PJ1中，在色調(diào)制光閥60B、60G、60R的預(yù)定的像素中進(jìn)行一次調(diào)制的光，可以在亮度調(diào)制光閥100的預(yù)定區(qū)域(像素)中進(jìn)行合適的二次調(diào)制。所以，與歷來(lái)相比，可以可靠地獲得預(yù)定的品質(zhì)的圖像。
另外，由于液晶光閥60B、60G、60R的開(kāi)口部61b和液晶光閥100的開(kāi)口部101b的形狀相似，故液晶光閥60B、60G、60R的開(kāi)口像和液晶光閥100的開(kāi)口形狀大致一致，所以由遮光部101a遮蔽的光束的比例與歷來(lái)相比減少。所以，由于從液晶光閥60B、60G、60R射出的光束的幾乎全部都通過(guò)液晶光閥100的開(kāi)口部101b，故可以提高光利用效率。
另外，本發(fā)明的技術(shù)范圍并不限定于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨范圍內(nèi)可以增加各種改變。
比如，在上述實(shí)施方式中，也可以不使用中繼透鏡90來(lái)形成投影機(jī)PJ1。在這種構(gòu)成的場(chǎng)合，在液晶光閥60B、60G、60R的位置，也可以代替液晶光閥60B、60G、60R、100，如圖5所示，使用由將可以獨(dú)立控制透射率的多個(gè)像素排列成為矩陣形狀的液晶光閥(亮度調(diào)制光閥)200R、200G、200B和將可以獨(dú)立控制透射率的多個(gè)像素排列成為矩陣形狀的液晶光閥(色調(diào)制光閥)300R、300G、300B所構(gòu)成的光調(diào)制元件組40R、40G、40B。另外，在圖5中，以紅色用的光調(diào)制元件組40R為例進(jìn)行說(shuō)明。
液晶光閥200R由偏振片201、對(duì)向基板202、對(duì)向電極203、數(shù)據(jù)布線204、密封件205、面板基板206、液晶207及微透鏡陣列208構(gòu)成。在面板基板206的入射側(cè)(發(fā)自光源10的光的入射側(cè))，形成以與通向各像素的數(shù)據(jù)布線204保持預(yù)定間隔排列的像素電極及用來(lái)對(duì)像素電極(未圖示)施加控制電壓的有源元件(未圖示)，并在對(duì)向基板202之上形成對(duì)向電極203。在面板基板206和對(duì)向基板202之間，填充液晶207，利用密封件205將液晶207密封。在對(duì)向基板202的入射側(cè)粘接偏振片201。另一方面，在面板基板206的出射側(cè)(發(fā)自光源10的光的出射側(cè))，以使凸方向朝向出射側(cè)的方式，粘接微透鏡陣列208。另外，微透鏡陣列208，比如，可以利用在特開(kāi)2000-305472號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的制造方法制造。
液晶光閥300R，由偏振片301、對(duì)向基板302、對(duì)向電極303、數(shù)據(jù)布線304、密封件305、面板基板306、液晶307及偏振片311構(gòu)成。在面板基板306的入射側(cè)，形成以與通向各像素的數(shù)據(jù)布線304保持預(yù)定間隔排列的像素電極及用來(lái)向像素電極(未圖示)施加控制電壓的有源元件(未圖示)，并在對(duì)向基板302之上形成對(duì)向電極303。在面板基板306和對(duì)向基板302之間，填充液晶307，利用密封件305將液晶307密封。在對(duì)向基板302的入射側(cè)粘接偏振片301。另一方面，在面板基板306的出射側(cè)，粘接偏振片311。
從均勻照明系統(tǒng)20射出的光，從圖5的左方(進(jìn)入的方向)入射，由液晶光閥200R進(jìn)行一次調(diào)制，液晶光閥200R的光學(xué)像經(jīng)微透鏡陣列208傳遞到液晶光閥300R。此時(shí)，因?yàn)橐壕Ч忾y200R的光學(xué)像，由微透鏡陣列208聚光而在液晶光閥300R的像素面上成像，所以可既抑制由于光的擴(kuò)散等引起的亮度的減小，又將其傳遞到液晶光閥300R。隨后，利用液晶光閥300R，對(duì)來(lái)自液晶光閥200R的光進(jìn)行二次調(diào)制，將其出射到圖5的右方(射出方向)而傳遞到十字分色棱鏡80。
這樣，通過(guò)形成重疊色調(diào)制光閥300R、微透鏡陣列208和亮度調(diào)制光閥200R的構(gòu)成，由于微透鏡陣列208與中繼透鏡90相比為極小型，故可以將整個(gè)裝置制作成為小型。此外，因?yàn)槲⑼哥R陣列208，與中繼透鏡90相比，構(gòu)成元件少，向裝置的組裝的位置的誤差小，所以可以使亮度調(diào)制光閥200R的光學(xué)像以比較高的精度在色調(diào)制光閥的像素面上成像。另外，因?yàn)榱炼日{(diào)制光閥、微透鏡陣列208及色調(diào)制光閥緊密連接，可以進(jìn)一步抑制由于光的擴(kuò)散等引起的亮度的減小。所以，可以提高顯示圖像的亮度。
另外，作為液晶光閥60B、60G、60R、100，說(shuō)明的是具有非對(duì)稱的開(kāi)口部形狀的器件，但作為液晶光閥60B、60G、60R、100的開(kāi)口部61b、101b的形狀，也可以是對(duì)稱的矩形形狀。在此場(chǎng)合，通過(guò)使液晶光閥60B、60G、60R的開(kāi)口部61b的形狀和液晶光閥100的開(kāi)口部101b的形狀的關(guān)系，成為與中繼透鏡90的倍率相應(yīng)的關(guān)系，而也可以使從液晶光閥60B、60G、60R射出的光不在液晶光閥100的開(kāi)口部101b處受到遮蔽，故可以提高光利用效率。
另外，在上述實(shí)施方式中，使中繼透鏡90的倍率為2倍，但中繼透鏡90，如圖6所示，也可以是由相對(duì)孔徑光闌91大致對(duì)稱配置的前級(jí)透鏡組90a及后級(jí)透鏡組90b構(gòu)成的等倍成像透鏡。在此場(chǎng)合，考慮到液晶的視角特性，具有兩側(cè)遠(yuǎn)心特性為優(yōu)選。這種中繼透鏡90，使前級(jí)透鏡組90a的像側(cè)焦點(diǎn)位置與孔徑光闌91及后級(jí)透鏡組90b的物體側(cè)焦點(diǎn)位置一致，并且還將液晶光閥60B、60G、60R配置在前級(jí)透鏡組90a的物體側(cè)焦點(diǎn)位置、將液晶光閥100配置在后級(jí)透鏡組90b的像側(cè)焦點(diǎn)位置。前級(jí)透鏡組90a及后級(jí)透鏡組90b的構(gòu)成包括多個(gè)凸透鏡及凹透鏡。其中，透鏡的形狀、大小、配置間隔及個(gè)數(shù)、遠(yuǎn)心特性、倍率及其他透鏡特性可以根據(jù)所要求的特性而適當(dāng)改變，并不限定于圖6所示的示例。
另外，也可以形成為，相應(yīng)于中繼透鏡90的倍率，對(duì)色調(diào)制光閥60B、60G、60R和亮度調(diào)制光閥100分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，而使各液晶光閥的單位像素的開(kāi)口部一致的結(jié)構(gòu)。
另外，作為投影機(jī)PJ1的構(gòu)成，是以從光源10側(cè)起按照液晶光閥60B、60G、60R；中繼透鏡90；液晶光閥100的順序進(jìn)行調(diào)制的結(jié)構(gòu)；但也可以與此相反，即使是以從光源10側(cè)起按照液晶光閥100；中繼透鏡90；液晶光閥60B、60G、60R的順序進(jìn)行調(diào)制的結(jié)構(gòu)，也可以得到同樣的效果。
另外，在上述各實(shí)施方式中，是以3片式的投影機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明的，但本發(fā)明同樣也可以適用于單片式的投影機(jī)。此單片式的投影機(jī)，以光源、均勻照明系統(tǒng)、第1光調(diào)制元件、中繼透鏡系統(tǒng)、第2光調(diào)制元件及投影透鏡為主構(gòu)成，在采用白色光源作為光源時(shí)，在作為第1光調(diào)制元件、第2光調(diào)制元件的液晶光閥上配設(shè)濾色器。
另外，此處是以投影型顯示裝置為例進(jìn)行說(shuō)明的，但本發(fā)明同樣也可以適用于直視型顯示裝置。在此直視型顯示裝置中，直接觀看在第2調(diào)制元件上所調(diào)制的圖像光。直視型顯示裝置具有適合在明亮場(chǎng)所觀賞的優(yōu)點(diǎn)。
另外，此處說(shuō)明的是對(duì)于以色調(diào)制光閥進(jìn)行了色調(diào)制的光，以亮度調(diào)制光閥進(jìn)行亮度調(diào)制的構(gòu)成，但并不限定于此，也可以是對(duì)于以亮度調(diào)制光閥進(jìn)行了亮度調(diào)制的光，以色調(diào)制光閥進(jìn)行色調(diào)制的構(gòu)成。另外，此處說(shuō)明的是使用亮度調(diào)制光閥及色調(diào)制光閥對(duì)光的亮度分兩個(gè)階段進(jìn)行調(diào)制的構(gòu)成，但并不限定于此，也可以使用兩套亮度調(diào)制光閥對(duì)光的亮度分兩個(gè)階段進(jìn)行調(diào)制。
另外，在上述實(shí)施方式中，作為光源10使用的是射出白色光的單體光源，將此白色光分光為RGB三原色的光，但并不限定于此，也可以采用，使用與RGB三原色分別相對(duì)應(yīng)的射出紅色光的光源、射出藍(lán)色光的光源及射出綠色光的光源的三個(gè)光源，而除去對(duì)白色光進(jìn)行分光的單元的構(gòu)成。
另外，在上述實(shí)施方式中，作為液晶光閥60B、60G、60R、100使用的是有源矩陣型的液晶顯示元件而構(gòu)成，但并不限定于此，作為液晶光閥60B、60G、60R、100也可以使用無(wú)源矩陣型的液晶顯示元件及分段型液晶顯示元件來(lái)構(gòu)成。有源矩陣型的液晶顯示，具有可以進(jìn)行精密的灰度等級(jí)顯示的優(yōu)點(diǎn)，而無(wú)源矩陣型的液晶顯示元件及分段型液晶顯示元件則具有制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示裝置，其根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)，對(duì)來(lái)自光源的光進(jìn)行調(diào)制而顯示圖像，其特征在于，具有對(duì)從上述光源射出的光進(jìn)行調(diào)制的第1光調(diào)制元件；以及在光路上與該第1光調(diào)制元件串聯(lián)配置、對(duì)從上述第1光調(diào)制元件出射的光進(jìn)行調(diào)制的第2光調(diào)制元件；上述第1光調(diào)制元件的單位像素的開(kāi)口部形狀和上述第2光調(diào)制元件的單位像素的開(kāi)口部形狀相似。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于，具有使上述第1光調(diào)制元件的光學(xué)像在上述第2光調(diào)制元件的受光面上成像的成像光學(xué)單元。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述成像光學(xué)單元是倒立成像光學(xué)單元；相對(duì)于上述第1光調(diào)制元件的上述第2光調(diào)制元件的單位像素的開(kāi)口部的大小，是與上述成像光學(xué)單元的倍率相應(yīng)的大小，并且將上述第1光調(diào)制元件和第2光調(diào)制元件配置成為圍繞光軸旋轉(zhuǎn)180°地對(duì)稱。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述第1光調(diào)制元件，由對(duì)不同的色光分別進(jìn)行調(diào)制的多個(gè)光調(diào)制元件構(gòu)成；具備，對(duì)在上述多個(gè)光調(diào)制元件中被調(diào)制了的光進(jìn)行合成的分色棱鏡；射出透射該分色棱鏡的光的上述光調(diào)制元件的開(kāi)口部形狀與上述第2光調(diào)制元件的開(kāi)口部形狀一致。
5.一種投影機(jī)，其特征在于，具有如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的圖像顯示裝置，和對(duì)從該圖像顯示裝置所射出的光進(jìn)行投影的投影單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以提高光利用效率，得到清晰的圖像的圖像顯示裝置及投影機(jī)。該圖像顯示裝置根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)自光源的光進(jìn)行調(diào)制而顯示圖像，其特征在于，具有對(duì)從光源射出的光進(jìn)行調(diào)制的第1光調(diào)制元件(60B、60G、60R)；和在光路上與第1光調(diào)制元件(60B、60G、60R)串聯(lián)配置的、對(duì)從第1光調(diào)制元件(60B、60G、60R)出射的光進(jìn)行調(diào)制的第2光調(diào)制元件(100)，第1光調(diào)制元件(60B、60G、60R)的單位像素(61)的開(kāi)口部(61b)的形狀和第2光調(diào)制元件(100)的單位像素(101)的開(kāi)口部(101b)的形狀相似。
文檔編號(hào)G09G3/00GK1831592SQ2006100581
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月9日
發(fā)明者內(nèi)山正一, 中村旬一, 新田隆志, 旭常盛 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社