專利名稱：圖像顯示裝置和投影機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像顯示裝置和投影機。
背景技術(shù)：
近些年來，LCD(Liquid Crystal Display)、EL(Electro-luminescence)、等離子體顯示器、CRT(Cathode Ray Tube)、投影機等的電子顯示裝置中的圖像質(zhì)量的改善很顯著，在分辨率、色域方面，正在逐步地實現(xiàn)能夠與人的視覺特性大致匹敵的性能。但是，就輝度動態(tài)范圍來說，通常其再現(xiàn)范圍是1～102(nit)左右的范圍，此外，灰度數(shù)一般也就是8位。另一方面，人的視覺一次可感覺到的輝度動態(tài)范圍是10-2～104(nit)左右，此外，輝度辨別能力是0.2(nit)左右，若將其換算成灰度數(shù)，則相當(dāng)于12位。當(dāng)通過這樣的視覺特性觀看現(xiàn)有的顯示裝置的顯示圖像時，很明顯輝度動態(tài)范圍狹窄，此外，由于陰影部分和高亮部分的灰度不足，所以會感到顯示圖像的真實感或生動性不夠。
此外，在電影或游戲等中所使用的CG(Computer Graphics)中，使用具有接近于人的視覺的輝度動態(tài)范圍或灰度特性的圖像數(shù)據(jù)(以下稱為HDR(高動態(tài)范圍High Dynamic Range)圖像數(shù)據(jù))而追求表現(xiàn)的真實感已逐漸在成為主流。然而，由于顯示它們的顯示裝置的性能不足，所以存在著不能充分地發(fā)揮CG內(nèi)容原本所具有的表現(xiàn)力的課題。
此外，在下一代OS(Operating System)中預(yù)定要采用16位色空間，與現(xiàn)在的8位色空間相比，輝度動態(tài)范圍或灰度數(shù)都將飛躍地增大。因此，可以預(yù)想人們希望實現(xiàn)能夠有效地利用16位色空間的高動態(tài)范圍·高灰度的電子顯示裝置。
在顯示裝置之中，液晶投影機、稱為DLP(Digital Light Processing、TI公司商標)投影機的投影型顯示裝置，也是可進行大畫面顯示而在再現(xiàn)顯示圖像的真實感和生動性方面有效的顯示裝置。在該領(lǐng)域中，為了解決上述的課題而提出了以下的方案。
作為高動態(tài)范圍的顯示裝置，例如，有在專利文獻1所公開的技術(shù)，這種顯示裝置，具備光源、調(diào)制光的全波長范圍的輝度的第2光調(diào)制元件、對于光的波長范圍之中的RGB三原色的各個波長范圍調(diào)制其波長范圍的輝度的第1光調(diào)制元件，其中，由第2光調(diào)制元件調(diào)制來自光源的光而形成期望的輝度分布，使其光學(xué)像在第1光調(diào)制元件的顯示面上成像并對其進行色調(diào)制，從而投影進行了2次調(diào)制的光。第2光調(diào)制元件和第1光調(diào)制元件的各個像素，可根據(jù)由HDR顯示數(shù)據(jù)決定的第1控制值和第2控制值分別單獨地進行控制。作為光調(diào)制元件，可使用具有能夠獨立地控制透過率的像素結(jié)構(gòu)或分段結(jié)構(gòu)、可控制2維的透過率分布的透過型調(diào)制元件。作為其代表例，可以舉出液晶光閥。此外，也可以使用反射型調(diào)制元件來取代透過型調(diào)制元件，作為其代表例可以舉出DMD(DigitalMicromirror Device數(shù)字微反射鏡器件)。
下面，考慮使用暗顯示的透過率為0.2％、亮顯示的透過率為60％的光調(diào)制元件的情況。在光調(diào)制元件單體中，輝度動態(tài)范圍為60/0.2＝300。由于上述顯示裝置相當(dāng)于光學(xué)串聯(lián)地配置輝度動態(tài)范圍為300的光調(diào)制元件，所以能夠?qū)崿F(xiàn)300×300＝90000的輝度動態(tài)范圍。此外，關(guān)于灰度數(shù)與上述同樣的考慮是成立的，通過將8位灰度的光調(diào)制元件光學(xué)性串聯(lián)地配置，能夠獲得超過8位的灰度數(shù)。
專利文獻1特開2001-100689號公報在上述的專利文獻1所述的發(fā)明中，存在著以下的問題，由于使用光學(xué)像差大的照明光學(xué)系統(tǒng)用的光學(xué)元件將在第1光調(diào)制元件形成的光學(xué)像傳遞給第2光調(diào)制元件，所以難以將具有所期望的光強度分布的照明光準確地傳遞到第1光調(diào)制元件上。
于是，本發(fā)明人等，開發(fā)了圖17所示的投影機。圖17所示的投影機是根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)調(diào)制來自光源10的光以顯示圖像的投影機，其具有控制來自光源10的光的光傳播特性的多個第1光調(diào)制元件60R、60G、60B；合成來自各個第1光調(diào)制元件的光的光合成裝置80；控制由光合成裝置合成的合成光的光傳播特性的第2光調(diào)制元件100；將在上述第1光調(diào)制元件60R、60G、60B上形成的光學(xué)像傳遞到上述第2光調(diào)制元件100上的中繼透鏡系統(tǒng)90。
如果是這樣的結(jié)構(gòu)，則能夠利用成像性能高的中繼透鏡系統(tǒng)90將在多個第1光調(diào)制元件60R、60G和60B上形成的光學(xué)像傳遞到第2光調(diào)制元件100上。由此，能夠減小合成光傳遞時的光學(xué)像差。即，由于能夠以比較高的精度向第2光調(diào)制元件100傳遞來自光合成裝置80的合成光，所以與現(xiàn)有技術(shù)比較得到了能夠提高上述合成光向第2光調(diào)制元件100成像的成像精度的效果。
圖18是現(xiàn)有的中繼透鏡系統(tǒng)的說明圖。但是，上述的中繼透鏡系統(tǒng)90，需要滿足以下的各種性能(1)為了確保投影機的充分的光束需要F數(shù)為2左右的亮度，(2)為了傳遞透過型液晶光閥的像素單位的光量分布需要10μm左右的分辨率，(3)為了避免由液晶的視角依賴性產(chǎn)生的圖像質(zhì)量劣化需要兩側(cè)遠心特性。其中，當(dāng)作為第1光調(diào)制元件60R、60G、60B和第2光調(diào)制元件100使用畫面尺寸為1英寸左右的透過型液晶光閥時，兼具上述(1)～(3)的性能的中繼透鏡系統(tǒng)90會變成水平方向的長度為200mm或200mm以上的長的中繼透鏡系統(tǒng)。其結(jié)果，作為第1光調(diào)制元件與第2光調(diào)制元件之間的距離的共軛長度會變成300mm或300mm以上，從而存在投影機大型化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的圖像顯示裝置和投影機。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的圖像顯示裝置，是根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)調(diào)制來自光源的光而顯示圖像的裝置，其特征在于，具備調(diào)制來自上述光源的光的第1光調(diào)制元件；調(diào)制來自上述第1光調(diào)制元件的光的第2光調(diào)制元件；配置在上述第1光調(diào)制元件與上述第2光調(diào)制元件之間的使上述第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中繼透鏡系統(tǒng)；以及配置在構(gòu)成上述中繼透鏡系統(tǒng)的多個透鏡之間的至少1個反射光學(xué)元件。
特別優(yōu)選地，上述中繼透鏡系統(tǒng)，利用上述反射光學(xué)元件使從上述第1光調(diào)制元件入射的光的行進方向反轉(zhuǎn)而向上述第2光調(diào)制元件出射。
這樣，與不采用反射光學(xué)元件的情況相比，采用反射光學(xué)元件使光路彎折的中繼透鏡系統(tǒng)的水平方向的長度變短了。因此，能夠使圖像顯示裝置小型化。
此外，優(yōu)選地上述中繼透鏡系統(tǒng)具有兩側(cè)遠心性。
通過具有兩側(cè)遠心性，使畫面的各個區(qū)域的圖像對比度成為大致相同，從而能夠提供具有良好的圖像顯示質(zhì)量的圖像顯示裝置。此外，由于具有兩側(cè)遠心性的中繼透鏡系統(tǒng)由多個透鏡構(gòu)成，所以水平方向的長度變長。因此，通過采用反射光學(xué)元件使光路彎折，能夠使圖像顯示裝置小型化。
此外，優(yōu)選地上述反射光學(xué)元件配置在構(gòu)成上述中繼透鏡系統(tǒng)的多個透鏡之中的上述反射光學(xué)元件的前級透鏡組與上述反射光學(xué)元件的后級透鏡組成為對稱的位置上。
按照這種結(jié)構(gòu)，則中繼透鏡系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計變得容易。
此外，優(yōu)選地上述反射光學(xué)元件是反射型偏振器。
由于反射型偏振器是透過光束之中的一部分的偏振光而反射一部分的偏振光的偏振器，所以能夠作為各個光調(diào)制元件的偏振片發(fā)揮作用。由此，由于能夠省略各個光調(diào)制元件的偏振片，所以能夠降低造價。
此外，優(yōu)選地上述反射光學(xué)元件是線柵型偏振濾光器。
該線柵型偏振濾光器，由于結(jié)構(gòu)簡單所以能夠容易地進行制造。此外，由于用無機材料構(gòu)成，所以耐熱性極其優(yōu)良并且?guī)缀醪粫a(chǎn)生光吸收。因此，通過省略各個光調(diào)制元件的偏振片而使用線柵型偏振濾光器，能夠提高圖像顯示裝置的耐熱性。
另外，上述反射光學(xué)元件也可以是偏振光束分離器。
此外，優(yōu)選地上述反射光學(xué)元件在反射棱鏡的棱鏡面上形成。
通過采用反射棱鏡，使中繼透鏡系統(tǒng)的空氣換算光程變短。因此，將減少中繼透鏡系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計上的制約。
另一方面，本發(fā)明的投影機的特征在于，具備上述的圖像顯示裝置和投影裝置。
按照這種結(jié)構(gòu)，能夠使投影機小型化。


圖1是本發(fā)明的圖像顯示裝置(投影機)的側(cè)視圖。
圖2是本發(fā)明的圖像顯示裝置(投影機)的平面剖面圖。
圖3是表示實施例的中繼透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖4是遠心性的說明圖。
圖5是采用偏振光束分離器的中繼透鏡系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖6是采用反射棱鏡的中繼透鏡系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖7是在中繼透鏡系統(tǒng)中采用1個反射光學(xué)元件時的投影機的平面圖。
圖8是表示顯示控制裝置的硬件結(jié)構(gòu)的框圖。
圖9是輝度調(diào)制光閥的控制值登錄表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖。
圖10是色調(diào)制光閥的控制值登錄表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖。
圖11是控制值生成方法的流程圖。
圖12是色調(diào)映射處理的說明圖。
圖13是假定色調(diào)制光閥的透過率時的說明圖。
圖14是計算與色調(diào)制光閥的各個像素對應(yīng)的輝度調(diào)制光閥的各個區(qū)域的透過率時的說明圖。
圖15是確定輝度調(diào)制光閥的各個像素的透過率時的說明圖。
圖16是確定色調(diào)制光閥的各個像素的透過率時的說明圖。
圖17是本申請發(fā)明人等開發(fā)出的投影機的平面圖。
圖18是現(xiàn)有的中繼透鏡系統(tǒng)的說明圖。
標號說明10—光源，60G—色調(diào)制光閥，90—中繼透鏡系統(tǒng)，94、96—反射光學(xué)元件，100—輝度調(diào)制光閥。
具體實施例方式
下面，根據(jù)

本發(fā)明的實施例。
實施例1.
圖1和圖2是本實施例的圖像顯示裝置和投影機的一個例子，是表示投影機PJ1的主要的光學(xué)結(jié)構(gòu)的圖。圖1是側(cè)視圖，圖2(a)是圖1的A-A線的平面剖面圖，圖2(b)是圖1的B-B線的平面剖面圖。
如圖1和圖2所示，投影機PJ1構(gòu)成為，具備光源10；使從光源10入射的光的輝度分布均勻化的均勻照明系統(tǒng)20；分別調(diào)制從均勻照明系統(tǒng)20入射的光的波長范圍之中的RGB3原色的輝度的色調(diào)制部25(包括作為第1調(diào)制裝置的3個透過型液晶光閥60B、60G、60R)；對從色調(diào)制部25入射的光進行中繼的中繼透鏡系統(tǒng)90；作為對從中繼透鏡系統(tǒng)90入射的光的整個波長范圍的輝度進行調(diào)制的第2調(diào)制裝置的透過型液晶光閥100；向屏幕(未圖示)上投影從液晶光閥100入射的光的投影透鏡110。
投影機的整體結(jié)構(gòu).
光源10構(gòu)成為，具備由超高壓水銀燈或氙燈等構(gòu)成的燈11和反射·聚焦來自燈11的射出光的反射器12。
均勻照明系統(tǒng)20構(gòu)成為，具備由蠅眼透鏡等構(gòu)成的2個透鏡陣列21、22；偏振變換元件23和聚焦透鏡24。并且，利用2個透鏡陣列21、22使來自光源10的光的輝度分布均勻化，利用偏振變換元件23使均勻化的光在色調(diào)制部的可入射的偏振方向上偏振，利用聚焦透鏡24使偏振的光向色調(diào)制部25射出。另外，偏振變換元件23，由例如PBS(偏振光束分離器)陣列和1/2波阻片構(gòu)成，是將隨機偏振光變換成特定的線偏振光的元件。
色調(diào)制部25構(gòu)成為，具備作為光分離裝置的2個分色鏡30、35；3個反射鏡(反射鏡36、45、46)；5個場透鏡(透鏡41、中繼透鏡42、平行化透鏡50B、50G、50R)；3個液晶光閥60B、60G、60R；十字分色棱鏡80。
分色鏡30、35將來自光源10的光(白色光)分離(分光)成紅色光(R光)、綠色光(G光)、藍色光(B光)的RGB3原色光。分色鏡30是在玻璃板等上形成有反射B光和G光而透過R光的性質(zhì)的分色膜的部件，其反射含于來自光源10的白色光內(nèi)的B光和G光而透過R光。分色鏡35是在玻璃板等上形成有反射G光而透過B光的性質(zhì)的分色膜的部件，在透過了分色鏡30的G光和B光之中，其反射G光并將其傳遞到平行化透鏡50G，使B光透過而傳遞到透鏡41。
中繼透鏡42是將透鏡41附近的光(光強度分布)傳遞到平行化透鏡50B附近的部件，透鏡41具有使光有效地入射到中繼透鏡42的功能。入射到透鏡41上的B光在保持其強度分布的狀態(tài)下而且?guī)缀醪话橛泄鈸p耗地傳遞到在空間上分離的液晶光閥60B上。
平行化透鏡50B、50G、50R具有使入射到對應(yīng)的液晶光閥60B、60G、60R的各色光大致平行化而使得入射光的角度分布變窄，從而提高液晶光閥60B、60G、60R的顯示特性的作用。并且，在分色鏡30、35分光的RGB3原色的光經(jīng)由上述的反射鏡(反射鏡36、45、46)和場透鏡(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上。
液晶光閥60B、60G、60R是在矩陣狀地形成了像素電極和用于對其進行驅(qū)動的薄膜晶體管或薄膜二極管等的開關(guān)元件的玻璃基板與遍及整個面地形成了共用電極的玻璃基板之間夾持TN型液晶，并且在外表面配置了偏振片的有源矩陣型的液晶顯示元件。
此外，液晶光閥60B、60G、60R，能夠以在電壓非施加狀態(tài)下成為白/亮(透過)狀態(tài)而在電壓施加狀態(tài)下成為黑/暗(非透過)狀態(tài)的常白模式或者與之相反的常黑模式進行驅(qū)動，并能根據(jù)供給電極間的控制值(控制電壓)模擬控制亮暗間的灰度。液晶光閥60B，根據(jù)控制值對入射的B光進行光調(diào)制，射出內(nèi)含光學(xué)像的調(diào)制光。液晶光閥60G，根據(jù)控制值對入射的G光進行光調(diào)制，射出內(nèi)含光學(xué)像的調(diào)制光。液晶光閥60R，根據(jù)控制值對入射的R光進行光調(diào)制，射出內(nèi)含光學(xué)像的調(diào)制光。
十字分色棱鏡80，由將4個直角棱鏡粘合的構(gòu)造構(gòu)成，在其內(nèi)部，反射B光的電介質(zhì)多層膜(B光反射分色膜81)與反射R光的電介質(zhì)多層膜(R光反射分色膜82)形成為剖面X形。于是，使來自液晶光閥60G的G光透過，而使來自液晶光閥60R的R光和來自液晶光閥60B的B光折轉(zhuǎn)，從而對這3色的光進行合成并形成彩色圖像。
中繼透鏡系統(tǒng)90，將在十字分色棱鏡80合成的來自液晶光閥60B、60G、60R的光學(xué)像(光強度分布)傳遞到液晶光閥100的顯示面上。本實施例的中繼透鏡系統(tǒng)90，使來自十字分色棱鏡80的出射光向上方折射并向水平方向上折射，從而對于配置在十字分色棱鏡80的上方的液晶光閥100傳遞光學(xué)像。至于中繼透鏡系統(tǒng)90的結(jié)構(gòu)和功能將在后面詳細地說明。
液晶光閥100，由與上述的液晶光閥60B、60G、60R相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其根據(jù)控制值調(diào)制入射的光的整個波長范圍的輝度。然后，利用反射鏡109使內(nèi)含最終的光學(xué)像的調(diào)制光折射90度后向投影透鏡100射出。
投影透鏡110，將在液晶光閥100的顯示面上形成的光學(xué)像投影到未圖示的屏幕上而顯示彩色圖像。
下面，說明投影機PJ1的整體的光傳遞的流程。來自光源10的白色光，由分色鏡30、35分離成紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)的3原色光，并且經(jīng)由包括平行化透鏡50B、50G、50R的透鏡和反射鏡入射到液晶光閥60B、60G、60R上。該液晶光閥60B、60G、60R，由根據(jù)后述的HDR圖像數(shù)據(jù)生成的控制值進行驅(qū)動，并以像素單位使光透過率變化。因此，入射到液晶光閥60B、60G、60R上的各色光，根據(jù)各自的波長范圍進行色調(diào)制，并作為內(nèi)含光學(xué)像的調(diào)制光射出。
來自液晶光閥60B、60G、60R的各個調(diào)制光，分別入射到十字分色棱鏡80中，在此被合成為1個光而向中繼透鏡系統(tǒng)90入射。中繼透鏡系統(tǒng)90使入射的合成光向上方折射并向水平方向折射而傳遞到液晶光閥100。液晶光閥100也同樣，其利用根據(jù)后述的HDR圖像數(shù)據(jù)生成的控制值進行驅(qū)動，并以像素單位使光透過率變化。因此，入射到液晶光閥100上的合成光，對于整個波長范圍被進行輝度調(diào)制，并作為內(nèi)含最終的光學(xué)像的調(diào)制光向投影透鏡110射出。然后，在投影透鏡110中，將來自液晶光閥100的最終的合成光投影到未圖示的屏幕上而顯示所期望的圖像。
這樣，在投影機PJ1中，采用了使用在作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60B、60G、60R形成光學(xué)像(圖像)的調(diào)制光，并用作為第2光調(diào)制元件的液晶光閥100形成最終的顯示圖像的方式，經(jīng)由串聯(lián)地配置的2個光閥利用2級圖像形成過程調(diào)制來自光源10的光。其結(jié)果，投影機PJ1能夠?qū)崿F(xiàn)輝度動態(tài)范圍的擴大和灰度數(shù)的增大。
此外，在投影機PJ1中，由于通過成像性能優(yōu)良的中繼透鏡系統(tǒng)90將作為第2光調(diào)制元件的液晶光閥100配置在作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60B、60G、60R和十字分色棱鏡80的后級上，所以與將液晶光閥100配置在分色鏡30、35和液晶光閥60B、60G、60R的前級的現(xiàn)有的類似的光學(xué)系統(tǒng)比較，能夠降低傳遞光的光學(xué)像差并提高成像(傳遞)精度。
在這里，液晶光閥60B、60G、60R和液晶光閥100，雖然在它們的任何一者都對透過光的強度進行調(diào)制并內(nèi)含與其調(diào)制程度對應(yīng)的光學(xué)像這一點上是一致的，但后者的液晶光閥100調(diào)制整個波長范圍的光(白色光)，而前者的液晶光閥60B、60G、60R對由作為光分離裝置的分色鏡30、35分離的特定的波長范圍的光(R、G、B等的色光)進行調(diào)制，在這一點上二者是不同的。因此，為了方便起見將用液晶光閥60B、60G、60R進行的光強度調(diào)制稱為色調(diào)制，而將用液晶光閥100進行的光強度調(diào)制稱為輝度調(diào)制以加以區(qū)別。此外，出于同樣的觀點，在以下的說明中，有時將液晶光閥60B、60G、60R稱為色調(diào)制光閥，而將液晶光閥100稱為輝度調(diào)制光閥以示區(qū)別。
并且，至于向色調(diào)制光閥和輝度調(diào)制光閥輸入的控制值的內(nèi)容將在后面敘述。另外，在本實施例中，色調(diào)制光閥具有比輝度調(diào)制光閥更高的分辨率，因此，假定由色調(diào)制光閥確定顯示分辨率(當(dāng)觀察者看到投影機PJ1的顯示圖像時觀察者所感覺到的分辨率)的情況。當(dāng)然，顯示分辨率的關(guān)系并不限于此，可以采用相同分辨率的色調(diào)制光閥和輝度調(diào)制光閥，此外，也可以采用輝度調(diào)制光閥具有比色調(diào)制光閥更高的分辨率，而由輝度調(diào)制光閥確定顯示分辨率的結(jié)構(gòu)。
中繼透鏡系統(tǒng).
下面，使用附圖詳細地說明中繼透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。
圖3是表示本實施例的中繼透鏡系統(tǒng)90的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。另外，在圖3中，為了容易理解，雖然以1個色調(diào)制光閥60代表3原色用的3個色調(diào)制光閥，而且，圖示省略了處于色調(diào)制光閥60與中繼透鏡系統(tǒng)90之間的十字分色棱鏡，但從光學(xué)上看，圖1與圖2的結(jié)構(gòu)是等效的。
圖3的中繼透鏡系統(tǒng)90是將各個色調(diào)制用的液晶光閥60B、60G、60R的光學(xué)像成像在液晶光閥100的像素面上的光學(xué)系統(tǒng)，是由相對于孔徑光闌95大致對稱地配置的前級透鏡組92和后級透鏡組98構(gòu)成的等倍成像透鏡。前級透鏡組92和后級透鏡組98包括多個凸透鏡和凹透鏡，具有兩側(cè)遠心性。但是，透鏡的形狀、大小、配置間隔和枚數(shù)、遠心性、倍率及其它的透鏡特性，可根據(jù)所要求的特性適當(dāng)?shù)剡M行變更，并不限于圖3的例子。由于中繼透鏡系統(tǒng)90由多枚透鏡構(gòu)成，所以像差校正好，能夠準確地向液晶光閥100傳遞由各個色調(diào)制用的液晶光閥60B、60G、60R形成的輝度分布。
圖4是遠心性的說明圖，圖4(a)是具有兩側(cè)遠心性的中繼透鏡系統(tǒng)，圖4(b)是不具有兩側(cè)遠心性的中繼透鏡系統(tǒng)。
在圖4(b)的中繼透鏡系統(tǒng)190中，從色調(diào)制光閥60出射的光經(jīng)由透鏡195向輝度調(diào)制光閥100傳遞。在該情況下，從色調(diào)制光閥60的各個區(qū)域向指定的角度范圍出射的光之中只有向一部分的角度范圍出射的光191傳遞到了輝度調(diào)制光閥100上。并且，在色調(diào)制光閥60的各個區(qū)域中，出射到不同的角度范圍的光傳遞到輝度調(diào)制光閥100上。另一方面，對于輝度調(diào)制光閥100的各個區(qū)域，光以不同的角度入射。然而，由于通常液晶光閥具有視角依賴性，所以對比度因光的出入射角度而不同。并且，當(dāng)利用對于液晶光閥的各個區(qū)域以不同的角度出入射的光時，在畫面的各個區(qū)域中顯示圖像的對比度就會成為各不相同，從而投影機的圖像顯示質(zhì)量將降低。
對此，在圖4(a)的中繼透鏡系統(tǒng)90中，從色調(diào)制光閥60出射的光經(jīng)由前級透鏡92、光闌95和后級透鏡98傳遞到輝度調(diào)制光閥100上。在該情況下，在從色調(diào)制光閥60出射的光61之中只有中央部分的光91傳遞到了輝度調(diào)制光閥100上。即，只有對于中繼透鏡系統(tǒng)90的光軸大致平行地從色調(diào)制光閥60的各個區(qū)域出射的光91被利用。這樣，對于來自液晶光閥的任何區(qū)域的出射光，利用相同角度范圍的出射光的性能都是出射側(cè)遠心性。此外，對于液晶光閥的任何區(qū)域，以相同的角度范圍入射光的性能都是入射側(cè)遠心性。于是，由于中繼透鏡系統(tǒng)90具有兩側(cè)遠心性，所以畫面的各個區(qū)域的圖像對比度成為大致相同，因而能夠提供具有良好的圖像顯示質(zhì)量的投影機。
返回到圖3，在本實施例的中繼透鏡系統(tǒng)90中，在多個透鏡之間至少配置了1個反射光學(xué)元件94、96使光路彎折。另外，從光學(xué)設(shè)計的容易性的觀點看，優(yōu)選地按照位于反射光學(xué)元件94、96前級的透鏡組和后級的透鏡組大致對稱的方式配置反射光學(xué)元件94、96。在圖3中，按照前級透鏡組92與后級透鏡組98對稱地配置的方式，在光闌95和前級透鏡組92之間配置前級反射光學(xué)元件94，在光闌95與后級透鏡組98之間配置了后級反射光學(xué)元件96。
該前級反射光學(xué)元件94配置為使得從中繼透鏡系統(tǒng)90的入口水平地入射的光向上方反射。此外，后級反射光學(xué)元件96配置為使得被前級反射光學(xué)元件反射的光朝向中繼透鏡系統(tǒng)90的出口水平地反射。即，中繼透鏡系統(tǒng)90構(gòu)成為，利用反射光學(xué)元件94、96使從色調(diào)制光閥60入射的光的行進方向反轉(zhuǎn)而向輝度調(diào)制光閥100出射。因此，采用反射光學(xué)元件94、96的中繼透鏡系統(tǒng)90的水平方向的長度與不采用反射光學(xué)元件的情況下的水平方向的長度相比，變成一半左右。由此。能夠使投影機小型化。
作為上述的各個反射光學(xué)元件94、96，能夠采用反射鏡。此外，除了反射鏡以外，也可以采用線柵型偏振濾光器或偏振光束分離器等的反射型偏振器。反射型偏振器透過光束之中的一部分的偏振光而反射一部分的偏振光。特別是能夠使用透過彼此正交的線偏振光之中的一方而反射另一方的偏振器。另外，可以在前級反射光學(xué)元件94和后級反射光學(xué)元件96的雙方都采用反射型偏振器，也可以一方采用反射型偏振器而另一方采用反射鏡。
作為反射型偏振器，具體地說，使用將多個具有雙折射性的薄膜A和不具有雙折射性的薄膜B疊層的多層結(jié)構(gòu)薄膜。其中，構(gòu)成為使得薄膜A的X方向的折射率與薄膜B的折射率成為相同。在該情況下，由于在X方向上不存在各層間的折射率差，所以入射到多層結(jié)構(gòu)薄膜上的X方向的線偏振光原樣地透過。另一方面，入射到多層結(jié)構(gòu)薄膜上的Y方向的線偏振光在薄膜A與薄膜B的界面上被反射。這時，預(yù)先用與入射光的波長的關(guān)系適當(dāng)?shù)卦O(shè)定薄膜A與薄膜B的膜厚比。
此外，作為反射型偏振器，也可以采用線柵型偏振濾光器。線柵型偏振濾光器是構(gòu)造雙折射型偏振片的一種，具有在形成于透明基板上的金屬薄膜上形成了向指定方向延伸的微細的溝的結(jié)構(gòu)。該金屬薄膜能夠使用鋁或鎢等利用蒸鍍法或濺射法等形成。此外，微細溝能夠利用2光束干涉曝光法、電子束描繪法、X射線光刻法等與蝕刻組合地形成。此外，該微細溝的間距形成得比進行反射的光的波長更短。由此，能夠反射與微細溝平方向的線偏振光而透過垂直方向的線偏振光。該線柵型偏振濾光器，由于結(jié)構(gòu)簡單，所以能夠容易地制造。此外，由于由無機材料構(gòu)成，所以具有極其優(yōu)良的耐熱性并且?guī)缀醪划a(chǎn)生光吸收。
圖5是采用偏振光束分離器的中繼透鏡系統(tǒng)的側(cè)視圖。作為中繼透鏡系統(tǒng)290的反射光學(xué)元件294、296，也可以采用作為反射型偏振器的一種的偏振光束分離器。在該情況下，也能夠得到與別的反射型偏振器同樣的效果。
另外，色調(diào)制光閥所采用的液晶面板構(gòu)成為由一對基板夾持液晶層。在一對基板的內(nèi)側(cè)分別形成了電極和取向膜，在一對基板的外側(cè)分別配置有偏振片。該偏振片僅使指定方向的線偏振光透過，各個偏振片配置為使得透過軸交叉90度。于是，通過利用一對基板的電極給液晶層施加電場使液晶分子的取向變化，而控制入射到液晶面板上的線偏振光的偏振方向，進行圖像顯示。
上述的反射型偏振器都是透過正交的線偏振光之中的一方而反射另一方的偏振器。因此，如果作為中繼透鏡系統(tǒng)的反射光學(xué)元件采用反射型偏振器，就能夠使該反射型偏振器起液晶面板的偏振片的作用。具體地說，作為圖3的前級反射光學(xué)元件94所采用的反射型偏振器，能夠作為色調(diào)制光閥60的出射側(cè)偏振片發(fā)揮作用，作為后級反射光學(xué)元件96所采用的反射型偏振器，能夠作為輝度調(diào)制光閥100的入射側(cè)偏振片發(fā)揮作用。另外，使各個反射型偏振器的反射軸方向與對應(yīng)的偏振片的透過軸方向一致。
這樣，由于只要使中繼透鏡系統(tǒng)90的反射型偏振器作為液晶面板的偏振片發(fā)揮作用就能夠省略液晶面板的偏振片，所以能夠降低造價。另外，通常液晶面板的偏振片通過在聚乙烯醇等的偏振基材上吸附碘等的偏振元件而構(gòu)成。這樣由有機材料構(gòu)成的偏振片存在著耐熱性低的問題。特別是在投影機中，為了提高圖像的輝度而需要從光源照射強光。因此，使用多枚偏振度低的偏振片來抑制各個偏振片的發(fā)熱。對此，由無機材料構(gòu)成的線柵型偏振薄膜，其耐熱性是優(yōu)良的。因此，如果作為中繼透鏡系統(tǒng)的反射光學(xué)元件采用線柵型偏振薄膜，就能夠提高投影機的耐熱性，因而能夠提高圖像的輝度。
圖6是采用反射棱鏡的中繼透鏡系統(tǒng)的側(cè)視圖。在圖6的中繼透鏡系統(tǒng)390中，反射棱鏡395配置在前級透鏡組92的出口與后級透鏡組98的入口之間。該反射棱鏡由折射率超過1.0的玻璃等介質(zhì)構(gòu)成。此外，在反射棱鏡395的與各個透鏡組92、98的相對面的相反側(cè)的下端部和上端部設(shè)置有傾斜的反射面394、396。因此，從前級透鏡組92入射到反射棱鏡395上的光由反射膜394向上方反射，并由反射面396向水平方向反射，而從反射棱鏡395向后級透鏡組98出射。該反射膜394、396與上述同樣，能夠由反射鏡或反射型偏振器、線柵型偏振濾光器等構(gòu)成。
然而，與圖18所示的直線配置的現(xiàn)有的中繼透鏡系統(tǒng)比較，在圖3或圖5的光路彎折的中繼透鏡系統(tǒng)中，存在著需要展寬前級透鏡組92與后級透鏡組98之間的間隔而在中繼透鏡系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計上產(chǎn)生制約的傾向。對此，如圖6所示，在采用反射棱鏡395的中繼透鏡系統(tǒng)390中，由于在前級透鏡組92與后級透鏡組98之間配置有折射率超過1.0的介質(zhì)，所以作為光學(xué)長度的空氣換算光程變短。因此，與圖3或圖5的情況比較，中繼透鏡系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計上的制約減小了。
圖7是在中繼透鏡系統(tǒng)中采用1個反射光學(xué)元件時的投影機的平面圖。在上述的中繼透鏡系統(tǒng)中，都采用2個反射光學(xué)元件使入射光的光路向上方彎折并向水平方向彎折，從而使其從與入射光相反的方向出射。對此，也可以如圖7所示的中繼透鏡系統(tǒng)490那樣，僅采用1個反射光學(xué)元件495，使入射光的光路僅向水平方向彎折。在這種情況下，采用反射光學(xué)元件的中繼透鏡系統(tǒng)490的水平方向的長度與圖18所示的不采用反射光學(xué)元件的中繼透鏡系統(tǒng)的水平方向的長度比較，也成為一半左右。由此，就能夠使投影機小型化。此外，圖7的中繼透鏡系統(tǒng)490，與圖3所示的采用2個反射光學(xué)元件94、96的中繼透鏡系統(tǒng)90比較，具有光利用效率高的優(yōu)點。
液晶光閥的調(diào)制的具體例.
下面，詳細地對基于顯示圖像數(shù)據(jù)的色調(diào)制光閥和輝度調(diào)制光閥的調(diào)制的具體例進行說明。
在投影機PJ1(參看圖1)中，通過用由圖像信號生成的色調(diào)制信號驅(qū)動色調(diào)制光閥(圖1所示的液晶光閥60B、60G、60R)、用輝度調(diào)制信號驅(qū)動輝度調(diào)制光閥(圖1所示的液晶光閥100)，實現(xiàn)輝度動態(tài)范圍的擴大和灰度數(shù)的增大。液晶光閥的調(diào)制控制利用其次說明的顯示控制裝置進行。
圖8是表示顯示控制裝置200的硬件結(jié)構(gòu)的框圖。
如圖8所示，顯示控制裝置200，由根據(jù)控制程序?qū)\算和系統(tǒng)整體進行控制的CPU170、在指定區(qū)域預(yù)先存儲有CPU170的控制程序的ROM172、用于存儲從ROM172等中讀出的數(shù)據(jù)或在CPU170的運算過程中所需要的運算結(jié)果的RAM174、對于外部裝置進行數(shù)據(jù)的輸入輸出的中介的I/F178構(gòu)成。它們用作為用于傳送數(shù)據(jù)的信號線的總線179相互連接且能夠進行數(shù)據(jù)授受。
在I/F178上，作為外部裝置連接有驅(qū)動輝度調(diào)制光閥和色調(diào)制光閥的光閥驅(qū)動裝置180、將數(shù)據(jù)或表等作為文件存儲的存儲裝置182、用于與外部的網(wǎng)絡(luò)199連接的信號線。
在存儲裝置182內(nèi)存儲有用于驅(qū)動輝度調(diào)制光閥和色調(diào)制光閥的HDR顯示數(shù)據(jù)和控制值登錄表。
HDR圖像數(shù)據(jù)是能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有的sRGB等的圖像格式無法實現(xiàn)的高的輝度動態(tài)范圍的圖像數(shù)據(jù)，對于圖像的全部像素存儲了表示像素的輝度級的像素值。在本實施例中，作為HDR圖像數(shù)據(jù)使用對于1個像素將對RGB3原色中的每一種原色表示輝度級的像素值作為浮點小數(shù)值存儲的形式。例如，作為1個像素的像素值存儲了(1.2、5.4、2.3)這樣的值。此外，作為存儲的值存儲與放射輝度(Radiance)或輝度(Luminance)等的物理輝度有關(guān)的值也是其特征。由于放射輝度是針對人的視覺特性的輝度，所以在以后的說明中不加區(qū)別而將二者稱為輝度。
另外，至于HDR圖像數(shù)據(jù)的生成方法的詳細情況，例如，在“P.E.Debevec，J.Malik，“Recovering High Dynamic Range RadianceMaps from Photographs”，Proceedings of ACM SIGGRAPH97，pp.367-378(1997)”有所記載。
圖9是登錄了用于向輝度調(diào)制光閥輸入的控制值的控制值登錄表400的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明圖。控制值登錄表(查找表LUT)400的各個記錄的構(gòu)成為包括登錄了輝度調(diào)制光閥的控制值的區(qū)段、登錄了與各個控制值對應(yīng)的輝度調(diào)制光閥的透過率的區(qū)段。
在圖9的例子中，在第1段的記錄中，作為控制值登錄了“0”，作為透過率登錄了“0.003”。這表明當(dāng)對于輝度調(diào)制光閥輸入了控制值“0”時，輝度調(diào)制光閥的透過率就成為0.3％。另外，在圖9中雖然例示的是輝度調(diào)制光閥的灰度數(shù)為4位(0～15值)的情況，但實際上登錄了相當(dāng)于輝度調(diào)制光閥的灰度數(shù)的記錄。例如，當(dāng)灰度數(shù)為8位時，登錄256個記錄。
圖10是登錄了用于向輝度調(diào)制光閥輸入的控制值的控制值登錄表420R的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明圖。控制值登錄表(查找表LUT)420R的各個記錄構(gòu)成為包括登錄了圖2的色調(diào)制光閥60R的控制值的區(qū)段，登錄了色調(diào)制光閥60R的透過率的區(qū)段。
在圖10的例子中，在第1段的記錄中，作為控制值登錄了“0”，作為透過率登錄了“0.004”。這表明當(dāng)對于色調(diào)制光閥輸入了控制值“0”時，輝度調(diào)制光閥的透過率成為0.4％。另外，在圖10中雖然例示的是色調(diào)制光閥的灰度數(shù)為4位(0～15值)的情況，但實際上登錄了相當(dāng)于色調(diào)制光閥的灰度數(shù)的記錄。例如，當(dāng)灰度數(shù)為8位時，登錄256個記錄。
此外，對于與圖2的色調(diào)制光閥60B、60G對應(yīng)的控制值登錄表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)雖然未特別地圖示，但與圖10的控制值登錄表420R具有同樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但是，有時對于相同控制值也登錄不同的透過率。
顯示控制方法.
下面，對由上述的HDR圖像數(shù)據(jù)生成各個光閥的控制值以驅(qū)動投影機的方法進行說明。
現(xiàn)在，當(dāng)設(shè)HDR圖像數(shù)據(jù)的像素p的輝度級為Rp，設(shè)與投影機整體的像素p對應(yīng)的區(qū)域的光調(diào)制率為Tp，設(shè)與輝度調(diào)制光閥的像素p對應(yīng)的區(qū)域的透過率為T1，設(shè)與色調(diào)制光閥的像素p對應(yīng)的區(qū)域的透過率為T2時，則下式(1)、(2)成立。
Rp＝Tp×Rs (1)Tp＝T1×T2×G(2)其中，在上式(1)、(2)中，Rs是光源的輝度，G是增益，它們都是常數(shù)。
例如，當(dāng)設(shè)像素p的輝度Rp(R、G、B)為(1.2、5.4、2.3)，設(shè)光源的輝度Rs(R、G、B)為(1000、1000、1000)時，則像素p的光調(diào)制率Tp成為(1.2、5.4、2.3)/(1000、1000、1000)＝(0.00012、0.00054、0.00023)。
圖11是控制值的生成方法的流程圖。
首先，在步驟S100中，CPU170從存儲裝置182中讀出HDR圖像數(shù)據(jù)。
接著，轉(zhuǎn)移到步驟S102，分析所讀出的HDR圖像數(shù)據(jù)，并計算像素值的直方圖或輝度級的最大值、最小值和平均值等。該分析結(jié)果，用于使暗的場景變亮、使過亮的場景變暗、或者用于協(xié)調(diào)中間部對比度等的自動圖像修正、或者用于色調(diào)映射。
接著，轉(zhuǎn)移到步驟S104，根據(jù)步驟S102的分析結(jié)果，將HDR圖像數(shù)據(jù)的輝度級色調(diào)映射到投影機的輝度動態(tài)范圍上。
圖12是色調(diào)映射處理的說明圖。對HDR圖像數(shù)據(jù)進行分析的結(jié)果，含于HDR圖像數(shù)據(jù)中的輝度級的最小值設(shè)為Smin，最大值設(shè)為Smax。此外，投影機的輝度動態(tài)范圍的最小值設(shè)為Dmin，最大值設(shè)為Dmax。在圖12的例子中，由于Smin比Dmin小，Smax比Dmax大，所以這樣就無法適當(dāng)?shù)仫@示HDR圖像數(shù)據(jù)。因此，進行歸一化而將Smin～Smax的直方圖收納在Dmin～Dmax的范圍內(nèi)。
另外，至于色調(diào)映射的詳細情況，例如在“F.Drago，K.Myszkowski，T.Annen，N.Chiba，“Adaptive Logarithmic Mapping For DisplayingHigh Contrast Scenes”，Eurographics 2003，(2003)”中有記載。
接著，轉(zhuǎn)移到圖11的步驟S106，對照色調(diào)制光閥的分辨率(像素數(shù))對HDR圖像進行尺寸調(diào)整(擴大或縮小)。這時，保持HDR圖像的縱橫比不變地對HDR圖像進行尺寸調(diào)整。作為尺寸調(diào)整方法，例如，可以舉出平均值法、中間值法、最近鄰法(最近旁法)。
接著，轉(zhuǎn)移到步驟S108，根據(jù)尺寸調(diào)整圖像的各個像素的輝度級Rp和光源10的輝度Rs，利用上式(1)對于尺寸調(diào)整圖像的各個像素計算光調(diào)制率Tp。
接著，轉(zhuǎn)移到步驟S110，作為色調(diào)制光閥的各個像素的透過率T2假定初始值(例如，0.2)。
接著，轉(zhuǎn)移到步驟S112，對于與色調(diào)制光閥的各個像素對應(yīng)的輝度調(diào)制光閥的區(qū)域計算透過率T1’。具體地說，根據(jù)在步驟S108中計算出的光調(diào)制率Tp、在步驟S110中假定的透過率T2和增益G，利用上式(2)計算該區(qū)域的透過率T1’。其中，由于用3枚液晶光閥60B、60G、60R構(gòu)成色調(diào)制光閥，所以要對相同區(qū)域以RGB3原色中的每一種原色的方式計算透過率T1’。并且，由于輝度調(diào)制光閥由1枚液晶光閥100構(gòu)成，所以將以RGB3原色中的每一種原色的方式計算出的透過率的平均值作為該區(qū)域的透過率T1’。
接著，轉(zhuǎn)移到步驟S114，對于輝度調(diào)制光閥的各個像素計算透過率T1。具體地說，計算在步驟S112中計算出的輝度調(diào)制光閥的各個區(qū)域的透過率T1’之中的與輝度調(diào)制光閥的像素重疊的區(qū)域的透過率T1’的加權(quán)平均值，求該像素的透過率T1。利用重疊的像素的面積比進行加權(quán)。
接著，轉(zhuǎn)移到步驟S116，從圖9所示的控制值登錄表400中讀出與對于輝度調(diào)制光閥的各個像素計算出的透過率T1對應(yīng)的控制值。在讀出控制值時，從控制值登錄表400中選出與所計算出的透過率T1最近似的透過率，讀出與所選出的透過率對應(yīng)的控制值。該選出，例如通過使用2分搜索法而實現(xiàn)高速的檢索。
接著，轉(zhuǎn)移到圖11的步驟S118，對于色調(diào)制光閥的各個像素計算透過率T2。具體地說，計算在步驟S114中所計算出的輝度調(diào)制光閥的各個像素的透過率T1之中在光路上與色調(diào)制光閥的像素重疊的像素的透過率T1的加權(quán)平均值。利用重疊的像素的面積比進行加權(quán)。然后，根據(jù)所計算出的透過率T1的平均值、在步驟S118中所計算出的光調(diào)制率Tp和增益G，利用上式(2)計算該像素的透過率T2。
接著，轉(zhuǎn)移到步驟S120，從圖10所示的控制值登錄表420R等中讀出與對于色調(diào)制光閥的各個像素所計算出的透過率T2對應(yīng)的控制值。在讀出控制值時，從控制值登錄表420R等中選出與所計算出的透過率T2最近似的透過率，讀出與所選出的透過率對應(yīng)的控制值。該選出，例如通過使用2分搜索法而實現(xiàn)高速的檢索。
接著，轉(zhuǎn)移到圖11的步驟S122，將在步驟S116、S120中確定的控制值存儲到光閥驅(qū)動裝置內(nèi)。然后，向各個光閥輸出光閥驅(qū)動裝置所存儲的控制值以對它們進行驅(qū)動。
控制值的生成方法.
下面，根據(jù)圖11～圖16說明向色調(diào)制光閥(液晶光閥60B、60G、60R)和輝度調(diào)制光閥(液晶光閥100)輸入的控制值的生成過程。
在以下，以色調(diào)制光閥(液晶光閥60B、60G、60R)具有橫18個像素×縱12個像素的分辨率和4位的灰度數(shù)，而輝度調(diào)制光閥(液晶光閥100)具有橫15個像素×縱10個像素的分辨率和4位的灰度數(shù)的情況為例進行說明。此外，色調(diào)制光閥和輝度調(diào)制光閥的圖都是從光源10側(cè)看到的圖。
圖13是假定色調(diào)制光閥的透過率T2的過程的說明圖。
在步驟S110(參看圖11，以下相同)中，假定色調(diào)制光閥的各個像素的透過率T2。當(dāng)設(shè)色調(diào)制光閥的左上4個分區(qū)的像素為p21(左上)、p22(右上)、p23(左下)、p24(右下)時，如圖13所示，將初始值T20賦予像素p21～p24的透過率T2。
圖14是對于與色調(diào)制光閥的各個像素對應(yīng)的輝度調(diào)制光閥的區(qū)域計算透過率T1’的過程的說明圖。
在步驟S112中，對于與色調(diào)制光閥的各個像素對應(yīng)的輝度調(diào)制光閥的區(qū)域計算透過率T1’。當(dāng)著眼于色調(diào)制光閥的像素p21～p24時，則如圖14所示，如果設(shè)像素p21～p24的光調(diào)制率為Tp1～Tp4，設(shè)增益G為“1”，則與它們對應(yīng)的輝度調(diào)制光閥的區(qū)域的透過率T11～T14能夠利用下式(3)～(6)進行計算。
T11＝Tp1/T20 (3)T12＝Tp2/T20 (4)T13＝Tp3/T20 (5)T14＝Tp4/T20 (6)例如，當(dāng)Tp1＝0.00012，Tp2＝0.05，Tp3＝0.02，Tp4＝0.01，T20＝0.1時，利用上式(3)～(6)得出，T11＝0.0012，T12＝0.5，T13＝0.2，T14＝0.1。
圖15是確定輝度調(diào)制光閥的各個像素的透過率T1的過程的說明圖。
在步驟S114中，確定輝度調(diào)制光閥的各個像素的透過率T1。由于輝度調(diào)制光閥與色調(diào)制光閥利用中繼透鏡系統(tǒng)90而處于彼此倒立成像的關(guān)系，所以色調(diào)制面板的左上4個分區(qū)的像素將在輝度調(diào)制光閥的右下部成像。因此，如圖15(a)所示，將輝度調(diào)制光閥的右下4個分區(qū)的像素設(shè)為p11(右下)、p12(左下)、p13(右上)、p14(左上)。其中，由于色調(diào)制光閥與輝度調(diào)制光閥的分辨率不同，所以在光路上像素p11將與像素p21～像素p24(參看圖14)重疊。由于色調(diào)制光閥分辨率為18×12，而輝度調(diào)制光閥的分辨率為15×10，所以根據(jù)各個光閥的像素數(shù)的最小公倍數(shù)，如圖15(b)所示，能夠?qū)⑾袼豴11劃分成6×6的矩形區(qū)域。于是，像素p11分別與像素p21～p24重疊的面積比成為25∶5∶5∶1。因此，能夠利用下式(7)計算像素p11的透過率T15。
T15＝(T11×25+T12×5+T13×5+T14×1)/36 (7)例如，當(dāng)T11＝0.0012，T12＝0.5，T13＝0.2，T14＝0.002時，利用上式(7)得出T15＝0.1008。
對于圖15(c)所示的像素p12～p14的透過率T16～T18，也與像素P11同樣地能夠通過計算由面積比得出的加權(quán)平均值來求出。
接著，在圖11的步驟S116中，對輝度調(diào)制光閥的每一個像素從圖9所示的控制值登錄表400中讀出與對于該像素計算出的透過率T1對應(yīng)的控制值。例如，由于T15＝0.1008，所以當(dāng)參照控制值登錄表400后，則0.09為最近似的值。因此，作為像素p11的控制值從控制值登錄表400中讀出“8”。
圖16是確定色調(diào)制光閥的各個像素的透過率T2的過程的說明圖。
在步驟S118中，確定色調(diào)制光閥的各個像素的透過率T2。如上所述，由于色調(diào)制光閥與輝度調(diào)制光閥的分辨率不同，所以如圖16(a)所示，像素p24在光路上與像素p11～像素p14(參看圖15)重疊。此外，由于色調(diào)制光閥分辨率為18×12，而輝度調(diào)制光閥的分辨率為15×10，所以根據(jù)輝度調(diào)制光閥的像素數(shù)的最小公倍數(shù)，如圖16(b)所示，能夠?qū)⑾袼豴24劃分成5×5的矩形區(qū)域。于是，像素p24與像素p11～p14分別重疊的面積比成為1∶4∶4∶16。因此，能夠利用下式(8)作為像素p11～p14的透過率的加權(quán)平均值計算與像素p24對應(yīng)的輝度調(diào)制光閥的透過率T19。
T19＝(T15×1+T16×4+T17×4+T18×16)/25 (8)并且，利用下式(9)將增益G設(shè)為“1”能夠計算像素p24的透過率T24。
T24＝Tp4/T19 (9)例如，當(dāng)T15＝0.09，T16＝0.33，T17＝0.15，T18＝0.06，Tp4＝0.01時，利用上式(8)、(9)得出T19＝0.1188，T24＝0.0842。
對于圖16(c)所示的像素P21～P23的透過率T21～T23，也與像素p24同樣地能夠利用計算由面積比得出的加權(quán)平均值來求出。
接著，在圖11的步驟S120中，對色調(diào)制光閥的每一個像素，從圖10所示的控制值登錄表420R等中讀出與對于該像素計算出的透過率T2對應(yīng)的控制值。例如，對于液晶光閥60R的像素p24來說，當(dāng)T24＝0.0842時，當(dāng)參照控制值登錄表420R后，則0.07為最近似的值。因此，從控制值登錄表420R中作為像素p24的控制值讀出“7”。
然后，在步驟S122中，將在步驟S116、S120中所確定的控制值存儲到光閥驅(qū)動裝置內(nèi)。然后，通過向各個光閥輸入光閥驅(qū)動裝置所存儲的控制值并進行光調(diào)制和輝度調(diào)制來驅(qū)動投影機。
其它的變形例。
在上述實施例中，雖然是以3扳式的投影機為例進行了說明，但在單板式的投影機中也能夠應(yīng)用本發(fā)明。該單板式的投影機主要由光源、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)制元件和投影透鏡構(gòu)成，當(dāng)作為光源采用白色光源時，可在作為第1光調(diào)制元件或第2光調(diào)制元件的液晶光閥上配置濾色器。
此外，在上述實施例中，雖然以投影型顯示裝置為例進行了說明。但在直視型顯示裝置中也可以應(yīng)用本發(fā)明。該直視型顯示裝置，是直接地觀看在第2調(diào)制元件上調(diào)制的圖像光。直視型顯示裝置具有適合于在明亮的場所觀看的優(yōu)點。
此外，在上述實施例中，雖然構(gòu)成為對于用色調(diào)制光閥進行了色調(diào)制的光用輝度調(diào)制光閥進行輝度調(diào)制，但并不限于此，也可以構(gòu)成為對于用輝度調(diào)制光閥進行了輝度調(diào)制的光用色調(diào)制光閥進行色調(diào)制。此外，雖然構(gòu)成為使用輝度調(diào)制光閥和色調(diào)制光閥2級地對光的輝度進行調(diào)制，但并不限于此，也可以構(gòu)成為使用2組輝度調(diào)制光閥對光的輝度2級地進行調(diào)制。
此外，在上述實施例中，雖然設(shè)計成作為光源10使用射出白色光的單體的光源，并將該白色光分離成RGB3原色的光，但并不限于此，也可以采用使用分別與RGB這3原色對應(yīng)的射出紅色光的光源、射出藍色光的光源和射出綠色光的光源這3個光源而去除對白色光進行分離的裝置的結(jié)構(gòu)。
此外，在上述實施例中，雖然構(gòu)成為作為液晶光閥60B、60G、60R、100使用有源矩陣型的液晶顯示元件，但并不限于此，也可以構(gòu)成為作為液晶光閥60B、60G、60R、100使用無源矩陣型的液晶顯示元件和分段型的液晶顯示元件。有源矩陣型的液晶顯示具有能夠進行精密的灰度顯示的優(yōu)點，無源矩陣型的液晶顯示元件和分段型的液晶顯示元件具有能夠廉價地制造的優(yōu)點。
此外，在上述實施例中，雖然由作為透過型的光調(diào)制元件的液晶面板構(gòu)成輝度調(diào)制光閥或色調(diào)制光閥，但并不限于此，也可以由DMD(DigitalMicromirror Device)等的反射型的光調(diào)制元件構(gòu)成。
此外，也可以在中繼透鏡系統(tǒng)與輝度調(diào)制光閥之間配置對光的偏振狀態(tài)進行補償?shù)钠裱a償光學(xué)系統(tǒng)。作為偏振補償光學(xué)系統(tǒng)，可以采用具有偏振補償功能的電介質(zhì)膜或使用整流器(Rectifier)的結(jié)構(gòu)。
此外，在上述各個實施例中，雖然對在執(zhí)行圖11的流程圖所示的處理時執(zhí)行預(yù)先存儲在ROM172內(nèi)的控制程序的情況進行了說明，但并不限于此，也可以設(shè)計成從存儲了表示這些步驟的程序的存儲媒體中將該程序讀入RAM174內(nèi)來執(zhí)行。
其中，所謂存儲媒體是指RAM、ROM等的半導(dǎo)體存儲媒體；FD、HD等的磁存儲媒體；CD、CDV、LD、DVD等的光學(xué)讀取方式的存儲媒體；以及MO等的磁存儲型/光學(xué)讀取方式的存儲媒體，不管是電子、磁、光學(xué)等的哪一種讀取方式，只要是能夠用計算機讀取的存儲媒體，包括任何存儲媒體。
以上，雖然參看附圖對本發(fā)明的優(yōu)選的實施例進行了說明，但不言而喻，本發(fā)明并不限于這些實施例。只要是本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在權(quán)利要求的范圍所述的技術(shù)思想的范疇內(nèi)，顯然能夠想象出各種的變更例或修正例，至于這些變更例和修正例當(dāng)然也屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示裝置，是根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)調(diào)制來自光源的光而顯示圖像的裝置，其特征在于，具備調(diào)制來自上述光源的光的第1光調(diào)制元件；調(diào)制來自上述第1光調(diào)制元件的光的第2光調(diào)制元件；配置在上述第1光調(diào)制元件與上述第2光調(diào)制元件之間、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中繼透鏡系統(tǒng)；以及配置在構(gòu)成上述中繼透鏡系統(tǒng)的多個透鏡之間的至少1個反射光學(xué)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述中繼透鏡系統(tǒng)，利用上述反射光學(xué)元件使從上述第1光調(diào)制元件入射的光的行進方向反轉(zhuǎn)而向上述第2光調(diào)制元件出射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述中繼透鏡系統(tǒng)具有兩側(cè)遠心性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述反射光學(xué)元件配置在構(gòu)成上述中繼透鏡系統(tǒng)的多個透鏡之中的上述反射光學(xué)元件的前級透鏡組與上述反射光學(xué)元件的后級透鏡組成為對稱的位置上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述反射光學(xué)元件是反射型偏振器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述反射光學(xué)元件是線柵型偏振濾光器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述反射光學(xué)元件是偏振光束分離器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述反射光學(xué)元件在反射棱鏡的棱鏡面上形成。
9.一種投影機，其特征在于，具備權(quán)利要求1到8中的任意一項所述的圖像顯示裝置；以及投影裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供小型的投影機。具備調(diào)制來自光源(10)的光的色調(diào)制光閥(60G)；調(diào)制來自色調(diào)制光閥(60G)的光的輝度調(diào)制光閥(100)；配置在色調(diào)制光閥(60G)與輝度調(diào)制光閥(100)之間的使色調(diào)制光閥(60G)的光學(xué)像在輝度調(diào)制光閥(100)的受光面上成像的中繼透鏡系統(tǒng)(90)；以及配置在構(gòu)成中繼透鏡系統(tǒng)(90)的多個透鏡之間的反射光學(xué)元件(94)、(96)。
文檔編號G09G5/00GK1725279SQ200510085199
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者內(nèi)山正一, 中村旬一, 新田隆志, 旭常盛 申請人:精工愛普生株式會社