專利名稱：圖像顯示裝置、投影機及偏振補償光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像顯示裝置的圖像質(zhì)量改善技術，特別是涉及適合于實現(xiàn)顯示亮度動態(tài)范圍的擴大和高灰度等級化的光學結(jié)構(gòu)。
背景技術：
近年來，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)及投影機等的電子顯示裝置中的圖像質(zhì)量改善是驚人的，正在實現(xiàn)對于分辨率、色域來說具有基本與人的視覺特性相當?shù)男阅艿难b置。但是，如果看看亮度動態(tài)范圍，則其再現(xiàn)范圍約為1～102〔nit〕，此外，灰度等級數(shù)一般為8比特。另一方面，對于人的視覺來說，一次能感知的亮度動態(tài)范圍的范圍約為10-2～104〔nit〕，此外，亮度辨別能力為0.2〔nit〕，如果將其換算為灰度等級數(shù)，則可以說相當于12比特。如果經(jīng)由這樣的視覺特性來看現(xiàn)有的顯示裝置的顯示圖像，則亮度動態(tài)范圍的狹窄是明顯的，另外，由于陰影部分及最亮部分的灰度等級不足，故對于顯示圖像的真實性或感染力來說感到不足。
此外，在電影或游戲等中使用的CG(計算機繪圖)中，使顯示數(shù)據(jù)(以下稱為HDR(高動態(tài)范圍)顯示數(shù)據(jù))具有接近于人的視覺的亮度動態(tài)范圍或灰度等級特性以追求描寫的真實性的動向正在成為主流。但是，由于對其進行顯示的顯示裝置的性能不足，故存在不能充分地發(fā)揮CG內(nèi)容本來具有的表現(xiàn)力的問題。
再者，在下一代的OS(操作系統(tǒng))中，預定要采用16比特的色空間，與現(xiàn)在的8比特的色空間相比，動態(tài)范圍或灰度等級數(shù)飛躍地增大。因此，預期對實現(xiàn)能有效地利用16比特色空間的高動態(tài)范圍、高灰度等級的電子顯示裝置的要求提高了。
在顯示裝置中，液晶投影機或DLP(數(shù)字光處理，商標)投影機那樣的投影型顯示裝置(投影機)能進行大畫面顯示，是在顯示圖像的真實性或感染力再現(xiàn)方面有效的顯示裝置。在該領域中，為了解決上述的問題，提出了以下所述的方案。
作為高動態(tài)范圍的顯示裝置，有例如在專利文獻1中公開了的技術，在該技術中具備光源、調(diào)制光的全部波長區(qū)域的亮度的第2光調(diào)制元件和對于光的波長區(qū)域中RGB的3原色的各波長區(qū)域調(diào)制其波長區(qū)域的亮度的第1光調(diào)制元件，在該技術中，用第2光調(diào)制元件調(diào)制來自光源的光以形成預期的亮度分布，將該光學像在第1光調(diào)制元件的顯示面上成像并進行色調(diào)制，然后投影進行了2次調(diào)制了的光。根據(jù)由HDR顯示數(shù)據(jù)決定的第1控制值和第2控制值分別個別地控制第2光調(diào)制元件和第1光調(diào)制元件的各像素。作為光調(diào)制元件，使用具有透射率可獨立地控制的像素結(jié)構(gòu)或分段結(jié)構(gòu)，能控制二維的透射率分布的透射率調(diào)制元件。作為其代表例，可舉出液晶光閥。此外，也可使用反射率調(diào)制元件來代替透射率調(diào)制元件，作為其代表例，可舉出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)制元件的情況。在單個光調(diào)制元件中，亮度動態(tài)范圍為60/0.2＝300。由于上述顯示裝置相當于在光學方面串聯(lián)地配置亮度動態(tài)范圍為300的光調(diào)制元件，故可實現(xiàn)300×300＝90000的亮度動態(tài)范圍。此外，對于灰度等級數(shù)來說，與其為同等的考慮也成立，通過在光學方面串聯(lián)地配置8比特灰度等級的光調(diào)制元件，可得到超過8比特的灰度等級數(shù)。
專利文獻1特開2001-100689號公報但是，在專利文獻1中記載的技術中，由于使用光學像差大的照明光學系統(tǒng)用的光學元件將用1方光調(diào)制元件形成了的光學像傳送到另一方光調(diào)制元件上，故存在難以將具有預期的光強度分布的照明光正確地傳送到上述另一方光調(diào)制元件上的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述的情況而進行的，其目的在于提供適合于實現(xiàn)亮度動態(tài)范圍的擴大和提高顯示圖像質(zhì)量的圖像顯示裝置和投影機。
此外，本發(fā)明的另一個目的在于提供能較好地用于可謀求亮度動態(tài)范圍的擴大的圖像顯示裝置的偏振補償光學系統(tǒng)。
為了達到上述的目的，本發(fā)明的第1裝置是根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)調(diào)制來自光源的光以顯示圖像的裝置，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；以及在上述第1光調(diào)制元件與上述第2光調(diào)制元件之間配置的補償光的偏振狀態(tài)的偏振補償光學系統(tǒng)。
在上述的圖像顯示裝置中，經(jīng)在光學方面串聯(lián)地配置的2個光調(diào)制元件，利用2個階段的圖像形成過程來調(diào)制來自光源的光。其結(jié)果，該圖像顯示裝置可實現(xiàn)亮度動態(tài)范圍的擴大和灰度等級數(shù)的增大。
在上述的圖像顯示裝置中，通過在上述第1光調(diào)制元件與上述第2光調(diào)制元件之間配置中繼透鏡，可實現(xiàn)光學像差的減少。即，由于能以比較高的精度將來自第1光調(diào)制元件的光傳送給第2光調(diào)制元件，故與以往相比，用第1光調(diào)制元件進行了調(diào)制的光學像以高的精度在第2光調(diào)制元件的一個面上成像。
在此，在第1光調(diào)制元件和第2光調(diào)制元件由液晶裝置(液晶光閥)構(gòu)成的情況下，為了實現(xiàn)正確的動態(tài)范圍的擴大，通過了第1光調(diào)制元件的光必須以原有的偏振狀態(tài)傳送給第2光調(diào)制元件。但是，在偏振光通過中繼透鏡等的光學元件時，由于光學元件的光學面上的P偏振光和S偏振光的透射率不同，故通過光學元件后的偏振光的振動方向偏離入射偏振光的振動方向(光的振動面的旋轉(zhuǎn)、偏振面旋轉(zhuǎn))。此外，在中繼透鏡中，雖然一般在光學元件的光學面上形成提高透射率用的防止反射膜，但在偏振光以不與該防止反射膜垂直的入射角入射了的情況下，因膜內(nèi)的多重干涉的緣故，P偏振光分量與S偏振光分量之間的相位差發(fā)生變化，入射偏振光橢圓偏振光化(遲滯效應)。同樣，如果在光路上配置其它的光學元件，則由于該光學元件的緣故，存在產(chǎn)生同樣的相位差的變化的可能性。然后，作為這些偏振狀態(tài)的變化的綜合的結(jié)果，存在顯示圖像中發(fā)生亮度下降或亮度不勻、顯示圖像的亮度或灰度等級與原來的圖像數(shù)據(jù)不同的不正確的顯示狀態(tài)的可能。
與此不同，在上述的圖像顯示裝置中，因為具備偏振補償光學系統(tǒng)，故即使在第1光調(diào)制元件與第2光調(diào)制元件之間配置有光學元件的情況下，也可維持原來的預期的偏振狀態(tài)。因此，可得到亮度下降或亮度不勻小的、在動態(tài)范圍高的灰度等級特性方面優(yōu)良的顯示圖像。
再有，作為光源，只要是發(fā)生光的媒體，就可利用其任一種，例如，既可以是在燈那樣的光學系統(tǒng)中內(nèi)置的光源，也可利用太陽或室內(nèi)燈那樣的外界的光。
此外，關于光源，例如既可使用與作為光的3原色的RGB的各色對應的3個光源，也可使用單個地射出白色光的光源等任一種光源。但是，在使用了白色光的光源的情況下，必須有從白色光分離表現(xiàn)顯示圖像的色用的光的3原色等的光分離單元。
在上述的圖像顯示裝置中，在具備將來自上述光源的光分離為不同的多個特定波長區(qū)域的光的光分離單元時，上述偏振補償光學系統(tǒng)最好根據(jù)上述多個特定波長區(qū)域的光的各可見度設計偏振補償性能。
此外，具體地說，例如將上述偏振補償光學系統(tǒng)設計成對于上述多個特定波長區(qū)域的光中的最高可見度的光顯現(xiàn)出最高的補償性能即可。
例如，在上述多個特定波長區(qū)域的光是與紅(R)、綠(G)和藍(B)的各色對應的3種光的情況下，將上述偏振補償光學系統(tǒng)設計成對于上述3種光中的綠光(G光)顯現(xiàn)出最高的補償性能即可。
通過使人的可見度最高的波長區(qū)域的偏振變化為最小，可最有效地謀求顯示圖像質(zhì)量的改善。
此外，具體地說，例如上述偏振補償光學系統(tǒng)包括具有偏振補償性能的電介質(zhì)膜即可。
利用電介質(zhì)膜，主要可補償偏振光的遲滯效應及振動面的旋轉(zhuǎn)(偏振面旋轉(zhuǎn))。
此外，具體地說，例如上述偏振補償光學系統(tǒng)包括矯正器，上述矯正器包括1/2波長片和沒有折射力的透鏡即可。
利用矯正器，主要可補償偏振光的振動面的旋轉(zhuǎn)(偏振面旋轉(zhuǎn))。
此外，在上述的圖像顯示裝置中，可省略在上述第1光調(diào)制元件的光射出面一側(cè)配置的第1偏振片或在上述第2光調(diào)制元件的光入射面一側(cè)配置的第2偏振片的某一方的偏振片。
利用該結(jié)構(gòu)，可減少偏振片的配置數(shù)，可進一步謀求裝置結(jié)構(gòu)的簡化或低成本化。
本發(fā)明的第2裝置是投影機，其特征在于，具備上述的圖像顯示裝置以及投影單元。
在上述的投影機中，因為具備在亮度動態(tài)范圍的擴大或顯示圖像質(zhì)量的提高方面優(yōu)良的圖像顯示裝置，故利用大畫面顯示可有效地再現(xiàn)顯示圖像的真實性或感染力。
本發(fā)明的第3裝置是補償光的偏振狀態(tài)的光學系統(tǒng)，其特征在于被配置在光學地串聯(lián)地配置的2個光調(diào)制元件之間。
具體地說，上述的偏振補償光學系統(tǒng)包括具有偏振補償性能的電介質(zhì)膜和矯正器的至少一方即可。
上述的偏振補償光學系統(tǒng)能較好地用于謀求了亮度動態(tài)范圍的擴大或顯示圖像質(zhì)量的提高的圖像顯示裝置。


圖1是示出與本發(fā)明有關的圖像顯示裝置(投影機)的主要的光學結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是示出中繼透鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是概念性地示出了在沒有矯正器的情況下，經(jīng)色調(diào)制光閥射出的偏振光入射到亮度調(diào)制光閥上為止偏振狀態(tài)以怎樣的方式變化的說明圖。
圖4是矯正器的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖5是概念性地示出了在配置了矯正器的情況下，經(jīng)色調(diào)制光閥射出的偏振光入射到亮度調(diào)制光閥上為止偏振狀態(tài)以怎樣的方式變化的說明圖。
圖6(a)是示出省略了亮度調(diào)制光閥的入射側(cè)偏振片的結(jié)構(gòu)例的圖，(b)是示出省略了色調(diào)制光閥的射出側(cè)偏振片的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖7是示出顯示控制裝置的硬件結(jié)構(gòu)的框圖。
圖8是示出控制值登記表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是示出控制值登記表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是示出顯示控制處理的流程圖。
圖11是說明色調(diào)映射(TONE MAPPING)處理用的圖。
圖12是示出暫時決定色調(diào)制光閥的透射率的情況的圖。
圖13是示出以色調(diào)制光閥的像素單位計算亮度調(diào)制光閥的透射率的情況的圖。
圖14是示出決定亮度調(diào)制光閥的各像素的透射率的情況的圖。
圖15是示出決定色調(diào)制光閥的各像素的透射率的情況的圖。
圖16是示出與本發(fā)明有關的圖像顯示裝置(液晶顯示裝置)的主要的光學結(jié)構(gòu)的圖。
符號說明PJ1投影機(圖像顯示裝置)、10光源、11光源燈、12反射鏡、20均勻照明系統(tǒng)、25色調(diào)制部、30，35分色鏡、42中繼透鏡、60B，60G，60R，60液晶光閥(色調(diào)制光閥，第1光調(diào)制元件)、80十字分色棱鏡、81B光反射分色膜、82R光反射分色膜、90中繼透鏡、92矯正器(偏振補償光學系統(tǒng))、100液晶光閥(亮度調(diào)制光閥，第2光調(diào)制元件)、110投影透鏡、160液晶顯示裝置(圖像顯示裝置)、161液晶顯示面板(亮度調(diào)制光閥，第2光調(diào)制元件)、200顯示控制裝置具體實施方式
以下根據(jù)

本發(fā)明的實施例。
〔第1實施例〕〔投影機的整體結(jié)構(gòu)〕圖1是本發(fā)明的圖像顯示裝置和本發(fā)明的投影機的實施例的一例，是示出投影機PJ1的主要的光學結(jié)構(gòu)的圖。
投影機PJ1如圖1中所示，包括下述部分而被構(gòu)成光源10；使從光源10入射了的光的亮度分布變得均勻的均勻照明系統(tǒng)20；分別調(diào)制從均勻照明系統(tǒng)20入射了的光的波長區(qū)域中的RGB的3原色的亮度的色調(diào)制部25(包括作為第1調(diào)制單元的3個透射型液晶光閥60B、60G、60R)；對從色調(diào)制部25入射了的光進行中繼的中繼透鏡90；作為偏振補償光學系統(tǒng)的矯正器92；作為調(diào)制從中繼透鏡90入射了的光的全部波長區(qū)域的亮度的第2調(diào)制單元的透射型液晶光閥100；以及將從液晶光閥100入射了的光投影到屏幕(未圖示)上的投影透鏡110。
光源10包括由超高壓水銀燈或氙燈等構(gòu)成的燈11和對來自燈11的射出光進行反射、聚光的反射鏡12而被構(gòu)成。
均勻照明系統(tǒng)20包括由蠅眼透鏡等構(gòu)成的2個透鏡陣列21、22、偏振變換元件23和聚光透鏡24而被構(gòu)成。然后，利用2個透鏡陣列21、22使來自光源10的光的亮度分布均勻化，利用偏振變換元件23使均勻化了的光偏振為能入射色調(diào)制部的偏振方向，利用聚光透鏡24對偏振了的光進行聚光，射出到色調(diào)制部25上。再有，偏振變換元件23例如用PBS陣列和1/2波長片構(gòu)成，將散亂的偏振光變換為特定的線偏振光。
色調(diào)制部25包括下述部分而被構(gòu)成作為光分離單元的2個分色鏡30、35；3個鏡體(反射鏡36、45、46)；5個場鏡(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；以及十字分色棱鏡80。
分色鏡30、35將來自光源10的光(白色光)分離(分光)為紅(R)、綠(G)和藍(B)的RGB的3原色光。分色鏡30是在玻璃片等上形成了反射B光和G光、透射R光的性質(zhì)的分色膜的鏡體，對于來自光源10的白色光，反射該白色光中所包括的B光和G光，透射R光。分色鏡35是在玻璃片等上形成了反射G光、透射B光的性質(zhì)的分色膜的鏡體，反射透射了分色鏡30的G光和B光中的G光，傳送給平行化透鏡50G，透射藍色光，傳送給透鏡41。
中繼透鏡42將透鏡41附近的光(光強度分布)傳送到平行化透鏡50B附近，透鏡41具有使光高效地入射到中繼透鏡42上的功能。入射到透鏡41上的B光在基本保存了其強度分布的狀態(tài)下而且?guī)缀醪话殡S光損耗地被傳送給在空間上分離了的液晶光閥60B上。
平行化透鏡50B、50G、50R具有使入射到對應的液晶光閥60B、60G、60R上的各色光基本平行化，使入射光的角度分布變窄、使液晶光閥60B、60G、60R的顯示特性提高的功能。此外，用分色鏡30、35進行了分光的RGB的3原色的光經(jīng)上述的鏡體(反射鏡36、45、46)和場鏡(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是有源矩陣型的液晶顯示元件，其中，在以矩陣狀形成了像素電極和驅(qū)動該像素電極用的薄膜晶體管元件或薄膜二極管等的開關元件的玻璃基板與在整個面上形成了共同電極的玻璃基板之間夾持TN型液晶，并在外表面上配置了偏振片。
此外，液晶光閥60B、60G、60R用在電壓非施加狀態(tài)下呈白/亮(透射)狀態(tài)、在電壓施加狀態(tài)下呈黑/暗(非透射)狀態(tài)的常白模式或與其相反的常黑模式進行驅(qū)動，根據(jù)所供給的控制值以模擬方式控制明暗間的灰度等級。液晶光閥60B根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)對入射了的B光進行光調(diào)制，射出內(nèi)含了光學像的調(diào)制光。液晶光閥60G根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)對入射了的G光進行光調(diào)制，射出內(nèi)含了光學像的調(diào)制光。液晶光閥60R根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)對入射了的R光進行光調(diào)制，射出內(nèi)含了光學像的調(diào)制光。
十字分色棱鏡80由粘合了4個直角棱鏡的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在其內(nèi)部以剖面X字狀形成反射B光的電介質(zhì)多層膜(B光反射分色膜81)和反射R光的電介質(zhì)多層膜(R光反射分色膜82)。然后，透射來自液晶光閥60G的G光，使來自液晶光閥60R的R光和來自液晶光閥60B的B光折彎，合成這3色的光，形成彩色圖像。
中繼透鏡90將用十字分色棱鏡80合成了的來自液晶光閥60B、60G、60R的光學像(光強度分布)傳送到液晶光閥100的顯示面上。
圖2是示出中繼透鏡90的結(jié)構(gòu)的圖。
中繼透鏡90是將各色調(diào)制用的液晶光閥60B、60G、60R的光學像在液晶光閥100的像素面上成像的透鏡，如圖2中所示，是由相對于孔徑光闌91基本對稱地配置了的前級透鏡組90a和后級透鏡組90b構(gòu)成的等倍成像透鏡。此外，優(yōu)選考慮液晶的視野角特性而具有兩側(cè)遠心特性。前級透鏡組90a和后級透鏡組90b包括多個凸透鏡和凹透鏡而被構(gòu)成。但是，可根據(jù)所要求的特性適當?shù)刈兏哥R的形狀、大小、配置間隔和片數(shù)、遠心特性、倍率以及其它的透鏡特性，不限定于圖2的例子。由于中繼透鏡90由多片透鏡構(gòu)成，故像差校正好，可將用各色調(diào)制用的液晶光閥60B、60G、60R形成的亮度分布正確地傳送到液晶光閥100上。
返回到圖1，矯正器92補償在作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60B、60G、60R與作為第2光調(diào)制元件的液晶光閥100之間產(chǎn)生的偏振狀態(tài)的變化。利用矯正器92在液晶光閥60B、60G、60R與液晶光閥100的光路上維持本來預期的偏振狀態(tài)。在后面詳細地說明矯正器92的結(jié)構(gòu)及其功能。
液晶光閥100由與上述的液晶光閥60B、60G、60R同等的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)調(diào)制入射了的光的全部波長區(qū)域的亮度，將內(nèi)含了最終的光學像的調(diào)制光射出到投影透鏡110上。
投影透鏡110在未圖示的屏幕上投影在液晶光閥100的顯示面上形成的光學像以顯示彩色圖像。
在此，液晶光閥60B、60G、60R和液晶光閥100在都調(diào)制透射光的強度、內(nèi)含與其調(diào)制程度對應的光學像這一點上是相同的，但相對于后者的液晶光閥100調(diào)制全部波長區(qū)域的光(白色光)，前者的液晶光閥60B、60G、60R調(diào)制用作為光分離單元的分色鏡30、35進行了分光的特定波長區(qū)域的光(R、G、B等的色光)，在這一點上兩者是不同的。因而，簡便地將用液晶光閥60B、60G、60R進行的光強度調(diào)制稱為色調(diào)制、將用液晶光閥100進行的光強度調(diào)制稱為亮度調(diào)制來進行區(qū)別。
此外，從同樣的觀點來看，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、將液晶光閥100稱為亮度調(diào)制光閥來區(qū)別。而且，在后面詳細地敘述對色調(diào)制光閥和亮度調(diào)制光閥輸入的控制數(shù)據(jù)的內(nèi)容。再有，在本實施例中，色調(diào)制光閥具有比亮度調(diào)制光閥高的分辨率，于是，設想色調(diào)制光閥決定顯示分辨率(指的是在觀察者看投影機PJ1的顯示圖像時觀察者感知的分辨率。)的情況。當然，顯示分辨率的關系不限定于此，也可作成亮度調(diào)制光閥決定顯示分辨率的結(jié)構(gòu)。
其次，說明投影機PJ1的整體的光傳播的流程。利用分色鏡30、35將來自光源10的白色光分光為紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)的3原色光，并經(jīng)包括平行化透鏡50B、50G、50R的透鏡和鏡體入射到液晶光閥60B、60G、60R上。入射到液晶光閥60B、60G、60R上的各自的色光根據(jù)與各種的波長區(qū)域?qū)耐獠繑?shù)據(jù)被進行色調(diào)制，作為內(nèi)含了光學像的調(diào)制光被射出。來自液晶光閥60B、60G、60R的各調(diào)制光分別入射到十字分色棱鏡80上，在該處被合成為一種光，經(jīng)中繼透鏡90和矯正器92入射到液晶光閥100上。入射到液晶光閥100上的合成光根據(jù)與全部波長區(qū)域?qū)耐獠繑?shù)據(jù)被進行亮度調(diào)制，作為內(nèi)含了最終的光學像的調(diào)制光射出到投影透鏡110上。然后，在投影透鏡110中在未圖示的屏幕上投影來自液晶光閥100的最終的合成光以顯示預期的圖像。
這樣，在投影機PJ1中，采用了使用由作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60B、60G、60R形成光學像(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)地配置了的2種光調(diào)制元件(色調(diào)制光閥和亮度調(diào)制光閥)，利用2個階段的圖像形成過程調(diào)制來自光源10的光。其結(jié)果，投影機PJ1可實現(xiàn)亮度動態(tài)范圍的擴大和灰度等級數(shù)的增大。
此外，在投影機PJ1中，由于在作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60B、60G、60R和十字分色棱鏡80的后級經(jīng)中繼透鏡90配置了作為第2光調(diào)制元件的液晶光閥100，故與在分色鏡30、35和液晶光閥60B、60G、60R的前級配置液晶光閥100的現(xiàn)有的類似的光學系統(tǒng)相比，減少了在2種光調(diào)制元件間配置的光學元件的數(shù)目。其結(jié)果，可使2種光調(diào)制元件間的距離比較短，由此，可減少傳送光的光學像差，提高成像(傳送)精度。
在此，為了實現(xiàn)正確的動態(tài)范圍擴大，必須使通過了作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60B、60G、60R以原有的偏振狀態(tài)傳送到作為第2光調(diào)制元件的液晶光閥100上。在此，在投影機PJ1中，如上所述，利用作為偏振補償光學系統(tǒng)的矯正器92在液晶光閥60B、60G、60R與液晶光閥100之間的光路上維持本來預期的偏振狀態(tài)。
〔偏振補償光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能〕其次，使用圖3～圖5，詳細地說明矯正器92(偏振補償光學系統(tǒng))的結(jié)構(gòu)和功能。
圖3是概念性地示出了在沒有矯正器的情況下，經(jīng)色調(diào)制光閥(液晶光閥60G)射出的偏振光入射到亮度調(diào)制光閥(液晶光閥100)上為止偏振狀態(tài)以怎樣的方式變化的說明圖。
再有，為了容易理解說明起見，圖3只圖示了經(jīng)G的色調(diào)制光閥60G的中央部射出的偏振光的變化，但對于經(jīng)R、B的色調(diào)制光閥(圖1中示出的液晶光閥60R、60B)或中央部以外的部位射出的偏振光來說，也定性地產(chǎn)生了基本同等的變化。此外，圖中的偏振狀態(tài)是為了容易理解定性的說明而夸張地描述了的狀態(tài)，實際的偏振狀態(tài)的變化比圖示了的狀態(tài)小。
如圖3的光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中所示那樣，在色調(diào)制光閥60G的射出側(cè)配置了射出側(cè)偏振片61G，在亮度調(diào)制光閥100的入射側(cè)配置了入射側(cè)偏振片99，假定這些偏振光透射軸朝向y軸方向。在(a)中示出剛剛經(jīng)射出側(cè)偏振片61G射出之后的光束的偏振狀態(tài)，在該階段中，在光束剖面內(nèi)偏振軸全部與y軸平行。
接著，該光束透射十字分色棱鏡80的R光反射面、B光反射面，經(jīng)十字分色棱鏡80射出。由于在B光反射面和R光反射面上形成了電介質(zhì)多層膜(B光反射分色膜81、R光反射分色膜82)，故在透射該處的偏振光束的P偏振光分量和S偏振光分量中產(chǎn)生了遲滯效應，線偏振光橢圓偏振光化。在(b)中示出剛剛經(jīng)十字分色棱鏡80射出之后的光束的偏振狀態(tài)。再有，在(b)中，在y軸上和z軸上的偏振光中不產(chǎn)生變化。這是由于這些軸上光線相對于R光反射面和B光反射面只有P偏振光分量或S偏振光分量的某一方。
接著，該光束透射構(gòu)成中繼透鏡90的各透鏡面，經(jīng)中繼透鏡90射出。由于在中繼透鏡90的各透鏡面中在P偏振光分量和S偏振光分量中產(chǎn)生透射率差，故偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)(光的振動面的旋轉(zhuǎn))。再者，由于在中繼透鏡90的各透鏡面上進行了由使透射率提高用的電介質(zhì)多層膜構(gòu)成的防止反射涂層處理，故透射該處的偏振光束的P偏振光分量和S偏振光分量中產(chǎn)生了遲滯效應，橢圓偏振的程度進一步增大。在(c)中示出剛剛經(jīng)中繼透鏡90射出之后的光束的偏振狀態(tài)。此外，在(c)中在y軸上和z軸上的偏振光中不產(chǎn)生變化。這是由于這些軸上光線相對于各透鏡面只有P偏振光分量或S偏振光分量的某一方。
如果(c)的偏振狀態(tài)的光束入射到入射側(cè)偏振片99上，則由于入射側(cè)偏振片99只透射y軸方向的偏振光，故與本來預期的(a)的偏振狀態(tài)的光束入射的情況相比，透射光量減少。再者，因為根據(jù)光束經(jīng)色調(diào)制光閥60G射出的位置的不同，在(c)的偏振狀態(tài)中產(chǎn)生差別，故在色調(diào)制光閥60G的各部位中的每一處的透射光量中產(chǎn)生差別，從而產(chǎn)生亮度不勻。
圖4是矯正器92的概略結(jié)構(gòu)圖。
矯正器92由1/2波長片(λ/2片93)和沒有折射力的透鏡94構(gòu)成。沒有折射力的透鏡94由具有一對強的折射面的凸透鏡94a和凹透鏡94b的組合構(gòu)成。在后面敘述λ/2片93的功能。沒有折射力的透鏡94可使透射光線的P偏振光分量和S偏振光分量中產(chǎn)生透射率差，使偏振面旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)整該曲面的曲率半徑、玻璃折射率，可在寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)偏振光的旋轉(zhuǎn)程度。再者，通過在λ/2片93的表面或沒有折射力的透鏡94的各面上形成發(fā)生預期的遲滯效應的電介質(zhì)多層膜，可對透射光線賦予預期的遲滯。
圖5是概念性地示出了在配置了矯正器92的情況下，經(jīng)色調(diào)制光閥60G射出的偏振光入射到亮度調(diào)制光閥100上為止偏振狀態(tài)以怎樣的方式變化的說明圖。
(c)是剛剛經(jīng)中繼透鏡90射出之后的光束的偏振狀態(tài)。如圖3中已說明的那樣，利用十字分色棱鏡80和中繼透鏡90中的遲滯效應和中繼透鏡90中的偏振面旋轉(zhuǎn)作用產(chǎn)生了該偏振狀態(tài)。
這時，如果矯正器92的λ/2片93的光學軸與y軸方向平行，則透射λ/2片93后的光束的偏振狀態(tài)如(d)中所示，相對于(c)的偏振狀態(tài)，橢圓偏振光的主軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)。
由于沒有折射力的透鏡94通過調(diào)整曲面的曲率半徑、玻璃折射率產(chǎn)生與在中繼透鏡90中產(chǎn)生的偏振面旋轉(zhuǎn)基本同等的偏振面旋轉(zhuǎn)，故透射了該處的光束的偏振狀態(tài)如(e)中所示，橢圓偏振光的主軸恢復為相對于y軸基本平行。
再者，由于在λ/2片93和沒有折射力的透鏡94的各面的至少大于等于1個面上形成的電介質(zhì)多層膜的遲滯效應，橢圓偏振光恢復為線偏振光。
其結(jié)果，經(jīng)矯正器92射出的光束的偏振狀態(tài)如(f)中所示，返回到與圖3(a)的經(jīng)射出側(cè)偏振片61G剛剛射出之后的光束的偏振狀態(tài)基本相同的狀態(tài)，與不插入矯正器92的情況相比，可謀求透射光量的提高、亮度不均的減少。
在以上的說明中，以經(jīng)G的色調(diào)制光閥60G射出的偏振光為例進行了說明，但對于從R、B的色調(diào)制光閥(圖1中示出的液晶光閥60R、60B)射出的偏振光來說，基本同等的說明也成立。
在此，R、G、B各色的射出偏振光因透射十字分色棱鏡80、中繼透鏡90所產(chǎn)生的偏振變化不完全是相同的。在十字分色棱鏡80中，G光透射R光反射面和B光反射面。R光在R光反射面上反射，透射B光反射面。B光透射R光反射面，在B光反射面上反射。因而，各色光在R光反射面、B光反射面的電介質(zhì)多層膜(R光反射分色膜82、B光反射分色膜81)上受到的遲滯不同。此外，在中繼透鏡90中，由于玻璃折射率的色分散的緣故，偏振面的旋轉(zhuǎn)程度對于各色光中每一種來說不同。由于以上的原因，在矯正器92中難以在全部波長區(qū)域的范圍中使偏振變化完全返回到原來的狀態(tài)，為了實現(xiàn)這一點，存在導致偏振補償光學系統(tǒng)的大型化、復雜化和大幅度的成本上升的問題。
因此，在本例中，使人的可見度最高的G光的偏振狀態(tài)為最小地來構(gòu)成矯正器92。具體地說，調(diào)整矯正器92的電介質(zhì)多層膜和沒有折射力的透鏡94的曲率半徑、玻璃材料，使G光受到的遲滯和偏振面旋轉(zhuǎn)為最小。通過這樣做，既可避免偏振補償光學系統(tǒng)(矯正器92)的大型化、復雜化和成本上升，又可最有效地謀求顯示圖像質(zhì)量的改善。再有，在使用超高壓水銀燈等的水銀燈作為光源10(參照圖1)的情況下，優(yōu)選在G光波長區(qū)域中強度最高的e線(546.1nm)附近使遲滯效應和偏振面旋轉(zhuǎn)為最小。
再有，在本例中，在構(gòu)成矯正器92的光學元件的至少大于等于1個面上形成了補償在十字分色棱鏡80、中繼透鏡90中發(fā)生的遲滯效應用的電介質(zhì)多層膜，但該電介質(zhì)多層膜的形成位置不限定于矯正器92，只要是發(fā)揮同等的功能的面，則也可在其它的光學元件的面上形成。具體地說，可舉出十字分色棱鏡80的光射出面或中繼透鏡90的各透鏡面。進而，在這些面上形成通常的防止反射膜，但通過在這些面的至少一個面上不形成防止反射膜也可有效地發(fā)生補償用的遲滯效應。
此外，矯正器92的配置位置不限于在中繼透鏡90的后級(光射出側(cè))，也可在中繼透鏡90的前級(光入射側(cè))。在該情況下，例如在前級配置使用圖4已說明的矯正器92中的沒有折射力的透鏡94，在后級配置λ/2片93即可。
此外，由于剛經(jīng)射出側(cè)偏振片61G射出之后的偏振狀態(tài)(參照圖3的(a))與入射到入射側(cè)偏振片99之前的偏振狀態(tài)(參照圖5的(f))基本為同等，故可省略某一方的偏振片。
即，可作成如圖6(a)中所示那樣省略了亮度調(diào)制光閥(液晶光閥100)的入射側(cè)偏振片的結(jié)構(gòu)或如圖6(b)中所示那樣省略了色調(diào)制光閥(液晶光閥60G)的射出側(cè)偏振片結(jié)構(gòu)。再有，對于圖6(a)和圖6(b)來說，為了說明起見，只描述了G光路，但這些結(jié)構(gòu)對于R、B光路也是同等的。一般來說，偏振片的透射率對于透射偏振光為80～90％，在圖6(a)和(b)的任一個結(jié)構(gòu)中，通過省略偏振片，也可得到投影圖像的亮度提高的效果。再有，在圖6(a)的結(jié)構(gòu)中，由于可使用對于各色的每一種為最佳的射出側(cè)偏振片，故具有顯示圖像的亮度及對比度特性優(yōu)良的優(yōu)點。在圖6(b)的結(jié)構(gòu)中，由于可省略合計為3片的各色的射出側(cè)偏振片，故具有結(jié)構(gòu)的簡化及成本降低的效果大的優(yōu)點。
〔液晶光閥的調(diào)制的具體例〕其次，詳細地說明基于顯示圖像數(shù)據(jù)的色調(diào)制光閥和亮度調(diào)制光閥的調(diào)制的具體例。
在投影機PJ1(參照圖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中示出的液晶光閥60B、60G、60R)，用亮度調(diào)制信號驅(qū)動亮度調(diào)制光閥(圖1中示出的液晶光閥100)，可實現(xiàn)亮度動態(tài)范圍的擴大和灰度等級數(shù)的增大。利用以下說明的顯示控制裝置(顯示控制裝置200)進行液晶光閥的調(diào)制控制。
圖7是示出顯示控制裝置200的硬件結(jié)構(gòu)的框圖。
顯示控制裝置200，如圖7中所示，由下述部分構(gòu)成根據(jù)控制程序控制運算和系統(tǒng)整體的CPU170；在預定的區(qū)域中預先存儲了CPU170的控制程序等的ROM172；存儲從ROM172等讀取的數(shù)據(jù)或在CPU170的運算過程中必要的運算結(jié)果用的RAM174；以及對外部裝置對于數(shù)據(jù)的輸入輸出起媒介作用的I/F178，用作為傳送數(shù)據(jù)用的信號線的總線179相互地且以能進行數(shù)據(jù)接收發(fā)送的方式連接這些部分。
在I/F178上作為外部裝置連接了驅(qū)動亮度調(diào)制光閥(圖1中示出的液晶光閥100)和色調(diào)制光閥(圖1中示出的液晶光閥60B、60G、60R)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；以及連接到外部的網(wǎng)絡199上用的信號線。
存儲裝置182存儲了驅(qū)動亮度調(diào)制光閥和色調(diào)制光閥用的HDR顯示數(shù)據(jù)。
HDR顯示數(shù)據(jù)是能實現(xiàn)用現(xiàn)有的sRGB等的圖像格式不能實現(xiàn)的高亮度動態(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亮度電平的像素值。在本實施例中，作為HDR顯示數(shù)據(jù)，使用了將對于1個像素在各RGB的3原色中表示亮度電平的像素值作為浮動小數(shù)點值來存儲的形式。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。
在此，如果將HDR顯示數(shù)據(jù)中的像素p的亮度電平定為Rp、將與第2光調(diào)制元件的像素p對應的像素的透射率定為T1、將與第1光調(diào)制元件的像素p對應的像素的透射率定為T2，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是光源的亮度，G是增益，兩者都是常數(shù)。此外，Tp是光調(diào)制率。
再有，關于HDR顯示數(shù)據(jù)的生成方法的細節(jié)，例如在公知文獻3「P.E.Debevec，J.Malik，″Recovering High Dynamic Range Radiance Mapsfrom Photographs″，Proceedings of ACM SI GGRAPH97，pp.367-378(1997)」中被公開了。
此外，存儲裝置182存儲了登記亮度調(diào)制光閥的控制值的控制值的每一個登記表400。
圖8是示出控制值登記表400的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖。
在控制值登記表400中，如圖8中所示，對亮度調(diào)制光閥的各控制值登記了1個記錄。各記錄由登記了亮度調(diào)制光閥的控制值的字段和登記了亮度調(diào)制光閥的透射率的字段構(gòu)成。
在圖8的例子中，在第1段的記錄中，作為控制值，登記了「0」，作為透射率，登記了「0.003」。這表示，如果對亮度調(diào)制光閥輸出控制值「0」，則亮度調(diào)制光閥的透射率成為0.3％。再有，圖8示出了亮度調(diào)制光閥的灰度等級數(shù)為4比特(0～15值)的情況的例子，但實際上登記與亮度調(diào)制光閥的灰度等級數(shù)相當?shù)挠涗?。例如，在灰度等級?shù)為8比特的情況下，登記256個記錄。
此外，存儲裝置182對于各色調(diào)制光閥的每一個存儲登記有該色調(diào)制光閥的控制值的控制值登記表。
圖9是示出登記了液晶光閥60R的控制值的控制值登記表420R的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖。
在控制值登記表420R中，如圖9中所示，對液晶光閥60R的各控制值的每一個登記了1個記錄。各記錄由登記了液晶光閥60R的控制值的字段和登記了液晶光閥60R的透射率的字段構(gòu)成。
在圖9的例子中，在第1段的記錄中，作為控制值，登記了「0」，作為透射率，登記了「0.004」。這表示，如果對液晶光閥60R輸出控制值「0」，則液晶光閥60R的透射率成為0.4％。再有，圖9示出了色調(diào)制光閥的灰度等級數(shù)為4比特(0～15值)的情況的例子，但實際上登記與色調(diào)制光閥的灰度等級數(shù)相當?shù)挠涗?。例如，在灰度等級?shù)為8比特的情況下，登記256個記錄。
此外，不特別圖示與液晶光閥60B、60G對應的控制值登記表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但具有與控制值登記表420R同樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但是，在對于同一控制值登記了不同的透射率這一點上與控制值登記表420R不同。
其次，說明CPU170的結(jié)構(gòu)和用CPU170執(zhí)行的處理。
CPU170由微處理器單元(MPU)等構(gòu)成，使在ROM172的預定的區(qū)域中被存儲了預定的程序起動，按照該程序來執(zhí)行圖10的流程圖中示出的顯示控制處理。
圖10是表示顯示控制處理的流程圖。
顯示控制處理是根據(jù)HDR顯示數(shù)據(jù)分別決定亮度調(diào)制光閥和色調(diào)制光閥的控制值，根據(jù)已決定的控制值驅(qū)動亮度調(diào)制光閥和色調(diào)制光閥的處理，如果在CPU170中執(zhí)行，則如圖10中所示，首先，進行到步驟S100。
在步驟S100中，從存儲裝置182讀取HDR顯示數(shù)據(jù)。
然后，進行到步驟S102，分析已讀出的HDR顯示數(shù)據(jù)，計算出像素值的直方圖、亮度電平的最大值、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，使用于協(xié)調(diào)中間部對比度等的自動圖像校正，或使用于色調(diào)映射。
接著，進行到步驟S104，根據(jù)步驟S102的分析結(jié)果，對HDR顯示數(shù)據(jù)的亮度電平進行色調(diào)映射，使之處于投影機PJ1的亮度動態(tài)范圍中。
圖11是說明色調(diào)映射處理用的圖。
分析了HDR顯示數(shù)據(jù)的結(jié)果，假定HDR顯示數(shù)據(jù)中包括的亮度電平的最小值為Smin，最大值為Smax。此外，假定投影機PJ1的亮度動態(tài)范圍的最小值為Dmin，最大值為Dmax。在圖11的例子中，由于Smin比Dmin小，Smax比Dmax大，故在原有狀態(tài)下不能適當?shù)仫@示HDR顯示數(shù)據(jù)。因此，對Smin～Smax的直方圖進行標準化，使其收納于Dmin～Dmax的范圍內(nèi)。
再有，關于色調(diào)映射的細節(jié)，例如在公知文獻2「F.Drago，K.Myszkowski，T.Annen，N.Chiba，″Adaptive Logarithmic Mapping For Displaying HighContrast Scenes″，Eurographics 2003，(2003)」被記載了。
然后，進行到步驟S106，與色調(diào)制光閥的分辨率相一致地改變HDR圖像的尺寸(擴大或縮小)。此時，在保持了HDR圖像的縱橫比的原有狀態(tài)的情況下改變HDR圖像的尺寸。作為改變尺寸的方法，例如可舉出平均值法、中間值法、最附近法(nearest neighbor)。
然后，進行到步驟S108，根據(jù)改變尺寸的圖像的像素的亮度電平Rp和光源10的亮度Rs，利用上式(1)對改變尺寸的圖像的各像素的每一個計算出光調(diào)制率Tp。
其次，進行到步驟S110，供給初始值(例如，0.2)作為色調(diào)制光閥的各像素的透射率T2，暫時決定色調(diào)制光閥的各像素的透射率T2。
其次，進行到步驟S112，根據(jù)已計算出的光調(diào)制率Tp、暫時決定了的透射率T2和增益G，利用上式(2)，以色調(diào)制光閥的像素單位計算亮度調(diào)制光閥的透射率T1’。在此，因為色調(diào)制光閥由3片液晶光閥60B、60G、60R構(gòu)成，故對于同一像素，對于各RGB的3原色計算透射率T1’。與此相對，因為亮度調(diào)制光閥由1片液晶光閥100構(gòu)成，故將其平均值等作為該像素的透射率T1’來計算。
其次，進行到步驟S114，對亮度調(diào)制光閥的各像素，將對于與該像素在光路上重疊的色調(diào)制光閥的像素計算出的透射率T1’的加權(quán)平均值作為該像素的透射率T1來計算。利用重疊像素的面積比進行加權(quán)。
其次，進行到步驟S116，對亮度調(diào)制光閥的各像素，從控制值登記表400讀取與對于該像素計算出的透射率T1對應的控制值，將已讀出的控制值作為該像素的控制值來決定。在控制值的讀取中，從控制值登記表400中檢索與已計算出的透射率T1最近似的透射率，讀取與利用該檢索檢索出的透射率對應的控制值。通過例如使用2分檢索法進行該檢索，實現(xiàn)高速的檢索。
其次，進行到步驟S118，對色調(diào)制光閥的各像素，計算對于與該像素在光路上重疊的亮度調(diào)制光閥的像素決定了的透射率T1的加權(quán)平均值，根據(jù)已計算出的平均值、在步驟S108中已計算出的光調(diào)制率Tp和增益G，利用上式(2)計算該像素的透射率T2。利用重疊像素的面積比進行加權(quán)。
其次，進行到步驟S120，對色調(diào)制光閥的各像素，從控制值登記表讀取與對于該像素計算出的透射率T2對應的控制值，將已讀出的控制值作為該像素的控制值來決定。在控制值的讀取中，從控制值登記表中檢索與已計算出的透射率T2最近似的透射率，讀取與利用該檢索檢索出的透射率對應的控制值。通過例如使用2分檢索法進行該檢索，實現(xiàn)高速的檢索。
其次，進行到步驟S122，對光閥驅(qū)動裝置180輸出在步驟S116、S120中已決定的控制值，分別驅(qū)動色調(diào)制光閥和亮度調(diào)制光閥來投影顯示圖像，結(jié)束一系列的處理，使之返回到開始的處理。
其次，根據(jù)圖12～圖15說明對色調(diào)制光閥(液晶光閥60B、60G、60R)和亮度調(diào)制光閥(液晶光閥100)寫入的圖像數(shù)據(jù)的生成過程。
以下，以色調(diào)制光閥(液晶光閥60B、60G、60R)都具有橫向18像素×縱向12像素的分辨率和4比特的灰度等級數(shù)、亮度調(diào)制光閥(液晶光閥100)具有橫向15像素×縱向10像素的分辨率和4比特的灰度等級數(shù)的情況為例進行說明。此外，色調(diào)制光閥和亮度調(diào)制光閥的圖都是從光源10一側(cè)看的。
在顯示控制裝置200中，經(jīng)過步驟S100～S104，讀取HDR顯示數(shù)據(jù)，分析已讀出的HDR顯示數(shù)據(jù)，根據(jù)該分析結(jié)果，對HDR顯示數(shù)據(jù)的亮度電平進行色調(diào)映射，使之處于投影機PJ1的亮度動態(tài)范圍內(nèi)。其次，經(jīng)過步驟S106，與色調(diào)制光閥的分辨率相一致地改變HDR圖像的尺寸。
其次，經(jīng)過步驟S108，對改變尺寸的圖像的各像素計算出光調(diào)制率Tp。例如，如果像素p的亮度電平Rp(R、G、B)為(1.2，5.4，2.3)、光源10的亮度Rs(R、G、B)為(10000，10000，10000)，則改變尺寸的圖像中的像素p的光調(diào)制率Tp為(1.2，5.4，2.3)/(10000，10000，10000)＝(0.00012，0.00054，0.00023)。
圖12是示出暫時決定色調(diào)制光閥的透射率T2的情況的圖。
其次，經(jīng)過步驟S110，暫時決定色調(diào)制光閥的各像素的透射率T2。在將色調(diào)制光閥的左上4區(qū)域的像素定為p21(左上)、p22(右上)、p23(左下)、p24(右下)的情況下，如圖12中所示，對像素p21～p24的透射率T2供給初始值T20。
圖13是示出以色調(diào)制光閥的像素單位計算亮度調(diào)制光閥的透射率T1’的情況的圖。
其次，經(jīng)過步驟S112，以色調(diào)制光閥的像素單位計算出亮度調(diào)制光閥的透射率T1’。在著眼于像素p21～p24的情況下，如圖13中所示，如果將像素p21～p24的光調(diào)制率定為Tp1～Tp4，將增益G定為「1」，則可利用下式(3)～(6)計算出與其對應的亮度調(diào)制光閥的透射率T11～T14。
使用數(shù)值實際地計算。在Tp1＝0.00012、Tp2＝0.05、Tp3＝0.02、Tp4＝0.01、T20＝0.1的情況下，根據(jù)下式(3)～(6)，T11＝0.0012、T12＝0.5、T13＝0.2、T14＝0.1。
T11＝Tp1/T20 …(3)T12＝Tp2/T20 …(4)T13＝Tp3/T20 …(5)T14＝Tp4/T20 …(6)圖14是示出決定亮度調(diào)制光閥的各像素的透射率T1的情況的圖。
其次，經(jīng)過步驟S114，決定亮度調(diào)制光閥的各像素的透射率T1。由于亮度調(diào)制光閥與色調(diào)制面板因中繼透鏡90的緣故而處于互相倒立成像的關系，故色調(diào)制面板的左上4區(qū)域的像素在亮度調(diào)制光閥的右下部被成像。在將亮度調(diào)制光閥的右下4區(qū)域的像素定為p11(右下)、p12(左下)、p13(右上)、p14(左上)的情況下，如圖14(a)中所示，因為色調(diào)制光閥和亮度調(diào)制光閥的分辨率不同，故像素p11與像素p21～p24在光路上重疊。由于色調(diào)制光閥的分辨率為18×12、亮度調(diào)制光閥的分辨率為15×10，故像素p11可根據(jù)色調(diào)制光閥的像素數(shù)的最小公倍數(shù)劃分為6×6的矩形區(qū)域。而且，像素p11與像素p21～p24的重疊面積比，如圖14(b)中所示，為25∶5∶5∶1。因而，像素p11的透射率T15，如圖14(c)中所示，可利用下式(7)來計算。
使用數(shù)值實際地計算。在T11＝0.0012、T12＝0.5、T13＝0.2、T14＝0.002的情況下，根據(jù)下式(7)，T15＝0.1008。
T15＝(T11×25+T12×5+T13×5+T14×1)/36…(7)關于像素p12～p14的透射率T16～T18，也與像素p11同樣，可通過計算由面積比得到的加權(quán)平均值來求出。
其次，經(jīng)過步驟S116，對亮度調(diào)制光閥的各像素，從控制值登記表400讀取與對于該像素計算了的透射率T1對應的控制值，將已讀出的控制值作為該像素的控制值來決定。例如，由于T15＝0.1008，故如果參照控制值登記表400，則如前面的圖8中所示，0.09成為最近似的值。因而，從控制值登記表400讀出「8」作為像素p11的控制值。
圖15是示出決定色調(diào)制光閥的各像素的透射率T2的情況的圖。
其次，經(jīng)過步驟S118，決定色調(diào)制光閥的各像素的透射率T2。如圖15(a)中所示，因為色調(diào)制光閥和亮度調(diào)制光閥的分辨率不同，故像素p24與像素p11～p14在光路上重疊。由于色調(diào)制光閥的分辨率為18×12、亮度調(diào)制光閥的分辨率為15×10，故像素p24可根據(jù)亮度調(diào)制光閥的像素數(shù)的最小公倍數(shù)劃分為5×5的矩形區(qū)域。而且，像素p24與像素p11～p14的重疊面積比，如圖15(b)中所示，為1∶4∶4∶16。因而，在著眼于像素p24的情況下，可利用下式(8)計算出與其對應的亮度調(diào)制光閥的透射率T19。而且，如果將增益G定為「1」，則如圖15(c)中所示，可利用下式(9)計算出像素p24的透射率T24。
使用數(shù)值實際地計算。在T15＝0.09、T16＝0.33、T17＝0.15、T18＝0.06、Tp4＝0.01的情況下，根據(jù)下式(8)、(9)，T19＝0.1188、T24＝0.0842。
T19＝(T15×1+T16×4+T17×4+T18×16)/25…(8)T24＝Tp4/T19 …(9)關于像素p21～p23的透射率T21～T23，也與像素p24同樣，可通過計算由面積比得到的加權(quán)平均值來求出。
其次，經(jīng)過步驟S120，對色調(diào)制光閥的各像素，從控制值登記表讀取與對于該像素計算了的透射率T2對應的控制值，將已讀出的控制值作為該像素的控制值來決定。例如，在對于液晶光閥60R的像素p24來說T24＝0.0842的情況下，如果參照控制值登記表420R，則如前面的圖9中所示，0.07成為最近似的值。因而，從控制值登記表420R讀出「7」作為像素p24的控制值。
然后，經(jīng)過步驟S122，對光閥驅(qū)動裝置180輸出已決定的控制值。由此，分別驅(qū)動亮度調(diào)制光閥(液晶光閥100)和色調(diào)制光閥(液晶光閥60B、60G、60R)，在屏幕上投影顯示圖像。
利用以上已說明的液晶光閥的調(diào)制控制，通過2個階段的圖像形成過程，可實現(xiàn)亮度動態(tài)范圍的擴大和灰度等級數(shù)的增大。
〔第1實施例的變形例〕再有，在上述的第1實施例中，以作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60B、60G、60R(色調(diào)制光閥)的分辨率比作為第2光調(diào)制元件的液晶光閥100(亮度調(diào)制光閥)的分辨率高的情況為例進行了說明，但2種光調(diào)制元件(色調(diào)制光閥和亮度調(diào)制光閥)的分辨率可以是相同的，或者，也可以不同。但是，在兩者的分辨率不同的情況下，如在上述的第1實施例中已說明的那樣，必須變換顯示圖像數(shù)據(jù)的分辨率。
例如，如果亮度調(diào)制光閥具有比色調(diào)制光閥的顯示分辨率高的顯示分辨率，則由于沒有必要將從色調(diào)制光閥到亮度調(diào)制光閥的光傳播中的MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))設定得較高，故沒有必要使夾在其間的中繼光學系統(tǒng)的傳送性能那么高，可比較廉價地構(gòu)成中繼光學系統(tǒng)。
另一方面，如果色調(diào)制光閥具有比亮度調(diào)制光閥的顯示分辨率高的顯示分辨率，則由于通常與色調(diào)制光閥的顯示分辨率相一致地準備顯示圖像數(shù)據(jù)，故與亮度調(diào)制光閥的顯示分辨率相一致地僅進行1次分辨率的變換處理即可，故顯示圖像數(shù)據(jù)的變換處理變得容易。
〔第2實施例〕本發(fā)明的內(nèi)容也可應用于不放大在第2光調(diào)制元件上所形成的最終的光學像(顯示兩面)而是直接看的、所謂的直視型的液晶顯示裝置(圖像顯示裝置)。以下，說明將本發(fā)明應用于直視型的液晶顯示裝置的例子。
〔直視型顯示裝置〕圖16是示出作為直視型的圖像顯示裝置的液晶顯示裝置160的主要的光學結(jié)構(gòu)的圖。再有，對于具有與前面的圖1中示出的投影機PJ1同樣的功能的結(jié)構(gòu)要素附以同一符號，省略或簡化其說明。
如圖16中所示，直視型的液晶顯示裝置160由作為第2光調(diào)制元件的透射型的液晶顯示面板161、對其進行照明的照明系統(tǒng)162、菲涅耳透鏡163和光發(fā)散層164等的光學要素構(gòu)成。
照明系統(tǒng)162包括光源10、均勻照明系統(tǒng)20、作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60和投影透鏡110而被構(gòu)成。
從光源10射出的光束入射到依次設置了2片透鏡陣列21、22、偏振變換元件23和聚光透鏡24的均勻照明系統(tǒng)20上，光束剖面中的光強度分布被均勻化。偏振變換元件23例如用PBS陣列和1/2波長片等構(gòu)成，將從光源10射出的不定偏振狀態(tài)的光束變換為在后級的光學系統(tǒng)中能利用的振動方向在一個方向上一致了的偏振光。
經(jīng)均勻照明系統(tǒng)20射出了的光束入射到作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60上，進行第一調(diào)制。因液晶光閥60而受到調(diào)制的光束由投影透鏡110放大投影到液晶顯示面板161的光入射面上，照明液晶顯示面板161。來自照明系統(tǒng)162的射出光束是偏振光光束，其偏振面與液晶顯示面板161的入射側(cè)偏振片的透射軸一致。
在液晶顯示面板161的跟前配置的菲涅耳透鏡163使來自照明系統(tǒng)162的射出光束基本平行化，引導到液晶顯示面板161上，以減輕顯示圖像的亮度不均。此外，在液晶顯示面板161的光入射面上配置了光發(fā)散層164。光發(fā)散層164使來自照明系統(tǒng)162的射出光束發(fā)散，通過擴展配光分布，擴大顯示圖像的視野角。
在上述結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置160中，使用由作為第1光調(diào)制元件的液晶光閥60形成了光學像(圖像)的調(diào)制光來照明作為第2光調(diào)制元件的液晶顯示面板161，用該液晶顯示面板161形成最終的顯示圖像。即，經(jīng)串聯(lián)地配置了的2個光調(diào)制元件(液晶光閥60、液晶顯示面板161)，利用2個階段的圖像形成過程調(diào)制來自光源10的光。其結(jié)果，即使在液晶顯示裝置160中，也與前面的實施例同樣，可實現(xiàn)亮度動態(tài)范圍的擴大和灰度等級數(shù)的增大。
此外，在投影透鏡110與菲涅耳透鏡163之間配置作為補償偏振變化用的偏振補償光學系統(tǒng)的矯正器92。利用該矯正器92，在從光源10到液晶顯示面板161為止的照明光路上維持本來預期的偏振狀態(tài)。其結(jié)果，在該液晶顯示裝置160中，可得到亮度下降或亮度不均小的、在動態(tài)范圍高的灰度等級特性方面優(yōu)良的顯示圖像。
再有，在這樣的結(jié)構(gòu)中，由于液晶顯示裝置160的色調(diào)制光閥(液晶顯示面板161)成為圖像的顯示面，故最好作成使其尺寸比亮度調(diào)制光閥(液晶光閥60)大、此外分辨率也高的結(jié)構(gòu)。
〔第2實施例的變形例〕再有，圖16的液晶顯示裝置160是對于照明系統(tǒng)162配置1片液晶光閥60的結(jié)構(gòu)的例子，但與前面的圖1的投影機PJ1同樣，也可使用對于R(紅)、G(綠)、B(藍)的每種不同的色光具備液晶光閥的3片方式的照明系統(tǒng)。在該情況下，在均勻照明系統(tǒng)與液晶光閥之間配置作為由分色鏡等構(gòu)成的光分離單元的色分離光學系統(tǒng)，對于R(紅)、G(綠)、B(藍)的每種不同的色光分離光路，而且用在液晶光閥與投影透鏡之間所配置的十字分色棱鏡等的色合成光學系統(tǒng)來合成用每種色光的液晶光閥進行了調(diào)制的各色光束，形成顯示彩色圖像的光束。
〔其它的變形例〕在上述各實施例中，構(gòu)成為使用亮度調(diào)制光閥和色調(diào)制光閥在2個階段中調(diào)制光的亮度，但不限于此，也可構(gòu)成為使用2組亮度調(diào)制光閥在2個階段中調(diào)制光的亮度。
此外，在上述實施例中，使用有源矩陣型的液晶顯示元件作為液晶光閥60B、60G、60R、100來構(gòu)成，但不限于此，也可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來構(gòu)成。有源矩陣型的液晶顯示具有能進行精密的灰度等級顯示的優(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廉價地制造的優(yōu)點。
此外，在上述各實施例中，設置了透射型的光調(diào)制元件來構(gòu)成投影機PJ1和液晶顯示裝置160，但不限于此，也可用DMD(數(shù)字微鏡器件)等反射型的光調(diào)制元件來構(gòu)成亮度調(diào)制光閥或色調(diào)制光閥。
此外，作為偏振補償光學系統(tǒng)，不限于采用具有偏振補償功能的電介質(zhì)膜或矯正器的結(jié)構(gòu)。在特開平11-72710號公報(公知文獻1)中記載了涉及抵消由偏振顯微鏡等發(fā)生的偏振變化用的光學系統(tǒng)的技術。此外，在特開2002-324342號公報(公知文獻2)中記載了為了補償偏振光旋轉(zhuǎn)而在透鏡中形成多層膜涂層的技術。
此外，在上述各實施例中，說明了在執(zhí)行圖7的流程圖所示出的處理時執(zhí)行在ROM172中預先存儲了的控制程序的情況，但不限于此，也可從存儲了表示這些步驟的程序的存儲媒體將該程序讀入到RAM174中來執(zhí)行。
在此，所謂存儲媒體，是RAM、ROM等的半導體存儲媒體、FD、HD等的磁存儲型存儲媒體、CD、CDV、LD、DVD等的光學的讀取方式的存儲媒體、MO等的磁存儲型/光學的讀取方式的存儲媒體，不管是電子的、磁的、光學的等讀取方法的哪一種，只要是能用計算機讀取的存儲媒體，就包括所有的存儲媒體。
此外，在上述各實施例中，使用射出白色光的單個光源作為光源10，將該白色光分光為RGB的3原色的光，但不限于此，也可作成使用射出與RGB3原色分別對應的、射出紅色的光的光源、射出藍色的光的光源和射出綠色的光的光源這3種光源而去除對白色光進行分光的單元的結(jié)構(gòu)。
以上一邊參照附圖一邊說明了與本發(fā)明有關的優(yōu)選的實施例，但本發(fā)明當然不限定于所涉及的例子。只要是本專業(yè)的技術人員，則在技術方案的范圍內(nèi)記載了的技術的思想的范圍內(nèi)，可想到各種變更例或修正例，這一點是很明白的，關于這些方面，當然可理解為也屬于本發(fā)明的技術的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于顯示圖像數(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；以及在上述第1光調(diào)制元件與上述第2光調(diào)制元件之間配置的、補償光的偏振狀態(tài)的偏振補償光學系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1中所述的圖像顯示裝置，其特征在于在上述第1光調(diào)制元件與上述第2光調(diào)制元件之間配置有中繼透鏡。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2中所述的圖像顯示裝置，其特征在于具備將來自上述光源的光分離為不同的多個特定波長區(qū)域的光的光分離單元，上述偏振補償光學系統(tǒng)根據(jù)上述多個特定波長區(qū)域的光的各可見度設計了偏振補償性能。
4.如權(quán)利要求3中所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述偏振補償光學系統(tǒng)被設計成對于上述多個特定波長區(qū)域的光中的最高可見度的光顯現(xiàn)最高的補償性能。
5.如權(quán)利要求4中所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述多個特定波長區(qū)域的光是與紅、綠和藍的各色對應的3種光，上述偏振補償光學系統(tǒng)被設計成對于上述3種光中的綠光顯現(xiàn)最高的補償性能。
6.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中的任一項中所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述偏振補償光學系統(tǒng)包括具有偏振補償功能的電介質(zhì)膜。
7.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中的任一項中所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述偏振補償光學系統(tǒng)包括矯正器，上述矯正器包括1/2波長片和沒有折射力的透鏡。
8.如權(quán)利要求7中所述的圖像顯示裝置，其特征在于省略了在上述第1光調(diào)制元件的光射出面一側(cè)配置的第1偏振片或在上述第2光調(diào)制元件的光入射面一側(cè)配置的第2偏振片的某一方的偏振片。
9.一種投影機，其特征在于，具備權(quán)利要求1至權(quán)利要求8中的任一項中記載的圖像顯示裝置；以及投影單元。
10.一種補償光的偏振狀態(tài)的偏振補償光學系統(tǒng)，其特征在于配置在光學地串聯(lián)地配置的2個光調(diào)制元件之間。
11.如權(quán)利要求10中所述的偏振補償光學系統(tǒng)，其特征在于包括具有偏振補償功能的電介質(zhì)膜和矯正器的至少一方。
全文摘要
本發(fā)明提供適合于實現(xiàn)亮度動態(tài)范圍的擴大和顯示圖像質(zhì)量的提高的圖像顯示裝置。圖像顯示裝置(PJ1)具備調(diào)制來自光源(10)的光的第1光調(diào)制元件(60B、60G、60R)和調(diào)制來自第1光調(diào)制元件(60B、60G、60R)的光的第2光調(diào)制元件(100)，根據(jù)顯示圖像數(shù)據(jù)在2個階段中調(diào)制來自光源(10)的光以顯示圖像。在第1光調(diào)制元件(60B、60G、60R)與第2光調(diào)制元件(100)之間配置了補償光的偏振狀態(tài)的偏振補償光學系統(tǒng)(92)。
文檔編號G03B21/00GK1707585SQ200510072318
公開日2005年12月14日 申請日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4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