光学显示装置及图像显示方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供为了扩大亮度动态范围以及色调数，提高显示图像的亮度以及画质，以及实现装置的小型化而适用的光调制装置，投射型显示装置１００具备光源１０；把来自光源１０的光分离为ＲＧＢ三原色的光的分色镜４４ａ、４４ｂ；具有分别入射由分色镜４４ａ、４４ｂ分离了的光，并且能够独立地控制透射率Ｔ２的多个像素的多个色调制光阀；把来自各色调光阀的光合成的分色棱镜４８；把各色调制光阀的光学像在反射型液晶光阀５０的像素面上成像的中继透镜１６；具有入射来自中继透镜１６的光并且能够独立地控制反射率Ｔ１的反射型液晶光阀５０。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及经过多个光调制元件把来自光源的光进行调制的装置以及方法，特别是涉及为了扩大亮度动态范围以及色调数，提高显示图像的亮度以及画质，以及实现装置的小型化而适用的光调制装置和光学显示装置，光调制方法以及图像显示方法。
技术介绍
近年来，LCD(液晶显示器)、EL、等离子显示器、CRT(阴极射线管)、投影仪等光学显示装置画质改善十分惊人，关于分辨率、色域正在实现几乎与人的视觉特性相匹配的性能。然而，如果对于亮度动态范围进行观察，则其再现范围仍然停留在1～102程度，另外，色调数一般为8比特。另一方面，人的视觉一次可感知的亮度动态范围是10-2～104程度，另外，亮度辨别能力是0.2程度，如果把它们换算为色调数，则可以说相当于12比特。如果通过这样的视觉特性观看当前的光学显示装置的显示图像，则由于亮度动态范围的狭窄性显著，而且阴影部分或者最大亮度部分的色调不足，因此对于显示画面的真实性或者震撼力感到不十分充分。另外，在电影或者游戏等中使用的计算机图形(以下，简记为CG。)中，使得在显示数据中具有接近人的视觉的亮度动态范围或者色调数(以下，称为HDR(高动态范围)显示数据。)，追求描绘的真实性的动态正在成为主流。然而，由于显示该图形的光学显示装置的性能不充分，因此具有不能够充分地发挥CG内容原本具有的表现力的课题。进而，在新一代OS(操作系统)中，预定采用16比特色空间，与当前的8比特色空间相比较，极大地增大亮度动态范围和色调数。因此，希望实现能够产生16比特色空间光学显示装置。在光学显示装置中，液晶投影仪、DLP投影仪这样的投射型显示装置能够进行大画面显示，在再现显示图像的真实性或者震撼力方面是有效的装置。在该领域中，为了解决上述课题完成以下的提案。作为高动态范围的投射型显示装置，例如有公开在日本专利公开公报2001-100689号中的技术，这是具有光源；把光的全波长区的亮度进行调制的第1光调制元件；在光的波长区中对于RGB三原色的各波长区，把其波长区的亮度进行调制的第2光调制元件，把来自光源的光用第1光调制元件调制形成所希望的亮度分布，把其光学像在第2光调制元件的像素面上成像进行色调制，投射二次调制了的光的技术。根据从HDR显示数据所决定的第1控制值以及第2控制值分别单独地控制第1光调制元件以及第2光调制元件的各像素。作为光调制元件，具有能够独立地控制透射率的像素结构或者段结构，使用可以控制二维透射率分布的透射型光调制元件。作为其代表例，可以举出液晶光阀。现在，考虑使用暗显示的透射率为0.2％，明显示的透射率为60％的光调制元件的情况。在光调制元件单体中，亮度动态范围成为60/0.2＝300。上述以往的投射型显示装置由于相当于光学地串联配置亮度动态范围为300的光调制元件，因此能够实现300×300＝90000的亮度动态范围。另外，关于色调数与上述相同的考虑也成立，通过光学地串联配置8比特色调的光调制元件，可以得到超过8比特的色调数。另外，除此以外，作为实现高亮度动态范围的投射型显示装置，例如，已知在日本的专利公开2001-174919号公报中公开的投射型显示装置。该显示装置具备行状地排列了多个像素的DMD(数字微镜器件)；向DMD照射光束的照明单元；把入射图像信号变换为DMD的驱动信号的处理单元；扫描由DMD进行的光调制了的光束的光扫描单元；把来自光扫描单元的光束投射到屏幕面上的投射透镜，照明单元根据输入图像信号调制照射光量。图29示出透射型液晶光阀的各像素的像素面。透射型液晶光阀由于在各像素面内设置驱动像素电极的晶体管或者信号布线，因此如图29所示，各像素中的开口部分(称为光透射的部位。)成为窗口形，一般开口率小于等于60％。从而，在公开公报2001-100689号中记载的专利技术中，为了确保显示图像的亮度，必须进行调整使得第1光调制元件的各像素的开口部分的光学像正确地在第2光调制元件的相对应的像素的开口部分中成像，要求高对准精度。图30示出在公开公报2001-100689号中记载的投射型显示装置中的第1光调制元件以及第2光调制元件的光路的结构。另外，在实际的光路上，虽然也配置了反射镜等其它的光学元件，然而为了易于明确以下叙述的说明，图30中省略描绘这些光学元件。在图30的光学系统中，在光源一侧把蝇眼透镜112a、112b夹在中间配置亮度调制用的第1光调制元件130，在光源的相反一侧把蝇眼透镜112a、112b夹在中间配置色调制用的第2光调制元件140。在该光学系统中，通过蝇眼透镜112a、112b以及聚光透镜112d，第1光调制元件的光学像在第2光调制元件上成像。其中，蝇眼透镜112a、112b以及聚光透镜112d是以使亮度分布均匀为目的使用的光学元件，成像性能低。根据这样的理由，在公开公报2001-100689号中记载的专利技术中，难以把第1光调制元件的光学像高精度地成像到第2光调制元件的像素面上，具有显示图像的亮度降低的问题。图31示出反射型光调制元件的各像素的像素面。相对于透射型液晶显示元件，DMD等反射型光调制元件把信号线以及驱动晶体管的遮光部位制作在反射像素电极的下面，能够在反射镜的背面设置驱动反射镜的驱动单元等。从而，如图31所示，一般各像素中的开口部分(成为反射光的部位。)的开口率大于等于90％。从而，如果用反射型光调制元件构成第1光调制元件或者第2光调制元件，则能够提高显示图像的亮度。在公开公报2001-100689号中，记载了能够用DMD构成第2光调制元件的含义，但是仍然具有以下的问题。在图30的光学系统中，与构成接近第1光调制元件130的蝇眼透镜112a的各单元透镜相对应的每个范围的第1光调制元件130的部分光学像重叠在第2光调制元件140的像素面上成像。因此，为了得到所希望的亮度分布，必须在与各单元透镜相对应的范围中形成该亮度分布。然而，由于蝇眼透镜112a、112b是以使亮度分布均匀为目的使用的光学元件，在该目的下，希望单元透镜的数量多。于是，各单元透镜的尺寸必然比第2光调制元件140的各像素尺寸小。具体地讲，使用1/3～1/5左右大小的透镜。现在，如果考虑使第2光调制元件140的像素与第1光调制元件130的像素1对1对应，则第1光调制元件130的像素密度需要成为第2光调制元件140的像素密度的3～5倍。但是，当前的光调制元件(例如，液晶光阀)由于高精细化，具有接近精细加工技术上限的像素密度，如果考虑到这一点，则要用第1光调制元件130实现3～5倍的像素密度是很困难的。从而，能够在第1光调制元130中形成亮度分布的精度不得不成为比第2光调制元件140的像素密度粗3～5倍。进而，各单元透镜的光学像由于由远离第1光调制元件130的蝇眼透镜112b和聚光透镜112d中的两片透镜在第2光调制元件140的像素面上成像，因此不能够进行充分的像差修正，不得不成为具有相当多的模糊的像。进而，在公开公报2001-100689号中，由于只是把透射型光调制元件替换为DMD，因此具有以下的问题。作为使用了DMD的投射型显示装置，提出采用了对于DMD倾斜地入射光，在与其入射方向不同的方向使出射光出射的方式的「离轴光学系统」投射型显示装置。但是，在公开公报2001-100689号记载的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光调制装置，该光调制装置具备调制光的第１光调制元件和入射来自上述第１光调制元件的光并且调制光的第２光调制元件，经过上述第１光调制元件以及上述第２光调制元件调制来自光源的光，其特征在于：用反射型光调制元件构成上述第２光调制元件，在上述第１光调制元件和上述第２光调制元件的光路上，设置有把上述第１光调制元件的光学像在上述第２光调制元件的受光面上成像的中继透镜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：内山正一，中村旬一，新田隆志，旭常盛，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]