CN101604116A - 图像显示装置及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开图像显示装置及其调节方法。该图像显示装置包括：光学调制器；和配置成抵消所述光学调制器内生成的相位差的光学补偿元件；其中，所述光学补偿元件安装成这样一种状态，其中对应于所述光学调制器内相位差相对较大的区域的投射图像的亮度在施加到所述光学调制器的最小驱动电压处变成最小值。

Description

图像显示装置及其调节方法
技术领域
本发明涉及图像显示装置及其调节方法。
背景技术
以前，公开了包括照明装置、由照明装置照明的光学调制器和使光学调制器的图像成像的投影透镜的投影型图像显示装置。它们采用放电灯作为光源，并采用透射型液晶显示元件(HTPS)、反射型液晶显示元件(LCOS)或数字微镜装置(DMD)作为图像调制器，因此，装置和光学系统得到了多种改善。
投影型图像显示装置包括用于发射白光的光源，在分色镜处将来自光源的白光分成红、绿、蓝三种颜色，并照射对应于每种颜色的光学调制器。然后，在光学调制器处受到调制后，光束被例如正交棱镜(cross prism)等颜色合成器合成，并通过投影透镜投射到屏幕上。
将使用图14所示的示意性构造图来描述相关技术的投影型图像显示装置的示意性构造。如图14所示，对于投影型图像显示装置101，光源111的发光单元112设置在反射器113的焦点位置。从该光源111发出的光被反射器113反射而变成大致平行的光，并入射到第一积分器透镜(integratorlens)114和第二积分器透镜115。这些透镜的优势是使后来入射到光学调制器123的光的照度均匀化。从第二积分器透镜115发出的光束(light flux)入射到偏振光束分离器116，光在这里受到偏振以获得处于预定偏振方向的光。从偏振光束分离器116发出的光在聚光透镜117处入射并聚集。
从聚光透镜117发出的白光被分色镜118分离。例如，对于分色镜118，红波长带的光被透射，而绿波长带的光和蓝波长带的光被反射。当透过反射镜119和物镜120(120-1)后，透射的红波长带的光入射到反射型偏振元件121(121-1)，并照射光学调制器123(反射型液晶显示元件123-1)。
另一方面，分色镜118反射的光入射到另一分色镜124。对于分色镜124，蓝波长带的光被透射，而绿波长带的光被反射。分离的光束分别入射到物镜120(120-2)、120(120-3)和反射型偏振元件121(121-2)、121(121-3)，并照射光学调制器123(反射型液晶显示元件123-2)和光学调制器123(反射型液晶显示元件123-3)。
在光学调制器123处被光学调制的各色光束入射到反射型偏振元件121，并根据调制度，一部分被透射而返回光源(光源111)的方向，一部分被反射而入射到颜色合成棱镜125。颜色合成棱镜125配置成透射绿波长带的光而反射蓝波长带的光。然后，各色光束被合成并入射到投影透镜126，其图像在这里被放大到预定倍率并投射到屏幕(未示出)上(例如，见PCT日语翻译专利2003-506746号公报)。
对于作为液晶显示元件的光学调制器123，为了控制施加电压时液晶的倾斜方向，即使在非电场状态下，也通常向相对光束的入射偏振轴为±45度的方向添加一个微小的倾角(预倾斜)。因此，对于垂直入射到光学调制器123的液晶显示元件的光，液晶显示元件用作光轴为45度的细微相位差元件。因此，一般而言，采用光学补偿元件122作为抵消该细微相位差的光学元件。
下面，将针对黑色阶调(black gradation)的显示进行描述。在采用常黑型(normally black type)液晶作为光学调制器123并且还采用反射型液晶显示元件123-1到123-3的情况下，当显示黑色阶调侧时，液晶的驱动电压变成相对较小的值。因此，理想的是光在偏振元件(入射侧)、液晶显示元件和偏振元件(发射侧)之间的偏振状态保持不变。
然而，由于偏振元件的消光比、偏振元件和液晶显示元件之间的玻璃材料处的双折射以及液晶显示元件处的细微相位差等，实际光束的偏振状态被打乱。此外，在一些情况下，例如装置性质、热特性以及来自周缘部件的应力等影响使液晶显示元件在其平面内具有不均匀的相位差性质。
如上所述，在平面内发生不均匀相位差性质的情况下，入射到液晶显示元件的各个位置的光束各自具有不同的偏振状态(椭圆偏振)。因此，再次入射到偏振元件时的透射率或反射率不同，从而作为亮度的不均匀性显示在屏幕上。在对于R、G和B各个光束发生亮度不均匀性的情况下，这还被识别为色度的不均匀性。
问题在于：对于暗阶调(例如黑色阶调侧)显示，当液晶显示器的平面内发生不均匀相位差性质时，在投射到屏幕上的图像上发生亮度的不均匀性，并且该亮度的不均匀性还被识别为色度的不均匀性。
对于暗阶调，希望的是能实现降低亮度的不均匀性以及色度的不均匀性。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，图像显示装置(第一图像显示装置)包括：光学调制器；和配置成抵消所述光学调制器内生成的相位差的光学补偿元件；所述光学补偿元件安装成这样一种状态，其中对应于所述光学调制器内相位差相对较大的区域的投射图像的亮度在施加到所述光学调制器的最小驱动电压处变成最小值。
对于第一图像显示装置，光学补偿元件设定成以施加到光学调制器的最小驱动电压来抵消光学调制器的具有大相位差的区域的相位差。例如，设定光学补偿元件的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差。因此，对于光学补偿元件，对应于光学调制器内相位差相对较大的区域的投射图像的亮度在施加到光学调制器的最小驱动电压处变成最小值，由此能以等于或大于最小驱动电压的电压值将屏幕全域设定为亮度最小值。实现了该状态，由此能通过调节光学调制器的平面内的各个位置的输入信号/输出电压性质来降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于图像显示装置的调节方法(第一调节方法)，所述图像显示装置包括光学调制器和配置成抵消所述光学调制器内生成的相位差的光学补偿元件，所述调节方法包括以下步骤：将所述光学补偿元件的安装位置调节成这样一种状态，其中对应于所述光学调制器内相位差相对较大的区域的投射图像的亮度在施加到所述光学调制器的最小驱动电压处变成最小值。
对于第一调节方法，光学补偿元件的例如光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差被设定成以施加到光学调制器的最小驱动电压来抵消光学调制器的具有大相位差的区域的相位差。也就是说，光学补偿元件的安装位置被调节成使对应于光学调制器内相位差相对较大的区域的投射图像的亮度在施加到光学调制器的最小驱动电压处变成最小值。因此，能以等于或大于最小驱动电压的电压值将光学调制器的屏幕全域设定为亮度最小值。实现了该状态，由此能通过调节光学调制器的平面内的各个位置的输入信号/输出电压性质来降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性。
根据本发明的一个实施方式，图像显示装置(第二图像显示装置)包括：光学调制器；和配置成抵消所述光学调制器内生成的相位差的光学补偿元件；所述光学补偿元件安装成这样一种状态，其中在施加大于施加到所述光学调制器的最小驱动电压的电压时，对应于所述光学调制器的中心部的投射图像变成最暗。
对于第二图像显示装置，光学补偿元件设定成以施加到光学调制器的最小驱动电压来抵消相对光学调制器的中心部的相位差具有大相位差的区域的相位差。例如，设定光学补偿元件的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差。因此，对于光学补偿元件，光学补偿元件的安装被调节成这样一种状态，其中以等于或大于施加到光学调制器的最小驱动电压的电压值来使对应于光学调制器的中心部的投射图像变成最暗，由此能以等于或大于最小驱动电压的电压值将屏幕全域设定为亮度最小值。实现了该状态，由此能通过调节光学调制器的平面内的各个位置的输入信号/输出电压性质来降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于图像显示装置的调节方法(第二调节方法)，所述图像显示装置包括光学调制器和配置成抵消所述光学调制器内生成的相位差的光学补偿元件，所述调节方法包括以下步骤：将所述光学补偿元件的安装位置调节成这样一种状态，其中在施加大于施加到所述光学调制器的最小驱动电压的电压时，对应于所述光学调制器的中心部的投射图像变成最暗。
对于第二调节方法，光学补偿元件的例如光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差被设定成以施加到光学调制器的最小驱动电压来抵消相对光学调制器的中心部的相位差具有大相位差的区域的相位差。也就是说，光学补偿元件的安装位置被调节成这样一种状态，其中以施加到光学调制器的最小驱动电压来使对应于光学调制器的中心部的投射图像变成最暗。因此，能以等于或大于最小驱动电压的电压值将光学调制器的屏幕全域设定为亮度最小值。实现了该状态，由此能通过调节光学调制器的平面内的各个位置的输入信号/输出电压性质来降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性。
第一图像显示装置的优势在于，能在维持高对比度比值的同时降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性，从而能获得高质量图像。
第一调节方法的优势在于，能在维持高对比度比值的同时降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性，从而能获得高质量图像。
第二图像显示装置的优势在于，能在维持高对比度比值的同时降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性，从而能获得高质量图像。
第二调节方法的优势在于，能在维持高对比度比值的同时降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性，从而能获得高质量图像。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式(第一实施方式)的图像显示装置的示意性构造图；
图2是表示光学补偿元件的作用的示例的基于鲍英卡勒球的偏振状态的说明图；
图3是电压/亮度性质图；
图4A和4B是光学补偿元件的第一设定方法的说明图；
图5A和5B是光学补偿元件的第二设定方法的说明图；
图6是基于鲍英卡勒球的偏振状态的说明图；
图7是低压侧的电压/亮度性质图；
图8是示出本发明的一个实施方式(第二实施方式)的图像显示装置的示意性构造图；
图9是表示光学补偿元件的作用的示例的基于鲍英卡勒球的偏振状态的说明图；
图10是低压侧的电压/亮度性质图；
图11是示出本发明的一个实施方式(第三实施方式)的图像显示装置的示意性构造图；
图12是表示光学补偿元件的作用的示例的基于鲍英卡勒球的偏振状态的说明图；
图13是基于鲍英卡勒球的偏振状态的说明图；
图14是示出相关技术的透射型图像显示装置的示意性构造的示意性构造图。
具体实施方式
将参考图1中的示意性构造图来描述本发明的一个实施方式(第一实施方式)的图像显示装置。如图1所示，在图像显示装置1中设置光源11。光源11的发光单元12设置在反射器13的焦点位置。此外，反射器13反射从光源11发出的光，以将之作为大致平行的光而输出。第一积分器透镜14和第二积分器透镜15依次安装在反射器13反射的光的光路上。第一积分器透镜14和第二积分器透镜15使入射到后述的光学调制器23的光的照度均匀化。偏振光束分离器16安装在从第二积分器透镜15发出的光的光路上。偏振光束分离器16用于将入射光偏振成处于预定的偏振方向的光。聚光透镜17设置在从偏振光束分离器16发出的光的光路上。
分色镜18安装在聚光透镜17发出的光的光路上。分色镜18将入射光分离成红波长带的光、绿波长带的光和蓝波长带的光。例如，分色镜18透射红波长带的光，而反射绿波长带的光和蓝波长带的光。反射镜19设置在透射的红波长带的光的光路上，而物镜20(20-1)安装在反射镜19反射的光的光路上。反射型偏振元件21(21-1)安装在透过物镜20(20-1)的光的光路上。光学补偿元件22(22-1)和作为光学调制器23的反射型液晶显示元件23-1安装在透过反射型偏振元件21(21-1)的光的光路上。
另一方面，分色镜24设置在分色镜18反射的光的光路上。分色镜24透射入射光的蓝波长带的光，而反射绿波长带的光。物镜20(20-2)安装在一个分离的光束(绿波长带的光束)的光路上。反射型偏振元件21(21-2)安装在透过物镜20(20-2)的光的光路上。光学补偿元件22(22-2)和作为光学调制器23的反射型液晶显示元件23-2安装在透过反射型偏振元件21(21-2)的光的光路上。
物镜20(20-3)安装在另一分离的光束(蓝波长带的光束)的光路上。反射型偏振元件21(21-3)安装在透过物镜20(20-3)的光的光路上。光学补偿元件22(22-3)和作为光学调制器23的反射型液晶显示元件23-3安装在透过反射型偏振元件21(21-3)的光的光路上。
反射型液晶显示元件23-1用于使红波长带的光受到光学调制。受到反射型液晶显示元件23-1光学调制的光经由光学补偿元件22(22-1)再次入射到反射型偏振元件21(21-1)，并且根据调制程度，一部分被透射而返回光源方向，一部分被反射。颜色合成棱镜25安装在该反射光入射到的位置。此外，反射型液晶显示元件23-2用于使绿波长带的光受到光学调制。受到反射型液晶显示元件23-2光学调制的光经由光学补偿元件22(22-2)再次入射到反射型偏振元件21(21-2)，并且根据调制程度，一部分被透射而返回光源方向，一部分被反射。颜色合成棱镜25安装在该反射光入射到的位置。相似地，反射型液晶显示元件23-3用于使蓝波长带的光受到光学调制。受到反射型液晶显示元件23-3光学调制的光经由光学补偿元件22(22-3)再次入射到反射型偏振元件21(21-3)，并且根据调制程度，一部分被透射而返回光源方向，一部分被反射。颜色合成棱镜25安装在该反射光入射到的位置。
颜色合成棱镜25配置成透射绿波长带的光而反射红波长带的光和蓝波长带的光，并用于合成各个颜色的光束。投影透镜26安装在合成光的发射方向上。投影透镜26使入射光放大到预定倍率而发射它。从投影透镜26发出的图像所投射的屏幕(未示出)安装在投影透镜26的发射方向上。
上述各个光学补偿元件22各自安装成这样一种状态，其中对应于各个光学调制器23的每一个内的相位差相对较大的区域的投射图像以施加到上述对应于各个光学补偿元件22的光学调制器23的最小驱动电压V0来变成最小值。例如，设置0IRE时的多个电压值，以对应于光学调制器23的平面内的各个位置。该多个电压值各自变成亮度最小的电压值。
下面，将参考图1描述上述图像显示装置1的操作。如图1所示，从光源11的发光单元12发出的光被反射器13反射而变成大致平行的光，并从第一积分器透镜14入射到第二积分器透镜15，以使入射到各个光学调制器23的光的照度均匀化。然后，从第二积分器透镜15发出的光束入射到偏振光束分离器16，并受到偏振而成为预定偏振方向的偏振光。
受到偏振光束分离器16的偏振而发出的光在聚光透镜17处入射并聚集，然后入射到分色镜18。对于入射到分色镜18的光，例如，红波长带的光被透射，而绿波长带的光和蓝波长带的光被反射。透过分色镜18的红波长带的光透过反射镜19和物镜20(20-1)，然后入射到反射型偏振元件21(21-1)，并经由光学补偿元件22(22-1)而照射到光学调制器23(反射型液晶元件23-1)上。
另一方面，被分色镜18反射的光入射到分色镜24。对于分色镜24，蓝波长带的光被透射，而绿波长带的光被反射。分离的光束之一(绿波长带的光束)入射到物镜20(20-2)和反射型偏振元件21(21-2)，并经由光学补偿元件22(22-2)而照射到作为光学调制器23的反射型液晶显示元件23-2上。另一分离的光束(蓝波长带的光束)入射到物镜20(20-3)和反射型偏振元件21(21-3)，并经由光学补偿元件22(22-3)而照射到作为光学调制器23的反射型液晶显示元件23-3上。
在反射型液晶显示元件23-1处受到光学调制的红波长带的光经由光学补偿元件22(22-1)再次入射到反射型偏振元件21(21-1)，并且根据调制程度，一部分透过反射型偏振元件21(21-1)而返回光源方向，而一部分被反射型偏振元件21(21-1)反射而入射到颜色合成棱镜25。此外，在反射型液晶显示元件23-2处受到光学调制的绿波长带的光经由光学补偿元件22(22-2)再次入射到反射型偏振元件21(21-2)，并且根据调制程度，一部分透过反射型偏振元件21(21-2)而返回光源方向，而一部分被反射型偏振元件21(21-2)反射而入射到颜色合成棱镜25。此外，在反射型液晶显示元件23-3处受到光学调制的蓝波长带的光经由光学补偿元件22(22-3)再次入射到反射型偏振元件21(21-3)，并且根据调制程度，一部分透过反射型偏振元件21(21-3)而返回光源方向，而一部分被反射型偏振元件21(21-3)反射而入射到颜色合成棱镜25。
颜色合成棱镜25透射绿波长带的光，而反射红波长带的光和蓝波长带的光。然后，各个颜色的光束被合成并入射到投影透镜26，其图像在这里被放大到预定倍率并投射到屏幕(未示出)上。
现在，对于显示黑色阶调，将通过采用VA取向的液晶显示元件作为光学调制器23的示例，来描述作为图像显示装置1的反射型液晶显示装置的实施例。
当显示黑色阶调侧时，液晶显示元件的驱动电压变成相对较小的值，因此理想的是偏振元件(入射侧)、液晶显示元件和偏振元件(发射侧)之间的光的偏振状态保持不变。
然而，对于液晶显示元件，为了控制施加电压时液晶的倾斜方向，即使在非电场状态下，也通常向相对光束的入射偏振轴为±45度的方向添加一个微小的倾角(预倾斜)。因此，对于垂直入射到液晶显示元件的光，液晶显示元件用作光轴为45度的细微相位差元件。因此，一般而言，采用光学补偿元件作为抵消该细微相位差的光学元件。
将参考图2的鲍英卡勒球(Poincare sphere)来描述光学补偿元件的作用的示例。图2在鲍英卡勒球上示出在液晶显示元件的周缘处平行于光轴的光束的偏振状态。具体说，让我们假定透过偏振元件(入射侧)后的偏振状态取作0度(鲍英卡勒球上的-S2)，对于偏振轴将液晶的相位超前轴(phase leading axis)取作-45度(-S3)，而光学补偿元件的相位超前轴处于0-45度的范围内。
如图2所示，一旦透过入射侧偏振元件的光束入射到光学补偿元件22后，光束受到相位超前轴和相位差的影响而变成图中的偏振状态A，即顺时针椭圆偏振状态。此外，光束被光学调制器23(例如反射型液晶元件)反射而变成偏振状态B(逆时针椭圆偏振)，再次透过光学补偿元件22而变成状态C，并再次入射到反射型偏振元件21(发射侧)。对于光学补偿元件22，如此选择诸如相位超前轴角度、相位差等参数，以使光束变成与透过反射型偏振元件21(入射侧)(状态C)的偏振状态相同的偏振状态。理想地，采用上述设计的光学补偿元件22抵消光学调制器23的细微相位差，因此光束的偏振状态不被打乱。
然而，实际上，由于在一些情况下的光学调制器23的液晶元件的取向的不均匀性、单元间隙的不均匀性、制造工艺的不均匀性等，即使在光学调制器23的液晶平面内也发生非常细微的相位差的不均匀性，这时，偏振状态被打乱如下。
让我们假定，对于光学调制器23的中心即对于屏幕中心的相位差，平面内分布有大相位差区域和小相位差区域。在该状态下，在将光学补偿元件22的光轴和相位差设定成以最小驱动电压V0来抵消光学调制器23中心的相位差的情况下，光束的偏振状态如上所述那样经由A、B和C而返回与从反射型偏振元件21(入射侧)射出后类似的线偏振状态。
然而，对于大相位差区域，光束的偏振状态变成A、Bb和Cb，而对于小相位差区域，光束的偏振状态变成A、Ba和Ca，因此两者均不返回原始的线偏振状态，而变成具有椭圆成分的偏振状态。在该情况下，光束从反射型偏振元件21(发射侧)漏到投影透镜侧，因此尽管是黑色状态，在屏幕上也发生亮度的不均匀性。此外，在RGB各个颜色被合成的情况下，发生色度的不均匀性。
作为降低平面内亮度的不均匀性的技术，可以设想一种根据光学调制器23内的相位差的大小来改变各个平面内的外加电压的方法(所谓的3Dγ方法)。例如，将屏幕区域分成一百个左右的区域，并给予每个区域单独的输入信号/输出信号性质，从而能实现没有亮度和色度不均匀性的均匀图像。然而，对于黑色侧的阶调并非一定要采用该方法。
举例来说，在如图2所述那样设置光学补偿元件的情况下，将参考图3来描述屏幕中心、大相位差区域和小相位差区域的相位差之间的电压/亮度性质。如图3所示，光学补偿元件22设定成以最小驱动电压V0来抵消屏幕中心的相位差，因此屏幕中心的亮度以电压V0来变成最小值，而小相位差区域的亮度以满足V＞V0的电压来变成亮度最小值。请注意，这时的V值取决于各个元件的性质，例如光学调制器23的相位差的差异、光学补偿元件22的相位超前轴角度和相位差等。另一方面，对于大相位差区域，对于V0或更大的电压，不存在亮度最小值，亮度随着电压的施加而增加。
将参考图2进行相似描述。对于处于偏振状态Ba的小相位差区域，通过向光学调制器23施加电压能使偏振状态Ba返回偏振状态B。然而，对于处于偏振状态Bb的大相位差区域，即使向光学调制器23施加电压，偏振状态Bb也不返回偏振状态B。因此，当尝试使屏幕内的亮度均匀化时，必须对大相位差区域的最低亮度进行协调。在该情况下，从图3可知，亮度对于屏幕中心增加，因此存在降低对比度的大不利。
为此目的，对于本发明，将光学补偿元件22的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差调节成以最小驱动电压V0来抵消光学调制器23的相位差相对较大的区域的相位差。下面将描述第一设定方法的一个例子。
第一设定方法将按以下方式执行。也就是说，如图4A所示，以驱动电压V0经由投影透镜26将图像投射于光学调制器23(液晶显示元件)的整个区域上。如图4B所示，一旦光学补偿元件22在该状态下被旋转，则光学补偿元件22的相位超前轴改变。在光学调制器23的平面内相位差分布均匀的情况下，屏幕全域的亮度在一个特定位置变成最小，因此光学补偿元件22的相位超前轴应该设定在该位置。然而，在光学调制器23的平面内存在不均匀相位差的情况下，通过旋转光学补偿元件22所投射的图像的亮度变成最小的旋转角取决于图像内的位置。
例如，让我们假定，在图4A中，对于投射图像的中心区域5，区域1的相位差较大，而区域3的相位差较小。这时，如果我们假定光学补偿元件22的旋转位置已被调节成使中心区域5的亮度变成最小，则为了使区域1的亮度最小化，应该将旋转位置朝方向a移动，而为了使区域3的亮度最小化，则应该将旋转位置朝方向b移动。
也就是说，如果我们假定使各个区域1-9的亮度最小化的光学补偿元件22的旋转角θ1-θ9的最大值为θMAX，并且如果我们设定图4B中θ＝θMAX，则从而能抵消相位差最大的区域的相位差。理想地，应该尽可能抵消光学调制器23的相位差最大的区域的相位差。然而，这并不是必要的，更合适地，决心抵消相位差相对较大的区域，由此能获得具有少量不均匀性的均匀图像。此外，对于本例，图像区域被分成9个，但是也可分成任意适当的数量，无论是5个还是100个，即分割数量应该取决于与所需性能的平衡。此外，对于本例，当搜索相位差相对较大的区域时，是在旋转光学补偿元件22的同时观察投射图像。例如，在光学调制器23所特有的相位差分布为已知的情况下，并且例如，在已知区域1和9之间的相位差大的情况下，应该调节光学补偿元件22，以降低这些区域的亮度。
下面，将描述第二设定方法的一个例子。第二设定方法按以下方式执行。也就是说，如图5A所示，对于光学调制器23的平面内的相位差分布，在以下情况下：
(1)屏幕的某个区域的相位差例如图5A中区域5的相位差相对小于其它区域的相位差，或
(2)已知屏幕的某个区域的相位差与其它区域的相位差相比为中心程度，
存在以下调节方法。
例如，让我们假定某个光学调制器23具有以下特定相位差分布。例如，让我们假定区域1的相位差大，区域7的相位差小，而区域5的相位差约为区域1和区域7的平均值。这种相位差分布可能因光学调制器23的工艺原因等原因而发生。在该情况下，对于光学调制器23的最小驱动电压从V0设定到V1(＞V0)，并经由投影透镜投射图像。在该状态下，旋转并固定光学补偿元件22，以使区域5的亮度变成最小。
在如此设定了光学补偿元件22的位置的情况下，如图5B所示，区域5具有如下亮度/驱动电压性质，其中亮度像中心那样在电压V1处变成最小。相反地，对于相位差较大的区域1，类似于大相位差区域，使亮度最小化的电压变成小于V1，而对于相位差较小的区域7，类似于小相位差区域，使亮度最小化的电压变成大于V1。现在，如果我们假定驱动电压V1被设定成使相位差较大的区域7在驱动电压V0附近变成邻近亮度最小值，则从而能将驱动电压设定成使具有大相位差的区域在驱动电压V0附近变成亮度最小值。
根据上述调节，具有大相位差的区域的最小驱动电压能设定为V0。该方法的有利之处在于，在光学调制器23具有特定相位差分布的情况下，只通过观察屏幕内的一个点就可调节光学补偿元件22。相似地，即使在屏幕的某个区域(例如区域5)的相位差与其它区域的相位差相比相对较小的情况下，将光学补偿元件22设定成使区域5在电压V1处变成亮度最小值，并且还将电压V1设定成使其它区域在电压V0附近变成亮度最小值，由此能执行相同的调节方法。
按如上所述那样进行设定，由此能如图6所示那样表示偏振状态，并能如图7所示那样表示低压侧的电压/亮度性质。如图7所示，参考电压/亮度性质后，将光学补偿元件22的相位超前轴和相位差设定成对于最小驱动电压V0来抵消大相位差区域的相位差，由此大相位差区域在V0处变成亮度最小值。
另一方面，屏幕中心和小相位差区域的亮度最小值变成V0或更大，因此向例如0IRE(IRE：表示视频信号的振幅的单位，美国无线电学会(U.S.radio institute))时的输出电压加入电调节，例如对于大相位差区域为V0[V]、对于屏幕中心为V1[V]而对于小相位差区域为V2[V]，由此能以少量不均匀的亮度和色度获得具有高对比度比值的高质量图像。
参考图6，将上述关系描述为鲍英卡勒球上的偏振状态。如图6所示，对于大相位差区域，使透过反射型偏振元件21(入射侧)后的偏振状态与入射到反射型偏振元件21(发射侧)前的偏振状态相协调。具体说，将光学补偿元件22的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)的角度和相位差设定成实现没有偏振杂乱的状态。根据这种设定，即使偏振状态由于屏幕中心而变成状态B或由于小相位差区域而变成状态Ba，也能通过向液晶施加电压而将两者变成偏振状态Bb，从而能对于屏幕全域实现没有偏振杂乱的状态。
对于上述图像显示装置1，光学补偿元件22设定成以施加到光学调制器23的最小驱动电压V0来抵消光学调制器23的具有大相位差的区域的相位差。例如，设定光学补偿元件22的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差。因此，对于光学补偿元件22，对应于光学调制器23内相位差相对较大的区域的投射图像的亮度以施加到光学调制器23的最小驱动电压V0来变成最小值，由此能以等于或大于最小驱动电压V0的电压值将屏幕全域设定为亮度最小值。实现了该状态，由此能通过调节光学调制器23的平面内的各个位置的输入信号/输出电压性质来降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性。因此，能在维持高对比度比值的同时降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性，从而能获得高质量图像。
此外，对于上述图像显示装置1的调节方法，光学补偿元件22的例如光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差设定成以施加到光学调制器23的最小驱动电压V0来抵消光学调制器23的具有大相位差的区域的相位差。也就是说，光学补偿元件22的安装位置被调节成这样一种状态，其中以施加到光学调制器23的最小驱动电压V0来使光学调制器23内相位差相对较大的区域的亮度变成最小值。因此，能以等于或大于最小驱动电压的电压值将光学调制器23的屏幕全域设定为亮度最小值。实现了该状态，由此能通过调节光学调制器23的平面内的各个位置的输入信号/输出电压性质来降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性。因此，能在维持高对比度比值的同时降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性，从而能实现高质量图像的优势。
下面将参考图8中的示意性构造图来描述本发明的一个实施方式(第二实施方式)的图像显示装置。如图8所示，在图像显示装置2中设置灯31。灯31的发光单元32设置在反射器33的焦点位置。此外，反射器33反射从灯31发出的光，以将之作为大致平行的光而输出。第一积分器透镜34和第二积分器透镜35依次安装在反射器33反射的光的光路上。第一积分器透镜34和第二积分器透镜35使入射到后述的光学调制器43的光的照度均匀化。偏振光束分离器36安装在从第二积分器透镜35发出的光的光路上。偏振光束分离器36用于将入射光偏振成处于预定偏振方向的光。聚光透镜37设置在从偏振光束分离器36发出的光的光路上。
分色镜38安装在从聚光透镜37发出的光的光路上。分色镜38将入射光分离成红波长带的光、绿波长带的光和蓝波长带的光。例如，分色镜38透射红波长带的光，而反射绿波长带的光和蓝波长带的光。反射镜39设置在透射的红波长带的光的光路上，而物镜40(40-1)安装在反射镜39反射的光的光路上。入射侧的透射型偏振元件41(41-1)、光学补偿元件42(42-1)、作为光学调制器43的透射型液晶显示元件43-1、发射侧的透射型偏振元件44(44-1)依次安装在透过物镜40(40-1)的光的光路上。
另一方面，分色镜45设置在分色镜38反射的光的光路上。分色镜45透射入射光的蓝波长带的光，而反射绿波长带的光。物镜40(40-2)安装在一个分离的光束(绿波长带的光束)的光路上。入射侧的透射型偏振元件41(41-2)、光学补偿元件42(42-2)、作为光学调制器43的透射型液晶显示元件43-2和发射侧的透射型偏振元件44(44-2)依次安装在透过物镜40(40-2)的光的光路上。
投影透镜46和反射镜47安装在另一分离的光束(蓝波长带的光束)的光路上。中继透镜48和反射镜49安装在反射镜47反射的光的光路上。场镜40(40-3)安装在反射镜49反射的光的光路上。入射侧的透射型偏振元件41(41-3)、光学补偿元件42(42-3)、作为光学调制器43的透射型液晶显示元件43-3和发射侧的透射型偏振元件44(44-3)依次安装在透过物镜40(40-3)的光的光路上。
透射型液晶显示元件43-1用于使红波长带的光受到光学调制。受到透射型液晶显示元件43-1光学调制的光入射到发射侧的透射型偏振元件44(44-1)，并且根据透射型液晶显示元件43-1的调制程度，一部分被透射，而一部分被吸收。颜色合成棱镜50安装在该透射光入射到的位置。透射型液晶显示元件43-2用于使绿波长带的光受到光学调制。受到透射型液晶显示元件43-2光学调制的光入射到发射侧的透射型偏振元件44(44-2)，并且根据透射型液晶显示元件43-2的调制程度，一部分被透射，而一部分被吸收。颜色合成棱镜50安装在该透射光入射到的位置。透射型液晶显示元件43-3用于使蓝波长带的光受到光学调制。受到透射型液晶显示元件43-3光学调制的光入射到发射侧的透射型偏振元件44(44-3)，并且根据透射型液晶显示元件43-3的调制程度，一部分被透射，而一部分被吸收。颜色合成棱镜50安装在该透射光入射到的位置。
颜色合成棱镜50配置成透射绿波长带的光而反射红波长带的光和蓝波长带的光，并用于合成各个颜色的光束。投影透镜51安装在合成光的发射方向上。投影透镜51使入射光放大到预定倍率而发射它。从投影透镜51发出的图像所投射的屏幕(未示出)安装在投影透镜51的发射方向上。
上述各个光学补偿元件42各自安装成这样一种状态，其中当施加比施加到对应于各个光学补偿元件42的光学调制器43的最小驱动电压V0更大的电压时，各个光学调制器43的中心部变成最暗。
例如，设置0IRE时的多个电压值，以对应于光学调制器43的平面内的各个位置。该多个电压值各自变成亮度最小的电压值。
此外，上述图像显示装置2可以是三板式(three-LCD-type)图像显示装置。例如，由三板式图像显示装置的三个透射型液晶元件制成的光学调制器43(43-1、43-2和43-3)分别调制红、绿和蓝通道的光束。然后，至少绿通道的透射型液晶元件43-2包括具有抵消其中生成的相位差的操作的光学补偿元件42-2。光学补偿元件42-2安装成这样一种状态，其中当施加比施加到绿通道透射型液晶显示元件43-2的最小驱动电压V0更大的电压时，对应于绿通道透射型液晶元件43-2的中心部的投射图像变成最暗。
此外，在光学调制器43在其平面内具有相位差分布的情况下，当向光学调制器43施加电压时，电压设定成使对应于光学调制器43的平面内的具有大相位差的区域的投射图像的亮度最暗。
下面，将参考图8来描述上述图像显示装置2的操作。如图8所示，从光源31的发光单元32发出的光被反射器33反射而变成大致平行的光，并从第一积分器透镜34入射到第二积分器透镜35，以使入射到各个光学调制器43的光的照度均匀化。然后，从第二积分器透镜35发出的光束入射到偏振光束分离器36，并受到偏振而获得预定偏振方向的光。
受到偏振光束分离器36的偏振而发出的光在聚光透镜37处入射并聚集，然后入射到分色镜38。对于入射到分色镜38的光，例如，红波长带的光被透射，而绿波长带的光和蓝波长带的光被反射。透过分色镜38的红波长带的光透过反射镜39和物镜40(40-1)，然后入射到透射型偏振元件41(41-1)，并经由光学补偿元件42(42-1)而照射到光学调制器43(透射型液晶元件43-1)上。
另一方面，被分色镜38反射的光入射到分色镜45。对于分色镜45，蓝波长带的光被透射，而绿波长带的光被反射。分离的光束之一(绿波长带的光束)入射到物镜40(40-2)和透射型偏振元件41(41-2)，并经由光学补偿元件42(42-2)而照射到作为光学调制器43的透射型液晶显示元件43-2上。另一分离的光束(蓝波长带的光束)被投影透镜46、反射镜47、中继透镜48和反射镜49引导至物镜40(40-3)。然后，该光束入射到物镜40(40-3)和反射型偏振元件41(41-3)，并经由光学补偿元件42(42-3)而照射到作为光学调制器43的透射型液晶显示元件43-3上。
在透射型液晶显示元件43-1处受到光学调制的红波长带的光入射到透射型偏振元件44(44-1)，并且根据调制程度，一部分被吸收，而一部分被透射并入射到颜色合成棱镜50。此外，在透射型液晶显示元件43-2处受到光学调制的绿波长带的光入射到透射型偏振元件44(44-2)，并且根据调制程度，一部分被吸收，而一部分被透射并入射到颜色合成棱镜50。此外，在透射型液晶显示元件43-3处受到光学调制的蓝波长带的光入射到透射型偏振元件44(44-3)，并且根据调制程度，一部分被吸收，而一部分被透射并入射到颜色合成棱镜50。
颜色合成棱镜50透射绿波长带的光，而反射红波长带的光和蓝波长带的光。然后，各个颜色的光束被合成并入射到投影透镜51，其图像在这里被放大到预定倍率并投射到屏幕(未示出)上。
现在，对于显示黑色阶调，将通过采用VA取向的液晶显示元件作为光学调制器43的示例，来描述作为图像显示装置2的透射型液晶显示装置的实施例。
当显示黑色阶调侧时，液晶显示元件的驱动电压变成相对较小的值，因此理想的是偏振元件(入射侧)、液晶显示元件和偏振元件(发射侧)之间的光的偏振状态保持不变。
然而，对于液晶显示元件，为了控制施加电压时液晶的倾斜方向，即使在非电场状态下，也通常向相对光束的入射偏振轴为±45度的方向添加一个微小的倾角(预倾斜)。因此，对于垂直入射到液晶显示元件的光，液晶显示元件用作光轴为45度的细微相位差元件。因此，一般而言，采用光学补偿元件作为抵消该细微相位差的光学元件。
将参考图9的鲍英卡勒球来描述图像显示装置2的光学补偿元件42的作用的示例。如图9所示，一旦透过入射侧透射型偏振元件41的光束入射到光学补偿元件42后，光束受到相位超前轴和相位差的影响而变成图中的偏振状态A，即顺时针椭圆偏振状态。此外，光束透过光学调制器43(例如透射型液晶元件)而变成偏振状态B(偏振轴倾斜的线偏振)。理想地，采用设计为如上所述的光学补偿元件42，由此即使在考虑光学调制器43的细微相位差的同时，也能将光束变成线偏振状态。此外，在发射侧设置在该偏振方向上具有吸收轴的发射侧透射型偏振元件44，由此能防止不需要的漏光。
然而，实际上，由于在一些情况下的光学调制器43的液晶元件的取向的不均匀性、单元间隙的不均匀性、制造工艺的不均匀性等，即使在光学调制器43的液晶平面内也发生非常细微的相位差的不均匀性，这时，发生以下现象。
让我们假定，对于光学调制器43的中心即对于屏幕中心的相位差，平面内分布有大相位差区域和小相位差区域。在该状态下，在将光学补偿元件42的光轴和相位差设定成以最小驱动电压V0来抵消光学调制器43中心的相位差的情况下，光束的偏振状态如上所述那样经由A和B而返回线偏振状态。
然而，对于大相位差区域，光束的偏振状态从A变成Bb，而对于小相位差区域，光束的偏振状态从A变成Ba，因此两者均不返回原始的线偏振状态，而变成具有椭圆成分的偏振状态。在该情况下，光束从透射型偏振元件44(发射侧)漏到投影透镜47侧，因此尽管是黑色状态，在屏幕上也发生亮度的不均匀性。此外，在RGB各个颜色被合成的情况下，发生色度的不均匀性。
作为降低平面内亮度的不均匀性的技术，可以设想一种用于改变光学调制器43的平面内的相位差分布即各个平面内的外加电压的方法(所谓的3Dγ方法)。例如，将屏幕区域分成一百个左右的区域，并给予每个区域单独的输入信号/输出信号性质，从而能实现没有亮度和色度不均匀性的均匀图像。然而，对于黑色侧的阶调并非一定要采用该方法。
举例来说，在如图9所述那样设置光学补偿元件的情况下，将参考图3来描述屏幕中心、大相位差区域和小相位差区域的相位差之间的电压/亮度性质。
如图3所示，光学补偿元件42设定成以最小驱动电压V0来抵消屏幕中心的相位差，因此屏幕中心的亮度以电压V0来变成最小值，而小相位差区域的亮度以满足V＞V0的电压来变成亮度最小值。请注意，这时的V值取决于各个元件的性质，例如光学调制器43的相位差的差异、光学补偿元件42的相位超前轴角度和相位差等。另一方面，对于大相位差区域，对于V0或更大的电压，不存在亮度最小值，亮度随着电压的施加而增加。
将参考图9进行相似描述。对于处于偏振状态Ba的小相位差区域，通过向光学调制器43施加电压能使偏振状态Ba返回偏振状态B。然而，对于处于偏振状态Bb的大相位差区域，即使向光学调制器43施加电压，偏振状态Bb也不返回偏振状态B。因此，当尝试使屏幕内的亮度均匀化时，必须对大相位差区域的最低亮度进行协调。在该情况下，如从图3可知，不是以屏幕中心的驱动电压V0处的亮度L0而是以大相位差区域的驱动电压V0处的亮度L1来协调亮度，从而存在降低对比度的大不利。
为此目的，对于本发明，将光学补偿元件42的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差调节成以最小驱动电压V0来抵消光学调制器43的相位差相对较大的区域的相位差。下面将描述对于图像显示装置2的第一设定方法的一个例子。
将按以下方式进行对于图像显示装置2的第一设定方法。也就是说，如图4A所示，以驱动电压V0经由投影透镜47将图像投射于光学调制器43(例如液晶显示元件)的整个区域上。如图4B所示，一旦光学补偿元件42例如在该状态下被旋转，则光学补偿元件42的相位超前轴改变。在光学调制器43的平面内相位差分布均匀的情况下，屏幕全域的亮度在一个特定位置变成最小，因此光学补偿元件42的相位超前轴应该设定在该位置。然而，在光学调制器43的平面内存在不均匀相位差的情况下，通过旋转光学补偿元件42所投射的图像的亮度变成最小的旋转角取决于图像内的位置。
例如，让我们假定，在图4A中，对于投射图像的中心区域5，区域1的相位差较大，而区域3的相位差较小。这时，如果我们假定光学补偿元件42的旋转位置已被调节成使中心区域5的亮度变成最小，则为了使区域1的亮度最小化，应该将旋转位置朝方向a移动，而为了使区域3的亮度最小化，则应该将旋转位置朝方向b移动。
也就是说，如果我们假定使各个区域1-9的亮度最小化的光学补偿元件42的旋转角θ1-θ9的最大值为θMAX，并且如果我们设定图4B中θ＝θMAX，则从而能抵消相位差最大的区域的相位差。理想地，应该尽可能抵消光学调制器43的相位差最大的区域的相位差。然而，这并不是必要的，更合适地，决心抵消相位差相对较大的区域，由此能获得具有少量不均匀性的均匀图像。此外，对于本例，图像区域被分成9个，但是也可分成任意适当的数量，无论是5个还是100个，即分割数量应该取决于与所需性能的平衡。此外，对于本例，当搜索相位差相对较大的区域时，是在旋转光学补偿元件42的同时观察投射图像。例如，在光学调制器43所特有的相位差分布为已知的情况下，并且例如，在已知区域1和9之间的相位差大的情况下，应该调节光学补偿元件42，以降低这些区域的亮度。
下面，将描述第二设定方法的一个例子。第二设定方法按以下方式执行。也就是说，如图5A所示，对于光学调制器43(例如液晶显示元件)的平面内的相位差分布，在以下情况下：
(1)屏幕的某个区域的相位差例如图5A中区域5的相位差相对小于其它区域的相位差，或
(2)已知屏幕的某个区域的相位差与其它区域的相位差相比为中心程度，
存在以下调节方法。
例如，让我们假定某个光学调制器43具有以下特定相位差分布。例如，让我们假定区域1的相位差大，区域7的相位差小，而区域5的相位差约为区域1和区域7的平均值。这种相位差分布可能因光学调制器43的工艺原因等原因而发生。在该情况下，对于光学调制器43的最小驱动电压从V0设定到V1(＞V0)，并经由投影透镜48投射图像。在该状态下，旋转并固定光学补偿元件42，以使区域5的亮度变成最小。
在如此设定了光学补偿元件42的位置的情况下，如图5B所示，区域5具有如下亮度/驱动电压性质，其中亮度像中心那样在电压V1处变成最小。相反地，对于相位差较大的区域1，类似于大相位差区域，使亮度最小化的电压变成小于V1，而对于相位差较小的区域7，类似于小相位差区域，使亮度最小化的电压变成大于V1。现在，如果我们假定驱动电压V1被设定成使相位差较大的区域7在驱动电压V0附近变成邻近亮度最小值，则从而能将驱动电压设定成使具有大相位差的区域在驱动电压V0附近变成亮度最小值。
根据上述调节，具有大相位差的区域的最小驱动电压能设定为V0。该方法的有利之处在于，在光学调制器43具有特定相位差分布的情况下，只通过观察屏幕内的一个点就可调节光学补偿元件42。相似地，即使在屏幕的某个区域(例如区域5)的相位差与其它区域的相位差相比相对较小的情况下，将光学补偿元件42设定成使区域5在电压V1处变成亮度最小值，并且还将电压V1设定成使其它区域在电压V0附近变成亮度最小值，由此能执行相同的调节方法。
按如上所述那样进行设定，由此能如图10所示那样表示偏振状态，并能如图7所示那样表示低压侧的电压/亮度性质。如图7所示，参考电压/亮度性质后，将光学补偿元件42的相位超前轴和相位差设定成对于最小驱动电压V0来抵消大相位差区域的相位差，由此大相位差区域在V0处变成亮度最小值。
另一方面，屏幕中心和小相位差区域的亮度最小值变成V0或更大，因此向例如0IRE(IRE：表示视频信号的振幅的单位，美国无线电学会)时的输出电压加入电调节，例如对于大相位差区域为V0[V]、对于屏幕中心为V1[V]而对于小相位差区域为V2[V]，由此能以少量不均匀的亮度和色度获得具有高对比度比值的高质量图像。
参考图10，将上述关系描述为鲍英卡勒球上的偏振状态。如图10所示，对于大相位差区域，将光学补偿元件42的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)的角度和相位差设定成获得作为入射到透射型偏振元件44(发射侧)前的偏振的线偏振。根据这种设定，即使偏振状态由于屏幕中心而变成状态B或由于小相位差区域而变成状态Ba，也能通过向液晶施加电压而将两者变成偏振状态Bb，从而能对于屏幕全域实现没有偏振杂乱的状态。
对于上述图像显示装置2，光学补偿元件42设定成以施加到光学调制器43的最小驱动电压V0来抵消光学调制器43的具有大相位差的区域的相位差。例如，设定光学补偿元件42的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差。因此，对于光学补偿元件42，光学调制器43内相位差相对较大的区域的亮度以施加到光学调制器43的最小驱动电压V0来变成最小值，由此能以等于或大于最小驱动电压V0的电压值将屏幕全域设定为亮度最小值。实现了该状态，由此能通过调节光学调制器43的平面内的各个位置的输入信号/输出电压性质来降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性。因此，能在维持高对比度比值的同时降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性，从而能获得高质量图像。
此外，对于上述图像显示装置2的调节方法，将光学补偿元件42的例如光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差设定成以施加到光学调制器43的最小驱动电压V0来抵消光学调制器43的具有大相位差的区域的相位差。也就是说，光学补偿元件42的安装位置被调节成这样一种状态，其中以施加到光学调制器43的最小驱动电压V0来使对应于光学调制器43内相位差相对较大的区域的投射图像的亮度变成最小值。因此，能以等于或大于最小驱动电压V0的电压值将光学调制器43的屏幕全域设定为亮度最小值。实现了该状态，由此能通过调节光学调制器43的平面内的各个位置的输入信号/输出电压性质来降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性。因此，能在维持高对比度比值的同时降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性，从而能获得高质量图像，这是有利的。
下面，将参考图11中的示意性构造图来描述本发明的一个实施方式(第三实施方式)的图像显示装置。如图11所示，在图像显示装置3中设置灯31。灯31的发光单元32设置在反射器33的焦点位置。此外，反射器33反射从灯31发出的光，以将之作为大致平行的光而输出。第一积分器透镜34和第二积分器透镜35依次安装在反射器33反射的光的光路上。第一积分器透镜34和第二积分器透镜35使入射到后述的光学调制器43的光的照度均匀化。偏振光束分离器36安装在从第二积分器透镜35发出的光的光路上。偏振光束分离器36用于将入射光转换成处于预定偏振方向的光。聚光透镜37设置在从偏振光束分离器36发出的光的光路上。
分色镜38安装在从聚光透镜37发出的光的光路上。分色镜38将入射光分离成红波长带的光、绿波长带的光和蓝波长带的光。例如，分色镜38透射红波长带的光，而反射绿波长带的光和蓝波长带的光。反射镜39设置在透射的红波长带的光的光路上，而物镜40(40-1)安装在反射镜39反射的光的光路上。入射侧的透射型偏振元件41(41-1)、作为光学调制器43的透射型液晶显示元件43-1、光学补偿元件42(42-1)、发射侧的透射型偏振元件44(44-1)依次安装在透过物镜40(40-1)的光的光路上。
另一方面，分色镜45设置在分色镜38反射的光的光路上。分色镜45透射入射光的蓝波长带的光，而反射绿波长带的光。物镜40(40-2)安装在一个分离的光束(绿波长带的光束)的光路上。入射侧的透射型偏振元件41(41-2)、作为光学调制器43的透射型液晶显示元件43-2、光学补偿元件42(42-2)和发射侧的透射型偏振元件44(44-2)依次安装在透过物镜40(40-2)的光的光路上。
投影透镜46和反射镜47安装在另一分离的光束(蓝波长带的光束)的光路上。中继透镜48和反射镜49安装在反射镜47反射的光的光路上。场镜40(40-3)安装在反射镜49反射的光的光路上。入射侧的透射型偏振元件41(41-3)、作为光学调制器43的透射型液晶显示元件43-3、光学补偿元件42(42-3)和发射侧的透射型偏振元件44(44-3)依次安装在透过物镜40(40-3)的光的光路上。
透射型液晶显示元件43-1用于使红波长带的光受到光学调制。受到透射型液晶显示元件43-1光学调制的光入射到发射侧的透射型偏振元件44(44-1)，并且根据透射型液晶显示元件43-1的调制程度，一部分被透射，而一部分被吸收。颜色合成棱镜50安装在该透射光入射到的位置。透射型液晶显示元件43-2用于使绿波长带的光受到光学调制。受到透射型液晶显示元件43-2光学调制的光入射到发射侧的透射型偏振元件44(44-2)，并且根据透射型液晶显示元件43-2的调制程度，一部分被透射，而一部分被吸收。颜色合成棱镜50安装在该透射光入射到的位置。透射型液晶显示元件43-3用于使蓝波长带的光受到光学调制。受到透射型液晶显示元件43-3光学调制的光入射到发射侧的透射型偏振元件44(44-3)，并且根据透射型液晶显示元件43-3的调制程度，一部分被透射，而一部分被吸收。颜色合成棱镜50安装在该透射光入射到的位置。
颜色合成棱镜50配置成透射绿波长带的光而反射红波长带的光和蓝波长带的光，并用于合成各个颜色的光束。投影透镜51安装在合成光的发射方向上。投影透镜51使入射光放大到预定倍率而发射它。从投影透镜51发出的图像所投射的屏幕(未示出)安装在投影透镜51的发射方向上。
上述各个光学补偿元件42各自安装成这样一种状态，其中当施加比施加到对应于各个光学补偿元件42的光学调制器43的最小驱动电压V0更大的电压时，各个光学调制器43的中心部变成最暗。
例如，设置0IRE时的多个电压值，以对应于光学调制器43的平面内的各个位置。该多个电压值各自变成亮度最小的电压值。
此外，上述图像显示装置3可以是三板式图像显示装置。例如，由三板式图像显示装置的三个透射型液晶元件制成的光学调制器43(43-1、43-2和43-3)分别调制红、绿和蓝通道的光束。然后，至少绿通道的透射型液晶元件43-2包括具有抵消其中生成的相位差的操作的光学补偿元件42-2。光学补偿元件42-2安装成这样一种状态，其中当施加比施加到绿通道透射型液晶显示元件43-2的最小驱动电压V0更大的电压时，对应于绿通道透射型液晶元件43-2的中心部的投射图像变成最暗。
此外，在光学调制器43在其平面内具有相位差分布的情况下，当向光学调制器43施加电压时，电压设定成使对应于光学调制器43的平面内的具有大相位差的区域的投射图像的亮度最暗。
现在，对于显示黑色阶调，将通过采用VA取向的液晶显示元件作为光学调制器43的示例，来描述作为图像显示装置3的透射型液晶显示装置的实施例。
当显示黑色阶调侧时，液晶显示元件的驱动电压变成相对较小的值，因此理想的是偏振元件(入射侧)、液晶显示元件和偏振元件(发射侧)之间的光的偏振状态保持不变。
然而，对于液晶显示元件，为了控制施加电压时液晶的倾斜方向，即使在非电场状态下，也通常向相对光束的入射偏振轴为±45度的方向添加一个微小的倾角(预倾斜)。因此，对于垂直入射到液晶显示元件的光，液晶显示元件用作光轴为45度的细微相位差元件。因此，一般而言，采用光学补偿元件作为抵消该细微相位差的光学元件。
将参考图12的鲍英卡勒球来描述图像显示装置3的光学补偿元件42的作用的示例。如图12所示，一旦透过光学调制器43(例如透射型液晶调制器)的光束入射到光学补偿元件42后，光束受到相位超前轴和相位差的影响而变成图中的偏振状态A，即顺时针椭圆偏振状态。理想地，采用上述设计的光学补偿元件42，由此即使在考虑光学调制器43的细微相位差的同时，也能将光束变成线偏振状态。此外，在发射侧设置在该偏振方向上具有吸收轴的发射侧透射型偏振元件44，由此能防止不需要的漏光。
然而，实际上，由于在一些情况下的光学调制器43的液晶元件的取向的不均匀性、单元间隙的不均匀性、制造工艺的不均匀性等等，即使在光学调制器43的液晶平面内也发生非常细微的相位差的不均匀性，这时，发生以下现象。
让我们假定，对于光学调制器43的中心即对于屏幕中心的相位差，平面内分布有大相位差区域和小相位差区域。在该状态下，在将光学补偿元件42的光轴和相位差设定成以最小驱动电压V0来抵消光学调制器43中心的相位差的情况下，光束的偏振状态如上所述那样经由A和B而返回线偏振状态。
然而，对于大相位差区域，光束的偏振状态从Ab变成Bb，而对于小相位差区域，光束的偏振状态从Aa变成Ba，因此两者均不返回原始的线偏振状态，而变成具有椭圆成分的偏振状态。在该情况下，光束从透射型偏振元件44(发射侧)漏到投影透镜47侧，因此尽管是黑色状态，在屏幕上也发生亮度的不均匀性。此外，在RGB各个颜色被合成的情况下，发生色度的不均匀性。
作为降低平面内亮度的不均匀性的技术，可以设想一种用于改变光学调制器43的平面内的相位差分布即各个平面内的外加电压的方法(所谓的3Dγ方法)。例如，将屏幕区域分成一百个左右的区域，并给予每个区域单独的输入信号/输出信号性质，从而能实现没有亮度和色度不均匀性的均匀图像。然而，对于黑色侧的阶调并非一定要采用该方法。
举例来说，在如图12所述那样设置光学补偿元件的情况下，将参考图3来描述屏幕中心、大相位差区域和小相位差区域的相位差之间的电压/亮度性质。
如图3所示，光学补偿元件42设定成以最小驱动电压V0来抵消屏幕中心的相位差，因此屏幕中心的亮度以电压V0来变成最小值，而小相位差区域的亮度以满足V＞V0的电压来变成亮度最小值。请注意，这时的V值取决于各个元件的性质，例如光学调制器43的相位差的差异、光学补偿元件42的相位超前轴角度和相位差等。另一方面，对于大相位差区域，对于V0或更大的电压，不存在亮度最小值，亮度随着电压的施加而增加。
将参考图12进行相似描述。对于处于偏振状态Ba的小相位差区域，通过向光学调制器43施加电压能使偏振状态Ba返回偏振状态B。然而，对于处于偏振状态Bb的大相位差区域，即使向光学调制器43施加电压，偏振状态Bb也不返回偏振状态B。因此，当尝试使屏幕内的亮度均匀化时，必须对大相位差区域的最低亮度进行协调。在该情况下，如从图3可知，不是以屏幕中心的驱动电压V0处的亮度L0而是以大相位差区域的驱动电压V0处的亮度L1来协调亮度，从而存在降低对比度的大不利。
为此目的，对于本发明，将光学补偿元件42的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差调节成以最小驱动电压V0来抵消光学调制器43的相位差相对较大的区域的相位差。下面将描述对于图像显示装置3的第一设定方法的一个例子。
将按以下方式进行对于图像显示装置3的第一设定方法。也就是说，如图4A所示，以驱动电压V0经由投影透镜47将图像投射于光学调制器43(例如液晶显示元件)的整个区域上。如图4B所示，一旦光学补偿元件42在该状态下被旋转，则光学补偿元件42的相位超前轴改变。在光学调制器43的平面内相位差分布均匀的情况下，屏幕全域的亮度在一个特定位置变成最小，因此光学补偿元件42的相位超前轴应该设定在该位置。然而，在光学调制器43的平面内存在不均匀相位差的情况下，通过旋转光学补偿元件42所投射的图像的亮度变成最小的旋转角取决于图像内的位置。
例如，让我们假定，在图4A中，对于投射图像的中心区域5，区域1的相位差较大，而区域3的相位差较小。这时，如果我们假定光学补偿元件42的旋转位置已被调节成使中心区域5的亮度变成最小，则为了使区域1的亮度最小化，应该将旋转位置朝方向a移动，而为了使区域3的亮度最小化，则应该将旋转位置朝方向b移动。
也就是说，如果我们假定使各个区域1-9的亮度最小化的光学补偿元件42的旋转角θ1-θ9的最大值为θMAX，并且如果我们设定图4B中θ＝θMAX，则从而能抵消相位差最大的区域的相位差。理想地，应该尽可能抵消光学调制器43的相位差最大的区域的相位差。然而，这并不是必要的，更合适地，决心抵消相位差相对较大的区域，由此能获得具有少量不均匀性的均匀图像。此外，对于本例，图像区域被分成9个，但是也可分成任意适当的数量，无论是5个还是100个，即分割数量应该取决于与所需性能的平衡。此外，对于本例，当搜索相位差相对较大的区域时，是在旋转光学补偿元件42的同时观察投射图像。例如，在光学调制器43所特有的相位差分布为已知的情况下，并且例如，在已知区域1和9之间的相位差大的情况下，应该调节光学补偿元件42，以降低这些区域的亮度。
下面，将描述第二设定方法的一个例子。第二设定方法按以下方式执行。也就是说，如图5A所示，对于光学调制器43的平面内的相位差分布，在以下情况下：
(1)屏幕的某个区域的相位差例如图5A中区域5的相位差相对小于其它区域的相位差，或
(2)已知屏幕的某个区域的相位差与其它区域的相位差相比为中心程度，
存在以下调节方法。
例如，让我们假定某个光学调制器43具有以下特定相位差分布。例如，让我们假定区域1的相位差大，区域7的相位差小，而区域5的相位差约为区域1和区域7的平均值。这种相位差分布可能因光学调制器43的工艺原因等原因而发生。在该情况下，对于光学调制器43的最小驱动电压从V0设定到V1(＞V0)，并经由投影透镜48投射图像。在该状态下，旋转并固定光学补偿元件42，以使区域5的亮度变成最小。
在如此设定了光学补偿元件42的位置的情况下，如图5B所示，区域5具有如下亮度/驱动电压性质，其中亮度像中心那样在电压V1处变成最小。相反地，对于相位差较大的区域1，类似于大相位差区域，使亮度最小化的电压变成小于V1，而对于相位差较小的区域7，类似于小相位差区域，使亮度最小化的电压变成大于V1。现在，如果我们假定驱动电压V1被设定成使相位差较大的区域7在驱动电压V0附近变成邻近亮度最小值，则从而能将驱动电压设定成使具有大相位差的区域在驱动电压V0附近变成亮度最小值。
根据上述调节，具有大相位差的区域的最小驱动电压能设定为V0。该方法的有利之处在于，在光学调制器43具有特定相位差分布的情况下，只通过观察屏幕内的一个点就可调节光学补偿元件42。相似地，即使在屏幕的某个区域(例如区域5)的相位差与其它区域的相位差相比相对较小的情况下，将光学补偿元件42设定成使区域5在电压V1处变成亮度最小值，并且还将电压V1设定成使其它区域在电压V0附近变成亮度最小值，由此能执行相同的调节方法。
按如上所述那样进行设定，由此能如图13所示那样表示偏振状态，并能如图7所示那样表示低压侧的电压/亮度性质。如图7所示，参考电压/亮度性质后，将光学补偿元件42的相位超前轴和相位差设定成对于最小驱动电压V0来抵消大相位差区域的相位差，由此大相位差区域在V0处变成亮度最小值。
另一方面，屏幕中心和小相位差区域的亮度最小值变成V0或更大，因此向例如0IRE(IRE：表示视频信号的振幅的单位，美国无线电学会)时的输出电压加入电调节，例如对于大相位差区域为V0[V]、对于屏幕中心为V1[V]而对于小相位差区域为V2[V]，由此能以少量不均匀的亮度和色度获得具有高对比度比值的高质量图像。
参考图13，将上述关系描述为鲍英卡勒球上的偏振状态。如图1 3所示，对于大相位差区域，将光学补偿元件42的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)的角度和相位差设定成获得作为入射到透射型偏振元件44(发射侧)前的偏振的线偏振。根据这种设定，即使偏振状态由于屏幕中心而变成状态B或由于小相位差区域而变成状态Ba，也能通过向液晶施加电压而将两者变成偏振状态Bb，从而能对于屏幕全域实现没有偏振杂乱的状态。
对于上述图像显示装置3，光学补偿元件42设定成以施加到光学调制器43的最小驱动电压V0来抵消光学调制器43的具有大相位差的区域的相位差。例如，设定光学补偿元件42的光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差。因此，对于光学补偿元件42，光学调制器43内相位差相对较大的区域的亮度以施加到光学调制器43的最小驱动电压V0来变成最小值，由此能以等于或大于最小驱动电压V0的电压值将屏幕全域设定为亮度最小值。实现了该状态，由此能通过调节光学调制器43的平面内的各个位置的输入信号/输出电压性质来降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性。因此，能在维持高对比度比值的同时降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性，从而能获得高质量图像。
此外，对于上述图像显示装置3的调节方法，将光学补偿元件43的例如光轴(相位超前轴、相位延迟轴)和相位差设定成以施加到光学调制器43的最小驱动电压V0来抵消光学调制器43的具有大相位差的区域的相位差。也就是说，光学补偿元件42的安装位置被调节成这样一种状态，其中以施加到光学调制器43的最小驱动电压V0来使光学调制器43内相位差相对较大的区域的亮度变成最小值。因此，能以等于或大于最小驱动电压V0的电压值将光学调制器43的屏幕全域设定为亮度最小值。实现了该状态，由此能通过调节光学调制器43的平面内的各个位置的输入信号/输出电压性质来降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性。因此，能在维持高对比度比值的同时降低亮度的不均匀性和色度的不均匀性，从而能获得高质量图像，这是有利的。
对于上述各例，采用了VA取向(垂直取向)的液晶显示元件作为光学调制器43。然而，本发明并不局限于此，相应地，还可采用其它方法的液晶显示元件，例如TN取向(twist nematic orientation：扭曲向列型取向)、IPS(In Plane Switching：面内切换)取向(常规TFT在被玻璃基底夹持的液晶的厚度方向上施加电压，而IPS方法在基底的平面方向上施加电压)、扭曲VA取向、OCB(optically compensated birefringence：光学补偿双折射)取向(用于液晶板的广视野角度技术之一，最大特征是响应速度大约为5ms。一个特性是液晶元件表现出被称作“弯曲取向”的弧形状态的取向，并且一旦施加电压后，液晶元件就以高速操作)、等等。
此外，对于上述各例，在鲍英卡勒球上示出的是作为光学补偿元件42的光轴为0-45度(假定偏振轴为0度，而液晶的光轴为45度)的情况下的例子。然而，本发明并不局限于此，相应地，还可采用以液晶来抵消相位差的所有方法的光学补偿板。
对于上述各例，针对三板式光学系统进行了描述，但是也可采用使用单板的图像显示装置。可采用超高压(UHP)灯、发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等作为上述各例的光源11。
对于上述示例，描述了三板式照射装置，但是并未区分RGB的各个通道。可对于所有这些板满足光学调制器(液晶显示元件)23、43和光学补偿元件22、42之间的关系，在一些情况下也可对于仅仅一个通道满足上述关系。在满足仅仅一个通道的情况下，考虑到可见度性质、对亮度的影响、对对比度的影响等等，希望选择绿通道(Gch)。对于上述示例，采用了用于三个片(RGB)的光学调制器(液晶元件)。然而，本发明并不局限于此，相应地，还可采用由一片液晶制成的单板式、双片式或者多片式。
本申请包含2008年6月13日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-154864所涉及的主题，其全部内容通过引用并入本文。
本领域的技术人员应该了解，在权利要求或其等同方案的范围内，可以根据设计要求以及其它因素做出多种修改、组合、子组合和变更。

Claims (11)

1.一种图像显示装置，包括：
光学调制器；和
配置成抵消所述光学调制器内生成的相位差的光学补偿元件；
其中，所述光学补偿元件安装成这样一种状态，其中对应于所述光学调制器内相位差相对较大的区域的投射图像的亮度在施加到所述光学调制器的最小驱动电压处变成最小值。
2.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，在0IRE时设置多个电压值，以对应于所述光学调制器的平面内的各个位置。
3.如权利要求2所述的图像显示装置，其中，所述多个电压值的每一个是亮度最小的电压值。
4.如权利要求1所述的图像显示装置，其中：
所述图像显示装置是三板式图像显示装置；
由所述三板式图像显示装置的三个液晶显示元件制成的光学调制器分别调制红、绿和蓝通道的光束；
至少绿通道光学调制器包括具有抵消所述绿通道光学调制器内生成的相位差的操作的光学补偿元件；并且
所述光学补偿元件安装成这样一种状态，其中对应于所述绿通道光学调制器内相位差相对较大的区域的投射图像的亮度在施加到所述绿通道光学调制器的最小驱动电压处变成最小值。
5.一种用于图像显示装置的调节方法，其中，
所述图像显示装置包括：
光学调制器；和
配置成抵消所述光学调制器内生成的相位差的光学补偿元件；
所述调节方法包括以下步骤：
将所述光学补偿元件的安装位置调节成这样一种状态，其中对应于所述光学调制器内相位差相对较大的区域的投射图像的亮度在施加到所述光学调制器的最小驱动电压处变成最小值。
6.一种图像显示装置，包括：
光学调制器；和
配置成抵消所述光学调制器内生成的相位差的光学补偿元件；
其中，所述光学补偿元件安装成这样一种状态，其中在施加大于施加到所述光学调制器的最小驱动电压的电压时，对应于所述光学调制器的中心部的投射图像变成最暗。
7.如权利要求6所述的图像显示装置，其中，在0IRE时设置多个电压值，以对应于所述光学调制器的平面内的各个位置。
8.如权利要求7所述的图像显示装置，其中，所述多个电压值的每一个是亮度最小的电压值。
9.如权利要求6所述的图像显示装置，其中：
所述图像显示装置是三板式图像显示装置；
由所述三板式图像显示装置的三个液晶显示元件制成的光学调制器分别调制红、绿和蓝通道的光束；
至少绿通道光学调制器包括具有抵消所述绿通道光学调制器内生成的相位差的操作的光学补偿元件；并且
所述光学补偿元件安装成这样一种状态，其中在施加大于施加到所述绿通道光学调制器的最小驱动电压的电压时，对应于所述绿通道光学调制器的中心部的投射图像变成最暗。
10.如权利要求6所述的图像显示装置，其中，
所述光学调制器在其平面内具有相位差分布；并且
设定这样一种电压，该电压使对应于所述光学调制器的平面内的具有大相位差的区域的投射图像的亮度在向所述光学调制器施加所述电压时变成最暗。
11.一种用于图像显示装置的调节方法，
所述图像显示装置包括：
光学调制器；和
配置成抵消所述光学调制器内生成的相位差的光学补偿元件；
所述方法包括以下步骤：
将所述光学补偿元件的安装位置调节成这样一种状态，其中在施加大于施加到所述光学调制器的最小驱动电压的电压时，对应于所述光学调制器的中心部的投射图像变成最暗。
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