200529662 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種裝置，此由調變自光源通過多個光 調變元件之光顯示一影像，且更明確言之，係有關宜用以 達成亮度動態範圍及濃淡度數之放大之光學顯示裝置及投 影式顯示裝置。 本申請書申請於2003年十二月24日提出之日本專利 P 申請第2003 -427208號，於2004年二月2日提出之日本 專利申請書2004-2 99285號，及於2004年十月13日提出 之日本專利申請書2004-2992 8 5號之優先權，此等列作參 考0 【先前技術】 近年來已在液晶顯示器（LCD ) ，EL，電漿顯示器， 陰極射線管（CRT )，投影機，及其光學顯示裝置方面有 急激進步，及達成有關解像度及色領域之性能，此幾乎比 匹與人類視覺特性。然而，亮度動態範圍之苒生範圍最佳 約爲1至1〇2臬，同時濃淡度數普通爲8數元。另一方 面，可由人類視覺即時辨認之亮度動態範圍約爲1 (Γ2至 1(Γ4臬，同時亮度區別能力約爲0.2臬，及當此變換爲濃 淡度數時，據稱等於1 2臬。當以此等視覺特性衡量目前 光學顯示裝置之顯示影像時，亮動態範圍明顯狹窄，且由 於缺乏蔭蔽及明亮區之濃淡度，所顯示之影像似乎缺乏真 實性及感動感。 -5- 200529662 (2) 而且，在電影及電視遊戲中所用之電腦圖畫（CG )方 面，高漲之趨勢在追求更大之描繪真實性，具有接近人類 視覺之亮度動態範圍及濃淡度數，以顯示資料（稱爲高動 態圍（HDR )顯示資料）。然而，由於缺乏顯示該資料之 光學顯示裝置之性能，故有一問題，其中，CG影像不能 充分展示其固有之表達能力。 而且，預定使用1 6數元之色空間於次一代之操作系 統（〇 S )中，導致較之現8數元之色空間大爲增加亮度動 態範圍及濃淡度數。結果，需達成能利用1 6數元色空間 之光學顯示裝置。 在光學顯示裝置中，液晶投影機，數位光處理 (DLP，TI公司之商標）投影機，及其他投影式顯示裝置 能作大螢幕顯示，且在顯示影像之再生真實性及感動性上 爲有效之裝置。在此方面，已提出以下建議，以解決上述 問題。 高動態範圍投影式顯示裝置之技術發表於例如參考文 件1 (日本未審專利申請案第一公報200 1 - 1 0068 9號）。 此顯示裝置設有一光源’一調變光之整個波長區之亮度之 第二光調變元件’及一調變光之波長區內之紅’綠，及藍 (RGB )三原色之每一波長區之亮度的第一光調變元件。 在此裝置中，來自光源之光由第二光調變元件調變形成所 需之亮度分佈’該光影像然後形成於第一光調變元件之像 素表面上，以調變色，其後，投射第二調變之光。根據由 HDR顯示資料分別決定之第一控制値及第二控制値，個別 200529662 (3) 控制第二光調變兀件及第一光調變元件之每一像素。光調 變元件具有一像素結構或節段結構，此可獨立控制傳輸因 數，並使用發射調變元件，此等能控制傳輸因數之二維分 佈。其一典型之例爲液晶光泡。而且，可使用反射性調變 元件取代透射性調變元件，及其一典型之例爲數位微鏡裝 置（DMD)。 以下考慮使用具有暗顯示傳輸因數0 · 2 %及亮顯示傳 輸因數60%之光調變元件之情形。在單獨光調變元件之情 形，亮度動態範圍爲60/0.2 = 3 00。由於上述先行技藝之投 影式顯示裝置等於光學安排具有亮度動態範圍3 00連串之 光調變元件，故可達成 300x300 = 90,000之亮度動態範 圍。而且，由於該方法對濃淡度數亦有效，故可由光學安 排具有8位元連串之濃淡度之光調變元件獲得超過8位元 之濃淡度數。 然而，雖需增加第二光調變元件中之分離數（解析 度），以減少不平坦，但由於大量之光學元件安排於第二 光調變元件及第一光調變元件之間，故有難以精確發射具 有所需光強度分佈之之照射光至第一光調變元件之問題。 而且，在安排由液晶光閥，DMD等所構成之第一及 第二光調變元件中，第一及第二光調變元件間有相當大之 距離，故與第二光調變裝置中之亮度之每一調變之像素相 對應之調變光之像差結果在該光到達與第一光調變元件相 當之像素之階段與上述距離成比例增加。故此’雖已考慮 方法，其中，由與例如由上述距離所引起之像差相對應增 200529662 (4) 加第二光調變元件之每一像素’可轉移像差之量，但當使 用此方法時，有不可避免增加第一光調變元件之大小之問 題。另一方面，雖已有提出一方法’此由置一光學元件於 第一及第二光調變元件之間，改正上述像差，但此有引起 由於不可避免增加照射光學系統之複雜性及使用昂貴之光 學元件造成增加裝置成本之問題。 而且，由於在光分離爲紅，綠，及藍三原色後，每一 B 分離之光之照射光路徑之光學長度與對某單色之分離光之 其他二色之分離光不同’故在分離光之間由於光路徑長度 差引起發生亮度不同。此亮度不同導致分離光之合成後光 影像中色流失，色擴散等。 故此，在注意尙待解決之先行技藝之上述問題中，本 發明之目的在提供一種光學顯示裝置及投影式顯示裝置， 此等宜於達成照射光之高度精確傳輸，擴大亮度動態範 圍，及提高顯示影像之影像品質，同時亦可減小整個裝置 φ 體積。 【發明內容】 爲達成上述目的，本發明之第一方面之光學顯示裝置 由根據顯示影像資料，調變來自光源之光，顯示一影像， 包含：多個第一光調變元件，此等控製來自光源之光之光 傳播特性；一光合成單元，此合成來自每一第一光調變元 件之光；一第二光調變元件，此控制由光合成單元所合成 之合成光之傳播特性；及至少一中繼元件，此發射在第一 -8 - 200529662 (5) 光調變元件上所形成之光影像至第二光調變元件。 在此構造之情形中，來自光源之光之光傳播特性可由 多個第一光調變元件控制，來自每一第一光調變元件之光 可由光合成單元合成，由光合成單元合成之合成光之光傳 播特性可由第二光調變元件控制，及形成於第一光調變元 件上之光影像可由至少一中繼元件發送至第二光調變元 件。 g 如此，由於來自光源之光經由第一及第二光調變元件 調變，故獲得一效果，由此達成較高之亮度動態範圍及濃 淡度數。 而且，由於第二光調變元件設置於光合成單元之後級 中，具有一中繼元件置於其間，故二者間之距離可縮短， 從而可減小在合成光之傳輸期間中之光像差。換言之，由 於來自光合成單元之合成光可在相當高之精確度上傳輸至 第二光調變兀件，故獲得一效果，由此，可較之先行技藝 φ 提高精確度，在此，合成光形成一影像於第二光調變元件 上。 在此，光傳播特性指對傳播光有影響之特性，例如， 此包含光傳輸因數，反射因數，折射率，及其他傳播特 性。此同樣適用於以後本發明之第三方面之光學顯示裝 置。 而且，可使用任何媒體作爲光源，只要此爲產生光之 媒體，其例包括以燈之方式裝於光學系統中之光源，或外 部光源，諸如日光，或內部光。此同樣適用於以後本發明 200529662 (6) 之第三方面之光學顯示裝置。 而且，可使用與紅，綠，及藍光三原色相對應之三光 源，或可使用一本身發射白光的單個光源。然而，在使用 產生白光之一光源之情形，需要一光分離單元，此分離白 光爲二原色’以達成影不影像之色。此同樣適用於以後本 發明之第三方面之光學顯示裝置中。 而且，中繼元件可爲一透射性光學元件（例如透鏡） ϋ 或反射性光學元件（例如鏡）。 而且，本發明之第二方面之光學顯示裝置爲本發明之 第一方面之光學顯示裝置，其中，包含中繼元件之一中繼 光學系統具有雙邊遠心性。 在此構造之情形，能可靠地使形成於第二光調變元件 之像素表面上之影像之亮度，色調，對比等均勻，從而使 影像顯示品質滿意。 而且，由於使用上述構造之結果，可使有關第二光調 φ 變元件之安排位置在光軸方向中之容差範圍較寬，從而簡 化設計及構造及減少生產成本。 另一方面，爲達成上述目的，本發明之第三方面之光 學顯示裝置由根據顯示影像資料調變來自光源之光來顯示 一影像，包含：一光分離單元，此分離來自光源之光爲多 個不同之特定波長區之光；多個第一光調變元件，此分別 控制來自光分離單元之分離光之光傳播特性；一光合成單 元，此合成來自多個第一光調變元件之光；一第二光調變 元件，此控制由光合成單元合成之合成光之光傳播特性； -10- 200529662 (7) 及至少一中繼元件，此發射形成於第一光調變元件上之光 影像至第二光調變元件。 在此構造之情形中，來自光源之光可由一光分離單元 分離爲其波長組成份中之多個不同之特定波長區之光，可 由多個第一光調變元件對該光之每一特定波長區控制來自 光分離單元之多個不同特定波長區之光之光傳播特性，可 由光合成單元合成多個特定波長區之光（其光傳播特性已 B 加控制），可由第二光調變元件控制由光合成單元合成之 合成光之光傳播特性，及形成於第一光調變元件上之光影 像可由至少一中繼元件發送至第二光調變元件。 如此，由於來自光源之光可經由第一及第二光調變元 件調變，故獲得一效果，由此可達成較高之亮度動態範圍 及濃淡度數。 而且，由於第二光調變元件設置於光合成單元之後級 中，具有一中繼元件置於其間，故二者間之距離可縮短， φ 從而可減小在合成光之傳輸期間中之光像差。換言之，由 於來自光合成單元之合成光可在相當高之精確度上傳輸至 第二光調變元件，故獲得一效果，由此，可較之先行技藝 提高精確度，在此，合成光形成一影像於第二光調變元件 上。 而且，中繼元件可爲一透射性光學元件（例如透鏡） 或反射性光學元件（例如鏡）。 而且，本發明之第四方面之光學顯示裝置爲本發明之 第三方面之光學顯示裝置，其中，包含中繼元件之一中繼 -11 - 200529662 (8) 光學系統具有雙邊遠心性。 在此構造之情形，能可靠地使形成於第二光調變元件 之像素表面上之影像之亮度，色調，對比等均勻，從而使 影像顯不：品質滿意。 而且，由於使用上述構造之結果，可使有關第二光調 變元件之安排位置在光軸方向中之容差範圍較寬，從而簡 化設計及構造及減少生產成本。 g 而且，本發明之第五方面之光學顯示裝置爲本發明之 第三方面之光學顯示裝置，其中，光分離單元具有一入射 表面，光自光源進入其中，及多個出射表面，分解之光自 此射出；光合成單元具有多個入射表面與光分離單元之出 射表面相對應，及一出射表面，合成之光自此射出，及聯 同設置一光傳輸單元，俾自光分離單元之出射表面發射之 分離光發射至與光分離單元之每一出射表面相對應之光合 成單元之入射表面，及分解光之光路徑長度等於或近乎等 φ 於其他分解光之光路徑長度，第一光調變元件安排於光分 離單元之出射表面，及與出射表面相對應之光合成單元之 入射表面之每一光路徑上。 在此構造之情形中，自光分離單元發射之每一分解光 可由光傳輸單元發射通過每一第一光調變元件至光合成單 元之每一對應之入射表面，俾每一分解光之光路徑長度等 於或近乎等於其他分解光之光路徑長度。 如此，由於自光分離單元至光合成單元之多個特定波 長區之光之光路徑長度相等或近乎相等’故自多個第一光 -12- 200529662 Ο) 調變元件發射至第二光調變元件之每一特定波長區之光之 間之亮度差可在色光中減小，從而導致獲得一效果，由 此’減少發射光影像之色漏失，色擴散等，以及改善影像 品質。 而且，本發明之第六方面之光學顯示裝置爲本發明之 第五方面之光學顯示裝置，其中，光分離單元由一稜鏡構 成，具有一多面形狀，包含第一至第四側面，且其中構製 p —薄膜，此反射或透射特定波長區之光，以分離來自光源 且已自第一側面進入之光爲三不同特定波長區，並自第二 至第四側面發射分離之光，光合成單元由一稜鏡構成，具 有一多面形狀，包含第一至第四側面，其中構製一薄膜， 此反射或透射特定波長區之光，以合成已自第二至第四側 面進入之光，且自第一側面發射合成之光，並設有光傳輸 單元，以發射自光分離單元之第二至第四側面分別發射之 分解之光至光合成單元之第二至第四側面，且俾分解之光 φ 之三特定波長區之光路徑長度各相等或近乎相等。 在此實施例之情形，自光分離單元之第二至第四側面 分別發射之分離光由光傳輸單元傳輸至光合成單元之第二 至第四側面，俾分解光之三特定波長區之光路徑長度相等 或近乎相等。 如此，由於自光分離單元至光合成單元之多個特定波 長區之光之光路徑長度相等或近乎相等，故自多個第一光 調變元件發射至第二光調變元件之每一特定波長區之光之 間之亮度差可在色光中減小，從而導致獲得一效果，由 -13- 200529662 (10) 此，減少所發射之光影像之色漏失，色擴散等，並可提高 影像品質。 然而，本發明之第七方面之光學顯示裝置爲本發明之 第五方面之光學顯示裝置，其中，光分離單元及光合成單 元由橫二色鏡構成，其中，二色鏡構造具有X形橫斷面。 在此構造之情形中，由於光分離單元及光合成單元由 二色鏡構成，故獲得一效果，由此可構成相當低廉之光分 JI 離單元及光合成單元。 本發明之第八方面之光學顯示裝置爲本發明之第五方 面之光學顯示裝置，其中，光分離單元及光合成單元整合 構成。 在此構造之情形，由於光分離單元及光合成單元之生 產程序之步驟數減少，故獲得一效果，由此，可較低廉製 造光分離單元及光合成單元。 而且，本發明之第九方面之光學顯示裝置爲本發明之 φ 第一方面之光學顯示裝置，其中，第一收歛透鏡設置於每 一第一光調變元件及光合成單元之間。 在此構造之情形中，由此，可由第一收歛透鏡提高每 一特定波長區之光進入中繼元件之效率。 換言之，第一收歛透鏡具有收歛入射光之功能。 而且，本發明之第十方面之光學顯示裝置爲本發明之 第九方面之光學顯示裝置，其中，提供對光之每一特定波 長區具有各別不同特性之收歛透鏡作爲第一收歛透鏡。 在此構造之情形中，獲得一效果，由此，可由分別設 -14- 200529662 (11) 置具有適於依據每一特定波長區之光之性質，提高光進入 中繼元件之效率之性質之第一收歛透鏡，提高每一特定波 長區之光之發射精確度。 在此，第一收歛透鏡之性質包含透鏡形狀，材料，曲 度，及折射率。 而且，本發明之第十一方面之光學顯示裝置爲本發明 之第一方面之光學顯示裝置，其中，一第二收歛透鏡設置 P 於中繼元件及第二光調變元件之間。 在此構造之情形，可調整自中繼元件進入第二光調變 元件之合成光之入射角度之分佈至適當之角度分佈。 換言之，第二收歛透鏡具有調整已進入透鏡中之光之 輻射角度之分佈之功能。 而且，本發明之第十二方面之光學顯示裝置爲本發明 之第一方面之光學顯示裝置，其中，使與每一特定波長區 之光相對應之第一光調變元件及第二光調變元件間之距離 Φ 對每一特定波長區之光不同。 在此構造之情形，由調整每一特定波長區之光之第一 光調變元件及第二光調變元件間之距離，可調整例如焦點 之位置。如此，獲得一效果，由此，可容易改正放大之光 像差，諸如色像差。 而且，本發明之第十三方面之光學顯示裝置爲本發明 之第一方面之光學顯示裝置，其中，設置至少一非球面透 鏡於光路徑中，在第一光調變元件外。 在此構造之情形，可由非球面透鏡改正每一發射光之 -15- 200529662 (12) 焦點之位置之移動，從而獲得一效果，由此，可提高光之 影像形成之精確度。 而且，本發明之第十四方面之光學顯示裝置爲本發明 之第一方面之光學顯示裝置，其中，設置至少一消色差透 鏡於光路徑中，在第一光調變元件外。 在此構造之情形，每一發射光之焦點之位置之移動可 由消色差透鏡改正’從而獲得一^效果，由此’可提局光之 B 影像成形精確度。 在此，消色差透鏡指一透鏡，包含疊合具有不同折射 率及色散性之二透鏡（凸透鏡及凹透鏡），此改正例如二 色（正常爲紅及藍）之焦點之位置之移動。換言之，由於 此光具有依波長而定之不同折射率之性質，故已通過一單 個透鏡之可見光例如形成一影像，其中，具有較短波長之 藍光出現於前及紅光出現於後（稱”軸向色像差”），導致 影像之色流失。換言之，一消色透鏡宜用於抑制此色流 φ 失。當然，即使設於第一光調變元件外之光路徑中之透鏡 爲由三或四透鏡組成之群透鏡，可獲得與消色透鏡或非球 面透鏡同樣之效果。 而且，本發明之第十五方面之光學顯示裝置爲本發明 之第一方面之光學顯示裝置，其中，第二光調變元件具有 顯示解像度高於第一光調變元件之顯示解像度。 在此構造之情形，由於在自第一光調變元件傳輸光至 第二光調變元件中不再需要設定一高調變轉移函數 (MTF )，故獲得一效果，由此，第一光調變元件及第二 -16- 200529662 (13) 光調變元件間之光學元件之成本可降低。而且，由於多個 第一光調變元件具有較第二光調變兀件爲低之解像度。故 第一光調變元件可製成較之第二光調變元件爲小，從而可 獲得依此降低成本之效果。 而且，本發明之第十六方面之光學顯示裝置爲本發明 之第一方面之光學顯示裝置，其中，第一光調變元件具有 顯示解像度高於第二光調變元件之顯示解像度。 _ 在此構造之情形，由於在產生與每一光調變元件相對 應之顯示影像資料之期間中，由於與具有較第二光調變元 件爲高之顯示解像度之第一光調變元件之解像度相對應製 備之顯示影像資料僅需要依據第一光調變元件之顯示解像 度作一回合之影像處理，故獲得一效果，由此，容易產生 顯示影像資料。換言之，如第二光調變元件之顯示解像度 高於第一光調變元件，則多個第一光調變元件需要多個回 合之影像處理。而且，在應用本發明於投影式顯示裝置， φ 諸如投影機之情形，由於第二光調變元件之顯示解像度低 於第一光調變元件，故其尺寸可製成小於第一光調變元 件，且由於投影透鏡及其他投影單元可製成對應較小，故 獲得降低成本之效果。 而且，本發明之第十七方面之光學顯示裝置爲本發明 之第一方面之光學顯示裝置，其中，第一光調變元件之顯 示表面（影像顯示區）之尺寸大於第二光調變元件之顯示 表面（影像顯示區）之尺寸。 在此構造之情形，在例如應用液晶光閥爲第一及第二 -17- 200529662 (14) 光調變元件之情形，由液晶光閥中之多個像素所組成之顯 示表面之尺寸之大小關係變爲’’第一光調變元件之顯示表 面> 第二光調變元件之顯示表面”，從而使第二光調變元件 能製成較第一光調變元件小。如此，由於投影透鏡及其他 投影單元可製成較小，與第二光調變元件之減小體積相對 應，故獲得降低成本之效果。而且，當該關係爲”第二光 調變元件之解像度 <第一光調變元件之解像度”時，由第一 φ 及第二光調變元件之顯示表面之上述尺寸關係所導致之構 造較宜。 在此，顯示表面（影像顯示區）不同，視用作光調變 元件之元件而定，且在使用液晶光閥之情形，顯示表面如 以上定義。然而，在使用DMD之情形，顯示表面變爲由 多個微鏡所構成之反射性表面。而且，上述顯示表面之整 個尺寸不同，視像素本身之尺寸及數量而定，上述反射性 表面之尺寸不同，視微鏡之尺寸及數量而定。此同樣適用 φ 於以下所述之本發明之第十八方面之光學顯示裝置。 本發明之第十八方面之光學顯示裝置爲本發明之第一 方面之光學顯示裝置，其中，第二光調變元件中之顯示表 面（影像顯示區）之尺寸大於第一光調變元件之顯示表面 (影像顯示區）之尺寸。 在此構造之情形，在例如應用液晶光閥爲第一及第二 光調變元件之情形，由液晶光閥中之多個像素所組成之顯 示表面之尺寸之大小關係變爲”第二光調變元件之顯示表 面 > 第一光調變元件之顯示表面’’，從而使第一光調變元件 -18- 200529662 (15) 能製成較第二光調變元件爲小。如此，由於第一光調變元 件（當控制紅，綠，及藍（RGB )三原色之色光之傳輸特 性時’需要三個此元件）例如可製成較小，故可依之降低 成本。而且，當該關係爲，，第一光調變元件之解像度 < 第二 光調變兀件之解像度’’時，第一及第二光調變元件之上述 尺寸關係較宜。 另一方面，爲達成上述目的，本發明之第十九方面之 φ 投影式顯示裝置設有本發明之第一方面之一光學顯示裝 置’及投射自該光學顯示裝置輸出之光之投影單元。 在此構造之情形’獲得一'效果，由此，由上述本發明 之第一方面之光學顯示裝置高度精確形成之光影像可投射 於一螢幕等上，以顯示一影像。 【實施方式】 以下s兌明以附圖爲基礎之本發明之實施例。 [第一實施例] 圖1至16顯示本發明之光學顯示裝置及投影式顯示 裝置之第一實施例。 首先，說明以圖1至3爲基礎之本發明之第一實施例 之投影式顯示裝置之構造。圖1顯示本發明之投影式顯示 裝置1之主要光學組態。圖2顯示二色棱鏡8 0之構造， 及圖3顯示中繼光學系統之一例，此傳輸1 :放大率之光 影像。 -19- 200529662 (16) 如顯示於圖1，投影式顯示裝置1包含一光源1 〇，一 光學積分器20，二色鏡30及35，一反射鏡36，一中繼光 學系統 4 0，平行化透鏡 5 0 B，5 0 G，及 5 0 R，液晶光閥 60B，60G，及 60R，入射方透鏡 70B，70G，及 70R，一 光合成橫二色稜鏡 80，一中繼透鏡 90，一出射方透鏡 95，一液晶光閥100，及一投影透鏡1 10。 光源1 〇由一光源燈1 1構成，包含一光壓水銀燈，氙 p 氣燈，或其他燈，及一反射器1 2，此收歛來自光源之光。 光積分器20包含一第一透鏡列21及第二透鏡列22 ’ 由蠅眼透鏡等構成，，並由分散光源之亮度不均勻，在照 射表面上獲得均勻之照射分佈。 二色鏡3 0具有二色薄膜構製於玻璃基體上，此具有 反射藍及綠光之性質，但容許紅光通過，並反射來自光源 1 〇之白光中所含之藍及綠光，但容許紅光通過。 二色鏡3 5具有二色薄膜構製於玻璃基體上，此具有 Φ 反射綠光，但容許藍光通過。此反射已通過二色鏡30之 綠及藍光中之綠光，並發射其至平行化透鏡5 0 G，但容許 藍光通過，並發射其至中繼光學系統40。 反射鏡3 6反射已通過二色鏡3 0之紅光，並發射其至 平行化透鏡50R。 中繼光學系統40由入射光透鏡41，中繼透鏡42，及 反射鏡4 5及4 6構成。 中繼透鏡42透射在入射方透鏡4 1附近之光（光強度 分佈）至平行化透鏡50B附近，及入射方透鏡41具有容 -20- 200529662 (17) 許光有效進入中繼透鏡42之功能。已進入入射方透鏡4 1 之藍光由此中繼光學系統40發射至在空間上一距離處之 液晶光閥60B，同時幾乎完全維持其強度分佈，且不帶幾 乎任何光損失。 平行化透鏡50B約略平行由反射鏡46所發射之藍 光，並發射其至液晶光閥60B。 平行化透鏡5 0 G約略平行由二色鏡3 5所發射之綠 B 光，並發射其至液晶光閥60G。 平行化透鏡5 0 R約略平行由反射鏡3 6所發射之紅 光，並發射其至液晶光閥60R。 上述三平行化透鏡50B，50G，及50R具有約略平行 進入相對應液晶光閥60B，60G，及60R之每色光之功 能，以縮小入射光之角度分佈，並改善液晶光閥60B， 60G，及60R之顯示特性。 液晶光閥6 0 B具有一構造，其中，可獨立控制傳輸因 φ 素之多個像素安排成矩陣形狀，根據顯示影像資料，光調 變由平行化透鏡5 0B約略平行後進入之藍光，並發射已控 制影像之調變光。 液晶光閥6 0 G具有一構造，其中，可獨立控制傳輸因 素之多個像素安排成矩陣形狀，根據顯示影像資料，光調 變由平行化透鏡5 0B約略平行後進入之綠光，並發射已控 制影像之調變光。 液晶光閥60R具有一構造，其中，可獨立控制傳輸因 素之多個像素安排成矩陣形狀，根據顯示影像資料，光調 -21 - 200529662 (18) 變由平行化透鏡5 OR約略平行後進入之紅光 制影像之調變光。 由於入射方透鏡70B，70G，及70R具 對應液晶色閥60B，60G，及60R調變之每 進入中繼透鏡90，並容許每調變光通過光合 80進入中繼透鏡90之功能。 如顯示於圖2，光合成橫二色稜鏡80 φ 狀，由連合四個三角柱形棱鏡構成，及及一 薄膜8 1及一紅光反射二色薄膜82安排於X 內。已進入之藍光及紅光由相對應之二色薄 透鏡90方。另一方面，已進入其中之綠光 鏡9 0方，從而合成紅，綠，及藍三原色（ 射合成光至中繼透鏡90方。在此，爲降低 於光發射道路上之光合成橫二色稜鏡宜由具 之光學材料（諸如零散射或低散射玻璃）製: φ 中繼透鏡90具有功能，用以精確發射 閥60B’60G，及60R之顯示表面上之三光 分佈）於通過一出射方透鏡9 5後至以後說 1〇〇之顯示表面上三位置處，同時由在中間 橫二色稜鏡8 0合成，且同時近乎完全維持 且不隨帶幾乎任何光損失，並發射合成之光 色稜鏡8 0至出射方透鏡9 5。 出射方透鏡9 5約略平行由中繼透鏡 光’並發射其於液晶光閥1 0 0上。由於安排 :，並發射已控 -有容許由每相 ;色調變光有效 ’成橫二色稜鏡 具有六面體形 藍光反射二色 形橫斷面形狀 膜反射向中繼 可通過中繼透 RGB )，並發 光像差，安排 有低散光程度 造。 形成於液晶光 影像（光強度 明之液晶光閥 位置之光合成 其強度分佈， 自光合成橫二 所引導之合成 於出射方透鏡 -22- 200529662 (19) 9 5之後級中之液晶光閥1 〇 〇及投影透鏡1 1 〇之顯示特性取 決於光之入射角度，故安排出射方透鏡9 5，用以改善顯示 性能及光利用效率，抑制進入其光學元件中之光之角度分 佈之任何散開。如此，視設置於出射方透鏡9 5外之光學 元件而定，可略去出射方透鏡95。 液晶光閥1 00具有一構造，其中，可獨立控制傳輸因 素之多個像素安排成矩陣形狀，根據顯示影像資料，光調 φ 變來自出射方透鏡95之延伸於所有波長區上之合成光， 並發射已控制最後光影像之調變光。 投影透鏡110以彩色顯示在液晶光閥100之顯示表面 上所形成之光影像，投影於未顯示之螢幕上。 在此，液晶光閥60Β，60G，60R，及100爲主動矩陣 式液晶顯示元件，具有一玻璃基體，其中，像素電極，薄 膜電晶體元件，薄膜二極體，及用於驅動此等之其他切換 元件製成矩陣，一玻璃基體，其中，一公共電極構製於其 φ 整個表面上，及ΤΝ液得包夾於其間，具有極化板安排於 其外表面之二側上。此等能依據控制値（所供應之電 壓），由改變傳輸因素，調變通過液晶光閥之光強度。例 如，此等在施加電壓時可在白/亮（發射）階層，或在不 施加電壓時，可在黑/暗（不發射）狀態，及其間之濃淡 度由與特定控制値（施加之電壓）相對應之類比控制控 制。雖液晶光閥60Β，60G，60R，及100在由調變發射光 強度來包涵與調變程度相對應之光影像上相同，但與調變 整個波長區上之光（白光）之後者液晶光閥1 〇〇不同’前 - 23- 200529662 (20) 者液晶光閥60B，60G，及60R之不同在此等調變已由二 色鏡3 0及3 5形態之光分離單元分解之一特定波長區之光 (諸如紅，錄，或藍色光）。故此，爲方便起見，由液晶 光閥6 0 B，6 0 G，及6 0 R執行之光強度調變稱爲色調變， 而由液晶光閥1 〇 〇執行之光強度調變則稱爲亮度調變，以 區別二式。而且，自相似之觀點言之，液晶光閥60B， 60G，及60R可稱爲色調變光閥，而液晶光閥100則可稱 φ 爲亮度調變光閥，以區別二者。輸入至色調變光閥及亮度 調變光閥之控制資料之內容以後詳細述之。而且，在本實 施例中，假定色調變光閥具有較之亮度調變光閥爲高之解 像度，且故此，假定色調變光閥決定顯示解像度（由觀著 者觀看投影式顯示裝置1上之光影像時所感覺之解像 度）。當然，顯示解像度間之關係並不限於此，而是，亦 可使用一機構，其中，亮度調變光閥決定顯示解像度。 其次，說明投影式顯示裝置1之光傳輸之整個流程。 • 來自光源10之白光由二色鏡30及35分離爲紅（R)，綠 (G)，及藍（B)三原色，及然後通過平行透鏡50R及 50G，中繼光學系統40，及平行化透鏡50B，進入液晶光 閥6 0 B，6 0 G，及6 0 R (色調變光閥）。已進入液晶光閥 6 0B ’ 60G，及60R之每色光根據與各別波長區相對應之 外部資料作色調變，並作爲已包涵光影像之調變光發射。 來自液晶光閥60B，60G，及60R之調變光各通過各別入 射方透鏡70B，70G，及70R進入二色稜鏡80，在此合成 爲一單光束，此在通過中繼透鏡90及出射方透鏡95後， -24 - 200529662 (21) 進入液晶光閥1 〇 0。已進入液晶光閥l ο 〇之合成光根據與 整個波長區相對應之外部資料作亮度調變，及然後發射至 投影部份1 1 0，作爲已包涵最後光影像之調變光。在投影 部份1 1 0中，所需之影像由自液晶光閥1 00投射最後合成 光於未顯示之螢幕上顯示。 在投影式顯示裝置1中，使用一種形形態，其中，由 使用由液晶光閥60B，60G，及60R形態之第一光調變元 φ 件製成光影像之調變光，由液晶光閥1 〇〇形態之一第二光 調變元件製成最後顯示影像，並由此二級影像成形程序， 達成製造具有超高濃淡度表示（高亮度動態範圍）之顯示 影像。故此，需精確且以高效率發射由液晶光閥60B， 60G，及60R所製造之光影像於液晶光閥100上。爲達成 此點，有效增加一消色差透鏡或非球面透鏡於由包含入射 方透鏡70B，70G，及70R，中繼透鏡90，及出射方透鏡 95所組成之光傳輸系統中，或供應消色差透鏡及非球面透 φ 鏡於入射方透鏡70B，70G，及70R，中繼透鏡90，及出 射方透鏡95。而且，入射方透鏡70B，70G，及70R之材 料，透鏡曲度，及其他光學特性可個別最佳化。由於使用 此構造之結果，可抑制光影像傳輸過程中發生光像差，並 可達成高度精確及有效傳輸光影像。 而且’在使液晶光閥6 0 B，6 0 G，及6 0 R，及液晶光 閥1 0 0之解像度及尺寸相互相同之情形，由入射方透鏡 70B，70G，及70R，中繼透鏡90，及出射方透鏡95所組 成之真正光學系統應具有1 : 1放大率。在使用具有1 : 1放 -25- 200529662 (22) 大率之中繼光學系統之情形，如顯示於圖3，形成於液晶 光閥60B，60G，及60R上之光影像精確傳輸至液晶光閥 1 00，不改變大小，即使顛倒（1 : 1放大之顛影像之形狀） 亦然。而且，上述中繼光學系統宜具有雙邊遠心性。 在此，圖4顯示具有雙邊遠心性之中繼光學系統之構 造之例。 如顯示於圖4，中繼光學系統爲一相等放大造像透鏡 φ 群，由一前級透鏡群及後級透鏡群對孔徑光攔幾乎對稱安 排所構成。前級透鏡群及後級透鏡群由多個凸透鏡及單個 凹透鏡構成。然而，透鏡之形狀，大小，間隔，數量，遠 心性，放大率，及其他特性可依所需特性適當改變，且不 限於圖4所示之例。 圖5顯示圖4之中繼光學系統之操作原理。 如顯示於圖5，由於等放大造像系統普通用作中繼光 學系統，即使液晶光閥6 0 B，6 0 G，6 0 R，及1 〇 0之像素密 φ 度相同亦然，液晶光閥6 0 B，6 0 G，6 0 R，及液晶光1 〇 〇之 像素可與1 : 1關聯。而且，由於中繼光學系統由大量透鏡 所構成，故像差之改正滿意，及液晶光閥60B，60G，及 60R所形成之亮度分佈可精確傳輸至液晶光閥1〇〇。 圖6A，6B，7A，及7B用以說明遠心性，圖6A及 7A顯示具有雙邊遠心性之中繼光學系統，及圖6B及7B 顯示普通中繼光學系統。 如絲員不於圖6 A ’返七、光學系統指一種光學系統，其 中’由實厚線指示之主光線在物件方（前級光閥方）空間 -26- 200529662 (23) 或影像方（後級光閥方）空間中與光軸平行，且對物件方 (前級光閥方）及影像方（後級光閥方）二者爲遠心，稱 爲雙邊遠心光學系統。在具有雙邊遠心性之中繼光學系統 中’自前級光閥（在此例中爲液晶光閥）發射之主光線自 前級光閥之任何位置幾乎垂直發射，且幾乎垂直進入後級 光閥（此例中爲液晶光閥）。如此’當與自接近光軸之一* 位置（B )發射之光束之發射角度比較時，自遠離前級光 φ 閥之光軸之一位置（A)發射之一光束之發射角度分佈幾 乎相等。 另一方面，如顯示於圖6B，在普通中繼光學系統之 情形，由實厚線指示之主光線具有不同之發射角度，視前 級光閥之存在位置而定，亦因後級光閥之入射角度及入射 位置而不同。如此，當與自接近光軸之一位置（B )發射 之光束之發射角度比較時，自遠離前級光閥之光軸之一位 置（A)發射之一光束之發射角度分佈相當不同。 φ 然而，液晶光閥普通具有目視角度依賴性。即是，對 比特性，亮度特性，頻譜特性等不同，視自液晶光閥發射 之光束之角度而定。如此，在圖6B所示之普通中繼透鏡 之情形，出射光束之發射角度分佈在前級光閥（液晶光 閥）之每一區域中不同，且結果，在後級光閥（液晶光 閥）之螢幕內之顯示影像之亮度，色調，及對比中發生散 佈（不均勻），從而導致可能引起降低投影機之影像顯示 品質。 反之，在具有圖6A所示之雙邊遠心性之中繼光學系 -27- 200529662 (24) 統中，由於前級光閥（液晶光閥）之任何區域之出射光束 具有幾乎相同之發射角度分佈，故在後級光閥（液晶光 閥）之螢幕內之顯示影像之亮度，色調，及對比幾乎均 勻，從而導致投影機之滿意之影像顯示品質。 而且，如顯示於圖7A，在具有雙邊遠心性之中繼光 學系統之情形，即使在後級光閥中在光軸方向中之安排位 置中發生誤差（圖7A之PS卜—PS2)，由於主光線平行 φ 於光軸，故前級光閥之影像之大小難有任何改變，即使可 能發生一些模糊（圖7A中之AL1与AL2)亦然。即是， 即使在後級光閥之安排位置中有一些誤差，由於投影機之 影像顯示品質下降非常小，故生產容差大。 另一方面，如顯示於圖7B，在普通中繼光學系統之 情形，在後級光閥中發生與上述相等之安排誤差（圖7B 中之PS1— PS2 )之情形，由於主光線不平行於光軸，故 前級光閥之影像大小改變，同時發生模糊（AL1<AL2 )， φ 且結果，可能大幅降低像顯示品質。 其次，根據圖8至1 6，詳細說明顯示控制裝置2 0 0之 構造。 圖8爲方塊圖，顯示顯示控制裝置2 0 0之硬體組態。 如顯示於圖8，顯示控制裝置200包含一 CPU170, 此根據控制程式控制算術處理及整個系統；一 ROM 1 72，此 儲存CPU 170之控制程式等於預定區域中；一 RAM 174，用 以儲存自ROM 174讀出之資料等，以及由CPU 170算術處 理過程中所需之算術處理結果；及一 I/F 1 7 8，此斡旋外部 -28- 200529662 (25) 裝置之資料輸入及輸出，且此等相互連接， 轉輸資料之信號線形態之匯流排交換資料。 一光閥驅動裝置1 80驅動亮度調變光 1〇〇 )及色調變光閥（液晶光閥60B，60G， 儲存裝置182儲存資料，表等作爲檔案，及 連接外部網路1 99，此等作爲外部裝置連接3 儲存裝置182儲存HDR顯示資料，用 B 變光閥及色調變光閥。 HDR顯示資料稱影像資料，能達成高亮 此爲普通RGB或其他影像格式所不能達成 値，此指示影像之所有像素之亮度。在本實 一格式於HDR顯示資料，其中，指示一單 綠，及藍之三原色之亮度之像素値以浮動十 儲存。例如，値（1.2，5.4，2.3 )可作爲一 素値儲存。 Φ 在此，以下公式（1 )及（2 )有效，其 資料中所含之像素P之亮度爲Rp，與第一 像素p相對應之一像素之傳輸因數爲T 1， 變元件之像素P相對應之一像素之傳輸因數】
Rp = Tp X Rs ( 1 ) Τρ = Τ1 χ Τ2 x G ( 2 ) 在公式（l )及（2 )中’ Rs代表光源之 同時可由用以 閥（液晶光閥 及 60R)，一 一信號線用以 i I/F178。 以驅動亮度調 度動態範圍， ，並儲存像素 施例中，使用 個像素之紅， 進點値之形態 單個像素之像 中，HDR顯示 光調變元件之 及與第二光調 i T2 ° 亮度，G代表 -29- 200529662 (26) 增益，及二者爲常數。而且，Tp爲光調變率。 而且，用以產生H D R顯示資料之方法之詳細說明包 含於例如已知文件 1中（P.E.Debevec及 J.Malik，”自照 片回復高動態範圍發射圖”，ACM SIGGRAPH97年報， 367-378 頁(1997) ) 〇 而且，儲存裝置1 82儲存一控制値登記表400，其中 登記亮度調變光閥之控制値。 φ 圖9顯示控制値登記表400之資料結構。 如顯示於圖9，登記亮度調變光閥之每一控制値於控 制値之一單個記錄於登記表400中。每一記錄包含登記亮 度調變光閥之控制値之一欄，及登記亮度調變光閥之傳輸 因數之一欄。 在圖9之例中，控制値”0”及傳輸因數”0.003 ”分別登 記於第一記錄中。此指示當控制”0”輸出至亮度調變光閥 時，亮度調變光閥之傳輸因數變爲〇. 3 %。而且，雖圖9 φ 顯示亮度調變光閥之濃淡度數爲4數元（0至1 5之値）情 形之一例，但在實際上，登記與亮度調變光閥之濃淡度數 相當之記錄。例如，在濃淡度數8數元之情形’則登記 256記錄。 而且，儲存裝置1 82儲存控制値登記表，其中登記每 一色調變光閥之之控制値。 圖1 〇顯示控制値登記表420R之資料結構，其中登記 液晶光閥60R之控制値。 如顯示於圖1 〇，控制値登記表42 0R中登記液晶光閥 -30- 200529662 (27) 6 0R之每一控制値之一單個記錄。每一記錄包含登記液晶 光閥60R之控制値之一欄，及登記液晶光閥60R之傳輸因 數之一欄。 在圖10之例中，第一記錄中控制値登記” 0 ”値，及傳 輸因數登記”0.004 ”値。此指示當控制値”〇”輸出至液晶光 閥60R時，液晶光閥60R之傳輸因數變爲0.4%。而且， 雖圖1 〇顯示液晶光閥之濃淡度數爲4數元（0至1 5之 φ 値）情形之一例，但在實際上，登記與色調變光閥之濃淡 度數相當之記錄。例如，在濃淡度數8數元之情形，則登 記25 6記錄。 而且，雖未顯示與液晶光閥60B及60G相對應之控制 値登記表之資料結構，但此等具有與控制値登記表42 0R 相同之資料結構。然而，此等表與控制値登記表42 OR間 之不同爲登記相同控制値之不同傳輸因數。 其次，說明 CPU170之構造及由 CPU170執行之處 φ 理。 CPU170由微處理單元（MPU )等構成。此開動 ROM 172之預定區域中所含之一預定程式，並依該程式， 執行圖1 1之流程圖所示之顯示控制程序。 圖1 1爲流程圖，顯示顯示控制程序。 顯示控制程包含根據HDR顯示資料，決定亮度調變 光閥及色調變光閥之各別控制値，及然後根據所決定之控 制値，驅動亮度調變光閥及色調變光閥。當由CPU 170執 行此程序時，程序先進行至步驟S 1 00，如顯示於圖1 1。 -31 - 200529662 (28) 在步驟S100，自儲存裝置182中讀出HDR顯示資 料。 其次，程序進行至步驟S 1 02，在此，分析所讀出之 HDR顯示資料，隨後計算像素値直方圖，以及亮度之最 大，最小，及平均値。分析結果用於亮起暗景物，暗下過 亮景物，協調中間部份之對比，及執行其他形態之自動影 像改正，或用於色調映射。 其次，程序進行至步驟S104，在此，根據步驟S102 之分析結果，HDR顯示資料之亮度色調映射於投影式顯示 裝置1之亮度動態範圍。 圖1 2用以說明色調映射程序。 由於具有分析HDR顯示資料之結果，HDR顯示資料 中所含之亮度之最小値由Smin表示，同時最大値由Smax 表示。而且，投影式顯示裝置1之亮度動態範圍之最小値 由Dmin表示，同時最大値由Dm ax表示。在圖12之例 中，由於Smin小於Dmin，及Smax大於Dmax，故HDR 顯示資料不能如現狀適當顯示。故此，Smin至Smax之直 方圖正規化，俾容納於Dmin至Dmax之範圍中。 而且，有關色調映射之詳細說明於例如已知之文件2 中（F.Drago，K.Myszkowski，T.Annen，及 N.Chiba，”顯 不局封比景物之適應性對數映射’’，E u r 〇 g r a p h i c s 2 0 0 3， (2003 ) ) 〇 其次，程序進行至步驟S 1 0 6，在此，改變H D R影像 之大小（放大或縮小），以配合色調變光閥之解像度。此 -32- 200529662 (29) 時，改變HDR影像之大小，同時維拎HDR影像之寬高 比。改變大小之方法之例包含平均値法，中間値法，及最 接近鄰値法。 其次，程序進行至步驟S 1 08，在此，使用上述公式 (1 )，根據改變大小之影像之每一像素之亮度RP以及光 源1 〇之亮度Rs，計算改變大小之影像之每一像素之光調 變率Tp。 Β 其次，程序進行至步驟S 1 1 0，在此，提供一初始値 (例如0.2)作爲色調變光閥之每一像素之傳輸因數Τ2’ 以試驗性決定色調變光閥之每一像素之傳輸因數Τ2。 其次，程序進行至步驟S 1 1 2，在此’使用上述公式 (2 )，根據所計算之光調變率Tp，試驗性決定之傳輸因 數T2，及增益G，計算色調變光閥之像素單元中之亮度調 變光閥之傳輸因數T 1 '。在此，由於色調變光閥由三液晶 光閥60B，60G，及60R構成，故計算同一像素之三原色 Φ 紅，綠，及藍之各別傳輸因數τ 1 '。反之，由於亮度調變 光閥由單個液晶光閥1 00構成，故計算其平均値，作爲該 像素之T 1 '。 其次，程序進行至步驟s 1 1 4，在此，計算傳輸因數 T 1 ' (已對色調變光閥之每一像素計算此，此等在光路徑 中與該像素重疊）之加權平均値，作爲亮度調變光閥之每 一像素之該像素之傳輸因數T1。依據重疊像素之表面積 比率執行加權。 其次，程序進行至步驟s 1 1 6，在此，自控制値登記 -33- 200529662 (30) 表4 0 0中讀出與該像素所計算之傳輸因數τ 1相對應之亮 度調變光閥之每一像素之一控制値，及決定所讀出之控制 値爲δ亥像素之控制値。當讀出控制値時，在控制値登記表 400中搜索最接近所讀出之傳輸因數τΐ之傳輸因數，並 讀出與搜索結果所發現之傳輸因數相對應之控制値。例 如，可由使用二進位搜索法達成高速搜索。 其次’程序進行至步驟S 1 1 8，在此，計算色調變光 φ 閥之每一像素之對亮度調變光閥之像素（此等在光徑中與 該像素重疊）所決定之傳輸因數τ 1之加權平均値，並使 用上述公式（2 )，根據所計算之平均値，在步驟S 1 08中 所計算之光調變率Τρ，及增益G，計算該像素之傳輸因數 Τ2。依據重疊像素之表面積比率執行加權。 其次，程序進行至步驟S 120，在此，自色調變光閥 之每一像素之控制値登記表中讀出與此等像素所計算之傳 輸因數Τ2相對應之控制値，並決定所讀出之控制値爲此 φ 等像素之控制値。當讀出控制値時，在控制値登記表中搜 索最接近所讀出之傳輸因數Τ2之傳輸因數，並讀出與搜 索結果所發現之傳輸因數相對應之控制値。例如，由使用 二進位法之搜索，可達成高速搜索。 其次，程序進行至步驟S 1 2 2，在此，在步驟s 1 1 6及 S 120中所決定之控制値輸出至光閥驅動裝置18〇，由分別 驅動色調變光閥及亮度調變光閥投影顯示顯像，以完成程 序之一單個序列，其後，程序回至原程序。 其次’根據圖1 3至1 6，說明用以產生寫入於色調變 -34-
200529662 (31) 光閥（液晶光閥6 0 B，6 0 G，及6 0 R )及亮度 (液晶光閥1 〇〇 )中之影像資料之程序。 在以下說明中，使用實例，其中’每一色 (液晶光閥60R60B，60G，及60R )具有水平 垂直12像素及濃淡度4數元之解像度’同時亮 閥（液晶光閥1 〇〇 )具有水平1 5像素及垂直1 〇 淡度4數元之解像度。 在顯示控制裝置200中，讀出HDR顯示_ 所讀出之HDR顯示資料，並根據步驟S100至 析結果，色調映射HDR顯示資料之亮度於投影 置1之亮度動態範圍。其次，在步驟S106中’ 影像之大小，以配合色調變光閥之解像度。 其次，在步驟S 1 0 8中計算改變大小之影像 素之光調變率。例如，如一像素P之亮度RP ( R 爲（1.2，5.4，2.3)，及光源10之亮度Rs(R 爲（10000， 10000， 10000)，則在改變大小之 像素之光調變 Tp變爲（1.2，5.4，2.3 ) / 1 0000，1 0000 ) =( 0.000 1 2，0.0005 4，0.00023 ) 圖1 3顯示試驗性決定色調變光閥之傳輸因i 形。 其次，在步驟S 1 1 0中試驗性決定色調變光 像素之傳輸因數T2。在該情形中’色調變光閥 區塊之像素定爲Ρ21 (上左），Ρ22 (上右） 左），及ρ24 (下右），則Τ20之初始値作爲像 調變光閥 調變光閥 1 8像素及 ^度調變光 像素及濃 〖料，分析 S 1 04中分 〉式顯示裝 改變H D尺 :之每一像 ，G，Β ) ，G，Β ) 影像中之 (10000 ， 〇 玫Τ2之情 :閥之每〜 之四上左 ，Ρ23 (下 素ρ2 1至 -35- 200529662 (32) p24之傳輸因數T2。 圖1 4顯示計算在色調變光閥之像素單元中一亮度 變光閥之傳輸因數Τ 1 '之情形。 其次，在步驟s 1 1 2中計算色調變光閥之像素單元 之亮度調變光閥之傳輸因素τ 1'。在集中於像素ρ21 ρ24上之情形，可自以下圖Μ所示之公式（3 )至（6 ) 算亮度調變光閥之對應傳輸因數τ 1 1至τ 1 4 ’如果像 φ p21至ρ24之光調變率由Tpl至Τρ4代表’及增益G π 1 ’’代表。 使用實際値計算。在 Τρ1=0·000 1 2，Τρ2 = 0·05 Τρ3=0.02，及 Τρ4 = 0.0 1，及 Τ20 = 0.1，之情形’ Τ11=(Κ〇〇12，Τ12 = 0·5，ΤΙ 3 = 0.2 > 及 Τ14 = 0·1。 ΤΙl=Tpl/T20 ( 3) Τ12=Τρ2/Τ20 ( 4) • ΤΙ3=Τρ3/Τ20 ( 5) Τ14=Τρ4/Τ20 ( 6) 圖15Α，15Β，及15C顯示決定亮度調變光閥之每 像素之傳輸因數Τ 1之情形。 其次’在步驟S 1 1 4中決定亮度調變光閥之每一像 之傳輸因數Τ 1。由於色調變光閥及亮度調變光閥由入 透鏡70Β，70G，及70R，中繼透鏡90，及出射方透鏡 所構成之中繼光學系統成相互顛倒關係，故色調變板之 調 中 至 計 素 由 則 素 射 95 四 -36- 200529662 (33) 上左區塊之像素形成亮度調變光閥之下右區塊上之影像。 在亮度調變光閥之四下右區塊之像素取爲p 11 (下右）， p 12 (下左），p 1 3 (上右），及p 14 (上左）之情形，如 顯示於圖15A，則像素pi 1重疊於具有像素p21至P24之 光路徑上，因爲色調變光閥及亮度調變光閥具有不同之解 像度。 由於色調變光閥之解像度爲1 8 X 1 2，而亮度調變光閥 φ 之解像度爲15x10，故像素pi 1可根據色調變光閥之像素 之最小公倍數分爲6 X 6正方區。如顯示於圖1 5 B，像素 pll及像素 p21至 p24間之重疊表面積比率變爲 25 : 5 : 5 : 1。如此，可由以下公式（7 )，計算像素p 1 1之傳 輸因數T 1 5，如顯示於1 5 C。 使用實際値執行此計算。在T 1 1 = 0 · 0 〇 1 2，T 1 2 = 0 · 5， Τ13=0·2，及Τ14 = 0·0 02之情形，則自以下公式（7 )， Τ15=0·1008 。 Τ15 = (Τ11 X 25 + Τ12 χ 5 + Τ13 χ 5 + Τ14 x 1)/36 ( 7) 亦可依像素Ρ 1 1相同方式，由表面積比率計算加權平 均値，決定像素卩12至ρ14之傳輸因數Τ16至Τ18。 其次’自亮度調變光閥之每一像素之控制値登記表 400中讀出與該像素所計算之傳輸因數τ 1相對應之控制 値’並在步驟S 11 6中決定所讀出之控制値爲該像素之控 制値。例如，由於Τ1 5 = 0」0〇8，參考控制値登記表400， -37- 200529662 (34) 顯示0.09爲最接近値，如顯示於圖9。如此，自控制値登 記表4 0 0中讀出一値"8 ”，作爲像素ρ 1 1之控制値。 圖16Α，16Β，及16C顯示決定每一色調變光閥之每 一像素之傳輸因數Τ2之情形。 其次，在步驟S 1 1 8中決定色調變光閥之每一像素之 傳輸因數Τ2。如顯示於圖16Α，像素ρ24重疊於具有像素 ρ 1 1至ρ 1 4之光路徑上，因爲色調變光閥及亮度調變光閥 φ 之解像度不同。由於色調變光閥之解像度爲1 8χ 1 2，而亮 度調變光閥之解像度則爲15x10，故像素Ρ24可根據亮度 調變光閥之像素最小公倍數分爲5 X 5正方區。如顯示於圖 16Β，像素ρ24及像素pi 1至ρΐ4間之重疊表面積比率變 爲1:4: 4 : 1 6。如此，集中於像素ρ 2 4上之情形，可使用以 下公式（8 )，計算對應亮度調變光閥之傳輸因數τ 1 9， 如顯示圖14C，如假定增益G爲”1”，則像素p24之傳輸 因數T24可由以下公式（9 )計算。 φ 使用實際値執行此計算。在Τ15 = 0.09，Τ16 = 0·33, Τ17，Τ18 = 0·06，及τΡ4 = 0.01之情形，則自預下公式 (8)及（9) ，Τ19 = 〇·1188 及 Τ24 = 0·0842。 Τ19二（Τ15 X 1+Τ16 X 4 + Τ17 X 4 + Τ18 X 6)/25 (8) T24二Τρ4/Τ19 ( 9) 可依Ρ24相同方式，由表面積比率計算加權平均値， 決定像素p21至ρ23之傳輸因數Τ21至Τ2 3。 -38- 200529662 (35) 其次，自色調變光閥之每一像素之控制値登記表中讀 出與該等像素所計算之傳輸因數T2相對應之控制値’並 在步驟S 1 2 0中決定所讀出之控制値爲此等像素之控制 値。例如，在液晶光閥60R之像素P24之T24 = 0.0842之 情形，參考控制値登記表4 2 0 R，顯示〇 · 〇 7爲最接近値， 如顯示於圖1 0。如此，自控制値登記表42 0R中讀出一値 ”7”，作爲像素P24之控制値。 φ 然後在步驟S 1 22中輸出所決定之控制値至光閥驅動 裝置1 8 0。結果，由分別驅動亮度調變光閥（液晶光閥 1〇〇 )及色調變光閥（液晶光閥60B，60G，60R)，投射 顯示影像於螢幕上。 以下效果由依上述方式組成之投影式顯示裝置1展 示。由於液晶光閥1 〇〇形態之第二光調變元件安排於液晶 光閥60B，60G，及60R之形態之第一光調變元件之後級 中，及具有入射方透鏡 70B，70G，及 7〇R，中繼透鏡 φ 90，及出射方透鏡9 5之光合成橫二色稜鏡8 0在其間，故 在與先行技藝之相似光學系統（其中，液晶光閥1 00安排 於二色鏡30及35及液晶光閥60B，60G，及60R之前級 中）比較之情形，由於光學系統，諸如反射鏡3 6，中繼光 學系統40，及平行透鏡50B，50G，及50R不置於中間， 故二光調變元件間之距離可縮短。結果，聯同能提高影像 成形（傳輸）之精確度，由於能減小傳輸光之光像差，無 需複雜之光學系統來改正光像差，故可降低成本。 而且，由於來自光源1〇之光通過串連安排之二光調 -39- 200529662 (36) 變元件（色調變光閥及亮度調變光閥）調變，故可達成較 高之亮度動態範圍及濃淡度數。 [第一實施例之第一改變] 雖上述第一實施例中使用一構造，其中安排每一液晶 光閥60B，60G，及60R，俾當光合成橫二色稜鏡80之中 心及液晶光閥60B，60G，及60R之三位置間之各別距離 Φ lb = lg = lr (等距離），但本發明並不限於此。由於構成 每一透鏡及光合成橫二色稜鏡等之材料具有各種波長依賴 性（例如折射率），俾以高精確及高效率達成光影像（光 強度分佈）之傳輸於第一光調變元件及第二光調變元件之 間，故需減少波長依賴性之夜應及在傳輸過程可能發生之 光像差。達成此點之一方法爲使用一構造，其中，液晶光 閥6 0B，60G，及60R安排於與光合成橫二色稜鏡80相關 之三位置處，俾上述三距離LB，LG，及LR相互不同。 % 例如，在構成上述光合成橫二色稜鏡8 0之材料之折射率 之波長依賴性爲折射率在短波長方較大及在長波長方較小 (及大部份玻璃具有此傾向）之情形，使與短波長之光關 聯愈大，液晶光閥60B，60G，及60R及液晶光閥100間 之距離愈短，則可減小由折射率之波長依賴性所引起之光 像差。如此，如顯示於圖1 9，可使用一構造，其中安排液 晶光閥60B，60G，及60R，俾光合成橫二色棱鏡80(其 中，每色光之光路徑分開）及液晶光閥60B，60G，及 6 0 R之三位置間之距離分別滿足L B < L G < L R之關係。 -40- 200529662 (37) [第二實施例] 而且，以下依據圖1 7，說明本發明申請專利之 示裝置及投影式顯示裝置之第二實施例。圖1 7顯 式顯示裝置1 3 〇之主要光學組態，能傳輸由光分離 二色稜鏡分解之三色光至一光合成橫二色稜鏡，此 同光路徑長度上之色光。在此，使用相同之參考符 φ 上述第一實施例中之投影式顯示裝置相同之第二實 構造上，且其說明從略。 投影式顯示裝置13〇包含一光源10，一光分離 稜鏡3 00之形態之一光分離單元，液晶光閥60B， 及 60R，入射方透鏡 370B，370G，及 370R，中 375B，375G，及 375R，反射鏡 380B，380G，及 3 8 5 B，3 8 5 G，及3 8 5 R，光合成橫二色稜鏡8 0形態 合成單元，一出射方透鏡95，一液晶光閥100，及 透鏡1 1 0。 光分離橫二色棱鏡3 00具有六面體形狀，由以 成橫二色稜鏡同樣方式連接四三角形透鏡構成，及 反射二色薄膜及一紅光反射二色薄膜安排於X形橫 形狀內。即是，用以在液晶光閥60B之方向上反射 藍光反射二色薄膜3 1 0構製於該稜鏡之連接表面上 以在液晶光閥60R之方向上反射紅光之紅光反射二 3 20構製於該稜鏡之連接表面上。結果，來自光源 分離爲具有紅，綠，及藍三原色之色光，並發射至 光學顯 示投影 光譜橫 合成相 號於與 施例之 橫二色 60G， 繼透鏡 380R， 之一光 一投影 與光合 一藍光 斷面之 藍光之 ，及用 色薄膜 之白光 與每色 -41 - 200529662 (38) 光相對應之液晶光閥60B，60G，及60R。在此，在上述 六表面中，白光自光源10進入之表面稱爲入射表面 3 00 a，在白色分離爲三原色光後，發射藍光之表面稱爲第 一出射表面300b，發射綠光之表面稱爲第二出射表面 300c’及發射紅光之表面稱爲第三出射表面300d。而且， 在光合成橫二色稜鏡80之上述六表面中，發射點合光之 表面稱爲出小表面80a，藍光進入之表面稱爲第一入射表 0 面80b，綠光進入之表面稱爲第二入射表面80c，及紅光 進入之表面稱爲第三入射表面80d。 光分離橫二色稜鏡3 00及光合成橫二色稜鏡80安排 於一位置處，在此，自每一稜鏡內所存在之二二色薄膜所 產生之相交線延伸之線約在同一線上，且故此，光分離橫 二色棱鏡3 00之入射表面3 00a及光合成橫二色棱鏡80之 出射表面約在同平面中之位置，或換言之，在位置關係上 如在Y軸方向上重疊。由於具有此位置安排之結果，入射 φ 表面300a及出射表面80a，第一出射表面300b及第一入 射表面80b，第二出射表面300c及第二入射表面80c，及 第三出射表面300d及第三入射表面80d各成對，在朝γ 軸方向移動之位置，且三色光之光路徑設定於自光分離橫 二色稜鏡3 00至光合成橫二色稜鏡80約相等長度。 入射方透鏡3 70B，3 70G，及3 70R具有與投影式顯示 裝置1之入射方透鏡70B，70G，及70R相同之功能。即 是，此等具有使已由每一對應之液晶光閥60B，60G，及 6 0R調變之每一調變色光可有效進入位於每一光路徑上之 -42- 200529662 (39) 中繼透鏡375B，375G，及375R中，並導致每一調變光收 歛並進入對應之中繼透鏡375B，375G，及375R中。 反射鏡3 8 0G，3 80B，及3 8 0R具有彎曲光路徑，並引 導色光自每一入射方透鏡370B，370G，及370R進入對應 之中繼透鏡375B，375G，及375R中之功能。同樣，反射 鏡385G，385B，及385R亦具有彎曲光路徑，並引導色光 自每一中繼透鏡375B，375G，及375R進入與光合成橫二 φ 色稜鏡 80相對應之第一入射表面 80b，第二入射表面 8〇c，及第三入射表面80d中。 中繼透鏡375B，375G，及375R具有與投影式顯示裝 置1中之中繼透鏡90相同之功能。即是，此等具有精確 發射在三位置處之液晶光閥60B，60G，及60R之顯示表 面上所形成之三光影像（光強度分佈）至液晶光閥100之 顯示表面上，同時近乎完全維持其強度分佈，且幾乎不隨 帶任何光損失，並引導每一色光自液晶光閥60B，60 G， φ 及60R經入射方透鏡370B，370G，及370R，光合成橫二 色稜鏡80等進入液晶光閥100之功能。 在此，自三液晶光閥60B，60G，及60R至液晶光閥 100之每一色光之光路徑長度標示爲L1 (藍光），L2 (綠 光）及L 3 (紅光）。例如，藍光之光路徑長度指自液晶 光閥60B之顯示表面經反射鏡3 8 0B，中繼透鏡3 75 b，反 射鏡3 8 5 B，及光合成橫二色稜鏡80而至液晶光閥100之 顯示表面之光路徑之長度。在投影式顯示裝置1 3 0中，安 排中繼透鏡3 7 5 B，3 7 5 G，及3 7 5 R，及反射鏡38〇G， -43- 200529662 (40) 380B，及380R，俾三光路徑長度約相等（L1=L2 = L3)。 其次，說明投影式顯示裝置1 3 〇之光傳輸之整個流 程。來自光源1〇之白光進入光分離橫二色稜鏡3 00之入 射表面300a’並由光分離橫一^色棱鏡300 —^起分離爲紅 (R )，綠（G)，及藍（B)三原色，由白光分離之三原 色之藍光，綠光，及紅光分別自第二至第四出射表面300b 至300d發射。自第二至第四出射表面30 0b至300d發射 φ 之藍光，綠光，及紅光然後分別進入液晶光閥60B ’ 60G，及60R (色調變光閥）。 已進入液晶光閥60B，60G，及60R之每色光根據與 各別波長區相對應之外部資料作色調變，並發射成爲包涵 光影像之調變光。來自液晶光閥60B，60G，及60R之每 一調變光通過每一光路徑中所安排之入射方透鏡3 70B， 370G，及 370R，反射鏡 380G，380B，及 380R，中繼透 鏡 375B，375G，及 375R，及反射鏡 385G，385B，及 φ 385R進入光合成橫二色稜鏡80之第一至第三入射表面 8 Ob 至 8 0 d 〇 已進入光合成橫二色稜鏡80之第一至第三入射表面 8 0b至8 0d之三色光在此合成爲一單個光束，且此單個光 束在通過出射方透鏡95後進入液晶光閥100。已進入液晶 光閥1 〇〇之合成光根據與整個波長區相對應之外部資料作 亮度調變，及然後發射至投影部份1 1 〇，成爲包涵最後光 影像之調變光。在投影部份1 1 0中，由自液晶光閥1 00投 射最後合成光於未顯示之螢幕上，顯示所需之影像。 -44- 200529662 (41) 而且’雖投影式顯不裝置1 3 0具有一顯不控制裝置 200 (未顯示），此以與上述第一實施例中之投影式顯示 裝置1相同之方式控制液晶光閥6 0 B，6 0 G，及6 0 R及液 晶光閥1 〇〇，但由於其操作與上述第一實施例之投影式顯 示裝置1相同，故其操作之說明從略。 以下效應由上述方式構成之投影式顯示裝置1 3 0展 示。由於使用包含二式二色薄膜成X形橫斷面形狀之光分 φ 離橫二色稜鏡3 00作爲光分離單元，故光源10及液晶光 閥60B，60G，及60R之三位置間之距離可設定於約略相 等，從而使光強度分佈均勻之照射光可進入由光調變形成 —影像之每一液晶光閥60B，60G，及60R中。結果，可 降低可能發生於三液晶光閥60B，60G，及60R中之亮度 不均勻（此最後感覺如色不均勻），從而可形成高品質之 影像。 而且，由於光分離橫二色稜鏡3 00及光合成橫二色棱 # 鏡80安排於一位置關係中，俾二者在Y軸方向上相疊， 故自三液晶光閥60B，60G，及60R至液晶光閥1〇〇之光 路徑長度可對每色光相等。結果’由三液晶光閥60B， 6 0 G，及6 0 R形態之第一光調變兀件所形成之光影像（光 強度分佈）可精確及有效發射至液晶光閥1 0 0形態之第二 學調變元件。 而且，二光變元件間之傳輸過程易受由於光像差之發 生所引起之傳輸精確度之惡化。故此需由個別最佳化材 料，透鏡曲率（包括非球面透鏡及消色差透鏡），及入射 -45- 200529662 (42) 方透鏡 370B，370G，及 370R，中繼透鏡 375B，375G， 及375R，及出射方透鏡95，以及光合成橫二色透鏡80之 材料，尺寸，及形狀，注意用以構製稜鏡及透鏡之玻璃及 塑膠在其光學特性中具有波長依賴性，降低可能發生之任 何光像差，以提高傳輸精確度及傳輸效率，而且，自同一 觀點上看，光路徑長度L1至L3可設定於稍爲不同之長 度。 [第二實施例之改變] 第二實施例中所說明之投影式顯示裝置1 3 0之光分離 橫二色稜鏡及光合成橫二色稜鏡亦可整合成投影式顯示裝 置1 40，其主光學組態顯示於圖1 8。當沿Y軸之方向上觀 之，投影式顯示裝置130之光分離橫二色稜鏡300及光合 成橫二色稜鏡8 0中所含之二二色薄膜具有相同之位置關 係。換言之，光分離橫二色稜鏡3 00中之藍光反射二色薄 φ 膜及光合成橫二色稜鏡80之藍光反射二色薄膜約在同平 面中，且此同樣適用於紅光反射二色薄膜。如此，光分離 橫二色稜鏡3 00及光合成橫二色稜鏡80可在投影式顯示 裝置130中整合，以形成光分離及光合成橫二色稜鏡 3 90。結果，可減少光學組成件之數目，並降低裝置之成 本。 [其他第一改變] 雖在上述第一實施例中使用橫二色棱鏡構成光合成單 -46- 200529662 (43) 元，及在上述第二實施例中使用橫二色稜鏡構成光合成單 元，但本發明並不限於此，而是可使用圖2 0所示之一橫 二色鏡8 5取代橫二色稜鏡。橫二色鏡8 5爲一光學元件’ 其中，板形透明媒體8 6，諸如玻璃或塑膠安排成X形 狀，且在其上構製一藍光反射二色薄膜81及一紅光反射 二色薄膜82，且基本上具有與橫二色稜鏡相等之功能。結 果，可製造光合成單元及光分離單元，具有較之使用橫二 φ 色稜鏡爲輕重量且較低廉。而且，橫二色鏡8 5亦可爲具 有所謂液浸結構之橫二色鏡之形狀，其中，橫二色鏡85 安排於裝滿透明液體之立方體內。在此情形，可達成與橫 二色稜鏡相等之光學性能，較之橫二色稜鏡低廉。 [其他第二改變] 雖在上述第一及第二實施例中，使用均相同尺寸及形 狀（顯示表面之相等尺寸及形狀）之液晶光閥於液晶光閥 Φ 60B，60G，及60R (色調變光閥）形態之第一光調變元件 及液晶光閥1 00 (亮度調變光閥）形態之第二光調變元 件，但本發明並不限於此。如顯示於圖2 1所示之投影式 顯示裝置1 5 0，例如，用作第一及第二實施例中之每一投 影式顯示裝置之亮度調變光閥之液晶光閥1 〇〇之尺寸可構 製較之用作色調變光閥之三液晶光閥60B，60G，及60R 之尺寸爲小。在此情形，由於色調變光閥之顯示表面之尺 寸不再等於亮度調變光閥之顯示表面之尺寸，故如色調變 光閥之解像度與亮度調變光閥之解像度相同，則需要在傳 -47- 200529662 (44) 輸過程中改變光影像之大小，以配合亮度調變光閥（光影 像發射於此）之大小。 依據具有上述構造之投影式顯不裝置1 5 0，由於可與 亮度調變光閥之大小減小相對應減小投影透鏡之大小，故 獲得一效果，由此可降低投影透鏡1 1 0之成本及重量。 而且，亮度調變光閥之尺寸可製成大於色調變光閥之 尺寸，與投影式顯示裝置1 5 0者相反。以後說明此一構造 φ 之例。 [其他第三改變] 雖在上述第一實施例中說明液晶光閥60B，60G，及 60R (色調變光閥）形態之第一光調變元件之解像度高於 液晶光閥1 〇〇 (亮度調變光閥）形態之第二光調變元件之 解像度之情形之例，但二式光調變元件（色調變光閥及亮 度調變光閥）之解像度可相同或不同。然而，在解像度不 φ 同之情形，需變換顯示影像資料之解像度，如第一實施例 中所說明。 例如，如亮度調變光閥具有顯示解像度高於色調變光 閥之顯示解像度，則無需設定在光自色調變光閥傳輸至亮 度調變光閥中較高之調變轉移函數（MTF )，無需使中間 位置之中繼光學系統之傳輸性能高，從而可較爲低廉製造 中繼光學系統。 另一方面，如色調變光閥具有顯示解像度較之亮度調 變光閥之顯示解像度高，則由於正常提供顯示影像資料， -48- 200529662 (45) 以匹配色調變光閥之顯示解像度，故僅需依據亮度調變光 閥之顯示解度執行解像度變換程序一次，從而方便顯示影 像資料之變換程序。 [第三實施例] 本發明之內容亦可適用於所謂直視液晶顯示裝置（光 學顯示裝置），其中，直接觀看形成於第二光調變元件上 φ 之最後光影像（顯示螢幕），而不放大。即是，如顯示於 圖22，一液晶顯示裝置（光學顯示裝置）160可在上述第 一及第二實施例中所述之投影式顯示裝置中不含投影透鏡 1 1 〇。在此式構造中，由於亮度調變光閥用作液晶顯示裝 置160中之影像顯示螢幕，故宜爲一構造，其中，其尺寸 大於，且其解像度高於色調變光閥。 在液晶顯示裝置160中，雖需增加出射方透鏡95之 大小，以配合色調變光閥之大小之增加，如顯示於圖2 2， • 但可由使用Fresnel透鏡形態之一出射方透鏡96，作爲出 射方透鏡9 5，抑制成本之增加。 在上述實施例及改變中，圖1所示之光源1 0相當於 本發明之第一至第四方面之任一光源，及投影透竟11〇相 當於本發明之第十四方面之投影單元。 而且，圖1及3所示之液晶光閥60B，60G，及60R 相當於本發明之第一，第二，第七，及第十至第十六方面 之第一光調變元件，液晶光閥1 0 0相當於本發明之第一， 第二，第九，第十，及第十三至第十六方面之任一第二光 -49- 200529662 (46) 調變元件，由此處理，來自光源之白光由二色鏡30及35 分解爲紅，綠，及藍三原色之色光，反射鏡3 6及中繼光 學系統40相當於本發明之第二方面與光學分離單元相對 應之反射鏡36及中繼光學系統40，入射方透鏡70B， 70G ’及70R相當於本發明之第七或第八方面之第一收歛 透鏡’及出射方透鏡95相當於本發明之第九方面之第二 收歛透鏡。 B 而且，圖1至3所示之光合成橫二色棱鏡80相當於 本發明之第一，第二，及第七方面之任一光合成單元。 而且，圖17及18所示之光源10相當於本發明之第 二，第三，及第四方面之任一光源，液晶光閥 60B， 60G，及60R相當於本發明之第二，第三，第七，及第十 方面之任一第一光調變元件，入射方透鏡370B，370G， 及370R，及中繼透鏡375B，375G，及375R相當於本發 明之第七或第八方面之第一收歛透鏡，反射鏡380G， φ 380B，380R，385B，385G，及385R相當於本發明之第三 或第四方面之光傳輸單元，出射方透鏡95相當於本發明 之第九方面之第二收歛透鏡，液晶光閥1 〇 〇相當於本發明 之第二’第六，第九’第十，及第十三至第十六方面之任 一第二光調變元件，及投影透鏡1 1 〇相當於本發明之第十 七方面之投影單元。 而且’圖17所示之光分離橫二色稜鏡300相當於本 發明之第二至第四方面之任一光分離單元，及光合成橫二 色稜鏡80相當於本發明之第二至第四方面之任一光合成 -50- 200529662 (47) 單元。 而且，圖18所示之光分離及光合成二色橫稜鏡390 相當於本發明之第六方面之光分離及光合成單元。 而且，圖19所示之液晶光閥60B，60G，及60R相當 於本發明之第一，第二，第三，第七，及第至第十六方面 之任一第一光調變元件，入射方透鏡70B，70G，及70R 相當於本發明之第七或第八方面之第一收歛透鏡，光合成 φ 橫二色稜鏡80相當於本發明之第一，第二，及第七方面 之光合成單元，中繼透鏡 90相當於本發明之第一，第 二，及第七方面之任一中繼透鏡，出射方透鏡95相當於 本發明之第七方面之第二收歛透鏡，液晶光閥1 〇〇相當於 本發明之第一，第二，第九，第十，及第十三至第十六方 面之任一第二光調變元件，及投影透鏡1 1 〇相當於本發明 之第十七方面之投影單元。 而且，圖20所示之橫二色鏡85相當於本發明之第五 • 方面之橫二色鏡。 而且，圖21所示之液晶光閥60B，60G，及60R相當 於本發明之第一，第二，第三，第七，及第十至第十六方 面之任一第一光調變元件，入射方透鏡 70B，70G，及 7 0R相當於本發明之第七或第八方面之第一收歛透鏡，光 合成橫二色稜鏡80相當於本發明之第一，第二，及第七 方面之任一光合成單元，中繼透鏡90相當於本發明之第 一，第二，及第七方面之任一中繼透鏡，液晶光閥1 〇〇相 當於本發明之第一，第二，第九，第十，及第十三至第十 -51 - 200529662 (48) 六方面之任一第二光調變元件，及投影透鏡1 1 0相當於本 發明之第十七方面之投影單元。 而且，圖22所示之光源10相當於本發明之第一至第 四方面之任一光源，圖21所示之液晶光閥60B，60G，及 60R相當於本發明之第一，第二，第三，第七，及第十至 第十六方面之任一第一光調變元件，入射方透鏡70B， 70G，及70R相當於本發明之第七或第八方面之第一收歛 φ 透鏡，光合成橫二色稜鏡8 0相當於本發明之第一，第 二，及第七方面之任一光合成單元，中繼透鏡90相當於 本發明之第一，第二，及第七方面之任一中繼透鏡，出射 方透鏡96相當於本發明之第九方面之第二出射方透鏡， 及液晶光閥1 〇〇相當於本發明之第一，第二，第九，第 十，及第十三至第十六方面之任一第二光調變元件。 而且，施加於如文中所述由包含中繼透鏡9 0及出射 方透鏡9 5所構成之一光傳輸系統上之一非球面透鏡相當 Φ 於本發明之第^——方面之非球面透鏡，及及施加於由包含 中繼透鏡9 0及出射方透鏡9 5所構成之光傳輸系統上之消 色差透鏡相當於本發明之第十二方面之消色差透鏡。 而且，雖在上述實施例中使用構造’俾使用売度調變 光閥及色調變光閥在二階段中調變光亮度’但本發明並不 限於此，而是亦可使用一構造’其中，由使用二組亮度調 變光閥，在二階段中調變光亮度。 而且，雖在上述實施例中使用構造’俾使用主動矩陣 式液晶顯示元件作爲液晶光閥60B，6〇G，60R，及10〇， -52- 200529662 (49) 但本發明並不限於此，而是可使用一構造，其中，使用被 動矩陣式液晶顯示元件或節段式液晶顯示元件作爲液晶光 閥60B，60G，60R，及1 0 0。主動式液晶顯示元件具有能 精確濃淡顯不之優點，而被動矩陣式液晶顯示元件及節段 式液晶顯示元件則具有能低廉生產之優點。 而且，雖投影式顯示裝置1，1 3 0，及1 5 0，及液晶顯 示裝置1 6 0由設置透射性光調變元件於上述實施例中構 φ 成，但本發明並不限於此，而是亮度調變光閥或色調變光 閥可由反射性光調變元件，諸數位微鏡裝置（DMD )構 成。 而且，雖說明當實施圖1 1之流程圖所示之程序時， 上述實施例使用執行ROM 172中所預先儲存之控制程式之 情形，但本發明並不限於此，而是可自儲有此等步驟所指 示之程式之一儲存媒體載入該程式於RAM 174中來執行。 在此，儲存媒體指半導體儲存媒體，諸如RAM或 φ ROM，磁性儲存媒體，諸如FD或HD，光讀出儲存媒體， 諸如CD，CDV，LD，或DVD，或聯合磁儲存/光讀出儲存 媒體，諸如MO，讀出方法可爲電，磁，或光，及包含所 有各式媒體，只要此爲可由電腦讀出之儲存媒體。 而且，雖在上述實施例中使用發射白光之一單個光源 作爲光源1 〇，且此白光分解爲紅，藍，及綠三原色，但本 發明不限於此，而是可使用一構造，其中，使用與於紅， 綠，及藍三原色相對應之三光源，包含發射紅光之光源， 發射綠光之光源，及發射藍光之光源’及用以分解白光之 -53- 200529662 (50) 單元可省略。 而且’雖使用主要爲透射式中繼元件（透鏡）作爲中 繼光學系統用以形成前級液晶光閥之光影像於後級液晶光 閥上’但本發明並不限於此，而是亦可使用主要爲反射式 之中繼元件（鏡）。 圖2 3至2 5槪要顯示由鏡構成之反射性中繼光學系統 之構造之例。 φ 圖2 3之中繼光學系統構造在經由一單個凹鏡形成前 級光閥5 0 1之一光影像於後級光閥5 0 2上。即是，在此中 繼光學系統中，由單次反射完成影像形成關係（二光閥 501及502近乎共軛之關係）。凹鏡500可爲球面鏡或不 具軸對稱之非球面鏡。 圖24及25之中繼光學系統構造在由多次反射完成影 像形成關係，以獲得高影像形成性能。換言之，在圖24 及25之中繼光學系統中，多個反射性光學元件（鏡）安 φ 排於光路徑上，以執行像差改正，從而改善中繼光學系統 之影像形成性能。在此情形，由於包含平坦鏡之結果，提 高佈置之自由度。 更明確言之，圖24之中繼光學系統具有二凹鏡510 及5 1 1，及一平坦鏡5 1 2用以引導凹鏡5 1 0之反射光至凹 鏡5 1 1。來自前級光閥5 01之光束在依凹鏡5 1 0，平坦鏡 5 1 2，及凹鏡5 11之順序反射後’進入後級光閥5 0 2中。 而且，在本例中’鏡5 1 2具有與孔徑光欄相等之功能。而 且，凹鏡510及凹鏡511可整合構製。 -54- 200529662 (51) 圖25之中繼光學系統具有二凹鏡520及 坦鏡 5 2 2及 5 2 3。來自前級光閥5 0 1之光 520，平坦鏡522，平坦鏡 523，及凹鏡521 後，進入後級光閥5 02。可安排一孔徑於平坦 坦鏡5 2 3間之光路徑上。 此式之反射性中繼光學系統有利於減小像 像差）。即是，避免在反射性中繼光學系統中 φ 透射性光學元件（透鏡）所引起之像差（例如 而且，由於使用多個鏡，圖24及25所示 系統具有雙邊遠心性。結果，能可靠地使形成 之表面上之影像之亮度，色調，對比等均勻， 意之影像顯不品質。 而且，使用凹鏡或凸鏡（包含二者之非球 圖24及25之中繼光學系統中之平坦鏡，可獲 其中，可更容易改正影像像差。 φ 而且，應用具有鋁，銀，或其他金屬薄膜 上之形態之鏡，具有介質多層薄膜所構成之 (高反射薄膜）之一型式之鏡，或二型式之組 射性中繼光學系統中所用之鏡。介質多層薄膜 射性薄膜可由例如交替疊層高反射率薄膜及低 於玻璃，矽，或其他基體上製成，由利用在薄 反射光所產生之干涉，獲得高反射因數。 雖以上已說明及顯示本發明之較宜負施例 此等爲本發明之實例，且非視爲限制。可作增 521及二平 束在依凹鏡 之順序反射 鏡522及平 差（例如色 發生由使用 差像差）。 之中繼光學 於後級光閥 從而導致滿 面鏡）取代 得一構造， 構製於基體 反射性薄膜 合於上述反 所構成之反 反射率薄膜 膜介面處之 ，但應明瞭 加，省略， -55- 200529662 (52) 取代，及其他修改，而不脫離本發明之精神及範圍。故 此，本發明並不由上述限制’且僅由後後附申§靑專利之軔 圍限制。 【圖式簡單說明】 圖1顯示本發明請求之投影式顯不裝置之主要光學組 態。 圖2顯示二色稜鏡80之構造。 圖3顯示中繼光學系統之例，此傳輸1 : 1放大率之光 影像。 圖4顯示具有雙邊遠心性之中繼光學系統之構造之 例。 圖5顯示圖4之中繼光學系統之操作原理。 圖6A顯示具有雙邊遠心性之中繼光學系統。 圖6B顯示典型之中繼光學系統。 圖7A顯示具有雙邊遠心性之中繼光學系統。 圖7B顯示典型之中繼光學系統。 圖8爲方塊圖，顯不一顯示控制裝置2〇〇之硬體組 態。 圖9顯示一控制値登記表400之資料結構。 圖1 〇顯示一控制値登記表4 2 0 R之資料結構。 圖1 1爲顯示控制程序之流程圖。 圖1 2用以說明色調映射程序。 圖1 3顯示試驗性決定色調變光閥之傳輸因數τ 2之情 -56- 200529662 (53) 形。 圖14顯示計算色調變光閥之像素單元中之亮度調變 光閥之輸因數T 1 '之情形。 圖15A，15B，及15C顯示決定亮度傳輸光閥之每〜 像素之傳輸因素T 1之情形。 圖16A，16B，及16C顯示決定色調變光閥之每一像 素之傳輸因數T2之情形。 圖17顯示本發明請求之投影式顯示裝置130之主要 光學組態。 圖18顯示本發明請求之投影式顯示裝置140之主要 光學組態。 圖1 9顯示一構造之例，其中，色合成之橫二色稜鏡 80及液晶光閥60B，60G，及60R間之各別距離。 圖2 0顯示橫二色鏡8 5之構造。 圖2 1顯示本發明請求之投影式顯示裝置之主要光學 組態。 圖2 2顯示本發明請求之液晶顯示器丨6 〇之主要光學 組態。 圖2 3槪要顯示由鏡組成之反射性光學中繼系統之構 造之例。 圖2 4槪要顯示由鏡組成之反射性光學中繼系統之構 造之例。 圖2 5槪要顯示由鏡組成之反射性中繼光學系統之構 造之例 -57- 200529662 (54) 【主要元件符號說明】 1 :投影式顯示裝置 1 〇 :光源 1 1 :光源燈 1 2 :反射器 20 :光積分器
2 1 :第一透鏡行列 22 :第二透鏡行列 3 0,3 5 ：二色鏡 3 6,45,46 :反射鏡 40 :中繼光學系統 4 1 :入射光透鏡 42 :中繼透鏡 5 0 B，5 0 G，5 0 R :平行化透鏡 60B，60G，60R :液晶光閥 70B，70G，70R，370B，370G，370R:入射方透鏡 8 0 :光合成橫二色稜鏡 8 0 a :出射表面 80b:第一入射表面 80c :第二入射表面 80d :第三入射表面 8 1 :藍光反射二色薄膜 8 2 :紅光反射二色薄膜 -58- 200529662 (55) 8 5 :橫二色鏡 9 0 :中繼透鏡 9 5 :出射方透鏡 1〇〇 :液晶光閥 1 1 〇 :投影透鏡 1 3 0,1 5 0 :投影式顯示裝置 160 :光晶體顯示裝置 φ 1 8 2 :儲存裝置 1 9 9 :外部網路 1 8 0 :光閥驅動裝置 200 :顯示控制裝置 3 〇 〇 :光分離橫二色稜鏡 300a:入射表面 3 00b :第一出射表面 3 00c :第二出射表面 φ 300d:第三出射表面 3 1 0 :藍光反射二色薄膜 3 20 :紅光反射二色薄膜 370B，370G，370:入射方透鏡 375B，375G，375R:中繼透鏡 380B，380G，380R，385B，385G,385R:反射鏡 400,420R :控制値登記表 5 0 0,5 1 0，5 1 1 :凹鏡 5 〇 1 :前級光閥 -59- 200529662 (56) 5 02 :後級光閥 512,520,522,523 :平坦鏡
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