TWI277768B

TWI277768B - Image display apparatus and projection optical system

Info

Publication number: TWI277768B
Application number: TW094115663A
Authority: TW
Inventors: Kazuhiro Fujita; Takanobu Osaka; Kazuya Miyagaki; Atsushi Takaura; Masanori Kobayashi
Original assignee: Ricoh Kk
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2007-04-01
Also published as: CN1954257B; CN1954257A; US7753531B2; EP1756660A1; US20070268541A1; JP2005352447A; EP1756660A4; EP1756660B1; JP4731938B2; TW200600833A; WO2005111714A1

Description

1277768 (1) 九、發明說明【發明所屬之技術領域】本發明係關於一種影像顯示裝置’且，尤其是用由透鏡放大來觀察影像之影像形成裝置，此影像係形具有數個可依據影像資訊控制光的影像元件之小影像元件上，此影像形成裝置可應用至諸如投影顯示器之顯示裝置。【先前技術】顯示藉由投影透鏡所放大由顯示在可依據影像資制光之具有數個像素的影像顯示元件上之影像所形成像所產生的影像之影像顯示裝置被廣泛使用，其被稱投影機或後投影機。作爲此種的影像顯示元件，CRT 晶面板、DMD (數位微鏡裝置（註冊商標）：由德州公司製造）已被開發且使用。再者，無機EL、無機LED、有機LED等被硏究並且，作爲不顯示放大影像而顯示具有原始比例像之影像顯示裝置，已開發且使用電漿顯示器及螢光管，以及除了上述CRT、液晶面板、無機EL、無機、有機LED之外。再者，場發射顯示器（FED )、電址顯示器（PALC )等被硏究。雖然它們通常分級成，自動發射型及空間光調變器型，每一者具有數個可光之像素。上述影像形成裝置的共同需要在於達到高解析度於藉成在顯示電子訊控的影爲HU 、液儀器的影顯示 LED 獎定型控制，亦 -5- (3) 1277768 揭示於日本先行公開專利申請案第6- 1 97297號之液晶投影機係形成及配置以藉由控制電路的控制來改變可變化稜鏡的玻璃板的傾斜，其中當玻璃板向上傾斜時，光軸係藉由通過可變化棱鏡而向下折射一預定角度，及，當玻璃板向下傾斜時，光軸係藉由通過可變化稜鏡而向上傾斜一預定角度。亦即，藉由改變稜鏡的楔形構造，相對於投影光學系統之入射角度被偏轉一微小角度以達到影像移位〇

藉由與垂直同步信號或類似信號同步地重複實施控制電路的控制，投影至螢幕上之影像的解析度被改善。於揭示於日本先行公開專利申請案第20〇2-13 N92號之影像顯示裝置中，在藉由光偏轉機構的偏轉之前及之後在螢幕及光軸間之交叉的移位量爲等於其爲通過各交叉的線上的投射影像之影像件的寬度，以使在預定時間間隔藉由光偏轉機構來偏轉光而顯示數個影像件。亦即，由光學調變元件所形成之影像的像素的數量係藉由光偏轉機構而增加。圖1顯示習知影像顯示裝置的投影光學系統的基本結構，其由使用光學路徑偏轉元件在高速而移位像素以明顯地增加像素的數量。圖2顯示光閥及投影透鏡間的位置關係。於圖1中，光學路徑偏轉元件2係位在光閥1及具有投影透鏡5及6的投影光學系統之間。通過光學路徑偏轉元件之光投影至螢幕4上。光學路徑偏轉元件2具有偏轉光學路徑達相當於顯示的像素間距的一半間距之角度。於 (4) 1277768 此例中，：BF係投影光學系統3的投影透鏡的後焦距，d 係液晶面板（光閥1 )及光學路徑偏轉元件2間的間隔（ D < BF )，且，P係光閥1的影像像素間距。因爲光學路徑偏轉角度比較間隔D係非常小的，如果用於光學路徑偏轉元件2之偏轉角度被要求爲△ 0，以下關既係成立。

tanA Θ = sinA θ = P/2D

例如’如果 P=14//m 及 D = 30 mm，/^=48.1 秒，亦即，/^0=0.01336度。相較下，如果A0被決定，移位 △ S的量係藉由P/ 2 = D-sinA 0來計算。可領悟到，P / 2的値係與d的値成比例。亦即，可領悟到，光閥1及光學路徑偏轉元件2間的位置關係影響到移位△S的量。另一方面，當組裝光閥、各種稜鏡及投影透鏡至投影裝置的外殼於習知影像形成裝置的組裝過程時，這係可能保持藉由制定嚴格的部件容許度及組裝容許度來消除調整過程之實施。然而，分佈容許度以達到藉由僅集合部件之實施可能增加部件成本及組裝成本，這是不實際的。實際上，用於投影影像至螢幕上之實施係藉由所謂的聚焦調整所保持，其中各種部件的準確度及定位的準確度具有某些容許度，且，最後符合目標面之光閥微細地移動於光軸方向。於此種目前條件下，考慮到光學路徑偏轉元件2位在投影透鏡5及光閥1之間之例子中。例如，當具有D = 30 mm、P=14//m及/^0=48.1秒之 -8 - (5) 1277768 偏轉元件被設定時，聚焦調整範圍被指定給面板，以使偏轉兀件的位置設定誤差係約± 0.5 m m。± 〇 . 5 m m相當於3 0 m πι的3.4 %的値。因此，如果光軸方向之面板的位置調整係實施於偏轉元件固定之狀態，7 // m的移位誤差的3.2%的誤差，亦即

，0.2 2/Z m的誤差被產生。雖然此値係非常小，可能有當線條顯示有有關線及空間顯示器中奇數點爲ON或偶數點爲ON的精細不同寬度之問題。於圖2中，爲了解說上述問題，移位量係爲了容易辨識而加大。在光閥1上的>0〃的位置之像素以實線所標示之光通量朝向光學路徑偏轉元件2而行進，且係仔高速朝向由實線及虛線所標示之兩個方向而切換，以及，好像在"的位置之像素的影像係藉由物鏡透鏡投影至螢幕上。移位量係等於圖2所示的距離A。然而，如果光閥1係藉由光閥1的聚焦位置記錄而調整至由虛線所標示之位置，光閥1上自物鏡透鏡5觀察之的像素的移位量係A + △，且，可領悟到，像素的移位量係起伏的。並且，因爲移位像素的週期依據光學路徑偏轉元件2的驅動期間而定，週期內一直有顯示漏出，且’漏出光給予降低解析度的影響。雖然光被削減於習知裝置以防止此種解析度的減低，以光的有效使用的觀點來看’進一步改善係必要的。應注意到，圖3係顯示光學路徑偏轉元件位在投影光學系統及空間光調變元件間的習知結構之解說。 -9- (8) 1277768 係增加以形成高品質影像。依據本發明的影像顯示裝置中，於影像係明顯地相互重疊之螢幕的中心部中，像素移位量可增加達等於或小於像素的間距之量，以明顯地增加中心部之像素密度。

再者，於依據上述發明之影像顯示裝置中，多螢幕顯示可以係藉由增加利用光學路徑偏轉元件所獲得之像素的移位量而實施，此移位量大於像素的移位的方向之像素的配置的寬度。於依據上述發明之影像顯示裝置中，光學路徑偏轉元件可包括至少兩組元件，每一元件移位像素於一方向，以使像素在高速率移位於相互垂直之方向。於依據上述發明之影像顯示裝置中，光學路徑偏轉元件可包括第一及第二光學路徑偏轉元件，第一光學路徑偏轉元件偏轉像素達小於像素的間距之移位量，第二光學路徑偏轉元件偏轉像素達相當於有效像素區之移位量，以增加所顯示之像素的明顯數量且增加顯示區。再者，依據本發明的另一形態提供一種投影光學系統 ’用於投射藉由空間光調變元件所調變之光至投影表面上，其包含：數個透鏡；光學路徑偏轉元件；及驅動部件，其驅動光學路徑偏轉元件，其中光學路徑偏轉元件設在空間光調變元件的側上的透鏡及投影表面上的透鏡之間。依據本發明，反射型光學路徑偏轉元件可設於光學系統，其達到適當用於折疊的光學路徑的結構之小型結構。 -12- 1277768 Ο) 於依據上述發明之投影光學系統中，可另包含孔徑構件，其中光學路徑偏轉元件係定位鄰接至孔徑構件。替代地，於依據上述發明之投影光學系統中，可另包含孔徑構件，其中光學路徑偏轉元件係附接至孔徑構件。

於依據上述發明之投影光學系統中，光學路徑偏轉元件可包括鏡及驅動此鏡的驅動部件，且，驅動部件改變光軸及此鏡的鏡表面間之傾斜角度以偏轉光的投射方向。鏡的傾斜角度被改變至少於兩軸方向。於依據上述發明之投影光學系統中，光學路徑偏轉元件可包括兩個光學路徑偏轉元件，其係配置以使藉由光學路徑偏轉元件而偏轉光學路徑的方向係相互垂直。再者，依據本發明的另一形態提供一種影像顯示裝置 ’其包含：如上述之投影光學系統，及，投影此光至空間光調變元件之照明光源。

自以下詳細說明連同附圖而閱讀時，本發明的其它目的、特徵及優點將係顯而易見。【實施方式】現在將參考圖4A及4B說明依據本發明的第一實施例之影像顯示裝置。應注意到，相同如圖1至3所示的部件之部件被標示以相同參考號碼。如圖4A所示’依據本發明的第一實施例之影像顯示裝置10包含：照明用的光源（未顯示於此圖中）；光閥 1 ’作爲顯不影像的空間光調變元件；光學路徑偏轉元件 -13- (10) (10) 2 ’其依據形成在光閥1上之影像的信號而偏 ;及，投影光學系統3。光學路徑偏轉元件2 學系統3內；

1277768 投影光學系統3投射由諸如液晶裝置、反液晶裝置、數位微鏡裝置等所調變之光至諸如表面上。投影光學系統3包含··數個透鏡、孔鏡、極化光學系統、照明光學系統等。應注意學系統3的結構未受限於圖4A及4 A表示的通常稱爲投影光學系統之系統被包括。尤其，於投影顯示器及類似顯示器之折疊型投影光學此種投影光學系統被包括於依據本發明之投影將參考圖4A及4B說明依據本實施例之置的操作。光閥1上之每一影像位置fl、f2石投影光學系統3以反向圖案而投射至螢幕表 fP、f2'及f3 %於本實施例中，有一透鏡配置影光學系統3未形成空間影像，而形成倒置影面4上。雖然其依設計而定，於許多例子中，投影使用稱爲遠心光學系統之光學系統在物鏡側上 )，以有效地取得反射光且獲得照明的均句性螢幕表面上。在遠心光學系統中，來自光閥1 置之主光相互平行。於此種光學系統中，一旦之光係藉由第一階段光學系統而會聚，且通過光學路徑，此光學路徑係自光閥1折射達小於轉光學路徑設於投影光射型點陣列螢幕之投影徑、鏡、稜到，投影光結構，且，已知有使用系統，且，光學系統。影像顯示裝 I f3係藉由 S 4的位置，其中，投像在營幕表光學系統3 (光閥1側在所投射的上的影像位發散地散佈透鏡系統的所反射的發 -14- (11) 1277768 散光之角度，以使自光學系統的最後平面射出之光形成影像在螢幕表面4上。亦即，於使用於投影裝置之習知遠心投影光學系統中，傳播光學系統內的光的角度相當於物鏡平面（光閥1上）上之影像資訊（像素位置資訊）。圖4 A顯示說明此系統中相互平行的光學路徑之投影光學系統3的示意圖。圖4B顯示藉由光學路徑偏轉元件 2所偏轉光學路徑的狀態。

光學路徑偏轉最小角度於光學路徑中，以達到想要的像素移位（移位量△ S )在螢幕表面4上。像素的移位的方向可以是水平方向、垂直方向、水平與垂直方向的結合方向及傾斜方向的一者。可企圖藉由像素的移位而達到高解析度。於許多使用遠心光學系統作爲投影光學系統3之投影式顯示裝置，光閥1上的像素位置資訊可與光學路徑中之主光的角度資訊相關。藉由配置習知光學路徑偏轉元件2 % 於光學系統中以應用習知驅動方法，可容易達到像素移位，其提供精細且高解析度影像。有以下利益，其中，由於光閥1的位置調整之像素移位的變化量係小於習知技術的變化量。當光學路徑偏轉元件2位在光學路徑實質地相互平行於投影光學系統3之位置時，此利益係最大。雖然未顯示於此圖中，影像顯示裝置1 〇另包含：有效導入照明光至光閥1之照明光學系統及用於獲得彩色影像之影像形成系統。所謂的色序方法可被使用，其中r、 G、B彩色照明光係在高切換率而時序地投射至單一面板 -15- (12) 1277768 (光閥1 ) ，R、G、B切換不可能藉此高切換率而視覺辨識，以形成彩色影像。

並且，藉由分色稜鏡或類似鏡合成的投射對應於R、 G、B的各色的R、G、B光至光閥1及藉由移動像素所放大之投射影像的方法可被使用。作爲可應用至依據本實施例的影像顯示裝置1 0之照明光源，有鹵素燈、氙氣燈、金屬露化物燈、超高壓水銀燈等。並且，諸如LED燈或 LD之單色光亦可被使用。具有高亮度之白色LED可被使用作爲照明光源。照明光學系統可被安裝以獲得高照明效率。作爲照明光學系統的特定實例，有具有位於光源（與光源整合）的附近的反射器之超高壓水銀燈。一照明光學系統可被安裝，其藉由使用諸如稱爲積分器光學系統（蠅眼透鏡對）之照明均勻化機構而提供均勻照明分佈在平面表面上，此機構處理由反射器所反射之具有方向性的光。再者，作爲苦應用至光閥1之光閥，有透射型液晶面板、數位微鏡面裝置（DMD ;商標；由德州儀器公司製造）等。雖然未顯示於此圖中，當使用反射型液晶光閥時，用於自投影的光學路徑分離照明光學路徑之結合有極化光束分離器之分離機構可被使用以獲得有效照明當安裝以上DMD面板（商標：由德州儀器公司製造 )作爲光閥時，可使用傾斜入射光學系統、使用全反射稜鏡之光學路徑分離器等。當使用不具有極化依賴性之光閥 -16- (13) 1277768 時，以光學利用效率的觀點來看，使用電流計鏡、微鏡陣列等作爲光學路徑偏轉元件2係適當的。因此，依據一種光閥1，一適當的光學系統可被使用。現在將說明依據本發明的第二實施例之影像顯示裝置。於第二實施例中，除了第一實施例的結構之外，光學路徑偏轉元件2係設在或於投影光學系統3中之孔徑位置的附近如圖5所示。

圖6顯示位於投影光學系統中的孔徑位置之孔徑構件 8。藉由使用圖6所示的孔徑構件8，孔徑位置與設置光學路徑偏轉元件2的位置重合。應注意到，圖6所示的孔徑的形式僅係實例而已，且，孔徑未受限於圓形。例如，孔徑可以是相當於螢幕尺寸之方形，或可以是橢圓形。因爲來自光閥1上的所有像素之光通過光學路徑偏轉元件2的透射面板的有效區，光學路徑偏轉元件2的面板有較小的變化的影響（光學路徑偏轉角度的位置變化）。依據光學路徑偏轉元件位在投影透鏡及光閥間之習知技術，如圖4A所示的光閥1上之像素Π及f2的光立即在自光閥1射出之後在空間上相互重合，且，來自像素之光通過之光學路徑偏轉元件2的位置係相互不同。亦即，於光學路徑偏轉元件2位在投影透鏡及光閥間之習知方法中，有通過光學路徑偏轉元件2之光傾向接收光學路徑偏轉元件2的平面上變化的影響之問題。然而，配置光學路徑偏轉元件2在或於孔徑位置的附近提供均勻化此變化之功效，因此均勻化像素移位的量。 •17· (14) 1277768 現在將說明依據本發明的第三實施例之影像顯示裝置。於依據本發明的第三實施例中，偏轉角度可被形成以改善設定度且達到小型光學系統。於本實施例中，除了位在投影光學系統3內之配置外，光學路徑偏轉元件2可製成反射型。

作爲一操作，反射的路徑係藉由光學路徑偏轉元件所偏轉一最小角度，以產生想要像素移位在螢幕表面4上。藉由實施高速移位在一期間內，此移位不是人的感覺可辨識的，顯示在高解析度可被達到。於圖7中，偏轉角度係爲了解說像素移位而放大。於圖3所示的習知結構中，其中光學路徑偏轉元件2 位在投影光學系統3及光閥1之間，用於重疊光之空間被要求在光學路徑偏轉元件2及投影光學系統3之間。因此，如果光學路徑偏轉元件2被定位如圖3所示，用於定位諸如用於自影像形成光分離照明光之稜救或用於彩色合成的稜鏡的其它光學部件之空間係大大地減小。因此，具有長的後焦距之光學系統係需要的。因此，如果後焦距係足夠長的，反射型光學路徑偏轉元件可位於光學路徑偏轉元件2位在投影光學系統3及光閥1間之習知結構中。然而，實際上，對投影透鏡的空間係由諸如用於光學路徑分離或分色稜鏡的PB S之光學部件所佔有，且因此，這是不可能定位反射型光學路徑偏轉元件在光閥1及投影光學系統3之間。另一方面，如果反射型光學路徑偏轉元件係如本實施 -18- (15) 1277768 例而定位在光學系統內，包括設計上的問題之問題可一次解決。再者，因爲折疊式光學系統係使用於投影光學系統 3，投影光學系統3可小型化。

並且，如果光學路徑偏轉元件2設於投影光學系統3 ，亦有以下優點。如圖8所示，當實施像素移位在有效像素區內，像素移位的量增加以使位置框的頭線（由螢幕4 上的虛線所標示的最下線）平順地連接至位置框的尾線（由螢幕4上的實線所標示的最上線），且，獲得高準確性係需要。亦即，像素必須被配置以使影像的連接部份不可能視覺地辨識。因此，藉由定位光學路徑偏轉元件2於光學系統中，光學路徑偏轉元件2的平面上變化的影響可被消除，其能夠在連接部份準確地獲得移位量。現在將參考圖9中說明之依據本發明的第四實施例之影像顯示裝置。於本實施例中，顯示區可被放大，且，顯示在光閥1上之像素係有效地使用以使縱橫比可被改變而不會劣化解析度。爲了達到上述特性，藉由光學路徑偏轉元件2之像素的移位量係設定等於數個像素以明顯改變顯示尺寸。圖9顯示不具有像素移位之螢幕（1 )及像素移位的螢幕（2 )。此兩個螢幕係相互重疊由（3 )標示的移位量 △ S。於此圖中，各較小方形□相當於一像素。應注意到，此圖中方形□的一側係約空間光調變元件的一側的一半，因爲由空間光調變元件所調變的光係藉由微透鏡或類似鏡而減小。 -19- (16) 1277768 圖9顯示一狀態，其中，像素移位方向係設定至螢幕的橫向’且，影像移位於橫向以使光閥1的縱橫比自4 ( 橫向）：3(縱向）轉換成16(橫向）：9(縱向）。因此’雖然產生有螢幕（1)及螢幕（2)相互重疊之部位（ 5 ) ’影像係依據影像處理由切換此顯示器在光閥1上而顯示的’以使顯示的影像就好像是相同影像。

現在將參考圖1 0中說明之本發明的第五實施例。於本實施例中，顯示區被放大，且，中心部位的呈現解析度增加以達到較高品質的影像顯示。圖10中的重疊區（6)中之像素的密度可藉由進一步實施1/2像素移位在上述第四實施例中的圖9所示之重疊區（5 )而加倍。此技術能夠增加中心部位的解析度，尤其是電視或類似物。現在將參考圖1 1中說明之本發明的第六實施例。於本實施例中，顯示區係加倍以增加解析度，且獨立地致使兩螢幕的顯示以改善使用影像顯示裝置的方便性。雖然準確地校正像素於以上第五實施例的結構係必要的’像素移位可被實施直到顯示區完全分離爲止。亦即，如圖 Π所示’螢幕（Ϊ )及螢幕（2 )係完全相互分離於橫向。於此例中，偏轉角度係設定在完全分離顯示區之値如圖11所示。分離的方向可以是垂直方向或水平方向或傾斜方向。因爲雙螢幕顯示器被達到，影像顯示裝置可使用在應用的變化。再者，每一螢幕可分開地顯示不同影像。再者 -20- (17) 1277768 ，此技術可應用至使用左及右螢幕間的視差之3維影像顯示。因此，如果僅企圖提供兩個分開的螢幕’不需要在像素位準相配兩個螢幕的連接部份。現在將參考圖7、8及I2中說明之本發明的第七實施例。於第七實施例中，極化光的操作被消除以改善光的使用效率。

於上述的第五及第六實施例的結構中，電流計鏡係使用作爲光學路徑偏轉元件2。因爲使用極化依賴性之切換係實施於使用液晶構件之習知光學路徑偏轉元件，使用與液晶面板結合的結構作爲光閥係適當。另一方面，使用本實施例的結構，使用反射型光閥變容易，此反射型光閥使用微鏡裝置（DMD ;商標；由德州儀器公司製造）。亦即，不需使用極化光轉換光學系統或極化光分離元件用於自投射影像形成光而分離照明光，其達到更簡化的光學系統圖12解說一狀態，其中，來自光閥1的反射光的偏轉方向係藉由作爲光學路徑偏轉元件的電流計鏡7在高切換率而切換在兩個方向之間。此兩方向的光學路徑係由實線及虛線所標示。如此圖所述，反射點不同於電流計鏡7 的支撐點的附近的位置與遠離支撐點的位置之間。亦即，光學系統係偏心系統’且，在最小角度改變的條件下不是問遍之W像另化成爲4化间解析度影像顯示裝置的投射性能’此高解析度影像顯示裝置基於需要設定大的偏轉解度之框單元上而實施像素移位。 -21 - (18) 1277768 由使用微鏡裝置（DMD ;商標；由德州儀器公司製造 )作爲用於消除光學路徑中的此種不同之機構，反射角度可基於每一最小區而指定。因此，諸如由圖1 2所示的實線及虛線所標示之反射點沒有改變，其能夠防止影像由於投影光學系統的作用而劣化。

微鏡裝置（DMD ;商標；由德州儀器公司製造）提供諸如數微秒至數十微秒之高速機械切換率，且，在像素移位期間的影像狀態可幾乎被忽略的。於使用液晶之光學路徑偏轉元件中’呈現解析度的劣化係由不顯示影像在偏轉的期間而防止的，亦即，藉由中斷此光（在高速率中斷照明側之光或藉由此光閥夾中斷此光）來移位像素偏轉元件另一方面，使用微鏡裝置（DMD ;商標；由德州儀器公司製造）能夠消除此種光的中斷。再者，微鏡裝置（ DMD ;商標；由德州儀器公司製造）可提供數度至數十度 n的鏡面偏轉角度，此裝置適用於移位整個框。圖7解說藉由等於或小於像素間距之移位量而實施呈現高解析度顯示器之光學路徑的狀態。圖8解說藉由移位等於或大於螢幕尺寸的量於移位方向來增加螢幕尺寸之光學路徑的狀態。將說明本發明的第八實施例，於本實施例中，反射位置的變化，其係具有大直徑鏡面的光學路徑偏轉元件的問題，被防止以提供高品質影像。再者，高數驅動係藉由微小鏡來製作光學路徑偏轉元件以增加像素移位率而實現的 -22- (19) 1277768 。再者，習知技術中需要之光的中斷被消除以企圖改善光的使用效率。尤其，於本實施例中，具有機械可移動鏡之鏡陣列於使用作爲上述第五及第六實施例的光學路徑偏轉元件2之二維圖案中。作爲機械可移動鏡之鏡陣列配置於二維圖案中，微鏡裝置（DMD ;商標；由德州儀器公司製造）係一典型裝置，且係使用於本實施例作爲光學路徑偏轉元件。

將說明參考圖1 3之本發明的第九實施例，於本實施例中，除了第七實施例的結構外，企圖實現有效像素的數量的增加及以低成本改善影像的細密度。於本實施例中，增加像素的數量的方向係設定至相互垂直的兩個方向。尤其，如圖13所示，像素的數量於垂直及水平方向的每一者變雙倍，以使像素的總數變4倍。應注意到，圖1 3解說投射螢幕上之放大的顯示區。顯示區乘以四倍，且，像素的數量亦乘以四倍，其藉由移位相當於（垂直方向的有效像素的數量）X垂直方向的像素的間距之量於垂直方向，而且，移位相當於（水平方向的有效像素的數量）X (水平方向的像素的間距之量）之量於水平方向。當像素移位未被實施時，僅相當於位置（1 )之像素被顯示。然而，於本實施例中，光閥係藉由重複像素移位在高速率而操作，以藉由驅動光閥而與像素移位同步地輸出相當於（2 )至（4 )的位置之影像信號來放大顯示區。現將說明本發明的第十實施例，於本實施例中，除了 -23- (20) (20)

1277768 第七實施例的目標，企圖實現有效像素的數量的增加低成本改善影像的細密度。尤其，像素的呈現數量之增加係藉由光學路徑偏件2來移位像素達小於像素間距的移位量而加倍，其微小角度的偏轉，而且，藉由相當於光閥1的有效像像素移位來加倍顯示區。如果光學路徑偏轉元件2A移位像素的一半間距及學路徑偏轉元件2B移位相當於光閥1的有效像素之量有考慮到8個組合，亦即，光學路徑偏轉元件2A及兩者位在光閥1及投影光學系統3之間、光學路徑偏轉件2A及2B的一者位於投影光學系統3內、及光學路偏轉元件2A及2B的每一者是否爲反射型或透射型。具有在投影光學系統3之前定位光學路徑偏轉元件2A 定位光學路徑偏轉元件2B於投影光學系統3之設計的圖MA解說整個螢幕。圖MB解說由圖14A中的線所包圍之放大部位U。平面尺寸具有相當於垂直伸的顯示區之縱橫比，其係藉由光學路徑偏轉元件2而半成左及右以獲得具有想要縱橫比之顯示尺寸。於水平方中’像素的間距P的一半係在高速率移位以顯示像素的星四倍的總和（+ —*實施例）。上述實施例的每一者係一實例，且，垂直方向及水方向間的關係可以是相反的。再者，即使是相同方向，樣有功效。以元施之光 2B 元徑其及優虛長分向數平同 -24 - (21) 1277768 圖1 〇解說本發明的第十二實施例，其中顯示區係移位於垂直方向且像素係移位間距ρ的一半的量。圖16Α及16Β解說本發明的第十三實施例，藉由移位等於或大於螢幕尺寸之量於水平方向之兩個螢幕顯示及藉由1 / 2像素移位的組合之高解析度及顯示尺寸放大係同步地達到。

圖1 7解說本發明的第十四實施例之螢幕。於第十四實施例中，於縱橫比將被改變的方向之移位量相當於數個像素，且，1 / 2間距係移位於縱橫比將被改變之方向。雖然未解說於此圖中，像素密度可由移位光學路徑偏轉元件2於傾斜方向而加倍，光學路徑偏轉元件2偏轉光一微小角度。雖然光學路徑偏轉元件實施角度偏轉於使用鏡陣列之方向，其中機械可移動鏡係以二維圖案而配置，諸如微鏡裝置（DMD ;商標；由德州儀器公司製造），本發明未限制於此種驅動於一維方向。如果鏡陣列可被驅動於相互垂直之兩個方向，實施藉由單一鏡陣列而加倍像素的量於垂直及水平方向的每一者而顯示變可能。圖1 8解說依據本發明的第實補實施例之光學系統。於本實施例中，包含鏡之光學路徑偏轉元件設於投影光學系統。自空間光調變元件射出之光（未顯示於此圖中）係自此圖的左側入射在投影光學系統1 5。入射在投影光學系統1 5上之光通過投影透鏡，且，係藉由包含鏡之光學路徑偏轉元件1 6所反射的。然後，光通過設於自光入射 -25 - (22) 1277768 軸觀察之傾斜方向中之投影透鏡（投影光學系統1 7 )，且，此光形成影像在諸如螢幕之投影表面1 8上。

在此，包含鏡之光學路徑偏轉元件1 6設有諸如致動器之驅動部件以改變相對於光學路徑偏轉元件1 6的光入射軸之傾斜角度。藉由在高速率改變光學路徑偏轉元件 1 6的傾斜角度，藉由光學路徑偏轉元件1 6所反射之反射光的方向係在高速率而改變。因此，自一像素射出之光可被人眼看見就好像自兩個像素射出之光。如一特定驅動機構，壓電元件被使用作爲用於驅動光學路徑偏轉元件1 6之致動器，其中壓電元件附接至光學路徑偏轉元件1 6的鏡的一側，且，鏡的相對側被支撐以使由壓電元件所產生之位移轉換成鏡的角度改變。藉由控制施加至壓電元件之電壓，光學部件的偏移的角度可被控制。再者，習知使用於拾取光學系統之使用電磁驅動的致動器機構可被使用。再者，鏡的支撐部可被製作成實質一點以達到兩個驅動軸。圖1 8所示的投影光學系統係所謂的投影透鏡，其使用習知折射光學系統，且，本發明未限於此種透鏡架構。將說明本發明的第十六實施例。於本實施例中，可偏移光學路徑於單軸方向之兩個光學路徑偏轉元件被使用，且，此兩個光學路徑偏轉元件係配置以使其偏轉的方向相互垂直，藉此改變光學路徑的偏轉的方向於四個不同方向依據上述結構，自像素射出之光可被人眼看見就好像 -26- (23) 1277768 由於視覺的持久性自四個像素射出之光。當然’依據透鏡設計配置，兩個折疊部件可被設於光學系統’且’兩組光學路徑偏轉可被實施。或者’實施光學路徑偏轉至少於單軸方向之光學路徑偏轉元件的一者可被設於光學系統’且，另一者可設在面板及投影光學系統之間。依據此兩組光學路徑偏轉元件設在面板及投影光學系統之間之結構，在面板及投影透鏡間的距離可被縮短’其改善設計的自由度

本發明未受限特別揭示的實施例，且’變化及修改可被完成而不離開本發明的範圍。【圖式簡單說明】圖1係顯示習知影像顯示裝置的投影光學系統的基本結構之示意圖；圖2係顯示光閥與投影透鏡間的位置關係之示意圖；圖3係顯示習知結構之示意圖，其中光學路徑偏轉元件係位在投影光學系統及空間光調變元件之間；圖4A係設於依據本發明的第一實施例的光學顯示裝置之投影光學系統的示意圖；圖4 B係顯示藉由光學路徑偏轉元件的偏轉光學路徑的狀態之示意圖；圖5係依據本發明的第二實施例之影像顯示裝置的光學系統的示意圖；圖6係觀察於光軸方向之孔徑構件及光學路徑偏轉元 -27- (24) 1277768 件的示意圖；圖7係顯示藉由等於或小於像素間距的移位量而實施外觀上高解析度顯示的光學路徑的狀態之示意圖；圖8係顯示藉由移動等於或大於螢幕尺寸的量於移位方向來增加螢幕尺寸之光學路徑的狀態之示意圖；圖9用於解說實施於依據本發明的第四實施例之影像顯示裝置的移位操作之示意圖；

圖1 〇係用於解說實施於依據本發明的第五實施例之影像顯示裝置的移位操作之示意圖；圖1 1係用於解說實施於依據本發明的第六實施例之影像顯示裝置的移位操作之示意圖；圖1 2係顯示反射光的偏轉方向藉由電流計鏡而切換在兩個方向之間的狀態之示意圖；圖1 3用於解說實施於依據本發明的第九實施例之影像顯示裝置的移位操作之示意圖；圖1 4 A係用於解說實施於依據本發明的第十一實施例之影像顯示裝置的移位操作之示意圖；圖1 4B係圖1 4 A中以虛線圈起的部份的放大圖；圖1 5 A係用於解說實施於依據本發明的第十二實施例之影像顯示裝置的移位操作之示意圖；圖1 5 B係圖1 5 A中以虛線圈起的部份的放大圖；圖1 6 A係用於解說實施於依據本發明的第十三實施例之影像顯示裝置的移位操作之示意圖；圖1 6 B圖1 6 A中以虛線圈起的部份的放大圖； -28- (25) 1277768 圖1 7係用於解說實施於依據本發明的第十四實施例之影像顯示裝置的移位操作之示意圖；圖1 8係依據本發明的第五實施例之影像顯示裝置的光學系統的示意圖。【主要元件符號說明】 1 :光閥

2 :光學路徑偏轉元件 2A、2B :光學路徑偏轉元件 3 :投影光學系統 4 :營幕表面 5 :投影透鏡 6 :投影透鏡 7 :電流計鏡 8 :孔徑構件 1 〇 ·影像顯不裝置 η :放大部位 1 5 :投影光學系統 1 6 :光學路徑偏轉元件 1 7 :投影光學系統 1 8 :投影表面 □:方形 △ S :移位量 △ β :偏轉角度 -29- (26) 1277768

A :距離 BF :後焦 D :間隔 DMD :數 fl 、 f2 及 fl ' > f2'^ FED ：場 P :間距 P :影像令 PALC : fl 距位微鏡裝置 f3 :影像位置 f 3 ’ ：位置 g射顯示器 i素間距漿定址顯示器 -30-

Claims

1277768

上之投影偏轉轉元以明

光學附近光學光學光學申請專利範圍第94 1 1 5663號專利申請案中文申請專利範圍修正本民國95年1 1月16日修正 1 .—種影像顯示裝置，包含：照明光源；空間光調變元件，其顯示影像；投影光學系統，其放大且投射形成在空間光調變元件影像；光學路徑偏轉元件，其設在該空間光調變元件及藉由光學系統的螢幕上的影像之間，以依據螢幕框週期而用於投影在螢幕上的影像之光學路徑，該光學路徑偏件高速率而移位用於投影在螢幕上的影像之光學路徑顯地增加像素的數量，其中該光學路徑偏轉元件係位在該光學系統內。 2 ·如申請專利範圍第1項之影像顯示裝置，其中該路徑偏轉元件位在或於該投影光學系統的孔徑位置的〇 3 ·如申請專利範圍第1項之影像顯示裝置，其中該路徑偏轉元件係反射型光學路徑偏轉元件。 4 ·如申請專利範圍第3項之影像顯示裝置，其中該路徑偏轉元件係電流計鏡。 5 ·如申請專利範圍第3項之影像顯示裝置，其中該路徑偏轉元件係具有二維配置的機械可移動鏡之鏡陣

^ 1277768 一列。 6 ·如申請專利範圍第1項之影像顯示裝置，其中藉由增加利用該光學路徑偏轉兀件所獲得之像素的移位量而實施多螢幕顯示，該移位量大於像素的移位的方向之像素的配置的寬度。 7.如申請專利範圍第1項之影像顯示裝置，其中該光學路徑偏轉元件包括至少兩組元件，每一元件移位像素 _ 於一方向’以使像素在高速率移位於相互垂直之方向。 8 ·如申請專利範圍第1項之影像顯示裝置，其中該光學路徑偏轉元件包括第一及第二光學路徑偏轉元件，第一光學路徑偏轉元件偏轉像素達小於像素的間距之移位量 ’第二光學路徑偏轉元件偏轉像素達相當於有效像素區之移位量，以增加所顯示之像素的明顯數量且增加顯示區。 9 · 一種影像顯示裝置，包含：照明光源；

空間光調變元件，其顯示影像；投影光學系統’其放大且投射形成在空間光調變兀件上之影像；光學路徑偏轉元件，其設在該空間光調變元件及藉由投影光學系統的螢幕上的影像之間，以依據螢幕框週期而偏轉用於投影在螢幕上的影像之光學路徑，該光學路徑偏轉元件高速率而移位用於投影在螢幕上的影像之光學路徑以明顯地增加像素的數量，其中該螢幕的縱橫比係藉由設定利用該光學路徑偏轉 -2- 1277768 Ψν /4 元件所獲得之移位量至一値而改變，該値等於或大於相當於垂直方向及水平方向的一者之像素的數量之量且小於相當於垂直方向及水平方向的另一者之像素的數量之量。 10·如申請專利範圍第9項之影像顯示裝置，其中於影像係明顯地相互重疊之螢幕的中心部中，像素移位量增加達等於或小於像素的間距之量，以明顯地增加中心部之像素密度。

1 1 ·如申請專利範圍第9項之影像顯示裝置，其中藉由增加利用該光學路徑偏轉元件所獲得之像素的移位量而實施多螢幕顯示，該移位量大於像素的移位的方向之像素的配置的寬度。 12·如申請專利範圍第9項之影像顯示裝置，其中該光學路徑偏轉元件包括至少兩組元件，每一元件移位像素於一方向，以使像素在高速率移位於相互垂直之方向。 1 3 ·如申請專利範圍第9項之影像顯示裝置，其中該 gp 光學路徑偏轉元件包括第一及第二光學路徑偏轉元件，第一光學路徑偏轉元件偏轉像素達小於像素的間距之移位量，第二光學路徑偏轉元件偏轉像素達相當於有效像素區之 * 移位量，以增加所顯示之像素的明顯數量且增加顯示區。 ' 1 4 · 一種投影光學系統，用於投射藉由空間光調變元件所調變之光至投影表面上，包含：數個透鏡；光學路徑偏轉元件；及驅動部件，其驅動光學路徑偏轉元件，其中該光學路 -3 - 1277768 ψ[( \ 徑偏轉元件設在該空間光調變元件的側上的透鏡及該投影表面上的透鏡之間。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之投影光學系統，另包含孔徑構件，其中該光學路徑偏轉元件係定位鄰接至該孔徑構件。 16·如申請專利範圍第14項之投影光學系統，另包含孔徑構件，其中該光學路徑偏轉元件係附接至該孔徑構 Φ件。 17·如申請專利範圍第1 4項之投影光學系統，其中該光學路徑偏轉元件包括鏡及驅動該鏡的驅動部件，且，該驅動部件改變光軸及該鏡的鏡表面間之傾斜角度以偏轉光的投射方向。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之投影光學系統，其中該鏡的傾斜角度被改變至少於兩軸方向。 1 9 .如申請專利範圍第1 4項之投影光學系統，其中 4Ρ 該光學路徑偏轉元件包括兩個光學路徑偏轉元件，其係配置以使藉由該光學路徑偏轉元件而偏轉光學路徑的方向係相互垂直。 • 20. —種影像顯示裝置，包含： • 如申請專利範圍第1 4項之投影光學系統；及照明光源，其投射光至空間光調變元件。