圖像顯示裝置的制造方法
【專利說明】圖像顯不裝置
[0001 ] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)人于2012年10月18日提出的申請(qǐng)?zhí)枮?01280004024.3(國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/JP2012/006683)的、發(fā)明名稱為“圖像顯示裝置”的國(guó)際申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，該申請(qǐng)進(jìn)入國(guó)家階段的日期為2013年06月05日。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種利用衍射光柵圖案(diffract1n grating pattern)使相干光衍射來顯示圖像的圖像顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]作為利用衍射光柵圖案使相干光衍射來顯示圖像的圖像顯示裝置，例如有利用計(jì)算機(jī)全息(Computer Generated Hologram、以下稱為“CGH”)的圖像顯示裝置。
[0004]在這種圖像顯示裝置中，將基于與要顯示的目標(biāo)顯示圖像相對(duì)應(yīng)的輸入圖像用計(jì)算機(jī)計(jì)算出的光柵圖案顯示在相位調(diào)制型的液晶面板等，通過向該液晶面板照射激光并使其衍射，再現(xiàn)來自虛擬圖像位置的顯示光的波面，向用戶顯示虛擬圖像。其結(jié)果，CGH方式具有可以在液晶面板的前方或后方的位置顯示三維立體圖像的特征。
[0005]例如，作為用CGH方式顯示三維立體圖像的圖像顯示裝置有三維場(chǎng)景的全息再構(gòu)成用裝置(參照專利文獻(xiàn)1)。另外，也有雖然不是CGH方式，但通過衍射光柵圖案將三維立體圖像顯示給用戶的圖像顯示裝置(參照專利文獻(xiàn)2)。
[0006]在利用上述CGH方式的圖像顯示裝置中，作為能感受到自然的立體感的立體圖像顯示方法已經(jīng)研究了很多，但由于像素間距小、需要像素?cái)?shù)較多的空間調(diào)制元件或激光光源等原因，尚未達(dá)到普及。然而，近年來，隨著投影用液晶面板的高像素化、可視域半導(dǎo)體激光器的大輸出化的實(shí)現(xiàn)，利用CGH方式的圖像顯示裝置逐漸接近實(shí)用化。
[0007]如上所述，利用CGH方式的傳統(tǒng)的圖像顯示裝置向?qū)⒀苌涔鈻艌D案疊加于輸入圖像的各像素進(jìn)行顯示的空間調(diào)制元件照射激光，通過被顯示的衍射光柵圖案衍射的激光來顯示圖像。
[0008]在此，當(dāng)顯示亮度大的像素大量存在的輸入圖像時(shí)，由于大量的衍射光柵圖案被疊加，因此各自的衍射光柵圖案變得不清楚。其結(jié)果，朝向顯示的像素的衍射光減少，像素以比應(yīng)顯示的亮度暗的亮度顯示。反過來，當(dāng)顯示亮度大的像素只少量存在的輸入圖像時(shí)，由于衍射光柵圖案被疊加的程度變小，各自的像素的衍射光柵圖案變得清晰。其結(jié)果，朝向顯不的像素的衍射光增多，像素以比應(yīng)顯不的殼度殼的殼度顯不。
[0009]換一種觀點(diǎn)，照射空間調(diào)制元件的激光的衍射效率不會(huì)因輸入圖像而發(fā)生很大變化，虛擬圖像整體的亮度的總和不會(huì)有很大變化。因此，當(dāng)輸入圖像中亮度大的像素大量存在時(shí)，激光被分配給多個(gè)像素，虛擬圖像的像素以低亮度顯示。另一方面，當(dāng)輸入圖像中亮度大的像素只有少量存在時(shí)，激光被集中到少量的像素，虛擬圖像的像素以更大的亮度顯示。這樣，在通過計(jì)算機(jī)全息顯示圖像時(shí)，衍射效率幾乎恒定，因此在輸入圖像中明亮的像素較少時(shí)亮度變得比應(yīng)顯示的亮度大，反過來在明亮的像素較多時(shí)亮度變得比應(yīng)顯示的亮度小。
[0010]而且，雖然可以通過利用紅色、綠色及藍(lán)色三種激光光源將各自的色彩的圖像疊加并輸出來進(jìn)行全彩色圖像的顯示，但在進(jìn)行全彩色圖像顯示時(shí)，如果如上所述各色彩的輸入圖像中的亮度大的像素的數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生虛擬圖像的色彩偏離。
[0011]這樣，在利用CGH方式的傳統(tǒng)的圖像顯示裝置中，存在以下問題，當(dāng)進(jìn)行動(dòng)畫顯示時(shí)，由于輸入圖像中亮度大的像素的數(shù)量會(huì)變化，因此根據(jù)場(chǎng)景的不同亮度或顯示色彩會(huì)發(fā)生變化，同樣，在顯示文字等信息圖像時(shí)，由于根據(jù)文字?jǐn)?shù)的多少輸入圖像中亮度大的像素的數(shù)量會(huì)變化，因此亮度或顯示色彩也會(huì)變化等。
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本專利公表公報(bào)特表2008-541145號(hào)。
[0013]專利文獻(xiàn)2:日本專利公開公報(bào)特開平6-202575號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于提供一種圖像顯示裝置，可以不受輸入圖像中亮度大的像素的數(shù)量的變動(dòng)的影響以所期望的亮度顯示虛擬圖像。
[0015]本發(fā)明的一方面所涉及的圖像顯示裝置包括:射出相干光的光源;通過顯示與輸入圖像相對(duì)應(yīng)的衍射光柵圖案衍射所述相干光，利用被衍射的光顯示虛擬圖像的空間調(diào)制元件;計(jì)算表示所述輸入圖像的全部像素的亮度的總和的總亮度，當(dāng)所述總亮度減少時(shí)，控制所述光源和所述空間調(diào)制元件的至少其中之一，以低于直接利用所述輸入圖像顯示的基準(zhǔn)虛擬圖像的亮度顯示所述虛擬圖像的控制部。
[0016]上述的圖像顯示裝置可以不受輸入圖像中亮度大的像素的數(shù)量的變動(dòng)的影響，以所期望的亮度顯示虛擬圖像。
【附圖說明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0018]圖2是表示向半導(dǎo)體激光器的注入電流和光輸出的關(guān)系的示意圖。
[0019]圖3是表不光輸出為最大時(shí)的光輸出和向半導(dǎo)體激光器的注入電流的時(shí)間波形以及向半導(dǎo)體激光器的注入電流和光輸出的關(guān)系的示意圖。
[0020]圖4是表不光輸出為最大輸出的1/5時(shí)的光輸出和向半導(dǎo)體激光器的注入電流的時(shí)間波形以及向半導(dǎo)體激光器的注入電流和光輸出的關(guān)系的示意圖。
[0021]圖5是表示本發(fā)明實(shí)施例1的其它的圖像顯示裝置結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0022]圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例2的圖像顯示裝置結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0023]圖7是表示輸入到圖6所示的控制電路的文字?jǐn)?shù)較少的輸入圖像的一個(gè)例子的示意圖。
[0024]圖8是表示輸入到圖6所示的控制電路的文字?jǐn)?shù)較多的輸入圖像的一個(gè)例子的示意圖。
[0025]圖9是表示文字信息圖像的字體尺寸變大時(shí)的輸入圖像的一個(gè)例子的示意圖。
[0026]圖10是表示本發(fā)明實(shí)施例2的圖像顯示裝置的其它結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0027]圖11是表示將外框圖案附加于圖7所示的輸入圖像的輸入圖像的一個(gè)例子的示意圖。
[0028]圖12是表示文字?jǐn)?shù)較少時(shí)作為控制用圖案附加了文字列圖像的輸入圖像的一個(gè)例子的示意圖。
[0029]圖13是表示文字?jǐn)?shù)較多時(shí)作為控制用圖案附加了文字列圖像的輸入圖像的一個(gè)例子的示意圖。
[0030]圖14是表示文字?jǐn)?shù)較少時(shí)作為控制用圖案附加了均一圖案的輸入圖像的一個(gè)例子的示意圖。
[0031]圖15是表示文字?jǐn)?shù)少時(shí)作為控制用圖案附加了分布圖案的輸入圖像的一個(gè)例子的示意圖。
[0032]圖16是表示本發(fā)明實(shí)施例3的圖像顯示裝置結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0033]圖17是表示本發(fā)明實(shí)施例3的圖像顯示裝置的其它結(jié)構(gòu)的概略圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0035](實(shí)施例1)
[0036]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的圖像顯示裝置結(jié)構(gòu)的概略圖。圖1所示的圖像顯示裝置包括光源101、照明光學(xué)系統(tǒng)102、空間調(diào)制元件103及控制電路105。在本實(shí)施例中，作為利用衍射光柵圖案(diffract1n grating pattern)使相干光衍射來顯示圖像的方式，例如，采用計(jì)算機(jī)全息(CGH)方式，向觀察者104顯示作為虛擬圖像的目標(biāo)顯示圖像201。
[0037]光源101為輸出作為相干光的一個(gè)例子的激光的激光光源。例如，可以使用輸出綠色波長(zhǎng)的激光的半導(dǎo)體激光器(激光二極管)作為光源101。另外，相干光的波長(zhǎng)并不僅限于上述例子，也可以用其它的顏色，或用白色進(jìn)行黑白顯示。
[0038]照明光學(xué)系統(tǒng)102通過變更來自光源101的激光的波面形狀或強(qiáng)度分布，將來自光源101的相干光轉(zhuǎn)換為照明光，向空間調(diào)制元件103射出該照明光。例如，作為照明光學(xué)系統(tǒng)102，可以使用將擴(kuò)散光的激光轉(zhuǎn)換為匯聚光的凸透鏡。另外，變更照明光的波面形狀的照明光學(xué)系統(tǒng)可以是透鏡(lens)，也可以是鏡(mirror)，還可以是象液晶透鏡那樣能夠動(dòng)態(tài)變更波面形狀的元件。而且，照明光學(xué)系統(tǒng)也可以包括變更強(qiáng)度分布的光學(xué)系統(tǒng)。
[0039]另外，照明光學(xué)系統(tǒng)本身也可以省略，此時(shí)，在光源101和空間調(diào)制元件103之間不配置任何光學(xué)元件，直接利用該空間。此時(shí)，來自光源101的激光變成以光源為中心的球面波，如果考慮該波面的曲率，則可以計(jì)算在空間調(diào)制元件103顯示的衍射光柵圖案。在這種結(jié)構(gòu)中，由于沒有光學(xué)元件，因此不易產(chǎn)生基于像差或反射光的雜散光等，具有能夠獲得清晰的圖像的優(yōu)點(diǎn)。
[0040]在此，作為輸入信號(hào)的圖像數(shù)據(jù)，輸入圖像(輸入圖像數(shù)據(jù))IS被從裝置的外部輸入到控制電路105。輸入圖像IS具有構(gòu)成輸入圖像的全部像素的亮度數(shù)據(jù)或能夠計(jì)算亮度的數(shù)據(jù)。另外，在本實(shí)施例中，以輸入圖像IS從裝置的外部，例如指定的圖像輸出設(shè)備或經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)的其它的設(shè)備等輸入為例進(jìn)行說明，但是，并不僅限于該例，也可以是在圖像顯示裝置內(nèi)部生成輸入圖像等各種各樣的變更。
[0041]空間調(diào)制元件103通過顯示與輸入圖像IS相對(duì)應(yīng)的衍射光柵圖案，使來自照明光學(xué)系統(tǒng)102的照明光衍射。例如，可以使用相位調(diào)制型的反射型液晶面板作為空間調(diào)制元件
103。而且，空間調(diào)制元件如果通過顯示衍射光柵圖案能衍射照明光，則可以使用其它的顯示元件，而且，也可以使用透過型的空間調(diào)制元件。透過型的空間調(diào)制元件與反射型相比不容易產(chǎn)生因元件的彎曲或制造誤差引起的像差，具有可以顯示穩(wěn)定的圖像的優(yōu)點(diǎn)。
[0042]控制電路105包括衍射光柵圖案生成部106、光輸出控制部107以及總亮度計(jì)算部108。輸入圖像IS被輸入到衍射光柵圖案生成部106和總亮度計(jì)算部108。衍射光柵圖案生成部106將與輸入圖像IS相對(duì)應(yīng)的衍射光柵圖案顯示在空間調(diào)制元件103。空間調(diào)制元件103被來自照明光學(xué)系統(tǒng)102的照明光照射，通過衍射光柵圖案衍射照明光。目標(biāo)顯示圖像201通過衍射的光而被顯示，虛擬圖像被觀察者104視覺認(rèn)知。
[0043]總亮度計(jì)算部108將輸入圖像IS的全部像素的亮度的總和(總亮度)以幀為單位進(jìn)行計(jì)算并輸出到光輸出控制部107。光輸出控制部107根據(jù)輸入圖像IS的全部像素的亮度的總和驅(qū)動(dòng)光源101，控制光源101的光輸出。
[0044]具體而言，光輸出控制部107控制光源101，以便作為總亮度計(jì)算部108的計(jì)算結(jié)果，高亮度的像素越多總亮度越大，使光源101的輸出越增大，高亮度的像素越少總亮度越小，使光源101的輸出越減小。其結(jié)果，可以使光源101的激光的輸出與總亮度計(jì)算部108計(jì)算出的總亮度成比例。
[0045]例如，當(dāng)使用半導(dǎo)體激光器作為光源101時(shí)，通過控制向半導(dǎo)體激光器的注入電流，能夠控制激光的輸出。圖2是表示向半導(dǎo)體激光器的注入電流與激光的輸出(光輸出)之間的關(guān)系的示意圖。圖中的It是半導(dǎo)體激光器的閾值電流。
[0046]如圖2所示，在從動(dòng)作點(diǎn)0a到動(dòng)作點(diǎn)Ob之間，光輸出與注入電流值成比例，因此，光輸出控制部10 7通過對(duì)光源101設(shè)定從動(dòng)作點(diǎn)0a到動(dòng)作點(diǎn)Ob之間的注入電流值，可以根據(jù)由總亮度計(jì)算部108計(jì)算出的總亮度設(shè)定從最大的光輸出到其1/10之間的任意的光輸出。另夕卜，雖然沒有圖示，但通過將半導(dǎo)體激光器的光輸出分支，用受光元件監(jiān)控光輸出進(jìn)行反饋控制，可以實(shí)現(xiàn)更精密的光輸出的控制。
[0047]另外，光源101的激光輸出的控制方法，并不僅限于上述例子，可以有各種變化。例如，光輸出控制部107可以控制光源101的輸出，以便作為總亮度計(jì)算部108的計(jì)算結(jié)果總亮度減少時(shí)，以低于直接利用輸入圖像顯示的基準(zhǔn)虛擬圖像的亮度顯示虛擬圖像。而且，光輸出控制部107可以控制光源101的輸出，以便當(dāng)作為總亮度計(jì)算部108的計(jì)算結(jié)果總亮度增加時(shí)，以高于直接利用輸入圖像顯示的基準(zhǔn)虛擬圖像的亮度顯示虛擬圖像。