JP2005221562A - 投射型表示装置および投射型表示装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 投射画像の階調を増加させ、投射画像の画質を高めることができる投射型表示装置および投射型表示装置の制御方法を提供する。
【解決手段】 光を射出する光源１０と、光源１０からの光を空間変調する第１の光変調手段５１、５２、５３と、光源１０からの光を時間変調する第２の光変調手段３０と、第１の光変調手段５１、５２、５３および第２の光変調手段３０に変調された光を投射する投射手段７０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投射型表示装置および投射型表示装置の制御方法に関する。

光変調デバイスとして液晶表示装置（ＬＣＤ）や、例えばＴＩ（テキサスインスツルメンツ）社のＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス、登録商標）素子などのミラーデバイスなどを用いた投射型表示装置（プロジェクタ）が知られ、オフィスでのデータプロジェクタ、家庭でのビデオプロジェクタとして広く使用されている。
従来の投射型表示装置における投射画像のダイナミックレンジは、投射型表示装置の最大出力と最低出力で決まり、映像の中における１部のシーンや、１フレームでのダイナミックレンジは、画素値の最大値と最小値に応じた投射型表示装置からの出力値で決まっている（例えば、非特許文献１参照。）。
「日経 エレクトロニクス」、２００３年１１月２４日、ｐ．１１４

そのため、表示する画像（シーン）によっては、充分なダイナミックレンジを確保できないため、画像の暗い部分や明るい部分において階調が潰れてしまい不鮮明となりやすいという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、投射画像の階調を増加させ、投射画像の画質を高めることができる投射型表示装置および投射型表示装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の投射型表示装置は、光を射出する光源と、光源からの光を空間変調する第１の光変調手段と、光源からの光を時間変調する第２の光変調手段と、第１の光変調手段および第２の光変調手段に変調された光を投射する投射手段と、を備えることを特徴とする。

すなわち、本発明の投射型表示装置は、第１の光変調手段および第２の光変調手段を用いて、光源から射出された光を空間変調および時間変調するため、空間変調および時間変調のどちらか一方の変調により表示される画像の階調よりも、当該投射型表示装置により投射される画像の階調を増加させることができ、投射画像の画質を高めることができる。
つまり、第１の光変調手段および第２の光変調手段のどちらか一方の光変調手段に変調され表示された画像の階調を、さらに他方の光変調手段により変調させることにより、より細かい階調の画像として表示することができる。

また、空間変調と時間変調を組み合わせて変調を行うことにより、変調による光のロスを最小限に抑えるとともに、細かい階調の画像を表示することができる。
つまり、空間変調、例えば液晶ライトバルブによる変調における光のロスと、時間変調、例えばミラーデバイスによる変調における光のロスと、を比較すると、空間変調における光のロスの方が大きく、空間変調を２回行うと光のロスが大きくなり、投射される画像が暗くなる恐れがある。また、時間変調を２回行う場合は、第２の光変調手段の駆動周波数に上限があるため、画像の階調増加に上限があり、十分に細かい階調の画像を表示することが困難である。

上記の構成を実現するために、より具体的には、第２の光変調手段は、第１の光変調手段に変調された光を変調することが望ましい。

この構成によれば、光源から射出された光を第１の光変調手段により空間変調し、その後、第２の光変調手段により時間変調することにより、投射される画像の階調を増加させることができる。
つまり、光源からの光を画像を構成する画素に応じて空間変調することにより画像を形成し、さらに画素に応じて時間変調することにより、画素毎の輝度をより細かく制御する（階調を細かくする）ことができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の光変調手段に形成された画素数と、第２の光変調手段に形成された画素数とが同じであってもよい。

この構成によれば、第１の光変調手段および第２の光変調手段における画素の数が同じであるため、投射される画像の階調を画素ごとに柔軟に制御することができる。
つまり、第１の光変調手段の画素と第２の光変調手段の画素とが１対１に対応しているため、投射される画像の各画素について、第１の光変調手段の画素および第２の光変調手段の画素が対応することになる。その結果、画像の各画素について空間変調および時間変調の制御が行われ、投射される画像の階調を画素ごとに柔軟に制御することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の光変調手段に形成された画素数よりも、第２の光変調手段に形成された画素数が多くてもよい。

この構成によれば、投射される画像の階調制御は、第２の光変調手段に形成された画素に対応する画素ごとに行うことができる。例えば、複数の第１の光変調手段に形成された画素により空間変調された光は、第２の光変調手段に形成された別々の画素に入射され時間変調されるため、投射される画像の画素密度は、第２の光変調手段に形成された画素の密度により規定される。
また、投射される画像の画素密度は、第２の光変調手段に形成された画素の密度により規定されるため、製造の容易な画素開口率の小さい第１の光変調手段を用いても画素密度の高い（解像度の高い）投射画像を得ることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の光変調手段に形成された画素数よりも、第２の光変調手段に形成された画素数が少なくてもよい。

この構成によれば、例えば、第１の光変調手段に形成された複数の画素により空間変調された光を、第２の光変調手段に形成された１つの画素の異なる領域に入射させて時間変調することにより、投射される画像の階調制御を行うことができる。
そのため、例えば第２の光変調手段としてミラーデバイスを用いる場合、投射画像の画素よりも大きなマイクロミラーを用いることができ、比較的安価で製造容易なミラーデバイスを用いることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、第２の光変調手段が、入射した光の射出方向を制御することにより、入射した光を時間変調するミラーデバイスであることが望ましい。

この構成によれば、第２の光変調手段がミラーデバイスであるため、例えば反射型液晶パネルなどの液晶パネルよりも、きめ細かく入射した光を時間変調することができる。
つまり、根本的にミラーデバイスの応答時間の方が、液晶の応答時間よりも短いため、ミラーデバイスが入射した光の射出方向（反射方向）を制御するのに要する時間は、反射型液晶パネルが入射した光の透過、遮断の切替えに要する時間よりも短い。そのため、ミラーデバイスが時間変調できる最短時間単位は、反射型液晶パネルの最短時間単位よりも短く、きめ細かく時間変調することができより細かな階調を表現することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、第２の光変調手段での階調の増加は、投射する画像の１フレームごとに決定してもよい。

この構成によれば、1フレームごとに階調の増加を決定しているため、複数フレームごとに階調の増加を決定する場合と比較して、階調の増加を決定する回路構成を簡略化することができる。また、階調の増加を決定する演算アルゴリズムを簡略化することができる。
例えば、複数フレーム分のデータを一時保存する記憶部を回路構成に追加する必要がない分、回路構成を簡略化することができる。また、複数フレームにわたって階調の整合性を取る演算を行う必要がない分、演算アルゴリズムを簡略化することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、第２の光変調手段での階調の増加は、投射する画像の複数フレームごとに決定してもよい。

この構成によれば、複数フレームごとに階調の増加を決定しているため、１フレームごとに階調の増加を決定する場合と比較して、連続するフレーム間における画像の輝度の連続性がよくなる。
つまり、1フレームごとに階調の増加を決定している場合、連続するフレームにおける同一の画素の輝度は、連続して変化しない（急に明るくなったり暗くなったりする）恐れがあるが、複数フレームごとに階調の増加を決定することにより、前述のような不具合の発生を確実に防止することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、第２の光変調手段への制御信号の生成は、当該装置内で行ってもよい。

この構成によれば、当該投射型表示装置内で制御信号の生成を行うため、画像情報のみを有する映像信号を入力するだけで階調が増加された画像を投射することができる。つまり、当該投射型表示装置に、通常のＴＶ信号、ビデオ信号などを入力することにより、階調が増加されたＴＶ画像や、ビデオ画像を容易に投射することができる。
また、当該投射型表示装置の外に制御信号の生成を行う機器を備える場合と比べ、当該投射型表示装置のみで階調が増加された画像を投射できるため、持ち運び性に優れ、設置場所を必要としないといった優れた点を有する。

上記の構成を実現するために、より具体的には、第２の光変調手段への制御信号の生成は、当該装置外の画像出力機器内で行ってもよい。

この構成によれば、当該投射型表示装置外の画像出力機器に画像情報のみを有する映像信号を入力して制御信号の生成を行っているため、当該投射型表示装置内で制御信号の生成を行っている場合と比較して、より細かく階調が増加された画像を投射することができる。つまり、投射型表示装置よりもスペースの制約が少ない外部の画像出力機器で制御信号の生成を行うため、より複雑、大型な回路を用いることができ、それにより複雑な演算アルゴリズムによるきめ細かな制御を行うことができる。

本発明の投射型表示装置の制御方法は、光を射出する光源と、光源からの光を空間変調する第１の光変調手段と、光源からの光を時間変調する第２の光変調手段と、第１の光変調手段および第２の光変調手段に変調された光を投射する投射手段と、を備える投射型表示装置の制御方法であって、第２の光変調手段により、投射される画像の階調を増加させることを特徴とする。

すなわち、本発明の投射型表示装置の制御方法は、第１の光変調手段により入射した光を空間変調して投射する画像を形成し、第２の光変調手段により入射した光を時間変調して投射される画像の階調を増加し、投射画像の画質を高めている。

以下、本発明の実施の形態に係る投射型表示装置およびその制御方法について図１から図６を参照して説明する。
まず、図１を参照しながら、本発明の一実施形態に係る投射型表示装置について説明する。本実施形態の投射型表示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備え、透過型液晶ライトバルブにより空間変調された光をミラーデバイスにより時間変調する投射型カラー液晶表示装置である。

図１は、本実施の形態に係る投射型表示装置の概略を示す図である。
投射型表示装置は、図１に示すように、白色光を射出する照明装置１と、白色の光をＲ、Ｇ、Ｂの異なる色光に分光するダイクロイックミラー４１、４２と、各色光を空間変調する液晶ライトバルブ（第１の光変調手段）５１、５２、５３と、空間変調された各色光を合成するクロスダイクロイックプリズム６０と、合成された光を時間変調するミラーデバイス（第２の光変調手段）３０と、時間変調された光を投射する投射レンズ（投射手段）７０とから概略構成されている。

照明装置１は、照明光としての白色光を射出する光源１０と白色光の照度分布を均一化するインテグレータレンズ２１、２２と、照明光を一方の直線偏光にそろえる偏光変換素子２３と、から構成されている。光源１０は高圧水銀ランプ等のランプ１１とランプ１１の光を反射するリフレクタ１２とから構成されている。

また、光源光の照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブ５１、５２、５３において均一化させるため、光源１０側から第１のインテグレータレンズ２１、第２のインテグレータレンズ２２が順次設置されている。ここで、インテグレータレンズ２１、２２は複数のマイクロレンズを平面状に配列したマイクロレンズアレイとして形成され、第１のインテグレータレンズ２１は光源１０から射出された光（照明光）を複数の光束に分割し、第２のインテグレータレンズ２２はライトバルブ位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。場合によっては２次光源像を重畳するためのコンデンサーレンズを第２のインテグレータレンズ２２の位置、もしくはその後段に配しても良い。以下では重畳レンズとして第２のインテグレータレンズが用いられた場合について説明を行う。

偏光変換素子２３は、第２のインテグレータレンズ２２に光射出側に設けられた偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）と、ＰＢＳアレイによって反射された偏光の偏光方向を変換する１／２波長板アレイとから構成され、光源光の光強度を損なうことなく光の偏光方向を一方向にそろえるようになっている。
ダイクロイックミラー４１、４２は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したもので、所定の色光を選択的に反射し、それ以外の波長の光を透過するようになっている。すなわち、青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー４１は、光源１０からの白色光のうちの赤色光Ｌ_Ｒを透過させるとともに、青色光Ｌ_Ｂと緑色光Ｌ_Ｇとを反射するようになっている。また、緑色光反射のダイクロイックミラー４２は、ダイクロイックミラー４１で反射された青色光Ｌ_Ｂと緑色光Ｌ_Ｇの内、青色光Ｌ_Ｂを透過し緑色光Ｌ_Ｇを反射するようになっている。

青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー４１は、光源１０からの白色光のうちの赤色光Ｌ_Ｒを透過させるとともに、青色光Ｌ_Ｂと緑色光Ｌ_Ｇとを反射させるものである。ダイクロイックミラー４１を透過した赤色光Ｌ_Ｒは反射ミラー４５で反射されて赤色光用液晶ライトバルブ５１に入射される。
一方、ダイクロイックミラー４１で反射した色光のうち、緑色光Ｌ_Ｇは緑色光反射用のダイクロイックミラー４２によって反射され、緑色光用液晶ライトバルブ５２に入射される。一方、青色光Ｌ_Ｂはダイクロイックミラー４２も透過し、リレーレンズ４６、反射ミラー４３、リレーレンズ４７、反射ミラー４４、リレーレンズ４８からなるリレー系４９を経て青色光用液晶ライトバルブ５３に入射される。

液晶ライトバルブ５１、５２、５３は、本実施形態の場合、画像を表示する画素がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス型の透過型液晶パネルから構成されており、信号処理した映像信号に基づいて入射した光を画素ごとに光の透過率を変える（空間変調する）ように駆動される。つまり、液晶ライトバルブの光透過性電極に印加する電圧を制御することにより、光の透過率を０％に近い値から１００％の間で制御している。
また、液晶ライトバルブ５１、５２、５３には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式透過型液晶セルが使用されている。
そして、液晶ライトバルブ５１、５２、５３は、変調した色光Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂがクロスダイクロイックプリズム６０の異なる面に入射されるように配置されている。

クロスダイクロイックプリズム６０は、直角プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光Ｌ_Ｒを反射するミラー面と青色光Ｌ_Ｂを反射するミラー面とが十字状に形成されている。そして、三つの色光Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂがこれらのミラー面によって合成されてカラー画像を表す光が形成される。
クロスダイクロイックプリズム６０のカラー画像光の射出面には、リレーレンズ６１が配置され、カラー画像光をミラーデバイス３０に集光される。

ミラーデバイス３０は、画像の画素に対応するマイクロミラーがマトリクス状に配置されるとともに、マイクロミラーの反射面の向きを変えられるように（首振り可能に）、配置されている。また、信号処理した映像信号に基づいてカラー画像を表す光を時間変調するように駆動される。ミラーデバイス３０に配置されたマイクロミラーの数は、液晶ライトバルブ５１、５２、５３に形成された画素の数と同じ数であるとともに、その配置パターンも同じとされている。
投射レンズ７０は、ミラーデバイス３０に時間変調された光をスクリーン７１上に拡大投射するように配置されている。

次に、上記の構成からなる投射型表示装置における作用について説明する。
ランプ１１から射出された照明光（白色光）の一部は、図１に示すように、直接第１のインテグレータレンズ２１に入射する。残りの光は、リフレクタ１２に反射されて第１のインテグレータレンズ２１に入射する。
第１のインテグレータレンズ２１に入射された照明光は、第１のインテグレータレンズ２１および第２のインテグレータレンズ２２により液晶ライトバルブ５１、５２、５３においてその照度分布が均一化するように重畳される。

照度分布が均一化された照明光は、偏光変換素子２３のＰＢＳアレイにより互いに直交する直線偏光に分離され、１／２波長板アレイにより一方の直線偏光にそろえられる。
一方の直線偏光となった照明光はダイクロイックミラー４１に入射し、ダイクロイックミラー４１は赤色光Ｌ_Ｒを透過させるとともに青色光Ｌ_Ｂおよび緑色光Ｌ_Ｇを反射する。反射された青色光Ｌ_Ｂおよび緑色光Ｌ_Ｇはダイクロイックミラー４２に入射し、ダイクロイックミラー４２は青色光Ｌ_Ｂを透過するとともに緑色光Ｌ_Ｇを反射する。

赤色光Ｌ_Ｒは反射ミラー４５で反射されて赤色光用液晶ライトバルブ５１に入射され、緑色光Ｌ_Ｇは緑色光用液晶ライトバルブ５２に入射される。青色光Ｌ_Ｂは、リレーレンズ４６、反射ミラー４３、リレーレンズ４７、反射ミラー４４、リレーレンズ４８を経て青色光用液晶ライトバルブ５３に入射される。

各液晶ライトバルブ５１、５２、５３に入射された各色光は、投射型表示装置に入力された映像信号に基づいて画素ごとに空間変調されてクロスダイクロイックプリズム６０に入射される。空間変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム６０において合成され、カラー画像を表す光としてリレーレンズ６１に向けて射出される。
リレーレンズ６１に入射された光は、ミラーデバイス３０のマイクロミラーが配置された面に集光される。マイクロミラーは、入力される映像信号に基づいてマイクロミラーごとに反射される光の射出方向を、投射レンズ７０方向と、それ以外の方向、例えば光を吸収する吸収体（図示せず）方向とに制御する。
投射レンズ７０方向に反射された光は、投射レンズ７０に入射してスクリーン７１上に拡大投射される。

ここで、液晶ライトバルブ５１、５２、５３およびミラーデバイス３０により、投射される画像の階調が増加する作用について説明する。
図２（ａ）は、照明光が液晶ライトバルブにより変調される概念を示す図である。図２（ｂ）は、液晶ライトバルブに変調された光がミラーデバイスにより変調される概念を示す図である。
液晶ライトバルブ５１、５２、５３における所定の画素においては、図２（ａ）に示すように、入力される映像信号に基づいて各色光Ｒ、Ｇ、Ｂが所定の照度となるように空間変調されている。その後、空間変調された各色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、図２（ｂ）に示すように、映像信号に基づいてミラーデバイス３０のマイクロミラーにより、所定の照度となるように時間変調されている。

図３（ａ）は、照明光が液晶ライトバルブにより空間変調される概念を示す図である。図３（ｂ）は、空間変調された光がミラーデバイスにより時間的に変調される概念を示した図である。
上述した光の変調を、時間を横軸に表して示したのが図３（ａ）、（ｂ）となる。ここでは、説明を簡単にするために、ＲＧＢ値が同じ白色光を例に挙げて説明する。
液晶ライトバルブにおける所定の画素においては、図３（ａ）に示すように、時間的に連続する光が、映像信号に基づいてフレームごとに所定の照度となるように空間変調されている。その後、空間変調された光は、図３（ｂ）に示すように、映像信号に基づいてミラーデバイス３０のマイクロミラーにより、各フレームの所定時間だけ投射されるように時間変調される。

図４（ａ）は、ミラーデバイスによる変調が無い場合の出力値の階調を説明する図であり、図４（ｂ）は、ミラーデバイスによる変調がある場合の出力値の階調を説明する図である。
上述したように、液晶ライトバルブ５１、５２、５３による空間変調を行った後に、ミラーデバイス３０による時間変調を行うことで、投射画像の階調を増加させることができる。このことを図で示したのが、図４（ａ）、（ｂ）であり、横軸に映像信号の画素値、縦軸に出力値を示したものである。
例えば、液晶ライトバルブ５１、５２、５３による空間変調のみの場合、図４（ａ）に示すように、画素値ｉ１からｉ２の間を３段階に分割して、画素値ｉ１からｉ２に対応する出力値ｏ１からｏ２の間を３段階の階調として表現することができる。
一方、液晶ライトバルブ５１、５２、５３およびミラーデバイス３０による変調を行う場合、例えば、上述のように空間変調により、画素値ｉ′１からｉ′２の間を３段階に分割して、さらにミラーデバイス３０による空間変調で各段階を２段階に分割し（全体として６段階に分割し）、画素値ｉ′１からｉ′２に対応する出力値ｏ′１からｏ′２の間を６段階の階調として表現することができる。この時、ｉ′１およびｉ′２は、ｏ′１およびｏ′２がｏ１およびｏ２と等しくなるように設定されているとする。

次に、本実施形態の投射型表示装置の駆動方法について説明する。
図５は本実施形態における投射型表示装置の駆動回路の構成を示すブロック図である。
本実施形態では、図５に示すように、例えばＰＣや、ＤＶＤ、ＴＶアンテナから出力されたアナログ信号である映像信号がＡ／Ｄ変換部８１に入力され、デジタル信号に変換されて制御部８２に入力される。
なお、投射型表示装置に入力される映像信号がデジタル信号である場合には、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部８１は不要となり、制御部８２へ直接デジタル信号を入力してもよい。また、投射型表示装置に入力される映像信号が、例えばＭＰＥＧ２などの圧縮されたデータの場合、Ａ／Ｄ変換部８１の代わりに圧縮データをデコードするデコーダ部を備え、デコーダ部に圧縮信号を入力してもよいし、制御部８２にデコード機能を持たせ、制御部８２に圧縮信号を入力してもよい。

制御部８２では、複数フレーム分の映像信号から、各色光に対応した液晶ライトバルブ５１、５２、５３の１フレーム当たりの光透過率の制御信号値と、ミラーデバイス３０の反射率に対応する制御信号値と、を画素ごとに決定する。複数フレーム分の映像信号は、制御部８２からデータ記憶部８３に一時的に記憶されていて、必要に応じて制御部８２へ読み込まれる。
なお、複数フレーム分の映像信号から前述の各信号値を決定してもよいし、１フレーム分の映像信号から前述の各信号値を決定してもよい。この場合、複数フレーム分の映像信号を一時的に記憶するデータ記憶部８３は用いられないため、データ記憶部８３を設けない構成であってもよい。

液晶ライトバルブ５１、５２、５３の光透過率の制御信号（デジタル信号）は、各液晶ライトバルブ５１、５２、５３に対応するＤ／Ａ変換部８４、８５、８６に入力され、アナログ信号の制御信号に変換される。制御信号（アナログ信号）は、各液晶ライトバルブ５１、５２、５３に対応するパネルドライバ８７、８８、８９に入力され、パネルドライバ８７、８８、８９は、制御信号に基づき液晶ライトバルブ５１、５２、５３の各画素における光透過率を制御する。
ミラーデバイス３０の反射率に対応する制御信号（デジタル信号）は、ミラーデバイスドライバ２９に入力され、ミラーデバイスドライバ２９は制御信号に基づきミラーデバイス３０の各ミラーにおける反射率を制御する。

ここで、入力された映像信号から映像信号に含まれない画素値を増加させる方法について説明する。
図６（ａ）は、画素値を増加させていない時の各画素の出力階調を示した図であり、図６（ｂ）は、画素値を増加させた時の各画素の出力階調を示した図である。
画素値を増加させていないときには、図６（ａ）に示すように、表現できる階調が少ないため、本来表現したい階調の変化（図中の点線で示す線）に対して、とびとびの階調でしか表現できない。制御部８２は、図６（ｂ）に示すように、隣接する画素の画素値から、本来表現したい階調との差が大きい画素の値を補間して生成することにより、画素値を増加させている。
なお、前述のように、制御部８２において画素の値を補間することにより画素値を増加させてもよいし、投射型表示装置に入力される元々の映像信号の画素値が大きい時には、制御部８２で補間することなく、映像信号のデータを使用してもよい。

上記の構成によれば、液晶ライトバルブ５１、５２、５３により空間変調された画像の階調を、さらにミラーデバイス３０により時間変調させることにより、空間変調および時間変調のどちらか一方の変調により表示される画像の階調よりも細かい階調の画像として表示することができ、投射画像の画質を高めることができる。

液晶ライトバルブ５１、５２、５３の画素数およびミラーデバイス３０のマイクロミラー数が同じであるため、液晶ライトバルブ５１、５２、５３の画素とミラーデバイス３０のマイクロミラーとが１対１に対応し、投射される画像の各画素について、液晶ライトバルブ５１、５２、５３の画素およびミラーデバイス３０のマイクロミラーが対応することになる。その結果、画像の各画素について空間変調および時間変調の制御が行われ、投射される画像の階調を画素ごとに柔軟に制御することができる。

時間変調する手段として、ミラーデバイス３０を用いているため、例えば反射型液晶パネルなどの液晶を用いたライトバルブよりも短い周期で光の制御（反射方向の制御）を行うことができる。そのため、きめ細かく時間変調することができより細かな階調を表現することができる。

複数フレームごとに階調の増加を決定しているため、連続するフレーム間における画像の輝度の連続性を考慮することができ、画素の輝度が不連続に変化することを確実に防止することができる。

投射型表示装置内に配置された制御部８２で階調の増加を決定する計算を行うため、通常のＴＶ信号、ビデオ信号などを入力することにより、階調が増加されたＴＶ画像や、ビデオ画像を投射することができる。
また、投射型表示装置の外に階調増加の計算を行う機器を備える場合と比べ、投射型表示装置のみで階調が増加された画像を投射できるため、持ち運び性に優れ、設置場所を必要としないといった優れた点を有する。

なお、液晶ライトバルブ５１、５２、５３に形成された画素の数と、ミラーデバイス３０に形成されたマイクロミラーの数が、上述のように同じであり、１対１に対応していてもよいし、液晶ライトバルブ５１、５２、５３に形成された画素の数がミラーデバイス３０に形成されたマイクロミラーの数よりも多くてもよいし、逆に液晶ライトバルブ５１、５２、５３に形成された画素の数がミラーデバイス３０に形成されたマイクロミラーの数よりも少なくてもよい。さらには、ミラーデバイス３０に形成されたマイクロミラーの数が１つであってもよい。

液晶ライトバルブ５１、５２、５３に形成された画素の数がミラーデバイス３０に形成されたマイクロミラーの数よりも多い場合には、ミラーデバイス３０の１つのマイクロミラーの異なる領域に、液晶ライトバルブ５１、５２、５３により変調された光を隣接するように入射させ、同一のマイクロミラーに入射した光を一括して時間変調することができる。そのため、投射画像の画素よりも大きなマイクロミラーを用いることができ、比較的安価で製造容易なミラーデバイスを用いることができる。

液晶ライトバルブ５１、５２、５３に形成された画素の数がミラーデバイス３０に形成されたマイクロミラーの数よりも少ない場合には、例えば、液晶ライトバルブ５１、５２、５３に空間変調された各色光を、ミラーデバイス３０の別々のマイクロミラーに入射させて時間変調させ、投射することができる。そのため、投射画像の画素密度はミラーデバイス３０のマイクロミラー配置密度と対応し、開口率の小さな液晶パネルを液晶ライトバルブ５１、５２、５３として用いても解像度の高い画像を得ることができる。

ミラーデバイス３０に形成されたマイクロミラーの数が１つの場合であっても、液晶ライトバルブ５１、５２、５３に形成された画素に空間変調された各色光を複数フレームにわたって時間変調することにより、階調を増加させることができる。

なお、投射型表示装置に入力される映像信号（アナログ信号）は、上述のように、Ａ／Ｄ変換部８１に直接入力されてもよいし、図７に示すように、外部のＰＣや専用コンバータなどの画像出力機器９１に入力させて、ミラーデバイス３０を制御する制御信号を画像出力機器９１において算出し、映像信号をＡ／Ｄ変換部８１に入力し、制御信号を制御部８２に入力させてもよい。
この構成によれば、投射型表示装置よりもスペースの制約が少ない外部の画像出力機器９１に制御部８２より複雑、大型な回路を配置することができ、それにより複雑な演算アルゴリズムによるきめ細かな階調制御を行うことができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、液晶ライトバルブの後段にミラーデバイスを配置する構成に適応して説明したが、この構成に限られることなく、ミラーデバイスの後段に液晶ライトバルブを配置する構成など、その他各種の構成に適応することができるものである。

本発明による第１の実施形態に係る投射型表示装置を示す概略図である。 照明光が空間変調および時間変調される概念を示す図である。 照明光が空間変調および時間変調される概念を示す図である。 投射画像の階調が時間変調により増加される概念を示す図である。 投射型表示装置の駆動回路の構成を示すブロック図である。 画素値と出力階調の対応を示す図である。 投射型表示装置における駆動回路の別の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１０・・・光源、 ３０・・・ミラーデバイス（第２の光変調手段）、 ５１、５２、５３・・・液晶ライトバルブ（第１の光変調手段）、 ７０・・・投射レンズ（投射手段）、９１・・・画像出力機器

Claims (11)

1. 光を射出する光源と、前記光源からの光を空間変調する第１の光変調手段と、前記光源からの光を時間変調する第２の光変調手段と、前記第１の光変調手段および前記第２の光変調手段により変調された光を投射する投射手段と、を備えることを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記第２の光変調手段は、前記第１の光変調手段により変調された光を変調することを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
3. 前記第１の光変調手段に形成された画素数と、前記第２の光変調手段に形成された画素数とが同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
4. 前記第１の光変調手段に形成された画素数よりも、前記第２の光変調手段に形成された画素数が多いことを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
5. 前記第１の光変調手段に形成された画素数よりも、前記第２の光変調手段に形成された画素数が少ないことを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
6. 前記第２の光変調手段が、入射した光の射出方向を制御することにより、入射した光を時間変調するミラーデバイスであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の投射型表示装置。
7. 前記第２の光変調手段での階調の増加を、投射する画像の１フレームごとに決定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の投射型表示装置。
8. 前記第２の光変調手段での階調の増加を、投射する画像の複数フレームごとに決定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の投射型表示装置。
9. 前記第２の光変調手段への制御信号の生成を、当該装置内で行うことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の投射型表示装置。
10. 前記第２の光変調手段への制御信号の生成を、当該装置外の画像出力機器内で行うことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の投射型表示装置。
11. 光を射出する光源と、前記光源からの光を空間変調する第１の光変調手段と、前記光源からの光を時間変調する第２の光変調手段と、前記第１の光変調手段および前記第２の光変調手段に変調された光を投射する投射手段と、を備える投射型表示装置の制御方法であって、
    前記第２の光変調手段により、投射される画像の階調を増加させることを特徴とする投射型表示装置の制御方法。

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