JP2005227477A - Optical modulator and optical display device, and optical modulation method and picture display method - Google Patents

Optical modulator and optical display device, and optical modulation method and picture display method Download PDF

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Junichi Nakamura
旬一 中村
Shoichi Uchiyama
正一 内山
Takashi Nitta
隆志 新田
Tsunemori Asahi
常盛 旭
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical modulator suitable for realizing the enlargement of a luminance dynamic range and gradation number, the improvement of the luminance and the quality of a display picture and the miniaturization of the device. <P>SOLUTION: The projection display device 100 is equipped with a light source 10, a reflection type liquid crystal light valve 30 having a plurality of pixels which can control reflectance T1 independently, a relay lens 16 forming the optical image of the light valve 30 on the pixel surface of a color modulation light valve, dichroic mirrors 44a and 44b separating a light beam from the relay lens 16 to light beams of three primary colors RGB, a plurality of color modulation light valves having a plurality of pixels on which the light beams separated by the mirrors 44a and 44b are made incident respectively and which can control transmittance T2 independently, and a dichroic prism 48 composing the light beams from the respective color modulation light valves. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数の光変調素子を介して光源からの光を変調する装置および方法に係り、特に、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大、表示画像の輝度および画質の向上、並びに装置の小型化を実現するのに好適な光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for modulating light from a light source via a plurality of light modulation elements, and in particular, to expand the dynamic luminance range and the number of gradations, improve the luminance and image quality of a display image, and reduce the size of the apparatus. The present invention relates to a light modulation device, an optical display device, a light modulation method, and an image display method that are suitable for realizing the image processing.

近年、LCD(Liquid Crystal Display)、EL、プラズマディスプレイ、CRT(Cathode Ray Tube)、プロジェクタ等の光学表示装置における画質改善は目覚しく、解像度、色域については人間の視覚特性にほぼ匹敵する性能が実現されつつある。しかしながら、輝度ダイナミックレンジについてみると、その再現範囲は、たかだか1〜102[nit]程度にとどまり、また、階調数は、8ビットが一般的である。一方、人間の視覚は、一度に知覚し得る輝度ダイナミックレンジが10-2〜104[nit]程度であり、また、輝度弁別能力は、0.2[nit]程度で、これを階調数に換算すると、12ビット相当といわれている。このような視覚特性を通じて現在の光学表示装置の表示画像をみると、輝度ダイナミックレンジの狭さが目立ち、加えてシャドウ部やハイライト部の階調が不足しているため表示画像のリアリティさや迫力に対して物足りなさを感じることになる。 In recent years, LCD (Liquid Crystal Display), EL, plasma display, CRT (Cathode Ray Tube), projectors, and other optical display devices have seen remarkable improvements in image quality, and the resolution and color gamut have achieved performance that is almost comparable to human visual characteristics. It is being done. However, regarding the luminance dynamic range, the reproduction range is limited to about 1 to 10 2 [nit], and the number of gradations is generally 8 bits. On the other hand, human visual perception has a luminance dynamic range perceived at a time of about 10 −2 to 10 4 [nit], and the luminance discrimination capability is about 0.2 [nit], which is the number of gradations. Is converted to 12 bits. Looking at the display image of the current optical display device through such visual characteristics, the narrowness of the luminance dynamic range is conspicuous, and in addition, the reality and power of the display image are insufficient due to the lack of gradation in the shadow part and highlight part. Will feel unsatisfactory.

また、映画やゲーム等で使用されるコンピュータグラフィックス(以下、CGと略記する。)では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調数を表示データ(以下、HDR(High Dynamic Range)表示データという。)に持たせて描写のリアリティを追求する動きが主流になりつつある。しかしながら、それを表示する光学表示装置の性能が不足しているため、CGコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮することができないという課題がある。   Further, in computer graphics (hereinafter abbreviated as CG) used in movies, games, etc., display data (hereinafter referred to as HDR (High Dynamic Range) display data) that represents a luminance dynamic range and gradation number close to human vision. The movement of pursuing the reality of depiction is being mainstream. However, since the performance of the optical display device that displays it is insufficient, there is a problem that the expressive power inherent in the CG content cannot be fully exhibited.

さらに、次期OS(Operating System)においては、16ビット色空間の採用が予定されており、現在の8ビット色空間と比較して輝度ダイナミックレンジや階調数が飛躍的に増大する。そのため、16ビット色空間を生かすことができる光学表示装置の実現が望まれる。
光学表示装置のなかでも、液晶プロジェクタ、DLPプロジェクタといった投射型表示装置は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティさや迫力を再現する上で効果的な装置である。この分野では、上記の課題を解決するために、次のような提案がなされている。
Further, in the next OS (Operating System), the adoption of a 16-bit color space is planned, and the luminance dynamic range and the number of gradations are dramatically increased as compared with the current 8-bit color space. Therefore, it is desired to realize an optical display device that can make use of the 16-bit color space.
Among optical display devices, projection display devices such as liquid crystal projectors and DLP projectors are capable of displaying on a large screen and are effective in reproducing the reality and power of display images. In this field, the following proposals have been made to solve the above problems.

高ダイナミックレンジの投射型表示装置としては、例えば、特許文献1に開示されている技術があり、光源と、光の全波長領域の輝度を変調する第1光変調素子と、光の波長領域のうちRGB3原色の各波長領域についてその波長領域の輝度を変調する第2光変調素子とを備え、光源からの光を第1光変調素子で変調して所望の輝度分布を形成し、その光学像を第2光変調素子の画素面に結像して色変調し、2次変調した光を投射するというものがある。第1光変調素子および第2光変調素子の各画素は、HDR表示データから決定される第1制御値および第2制御値に基づいてそれぞれ別個に制御される。光変調素子としては、透過率が独立に制御可能な画素構造またはセグメント構造を有し、二次元的な透過率分布を制御し得る透過型光変調素子が用いられる。その代表例としては、液晶ライトバルブが挙げられる。   As a projection display device with a high dynamic range, for example, there is a technique disclosed in Patent Document 1, which includes a light source, a first light modulation element that modulates luminance in the entire wavelength region of light, and a wavelength region of light. Among these, each wavelength region of the RGB three primary colors is provided with a second light modulation element that modulates the luminance of the wavelength region, and the light from the light source is modulated by the first light modulation element to form a desired luminance distribution, and its optical image Is imaged on the pixel surface of the second light modulation element, color-modulated, and second-order modulated light is projected. Each pixel of the first light modulation element and the second light modulation element is individually controlled based on the first control value and the second control value determined from the HDR display data. As the light modulation element, a transmission type light modulation element having a pixel structure or a segment structure whose transmittance can be controlled independently and capable of controlling a two-dimensional transmittance distribution is used. A typical example is a liquid crystal light valve.

いま、暗表示の透過率が0.2%、明表示の透過率が60%の光変調素子を使用する場合を考える。光変調素子単体では、輝度ダイナミックレンジは、60/0.2=300となる。上記従来の投射型表示装置は、輝度ダイナミックレンジが300の光変調素子を光学的に直列に配置することに相当するので、300×300=90000の輝度ダイナミックレンジを実現することができる。また、階調数についてもこれと同等の考えが成り立ち、8ビット階調の光変調素子を光学的に直列に配置することにより、8ビットを超える階調数を得ることができる。   Consider a case where a light modulation element having a dark display transmittance of 0.2% and a bright display transmittance of 60% is used. With a single light modulation element, the luminance dynamic range is 60 / 0.2 = 300. Since the conventional projection display apparatus corresponds to optically arranging light modulation elements having a luminance dynamic range of 300 in series, a luminance dynamic range of 300 × 300 = 90000 can be realized. The same idea holds for the number of gradations, and an 8-bit gradation light modulation element is optically arranged in series, whereby a gradation number exceeding 8 bits can be obtained.

またその他に、高い輝度ダイナミックレンジを実現する投射型表示装置としては、例えば、特許文献2に開示されている投射型表示装置が知られている。
特許文献2記載の発明は、複数の画素をライン状に配列したDMD(Digital Micromirror Device)と、DMDへ光束を照射する照明部と、入力映像信号をDMDの駆動信号に変換する処理部と、DMDで光変調された光束を走査する光走査部と、光走査部からの光束をスクリーン面上に投射する投射レンズとを備え、照明部は、入力映像信号に応じて照射光量を変調する。
特開2001−100689号公報 特開2001−174919号公報
In addition, as a projection display device that realizes a high luminance dynamic range, for example, a projection display device disclosed in Patent Document 2 is known.
The invention described in Patent Document 2 includes a DMD (Digital Micromirror Device) in which a plurality of pixels are arranged in a line, an illumination unit that irradiates a light beam to the DMD, a processing unit that converts an input video signal into a DMD drive signal, An optical scanning unit that scans the light beam modulated by the DMD and a projection lens that projects the light beam from the light scanning unit onto the screen surface, and the illumination unit modulates the amount of irradiation light according to the input video signal.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-1000068 JP 2001-174919 A

図18は、透過型液晶ライトバルブの各画素の画素面を示す図である。
透過型液晶ライトバルブは、画素電極を駆動するトランジスタが各画素ごとに設けられていることから、図18に示すように、各画素における開口部(光が透過する部位をいう。)が窓状となり、開口率が100%ではない。
したがって、特許文献1記載の発明にあっては、表示画像の輝度を確保するため、第1光変調素子の各画素の開口部の光学像を、第2光変調素子の対応する画素の開口部に正確に結像するようにアライメントしなければならず、高いアライメント精度が要求される。しかしながら、特許文献1記載の発明にあっては、第1光変調素子と第2光変調素子が離れているにもかかわらず、その間にレンズ等の結像手段が一切ないため、第1光変調素子の光学像を第2光変調素子の画素面に精度よく伝達するのが困難であり、表示画像の輝度が低下するという問題があった。
FIG. 18 is a diagram illustrating a pixel surface of each pixel of the transmissive liquid crystal light valve.
In the transmissive liquid crystal light valve, a transistor for driving a pixel electrode is provided for each pixel. Therefore, as shown in FIG. 18, an opening (refers to a portion through which light is transmitted) in each pixel is a window. Thus, the aperture ratio is not 100%.
Therefore, in the invention described in Patent Document 1, in order to ensure the brightness of the display image, the optical image of the opening of each pixel of the first light modulation element is used as the opening of the corresponding pixel of the second light modulation element. Therefore, it is necessary to perform alignment so as to form an image accurately, and high alignment accuracy is required. However, in the invention described in Patent Document 1, there is no imaging means such as a lens between the first light modulation element and the second light modulation element. There is a problem that it is difficult to accurately transmit the optical image of the element to the pixel surface of the second light modulation element, and the luminance of the display image is lowered.

図19は、反射型光変調素子の各画素の画素面を示す図である。
透過型液晶ライトバルブに対し、DMD等の反射型光変調素子は、ミラーを駆動する駆動部等をミラーの裏面に設けることが可能であることから、図19に示すように、各画素における開口部(光を反射する部位をいう。)の開口率をほぼ100%にすることができる。
FIG. 19 is a diagram illustrating a pixel surface of each pixel of the reflective light modulation element.
In contrast to a transmissive liquid crystal light valve, a reflection type light modulation element such as a DMD can be provided with a drive unit for driving a mirror on the back surface of the mirror. The aperture ratio of the portion (referring to a part that reflects light) can be made almost 100%.

特許文献1には、第2光変調素子をDMDで構成することができる旨が記載されているが、第1光変調素子と第2光変調素子の間の結像精度が高くないことから、次のような問題があった。
図20は、特許文献1記載の投射型表示装置における第1光変調素子および第2光変調素子の光路の構成を示す図である。なお、実際の光路上には、ミラー等の他の光学素子も配置されているが、以下に述べる説明を分かりやすくするため、図20はこれらの光学素子を省略して描いてある。
Patent Document 1 describes that the second light modulation element can be configured by DMD, but the imaging accuracy between the first light modulation element and the second light modulation element is not high. There were the following problems.
FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of an optical path of the first light modulation element and the second light modulation element in the projection display device described in Patent Document 1. Although other optical elements such as mirrors are also arranged on the actual optical path, these optical elements are omitted in FIG. 20 for easy understanding of the following description.

図20の光学系では、フライアイレンズ112a,112bを挟んで光源側に輝度変調用の第1光変調素子130を配置し、フライアイレンズ112a,112bを挟んで光源の反対側に色変調用の第2光変調素子140を配置している。この光学系では、第1光変調素子130から近いフライアイレンズ112aを構成する各要素レンズの光学像が第2光変調素子140の画素面に結像されている。そのため、所望の輝度分布を得るためには、各要素レンズごとに、この輝度分布を形成しなければならない。ところで、フライアイレンズ112a,112bは、輝度分布を均一化する目的で使用される光学素子であり、その目的においては、要素レンズの数が多いことが望まれる。すると、必然的に各要素レンズのサイズは、第2光変調素子140の各画素サイズに比して小さいものとなる。具体的には、1/3〜1/5程度の大きさのものが用いられる。いま、第2光変調素子140の画素と第1光変調素子130の画素を1対1に対応させることを考えると、第1光変調素子130の画素密度は、第2光変調素子140の画素密度の3〜5倍必要になる。しかしながら、現在の光変調素子(例えば、液晶ライトバルブ)は、高精細化のために微細加工技術の上限に近い画素密度を有しており、その点を考慮すると、第1光変調素子130で3〜5倍の画素密度を実現しようとすることは困難である。したがって、第1光変調素子130で形成可能な輝度分布の精度は、第2光変調素子140の画素密度の3〜5倍粗いものとならざるを得ない。さらに、各要素レンズの光学像は、第1光変調素子130から遠いフライアイレンズ112bと集光レンズ12dのたかだか2枚のレンズで第2光変調素子140の画素面に結像されるため、十分な収差補正ができず、かなりボケの伴ったものとならざるを得ない。   In the optical system of FIG. 20, the first light modulation element 130 for luminance modulation is disposed on the light source side with the fly-eye lenses 112a and 112b interposed therebetween, and the color modulation element is disposed on the opposite side of the light source with the fly-eye lenses 112a and 112b interposed therebetween. The second light modulation element 140 is arranged. In this optical system, an optical image of each element lens constituting the fly-eye lens 112 a close to the first light modulation element 130 is formed on the pixel surface of the second light modulation element 140. Therefore, in order to obtain a desired luminance distribution, this luminance distribution must be formed for each element lens. By the way, the fly-eye lenses 112a and 112b are optical elements used for the purpose of uniforming the luminance distribution, and for that purpose, it is desirable that the number of element lenses is large. Then, the size of each element lens is inevitably smaller than each pixel size of the second light modulation element 140. Specifically, those having a size of about 1/3 to 1/5 are used. Now, considering that the pixels of the second light modulation element 140 and the pixels of the first light modulation element 130 have a one-to-one correspondence, the pixel density of the first light modulation element 130 is the pixel of the second light modulation element 140. 3-5 times the density is required. However, the current light modulation element (for example, a liquid crystal light valve) has a pixel density close to the upper limit of the microfabrication technology for high definition, and considering that point, the first light modulation element 130 It is difficult to achieve a pixel density of 3 to 5 times. Accordingly, the accuracy of the luminance distribution that can be formed by the first light modulation element 130 must be 3 to 5 times as coarse as the pixel density of the second light modulation element 140. Furthermore, since the optical image of each element lens is formed on the pixel surface of the second light modulation element 140 by at most two lenses, the fly-eye lens 112b and the condenser lens 12d that are far from the first light modulation element 130, Sufficient aberration correction cannot be performed and it must be considerably blurred.

一方、特許文献2記載の発明にあっては、光源として固体レーザや半導体レーザを利用しているため、装置が大型になるという問題があった。また、光源として半導体レーザを利用した場合は、光出力が小さいため、表示画像の輝度が低下するという問題もあった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大、表示画像の輝度および画質の向上、並びに装置の小型化を実現するのに好適な光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法を提供することを目的としている。
On the other hand, in the invention described in Patent Document 2, since a solid-state laser or a semiconductor laser is used as a light source, there is a problem that the apparatus becomes large. In addition, when a semiconductor laser is used as the light source, there is a problem that the luminance of the display image is lowered because the light output is small.
Therefore, the present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technology, and has been made to expand the luminance dynamic range and the number of gradations, improve the luminance and image quality of the display image, and the apparatus. An object of the present invention is to provide a light modulation device, an optical display device, a light modulation method, and an image display method that are suitable for realizing the downsizing of the display.

〔発明1〕 上記目的を達成するために、発明1の光変調装置は、
第1光変調素子と、前記第1光変調素子からの光を入射する第2光変調素子とを備え、前記第1光変調素子および前記第2光変調素子を介して光源からの光を変調する装置であって、
前記第1光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記第1光変調素子と前記第2光変調素子の光路上に、前記第1光変調素子の光学像を前記第2光変調素子の受光面に結像するリレーレンズを設けたことを特徴とする。
[Invention 1] In order to achieve the above object, an optical modulation device of Invention 1 comprises:
A first light modulation element; and a second light modulation element that receives light from the first light modulation element, and modulates light from a light source via the first light modulation element and the second light modulation element. A device that performs
The first light modulation element is composed of a reflection type light modulation element,
A relay lens for forming an optical image of the first light modulation element on a light receiving surface of the second light modulation element is provided on an optical path between the first light modulation element and the second light modulation element. To do.

このような構成であれば、第1光変調素子により、光源からの光を第2光変調素子に向けて反射することにより光源からの光が1次変調される。このとき、第1光変調素子の光学像は、リレーレンズを介して第2光変調素子の受光面に結像される。そして、第2光変調素子により、第1光変調素子からの光が2次変調される。
これにより、第1光変調素子および第2光変調素子を介して光源からの光を変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができるという効果が得られる。また、第1光変調素子を開口率の高い反射型光変調素子で構成したので、第1光変調素子と第2光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。したがって、従来に比して、表示画像の輝度が低下するのを抑制することができるという効果も得られる。さらに、リレーレンズを介して第1光変調素子の光学像を第2光変調素子の受光面に結像するので、第1光変調素子の光学像を第2光変調素子の受光面に比較的精度よく結像することができるとともに、第1光変調素子の受光面を小さくしなくてすむことから比較的高精度な変調を行うことができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができるという効果も得られる。さらに、光源として固体レーザや半導体レーザを利用しなくてもすむので、従来に比して、装置の小型化を図ることができるという効果も得られる。
With such a configuration, the light from the light source is primarily modulated by reflecting the light from the light source toward the second light modulation element by the first light modulation element. At this time, the optical image of the first light modulation element is formed on the light receiving surface of the second light modulation element via the relay lens. The light from the first light modulation element is secondarily modulated by the second light modulation element.
Thereby, since the light from the light source is modulated via the first light modulation element and the second light modulation element, an effect that a relatively high luminance dynamic range and gradation number can be realized is obtained. In addition, since the first light modulation element is composed of a reflective light modulation element having a high aperture ratio, the brightness of the display image can be increased to some extent even if the alignment accuracy between the first light modulation element and the second light modulation element is not high. Can be secured. Therefore, the effect that it can suppress that the brightness | luminance of a display image falls compared with the past is also acquired. Further, since the optical image of the first light modulation element is formed on the light receiving surface of the second light modulation element via the relay lens, the optical image of the first light modulation element is relatively formed on the light receiving surface of the second light modulation element. In addition to being able to form an image with high accuracy, it is not necessary to reduce the light receiving surface of the first light modulation element, so that relatively high-precision modulation can be performed. Accordingly, an effect that the possibility that the image quality is deteriorated can be reduced as compared with the conventional case. Furthermore, since it is not necessary to use a solid-state laser or a semiconductor laser as a light source, an effect that the size of the apparatus can be reduced as compared with the prior art can be obtained.

ここで、光源は、光を発生する媒体であればどのようなものを利用することもでき、例えば、ランプのような光学系に内蔵の光源であってもよいし、太陽や室内灯のような外界の光源であってもよい。以下、発明5の光変調方法において同じである。
また、第1光変調素子は、光を反射する素子であればどのような構成であってもよく、構造としては、例えば、単一の光変調素子からなる単板式のものであってもよいし、複数の光変調素子からなる多板式のものであってもよい。また、機能としては、例えば、光の全波長領域の輝度を変調するようになっていてもよいし、光の波長領域のうち異なる複数の特定波長領域についてその特定波長領域の輝度を変調するようになっていてもよい。以下、発明2の光学表示装置、発明5の光変調方法、および発明6の画像表示方法において同じである。
Here, as the light source, any medium that generates light can be used. For example, the light source may be a light source built in an optical system such as a lamp, or may be a sun light or an indoor light. It may be an external light source. The same applies to the light modulation method of the fifth aspect.
In addition, the first light modulation element may have any configuration as long as it reflects light, and the structure may be, for example, a single plate type composed of a single light modulation element. In addition, a multi-plate type composed of a plurality of light modulation elements may be used. As a function, for example, the luminance of the entire wavelength region of light may be modulated, or the luminance of the specific wavelength region may be modulated for a plurality of different specific wavelength regions out of the wavelength region of light. It may be. The same applies to the optical display device of the invention 2, the light modulation method of the invention 5, and the image display method of the invention 6.

また、第2光変調素子は、光を変調する素子であればどのような構成であってもよく、構造としては、例えば、単一の光変調素子からなる単板式のものであってもよいし、複数の光変調素子からなる多板式のものであってもよい。また、機能としては、例えば、光の全波長領域の輝度を変調するようになっていてもよいし、光の波長領域のうち異なる複数の特定波長領域についてその特定波長領域の輝度を変調するようになっていてもよい。以下、発明5の光変調方法において同じである。   In addition, the second light modulation element may have any configuration as long as it modulates light, and the structure may be, for example, a single plate type formed of a single light modulation element. In addition, a multi-plate type composed of a plurality of light modulation elements may be used. As a function, for example, the luminance of the entire wavelength region of light may be modulated, or the luminance of the specific wavelength region may be modulated for a plurality of different specific wavelength regions out of the wavelength region of light. It may be. The same applies to the light modulation method of the fifth aspect.

〔発明2〕 一方、上記目的を達成するために、発明2の光学表示装置は、
光源と、第1光変調素子と、前記第1光変調素子からの光を異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段と、前記光分離手段で分離した光をそれぞれ入射する複数の第2光変調素子と、前記各第2光変調素子からの光を合成する光合成手段とを備え、前記第1光変調素子および前記各第2光変調素子を介して前記光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記第1光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記第1光変調素子と前記光分離手段の光路上に、前記第1光変調素子の光学像を前記各第2光変調素子の受光面に結像するリレーレンズを設けたことを特徴とする。
[Invention 2] On the other hand, in order to achieve the above object, an optical display device of Invention 2 comprises:
A light source, a first light modulation element, a light separation means for separating light from the first light modulation element into light of a plurality of different specific wavelength regions, and a plurality of light incident on the light separated by the light separation means, respectively A second light modulation element; and light combining means for combining light from the second light modulation elements, and modulates light from the light source via the first light modulation element and the second light modulation elements. And display an image,
The first light modulation element is composed of a reflection type light modulation element,
A relay lens for forming an optical image of the first light modulation element on a light receiving surface of each of the second light modulation elements is provided on an optical path between the first light modulation element and the light separation unit. .

このような構成であれば、第1光変調素子により、光源からの光を第2光変調素子に向けて反射することにより光源からの光が1次変調される。次いで、光分離手段により、第1光変調素子からの光が複数の特定波長領域の光に分離され、分離された光がそれぞれ各第2光変調素子に入射される。このとき、第1光変調素子の光学像は、リレーレンズを介して各第2光変調素子の受光面に結像される。そして、各第2光変調素子により、第1光変調素子からの光が2次変調され、光合成手段により、各第2光変調素子からの光が合成されて画像が表示される。   With such a configuration, the light from the light source is primarily modulated by reflecting the light from the light source toward the second light modulation element by the first light modulation element. Next, the light from the first light modulation element is separated into light of a plurality of specific wavelength regions by the light separation means, and the separated light is incident on each second light modulation element. At this time, the optical image of the first light modulation element is formed on the light receiving surface of each second light modulation element via the relay lens. Then, the light from the first light modulation element is secondarily modulated by each second light modulation element, and the light from each second light modulation element is combined by the light combining means to display an image.

これにより、第1光変調素子および第2光変調素子を介して光源からの光を変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができるという効果が得られる。また、第1光変調素子を開口率の高い反射型光変調素子で構成したので、第1光変調素子と第2光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。したがって、従来に比して、表示画像の輝度が低下するのを抑制することができるという効果も得られる。さらに、リレーレンズを介して第1光変調素子の光学像を各第2光変調素子の受光面に結像するので、第1光変調素子の光学像を各第2光変調素子の受光面に比較的精度よく結像することができるとともに、第1光変調素子の受光面を小さくしなくてすむことから比較的高精度な変調を行うことができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができるという効果も得られる。さらに、光源として固体レーザや半導体レーザを利用しなくてもすむので、従来に比して、装置の小型化を図ることができるという効果も得られる。   Thereby, since the light from the light source is modulated via the first light modulation element and the second light modulation element, an effect that a relatively high luminance dynamic range and gradation number can be realized is obtained. In addition, since the first light modulation element is composed of a reflective light modulation element having a high aperture ratio, the brightness of the display image can be increased to some extent even if the alignment accuracy between the first light modulation element and the second light modulation element is not high. Can be secured. Therefore, the effect that it can suppress that the brightness | luminance of a display image falls compared with the past is also acquired. Further, since the optical image of the first light modulation element is formed on the light receiving surface of each second light modulation element via the relay lens, the optical image of the first light modulation element is formed on the light receiving surface of each second light modulation element. In addition to being able to form an image with relatively high accuracy, it is not necessary to make the light receiving surface of the first light modulation element small, so that it is possible to perform modulation with relatively high accuracy. Accordingly, an effect that the possibility that the image quality is deteriorated can be reduced as compared with the conventional case. Furthermore, since it is not necessary to use a solid-state laser or a semiconductor laser as a light source, an effect that the size of the apparatus can be reduced as compared with the prior art can be obtained.

ここで、特定波長領域は、RGB3原色ごとに設定するに限らず、必要に応じて任意に設定することができる。ただし、RGB3原色ごとに設定すれば、既存の液晶ライトバルブ等をそのまま利用することができ、コスト面で有利である。以下、発明6の画像表示方法において同じである。
〔発明3〕 さらに、発明3の光学表示装置は、発明2の光学表示装置において、
前記第1光変調素子を反射型液晶表示素子で構成したことを特徴とする。
Here, the specific wavelength region is not limited to be set for each of the RGB three primary colors, but can be arbitrarily set as necessary. However, if it is set for each of the RGB primary colors, the existing liquid crystal light valve can be used as it is, which is advantageous in terms of cost. The same applies to the image display method of the sixth aspect.
[Invention 3] Furthermore, the optical display device of Invention 3 is the optical display device of Invention 2,
The first light modulation element is constituted by a reflective liquid crystal display element.

このような構成であれば、第1光変調素子を開口率の高い反射型液晶表示素子で構成したので、第1光変調素子と第2光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。また、第1光変調素子と第2光変調素子の間の光伝達において偏光特性を保持することができる。したがって、表示画像の輝度が低下するのをさらに抑制することができるという効果が得られる。   With such a configuration, since the first light modulation element is configured by a reflective liquid crystal display element having a high aperture ratio, even if the alignment accuracy between the first light modulation element and the second light modulation element is not high, The brightness of the display image can be secured to some extent. In addition, polarization characteristics can be maintained in light transmission between the first light modulation element and the second light modulation element. Therefore, it is possible to further suppress the decrease in the luminance of the display image.

〔発明4〕 さらに、発明4の光学表示装置は、発明2の光学表示装置において、
前記第1光変調素子をDMDで構成したことを特徴とする。
このような構成であれば、第1光変調素子を開口率の高いDMDで構成したので、第1光変調素子と第2光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができるという効果が得られる。また、第1光変調素子をディジタル駆動することができるという効果も得られる。
[Invention 4] Furthermore, the optical display device of Invention 4 is the optical display device of Invention 2,
The first light modulation element is constituted by DMD.
With such a configuration, since the first light modulation element is configured by DMD having a high aperture ratio, the brightness of the display image can be obtained even if the alignment accuracy between the first light modulation element and the second light modulation element is not high. Can be secured to some extent. In addition, the first light modulation element can be digitally driven.

〔発明5〕 一方、上記目的を達成するために、発明5の光変調方法は、
第1光変調素子を介して光源からの光を変調する第1次変調ステップと、第2光変調素子を介して前記第1光変調素子からの光を変調する第2次変調ステップとを含み、前記光源からの光を変調する方法であって、
前記第1光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記第1光変調素子と前記第2光変調素子の光路において、リレーレンズを介して前記第1光変調素子の光学像を前記第2光変調素子の受光面に結像することを特徴とする。
これにより、発明1の光変調装置と同等の効果が得られる。
[Invention 5] On the other hand, in order to achieve the above object, the light modulation method of Invention 5 includes:
A first modulation step for modulating light from the light source via the first light modulation element; and a second modulation step for modulating light from the first light modulation element via the second light modulation element. , A method of modulating light from the light source,
The first light modulation element is a reflective light modulation element;
An optical image of the first light modulation element is formed on a light receiving surface of the second light modulation element through a relay lens in an optical path between the first light modulation element and the second light modulation element. .
Thereby, an effect equivalent to that of the light modulation device of aspect 1 is obtained.

〔発明6〕 一方、上記目的を達成するために、発明6の画像表示方法は、
第1光変調素子を介して光源からの光を変調する第1次変調ステップと、光を異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段を介して前記第1光変調素子からの光を分離する光分離ステップと、前記光分離手段からの各分離光ごとに、第2光変調素子を介して当該分離光を変調する第2次変調ステップと、光を合成する光合成手段を介して前記各第2光変調素子からの分離光を合成する光合成ステップとを含み、前記光源からの光を変調して画像を表示する方法であって、
前記第1光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記第1光変調素子と前記光分離手段の光路において、リレーレンズを介して前記第1光変調素子の光学像を前記各第2光変調素子の受光面に結像することを特徴とする。
これにより、発明2の光学表示装置と同等の効果が得られる。
[Invention 6] On the other hand, in order to achieve the above object, an image display method of Invention 6 includes:
Light from the first light modulation element via a first modulation step for modulating light from the light source via the first light modulation element and light separation means for separating the light into a plurality of different specific wavelength regions. A light separation step for separating the light, a second modulation step for modulating the separated light via a second light modulation element for each separated light from the light separation means, and a light synthesis means for synthesizing the light A light combining step of combining the separated light from each of the second light modulation elements, and modulating the light from the light source to display an image,
The first light modulation element is a reflective light modulation element;
An optical image of the first light modulation element is formed on a light receiving surface of each of the second light modulation elements via a relay lens in an optical path between the first light modulation element and the light separation means.
Thereby, an effect equivalent to that of the optical display device of aspect 2 is obtained.

〔発明7〕 さらに、発明7の画像表示方法は、発明6の画像表示方法において、
前記第1光変調素子は、反射型液晶表示素子であることを特徴とする。
これにより、発明3の光学表示装置と同等の効果が得られる。
[Invention 7] Furthermore, the image display method of Invention 7 is the image display method of Invention 6,
The first light modulation element is a reflective liquid crystal display element.
Thereby, an effect equivalent to that of the optical display device of aspect 3 is obtained.

〔発明8〕 さらに、発明8の画像表示方法は、発明6の画像表示方法において、
前記第1光変調素子は、DMDであることを特徴とする。
これにより、発明4の光学表示装置と同等の効果が得られる。
[Invention 8] Furthermore, the image display method of Invention 8 is the image display method of Invention 6,
The first light modulation element is a DMD.
Thereby, an effect equivalent to that of the optical display device of aspect 4 is obtained.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1ないし図12は、本発明に係る光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、本発明に係る光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法を、図1に示すように、投射型表示装置100に適用したものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 12 are diagrams showing an embodiment of a light modulation device and an optical display device, and a light modulation method and an image display method according to the present invention.
In the present embodiment, the light modulation device and the optical display device, and the light modulation method and the image display method according to the present invention are applied to a projection display device 100 as shown in FIG.

まず、投射型表示装置100の構成を図1を参照しながら説明する。
図1は、投射型表示装置100のハードウェア構成を示すブロック図である。
投射型表示装置100は、図1に示すように、光源10と、光源10から入射した光の輝度分布を均一化する輝度分布均一化部12と、輝度分布均一化部12から入射した光の全波長領域の輝度を変調する輝度変調部14と、輝度変調部14から入射した光をリレーするリレーレンズ16と、リレーレンズ16から入射した光の波長領域のうちRGB3原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部18と、色変調部18から入射した光をスクリーン(不図示)に投射する投射部20とで構成されている。
First, the configuration of the projection display device 100 will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the projection display apparatus 100.
As shown in FIG. 1, the projection display device 100 includes a light source 10, a luminance distribution uniformizing unit 12 that uniformizes a luminance distribution of light incident from the light source 10, and a light incident from the luminance distribution uniforming unit 12. A luminance modulation unit 14 that modulates luminance in all wavelength regions, a relay lens 16 that relays light incident from the luminance modulation unit 14, and a luminance of RGB three primary colors in the wavelength region of light incident from the relay lens 16 are modulated. The color modulation unit 18 includes a projection unit 20 that projects light incident from the color modulation unit 18 onto a screen (not shown).

光源10は、高圧水銀ランプ等のランプ10aと、ランプ10aからの出射光を反射するリフレクタ10bとで構成されている。
輝度変調部14は、反射率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列した反射型液晶ライトバルブ30と、P偏光を透過しかつS偏光を反射する偏光ビームスプリッタ32と、反射型液晶ライトバルブ30のコントラスト特性を向上させるためのλ/4板からなる偏光変換素子34とで構成されている。まず、輝度分布均一化部12からの光束のうちP偏光成分を偏光ビームスプリッタ32および偏光変換素子34を介して反射型液晶ライトバルブ30に入射し、入射した光の全波長領域の輝度を反射型液晶ライトバルブ30により変調して反射する。そして、反射した光を偏光変換素子34を介して偏光ビームスプリッタ32に入射し、入射した光束のうちS偏光成分(第1の光変調を受けた輝度変調光)を偏光ビームスプリッタ32を介してリレーレンズ16に出射する。
The light source 10 includes a lamp 10a such as a high-pressure mercury lamp and a reflector 10b that reflects light emitted from the lamp 10a.
The luminance modulation unit 14 includes a reflective liquid crystal light valve 30 in which a plurality of pixels whose reflectance can be controlled independently is arranged in a matrix, a polarization beam splitter 32 that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light, and a reflective type The liquid crystal light valve 30 includes a polarization conversion element 34 made of a λ / 4 plate for improving the contrast characteristics. First, the P-polarized component of the light flux from the luminance distribution uniformizing unit 12 is incident on the reflective liquid crystal light valve 30 via the polarization beam splitter 32 and the polarization conversion element 34, and the luminance of the incident light in the entire wavelength region is reflected. The light is modulated by the liquid crystal light valve 30 and reflected. Then, the reflected light is incident on the polarization beam splitter 32 via the polarization conversion element 34, and the S-polarized component (luminance modulated light subjected to the first light modulation) of the incident light flux is transmitted via the polarization beam splitter 32. The light is emitted to the relay lens 16.

反射型液晶ライトバルブ30は、表面上に反射画素電極をマトリクス状に形成したシリコン基板と、透明電極を形成した透明基板をスペーサーを介して対向配置し、その間に液晶を封入して構成されている。シリコン基板には、反射画素電極を駆動するための駆動回路も形成されている。これら2つの基板の表面には、液晶を所定の方向に配向するための配向膜が形成されている。反射型液晶ライトバルブ30は、電圧非印加状態で白/明(透過)状態、電圧印加状態で黒/暗(非透過)状態となるノーマリーホワイトモードまたはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。   The reflective liquid crystal light valve 30 is configured by disposing a silicon substrate having reflective pixel electrodes formed in a matrix on a surface thereof and a transparent substrate having transparent electrodes disposed therebetween via a spacer, and enclosing liquid crystal therebetween. Yes. A drive circuit for driving the reflective pixel electrode is also formed on the silicon substrate. An alignment film for aligning liquid crystals in a predetermined direction is formed on the surfaces of these two substrates. The reflective liquid crystal light valve 30 is driven in a normally white mode in which a white / bright (transmission) state is applied when no voltage is applied, and in a black / dark (non-transmission) state when a voltage is applied, or vice versa. The gradation between light and dark is analog controlled according to the given control value.

色変調部18は、透過率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列しかつ反射型液晶ライトバルブ30よりも高い解像度を有する3枚の透過型液晶ライトバルブ40R,40G,40Bと、5枚のフィールドレンズ42R,42G,42B1〜42B3と、2枚のダイクロイックミラー44a,44bと、3枚のミラー46a,46b,46cと、ダイクロイックプリズム48と、それぞれ複数のレンズからなる2対のサブリレーレンズ50a,50bとで構成されている。まず、リレーレンズ16からの光をダイクロイックミラー44a,44bにより赤色、緑色および青色のRGB3原色に分光するとともに、フィールドレンズ42R,42G,42B1〜42B3およびミラー46a〜46cを介して透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bに入射する。そして、分光したRGB3原色の光の輝度を各透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bにより変調し、変調したRGB3原色の光をダイクロイックプリズム48により合成して投射部20に出射する。 The color modulation unit 18 includes a plurality of transmissive liquid crystal light valves 40R, 40G, and 40B that have a plurality of pixels in which the transmittance can be controlled independently in a matrix and have a higher resolution than the reflective liquid crystal light valve 30. , five field lenses 42R, 42G, and 42B 1 ~42B 3, 2 dichroic mirrors 44a, and 44b, 3 mirrors 46a, 46b, and 46c, and a dichroic prism 48, respectively composed of a plurality of lenses 2 It is composed of a pair of sub-relay lenses 50a and 50b. First, the dichroic mirror 44a of the light from the relay lens 16, as well as spectral red, green and blue RGB3 primary by 44b, the field lens 42R, 42G, 42B 1 ~42B 3 and transmissive liquid crystal via the mirror 46a~46c It enters the light valves 40R to 40B. The luminance of the RGB three primary colors is then modulated by the transmission type liquid crystal light valves 40R to 40B, and the modulated RGB three primary colors are synthesized by the dichroic prism 48 and emitted to the projection unit 20.

ここで、リレーレンズ16によって形成される反射型液晶ライトバルブ30の光学像は、透過型液晶ライトバルブ40R,40G上に倒立光学像として結像するが、透過型液晶ライトバルブ40Bへの光路は、透過型液晶ライトバルブ40R,40Gへの光路よりも光路長が大きいので、この光路では倒立光学像として点線位置に結像される。そこで、ダイクロイックミラー42bから透過型液晶ライトバルブ40Bまでの光路においては、フィールドレンズ42B1、サブリレーレンズ50aを介して図1の点線位置に形成された反射型液晶ライトバルブ30の倒立光学像をフィールドレンズ42B2上またはその近傍に正立光学像として結像し、さらに、サブリレーレンズ50bを介してその正立光学像を透過型液晶ライトバルブ40Bの画素面に倒立光学像として結像する。 Here, the optical image of the reflective liquid crystal light valve 30 formed by the relay lens 16 is formed as an inverted optical image on the transmissive liquid crystal light valves 40R and 40G, but the optical path to the transmissive liquid crystal light valve 40B is Since the optical path length is longer than the optical path to the transmissive liquid crystal light valves 40R and 40G, an inverted optical image is formed at the dotted line position in this optical path. Therefore, in the optical path from the dichroic mirror 42b to the transmissive liquid crystal light valve 40B, an inverted optical image of the reflective liquid crystal light valve 30 formed at the dotted line position in FIG. 1 via the field lens 42B 1 and the sub-relay lens 50a. was formed as an erecting optical image on or near the field lens 42B 2, further imaging the erect optical image through the sub-relay lens 50b as an inverted optical image on the pixel surfaces of the transmissive liquid crystal light valves 40B .

透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bは、画素電極およびこれを駆動するための薄膜トランジスタ素子や薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間にTN型液晶を挟み込むとともに、外面に偏光板を配置したアクティブマトリックス型の液晶表示素子である。透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bは、電圧非印加状態で白/明(透過)状態、電圧印加状態で黒/暗(非透過)状態となるノーマリーホワイトモードまたはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。   The transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B include a glass substrate on which pixel electrodes and switching elements such as thin film transistors and thin film diodes for driving the pixel electrodes are formed in a matrix, and a glass substrate on which a common electrode is formed over the entire surface. This is an active matrix type liquid crystal display element in which a TN liquid crystal is sandwiched between and a polarizing plate is disposed on the outer surface. The transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B are in a normally white mode in which a white / bright (transmission) state is applied when no voltage is applied, and a black / dark (non-transmission) state is applied when a voltage is applied, or vice versa. It is driven, and the gradation between light and dark is analog controlled according to the given control value.

ダイクロイックプリズム48は、4つの直角プリズムを貼り合わせてなり、その内部には、赤色光を反射する誘電体多層膜および青色光を反射する誘電体多層膜が断面X字状に形成されている。これら誘電体多層膜によってRGB3原色の光を合成することができる。
輝度分布均一化部12は、2枚のフライアイレンズ12a,12bと、偏光変換素子12cと、集光レンズ12dとで構成されている。そして、光源10からの光の輝度分布をフライアイレンズ12a,12bにより均一化し、均一化した光を偏光変換素子12cにより輝度変調ライトバルブの入射可能偏光方向(P偏光方向)に偏光し、偏光した光を集光レンズ12dにより集光して輝度変調部14に出射する。
The dichroic prism 48 is formed by bonding four right-angle prisms, and a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in an X-shaped cross section. With these dielectric multilayer films, RGB three primary colors can be synthesized.
The luminance distribution uniformizing unit 12 includes two fly-eye lenses 12a and 12b, a polarization conversion element 12c, and a condenser lens 12d. Then, the brightness distribution of the light from the light source 10 is made uniform by the fly-eye lenses 12a and 12b, and the uniformed light is polarized by the polarization conversion element 12c in the polarization direction (P polarization direction) that can be incident on the brightness modulation light valve. The collected light is condensed by the condenser lens 12 d and emitted to the luminance modulation unit 14.

偏光変換素子12cは、例えば、PBSアレイと、1/2波長板とで構成されている。1/2波長板は、特定の波長の光が通過する際、S偏光とP偏光との間に位相差が生じる複屈折素子である。特定の波長に対応してそれぞれに厚みを設定して人工水晶を研磨し、各々の結晶の光学軸が直交するように貼り合わせてある。1/2波長板は、直線偏光をそれと直交する直線偏光に変換し、その位相差を180°(π)にするものである。   For example, the polarization conversion element 12c includes a PBS array and a half-wave plate. The half-wave plate is a birefringent element in which a phase difference occurs between S-polarized light and P-polarized light when light of a specific wavelength passes. The artificial quartz crystal is polished by setting the thickness corresponding to each specific wavelength, and bonded so that the optical axes of the respective crystals are orthogonal to each other. The half-wave plate converts linearly polarized light into linearly polarized light orthogonal to the half-wave plate, and makes its phase difference 180 ° (π).

図2は、リレーレンズ16の構成を示す図である。
リレーレンズ16は、反射型液晶ライトバルブ30の光学像を各透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの画素面に結像するものであって、図2に示すように、開口絞りに対してほぼ対称に配置された前段レンズ群および後段レンズ群からなる等倍結像レンズである。前段レンズ群および後段レンズ群は、複数の凸レンズと、1枚の凹レンズとで構成されている。ただし、レンズの形状、大きさ、配置間隔および枚数、テレセントリック性、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更され得るものであり、図2の例に限定されるものではない。なお、リレーレンズ16を両側テレセントリックに構成する場合は、フィールドレンズ42R、42G、42B3を省略することが可能である。また、図2のレンズ構成は、サブリレーレンズ50a,50bの構成にも同様に適用することができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the relay lens 16.
The relay lens 16 forms an optical image of the reflective liquid crystal light valve 30 on the pixel surfaces of the transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B, and is substantially symmetric with respect to the aperture stop as shown in FIG. This is an equal-magnification imaging lens composed of a front lens group and a rear lens group arranged in the lens. The front lens group and the rear lens group are configured by a plurality of convex lenses and one concave lens. However, the shape, size, arrangement interval and number of lenses, telecentricity, magnification and other lens characteristics can be appropriately changed depending on required characteristics, and are not limited to the example of FIG. In the case of constituting the relay lens 16 on either side telecentric, it is possible to omit the field lens 42R, 42G, and 42B 3. The lens configuration of FIG. 2 can be similarly applied to the configurations of the sub-relay lenses 50a and 50b.

図3は、リレーレンズ16の動作原理を示す図である。
リレーレンズ16は、図3に示すように、典型的には等倍結像のものが用いられるので、反射型液晶ライトバルブ30および透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの画素密度を同一としても、反射型液晶ライトバルブ30の画素と透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの画素を1対1に対応させることができる。また、リレーレンズ16は、多数枚のレンズから構成されるので、収差補正が良く、反射型液晶ライトバルブ30で形成される輝度分布を正確に透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bに伝達することができる。
FIG. 3 is a diagram illustrating the operating principle of the relay lens 16.
As shown in FIG. 3, the relay lens 16 is typically formed with an equal-magnification image, so that even if the pixel densities of the reflective liquid crystal light valve 30 and the transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B are the same, The pixels of the reflective liquid crystal light valve 30 and the pixels of the transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B can be made to correspond one-to-one. Further, since the relay lens 16 is composed of a large number of lenses, aberration correction is good, and the luminance distribution formed by the reflective liquid crystal light valve 30 can be accurately transmitted to the transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B. it can.

一方、投射型表示装置100は、反射型液晶ライトバルブ30および透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bを制御する表示制御装置200(不図示)を有している。以下、反射型液晶ライトバルブ30を輝度変調ライトバルブと総称し、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bを色変調ライトバルブと総称する。また、本実施の形態では、色変調ライトバルブが表示解像度(投射型表示装置100の表示画像を観測者が見たときに観測者が知覚する解像度をいう。)を決定する。   On the other hand, the projection display device 100 includes a display control device 200 (not shown) that controls the reflective liquid crystal light valve 30 and the transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B. Hereinafter, the reflective liquid crystal light valve 30 is generically referred to as a luminance modulation light valve, and the transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B are generically referred to as color modulation light valves. In the present embodiment, the color modulation light valve determines the display resolution (refers to the resolution perceived by the observer when the observer views the display image of the projection display device 100).

次に、表示制御装置200の構成を図4ないし図8を参照しながら詳細に説明する。
図4は、表示制御装置200のハードウェア構成を示すブロック図である。
表示制御装置200は、図4に示すように、制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するCPU70と、所定領域にあらかじめCPU70の制御プログラム等を格納しているROM72と、ROM72等から読み出したデータやCPU70の演算過程で必要な演算結果を格納するためのRAM74と、外部装置に対してデータの入出力を媒介するI/F78とで構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバス79で相互にかつデータ授受可能に接続されている。
Next, the configuration of the display control apparatus 200 will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the display control apparatus 200.
As shown in FIG. 4, the display control device 200 reads out from the CPU 70 that controls the operation and the entire system based on the control program, the ROM 72 that stores the control program of the CPU 70 in a predetermined area, the ROM 72, and the like. It is composed of a RAM 74 for storing data and calculation results required in the calculation process of the CPU 70, and an I / F 78 that mediates input / output of data to / from an external device, and these are used for transferring data. They are connected to each other via a bus 79 which is a signal line so as to be able to exchange data.

I/F78には、外部装置として、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを駆動するライトバルブ駆動装置80と、データやテーブル等をファイルとして格納する記憶装置82と、外部のネットワーク199に接続するための信号線とが接続されている。
記憶装置82は、HDR表示データを記憶している。
HDR表示データは、従来のsRGB等の画像フォーマットでは実現できない高い輝度ダイナミックレンジを実現することができる画像データであり、画素の輝度レベルを示す画素値を画像の全画素について格納している。現在は、特にCGの世界において、CGオブジェクトを実際の風景に合成するために用いられている。画像形式としては様々なものが存在するが、従来のsRGB等の画像フォーマットよりも高い輝度ダイナミックレンジを実現するために浮動小数点形式で画素値を格納する形式が多い。また、格納する値としては、人間の視覚特性を考慮しない物理的な放射輝度(Radiance=W/(sr・m2))や、人間の視覚特性を考慮した輝度(luminance=cd/m2)に関する値であるという点も特徴である。本実施の形態では、HDR表示データとして、1つの画素についてRGB3原色ごとに放射輝度レベルを示す画素値を浮動小数点値として格納した形式を用いる。例えば、1つの画素の画素値として(1.2,5.4,2.3)という値が格納されている。
The I / F 78 is connected as an external device to a light valve driving device 80 that drives the luminance modulation light valve and the color modulation light valve, a storage device 82 that stores data, tables, and the like as files, and an external network 199. And a signal line for connecting.
The storage device 82 stores HDR display data.
The HDR display data is image data capable of realizing a high luminance dynamic range that cannot be realized by a conventional image format such as sRGB, and stores pixel values indicating pixel luminance levels for all pixels of the image. Currently, it is used to synthesize CG objects into actual scenery, especially in the CG world. Although there are various image formats, there are many formats in which pixel values are stored in a floating-point format in order to realize a luminance dynamic range higher than a conventional image format such as sRGB. As values to be stored, physical radiance that does not consider human visual characteristics (Radiance = W / (sr · m 2 )), or luminance that considers human visual characteristics (luminance = cd / m 2 ). It is also a feature that it is a value regarding. In this embodiment, a format in which pixel values indicating radiance levels for each of the three primary colors of RGB are stored as floating point values for one pixel as HDR display data is used. For example, a value of (1.2, 5.4, 2.3) is stored as the pixel value of one pixel.

HDR表示データは、高い輝度ダイナミックレンジのHDR画像を撮影し、撮影したHDR画像に基づいて生成する。しかしながら、現在のフィルムカメラおよびデジタルスチルカメラでは、自然界における高い輝度ダイナミックレンジのHDR画像を一度に撮影することはできない。そこで、何らかの方法で露出を変化させた複数の撮影画像から1枚のHDR画像を生成する。なお、HDR表示データの生成方法の詳細については、例えば、公知文献1「P.E.Debevec, J.Malik, "Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs", Proceedings of ACM SIGGRAPH97 , pp.367-378 (1997)」に掲載されている。   The HDR display data is generated based on a HDR image having a high luminance dynamic range and a captured HDR image. However, with current film cameras and digital still cameras, HDR images with a high luminance dynamic range in nature cannot be taken at a time. Therefore, one HDR image is generated from a plurality of photographed images whose exposure is changed by some method. For details of the method for generating HDR display data, see, for example, publicly known document 1 “PEDebevec, J. Malik,“ Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs ”, Proceedings of ACM SIGGRAPH97, pp.367-378 (1997). It is published in.

HDR表示データにおける画素pの輝度レベルをRp、輝度変調ライトバルブの画素pに対応する画素の反射率をT1、色変調ライトバルブの画素pに対応する画素の透過率をT2とすると、下式(1),(2)が成立する。

Rp = Tp×Rs …(1)
Tp = T1×T2×G …(2)

ただし、上式(1),(2)において、Rsは光源10の輝度、Gはゲインであり、いずれも定数である。また、Tpは、光変調率である。
Assuming that the luminance level of the pixel p in the HDR display data is Rp, the reflectance of the pixel corresponding to the pixel p of the luminance modulation light valve is T1, and the transmittance of the pixel corresponding to the pixel p of the color modulation light valve is T2, (1) and (2) hold.

Rp = Tp × Rs (1)
Tp = T1 × T2 × G (2)

However, in the above formulas (1) and (2), Rs is the luminance of the light source 10 and G is a gain, both of which are constants. Tp is a light modulation rate.

上式(1),(2)から、画素pについてT1およびT2の組み合わせが無数に存在することが分かる。しかしながら、T1およびT2を任意に決定してよいわけではない。決定の仕方によっては画質が劣化することがあるので、T1およびT2は、画質を考慮して適切に決定する必要がある。
輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブがそれぞれ異なる解像度を有する場合、輝度変調ライトバルブの1つの画素p1について画素p1が色変調ライトバルブの複数の画素にまたがって結像されたり、また逆に、色変調ライトバルブの1つの画素p2について画素p2上に輝度変調ライトバルブの複数の画素が重なって結像されたりする。ここで、輝度変調ライトバルブの画素p1について反射率T1を算出する場合、色変調ライトバルブの重なり合う複数の画素の透過率T2が決定されていれば、それら透過率T2の平均値等を算出し、算出した平均値等を色変調ライトバルブの画素p1に対応する画素の透過率T2と見立てて、上式(1),(2)により反射率T1を算出することが考えられる。しかしながら、あくまで平均値等を色変調ライトバルブの透過率T2と見立てているので、そこにはどうしても誤差が生じる。この誤差は、輝度変調ライトバルブの反射率T1の方を先に決定する場合でも、色変調ライトバルブの透過率T2の方を先に決定する場合でも、決定順序にかかわらず発生するが、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブのうち表示解像度を決定するものについては、視覚的な影響力が大きいので誤差を極力小さくした方がよい。
From the above equations (1) and (2), it can be seen that there are an infinite number of combinations of T1 and T2 for the pixel p. However, T1 and T2 may not be arbitrarily determined. Since the image quality may deteriorate depending on the method of determination, T1 and T2 need to be appropriately determined in consideration of the image quality.
When the luminance modulation light valve and the color modulation light valve have different resolutions, the pixel p1 is imaged across a plurality of pixels of the color modulation light valve for one pixel p1 of the luminance modulation light valve, and vice versa. For one pixel p2 of the color modulation light valve, a plurality of pixels of the luminance modulation light valve are imaged on the pixel p2. Here, when calculating the reflectance T1 for the pixel p1 of the luminance modulation light valve, if the transmittance T2 of a plurality of overlapping pixels of the color modulation light valve is determined, an average value of the transmittance T2 is calculated. Considering the calculated average value and the like as the transmittance T2 of the pixel corresponding to the pixel p1 of the color modulation light valve, it is conceivable to calculate the reflectance T1 by the above equations (1) and (2). However, since the average value or the like is regarded as the transmittance T2 of the color modulation light valve, an error is inevitably generated there. This error occurs regardless of the order of determination, regardless of whether the reflectance T1 of the luminance modulation light valve is determined first or the transmittance T2 of the color modulation light valve is determined first. The modulation light valve and the color modulation light valve that determine the display resolution have a large visual influence, so it is better to minimize the error.

そこで、決定順序の違いで誤差の大きさがどのように変化するかを検討してみる。まず、色変調ライトバルブの透過率T2の方を先に決定することを考える。輝度変調ライトバルブの画素p1の反射率T1は、色変調ライトバルブの重なり合う複数の画素の透過率T2の平均値等を算出し、算出した平均値等およびHDR表示データに基づいて上式(1),(2)により算出することができる。その結果、輝度変調ライトバルブの画素p1からみれば、その反射率T1は、色変調ライトバルブの重なり合う複数の画素の透過率T2に対して誤差が生じるものの、誤差の度合いは、平均値等の統計的演算により生じる誤差程度である。これに対し、色変調ライトバルブの画素p2からみれば、その透過率T2は、輝度変調ライトバルブの重なり合う複数の画素の反射率T1の平均値等を算出しても、その平均値等に対して上式(1),(2)を満たさないほど大きな誤差が生じることがある。これは、画素p1を基準として色変調ライトバルブの重なり合う複数の画素との関係(上式(1),(2)を満たす関係)を規定しても、その逆の関係が必ずしも成立しないことに起因するものと考えられる。したがって、色変調ライトバルブの透過率T2の誤差の方が大きくなる可能性が高い。   Therefore, let us examine how the magnitude of the error changes depending on the order of determination. First, consider determining the transmittance T2 of the color modulation light valve first. The reflectance T1 of the pixel p1 of the luminance modulation light valve is calculated by calculating the average value or the like of the transmittance T2 of a plurality of overlapping pixels of the color modulation light valve, and using the above formula (1 ) And (2). As a result, when viewed from the pixel p1 of the luminance modulation light valve, the reflectance T1 has an error with respect to the transmittance T2 of a plurality of overlapping pixels of the color modulation light valve, but the degree of error is an average value or the like. This is the degree of error caused by statistical calculations. On the other hand, when viewed from the pixel p2 of the color modulation light valve, even if the transmittance T2 is calculated as an average value or the like of the reflectance T1 of a plurality of overlapping pixels of the luminance modulation light valve, Thus, a large error may occur that does not satisfy the above equations (1) and (2). This is because even if the relationship (a relationship satisfying the above equations (1) and (2)) with a plurality of overlapping pixels of the color modulation light valve is defined based on the pixel p1, the opposite relationship is not necessarily established. It is thought to be caused. Therefore, the error of the transmittance T2 of the color modulation light valve is likely to be larger.

逆の場合も同様であり、輝度変調ライトバルブの反射率T1の方を先に決定する場合は、輝度変調ライトバルブの反射率T1の誤差の方が大きくなる可能性が高い。
以上のことから、画質を向上する観点からは、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブのうち表示解像度を決定するものの反射率または透過率(以下、反射率等という。)の方を後に決定する方が誤差の影響が少なくてよいという結論が得られる。本実施の形態では、色変調ライトバルブが表示解像度を決定するので、色変調ライトバルブの透過率T2の方を後に決定する。
The same applies to the opposite case, and when the reflectance T1 of the luminance modulation light valve is determined first, there is a high possibility that the error of the reflectance T1 of the luminance modulation light valve will be larger.
From the above, from the viewpoint of improving the image quality, the reflectance or transmittance (hereinafter referred to as reflectance or the like) of the luminance modulation light valve and the color modulation light valve that determines the display resolution is determined later. It can be concluded that the effect of error is less. In this embodiment, since the color modulation light valve determines the display resolution, the transmittance T2 of the color modulation light valve is determined later.

また、記憶装置82は、輝度変調ライトバルブの制御値を登録した制御値登録テーブル400を記憶している。
図5は、制御値登録テーブル400のデータ構造を示す図である。
制御値登録テーブル400には、図5に示すように、輝度変調ライトバルブの各制御値ごとに1つのレコードが登録されている。各レコードは、輝度変調ライトバルブの制御値を登録したフィールドと、輝度変調ライトバルブの反射率を登録したフィールドとを含んで構成されている。
Further, the storage device 82 stores a control value registration table 400 in which control values of the luminance modulation light valve are registered.
FIG. 5 is a diagram illustrating a data structure of the control value registration table 400.
In the control value registration table 400, as shown in FIG. 5, one record is registered for each control value of the luminance modulation light valve. Each record includes a field in which the control value of the luminance modulation light valve is registered and a field in which the reflectance of the luminance modulation light valve is registered.

図5の例では、第1段目のレコードには、制御値として「0」が、反射率として「0.003」がそれぞれ登録されている。これは、輝度変調ライトバルブに対して制御値「0」を出力すると、輝度変調ライトバルブの反射率が0.3%となることを示している。なお、図5は、輝度変調ライトバルブの階調数が4ビット(0〜15値)である場合の例を示したが、実際には、輝度変調ライトバルブの階調数に相当するレコードが登録される。例えば、階調数が8ビットである場合は、256個のレコードが登録される。   In the example of FIG. 5, “0” is registered as the control value and “0.003” as the reflectance is registered in the first row record. This indicates that when the control value “0” is output to the luminance modulation light valve, the reflectance of the luminance modulation light valve becomes 0.3%. Note that FIG. 5 shows an example in which the number of gradations of the luminance modulation light valve is 4 bits (0 to 15 values), but in reality, there is a record corresponding to the number of gradations of the luminance modulation light valve. be registered. For example, when the number of gradations is 8 bits, 256 records are registered.

また、記憶装置82は、各色変調ライトバルブごとに、その色変調ライトバルブの制御値を登録した制御値登録テーブル420R,420G,420Bを記憶している。
図6は、制御値登録テーブル420Rのデータ構造を示す図である。
制御値登録テーブル420Rには、図6に示すように、透過型液晶ライトバルブ40Rの各制御値ごとに1つのレコードが登録されている。各レコードは、透過型液晶ライトバルブ40Rの制御値を登録したフィールドと、透過型液晶ライトバルブ40Rの透過率を登録したフィールドとを含んで構成されている。
The storage device 82 stores control value registration tables 420R, 420G, and 420B in which the control values of the color modulation light valves are registered for each color modulation light valve.
FIG. 6 is a diagram illustrating a data structure of the control value registration table 420R.
In the control value registration table 420R, as shown in FIG. 6, one record is registered for each control value of the transmissive liquid crystal light valve 40R. Each record includes a field in which the control value of the transmissive liquid crystal light valve 40R is registered and a field in which the transmittance of the transmissive liquid crystal light valve 40R is registered.

図6の例では、第1段目のレコードには、制御値として「0」が、透過率として「0.004」がそれぞれ登録されている。これは、透過型液晶ライトバルブ40Rに対して制御値「0」を出力すると、透過型液晶ライトバルブ40Rの透過率が0.4%となることを示している。なお、図6は、色変調ライトバルブの階調数が4ビット(0〜15値)である場合の例を示したが、実際には、色変調ライトバルブの階調数に相当するレコードが登録される。例えば、階調数が8ビットである場合は、256個のレコードが登録される。   In the example of FIG. 6, “0” is registered as the control value and “0.004” is registered as the transmittance in the first row record. This indicates that when the control value “0” is output to the transmissive liquid crystal light valve 40R, the transmittance of the transmissive liquid crystal light valve 40R is 0.4%. FIG. 6 shows an example in which the number of gradations of the color modulation light valve is 4 bits (0 to 15 values). However, in actuality, there is a record corresponding to the number of gradations of the color modulation light valve. be registered. For example, when the number of gradations is 8 bits, 256 records are registered.

また、制御値登録テーブル420G,420Bのデータ構造については特に図示しないが、制御値登録テーブル420Rと同様のデータ構造を有している。ただし、制御値登録テーブル420Rと異なるのは、同一の制御値に対応する透過率が異なる点である。
次に、CPU70の構成およびCPU70で実行される処理を説明する。
CPU70は、マイクロプロセッシングユニット(MPU)等からなり、ROM72の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図7のフローチャートに示す表示制御処理を実行するようになっている。
The data structure of the control value registration tables 420G and 420B is not particularly shown, but has the same data structure as that of the control value registration table 420R. However, the difference from the control value registration table 420R is that the transmittance corresponding to the same control value is different.
Next, the configuration of the CPU 70 and the processing executed by the CPU 70 will be described.
The CPU 70 includes a microprocessing unit (MPU) or the like, starts a predetermined program stored in a predetermined area of the ROM 72, and executes display control processing shown in the flowchart of FIG. 7 according to the program. .

図7は、表示制御処理を示すフローチャートである。
表示制御処理は、HDR表示データに基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブの制御値をそれぞれ決定し、決定した制御値に基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを駆動する処理であって、CPU70において実行されると、図7に示すように、まず、ステップS100に移行するようになっている。
FIG. 7 is a flowchart showing the display control process.
The display control process is a process of determining the control values of the luminance modulation light valve and the color modulation light valve based on the HDR display data, and driving the luminance modulation light valve and the color modulation light valve based on the determined control value. When executed in the CPU 70, as shown in FIG. 7, first, the process proceeds to step S100.

ステップS100では、HDR表示データを記憶装置82から読み出す。
次いで、ステップS102に移行して、読み出したHDR表示データを解析し、画素値のヒストグラムや、輝度レベルの最大値、最小値および平均値等を算出する。この解析結果は、暗めのシーンを明るくしたり、明るすぎるシーンを暗くしたり、中間部コントラストを協調するなどの自動画像補正に使用したり、トーンマッピングに使用したりするためである。
In step S100, the HDR display data is read from the storage device 82.
In step S102, the read HDR display data is analyzed, and a histogram of pixel values, a maximum value, a minimum value, an average value, and the like of the luminance level are calculated. This analysis result is for use in automatic image correction such as brightening a dark scene, darkening a scene that is too bright, or coordinating intermediate contrast, or for tone mapping.

次いで、ステップS104に移行して、ステップS102の解析結果に基づいて、HDR表示データの輝度レベルを投射型表示装置100の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングする。
図8は、トーンマッピング処理を説明するための図である。
HDR表示データを解析した結果、HDR表示データに含まれる輝度レベルの最小値がSminで、最大値がSmaxであるとする。また、投射型表示装置100の輝度ダイナミックレンジの最小値がDminで、最大値がDmaxであるとする。図8の例では、SminがDminよりも小さく、SmaxがDmaxよりも大きいので、このままでは、HDR表示データを適切に表示することができない。そこで、Smin〜SmaxのヒストグラムがDmin〜Dmaxのレンジに収まるように正規化する。
Next, the process proceeds to step S104, and tone mapping is performed on the luminance level of the HDR display data to the luminance dynamic range of the projection display device 100 based on the analysis result of step S102.
FIG. 8 is a diagram for explaining tone mapping processing.
As a result of analyzing the HDR display data, it is assumed that the minimum value of the luminance level included in the HDR display data is Smin and the maximum value is Smax. Further, it is assumed that the minimum value of the luminance dynamic range of the projection display apparatus 100 is Dmin and the maximum value is Dmax. In the example of FIG. 8, since Smin is smaller than Dmin and Smax is larger than Dmax, HDR display data cannot be appropriately displayed as it is. Therefore, normalization is performed so that the histogram of Smin to Smax falls within the range of Dmin to Dmax.

なお、トーンマッピングの詳細については、例えば、公知文献2「F.Drago, K.Myszkowski, T.Annen, N.Chiba, "Adaptive Logarithmic Mapping For Displaying High Contrast Scenes", Eurographics 2003, (2003)」に掲載されている。
次いで、ステップS106に移行して、色変調ライトバルブの解像度に合わせてHDR画像をリサイズ(拡大または縮小)する。このとき、HDR画像のアスペクト比を保持したままHDR画像をリサイズする。リサイズ方法としては、例えば、平均値法、中間値法、ニアレストネイバー法(最近傍法)が挙げられる。
Details of tone mapping are disclosed in, for example, publicly known document 2 “F. Drago, K. Myszkowski, T. Annen, N. Chiba,“ Adaptive Logarithmic Mapping For Displaying High Contrast Scenes ”, Eurographics 2003, (2003)”. It is posted.
Next, the process proceeds to step S106, and the HDR image is resized (enlarged or reduced) in accordance with the resolution of the color modulation light valve. At this time, the HDR image is resized while maintaining the aspect ratio of the HDR image. Examples of the resizing method include an average value method, an intermediate value method, and a nearest neighbor method (nearest neighbor method).

次いで、ステップS108に移行して、リサイズ画像の各画素の輝度レベルRpおよび光源10の輝度Rsに基づいて、上式(1)により、リサイズ画像の各画素ごとに光変調率Tpを算出する。
次いで、ステップS110に移行して、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2として初期値(例えば、0.2)を与え、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2を仮決定する。
Next, the process proceeds to step S108, and based on the luminance level Rp of each pixel of the resized image and the luminance Rs of the light source 10, the light modulation rate Tp is calculated for each pixel of the resized image by the above equation (1).
Next, the process proceeds to step S110, where an initial value (for example, 0.2) is given as the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve, and the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is provisionally determined.

次いで、ステップS112に移行して、算出した光変調率Tp、仮決定した透過率T2およびゲインGに基づいて、上式(2)により、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率T1’を算出する。ここで、色変調ライトバルブが3枚の透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bから構成されていることから、同一の画素についてRGB3原色ごとに反射率T1’が算出される。これに対し、輝度変調ライトバルブが1枚の反射型液晶ライトバルブ30から構成されていることから、それらの平均値等をその画素のT1’として算出する。   Next, the process proceeds to step S112, and based on the calculated light modulation rate Tp, provisionally determined transmittance T2 and gain G, the reflection of the luminance modulation light valve in units of pixels of the color modulation light valve according to the above equation (2). The rate T1 ′ is calculated. Here, since the color modulation light valve is composed of three transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B, the reflectance T1 'is calculated for each of the three primary colors of RGB for the same pixel. On the other hand, since the luminance modulation light valve is composed of one reflection type liquid crystal light valve 30, the average value thereof is calculated as T1 'of the pixel.

次いで、ステップS114に移行して、輝度変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素について算出した反射率T1’の重み付け平均値をその画素の反射率T1として算出する。重み付けは、重なり合う画素の面積比により行う。
次いで、ステップS116に移行して、輝度変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素について算出した反射率T1に対応する制御値を制御値登録テーブル400から読み出し、読み出した制御値をその画素の制御値として決定する。制御値の読出では、算出した反射率T1に最も近似する反射率を制御値登録テーブル400のなかから検索し、検索により索出した反射率に対応する制御値を読み出す。この検索は、例えば、2分探索法を用いて行うことにより高速な検索を実現する。
Next, the process proceeds to step S114, and for each pixel of the luminance modulation light valve, the weighted average value of the reflectance T1 ′ calculated for the pixel of the color modulation light valve overlapping with the pixel on the optical path is used as the reflectance T1 of the pixel. Calculate as Weighting is performed based on the area ratio of overlapping pixels.
Next, the process proceeds to step S116, and for each pixel of the luminance modulation light valve, a control value corresponding to the reflectance T1 calculated for that pixel is read from the control value registration table 400, and the read control value is controlled for that pixel. Determine as value. In reading the control value, the reflectance closest to the calculated reflectance T1 is searched from the control value registration table 400, and the control value corresponding to the reflectance found by the search is read. This search is performed using, for example, a binary search method, thereby realizing a high-speed search.

次いで、ステップS118に移行して、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率T1の重み付け平均値を算出し、算出した平均値、ステップS108で算出した光変調率TpおよびゲインGに基づいて、上式(2)により、その画素の透過率T2を算出する。重み付けは、重なり合う画素の面積比により行う。   Next, the process proceeds to step S118, and for each pixel of the color modulation light valve, the weighted average value of the reflectance T1 determined for the pixel of the luminance modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is calculated, and the calculated average value Based on the light modulation rate Tp and the gain G calculated in step S108, the transmittance T2 of the pixel is calculated by the above equation (2). Weighting is performed based on the area ratio of overlapping pixels.

次いで、ステップS120に移行して、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素について算出した透過率T2に対応する制御値を制御値登録テーブル420R〜420Bから読み出し、読み出した制御値をその画素の制御値として決定する。制御値の読出では、算出した透過率T2に最も近似する透過率を制御値登録テーブル420R〜420Bのなかから検索し、検索により索出した透過率に対応する制御値を読み出す。この検索は、例えば、2分探索法を用いて行うことにより高速な検索を実現する。   Next, the process proceeds to step S120, and for each pixel of the color modulation light valve, a control value corresponding to the transmittance T2 calculated for the pixel is read from the control value registration tables 420R to 420B, and the read control value is read from the pixel. Is determined as the control value. In the reading of the control value, the transmittance that most closely approximates the calculated transmittance T2 is searched from the control value registration tables 420R to 420B, and the control value corresponding to the transmittance found by the search is read. This search is performed using, for example, a binary search method, thereby realizing a high-speed search.

次いで、ステップS122に移行して、ステップS116,S120で決定した制御値をライトバルブ駆動装置80に出力し、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブをそれぞれ駆動して表示画像を投影し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
次に、本実施の形態の動作を図9ないし図12を参照しながら説明する。
以下では、色変調ライトバルブはいずれも、横18画素×縦12画素の解像度および4ビットの階調数を有し、輝度変調ライトバルブは、横15画素×縦10画素の解像度および4ビットの階調数を有する場合を例にとって説明を行う。また、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブの図はいずれも、光源10側から見たものである。
Next, the process proceeds to step S122, the control values determined in steps S116 and S120 are output to the light valve driving device 80, the luminance modulation light valve and the color modulation light valve are driven to project a display image, and a series of operations are performed. End the process and return to the original process.
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
In the following, all of the color modulation light valves have a resolution of 18 horizontal pixels × 12 vertical pixels and a gradation number of 4 bits, and the luminance modulation light valves have a resolution of 15 horizontal pixels × 10 vertical pixels and a 4-bit resolution. The case where the number of gradations is provided will be described as an example. The diagrams of the luminance modulation light valve and the color modulation light valve are both viewed from the light source 10 side.

表示制御装置200では、ステップS100〜S104を経て、HDR表示データが読み出され、読み出されたHDR表示データが解析され、その解析結果に基づいて、HDR表示データの輝度レベルが投射型表示装置100の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングされる。次いで、ステップS106を経て、色変調ライトバルブの解像度に合わせてHDR画像がリサイズされる。   In the display control device 200, the HDR display data is read through steps S100 to S104, the read HDR display data is analyzed, and the luminance level of the HDR display data is determined based on the analysis result. Tone-mapped to 100 luminance dynamic range. Next, through step S106, the HDR image is resized in accordance with the resolution of the color modulation light valve.

次いで、ステップS108を経て、リサイズ画像の各画素ごとに光変調率Tpが算出される。例えば、リサイズ画像における画素pの光変調率Tpは、画素pの輝度レベルRp(R,G,B)が(1.2,5.4,2.3)、光源10の輝度Rs(R,G,B)が(10000,10000,10000)であるとすると、(1.2,5.4,2.3)/(10000,10000,10000)=(0.00012,0.00054,0.00023)となる。   Next, through step S108, the light modulation rate Tp is calculated for each pixel of the resized image. For example, the light modulation rate Tp of the pixel p in the resized image is such that the luminance level Rp (R, G, B) of the pixel p is (1.2, 5.4, 2.3) and the luminance Rs (R, R, If (G, B) is (10000, 10000, 10000), then (1.2, 5.4, 2.3) / (10000, 10000, 10000) = (0.00012, 0.00054, 0.00023).

図9は、色変調ライトバルブの透過率T2を仮決定する場合を示す図である。
次いで、ステップS110を経て、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2が仮決定される。色変調ライトバルブの左上4区画の画素をp21(左上)、p22(右上)、p23(左下)、p24(右下)とした場合、画素p21〜p24の透過率T2には、図9に示すように、初期値T20が与えられる。
FIG. 9 is a diagram showing a case where the transmittance T2 of the color modulation light valve is provisionally determined.
Next, through step S110, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is provisionally determined. When the pixels in the upper left four sections of the color modulation light valve are p21 (upper left), p22 (upper right), p23 (lower left), and p24 (lower right), the transmittance T2 of the pixels p21 to p24 is shown in FIG. Thus, an initial value T20 is given.

図10は、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率T1’を算出する場合を示す図である。
次いで、ステップS112を経て、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率T1’が算出される。画素p21〜p24に着目した場合、これに対応する輝度変調ライトバルブの反射率T11〜T14は、図10に示すように、画素p21〜p24の光変調率をTp1〜Tp4、ゲインGを「1」とすると、下式(3)〜(6)により算出することができる。
FIG. 10 is a diagram illustrating a case where the reflectance T1 ′ of the luminance modulation light valve is calculated for each pixel of the color modulation light valve.
Next, through step S112, the reflectance T1 ′ of the luminance modulation light valve is calculated for each pixel of the color modulation light valve. When attention is paid to the pixels p21 to p24, the reflectances T11 to T14 of the luminance modulation light valves corresponding to the pixels p21 to p24 are as shown in FIG. It can be calculated by the following formulas (3) to (6).

実際に数値を用いて計算する。Tp1=0.00012、Tp2=0.05、Tp3=0.02、Tp4=0.01、T20=0.1である場合は、下式(3)〜(6)によりT11=0.0012、T12=0.5、T13=0.2、T14=0.1となる。

T11 = Tp1/T20 …(3)
T12 = Tp2/T20 …(4)
T13 = Tp3/T20 …(5)
T14 = Tp4/T20 …(6)

図11は、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1を決定する場合を示す図である。
Actually calculate using numerical values. When Tp1 = 0.00012, Tp2 = 0.05, Tp3 = 0.02, Tp4 = 0.01, T20 = 0.1, T11 = 0.0012, T12 = 0.5, T13 = 0.2, T14 = 0.1 according to the following equations (3) to (6). Become.

T11 = Tp1 / T20 (3)
T12 = Tp2 / T20 (4)
T13 = Tp3 / T20 (5)
T14 = Tp4 / T20 (6)

FIG. 11 is a diagram illustrating a case where the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve is determined.

次いで、ステップS114を経て、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1が決定される。輝度変調ライトバルブの左上4区画の画素をp11(左上)、p12(右上)、p13(左下)、p14(右下)とした場合、画素p11は、図11(a)に示すように、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度が異なることから、画素p21〜画素p24と光路上で重なり合う。色変調ライトバルブの解像度が18×12で、輝度変調ライトバルブの解像度が15×10であるので、画素p11は、その最小公倍数から6×6の矩形領域に区分することができる。そして、画素p11と画素p21〜p24との重なり合う面積比は、図11(b)に示すように、25:5:5:1となる。したがって、画素p11の反射率T15は、図11(c)に示すように、下式(7)により算出することができる。   Next, through step S114, the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve is determined. When pixels in the upper left four sections of the luminance modulation light valve are p11 (upper left), p12 (upper right), p13 (lower left), and p14 (lower right), the pixel p11 has a color as shown in FIG. Since the modulation light valve and the luminance modulation light valve have different resolutions, they overlap with the pixels p21 to p24 on the optical path. Since the resolution of the color modulation light valve is 18 × 12 and the resolution of the luminance modulation light valve is 15 × 10, the pixel p11 can be divided into a 6 × 6 rectangular area from the least common multiple. Then, the overlapping area ratio of the pixel p11 and the pixels p21 to p24 is 25: 5: 5: 1 as shown in FIG. Therefore, the reflectance T15 of the pixel p11 can be calculated by the following equation (7) as shown in FIG.

実際に数値を用いて計算する。T11=0.0012、T12=0.5、T13=0.2、T14=0.002である場合は、下式(7)によりT15=0.1008となる。

T15=(T11×25+T12×5+T13×5+T14×1)/36 …(7)

画素p12〜p14の反射率T16〜T18についても、画素p11と同様に、面積比による重み付け平均値を算出することにより求めることができる。
Actually calculate using numerical values. When T11 = 0.0012, T12 = 0.5, T13 = 0.2, and T14 = 0.002, T15 = 0.008 according to the following equation (7).

T15 = (T11 × 25 + T12 × 5 + T13 × 5 + T14 × 1) / 36 (7)

Similarly to the pixel p11, the reflectances T16 to T18 of the pixels p12 to p14 can be obtained by calculating a weighted average value based on the area ratio.

次いで、ステップS116を経て、輝度変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素について算出された反射率T1に対応する制御値が制御値登録テーブル400から読み出され、読み出された制御値がその画素の制御値として決定される。例えば、T15=0.1008であるので、制御値登録テーブル400を参照すると、図5に示すように、0.09が最も近似した値となる。したがって、制御値登録テーブル400からは、画素p11の制御値として「8」が読み出される。   Next, through step S116, for each pixel of the luminance modulation light valve, a control value corresponding to the reflectance T1 calculated for that pixel is read from the control value registration table 400, and the read control value is It is determined as a pixel control value. For example, since T15 = 0.008, referring to the control value registration table 400, 0.09 is the closest value as shown in FIG. Therefore, “8” is read from the control value registration table 400 as the control value of the pixel p11.

図12は、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2を決定する場合を示す図である。
次いで、ステップS118を経て、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2が決定される。画素p24は、図12(a)に示すように、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度が異なることから、画素p11〜画素p14と光路上で重なり合う。色変調ライトバルブの解像度が18×12で、輝度変調ライトバルブの解像度が15×10であるので、画素p24は、その最小公倍数から5×5の矩形領域に区分することができる。そして、画素p24と画素p11〜p14との重なり合う面積比は、図12(b)に示すように、1:4:4:16となる。したがって、画素p24に着目した場合、これに対応する輝度変調ライトバルブの反射率T19は、下式(8)により算出することができる。そして、画素p24の透過率T24は、ゲインGを「1」とすると、図12(c)に示すように、下式(9)により算出することができる。
FIG. 12 is a diagram illustrating a case where the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is determined.
Next, through step S118, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is determined. As shown in FIG. 12A, the pixel p24 overlaps the pixels p11 to p14 on the optical path because the color modulation light valve and the luminance modulation light valve have different resolutions. Since the resolution of the color modulation light valve is 18 × 12 and the resolution of the luminance modulation light valve is 15 × 10, the pixel p24 can be divided into a rectangular area of 5 × 5 from its least common multiple. Then, the overlapping area ratio of the pixel p24 and the pixels p11 to p14 is 1: 4: 4: 16 as shown in FIG. Therefore, when attention is paid to the pixel p24, the reflectance T19 of the luminance modulation light valve corresponding to the pixel p24 can be calculated by the following equation (8). Then, the transmittance T24 of the pixel p24 can be calculated by the following equation (9) as shown in FIG. 12C when the gain G is “1”.

実際に数値を用いて計算する。T15=0.09、T16=0.33、T17=0.15、T18=0.06、Tp4=0.01である場合は、下式(8),(9)によりT19=0.1188、T24=0.0842となる。

T19=(T15×1+T16×4+T17×4+T18×16)/25 …(8)
T24=Tp4/T19 …(9)

画素p21〜p23の透過率T21〜T23についても、画素p24と同様に、面積比による重み付け平均値を算出することにより求めることができる。
Actually calculate using numerical values. When T15 = 0.09, T16 = 0.33, T17 = 0.15, T18 = 0.06, and Tp4 = 0.01, T19 = 0.1188 and T24 = 0.0842 are obtained from the following equations (8) and (9).

T19 = (T15 × 1 + T16 × 4 + T17 × 4 + T18 × 16) / 25 (8)
T24 = Tp4 / T19 (9)

Similarly to the pixel p24, the transmittances T21 to T23 of the pixels p21 to p23 can be obtained by calculating a weighted average value based on the area ratio.

次いで、ステップS120を経て、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素について算出された透過率T2に対応する制御値が制御値登録テーブル420R〜420Bから読み出され、読み出された制御値がその画素の制御値として決定される。例えば、透過型液晶ライトバルブ40Rの画素p24についてT24=0.0842である場合、制御値登録テーブル420Rを参照すると、図6に示すように、0.07が最も近似した値となる。したがって、制御値登録テーブル420Rからは、画素p24の制御値として「7」が読み出される。   Next, through step S120, for each pixel of the color modulation light valve, a control value corresponding to the transmittance T2 calculated for the pixel is read from the control value registration tables 420R to 420B, and the read control value is read out. Is determined as the control value of the pixel. For example, when T24 = 0.0842 for the pixel p24 of the transmissive liquid crystal light valve 40R, referring to the control value registration table 420R, 0.07 is the closest approximation as shown in FIG. Therefore, “7” is read from the control value registration table 420R as the control value of the pixel p24.

そして、ステップS122を経て、決定された制御値がライトバルブ駆動装置80に出力される。これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブがそれぞれ駆動し、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブの画素面に光学像が形成される。
投射型表示装置100では、輝度変調ライトバルブにより、光源10からの光が1次変調され、ダイクロイックミラー44a,44bにより、輝度変調ライトバルブからの光がRGB3原色の光に分離され、分離された光がそれぞれ各色変調ライトバルブに入射される。このとき、輝度変調ライトバルブの光学像は、リレーレンズ16を介して各色変調ライトバルブの画素面に結像される。そして、各色変調ライトバルブにより、リレーレンズ16からの光がそれぞれ2次変調され、ダイクロイックプリズム48により、各色変調ライトバルブからの光が合成されて画像が表示される。
Then, through step S122, the determined control value is output to the light valve driving device 80. Thereby, the luminance modulation light valve and the color modulation light valve are driven, and an optical image is formed on the pixel surface of the luminance modulation light valve and the color modulation light valve.
In the projection display device 100, the light from the light source 10 is primarily modulated by the luminance modulation light valve, and the light from the luminance modulation light valve is separated into RGB three primary color lights by the dichroic mirrors 44a and 44b. Light enters each color modulation light valve. At this time, the optical image of the luminance modulation light valve is formed on the pixel surface of each color modulation light valve via the relay lens 16. The light from the relay lens 16 is secondarily modulated by each color modulation light valve, and the light from each color modulation light valve is synthesized by the dichroic prism 48 to display an image.

このようにして、本実施の形態では、光源10と、反射率T1を独立に制御可能な複数の画素を有する反射型液晶ライトバルブ30と、反射型液晶ライトバルブ30の光学像を各色変調ライトバルブの画素面に結像するリレーレンズ16と、リレーレンズ16からの光をRGB3原色の光に分離するダイクロイックミラー44a,44bと、ダイクロイックミラー44a,44bで分離した光をそれぞれ入射しかつ透過率T2を独立に制御可能な複数の画素を有する複数の色変調ライトバルブと、各色変調ライトバルブからの光を合成するダイクロイックプリズム48とを備える。   In this way, in the present embodiment, the light source 10, the reflective liquid crystal light valve 30 having a plurality of pixels whose reflectance T1 can be controlled independently, and the optical image of the reflective liquid crystal light valve 30 are converted into each color modulated light. The relay lens 16 that forms an image on the pixel surface of the bulb, the dichroic mirrors 44a and 44b that separate the light from the relay lens 16 into light of the RGB three primary colors, and the light separated by the dichroic mirrors 44a and 44b are incident and transmitted. A plurality of color modulation light valves having a plurality of pixels that can control T2 independently, and a dichroic prism 48 that combines light from each color modulation light valve.

これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを介して光源10からの光を変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができる。
また、輝度変調ライトバルブを開口率の高い反射型液晶ライトバルブ30で構成したので、輝度変調ライトバルブと色変調ライトバルブの間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。また、輝度変調ライトバルブと色変調ライトバルブの間の光伝達において偏光特性を保持することができる。したがって、従来に比して、表示画像の輝度が低下するのを抑制することができる。
Thereby, since the light from the light source 10 is modulated through the luminance modulation light valve and the color modulation light valve, a relatively high luminance dynamic range and number of gradations can be realized.
Further, since the luminance modulation light valve is composed of the reflective liquid crystal light valve 30 having a high aperture ratio, the luminance of the display image is secured to some extent even if the alignment accuracy between the luminance modulation light valve and the color modulation light valve is not high. be able to. In addition, polarization characteristics can be maintained in light transmission between the luminance modulation light valve and the color modulation light valve. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the brightness of the display image as compared with the conventional case.

さらに、リレーレンズ16を介して輝度変調ライトバルブの光学像を各色変調ライトバルブの画素面に結像するので、輝度変調ライトバルブの光学像を各色変調ライトバルブの画素面に比較的精度よく結像することができるとともに、輝度変調ライトバルブの画素面を小さくしなくてすむことから比較的高精度な変調を行うことができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができる。   Furthermore, since the optical image of the luminance modulation light valve is formed on the pixel surface of each color modulation light valve via the relay lens 16, the optical image of the luminance modulation light valve is connected to the pixel surface of each color modulation light valve with relatively high accuracy. In addition to being able to image, since it is not necessary to reduce the pixel surface of the luminance modulation light valve, it is possible to perform modulation with relatively high accuracy. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the image quality is deteriorated as compared with the conventional case.

さらに、光源10として固体レーザや半導体レーザを利用しなくてもすむので、従来に比して、装置の小型化を図ることができる。
さらに、本実施の形態では、各色変調ライトバルブまでの複数の光路のうち光路長が最も大きい光路上に、輝度変調ライトバルブの光学像をその光路に対応する色変調ライトバルブの画素面に結像するサブリレーレンズ50a,50bおよびフィールドレンズ42B2を設けた。
Furthermore, since it is not necessary to use a solid-state laser or a semiconductor laser as the light source 10, it is possible to reduce the size of the apparatus as compared with the conventional case.
Furthermore, in this embodiment, an optical image of the luminance modulation light valve is connected to the pixel surface of the color modulation light valve corresponding to the optical path on the optical path having the longest optical path length among the plurality of optical paths to each color modulation light valve. Sub relay lenses 50a and 50b and a field lens 42B 2 for imaging are provided.

これにより、図1に示すように、各色変調ライトバルブまでの光路長が異なる構造を採用しても、輝度変調ライトバルブの光学像を色変調ライトバルブの画素面に比較的精度よく結像することができる。
さらに、本実施の形態では、サブリレーレンズ50aを介してフィールドレンズ42B2に結像される輝度変調ライトバルブの正立光学像がサブリレーレンズ50bを介して色変調ライトバルブの画素面に倒立光学像として結像されるように、サブリレーレンズ50a,50bおよびフィールドレンズ42B2を配置した。
As a result, as shown in FIG. 1, an optical image of the luminance modulation light valve is formed on the pixel surface of the color modulation light valve with relatively high accuracy even if a structure in which the optical path length to each color modulation light valve is different is adopted. be able to.
Further, in this embodiment, inverted through the erecting optical image of the luminance modulation light valve is imaged on the field lens 42B 2 via the sub relay lens 50a is sub relay lens 50b on the pixel surfaces of the color modulation light valves The sub relay lenses 50a and 50b and the field lens 42B 2 are arranged so as to form an optical image.

これにより、輝度変調ライトバルブの光学像をほぼ同一の輝度分布で各色変調ライトバルブの画素面に結像することができる。
さらに、本実施の形態では、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブは、液晶ライトバルブである。
これにより、既存の光学部品を利用することができるので、コストの上昇をさらに抑えることができる。
Thereby, an optical image of the luminance modulation light valve can be formed on the pixel surface of each color modulation light valve with substantially the same luminance distribution.
Furthermore, in the present embodiment, the luminance modulation light valve and the color modulation light valve are liquid crystal light valves.
Thereby, since an existing optical component can be used, an increase in cost can be further suppressed.

さらに、本実施の形態では、光源10と輝度変調部14との光路上に、光源10からの光の輝度分布を均一化する輝度分布均一化部12を設けた。
これにより、輝度ムラが生じる可能性を低減することができる。
さらに、本実施の形態では、輝度分布均一化部12は、光源10からの光を輝度変調ライトバルブの入射可能偏光方向に偏光する偏光変換素子12cを有する。
Furthermore, in the present embodiment, the luminance distribution uniformizing unit 12 that equalizes the luminance distribution of the light from the light source 10 is provided on the optical path between the light source 10 and the luminance modulation unit 14.
This can reduce the possibility of uneven brightness.
Further, in the present embodiment, the luminance distribution uniformizing unit 12 includes a polarization conversion element 12c that polarizes the light from the light source 10 in the incident polarization direction of the luminance modulation light valve.

これにより、光源10からの光量の多くが輝度変調ライトバルブの変調対象となるので、表示画像の輝度を向上することができる。
さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2を仮決定し、仮決定した透過率T2およびHDR表示データに基づいて輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1を決定し、決定した反射率T1に基づいて輝度変調ライトバルブの各画素の制御値を決定し、決定した反射率T1およびHDR表示データに基づいて色変調ライトバルブの各画素の透過率T2を決定し、決定した透過率T2に基づいて色変調ライトバルブの各画素の制御値を決定するようになっている。
As a result, most of the amount of light from the light source 10 is to be modulated by the luminance modulation light valve, so that the luminance of the display image can be improved.
Furthermore, in this embodiment, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is provisionally determined, and the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve is determined based on the provisionally determined transmittance T2 and HDR display data. The control value of each pixel of the luminance modulation light valve is determined based on the determined reflectance T1, and the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is determined based on the determined reflectance T1 and HDR display data. The control value for each pixel of the color modulation light valve is determined based on the determined transmittance T2.

これにより、表示解像度を決定する色変調ライトバルブの透過率T2の方を後に決定するので、誤差の影響を抑制することができ、画質が劣化する可能性を低減することができる。さらに、階調数に相当する数の階調テーブルを保持しなくてもすむので、階調数を増加させても、階調テーブルのサイズおよび生成時間がさほど増大することがない。
さらに、本実施の形態では、仮決定した透過率T2およびHDR表示データに基づいて、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率T1’を算出し、算出した反射率T1’に基づいて輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1を算出するようになっている。
Thereby, since the transmittance T2 of the color modulation light valve that determines the display resolution is determined later, the influence of the error can be suppressed, and the possibility that the image quality is deteriorated can be reduced. Furthermore, since it is not necessary to maintain the number of gradation tables corresponding to the number of gradations, even if the number of gradations is increased, the size and generation time of the gradation table do not increase so much.
Furthermore, in the present embodiment, the reflectance T1 ′ of the luminance modulation light valve is calculated for each pixel of the color modulation light valve based on the provisionally determined transmittance T2 and HDR display data, and the calculated reflectance T1 ′ is calculated. Based on this, the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve is calculated.

輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブがそれぞれ異なる解像度を有する場合は、仮決定された透過率T2に基づいて輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1を直接算出するよりも、一旦、仮決定された透過率T2に基づいて色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率T1’を算出してから、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1を算出した方が処理が簡単になる。したがって、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1を比較的簡単に算出することができる。   When the luminance modulation light valve and the color modulation light valve have different resolutions, rather than directly calculating the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve based on the provisionally determined transmittance T2, it is temporarily determined. It is easier to calculate the reflectance T1 ′ of each luminance modulation light valve after calculating the reflectance T1 ′ of the luminance modulation light valve in units of pixels of the color modulation light valve based on the transmitted transmittance T2. become. Therefore, when the luminance modulation light valve and the color modulation light valve have different resolutions, the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve can be calculated relatively easily.

さらに、本実施の形態では、輝度変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素について算出した反射率T1’に基づいて、その画素の反射率T1を算出するようになっている。
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1が、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素の透過率T2に対して比較的適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。また、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1をさらに簡単に算出することができる。
Further, in the present embodiment, for each pixel of the luminance modulation light valve, the reflectance T1 of the pixel is calculated based on the reflectance T1 ′ calculated for the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path. It is supposed to be.
Thus, when the luminance modulation light valve and the color modulation light valve have different resolutions, the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve is the transmittance of the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel in the optical path. Since it is a relatively appropriate value for T2, the possibility of image quality deterioration can be further reduced. In addition, the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve can be calculated more easily.

さらに、本実施の形態では、輝度変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素について算出した反射率T1’の重み付け平均値を、その画素の反射率T1として算出するようになっている。
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1が、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素の透過率T2に対してさらに適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。また、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1をさらに簡単に算出することができる。
Further, in the present embodiment, for each pixel of the luminance modulation light valve, the weighted average value of the reflectance T1 ′ calculated for the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is used as the reflectance T1 of the pixel. Is calculated as
Thus, when the luminance modulation light valve and the color modulation light valve have different resolutions, the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve is the transmittance of the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel in the optical path. Since it becomes a more appropriate value with respect to T2, the possibility that the image quality deteriorates can be further reduced. In addition, the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve can be calculated more easily.

さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率T1に基づいて、その画素の透過率T2を算出するようになっている。
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2が、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素の反射率T1に対して比較的適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。また、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2を比較的簡単に算出することができる。
Further, in the present embodiment, for each pixel of the color modulation light valve, the transmittance T2 of the pixel is calculated based on the reflectance T1 determined for the pixel of the luminance modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path. It is like that.
Accordingly, when the luminance modulation light valve and the color modulation light valve have different resolutions, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is the reflectance of the pixel of the luminance modulation light valve that overlaps the pixel in the optical path. Since it is a relatively appropriate value for T1, the possibility of image quality degradation can be further reduced. Further, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve can be calculated relatively easily.

さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率T1の重み付け平均値を算出し、その平均値に基づいてその画素の透過率T2を算出するようになっている。
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2が、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素の反射率T1に対してさらに適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。また、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2をさらに簡単に算出することができる。
Furthermore, in the present embodiment, for each pixel of the color modulation light valve, a weighted average value of the reflectance T1 determined for the pixel of the luminance modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is calculated, and based on the average value Then, the transmittance T2 of the pixel is calculated.
Accordingly, when the luminance modulation light valve and the color modulation light valve have different resolutions, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is the reflectance of the pixel of the luminance modulation light valve that overlaps the pixel in the optical path. Since it becomes a more appropriate value with respect to T1, the possibility that the image quality is deteriorated can be further reduced. In addition, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve can be calculated more easily.

さらに、本実施の形態では、1段目の光変調素子として輝度変調ライトバルブを、2段目の光変調素子として色変調ライトバルブをそれぞれ利用するようになっている。
これにより、従来の投射型表示装置に光変調素子を1つだけ追加すればよいので、投射型表示装置100を比較的容易に構成することができる。
上記実施の形態において、反射型液晶ライトバルブ30は、発明1ないし3、5ないし7の第1光変調素子、発明1、2、5若しくは6の反射型光変調素子、または発明3若しくは7の反射型液晶表示素子に対応し、色変調ライトバルブは、発明1、2、5または6の第2光変調素子に対応している。また、ダイクロイックミラー44a,44bは、発明2または6の光分離手段に対応し、ダイクロイックプリズム48は、発明2または6の光合成手段に対応している。
Further, in the present embodiment, a luminance modulation light valve is used as the first-stage light modulation element, and a color modulation light valve is used as the second-stage light modulation element.
Accordingly, since only one light modulation element needs to be added to the conventional projection display device, the projection display device 100 can be configured relatively easily.
In the above embodiment, the reflective liquid crystal light valve 30 is the first light modulation element of the inventions 1 to 3, 5 to 7, the reflection light modulation element of the inventions 1, 2, 5 or 6, or the invention 3 or 7. Corresponding to the reflective liquid crystal display element, the color modulation light valve corresponds to the second light modulation element of the invention 1, 2, 5 or 6. The dichroic mirrors 44a and 44b correspond to the light separating means of the invention 2 or 6, and the dichroic prism 48 corresponds to the light combining means of the invention 2 or 6.

なお、上記実施の形態においては、輝度変調ライトバルブを反射型液晶ライトバルブ30で構成したが、これに代えて、図13および図14に示すように、輝度変調ライトバルブをDMD36で構成することもできる。
図13は、DMD36を利用して投射型表示装置100を構成した場合を示す図である。
In the above embodiment, the luminance modulation light valve is configured by the reflective liquid crystal light valve 30, but instead, the luminance modulation light valve is configured by the DMD 36 as shown in FIGS. You can also.
FIG. 13 is a diagram illustrating a case where the projection display apparatus 100 is configured using the DMD 36.

投射型表示装置100は、図13に示すように、光源10、輝度分布均一化部12、輝度変調部14、リレーレンズ16、色変調部18および投射部20で構成されている。
輝度変調部14は、反射率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列したDMD36で構成されている。DMD36は、リレーレンズ16に対して正面に配置し、光源10および輝度分布均一化部12は、所定の入射角で光が入射するようにDMD36に対して斜め(オフアクシス)に配置されている。
As shown in FIG. 13, the projection display device 100 includes a light source 10, a luminance distribution uniformizing unit 12, a luminance modulation unit 14, a relay lens 16, a color modulation unit 18, and a projection unit 20.
The luminance modulation unit 14 includes a DMD 36 in which a plurality of pixels whose reflectance can be controlled independently are arranged in a matrix. The DMD 36 is disposed in front of the relay lens 16, and the light source 10 and the luminance distribution uniformizing unit 12 are disposed obliquely (off-axis) with respect to the DMD 36 so that light is incident at a predetermined incident angle. .

DMD36は、ミラーとして光束の反射方向を制御すること、言い換えると、光の通過状態または遮断状態をスイッチする時間制御によって変調を行うものである。DMD36の各画素を所定のフレーム単位で制御する場合、例えば、1フレームの半分の時間だけリレーレンズ16に向けて入射光を反射するように制御すれば、画素の輝度は1/2となる。したがって、液晶ライトバルブで構成した場合に必要とされる偏光ビームスプリッタ32および偏光変換素子34等が不要であるため、その分の光量ロスが少なくなる。   The DMD 36 performs modulation by controlling the reflection direction of the light beam as a mirror, in other words, by time control for switching the light passing state or the blocking state. When each pixel of the DMD 36 is controlled in a predetermined frame unit, for example, if the incident light is controlled to be reflected toward the relay lens 16 for half the time of one frame, the luminance of the pixel becomes 1/2. Accordingly, the polarization beam splitter 32 and the polarization conversion element 34, which are necessary when the liquid crystal light valve is used, are unnecessary, and the light amount loss corresponding to the polarization beam splitter 32 is reduced.

図14は、DMD36を利用して投射型表示装置100を構成した場合を示す図である。
投射型表示装置100は、図14に示すように、光源10、輝度分布均一化部12、輝度変調部14、リレーレンズ16、色変調部18および投射部20で構成されている。
輝度変調部14は、反射率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列したDMD36と、TIRプリズム38とで構成されている。DMD36は、リレーレンズ16に対して正面に配置し、光源10および輝度分布均一化部12は、TIRプリズム38を介して所定の入射角で光が入射するようにDMD36に対して斜め(オフアクシス)に配置されている。まず、輝度分布均一化部12からの光をTIRプリズム38で反射してDMD36に入射し、入射した光の全波長領域の輝度をDMD36により変調して反射する。そして、反射した光束のうち所定の成分をTIRプリズム38を介してリレーレンズ16に出射する。輝度分布均一化部12とDMD36の間には、TIRプリズム38が配置されているが、TIRプリズム38は、DMD36を用いた光学系のコントラスト特性を向上させるために用いられるものであり、色変調ライトバルブとDMD36の結像関係には影響を及ぼさない。
FIG. 14 is a diagram illustrating a case where the projection display apparatus 100 is configured using the DMD 36.
As shown in FIG. 14, the projection display device 100 includes a light source 10, a luminance distribution uniformizing unit 12, a luminance modulation unit 14, a relay lens 16, a color modulation unit 18, and a projection unit 20.
The luminance modulation unit 14 includes a DMD 36 in which a plurality of pixels whose reflectance can be controlled independently is arranged in a matrix, and a TIR prism 38. The DMD 36 is disposed in front of the relay lens 16, and the light source 10 and the luminance distribution uniformizing unit 12 are oblique (off-axis) to the DMD 36 so that light is incident at a predetermined incident angle via the TIR prism 38. ). First, the light from the luminance distribution uniformizing unit 12 is reflected by the TIR prism 38 and is incident on the DMD 36, and the luminance in the entire wavelength region of the incident light is modulated by the DMD 36 and reflected. Then, a predetermined component of the reflected light beam is emitted to the relay lens 16 via the TIR prism 38. A TIR prism 38 is disposed between the luminance distribution uniformizing unit 12 and the DMD 36. The TIR prism 38 is used to improve the contrast characteristics of an optical system using the DMD 36, and is color modulated. The imaging relationship between the light valve and the DMD 36 is not affected.

これにより、輝度変調ライトバルブを開口率の高いDMD36で構成したので、輝度変調ライトバルブと色変調ライトバルブの間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。また、輝度変調ライトバルブをディジタル駆動することができる。
また、上記実施の形態においては、輝度変調ライトバルブからの光をRGB3原色の光に分離する構成を採用したため、ダイクロイックミラー42bから透過型液晶ライトバルブ40Bまでの光路上に、サブリレーレンズ50a,50bおよびフィールドレンズ42B2を設けて構成したが、これに限らず、図15に示すように、輝度変調ライトバルブからの光をRGB3原色のうち2原色の光に分離する構成を採用した場合は、サブリレーレンズ50a,50bおよびフィールドレンズ42B2を設ける必要はない。
Thus, since the luminance modulation light valve is configured by the DMD 36 having a high aperture ratio, the luminance of the display image can be ensured to some extent even if the alignment accuracy between the luminance modulation light valve and the color modulation light valve is not high. In addition, the luminance modulation light valve can be digitally driven.
In the above embodiment, since the configuration in which the light from the luminance modulation light valve is separated into the RGB three primary colors is adopted, the sub-relay lenses 50a and 50a are arranged on the optical path from the dichroic mirror 42b to the transmissive liquid crystal light valve 40B. 50b and the field lens 42B 2 are provided, but not limited to this, as shown in FIG. 15, in the case of adopting a configuration in which light from the luminance modulation light valve is separated into light of two primary colors among the three RGB primary colors , there is no need to provide the sub-relay lens 50a, and 50b and the field lens 42B 2.

図15は、投射型表示装置100の他のハードウェア構成を示すブロック図である。
投射型表示装置100は、図15に示すように、光源10、輝度分布均一化部12、輝度変調部14、リレーレンズ16、色変調部18および投射部20で構成されている。
色変調部18は、2枚の透過型液晶ライトバルブ40RB,40Gと、2枚のフィールドレンズ42RB,42Gと、1枚のダイクロイックミラー44aと、2枚のミラー46a,46bと、ダイクロイックプリズム48とで構成されている。まず、リレーレンズ16からの光をダイクロイックミラー44aによりRGB2原色(赤色および青色)とRGB単原色(緑色)に分光するとともに、フィールドレンズ42RB,42Gおよびミラー46a,46bを介して透過型液晶ライトバルブ40RB,40Gに入射する。そして、分光したRGB2原色および単原色の光の輝度を各透過型液晶ライトバルブ40RB,40Gにより変調し、変調したRGB3原色の光をダイクロイックプリズム48により集光して投射部20に出射する。
FIG. 15 is a block diagram illustrating another hardware configuration of the projection display apparatus 100.
As shown in FIG. 15, the projection display device 100 includes a light source 10, a luminance distribution uniformizing unit 12, a luminance modulation unit 14, a relay lens 16, a color modulation unit 18, and a projection unit 20.
The color modulator 18 includes two transmissive liquid crystal light valves 40RB and 40G, two field lenses 42RB and 42G, one dichroic mirror 44a, two mirrors 46a and 46b, and a dichroic prism 48. It consists of First, light from the relay lens 16 is split into two RGB primary colors (red and blue) and RGB single primary color (green) by the dichroic mirror 44a, and a transmissive liquid crystal light valve is passed through the field lenses 42RB and 42G and the mirrors 46a and 46b. Incident on 40RB and 40G. Then, the brightness of the separated RGB primary color light and single primary color light is modulated by the transmissive liquid crystal light valves 40RB and 40G, and the modulated RGB 3 primary color light is condensed by the dichroic prism 48 and emitted to the projection unit 20.

これにより、サブリレーレンズ50a,50b、フィールドレンズ42B1〜42B3および透過型液晶ライトバルブ40Bを設けなくてすむので、製造コストを低減することができる。
また、上記実施の形態においては、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bとしてアクティブマトリックス型の液晶表示素子を用いて構成したが、これに限らず、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bとしてパッシブマトリックス型の液晶表示素子およびセグメント型の液晶表示素子を用いて構成することもできる。アクティブマトリックス型の液晶表示は、精密な階調表示ができるという利点があり、パッシブマトリックス型の液晶表示素子およびセグメント型の液晶表示素子は、安価に製造できるという利点を有する。
Thus, the sub-relay lenses 50a, 50b, since it is not necessary provided the field lens 42B 1 ~42B 3 and transmissive liquid crystal light valves 40B, it is possible to reduce the manufacturing cost.
In the above embodiment, the transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B are configured using active matrix liquid crystal display elements. However, the present invention is not limited to this, and the transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B are passive matrix liquid crystal display elements. A liquid crystal display element and a segment type liquid crystal display element can also be used. The active matrix type liquid crystal display has an advantage that precise gradation display can be performed, and the passive matrix type liquid crystal display element and the segment type liquid crystal display element have an advantage that they can be manufactured at low cost.

また、上記実施の形態においては、輝度変調ライトバルブが1枚の反射型液晶ライトバルブ30から構成されていることから、1つの制御値登録テーブル400を用意し、制御値登録テーブル400に基づいて輝度変調ライトバルブの各画素の制御値を決定するように構成したが、これに限らず、RGB3原色ごとに制御値登録テーブル400R,400G,400Bを用意し、制御値登録テーブル400R〜400Bに基づいて輝度変調ライトバルブの各画素の制御値を決定するように構成することもできる。輝度変調ライトバルブは、光の全波長領域の輝度を変調するため、制御値登録テーブル400には、代表的な波長の光の反射率が登録されている。しかしながら、RGB3原色のそれぞれの波長については、必ずしも登録されている反射率とはならない。   In the above embodiment, since the luminance modulation light valve is composed of one reflection type liquid crystal light valve 30, one control value registration table 400 is prepared and based on the control value registration table 400. Although the configuration is such that the control value of each pixel of the luminance modulation light valve is determined, the present invention is not limited to this, and control value registration tables 400R, 400G, and 400B are prepared for each of the RGB three primary colors, and based on the control value registration tables 400R to 400B. The control value of each pixel of the luminance modulation light valve can be determined. Since the luminance modulation light valve modulates the luminance in the entire wavelength region of light, the control value registration table 400 registers the reflectance of light having typical wavelengths. However, the respective reflectances of the RGB three primary colors are not necessarily registered reflectances.

そこで、輝度変調ライトバルブについては、厳密に、RGB3原色ごとに制御値に対応する反射率を測定し、制御値登録テーブル400R〜400Bを構成する。次いで、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1をRGB3原色ごとに決定し、Rについて算出した反射率T1に最も近似する反射率を制御値登録テーブル400Rのなかから検索し、検索により索出した反射率に対応する制御値を読み出す。同様に、Gについて算出した反射率T1およびBについて算出した反射率T1に基づいて制御値登録テーブル400G,400Bから該当の制御値を読み出す。そして、輝度変調ライトバルブの同一の画素について読み出した制御値の平均値等をその画素の制御値として算出する。   Therefore, for the luminance modulation light valve, strictly, the reflectance corresponding to the control value is measured for each of the three primary colors of RGB, and the control value registration tables 400R to 400B are configured. Next, the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve is determined for each of the RGB three primary colors, the reflectance closest to the reflectance T1 calculated for R is retrieved from the control value registration table 400R, and the search is performed by searching. A control value corresponding to the reflected reflectance is read out. Similarly, the corresponding control value is read out from the control value registration tables 400G and 400B based on the reflectance T1 calculated for G and the reflectance T1 calculated for B. Then, the average value of the control values read for the same pixel of the luminance modulation light valve is calculated as the control value of that pixel.

これにより、輝度変調ライトバルブの各画素の制御値が、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素のRGB3原色ごとの反射率に対して比較的適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。
また、上記実施の形態においては、色変調ライトバルブを、表示解像度を決定する光変調素子として構成したが、これに限らず、輝度変調ライトバルブを、表示解像度を決定する光変調素子として構成することもできる。この場合、色変調ライトバルブの各画素の透過率T1(先に決定される光変調素子の反射率等をT1とする。)を決定してから、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T2(後に決定される光変調素子の反射率等をT2とする。)を決定する。また、上記と同様に、RGB3原色ごとに制御値登録テーブル400R〜400Bを用意し、制御値登録テーブル400R〜400Bに基づいて輝度変調ライトバルブの各画素の制御値を決定するように構成することもできる。
As a result, the control value of each pixel of the luminance modulation light valve becomes a relatively appropriate value with respect to the reflectance of each of the RGB primary colors of the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel in the optical path. The possibility of doing so can be further reduced.
In the above embodiment, the color modulation light valve is configured as a light modulation element that determines display resolution. However, the present invention is not limited thereto, and the luminance modulation light valve is configured as a light modulation element that determines display resolution. You can also. In this case, after determining the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve (the reflectance of the light modulation element determined in advance is T1), the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation light valve is determined. (The reflectance of the light modulation element, which will be determined later, is T2.) Is determined. Further, similarly to the above, the control value registration tables 400R to 400B are prepared for each of the three primary colors of RGB, and the control value of each pixel of the luminance modulation light valve is determined based on the control value registration tables 400R to 400B. You can also.

具体的には、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T2をRGB3原色ごとに決定し、Rについて算出した反射率T2に最も近似する反射率を制御値登録テーブル400Rのなかから検索し、検索により索出した反射率に対応する制御値を読み出す。同様に、Gについて算出した反射率T2およびBについて算出した反射率T2に基づいて制御値登録テーブル400G,400Bから該当の制御値を読み出す。そして、輝度変調ライトバルブの同一の画素について読み出した制御値の平均値等をその画素の制御値として算出する。   Specifically, the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation light valve is determined for each of the RGB three primary colors, and the reflectance closest to the reflectance T2 calculated for R is searched from the control value registration table 400R. The control value corresponding to the reflectance retrieved by is read out. Similarly, the corresponding control value is read from the control value registration tables 400G and 400B based on the reflectance T2 calculated for G and the reflectance T2 calculated for B. Then, the average value of the control values read for the same pixel of the luminance modulation light valve is calculated as the control value of that pixel.

これにより、輝度変調ライトバルブの各画素の制御値が、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素のRGB3原色ごとの反射率に対して比較的適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。
また、上記実施の形態においては、HDR表示データに基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブの制御値を決定するように構成したが、通常の各色8ビットRGB画像データを利用する場合、通常のRGB画像データの0〜255という値は、輝度の物理量ではなくあくまで相対的な0〜255という値である。そのため、通常のRGB画像データに基づいて本発明の表示装置の表示を行うためには、通常のRGB画像から、表示すべき物理的な輝度Rpまたは表示装置全体の反射率等Tpを決めなければいけない。
As a result, the control value of each pixel of the luminance modulation light valve becomes a relatively appropriate value with respect to the reflectance of each of the RGB primary colors of the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel in the optical path. The possibility of doing so can be further reduced.
In the above embodiment, the control values of the luminance modulation light valve and the color modulation light valve are determined based on the HDR display data. However, when the normal 8-bit RGB image data for each color is used, The RGB image data of 0 to 255 is not a physical quantity of luminance but a relative value of 0 to 255. Therefore, in order to display the display device of the present invention based on normal RGB image data, the physical brightness Rp to be displayed or the reflectance Tp of the entire display device or the like must be determined from the normal RGB image. should not.

図16は、入力値登録テーブル440のデータ構造を示す図である。
そのために、図16の入力値登録テーブル440を用いれば、通常のRGB画像の0〜255という入力値から物理的な反射率等Tpへの変換を行うことができ、かつ、このテーブルの反射率等Tpの設定の仕方によって簡単に通常のRGB画像に対する表示の見た目(階調特性)を変更することが可能となる。このテーブルにおける反射率等Tpは、上式(2)におけるTpであるため、この値が決定されれば後は、上記実施の形態と同様の処理を行うことにより、複数の光変調素子の反射率T1および透過率T2が決定され表示が行える。
FIG. 16 is a diagram illustrating a data structure of the input value registration table 440.
Therefore, by using the input value registration table 440 of FIG. 16, it is possible to convert an input value of 0 to 255 of a normal RGB image into Tp such as physical reflectance, and the reflectance of this table. It is possible to easily change the display appearance (gradation characteristics) of a normal RGB image depending on the setting of equal Tp. Since the reflectance Tp in this table is Tp in the above equation (2), once this value is determined, the same processing as in the above embodiment is performed to reflect the reflection of a plurality of light modulation elements. The rate T1 and the transmittance T2 are determined and can be displayed.

図17は、入力値登録テーブル460のデータ構造を示す図である。
図17の入力値登録テーブル460は、反射率等Tpの代わりに輝度Rpを用いたものである。このテーブルにおける輝度Rpは、上式(1)におけるRpであるため、この値が決定されれば後は、上記実施の形態と同様の処理を行うことにより、複数の光変調素子の反射率T1および透過率T2が決定され表示が行える。
FIG. 17 is a diagram illustrating a data structure of the input value registration table 460.
The input value registration table 460 in FIG. 17 uses the luminance Rp instead of the reflectance Tp. Since the luminance Rp in this table is Rp in the above equation (1), if this value is determined, the same processing as in the above embodiment is performed thereafter, and thereby the reflectance T1 of the plurality of light modulation elements is obtained. The transmittance T2 is determined and can be displayed.

また、上記実施の形態においては、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率T1の重み付け平均値を算出し、その平均値に基づいてその画素の透過率T2を算出するように構成したが、これに限らず、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した制御値をもとに、その制御値に対応する反射率T1tableを制御値登録テーブル400から読み出し、読み出した反射率T1tableの重み付け平均値を算出し、その平均値に基づいてその画素の透過率T2を算出するように構成することもできる。 In the above embodiment, for each pixel of the color modulation light valve, the weighted average value of the reflectance T1 determined for the pixel of the luminance modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is calculated, and the average value is calculated as the average value. The transmittance T2 of the pixel is calculated based on the control value, but the present invention is not limited to this. For each pixel of the color modulation light valve, the control value determined for the pixel of the luminance modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path Based on the above, the reflectance T1 table corresponding to the control value is read from the control value registration table 400, a weighted average value of the read reflectance T1 table is calculated, and the transmittance T2 of the pixel is calculated based on the average value. Can also be configured to calculate.

また、上記実施の形態においては、同一の画素についてRGB3原色ごとに算出した反射率T1’の平均値等をその画素のT1’として算出するように構成したが、これに限らず、反射率T1’はそのままRGB3原色ごとに算出し、ステップS114において、同一の画素についてRGB3原色ごとに算出した反射率T1の平均値等をその画素のT1として算出するように構成することもできる。   In the above-described embodiment, the average value of the reflectance T1 ′ calculated for each of the three primary colors of RGB for the same pixel is calculated as T1 ′ of the pixel. 'May be calculated as it is for each of the three primary colors of RGB, and in step S114, the average value of the reflectance T1 calculated for each of the three primary colors of RGB for the same pixel may be calculated as T1 of that pixel.

また、上記実施の形態においては、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率T1の重み付け平均値を算出し、その平均値に基づいてその画素の透過率T2を算出するように構成したが、これに限らず、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率T1の最大値、最小値または平均値を算出し、その算出値に基づいてその画素の透過率T2を算出するように構成することもできる。   In the above embodiment, for each pixel of the color modulation light valve, the weighted average value of the reflectance T1 determined for the pixel of the luminance modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is calculated, and the average value is calculated as the average value. The transmittance T2 of the pixel is calculated based on this, but the present invention is not limited to this. For each pixel of the color modulation light valve, the reflectance determined for the pixel of the luminance modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path. The maximum value, the minimum value, or the average value of T1 can be calculated, and the transmittance T2 of the pixel can be calculated based on the calculated value.

また、上記実施の形態において、色変調ライトバルブを透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bで構成したが、これに限らず、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子であればどのようなものでも利用することができる。ここで、光伝搬特性とは、光の伝搬に影響を与える特性をいい、例えば、光の透過特性、反射特性、屈折特性その他の伝搬特性が含まれる。   In the above embodiment, the color modulation light valve is configured by the transmissive liquid crystal light valves 40R to 40B. However, the present invention is not limited to this, and any light modulation element having a plurality of pixels whose light propagation characteristics can be controlled independently. Anything can be used. Here, the light propagation characteristics refer to characteristics that affect light propagation, and include, for example, light transmission characteristics, reflection characteristics, refraction characteristics, and other propagation characteristics.

また、上記実施の形態においては、説明を簡単にするため、画素数および階調数が小さい光変調素子を用いているが、画素数および階調数が大きい光変調素子を用いる場合においても上記実施の形態と同様に処理することができる。
また、上記実施の形態においては、説明を簡単にするため、ゲインG=1.0と設定したが、ハードウェア構成によっては、ゲインG=1.0ではなくなる。また、実際の計算コストを考えたときには、ゲインGの影響を含んだかたちで制御値および反射率等を制御値登録テーブルに登録しておく方とよい。
Further, in the above embodiment, for the sake of simplicity, the light modulation element having a small number of pixels and the number of gradations is used. Processing can be performed in the same manner as in the embodiment.
Further, in the above embodiment, the gain G = 1.0 is set for the sake of simplicity, but the gain G = 1.0 is not obtained depending on the hardware configuration. Further, when considering the actual calculation cost, it is better to register the control value, the reflectance and the like in the control value registration table in a manner including the influence of the gain G.

また、上記実施の形態において、図7のフローチャートに示す処理を実行するにあたっては、ROM72にあらかじめ格納されている制御プログラムを実行する場合について説明したが、これに限らず、これらの手順を示したプログラムが記憶された記憶媒体から、そのプログラムをRAM74に読み込んで実行するようにしてもよい。
ここで、記憶媒体とは、RAM、ROM等の半導体記憶媒体、FD、HD等の磁気記憶型記憶媒体、CD、CDV、LD、DVD等の光学的読取方式記憶媒体、MO等の磁気記憶型/光学的読取方式記憶媒体であって、電子的、磁気的、光学的等の読み取り方法のいかんにかかわらず、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体であれば、あらゆる記憶媒体を含むものである。
Further, in the above embodiment, when executing the processing shown in the flowchart of FIG. 7, the case where the control program stored in advance in the ROM 72 is executed has been described. The program may be read from the storage medium storing the program into the RAM 74 and executed.
Here, the storage medium is a semiconductor storage medium such as RAM or ROM, a magnetic storage type storage medium such as FD or HD, an optical reading type storage medium such as CD, CDV, LD, or DVD, or a magnetic storage type such as MO. / Optical reading type storage media, including any storage media that can be read by a computer regardless of electronic, magnetic, optical, or other reading methods.

また、上記実施の形態においては、本発明に係る光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法を、図1に示すように、投射型表示装置100に適用したが、これに限らず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で他の場合にも適用可能である。   In the above embodiment, the light modulation device and the optical display device, and the light modulation method and the image display method according to the present invention are applied to the projection display device 100 as shown in FIG. The present invention is not limited, and can be applied to other cases without departing from the gist of the present invention.

投射型表示装置100のハードウェア構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a hardware configuration of a projection display apparatus 100. FIG. リレーレンズ16の構成を示す図である。2 is a diagram illustrating a configuration of a relay lens 16. FIG. リレーレンズ16の動作原理を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an operation principle of the relay lens 16. 表示制御装置200のハードウェア構成を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating a hardware configuration of a display control device 200. FIG. 制御値登録テーブル400のデータ構造を示す図である。6 is a diagram illustrating a data structure of a control value registration table 400. FIG. 制御値登録テーブル420Rのデータ構造を示す図である。It is a figure which shows the data structure of the control value registration table 420R. 表示制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a display control process. トーンマッピング処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a tone mapping process. 色変調ライトバルブの透過率T2を仮決定する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the transmittance | permeability T2 of a color modulation light valve is provisionally determined. 色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率T1’を算出する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the reflectance T1 'of a brightness | luminance modulation light valve is calculated per pixel of a color modulation light valve. 輝度変調ライトバルブの各画素の反射率T1を決定する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the reflectance T1 of each pixel of a brightness | luminance modulation light valve is determined. 色変調ライトバルブの各画素の透過率T2を決定する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the transmittance | permeability T2 of each pixel of a color modulation light valve is determined. DMD36を利用して投射型表示装置100を構成した場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the projection type display apparatus 100 is comprised using DMD36. DMD36を利用して投射型表示装置100を構成した場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the projection type display apparatus 100 is comprised using DMD36. 投射型表示装置100の他のハードウェア構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing another hardware configuration of the projection display apparatus 100. FIG. 入力値登録テーブル440のデータ構造を示す図である。It is a figure which shows the data structure of the input value registration table. 入力値登録テーブル460のデータ構造を示す図である。It is a figure which shows the data structure of the input value registration table 460. 透過型液晶ライトバルブの各画素の画素面を示す図である。It is a figure which shows the pixel surface of each pixel of a transmissive liquid crystal light valve. 反射型光変調素子の各画素の画素面を示す図である。It is a figure which shows the pixel surface of each pixel of a reflection type light modulation element. 特許文献1記載の投射型表示装置における第1光変調素子および第2光変調素子の光路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical path of the 1st light modulation element in a projection type display apparatus of patent document 1, and a 2nd light modulation element.

符号の説明Explanation of symbols

100…投射型表示装置, 10…光源, 10a…ランプ, 10b…リフレクタ, 12…輝度分布均一化部, 12a,12b…フライアイレンズ, 12c…偏光変換素子, 12d…集光レンズ, 14…輝度変調部, 30…反射型液晶ライトバルブ, 32…偏光ビームスプリッタ, 34…偏光変換素子, 36…DMD, 38…TIRプリズム, 16…リレーレンズ, 18…色変調部, 40R〜40B,40RB…透過型液晶ライトバルブ, 42R,42G,42B1〜42B3,42RB…フィールドレンズ, 44a,44b…ダイクロイックミラー, 46a〜46c…ミラー, 48…ダイクロイックプリズム, 50a,50b…サブリレーレンズ, 20…投射部, 70…CPU, 72…ROM, 74…RAM, 78…I/F, 79…バス, 80…ライトバルブ駆動装置, 82…記憶装置, 199…ネットワーク, 400,400R〜400G,420R〜420G…制御値登録テーブル, 440,460…入力値登録テーブル, 112a,112b…フライアイレンズ, 112d…集光レンズ, 130…第1光変調素子, 140…第2光変調素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Projection type display apparatus, 10 ... Light source, 10a ... Lamp, 10b ... Reflector, 12 ... Luminance distribution equalization part, 12a, 12b ... Fly eye lens, 12c ... Polarization conversion element, 12d ... Condensing lens, 14 ... Luminance Modulation unit, 30 ... reflective liquid crystal light valve, 32 ... polarization beam splitter, 34 ... polarization conversion element, 36 ... DMD, 38 ... TIR prism, 16 ... relay lens, 18 ... color modulation unit, 40R to 40B, 40RB ... transmission type liquid crystal light valves, 42R, 42G, 42B 1 ~42B 3, 42RB ... field lenses, 44a, 44b ... dichroic mirror, 46a through 46c ... mirror, 48 ... dichroic prism, 50a, 50b ... sub relay lens, 20 ... projection unit 70 ... CPU, 72 ... ROM, 74 ... RAM, 78 ... I / F 79 ... Bus, 80 ... Light valve driving device, 82 ... Storage device, 199 ... Network, 400, 400R to 400G, 420R to 420G ... Control value registration table, 440,460 ... Input value registration table, 112a, 112b ... Flyeye Lens 112d ... Condensing lens 130 ... First light modulation element 140 ... Second light modulation element

Claims (6)

第1光変調素子と、前記第1光変調素子からの光を入射する第2光変調素子とを備え、前記第1光変調素子および前記第2光変調素子を介して光源からの光を変調する装置であって、
前記第1光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記第1光変調素子と前記第2光変調素子の光路上に、前記第1光変調素子の光学像を前記第2光変調素子の受光面に結像するリレーレンズを設けたことを特徴とする光変調装置。
A first light modulation element; and a second light modulation element that receives light from the first light modulation element, and modulates light from a light source via the first light modulation element and the second light modulation element. A device that performs
The first light modulation element is composed of a reflection type light modulation element,
A relay lens for forming an optical image of the first light modulation element on a light receiving surface of the second light modulation element is provided on an optical path between the first light modulation element and the second light modulation element. Light modulation device.
光源と、第1光変調素子と、前記第1光変調素子からの光を異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段と、前記光分離手段で分離した光をそれぞれ入射する複数の第2光変調素子と、前記各第2光変調素子からの光を合成する光合成手段とを備え、前記第1光変調素子および前記各第2光変調素子を介して前記光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記第1光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記第1光変調素子と前記光分離手段の光路上に、前記第1光変調素子の光学像を前記各第2光変調素子の受光面に結像するリレーレンズを設けたことを特徴とする光学表示装置。
A light source, a first light modulation element, a light separation means for separating light from the first light modulation element into light of a plurality of different specific wavelength regions, and a plurality of light incident on the light separated by the light separation means, respectively A second light modulation element; and light combining means for combining light from the second light modulation elements, and modulates light from the light source via the first light modulation element and the second light modulation elements. And display an image,
The first light modulation element is composed of a reflection type light modulation element,
A relay lens for forming an optical image of the first light modulation element on a light receiving surface of each of the second light modulation elements is provided on an optical path between the first light modulation element and the light separation unit. Optical display device.
請求項2において、
前記第1光変調素子を反射型液晶表示素子で構成したことを特徴とする光学表示装置。
In claim 2,
An optical display device, wherein the first light modulation element is constituted by a reflective liquid crystal display element.
請求項2において、
前記第1光変調素子をDMDで構成したことを特徴とする光学表示装置。
In claim 2,
An optical display device, wherein the first light modulation element is constituted by DMD.
第1光変調素子を介して光源からの光を変調する第1次変調ステップと、第2光変調素子を介して前記第1光変調素子からの光を変調する第2次変調ステップとを含み、前記光源からの光を変調する方法であって、
前記第1光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記第1光変調素子と前記第2光変調素子の光路において、リレーレンズを介して前記第1光変調素子の光学像を前記第2光変調素子の受光面に結像することを特徴とする光変調方法。
A first modulation step for modulating light from the light source via the first light modulation element; and a second modulation step for modulating light from the first light modulation element via the second light modulation element. , A method of modulating light from the light source,
The first light modulation element is a reflective light modulation element;
An optical image of the first light modulation element is formed on a light receiving surface of the second light modulation element through a relay lens in an optical path between the first light modulation element and the second light modulation element. Light modulation method.
第1光変調素子を介して光源からの光を変調する第1次変調ステップと、光を異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段を介して前記第1光変調素子からの光を分離する光分離ステップと、前記光分離手段からの各分離光ごとに、第2光変調素子を介して当該分離光を変調する第2次変調ステップと、光を合成する光合成手段を介して前記各第2光変調素子からの分離光を合成する光合成ステップとを含み、前記光源からの光を変調して画像を表示する方法であって、
前記第1光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記第1光変調素子と前記光分離手段の光路において、リレーレンズを介して前記第1光変調素子の光学像を前記各第2光変調素子の受光面に結像することを特徴とする画像表示方法。
Light from the first light modulation element via a first modulation step for modulating light from the light source via the first light modulation element and light separation means for separating the light into a plurality of different specific wavelength regions. A light separation step for separating the light, a second modulation step for modulating the separated light via a second light modulation element for each separated light from the light separation means, and a light synthesis means for synthesizing the light A light combining step of combining the separated light from each of the second light modulation elements, and modulating the light from the light source to display an image,
The first light modulation element is a reflective light modulation element;
An image in which an optical image of the first light modulation element is formed on a light receiving surface of each of the second light modulation elements through a relay lens in an optical path between the first light modulation element and the light separation means. Display method.
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