JP2005242165A - 光変調装置および投射型表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大を実現し、表示画像の輝度を向上するのに好適な光変調装置を提供する。
【解決手段】 投射型表示装置１００は、輝度分布が均一な照明光を発光する光源１０と、発光する照明光の輝度レベルＴ１を独立に制御可能な複数の発光領域を有する輝度変調素子と、光源１０からの光および輝度変調素子からの変調照明光を合成する偏光ビームスプリッタ１６と、偏光ビームスプリッタ１６からの合成照明光を入射しかつ透過率Ｔ２を独立に制御可能な複数の画素を有する色変調ライトバルブと、色変調ライトバルブからの光をスクリーン２２に投射する投射部２０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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を実現し、表示画像の輝度を向上するのに好適な光変調装置および投射型表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法に関する。

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。

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。

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。

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。

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。
特開２００１−１００６８９号公報

図１３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や信号配線が各画素面内に設けられていることから、図１３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６０％以下となるのが一般的である。
したがって、特許文献１記載の発明にあっては、透過型液晶ライトバルブを２段介して光源からの光を変調しているため、表示画像の輝度が低下するという問題があった。

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を実現し、表示画像の輝度を向上するのに好適な光変調装置および投射型表示装置、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。

〔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、
光変調素子を備え、前記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、
発光する照明光の輝度を独立に制御可能な複数の発光領域を有する変調照明手段と、前記光源からの光および前記変調照明手段からの変調照明光を合成する光合成手段とを備え、
前記光合成手段で合成した照明光像を前記光変調素子の照明光入射面に結像するように構成されていることを特徴とする。

このような構成であれば、変調照明手段により、各発光領域ごとに変調照明光の輝度が制御されることにより１次変調が行われる。次いで、光合成手段により、光源からの光および変調照明手段からの変調照明光が合成され、合成された照明光像が光変調素子の照明光入射面に結像される。そして、光変調素子により、光合成手段からの光が２次変調される。

これにより、変調照明手段および光変調素子を介して光を変調するので、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、１次変調として変調照明光の輝度を調整し、かつ、変調照明手段からの変調照明光に光源からの光を重畳するので、表示画像の輝度レンジを向上することができるという効果も得られる。

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、後述の発明８の光変調方法においても同じである。
また、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。また、透過型であっても反射型であってもよいが、反射型で構成すれば、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。以下、後述の発明２の投射型表示装置、発明８の光変調方法、および発明９の画像表示方法においても同じである。

また、輝度は、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））を指標としてもよいし、人間の視覚特性を考慮した輝度（luminance＝ｃｄ／ｍ²）を指標としてもよい。以下、後述の発明２の投射型表示装置、発明８の光変調方法、および発明９の画像表示方法においても同じである。

〔発明２〕 一方、上記目的を達成するために、発明２の投射型表示装置は、
光源と、光変調素子と、前記光変調素子からの光を投射する投射手段とを備え、前記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、
発光する照明光の輝度を独立に制御可能な複数の発光領域を有する変調照明手段と、前記光源からの光および前記変調照明手段からの変調照明光を合成する光合成手段とを備え、
前記光合成手段で合成した照明光像を前記光変調素子の照明光入射面に結像するように構成されていることを特徴とする。

このような構成であれば、変調照明手段により、各発光領域ごとに変調照明光の輝度が制御されることにより１次変調が行われる。次いで、光合成手段により、光源からの光および変調照明手段からの変調照明光が合成され、合成された照明光像が光変調素子の照明光入射面に結像される。そして、光変調素子により、光合成手段からの合成照明光が２次変調され、投射手段により、光変調素子からの光が投射されて画像が表示される。

これにより、変調照明手段および光変調素子を介して光を変調するので、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、１次変調として変調照明光の輝度を調整し、かつ、変調照明手段からの変調照明光に光源からの光を重畳するので、表示画像の輝度レンジを向上することができるという効果も得られる。

〔発明３〕 さらに、発明３の投射型表示装置は、発明２の投射型表示装置において、
前記変調照明手段は、複数のＬＥＤを配列したＬＥＤアレイからなることを特徴とする。
このような構成であれば、ＬＥＤアレイを構成する各ＬＥＤの輝度が制御されることにより１次変調が行われる。
これにより、変調照明手段を比較的容易に構成することができるという効果が得られる。

〔発明４〕 さらに、発明４の投射型表示装置は、発明２および３のいずれか１の投射型表示装置において、
前記光変調素子は、透過型液晶表示素子からなることを特徴とする。
このような構成であれば、透過型液晶表示素子により、光合成手段からの合成照明光の透過特性が制御されることにより２次変調が行われる。
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、光変調素子を比較的安価に製造することができるという効果が得られる。

〔発明５〕 さらに、発明５の投射型表示装置は、発明２ないし４のいずれか１の投射型表示装置において、
前記光合成手段は、偏光ビームスプリッタからなることを特徴とする。
このような構成であれば、偏光ビームスプリッタにより、光源からの光および変調照明手段からの変調照明光が合成される。
これにより、光源からの光および変調照明手段からの変調照明光を比較的容易に合成することができるという効果が得られる。

〔発明６〕 さらに、発明６の投射型表示装置は、発明２ないし４のいずれか１の投射型表示装置において、
前記光合成手段は、複数の偏光ビームスプリッタを配列した偏光ビームスプリッタアレイからなることを特徴とする。

このような構成であれば、偏光ビームスプリッタアレイを構成する各偏光ビームスプリッタにより、光源からの光および変調照明手段からの変調照明光が合成される。
これにより、光源からの光および変調照明手段からの変調照明光を比較的容易に合成することができるという効果が得られる。また、光合成手段を単体の偏光ビームスプリッタで構成する場合に比して、光合成手段の小型化および軽量化を図ることができるという効果も得られる。

〔発明７〕 さらに、発明７の投射型表示装置は、発明２ないし６のいずれか１の投射型表示装置において、
前記光源と前記光合成手段との光路上に、前記光源からの光の輝度分布を均一化する輝度分布均一化手段を設けたことを特徴とする。
このような構成であれば、輝度分布均一化手段により、光源からの光の輝度分布が均一化されて光合成手段に入射される。
これにより、輝度分布ムラが生じる可能性を低減することができるという効果が得られる。

〔発明８〕 一方、上記目的を達成するために、発明８の光変調方法は、
光変調素子を介して光源からの光を変調する方法であって、
発光する照明光の輝度を独立に制御可能な複数の発光領域を有する変調照明手段により変調照明光を発光する照明ステップと、光合成手段を介して前記光源からの光および前記変調照明手段からの変調照明光を合成する照明光合成ステップと、前記光変調素子を介して前記光合成手段からの合成照明光を変調する光変調ステップとを含むことを特徴とする。
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。

〔発明９〕 一方、上記目的を達成するために、発明９の画像表示方法は、
光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する方法であって、
発光する照明光の輝度を独立に制御可能な複数の発光領域を有する変調照明手段により変調照明光を発光する照明ステップと、光合成手段を介して前記光源からの光および前記変調照明手段からの変調照明光を合成する照明光合成ステップと、前記光変調素子を介して前記光合成手段からの合成照明光を変調する光変調ステップと、投射手段を介して前記光変調素子からの出射画像光を投射して画像を表示する画像表示ステップとを含むことを特徴とする。
これにより、発明２の投射型表示装置と同等の効果が得られる。

〔発明１０〕 さらに、発明１０の画像表示方法は、発明９の画像表示方法において、
前記照明ステップは、複数のＬＥＤを配列したＬＥＤアレイにより変調照明光を発光することを特徴とする。
これにより、発明３の投射型表示装置と同等の効果が得られる。

〔発明１１〕 さらに、発明１１の画像表示方法は、発明９および１０のいずれか１の画像表示方法において、
前記光変調ステップは、透過型液晶表示素子を介して前記光合成手段からの合成照明光を変調することを特徴とする。
これにより、発明４の投射型表示装置と同等の効果が得られる。

〔発明１２〕 さらに、発明１２の画像表示方法は、発明９ないし１１のいずれか１の画像表示方法において、
前記照明光合成ステップは、偏光ビームスプリッタを介して前記光源からの光および前記変調照明手段からの変調照明光を合成することを特徴とする。
これにより、発明５の投射型表示装置と同等の効果が得られる。

〔発明１３〕 さらに、発明１３の画像表示方法は、発明９ないし１１のいずれか１の画像表示方法において、
前記照明光合成ステップは、複数の偏光ビームスプリッタを配列した偏光ビームスプリッタアレイを介して前記光源からの光および前記変調照明手段からの変調照明光を合成することを特徴とする。
これにより、発明６の投射型表示装置と同等の効果が得られる。

〔発明１４〕 さらに、発明１４の画像表示方法は、発明９ないし１３のいずれか１の画像表示方法において、
前記光源と前記光合成手段との光路上において、輝度分布均一化手段を介して前記光源からの光の輝度分布を均一化することを特徴とする。
これにより、発明７の投射型表示装置と同等の効果が得られる。

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１１は、本発明に係る光変調装置および投射型表示装置、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投射型表示装置、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。

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、輝度分布が均一な照明光を発光する光源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、発光する照明光の輝度を独立に制御可能な複数の発光領域を有する輝度変調部１４と、輝度分布均一化部１２から入射した光および輝度変調部１４から入射した光を合成する偏光ビームスプリッタ１６と、偏光ビームスプリッタ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２２に投射する投射部２０とで構成されている。

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。まず、光源１０からの光の輝度分布をフライアイレンズ１２ａにより均一化し、均一化した光を偏光変換素子１２ｃによりＰ偏光方向に偏光する。そして、偏光した光の輝度分布をフライアイレンズ１２ｂによりさらに均一化し、均一化した光を集光レンズ１２ｄにより集光して偏光ビームスプリッタ１６に出射する。

偏光変換素子１２ｃは、例えば、偏光ビームスプリッタアレイと、λ／２板とで構成されている。λ／２板は、特定の波長の光が通過する際、Ｐ偏光とＳ偏光の間に位相差が生じる複屈折素子である。λ／２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。
図２は、輝度変調部１４の構成を示す図である。

輝度変調部１４は、図２に示すように、発光する照明光の輝度を独立に制御可能な複数のＬＥＤ（画素）をマトリクス状に配列したＬＥＤアレイ３０と、集光レンズ３２とで構成されている。そして、ＬＥＤアレイ３０からＳ偏光の変調照明光を発光し、発光した変調照明光を集光レンズ３２で集光して偏光ビームスプリッタ１６に出射する。
図１に戻り、偏光ビームスプリッタ１６は、２つの直角プリズムを貼り合わせてなり、その内部には、Ｐ偏光を透過しかつＳ偏光を反射する誘電体多層膜が入射面に対して斜めに形成されている。この誘電体多層膜により、入射した光をＰ偏光とＳ偏光に分離し、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を９０°に反射させるようになっている。輝度分布均一化部１２および輝度変調部１４からそれぞれ光を直交して入射しているため、輝度分布均一化部１２からのＰ偏光をそのまま透過し、輝度変調部１４からのＳ偏光を９０°に反射することにより、それら照明光を合成して色変調部１８に出射する。

色変調部１８は、集光レンズ４０と、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ＬＥＤアレイ３０よりも高い解像度を有するカラー液晶ライトバルブ４２とで構成されている。まず、偏光ビームスプリッタ１６で合成した照明光像を集光レンズ４０により集光してカラー液晶ライトバルブ４２の画素面（照明光入射面）に結像する。そして、入射した光の波長領域のうちＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれカラー液晶ライトバルブ４２により変調し、変調した光を投射部２０に出射する。

カラー液晶ライトバルブ４２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。また、表面には、ＲＧＢ３原色のカラーフィルタが設けられており、ＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれ変調することができる。カラー液晶ライトバルブ４２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。

一方、投射型表示装置１００は、ＬＥＤアレイ３０およびカラー液晶ライトバルブ４２を制御する表示制御装置２００（不図示）を有している。以下、ＬＥＤアレイ３０を輝度変調素子と総称し、カラー液晶ライトバルブ４２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。

次に、表示制御装置２００の構成を図３ないし図７を参照しながら詳細に説明する。
図３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３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。

Ｉ／Ｆ７８には、外部装置として、輝度変調素子および色変調ライトバルブを駆動する駆動装置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。

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。

ＨＤＲ表示データにおける画素ｐの輝度レベルをＲｐ、輝度変調素子の画素ｐに対応する画素の輝度レベルを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。

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。

輝度変調素子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、輝度変調素子の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上に輝度変調素子の複数の画素が重なって結像されたりする。ここで、輝度変調素子の画素ｐ１について輝度レベル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）により輝度レベル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、輝度変調素子の輝度レベル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、輝度変調素子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。

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。輝度変調素子の画素ｐ１の輝度レベル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、輝度変調素子の画素ｐ１からみれば、その輝度レベル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、輝度変調素子の重なり合う複数の画素の輝度レベル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。

逆の場合も同様であり、輝度変調素子の輝度レベルＴ１の方を先に決定する場合は、輝度変調素子の輝度レベル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、輝度変調素子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輝度レベルまたは透過率（以下、輝度レベル等という。）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。

また、記憶装置８２は、輝度変調素子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４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４に示すように、輝度変調素子の各制御値ごとに１つのレコードが登録されている。各レコードは、輝度変調素子の制御値を登録したフィールドと、輝度変調素子の輝度レベルを登録したフィールドとを含んで構成されている。

図４の例では、第１段目のレコードには、制御値として「０」が、輝度レベルとして「０．０１２」がそれぞれ登録されている。これは、輝度変調素子に対して制御値「０」を出力すると、輝度変調素子の輝度レベルが０．０１２となることを示している。なお、図４は、輝度変調素子の階調数が４ビット（０〜１５値）である場合の例を示したが、実際には、輝度変調素子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。

また、記憶装置８２は、ＲＧＢ３原色ごとに、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５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５に示すように、色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、色変調ライトバルブの制御値を登録したフィールドと、色変調ライトバルブの画素のうち赤色のカラーフィルタに対応する画素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。

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、色変調ライトバルブの画素のうち赤色のカラーフィルタに対応する画素に対して制御値「０」を出力すると、その画素の透過率が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。

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、制御値登録テーブル４２０Ｇが緑色のカラーフィルタに対応する画素の透過率を登録し、制御値登録テーブル４２０Ｂが青色のカラーフィルタに対応する画素の透過率を登録している点である。

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６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。
図６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素子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素子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６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。
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。

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７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７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。

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。

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。

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素子の輝度レベルＴ１’を算出する。ここで、色変調ライトバルブがカラー液晶ライトバルブ４２から構成されていることから、同一の画素についてＲＧＢ３原色ごとに輝度レベルＴ１’が算出される。これに対し、輝度変調素子が１枚のＬＥＤアレイ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。

次いで、ステップＳ１１４に移行して、輝度変調素子の各画素ごとに、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輝度レベルＴ１’の重み付け平均値をその画素の輝度レベル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、輝度変調素子の各画素ごとに、その画素について算出した輝度レベル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、算出した輝度レベルＴ１に最も近似する輝度レベル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輝度レベル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。

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素子の画素について決定した輝度レベル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。

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。

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駆動装置８０に出力し、輝度変調素子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８ないし図１１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、輝度変調素子は、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、輝度変調素子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。

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。

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。

図８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８に示すように、初期値Ｔ２０が与えられる。

図９は、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調素子の輝度レベル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素子の輝度レベル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素子の輝度レベルＴ１１〜Ｔ１４は、図９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。

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１０は、輝度変調素子の各画素の輝度レベルＴ１を決定する場合を示す図である。

次いで、ステップＳ１１４を経て、輝度変調素子の各画素の輝度レベルＴ１が決定される。輝度変調素子の左上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１０（ａ）に示すように、色変調ライトバルブと輝度変調素子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、輝度変調素子の解像度が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１０（ｂ）に示すように、２５：５：５：１となる。したがって、画素ｐ１１の輝度レベルＴ１５は、図１０（ｃ）に示すように、下式（７）により算出することができる。

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の輝度レベル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。

次いで、ステップＳ１１６を経て、輝度変調素子の各画素ごとに、その画素について算出された輝度レベル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４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。

図１１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１１（ａ）に示すように、色変調ライトバルブと輝度変調素子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、輝度変調素子の解像度が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１１（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素子の輝度レベル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１１（ｃ）に示すように、下式（９）により算出することができる。

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。

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、カラー液晶ライトバルブ４２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５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。

そして、ステップＳ１２２を経て、決定された制御値が駆動装置８０に出力される。これにより、輝度変調素子および色変調ライトバルブがそれぞれ駆動し、輝度変調素子および色変調ライトバルブの画素面に照明光像が形成される。
投射型表示装置１００では、輝度変調素子により、各ＬＥＤ素子ごとに照明光の輝度が制御されることにより１次変調が行われる。次いで、偏光ビームスプリッタ１６により、光源１０からの光および輝度変調素子からの変調照明光が合成され、合成された照明光像が色変調ライトバルブの画素面（照明光入射面）に結像される。そして、色変調ライトバルブにより、偏光ビームスプリッタ１６からの合成照明光が２次変調され、投射部２０により、色変調ライトバルブからの出射画像光が投射されて画像が表示される。

このようにして、本実施の形態では、輝度分布が均一な照明光を発光する光源１０と、発光する照明光の輝度レベルＴ１を独立に制御可能な複数の発光領域を有する輝度変調素子と、光源１０からの光および輝度変調素子からの変調照明光を合成する偏光ビームスプリッタ１６と、偏光ビームスプリッタ１６からの合成照明光を入射しかつ透過率Ｔ２を独立に制御可能な複数の画素を有する色変調ライトバルブと、色変調ライトバルブからの光をスクリーン２２に投射する投射部２０とを備える。

これにより、色変調ライトバルブを介して光源１０からの光および輝度変調素子からの変調照明光をさらに変調するので、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、１次変調として照明光の輝度を調整し、かつ、輝度変調素子からの変調照明光に光源１０からの光を重畳するので、表示画像の輝度レンジを向上することができる。

さらに、本実施の形態では、輝度変調素子は、複数のＬＥＤをマトリクス状に配列したＬＥＤアレイ３０からなる。
これにより、輝度変調素子を比較的容易に構成することができる。
さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブは、透過型のカラー液晶ライトバルブ４２からなる。

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、色変調ライトバルブを比較的安価に製造することができる。
さらに、本実施の形態では、光源１０と偏光ビームスプリッタ１６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、輝度分布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、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素子の各画素の輝度レベルＴ１を決定し、決定した輝度レベルＴ１に基づいて輝度変調素子の各画素の制御値を決定し、決定した輝度レベル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。

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、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素子の輝度レベルＴ１’を算出し、算出した輝度レベルＴ１’に基づいて輝度変調素子の各画素の輝度レベルＴ１を算出するようになっている。

輝度変調素子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素子の各画素の輝度レベル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素子の輝度レベルＴ１’を算出してから、輝度変調素子の各画素の輝度レベルＴ１を算出した方が処理が簡単になる。したがって、輝度変調素子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、輝度変調素子の各画素の輝度レベルＴ１を比較的簡単に算出することができる。

さらに、本実施の形態では、輝度変調素子の各画素ごとに、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輝度レベルＴ１’に基づいて、その画素の輝度レベルＴ１を算出するようになっている。
これにより、輝度変調素子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、輝度変調素子の各画素の輝度レベル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、輝度変調素子の各画素の輝度レベルＴ１をさらに簡単に算出することができる。

さらに、本実施の形態では、輝度変調素子の各画素ごとに、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輝度レベルＴ１’の重み付け平均値を、その画素の輝度レベルＴ１として算出するようになっている。
これにより、輝度変調素子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、輝度変調素子の各画素の輝度レベル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、輝度変調素子の各画素の輝度レベルＴ１をさらに簡単に算出することができる。

さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調素子の画素について決定した輝度レベル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、輝度変調素子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素子の画素の輝度レベル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。

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素子の画素について決定した輝度レベル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、輝度変調素子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素子の画素の輝度レベル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。

上記実施の形態において、輝度分布均一化部１２は、発明７または１４の輝度分布均一化手段に対応し、偏光ビームスプリッタ１６は、発明１、２、５、７ないし９、１１または１４の光合成手段に対応し、ＬＥＤアレイ３０は、発明１ないし３、８、９または１２の変調照明手段に対応している。また、カラー液晶ライトバルブ４２は、発明１、２、４、８若しくは９の光変調素子、または発明４若しくは１１の透過型液晶表示素子に対応し、投射部２０は、発明２または９の投射手段に対応している。

なお、上記実施の形態においては、単一の偏光ビームスプリッタ１６で構成したが、これに限らず、図１２に示すように、複数の偏光ビームスプリッタを配列した偏光ビームスプリッタアレイ１６ａで構成することもできる。
図１２は、偏光ビームスプリッタアレイ１６ａで構成した場合の投射型表示装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。

偏光ビームスプリッタアレイ１６ａは、図１２に示すように、４つの偏光ビームスプリッタを入射面に対して斜めに配置して構成している。
これにより、光源１０からの光および輝度変調素子からの変調照明光を比較的容易に合成することができる。また、上記実施の形態に比して、偏光ビームスプリッタの小型化および軽量化を図ることができる。

この場合において、偏光ビームスプリッタアレイ１６ａは、発明６の光合成手段に対応し、ＬＥＤアレイ３０は、発明１３の変調照明手段に対応している。
また、上記実施の形態においては、光源１０からの光を直進して色変調ライトバルブ（カラー液晶ライトバルブ４２）に伝達するとともに輝度変調素子（ＬＥＤアレイ３０）からの変調照明光を偏光ビームスプリッタ１６で９０°折り返して色変調ライトバルブ（カラー液晶ライトバルブ４２）に伝達するように構成したが、これに限らず、輝度変調素子（ＬＥＤアレイ３０）からの光を直進して色変調ライトバルブ（カラー液晶ライトバルブ４２）に伝達するとともに光源１０からの照明光を偏光ビームスプリッタ１６で９０°折り返して色変調ライトバルブ（カラー液晶ライトバルブ４２）に伝達するように構成することもできる。この場合、輝度変調素子（ＬＥＤアレイ３０）からはＰ偏光の変調照明光を、輝度分布均一化部１２からはＳ偏光の光をそれぞれ出射する。

また、上記実施の形態においては、偏光ビームスプリッタ１６を用いているので、合成した光にはＰ偏光およびＳ偏光が混在する。したがって、カラー液晶ライトバルブ４２としては、散乱モードやコレステリック液晶等、直線偏光特性を利用しないモードの液晶ライトバルブを用いることが好ましい。
また、上記実施の形態においては、カラー液晶ライトバルブ４２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、カラー液晶ライトバルブ４２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。

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輝度レベル等を制御値登録テーブルに登録しておく方とよい。

また、上記実施の形態において、図６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。

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投射型表示装置、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。

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。 輝度変調部１４の構成を示す図である。 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。 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４２０Ｒのデータ構造を示す図である。 表示制御処理を示すフローチャートである。 トーンマッピング処理を説明するための図である。 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。 色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調素子の輝度レベルＴ１’を算出する場合を示す図である。 輝度変調素子の各画素の輝度レベルＴ１を決定する場合を示す図である。 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。 偏光ビームスプリッタアレイ１６ａで構成した場合の投射型表示装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。 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。

符号の説明

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…ＬＥＤアレイ， ３２…集光レンズ， １６…偏光ビームスプリッタ， １８…色変調部， ４０…集光レンズ， ４２…カラー液晶ライトバルブ， ２０…投射部， ２２…スクリーン， ７０…ＣＰＵ， ７２…ＲＯＭ， ７４…ＲＡＭ， ７８…Ｉ／Ｆ， ７９…バス， ８０…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

Claims (9)

1. 光変調素子を備え、前記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、
   発光する照明光の輝度を独立に制御可能な複数の発光領域を有する変調照明手段と、前記光源からの光および前記変調照明手段からの変調照明光を合成する光合成手段とを備え、
   前記光合成手段で合成した照明光像を前記光変調素子の照明光入射面に結像するように構成されていることを特徴とする光変調装置。
2. 光源と、光変調素子と、前記光変調素子からの光を投射する投射手段とを備え、前記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、
   発光する照明光の輝度を独立に制御可能な複数の発光領域を有する変調照明手段と、前記光源からの光および前記変調照明手段からの変調照明光を合成する光合成手段とを備え、
   前記光合成手段で合成した照明光像を前記光変調素子の照明光入射面に結像するように構成されていることを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項２において、
   前記変調照明手段は、複数のＬＥＤを配列したＬＥＤアレイからなることを特徴とする投射型表示装置。
4. 請求項２および３のいずれか１項において、
   前記光変調素子は、透過型液晶表示素子からなることを特徴とする投射型表示装置。
5. 請求項２ないし４のいずれか１項において、
   前記光合成手段は、偏光ビームスプリッタからなることを特徴とする投射型表示装置。
6. 請求項２ないし４のいずれか１項において、
   前記光合成手段は、複数の偏光ビームスプリッタを配列した偏光ビームスプリッタアレイからなることを特徴とする投射型表示装置。
7. 請求項２ないし６のいずれか１項において、
   前記光源と前記光合成手段との光路上に、前記光源からの光の輝度分布を均一化する輝度分布均一化手段を設けたことを特徴とする投射型表示装置。
8. 光変調素子を介して光源からの光を変調する方法であって、
   発光する照明光の輝度を独立に制御可能な複数の発光領域を有する変調照明手段により変調照明光を発光する照明ステップと、光合成手段を介して前記光源からの光および前記変調照明手段からの変調照明光を合成する照明光合成ステップと、前記光変調素子を介して前記光合成手段からの合成照明光を変調する光変調ステップとを含むことを特徴とする光変調方法。
9. 光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する方法であって、
   発光する照明光の輝度を独立に制御可能な複数の発光領域を有する変調照明手段により変調照明光を発光する照明ステップと、光合成手段を介して前記光源からの光および前記変調照明手段からの変調照明光を合成する照明光合成ステップと、前記光変調素子を介して前記光合成手段からの合成照明光を変調する光変調ステップと、投射手段を介して前記光変調素子からの出射画像光を投射して画像を表示する画像表示ステップとを含むことを特徴とする画像表示方法。

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