JP2005242166A - ディスプレイ装置および画像表示方法 - Google Patents
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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ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】 ディスプレイ装置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表示パネルとを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 ディスプレイ装置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表示パネルとを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、光変調表示パネル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ディスプレイ装置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。
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。
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ディスプレイ装置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のディスプレイ装置は、
バックライトとして機能する光源と、光を変調しかつ画像を表示する光変調表示パネルとを備え、前記光変調表示パネル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表示パネル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。
バックライトとして機能する光源と、光を変調しかつ画像を表示する光変調表示パネルとを備え、前記光変調表示パネル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表示パネル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表示パネルの照明光入射面に結像される。そして、光変調表示パネルにより、光合成手段からの合成照明光が2次変調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表示パネル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、光変調表示パネルは、光を変調する表示パネルであればどのような構成であってもよく、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7の画像表示方法において同じである。
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、発明7の画像表示方法において同じである。
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、発明7の画像表示方法において同じである。
〔発明2〕 さらに、発明2のディスプレイ装置は、発明1のディスプレイ装置において、
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表示画像の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。
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表示画像の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3〕 さらに、発明3のディスプレイ装置は、発明1および2のいずれか1のディスプレイ装置において、
前記光変調表示パネルは、透過型液晶表示素子で構成されていることを特徴とする。
前記光変調表示パネルは、透過型液晶表示素子で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、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表示画像の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、光変調表示パネル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4〕 さらに、発明4のディスプレイ装置は、発明1ないし3のいずれか1のディスプレイ装置において、
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、光変調表示パネル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4〕 さらに、発明4のディスプレイ装置は、発明1ないし3のいずれか1のディスプレイ装置において、
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。
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5〕 さらに、発明5のディスプレイ装置は、発明1ないし3のいずれか1のディスプレイ装置において、
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。
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。
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6〕 さらに、発明6のディスプレイ装置は、発明1ないし5のいずれか1のディスプレイ装置において、
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。
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7〕 一方、上記目的を達成するために、発明7の画像表示方法は、
光を変調しかつ画像を表示する光変調表示パネルを介して、バックライトとして機能する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、前記光変調表示パネルを介して前記光合成手段からの合成照明光を変調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1の画像表示方法と同等の効果が得られる。
光を変調しかつ画像を表示する光変調表示パネルを介して、バックライトとして機能する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、前記光変調表示パネルを介して前記光合成手段からの合成照明光を変調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1の画像表示方法と同等の効果が得られる。
〔発明8〕 さらに、発明8の画像表示方法は、発明7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2の画像表示方法と同等の効果が得られる。
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2の画像表示方法と同等の効果が得られる。
〔発明9〕 さらに、発明9の画像表示方法は、発明7および8のいずれか1の画像表示方法において、
前記画像表示ステップは、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3の画像表示方法と同等の効果が得られる。
前記画像表示ステップは、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3の画像表示方法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7ないし9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4の画像表示方法と同等の効果が得られる。
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4の画像表示方法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7ないし9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5の画像表示方法と同等の効果が得られる。
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5の画像表示方法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7ないし11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6の画像表示方法と同等の効果が得られる。
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6の画像表示方法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、本発明に係るディスプレイ装置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、本発明に係るディスプレイ装置および画像表示方法を、図1に示すように、ディスプレイ装置100に適用したものである。
まず、ディスプレイ装置100の構成を図1を参照しながら説明する。
本実施の形態は、本発明に係るディスプレイ装置および画像表示方法を、図1に示すように、ディスプレイ装置100に適用したものである。
まず、ディスプレイ装置100の構成を図1を参照しながら説明する。
図1は、ディスプレイ装置100のハードウェア構成を示すブロック図である。
ディスプレイ装置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とで構成されている。ここで、色変調部18は表示パネルとして、光源10および輝度変調部14は表示パネルのバックライトとして機能する。
ディスプレイ装置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とで構成されている。ここで、色変調部18は表示パネルとして、光源10および輝度変調部14は表示パネルのバックライトとして機能する。
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。
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。
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。
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パネル42とで構成されている。そして、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パネル42の画素面(照明光入射面)に結像し、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パネル42により変調して画像を表示する。
カラー液晶パネル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構成されている。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。カラー液晶パネル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、ディスプレイ装置100は、LEDアレイ30およびカラー液晶パネル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、カラー液晶パネル42を色変調表示パネルと総称する。また、本実施の形態では、色変調表示パネルが表示解像度(ディスプレイ装置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。
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表示パネル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。
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、色変調表示パネルの画素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。
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表示パネル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が色変調表示パネルの複数の画素にまたがって結像されたり、また逆に、色変調表示パネルの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、色変調表示パネル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表示パネルの画素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表示パネルの透過率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、色変調表示パネルの透過率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表示パネル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。
輝度変調素子および色変調表示パネル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が色変調表示パネルの複数の画素にまたがって結像されたり、また逆に、色変調表示パネルの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、色変調表示パネル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表示パネルの画素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表示パネルの透過率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、色変調表示パネルの透過率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表示パネル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、色変調表示パネルの透過率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、色変調表示パネル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、色変調表示パネル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、色変調表示パネルの画素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表示パネル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、色変調表示パネルの透過率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表示パネル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、色変調表示パネルが表示解像度を決定するので、色変調表示パネルの透過率T2の方を後に決定する。
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表示パネル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、色変調表示パネルが表示解像度を決定するので、色変調表示パネルの透過率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、色変調表示パネル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、色変調表示パネルの各制御値ごとに1つのレコードが登録されている。各レコードは、色変調表示パネルの制御値を登録したフィールドと、色変調表示パネル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、色変調表示パネルの各制御値ごとに1つのレコードが登録されている。各レコードは、色変調表示パネルの制御値を登録したフィールドと、色変調表示パネル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、色変調表示パネル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、色変調表示パネルの階調数が4ビット(0〜15値)である場合の例を示したが、実際には、色変調表示パネル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。
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表示パネル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表示パネル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。
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ディスプレイ装置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、ディスプレイ装置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。
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、ディスプレイ装置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、色変調表示パネル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S106に移行して、色変調表示パネル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、色変調表示パネルの各画素の透過率T2として初期値(例えば、0.2)を与え、色変調表示パネルの各画素の透過率T2を仮決定する。
次いで、ステップS110に移行して、色変調表示パネルの各画素の透過率T2として初期値(例えば、0.2)を与え、色変調表示パネルの各画素の透過率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、色変調表示パネル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、色変調表示パネルがカラー液晶パネル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表示パネル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、色変調表示パネルの各画素ごとに、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、色変調表示パネルの各画素ごとに、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表示パネル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、色変調表示パネルはいずれも、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表示パネルの図はいずれも、光源10側から見たものである。
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、色変調表示パネルはいずれも、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表示パネルの図はいずれも、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ディスプレイ装置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、色変調表示パネル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、色変調表示パネルの透過率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、色変調表示パネルの各画素の透過率T2が仮決定される。色変調表示パネルの左上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。
次いで、ステップS110を経て、色変調表示パネルの各画素の透過率T2が仮決定される。色変調表示パネルの左上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、色変調表示パネル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、色変調表示パネル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。
次いで、ステップS112を経て、色変調表示パネル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。
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、色変調表示パネル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。色変調表示パネルの解像度が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。
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、色変調表示パネルの各画素の透過率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、色変調表示パネルの各画素の透過率T2が決定される。画素p24は、図11(a)に示すように、色変調表示パネル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。色変調表示パネルの解像度が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。
次いで、ステップS118を経て、色変調表示パネルの各画素の透過率T2が決定される。画素p24は、図11(a)に示すように、色変調表示パネル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。色変調表示パネルの解像度が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。
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、色変調表示パネルの各画素ごとに、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、カラー液晶パネル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表示パネルがそれぞれ駆動し、輝度変調素子および色変調表示パネルの画素面に照明光像が形成される。
ディスプレイ装置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表示パネルの画素面(照明光入射面)に結像される。そして、色変調表示パネルにより、偏光ビームスプリッタ16からの合成照明光が2次変調されて画像が表示される。
ディスプレイ装置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表示パネルの画素面(照明光入射面)に結像される。そして、色変調表示パネルにより、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表示パネルとを備える。
これにより、色変調表示パネルを介して光源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、色変調表示パネルは、透過型液晶表示素子で構成されている。
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、色変調表示パネルは、透過型液晶表示素子で構成されている。
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、色変調表示パネル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、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、色変調表示パネルの各画素の透過率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表示パネルの各画素の透過率T2を決定し、決定した透過率T2に基づいて色変調表示パネル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表示パネルの透過率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、色変調表示パネル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。
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、色変調表示パネル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表示パネル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に基づいて色変調表示パネル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表示パネル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表示パネル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表示パネル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表示パネルの画素の透過率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。
これにより、輝度変調素子および色変調表示パネル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表示パネルの画素の透過率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表示パネル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表示パネル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表示パネルの画素の透過率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。
これにより、輝度変調素子および色変調表示パネル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表示パネルの画素の透過率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、色変調表示パネルの各画素ごとに、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表示パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調表示パネルの各画素の透過率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、色変調表示パネルの各画素の透過率T2を比較的簡単に算出することができる。
これにより、輝度変調素子および色変調表示パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調表示パネルの各画素の透過率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、色変調表示パネルの各画素の透過率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、色変調表示パネルの各画素ごとに、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表示パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調表示パネルの各画素の透過率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、色変調表示パネルの各画素の透過率T2をさらに簡単に算出することができる。
これにより、輝度変調素子および色変調表示パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調表示パネルの各画素の透過率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、色変調表示パネルの各画素の透過率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6または12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、4、6、7、9または12の光合成手段に対応し、LEDアレイ30は、発明1、2、7または10の変調照明手段に対応している。また、カラー液晶パネル42は、発明3若しくは9の透過型液晶表示素子に対応している。
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で構成した場合のディスプレイ装置100のハードウェア構成を示すブロック図である。
図12は、偏光ビームスプリッタアレイ16aで構成した場合のディスプレイ装置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5の光合成手段に対応し、LEDアレイ30は、発明11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表示パネル(カラー液晶パネル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°折り返して色変調表示パネル(カラー液晶パネル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)からの変調照明光を直進して色変調表示パネル(カラー液晶パネル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°折り返して色変調表示パネル(カラー液晶パネル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、光源10からの光を直進して色変調表示パネル(カラー液晶パネル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°折り返して色変調表示パネル(カラー液晶パネル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)からの変調照明光を直進して色変調表示パネル(カラー液晶パネル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°折り返して色変調表示パネル(カラー液晶パネル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、カラー液晶パネル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表示素子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、カラー液晶パネル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、カラー液晶パネル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、カラー液晶パネル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、カラー液晶パネル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。
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、本発明に係るディスプレイ装置および画像表示方法を、図1に示すように、ディスプレイ装置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。
100…ディスプレイ装置, 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…カラー液晶パネル, 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 (7)
- バックライトとして機能する光源と、光を変調しかつ画像を表示する光変調表示パネルとを備え、前記光変調表示パネル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表示パネル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ディスプレイ装置。 - 請求項1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ディスプレイ装置。 - 請求項1および2のいずれか1項において、
前記光変調表示パネルは、透過型液晶表示素子で構成されていることを特徴とするディスプレイ装置。 - 請求項1ないし3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ディスプレイ装置。 - 請求項1ないし3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ディスプレイ装置。 - 請求項1ないし5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ディスプレイ装置。 - 光を変調しかつ画像を表示する光変調表示パネルを介して、バックライトとして機能する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、前記光変調表示パネルを介して前記光合成手段からの合成照明光を変調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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004054197A JP2005242166A (ja) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | ディスプレイ装置および画像表示方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004054197A JP2005242166A (ja) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | ディスプレイ装置および画像表示方法 |
Publications (1)
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JP2005242166A true JP2005242166A (ja) | 2005-09-08 |
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ID=35023944
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2020024848A1 (zh) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示面板和显示装置 |
WO2023123484A1 (en) * | 2021-12-31 | 2023-07-06 | Jade Bird Display (Shanghai) Company | Micro ledpackage structure and micro led optical module |
-
2004
- 2004-02-27 JP JP2004054197A patent/JP2005242166A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
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WO2020024848A1 (zh) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示面板和显示装置 |
US11404674B2 (en) | 2018-07-31 | 2022-08-02 | Fuzhou Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Display panel configured to display images and display device |
WO2023123484A1 (en) * | 2021-12-31 | 2023-07-06 | Jade Bird Display (Shanghai) Company | Micro ledpackage structure and micro led optical module |
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