JP2006098670A - 画像表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 動画像の応答特性の向上を図った画像表示装置を提供する。
【解決手段】 表示画像データに基づき光源からの光を液晶パネルで構成された二つの光変調素子により変調して画像を表示する画像表示装置であって、光源からの光を変調する第１光変調素子５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒと、前記第１光変調素子と光路上に直列に配置され、第１光変調素子から出射する光を変調する第２光変調素子６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと、前記第１光変調素子をノーマリー白モードで表示するよう駆動すると共に、第２変調素子をノーマリー黒モードで表示するよう駆動する駆動手段２００とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、本発明は、画像表示装置及びその駆動方法に係り、特に表示輝度のダイナミックレンジの拡大と高階調化並びに動画像の高速応答性を実現するのに適した画像表示装置及びその駆動方法に関する。

近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro-luminescence）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プロジェクタ等の電子画像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を有する装置が実現されつつある。
しかし、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１〜１０^２［nit］程度の範囲であり、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の範囲が１０^−２〜１０^４［nit］程度あり、また輝度弁別能力は０．２［nit］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経由して現在の画像表示装置の表示画像を見ると、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ＣＧ（Computer Graphics）では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調特性を表示画像データ（以下、ＨＤＲ（High Dynamic Range）表示画像データという。）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。しかしそれを表示する画像表示装置の性能が不足しているために、ＣＧコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮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高ダイナミックレンジ・高階調の電子画像表示装置実現への要求が高まると予想される。

画像表示装置の中でも、液晶プロジェクタや、ＤＬＰ（Digital Light Processing、商標）プロジェクタといった投射型表示装置（プロジェクタ）は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティや迫力を再現する上で効果的な画像表示装置である。この分野では上記の課題を解決するために、各種の提案がなされてきた。
この中で、光変調素子として用いる液晶表示装置おいては、画質改善特に液晶応答性能による動画像のボケが解決課題の一つであり、以下の従来例に代表される提案等がなされてきた。

液晶パネルの過渡特性の信号レベル依存性を考慮して、動画表示特性を改善する駆動方法が提案されている（特許文献１参照）。
ここでは、入力された映像信号レベルに基づいた補正電圧を信号演算手段によって算出し、表示パネルヘ加える方法がとられている。
特開平１１−１２６０５０号公報

通常、液晶表示装置に用いられるＴＮ型液晶の場合、上述した特許文献１に記載された従来方式では液晶の応答特性が以下の通りである。
すなわち、液晶素子のオン時間をτon、オフ時間をτoffとすると、
τon＝ηｄ^２／（ΔεＶ^２−π^２Ｋ） （１）
τoff＝ηｄ^２／π^２Ｋ （２）
となる。但し、ηは液晶の粘性、ｄはセル厚、Ｖは液晶素子の印加電圧、Ｋは液晶の弾性定数、Δεは液晶分子長軸方向誘電率と、それに直交する軸方向の誘電率との差である。

液晶の駆動ＯＦＦ側、例えば、液晶の駆動方式がノーマリー白モードにおける黒から白への表示変化に対しては、上式（２）から明らかなように液晶に電圧依存性のない動作条件となり、この場合液晶の弾性係数以上の動作スピード向上は理論的に望めない。即ち、オーバドライブ等駆動電圧の工夫では応答特性改善効果が得られない事を示している。
また、高速の信号変化に追従できない結果は、書き込み不足によるコントラストの低下にも繋がる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、動画像の応答特性の向上を図った画像表示装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の画像表示装置は、表示画像データに基づき光源からの光を液晶パネルで構成された二つの光変調素子により変調して画像を表示する画像表示装置であって、光源からの光を変調する第１光変調素子と、前記第１光変調素子と光路上に直列に配置され、第１光変調素子から出射する光を変調する第２光変調素子と、前記第１光変調素子をノーマリー白モードで表示するよう駆動すると共に、第２変調素子をノーマリー黒モードで表示するよう駆動する駆動手段とを有することを特徴とする。

上記構成からなる本発明の画像表示装置によれば、駆動手段により前記第１光変調素子がノーマリー白モードで表示するよう駆動されると共に、第２変調素子がノーマリー黒モードで表示されるよう駆動される。
したがって、ノーマリー白モードとノーマリー黒モードの各駆動モードにおいて、一方の駆動モードにおける応答性の遅い表示データ変化特性（変調素子への電圧遮断時の特性）が、他の駆動モードにおける応答性の速い表示データ変化特性（電圧印加時の特性）で相互補填されるため、従来例のようなオーバドライブを施さなくても表示される動画像の応答特性の改善が図れる。
また、白信号から黒信号への変化及び黒信号から白信号への変化に対して追従性が増大し、静止画の先鋭度及びコントラストが良好となる。

また、請求項２に記載の発明は、表示画像データに基づき光源からの光を液晶パネルで構成された二つの光変調素子により変調して画像を表示する画像表示装置であって、光源からの光を変調する第１光変調素子と、前記第１光変調素子と光路上に直列に配置され、第１光変調素子から出射する光を変調する第２光変調素子と、前記第１光変調素子をノーマリー黒モードで表示するよう駆動すると共に、第２変調素子をノーマリー白モードで表示するよう駆動する駆動手段とを有することを特徴とする。

上記構成からなる本発明の画像表示装置によれば、駆動手段により前記第１光変調素子がノーマリー黒モードで表示するよう駆動されると共に、第２変調素子が黒モードノーマリー白モードで表示されるよう駆動される。
したがって、ノーマリー白モードとノーマリー黒モードの各駆動モードにおいて、一方の駆動モードにおける応答性の遅い表示データ変化特性（変調素子への電圧遮断時の特性）が、他の駆動モードにおける応答性の速い表示データ変化特性（電圧印加時の特性）で相互補填されるため、従来例のようなオーバドライブを施さなくても表示される動画像の応答特性の改善が図れる。
また、白信号から黒信号への変化及び黒信号から白信号への変化に対して追従性が増大し、静止画の先鋭度及びコントラストが良好となる。

また、請求項３に記載の発明は、液晶パネルで構成された第１光変調素子と第２光変調素子の二つの光変調素子を光路上に直列に配置した光学構成を用いた画像表示装置の駆動方法であって、前記第１光変調素子をノーマリー白モードで表示するよう駆動すると共に、第２変調素子をノーマリー黒モードで表示するよう駆動することを特徴とする。

本発明の画像表示装置の駆動方法によれば、液晶パネルで構成された第１光変調素子と第２光変調素子の二つの光変調素子を光路上に直列に配置した光学構成を用いた画像表示装置において、前記第１光変調素子がノーマリー白モードで表示するよう駆動されると共に、第２変調素子がノーマリー黒モードで表示するよう駆動される。
したがって、ノーマリー白モードとノーマリー黒モードの各駆動モードにおいて、一方の駆動モードにおける応答性の遅い表示データ変化特性（変調素子への電圧遮断時の特性）が、他の駆動モードにおける応答性の速い表示データ変化特性（電圧印加時の特性）で相互補填されるため、従来例のようなオーバドライブを施さなくても表示される動画像の応答特性の改善が図れる。
また、白信号から黒信号への変化及び黒信号から白信号への変化に対して追従性が増大し、静止画の先鋭度及びコントラストが良好となる。

また、請求項４に記載の発明は、液晶パネルで構成された第１光変調素子と第２光変調素子の二つの光変調素子を光路上に直列に配置した光学構成を用いた画像表示装置の駆動方法であって、前記第１光変調素子をノーマリー黒モードで表示するよう駆動すると共に、第２変調素子をノーマリー白モードで表示するよう駆動することを特徴とする。

本発明の画像表示装置の駆動方法によれば、液晶パネルで構成された第１光変調素子と第２光変調素子の二つの光変調素子を光路上に直列に配置した光学構成を用いた画像表示装置において、前記第１光変調素子がノーマリー黒モードで表示するよう駆動されると共に、第２変調素子がノーマリー白モードで表示するよう駆動される。
したがって、ノーマリー白モードとノーマリー黒モードの各駆動モードにおいて、一方の駆動モードにおける応答性の遅い表示データ変化特性（変調素子への電圧遮断時の特性）が、他の駆動モードにおける応答性の速い表示データ変化特性（電圧印加時の特性）で相互補填されるため、従来例のようなオーバドライブを施さなくても表示される動画像の応答特性の改善が図れる。
また、白信号から黒信号への変化及び黒信号から白信号への変化に対して追従性が増大し、静止画の先鋭度及びコントラストが良好となる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成を図１に示す。本実施形態では、画像表示装置として投写型液晶表示装置を例にとり説明する。図１は投写型液晶表示装置の主たる光学構成を示している。同図において、投写型液晶表示装置は、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均一照明手段２０と、均一照明手段２０から入射した光の波長領域のうちのＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部２５（第１光変調素子としての３つの透過型液晶ライトバルブ（以下、第１液晶ライトバルブと記す。）５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２光変調素子としての３つの透過型液晶ライトバルブ（第２液晶ライトバルブと記す。）６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを含む）と、色変調部２５から入射した光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ３４と、を含んで構成されている。

光源１０は高圧水銀ランプ等のランプ１１とランプ１１からの出射光束を反射・集光するリフレクタ１２とを含んで構成されている。
均一照明手段２０は、フライアイレンズ等からなる２つのレンズアレイ２１，２２と、偏光変換素子２３と、集光レンズ２４とを含んで構成されている。そして、光源１０からの光の輝度分布を２つのレンズアレイ２１，２２により均一化し、均一化した光を偏光変換素子２３により色変調部の入射可能偏光方向に偏光し、偏光した光を集光レンズ２４により集光して色変調部２５に射出する。なお、偏光変換素子２３は、例えば、ＰＢＳアレイと、１／２波長板とで構成されており、ランダム偏光を特定の直線偏光に変換するものである。

色変調部２５は、光分離手段としての２つのダイクロイックミラー３０、３２と、３つのミラー（反射ミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）と、第１光変調素子としての３つの第１液晶ライトバルブ５０Ｂ ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２光変調素子としての３つの第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと、クロスダイクロイックプリズム３３と、を含んで構成されている。

ダイクロイックミラー３０，３２は、光源１０から出射された光（白色光）を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のＲＧＢ３原色光に分離（分光）するものである。ダイクロイックミラー３０は、ガラス板等にＲ光及びＧ光を反射し、Ｂ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したもので、光源１０からの白色光に対して、当該白色光に含まれるＲ光及びＧ光を反射し、Ｂ光を透過する。
ダイクロイックミラー３２は、ガラス板等にＧ光を反射し、Ｒ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したもので、ダイクロイックミラー３０を透過したＲ光及びＧ光のうち、Ｇ光を反射してＲ光を透過する。

第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒは、画素電極及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クス型の液晶表示素子である。

また、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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。第２液晶ライトバルブ６０Ｂは、入射されたＢ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。第２液晶ライトバルブ６０Ｇは、入射されたＧ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。第２液晶ライトバルブ６０Ｒは、入射されたＲ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。

第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒと光学合成位置が一致されたアクティブマトリクス型の液晶表示素子であり、図１に示すように、各第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒに対して近接して配置されている。すなわち、本実施形態の投写型液晶表示装置は、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒと第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒとが同数備えられている。なお、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒと第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの配置順は逆であっても良い。

また、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒも、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る。ただし、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒがノーマリーホワイトモードで駆動される場合には、ノーマリーブラックモードで駆動され、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒがノーマリーブラックモードで駆動される場合には、ノーマリーホワイトモードで駆動されるように制御される。

上記構成において、光源１０から出射した光束は均一照明手段２０に入射する。均一照明手段２０は、入射光の光束断面における光強度分布を均一化し、光源１０から出射された不定偏光状態の光束を後段の光学系で利用できる振動方向が一方向に揃った偏光に変換する。
均一照明手段２０を出射した光束は、ダイクロイックミラー３０で青色光Ｂが透過分離され、反射ミラー３１ａを介して青色用の照明光強度を決定する第１液晶ライトバルブ５０Ｂに到達し、青色光Ｂの照明光強度変調を受けたのち、表示画像の各画素に対して階調を決定する第２液晶ライトバルブ６０Ｂにより階調変調が施される。さらに第２液晶ライトバルブ６０Ｂを透過した青色の投射変調光はクロスダイクロイックプリズム３３に入射する。

また、青色光Ｂを透過するダイクロイックミラー３０で反射された残りの光束は緑色光Ｇを反射するダイクロイックミラー３２で緑色光Ｇが反射され、緑色用の照明光強度を決定する第１液晶ライトバルブ５０Ｇに到達し、緑色光Ｇの照明光強度変調を受けたのち、表示画像の各画素に対して階調を決定する第２液晶ライトバルブ６０Ｇにより階調変調が施される。さらに第２液晶ライトバルブ６０Ｇを透過した投射変調光はクロスダイクロイックプリズム３３に入射する。

また、ダイクロイックミラー３２を透過した光束、すなわち、赤色光Ｒは、反射ミラー３１ｂ・３１ｃを介して赤色用の照明光強度を決定する第１液晶ライトバルブ５０Ｒに到達し、赤色光Ｒの照明光強度変調を受けたのち、表示画像の各画素に対して階調を決定する第２液晶ライトバルブ６０Ｒにより階調変調が施される。さらに第２液晶ライトバルブ６０Ｒを透過した投射変調光はクロスダイクロイックプリズム３３に入射する。

このクロスダイクロイックプリズム３３は、４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている構造であり、上述の３色の投射変調光は、それぞれクロスダイクロイックプリズム３３の内面に設けられた赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜によって、反射または透過合成された光束として投射レンズ３４より図示しないスクリーンに拡大投写され、カラー画像が映し出される。

第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、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。第２液晶ライトバルブ６０Ｂは、第１液晶ライトバルブ５０Ｂから入射されたＢ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。第２液晶ライトバルブ６０Ｇは、第１液晶ライトバルブ５０Ｇから入射されたＧ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。
第２液晶ライトバルブ６０Ｒは、第１液晶ライトバルブ５０Ｒから入射されたＲ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。

このように、上述した投写型液晶表示装置では、直列に配置された２つの光変調素子（第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ）を介して、２段階の画像形成過程によって光源１０からの光を変調する。その結果、この投写型液晶表示装置は、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現する高ダイナミックレンジの画像表示装置となる。

ここで、第１、第２光変調素子である第１液晶ライトバルブ（透過型）の表示特性を図１０に示す。図１０（Ｃ）は液晶ライトバルブの駆動信号を概念的に示したものであり、白表示と、黒表示のタイミングを示している。
液晶パネルの代表的液晶モードにＴＮ型があるが、本実施形態に係る画像表示装置における液晶ライトバルブの動画像応答特性は図１０に示すように電圧投入時と遮断時、すなわち液晶の透過率の変化の立ち上がり及び立ち下り特性（応答特性）においてスピードが異なる。

一般に、電圧印加時の液晶の応答は早いが、電圧遮断持の液晶の戻りは遅く電圧印加時の約２倍の時間を要する。したがって、図１０（Ａ）に示すように、ノーマリー白モードで液晶を駆動した場合、白信号から黒信号への変化（図１０（Ａ）中ｂで示す。）に対しては、液晶応答が早いが、黒表示から白表示への変化（図中ａで示す。）に対して応答速度が著しく低下する。

また、この反対に、図１０（Ｂ）に示すように、ノーマリー黒モードで液晶を駆動した場合、黒表示から白表示への変化（図１０（Ｂ）中ｃで示す。）に対しては、液晶応答が早いが、白表示から黒表示への変化（図１０（Ｂ）中ｄで示す。）に対して応答速度が著しく低下する。
これに対して、本発明の実施形態に係る画像表示装置では、第１光変調素子（第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ）の駆動モードと、第２光変調素子（第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ）の駆動モードを異なるモードを組み合わせるによって、すなわち、ノーマリー白モードとノーマリー黒モードの各駆動モードにおいて、一方の駆動モードにおける応答性の遅い表示データ変化特性（変調素子への電圧遮断時の特性）が、他の駆動モードにおける応答性の速い表示データ変化特性（電圧印加時の特性）で相互補填することにより、白表示から黒表示への変化時及び黒表示から白表示への変化時に相応の応答スピードが得られるよう構成したものが、本発明の実施形態に係る画像表示装置の駆動方法である。この駆動方法、すなわち、液晶ライトバルブの駆動制御については後述する。

［液晶ライトバルブの変調の具体例］
次に、表示画像データに基づく第１変調素子としての第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２変調素子としての第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの変調の具体例について詳しく説明する。
本発明の実施形態に係る画像表示装置（図１参照）では、表示画像データから生成された駆動信号で第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを駆動することにより、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現する。液晶ライトバルブの変調制御は、次に説明する表示制御装置（表示制御装置２００）によって行う。

図２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２に示すように、制御プログラムに基づいて演算及びシステム全体を制御するＣＰＵ１７０と、所定領域にあらかじめＣＰＵ１７０の制御プログラム等を格納しているＲＯＭ１７２と、ＲＯＭ１７２等から読み出したデータやＣＰＵ１７０の演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭ１７４と、外部装置に対してデータの入出力を媒介するＩ／Ｆ１７８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１７９で相互にかつデータ授受可能に接続されている。

Ｉ／Ｆ１７８には、外部装置として、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒと、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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１８２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１８２は第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを駆動するためのＨＤＲ表示画像データを記憶している。

ＨＤＲ表示画像データは、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。本実施形態では、ＨＤＲ表示画像データとして、１つの画素についてＲＧＢ３原色ごとに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。

ここで、ＨＤＲ表示画像データにおける画素ｐの輝度レベルをＲｐ、第２光変調素子の画素ｐに対応する画素の透過率をＴ１、第１光変調素子の画素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。

なお、ＨＤＲ表示画像データの生成方法の詳細については、例えば、公知文献３「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。
また、記憶装置１８２は、各第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒごとに、その第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒの制御値を登録した制御値登録テーブルを記憶している。

図３は、第１液晶ライトバルブ５０Ｒの制御値を登録した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３に示すように、第１液晶ライトバルブ５０Ｒ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、第１液晶ライトバルブ５０Ｒの制御値を登録したフィールドと、第１液晶ライトバルブ５０Ｒ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３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、第１液晶ライトバルブ５０Ｒに対して制御値「０」を出力すると、第１液晶ライトバルブ５０Ｒの透過率が０．４％となることを示している。なお、図３は、第１液晶ライトバルブ５０Ｒ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、第１液晶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、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇに対応する制御値登録テーブル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、同一の制御値に対して異なる透過率が登録されている点が制御値登録テーブル４２０Ｒと異なる。
また、記憶装置１８２は、各第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒごとに、その第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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、第２液晶ライトバルブ６０Ｒの制御値を登録した制御値登録テーブル４００Ｒのデータ構造を示す図である。
制御値登録テーブル４００Ｒには、図４に示すように、第２液晶ライトバルブ６０Ｒ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、第２液晶ライトバルブ６０Ｒの制御値を登録したフィールドと、第２液晶ライトバルブ６０Ｒ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４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「０．００３」がそれぞれ登録されている。これは、第２液晶ライトバルブ６０Ｒに対して制御値「０」を出力すると、第２液晶ライトバルブ６０Ｒの透過率が０．３％となることを示している。なお、図４は、第２液晶ライトバルブ６０Ｒ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、第２液晶ライトバルブ６０Ｒ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、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇに対応する制御値登録テーブル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４００Ｒと同様のデータ構造を有している。ただし、同一の制御値に対して異なる透過率が登録されている点が制御値登録テーブル４００Ｒと異なる。
次に、ＣＰＵ１７０の構成及びＣＰＵ１７０で実行される処理（本発明の画像表示装置の駆動方法を含む）を説明する。

ＣＰＵ１７０は、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）等からなり、ＲＯＭ１７２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５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５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表示画像データに基づいて第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの制御値をそれぞれ決定し、決定した制御値に基づいて生成された駆動信号によって第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを駆動する処理であって、ＣＰＵ１７０において実行されると、図５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表示画像データを記憶装置１８２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表示画像データを解析し、画素値のヒストグラムや、輝度レベルの最大値、最小値及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表示画像データの輝度レベルを図１に示した画像表示装置の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングする。

図６は、トーンマッピング処理を説明するための図である。
ＨＤＲ表示画像データを解析した結果、ＨＤＲ表示画像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、プロジェクタＰＪ１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６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表示画像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)」に記載されている。
次いで、ステップＳ１０６に移行して、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ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、リサイズ画像の画素の輝度レベルＲｐ及び光源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、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒの各画素の透過率Ｔ２として初期値（例えば、０．２）を与え、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒの各画素の透過率Ｔ２を決定する。

次いで、ステップＳ１１２に移行して、算出した光変調率Ｔｐ、決定した透過率Ｔ２及びゲインＧに基づいて、上式（２）により、各第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの透過率Ｔ１を算出する。
次いで、ステップＳ１１６に移行して、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの画索ごとに、その画索について算出した透過率Ｔ１に対応する制御値を制御値登録テーブル（例えば図４に示す４００Ｒ）から読み出し、読み出した制御値をその画索の制御値として決定する。制御値の続出では、算出した透過率Ｔ１に最も近似する透過率を制御値登録テーブルの中から検索し、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Ｓ１２０に移行して、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒの画索ごとに、その画索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（例えば図３に示す４２０Ｒ）から読出し、読み出した制御値をその画索の制御値として決定する。制御値の続出では、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の中から検索し、検索により索出した透過率に対応する制御値を読みだす。この検索も、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で決定した制御値に基づいて駆動信号を生成し、図２に示す第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰する。ここで、本発明の実施形態に係る画像表示装置においては、ＣＰＵ１７０は、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒの極性反転周期が画像を表示する１フレーム周期となるような駆動信号を生成し、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒに入力する。

また、ＣＰＵ１７０は、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒと、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒとを異なる駆動モードで同時に駆動するための駆動信号を生成し、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに出力する。
本実施形態では、一例として、ＣＰＵ１７０が第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒをノーマリー白モードで駆動し、かつ第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒをノーマリー黒モードで駆動するものとする。
図７は、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ及び第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの回路構成を示した回路図である。

この図に示すように、各液晶ライトバルブは、Ｘドライバ１０１とＹドライバ１０２とを備えるとともに、複数の画素回路３００がマトリクス状に配置された構成となっている。ここで、画素回路３００は、画素トランジスタＴ０と、当該画素トランジスタＴ０のソースに入力された駆動信号に応じた電圧を保持する画素コンデンサＣ０と、当該画素コンデンサＣ０に保持された電圧を液晶層に印加する画素電極Ｅ０とを含んだ構成となっている。

そして、Ｘドライバ１０１の出力端子Ｘ０〜Ｘｎには、画素回路３００の各列にそれぞれ対応して設けられたデータ線Ｓ０〜Ｓｎを介して各列の画素回路３００の画素トランジスタＴ０のソースに駆動信号を供給するためのデータスイッチングトランジスタＳＴが接続されている。
また、データスイッチングトランジスタＳＴは、駆動信号が直接入力されるデータ入力線１０３が接続されている。さらに、Ｙドライバ１０２の出力端子Ｙ０〜Ｙｎが、画素回路３００の各行に対応して設けられた走査線Ｇ０〜Ｇｎを介して、各行の画素回路３００の画素トランジスタＴ０のゲートにそれぞれ接続されている。

ここで、Ｙドライバ１０２によって、例えば、出力端子Ｙ０が選択されると、走査線Ｇ０の行に対応する画素回路３００の画素トランジスタＴ０のゲートに選択的に電圧が印加され、走査線Ｇ０に接続された画素トランジスタＴ０がオンになる。次に、Ｘドライバ１０１によって、例えば、出力端子Ｘ０が選択されると、駆動信号が、スイッチングトランジスタＳＴを介して、上記Ｙドライバ１０２によって選択された走査線Ｇ０の行でかつデータ線Ｓ０の列に対応した画素回路３００の画素トランジスタＴ０がオン状態となり、駆動信号に応じた電圧がその画素回路３００の画素コンデンサＣ０及び画素電極Ｅ０に印加保持される。これによって画素電極Ｅ０と共通電極（不図示）との間の液晶が表示状態となる。

このとき、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒの各々には図８（Ａ）に示すノーマリー白モードで駆動するための駆動信号が、所定の画素回路３００の画素電極と共通電極との間に印加される。
また、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの各々には、図８（Ｂ）に示すノーマリー黒モードで駆動するための駆動信号が、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒの各々に対応する画素回路３００の画素電極と共通電極との間に印加される。

図８（Ａ）に示すように、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒをノーマリー白モードで駆動する場合は、液晶の共通電極に加える基準電圧（ＬＣＣＯＭ）を中心に、プラスの位相電圧＋Ｖｃ・＋Ｖｄ間における白レベルは黒レベル＋Ｖｃに対して低い電位＋Ｖｄが印加されるよう駆動する。
また、マイナス位相電圧−Ｖｃ・−Ｖｄ間における白レベルは黒レベル−Ｖｃに対して高い−Ｖｄを与えることで、液晶電極間ではプラス位相電位の時と同様に白レベル表示のほうが黒レベル表示よりも低い電極間電位差を与えるよう駆動する。

一方、図８（Ｂ）に示すように、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒをノーマリー黒モードで駆動する場合は、液晶の共通電極に加える基準電圧（ＬＣＣＯＭ）を中心に、プラスの位相電圧＋Ｖａ・＋Ｖｂ間における白レベルは黒レベル＋Ｖｂに対してより高い＋Ｖａを印加するよう駆動する。
また、マイナス位相電圧−Ｖａ・−Ｖｂ間での白レベルは黒レベル−Ｖｂに対してより低い−Ｖａが与えられることで、液晶電極間ではプラス位相電位の時と同様に白レベル表示のほうが黒レベル表示よりも高い電極間電位差を与えるように駆動する。

なお、この際用いる液晶ライトバルブは、電極間に電位差を与えた時にシャッターが閉じるノーマリー白モード用に偏光構成されたものと、電極間に電位差を与えた時にシャッターが開くノーマリー黒モード用に偏光構成されたものとを用いることは周知の通りである。

上述したように第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒをノーマリー白モードで駆動し、かつ第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒをノーマリー黒モードで駆動した場合の液晶バルブの応答特性を図９に示す。
図９において、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒをノーマリー白モードで駆動した場合（図９（Ａ））、黒から白に表示変化するときは印加電圧を遮断する駆動条件であるため、図中ａで示すようにそのときの液晶の動作時間は、白から黒になる電圧印加駆動条件時の図中ｂに示す動作時間に比べて長くなる。

また、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒをノーマリー黒モードで駆動した場合（図９（Ｂ））、白から黒に表示変化するときに印加電圧が遮断される駆動条件であるので、図中ｄで示すようにそのときの液晶の動作時間は、黒から白になる電圧印加駆動条作時における図中ｃに示す動作時間に比べて長くなる。

本発明の実施形態に係る画像表示装置（図１）では、２変調系光学系を用いて、二つの応答特性の異なる駆動条件（ノーマリー白モード及びノーマリー黒モード）で駆動する第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒと第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒをそれぞれ、直列に配し、投射光に対する光変調を直列的に行うことにより、第１液晶ライトバルブ５０Ｂと第２液晶ライトバルブ６０Ｂ、第１液晶ライトバルブ５０Ｇと第２液晶ライトバルブ６０Ｇ，第１液晶ライトバルブ５０Ｒと第２液晶ライトバルブ６０Ｒのそれぞれにおいて、応答特性が合成され、図９（Ｃ）に示すように最終出力である投射画像の動画像応答特性の改善を図るものである。図９（Ｄ）は液晶ライトバルブの駆動信号を概念的に示したものであり、白表示と、黒表示の駆動タイミングを示している。

ここでは、それぞれの駆動モードにおいて応答スピードの遅い領域を２系列の液晶ライトバルブを通す事により、立ち上がり９０％以上及び立ち下り１０％以下のレベルヘ到達する応答時間を、ほぼ高速応答側の到達時間（図９中のｅ・ｆで表す）に近づけることが可能となる。
すなわち、高速応答側液晶ライトバルブのシャッター効果により低速応答側液晶ライトバルブのシャッター動作の遅延を、２つの液晶ライトバルブがそれぞれ補填しあうことで、図９（Ｃ）の出力特性で表したような相乗効果を生み出す（ｅはａに比べて短い時間内で、ｆはｄに比べて短い時間内に応答している。）。

以上のように、駆動モードの異なる２系統の液晶ライトバルブの応答特性の重ね合わせによって得られる総合応答特性は、全ての表示データの変化条件において、極端な応答遅れのない鮮明な動画像表示を実現できるよう改善がなされる。

なお、本発明の実施形態に係る画像表示装置では、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒをノーマリー白モードで駆動し、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒをノーマリー黒モードで駆動するようにしているが、これとは逆に、第１液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒをノーマリー黒モードで駆動し、第２液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒをノーマリー白モードで駆動するようにしても同様の効果が得られることは勿論である。

本発明の実施形態に係る画像表示装置によれば、従来の画像表示装置のように液晶ライトバルブを駆動するに際し、オーバドライブを施さなくても、表示される動画像の応答特性の改善が図れる。
また、オーバドライブを付加すれば、表示信号変化の全域に於いて、更なる、動画像の応答特性の向上が実現できる。
さらに、白信号から黒信号への変化及び黒信号から白信号への変化に対して追従性が増す事によって、静止画の先鋭度・コントラストの向上が図れる。

本発明の実施形態に係る画像表示装置の主たる光学構成を示す構成図。 図１に示した本発明の実施形態に係る画像表示装置における表示制御装置のハードウェア構成を示すブロック図。 制御値登録テーブルのデータ構造を示す図。 制御値登録テーブルのデータ構造を示す図。 図２に示した表示制御装置による表示制御処理の内容を示すフローチャート。 トーンマッピング処理を説明するための図。 図２における液晶ライトバルブの回路構成を示す図。 図２における２系統の液晶ライトバルブを異なる駆動モードで駆動する際の駆動信号の波形図。 本発明の実施形態に係る画像表示装置における駆動モードの異なる２系統の液晶ライトバルブの各応答特性及び総合応答特性を示す図。 液晶ライトバルブの各駆動モードに応じた動画像応答特性を示す図。

符号の説明

１０…光源、１１…ランプ、１２…リフレクタ−、２０…均一照明手段、２１、２２…レンズアレイ、２３…偏光変換素子、２４…集光レンズ、２５…色変調部、３０、３２…ダイクロイックミラー、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…反射ミラー、３３…クロスダイクロイックプリズム、３４…投射レンズ、５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ…第１液晶ライトバルブ（第１光変調素子）、６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ…第２液晶ライトバルブ（第２光変調素子）、１７０…ＣＰＵ、１７２…ＲＯＭ、１７４…ＲＡＭ、１７８…Ｉ／Ｆ、１７９…バス、１８２…記憶装置、２００…表示制御装置（駆動手段）

Claims (4)

1. 表示画像データに基づき光源からの光を液晶パネルで構成された二つの光変調素子により変調して画像を表示する画像表示装置であって、
   光源からの光を変調する第１光変調素子と、
   前記第１光変調素子と光路上に直列に配置され、第１光変調素子から出射する光を変調する第２光変調素子と、
   前記第１光変調素子をノーマリー白モードで表示するよう駆動すると共に、第２変調素子をノーマリー黒モードで表示するよう駆動する駆動手段と、
   を有することを特徴とする画像表示装置。
2. 表示画像データに基づき光源からの光を液晶パネルで構成された二つの光変調素子により変調して画像を表示する画像表示装置であって、
   光源からの光を変調する第１光変調素子と、
   前記第１光変調素子と光路上に直列に配置され、第１光変調素子から出射する光を変調する第２光変調素子と、
   前記第１光変調素子をノーマリー黒モードで表示するよう駆動すると共に、第２変調素子をノーマリー白モードで表示するよう駆動する駆動手段と、
   を有することを特徴とする画像表示装置。
3. 液晶パネルで構成された第１光変調素子と第２光変調素子の二つの光変調素子を光路上に直列に配置した光学構成を用いた画像表示装置の駆動方法であって、
   前記第１光変調素子をノーマリー白モードで表示するよう駆動すると共に、第２変調素子をノーマリー黒モードで表示するよう駆動することを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
4. 液晶パネルで構成された第１光変調素子と第２光変調素子の二つの光変調素子を光路上に直列に配置した光学構成を用いた画像表示装置の駆動方法であって、
   前記第１光変調素子をノーマリー黒モードで表示するよう駆動すると共に、第２変調素子をノーマリー白モードで表示するよう駆動することを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
   
   

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