JP2006106583A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 第1の光変調素子の画素と第2の光変調素子の画素との光学的対応付けを高精度に行うことにより、画像の劣化を防止して、鮮明な画像を得ることができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】 入射光の所定方向への伝達状態及び不伝達状態を独立に制御可能な複数の光伝達部を有する第1光伝達素子60(60B,60G,60R)及び第2光伝達素子100を光学的に直列に配設すると共に、第1光伝達素子60及び第2光伝達素子100を制御して画像を表示する装置PJ1であって、第1光伝達素子60と第2光伝達素子100の間に配置される結像レンズ90の光学収差特性に基づいて、第1光伝達素子60と第2光伝達素子100との光伝達部対応関係を規定する。
【選択図】 図1
【解決手段】 入射光の所定方向への伝達状態及び不伝達状態を独立に制御可能な複数の光伝達部を有する第1光伝達素子60(60B,60G,60R)及び第2光伝達素子100を光学的に直列に配設すると共に、第1光伝達素子60及び第2光伝達素子100を制御して画像を表示する装置PJ1であって、第1光伝達素子60と第2光伝達素子100の間に配置される結像レンズ90の光学収差特性に基づいて、第1光伝達素子60と第2光伝達素子100との光伝達部対応関係を規定する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、画像表示装置の画質改善技術、特に表示輝度のダイナミックレンジの拡大と高階調化を実現するのに適した光学構成に関する。
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ディスプレイ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1〜102[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10−2〜104[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ディスプレイ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。しかしそれを表示するディスプレイ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・高階調の電子ディスプレイ装置実現への要求が高まると予想される。
ディスプレイ装置の中でも、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ディスプレイ装置である。この分野では上記の課題を解決するために、以下に述べる提案がなされている。
高ダイナミックレンジのディスプレイ装置としては、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2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1光変調素子とを備え、光源からの光を第2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1光変調素子の表示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である。第2光変調素子及び第1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制御値及び第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率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あげられる。また、透過率変調素子の代わりに反射率変調素子を用いてもよく、その代表例としては、DMD(Digital Micromirror Device)素子があげられる。
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。上記ディスプレイ装置は、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。
特表2004−523001号公報
ところで、上述した技術では、第1の光変調素子の画素と第2の光変調素子の画素とをどのように光学的に対応付けられるかについては、具体的に示されていない。
光学的対応関係求めるための最も一般的な方法としては、第1の光変調素子と第2の光変調素子の間に設けられるリレーレンズの光学倍率に基づいて、第1の光変調素子を相似拡大したものと第2の光変調素子とを幾何学的に対応付ける方法がある。
しかしながら、レンズには必ず光学収差が存在するので、このような方法では、精度の高い光学的対応付けを行うことが不可能である。
このため、第1の光変調素子の画素と第2の光変調素子の画素との光学的対応が不正確となるので、1次変調された光を適切に2次変調することができず、表示画像が劣化してしまうという問題がある。
光学的対応関係求めるための最も一般的な方法としては、第1の光変調素子と第2の光変調素子の間に設けられるリレーレンズの光学倍率に基づいて、第1の光変調素子を相似拡大したものと第2の光変調素子とを幾何学的に対応付ける方法がある。
しかしながら、レンズには必ず光学収差が存在するので、このような方法では、精度の高い光学的対応付けを行うことが不可能である。
このため、第1の光変調素子の画素と第2の光変調素子の画素との光学的対応が不正確となるので、1次変調された光を適切に2次変調することができず、表示画像が劣化してしまうという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、第1の光変調素子の画素と第2の光変調素子の画素との光学的対応付けを高精度に行うことにより、画像の劣化を防止して、鮮明な画像を得ることができる画像表示装置を提供することを目的とする。
本発明に係る画像表示装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、入射光の所定方向への伝達状態及び不伝達状態を独立に制御可能な複数の光伝達部を有する第1光伝達素子及び第2光伝達素子を光学的に直列に配設すると共に、第1光伝達素子及び第2光伝達素子を制御して画像を表示する装置であって、第1光伝達素子と第2光伝達素子の間に配置される結像レンズの光学収差特性に基づいて、第1光伝達素子と第2光伝達素子との光伝達部対応関係を規定するようにした。
この発明によれば、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係が正確に規定されるので、第1光伝達素子と第2光伝達素子との連動関係が的確となって、高品質の画像を表示することが可能となる。
本発明は、入射光の所定方向への伝達状態及び不伝達状態を独立に制御可能な複数の光伝達部を有する第1光伝達素子及び第2光伝達素子を光学的に直列に配設すると共に、第1光伝達素子及び第2光伝達素子を制御して画像を表示する装置であって、第1光伝達素子と第2光伝達素子の間に配置される結像レンズの光学収差特性に基づいて、第1光伝達素子と第2光伝達素子との光伝達部対応関係を規定するようにした。
この発明によれば、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係が正確に規定されるので、第1光伝達素子と第2光伝達素子との連動関係が的確となって、高品質の画像を表示することが可能となる。
また、光学収差が、歪曲収差であるものでは、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との位置的な対応関係をより正確に規定することが可能となる。
また、光学収差が、倍率色収差であるものでは、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との位置的な対応関係をより正確に規定することが可能となる。
また、光伝達部対応関係が、歪曲収差を近似した関数と結像レンズの光学倍率に基づいて求められるものでは、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係を容易に求めることが可能となる。
また、光伝達部対応関係が、第1光伝達素子或いは第2光伝達素子における光伝達部の四隅を通過する主光線の対応関係に基づいて規定されるものでは、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係を求める計算量を低減することができる。
また、光伝達部対応関係が、第1光伝達素子或いは第2光伝達素子における光伝達部の略中心を通過する主光線の対応関係に基づいて規定されるものでは、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係を求める計算量を低減することができる。
また、光伝達部対応関係を情報テーブルとして記憶するものでは、予め第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係を求めておいて情報テーブル化することにより、即時に第1光伝達素子と第2光伝達素子との連動関係を的確化することができる。
また、光伝達部対応関係のうちの一部の領域の対応関係を求めると共に、残りの領域は一部領域の対応関係に基づいて求められるものでは、第1光伝達素子及び第2光伝達素子の光伝達部の配置の対称性を利用することにより、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係を求める計算量を低減することができる。
また、光学収差が、倍率色収差であるものでは、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との位置的な対応関係をより正確に規定することが可能となる。
また、光伝達部対応関係が、歪曲収差を近似した関数と結像レンズの光学倍率に基づいて求められるものでは、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係を容易に求めることが可能となる。
また、光伝達部対応関係が、第1光伝達素子或いは第2光伝達素子における光伝達部の四隅を通過する主光線の対応関係に基づいて規定されるものでは、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係を求める計算量を低減することができる。
また、光伝達部対応関係が、第1光伝達素子或いは第2光伝達素子における光伝達部の略中心を通過する主光線の対応関係に基づいて規定されるものでは、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係を求める計算量を低減することができる。
また、光伝達部対応関係を情報テーブルとして記憶するものでは、予め第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係を求めておいて情報テーブル化することにより、即時に第1光伝達素子と第2光伝達素子との連動関係を的確化することができる。
また、光伝達部対応関係のうちの一部の領域の対応関係を求めると共に、残りの領域は一部領域の対応関係に基づいて求められるものでは、第1光伝達素子及び第2光伝達素子の光伝達部の配置の対称性を利用することにより、第1光伝達素子の光伝達部と第2光伝達素子の光伝達部との対応関係を求める計算量を低減することができる。
以下、本発明の画像表示装置の実施形態について図を参照して説明する。
[第1の実施形態]
[プロジェクタの全体構成]
図1は、プロジェクタPJ1の主たる光学構成を示す図である。
プロジェクタ(画像表示装置)PJ1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系20と、均一照明系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変調手段としての3つの透過型液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを含む)と、色変調部25から入射した光をリレーするリレーレンズ90と、リレーレンズ90から入射した光の全波長領域の輝度を変調する第2変調手段としての透過型液晶ライトバルブ100と、液晶ライトバルブ100から入射した光をスクリーン120に投射する投射レンズ110と、を含んで構成されている。
[第1の実施形態]
[プロジェクタの全体構成]
図1は、プロジェクタPJ1の主たる光学構成を示す図である。
プロジェクタ(画像表示装置)PJ1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系20と、均一照明系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変調手段としての3つの透過型液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを含む)と、色変調部25から入射した光をリレーするリレーレンズ90と、リレーレンズ90から入射した光の全波長領域の輝度を変調する第2変調手段としての透過型液晶ライトバルブ100と、液晶ライトバルブ100から入射した光をスクリーン120に投射する投射レンズ110と、を含んで構成されている。
光源10は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなるランプ11と、ランプ11からの射出光を反射・集光するリフレクタ12とを含んで構成されている。
均一照明系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30,35と、3つのミラー(反射ミラー36,45,46)と、5つのレンズ(レンズ41、リレーレンズ42、平行化レンズ50B,50G,50R)と、3つの液晶ライトバルブ60B,60G,60Rと、クロスダイクロイックプリズム80と、を含んで構成されている。
ダイクロイックミラー30,35は、光源10からの光(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B光及び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、光源10からの白色光に対して、当該白色光に含まれるB光及びG光を反射し、R光を透過する。ダイクロイックミラー35は、ガラス板等に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、ダイクロイックミラー30を透過したG光及びB光のうち、G光を反射して平行化レンズ50Gに伝達し、青色光を透過してレンズ41に伝達する。
リレーレンズ42はレンズ41近傍の光(光強度分布)を平行化レンズ50B近傍に伝達するもので、レンズ41はリレーレンズ42に光を効率よく入射させる機能を有する。
レンズ41に入射したB光はその強度分布をほぼ保存された状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく空間的に離れた液晶ライトバルブ60Bに伝達される。
レンズ41に入射したB光はその強度分布をほぼ保存された状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく空間的に離れた液晶ライトバルブ60Bに伝達される。
平行化レンズ50B,50G,50Rは対応する液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに入射する各色光を略平行化して、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを透過した光を効率よくリレーレンズ90に入射させる機能を有している。そして、ダイクロイックミラー30,35で分光されたRGB3原色の光は、上述したミラー(反射ミラー36,45,46)及びレンズ(レンズ41、リレーレンズ42、平行化レンズ50B,50G,50R)を介して液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに入射する。
液晶ライトバルブ60B,60G,60R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、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。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。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。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。
クロスダイクロイックプリズム80は、4つの直角プリズムが貼り合わされた構造からなり、その内部には、B光を反射する誘電体多層膜(B光反射ダイクロイック膜81)及びR光を反射する誘電体多層膜(R光反射ダイクロイック膜82)が断面X字状に形成されている。そして、液晶ライトバルブ60GからのG光を透過し、液晶ライトバルブ60RからのR光と液晶ライトバルブ60BからのB光とを折り曲げてこれらの3色の光を合成し、カラー画像を形成する。
図2は、リレーレンズ90の構成を示す図である。
リレーレンズ90は、クロスダイクロイックプリズム80で合成された液晶ライトバルブ60B,60G,60Rからの光学像(光強度分布)を液晶ライトバルブ100の表示面上に伝達するものである。
図2に示すように、開口絞り91に対してほぼ対称に配置された前段レンズ群90a及び後段レンズ群90bからなる等倍結像レンズである。また、液晶の視野角特性を考慮して両側テレセントリック特性を有することが望ましい。前段レンズ群90a及び後段レンズ群90bは、複数の凸レンズ及び凹レンズを含んで構成されている。ただし、レンズの形状、大きさ、配置間隔及び枚数、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に例に限定されるものではない。リレーレンズ90は、多数枚のレンズから構成されるので、収差補正がよく、各色変調用の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rで形成される輝度分布を正確に液晶ライトバルブ100に伝達することができる。
リレーレンズ90は、クロスダイクロイックプリズム80で合成された液晶ライトバルブ60B,60G,60Rからの光学像(光強度分布)を液晶ライトバルブ100の表示面上に伝達するものである。
図2に示すように、開口絞り91に対してほぼ対称に配置された前段レンズ群90a及び後段レンズ群90bからなる等倍結像レンズである。また、液晶の視野角特性を考慮して両側テレセントリック特性を有することが望ましい。前段レンズ群90a及び後段レンズ群90bは、複数の凸レンズ及び凹レンズを含んで構成されている。ただし、レンズの形状、大きさ、配置間隔及び枚数、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に例に限定されるものではない。リレーレンズ90は、多数枚のレンズから構成されるので、収差補正がよく、各色変調用の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rで形成される輝度分布を正確に液晶ライトバルブ100に伝達することができる。
図1に戻り、液晶ライトバルブ100は、前述した液晶ライトバルブ60B,60G,60Rと同等の構成からなり、入射した光の全波長領域の輝度を表示画像データに基づいて変調し、最終的な光学像を内包した変調光を投射レンズ110に射出する。
投射レンズ110は、液晶ライトバルブ100の表示面上に形成された光学像をスクリーン120上に投射してカラー画像を表示する。
ここで、液晶ライトバルブ60B,60G,60R及び液晶ライトバルブ100はいずれも透過光の強度を変調し、その変調度合いに応じた光学像を内包する点では同じであるが、後者の液晶ライトバルブ100は全波長域の光(白色光)を変調するのに対して、前者の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rは光分離手段であるダイクロイックミラー30,35で分光された特定波長領域の光(R,G,Bなどの色光)を変調する点で両者は異なっている。したがって、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rで行われる光強度変調を色変調、液晶ライトバルブ100で行われる光強度変調を輝度変調と便宜的に呼称して区別する。
また、同様の観点から、以下の説明では液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを色変調ライトバルブ、液晶ライトバルブ100を輝度変調ライトバルブと呼称して区別する場合がある。なお、本実施形態では、色変調ライトバルブは輝度変調ライトバルブよりも高い解像度を有し、よって、色変調ライトバルブが表示解像度(プロジェクタPJ1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。)を決定する場合を想定している。勿論、表示解像度の関係はこれに限定されず、輝度変調ライトバルブが表示解像度を決定する構成も可能である。
次に、プロジェクタPJ1の全体的な光伝達の流れを説明する。光源10からの白色光はダイクロイックミラー30,35により赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の3原色光に分光されるとともに、平行化レンズ50B,50G,50Rを含むレンズ及びミラーを介して、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに入射される。液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに入射した各々の色光はそれぞれの波長領域に応じた外部データに基づいて色変調され、光学像を内包した変調光として射出される。液晶ライトバルブ60B,60G,60Rからの各変調光は、それぞれクロスダイクロイックプリズム80に入射し、そこで一つの光に合成され、リレーレンズ90を介して液晶ライトバルブ100に入射される。液晶ライトバルブ100に入射した合成光は全波長域に応じた外部データに基づいて輝度変調され、最終的な光学像を内包した変調光として投射レンズ110へ射出される。そして、投射レンズ110において、液晶ライトバルブ100からの最終的な合成光をスクリーン120上に投射し所望の画像を表示する。
このように、プロジェクタPJ1では、第1光変調素子としての液晶ライトバルブ60B,60G,60Rで光学像(画像)を形成した変調光を用いて、最終的な表示画像を第2光変調素子としての液晶ライトバルブ100で形成する形態を採用しており、直列に配置された2つの光変調素子(色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブ)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、プロジェクタPJ1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ことができる。
更に、プロジェクタPJ1は、プロジェクタPJ1を制御する表示制御装置2を有している。
図3は、表示制御装置2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2は、HDR映像信号やRGB信号等の外部からの信号の取得や、各種信号の各構成要素への伝送等を行うインターフェース回路2aと、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを駆動制御するための駆動回路2bと、液晶ライトバルブ100を駆動制御するための駆動回路2cと、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CPU2dと、所定領域にあらかじめCPU2dの制御プログラム等を格納しているROM2eと、ROM2e等から読み出したデータやCPU2dの演算過程で必要な演算結果を格納するためのRAM2fとを含んだ構成となっている。
更に、インターフェース回路2a、CPU2d、ROM2e及びRAM2fは、データを転送するための信号線であるバス2g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2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2は、HDR映像信号やRGB信号等の外部からの信号の取得や、各種信号の各構成要素への伝送等を行うインターフェース回路2aと、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを駆動制御するための駆動回路2bと、液晶ライトバルブ100を駆動制御するための駆動回路2cと、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CPU2dと、所定領域にあらかじめCPU2dの制御プログラム等を格納しているROM2eと、ROM2e等から読み出したデータやCPU2dの演算過程で必要な演算結果を格納するためのRAM2fとを含んだ構成となっている。
更に、インターフェース回路2a、CPU2d、ROM2e及びRAM2fは、データを転送するための信号線であるバス2gで相互にかつデータ授受可能に接続されている。
本実施の形態において、プロジェクタPJ1は、外部からのHDR映像信号及びRGB信号に基づき表示制御装置2において液晶ライトバルブ60B,60G,60R及び液晶ライトバルブ100の透過率を制御し、スクリーン120上にHDR画像を表示するようになっている。
ここで、HDR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。
また、HDR画像データは、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。
なお、HDR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「P.E.Debevec, J.Malik, "Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs", Proceedings of ACM SIGGRAPH97 , p.367-378 , 1997」」に掲載されている。
なお、HDR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「P.E.Debevec, J.Malik, "Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs", Proceedings of ACM SIGGRAPH97 , p.367-378 , 1997」」に掲載されている。
次に、図4〜図9を用いて、色変調ライトバルブ60B,60G,60Rと輝度変調ライトバルブ100の光学的対応関係について詳しく説明する。
図4は、色変調ライトバルブ60B,60G,60Rと輝度変調ライトバルブ100の光学的対応関係を説明する図である。なお、説明をわかりやすくするために、色変調ライトバルブ60B,60G,60R及びリレーレンズ90をそれぞれ1つの色変調ライトバルブ60及びレンズ90とし、更にクロスダイクロイックプリズム80を省略している。
また、光学系全体のXYZ座標は、Z軸が光軸AXに平行となるように設定する。色変調ライトバルブ60及び輝度変調ライトバルブ100の面内の座標は、それぞれ光軸との交点を原点として、XY座標に平行にxy座標系、x´y´座標系を設定する。
図4は、色変調ライトバルブ60B,60G,60Rと輝度変調ライトバルブ100の光学的対応関係を説明する図である。なお、説明をわかりやすくするために、色変調ライトバルブ60B,60G,60R及びリレーレンズ90をそれぞれ1つの色変調ライトバルブ60及びレンズ90とし、更にクロスダイクロイックプリズム80を省略している。
また、光学系全体のXYZ座標は、Z軸が光軸AXに平行となるように設定する。色変調ライトバルブ60及び輝度変調ライトバルブ100の面内の座標は、それぞれ光軸との交点を原点として、XY座標に平行にxy座標系、x´y´座標系を設定する。
色変調ライトバルブ60上の画素(光伝達部)と輝度変調ライトバルブ100上の画素(光伝達部)とは、光学的に正確に対応付けられる必要がある。すなわち、色変調ライトバルブ60の所定の画素において変調された光が、輝度変調ライトバルブ100のどの画素に到達するかについて、正確な情報を得る必要がある。なぜなら、色変調ライトバルブ60の所定の画素において1次変調された光を輝度変調ライトバルブ100のどの画素で2次変調するかが不明であると、適切に2つの変調を重ね合わせることができなくなり、所定の品質の画像を得られないからである。
光学的対応関係求めるための最も一般的な方法としては、色変調ライトバルブ60と輝度変調ライトバルブ100の間に設けられるリレーレンズ90の光学倍率mに基づいて、色変調ライトバルブ60をm倍に拡大したものを輝度変調ライトバルブ100に幾何学的に対応付ける方法がある。
しかしながら、リレーレンズ90を構成するレンズには、必ず光学収差が存在するので、このような方法では、精度の高い光学的対応付けを行うことが不可能である。
そこで、以下のように、色変調ライトバルブ60の画素と輝度変調ライトバルブ100の画素との光学的対応関係を求める。
光学的対応関係求めるための最も一般的な方法としては、色変調ライトバルブ60と輝度変調ライトバルブ100の間に設けられるリレーレンズ90の光学倍率mに基づいて、色変調ライトバルブ60をm倍に拡大したものを輝度変調ライトバルブ100に幾何学的に対応付ける方法がある。
しかしながら、リレーレンズ90を構成するレンズには、必ず光学収差が存在するので、このような方法では、精度の高い光学的対応付けを行うことが不可能である。
そこで、以下のように、色変調ライトバルブ60の画素と輝度変調ライトバルブ100の画素との光学的対応関係を求める。
図4に示すように、色変調ライトバルブ60上の任意の点Aは、光軸からhの距離に存在する点である。そして、点Aを通過する主光線MXが輝度変調ライトバルブ100に到達する位置を点A´とし、この点と光軸との距離をh´とする。
そして、リレーレンズ90の歪曲収差は、歪曲収差曲線で表される。図5は、リレーレンズ90の歪曲収差曲線を示す図であり、縦軸が光軸からの距離h、横軸が理想像高からのずれ量(理想像高に対する百分率)を示す。
歪曲収差曲線は、hの関数f(h)とみなすことができる。関数f(h)は、直線近似、多項式近似、スプライン近似等の近似式で定義することができる。
上記の変数、関数を用いれば、h´とhには、以下の式(1)の関係がある。
h´=h・m・(1+f(h))・・・(1)
なお、mはリレーレンズの倍率である。
更に、点Aの座標を(x、y)とし、点A´の座標(x´、y´)とすれば、式(2)、式(3)が導かれる。
x´=−(x・h´/h)=−(x・m・(1+f(h)))・・・(2)
y´=−(y・h´/h)=−(y・m・(1+f(h)))・・・(3)
したがって、色変調ライトバルブ60上の任意の画素が対応する輝度変調ライトバルブ100上の画素(領域)を求める場合には、色変調ライトバルブ60上の任意の画素内の複数の位置(座標)に対して、逐次、式(1)〜式(3)を適用することにより、容易に求めることができる。
そして、このような計算を色変調ライトバルブ60上の全ての画素に対して行うことにより、色変調ライトバルブ60と輝度変調ライトバルブ100との光学的対応関係が求められる。
そして、リレーレンズ90の歪曲収差は、歪曲収差曲線で表される。図5は、リレーレンズ90の歪曲収差曲線を示す図であり、縦軸が光軸からの距離h、横軸が理想像高からのずれ量(理想像高に対する百分率)を示す。
歪曲収差曲線は、hの関数f(h)とみなすことができる。関数f(h)は、直線近似、多項式近似、スプライン近似等の近似式で定義することができる。
上記の変数、関数を用いれば、h´とhには、以下の式(1)の関係がある。
h´=h・m・(1+f(h))・・・(1)
なお、mはリレーレンズの倍率である。
更に、点Aの座標を(x、y)とし、点A´の座標(x´、y´)とすれば、式(2)、式(3)が導かれる。
x´=−(x・h´/h)=−(x・m・(1+f(h)))・・・(2)
y´=−(y・h´/h)=−(y・m・(1+f(h)))・・・(3)
したがって、色変調ライトバルブ60上の任意の画素が対応する輝度変調ライトバルブ100上の画素(領域)を求める場合には、色変調ライトバルブ60上の任意の画素内の複数の位置(座標)に対して、逐次、式(1)〜式(3)を適用することにより、容易に求めることができる。
そして、このような計算を色変調ライトバルブ60上の全ての画素に対して行うことにより、色変調ライトバルブ60と輝度変調ライトバルブ100との光学的対応関係が求められる。
しかし、色変調ライトバルブ60の全ての画素について、上述した計算を行うと、計算時間が長くなったり、必要とするメモリ容量が大きくなる等の不都合がある。このため、計算量をできるだけ少なくすることが望ましい。
計算量を少なくする方法としては、図6に示すように、画素の4つのコーナ座標のみを計算し、その計算結果から対応する領域を規定する方法が挙げられる。
すなわち、図6(a)に示すように、色変調ライトバルブ60上の注目する画素の四隅の点B1〜点B4について上記計算を行って、対応する輝度変調ライトバルブ100上の点B1´〜B4´の座標を求める(図6(b)参照)。そして、求めた4点で囲まれた輝度変調ライトバルブ100上の範囲を対応する領域として規定する。
計算量を少なくする方法としては、図6に示すように、画素の4つのコーナ座標のみを計算し、その計算結果から対応する領域を規定する方法が挙げられる。
すなわち、図6(a)に示すように、色変調ライトバルブ60上の注目する画素の四隅の点B1〜点B4について上記計算を行って、対応する輝度変調ライトバルブ100上の点B1´〜B4´の座標を求める(図6(b)参照)。そして、求めた4点で囲まれた輝度変調ライトバルブ100上の範囲を対応する領域として規定する。
更に計算量を低減するためには、図7(a)に示すように、色変調ライトバルブ60の任意の画素の略中心点Cの座標に対して、式(2)、式(3)の計算を行い、図7(b)の輝度変調ライトバルブ100上の対応点C´の座標を求める。
次いで、点C´を中心に、色変調ライトバルブ60の任意の画素をm倍した領域(破線で囲まれた領域)を対応する領域として規定する。
このように、画素内の1点に対して光学的対応付けを求めるだけなので、計算量を大幅に低減することができる。
なお、以上述べた光学系的対応関係の計算は、第1と第2の変調信号生成時にリアルタイムで行っても良いが、予め全ての対応関係を求めておき、その計算結果を情報テーブル化することにより、計算負担を低減してもよい。
次いで、点C´を中心に、色変調ライトバルブ60の任意の画素をm倍した領域(破線で囲まれた領域)を対応する領域として規定する。
このように、画素内の1点に対して光学的対応付けを求めるだけなので、計算量を大幅に低減することができる。
なお、以上述べた光学系的対応関係の計算は、第1と第2の変調信号生成時にリアルタイムで行っても良いが、予め全ての対応関係を求めておき、その計算結果を情報テーブル化することにより、計算負担を低減してもよい。
図8は、輝度変調ライトバルブ100の画素上における色変調ライトバルブ60の画素の重なり関係(対応関係)を示した図である。図8中のQ11〜Q33は、輝度変調ライトバルブ100の画素番号であり、P11´〜P22´は色変調ライトバルブ60の画素P11〜P22(不図示)が光学的に対応する領域の番号を示す。
色変調ライトバルブ60の画素P11に対応する領域P11´は、輝度変調ライトバルブ100のB11、B12、B21、B22にまたがっている。このように、色変調ライトバルブ60の画素と輝度変調ライトバルブ100の画素とは、一対一に対応するものではない。これらの対応関係は、図9に示す画素対応関係の情報テーブルに記録される。
色変調ライトバルブ60の画素P11に対応する領域P11´は、輝度変調ライトバルブ100のB11、B12、B21、B22にまたがっている。このように、色変調ライトバルブ60の画素と輝度変調ライトバルブ100の画素とは、一対一に対応するものではない。これらの対応関係は、図9に示す画素対応関係の情報テーブルに記録される。
画素対応関係の情報テーブルには、色変調ライトバルブ60の各画素毎に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60の画素番号を登録したフィールドと、その画素の対応領域と重なる輝度変調ライトバルブ100の画素番号を登録したフィールドとを含んで構成されている。
具体的には、図9(a)に示すように、第1段目のレコードには、色変調ライトバルブ60の画素番号として「P11」が、P11の対等領域と重なる輝度変調ライトバルブ100の画素番号として「Q11、Q12、Q21、Q22」がそれぞれ登録されている。
更には、重なる画素毎の面積比をテーブルに記憶してもよい。上記の例では、画素Q11が対応領域P11´と重なっている部分は、Q11の約42%である。同様に、Q12の約25%、Q21の約69%、Q22の約42%が対応領域P11´と重なっている。このような重なりの面積関係は、例えば、図9(b)に示すような形式で情報テーブル化することが可能である。
具体的には、図9(a)に示すように、第1段目のレコードには、色変調ライトバルブ60の画素番号として「P11」が、P11の対等領域と重なる輝度変調ライトバルブ100の画素番号として「Q11、Q12、Q21、Q22」がそれぞれ登録されている。
更には、重なる画素毎の面積比をテーブルに記憶してもよい。上記の例では、画素Q11が対応領域P11´と重なっている部分は、Q11の約42%である。同様に、Q12の約25%、Q21の約69%、Q22の約42%が対応領域P11´と重なっている。このような重なりの面積関係は、例えば、図9(b)に示すような形式で情報テーブル化することが可能である。
なお、図9(a),(b)の情報テーブルは、色変調ライトバルブ60の全ての画素について用意する必要はない。すなわち、色変調ライトバルブ60と輝度変調ライトバルブ100の光学的対応関係が光軸の廻りに回転対称な関係を利用して、情報量を削減してもよい。つまり、画素対応関係の情報テーブルは、色変調ライトバルブ60のxy座標系(図3参照)における1/4象現分(例えば第1象現)だけ用意しておき、他の象現は情報の対称性に基づいて、既に求められている象現の情報をそのまま用いることが可能である。
このように、データの縮小化によって、必要とされるメモリ容量を大幅に削減することができる。
なお、倍率色収差の補正については、プロジェクタPJ1のR,G,Bの3原色の主波長毎のリレーレンズ90の歪曲収差データを関数化し、それに基づいて光学的対応関係を求めればよい。それぞれの光学的対応関係は、各色用の色変調ライトバルブ60の駆動信号生成に使用される。
このように、データの縮小化によって、必要とされるメモリ容量を大幅に削減することができる。
なお、倍率色収差の補正については、プロジェクタPJ1のR,G,Bの3原色の主波長毎のリレーレンズ90の歪曲収差データを関数化し、それに基づいて光学的対応関係を求めればよい。それぞれの光学的対応関係は、各色用の色変調ライトバルブ60の駆動信号生成に使用される。
以上説明したように、本実施形態のプロジェクタPJ1では、色変調ライトバルブ60の画素と輝度変調ライトバルブ100の画素との光学的対応関係が正確に求められている。
これにより、色変調ライトバルブ60の所定の画素において1次変調された光を、輝度変調ライトバルブ100の所定領域(画素)において適切に2次変調させることが可能となる。したがって、従来に比べて、所定の品質の画像を確実に得ることができる。
これにより、色変調ライトバルブ60の所定の画素において1次変調された光を、輝度変調ライトバルブ100の所定領域(画素)において適切に2次変調させることが可能となる。したがって、従来に比べて、所定の品質の画像を確実に得ることができる。
なお、上述したプロジェクタPJ1において、色変調ライトバルブ60に制御信号を供給するタイミングよりも、輝度変調ライトバルブ100に制御信号を供給するタイミングを所定時間遅延させるようにしてもよい。
この遅延時間を調整することにより色変調ライトバルブ60の光の伝達時間と、輝度変調ライトバルブ100の光の伝達時間とにおいて一部両者が重なる時間だけ目的位置に光を伝達することが可能となる。つまり、色変調ライトバルブ60と輝度変調ライトバルブ100に供給する制御信号の時間差を利用して目的位置への光の伝達時間をより細かく制御することで、表示可能な階調数を色変調ライトバルブ60と輝度変調ライトバルブ100の同期制御によって表示可能な階調数以上に拡大できるという効果が得られる。
この遅延時間を調整することにより色変調ライトバルブ60の光の伝達時間と、輝度変調ライトバルブ100の光の伝達時間とにおいて一部両者が重なる時間だけ目的位置に光を伝達することが可能となる。つまり、色変調ライトバルブ60と輝度変調ライトバルブ100に供給する制御信号の時間差を利用して目的位置への光の伝達時間をより細かく制御することで、表示可能な階調数を色変調ライトバルブ60と輝度変調ライトバルブ100の同期制御によって表示可能な階調数以上に拡大できるという効果が得られる。
また、プロジェクタPJ1の光変調素子として、透過型液晶ライトバルブの場合について説明したが、反射型液晶ライトバルブを用いても良い。更に、DMD(Digital Micromirror Device)素子を用いても良い。
次に、プロジェクタPJ1の変形例として、光変調素子に反射型液晶ライトバルブを用いた場合について説明する。
[変形例1]
図10は、第1光変調素子及び第2光変調素子に単板の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタPJ2の光変調素子の主たる光学構成を示す図である。なお、図1に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタPJ2は、図10に示すように、光源10、カラーフィルタ100、第1反射型液晶ライトバルブ210、第2反射型液晶ライトバルブ220、第1偏光ビームスプリッター230、第2偏光ビームスプリッター240、投影レンズ110、スクリーン120等を含み、これらを光学的に直列に配置した構成となっている。
第1反射型液晶ライトバルブ210及び第2反射型液晶ライトバルブ220は、ともにデジタル駆動タイプの液晶ライトバルブである。第1偏光ビームスプリッター230及び第2偏光ビームスプリッター240は、誘電体多層膜の偏光特性を利用して偏光を分離する光学素子であって、P偏光を透過するがS偏光を反射するものである。
そして、光源10から照射された白色光は、偏光変換素子23を通過することによりP偏光となり、集光レンズ24、カラーフィルタ100、集光レンズ110を通過して、第1偏光ビームスプリッター230に向けて射出される。
第1偏光ビームスプリッター230に入射した光は、P偏光であるため第1偏光ビームスプリッター230を透過(直進)して、λ/4板250を経て第1反射型液晶ライトバルブ210に入射する。そして、第1反射型液晶ライトバルブ210に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板250を経て第1偏光ビームスプリッター230に入射する。
再び第1偏光ビームスプリッター230に入射した光のうち、第1反射型液晶ライトバルブ210で変調を受けたS偏光は、第1偏光ビームスプリッター230で反射して、リレーレンズ270に入射する。リレーレンズ270は、テレセントリック性を有しており、第1反射型液晶ライトバルブ210上で変調を受けた像は、出射側に正確に結像する。そして、リレーレンズ270からの光は、集光レンズ120を通過して、第2偏光ビームスプリッター240に向けて射出される。
第2偏光ビームスプリッター240に入射した光は、S偏光であるため第2偏光ビームスプリッター240で反射して、λ/4板260を経て第2反射型液晶ライトバルブ220に入射する。そして、第2反射型液晶ライトバルブ220に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板260を経て第2偏光ビームスプリッター240に入射する。入射した光のうち、第1反射型液晶ライトバルブ210で変調を受けたP偏光は、第2偏光ビームスプリッター240を透過(直進)する。
そして、2つの反射型液晶ライトバルブ210,220で変調を受けたP偏光は、投射レンズ110を経てスクリーン120に投射される。
[変形例1]
図10は、第1光変調素子及び第2光変調素子に単板の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタPJ2の光変調素子の主たる光学構成を示す図である。なお、図1に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタPJ2は、図10に示すように、光源10、カラーフィルタ100、第1反射型液晶ライトバルブ210、第2反射型液晶ライトバルブ220、第1偏光ビームスプリッター230、第2偏光ビームスプリッター240、投影レンズ110、スクリーン120等を含み、これらを光学的に直列に配置した構成となっている。
第1反射型液晶ライトバルブ210及び第2反射型液晶ライトバルブ220は、ともにデジタル駆動タイプの液晶ライトバルブである。第1偏光ビームスプリッター230及び第2偏光ビームスプリッター240は、誘電体多層膜の偏光特性を利用して偏光を分離する光学素子であって、P偏光を透過するがS偏光を反射するものである。
そして、光源10から照射された白色光は、偏光変換素子23を通過することによりP偏光となり、集光レンズ24、カラーフィルタ100、集光レンズ110を通過して、第1偏光ビームスプリッター230に向けて射出される。
第1偏光ビームスプリッター230に入射した光は、P偏光であるため第1偏光ビームスプリッター230を透過(直進)して、λ/4板250を経て第1反射型液晶ライトバルブ210に入射する。そして、第1反射型液晶ライトバルブ210に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板250を経て第1偏光ビームスプリッター230に入射する。
再び第1偏光ビームスプリッター230に入射した光のうち、第1反射型液晶ライトバルブ210で変調を受けたS偏光は、第1偏光ビームスプリッター230で反射して、リレーレンズ270に入射する。リレーレンズ270は、テレセントリック性を有しており、第1反射型液晶ライトバルブ210上で変調を受けた像は、出射側に正確に結像する。そして、リレーレンズ270からの光は、集光レンズ120を通過して、第2偏光ビームスプリッター240に向けて射出される。
第2偏光ビームスプリッター240に入射した光は、S偏光であるため第2偏光ビームスプリッター240で反射して、λ/4板260を経て第2反射型液晶ライトバルブ220に入射する。そして、第2反射型液晶ライトバルブ220に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板260を経て第2偏光ビームスプリッター240に入射する。入射した光のうち、第1反射型液晶ライトバルブ210で変調を受けたP偏光は、第2偏光ビームスプリッター240を透過(直進)する。
そして、2つの反射型液晶ライトバルブ210,220で変調を受けたP偏光は、投射レンズ110を経てスクリーン120に投射される。
[変形例2]
図11は、第1光変調素子にDMD(Digital Micromirror Device)を、第2光変調素子に単板の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタPJ3の主たる光学構成を示す図である。なお、図1及び図10に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタPJ3は、図11に示すように、光源10、カラーフィルタ100、DMD150、反射型液晶ライトバルブ220、偏光ビームスプリッター240、投影レンズ110、スクリーン120等を含み、これらを光学的に直列に配置した構成となっている。
そして、光源10から照射された白色光は、偏光変換素子24を通過することによりP偏光となり、集光レンズ24、カラーフィルタ100を通過して、DMD150に向けて射出される。DMD150において変調を受けたP偏光は、リレーレンズ270に入射し、集光レンズ120を通過して、偏光ビームスプリッター240に向けて射出される。
偏光ビームスプリッター240に入射した光は、P偏光であるため偏光ビームスプリッター240を透過(直進)し、λ/4板260を経て反射型液晶ライトバルブ220に入射する。そして、反射型液晶ライトバルブ220に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板260を経て偏光ビームスプリッター240に入射する。入射した光のうち、反射型ライトバルブ220で変調を受けたS偏光は、偏光ビームスプリッター240で反射して射出される。
そして、DMD150及び反射型液晶ライトバルブ220で変調を受けたS偏光は、投射レンズ110を経てスクリーン120に投射される。
図11は、第1光変調素子にDMD(Digital Micromirror Device)を、第2光変調素子に単板の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタPJ3の主たる光学構成を示す図である。なお、図1及び図10に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタPJ3は、図11に示すように、光源10、カラーフィルタ100、DMD150、反射型液晶ライトバルブ220、偏光ビームスプリッター240、投影レンズ110、スクリーン120等を含み、これらを光学的に直列に配置した構成となっている。
そして、光源10から照射された白色光は、偏光変換素子24を通過することによりP偏光となり、集光レンズ24、カラーフィルタ100を通過して、DMD150に向けて射出される。DMD150において変調を受けたP偏光は、リレーレンズ270に入射し、集光レンズ120を通過して、偏光ビームスプリッター240に向けて射出される。
偏光ビームスプリッター240に入射した光は、P偏光であるため偏光ビームスプリッター240を透過(直進)し、λ/4板260を経て反射型液晶ライトバルブ220に入射する。そして、反射型液晶ライトバルブ220に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板260を経て偏光ビームスプリッター240に入射する。入射した光のうち、反射型ライトバルブ220で変調を受けたS偏光は、偏光ビームスプリッター240で反射して射出される。
そして、DMD150及び反射型液晶ライトバルブ220で変調を受けたS偏光は、投射レンズ110を経てスクリーン120に投射される。
[変形例3]
図12は、第1光変調素子に単板の反射型液晶ライトバルブを用い、第2光変調素子に3板式の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタPJ4の主たる光学構成を示す図である。なお、図1,図10及び図11に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタPJ4は、図12に示すように、光源10、第1反射型液晶ライトバルブ210、第2反射型液晶ライトバルブ220r,220g,220b、第1偏光ビームスプリッター230、第2偏光ビームスプリッター240r,240g,240b、第1ダイクロックミラー310、第2ダイクロックミラー320、色合成プリズム330、投影レンズ110、スクリーン120等を含む構成となっている。カラーフィルタ100を用いていないので、光の利用効率を上げることができる。
第1ダイクロックミラー310及び第2ダイクロックミラー320は、屈折率のそれぞれ異なる誘電体の多層膜により、2つ以上の波長域の光を分離するものである。色合成プリズム330は、赤色、緑色及び青色の光を合成するものである。
そして、光源10から照射された白色光は、偏光変換素子23を通過することによりP偏光となり、集光レンズ24を通過して、第1偏光ビームスプリッター230に向けて射出される。
第1偏光ビームスプリッター230に入射した光は、P偏光であるため第1偏光ビームスプリッター230を透過(直進)して、λ/4板250を経て第1反射型液晶ライトバルブ210に入射する。そして、第1反射型液晶ライトバルブ210に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板250を経て第1偏光ビームスプリッター230に入射する。
再び第1偏光ビームスプリッター230に入射した光のうち、第1反射型液晶ライトバルブ210で変調を受けたS偏光は、第1偏光ビームスプリッター230で反射して、リレーレンズ270に入射し、集光レンズ60を通過して、第1ダイクロックミラー310に向けて射出される。
第1ダイクロックミラー310に入射した光は、青色とそれ以外(赤色及び緑色)の光に分離、反射される。
青色光は、ミラー340で反射した後に第2偏光ビームスプリッター240bに入射する。そして、S偏光であるため第2偏光ビームスプリッター240bで反射し、λ/4板260を経て第2反射型液晶ライトバルブ220bに入射する。そして、第2反射型液晶ライトバルブ220bに入射した青色光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板260を経て第2偏光ビームスプリッター240bに入射する。入射した青色光のうち、第2反射型液晶ライトバルブ220bで変調を受けたP偏光は、第2偏光ビームスプリッター240bを透過して射出する。
一方、赤色及び緑色の光は、ミラー340で反射した後に第2ダイクロックミラー320に入射し、赤色光と緑色光に分離、反射し、それぞれ第2偏光ビームスプリッター240r,240gに入射する。そして、青色光と同様に、第2反射型液晶ライトバルブ220r、220gにおいて変調されて、またP偏光となって第2偏光ビームスプリッター240r,240gから射出する。
そして、第1反射型液晶ライトバルブ210、第2反射型液晶ライトバルブ220r,220g,220bで変調を受けたそれぞれのP偏光は、色合成プリズム330に入射し、合成された後に、投射レンズ110を経てスクリーン120に投射される。
図12は、第1光変調素子に単板の反射型液晶ライトバルブを用い、第2光変調素子に3板式の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタPJ4の主たる光学構成を示す図である。なお、図1,図10及び図11に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタPJ4は、図12に示すように、光源10、第1反射型液晶ライトバルブ210、第2反射型液晶ライトバルブ220r,220g,220b、第1偏光ビームスプリッター230、第2偏光ビームスプリッター240r,240g,240b、第1ダイクロックミラー310、第2ダイクロックミラー320、色合成プリズム330、投影レンズ110、スクリーン120等を含む構成となっている。カラーフィルタ100を用いていないので、光の利用効率を上げることができる。
第1ダイクロックミラー310及び第2ダイクロックミラー320は、屈折率のそれぞれ異なる誘電体の多層膜により、2つ以上の波長域の光を分離するものである。色合成プリズム330は、赤色、緑色及び青色の光を合成するものである。
そして、光源10から照射された白色光は、偏光変換素子23を通過することによりP偏光となり、集光レンズ24を通過して、第1偏光ビームスプリッター230に向けて射出される。
第1偏光ビームスプリッター230に入射した光は、P偏光であるため第1偏光ビームスプリッター230を透過(直進)して、λ/4板250を経て第1反射型液晶ライトバルブ210に入射する。そして、第1反射型液晶ライトバルブ210に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板250を経て第1偏光ビームスプリッター230に入射する。
再び第1偏光ビームスプリッター230に入射した光のうち、第1反射型液晶ライトバルブ210で変調を受けたS偏光は、第1偏光ビームスプリッター230で反射して、リレーレンズ270に入射し、集光レンズ60を通過して、第1ダイクロックミラー310に向けて射出される。
第1ダイクロックミラー310に入射した光は、青色とそれ以外(赤色及び緑色)の光に分離、反射される。
青色光は、ミラー340で反射した後に第2偏光ビームスプリッター240bに入射する。そして、S偏光であるため第2偏光ビームスプリッター240bで反射し、λ/4板260を経て第2反射型液晶ライトバルブ220bに入射する。そして、第2反射型液晶ライトバルブ220bに入射した青色光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板260を経て第2偏光ビームスプリッター240bに入射する。入射した青色光のうち、第2反射型液晶ライトバルブ220bで変調を受けたP偏光は、第2偏光ビームスプリッター240bを透過して射出する。
一方、赤色及び緑色の光は、ミラー340で反射した後に第2ダイクロックミラー320に入射し、赤色光と緑色光に分離、反射し、それぞれ第2偏光ビームスプリッター240r,240gに入射する。そして、青色光と同様に、第2反射型液晶ライトバルブ220r、220gにおいて変調されて、またP偏光となって第2偏光ビームスプリッター240r,240gから射出する。
そして、第1反射型液晶ライトバルブ210、第2反射型液晶ライトバルブ220r,220g,220bで変調を受けたそれぞれのP偏光は、色合成プリズム330に入射し、合成された後に、投射レンズ110を経てスクリーン120に投射される。
[変形例4]
図13は、第1光変調素子にDMDを、第2光変調素子に3板式の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタPJ5の主たる光学構成を示す図である。なお、図1,図10〜図12に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタPJ5は、図13に示すように、光源10、DMD150、反射型液晶ライトバルブ220r,220g,220b、偏光ビームスプリッター240r,240g,240b、第1ダイクロックミラー310、第2ダイクロックミラー320、色合成プリズム330、投影レンズ110、スクリーン120等を含む構成となっている。カラーフィルタ100を用いていないので、光の利用効率を上げることができる。
そして、光源10から照射された白色光は、偏光変換素子23を通過することによりP偏光となり、集光レンズ24、λ/2板350を通過してS偏光となってDMD150に向けて射出される。DMD150において変調を受けたS偏光は、リレーレンズ270に入射し、第1ダイクロックミラー310に向けて射出される。
第1ダイクロックミラー310に入射した光は、青色とそれ以外(赤色及び緑色)の光に分離、反射される。
青色光は、ミラー340で反射した後に第2偏光ビームスプリッター240bに入射する。そして、S偏光であるため第2偏光ビームスプリッター240bで反射し、λ/4板260を経て第2反射型液晶ライトバルブ220bに入射する。そして、第2反射型液晶ライトバルブ220bに入射した青色光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板260を経て第2偏光ビームスプリッター240bに入射する。入射した青色光のうち、第2反射型液晶ライトバルブ220bで変調を受けたP偏光は、第2偏光ビームスプリッター240bを透過して射出する。
一方、赤色及び緑色の光は、ミラー340で反射した後に第2ダイクロックミラー320に入射し、赤色光と緑色光に分離、反射し、それぞれ第2偏光ビームスプリッター240r,240gに入射する。そして、青色光と同様に、第2反射型液晶ライトバルブ220r、220gにおいて変調されて、またP偏光となって第2偏光ビームスプリッター240r,240gから射出する。
そして、第1反射型液晶ライトバルブ210、第2反射型液晶ライトバルブ220r,220g,220bで変調を受けたそれぞれのP偏光は、色合成プリズム330に入射し、合成された後に、投射レンズ110を経てスクリーン120に投射される。
図13は、第1光変調素子にDMDを、第2光変調素子に3板式の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタPJ5の主たる光学構成を示す図である。なお、図1,図10〜図12に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタPJ5は、図13に示すように、光源10、DMD150、反射型液晶ライトバルブ220r,220g,220b、偏光ビームスプリッター240r,240g,240b、第1ダイクロックミラー310、第2ダイクロックミラー320、色合成プリズム330、投影レンズ110、スクリーン120等を含む構成となっている。カラーフィルタ100を用いていないので、光の利用効率を上げることができる。
そして、光源10から照射された白色光は、偏光変換素子23を通過することによりP偏光となり、集光レンズ24、λ/2板350を通過してS偏光となってDMD150に向けて射出される。DMD150において変調を受けたS偏光は、リレーレンズ270に入射し、第1ダイクロックミラー310に向けて射出される。
第1ダイクロックミラー310に入射した光は、青色とそれ以外(赤色及び緑色)の光に分離、反射される。
青色光は、ミラー340で反射した後に第2偏光ビームスプリッター240bに入射する。そして、S偏光であるため第2偏光ビームスプリッター240bで反射し、λ/4板260を経て第2反射型液晶ライトバルブ220bに入射する。そして、第2反射型液晶ライトバルブ220bに入射した青色光は、変調を受けて反射して、再びλ/4板260を経て第2偏光ビームスプリッター240bに入射する。入射した青色光のうち、第2反射型液晶ライトバルブ220bで変調を受けたP偏光は、第2偏光ビームスプリッター240bを透過して射出する。
一方、赤色及び緑色の光は、ミラー340で反射した後に第2ダイクロックミラー320に入射し、赤色光と緑色光に分離、反射し、それぞれ第2偏光ビームスプリッター240r,240gに入射する。そして、青色光と同様に、第2反射型液晶ライトバルブ220r、220gにおいて変調されて、またP偏光となって第2偏光ビームスプリッター240r,240gから射出する。
そして、第1反射型液晶ライトバルブ210、第2反射型液晶ライトバルブ220r,220g,220bで変調を受けたそれぞれのP偏光は、色合成プリズム330に入射し、合成された後に、投射レンズ110を経てスクリーン120に投射される。
2…表示制御装置、 60(60B,60G,60R)…液晶ライトバルブ(第1光伝達素子)、 90…リレーレンズ(結像レンズ)、 100…液晶ライトバルブ(第2光伝達素子)、 P11〜P22,Q11〜33…画素(光伝達部)、PJ1〜PJ5…プロジェクタ(画像表示装置)
Claims (8)
- 入射光の所定方向への伝達状態及び不伝達状態を独立に制御可能な複数の光伝達部を有する第1光伝達素子及び第2光伝達素子を光学的に直列に配設すると共に、前記第1光伝達素子及び前記第2光伝達素子を制御して画像を表示する装置であって、
前記第1光伝達素子と前記第2光伝達素子の間に配置される結像レンズの光学収差特性に基づいて、前記第1光伝達素子と前記第2光伝達素子との光伝達部対応関係を規定することを特徴とする画像表示装置。 - 前記光学収差は、歪曲収差であることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記光学収差は、倍率色収差であることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記光伝達部対応関係は、前記歪曲収差を近似した関数と前記結像レンズの光学倍率に基づいて求められることを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
- 前記光伝達部対応関係は、前記第1光伝達素子或いは前記第2光伝達素子における前記光伝達部の四隅を通過する主光線の対応関係に基づいて規定されることを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
- 前記光伝達部対応関係は、前記第1光伝達素子或いは前記第2光伝達素子における前記光伝達部の略中心を通過する主光線の対応関係に基づいて規定されることを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
- 前記光伝達部対応関係を情報テーブルとして記憶することを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
- 前記光伝達部対応関係のうちの一部の領域の対応関係を求めると共に、残りの領域は前記一部領域の対応関係に基づいて求められることを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
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JP2015043359A (ja) * | 2013-08-26 | 2015-03-05 | シチズン電子株式会社 | Led発光装置 |
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JP2019207512A (ja) * | 2018-05-29 | 2019-12-05 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 多数決処理装置、半導体記憶装置及び情報データの多数決方法 |
-
2004
- 2004-10-08 JP JP2004296218A patent/JP2006106583A/ja not_active Withdrawn
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