JP2006173769A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 漏れ光の影響を抑制して、高品質の画像表示を行うことが可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】 画像信号に応じて変調された変調光を生成する画像変調部２００と、画像変調部で生成された変調光の光路をシフト可能な光路シフト部３００と、光路シフト部を通過した変調光をスクリーンに投影する投影光学部４００と、光路シフト部を通過した変調光の目的とする光路以外の光路への漏れ光を考慮して、画像変調部で生成される変調光の変調量を補正する補正部１００とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像表示装置に関する。

限られた画素数の表示素子（ＬＣＤ等）を用いて高解像度の画像投影装置（画像表示装置）を得る技術として、偏光旋回液晶セル及び複屈折板からなる光路シフトモジュールを用いて画素ずらしを行う技術（ウォブリング技術）が知られている。

ウォブリング技術では、偏光旋回液晶セルのオン・オフに応じて光線のシフトタイミングが決まるため、偏光旋回液晶セルのオン・オフタイミングと表示素子の表示タイミングとを整合させることが重要である。しかしながら、偏光旋回液晶セルの応答速度が速くないため、偏光旋回液晶セルのオフからオン或いはオンからオフへの移行期間（立ち上がり期間及び立ち下がり期間）では、光路シフトモジュールからシフト光と非シフト光の両者が出射されることとなる。そのため、移行期間では、本来の画素位置に隣接する画素位置にも光線が到達し、色漏れ等の問題が生じる。

このような問題に対して、例えば特許文献１では、１フレームの最初の期間と最後の期間に赤（Ｒ）及び青（Ｂ）の表示を行い、それらの間の期間に緑（Ｇ）の表示を行うようにしている。これにより、比視感度の高い緑（Ｇ）の表示が偏光旋回液晶セルの移行期間に重ならないようにできるため、漏れ光の影響を低減することが可能である。しかしながら、赤（Ｒ）及び青（Ｂ）の表示は移行期間に重なるため、漏れ光の影響を十分に抑えることはできない。
特開２００２−２８１５１７号公報

このように、ウォブリング技術を用いた画像表示装置では、偏光旋回液晶セルの移行期間における漏れ光の影響により、高品質の画像表示を行うことが困難であった。

本発明は、上記従来の課題に対してなされたものであり、漏れ光の影響を抑制して、高品質の画像表示を行うことが可能な画像表示装置を提供することを目的としている。

本発明に係る画像表示装置は、画像信号に応じて変調された変調光を生成する画像変調手段と、前記画像変調手段で生成された変調光の光路をシフト可能な光路シフト手段と、前記光路シフト手段を通過した変調光をスクリーンに投影する投影光学手段と、前記光路シフト手段を通過した変調光の目的とする光路以外の光路への漏れ光を考慮して、前記画像変調手段で生成される変調光の変調量を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。

前記画像表示装置において、前記画像変調手段は、複数色の変調光を生成するものであり、前記補正手段は、前記複数色の色毎に変調光の変調量を補正することが好ましい。

前記画像表示装置において、前記補正手段は、前記漏れ光を考慮して画像信号の輝度値を色毎に補正する信号値演算手段と、前記信号値演算手段で色毎に補正された画像信号の最大輝度値が、前記画像変調手段で表示可能な最大輝度値を越えないように、前記信号値演算手段で補正された画像信号のゲインを補正するゲイン演算手段と、を有することが好ましい。

前記画像表示装置において、前記補正手段は、前記ゲイン演算手段でゲインが補正された色毎の画像信号に対して、ホワイトバランスの調整を行うホワイトバランス調整手段をさらに有することが好ましい。

前記画像表示装置において、前記光路シフト手段は、前記画像変調手段で生成された変調光に対して偏光旋回をする／しないを制御する偏光旋回液晶セルと、前記旋回液晶セルからの変調光が入射する複屈折板と、を有することが好ましい。

前記画像表示装置において、前記光路シフト手段は、前記偏光旋回液晶セルの応答特性を取得するセンシング手段をさらに有し、前記補正手段は、前記センシング手段で取得された応答特性に応じて、前記画像変調手段で生成される変調光の変調量を補正するためのパラメータを変更することが好ましい。

前記画像表示装置において、前記光路シフト手段は、前記変調光の各光路における漏れ光の割合が互いに略等しくなるように、前記偏光旋回液晶セルの駆動を制御する駆動制御手段をさらに有することが好ましい。

前記画像表示装置において、前記補正手段は、前記漏れ光の影響を除去するための画像処理を行う画像処理手段と、前記画像処理手段によって前記漏れ光の影響を除去するための画像処理を行うか否かを選択する選択スイッチと、を有することが好ましい。

前記画像表示装置において、前記補正手段は、前記漏れ光の影響を除去するための画像処理を行う画像処理手段と、前記画像処理における漏れ光の影響を除去する度合いを設定する設定手段と、を有することが好ましい。

前記画像表示装置において、前記補正手段は、前記漏れ光の影響を除去するための画像処理を行う画像処理手段と、入力する画像信号の画質を判定する画質判定手段と、前記画質判定手段で判定された画質に応じて、前記画像処理における漏れ光の影響を除去する度合いを設定する設定手段と、を有することが好ましい。

本発明によれば、漏れ光を考慮して変調光の変調量を補正することにより、漏れ光の影響が抑制された適正な高品質の画像表示を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置（画像投影装置）の機能的な構成を示したブロック図である。なお、本実施形態では、例えば単板式の画像投影装置を想定している。

図１に示した画像表示装置は、補正部１００、画像変調部２００、光路シフト部３００及び投影光学部４００によって構成されている。

補正部１００は、画像処理部１１０及びフレームメモリ１２０を有しており、補正部１００に入力した画像信号（映像信号）は、一旦フレームメモリ１２０に保持された後、画像処理部１１０によって後述するような所定の画像処理が施される。

補正部１００によって補正された画像信号は、画像変調部２００に送られる。画像変調部２００は、例えば表示用ＬＣＤによって構成されており、後述する光源からの照明光を画像信号に応じて変調する。

画像変調部２００で変調された照明光は、光路シフト部３００に供給される。この光路シフト部３００は、ウォブリングによって画素ずらしを行うものであり、光路シフトモジュール３１０及び、光路シフトモジュール３１０の駆動制御等を行う光路シフトモジュール制御部３２０によって構成されている。光路シフトモジュール３１０は、後述するように偏光旋回液晶セル及び複屈折板によって構成されており、光路シフトモジュール３１０からはシフト光及び非シフト光が時分割で出射される。

光路シフト部３００から出射された変調光は、投射光学部４００を介してスクリーン（図示せず）に供給され、スクリーン上には画像変調部２００の画像に対応した画像が拡大投影される。

図２は、光路シフトモジュール３１０で行われる光路シフト動作（画素ずらし動作）を説明するための図である。

図２に示した光路シフトモジュール３１０は、偏光を旋回可能な偏光旋回液晶セル３１１と、複屈折性を有する複屈折板３１２及び３１３とによって構成されている。

偏光旋回液晶セル３１１は、例えばＴＮ液晶を用いた液晶セルによって構成されており、印加電圧のオン・オフによって偏光の旋回を制御できるように構成されている。すなわち、偏光旋回液晶セル３１１への印加電圧がオフの場合には、入射光は９０度偏光旋回して出射され、偏光旋回液晶セル３１１への印加電圧がオンの場合には、入射光は偏光旋回せずに出射される。

複屈折板３１２及び３１３は、入射光の偏光方向に応じて入射光を常光（ｎo）と異常光（ｎe）とに分離するものである。複屈折板３１２は、水平方向に光線を１／２画素ピッチ分シフトできるように構成されており、垂直方向の偏光光は常光として複屈折板３１２でシフトせずに複屈折板３１２を通過し、水平方向の偏光光は異常光として複屈折板３１２で水平方向にシフトするようになっている。複屈折板３１３は、垂直方向に光線を１／２画素ピッチ分シフトできるように構成されており、水平方向の偏光光は常光として複屈折板３１３でシフトせずに複屈折板３１３を通過し、垂直方向の偏光光は異常光として複屈折板３１３で垂直方向にシフトするようになっている。

偏光旋回液晶セル３１１にオン電圧を印加した場合の動作を説明する。画像変調部２００からは、画像光（変調光）として、水平方向の偏光透過軸を有する偏光光が出射される。偏光旋回液晶セル３１１にはオン電圧が印加されているため、水平方向の偏光透過軸を有する偏光光は、偏光旋回液晶セル３１１で旋回せずに偏光旋回液晶セル３１１を通過する。偏光旋回液晶セル３１１から出射された偏光光は、複屈折板３１２において水平方向にシフトして複屈折板３１２を通過する。複屈折板３１２からの偏光光は、複屈折板３１３でシフトせずに複屈折板３１３を通過する。その結果、画像光の光線はスクリーン上の画素位置ａに到達する。

偏光旋回液晶セル３１１にオフ電圧を印加した場合の動作を説明する。画像変調部２００からは、画像光（変調光）として、水平方向の偏光透過軸を有する偏光光が出射される。偏光旋回液晶セル３１１にはオフ電圧が印加されているため、水平方向の偏光透過軸を有する偏光光は偏光旋回液晶セル３１１で９０度旋回し、偏光旋回液晶セル３１１からは垂直方向の偏光透過軸を有する偏光光が出射される。偏光旋回液晶セル３１１から出射された偏光光は、複屈折板３１２でシフトせずに複屈折板３１２を通過する。複屈折板３１２からの偏光光は、複屈折板３１３で垂直方向にシフトして複屈折板３１３を通過する。その結果、画像光の光線はスクリーン上の画素位置ｂに到達する。

以上のことからわかるように、偏光旋回液晶セル３１１のオン・オフを切り換えることにより、複屈折板３１２及び３１３でシフト動作を行うか否かの制御を行うことができる。したがって、画像変調部２００の変調タイミングに同期して、偏光旋回液晶セル３１１のオン・オフを時間的に切り換えることで、図３に示すように、画素位置ａに表示が行われる表示状態と、画素位置ｂに表示が行われる表示状態とを時間軸方向で合成することができる。その結果、画像変調部２００の画素数の２倍の画素数を有する画像がスクリーン上に表示される。

図４は、偏光旋回液晶セル３１１の設定状態（オン状態、オフ状態）と駆動信号（駆動波形）との関係を示した図である。オン状態では±Ｖ（ボルト）の交流電圧が液晶セル３１１に印加され、オフ状態では０（ボルト）の電圧が液晶セル３１１に印加される。

図５は、偏光旋回液晶セル３１１の設定状態に対する偏光旋回液晶セル３１１の応答特性を示した図である。図５に示すように、液晶セル３１１がオフ状態からオン状態に移行する期間（立ち上がり期間）及び、液晶セル３１１がオン状態からオフ状態に移行する期間（立ち下がり期間）ともに、液晶セル３１１の状態が安定するまでに時間がかかる。ここでは、液晶セル３１１にオン電圧を印加してから液晶セル３１１が応答開始するまでの期間を立ち上がり応答遅延期間ｔ１、液晶セル３１１が応答開始してから液晶セル３１１が安定なオン状態に達するまでの期間を立ち上がり移行期間ｔ２、液晶セル３１１にオフ電圧を印加してから液晶セル３１１が応答開始するまでの期間を立ち下がり応答遅延期間ｔ３、液晶セル３１１が応答開始してから液晶セル３１１が安定なオフ状態に達するまでの期間を立ち下がり移行期間ｔ４としている。

図５からわかるように、偏光旋回液晶セル３１１の設定状態が切り換えられる際には、立ち上がり移行期間ｔ２及び立ち下がり移行期間ｔ４が存在しており、これらの移行期間では、偏光旋回液晶セル３１１はオン状態とオフ状態との中間状態となっている。そのため、偏光旋回液晶セル３１１からは水平方向の偏光成分及び垂直方向の偏光成分を有する光が出射される。その結果、複屈折板３１２及び３１３を通過した画像光は、画素位置ａ及び画素位置ｂに到達することとなる。すなわち、偏光旋回液晶セル３１１がオン状態であるときには、本来は画素位置ａのみに画像光が到達すべきであるにもかかわらず、画素位置ｂにも画像光が漏れ光として到達してしまう。同様に、偏光旋回液晶セル３１１がオフ状態であるときには、本来は画素位置ｂのみに画像光が到達すべきであるにもかかわらず、画素位置ａにも画像光が漏れ光として到達してしまう。したがって、漏れ光の影響によって適正な高品質の画像表示を行うことが妨げられてしまう。そこで、本実施形態では、以下に示すような補正を行うことにより、適正な高品質の画像表示が得られるようにしている。

図６は、本実施形態における補正方法を説明するためのタイミング図である。図６に示すように、第ｎフレームでは画素位置ａに、第ｎ＋１フレームでは画素位置ｂに、第ｎ＋２フレームでは画素位置ａに画像が表示されるものとする。また、偏光旋回液晶セル３１１の立ち上がり移行期間におけるフレームの切り換わり時点での漏れ光の割合をα、偏光旋回液晶セル３１１の立ち下がり移行期間におけるフレームの切り換わり時点での漏れ光の割合をβとしている。

上述した漏れ光の影響がないと仮定した場合に、第ｎフレームにおいて画素位置ａに表示される画像の輝度値をＶ₁ とし、第ｎ＋１フレームにおいて画素位置ｂに表示される画像の輝度値をＶ₂ とする。すなわち、漏れ光が全くなく、画像信号に対応した輝度値で表示が行われると仮定した場合の、画素位置ａ及び画素位置ｂでの輝度値をそれぞれＶ₁ 及びＶ₂ とする。しかしながら、実際には上述した漏れ光が生じるため、漏れ光の影響を考慮すると、第ｎフレーム及び第ｎ＋１フレームにおける画素位置ａでの輝度値Ｖ_a 、第ｎフレーム及び第ｎ＋１フレームにおける画素位置ｂでの輝度値Ｖ_b は、
Ｖ_a＝Ｖ₁−αＶ₁−βＶ₁＋βＶ₂＋αＶ₂ （１）
Ｖ_b＝Ｖ₂−αＶ₂−βＶ₂＋βＶ₁＋αＶ₁ （２）
と表される。すなわち、漏れ光の影響がある場合には、式（１）で表される輝度値で画素位置ａの表示が行われ、式（２）で表される輝度値で画素位置ｂの表示が行われることになる。

式（１）及び式（２）から、Ｖ₁ 及びＶ₂ を求めると、
Ｖ₁＝[(１−α−β)Ｖ_a−(α＋β)Ｖ_b]／[(１−α−β)²−(α＋β)²] （３）
Ｖ₂＝[(１−α−β)Ｖ_b−(α＋β)Ｖ_a]／[(１−α−β)²−(α＋β)²] （４）
となる。

上述したように、漏れ光の影響を考慮すると、画素位置ａでの輝度値はＶ_a であり、画素位置ｂでの輝度値はＶ_b となる。したがって、式（３）及び式（４）から輝度値Ｖ₁ 及びＶ₂ を求め、これらの輝度値Ｖ₁ 及びＶ₂ に対応した画像信号を画像変調部に供給することで、漏れ光の影響が抑制された適正な高品質の画像表示を行うことが可能となる。

上述したことを図１のブロック図で説明する。補正部１００には、第ｎフレームにおいて画素位置ａに表示されるべき画像の画像信号として輝度値Ｖ_a の画像信号が供給され、第ｎ＋１フレームにおいて画素位置ｂに表示されるべき画像の画像信号として輝度値Ｖ_b の画像信号が供給される。画像処理部１１０では、上述した漏れ光の割合α及びβを考慮して、上記式（３）及び式（４）から輝度値Ｖ₁ 及びＶ₂ を求め、これらの輝度値Ｖ₁ 及びＶ₂ を有する画像信号を補正された画像信号として画像変調部２００に供給する。画像変調部２００において、補正された画像信号に基づいて照明光を変調することで、漏れ光の影響が抑制された適正な画像表示を行うことができる。

なお、上述したような補正を行った場合、補正された画像信号の輝度値Ｖ₁ 及びＶ₂ が、画像変調部２００で表示可能な最大輝度値を越えてしまう場合がある。このような場合には、補正された画像信号の最大輝度値が、画像変調部２００で表示可能な最大輝度値を越えないように、ゲインを補正する。

画像変調部２００で表示可能な最大輝度値をMaxＶalとし、補正された画像信号の最大輝度値をMax(Ｖ_i)とすると、ゲインの補正係数Ｃは、
Ｃ＝MaxＶal／Max(Ｖ_i) （５）
と表される。

したがって、ゲイン補正後に画像変調部２００に供給される画像信号の輝度値Ｖ'₁ 及びＶ'₂ は、
Ｖ'₁＝Ｃ・Ｖ₁ （６）
Ｖ'₂＝Ｃ・Ｖ₂ （７）
となる。

図７は、上述した処理を行うための補正部１００の構成例を示したブロック図である。画像処理部１１０内に信号値演算部１１１及びゲイン演算部１１２が設けられ、信号値演算部１１１で漏れ光の影響を考慮した輝度値（Ｖ₁ 及びＶ₂ に対応）が求められ、ゲイン演算部１１２でゲイン補正された輝度値（Ｖ'₁ 及びＶ'₂ に対応）が求められ、ゲイン補正された輝度値（Ｖ'₁ 及びＶ'₂ ）を有する画像信号が画像変調部２００に供給されることになる。

このように、ゲイン補正を行うことにより、補正された画像信号の輝度値が画像変調部２００で表示可能な最大輝度値を越えてしまう場合にも、適正な高品質の画像表示を行うことが可能となる。

（実施形態２）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置（画像投影装置）の構成を模式的に示した図である。なお、基本的な機能構成については図１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

第１の実施形態では、単板式の画像投影装置を想定して説明をしたが、本実施形態では、照明部からの赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の照明光を時分割で画像変調部に供給することで、カラー画像を表示するようにしている。

光源５１０は、白色光を生じるものであり、例えば放電ランプが用いられる。光源５１０の出射側には、カラーホイール５２０が設けられている。カラーホイール５２０は、図９に示すように、Ｒ（赤）光を透過するＲフィルター部５２１Ｒ、Ｇ（緑）光を透過するＧフィルター部５２１Ｇ、及びＢ（青）光を透過するＢフィルター部５２１Ｂを有している。カラーホイール５２０を回転させることで、光源５１０からの照明光が、Ｒフィルター部５２１Ｒ、Ｇフィルター部５２１Ｇ及びＢフィルター部５２１Ｂを順次通過する。

カラーホイール５２０の出射面側には、偏光変換素子（ＰＳ変換素子）５３０、照明光学系５４０及び光量調整用の液晶シャッター５５０が設けられている。偏光変換素子５３０は、特定の偏光方向を持たない光源からの光を特定の偏光方向（本例では垂直方向）に揃えるものである。液晶シャッター５５０は、カラーホイール５２０の各フィルター部からの光量の比率を調整するためのものである。

画像変調部２００は、第１の実施形態と同様に、例えば表示用の透過型ＬＣＤによって構成されており、カラーホイール５２０のフィルター部に応じて出射光の色が決まる。透過型ＬＣＤの入射側には垂直方向の偏光透過軸を有する偏光板（図示せず）が設けられ、透過型ＬＣＤの出射側には水平方向の偏光透過軸を有する偏光板（図示せず）が設けられている。したがって、画像変調部２００からの出射光は、水平方向の偏光透過軸を有する偏光光となる。

画像変調部２００からの偏光光（変調光）は、光路シフトモジュール３１０に入射する。光路シフトモジュール３１０の基本的な構成及び動作は、第１の実施形態の図２と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。光路シフトモジュール３１０からの投影光は、投影光学系４００を介してスクリーン（図示せず）上に投影され、スクリーン上の画素位置ａ及びｂに表示が行われる。

第１の実施形態で説明したように、偏光旋回液晶セル３１１の設定状態が切り換えられる際の移行期間では、偏光旋回液晶セル３１１はオン状態とオフ状態との中間状態となっており、漏れ光の影響によって適正な画像表示を行うことが妨げられてしまう。本実施形態では、以下に示すような補正を行うことにより、適正な画像表示が得られるようにしている。

図１０は、本実施形態における補正方法を説明するためのタイミング図である。図１０に示すように、第ｎフレームでは画素位置ａにＲ画像、Ｇ画像及びＢ画像が表示され、第ｎ＋１フレームでは画素位置ｂにＲ画像、Ｇ画像及びＢ画像が表示される。また、第１の実施形態と同様に、偏光旋回液晶セル３１１の立ち上がり移行期間におけるフレームの切り換わり時点での漏れ光の割合をα、偏光旋回液晶セル３１１の立ち下がり移行期間におけるフレームの切り換わり時点での漏れ光の割合をβとしている。

第１の実施形態で説明したのと同様に、漏れ光の影響がないと仮定した場合に、第ｎフレームにおいて画素位置ａに表示されるＲ画像の輝度値をＲ₁ とし、第ｎ＋１フレームにおいて画素位置ｂに表示されるＲ画像の輝度値をＲ₂ とする。実際には漏れ光があるため、漏れ光の影響を考慮した場合には、第ｎフレーム及び第ｎ＋１フレームにおける画素位置ａでのＲ画像の輝度値Ｒ_a 、第ｎフレーム及び第ｎ＋１フレームにおける画素位置ｂでのＲ画像の輝度値Ｒ_b は、
Ｒ_a＝Ｒ₁−αＲ₁＋βＲ₂ （８）
Ｒ_b＝Ｒ₂−βＲ₂＋αＲ₁ （９）
と表される。すなわち、漏れ光の影響がある場合には、式（８）で表される輝度値で画素位置ａにＲ画像の表示が行われ、式（９）で表される輝度値で画素位置ｂにＲ画像の表示が行われることになる。

式（８）及び式（９）から、Ｒ₁ 及びＲ₂ を求めると、
Ｒ₁＝[(１−β)Ｒ_a−βＲ_b]／(１−α−β) （１０）
Ｒ₂＝[(１−α)Ｒ_b−αＲ_a]／(１−α−β) （１１）
となる。

同様に、Ｂ画像については、
Ｂ_a＝Ｂ₁−βＢ₁＋αＢ₂ （１２）
Ｂ_b＝Ｂ₂−αＢ₂＋βＢ₁ （１３）
と表され、漏れ光の影響がある場合には、式（１２）で表される輝度値で画素位置ａにＢ画像の表示が行われ、式（１３）で表される輝度値で画素位置ｂにＢ画像の表示が行われることになる。

式（１２）及び式（１３）から、Ｂ₁ 及びＢ₂ を求めると、
Ｂ₁＝[(１−α)Ｂ_a−αＲ_b]／(１−α−β) （１４）
Ｂ₂＝[(１−β)Ｂ_b−βＲ_a]／(１−α−β) （１５）
となる。

Ｇ画像については、偏光旋回液晶セル３１１の立ち上がり移行期間及び立ち下がり移行期間において表示が行われないため、漏れ光の影響を考慮する必要はなく、Ｇ₁＝Ｇ_a 、Ｇ₂＝Ｇ_b であり、漏れ光の影響を考慮した補正は行わない。

このように、本実施形態においても、式（１０）及び式（１１）から輝度値Ｒ₁ 及びＲ₂ を求めるとともに、式（１４）及び式（１５）から輝度値Ｂ₁ 及びＢ₂ を求め、これらの輝度値Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｂ₁ 及びＢ₂ に対応した画像信号を画像変調部に供給することで、第１の実施形態と同様に、漏れ光の影響が抑制された適正な高品質の画像表示を行うことが可能となる。

なお、上述したような補正を行った場合、第１の実施形態でも述べたように、補正された画像信号の輝度値Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｂ₁ 及びＢ₂ が、画像変調部２００で表示可能な最大輝度値を越えてしまう場合がある。このような場合には、第１の実施形態と同様に、補正された画像信号の最大輝度値が、画像変調部２００で表示可能な最大輝度値を越えないように、ゲインを補正する。

画像変調部２００で表示可能な最大輝度値をMaxＶalとし、補正されたＲ画像及びＢ画像の画像信号の最大輝度値をMax(Ｒ_i,Ｂ_i)とすると、ゲインの補正係数Ｃは、
Ｃ＝MaxＶal／Max(Ｒ_i,Ｂ_i) （１６）
と表される。

したがって、ゲイン補正後に画像変調部２００に供給される画像信号の輝度値Ｒ'₁、Ｒ'₂、Ｂ'₁ 及びＢ'₂ は、
Ｒ'₁＝Ｃ・Ｒ₁ （１７）
Ｒ'₂＝Ｃ・Ｒ₂ （１８）
Ｂ'₁＝Ｃ・Ｂ₁ （１９）
Ｂ'₂＝Ｃ・Ｂ₂ （２０）
となる。

ただし、Ｒ画像及びＢ画像のみについてゲイン補正を行い、Ｇ画像についてゲイン補正を行わないとすると、ホワイトバランスが崩れるおそれがある。そこで、Ｇ画像についても同様にゲイン補正を行うと、
Ｇ'₁＝Ｃ・Ｇ₁ （２１）
Ｇ'₂＝Ｃ・Ｇ₂ （２２）
となる。

図１１は、上述した処理を行うための補正部１００の構成例を示したブロック図である。画像処理部１１０に信号値演算部１１１、ゲイン演算部１１２及びホワイトバランス調整部１１３が設けられている。信号値演算部１１１で漏れ光の影響を考慮した輝度値（Ｒ₁、Ｒ₂、Ｂ₁ 及びＢ₂ に対応）が求められ、ゲイン演算部１１２でゲイン補正された輝度値（Ｒ'₁、Ｒ'₂、Ｂ'₁ 及びＢ'₂ に対応）が求められ、さらにホワイトバランス調整部１１３でホワイトバランスが調整された輝度値（Ｒ'₁、Ｒ'₂、Ｂ'₁、Ｂ'₂、Ｇ'₁ 及びＧ'₂ に対応）が求められ、ホワイトバランスが調整された輝度値を有する画像信号が画像変調部２００に供給されることになる。

このように、ゲイン補正やホワイトバランス調整を行うことにより、補正された画像信号の輝度値が画像変調部２００で表示可能な最大輝度値を越えてしまう場合にも、適正な高品質の画像表示を行うことが可能となる。

図１２は、本実施形態の変更例の構成を模式的に示した図である。図８に示した例では、白色光を生じる光源５１０とカラーホイール５２０を用いて、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の照明光を時分割で画像変調部２００に供給するようにしたが、本変更例では、Ｒ発光部５１０Ｒ、Ｇ発光部５１０Ｇ及びＢ発光部５１０Ｂからなる光源（ＬＥＤ光源）５１０を用い、Ｒ発光部５１０Ｒ、Ｇ発光部５１０Ｇ及びＢ発光部５１０Ｂを順次発光させることにより、照明光を時分割で画像変調部２００に供給するようにしている。その他の基本的な構成は図８と同様である。このような構成を用いても、漏れ光の影響が抑制された適正な高品質の画像表示を行うことが可能となる。

（実施形態３）
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る画像表示装置（画像投影装置）の構成を模式的に示した図である。なお、基本的な機能や構成については第１及び第２の実施形態と同様であり、それらの詳細な説明は省略する。

第２の実施形態では２点画素ずらしを想定していたが、本実施形態では４点画素ずらしを想定している。そのため、光路シフトモジュール３１０は、２つの偏光旋回液晶セル３１１ａ及び３１１ｂと、２つの複屈折板３１２及び３１３とによって構成されている。

偏光旋回液晶セル３１１ａにオフ電圧が、偏光旋回液晶セル３１１ｂにもオフ電圧が印加されている場合の動作を説明する。図１３に示すように、画像変調部２００からは、画像光（変調光）として、水平方向の偏光透過軸を有する偏光光が出射される。偏光旋回液晶セル３１１ａにはオフ電圧が印加されているため、水平方向の偏光透過軸を有する偏光光は偏光旋回液晶セル３１１ａで９０度旋回し、偏光旋回液晶セル３１１ａからは垂直方向の偏光透過軸を有する偏光光が出射される。そのため、偏光旋回液晶セル３１１ａから出射された偏光光は、複屈折板３１２でシフトせずに複屈折板３１２を通過する。偏光旋回液晶セル３１１ｂにはオフ電圧が印加されているため、垂直方向の偏光透過軸を有する偏光光は偏光旋回液晶セル３１１ｂで９０度旋回し、偏光旋回液晶セル３１１ｂからは水平方向の偏光透過軸を有する偏光光が出射される。そのため、偏光旋回液晶セル３１１ｂから出射された偏光光は、複屈折板３１３でシフトせずに複屈折板３１３を通過する。その結果、画像光の光線はスクリーン上の画素位置ａに到達する。

詳細な説明は省略するが、偏光旋回液晶セル３１１ａにオン電圧が、偏光旋回液晶セル３１１ｂにもオン電圧が印加されている場合には、画像光の光線はスクリーン上の画素位置ｂに到達する。また、偏光旋回液晶セル３１１ａにオン電圧が、偏光旋回液晶セル３１１ｂにオフ電圧が印加されている場合には、画像光の光線はスクリーン上の画素位置ｃに到達する。また、偏光旋回液晶セル３１１ａにオフ電圧が、偏光旋回液晶セル３１１ｂにオン電圧が印加されている場合には、画像光の光線はスクリーン上の画素位置ｄに到達する。

このようにして、画像変調部２００の画素数の４倍の画素数を有する画像がスクリーン上に表示される。

第１の実施形態で説明したように、偏光旋回液晶セルの設定状態が切り換えられる際の移行期間では、偏光旋回液晶セルはオン状態とオフ状態との中間状態となっており、漏れ光の影響によって適正な画像表示を行うことが妨げられてしまう。本実施形態では、以下に示すような補正を行うことにより、適正な画像表示が得られるようにしている。

図１４は、本実施形態における補正方法を説明するためのタイミング図である。図１４に示すように、第ｎフレームでは画素位置ａにＲ、Ｇ及びＢ画像が、第ｎ＋１フレームでは画素位置ｂにＲ、Ｇ及びＢ画像が、第ｎ＋２フレームでは画素位置ｃにＲ、Ｇ及びＢ画像が、第ｎ＋３フレームでは画素位置ｄにＲ、Ｇ及びＢ画像が表示される。また、第１の実施形態と同様に、偏光旋回液晶セル３１１ａ及び３１１ｂの立ち上がり移行期間におけるフレームの切り換わり時点での漏れ光の割合をα、偏光旋回液晶セル３１１ａ及び３１１ｂの立ち下がり移行期間におけるフレームの切り換わり時点での漏れ光の割合をβとしている。

第１及び第２の実施形態で説明したのと同様に、漏れ光の影響がないと仮定した場合に、第ｎフレームにおいて画素位置ａに表示されるＲ画像の輝度値をＲ₁ とし、第ｎ＋１フレームにおいて画素位置ｂに表示されるＲ画像の輝度値をＲ₂ とし、第ｎ＋２フレームにおいて画素位置ｃに表示されるＲ画像の輝度値をＲ₃ とし、第ｎ＋３フレームにおいて画素位置ｄに表示されるＲ画像の輝度値をＲ₄ とする。実際には漏れ光があるため、漏れ光の影響を考慮した場合には、第ｎフレーム〜第ｎ＋３フレームにおける画素位置ａでのＲ画像の輝度値Ｒ_a、画素位置ｂでのＲ画像の輝度値Ｒ_b、画素位置ｃでのＲ画像の輝度値Ｒ_c、画素位置ｄでのＲ画像の輝度値Ｒ_d は、
Ｒ_a＝Ｒ₁−αＲ₁＋βＲ₂ （２３）
Ｒ_b＝Ｒ₂−βＲ₂＋βＲ₃ （２４）
Ｒ_c＝Ｒ₃−βＲ₃＋αＲ₄ （２５）
Ｒ_d＝Ｒ₄−αＲ₄＋αＲ₁ （２６）
と表される。

同様に、Ｂ画像については、
Ｂ_a＝Ｂ₁−βＢ₁＋αＢ₂ （２７）
Ｂ_b＝Ｂ₂−βＢ₂＋βＢ₃ （２８）
Ｂ_c＝Ｂ₃−αＢ₃＋βＢ₄ （２９）
Ｂ_d＝Ｂ₄−αＢ₄＋αＢ₁ （３０）
と表される。

Ｇ画像については、偏光旋回液晶セルの立ち上がり移行期間及び立ち下がり移行期間において表示が行われないため、漏れ光の影響を考慮する必要はなく、Ｇ_a＝Ｇ₁、Ｇ_b＝Ｇ₂、Ｇ_c＝Ｇ₃、Ｇ_d＝Ｇ₄ であり、漏れ光の影響を考慮した補正は行わない。

第１及び第２の実施形態と同様にして、式（２３）〜式（２６）から輝度値Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃ 及びＲ₄ を求めるとともに、式（２７）〜式（３０）から輝度値Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃ 及びＢ₄ を求め、これらの輝度値Ｒ₁〜Ｒ₄ 及びＢ₁ 〜Ｂ₄ に対応した画像信号を画像変調部に供給することで、第１及び第２の実施形態と同様に、漏れ光の影響が抑制された適正な高品質の画像表示を行うことが可能となる。

なお、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、ゲイン補正やホワイトバランス調整を行うようにしてもよい。また、本実施形態においても、図１５に示すように、第２の実施形態と同様に、Ｒ発光部５１０Ｒ、Ｇ発光部５１０Ｇ及びＢ発光部５１０Ｂからなる光源（ＬＥＤ光源）５１０を用いるようにしてもよい。

（実施形態４）
図１６は、本発明の第４の実施形態に係る画像表示装置（画像投影装置）の機能的な構成を示したブロック図である。なお、基本的な構成については、第１〜第３の実施形態で説明した構成と同様であり、それらの詳細な説明は省略する。

本実施形態では、光路シフト部３００に光路シフトモジュールセンサ部３３０を設けている。図１７は、光路シフトモジュールセンサ部３３０の構成例を示した図である。

光路シフトモジュールセンサ部３３０は、測定用光源３３１、偏光板３３２、偏光板３３３及び受光素子３３４を有しており、測定用光源３３１から出射された測定光が、偏光板３３２、偏光旋回液晶セル３１１及び偏光板３３３を介して受光素子３３４に入射するようになっている。この光路シフトモジュールセンサ部３３０により、偏光旋回液晶セル３１１の応答特性を測定することが可能である。

ＬＥＤで構成された測定用光源３３１からの測定光は、偏光板３３２によって一方向に偏光方向が揃えられ、偏光旋回液晶セル３１１に供給される。偏光旋回液晶セル３１１を挟んで偏光板３３２と対向する位置には、偏光板３３３が設けられている。偏光板３３２と偏光板３３３とは、互いの偏光透過軸が同一方向になるように配置されている。偏光板３３３を通過した測定光は、フォトダイオードで構成された受光素子３３４に入射する。受光素子３３４からは、受光した測定光の光量に応じた光電変換信号が出力されるが、この光電変換信号は偏光旋回液晶セル３１１の応答特性に対応する。

偏光旋回液晶セル３１１の応答特性は温度等の応じて変化するため、図６等における漏れ光の割合α及びβも温度等に応じて変化する。本実施形態では、光路シフトモジュールセンサ部３３０によって取得された応答特性に基づいて、画像処理部１１０で上記α及びβを求め、このようにして求めたα及びβを先に示した各計算式に反映させるようにしている。すなわち、応答特性の変動に応じて、パラメータα及びβを変更するようにしている。

このように、本実施形態では、光路シフトモジュールセンサ部３３０を設けることにより、偏光旋回液晶セル３１１の応答特性の変動、すなわちα及びβの変動に応じた最適な補正演算を行うことができる。したがって、常に漏れ光の影響が的確に抑制された適正な高品質の画像表示を行うことが可能となる。

なお、光路シフトモジュールセンサ部３３０は、図１７に示すように、画像変調部で変調された変調光が通過する領域外の領域に配置されている。すなわち、画像変調部からの投影光（画像光）が通過する有効範囲以外の非有効範囲に、光路シフトモジュールセンサ部３３０は配置されている。このように、非有効範囲に光路シフトモジュールセンサ部３３０を配置することで、画像光に何ら影響を与えることなく、偏光旋回液晶セル３１１の応答特性を測定することが可能である。したがって、画像表示を行っている期間中であっても、偏光旋回液晶セル３１１の応答特性をリアルタイムで常時取得することが可能である。

（実施形態５）
図１８は、本発明の第５の実施形態に係る画像表示装置（画像投影装置）の機能的な構成を示したブロック図である。なお、基本的な構成については、第１〜第３の実施形態で説明した構成と同様であり、それらの詳細な説明は省略する。

本実施形態でも、上述した第４の実施形態と同様に、図１７に示したような光路シフトモジュールセンサ部３３０を設けている。本実施形態では、光路シフトモジュールセンサ部３３０によって取得された偏光旋回液晶セル３１１の応答特性に基づき、光路シフトモジュール制御部３２０により、変調光の各光路における漏れ光の割合が略等しくなるように、すなわちαとβの値が略等しくなるように、偏光旋回液晶セル３１１の駆動を制御している。

図１９は、偏光旋回液晶セル３１１の駆動制御について示した図である。図１９に示した例では、駆動信号の電圧を変化させる（例えば、電圧値を徐々に変化させる）ことで、偏光旋回液晶セル３１１の立ち上がり特性や立ち下がり特性を変化させて、αとβの値が略等しくなるように制御している。なお、駆動信号の周波数を変化させる、或いはオン期間及びオフ期間の比率を変化させることで、αとβの値が略等しくなるように制御を行うようにしてもよい。

このように、本実施形態では、αとβの値が略等しくなるように偏光旋回液晶セル３１１の駆動を制御することにより、α＝βとなるので、先に示した各計算式が簡単化される。したがって、補正部１００（特に画層処理部１１０）の構成を簡単化することが可能となる。

（実施形態６）
上述した各実施形態では、漏れ光の影響をできる限り除去するようにしていたが、漏れ光の影響を除去することによって、画像の忠実性は向上するが、コントラストが下がるおそれがある。そこで、本実施形態では、以下のような構成を採用することで、所望の或いは的確な画像表示を行うようにしている。

図２０は、本実施形態の第１の構成例を示したブロック図である。本構成例では、補正部１００に漏れ光影響除去スイッチ（選択スイッチ）１３０を設けている。スイッチ１３０を画像処理部１１０に接続した場合、上述した各実施形態で説明したような漏れ光の影響を除去するための補正処理が行われる。スイッチ１３０を画像処理部１１０から切り離した場合には、そのような補正処理は行われない。このような構成により、使用者の要求（例えば、画像の忠実性を優先するか或いはコントラストを優先するか等）に応じた的確な画像表示を行うことができる。

図２１は、本実施形態の第２の構成例を示したブロック図である。本構成例では、補正部１００に漏れ光影響除去レベル設定部１４０を設けている。設定部１４０によって漏れ光影響除去レベル（０％以上で１００％以下）を所望のレベルに設定することで、画像の忠実性とコントラストとのバランスを的確に設定することができ、的確な画像表示を行うことが可能である。

図２２は、本実施形態の第３の構成例を示したブロック図である。本構成例では、補正部１００に漏れ光影響除去レベル設定部１４０及び画質判定部１５０を設けている。画質判定部１５０では画像信号から画質（例えば画像の種類）を判定し、漏れ光影響除去レベル設定部１４０ではその判定結果に基づいて漏れ光影響除去レベルを設定する。このような構成により、画質に応じた適正な漏れ光影響除去レベルを自動的に設定することができ、的確な画像表示を行うことが可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置の機能的な構成を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係り、光路シフトモジュールの構成例を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係り、画像ずらしの表示状態を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係り、偏光旋回液晶セルの設定状態と駆動信号との関係を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係り、偏光旋回液晶セルの設定状態に対する偏光旋回液晶セルの応答特性を示した図である。 本発明の第１の実施形態の補正方法を説明するためのタイミング図である。 本発明の第１の実施形態に係り、補正部の構成例を示したブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置の構成例を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態に係り、カラーホイールの構成例を示した図である。 本発明の第２の実施形態の補正方法を説明するためのタイミング図である。 本発明の第２の実施形態に係り、補正部の構成例を示したブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置の変更例の構成を模式的に示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る画像表示装置の構成例を模式的に示した図である。 本発明の第３の実施形態の補正方法を説明するためのタイミング図である。 本発明の第３の実施形態に係る画像表示装置の変更例の構成を模式的に示した図である。 本発明の第４の実施形態に係る画像表示装置の機能的な構成を示したブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係り、光路シフトモジュールセンサ部の構成例を示した図である。 本発明の第５の実施形態に係る画像表示装置の機能的な構成を示したブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係り、偏光旋回液晶セルの駆動制御について示した図である。 本発明の第６の実施形態に係り、補正部の構成の一例を示したブロック図である。 本発明の第６の実施形態に係り、補正部の構成の他の例を示したブロック図である。 本発明の第６の実施形態に係り、補正部の構成のさらに他の例を示したブロック図である。

符号の説明

１００…補正部 １１０…画像処理部
１１１…信号値演算部 １１２…ゲイン演算部
１１３…ホワイトバランス調整部
１２０…フレームメモリ １３０…漏れ光影響除去スイッチ
１４０…漏れ光影響除去レベル設定部 １５０…画質判定部
２００…画像変調部
３００…光路シフト部 ３１０…光路シフトモジュール
３１１…偏光旋回液晶セル ３１２、３１３…複屈折板
３２０…光路シフトモジュール制御部
３３０…光路シフトモジュールセンサ部 ３３１…測定用光源
３３２、３３３…偏光板 ３３４…受光素子
４００…投射光学部
５１０…光源 ５２０…カラーホイール ５３０…偏光変換素子
５４０…照明光学系 ５５０…液晶シャッター

Claims (10)

1. 画像信号に応じて変調された変調光を生成する画像変調手段と、
   前記画像変調手段で生成された変調光の光路をシフト可能な光路シフト手段と、
   前記光路シフト手段を通過した変調光をスクリーンに投影する投影光学手段と、
   前記光路シフト手段を通過した変調光の目的とする光路以外の光路への漏れ光を考慮して、前記画像変調手段で生成される変調光の変調量を補正する補正手段と、
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記画像変調手段は、複数色の変調光を生成するものであり、
   前記補正手段は、前記複数色の色毎に変調光の変調量を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記補正手段は、
   前記漏れ光を考慮して画像信号の輝度値を色毎に補正する信号値演算手段と、
   前記信号値演算手段で色毎に補正された画像信号の最大輝度値が、前記画像変調手段で表示可能な最大輝度値を越えないように、前記信号値演算手段で補正された画像信号のゲインを補正するゲイン演算手段と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記補正手段は、前記ゲイン演算手段でゲインが補正された色毎の画像信号に対して、ホワイトバランスの調整を行うホワイトバランス調整手段をさらに有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記光路シフト手段は、
   前記画像変調手段で生成された変調光に対して偏光旋回をする／しないを制御する偏光旋回液晶セルと、
   前記旋回液晶セルからの変調光が入射する複屈折板と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記光路シフト手段は、前記偏光旋回液晶セルの応答特性を取得するセンシング手段をさらに有し、
   前記補正手段は、前記センシング手段で取得された応答特性に応じて、前記画像変調手段で生成される変調光の変調量を補正するためのパラメータを変更する
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記光路シフト手段は、前記変調光の各光路における漏れ光の割合が互いに略等しくなるように、前記偏光旋回液晶セルの駆動を制御する駆動制御手段をさらに有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
8. 前記補正手段は、
   前記漏れ光の影響を除去するための画像処理を行う画像処理手段と、
   前記画像処理手段によって前記漏れ光の影響を除去するための画像処理を行うか否かを選択する選択スイッチと、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
9. 前記補正手段は、
   前記漏れ光の影響を除去するための画像処理を行う画像処理手段と、
   前記画像処理における漏れ光の影響を除去する度合いを設定する設定手段と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
10. 前記補正手段は、
    前記漏れ光の影響を除去するための画像処理を行う画像処理手段と、
    入力する画像信号の画質を判定する画質判定手段と、
    前記画質判定手段で判定された画質に応じて、前記画像処理における漏れ光の影響を除去する度合いを設定する設定手段と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。

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