JP2006330070A - 多原色表示方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型にできると共に、時間分解能の低下を招くことなく、高精細でかつより細かい階調で多原色表示できる多原色表示方法および装置を提供する。
【解決手段】４原色以上の多原色により画像を表示するにあたり、２以上の原色光により第１画像を形成し、この第１画像を、その原色光の分光特性とは異なる２以上の原色からなる第２画像で空間的に変調して４原色以上の多原色からなる画像を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、４原色以上の多原色により画像を表示して広色域の画像再現を行う多原色表示方法および装置に関するものである。

例えば、スキャナーやデジタルカメラなどにより入力されたデジタルカラー画像を表示する手段として、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、液晶プロジェクタ等の表示装置が広く用いられている。これらの表示装置は、通常ＲＧＢ３原色の加法混色によりさまざまな色を再現している。

しかし、３原色の加法混色により表現できる色の範囲は、色度図上の３原色により形成される３角形の内側の範囲に限られる。このため、自然界に存在する全ての色を再現することはできず、特に彩度の高いあざやかな色合いを正確に再現できない場合がある。

このような問題を解決する取り組みとして、原色数を４つ以上に増やし、多原色により画像表示を行うことで、広範囲の色再現域を実現して画像を正確に再現する多原色表示方法が幾つか提案されている（例えば、特許文献１乃至５参照）。
特開２０００−３３８９５０号公報 特開２００３−１０７４７２号公報 特開２００３−２２８３６０号公報 特開２００３−２４９１７４号公報 特開２００４−２８６９６３号公報

しかしながら、従来提案されている多原色表示方法にあっては、上記に挙げたいずれの方法も、原色数を従来の３原色より増やすことによる装置構成上の問題がある。

例えば、特許文献１に開示の色再現システムにあっては、２台のプロジェクタを使用するため、装置が大型になるという問題があり、特許文献３に開示の映像表示装置においても、各々の原色に対応する空間光変調素子に対して、それぞれ光路を設ける必要があるため、同様に装置が大型になるという問題がある。

また、特許文献４に開示のプラズマディスプレイ装置にあっては、一つの画素を構成するための各原色のサブ画素を、原色数の分だけ用意する必要があるため、解像度の低下を招くという問題がある。さらに、特許文献２に開示の画像表示装置および特許文献５に開示の投射型表示装置にあっては、時間方向に原色を分割して変調を行うことで、従来の３原色ディスプレイと同様に、小型で高解像度な多原色表示を実現しているが、時間方向に分割して原色を変調するため、原色数を増やすとその分従来の３原色に比べて時間分解能が低下するという問題がある。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、小型にできると共に、時間分解能の低下を招くことなく、高精細でかつより細かい階調で多原色表示できる多原色表示方法および装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成する請求項１に係る多原色表示方法の発明は、４原色以上の多原色により画像を表示するにあたり、
２以上の原色光により第１画像を形成し、
この第１画像を、その原色光の分光特性とは異なる２以上の原色からなる第２画像で空間的に変調して４原色以上の多原色からなる画像を表示することを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の多原色表示方法において、
上記第２画像を形成する少なくとも１以上の原色は、上記第１画像を形成する少なくとも２以上の原色光と一部オーバーラップする波長帯域を有し、
かつ、上記第１画像を形成する少なくとも１以上の原色光は、上記第２画像を形成する少なくとも２以上の原色と一部オーバーラップする波長帯域を有することを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の多原色表示方法において、
上記第１画像は、上記２以上の原色光を空間的に変調して形成することを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載の多原色表示方法において、
上記第１画像は、上記２以上の原色光を空間的に発光させて形成することを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の多原色表示方法において、
上記第２画像は、上記２以上の原色による光を空間的に変調して形成することを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１または２に記載の多原色表示方法において、
上記第２画像は、上記２以上の原色により画像媒体に顕像化して形成することを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する請求項７に係る発明は、４原色以上の多原色により画像を表示する多原色表示装置において、
２以上の原色光により第１画像を形成する第１画像形成手段と、
上記第１画像の原色光の分光特性とは異なる２以上の原色からなる第２画像を形成する第２画像形成手段とを有し、
上記第１画像形成手段で形成された上記第１画像を、上記第２画像形成手段で形成された上記第２画像で空間的に変調して４原色以上の多原色からなる画像を表示することを特徴とするものである。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の多原色表示装置において、
上記第２画像を形成する少なくとも１以上の原色は、上記第１画像を形成する少なくとも２以上の原色光と一部オーバーラップする波長帯域を有し、
かつ、上記第１画像を形成する少なくとも１以上の原色光は、上記第２画像を形成する少なくとも２以上の原色と一部オーバーラップする波長帯域を有することを特徴とするものである。

請求項９に係る発明は、請求項７または８に記載の多原色表示装置において、
上記第１画像形成手段または上記第２画像形成手段の少なくとも一方の空間方向の位置を調整する位置調整手段を有することを特徴とするものである。

請求項１０に係る発明は、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の多原色表示装置において、
上記第１画像形成手段または上記第２画像形成手段の少なくとも一方に入力する画像信号の幾何学的な補正を行う幾何変換手段を有することを特徴とするものである。

請求項１１に係る発明は、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の多原色表示装置において、
３刺激値または３原色による画像信号を入力して４原色以上の多原色の信号に変換し、その少なくとも２原色以上の信号を上記第１画像形成手段に出力し、残りの２原色以上の信号を上記第２画像形成に出力する多原色信号変換手段を有することを特徴とするものである。

請求項１２に係る発明は、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の多原色表示装置において、
上記第２画像形成手段は、上記第２画像が顕像化された画像媒体であることを特徴とするものである。

請求項１３に係る発明は、請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の多原色表示装置において、
上記第１画像形成手段は、上記第２画像形成手段を結像位置として上記第１画像を投射するプロジェクタであることを特徴とするものである。

本発明によれば、２以上の原色光により第１画像を形成し、この第１画像を、その原色光の分光特性とは異なる２以上の原色からなる第２画像で空間的に変調して４原色以上の多原色からなる画像を表示するので、装置の小型化および簡略化が図れる。また、空間方向に原色の画素を増やして多原色化を行うのではなく、深さ方向に画素を増やすので、解像度の低下も生じない。さらに、第１画像および第２画像は、時間的に並列して形成可能であるので、原色数を増やしたことによる時間分解能の低下も生じない。また、第１画像および第２画像を形成することで各原色の強度変調を２段階で行うことができるので、従来の多原色表示に比べ、より細かい階調で画像を再現することも可能となる。

先ず、本発明による多原色表示方法の原理について、図１乃至図８を参照して説明する。

本発明による多原色表示方法の一例では、図１に示すように、例えば第１画像形成手段である第１画像を形成する第１空間光変調素子１の出力を、第２画像形成手段である第２画像を形成する第２空間光変調素子２へ入力して多原色表示を行う。ここで、第１空間光変調素子１および第２空間光変調素子２は、各々３原色の光を変調してそれぞれ第１画像および第２画像を形成するが、第１空間光変調素子１が変調する３原色と、第２空間光変調素子２が変調する３原色とは分光特性が異なっている。

図２は、図１の第１空間光変調素子１および第２空間光変調素子２がそれぞれ変調する原色の分光特性の一例を示す図である。ここでは、第２空間光変調素子２が、従来の３原色ディスプレイと同様のＲＧＢ（赤、緑、青）の分光特性による原色を使用し、第１空間光変調素子１が、ＲＧＢとは補色の関係にあるＣＭＹ（シアン、マゼンタ、イエロー）の分光特性による原色を使用する場合を例示している。なお、逆に、第１空間光変調素子１がＲＧＢの分光特性による原色を使用し、第２空間光変調素子２がＣＭＹの分光特性による原色を使用してもよい。

このように、第１空間光変調素子１および第２空間光変調素子２がそれぞれ変調する原色の分光特性は、一方の空間光変調素子における原色の分光特性が、他方の空間光変調素子における原色の分光特性と一部オーバーラップする波長帯域を持つように設定する。

図３（ａ）および（ｂ）は、図２の原色を用いた場合における多原色の生成方法を説明するための図である。

図３（ａ）に示すように、先ず、第１空間光変調素子１におけるＣＭＹの原色のうちＭ（マゼンタ）のみ透過させ、次に、第２空間光変調素子２おけるＲＧＢの原色のうちＢ（青）のみ透過させると、その透過光は図中のＰ１のような短波長よりの狭帯域な原色光となる。

また、図３（ｂ）に示すように、第１空間光変調素子１におけるＣＭＹの原色のうちＣ（シアン）のみ透過させ、第２空間光変調素子２においては上記と同様にＢ（青）のみ透過させると、その透過光は図中のＰ２のような、Ｐ１に比べやや長波長よりの狭帯域な原色光となる。

このようにして、第１空間光変調素子１のＣＭＹと第２空間光変調素子２のＲＧＢとの透過／非透過を組み合わせることで、図４（ａ）に示すような各々狭帯域な６つの原色（Ｐ１〜Ｐ６）を生成することができる。したがって、これらＰ１〜Ｐ６の原色を用いて加法混色を行えば、図４（ｂ）にＣＩＥ１９３１ｘｙ色度図を示すように、色度図上のＰ１〜Ｐ６からなる６角形内部の色が再現可能となり、従来の３原色表示に比べて広範囲の領域での色再現が可能となる。

なお、図４（ｂ）は、上記のＰ１〜Ｐ６の６原色による色再現範囲（色域）をｘｙ色度図の二次元平面上で示したが、実際には、これに明るさ成分を含めた三次元色空間においても色再現範囲（色立体）が定義できる。この場合、上記のＰ１〜Ｐ６の６原色の加法混色により定義される三次元色空間上の色立体は、多面体となり、その多面体の各々の頂点は、図５に示すように、０次色（一つも原色を使用しない状態の色、すなわち黒）、１次色（ある一つの原色のみ最大発光させた状態の色）、２次色（色度図上で互いに隣り合う２つの原色を最大発光させた状態の色）、３次色（色度図上で互いに隣り合う３つの原色を最大発光させた状態の色）、４次色（色度図上で互いに隣り合う４つの原色を最大発光させた状態の色）、５次色（色度図上で互いに隣り合う５つの原色を最大発光させた状態の色）、６次色（全ての原色を最大発光させた状態の色、すなわち白）で表される点となる。

したがって、図５に基づいて第１、第２空間光変調素子１，２のＣＭＹおよびＲＧＢの透過率を設定すれば、多原色表示（６原色表示）により再現可能な色立体の頂点の色を再現することが可能となる。なお、図５は、上記０次色〜６次色の色（但し、５次色は除く）を発光させるための第１、第２空間光変調素子１，２に与えるＣＭＹおよびＲＧＢの透過率（０が０％透過、１が１００％透過）について示している。

ここで、上記の例の場合には、５次色の色が再現不可能となる。その理由は、例えば、図６（ａ）に示すようにＰ１〜Ｐ６のどれか一つの原色だけ欠けたような分光特性の色は、第１、第２空間光変調素子１，２によるＣＭＹおよびＲＧＢの透過／非透過の組み合わせでは実行不可能だからである。このため、図６（ｂ）に、従来の多原色（６原色）表示方法と本発明による多原色（６原色）表示方法とにおける三次元色空間上の色立体を二次元平面で模式的に示すように、本発明による多原色（６原色）表示方法では5次色の再現ができないため、白に近い明るい色の領域において、従来の多原色（６原色）表示方法と比べて色立体が狭い領域が存在することになる。

このような問題は、例えば以下の方法によって解決することができる。先ず、５次色を除く１次色〜６次色の色について、図５に示した第１、第２空間光変調素子１，２の透過率を１よりも小さい値α（＜１）に設定して、色立体の各頂点の色を明るさ方向に全体的に縮小させて再現する。そして、本来であれば表示不可能な５次色の色を、第１、第２空間光変調素子１，２の透過率をαよりも大きな値β（α＜β≦１）に設定して再現する。このようにすれば、図７に示すように、色立体の絶対的な大きさは、明るさ方向に縮小するが、本発明による色再現可能領域内で、５次色を含めた従来の多原色表示による色再現範囲と相対的に同等な色再現範囲を実現することが可能となる。

以上説明したように、色立体の各頂点の色については、第１、第２空間光変調素子１，２の透過率を図５に示したように設定することにより再現することができる。

次に、本発明における多原色表示方法によって、上記の三次元色空間内の色立体内部（頂点以外）の色を再現する場合について説明する。

先ず、色立体を、０次色と０次色以外の頂点のうち隣り合う３つの頂点とで構成される四面体に分割する。次に、再現したい色立体内部の目標色が三次元色空間上のある座標値［Ｘ，Ｙ，Ｚ］で与えられたら、上記座標値［Ｘ，Ｙ，Ｚ］の目標色が上記分割された複数の四面体のうち、どの四面体内部に存在するかを判定して抽出する。その後、上記抽出された４面体の各頂点におけるＣＭＹＲＧＢの透過率および各頂点の三次元色空間上の座標値を用いて、上記［Ｘ，Ｙ，Ｚ］の目標色を再現するためのＣＭＹＲＧＢの各透過率を算出する。

例えば、図８に示すように、目標色［Ｘ，Ｙ，Ｚ］が色立体の０次色、Ｐ２、Ｐ１＋Ｐ２、Ｐ２＋Ｐ３で囲まれる四面体内部にあった場合には、上記０次色、Ｐ２、Ｐ１＋Ｐ２、Ｐ２＋Ｐ３の三次元色空間上における座標値をそれぞれ［Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０］、［Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１］、［Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２］、［Ｘ_３，Ｙ_３，Ｚ_３］とし、また上記０次色、Ｐ２、Ｐ１＋Ｐ２、Ｐ２＋Ｐ３を再現するためのＣＭＹＲＧＢの透過率を［０，０，０，０，０，０］、［１，０，０，１，１，０］、［１，０，０，０，１，０］、［１，１，０，１，０，０］として、目標色［Ｘ，Ｙ，Ｚ］を再現するためのＣＭＹＲＧＢの透過率［ｐ_０，ｐ_１，ｐ_２，ｐ_３，ｐ_４，ｐ_５］を、以下の式で算出する。

目標色が他の四面体内部にある場合でも、対応する四面体の各頂点の三次元色空間上における座標値と各頂点のＣＭＹＲＧＢの透過率とを用いて同様に計算することができる。

以上のように、第１、第２空間光変調素子１，２に与えるＣＭＹＲＧＢの透過率を算出することにより、色立体の頂点および内部の色全体を再現することができる。

本発明における多原色表示方法の一例によれば、互いに異なり、かつオーバーラップする波長帯域を持つ原色特性を有する第１、第２空間光変調素子１，２を用い、第１空間光変調素子１からの出力を第２空間光変調素子２に入力して変調することにより、多原色化を行うので、従来の３原色ディスプレイよりも広範囲の色再現範囲を実現することが可能となる。

なお、以上説明したＣＭＹＲＧＢの透過率の算出方法は、本発明の多原色表示による色立体内部の色を再現するための一例に過ぎず、同じ目標色［Ｘ，Ｙ，Ｚ］を再現するのであれば別のＣＭＹＲＧＢ透過率の組み合わせでも構わない。特に、第１、第２空間光変調素子１，２により各原色の強度を２段階で調整することができるので、透過率の組み合わせによっては、従来の多原色表示方法よりも格段に細かい階調特性で広色域の画像を再現することも可能である。

また、上述した本発明による多原色表示方法では、第１、第２空間光変調素子１，２が、図２に示したようなＣＭＹ系およびＲＧＢ系の原色特性を有するものとしたが、第１、第２空間光変調素子１，２が有する原色特性はこれに限らず、例えば図９に示すように、一方の空間光変調素子がＲＧＢの原色特性を有し、他方の空間光変調素子がＲＧＢの各々の中心波長において遷移波長を持つ櫛形の分光形状による２種類の原色特性（カラー１、カラー２）を有するようにしてもよい。

次に、本発明による多原色表示方法を実施する多原色表示装置の実施の形態について、図を参照しながら説明する。

（第１実施の形態）
図１０乃至図１３は第１実施の形態を示すもので、図１０は多原色表示装置の概略構成図、図１１は図１０の画像投射装置の詳細構成を示す図、図１２は図１１の回転フィルタの詳細構成を示す図、図１３は図１０の空間光変調素子の詳細構成を示す図である。

図１０に示すように、本実施の形態の多原色表示装置は、従来のＲＧＢ三原色の映像信号またはＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系におけるＸＹＺ三刺激値による映像信号を入力してＣ１〜Ｃ６で表される６原色の映像信号に変換する多原色信号変換手段である３原色／６原色信号変換部５、３原色／６原色信号変換部５により変換された６原色の映像信号のうちＣ１〜Ｃ３による３原色の映像信号を入力して第１画像である３原色画像を形成する第１画像形成手段である画像投射装置６、３原色／６原色信号変換部５により変換された６原色の映像信号のうち残りのＣ４〜Ｃ６による３原色の映像信号を入力して後述する空間光変調素子１０の制御を行う空間光変調素子ドライバ７、画像投射装置６により投射される３原色画像の結像位置を３次元的に調整するため該画像投射装置６の位置および向きを調整する位置調整手段である位置調整機構部８、画像投射装置６より投射された光を後述する空間光変調素子１０の面に対してほぼ垂直に入射させるように屈折および回折するフレネルレンズ９、空間光変調素子ドライバ７の制御に基づいてＣ４〜Ｃ６による３原色の第２画像を形成してフレネルレンズ９を通過した第１画像である３原色画像の光を変調する第２画像形成手段である空間光変調素子１０、および空間光変調素子１０により変調された光を拡散する拡散板１１を有している。かかる構成において、画像投射装置６は、図１に示した第１空間光変調素子１に相当し、また空間光変調素子１０は、図１に示した第２空間光変調素子２に相当する。

画像投射装置６は、具体的には、単板式ＤＬＰ（登録商標）プロジェクタ、三板式ＤＬＰプロジェクタ、透過型液晶プロジェクタ、反射型液晶プロジェクタ、レーザープロジェクタ、またはＬＥＤプロジェクタ等が使用される。

図１１は、画像投射装置６として単板式ＤＬＰプロジェクタを使用した場合の一例の構成を示すものである。この場合の画像投射装置６は、白色光源１２、集光レンズ１３、回転フィルタ１４、コリメータレンズ１５、ミラー１６、空間光変調素子（ＤＭＤ）１７、投射レンズ１８、回転フィルタドライバ１９、空間光変調素子ドライバ２０を有しており、３原色／６原色信号変換部５により変換されたＣ１〜Ｃ３の３原色の映像信号に基づいて、空間光変調素子１７および回転フィルタ１４を制御することにより、３原色の画像を時分割により変調して投射するように構成されている。

なお、本実施の形態では、回転フィルタ１４として、図１２に示すように、ＣＭＹ（シアン、マゼンタ、イエロー）の分光特性による３つのフィルタ２３Ｃ、２３Ｍ、２３Ｙが等角度または不等角度で配置されたものを使用し、これによりＣＭＹを３原色として時分割で変調された画像を投射するものとする。

空間光変調素子１０は、具体的には透過型カラー液晶パネル等が使用される。この空間光変調素子１０は、図１３に一例の詳細構成を示すように、従来のＲＧＢのフィルタが液晶パネルの各画素にマトリクス状に配置されて構成されており、図の破線で示される領域１６ＡがＲＧＢ３原色による１つのカラー画素を構成している。

位置調整機構部８は、画像投射装置６から投射される３原色画像の結像位置が、空間光変調素子１０の位置と同じになり、かつ画像投射装置６から投射される１つ画素が、図１３の領域１６Ａ（ＲＧＢ３原色により構成される１つのカラー画素）と同じ位置になるように、画像投射装置６の位置および向きを調整する。

本実施の形態では、以上の構成によって、画像投射装置６で変調されたＣＭＹの３原色画像を空間光変調素子１０に入力し、この空間光変調素子１０で更にＲＧＢの３原色で変調することにより、多原色画像を生成する。これにより、従来の３原色によるリア型プロジェクションシステムとほぼ同等の大きさで、広色域の画像再現が可能な多原色ディスプレイを実現することができる。すなわち、特許文献１に示したような従来のリア型プロジェクションによる多原色表示では、２台のプロジェクタを使用していたが、本実施の形態では、プロジェクタ１台で構成することができるので、非常にコンパクトな構成で多原色表示が実現できる。

なお、本実施の形態では、第２画像形成手段として透過型の空間光変調素子１０を用いているが、これに限ることはなく、例えば図１４に示すように反射型の空間光変調素子２１を用い、画像投射装置６で変調されたＣＭＹの３原色画像を、ハーフミラー２２で反射させた後、反射型の空間光変調素子２１でＲＧＢの３原色で変調してハーフミラー２２を経て観察可能に構成することもできる。この場合の反射型の空間光変調素子２１は、例えば、反射型液晶パネル、高分子分散液晶パネル、電子インクによるディスプレイデバイス等を用いて構成することができる。

（第２実施の形態）
図１５および図１６は第２実施の形態を示すもので、図１５は多原色表示装置の概略構成図、図１６は位置調整時に表示するテストチャート画像の一例を示す図である。

本実施の形態の多原色表示装置は、図１５に示すように、第１実施の形態における位置調整機構部８に代えて、幾何変換手段である画像幾何補正部２５、補正データ算出部２６および画像撮像装置２７を設けて、画像投射装置６と空間光変調素子１０との間の位置補正を自動的に行うようにしたものである。その他の構成は、第１実施の形態と同じであるので説明を省略する。

以下、本実施の形態における位置補正について説明する。先ず、第１ステップにおいて、画像投射装置６により図１６に示すような規則的に配列された複数の十字状の特徴点を有する位置調整用テストチャート画像２８を投射し、その位置調整用テストチャート画像２８を空間光変調素子１０で全画素透過率１００％で変調して、画像投射装置６によって拡散板１１に表示された位置調整用テストチャート画像２８を画像撮像装置２７により撮像する。

次に、第２ステップにおいて、画像投射装置６から全画素白（ＣＭＹが各々１００％輝度）を投射すると共に、空間光変調素子１０では図１６に示す位置調整用テストチャート画像２８の変調を行って、空間光変調素子１０によって拡散板１１に表示された位置調整用テストチャート画像２８を再び画像撮像装置２７により撮像する。

その後、第３ステップにおいて、補正データ算出部２６で、画像撮像装置２７により撮像された各々の画像から、画像投射装置６により表示されたテストパターン画像中の特徴点の位置と、空間光変調素子１０により表示されたテストパターン画像中の特徴点の位置とから、両者の画素位置の違いを検出して、その画素位置の違いを補正するような補正データを算出する。

最後に、第４ステップにおいて、補正データ算出部２６で算出された補正データに基づいて画像投射装置６に入力される画像の画素位置変換を行う。これにより、画像投射装置６から投射される画像の画素位置と空間光変調素子１０における画素位置とを自動的に一致させることができる。

本実施の形態によれば、画像投射装置６と空間光変調素子１０との画素位置を電気的に自動的に調整することができるので、第１実施の形態のように機械的に調整する場合と比べてメンテナンス時間を大幅に短縮することができる。

（第３実施の形態）
図１７および図１８は第３実施の形態を示すもので、図１７（ａ）および（ｂ）は多原色表示装置の全体構成を示す概略側面図および正面図、図１８は図１７の第１空間光変調素子および第２空間光変調素子の画素配列の構成および互いの配置関係の一例を示す図である。

本実施の形態の多原色表示装置は、図１７に示すように、白色光を発光する白色蛍光ランプ３１、白色蛍光ランプ３１により発光された光を反射してほぼ平行光とする放物面ミラー３２、放物面ミラー３２により反射された光を後述する第１空間光変調素子３４の全面にほぼ均一の光として導く導光板３３、導光板３３からの光を変調して第１画像を形成する第１空間光変調素子３４、第１空間光変調素子３４の直後に設置されて第１空間光変調素子３４で形成された第１画像を入射して第２画像で変調を行う第２空間光変調素子３５、第１、第２空間光変調素子３４，３５により変調された光の拡散を行う拡散板３６、従来のＲＧＢ映像信号またはＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系におけるＸＹＺ三刺激値による映像信号を入力してＣ１〜Ｃ６で表される６原色の映像信号に変換する３原色／６原色信号変換部３７、３原色／６原色信号変換部３７により変換された６原色の映像信号のうちＣ１〜Ｃ３による３原色の映像信号を入力して第１空間光変調素子３４の透過率の制御を行う第１空間光変調素子ドライバ３８、３原色／６原色信号変換部３７により変換された６原色の映像信号のうちＣ４〜Ｃ６による３原色の映像信号を入力して第２空間光変調素子３５の透過率の制御を行う第２空間光変調素子ドライバ３９、第２空間光変調素子３５の画素位置を調整する位置調整手段である位置調整機構部４０を有している。

第１空間光変調素子３４および第２空間光変調素子３５は、一般には透過型液晶素子（透過型液晶パネル）であり、例えば図１８に示すように、一方は各々ＣＭＹのフィルタが装着された画素をマトリクス状に配列して構成され、他方は各々ＲＧＢのフィルタが装着された画素をマトリクス状に配列して構成される。これら、第１、第２空間光変調素子３４，３５は、Ｙ方向に各々半画素分ずらした位置に設置され、これにより図１８に部分拡大図をも示すように、図４に示したＰ１〜Ｐ６の各原色画素が、各々空間光変調素子３４，３５の半画素分の大きさで生成され、これら６つの各原色の画素による並置加法混色によって、６原色による一つのカラー画素が表示される。

また、位置調整機構部４０により、第２空間光変調素子３５を第１空間光変調素子３４に対してＹ方向に半画素分ずらした位置から更にＹ方向に微調整することにより、例えばＰ１とＰ２に割り当てる原色の画素の大きさを調整することができる（なお、この場合、Ｐ３とＰ４、またＰ５とＰ６も同時に大きさが変更される）。これにより、各原色の相対的な強度を調整してトータルの白バランスを調整することができる。

以上のように、各々異なる原色特性をもつ第１、第２空間光変調素子３４，３５を半画素分ずらして重ねることで多原色化が可能となり、これにより非常に薄型の多原色ディスプレイを構築することができる。

なお、以上の説明では、図１８に示したように第１、第２空間光変調素子３４，３５を縦方向（Ｙ方向）にずらして多原色の画素を構成したが、これに限ることはなく、例えば図１９に示すように、横方向（Ｘ方向）にずらしても同様な効果を得ることができる。また、第１、第２空間光変調素子３４，３５として、ＣＭＹおよびＲＧＢのフィルタを各々図２０に示すような順番でモザイク上に配列したものを使用し、これらを例えば横方向（Ｘ方向）にずらして配置して多原色化することもできる。

（第４実施の形態）
図２１は、本発明の第４実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成図である。

本実施の形態は、第３実施の形態において、第１画像形成手段を構成する透過型の第１空間光変調素子３４を自発光型ディスプレイデバイス４１に置き換え、この自発光型ディスプレイデバイス４１を３原色／６原色信号変換部３７からの３原色の映像信号Ｃ１〜Ｃ３に基づいてディスプレイデバイスドライバ４２により駆動制御するようにしたものである。したがって、第３実施の形態で説明した白色蛍光ランプ３１、放物面ミラー３２および導光板３３は不要となる。その他の構成は、第３実施の形態と同様なので説明を省略する。

ここで、自発光型ディスプレイデバイス４１は、例えばＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、ＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）、ＳＥＤ（表面電界ディスプレイ）、またはＥＬ（エミッションルミネセンス）素子やＬＥＤ素子をマトリックス状に並べて画像を表示するものを使用することができる。

なお、自発光型ディスプレイデバイス４１は、ＣＭＹ系またはＲＧＢ系の原色による素子を用いて画像（第１画像）を表示するものを使用し、透過型の第２空間光変調素子３５は、ＲＧＢ系またはＣＭＹ系の原色フィルタ等を用いたものを使用する。また、これら自発光型ディスプレイデバイス４１および第２空間光変調素子３５は、第３実施の形態と同様に、図１８、図１９または図２０に示したように、半画素分ずらして配置する。

本実施の形態によれば、第３実施の形態と同様に、多原色のディスプレイが実現できる。また、第３実施の形態と比較して、白色蛍光ランプ３１等が不要となることから、薄型でありながら低消費電力の多原色ディスプレイを実現することができる。

（第５実施の形態）
図２２および図２３は本発明の第５実施の形態を示すもので、図２２は多原色表示装置の概略構成図、図２３は図２２の第１、第２回転フィルタの構成およびそれらの回転位相を示す図である。

本実施の形態における多原色表示装置は、１台のプロジェクタ内に第１、第２空間光変調素子４５，４６を設け、第１空間光変調素子４５により変調された光（第１画像）を第２空間光変調素子４６に結像して、第２空間光変調素子４６により形成される第２画像で再び変調して投射レンズ４７により投射することにより、多原色（６原色）の画像を投射するようにしたものである。

すなわち、白色光源４８からの光を、集光レンズ４９、第１回転フィルタ５０、コリメータレンズ５１およびミラー５２を経て反射型の第１空間光変調素子４５に入射して変調し、この第１空間光変調素子４５で変調された光を、集光レンズ５３、第２回転フィルタ５４、リレーレンズ５５およびミラー５６を経て反射型の第２空間光変調素子４６に結像させて変調して、この第２空間光変調素子４６で変調された光を投射レンズ４７により投射して多原色の画像を表示する。

なお、第１空間光変調素子４５および第１回転フィルタ５０は、上記実施の形態と同様に、３原色／６原色信号変換部（図示せず）により変換された６原色内の３原色の映像信号Ｃ１〜Ｃ３に基づいて第１空間光変調素子ドライバ５７および第１回転フィルタドライバ５８によりそれぞれ制御し、第２空間光変調素子４６および第２回転フィルタ５４は、他の３原色の映像信号Ｃ４〜Ｃ６に基づいて第２空間光変調素子ドライバ５９および第２回転フィルタドライバ６０によりそれぞれ制御する。

図２３に示すように、第１回転フィルタ５０および第２回転フィルタ５４は、一方はＣＭＹ系による各原色のフィルタを有し、もう一方はＲＧＢ系による各原色のフィルタを有しており、これらＣＭＹ系およびＲＧＢ系のフィルタは、各々図２に示したような分光透過率特性を有している。

これら第１、第２回転フィルタ５０，５４は、時間軸で位相を約半分ずらして回転させる。また、これに同期して、第１、第２空間光変調素子ドライバ５７，５９により対応する第１、第２空間光変調素子４５，４６を制御して、時間軸で位相を約半分ずらして各原色を変調する。これにより、第１、第２空間光変調素子４５，４６で変調される画像は、図４に示したＰ１〜Ｐ６の原色が時分割で変調された６原色の画像となって、投射レンズ４７により投射される。

本実施の形態によれば、１台のプロジェクタにより多原色画像を投射することができるので、可搬性に優れた多原色表示装置を実現することができる。また、特に、第１、第２空間光変調素子４５，４６および第１、第２空間光変調素子ドライバ５７，５９は、それぞれ３原色の変調および制御を行えばよいので、特許文献５におけるように６原色にしたからといって各原色の変調および制御の時間分解能を倍に増やす必要がない。したがって、従来の３原色制御デバイスを利用して容易に多原色表示装置を実現することができる。

（第６実施の形態）
図２４は、本発明の第６実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成図である。

本実施の形態の多原色表示装置は、１台のプロジェクタ内に第１画像形成手段を構成する３枚の空間光変調素子６１Ｃ，６１Ｍ，６１Ｙと、第２画像形成手段を構成する３枚の空間光変調素子６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂを設け、これら６枚の空間光変調素子によりＣＭＹおよびＲＧＢの各原色の画像変調を行って６原色画像を投射するものである。

すなわち、白色光源６５からの光を集光レンズ６６および第１ＴＩＲプリズム６７を経て第１色分解・合成プリズム６８によりＣＭＹ３原色に同時に分解して、それぞれの原色光を対応する空間光変調素子６１Ｃ，６１Ｍ，６１Ｙで画像変調した後、再び第１色分解・合成プリズム６８で合成し、その合成されたＣＭＹ３原色画像（第１画像）を第１ＴＩＲプリズム６７、リレーレンズ６９および第２ＴＩＲプリズム７０を経て第２色分解・合成プリズム７１によりＲＧＢ３原色に同時に分解して、それぞれの原色画像を対応する空間光変調素子６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂに結像させて、空間光変調素子６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂにより形成された第２画像でそれぞれ変調した後、再び第２色分解・合成プリズム７１で合成して、第２ＴＩＲプリズム７０および投射レンズ７２を経て投射する。

なお、空間光変調素子６１Ｃ，６１Ｍ，６１Ｙは、上記実施の形態で説明した３原色／６原色信号変換部（図示せず）により変換された６原色内の３原色の映像信号Ｃ１〜Ｃ３に基づいて第１空間光変調素子ドライバ７５によりそれぞれ独立して同時に変調制御し、空間光変調素子６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂは、他の３原色の映像信号Ｃ４〜Ｃ６に基づいて第２空間光変調素子ドライバ７６によりそれぞれ独立して同時に変調制御する。

このように、一旦ＣＭＹに分解されて各々の空間光変調素子６１Ｃ，６１Ｍ，６１Ｙで変調された光を合成し、その合成された光をＲＧＢに分解して各々の空間光変調素子６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂで変調して再び合成すれば、最終的に合成された光は、上述した実施の形態と同様に６原色で変調された光となって投射されることになる。

本実施の形態によれば、１台のプロジェクタにより光利用効率の高い高輝度な多原色（６原色）表示装置を実現することができる。しかも、例えば６原色表示を行う場合、一旦３原色に分割してから変調して合成し、その後、他の３原色に分割して変調してから合成して６原色化するので、特許文献４に開示のように、白色光源を初めから６原色の光路に分割する場合に比べて、装置全体を小型化することができる。また、３原色の光路に分割する構成は、従来の３原色表示装置のものを使用できるので、比較的少ない改造で多原色表示装置を実現することができる。

（第７実施の形態）
図２５は、本発明の第７実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成図である。

本実施の形態の多原色表示装置は、第６実施の形態の第１画像形成手段を構成する空間光変調素子６１Ｃ，６１Ｍ，６１Ｙを、第５実施の形態の第１空間光変調素子４５に置き換えたものである。

このため、白色光源６５からの光を、集光レンズ６６、回転フィルタ７７、コリメータレンズ７８を経て第１空間光変調素子４５に入射して３原色の各画像に面順次で変調し、この第１空間光変調素子４５で変調された光を、リレーレンズ６９を経て第２ＴＩＲプリズム７０に入射させる。なお、第１空間光変調素子４５および回転フィルタ７７は、第５実施の形態と同様に、３原色／６原色信号変換部（図示せず）により変換された６原色内の３原色の映像信号Ｃ１〜Ｃ３に基づいて第１空間光変調素子ドライバ７９および回転フィルタドライバ８０によりそれぞれ制御する。その他の構成は、第６実施の形態と同様であるので説明を省略する。

本実施の形態においても、第６実施の形態と同様の効果が得られる。

（第８実施の形態）
図２６は、本発明の第８実施の形態に係る多原色表示装置を説明するための図である。

本実施の形態における多原色表示装置は、プリンタや印刷機等の画像形成機器８１から出力されたハードコピー等の反射型の画像媒体８２に顕像化された画像に対してプロジェクタ８３からの画像を投影照明して多原色画像を観察するようにしたものである。

ここで、プロジェクタ８３は第１画像形成手段に相当し、画像媒体８２は第２画像形成手段に相当する。また、画像媒体８２には、例えば並置加法混色によるＲＧＢのドットパターンで画像が形成され、プロジェクタ８３は、第１実施の形態と同様に、面順次でＣＭＹの原色による画像を時分割で投影する。さらに、プロジェクタ８３による投射画像は、その１画素が画像媒体８２の画像におけるＲＧＢ３ドットからなるカラードット１セットの大きさに相当するよう位置調整される。

本実施の形態によれば、画像媒体８２の画像から反射される光は、これまでの実施の形態と同様に、６原色により変調された光となって観察者に観察されるので、従来のプリンタや印刷機等で出力されたハードコピーを用いて、多原色による広色域の画像再現が可能となり、各種の画像表示装置やポスタ等、種々の用途に適用可能である。

（第９実施の形態）
図２７は、本発明の第９実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成を示す斜視図である。

本実施の形態における多原色表示装置は、透過型のポジフィルム８５に顕像化された画像に対して第８実施の形態で説明したプロジェクタ８３からの画像を投影照明して空間変調し、その空間変調された画像を投影レンズ８６により図示しないスクリーン等に投影表示して多原色画像を観察可能とするフィルム映写機としたものである。ここで、プロジェクタ８３は第１画像形成手段に相当し、ポジフィルム８５は第２画像形成手段に相当する。

このように、本実施の形態によれば、従来のフィルム映写機の光源照射部分をプロジェクタ８３として、ポジフィルム８５に顕像化された画像にプロジェクタ８３から画像を投射することにより、従来のフィルム映写機よりも広色域な画像を投影することが可能となる。

以上説明した本発明による実施の形態によれば、互いに異なる原色特性を有する第１画像形成手段および第２画像形成手段を用い、第１画像形成手段により形成された第１画像を第２画像形成手段に入力して、第２画像形成手段により形成された第２画像で変調するので、多原色による広色域の画像再現が可能なディスプレイを構築することができる。したがって、リア型プロジェクションディスプレイ、プロジェクタ装置、または薄型のディスプレイにおいて、非常にコンパクトな装置構成による多原色表示装置を実現することができる。

また、空間方向に原色の画素を増やして多原色化を行うのではなく、深さ方向に画素を増やすので、解像度の低下を招くことがないと共に、第１画像および第２画像は、時間的に並列して形成可能であるので、原色数を増やしたことによる時間分解能の低下も生じない。さらに、第１画像および第２画像を形成することで各原色の強度変調を２段階で行うことができるので、従来の多原色表示に比べ、より細かい階調で画像を再現することができる。

本発明の多原色表示方法の原理を説明するための図である。 図１の第１空間光変調素子および第２空間光変調素子がそれぞれ変調する原色の分光特性の一例を示す図である。 図２の原色を用いた場合における多原色の生成方法を説明するための図である。 図３によって作成される６つの原色の分光特性および色度を示す図である。 同じく、６つの原色における色立体の頂点の構成および各頂点の色を作成するための第１空間光変調素子および第２空間光変調素子に与える透過率を示す図である。 同じく、表示不可能な原色の構成および色立体中の表示不可能な領域を示す図である。 図６の表示不可能な領域の色を相対的に表示可能とする方法を説明するための図である。 ６つの原色により色立体内部の色を再現する方法を説明するための図である。 図１の第１空間光変調素子および第２空間光変調素子がそれぞれ変調する原色の分光特性の他の例を示す図である。 本発明の第１実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成図である。 図１０の画像投射装置の詳細構成を示す図である。 図１１の回転フィルタの詳細構成を示す図である。 図１０の空間光変調素子の詳細構成を示す図である。 反射型の空間光変調素子を用いた第１実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の第２実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成図である。 第２実施の形態において位置調整時に表示するテストチャート画像の一例を示す図である。 本発明の第３実施の形態に係る多原色表示装置の全体構成を示す概略側面図および正面図である。 図１７の第１空間光変調素子および第２空間光変調素子の画素配列の構成および互いの配置関係の一例を示す図である。 同じく、他の例を示す図である。 同じく、さらに他の例を示す図である。 本発明の第４実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成図である。 同じく、第５実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成図である。 図２２の第１、第２回転フィルタの構成およびそれらの回転位相を示す図である。 本発明の第６実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成図である。 同じく、第７実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成図である。 同じく、第８実施の形態に係る多原色表示装置を説明するための図である。 同じく、第９実施の形態に係る多原色表示装置の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 第１空間光変調素子
２ 第２空間光変調素子
５ ３原色／６原色信号変換部
６ 画像投射装置
７ 空間光変調素子ドライバ
８ 位置調整機構部
９ フレネルレンズ
１０ 空間光変調素子
１１ 拡散板
１２ 白色光源
１３ 集光レンズ
１４ 回転フィルタ
１４Ｃ，１４Ｍ，１４Ｙ フィルタ
１５ コリメータレンズ
１６ ミラー
１７ 空間光変調素子
１８ 投射レンズ
１９ 回転フィルタドライバ
２０ 空間光変調素子ドライバ
２１ 空間光変調素子
２２ ハーフミラー
２５ 画像幾何補正部
２６ 補正データ算出部
２７ 画像撮像装置
２８ 位置調整用テストチャート画像
３１ 白色蛍光ランプ
３２ 放物面ミラー
３３ 導光板
３４ 第１空間光変調素子
３５ 第２空間光変調素子
３６ 拡散板
３７ ３原色／６原色信号変換部
３８ 第１空間光変調素子ドライバ
３９ 第２空間光変調素子ドライバ
４０ 位置調整機構部
４１ 自発光型ディスプレイデバイス
４５ 第１空間光変調素子
４６ 第２空間光変調素子
４７ 投射レンズ
４８ 白色光源
４９ 集光レンズ
５０ 第１回転フィルタ
５１ コリメータレンズ
５２ ミラー
５３ 集光レンズ
５４ 第２回転フィルタ
５５ リレーレンズ
５６ ミラー
５７ 第１空間光変調素子ドライバ
５８ 第１回転フィルタドライバ
５９ 第２空間光変調素子ドライバ
６０ 第２回転フィルタドライバ
６１Ｃ，６１Ｍ，６１Ｙ，６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂ 空間光変調素子
６５ 白色光源
６６ 集光レンズ
６７ 第１ＴＩＲプリズム
６８ 第１色分解・合成プリズム
６９ リレーレンズ
７０ 第２ＴＩＲプリズム
７１ 第２色分解・合成プリズム
７２ 投射レンズ
７５ 第１空間光変調素子ドライバ
７６ 第２空間光変調素子ドライバ
７７ 回転フィルタ
７８ コリメータレンズ
７９ 第１空間光変調素子ドライバ
８０ 回転フィルタドライバ
８１ 画像形成機器
８２ 画像媒体
８３ プロジェクタ
８５ ポジフィルム
８６ 投影レンズ

Claims (13)

1. ４原色以上の多原色により画像を表示するにあたり、
   ２以上の原色光により第１画像を形成し、
   この第１画像を、その原色光の分光特性とは異なる２以上の原色からなる第２画像で空間的に変調して４原色以上の多原色からなる画像を表示することを特徴とする多原色表示方法。
2. 上記第２画像を形成する少なくとも１以上の原色は、上記第１画像を形成する少なくとも２以上の原色光と一部オーバーラップする波長帯域を有し、
   かつ、上記第１画像を形成する少なくとも１以上の原色光は、上記第２画像を形成する少なくとも２以上の原色と一部オーバーラップする波長帯域を有することを特徴とする請求項１に記載の多原色表示方法。
3. 上記第１画像は、上記２以上の原色光を空間的に変調して形成することを特徴とする請求項１または２に記載の多原色表示方法。
4. 上記第１画像は、上記２以上の原色光を空間的に発光させて形成することを特徴とする請求項１または２に記載の多原色表示方法。
5. 上記第２画像は、上記２以上の原色による光を空間的に変調して形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の多原色表示方法。
6. 上記第２画像は、上記２以上の原色により画像媒体に顕像化して形成することを特徴とする請求項１または２に記載の多原色表示方法。
7. ４原色以上の多原色により画像を表示する多原色表示装置において、
   ２以上の原色光により第１画像を形成する第１画像形成手段と、
   上記第１画像の原色光の分光特性とは異なる２以上の原色からなる第２画像を形成する第２画像形成手段とを有し、
   上記第１画像形成手段で形成された上記第１画像を、上記第２画像形成手段で形成された上記第２画像で空間的に変調して４原色以上の多原色からなる画像を表示することを特徴とする多原色表示装置。
8. 上記第２画像を形成する少なくとも１以上の原色は、上記第１画像を形成する少なくとも２以上の原色光と一部オーバーラップする波長帯域を有し、
   かつ、上記第１画像を形成する少なくとも１以上の原色光は、上記第２画像を形成する少なくとも２以上の原色と一部オーバーラップする波長帯域を有することを特徴とする請求項７に記載の多原色表示装置。
9. 上記第１画像形成手段または上記第２画像形成手段の少なくとも一方の空間方向の位置を調整する位置調整手段を有することを特徴とする請求項７または８に記載の多原色表示装置。
10. 上記第１画像形成手段または上記第２画像形成手段の少なくとも一方に入力する画像信号の幾何学的な補正を行う幾何変換手段を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の多原色表示装置。
11. ３刺激値または３原色による画像信号を入力して４原色以上の多原色の信号に変換し、その少なくとも２原色以上の信号を上記第１画像形成手段に出力し、残りの２原色以上の信号を上記第２画像形成に出力する多原色信号変換手段を有することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の多原色表示装置。
12. 上記第２画像形成手段は、上記第２画像が顕像化された画像媒体であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の多原色表示装置。
13. 上記第１画像形成手段は、上記第２画像形成手段を結像位置として上記第１画像を投射するプロジェクタであることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の多原色表示装置。

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