JP2007240931A

JP2007240931A - 画像表示装置及びプロジェクタ

Info

Publication number: JP2007240931A
Application number: JP2006064009A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nitta; 隆志新田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】線型階調特性を持つデジタル駆動変調表示素子と、非線形階調特性を持つ光学変調素子とを直列に配置した2変調光学系の画像表示にて、画像のγ特性に合わせた画像処理を簡易な低コストな構成で高画質に行う画像表示装置方法及びプロジェクタを提供する。
【解決手段】本発明の画像表示装置は、線型階調特性を有する第1の光学変調素子と、非線形階調特性を有する第2の光学変調素子とからなる2変調光学系であり、第1の光学変調素子の階調度に対応する輝度値を線形に制御する第1の制御信号を生成し、第2の光学変調素子の階調度に対応する輝度値を、第1及び第2の光学変調素子を出射した光の合成輝度値が、入力される画像信号のγ特性に対応した特性となるよう、非線形に制御する第2の制御信号を出力する信号処理部と、第1の制御信号により、第1の光学変調素子を制御する第1の駆動部と、第2の制御信号にて第２の光学変調素子を制御する第2の駆動部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多階調の画像を表示する画像表示装置に係り、特に高階調表示に好適な画像表示装置及びプロジェクタに関する。

近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display），ＥＬ（Electroluminescence Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や投写型表示装置等の電子ディスプレイ装置における画質改善は目覚ましく、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関しては、その再現範囲はたかだか１〜１０^２［nit］程度の範囲であり、また階調度を表現するビット数も８ビットが一般に用いられている。
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、また輝度弁別能力が０．２［nit］であり、この輝度弁別能力に対応させて、輝度ダイナミックレンジの範囲を階調数に換算すると、ほぼ１２ビット相当のデータ量が必要となると言われている。

上述したような視覚特性を経由し、現在の電子ディスプレイ装置の表示画像を見た場合、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卜部の階調の分解能が不足しているため、表示画像のリアリティーや迫力に対して物足りなさを感じることとなる。
また、映画やゲーム等で使用されるＣＧ（Computer Graphics）の画像においては、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データに持たせて描写のリアリティーを追求する動きが主流になりつつある。

しかし、電子ディスプレイ装置の性能が、不足しているために、上記ＣＧコンテンツの画像を表示する際、ＣＧコンテンツが本来有する画像の表現力（階調を表現するビット数が多い）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Windows（登録商標）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、ＣＧコンテンツにおける１６ビット色空間を充分に生かすことが出来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の実現への要求が高まると考えられる。

電子ディスプレイ装置の中においても、液晶プロジェクタ、ＤＬＰ（登録商標）（Digital Light Processing）プロジェクタといった投写型の画像表示装置は、大型画面での画像表示が可能であり、表示される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。
この電子ディスプレイ装置においては、上述した輝度ダイナミックレンジの範囲を広げるために各種の考案がなされている。
例えば、強誘電性液晶パネルや光反射型変調素子であるＤＭＤ等のデジタル駆動変調表示素子を用いる場合、階調度の表示方法はサブフィールド駆動による時間積分階調となり、その階調表示特性は線形なものとなる（例えば、特許文献１参照）。

一方、従来のＣＲＴはγ２．２等の非線形階調表示特性を有しているため、この表示特性に合わせた階調特性を持たせて、一般的なＴＶ放送などの映像・画像信号は用いられている。
すなわち、一般的な映像・画像信号を表示する表示装置には、必然的にγ２．２等の暗部の階調表示ステップが多い非線形階調表示特性が必要とされることになる。
線型階調特性を有する上記デジタル駆動変調表示素子を用いて、γ２．２等の非線形階調表示特性を有する映像・画像信号に対応した表示処理を行う場合、以下に示す２通りの方法がある。

第１の方法としては、フレームを複数のサブフィールドに分割し、時間積分階調を行う際、このサブフィールド駆動の最小表示単位を細かく、すなわち分解能を上げることが考えられる。
第２の方法としては、線型階調特性での表示のままであると、暗部において発生し易くなる疑似輪郭などの階調表現における画質の劣化を抑制するため、ディザや誤差拡散などの面積階調処理を合わせた構成とすることが考えられる（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−２５９１２６号公報特開平１０−２６１０８０号公報

しかしながら、上記第１の方法にあっては、分解能を上げるために最小表示単位を細かくする場合、最小表示単位の階調数を増加させることができないことと、表示単位を細かくすして表示処理を行うことにより、メモリ容量が増大する構成となり、製造コストが上昇してしまうと問題がある。
また、上記第２の方法にあっては、面積階調を用いることにより、結果的に輪郭をぼやかす処理となるために、解像度の低下や誤差拡散ノイズと呼ばれる、表示された画像における粒状感が増大することにより、画質が劣化し、かつ複雑な面積階調処理を行う構成を追加させることとなるため、画像表示装置の駆動を行う構成の回路規模が大きくなり、製造コストが上昇することが考えれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、線型階調特性を有するデジタル駆動変調表示素子と、非線形階調特性を有する光学変調素子とを画素単位に直列に配置した２変調光学系の画像表示装置において、入力される映像画像のデータのγ特性に合わせた画像表示処理を簡易な処理で行い、回路規模を低減して製造コストを低減することが可能な画像表示装置方法及びプロジェクタを提供することを目的とする。

本願発明の画像表示装置は、線型階調特性を有する第１の光学変調素子と、非線形階調特性を有する第２の光学変調素子とを画素単位にて光学的に直列に配置し、入力される画像信号に対応した画像表示を行う２変調光学系の画像表示装置であって、第１の光学変調素子の階調度に対応する輝度値を線形に制御する第１の制御信号を生成し、第２の光学変調素子の階調度に対応する輝度値を、第１及び第２の光学変調素子を出射した光の合成輝度値が、入力される画像信号のγ特性に対応した特性となるよう、非線形に制御する第２の制御信号を出力する信号処理部と前記第１の制御信号により、第１の光学変調素子を制御する第１の駆動部と、前記第２の制御信号により、第２の光学変調素子を制御する第２の駆動部とを有することを特徴とする。
本願発明の画像表示装置は、前記信号処理部が、階調度毎に、前記合成輝度値を、第１の光学変調素子の輝度値で除算し、前記階調度各々に対応して、除算結果近傍の第２の光学変調素子の輝度値を、前記階調度に対応する輝度値とし、第２の光学変調素子を制御し、第２の光学変調素子の輝度値を設定した際の除算に用いた輝度値となるよう第１の光学変調素子を制御することを特徴とする。

本願発明の画像表示装置は、階調度毎に、前記合成輝度値を、第１の光学変調素子の輝度値で除算し、前記階調度各々に対応して、除算結果近傍の第２の光学変調素子の輝度値を、前記階調度に対応する輝度値とし、第２の光学変調素子を制御し、除算に用いた輝度値を第１の光学変調素子の輝輝度値としたルックアップテーブルを有し、前記信号処理部が、入力された画像信号の階調度により、前記ルックアップテーブルを参照し、第１の光学変調素子を対応する輝度値とする第１の駆動制御値と、第２の光学変調素子を対応する輝度値とする第２の駆動制御値とを読み出し、それぞれ第１の駆動部，第２の制御部へ出力することを特徴とする。

上記構成により、本願発明の画像表示装置によれば、線形階調特性を有する第１の光学変調素子に対して特別な制御をすることなく、かつ従来例のようなディザや誤差拡散等の面積階調処理を施す必要がないため、回路も複雑な構成でなくともよく、高画質でかつ低コストとすることが可能である。

本発明のプロジェクタは、上記いずれかに記載の画像表示装置に投写光学系を設けて構成されている。
上記構成により、本願発明のプロジェクタによれば、線形階調特性を有する第１の光学変調素子に対して特別な制御をすることなく、かつ従来例のようなディザや誤差拡散等の面積階調処理を施す必要がないため、回路も複雑な構成でなくともよく、高画質でかつ低コストとすることが可能である。

以下、本発明の一実施形態による画像表示装置を用いたプロジェクタを図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。
なお、本実施の形態では、第１光変調手段（第１の光学変調素子）として１枚の反射型変調素子（例えば、ＤＭＤ：Digital Micromirror Device）を備え、第２光変調手段（第２の光学変調素子）としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色光毎に透過型液晶ライトバルブを用いた投写型液晶表示装置の例を挙げて説明する。また、以下の説明においては、第１光変調手段を反射型光変調素子、第２光変調手段を色変調用液晶ライトバルブ（液晶ライトバルブ）と称する。さらに、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
ここで、輝度変調を行う第１光変調手段は線形階調特性表示素子であり、色変調を行う第２光変調素子は非線形階調特性表示素子である。

図１は、プロジェクタＰＪ１（投写型表示装置）の主たる光学構成を示す図である。
プロジェクタ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から入射した光の全波長領域の輝度を変調する第１光変調手段としての反射型光変調素子１００と、反射型光変調素子１００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２変調素子として青色光用透過型液晶ライトバルブ６０Ｂ，緑色光用透過型液晶ライトバルブ６０Ｇ，赤色光用透過型液晶ライトバルブ６０Ｒの３つの透過型液晶ライトバルブを含む）と、色変調部２５から入射した光をスクリーン１２０に投写する投写レンズ１１０とを備えて構成されている。
また、上記反射型光変調素子１００は、ＤＭＤ等の時間積分階調による階調制御を行う線形階調特性表示素子である。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とを備えている。

均一照明系２０は、フライアイレンズ等からなる第１，第２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から射出された光の輝度分布を第１，第２のレンズアレイ２１，２２により均一化し、第１，第２のレンズアレイ２１，２２を通過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により集光して反射型光変調素子１００に射出する。
反射型光変調素子１００に入射した光は、第１の変調を受ける。反射型光変調素子１００は、線形階調特性表示素子であり、入射した光の全波長領域の輝度を変調してリレーレンズ９０に向けて射出する。
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つのフィールドレンズ（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。
また、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、効率よく液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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又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。
クロスダイクロイックプリズム８０を出射した光束は、投写光学系である投写レンズ１１０に入射し、投写レンズ１１０によってスクリーン１２０に投影される。なお、本実施形態においては、投写光学系（投写レンズ１１０）及びスクリーン１２０を除いた構成を画像表示装置と定義している。

上述したように、本実施形態の２変調光学系においては、前段の第１の光変調手段により入射される白色光の輝度変調を行う。そして、この輝度変調した光を、さらに後段の３枚の第２の光変調手段により、ＲＧＢの各色毎に色変調することにより、数万：１を超える非常に高いコントラストの高い画像表示が行える。

次に、図１のプロジェクタＰＪ１における画像表示の制御（反射型光変調素子１００及び色変調部２５における各液晶ライトバルブの制御）を行う画像処理制御部の説明を図２により行う。図２は、本実施形態における画像処理制御部の構成例を示すブロック図である。
２変調信号処理部５は、入力される映像信号の階調度に従い、反射型光変調素子１００と色変調部２５における液晶ライトバルブ６０Ｒ，６０Ｇ及び６０Ｂ各々との制御値を決定して、色変調液晶ＬＶ（ライトバルブ）駆動部７，輝度変調素子駆動部８各々に対して出力する。
ここで、２変調信号処理部５は、色変調液晶ＬＶ駆動部７に対し、非線形に液晶ライトバルブの各画素を制御する制御値（所望の輝度を得るための電圧値に対応）を生成して出力し、一方、輝度変調素子駆動部８に対し、反射型光変調素子１００（例えば、ＤＭＤ）画素単位をオン／オフ駆動する制御データからなるイメージ符号に生成し、順次出力する。

これにより、色変調液晶ＬＶ駆動部７は、Ｄ／Ａ変換手段を有しており、入力されるデジタルの制御値を、対応するアナログ制御値に変換して、液晶ライトバルブ６０Ｒ,６０Ｂ，６０Ｇ各々の色変調の制御を行う。
また、輝度変調素子駆動部８は、デジタル値にて入力されるイメージ符号の制御データを、内部のバッファに蓄積し、サブフィールド毎に、反射型光変調素子１００の表示画面の全画素単位に、オン／オフ動作させ、反射型光変調素子１００輝度変調の制御を行う。

また、信号処理用ＬＵＴ６には、反射型光変調素子１００及び液晶ライトバルブ（６０Ｒ,６０Ｂ，６０Ｇ）各々の制御値（後に述べる駆動制御値）を、入力される階調度に対応して決定するルックアップテーブルが設けられている。このルックアップテーブルは、反射型光変調素子１００用の第１のルックアップテーブルと、液晶ライトバルブ用の第２のルックアップテーブルが設けられており、第２のルックアップテーブルはＲＧＢの各色毎に設けられている。
上記第１のルックアップテーブルと第２のルックアップテーブルとは、階調度と、階調度に対応して設定される制御値（階調度に対応した輝度値とするための）との対応が記憶されている。これらの制御値は反射型光変調素子１００及液晶ライトバルブ各々の特性を測定して予め求められたものを、後に述べるように、反射型光変調素子１００を線形階調制御するために、駆動制御値に変換したものである。

したがって、２変調信号処理部５は、入力される映像信号の階調度に対応する制御値を、上記第１及び第２のルックアップテーブルを参照することによって決定している。
ここで、前段，後段及び輝度変調，色変調における反射型光変調素子１００及び液晶ライトバルブのいずれを使用するかの組合せは、本実施形態の構成のみならず、種々のバリエーションにおいても同様な処理が可能である。
例えば、前段単板ＤＭＤが回転カラーフィルターやＲＧＢＬＥＤランプ等を用いることによって色変調を行い、後段単板液晶ライトバルブが輝度変調を行う構成でも良い。この構成の場合、後段の液晶ライトバルブが単板でよく、またダイクロミラーなどの光学素子が不要なためコストを大幅に下げることが可能となる。また、３板の液晶ライトバルブの画素位置合わせが不要となり、画素ズレやモアレ等の画質劣化が起きにくくなる可能性がある。

次に、図３は、各階調ステップ（制御値）に対応させ、反射型光変調素子１００の反射率（ＤＭＤ反射率），及び液晶ライトバルブ（６０Ｒ,６０Ｂ，６０Ｇ）の透過率（液晶ＬＶ透過率）を示したものである。
この図３において、反射型光変調素子１００は、サブフィールド駆動による時間積分階調表示のみを行うこととし、線形な特性となっている。ここで、反射型光変調素子１００は、階調ステップが「０」の時、反射を行うミラーを全ての時間オフ状態とするため、反射率は理想的には「０」であるが、光学系の光漏れなどによって生じる「通常黒浮き」と呼ばれる現象があり、実際には「０」ではなく０．００５という値の反射率になる。
また、階調ステップ「１」が最小のサブフィールド表示に相当するため、最小のサブフィールド表示時、すなわち、反射型光変調素子１００の対応する画素のミラーをオンとし、一番短い時間の反射状態の場合、反射率が０．０３８−０．００５＝０．０３３と言うこととなる。

また、階調ステップが「２」以降においては、順に、ミラーのオン状態の時間が最小フィールド（サブフィールド）単位にて１つずつ増加するため、反射率が０．０３３毎に増加する線形階調特性となっている。
ちなみに、コントラスト比は、反射型光変調素子１００単体の場合、最高反射率（白表示）／最小反射率（黒表示）にて決定され、図３から最高反射率が０．５であり、最小反射率が０．００５であるため、「１００」となっている。

一方、本実施形態において色変調に用いている液晶ライトバルブは、ノーマリブラックであり、駆動電圧が印加されていない非印加の場合に透過率が最小であり、駆動電圧の最大値が印加されている場合に透過率が最大となる。
ここで、液晶ライトバルブの透過率は、上述した反射型光変調素子１００と同様に、階調ステップが「０」の時、理想的には透過率「０」であるが、液晶の光漏れなどにより、０．００５という数値となっている。
また、液晶ライトバルブの透過率は、最大の駆動電圧の場合、０．５である。

また、液晶ライトバルブは、非線形階調特性を有し、所定の透過率とするための制御電圧をアナログ電圧で供給するアナログ特性の物質で構成されている。
このため、液晶ライトバルブは、透過率特性として、駆動するための制御電圧の電圧値によって決定される。
通常、液晶ライトバルブの制御電圧（制御値）−透過率特性はＶＴ特性と呼ばれ、Ｓ型の特性であるが、アナログ特性物質であるため、Ｄ／Ａ変換手段の制御値−電圧特性を所望の値に設定することにより、比較的容易にγ２．２の階調等の暗部の階調ステップが多い特性を持たせることができる（ＶＴ補正）。

本実施形態においても、図２の画像処理制御部において、２変調信号処理部５は、第２のルックアップテーブルによりＶＴ補正を行うため、出力される制御値−透過率（輝度）特性として、図３のテーブルに示すγ２．２の階調表示特性を持っている。
ちなみに、コントラスト比は、反射型光変調素子１００と同様に、最高反射率／最小反射率で決定され、つまり、０．５／０．００５＝１００となっている。また、図３のテーブルの階調特性をグラフに示したものが図４となる。

次に、図３のテーブルの階調特性を有する反射型光変調素子１００及び液晶ライトバルブ各々を用いて、２変調制御した場合の階調表示特性を、図５に示す。
上記図５において、一番左の列の欄は階調ステップ（階調度）を示しており、左から２番目の列は最終的な表示結果の階調特性として、入力される画像信号の特性（ここではγ０．４５）に対応したγ２．２の階調特性を、目標（Ｔａｒｇｅｔ）の設定値として示している。
２変調光学系の場合、２つの変調素子を画素単位に直列に配置するため、最終的な輝度は２つの変調素子の出射する光の輝度を合わせた結果、すなわち最終的な輝度は反射型光変調素子１００の反射率と、液晶ライトバルブの透過率とを乗算したものとなる。

そのため、本実施形態における表示装置の黒表示は反射型光変調素子１００及び液晶ライトバルブの制御値をそれぞれ「０」に設定したときの、それぞれの反射率と透過率との乗算結果となる。すなわち、反射型光変調素子１００の反射率０．００５と、液晶ライトバルブの透過率０．００５とを乗算した結果の０．００００２５となる。
また、本実施形態における表示装置の白表示は反射型光変調素子１００及び液晶ライトバルブの制御値をそれぞれ「１５」に設定したときの、それぞれの反射率と透過率との乗算結果となる。すなわち、反射型光変調素子１００の反射率０．５と、液晶ライトバルブの透過率０．５とを乗算した結果の０．２５となる。

本実施形態においては、上述したように、目標となる階調特性をγ２．２としているので、階調ステップ１〜１４の時に目標となる透過率（または反射率）は、０．００００２５と０．２５との間を、各階調ステップ毎に、階調ステップと輝度値との関係がγ２．２となるように設定した値となっている。ちなみに、コントラスト比は０．２５／０．００００２５＝１００００という非常に高い値となり、高画質を実現することができる。

次に、階調ステップと輝度値との関係がγ２．２の表示階調特性となるため、反射型光変調素子１００と、液晶ライトバルブとの駆動制御をどのようにするかについての制御値と輝度値（反射率，透過率）との関係が図５に示されている。
反射型光変調素子１００において、左から４列目の欄に必要な反射率（ＤＭＤ反射率）が記載され、左から３列目の欄にその反射率とするために必要な制御値（ＤＭＤ制御値）が記載されている。
同様に、液晶ライトバルブにおいて、左から６列目の欄に必要な透過率（液晶ＬＶ透過率）が記載され、左から５番目の欄にその透過率とするために必要な制御値（液晶ＬＶ制御値）が記載されている。

また、最終的なγ２．２の目標の輝度の特性を左から２列目の欄に記載し、反射型光変調素子１００の反射率と、液晶ライトバルブの透過率とを階調ステップ毎に乗算して求めた、２変調結果としてのγ２．２の特性の輝度値を左から７列目に記載されている。
そして、図６に、目標とするγ２．２の階調度−輝度値（階調表示特性）の特性と、２変調光学系にて表現したγ２．２の階調度−輝度値の特性とをグラフに示した。図６から判るように、２変調光学系による階調表示特性の制御がほぼγ２．２となっており、充分ターゲットの特性に対応した輝度値（ＤＭＤ反射率と液晶ＬＶ透過率との組合せの輝度値）の制御が行えることが判る。

つまり、線形階調特性表示素子と非線形階調特性表示素子とからなる２変調光学系のハード構成において、線形階調特性表示素子は線形階調制御のみ行い、非線形階調特性表示素子をその線形階調特性を補償する形で、入力される画像信号の特性に対応した非線形階調特性となるように表示制御することにより、面積階調などの複雑な処理を線形表示素子に対して行わなくても、目標となる非線形階調表示特性を得ることが可能な表示装置を実現できることが図５のテーブルと図６のグラフから判る。

したがって、信号処理用ＬＵＴ６の第１のルックアップテーブルには、反射型光変調素子１００の階調度−輝度値との対応、すなわち階調度と、この階調度に対応する輝度値とするために必要な駆動制御値（後述）との対応が記憶され、同様に、第２のルックアップテーブルには、液晶ライトバルブの階調度−輝度値、すなわち階調度と、この階調度に対応する輝度値にするために必要な駆動制御値とが記憶される。上記駆動制御値各々は、階調度毎に、２変調光学系における各光学変調素子の輝度値同士を乗算し、得られる合成輝度値が入力される階調度に対してγ２．２の特性を有するよう設定されている。

まず、図３に示すように、それぞれ個別のデバイス特性にとして測定された階調度と輝度値との関係がある。ここで２光学変調系における反射型光変調素子１００と液晶ライトバルブとの各々から出射された輝度値、反射率と透過率との乗算結果である合成輝度値がγ２．２の特性となるよう、以下に示す階調度と制御値との対応関係の調整を行う必要がある。

このため、階調度毎に、目標となるγ２．２の輝度値を、反射型光変調素子１００の反射率で除算し、その除算結果に近い透過率となる制御値に、階調度に対応する制御値を変更し、入力された階調度に対する液晶ライトバルブの駆動制御値とする。この除算した反射率に対応する制御値を、上記階調度に対応する反射型光変調素子１００の駆動制御値とする。このとき、除算する反射型光変調素子１００の反射率も、この反射率により目的の輝度値を除算した結果が、近傍に液晶ライトバルブの透過率が存在する組合せとして選択しつつ乗算処理を行う。すなわち、液晶ライトバルブの輝度値を設定した際に、除算に用いた反射型光変調素子１００の反射率（輝度値）となる制御値を、駆動制御値として設定することになる。

例えば、図５のテーブルにおいて、階調ステップが「３」の行に注目すると、測定結果から設定した階調ステップに対する反射型光変調素子１００の反射率は「０．１０４」であり、液晶ライトバルブの透過率は「０．０１９３５０６３７」である。２変調光学系のγ２．２における目標の輝度値が「０．００７２７２０７２」であるため、反射型光変調素子１００の反射率により、順次目標の輝度値を除算していくと、反射率が「０．０７１」の場合、この除算結果の「０．１０２４２２５の近傍の値として、液晶ライトバルブの透過率が「０．０９７５５９３１２」が選択され、この場合の合成輝度値が「０．００６９２６７１１」となり、目標の輝度値近傍の値として求められる。
これにより、階調ステップが「３」に対して、反射型光変調素子１００の反射率が「０．０７１」となる駆動制御値（測定による設定は階調ステップ「２」の反射率に対応）とし、液晶ライトバルブの透過率が「０．０９７５５９３１２」となる駆動制御値（測定による設定は階調ステップ「７」の透過率に対応）とで、各々第１及び第２のルックアップテーブルに設定される。

そして、図５に示す反射型光変調素子１００の階調度−駆動制御値の第１の対応関係と、液晶ライトバルブの階調度−駆動制御値との第２の対応関係とを求める。
上述のように求めた第１及び第２の対応関係を、それぞれ第１のルックアップテーブル，第２のルックアップテーブルに記憶させておく。
これにより、２変調信号処理部５は、映像信号が入力されると、その階調度によって、信号処理用ＬＵＴ６における、第１及び第２のルックアップテーブルを参照することにより、階調度に対応する輝度値とする駆動制御値を、色変調液晶ＬＶ駆動部７及び輝度変調素子駆動部８に対して出力することができる。

これにより、色変調液晶ＬＶ駆動部７は、Ｄ／Ａ変換手段を有しており、入力されるデジタルの上記駆動制御値を、対応するアナログ制御値に変換して、液晶ライトバルブ６０Ｒ,６０Ｂ，６０Ｇ各々の色変調の制御を行う。
また、輝度変調素子駆動部８は、入力されるデジタルの駆動制御値を、画素単位に反射型光変調素子１００（例えば、ＤＭＤ）の駆動に対応するイメージ符号に変換し、順次反射型光変調素子１００に対して出力し、輝度変調の制御を行う。
また、ＤＭＤと液晶ライトバルブそれぞれの特性から計算によりＬＵＴを決定するのではなくて、ＤＭＤと液晶ライトバルブの制御値を変化させて２変調表示結果を測定したデータを基にＬＵＴを決定しても良い。

上述した本実施形態の構成により、非常に高いコントラスト比を実現すると共に、面積階調による粒状ノイズ、解像度低下などの画質劣化を無くし、かつ駆動回路の回路規模を抑えて低コスト化を実現することができる。
上述した説明は、すべて単色での透過率（反射率）を基に説明したが、ＲＧＢの各３色等に対してもまったく同様の処理を行うことが可能である。
上述した実施形態においては、第１の光学変調素子を輝度変調、第２の光学変調素子を色変調として説明したが、第１の光学変調素子を色変調、第２の光学変調素子を輝度変調とする構成を採用しても良い。

なお、図２における第２変調信号処理部５と、色変調液晶ＬＶ駆動部７及び輝度変調素子駆動部８におけるデジタル／アナログ変換を除く処理と機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、画像表示制御の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

時間積分階調による制御が行われる、線形階調特性を有するＰＤＰ（プラズマディスプレイ）及び強誘電性液晶を第１の光学変調素子として輝度変調に用い、本実施形態を構成することもできる。

本発明の一実施形態による画像表示装置を用いたプロジェクタのハード構成を示す概念図である。本発明の一実施形態による画像表示装置の構成例を示すブロック図である。反射型変調素子及び液晶ライトバルブにおける階調度と輝度値との対応を示すテーブルである。図３のテーブルのグラフであり、横軸が階調度、縦軸が輝度値（反射率，透過率）である。反射型変調素子及び液晶ライトバルブにおける階調度と輝度値との対応を示すテーブルである。図５のテーブルにおける合成輝度値と、目的とする輝度値とを示すグラフであり、横軸が階調度、縦軸が輝度値である。

符号の説明

５…２変調信号処理部６…信号処理用ＬＵＴ７…色変調液晶ＬＶ駆動部８…輝度変調素子駆動部６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ…液晶ライトバルブ１００…反射型光変調素子

Claims

線型階調特性を有する第１の光学変調素子と、非線形階調特性を有する第２の光学変調素子とを画素単位にて光学的に直列に配置し、入力される画像信号に対応した画像表示を行う２変調光学系の画像表示装置であって、
第１の光学変調素子の階調度に対応する輝度値を線形に制御する第１の制御信号を生成し、第２の光学変調素子の階調度に対応する輝度値を、第１及び第２の光学変調素子を出射した光の合成輝度値が、入力される画像信号のγ特性に対応した特性となるよう、非線形に制御する第２の制御信号を出力する信号処理部と
前記第１の制御信号により、第１の光学変調素子を制御する第１の駆動部と、
前記第２の制御信号により、第２の光学変調素子を制御する第２の駆動部と
を有することを特徴とする画像表示装置。
前記信号処理部が、階調度毎に、前記合成輝度値を、第１の光学変調素子の輝度値で順次除算し、前記階調度各々に対応して、除算結果近傍の第２の光学変調素子の輝度値を、前記階調度に対応する輝度値とし、第２の光学変調素子を制御し、第２の光学変調素子の輝度値を設定した際の除算に用いた輝度値となるよう第１の光学変調素子を制御することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
階調度毎に、前記合成輝度値を、第１の光学変調素子の輝度値で除算し、前記階調度各々に対応して、除算結果近傍の第２の光学変調素子の輝度値を、前記階調度に対応する輝度値とし、第２の光学変調素子を制御し、除算に用いた輝度値を第１の光学変調素子の輝輝度値としたルックアップテーブルを有し、
前記信号処理部が、入力された画像信号の階調度により、前記ルックアップテーブルを参照し、第１の光学変調素子を対応する輝度値とする第１の駆動制御値と、第２の光学変調素子を対応する輝度値とする第２の駆動制御値とを読み出し、それぞれ第１の駆動部，第２の制御部へ出力することを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像表示装置に投写光学系を設けて構成されたプロジェクタ。