JP2007264192A

JP2007264192A - 投影表示装置

Info

Publication number: JP2007264192A
Application number: JP2006087572A
Authority: JP
Inventors: Aira Hotsuta; あいら堀田; Takashi Sasaki; 隆佐々木; Haruhiko Okumura; 治彦奥村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】同一画面上で高階調表示を図った投影表示装置を提供する。
【解決手段】投影表示装置が，表示素子と，光源と，投影レンズと，表示素子に入射または出射する光の強度を制御する光変調素子であって，光の強度を互いに独立して制御可能な複数の領域を有する光変調素子と，表示素子に表示される画像の輝度分布に基づいて，光変調素子を制御する制御部と，を具備する。表示素子に表示される画像の輝度分布に応じて，光変調素子を制御することで，同一画面上での高階調表示を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は，画像を投影して表示する投影表示装置に関する。

現実世界に即し，ダイナミックレンジの広い表示装置が開発されている。直視型表示装置において，液晶パネルのバックライトに，マトリクス状に並べた白色ＬＥＤを用い，映像の輝度分布に対応してその輝度を制御することで，ハイダイナミックレンジ表示を実現する技術が開示されている（非特許文献１，２参照）。
投射型表示装置においては，光路中に組み込まれた絞りを映像シーンに合わせて自動的に開閉させることで，高ダイナミックレンジの映像を実現する技術が開示されている（特許文献１参照）。
SID 03 DIGEST p1450-1453 SID 05 DIGEST p1402-1405 特開２００４−１１００５０

しかしながら，非特許文献１，２の技術は，直視型表示装置に対応するもので，投写型表示装置に適用するのは困難である。即ち，投写型表示装置では，小型（例えば，１インチ程度）の表示パネル上の映像を拡大して表示することから，光源としてマトリクスＬＥＤを用いると輝度が不足する。
また，特許文献１の技術では，表示画面毎に輝度を変化させるものの，同一画面上での輝度のダイナミックレンジは変わりがない。
上記に鑑み，本発明は，同一画面上で高階調表示を図った投影表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る投影表示装置は，画像を表示する表示素子と，前記表示素子に光を入射させる光源と，前記表示素子に表示される画像を投影する投影レンズと，前記表示素子に入射または出射する光の強度を制御する光変調素子であって，光の強度を互いに独立して制御可能な複数の領域を有する光変調素子と，前記表示素子に表示される画像の輝度分布に基づいて，前記光変調素子を制御する制御部と，を具備することを特徴とする。

本発明によれば，同一画面上で高階調表示を図った投影表示装置を提供できる。

以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第1の実施形態に係る投影表示装置を表す模式図である。
本実施形態に係る投影表示装置は，光源１０，表示パネル２０，光変調素子３０，投影レンズ４０，制御部５０を有する。

光源１０は，発光体１１，反射板１２，保護パネル１３を備える。
発光体１１は，光を発光する部材であり，放電ランプ（例えば，高圧水銀ランプ）等の高輝度発光体を用いることができる。
反射板１２は，発光体１１から出射された光を反射する部材であり，光の利用効率の向上が図られる。
保護パネル１３は，光源１０を保護する透光性の部材である。

表示パネル２０は，静止画，動画を表示する表示素子であり，表示パネルドライバ２１によって駆動され，複数の画素２２（図１には示さず）を有する。表示パネル２０として，例えば，液晶表示素子を用いることができる。
本実施形態では，表示パネル２０として，光源１０からの光を透過させる透過型のパネルを用いている。なお，後述のように，表示パネル２０として，光源１０からの光を反射させる反射型のパネルを用いて，投影表示装置を構成することも可能である。

光変調素子３０は，表示パネル２０に入射する光の光量を制御する部材であり，光変調素子ドライバ３１によって駆動され，互いに独立に光量を制御可能な複数の領域（ブロック）３２（図１には示さず）に分割される。なお，光変調素子３０の詳細は後述する。
投影レンズ４０は，表示パネル２０に表示される画像をスクリーン等に投影する光学素子である。
制御部５０は，表示パネル２０と光変調素子３０とを同期して駆動するものであり，表示素子に表示される画像の輝度分布に応じて，前記光変調素子を制御する制御部に対応する。なお，この詳細は後述する。

（光変調素子３０の詳細）
光変調素子３０は，図１では，光源１０と表示パネル２０の間に配置される。図１の表示パネル２０が透過式であることと対応する。光変調素子３０は，表示パネル２０上のエリア（領域３２）毎に入射光量を調整することから，光源１０と表示パネル２０の間に配置される。表示パネル２０を通過した光が，投影レンズ４０に直接入射するため，光変調素子３０による画像への影響がなく，良好な投影画像を表示できる。
但し，光変調素子３０を表示パネル２０と投影レンズ４０の間に配置することも可能である。

図２は，光変調素子３０を正面から見た状態を表す正面図であり，光変調素子３０のブロック領域３２と表示パネル２０の画素２２の対応関係を表す。
光変調素子３０は表示パネル２０の複数の画素２２にそれぞれ対応する複数のブロック領域３２に区分される。ブロック領域３２は，表示パネル２０の複数の画素２２に対応し，互いに独立して透過率制御が可能である。
図２では，光変調素子３０が５＊５＝２５個のブロック領域３２に区分され，それぞれのブロック領域３２が表示パネル２０の４×４＝１６個の画素２２に対応する。
但し，これは一例に過ぎず，光変調素子３０をいくつのブロック領域３２に区分するか，ブロック領域３２がいくつの画素２２に対応するかは適宜に決めることができる。

ブロック領域３２は縦横の長さが等しいことが好ましい。ブロック領域３２が目立ちにくくなるためである。但し，縦横の長さを異ならせることも可能である。
また，図１ではブロック領域３２の境界と表示パネル２０の画素２２の境界とがほぼ一致しているが，必ずしもこれらの境界が一致しなくても差し支えない。即ち，ブロック領域３２の境界が表示パネル２０の画素２２内を横切るように配置することも可能である。

光変調素子３０として，単純マトリクス型の液晶パネルを用いることができる。
図３Ａ〜図３Ｂはそれぞれ，光変調素子３０としての単純マトリクス型の液晶パネルを正面および側面から見た状態を表す正面図および側面図である。図３Ｃ，図３Ｄはそれぞれ，単純マトリクス型の液晶パネルを構成する基板６１，６２を正面から見た状態を表す正面図である。

単純マトリクス型の液晶パネルは，基板６１，６２，液晶６３から構成される。
基板６１，６２にはそれぞれ，ストライプ状の透明電極６４，６５が配置される。基板６１，６２は互いにその一部がはみ出すようにずらして配置され，はみ出た透明電極６４，６５が液晶パネルに電圧を印加する電極パッド６６，６７として機能する。
基板６１，６２は，透明電極６４，６５のストライプの方向が互いに垂直になるように対向して配置される。透明電極６４，６５のストライプが交差した箇所がブロック領域３２に対応する。なお，図３Ａでは，透明電極６４，６５とブロック領域３２との関係を明確化するため，透明電極６４，６５それぞれの1本のストライプにハッチングを付している。

単純マトリクス型の液晶パネルは，ＴＦＴ（Thin Film Transistor）方式と異なり，ブラックマトリクスなどを必要としないので，透過率の高い光変調素子３０として用いることができる。また，構造が単純なので比較的低コストで生産可能である。
なお，光変調素子３０は光変調できれば，単純マトリクス型の液晶パネルに，限定されるものではない。例えば，ＴＦＴ方式の液晶パネルを利用することも可能である。

光変調素子３０のブロック領域３２の境界がスクリーン等に投影され，ブロックムラとして認識される可能性がある。即ち，光変調素子３０上の輝度分布（ブロック領域３２同士の輝度の相違）に起因するブロックムラが発生することがある。
ブロックムラを防止するために光変調素子３０の配置を投影レンズ４０の結像面以外の場所にすることが有効である。これにより，ブロック領域３２の境界での急激な輝度変化を解消し（輪郭のぼかし），ブロックムラを認識しにくくすることができる。

このとき光変調素子３０の位置（投影レンズ４０の結像面からの距離ｄ）とボケ量δの関係は以下の式（１）のようになる。
δ＝ｄ／ＦＡ ……（１）
ＦＡ：投影レンズ４０のＦナンバー（Ｆ数），即ち，投影レンズ４０の焦点距離ｆをレンズの有効口径(入射瞳の直径)で割ったもの。
ボケ量δは，投影された画像の結像が不十分なことにより（いわゆるピンボケ），１点となるべき結像が広がったときのその広がりの大きさに対応する。
なお，図１では，表示パネル２０を投影レンズ４０の結像面に配置していることから，表示パネル２０と光変調素子３０間の距離が光変調素子３０と投影レンズ４０の結像面間の距離ｄと一致している。表示パネル２０を投影レンズ４０の結像面に配置することが，スクリーン等への画像の鮮明な投影に適するからである。

ブロックムラを認識しにくくするには，ブロック境界における輝度変化が緩やか，即ち，ボケ量δが大きいほうが良い。この一方，ボケ量δが大き過ぎると，ブロック領域３２毎の輝度分布の制御が困難となる。検討の結果では，ボケ量δが表示パネル２０の１つの画素２２のサイズ（画素２２の辺の長さ，画素２２の縦横の長さが異なるときには短い方）以上で，ブロック領域３２のサイズ（ブロック領域３２の辺の長さ，ブロック領域３２の縦横の長さが異なるときには短い方）の約１／２以下のときが良好なことがわかった。

以上から，光変調素子３０が投影レンズ４０の結像面から次の式で表される距離ｄの範囲内に配置されることが判る。
ＦＡ＊Ｐｇ≦ｄ≦ＦＡ＊Ｐｂ／２ ……（２）
ＦＡ：投影レンズ４０のＦ数
Ｐｇ：表示パネル２０の画素２２の大きさ
Ｐｂ：光変調素子３０のブロック領域３２の大きさ

（制御部５０の詳細）
図４は，制御部５０の内部構成を表すブロック図である。
制御部５０は映像信号を入力し，表示パネル輝度信号および光変調素子輝度信号を生成し，表示パネルドライバ２１，光変調素子ドライバ３１に出力する。
なお，制御部５０での映像信号処理は，汎用のＣＰＵで実現可能であり，専用回路を必要としないため，比較的低コストで製造できる。また，映像信号で表される画像は静止画，動画の何れでも差し支えない。制御部５０での信号処理は静止画，動画の何れにも適用可能である。

制御部５０は，輝度領域検出部５１，エッジ検出部５２，平均化処理部５３，γ調整部５４，光変調素子輝度信号発生部５５，表示パネル輝度信号発生部５７を有する。
輝度領域検出部５１は，画素２２の輝度が所定値（後述の輝度Ｌ０）より大きいか否かを判定することで，映像信号を高輝度領域信号と低中輝度領域信号に区分して出力する。なお，光変調素子３０および表示パネル２０についての輝度は，光変調素子３０および表示パネル２０での透過率と読み替えることが可能である。

ここで，映像信号を高輝度領域信号と低中輝度領域信号に区分する理由を説明する。
図５は，映像信号の輝度信号と輝度の対応関係を表すグラフである。横軸が輝度，縦軸が輝度信号を表す。ここで，「輝度」は，本来の輝度の大きさを意味し，「輝度信号」は映像信号で表される輝度の大きさを意味する。
輝度Ｌ１によって輝度が２つの領域（非ハイライト部，ハイライト部）に区分され，それぞれで輝度信号と輝度とが直線的に対応している（グラフＧ１，Ｇ２）。ハイライト部のグラフＧ２は，非ハイライト部のグラフＧ１よりも傾きが小さく，ハイライト部では狭い輝度信号の範囲で広い輝度に対応している。即ち，ハイライト部では輝度の表現範囲が圧縮され，本来の輝度とズレが生じている。

このように，高輝度領域での輝度の表現が圧縮されているのは次の理由による。
ビデオカメラ等の輝度範囲は，必ずしも実際の被写体の輝度範囲と対応していない。即ち，実際の世界での被写体の輝度範囲は広いが，ビデオカメラの輝度範囲は狭い。これは，画像を表現する情報量を圧縮する等の理由からである。このため，輝度範囲を非ハイライト部，ハイライト部に区分し，ハイライト部では輝度を圧縮することで，非ハイライト部での精密な輝度表示と，広いダイナミックレンジへの対応とを両立している。

輝度信号範囲（輝度信号の変化範囲（０％〜１００％）であり，ホワイトクリップとも呼ばれる）内に，ニーポイントＰｎが配置される。ニーポイントＰｎは，輝度信号上での非ハイライト部とハイライト部の境界（輝度Ｌ１）に対応する点であり，輝度信号９０〜１００％の領域内に設定される。即ち，ニーポイントＰｎ以上の輝度信号を圧縮して，輝度信号範囲をホワイトクリップ内に抑えている。
本図の破線のグラフＧ３は非ハイライト部でのグラフＧ１を延長したグラフである。グラフＧ３から，輝度信号範囲０〜１００％の輝度信号が本来の輝度信号範囲０〜２００％に対応することが判る。

既述のように，輝度領域検出部５１は，画素２２の輝度が所定値（輝度Ｌ０）より大きいか否かを判定することで，映像信号を高輝度領域信号と低中輝度領域信号に区分して出力する。
具体的には，輝度領域検出部５１は，圧縮されたハイライトレベルの信号（ニーポイントＰｎ以上の輝度信号）を検出して，本来のハイライトレベルを求め，ハイライトレベルが１００％以上か否かによって，低中輝度領域と高輝度領域とを判別する。即ち，輝度領域検出部５１は，映像信号を高輝度領域信号と低中輝度領域信号に区分すると共に，ハイライト部の輝度信号を本来の輝度と対応する輝度信号に補正する。
ここでは補正後の輝度信号がハイライトレベル１００％（輝度Ｌ０）以上となるか否かを基準として，映像信号を区分している。これに換えて，補正前の輝度信号のレベルに基づいて，輝度信号を区分することも可能である。また，ハイライトレベル１００％に換えて，他の基準，例えば，ハイライトレベル９０％（輝度Ｌ１）を採用しても良い。即ち，ハイライトレベルと高輝度領域，非ハイライトレベルと低中輝度領域信号をそれぞれ一致させても良い。

エッジ検出部５２は，高輝度領域信号の緩やかなエッジ（平坦なエッジ）を検出し，高輝度領域信号を平坦エッジ信号（平坦なエッジを構成する信号）と非エッジ／急峻エッジ信号（エッジを構成しない信号および急峻なエッジを構成する信号）に区分して出力する。エッジ検出部５２は，表示素子の画素の輝度が，所定輝度より大きく，かつ隣接する画素との輝度の相違が所定範囲内か否かを判定する判定部として機能する。
平均化処理部５３は，平坦エッジ信号について，エッジでの輝度値を平均化するものであり，判定部での判定結果に基づいて，画素の輝度を補正する輝度補正部に対応する。

以下，高輝度領域信号を平坦エッジ信号と非エッジ／急峻エッジ信号に区分し，平坦エッジ信号を平均化処理する理由を説明する。
ハイライトレベルが１００％以上の領域では階調が圧縮されているので，そのまま表示すると階調が足りずに偽輪郭が発生することがある。具合的には，エッジ（表示パネル２０上での輝度の変化が急激な領域）で偽輪郭が発生し易い。このとき，急峻なエッジでは，比較的偽輪郭が発生しにくく，緩やかなエッジで偽輪郭が発生し易い。即ち，輝度の変化がある程度以上急激であれば，却って偽輪郭は目立ちにくい。
このため，平坦なエッジ（緩やかなエッジ）を構成する信号を検出し，そのエッジ部分での輝度を平均化することで，階調を補完し，偽輪郭発生を防止する。なお，急峻なエッジの場合はそのまま表示することができる。

以下のようにして，エッジ検出部５２は，平坦エッジ信号を検出し，平均化処理部５３は平均化処理を行う。
図６Ａは，平均化処理の手順の一例を表すフロー図である。図６Ｂは，画素２２の位置関係を表す模式図である。画素Ｘを取り囲んで画素ａ〜画素ｈが配置される。この画素Ｘは，輝度領域検出部５１で検出された高輝度領域に配置される。

（１）隣接画素との輝度の差分の絶対値の算出（ステップＳ１１）
高輝度領域の画素Xの輝度値Ｙxと，画素Xを取り囲む８つの画素a〜hの輝度値Ｙa〜Ｙhそれぞれとの差分の絶対値Ｄ１〜Ｄ８を算出する。

（２）輝度差のレベル判定（ステップＳ１２〜Ｓ１４）
それぞれの差分の絶対値Ｄ１〜Ｄ８がLowレベル，Middleレベル，Highレベルのいずれであるかを判定する。差分の絶対値Ｄ１〜Ｄ８それぞれと，判定値ＴＬ，ＴＭ，ＴＨとの大小関係によって，差分の絶対値Ｄ１〜Ｄ８をレベル判定できる。
Ｄ≦ＴＬ …Lowレベル
Ｄ≦ＴＭ …Middleレベル以下（MiddleレベルまたはLowレベル）
Ｄ≦ＴＨ …Highレベル以下（Highレベル〜Lowレベル）
Ｄ＞ＴＨ …Highレベルより大
例えば，判定値ＴＬ，ＴＭ，ＴＨをそれぞれ，４，８，１２とする。この場合，Lowレベル≦４，Middleレベル以下≦８，Highレベル以下≦１２とする。
この判定値は，投影表示装置の特性に応じて設定できる。また，ここではレベルの数を４つ（Low，Middle以下，High以下，Highより大）としているが，レベルの数を２，３，あるいは５以上とすることも可能である（レベルを連続的に変化させることも可能）。

１）すべての差分の絶対値Ｄ１〜Ｄ８がLowレベルであれば，輝度Yxは平坦と判定される（ステップＳ１２，Ｓ１５）。
２）すべての差分の絶対値Ｄ１〜Ｄ８がMiddleレベル以下であれば，輝度Yxはやや平坦と判定される（ステップＳ１３，Ｓ１６）。即ち，差分の絶対値Ｄ１〜Ｄ８の最大がMiddleレベルの場合である。
３）すべての差分の絶対値Ｄ１〜Ｄ８がHighレベル以下であれば，輝度Yxはやや凹凸と判定される（ステップＳ１４，Ｓ１７）。即ち，差分の絶対値Ｄ１〜Ｄ８の最大がMiddleレベルの場合である。
４）それ以外は凹凸と判定される（ステップＳ１４，Ｓ１８）。即ち，差分の絶対値Ｄ１〜Ｄ８の何れかがHighレベルより大きい場合である。

（３）平均化処理（ステップＳ１５〜Ｓ１８）
１）平坦と判定された輝度Yxは，以下のとおり平均化処理される（ステップＳ１５）。
Yx1=（Yx+Ya+Yb+Yc+Yd+Ye+Yf+Yg+Yh）/９
２）やや平坦と判定された輝度Yxは，以下のとおり平均化処理される（ステップＳ１６）。
Yx1＝（４・Yx+ Ya+Yb+Yc+Yd+Ye+Yf+Yg+Yh）/１２
３）やや凹凸と判定された輝度Yxは，以下のとおり平均化処理される（ステップＳ１７）。
Yx1=（８・Yx+Ya+Yb+Yc+Yd+Ye+Yf+Yg+Yh）/１６
４）凹凸と判定されたXは，平均化処理されない（ステップＳ１８）。
Yx1は平坦化処理後の画素Xの輝度である。

以上の平坦化処理における重みづけは，一例を示したものである。滑らかな画像が得られる，他の数値を適用してもよい。
より一般的には，以下の式を用いて平均化処理することができる。
Yx1＝（m(i)*Yx+Yａ+Yb+Yc+…+Yh）/(m(i)+8)
ｉ：隣接画素との輝度差のレベル
m(i)：重みづけ値（輝度差のレベル（差分の絶対値）に対応して変化）

γ調整部５４は，映像信号のγ値を補正するものであり，表示素子を駆動する映像信号のガンマ値を段階的に補正するガンマ補正部として機能する。
表示パネル２０では，入力信号の値と表示される光の強さ（輝度）が正比例しない可能性がある。この時の入出力特性をグラフに描いたときの曲線が"ガンマ曲線"であり,このガンマ曲線を冪乗関数(累乗関数)で近似したときの指数の値を"ガンマ(γ)"という。

図７は，表示パネル２０の輝度とガンマ値の関係を表すグラフである。このグラフは曲線であり，ガンマ補正は本来一種の非線形処理であることが判る。
本図に示すように，非線形処理によりγ補正がなされるのが好ましい。しかし，輝度レベルを複数に区分し，各輝度レベルに対応して定められたγ値を用いて，ガンマ補正を行うことで，処理量の低減が図られる。

例えば，輝度レベルを４つの領域（暗い第１の領域（０．１ｃｄ／ｍ^２以下），少し暗い第２の領域（０．１〜５０ｃｄ／ｍ^２），少し明るい第３の領域（５０〜１００ｃｄ／ｍ^２），非常に明るい第３の領域（１００ｃｄ／ｍ^２以上））に区分して，これらの領域に対応してγ値を定める。例えば，第１〜第３の領域それぞれでγ値を，１±０．５，２．２±０．５，４．０±０．５，５．０±０．５とすることができる。輝度レベルを細分化することで，精密なガンマ補正が可能となる。輝度レベルを４つに分けてガンマ補正を行うことで，十分な画質が得られることが判った。

光変調素子輝度信号発生部５５は，変調素子輝度信号を発生し，光変調素子ドライバ３１に出力するものであり，光変調素子の領域それぞれに対応する表示素子の対応領域それぞれでの画像の輝度に基づいて，光変調素子を制御する制御信号を生成する制御信号生成部に対応する。
光変調素子輝度信号発生部５５は，光変調素子３０のブロック領域３２それぞれに対応する表示パネル２０上の対応領域内で最高の輝度を検出する。即ち，補正された高輝度領域信号を表示パネル２０上の対応領域毎に区分し，対応領域毎の最高輝度レベルを検出する。光変調素子輝度信号発生部５５は，検出された対応領域毎の最高輝度レベルをブロック領域３２毎の輝度とする変調素子輝度信号を発生する。

以上では，光変調素子３０の領域３２毎での代表輝度として，領域３２に対応する複数の画素２２の輝度の最高値を採用している。これに換えて，他の輝度を採用することも可能である。
一例として，領域３２の境界での輝度値を変調素子輝度信号として設定することが可能である。隣り合った領域３２で輝度分布が著しく異なり，それぞれの領域３２での光変調素子３０の輝度信号が，例えば，最大レベルおよび最低レベルの場合を考える。この場合，表示パネル２０のみで輝度を調整すると，領域３２の境界で不連続な輝度分布が発生する可能性がある。
このとき，領域３２の境界での輝度値を領域３２の代表輝度値として採用することで，不連続な輝度分布を補正することが可能である。

なお，このとき，この境界に接する領域３２の代表輝度を同一とする必要はない。境界に接する一の領域３２の代表輝度を境界での輝度値として，境界に接する他の境界３２の代表輝度をこの領域３２に対応する複数の画素２２の輝度の最高値とすることができる。

表示パネル輝度信号発生部５７は，表示パネル輝度信号を発生し，表示パネルドライバ２１に出力する。
表示パネル２０の各画素２２に対応する表示パネル輝度信号が，光変調素子３０のブロック領域３２の変調素子輝度値およびγ調整後の映像信号から生成される。

例えば，画素２２に対応する映像信号での輝度Ｂ０，ブロック領域３２（その画素２２に対応）に対応する光変調素子輝度信号での輝度Ｂ１から，画素２２に対応する表示パネル輝度信号での輝度Ｂ２は次の式（３）により算出できる。
映像信号BO，B1，B2に対応するパネルの輝度値をY(B0)，Y(B1)，Y(B2)とする。また，表示パネル２０の最高輝度信号をBbright，それに対応する表示パネル２０の最高輝度値をY(Bbright)とする。さらに，各輝度値Y(B0)，Y(B1)，Y(B2)，Y(Bbright)におけるγ値をそれぞれγ0，γ1，γ2，γｂとする。
Y(B0)=B0^γ0
Y(B1)=B1^γ1
Y(B2)=B2^γ2
Y(Bbright)=Bbright^γb
Y(B2)= Y(B0) /Y(B1)* Y(Bbright)
B２＝Y(B2)^1/γ2 ……（３）

算出された輝度Ｂ２に対応するように，映像信号の輝度を補正することで（一種の映像信号の変換），表示パネル輝度信号が生成される。
生成された光変調素子輝度信号および表示パネル輝度信号は，光変調素子ドライバ３１および表示パネルドライバ２１に入力され，光変調素子３０および表示パネル２０が駆動される。光変調素子輝度信号および表示パネル輝度信号によって，光変調素子３０および表示パネル２０を同期して駆動することで，ダイナミックレンジの広い映像を得ることが出来る。

（第２の実施の形態）
図８は本発明の第２の実施形態に係る投影表示装置を表す模式図である。
本実施形態に係る投影表示装置は，光源１０，表示パネル２０Ａ，光変調素子３０，投影レンズ４０，制御部５０を有する。
本実施形態では，表示パネル２０Ａとして，光源１０からの光を反射させる反射型のパネルを用いて，投影表示装置を構成している。即ち，表示パネル２０Ａは，画像を表示すると共に，入射した光を反射する（反射部を有する）。

本実施形態では，第１の実施形態と異なり，表示パネル２０Ａ，および光変調素子３０に光源１０からの光が２回通過する。即ち，光源１０からの入射時，投影レンズ４０への出射時の往復２回の光が通過する。このため，本実施形態では，以下の点で第１の実施形態と異なる。

光源１０からの光が光変調素子３０を２回通過することに伴って，2回通過した光が各ブロック領域３２の最高輝度値になるように，輝度信号B1は以下のように設定する。
各ブロック領域３２での最高輝度レベル画素の輝度信号をB1_０とし，B1_０に対応するγ値をγ_Ｂ１０とする。表示パネル２０Ａの輝度信号の最大値をBmaxとし，対応するγ値をγ_Ｂｍａｘとすると，光変調素子３０の各ブロック３２での輝度信号B1は次の式で表される。
B1＝（B^γB10*B^γmax）^1/2*γB1
ここで，γ_B1は輝度信号B1に対応するγ値である。

本実施の形態では，光源１０からの入射光，反射光が表示パネル２０Ａに対して垂直であることが望ましい。このため，表示パネル２０Ａの前面に反射プリズムを配置することが考えられる。光源１０と表示パネル２０Ａの間に反射プリズムを配置することで，表示パネル２０Ａへの光の入射角，反射角を略垂直とすることが可能となる。
本実施の形態では，表示パネル２０Ａと光変調素子３０を出来るだけ密接させて配置することが好ましい。入射光，反射光の経路を近接させ，より良好な表示を得ることができる。

以下，本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
６４０×４８０の画素２２を持つ透過型ＬＣＤを表示パネル２０としたプロジェクタに，３２×２４のブロック領域３２に分割された液晶パネルを光変調素子３０として，光源１０と表示パネル２０の間に配置した。光変調素子３０を表示パネル２０の直前にほぼ接するように，画素２２に合わせて配置した。

次に明るい領域の多い８ビットの映像信号（ここでは静止映像）を用いて高ダイナミックレンジ表示を行った。圧縮された高輝度領域を伸張するように映像信号を変換して，ダイナミックレンジを広げた。ダイナミックレンジを伸張したことによる偽輪郭がこの映像の一部に発生していたので，この領域を検出して平坦化処理を行い，偽輪郭を解消した新たな映像信号を得た。

この映像信号の輝度レベルを検出し，γ補正を行った。次にこの映像信号を光変調素子３０のブロック領域３２に対応する領域（ここでは２０×２０画素が１のブロック領域３２）毎に輝度レベルの最高値を検出した。検出された輝度レベルの最高値を光変調素子３０の輝度信号とした。
次に，各ブロック領域３２での最高輝度と各画素２２の輝度の値から（３）式を用いて，各画素における輝度信号を作成した。
光変調素子３０と表示パネル２０を同期して駆動したところ，ダイナミックレンジが広がった映像が得られた。光変調素子３０の輝度変化の大きい部分では若干ブロックムラが見られたが，概して良好な表示が得られた。

（実施例２）
１２８０×７２０の画素２２を持つ透過型ＬＣＤを表示パネル２０としたプロジェクタに，３２×１８のブロック領域３２に分割された液晶パネルを光変調素子３０として，光源１０と表示パネル２０の間に配置した。光変調素子３０を画素２２に合わせて配置した。このとき光変調素子３０を表示パネル２０と２００μｍ離して配置した。
映像信号は実施例１と同様にして光変調素子３０と表示パネル２０用の信号を作成した。この映像信号を光変調素子３０と表示パネル２０で同期して表示させたところ，実施例１で見られた光変調素子３０の輝度変化の大きい部分でのブロックムラが解消され，良好な表示が得られた。このように，表示パネル２０と光変調素子３０を若干離間させることで（光変調素子３０を投影レンズ４０の結像面から離間させる），ブロック領域３２の境界を認識し難くすることができる。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態に係る投影表示装置を表す模式図である。光変調素子を正面から見た状態を表す正面図である。光変調素子としての単純マトリクス型の液晶パネルを正面から見た状態を表す正面図である。光変調素子としての単純マトリクス型の液晶パネルを側面から見た状態を表す側面図である。単純マトリクス型の液晶パネルを構成する一方の基板を正面から見た状態を表す正面図である。単純マトリクス型の液晶パネルを構成する他方の基板を正面から見た状態を表す正面図である。制御部の内部構成を表すブロック図である。映像信号の輝度信号と輝度の対応関係を表すグラフである。平均化処理の手順の一例を表すフロー図である。画素の位置関係を表す模式図である。表示パネルの入力信号と輝度との関係を表すグラフである。本発明の第２実施形態に係る投影表示装置を表す模式図である。

符号の説明

１０…光源，１１…発光体，１２…反射板，１３…保護パネル，２０…表示パネル，２１…表示パネルドライバ，２２…画素，３０…光変調素子，３１…光変調素子ドライバ，３２…ブロック領域，４０…投影レンズ，５０…制御部，５１…輝度領域検出部，５２…エッジ検出部，５３…平均化処理部，５４…γ調整部，５５…光変調素子輝度信号発生部，５７…表示パネル輝度信号発生部，６１，６２…基板，６３…液晶，６４，６５…透明電極，６６，６７…電極パッド

Claims

画像を表示する表示素子と，
前記表示素子に光を入射させる光源と，
前記表示素子に表示される画像を投影する投影レンズと，
前記表示素子に入射または出射する光の強度を制御する光変調素子であって，光の強度を互いに独立して制御可能な複数の領域を有する光変調素子と，
前記表示素子に表示される画像の輝度分布に基づいて，前記光変調素子を制御する制御部と，
を具備することを特徴とする投影表示装置。
前記光変調素子の各領域が前記表示素子の複数の画素に対応する
ことを特徴とする請求項１記載の投影表示装置。
前記光変調素子が前記投影レンズの結像面から次の式で表される距離ｄの範囲内に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の投影表示装置。
ＦＡ＊Ｐｇ≦ｄ≦ＦＡ＊Ｐｂ／２
ＦＡ：投影レンズのＦ数
Ｐｇ：表示素子の画素の大きさ
Ｐｂ：光変調素子の領域の大きさ
前記制御部が，前記光変調素子の領域それぞれに対応する前記表示素子の対応領域それぞれでの画像の輝度に基づいて，前記光変調素子を制御する制御信号を生成する制御信号生成部，を有する
ことを特徴とする請求項１記載の投影表示装置。
前記制御部が，
前記表示素子の画素の輝度が，所定輝度より大きく，かつ隣接する画素との輝度の相違が所定範囲内か否かを判定する判定部と，
前記判定部での判定結果に基づいて，前記画素の輝度を補正する輝度補正部と，を有する
ことを特徴とする請求項４記載の投影表示装置。
前記制御部が，前記表示素子を駆動する映像信号のガンマ値を段階的に補正するガンマ補正部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の投影表示装置。