JP2010039184A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い解像度の画像を安定して表示することができる画像表示装置を提供すること。
【解決手段】画像表示装置は、マイクロコンピュータ2と、光学系133とを備え、マイクロコンピュータ2は、色相画素生成手段および輝度画素生成手段を実現するプログラムを実行するCPU21と、RGB信号を入力するRGB信号入力部23と、色相画素を出力する色相画素出力部24と、輝度画素を出力する輝度画素出力部25とを有し、光学系133は、色相画素を表示する第1変調部30と、輝度画素を表示する第2変調部40と、第1変調部30からの光を反射する凹面鏡133bとを有し、凹面鏡133bの反射面の焦点位置P1に第1変調部30を設け、焦点位置P2に第2変調部40を設けた構成を有する。
【選択図】図2
【解決手段】画像表示装置は、マイクロコンピュータ2と、光学系133とを備え、マイクロコンピュータ2は、色相画素生成手段および輝度画素生成手段を実現するプログラムを実行するCPU21と、RGB信号を入力するRGB信号入力部23と、色相画素を出力する色相画素出力部24と、輝度画素を出力する輝度画素出力部25とを有し、光学系133は、色相画素を表示する第1変調部30と、輝度画素を表示する第2変調部40と、第1変調部30からの光を反射する凹面鏡133bとを有し、凹面鏡133bの反射面の焦点位置P1に第1変調部30を設け、焦点位置P2に第2変調部40を設けた構成を有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、画像表示装置に係り、特に、高い解像度の画像を安定して表示することができる画像表示装置に関する。
カラー画像表示装置は、テレビジョン受像機あるいはパーソナルコンピュータの表示装置として多用されており、直視型と投射型とに大別できる。このうちの投射型表示装置としては、1枚の液晶板で赤色光、緑色光および青色光を変調する単板式(例えば、特許文献1参照)と、赤色光、緑色光および青色光を個別の液晶板で変調する3板式(例えば、特許文献2参照)とがある。
しかしながら、従来の投射型表示装置において高解像度を実現するためには、画素数を増す必要があるが、画像表示面積を一定とすれば1画素を小型化する必要があるだけでなく、1画素に赤緑青の三色の発光素子を含める必要があるため、各色の発光素子は一層小型化する必要があり、装置自体が高価格となるという課題があった。
この課題の解決を図ることを目的として、表示素子を直列に並べて二重に変調をかけることによって広ダイナミックレンジの表示を実現するものが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
図23は、特許文献3に示された投射型表示装置の構成を概念的に示す図であって、この投射型表示装置は、色相画素を表示する第1変調部201と、リレーレンズ202と、輝度画素を表示する第2変調部203と、投射レンズ204とを備える。第1変調部201は、白色光源と、低解像度の赤色(R)用液晶パネル、緑色(G)用液晶パネルおよび青色(B)用液晶パネルとを備え、RGB各色用液晶パネルは、それぞれ、白色光から分離されたRGB各色光の強度をRGB信号に基づいて変調して出射するものである。また、第2変調部203は、RGB信号により輝度が変調された光を出射する高解像度の液晶パネルで構成されるものである。この構成により、図23に示した従来の投射型表示装置は、安価で高い解像度を有するものとなっている。
特開2001−33820号公報
特開2004−226914号公報
特開2006−113193号公報
しかしながら、従来の構成では、第1変調部201と第2変調部203とが離れているため、光学系の調整が困難であるとともに、表示装置の筐体全体を精度良く製作する必要があるという課題があった。これは、第1変調部201を構成するRGB各色用液晶パネルの相対位置などが変化すると最終的な画像出力に影響するからである。特に、第2変調部203がRGB各色用液晶パネルから離れていることにより温度上昇などが第1変調部201と同じではないので光学系の頻繁な調整が必要であり、また、第1変調部201と第2変調部203との相対位置が変化しないように全体を頑強な筐体で囲むなどの製造上の課題がある。ちなみに従来構成では第1変調部201と第2変調部203とが50cm程度離れており、これらを一体型の頑強な台座にのせているが、温度変化や微少な振動が表示画像に大きく影響し、画像を安定して表示できないという課題があった。
そこで、第1変調部201と第2変調部203とを互いに近く設置して、相対的な位置ずれや温度変化の影響を受けにくくする構成として、例えば図24に示すようにミラーを使うことが考えられる。この構成は光学的には従来構成におけるリレーレンズ202の代わりにミラー205を用いたもので、第1変調部201からの光を反射することにより、第1変調部201と第2変調部203とを近接して設置することができる。
しかしながら、単純に光を反射する構成では解像度が大幅に低下する。具体的には、図25に示すように、第1変調部201からの出射光は平行光に近いものの数度の広がりを有しているので、出射光が例え0.1°としても10cm離れた場所では350μmに広がる。表示素子上での1画素の大きさは最近では10μm以下になっているので、350μmの広がりは40画素以上に相当する場合がある。従って、図24に示した構成の表示装置では解像度が大幅に低下するので実用化できない。
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、高い解像度の画像を安定して表示す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。
本発明の画像表示装置は、RGB信号に基づいて色相画素を生成する色相画素生成手段と、前記RGB信号に基づいて輝度画素を生成する輝度画素生成手段と、前記色相画素と前記輝度画素とを重畳してカラー画像を表示する表示手段とを備え、前記色相画素生成手段が、前記RGB信号に基づいて複数の前記輝度画素ごとに1つの色相画素を生成する色相画素生成部を有し、前記輝度画素生成手段が、前記RGB信号に基づいて前記輝度画素を生成する輝度画素生成部を有し、前記表示手段が、前記色相画素を表示する色相画素表示部と、前記輝度画素を対応する前記色相画素に重畳して表示する輝度画素表示部と、反射面が回転楕円面で形成された凹面鏡とを有し、前記凹面鏡の一方の焦点位置に前記色相画素表示部を設け、前記凹面鏡の他方の焦点位置に前記輝度画素表示部を設けた構成を有している。
この構成により、本発明の画像表示装置は、色相画素生成手段と輝度画素生成手段とを近接して設けることができるので、温度変化や微少な振動等に影響されることなく、高い解像度の画像を安定して表示することができる。
本発明の画像表示装置は、前記輝度画素表示部が、前記凹面鏡からの反射光の輝度を前記輝度画素に基づいて制御するモノクローム液晶パネルを有し、前記反射光を入射する前記モノクローム液晶パネルの入射面が、前記反射光の進行方向に対して予め定められた角度で傾斜している構成を有してもよい。
本発明の画像表示装置は、前記色相画素表示部が、白色光を発光する光源と、前記白色光を赤色光、緑色光および青色光に分離する光分離手段と、前記赤色光、緑色光および青色光の透過光量を前記色相画素に基づいて制御する赤色光用液晶パネル、緑色光用液晶パネルおよび青色光用液晶パネルと、前記赤色光用液晶パネル、緑色光用液晶パネルおよび青色光用液晶パネルを透過した赤色光、緑色光および青色光を合成する光合成手段とを有し、前記輝度画素表示部が、前記光合成手段が合成した光の輝度を前記輝度画素に基づいて制御するモノクローム液晶パネルを有してもよい。
本発明の画像表示装置は、前記色相画素表示部が、白色光を発光する光源と、前記白色光の透過光量を制御する低解像度モノクローム液晶パネルと、前記低解像度モノクローム液晶パネルを透過した白色光に前記色相画素に基づいて色相を与えるカラーフィルタとを有し、前記輝度画素表示部が、前記色相の与えられた前記白色光の輝度を前記輝度画素に基づいて制御するモノクローム液晶パネルを有してもよい。
本発明の画像表示装置は、前記モノクローム液晶パネルが、第1のモノクローム液晶パネルと、前記第1のモノクローム液晶パネルに対して1/2画素ずらして配置される第2のモノクローム液晶パネルとを有してもよい。
本発明の画像表示装置は、RGB信号に基づいて色相画素を生成する色相画素生成手段と、前記RGB信号に基づいて輝度画素を生成する輝度画素生成手段と、前記色相画素と前記輝度画素とを重畳してカラー画像を表示する表示手段とを備え、前記色相画素生成手段が、前記RGB信号に基づいて複数の前記輝度画素ごとに1つの色相画素を生成する色相画素生成部と、前記色相画素の色相および彩度を補正する色相画素補正部とを有し、前記輝度画素生成手段が、前記RGB信号に基づいて前記輝度画素を生成する輝度画素生成部と、前記輝度画素の輝度を補正後の前記色相画素の輝度に基づいて補正する輝度画素補正部とを有し、前記表示手段が、補正後の前記色相画素を表示する色相画素表示部と、補正後の前記輝度画素を対応する前記色相画素に重畳して表示する輝度画素表示部と、反射面が回転楕円面で形成された凹面鏡とを有し、前記凹面鏡の一方の焦点位置に前記色相画素表示部を設け、前記凹面鏡の他方の焦点位置に前記輝度画素表示部を設けた構成を有してもよい。
本発明の画像表示装置は、前記輝度画素生成手段が、補正後の前記色相画素の輝度が所定の閾値輝度以下であるときは、補正後の前記輝度画素を強調する低輝度強調部を有し、前記色相画素生成手段が、前記輝度画素の強調に応じて補正後の前記色相画素の輝度を弱化する色相画素輝度弱化部を有してもよい。
本発明は、高い解像度の画像を安定して表示することができるという効果を有する画像表示装置を提供することができるものである。
(第1の実施形態)
以下図面を参照して、本発明に係る画像表示装置の第1の実施形態を説明する。
以下図面を参照して、本発明に係る画像表示装置の第1の実施形態を説明する。
図1は本発明に係る画像表示装置1であって、RGB信号に基づいて色相画素を生成する色相画素生成手段11と、RGB信号に基づいて輝度画素を生成する輝度画素生成手段12と、色相画素と輝度画素とを重畳してカラー画像を表示する表示手段13とを備える。
色相画素生成手段11は、RGB信号に基づいて複数の輝度画素ごとに1つの色相画素を生成する色相画素生成部111を有する。また、色相画素の色相および彩度を補正する色相画素補正部112を有していてもよい。
輝度画素生成手段12は、RGB信号に基づいて輝度画素を生成する輝度画素生成部121を有する。また、輝度画素の輝度を補正後の色相画素の輝度に基づいて補正する輝度画素補正部122を有していてもよい。
表示手段13は、補正後の色相画素を表示する色相画素表示部131と、補正後の輝度画素を対応する色相画素に重畳して表示する輝度画素表示部132と、光学系133とを有する。
図2は、本発明に係る画像表示装置1のハードウエア構成および光学系133の構成を示す図であって、色相画素生成手段11および輝度画素生成手段12は、マイクロコンピュータ2にインストールされるプログラムによって実現される。
マイクロコンピュータ2は、色相画素生成手段11および輝度画素生成手段12を実現するプログラムを実行するCPU21と、このプログラムを記憶するメモリ22と、テレビジョン受信機(図示せず)が出力するRGB信号を入力するRGB信号入力部23と、色相画素を出力する色相画素出力部24と、輝度画素を出力する輝度画素出力部25と、これらを相互に結合するバス26とを有する。
光学系133は、色相画素表示部131として機能し色相画素を表示する第1変調部30と、輝度画素表示部132として機能し輝度画素を表示する第2変調部40と、第1変調部30の出射光の広がりを抑える補正レンズ133aと、補正レンズ133aからの光を反射する凹面鏡133bと、第2変調部40の出射光をスクリーン(図示せず)に投射する投射レンズ133cとを有する。ここで、凹面鏡133bの反射面は回転楕円面で形成されており、この反射面は焦点P1およびP2を有する。また、第1変調部30および第2変調部40は、それぞれ、凹面鏡133bの反射面が有する焦点P1およびP2の位置を基準として設けられており、詳細は後述する。
第1変調部30は、白色光から分離された青色光、緑色光および赤色光のそれぞれの強度を色相画素出力部24から出力される表示用色相に基づいて制御し、RGB合成光を出射するようになっている。このRGB合成光は、補正レンズ133aおよび凹面鏡133bを介して第2変調部40に入射するようになっている。
第1変調部30は、例えば図3に示すように構成される。即ち、第1変調部30は、白色光を発生する光源31と、白色光を青色光と黄色光とに分離するダイクロイックミラー32aと、黄色光を反射するミラー33aと、黄色光を赤色光と緑色光とに分離するダイクロイックミラー32bと、赤色光を反射するミラー33bおよび33cと、青色光の強度を制御する青色用液晶パネル34と、緑色光の強度を制御する緑色用液晶パネル35と、赤色光の強度を制御する赤色用液晶パネル36と、強度が制御された青色光、緑色光および赤色光を合成するダイクロイックプリズム37とを有する。なお、ダイクロイックミラー32aおよび32bは、本発明に係る光分離手段を構成する。また、ダイクロイックプリズム37は、本発明に係る光合成手段を構成する。
青色用液晶パネル34、緑色用液晶パネル35および赤色用液晶パネル36は、白色光から分離された青色光、緑色光および赤色光のそれぞれの強度を色相画素出力部24から出力される表示用色相信号に基づいて制御するようになっている。
第2変調部40は、例えばモノクローム液晶パネルで構成され、輝度画素出力部25から出力される表示用輝度に基づいてRGB合成光の輝度を制御するようになっている。輝度の制御されたRGB合成光は、投射レンズ133cを介してスクリーンに投射され、スクリーン上にカラー画像を形成する。
第1変調部30および第2変調部40の画素は、例えば図4に示すように構成される。
図4(a)は第1変調部30の画素38を概念的に示す斜視図であって、斜線で示したものは1つの色相画素用セル38aを示す。1つの色相画素用セル38aは、Rエレメント、GエレメントおよびBエレメントが例えばストライプ状に配置された構成となっている。
また、図4(b)は第2変調部40の画素41を概念的に示す斜視図であって、斜線で示したものは1つの輝度画素用セル41aを示し、1つの色相画素用セル38aの中には、4×4=16個の輝度画素用セル41a〜41pが含まれている。
RGB信号入力部23は、図5に示すように、テレビジョン受信機が出力するRGB信号をディジタル化して画素Pを生成するA/D変換器50と、3つのラインメモリ51、52および53と、4つの画素メモリ55、56、57および58と、バス26を介してCPU21に画素を伝送する入力I/F59とを有する。
なお、画素Pは、赤色成分R、緑色成分Gおよび青色成分Bを有する。
3つのラインメモリ51、52および53は、それぞれが1本の水平走査線分のRGB画素を記憶する容量を有し、4つの画素メモリ55、56、57および58は、それぞれが3つの画素を記憶する容量を有している。
そして、A/D変換器50は第1のラインメモリ51の入力に接続され、第2のラインメモリ52の入力は第1のラインメモリ51の出力に接続され、第3のラインメモリ53の入力は第2のラインメモリ52の出力に接続されている。
従って、3つのラインメモリ51、52および53は、A/D変換器50がi番目の水平走査線に相当する画素列Q(i)を第1のラインメモリ51に出力すると、第1のラインメモリ51は(i−1)番目の水平走査線に相当する画素列Q(i−1)を第2のラインメモリ52に出力し、第2のラインメモリ52は(i−2)番目の水平走査線に相当するRGB画素列Q(i−2)を第3のラインメモリ53に出力し、第3のラインメモリ53は(i−3)番目の水平走査線に相当する画素列Q(i−3)を出力するように構成されている。
第1の画素メモリ55の入力は直接A/D変換器50の出力に接続され、第2の画素メモリ56の入力は第1のラインメモリ51の出力に接続され、第3の画素メモリ57の入力は第2のラインメモリ52の出力に接続され、第4の画素メモリ58の入力は第3のラインメモリ53の出力に接続される。
4つの画素メモリ55、56、57および58は、すべて同一の構成を有するので、以下第1の画素メモリ55の構成について説明する。
第1の画素メモリ55は、第1の画素遅延素子551、第2の画素遅延素子552および第3の画素遅延素子553が直列に接続された構成を有する。
従って、第1の画素遅延素子551は、画素P(i,j)を入力し、画素P(i,j−1)を出力する。第2の画素遅延素子552は画素P(i,j−1)を入力し、画素P(i,j−2)を出力する。第3の画素遅延素子553は画素P(i,j−2)を入力し、画素P(i,j−3)を出力する。
即ち、第1の画素メモリ55は、A/D変換器50が出力する画素P(i,j)、第1の画素遅延素子551が出力する画素P(i,j−1)、第2の画素遅延素子552が出力する画素P(i,j−2)および第3の画素遅延素子553が出力する画素P(i,j−3)を入力インターフェイス(I/F)59に出力するように構成されている。
同様に、第2の画素メモリ56は、第1のラインメモリ51が出力する画素P(i−1,j)、第1の画素遅延素子561が出力する画素P(i−1,j−1)、第2の画素遅延素子562が出力する画素P(i−1,j−2)および第3の画素遅延素子563が出力する画素P(i−1,j−3)を入力I/F59に出力するように構成されている。
また、第3の画素メモリ57は、第2のラインメモリ52が出力する画素P(i−2,j)、第1の画素遅延素子571が出力する画素P(i−2,j−1)、第2の画素遅延素子572が出力する画素P(i−2,j−2)および第3の画素遅延素子573が出力する画素P(i−2,j−3)を入力I/F59に出力するように構成されている。
さらに、第4の画素メモリ58は、第3のラインメモリ53が出力する画素P(i−3,j)、第1の画素遅延素子581が出力する画素P(i−3,j−1)、第2の画素遅延素子582が出力する画素P(i−3,j−2)および第3の画素遅延素子583が出力する画素P(i−3,j−3)を入力I/F59に出力するように構成されている。
[光学系の説明]
次に本実施形態における光学系133について説明する。
次に本実施形態における光学系133について説明する。
前述したように、第1変調部30および第2変調部40は、それぞれ、凹面鏡133bの反射面が有する焦点P1およびP2の位置を基準として設けられている。従って、焦点P1の近傍にある第1変調部30から出射した光が、焦点P2の近傍にある第2変調部40に入射することとなるが、これはあくまでも焦点のみで成り立つことである。実際には、第1変調部30の出射面および第2変調部40の入射面は広がりを持っているため、第1変調部30の画素から出射した光が第2変調部40の対応する画素に入射するかについて以下検討する。
検討をするため、図6に示した配置を想定する。図6において、2つの焦点P1およびP2と、第1変調部30としての第1液晶パネル(以下「LCD1」)と、第2変調部40としての第2液晶パネル(以下「LCD2」)とがあり、LCD1面にほぼ垂直にLCD1から光が出射し、その光が凹面鏡で反射してLCD2に入射する。以下、焦点P1の座標を(−a,d)とし、焦点P2の座標を(a,d)とする。また、凹面鏡の座標を[数1]とする。
ここで各LCDがx軸に対して傾いているのは、LCD1面に対して垂直に出射した光が、凹面鏡133bの反射面で反射した後LCD2面に対して垂直に入射するためである。
LCD1面上に点Q1(x1,y1)を考える。この点からLCD1面に対して垂直に出射した光が凹面鏡133bの反射面上の点Q3(x3,y3)で反射しLCD2面上の点Q2(x2,y2)に入射するとする。
次に、図7に示すように各々の素子上での位置をZ1、Z2とし、相対位置の差(Z1−Z2)をa、b、dについて2つの条件で計算した。1つ目の条件は、a=1、b=5、d=0(条件1)で、もう1つの条件はa=1、b=20、d=0(条件2)である。計算結果を図8に示す。図8(a)は条件1、図8(b)は条件2での計算結果を示す。なお、図8(a)および(b)におけるLCD位置が正の方向は、図6においてLCD1の内側(原点側)に向かう方向を示す。
図8(a)および(b)に示すように、bの値が大きいほど、従ってLCDサイズに比較して楕円の大きさが大きいほど、誤差が少ない。また、LCD1からの出射位置が内側になるほど誤差が少ない。条件1では、LCD1上で−0.3〜1の範囲で使用するとして誤差は0〜0.02なので、HD(High Definition)解像度相当のパネルであれば最大±15画素のずれである。一般に、HD解像度相当のパネルにおける色相画素の画素ずれは±2画素程度以下が好ましいとされているので、条件1での光学系では画素ずれが大きく実用的ではない。
一方、条件2では、LCD1上で−0.4〜1の範囲で使用するとして誤差は0〜0.001なので、HD解像度相当のパネルであれば最大±0.7画素のずれになる。従って、条件2での光学系では、色相画素の画素ずれが±2画素程度以下となるので好ましい。
以上のように光学系133の条件を色相画素の画素ずれを考慮して選べば、第1変調部30の画素から出射した光は第2変調部40の対応する画素位置にほぼ等しく入射することとなる。
[解像度の検討]
前述の検討結果は、LCD1から出射する光を完全な平行光とした場合である。出射光は実際にはある程度広がりを持っており、これによって解像度が低下しないかを検討する必要がある。
前述の検討結果は、LCD1から出射する光を完全な平行光とした場合である。出射光は実際にはある程度広がりを持っており、これによって解像度が低下しないかを検討する必要がある。
そこで図9に示すように、LCD1からの出射光が平行光ではなく角度θの広がりを持っているとして前述と同様な計算をした。凹面鏡133bの反射面の構成条件は前述の条件2とし、LCD1上の位置Z1として−0.4〜1.0の範囲において、θをパラメータとして位置ずれを調べた。なお、図9には、Z1、Z2およびθの正負の定義を示している。
θ=−10°〜10°について計算した結果を図10に示す。図10に示すように、θが大きくなるに従ってLCD2上では入射光が大きく広がりを持つことがわかる。LCD1上で−0.3〜1.0を適用範囲として出射光の広がりを−3°〜3°程度に抑えると、LCD2上では−0.002〜0.002の広がりとなる。これはHD解像度で±3画素程度の画素ずれに対応する。従って、HD解像度で±1画素程度に画素ずれを抑えようとすると光の広がりを−1°〜1°程度にする必要がある。
図10において、位置ずれは平行光からのずれの角度θにほぼ比例し、さらにLCD1の小さい範囲においては位置ずれが比例しているように見える。このため、LCD2をやや傾けると画素ずれは改善される可能性がある。そこで、LCD2をθの正方向に4°傾け同じ計算を行った。その結果を図11に示す。この条件では、LCD1上で0〜0.4を適用範囲として出射光の広がりを−3°〜3°程度に抑えると、LCD2上では0〜0.0005の広がりとなる。これはHD解像度で±1.1画素程度の画素ずれに対応するので、画素ずれが約1/3に改善されることとなる。なお、出射光の広がりを抑えるためには、図2に示したように補正レンズ133aを使用する構成とするのが好ましい。
[表1]は、LCD2の傾きに対する、LCD2上での画素ずれを算出した結果を示すものである。[表1]に示すように、色相画素の画素ずれが±2画素程度以下(レンジで4画素程度以下)とするためには、LCD2の傾きを2.5°〜4.5°程度とするのが好ましい。
次に本発明に係る画像表示装置1の第1の実施形態の動作を、CPU21で実行されるプログラムのフローチャートを参照しつつ説明する。
図12はCPU21が実行するメインプログラムのフローチャートであって、CPU21は新たなフレームが始まるたびに(垂直帰線期間が検出されるたびに)、このプログラムを実行する。
CPU21は、まず水平走査線の番号を表すパラメータiを"1"に初期化(ステップS11)し、次にパラメータiが"4"の倍数であるか否かを判定(ステップS12)する。
CPU21は、パラメータiが"4"の倍数であれば、1本の水平走査線に含まれる画素の番号を表すパラメータjを"1"に初期化(ステップS13)し、次にパラメータjが"4"の倍数であるか否かを判定(ステップS14)する。
CPU21は、パラメータjが"4"の倍数であれば、画素読み込みルーチン(ステップS2)、色相画素生成ルーチン(ステップS3)、輝度画素生成ルーチン(ステップS4)および表示ルーチン(ステップS5)を順次実行する。
CPU21は、パラメータjが最大値jmaxに到達したか否かを判定(ステップS15)し、パラメータjが最大値jmaxに到達していないと判定したときは、パラメータjをインクリメント(ステップS16)してステップS14に戻る。なお、jmaxは、1本の水平走査線のサンプリング回数である。
CPU21は、パラメータjが最大値jmaxに到達したと判定したときは、パラメータiが最大値imaxに到達したか否かを判定(ステップS17)し、パラメータiが最大値imaxに到達していないと判定したときは、パラメータiをインクリメント(ステップS18)してステップS12に戻る。なお、imaxは、1フレームの水平走査線数である。
CPU21は、パラメータiが最大値imaxに到達したと判定したときは、1フレームの処理が完了したものとしてこのプログラムを終了する。
図13は、メインプログラム(図12参照)のステップS2で実行される画素読み込みルーチンのフローチャートであって、CPU21は、4×4=16個の画素群の垂直および水平方向の位置を表すパラメータmおよびnをそれぞれ"1"に初期化(ステップS21)する。
次に、CPU21は、RGB信号入力部23の入力I/F59(図5参照)を介して赤色成分R(m,n)、緑色成分G(m,n)および青色成分B(m,n)から成る画素P(m,n)を読み込む(ステップS22)。
CPU21は、パラメータnが"4"に到達したか否かを判定(ステップS23)し、到達していないと判定したときには、パラメータnをインクリメント(ステップS24)してステップS22に戻る。
CPU21は、パラメータnが"4"に到達したと判定したときには、パラメータmが"4"に到達したか否かを判定(ステップS25)し、到達していないと判定したときには、パラメータmをインクリメント(ステップS26)してステップS22に戻る。
CPU21は、パラメータmが"4"に到達したと判定したときには、4×4=16個の画素の読み取りが完了したものとして、このルーチンを終了する。
図14は、メインプログラム(図12参照)のステップS3で実行される色相表示画素生成ルーチンのフローチャートであって、CPU21は、まず、パラメータiおよびjを"4"で除した商をそれぞれパラメータIおよびJとする(ステップS30)。
次に、CPU21は、画素読み取りルーチンで読み取った16個の画素P(m,n)の平均値として色相画素Pc(I,J)={Rc(I,J)、Gc(I,J)、Bc(I,J)}を生成(ステップS31)する。なお、ステップS31の処理が色相画素生成部111の動作に相当する。
さらに、CPU21は、色相画素Pc(I,J)の各要素Rc(I,J)、Gc(I,J)およびBc(I,J)の最大値Sを算出(ステップS32)し、色相画素Pc(I,J)の各要素Rc(I,J)、Gc(I,J)およびBc(I,J)をSで除する補正を行って(ステップS33)、このルーチンを終了する。
なお、ステップS32およびステップS33の処理が色相画素補正部112の動作に相当する。
図15は、メインプログラム(図12参照)のステップS4で実行される輝度画素生成ルーチンのフローチャートであって、CPU21は、まず、色相表示画素Pc(I,J)の輝度Yc(I,J)を予め定められた関数fを使用して算出(ステップS40)する。
関数fはテレビジョン放送方法により定まる関数であって、例えば高精細度テレビジョンにおいては、次式により算出される。
Yc(I,J)=f{Pc(I,J)}
=f{(Rc(I,J),Gc(I,J),Bc(I,J))
=0.2126Rc(I,J)+0.7152Gc(I,J)+0.0722Bc(I,J)
Yc(I,J)=f{Pc(I,J)}
=f{(Rc(I,J),Gc(I,J),Bc(I,J))
=0.2126Rc(I,J)+0.7152Gc(I,J)+0.0722Bc(I,J)
そして、CPU21は、4×4の画素群の垂直および水平方向の位置を表すパラメータmおよびnをそれぞれ"1"に初期化(ステップS41)する。
次に、CPU21は、画素読み取りルーチンで読み取った輝度画素P(m,n)={R(m,n)、G(m,n)、B(m,n)}の輝度Yy(m,n)を前述した関数fを使用して生成(ステップS42)する。なお、ステップS42の処理が、輝度画素生成部121の動作に相当する。
Yy(m,n)=f{P(m,n)}
=f{(R(m,n),G(m,n),B(m,n))
=0.2126R(m,n)+0.7152G(m,n)+0.0722B(m,n)
Yy(m,n)=f{P(m,n)}
=f{(R(m,n),G(m,n),B(m,n))
=0.2126R(m,n)+0.7152G(m,n)+0.0722B(m,n)
次に、輝度画素P(m,n)の輝度Yy(m,n)をステップS41で算出した色相画素の輝度Yc(I,J)で除する補正(ステップS43)を行う。なお、ステップS41およびステップS43の処理が輝度画素補正部122の動作に相当する。
以上の処理を画素読み取りルーチンで読み取った16個の画素P(m,n)について実行(ステップS44〜ステップS47)する。
図16は、メインプログラム(図12参照)のステップS5で実行される表示ルーチンのフローチャートであって、CPU21は、4×4の画素群の垂直および水平方向の位置を表すパラメータmおよびnをそれぞれ"1"に初期化(ステップS50)する。
次に、CPU21は、パラメータiおよびjを"4"で除した商をそれぞれパラメータIおよびJとし(ステップS51)、I+mをMに、J+nをNに設定(ステップS52)する。
CPU21は、座標(M,N)の表示用輝度Yd(M,N)を輝度画素の輝度Yy(m,n)に設定(ステップS53)し、座標(M,N)の表示用色相Pd(M,N)を補正後の色相画素Pc(I,J)の色相に設定(ステップS54)し、輝度画素出力部25(図2参照)を介して表示手段13に表示用輝度Yd(M,N)を、色相画素出力部24(図2参照)を介して表示用色相Pd(M,N)を出力(ステップS55)する。
以上の処理を画素読み取りルーチンで読み取った16個の画素P(m,n)について実行(ステップS56〜ステップS59)する。
表示用色相Pd(M,N)は第1変調部30(図2参照)に伝送され、第1変調部30の各色用液晶パネルを透過する光の光量を制御して画像の色相を制御する。
表示用輝度Yd(M,N)は第2変調部40(図2参照)に伝送され、第2変調部40は第1変調部30の出射光の輝度を制御する。なお、表示用輝度Yd(M,N)はMおよびNが変化するたびに変化するが、表示用色相Pd(M,N)はMおよびNがそれぞれ"4"の倍数となるまでは一定値に維持される。
以上説明したように、第1の実施形態によれば、低解像度の色相画素用液晶パネルを含む第1変調部30と、高解像度の輝度画素用液晶パネルを含む第2変調部40と、反射面が回転楕円面で形成された凹面鏡133bとを備え、第1変調部30および第2変調部40を、それぞれ、凹面鏡133bの焦点位置に基づいて設ける構成としたので、第1変調部30と第2変調部40とを従来よりも互いに近接させることができる。従って、高い解像度の画像を安定して表示することができる画像表示装置を安価に実現することが可能となる。
(第2の実施形態)
図17は、第2の実施形態における第1変調部60および第2変調部70の構造図であって、第1の実施形態における第1変調部30および第2変調部40の一部をそれぞれ変更したものである。
図17は、第2の実施形態における第1変調部60および第2変調部70の構造図であって、第1の実施形態における第1変調部30および第2変調部40の一部をそれぞれ変更したものである。
第1変調部60は、図17(a)に示すように、光源31と、低解像度モノクローム液晶パネル61と、偏光ビームスプリッタ62と、高速駆動カラーフィルタ63とを備える。この構成において、光源31から放射された白色光は、偏光ビームスプリッタ62を介して低解像度モノクローム液晶パネル61に照射される。低解像度モノクローム液晶パネル61は、色相画素出力部24から出力される表示用色相に基づいて色相画素の輝度を決定する。低解像度モノクローム液晶パネル61と同期して高速駆動カラーフィルタ63が動作し、色相が決定されてRGB合成光を出射する。
第2変調部70は、図17(b)に示すように、輝度制御用液晶パネル71と、偏光ビームスプリッタ72とを備える。この構成において、第2変調部70は、第1変調部60からのRGB合成光の輝度を輝度画素出力部25から出力される表示用輝度に基づいて制御する。輝度の制御されたRGB合成光は、偏光ビームスプリッタ72および投射レンズ133cを介してスクリーン(図示せず)に投射され、カラー画像を形成する。
なお、色相画素生成手段11および輝度画素生成手段12の構成および動作は、第1の実施形態と同一であるので、説明を省略する。また、第2変調部70の構成を第1の実施形態に適用してもよい。
以上説明したように、第2の実施形態によれば、高い解像度の画像を安定して表示することができる画像表示装置を安価に実現することが可能となる。
(第3の実施形態)
図18は、第3の実施形態における第1変調部80および第2変調部90の構造図であって、第2の実施形態における第1変調部60および第2変調部70の一部をそれぞれ変更したものである。
図18は、第3の実施形態における第1変調部80および第2変調部90の構造図であって、第2の実施形態における第1変調部60および第2変調部70の一部をそれぞれ変更したものである。
第1変調部80は、図18(a)に示すように、高速駆動カラーフィルタ63の下流側に位相板81を備えている。位相板81は、後述する輝度制御用液晶パネル71および第2の輝度制御用液晶パネル91の両方に、高速駆動カラーフィルタ63を透過したRGB合成光を導くために設けられたものである。
第2変調部90は、図18(b)に示すように、第2の実施形態における表示装置の解像度をさらに向上させるために、偏光ビームスプリッタ72の面に輝度制御用液晶パネル71のほかに第2の輝度制御用液晶パネル91を備えている。輝度制御用液晶パネル71および第2の輝度制御用液晶パネル91は、図18(b)の右側に示すように、1/2画素ずらして配置される。
なお、色相画素生成手段11および輝度画素生成手段12の構成および動作は、第1の実施形態と同一であるので、説明を省略する。また、第2変調部90の構成を第1の実施形態に適用してもよい。
以上説明したように、第3の実施形態によれば、高い解像度の画像を安定して表示することができる画像表示装置を安価に実現することが可能となる。
(第4の実施形態)
第1から第3の実施形態にあっては、低輝度の領域は実際よりも暗く見えることを回避できない。
第1から第3の実施形態にあっては、低輝度の領域は実際よりも暗く見えることを回避できない。
本発明に係る画像表示装置で表示される画像の輝度は輝度画素の輝度Yyと色相画素の輝度Ycとの積で決定されるので、低輝度の領域で輝度画素の輝度Yyを高め、色相画素の輝度Ycを低下させることにより低輝度の領域を明るく表示することが可能となる。
図19は、本発明に係る画像表示装置の第4の実施形態のブロック図であって、輝度画素生成手段12には輝度画素補正部122で補正された輝度画素の輝度が所定の輝度閾値以下であるときに輝度を強調する低輝度強調部123が追加され、色相画素生成手段11には輝度画素の輝度の強調に対応して色相画素補正部112で補正された色相画素の輝度を弱める色相画素輝度弱化部113が追加される。
図20は、第4の実施形態において、CPU21で実行する第2のメインプログラムのフローチャートであって、図12に示したメインプログラムの輝度表示画素生成処理(ステップS4)と表示処理(ステップS5)との間に、低輝度強調処理(ステップS6)と色相画素輝度弱化処理(ステップS7)とが追加される。
図21は、第2のメインプログラム(図20参照)のステップS6で実行される低輝度強調ルーチンのフローチャートであって、CPU21は色相画素の輝度Yc(I,J)の値が予め定められた閾値YL以下であるか否かを判定(ステップS61)する。
CPU21は、色相画素の輝度Yc(I,J)が所定の閾値YLより大きいときは直ちにこのルーチンを終了する。
CPU21は、色相画素の輝度Yc(I,J)が所定の閾値YL以下であるときには、16個の輝度画素の輝度Yy(m,n)の値を予め定められた量ΔY強調する(ステップS62〜ステップS67)。
なお、ステップS61〜ステップS67までの処理が低輝度強調部123の動作に相当する。
図22は、第2のメインプログラム(図20参照)のステップS7で実行される色相画素輝度弱化ルーチンのフローチャートであって、CPU21は色相画素の輝度Yc(I,J)が予め定められた閾値YL以下であるか否かを判定(ステップS71)する。
CPU21は、色相画素の輝度Yc(I,J)が所定の閾値YLより大きいときは直ちにこのルーチンを終了する。
CPU21は、色相画素の輝度Yc(I,J)が所定の閾値YL以下であるときには、弱化量αを{1−ΔY/Yc(I,J)}として算出(ステップS72)し、色相画素の値にαを乗算して色相画素の輝度を弱化(ステップS73)する。
なお、ステップS71〜ステップS73までの処理が色相画素輝度弱化部113の動作に相当する。
以上説明したように、第4の実施形態によれば、高い解像度の画像を安定して表示することができるとともに、低輝度の領域を明るく表示することが可能となる。
なお、第1〜第4の実施形態においては、色相画素表示部131および輝度画素表示部132として液晶パネルを使用しているが、その他の電気光学素子(例えばDLP(Digital Light Processing)素子)を適用することもできる。
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、高い解像度の画像を安定して表示することができるという効果を有し、放射型の画像表示装置等として有用である。
1 画像表示装置
2 マイクロコンピュータ
11 色相画素生成手段
12 輝度画素生成手段
13 表示手段
21 CPU
22 メモリ
23 RGB信号入力部
24 色相画素出力部
25 輝度画素出力部
26 バス
30、60、80 第1変調部
31 光源
32a、32b ダイクロイックミラー
33a〜33c ミラー
34、35、36 青色、緑色、赤色用液晶パネル
37 ダイクロイックプリズム
38 第1変調部の画素
38a 色相画素用セル
40、70、90 第2変調部
41 第2変調部の画素
41a〜41p 輝度画素用セル
50 A/D変換器
51〜53 第1〜第3のラインメモリ
55〜58 第1〜第4の画素メモリ
59 入力I/F
61 低解像度モノクローム液晶パネル
62、72 偏光ビームスプリッタ
63 高速駆動カラーフィルタ
71 輝度制御用液晶パネル
81 位相板
91 第2の輝度制御用液晶パネル
111 色相画素生成部
112 色相画素補正部
113 色相画素輝度弱化部
121 輝度画素生成部
122 輝度画素補正部
123 低輝度強調部
131 色相画素表示部
132 輝度画素表示部
133 光学系
133a 補正レンズ
133b 凹面鏡
133c 投射レンズ
551〜553 第1〜第3の画素遅延素子
561〜563 第1〜第3の画素遅延素子
571〜573 第1〜第3の画素遅延素子
581〜583 第1〜第3の画素遅延素子
2 マイクロコンピュータ
11 色相画素生成手段
12 輝度画素生成手段
13 表示手段
21 CPU
22 メモリ
23 RGB信号入力部
24 色相画素出力部
25 輝度画素出力部
26 バス
30、60、80 第1変調部
31 光源
32a、32b ダイクロイックミラー
33a〜33c ミラー
34、35、36 青色、緑色、赤色用液晶パネル
37 ダイクロイックプリズム
38 第1変調部の画素
38a 色相画素用セル
40、70、90 第2変調部
41 第2変調部の画素
41a〜41p 輝度画素用セル
50 A/D変換器
51〜53 第1〜第3のラインメモリ
55〜58 第1〜第4の画素メモリ
59 入力I/F
61 低解像度モノクローム液晶パネル
62、72 偏光ビームスプリッタ
63 高速駆動カラーフィルタ
71 輝度制御用液晶パネル
81 位相板
91 第2の輝度制御用液晶パネル
111 色相画素生成部
112 色相画素補正部
113 色相画素輝度弱化部
121 輝度画素生成部
122 輝度画素補正部
123 低輝度強調部
131 色相画素表示部
132 輝度画素表示部
133 光学系
133a 補正レンズ
133b 凹面鏡
133c 投射レンズ
551〜553 第1〜第3の画素遅延素子
561〜563 第1〜第3の画素遅延素子
571〜573 第1〜第3の画素遅延素子
581〜583 第1〜第3の画素遅延素子
Claims (7)
- RGB信号に基づいて色相画素を生成する色相画素生成手段と、前記RGB信号に基づいて輝度画素を生成する輝度画素生成手段と、前記色相画素と前記輝度画素とを重畳してカラー画像を表示する表示手段とを備え、
前記色相画素生成手段が、前記RGB信号に基づいて複数の前記輝度画素ごとに1つの色相画素を生成する色相画素生成部を有し、
前記輝度画素生成手段が、前記RGB信号に基づいて前記輝度画素を生成する輝度画素生成部を有し、
前記表示手段が、前記色相画素を表示する色相画素表示部と、前記輝度画素を対応する前記色相画素に重畳して表示する輝度画素表示部と、反射面が回転楕円面で形成された凹面鏡とを有し、
前記凹面鏡の一方の焦点位置に前記色相画素表示部を設け、前記凹面鏡の他方の焦点位置に前記輝度画素表示部を設けたことを特徴とする画像表示装置。 - 前記輝度画素表示部が、前記凹面鏡からの反射光の輝度を前記輝度画素に基づいて制御するモノクローム液晶パネルを有し、
前記反射光を入射する前記モノクローム液晶パネルの入射面が、前記反射光の進行方向に対して予め定められた角度で傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 - 前記色相画素表示部が、白色光を発光する光源と、前記白色光を赤色光、緑色光および青色光に分離する光分離手段と、前記赤色光、緑色光および青色光の透過光量を前記色相画素に基づいて制御する赤色光用液晶パネル、緑色光用液晶パネルおよび青色光用液晶パネルと、前記赤色光用液晶パネル、緑色光用液晶パネルおよび青色光用液晶パネルを透過した赤色光、緑色光および青色光を合成する光合成手段とを有し、
前記輝度画素表示部が、前記光合成手段が合成した光の輝度を前記輝度画素に基づいて制御するモノクローム液晶パネル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。 - 前記色相画素表示部が、白色光を発光する光源と、前記白色光の透過光量を制御する低解像度モノクローム液晶パネルと、前記低解像度モノクローム液晶パネルを透過した白色光に前記色相画素に基づいて色相を与えるカラーフィルタとを有し、
前記輝度画素表示部が、前記色相の与えられた前記白色光の輝度を前記輝度画素に基づいて制御するモノクローム液晶パネル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。 - 前記モノクローム液晶パネルが、第1のモノクローム液晶パネルと、前記第1のモノクローム液晶パネルに対して1/2画素ずらして配置される第2のモノクローム液晶パネルとを有することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の画像表示装置。
- RGB信号に基づいて色相画素を生成する色相画素生成手段と、前記RGB信号に基づいて輝度画素を生成する輝度画素生成手段と、前記色相画素と前記輝度画素とを重畳してカラー画像を表示する表示手段とを備え、
前記色相画素生成手段が、前記RGB信号に基づいて複数の前記輝度画素ごとに1つの色相画素を生成する色相画素生成部と、前記色相画素の色相および彩度を補正する色相画素補正部とを有し、
前記輝度画素生成手段が、前記RGB信号に基づいて前記輝度画素を生成する輝度画素生成部と、前記輝度画素の輝度を補正後の前記色相画素の輝度に基づいて補正する輝度画素補正部とを有し、
前記表示手段が、補正後の前記色相画素を表示する色相画素表示部と、補正後の前記輝度画素を対応する前記色相画素に重畳して表示する輝度画素表示部と、反射面が回転楕円面で形成された凹面鏡とを有し、
前記凹面鏡の一方の焦点位置に前記色相画素表示部を設け、前記凹面鏡の他方の焦点位置に前記輝度画素表示部を設けたことを特徴とする画像表示装置。 - 前記輝度画素生成手段が、補正後の前記色相画素の輝度が所定の閾値輝度以下であるときは、補正後の前記輝度画素を強調する低輝度強調部を有し、
前記色相画素生成手段が、前記輝度画素の強調に応じて補正後の前記色相画素の輝度を弱化する色相画素輝度弱化部を有することを特徴とする請求項6に記載の画像表示装置。
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