JP2015079208A - 画像表示装置、及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で高精度にキャリブレーションを実行することが可能な画像表示装置、及びその制御方法を提供すること。
【解決手段】上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、光源部と、１以上の光変調素子と、センサとを具備する。前記１以上の光変調素子は、前記光源部からの光を変調して出射する。前記センサは、前記１以上の光変調素子から変調光として出射された光束の回折光を受光して、前記変調光の強度を測定する。
【選択図】図２

Description

本技術は、プロジェクタ等の画像表示装置、及びその制御方法に関する。

従来、プロジェクタ等の画像表示装置が多く用いられている。例えば特許文献１には、光源からの光をＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の３原色に分けてフィルタを通して液晶に投射し、スクリーンに表示するプロジェクタについて記載されている。

特許文献１に記載のプロジェクタ１では、その図１に示されるように、液晶８に到達した３原色のうちの散乱光が、３色カラーフィルタ付きシリコンフォトダイオードからなる３原色強度検出手段２０によって検出される。そして赤（Ｒ）に対応する信号Ｚ、緑（Ｇ）に対応する信号Ｙ、青（Ｂ）に対応する信号Ｘが３原色の強度として制御部３０に出力される。制御部３０では３原色強度検出手段２０によって検出された３原色の強度に基づいて液晶８に投射される光が一定の白色を有するように、色ずれを補正する補正値が演算され、駆動電圧発生部３１に出力される。特許文献１には、このように補正値が演算されることで、容易に色ずれを補正することが可能となり、常に一定のホワイトを再現することが可能となる旨が記載されている（特許文献１の段落［００２１］［００２２］［００２７］等）。

特開平０６−３１７７７７号公報

上記のようにプロジェクタ等の画像表示装置では、ホワイトバランスやガンマ等を補正するためのキャリブレーションが実行されることが多い。このキャリブレーションを、簡単な構造で高精度に実行可能な技術が求められている。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、簡単な構造で高精度にキャリブレーションを実行することが可能な画像表示装置、及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、光源部と、１以上の光変調素子と、センサとを具備する。
前記１以上の光変調素子は、前記光源部からの光を変調して出射する。
前記センサは、前記１以上の光変調素子から変調光として出射された光束の回折光を受光して、前記変調光の強度を測定する。

この画像表示装置では、光変調素子から出射される光束の回折光がセンサにより受光される。そして当該回折光の強度が変調光の強度として測定される。これにより簡単な構造で高精度にキャリブレーションを実行することが可能となる。

前記センサは、前記光束の所定の次数の前記回折光の光路上に配置されてもよい。
所定の次数の回折光の光路は簡単に算出可能であり、容易にセンサを配置することができる。

前記１以上の光変調素子は、前記回折光を発生させる周期構造を形成する、二次元状に配置された複数の画素を有してもよい。
複数の画素により形成される周期構造により発生する回折光の強度を測定することで、高い精度で変調光の強度を測定することが可能となる。

前記画像表示装置は、入射した光を投射する投射部をさらに具備してもよい。この場合、前記センサは、前記光束の回折光のうち前記投射部に入射しない回折光を受光してもよい。
これにより投射部による画像の投射を妨げることなく、変調光の強度を精度よく測定することが可能となる。

前記光源部からの光は、前記１以上の光変調素子に略垂直に入射してもよい。この場合、前記センサは、前記投射部に入射しない回折光のうち、次数の絶対値が最小となる回折光を受光してもよい。
これにより強度が大きい回折光を受光することができ、変調光の強度を精度よく測定することが可能となる。

前記光源部は、赤色光、緑色光、及び青色光を含む光を出射可能であってもよい。この場合、前記１以上の光変調素子は、前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光をそれぞれ変調する３つの光変調素子を有してもよい。また前記画像表示装置は、前記３つの光変調素子により変調された赤色変調光、緑色変調光、及び青色変調光を合成する合成部をさらに具備してもよい。さらに前記センサは、前記合成部により合成された光束の回折光を受光して、各色の変調光のそれぞれの強度を測定してもよい。
この画像表示装置では、ＲＧＢの３色の光がそれぞれ変調され、各色の変調光が合成される。これによりカラー画像を表示することが可能となる。合成された光束の回折光を受光して、各色の変調光が強度を測定することが可能であるので、ホワイトバランスの補正等を簡単な構造で高精度に実行することが可能となる。

前記合成部は、前記合成された光束を出射する出射面を有してもよい。この場合、前記センサは、前記出射面の近傍に配置されてもよい。
これにより簡単な構造でキャリブレーションが実行可能となる。

前記センサは、入射する光の強度を測定可能な複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部の各々に配置される、所定の波長帯域の光を透過させる複数のフィルタとを有してもよい。
これによりＲＧＢの各色の変調光の強度を精度よく測定することが可能となる。

前記複数のフィルタは、３種類のフィルタとして、赤色の波長帯域の光を透過させる第１のフィルタと、緑色の波長帯域の光を透過させる第２のフィルタと、青色の波長帯域の光を透過させる第３のフィルタとを有してもよい。この場合、前記複数のセンサ部は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向のそれぞれに沿って、二次元状に配置されてもよい。また前記複数のフィルタは、前記第１の方向に沿って並ぶフィルタ群に前記３種類のフィルタが含まれるように、かつ、前記３種類のフィルタのうち同じ種類のフィルタが前記第２の方向に沿って隣接しないように配置されてもよい。
これによりＲＧＢの各色の変調光の強度を精度よく測定することが可能となる。

前記複数のフィルタは、前記３種類のフィルタの各々が透過させるノイズ成分の光を透過させる第４のフィルタを有し、前記第１の方向に沿って並ぶ前記フィルタ群に前記第４のフィルタが含まれるように、かつ、前記第４のフィルタが前記第２の方向に沿って隣接しないように配置されてもよい。
これによりＲＧＢの各色の変調光の強度を精度よく測定することが可能となる。

前記画像表示装置は、前記測定された前記変調光の強度をもとに、前記光源部及び前記１以上の光変調素子の少なくとも一方を制御可能な制御部をさらに具備してもよい。
これにより高精度の画像を生成することが可能となる。

本技術の一形態に係る制御方法は、光源部からの光を変調して出射する光変調素子から、変調光として出射された光束の回折光を受光して、光の強度を測定することを含む。
前記測定された光の強度をもとに、前記光源部及び前記光変調素子の少なくとも一方が制御される。
この制御方法では、光変調素子から出射される光束の回折光がセンサにより受光され、光の強度が測定される。この光の強度をもとに、光源部及び光変調素子の少なくとも一方が制御される。これにより変調光の強度を補正するためのキャリブレーション等を簡単な構造で高精度に実行することが可能となる。そして高精度の画像を生成することが可能となる。

以上のように、本技術によれば、簡単な構造で高精度にキャリブレーションを実行することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。 液晶パネルから投射光学系までの構成を模式的に示した図である。 液晶パネルから出射される回折光について説明するための模式的な図である。 センサの位置について詳しく説明するための図である。 波長と、回折光角度と、次数との関係を示すグラフである。 入射角度と、回折光角度と、次数との関係を示すグラフである。 画素ピッチと、回折光角度と、次数との関係を示すグラフである。 センサの構成例を示す概略図である。 センサの測定領域を示す概略図である。 各フィルタが配置されたセンサ部の波長に応じたセンサ感度を示すグラフである。 比較例として挙げるキャリブレーション機構の構成を示す模式的図である。 他の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。 他の実施形態に係る回折光について説明するための模式的な図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

［画像表示装置］
図１は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。画像表示装置１００は、赤色光、緑色光、及び青色光（ＲＧＢの各色光）ごとに光を変調し、その色ごとの変調光（画像）を合成することでカラー画像を投影して表示する。画像表示装置１００は、例えばデジタルシネマ用のプロジェクタとして用いられる。その他の用途に用いられる表示装置においても本技術は適用可能である。

図１に示すように、画像表示装置１００は、光Ｌを出射する照明光学系１０と、照明光学系１０から出射された光Ｌを分光する分光光学系２０と、光Ｌを変調する３つの液晶表示ユニット３０（３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ）とを有する。また画像表示装置１００は、３つの液晶表示ユニット３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂによって変調された光Ｌを合成する光合成部４０と、光合成部４０により合成された光Ｌを投射する投射光学系５０とを有する。分光光学系２０と、３つの液晶表示ユニット３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂとの間には、それぞれ反射型偏光素子４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂが設けられている。

照明光学系１０は、光源１１と、光源１１から出射された光Ｌを略平行な光に整える凹レンズ１２と、ＵＶカットフィルタ１３と、第１のフライアイレンズ１４と、第２のフライアイレンズ１５と、コンデンサレンズ１６とを有する。本実施形態では、照明光学系１０が、赤色光、緑色光、及び青色光を含む光を出射可能な光源部として機能する。

光源１１には、例えばキセノンランプ、ハロゲンランプ、超高圧水銀ランプ等が用いられる。光源１１の周囲には、光源１１から出射された光Ｌを反射するリフレクタ１７が設けられている。リフレクタ１７によって反射された光Ｌは、凹レンズ１２に出射される。凹レンズ１２を透過した光は、ＵＶカットフィルタ１３に出射されて、このＵＶカットフィルタ１３により紫外線が除去される。

光源１１の種類は限定されず、例えばレーザ光を出射可能なＬＤ（Laser Diode）や、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の固体光源が用いられてもよい。例えばＲＧＢの各色の光をそれぞれ出射可能なＲＧＢ用の固体光源やそれぞれ準備され、これらの出射光が合成されて白色光が生成されてもよい。または青色の波長帯域の光を出射する固体光源と、青色光により励起されて黄色の蛍光を発する蛍光体とが準備されてもよい。この場合、青色光と黄色光とが合成されて白色光が出射される。

ＵＶカットフィルタ１３を透過した光Ｌは、第１及び第２のフライアイレンズ１４及び１５に入射する。これら第１及び第２のフライアイレンズ１４及び１５を光Ｌが透過することにより、光Ｌの輝度ムラが低減される。第１及び第２のフライアイレンズ１４及び１５を透過した光Ｌは、コンデンサレンズ１６に入射する。コンデンサレンズ１６に入射した光は、集光されて分光光学系２０に出射される。

分光光学系２０は、第１のダイクロイックミラー２１と、２つの反射ミラー２２、２３と、２つの集光レンズ２４、２５と、第２のダイクロイックミラー２６とを有する。第１のダイクロイックミラー２１は、照明光学系１０から出射された光Ｌを、短波長側の青色光Ｂと、長波長側の赤色光Ｒ及び緑色光Ｇとに分光する。第１のダイクロイックミラー２１により分光された青色光Ｂは、第１の反射ミラー２２により反射されて第１の集光レンズ２４に入射する。そして第１の集光レンズ２４により集光された青色光Ｂは、反射型偏光素子４２Ｂを介して液晶表示ユニット３０Ｂに入射する。反射型偏光素子４２Ｂとしては、プリズム型のビームスプリッタや、ワイヤグリッド偏光子等が用いられる。

第１のダイクロイックミラー２１により分光された赤色光Ｒ及び緑色光Ｇは、第２の反射ミラー２３により反射されて第２の集光レンズ２５に入射する。そして第２の集光レンズ２５により集光された赤色光Ｒ及び緑色光Ｇは、第２のダイクロイックミラー２６に出射される。第２のダイクロイックミラー２６は、赤色光Ｒ及び緑色光Ｇを、短波長側の緑色光Ｇと長波長側の赤色光Ｒとに分光する。分光された赤色光Ｒは、反射型偏光素子４２Ｒを介して液晶表示ユニット３０Ｒに入射する。緑色光Ｇは、反射型偏光素子４２Ｇを介して液晶表示ユニット３０Ｇに入射する。

液晶表示ユニット３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂに入射した各色の光Ｒ、Ｇ、Ｂは、液晶表示ユニット３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂにそれぞれ設けられた反射型の液晶パネル３１（３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂ）により、それぞれの画像情報に応じた強度分布を有する像光に変調されて反射される。そして変調された３つの像光（適宜、赤色変調光Ｒ、緑色変調光Ｇ、青色変調光Ｂと記載する）は、反射型偏光素子４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂにより反射されて、光合成部４０に入射する。この際、光合成部４０に設けられた偏光板４３により、各色の変調光の偏光方向が揃えられる。これによりコントラストが向上される。

液晶パネル３１は、本実施形態において、光源部からの光を変調して出射する１以上の光変調素子に相当する。すなわち３つの液晶パネル３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂは、赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ変調する３つの光変調素子として機能する。

光合成部４０は、例えばダイクロイックプリズム等により構成される。この光合成部４０は、液晶表示ユニット３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂにより変調した３つの変調光を同一光路上に合成し、投射光学系５０に出射する。そして合成された光は、投射光学系５０により所定の倍率に拡大され、図示しないスクリーン上に投影される。これによりカラー画像が表示される。

光合成部４０は、本実施形態において、３つの光変調素子により変調された赤色変調光、緑色変調光、及び青色変調光を合成する合成部に相当する。また投射光学系５０は、入射した光を投射する投射部に相当する。これらの具体的な構成は限定されず、任意に設計されてよい。

また画像表示装置１００は、装置内の各機構の動作を制御可能な制御部６０を有する。制御部６０は、照明光学系１０、分光光学系２０、液晶表示ユニット３０、投射光学系５０、その他の機構と電気的に接続され、各機構に制御信号を出力する。例えば、後述する各色の変調光の強度をもとに、照明光学系１０の光源１１の動作を制御したり、液晶パネル３１の動作を制御することが可能である。

制御部６０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等を有し、ＣＰＵがＲＯＭに予め記録されている制御用プログラムをＲＡＭにロードして実行することにより、各機構を制御する。制御部６０の構成は限定されず、任意のハードウェア及びソフトウェアが用いられてよい。例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ(Programmable Logic Device)、その他ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のデバイスが用いられてもよい。また図１では破線にて制御部６０が図示されているが、制御部６０が配置される箇所等も限定されず、適宜設定されてよい。

図１には図示していないが、本実施形態に係る画像表示装置１００は、液晶パネル３１により変調された各色の変調光の強度を測定可能なセンサが配置される。以下、当該センサについて詳しく説明する。

図２は、液晶パネル３１から投射光学系５０までの構成を模式的に示した図である。図２では、緑色光を変調して緑色変調光Ｇを出射する液晶パネル３１Ｇと、光合成部４０と、投射光学系と５０が、光軸Ａ上に沿って直線状に配置されている。図１に示すように、液晶パネル３１Ｇと、光合成部４０との間には反射型偏光素子４２Ｇが配置され、この反射型偏光素子４２Ｇに反射されることで、緑色変調光Ｇの光束が光合成部４０に入射される。図２では、図示を簡単にするために、この反射型偏光素子４２Ｇの図示が省略されており、光軸Ａ上に並ぶように液晶パネル３１Ｇが図示されている。

また図１に示すように、光合成部４０には、赤色変調光Ｒ、及び青色変調光Ｂも入射される。例えば紙面に垂直なｙ方向において、手前から奥側に向かって、光合成部４０に赤色変調光Ｇが照射される。そしてｙ方向において、奥側から手前に向かって、光合成部４０に青色変調光Ｂが照射される。

そして光合成部４０により、各色の変調光Ｒ、Ｇ、Ｂが合成されて、白色光の光束が、光合成部４０から投射光学系５０に向けて出射される。光合成部４０は、合成された光束を出射する出射面４４を有しており、白色光の光束は出射面４４を介して、投射光学系５０に出射される。従って図２では、光合成部４０に入射する光束は緑色変調光Ｇとなり、光合成部４０の出射面４４付近の光束は白色光となる。

以下、センサについて説明を行う上で、まずは光合成部４０に緑色変調光Ｇのみが入射される場合について述べる。

図２に示すセンサ７０は、液晶パネル３１Ｇから緑色変調光Ｇとして出射された光束の回折光Ｄを受光して、緑色変調光Ｇの強度を測定する。そのためにセンサ７０は、光束の所定の次数の回折光Ｄの光路上に配置される。本実施形態では、センサ７０は、回折光Ｄの光路上であって、光合成部４０の出射面４４に近傍に配置される。これにより構造を複雑にすることなく、回折光Ｄを受光することが可能となる。

回折光Ｄは、中心部分が最も強度が大きくなり、中心から離れるにつれて強度が小さくなる分布を有していることが多い。従って図２に示すように、センサ７０は、回折光Ｄの中心部分から所定の範囲に広がる光束（回折光の光束）Ｄ１を受光可能なように配置される。これにより高い精度で緑色変調光Ｇの強度を測定することが可能となる。なお、図２では、センサ７０の受光面７１が回折光Ｄの入射方向に対して略垂直となるように、センサ７０が配置されている。これに限定されず、回折光Ｄの入射方向に対して、受光面７１が斜めとなるように、センサ７０が配置されてもよい。例えば、光合成部４０の出射面４４に近い側面４５上に、センサ７０が配置されてもよい。

図３は、液晶パネル３１から出射される回折光Ｄについて説明するための模式的な図である。図３に示す回折格子１５０の間隔ｄ、入射光Ｉの入射角度θin、回折光角度θoutについて、以下の式（１）が成り立つ。

液晶パネル３１は、二次元状に配置された複数の画素を有する。複数の画素は周期構造を形成し、この周期構造により液晶パネル３１から回析光が発生する。すなわち液晶パネル３１は、入射する光に対して回折格子１５０として動作することになる。図３に示す回折格子の間隔ｄは、液晶パネル３１の画素ピッチに相当する。画素ピッチｄの大きさは、生成する画像の解像度（画素数）等に合わせて適宜設定されてよい。

本実施形態では、照明光学系１０からの光は、液晶パネル３１に対して、略垂直に入射する。従って、図３に示す入射光Ｉと同じように、各色の光が液晶パネル３１に入射する（θin＝０）。その結果、液晶パネル３１にて反射される回折光Ｄは、回折光角度θoutで、光合成部４０に向けて進むことになる。この回折光角度θoutは、式（１）を変形した以下の式（２）により求めることができる。

波長λとしては、例えば、各色に応じた波長帯域内の発光強度がピークとなる波長が用いられる。なおＲＧＢの各色において、各色に応じた波長帯域や強度がピークとなる波長は限定されず、適宜設定されてよい。ＲＧＢの各色の光として所望の波長帯域やピーク波長を有する光を出射可能な光源が適宜用いられてよい。

次数ｍは、適宜設定されてよい。強度測定の対象となる回折光Ｄを定め、対応する次数ｍが代入されればよい。その他、式（２）に各パラメータの値を代入することで、回折光角度θoutを算出することが可能である。この回折光角度θoutの情報を用いて、センサ７０の配置位置を簡単に設計することが可能となる。

図４は、センサ７０の位置について詳しく説明するための図である。本実施形態では、センサ７０は、液晶パネル３１から出射された光束の回折光Ｄのうち、投射光学系５０に入射しない回折光Ｄを受光可能な位置に配置される。またセンサ７０は、投射光学系５０に入射しない回折光Ｄのうち、次数ｍの絶対値が最小となる回折光Ｄを受光可能な位置に配置される。例えば、以下のようにして、そのような回折光Ｄを受光可能な位置が算出される。

通常、液晶パネル３０とセンサ７０との間には、光合成部４０の他に、複数の部材が配置されることが多い。例えば偏光板、偏光板基材、パネル補償板、バックフォーカス合わせガラス、接着剤、４Ｐプリズム（光合成部４０）が挙げられる。これらの部材や、部材間の空気層を通って、回折光Ｄは進む。図４では、これらの部材（空気層を含む）が、符号Ｏｉで示されている。液晶パネル３１からセンサ７０までの間に、部材Ｏ１、部材Ｏ２・・・部材ＯＩがこの順番に配置されるとする。また部材Ｏｉの厚み及び屈折率を、それぞれ厚みｔｉ及び屈折率ｎｉとする。

液晶パネル３１に入射する光の入射角度θinは分かっているので（θin＝０）、上記の式（１）を変形した以下の式（３）により、ｓｉｎθout1が算出される。

また隣接する部材Ｏｉにおいて、以下の式（４）が成り立つ。

この式（４）により、各部材Ｏｉについてのｓｉｎθoutｉが算出される。この結果、各部材Ｏｉについてのｔａｎθoutｉも算出可能である。ここで光軸Ａ上に配置される液晶パネル３１、各部材Ｏｉ、及び投射光学系５０に対する、センサ７０の位置を（ｔ，ｈ）で表す。ｔは、光軸方向における液晶パネル３１からの距離である。ｈは、光軸方向に直交する方向における液晶パネル３１からの距離である。すなわち液晶パネル３１から距離ｔ及び距離ｈはなれた位置にセンサ７０が配置される。この位置（ｔ，ｈ）は、所定の次数ｍの回折光Ｄを受光可能な位置、すなわち所定の次数ｍの回折光Ｄの光路上の位置となる。図４を参照して、距離ｔ及び距離ｈは、以下の式（５）及び式（６）により算出される。

ここで投射光学系５０の入射領域５１の光軸方向と直交する方向における大きさをφとする。入射領域５１とは、液晶パネル３１から進んでくる光を取り込むことが可能な領域であり、この入射領域５１に入射する回折光Ｄは、投射光学系５０に入射する回折光Ｄとなる。センサ７０が、投射光学系５０に入射しない回折光Ｄを受光するためには、以下の式（７）が成り立つことが必要となる。

この式（７）を満たす距離ｈを算出可能な次数ｍのうち、絶対値が最小となる次数ｍが選択されればよい。これにより、投射光学系５０に入射しない回折光Ｄのうち、次数ｍの絶対値が最小となる回折光Ｄを受光することが可能となる。

投射光学系５０に入射しない回折光Ｄを受光することで、投射光学系５０による画像の投射を妨げることなく、変調光の強度を測定することが可能となる。また回折光Ｄのうち次数ｍの絶対値が小さい回折光Ｄほど光の強度が大きい場合が多い。従ってそのような回折光Ｄを受光することで、変調光の強度を精度よく測定することが可能である。また次数ｍの絶対値が最小の回折光Ｄは、光軸Ａに近い回折光となる。従ってセンサ７０を光軸Ａの近くに配置することが可能となり、他の部材の配置を妨げることなく、簡単な構造でセンサ７０を配置することが可能となる。また画像表示装置１００の小型化を図ることが可能となる。

上記のようにして、センサ７０を配置する位置を簡単に算出することが可能となる。もちろんこのような算出方法に限定されず、回折光Ｄの特性や、各部材の配置や特性等をもとに、センサ７０の位置は適宜算出されてよい。

センサ７０について、光合成部４０に緑色変調光Ｇの光束のみが入射される場合について述べた。上記の説明は、他の色の変調光のみが光合成部４０に入射される場合においても同様である。また液晶パネル３１や他の部材の位置、画素ピッチ等を適宜設定することで、投射光学系４０に向けて進む回折光Ｄの光路を、ＲＧＢの各色において略等しくすることも可能である。すなわちＲＧＢの各色の光束において、図２に示す１つのセンサ７０に、所定の次数ｍの回折光を入射させることが可能である。

本実施形態では、各色の回折光Ｄの中心部分が、所定の範囲（例えば図２に示す回折光Ｄの光束Ｄ１の範囲）内に含まれるように設定される。そしてその範囲の合成光を受光可能なようにセンサ７０が配置される。これにより各色の回折光Ｄを十分に受光することが可能となり、各色の変調光の強度を精度よく測定することが可能となる。

また典型的にはＲＧＢの各色の光束において、同じ次数ｍの回折光Ｄがセンサ７０に入射される。またＲＧＢの各色の回折光Ｄのうち、投射光学系５０に入射しない回折光Ｄであり、次数ｍの絶対値が最小となる回折光Ｄが、センサ７０により受光される。これに限定されず、各色ごとに次数の異なる回折光Ｄが、センサ７０に受光されてもよい。

図５は、波長λと、回折光角度θoutと、次数ｍとの関係を示すグラフである。ここでは、画素ピッチｄが４０００ｎｍの液晶パネルが用いられ、また入射角度θinが０°の場合の結果が図示されている。

図５のグラフに示すように、次数ｍの絶対値が小さい回折光ほど、回折光角度θoutが小さくなる（０°に近づいていく）。また波長λが大きくなるほど、回折光角度θoutが大きくなる（０°から離れていく）。このような特性に基づいて、センサの位置を適宜算出すればよい。なおグラフの波長λと回折光角度θoutとの関係から、ＲＧＢの色の違いにより、回折光角度θoutの大きさが異なることが分かる。しかしながら同じ次数ｍの回折光を受光するのであれば、色の違いによる回折光角度θoutの差は十分に小さいものである。従って各色の回折光の中心部分が所定の範囲に含まれるように設計することは、比較的容易に可能となる。

図６は、入射角度θinと、回折光角度θoutと、次数ｍとの関係を示すグラフである。ここでは、画素ピッチｄが４０００ｎｍの液晶パネルが用いられ、波長λが５５０ｎｍの光が用いられている。このグラフに示すように、入射角度θinが大きくなるほど、回折光角度θoutが小さくなる（入射角度θinの変動に応じて、回折光角度θoutは負の方向に変動する）。このような特性に基づいて、センサの位置を適宜算出すればよい。液晶パネルに入射する光の入射角度θinは、典型的には０°である。しかしながら、入射角度θinが０°とは異なる場合でも、本技術は適用可能であり、図６に示す特性等をもとに適宜センサの位置が算出可能である。

図７は、画素ピッチｄと、回折光角度θoutと、次数ｍとの関係を示すグラフである。ここでは、入射光の波長λが５５０ｎｍであり、入射角度θinが０°である場合の結果が図示されている。このグラフに示すように、画素ピッチｄが大きくなるほど、回折光角度θoutが０°に近づいていく。このような特性に基づいて、センサの位置を適宜算出すればよい。

図８及び図９は、センサ７０の構成例を示す概略図である。センサ７０は、フレキシブル回路基板７２に接続された回路基板７３に実装される。回路基板７３及びフレキシブル回路基板７２を介して、センサ７０により測定された光強度の信号が、図１の制御部６０等に出力される。またセンサ７０や回路基板７３に、制御信号や駆動電力が供給される。

センサ７０は、受光面７１を有し、受光面７１の一部が測定領域７５（Actiuve Area）として設定されている。図９は、センサ７０の測定領域７５を示す概略図である。センサ７０は、入射する光の強度を測定可能な複数のセンサ部７６を有する。すなわち測定領域７５には、複数のセンサ部７６が配置されている。複数のセンサ部７６は、互いに直交する第１の方向（図９のｘ方向）及び第２の方向（図９のｙ方向）のそれぞれに沿って、二次元状に配置される。本実施形態では、ｘ方向に４個、ｙ方向に１０個の計４０個のセンサ部７６がマトリクス状に配置される。

またセンサ７０は、複数のセンサ部７６の各々に配置される、所定の波長帯域の光を透過させる複数のフィルタ７７を有する。すなわち４０個のセンサ部７６のそれぞれに対応して、フィルタ７７が配置される。本実施形態では、複数のフィルタ７７は、３種類のフィルタとして、赤色の波長帯域の光を透過させる赤色フィルタ７７Ｒ（第１のフィルタ）と、緑色の波長帯域の光を透過させる緑色フィルタ７７Ｇ（第２のフィルタ）と、青色の波長帯域の光を透過させる青色フィルタ７７Ｂ（第３のフィルタ）とを有する。

測定領域７５に白色光の回折光が入射されると、赤色フィルタ７７Ｒが配置されたセンサ部７６により赤色変調光Ｒの強度が測定される。同様に、緑色フィルタ７７Ｇが配置されたセンサ部７６により緑色変調光Ｇの強度が測定され、青色フィルタ７７Ｂが配置されたセンサ部７６により青色変調光Ｂの強度が測定される。例えば同じ色のフィルタ７７が配置された複数のセンサ部７６により測定された強度の平均値が用いられる。

図９に示すように、複数のフィルタ７７は、ｘ方向に沿って並ぶフィルタ群７８に赤色、緑色、青色の３種類のフィルタ７７Ｒ、７７Ｇ、７７Ｂが含まれるように配置される。また複数のフィルタ７７は、３種類のフィルタ７７Ｒ、７７Ｇ、７７Ｂうち同じ種類のフィルタ７７が第２の方向に沿って隣接しないように配置される。これにより、測定領域７５に３種類のフィルタ７７Ｒ、７７Ｇ、７７Ｂを偏りなく配置することが可能となる。その結果、測定領域７５の上方や下方等の偏った部分に回折光が入射されたとしても、ＲＧＢの各色の変調光の強度を精度よく測定することが可能となる。なお３種類のフィルタ７７Ｒ、７７Ｇ、７７Ｂの配置方法は、図９に示すものに限定されず適宜設定されてよい。

また本実施形態では、複数のフィルタ７７は、ノイズフィルタ７７Ｎ（第４のフィルタ）を有する。ノイズフィルタ７７Ｎは、赤色、緑色、青色の３種類のフィルタ７７Ｒ、７７Ｇ、７７Ｂの各々が透過させるノイズ成分の光を透過させる。すなわちノイズフィルタ７７Ｎは、赤色フィルタ７７Ｒを透過するノイズ成分の光と、緑色フィルタ７７Ｇを透過するノイズ成分の光と、青色フィルタ７７Ｂを透過するノイズ成分の光とを透過させる。

図１０は、各フィルタ７７が配置されたセンサ部７６の波長に応じたセンサ感度を示すグラフである。以下、赤色フィルタ７７Ｒ、青色フィルタ７７Ｂ、及び緑色フィルタ７７Ｇが配置されたセンサ部７６を、赤色センサ部７６Ｒ、青色センサ部７６Ｂ、及び緑色センサ部７６Ｇと記載する。またノイズフィルタ７７Ｎが配置されたセンサ部７６を、ノイズセンサ部７６Ｎと記載する。

図１０のグラフに示すように、赤色センサ部７６Ｒは、約５７０ｎｍから約７００ｎｍの波長帯域の光を高い感度で検出する。この波長帯域の光は、所望の波長帯域の光である。この光に加えて、赤色センサ部７６Ｒは、約４００ｎｍから約５７０ｎｍの波長帯域の光を約１−５％の低い感度で検出する。この波長帯域の光は、ノイズ成分の光である。この結果、赤色センサ部７６Ｒで出力された光の強度には、ノイズ成分の光の強度が含まれることになる。

緑色センサ部７６Ｇは、所望の波長帯域の光として、約４２０ｎｍから約６５０ｎｍの波長帯域の光を高い感度で検出する。また緑色センサ部７６Ｇは、ノイズ成分の光として、約２００ｎｍから約４２０ｎｍの波長帯域の光を約１−５％の低い感度で検出する。青色センサ部７６Ｂは、所望の波長帯域の光として、約４００ｎｍから約５８０ｎｍの波長帯域の光を高い感度で検出し、ノイズ成分の光として、約５８０ｎｍから約６６０ｎｍの波長帯域の光を低い感度で検出する。

ノイズフィルタ７７Ｎは、約２００ｎｍから約６６０ｎｍの波長帯域の光を約１−５％の低い感度で検出する。従ってノイズセンサ部７６Ｎにより、各色のセンサ部７６がノイズ成分の光として検出する光の強度を測定することが可能である。ノイズセンサ部７６Ｎにより測定されたノイズ成分光の強度を、各色のセンサ部７６Ｒ、７６Ｇ、７６Ｂにより測定された、ＲＧＢの各光の強度から引くことで、各色の変調光の強度を高い精度で測定することが可能となる。例えば測定されたＲＧＢ値（各色光の強度）からＸＹＺ表色系への変換等が実行される場合には、ＲＧＢ値からノイズ成分を引いた値が演算に用いられる。

図９に示すように、ノイズフィルタ７７Ｎは、ｘ方向に沿って並ぶフィルタ群７８に少なくとも１つ含まれるように配置される。またノイズフィルタ７７Ｎは、ｙ方向に沿って隣接しないように配置される。これにより、測定領域７５において偏ることなくノイズフィルタ７７Ｎを配置することが可能となり、ＲＧＢの各色の変調光の強度を精度よく測定することが可能となる。

センサ部７６により測定された光の強度をもとに、キャリブレーションが実行される。キャリブレーションにより、例えばホワイトバランス（ホワイト色度）の測定及び補正や、色域（Color Space）の測定及び補正、すなわちＲＧＢ単色色度の測定及び補正が高い精度で可能となる。またガンマの測定及び補正等、種々の処理が実行可能となる。例えば画像表示装置１００が、周囲の明るさに合わせて画像の輝度を調整する輝度センサを有している場合には、その輝度センサによる輝度調整機能の補正等も可能となる。

以上、本実施形態に係る画像表示装置１００では、液晶パネル３１から変調光として出射される光束の回折光Ｄがセンサ７０により受光される。そして当該回折光Ｄの強度が変調光の強度として測定される。これにより簡単な構造で高精度にキャリブレーションを実行することが可能となる。

図１１は、比較例として挙げるキャリブレーション機構の構成を示す模式的図である。例えば図１１Ａに示すように、光合成部５４０と投射光学系５５０との間の光路内に、可動式のセンサ５７０が配置されるとする。画像が表示される際には、センサ５７０は、投射光学系５５０に入射する光束Ｌから外れた位置に待機される。キャリブレーションが行われる際には、光束Ｌの中央部分等に、センサ５７０が移動される。そしてセンサ５７０により、光の強度が測定される。

センサ５７０を移動させる構造としては、図１１Ｂに示す構造が考えられる。すなわちセンサ５７０に接続されたアーム部５８０が用いられる。アーム部５８０が回転することにより、センサ５７０が適宜移動される。その他、センサ５７０を直線状に移動させる構造が用いられる場合も考えられる。

このように可動式のセンサ５７０が用いられる場合、キャリブレーション機構の構造や駆動制御が複雑になってしまい、それを実現するためにコストがかかる。またセンサリング位置へのセンサ５７０の移動精度が求められ、センサリング位置にばらつきがある場合には、再現性が低下してしまう。また光束Ｌの中央部分にて光を受光する場合には、高密度の光がセンサに照射されるため、耐久性の向上を図らなければならない。例えばセンサ５７０へのダメージを低減させるために、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ等の追加部材が必要となり、部品コストがかかってしまう。

さらに、投射光学系５５０と光合成部５４０との間に、可動式のセンサ５７０を挿入するためのスペースを設けなければならない。例えば光合成部５４０の出射面５４４から投射光学系５５０の入射面５５４までの間に、空気層（約１．０ｍｍ）、ＮＤフィルタ（約１．２ｍｍ）、センサ（約１．８ｍｍ）、基板（約１．０ｍｍ）、空気層（約１．０ｍｍ）を配置するための、少なくとも６ｍｍ程度のスペースが必要となってしまう。このため光合成部５４０から投射光学系４４０までの部材を含むセットが大型化してしまう。またバックフォーカスが大きくなるので、入射領域５５１の大きい投射光学系５５０が必要となる。その結果、サイズの大きいレンズ等が必要となり、部品コストがかかってしまう。このように可動式のセンサ５７０が用いられる場合には、種々の問題点が発生してしまう。

本技術では、液晶パネル３１の回折光Ｄを利用したセンサリングが実行される。従って上記のような問題が発生してしまうことを防止することが可能となり、低コスト化、簡易構造、可動機構不要、高再現性、高耐久性不要なキャリブレーション機構を実現することが可能となる。なおこの記載は、これらの効果が同時に発揮されるという意味ではない。条件等により、これらの効果の全て又は一部が発揮されるという意味である。

例えば、投射光学系に入射する光束から外れた位置にセンサを配置して、光合成部を保持する保持部や投射光学系の枠部材等の、他の部品により反射した散乱光を受光して、光の強度を測定する場合を考える。しかしながらこの場合では、他の部品からの反射光に色度変化が生じてしまい、また光強度が小さいので、センサリング精度は非常に低くなってしまう。

本技術では、回折光Ｄを利用するので、所望の位置に回折光Ｄが当たるように、センサ位置や回折次数を適宜設計することが可能である。これにより通常光と同じスペクトルであり光強度の大きい光を、ダイレクトにセンサリングすることができる。この結果、センサリング精度を向上させることが可能となる。

＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

例えば図１２は、他の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。上記の実施系形態では、図１に示すように、光変調素子として、反射型の液晶パネル３１が用いられた。これに代えて、図１２に示す画像表示装置２００では、光変調素子として、透過型の液晶パネル２３１が用いられる。

図示しない光源部から赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂを含む光が出射される。そして図示しない分光光学系により、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの光が選択的に分離され、各色用に配置された透過型の液晶パネル２３１Ｒ、２３１Ｇ、２３１Ｂにそれぞれ照射される。分光光学系としては、例えばダイクロイックミラーやリレーレンズ、図１２に示すフィールドレンズ２９０が用いられる。赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは、フィールドレンズ２９０により平行化された後、液晶パネル２３１Ｒ、２３１Ｇ、２３１Ｂにそれぞれ照射される。液晶パネル２３１Ｒ、２３１Ｇ、２３１Ｂにより変調された各色の変調光は、光合成部２４０にそれぞれ照射される。光合成部２４０は、３つの方向から入射した各色の変調光を重ね合わせて合成し、投射光学系２５０に向けて出射する。

透過型の液晶パネル２３１も二次元状に配置された複数の画素を有し、これら複数の画素により周期構造が形成される。従って液晶パネル２３１からは回折光が発生する。例えば光合成部２４０の出射面２４１の近傍にセンサ２７０を配置して、液晶パネル２３１から出射される所定の次数の回折光をセンサリングすることが可能である。

例えば図１３に示すように、光源部からの光Ｉが液晶パネル２３１の入射面２３５に対して略垂直に入射する。そうすると画素ピッチｄや波長λに応じた回折光Ｄが、液晶パネル２３１の出射面２３６から出射される。上記で説明したように、センサ２７０の配置位置を適宜算出して、所望の次数の回折光Ｄを受光することが可能であり、精度の高いキャリブレーションが可能となる。

その他、光変調素子として、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等が用いられてもよい。ＤＭＤは、複数の画素に対応する複数のミラーデバイスを有する。この複数のミラーデバイスにより周期構造が形成され、回折光が発生する。この回折光をセンサリングすることで、上記と同様の効果を得ることが可能となる。その他、周期構造が形成され回折光を発生可能である任意の光変調素子に対して、本技術は適用可能である。

上記では、ＲＧＢの各光用の３つの光変調素子が用いられ、カラー画像が生成された。しかしながら、用いられる光変調素子の数は限定されない。例えば光変調素子が１つのみ搭載された画像表示装置においても、本技術は適用可能である。その他、任意の数の光変調素子が用いられる場合でも、本技術は適用可能である。もちろん１つの光変調素子によりカラー画像が生成されてもよい。

なお、本開示中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。上記の複数の効果の記載は、それらの効果が必ずしも同時に発揮されるということを意味しているのではない。条件等により、少なくとも上記した効果のいずれかが得られることを意味しており、もちろん本開示中に記載されていない効果が発揮される可能性もある。

以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）光源部と、
前記光源部からの光を変調して出射する１以上の光変調素子と、
前記１以上の光変調素子から変調光として出射された光束の回折光を受光して、前記変調光の強度を測定するセンサと
を具備する画像表示装置。
（２）（１）に記載の画像表示装置であって、
前記センサは、前記光束の所定の次数の前記回折光の光路上に配置される
画像表示装置。
（３）（１）又は（２）に記載の画像表示装置であって、
前記１以上の光変調素子は、前記回折光を発生させる周期構造を形成する、二次元状に配置された複数の画素を有する
画像表示装置。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
入射した光を投射する投射部をさらに具備し、
前記センサは、前記光束の回折光のうち前記投射部に入射しない回折光を受光する
画像表示装置。
（５）（４）に記載の画像表示装置であって、
前記光源部からの光は、前記１以上の光変調素子に略垂直に入射し、
前記センサは、前記投射部に入射しない回折光のうち、次数の絶対値が最小となる回折光を受光する
画像表示装置。
（６）（１）から（５）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記光源部は、赤色光、緑色光、及び青色光を含む光を出射可能であり、
前記１以上の光変調素子は、前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光をそれぞれ変調する３つの光変調素子を有し、
前記画像表示装置は、前記３つの光変調素子により変調された赤色変調光、緑色変調光、及び青色変調光を合成する合成部をさらに具備し、
前記センサは、前記合成部により合成された光束の回折光を受光して、各色の変調光のそれぞれの強度を測定する
画像表示装置。
（７）（６）に記載の画像表示装置であって、
前記合成部は、前記合成された光束を出射する出射面を有し、
前記センサは、前記出射面の近傍に配置される
画像表示装置。
（８）（６）又は（７）に記載の画像表示装置であって、
前記センサは、入射する光の強度を測定可能な複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部の各々に配置される、所定の波長帯域の光を透過させる複数のフィルタとを有する
画像表示装置。
（９）（８）に記載の画像表示装置であって、
前記複数のフィルタは、３種類のフィルタとして、赤色の波長帯域の光を透過させる第１のフィルタと、緑色の波長帯域の光を透過させる第２のフィルタと、青色の波長帯域の光を透過させる第３のフィルタとを有し、
前記複数のセンサ部は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向のそれぞれに沿って、二次元状に配置され、
前記複数のフィルタは、前記第１の方向に沿って並ぶフィルタ群に前記３種類のフィルタが含まれるように、かつ、前記３種類のフィルタのうち同じ種類のフィルタが前記第２の方向に沿って隣接しないように配置される
画像表示装置。
（１０）（９）に記載の画像表示装置であって、
前記複数のフィルタは、前記３種類のフィルタの各々が透過させるノイズ成分の光を透過させる第４のフィルタを有し、前記第１の方向に沿って並ぶ前記フィルタ群に前記第４のフィルタが含まれるように、かつ、前記第４のフィルタが前記第２の方向に沿って隣接しないように配置される
画像表示装置。
（１１）（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記測定された前記変調光の強度をもとに、前記光源部及び前記１以上の光変調素子の少なくとも一方を制御可能な制御部をさらに具備する
画像表示装置。

Ｌ…光（光束）
Ｒ…赤色光（赤色変調光）
Ｇ…緑色光（緑色変調光）
Ｂ…青色光（青色変調光）
Ｄ…回折光Ｄ
ｍ…回折次数
１０…照明光学系
１１…光源
２０…分光光学系
３１…反射型の液晶パネル
４０、２４０…光合成部
５０、２５０…投射光学系
６０…制御部
７０、２７０…センサ
７６…センサ部
７７…フィルタ
２３１…透過型の液晶パネル
１００、２００…画像表示装置

Claims (12)

1. 光源部と、
   前記光源部からの光を変調して出射する１以上の光変調素子と、
   前記１以上の光変調素子から変調光として出射された光束の回折光を受光して、前記変調光の強度を測定するセンサと
   を具備する画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記センサは、前記光束の所定の次数の前記回折光の光路上に配置される
   画像表示装置。
3. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記１以上の光変調素子は、前記回折光を発生させる周期構造を形成する、二次元状に配置された複数の画素を有する
   画像表示装置。
4. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   入射した光を投射する投射部をさらに具備し、
   前記センサは、前記光束の回折光のうち前記投射部に入射しない回折光を受光する
   画像表示装置。
5. 請求項４に記載の画像表示装置であって、
   前記光源部からの光は、前記１以上の光変調素子に略垂直に入射し、
   前記センサは、前記投射部に入射しない回折光のうち、次数の絶対値が最小となる回折光を受光する
   画像表示装置。
6. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記光源部は、赤色光、緑色光、及び青色光を含む光を出射可能であり、
   前記１以上の光変調素子は、前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光をそれぞれ変調する３つの光変調素子を有し、
   前記画像表示装置は、前記３つの光変調素子により変調された赤色変調光、緑色変調光、及び青色変調光を合成する合成部をさらに具備し、
   前記センサは、前記合成部により合成された光束の回折光を受光して、各色の変調光のそれぞれの強度を測定する
   画像表示装置。
7. 請求項６に記載の画像表示装置であって、
   前記合成部は、前記合成された光束を出射する出射面を有し、
   前記センサは、前記出射面の近傍に配置される
   画像表示装置。
8. 請求項６に記載の画像表示装置であって、
   前記センサは、入射する光の強度を測定可能な複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部の各々に配置される、所定の波長帯域の光を透過させる複数のフィルタとを有する
   画像表示装置。
9. 請求項８に記載の画像表示装置であって、
   前記複数のフィルタは、３種類のフィルタとして、赤色の波長帯域の光を透過させる第１のフィルタと、緑色の波長帯域の光を透過させる第２のフィルタと、青色の波長帯域の光を透過させる第３のフィルタとを有し、
   前記複数のセンサ部は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向のそれぞれに沿って、二次元状に配置され、
   前記複数のフィルタは、前記第１の方向に沿って並ぶフィルタ群に前記３種類のフィルタが含まれるように、かつ、前記３種類のフィルタのうち同じ種類のフィルタが前記第２の方向に沿って隣接しないように配置される
   画像表示装置。
10. 請求項９に記載の画像表示装置であって、
    前記複数のフィルタは、前記３種類のフィルタの各々が透過させるノイズ成分の光を透過させる第４のフィルタを有し、前記第１の方向に沿って並ぶ前記フィルタ群に前記第４のフィルタが含まれるように、かつ、前記第４のフィルタが前記第２の方向に沿って隣接しないように配置される
    画像表示装置。
11. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
    前記測定された前記変調光の強度をもとに、前記光源部及び前記１以上の光変調素子の少なくとも一方を制御可能な制御部をさらに具備する
    画像表示装置。
12. 光源部からの光を変調して出射する光変調素子から、変調光として出射された光束の回折光を受光して、光の強度を測定し、
    前記測定された光の強度をもとに、前記光源部及び前記光変調素子の少なくとも一方を制御する
    制御方法。

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