JP4124193B2 - Image display device, projector - Google Patents

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本発明は、画像表示装置の画質改善技術に関し、特に、表示輝度のダイナミックレンジの拡大と高階調化を実現するのに適した光学構成に関する。   The present invention relates to an image quality improvement technique of an image display device, and more particularly to an optical configuration suitable for realizing an expansion of a dynamic range of display luminance and an increase in gradation.

近年、LCD(Liquid Crystal Display)、EL(Electro-luminescence)ディスプレイ、プラズマディスプレイ、CRT(Cathode Ray Tube)、プロジェクタ等の電子ディスプレイ装置における画質改善は目覚しく、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ついてみると、その再現範囲は1〜10[nit]程度の範囲であり、また階調数は8ビットが一般的である。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[nit]程度あり、また輝度弁別能力は0.2[nit]でこれを階調数に換算すると12ビット相当といわれている。このような視覚特性を経由して現在のディスプレイ装置の表示画像を見ると、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ト部の階調が不足しているため、表示画像のリアリティや迫力に対して物足りなさを感じることになる。 In recent years, electronic display devices such as LCD (Liquid Crystal Display), EL (Electro-luminescence) displays, plasma displays, CRTs (Cathode Ray Tubes), and projectors have been remarkably improved, and the resolution and color gamut have become human visual characteristics. Devices with nearly comparable performance are being realized. However, regarding the luminance dynamic range, the reproduction range is about 1 to 10 2 [nit], and the number of gradations is generally 8 bits. On the other hand, human vision has a range of luminance dynamic range that can be perceived at a time of about 10 −2 to 10 4 [nit], and the luminance discrimination capability is 0.2 [nit]. It is said to be equivalent to 12 bits. When viewing the display image of the current display device through such visual characteristics, the narrowness of the luminance dynamic range is conspicuous, and in addition, the gradation of the shadow part and highlight part is insufficient. You will feel unsatisfactory with reality and power.

また、映画やゲーム等で使用されるCG(Computer Graphics)では、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表示データ(以下、HDR(High Dynamic Range)表示データという。)に持たせて描写のリアリティを追求する動きが主流になりつつある。しかしそれを表示するディスプレイ装置の性能が不足しているために、CGコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮できないという課題がある。   In CG (Computer Graphics) used in movies, games, etc., display data (hereinafter referred to as HDR (High Dynamic Range) display data) has a luminance dynamic range and gradation characteristics close to human vision. The movement to pursue the reality of depiction is becoming mainstream. However, since the performance of the display device that displays it is insufficient, there is a problem that the expressive power inherent in the CG content cannot be fully exhibited.

さらに、次期OS(Operating System)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、16ビット色空間を生かすことができ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実現への要求が高まると予想される。   Furthermore, in the next OS (Operating System), adoption of a 16-bit color space is planned, and the dynamic range and the number of gradations are dramatically increased as compared with the current 8-bit color space. Therefore, it is expected that the demand for realizing a high dynamic range and high gradation electronic display device capable of utilizing the 16-bit color space will increase.

ディスプレイ装置の中でも、液晶プロジェクタや、DLP(Digital Light Processing、商標)プロジェクタといった投射型表示装置(プロジェクタ)は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティや迫力を再現する上で効果的なディスプレイ装置である。この分野では上記の課題を解決するために、以下に述べる提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。   Among display devices, a projection display device (projector) such as a liquid crystal projector or a DLP (Digital Light Processing (trademark)) projector can display a large screen, and is effective in reproducing the reality and power of a display image. A display device. In this field, in order to solve the above problems, the following proposals have been made (for example, see Patent Document 1).

輝度ダイナミックレンジ拡大のための基本的な構成は、光源からの射出光束を第1の光変調素子で変調して所望の照明光量分布を形成し、その照明光量分布を第2の光変調素子上に伝達してそれを照明するというものである。光変調素子としては、例えば、複数の画素が二次元的に周期的に配列された構造を有し、二次元的な透過率分布を制御し得る透過型変調素子がある。その代表的な例としては液晶ライトバルブがあげられる。また、透過型変調素子の替わりに反射型変調素子を用いてもよく、その代表的な例としては、DMD(Digital Micromirror Device)素子があげられる。第1及び第2の透過型変調素子(反射型変調素子)は、映像信号からつくられた第1及び第2の変調信号でそれぞれ個別に駆動制御される。   The basic configuration for expanding the luminance dynamic range is to form a desired illumination light amount distribution by modulating the light beam emitted from the light source with the first light modulation element, and the illumination light amount distribution is formed on the second light modulation element. And then illuminate it. As the light modulation element, for example, there is a transmission type modulation element having a structure in which a plurality of pixels are periodically arranged two-dimensionally and capable of controlling a two-dimensional transmittance distribution. A typical example is a liquid crystal light valve. A reflective modulation element may be used instead of the transmissive modulation element. A typical example is a DMD (Digital Micromirror Device) element. The first and second transmission type modulation elements (reflection type modulation elements) are individually driven and controlled by the first and second modulation signals generated from the video signal.

いま、暗表示の透過率が0.2%、明表示の透過率が60%の光変調素子を使用する場合を考える。光変調素子を単独で使用する構成では、その輝度ダイナミックレンジは、60/0.2=300となる。一方、上述した第1及び第2の光変調素子を組み合わせた構成では、輝度ダイナミックレンジが300の光変調素子を光学的に直列に配置することに相当するので、理論上、300×300=90000の輝度ダイナミックレンジを実現することができる。また、階調特性についてもこれと同等の考えが成り立ち、8ビット階調の光変調素子を光学的に直列に配置することにより、8ビットを超える階調特性を得ることができる。
特開平6−167690号公報
Consider a case where a light modulation element having a dark display transmittance of 0.2% and a bright display transmittance of 60% is used. In the configuration in which the light modulation element is used alone, the luminance dynamic range is 60 / 0.2 = 300. On the other hand, in the configuration in which the above-described first and second light modulation elements are combined, this corresponds to optically arranging light modulation elements having a luminance dynamic range of 300 in series, so theoretically 300 × 300 = 90000. The luminance dynamic range can be realized. Further, the same idea holds for the gradation characteristics, and the gradation characteristics exceeding 8 bits can be obtained by optically arranging the 8-bit gradation light modulation elements in series.
JP-A-6-167690

しかしながら、上記構成の画像表示装置では、第1光変調素子で形成された光学像を第2光変調素子に伝達することから、各光変調素子の画素パターン同士の光学的な重ね合わせに起因した画質劣化が生じる場合がある。   However, in the image display device having the above configuration, the optical image formed by the first light modulation element is transmitted to the second light modulation element, which is caused by optical superposition of pixel patterns of each light modulation element. Image quality degradation may occur.

例えば、第1及び第2の光変調素子が周期構造の遮光パターン(ブラックストライプ、ブラックマトリックスなど)を有する場合、両者のわずかなアライメントのずれにより、モアレが生じて表示画像の画質が劣化する。   For example, when the first and second light modulation elements have a light shielding pattern having a periodic structure (black stripe, black matrix, etc.), a slight misalignment of both causes moiré and degrades the image quality of the display image.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、輝度ダイナミックレンジの拡大を図りつつ、複数の光変調素子の光学的な重ね合わせにより生じる画質劣化を抑制することが可能な画像表示装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is an image display device capable of suppressing image quality degradation caused by optical superposition of a plurality of light modulation elements while increasing the luminance dynamic range. And a projector.

本発明の第1の装置は、表示画像データに基づき光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、前記光源からの光を変調する第1光変調素子と、前記第1光変調素子からの光を変調する第2光変調素子と、前記第1光変調素子と前記第2光変調素子との間に配され、前記第1光変調素子で形成された光学像を前記第2光変調素子の画素面に伝達するリレー光学系と、前記第1光変調素子と前記第2光変調素子との間に配され、前記第1光変調素子からの光の少なくとも一部を屈折させる光学的ローパスフィルタと、前記光学的ローパスフィルタで屈折した光を含む前記光学的ローパスフィルタからの光を前記第2光変調素子の各画素に集めるマイクロレンズアレイと、を有することを特徴とする。 A first device of the present invention is a device that displays an image by modulating light from a light source based on display image data, and includes a first light modulation element that modulates light from the light source, and the first light. An optical image formed by the first light modulation element is arranged between the second light modulation element that modulates light from the modulation element, the first light modulation element, and the second light modulation element. A relay optical system that transmits the light to the pixel surface of the two-light modulation element, and is arranged between the first light-modulation element and the second light-modulation element, and refracts at least part of the light from the first light-modulation element an optical low-pass filter which allowed Ru is a feature in that it has, a microlens array for collecting each pixel of the second optical modulation element with light from the optical low-pass filter including a light refracted by the optical low-pass filter To do.

この画像表示装置では、光学的に直列に配置された2つの光変調素子を介して、2段階の画像形成過程によって光源からの光を変調する。その結果、この画像表示装置は、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現することができる。   In this image display device, light from a light source is modulated by two-stage image forming processes through two optical modulation elements optically arranged in series. As a result, this image display apparatus can realize an expansion of the luminance dynamic range and an increase in the number of gradations.

また、前記第1光変調素子と前記第2光変調素子との間にリレー光学系が配されることにより、光学収差の低減が可能となる。つまり、この画像表示装置では、第1光変調素子からの光が、第2光変調素子へと比較的高い精度で伝達される。   In addition, by arranging a relay optical system between the first light modulation element and the second light modulation element, optical aberration can be reduced. That is, in this image display device, light from the first light modulation element is transmitted to the second light modulation element with relatively high accuracy.

リレー光学系は、透過型の光学素子(レンズなど)、及び反射型の光学素子(ミラーなど)のいずれか一方を用いて構成してもよく、双方を用いて構成してもよい。リレー光学系が両側テレセントリック性を有することにより、第2光変調素子の画素面上に伝達される像の、明るさ、色味、コントラスト等の均一化が確実に図られ、画像表示品質が良好なものとなる。さらに、第2光変調素子の光軸方向の配置位置に関する許容誤差範囲を比較的広く取ることが可能となり、設計や構成の簡素化、製造コストの低減化が図られる。   The relay optical system may be configured using either one of a transmissive optical element (such as a lens) or a reflective optical element (such as a mirror), or may be configured using both. Since the relay optical system has both-side telecentricity, the image transmitted on the pixel surface of the second light modulation element can be surely made uniform in brightness, color, contrast, etc., and the image display quality is good. It will be something. Further, it is possible to make a relatively wide allowable error range regarding the arrangement position of the second light modulation element in the optical axis direction, thereby simplifying the design and configuration and reducing the manufacturing cost.

上記の画像表示装置においては、第1光変調素子と第2光変調素子との間に光学的ローパスフィルタが配されることから、第1光変調素子と第2光変調素子との光学的な重ね合わせにより生じる特有の画質劣化が抑制される。光学的ローパスフィルタは、画像をぼやかせる機能を有し、プリズム型、回折格子型、水晶型など各種のものが適用可能である。光学的ローパスフィルタによって第1光変調素子で形成された光学像がぼやけることで、モアレなど、画素パターン同士の光学的な重ね合わせに伴う画質劣化現象が生じにくくなる。   In the above image display device, since the optical low-pass filter is disposed between the first light modulation element and the second light modulation element, the optical connection between the first light modulation element and the second light modulation element. Peculiar image quality degradation caused by superposition is suppressed. The optical low-pass filter has a function of blurring an image, and various types such as a prism type, a diffraction grating type, and a crystal type are applicable. Since the optical image formed by the first light modulation element is blurred by the optical low-pass filter, image quality deterioration phenomenon due to optical superposition of pixel patterns such as moire is less likely to occur.

さらに、上記の画像表示装置では、マイクロレンズアレイによって光学的ローパスフィルタの配置に伴う輝度の低下が抑制される。すなわち、マイクロレンズアレイによって光学的ローパスフィルタからの光が第2光変調素子の各画素に集まり、表示画像の明るさが向上する。   Further, in the above image display device, a decrease in luminance due to the arrangement of the optical low-pass filter is suppressed by the microlens array. That is, the light from the optical low-pass filter gathers at each pixel of the second light modulation element by the microlens array, and the brightness of the display image is improved.

また、上記の画像表示装置においては、前記第1光変調素子及び前記第2光変調素子の各画素は、開口部と遮光部とを含み、前記光学的ローパスフィルタは、前記第1光変調素子の前記開口部を通過する光の一部を折り曲げ、その光を、前記第1光変調素子の前記遮光部によって形成される暗部に重ねる構成とするのが望ましい。   In the image display device, each pixel of the first light modulation element and the second light modulation element includes an opening and a light shielding part, and the optical low-pass filter includes the first light modulation element. It is preferable that a part of the light passing through the opening is bent and the light is overlapped on a dark part formed by the light shielding part of the first light modulation element.

この構成によれば、第2光変調素子の光入射面上などの所定面において、第1光変調素子の遮光部によって形成される暗部が目立たなくなり、モアレなど、遮光パターン同士の光学的な重ね合わせに伴う画素劣化現象がより確実に抑制される。   According to this configuration, the dark portion formed by the light shielding portion of the first light modulation element becomes inconspicuous on a predetermined surface such as the light incident surface of the second light modulation element, and the light overlapping patterns such as moire are optically overlapped. The pixel deterioration phenomenon accompanying the alignment is more reliably suppressed.

前記光学的ローパスフィルタは、少なくとも屈折面を備えるプリズム要素の集合体からなるプリズム群を含む構成とすることができる。   The optical low-pass filter can be configured to include a prism group formed of an assembly of prism elements having at least a refractive surface.

この場合、前記プリズム要素は、平坦部と多角錐形状のプリズム部とを含む構成とすることができる。   In this case, the prism element can include a flat portion and a prism portion having a polygonal pyramid shape.

また、前記マイクロレンズアレイは、前記第2光変調素子の光入射側に配置され、前記第2光変調素子の各画素に一対一に対応したレンズ群を含む構成とすることができる。   The microlens array may include a lens group that is disposed on the light incident side of the second light modulation element and has a one-to-one correspondence with each pixel of the second light modulation element.

本発明の第2の装置は、プロジェクタであって、上記の画像表示装置と、投射手段と、を備えることを特徴とする。   A second device according to the present invention is a projector, and includes the above-described image display device and a projection unit.

上記のプロジェクタでは、輝度ダイナミックレンジの拡大や表示画像の高画質化に優れた画像表示装置を備えることから、大画面表示により、表示画像のリアリティや迫力を効果的に再現することができる。   Since the projector includes an image display device that is excellent in expanding the luminance dynamic range and improving the image quality of the display image, the reality and force of the display image can be effectively reproduced by a large screen display.

以下、本発明の実施形態例を図面を参照して説明する。
本実施の形態では、第1光変調素子として、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備え、第2光変調素子にも透過型液晶ライトバルブを用いた投射型液晶表示装置(プロジェクタ)の例をあげて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the present embodiment, as the first light modulation element, a transmissive liquid crystal light valve is provided for each color light of R (red), G (green), and B (blue), and the transmissive liquid crystal is also provided in the second light modulation element. An example of a projection type liquid crystal display device (projector) using a light valve will be described.

[プロジェクタの全体構成]
図1は、本発明の画像表示装置及び本発明のプロジェクタの実施の形態の一例であり、プロジェクタPJ1の主たる光学構成を示す図である。
プロジェクタPJ1は、図1に示すように、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1光変調手段としての3つの透過型液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを含む)と、光学的ローパスフィルタ80と、色変調部25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から入射した光の全波長領域の輝度を変調する第2光変調手段としての透過型液晶ライトバルブ100と、液晶ライトバルブ100から入射した光をスクリーン(不図示)に投射する投射レンズ110と、を含んで構成されている。
[Overall configuration of projector]
FIG. 1 is an example of an embodiment of an image display device of the present invention and a projector of the present invention, and is a diagram showing a main optical configuration of a projector PJ1.
As shown in FIG. 1, the projector PJ 1 includes a light source 10, a uniform illumination system 20 that uniformizes the luminance distribution of light incident from the light source 10, and RGB three primary colors in a wavelength region of light incident from the uniform illumination system 20. Color modulator 25 (including three transmissive liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R as first light modulators), optical low-pass filter 80, and light incident from color modulator 25 A relay lens 90 that relays light, a transmissive liquid crystal light valve 100 as second light modulation means for modulating the luminance in the entire wavelength region of light incident from the relay lens 90, and light incident from the liquid crystal light valve 100 on a screen ( And a projection lens 110 for projecting to a not shown.

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とを含んで構成されている。   The light source 10 includes a lamp 11 such as an ultrahigh pressure mercury lamp or a xenon lamp, and a reflector 12 that reflects and collects light emitted from the lamp 11.

均一照明系20は、フライアイレンズ等からなる2つのレンズアレイ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からの光の輝度分布を2つのレンズアレイ21,22により均一化し、均一化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により集光して色変調部25に射出する。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。   The uniform illumination system 20 includes two lens arrays 21 and 22 made of fly-eye lenses, a polarization conversion element 23, and a condenser lens 24. Then, the luminance distribution of the light from the light source 10 is made uniform by the two lens arrays 21 and 22, and the uniformed light is polarized by the polarization conversion element 23 in the polarization direction in which the color modulation unit can be incident, and the polarized light is condensed. The light is condensed by the lens 24 and emitted to the color modulation unit 25. The polarization conversion element 23 is composed of, for example, a PBS array and a half-wave plate, and converts random polarization into specific linear polarization.

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70と、を含んで構成されている。   The color modulation unit 25 includes two dichroic mirrors 30 and 35 as light separating means, three mirrors (reflection mirrors 36, 45, and 46), and five field lenses (lens 41, relay lens 42, and collimating lens 50B). , 50G, 50R), three liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R, and a cross dichroic prism 70.

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を反射した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。   The dichroic mirrors 30 and 35 separate (split) the light (white light) from the light source 10 into RGB (primary) light of red (R), green (G), and blue (B). The dichroic mirror 30 is formed by forming a dichroic film having a property of reflecting B light and G light and transmitting R light on a glass plate or the like, and is included in the white light from the light source 10. Reflects light and G light and transmits R light. The dichroic mirror 35 is formed by reflecting a G light on a glass plate or the like and forming a dichroic film having a property of transmitting the B light. Of the G light and the B light reflected by the dichroic mirror 30, the dichroic mirror 35 reflects the G light. It transmits to the collimating lens 50G, transmits blue light, and transmits it to the lens 41.

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。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。   The relay lens 42 transmits light in the vicinity of the lens 41 (light intensity distribution) to the vicinity of the collimating lens 50B, and the lens 41 has a function of causing light to enter the relay lens 42 efficiently. The B light incident on the lens 41 is transmitted to the liquid crystal light valve 60B which is spatially separated with the intensity distribution almost preserved and almost no light loss.

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、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを透過した光を効率良くリレーレンズ90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。   The collimating lenses 50B, 50G, and 50R substantially parallelize each color light incident on the corresponding liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R, and efficiently transmit the light transmitted through the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R to the relay lens 90. It has the function to make it enter. The light of the three primary colors of RGB dispersed by the dichroic mirrors 30 and 35 passes through the above-described mirrors (reflection mirrors 36, 45, and 46) and lenses (lens 41, relay lens 42, collimating lenses 50B, 50G, and 50R). Are incident on the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R.

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。   The liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R include a pixel substrate and a glass substrate on which switching elements such as thin film transistors and thin film diodes for driving the pixel electrode are formed in a matrix, and a glass substrate on which a common electrode is formed over the entire surface. This is an active matrix type liquid crystal display element in which a TN liquid crystal is sandwiched between and a polarizing plate is disposed on the outer surface.

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また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。   The liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are normally white mode in which a white / bright (transmission) state is applied when no voltage is applied and a black / dark (non-transmission) state is applied when a voltage is applied, or vice versa. It is driven in the mode, and the gradation between light and dark is analog controlled according to a given control value. The liquid crystal light valve 60B optically modulates the incident B light based on the display image data, and emits modulated light including an optical image. The liquid crystal light valve 60G optically modulates the incident G light based on display image data, and emits modulated light including an optical image. The liquid crystal light valve 60R optically modulates the incident R light based on display image data, and emits modulated light containing an optical image.

クロスダイクロイックプリズム70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71)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72)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。   The cross dichroic prism 70 has a structure in which four right-angle prisms are bonded to each other, and a dielectric multilayer film that reflects B light (B light reflecting dichroic film 71) and a dielectric multilayer film that reflects R light are contained therein. (R light reflecting dichroic film 72) is formed in an X-shaped cross section. Then, the G light from the liquid crystal light valve 60G is transmitted, and the R light from the liquid crystal light valve 60R and the B light from the liquid crystal light valve 60B are bent to combine these three colors of light to form a color image. .

光学的ローパスフィルタ80は、第1光変調素子としての液晶ライトバルブ60B,60G,60Rと、第2変調手段としての液晶ライトバルブ100との間に配され、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rで形成された光学像をぼやかせる機能を有する。光学的ローパスフィルタ80としては、プリズム型、回折格子型、水晶型など各種のものが適用可能であるが、本例では、プリズム型が用いられる。ローパスフィルタ80により、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rで形成された光学像がぼやけることで、液晶ライトバルブ60B,60G,60R及び液晶ライトバルブ100の各画素パターン同士の光学的な重ね合わせに伴う画質劣化現象が回避される。ローパスフィルタ80の構成及びその機能については後で詳しく説明する。   The optical low-pass filter 80 is disposed between the liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R as the first light modulation elements and the liquid crystal light valve 100 as the second modulation means, and the liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R. It has a function to blur the formed optical image. As the optical low-pass filter 80, various types such as a prism type, a diffraction grating type, and a crystal type can be applied. In this example, a prism type is used. The low-pass filter 80 causes the optical images formed by the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R to become blurred, resulting in optical superposition of the pixel patterns of the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R and the liquid crystal light valve 100. Image quality degradation is avoided. The configuration and function of the low-pass filter 80 will be described in detail later.

リレーレンズ90は、クロスダイクロイックプリズム70で合成された液晶ライトバルブ60B,60G,60Rからの光学像(光強度分布)を液晶ライトバルブ100の表示面上に伝達するものである。   The relay lens 90 transmits an optical image (light intensity distribution) from the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R synthesized by the cross dichroic prism 70 onto the display surface of the liquid crystal light valve 100.

液晶ライトバルブ100は、前述した液晶ライトバルブ60B,60G,60Rと同等の構成からなり、入射した光の全波長領域の輝度を表示画像データに基づいて変調し、最終的な光学像を内包した変調光を投射レンズ110に射出する。   The liquid crystal light valve 100 has the same configuration as the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R described above, and modulates the luminance of all wavelength regions of incident light based on display image data and includes a final optical image. The modulated light is emitted to the projection lens 110.

投射レンズ110は、液晶ライトバルブ100の表示面上に形成された光学像を図示しないスクリーン上に投射してカラー画像を表示する。   The projection lens 110 displays a color image by projecting an optical image formed on the display surface of the liquid crystal light valve 100 onto a screen (not shown).

次に、プロジェクタPJ1の全体的な光伝達の流れを説明する。光源10からの白色光はダイクロイックミラー30,35により赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の3原色光に分光されるとともに、平行化レンズ50B,50G,50Rを含むレンズ及びミラーを介して、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに入射される。液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに入射した各々の色光はそれぞれの波長領域に応じた外部データに基づいて色変調され、光学像を内包した変調光として射出される。液晶ライトバルブ60B,60G,60Rからの各変調光は、それぞれクロスダイクロイックプリズム70に入射し、そこで一つの光に合成され、光学的ローパスフィルタ80、リレーレンズ90、を介して液晶ライトバルブ100に入射される。液晶ライトバルブ100に入射した合成光は全波長域に応じた外部データに基づいて輝度変調され、最終的な光学像を内包した変調光として投射レンズ110へ射出される。そして、投射レンズ110において、液晶ライトバルブ100からの最終的な合成光を図示しないスクリーン上に投射し所望の画像を表示する。   Next, the overall light transmission flow of the projector PJ1 will be described. The white light from the light source 10 is split into three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) by the dichroic mirrors 30 and 35, and the lenses and mirrors including the collimating lenses 50B, 50G, and 50R. Through the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R. Each color light incident on the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R is color-modulated based on external data corresponding to each wavelength region, and emitted as modulated light including an optical image. The modulated lights from the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are incident on the cross dichroic prism 70, where they are combined into a single light, and are passed through the optical low-pass filter 80 and the relay lens 90 to the liquid crystal light valve 100. Incident. The combined light incident on the liquid crystal light valve 100 is brightness-modulated based on external data corresponding to the entire wavelength range, and is emitted to the projection lens 110 as modulated light including a final optical image. Then, the projection lens 110 projects the final combined light from the liquid crystal light valve 100 on a screen (not shown) to display a desired image.

プロジェクタPJ1では、第1光変調素子としての液晶ライトバルブ60B,60G,60Rで光学像(画像)を形成した変調光を用いて、最終的な表示画像を第2光変調素子としての液晶ライトバルブ100で形成する形態を採用しており、直列に配置された2つの光変調素子を介して、2段階の画像形成過程によって光源10からの光を変調する。その結果、プロジェクタPJ1は、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現することができる。   In projector PJ1, liquid crystal light valve 60B, 60G, 60R as a first light modulation element is used for modulated light that forms an optical image (image), and a final display image is a liquid crystal light valve as a second light modulation element. 100 is adopted, and light from the light source 10 is modulated by two-stage image forming processes through two light modulation elements arranged in series. As a result, the projector PJ1 can realize expansion of the luminance dynamic range and increase of the number of gradations.

ここで、液晶ライトバルブ60B,60G,60R及び液晶ライトバルブ100はいずれも透過光の強度を変調し、その変調度合いに応じた光学像を内包する点では同じであるが、後者の液晶ライトバルブ100は全波長域の光(白色光)を変調するのに対して、前者の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rは光分離手段であるダイクロイックミラー30,35で分光された特定波長領域の光(R,G,Bなどの色光)を変調する点で両者は異なっている。したがって、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rで行われる光強度変調を色変調、液晶ライトバルブ100で行われる光強度変調を輝度変調と便宜的に呼称して区別する。   Here, the liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R and the liquid crystal light valve 100 are all the same in that the intensity of transmitted light is modulated and an optical image corresponding to the degree of modulation is included. 100 modulates light in the entire wavelength range (white light), whereas the former liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R emit light in a specific wavelength range (that is, spectrally separated by dichroic mirrors 30 and 35 as light separating means). The two are different in that they modulate R, G, B, etc.). Accordingly, the light intensity modulation performed by the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R is referred to as color modulation, and the light intensity modulation performed by the liquid crystal light valve 100 is referred to as brightness modulation for convenience.

また、同様の観点から、以下の説明では液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを色変調ライトバルブ、液晶ライトバルブ100を輝度変調ライトバルブと呼称して区別する場合がある。そして、色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブに入力する制御データの内容については後ほど詳述する。なお、本実施形態では、色変調ライトバルブは輝度変調ライトバルブよりも高い解像度を有し、よって、色変調ライトバルブが表示解像度(プロジェクタPJ1の表示画像を観測者が見たときに観測者が知覚する解像度をいう。)を決定する場合を想定している。勿論、表示解像度の関係はこれに限定されず、輝度変調ライトバルブが表示解像度を決定する構成も可能である。   From the same viewpoint, in the following description, the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R may be referred to as color modulation light valves and the liquid crystal light valve 100 may be referred to as luminance modulation light valves. The contents of the control data input to the color modulation light valve and the luminance modulation light valve will be described in detail later. In the present embodiment, the color modulation light valve has a higher resolution than the luminance modulation light valve. Therefore, when the color modulation light valve displays the display resolution (the observer views the display image of the projector PJ1) It is assumed that the resolution to be perceived) is determined. Of course, the display resolution relationship is not limited to this, and a configuration in which the luminance modulation light valve determines the display resolution is also possible.

図2は、リレーレンズ90の構成例を示す図である。
リレーレンズ90は、各色変調用の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rの光学像を液晶ライトバルブ100の画素面に結像するものであって、図2に示すように、開口絞り91に対してほぼ対称に配置された前段レンズ群90a及び後段レンズ群90bからなる等倍結像レンズである。また、液晶の視野角特性を考慮して両側テレセントリック特性を有することが望ましい。前段レンズ群90a及び後段レンズ群90bは、複数の凸レンズ及び凹レンズを含んで構成されている。ただし、レンズの形状、大きさ、配置間隔及び枚数、テレセントリック性、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更され得るものであり、図2に例に限定されるものではない。リレーレンズ90は、多数枚のレンズから構成されるので、収差補正がよく、各色変調用の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rで形成される輝度分布を正確に液晶ライトバルブ100に伝達することができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the relay lens 90.
The relay lens 90 forms optical images of the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R for color modulation on the pixel surface of the liquid crystal light valve 100. As shown in FIG. This is an equal-magnification imaging lens composed of a front lens group 90a and a rear lens group 90b arranged substantially symmetrically. In addition, it is desirable to have both-side telecentric characteristics in consideration of the viewing angle characteristics of the liquid crystal. The front lens group 90a and the rear lens group 90b include a plurality of convex lenses and concave lenses. However, the lens shape, size, arrangement interval and number, telecentricity, magnification and other lens characteristics can be appropriately changed according to required characteristics, and are not limited to the example in FIG. Since the relay lens 90 is composed of a large number of lenses, aberration correction is good, and the luminance distribution formed by the liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R for color modulation can be accurately transmitted to the liquid crystal light valve 100. it can.

図3及び図4は、テレセントリック性の説明図であり、図3(a)、図4(a)は両側テレセントリック性を有するリレーレンズを示し、図3(b)、図4(b)は一般的なリレーレンズを示している。   FIGS. 3 and 4 are explanatory diagrams of telecentricity. FIGS. 3A and 4A show relay lenses having bilateral telecentricity, and FIGS. 3B and 4B are general diagrams. A typical relay lens is shown.

テレセントリックレンズとは、図3(a)に示すように、太い実線で示す主光線が光軸に対して平行なレンズであり、物体側(前段ライトバルブ側)及び像側(後段ライトバルブ側)のいずれの側にもテレセントリックなものを両側テレセントリックレンズという。両側テレセントリック性を有するリレーレンズでは、前段ライトバルブ(本例では液晶ライトバルブ)から射出する主光線は前段ライトバルブのいずれの部位からもほぼ垂直に射出し、後段ライトバルブ(本例では液晶ライトバルブ)にほぼ垂直に入射する。したがって、前段ライトバルブの光軸から遠い位置(A)から射出する光束の射出角度分布と、光軸から近い位置(B)から射出する光束の射出角度分布とを比較した場合、それらはほぼ等しい。   As shown in FIG. 3A, a telecentric lens is a lens in which the chief ray indicated by a thick solid line is parallel to the optical axis, and is on the object side (front light valve side) and image side (rear light valve side). A telecentric lens on either side is called a double-sided telecentric lens. In a relay lens having bilateral telecentricity, the chief ray emitted from the front light valve (in this example, the liquid crystal light valve) is emitted almost vertically from any part of the front light valve, and the rear light valve (in this example, the liquid crystal light valve). Incidently perpendicular to the bulb. Therefore, when the emission angle distribution of the light beam emitted from the position (A) far from the optical axis of the front light valve is compared with the emission angle distribution of the light beam emitted from the position (B) close to the optical axis, they are almost equal. .

一方、図3(b)に示すように、一般的なリレーレンズでは、太い実線で示す主光線は、前段ライトバルブの射出位置によって射出角度が異なり、後段ライトバルブへの入射角も入射位置によって異なる。したがって、前段ライトバルブの光軸から遠い位置(A)から射出する光束の射出角度分布と、光軸から近い位置(B)から射出する光束の射出角度分布とを比較した場合、それらはかなり異なる。   On the other hand, as shown in FIG. 3B, in a general relay lens, the chief ray indicated by a thick solid line has an emission angle different depending on the emission position of the front light valve, and the incident angle to the rear light valve also depends on the incident position. Different. Therefore, when the emission angle distribution of the light beam emitted from the position (A) far from the optical axis of the front light valve is compared with the emission angle distribution of the light beam emitted from the position (B) close to the optical axis, they are quite different. .

一般に、液晶ライトバルブは視角依存性を有する。すなわち、液晶ライトバルブから射出する光線の角度によって、コントラスト特性、明るさの特性、分光特性等が異なる。したがって、図3(b)に示す一般的なリレーレンズでは、前段ライトバルブ(液晶ライトバルブ)の領域ごとに射出光束の射出角度成分が異なり、その結果、後段ライトバルブ(液晶ライトバルブ)の画面内で、表示画像の明るさ、色味、コントラストに分布(不均一性)が生じ、プロジェクタの画像表示品質の低下を招く可能性がある。   Generally, a liquid crystal light valve has a viewing angle dependency. That is, contrast characteristics, brightness characteristics, spectral characteristics, and the like vary depending on the angle of light emitted from the liquid crystal light valve. Therefore, in the general relay lens shown in FIG. 3B, the emission angle component of the emitted light beam is different for each region of the front light valve (liquid crystal light valve), and as a result, the screen of the rear light valve (liquid crystal light valve). In particular, a distribution (non-uniformity) occurs in the brightness, color, and contrast of the display image, which may cause a reduction in the image display quality of the projector.

これに対して、図3(a)に示す両側テレセントリック性を有するリレーレンズでは、前段ライトバルブ(液晶ライトバルブ)のどの領域の射出光束もほぼ同じ射出角度分布であるため、後段ライトバルブ(液晶ライトバルブ)の画面内における表示画像の明るさ、色味、コントラストが略均一であり、プロジェクタの画像表示品質が良好である。   On the other hand, in the relay lens having both-side telecentricity shown in FIG. 3A, since the emitted light flux in any region of the front light valve (liquid crystal light valve) has substantially the same emission angle distribution, the rear light valve (liquid crystal The brightness, color and contrast of the display image in the light valve screen are substantially uniform, and the image display quality of the projector is good.

さらに、図4(a)に示すように、両側テレセントリック性を有するリレーレンズでは、後段ライトバルブの光軸方向の配置位置に誤差が生じても(図4(a)に示す、PS1→PS2)、主光線が光軸に対して平行なので、前段ライトバルブの像は多少ボケが生じるものの大きさはほとんど変わらない(図4(a)に示す、AL1≒AL2)。すなわち、後段ライトバルブの配置誤差が多少あっても、プロジェクタとしての画像表示品質はあまり低下しないので、製造マージンが大きい。   Further, as shown in FIG. 4A, in the relay lens having both-side telecentricity, even if an error occurs in the arrangement position of the rear light valve in the optical axis direction (PS1 → PS2 shown in FIG. 4A). Since the chief ray is parallel to the optical axis, the size of the image of the front light valve is slightly changed although a slight blur occurs (AL1≈AL2 shown in FIG. 4A). That is, even if there is a slight arrangement error of the rear light valve, the image display quality as a projector does not deteriorate so much, and the manufacturing margin is large.

一方、図4(b)に示すように、一般的なリレーレンズでは、後段ライトバルブに上記と同等の配置誤差があった場合(図4(b)に示す、PS1→PS2)、主光線が光軸に対して非平行なので、前段ライトバルブの像にボケと同時に大きさの変化が生じ(図4(b)に示す、AL1<AL2)、結果として画像表示品質が大きく低下する可能性がある。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, in a general relay lens, when the rear light valve has an arrangement error equivalent to the above (PS1 → PS2 shown in FIG. 4B), the chief ray is Since it is non-parallel to the optical axis, the image of the preceding light valve changes in size simultaneously with the blur (AL1 <AL2 shown in FIG. 4B), and as a result, the image display quality may be greatly reduced. is there.

[ローパスフィルタの構成と機能]
次に、図5〜図9を参照して光学的ローパスフィルタ80の構成及び機能について説明する。
図5は、液晶ライトバルブ60B(色変調ライトバルブ)の画素面を示している。
液晶ライトバルブ60Bの画素面は、二次元的に周期的(マトリックス状)に配列された複数の単位画素65を有する。各画素65は、略矩形形状に形成されるとともに、光を通過する開口部65aと、開口部65aの周辺に配される遮光部65bとを含む。遮光部65bは、所定幅の帯状部が周期的に配列された遮光パターン膜(ブラックストライプ膜、ブラックマトリックス膜など)の他、画素配線、TFT素子等によって形成される。液晶ライトバルブ60Bでは、各画素の開口部65aを通過する光がそれぞれ変調(透過率変調)され、これにより画素面内の二次元的な透過率分布が制御される。
[Configuration and function of low-pass filter]
Next, the configuration and function of the optical low-pass filter 80 will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 shows a pixel surface of the liquid crystal light valve 60B (color modulation light valve).
The pixel surface of the liquid crystal light valve 60B has a plurality of unit pixels 65 that are two-dimensionally and periodically arranged in a matrix form. Each pixel 65 is formed in a substantially rectangular shape, and includes an opening 65a through which light passes, and a light shielding part 65b disposed around the opening 65a. The light shielding portion 65b is formed by a pixel wiring, a TFT element, or the like, in addition to a light shielding pattern film (a black stripe film, a black matrix film, etc.) in which strips having a predetermined width are periodically arranged. In the liquid crystal light valve 60B, the light passing through the opening 65a of each pixel is modulated (transmittance modulation), thereby controlling the two-dimensional transmittance distribution in the pixel plane.

なお、液晶ライトバルブ60G,60R(色変調ライトバルブ)、及び液晶ライトバルブ100(輝度変調ライトバルブ)の各画素面についても上記と同様である。   The pixel surfaces of the liquid crystal light valves 60G and 60R (color modulation light valve) and the liquid crystal light valve 100 (luminance modulation light valve) are the same as described above.

図6は、モアレの発生原因を概念的に示した説明図である。
単位画素の繰り返しで構成される色変調ライトバルブの画素面をリレーレンズで結像すると、図6(a)に示すように、その光学像は格子状の暗部と略矩形状の明部とが交互に繰り返される周期構造を有するものとなる。その色変調ライトバルブの光学像が輝度変調ライトバルブの画素面上に伝達されるとき、図6(b)に示すように、両ライトバルブの間に位置ずれや姿勢のずれ(傾きのずれなど)があると、モアレが発生し表示画像の画質が著しく低下する。
FIG. 6 is an explanatory diagram conceptually showing the cause of moiré.
When a pixel surface of a color modulation light valve composed of repeating unit pixels is imaged by a relay lens, the optical image has a lattice-shaped dark portion and a substantially rectangular light portion as shown in FIG. It has a periodic structure that is repeated alternately. When the optical image of the color modulation light valve is transmitted onto the pixel surface of the luminance modulation light valve, as shown in FIG. 6B, the positional deviation or the attitude deviation (tilt deviation, etc.) between the two light valves. ), Moiré occurs and the quality of the displayed image is significantly reduced.

図7は、光学的ローパスフィルタ80の概略構成と機能の説明図であり、(a)は光学的ローパスフィルタ80の平面図であり、(b)は(a)に示すA−A断面図であり、(c)は光学的ローパスフィルタ80の機能説明図である。   FIG. 7 is an explanatory diagram of a schematic configuration and functions of the optical low-pass filter 80, (a) is a plan view of the optical low-pass filter 80, and (b) is a cross-sectional view taken along line AA shown in (a). FIG. 6C is a functional explanatory diagram of the optical low-pass filter 80.

図7(a)に示すように、光学的ローパスフィルタ80は、屈折面を備えるプリズム要素85の集合体からなるプリズム群を含む。プリズム要素85の周期配列方向は、図5に示した液晶ライトバルブの画素65の周期配列方向に対して所定の角度で(図7(a)では45度)傾いている。   As shown in FIG. 7A, the optical low-pass filter 80 includes a prism group formed of an assembly of prism elements 85 having a refractive surface. The periodic array direction of the prism elements 85 is inclined at a predetermined angle (45 degrees in FIG. 7A) with respect to the periodic array direction of the pixels 65 of the liquid crystal light valve shown in FIG.

図7(b)に示すように、1つのプリズム要素85は、平坦部85aと多角錐状のプリズム部85bとを含んで構成されている。図7(c)に示すように、色変調ライトバルブ60B,60G,60Rから射出した光束のうちプリズム要素85の平坦部85aに入射した光束は、入射角と同じ角度でローパスフィルタ80から射出する。一方、プリズム要素85のプリズム部85bに入射した光束は、屈折により角度を変えてローパスフィルタ80から射出する。   As shown in FIG. 7B, one prism element 85 includes a flat portion 85a and a polygonal pyramid-shaped prism portion 85b. As shown in FIG. 7C, the light beam incident on the flat portion 85a of the prism element 85 among the light beams emitted from the color modulation light valves 60B, 60G, 60R is emitted from the low-pass filter 80 at the same angle as the incident angle. . On the other hand, the light beam incident on the prism portion 85 b of the prism element 85 is emitted from the low-pass filter 80 with its angle changed by refraction.

図8及び図9は、図7のローパスフィルタの機能をより具体的に説明するための図である。図8(a)はローパスフィルタがない比較例としての光学系を示し、図9(a)は図8(a)の光学系で結像された単位画素の像を示している。また、図8(b)はローパスフィルタを有する光学系を示し、図9(b)は図8(b)の光学系で結像された単位画素の像を示している。   8 and 9 are diagrams for more specifically explaining the function of the low-pass filter of FIG. FIG. 8A shows an optical system as a comparative example having no low-pass filter, and FIG. 9A shows an image of a unit pixel formed by the optical system of FIG. FIG. 8B shows an optical system having a low-pass filter, and FIG. 9B shows an image of a unit pixel imaged by the optical system of FIG. 8B.

図8(a)に示すように、ローパスフィルタがない光学系では、色変調ライトバルブの一点から射出した光束は、リレーレンズによって輝度変調ライトバルブの一点で結像する。一方、図8(b)に示すように、ローパスフィルタを有する光学系では、色変調ライトバルブの一点から射出した光束は、位置が異なる複数点で結像する。すなわち、色変調ライトバルブの画素開口部を通過した光束の一部がローパスフィルタで折り曲げられ、その画素開口部の光学像(明部)が、位置が異なる複数箇所に結像する(複像機能)。   As shown in FIG. 8A, in an optical system without a low-pass filter, a light beam emitted from one point of the color modulation light valve is imaged at one point of the luminance modulation light valve by the relay lens. On the other hand, as shown in FIG. 8B, in an optical system having a low-pass filter, a light beam emitted from one point of the color modulation light valve forms an image at a plurality of points at different positions. That is, a part of the light beam that has passed through the pixel opening of the color modulation light valve is bent by a low-pass filter, and optical images (bright parts) of the pixel opening are formed at a plurality of positions at different positions (multi-image function). ).

図9(a)に示すように、ローパスフィルタがない光学系では、色変調ライトバルブの単位画素の光学像は、画素遮光部によって形成される矩形環状の暗部と、画素開口部によって形成される明部とを有するものとなる。これと比較して、図9(b)に示すように、ローパスフィルタ80を有する光学系では、ローパスフィルタ80(プリズム要素85)の上記複像機能によって、色変調ライトバルブの単位画素の光学像は、単位画素の遮光部によって形成される暗部が目立たないものとなる。   As shown in FIG. 9A, in an optical system without a low-pass filter, an optical image of a unit pixel of a color modulation light valve is formed by a rectangular annular dark portion formed by a pixel light shielding portion and a pixel opening portion. It has a bright part. In contrast, as shown in FIG. 9B, in the optical system having the low-pass filter 80, the optical image of the unit pixel of the color modulation light valve is obtained by the double image function of the low-pass filter 80 (prism element 85). The dark part formed by the light-shielding part of the unit pixel becomes inconspicuous.

すなわち、図9(b)に示すように、ローパスフィルタにおいて、色変調ライトバルブの画素開口部を通過した光の一部が屈折により角度を代えて射出する。そして、その光が色変調ライトバルブの遮光部で形成される暗部に重なる。   That is, as shown in FIG. 9B, in the low-pass filter, part of the light that has passed through the pixel opening of the color modulation light valve is emitted at a different angle due to refraction. Then, the light overlaps with a dark part formed by the light shielding part of the color modulation light valve.

具体的には、図9(b)に示すように、ローパスフィルタ80のプリズム要素85の左上のプリズム部(屈折面)によって、色変調ライトバルブの画素開口部によって形成される明部が左上にずれ、その光束が色変調ライトバルブの画素遮光部によって形成される暗部に重なる(像シフト。図9(b)に示す(b−1))。同様に、プリズム要素85の左下のプリズム部(屈折面)によって、明部が左下にずれ(b−2)、プリズム要素85の右下のプリズム部(屈折面)によって、明部が右下にずれ(b−3)、プリズム要素85の右上のプリズム部(屈折面)によって、明部が右上にずれる(b−4)。そして、上記の複像機能によって暗部の全体に光が照射されることにより、色変調ライトバルブの単位画素の光学像は、暗部が目立たないものとなる(b−5)。   Specifically, as shown in FIG. 9B, the bright portion formed by the pixel opening of the color modulation light valve is located at the upper left by the upper left prism portion (refractive surface) of the prism element 85 of the low-pass filter 80. The light flux shifts and overlaps the dark part formed by the pixel light-shielding part of the color modulation light valve (image shift, (b-1) shown in FIG. 9B). Similarly, the bright portion is shifted to the lower left (b-2) by the lower left prism portion (refractive surface) of the prism element 85, and the bright portion is moved to the lower right by the lower right prism portion (refractive surface) of the prism element 85. The bright part shifts to the upper right (b-4) due to the deviation (b-3) and the upper right prism part (refractive surface) of the prism element 85. And by irradiating light to the whole dark part by said double image function, as for the optical image of the unit pixel of a color modulation light valve, a dark part becomes inconspicuous (b-5).

このように、本例では、色変調ライトバルブの光学像が輝度変調ライトバルブの画素面上に伝達されるとき、ローパスフィルタ80の複像機能によって画素遮光部の光学像である暗部が目立たなくなる。すなわち、明るさの均一性が高い色変調ライトバルブの光学像が、輝度変調ライトバルブ上に結像される。そのため、モアレなど、遮光パターン同士の光学的な重ね合わせに伴う画素劣化現象が確実に抑制される。   As described above, in this example, when the optical image of the color modulation light valve is transmitted onto the pixel surface of the luminance modulation light valve, the dark portion, which is the optical image of the pixel light shielding portion, becomes inconspicuous due to the double image function of the low-pass filter 80. . That is, an optical image of the color modulation light valve with high brightness uniformity is formed on the luminance modulation light valve. For this reason, the pixel deterioration phenomenon accompanying the optical superposition of the light shielding patterns such as moire is reliably suppressed.

図10は、輝度変調ライトバルブ100(図1に示す液晶ライトバルブ100)の断面図を示している。
輝度変調ライトバルブ100は、対向して配置される2つの透明基板101,102、周期構造の遮光パターン膜103(ブラックストライプ膜、ブラックマトリックス膜など)、液晶層104、TFT・配線105、画素電極106、及びマイクロレンズアレイ107等を含んで構成されている。
FIG. 10 shows a cross-sectional view of the luminance modulation light valve 100 (the liquid crystal light valve 100 shown in FIG. 1).
The luminance modulation light valve 100 includes two transparent substrates 101 and 102 arranged opposite to each other, a light shielding pattern film 103 having a periodic structure (black stripe film, black matrix film, etc.), a liquid crystal layer 104, a TFT / wiring 105, and a pixel electrode. 106, a microlens array 107, and the like.

マイクロレンズアレイ107は、輝度変調ライトバルブ100の光入射側に配置され、そのライトバルブ100の各画素108に一対一に対応したレンズ群を含む。マイクロレンズアレイ107の各レンズ109は、ローパスフィルタ80からの光を輝度変調ライトバルブ100の各画素108の開口部に集めるように形成されている。すなわち、輝度変調ライトバルブ100において、各画素108の光入射側に1つずつ集光レンズ109が配置されている。   The microlens array 107 is disposed on the light incident side of the luminance modulation light valve 100 and includes a lens group corresponding to each pixel 108 of the light valve 100 on a one-to-one basis. Each lens 109 of the microlens array 107 is formed so as to collect the light from the low-pass filter 80 at the opening of each pixel 108 of the luminance modulation light valve 100. That is, in the luminance modulation light valve 100, one condenser lens 109 is disposed on the light incident side of each pixel 108.

前述したように、色変調ライトバルブ(図1に示す液晶ライトバルブ60B,60G,60R)の画素開口部を透過した光は、図9に示すように、ローパスフィルタ80によって画素開口部に対応する範囲より広い範囲に到達する。その結果、輝度変調ライトバルブ100の遮光パターン膜103に到達する光量が増加し、表示画像の輝度が低下するという問題が生じる。本例では、輝度変調ライトバルブ100の光入射側にマイクロレンズアレイ107が配置されていることにより、ローパスフィルタ80からの光が第2光変調素子の各画素108の開口部に集まり、表示画像の明るさが向上する。   As described above, the light transmitted through the pixel openings of the color modulation light valves (liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R shown in FIG. 1) corresponds to the pixel openings by the low-pass filter 80 as shown in FIG. Reach a wider range than the range. As a result, the amount of light reaching the light-shielding pattern film 103 of the luminance modulation light valve 100 increases, causing a problem that the luminance of the display image decreases. In this example, since the microlens array 107 is arranged on the light incident side of the luminance modulation light valve 100, the light from the low-pass filter 80 gathers at the opening of each pixel 108 of the second light modulation element, and the display image The brightness is improved.

つまり、輝度変調ライトバルブ100への入射光束は、マイクロレンズアレイ107の各レンズ109によって集光されてそのほとんどが輝度変調ライトバルブ100の画素108の開口部を通過する。そのため、ローパスフィルタ80で屈折された光の一部が輝度変調ライトバルブ100の遮光パターン膜103によって遮られることが回避される。このように、本例では、光学的ローパスフィルタ80を用いる構成でありながら、輝度の低下が抑制される。   That is, the incident light flux on the luminance modulation light valve 100 is collected by each lens 109 of the microlens array 107 and most of the light passes through the opening of the pixel 108 of the luminance modulation light valve 100. Therefore, it is avoided that a part of the light refracted by the low-pass filter 80 is blocked by the light shielding pattern film 103 of the luminance modulation light valve 100. As described above, in this example, although the optical low-pass filter 80 is used, a decrease in luminance is suppressed.

図1に示す光学的ローパスフィルタ80の配置位置は、クロスダイクロイックプリズム70とリレーレンズ90との間に限定されるものではなく、リレーレンズ90と輝度変調ライトバルブ(液晶ライトバルブ100)との間に配置してもよい。また、リレーレンズ90内に配置しても良い。また、色変調ライトバルブ(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70との間に配置してもよい。この場合は、R、G、Bの各色変調ライトバルブ毎にローパスフィルタが必要になるが、各波長特性毎に最適化したローパスフィルタを使用できるので、より効果的にモアレを低減できるという利点がある。   The arrangement position of the optical low-pass filter 80 shown in FIG. 1 is not limited between the cross dichroic prism 70 and the relay lens 90, but between the relay lens 90 and the luminance modulation light valve (liquid crystal light valve 100). You may arrange in. Further, it may be arranged in the relay lens 90. Further, it may be arranged between the color modulation light valve (liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R) and the cross dichroic prism 70. In this case, a low-pass filter is required for each of the R, G, and B color modulation light valves. However, since a low-pass filter optimized for each wavelength characteristic can be used, there is an advantage that moire can be reduced more effectively. is there.

また、本発明は、光源10側から見て、色変調ライトバルブを前段に、輝度変調ライトバルブを後段に配置する光学系に限定されるものでなく、輝度変調ライトバルブを前段に、色変調ライトバルブを後段に配置する光学系にも本発明を適用することができる。この場合、輝度変調ライトバルブと色変調ライトバルブとの間にローパスフィルタとリレーレンズが配置される。さらに色変調ライトバルブの光入射面にはマイクロレンズアレイが配置される。   Further, the present invention is not limited to the optical system in which the color modulation light valve is disposed in the front stage and the luminance modulation light valve is disposed in the rear stage as viewed from the light source 10 side. The present invention can also be applied to an optical system in which a light valve is disposed in the subsequent stage. In this case, a low-pass filter and a relay lens are arranged between the luminance modulation light valve and the color modulation light valve. Further, a microlens array is disposed on the light incident surface of the color modulation light valve.

なお、本例では、輝度変調ライトバルブ100(第2光変調素子、後段ライトバルブ)の各画素に隣接してマイクロレンズアレイ107が配置される一方で、液晶ライトバルブ60B,60G,60R(第1光変調素子、前段ライトバルブ)の各画素の隣接位置にマイクロレンズアレイが配置されていない。これは、第1光変調素子(前段に配置されるライトバルブ)にマイクロレンズが含まれると、第1光変調素子を出射する光束の出射角度が大きく広がってしまい、この光束を第2光変調素子(後段に配置されるライトバルブ)に効率よく伝達するためには、伝達光学系(リレーレンズ90)のFナンバーを小さくせざるをえず、装置のコストアップ、サイズ・重量の増大を招くからである。したがって、第1光変調素子にはマイクロレンズを含まないほうが望ましい。   In this example, the microlens array 107 is disposed adjacent to each pixel of the luminance modulation light valve 100 (second light modulation element, rear light valve), while the liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R (first A microlens array is not disposed at a position adjacent to each pixel of one light modulation element or the preceding light valve. This is because when the first light modulation element (light valve arranged in the previous stage) includes a microlens, the emission angle of the light beam emitted from the first light modulation element is greatly expanded, and this light beam is then second light modulated. In order to transmit efficiently to the element (light valve arranged in the subsequent stage), the F-number of the transmission optical system (relay lens 90) must be reduced, resulting in an increase in the cost of the device and an increase in size and weight. Because. Therefore, it is desirable that the first light modulation element does not include a microlens.

また、ローパスフィルタの形態は、図7(a)〜(c)に示したものに限らず他の形態でもよい。また、ローパスフィルタはプリズムタイプのものに限定されるものではなく、回折型のローパスフィルタを用いることもできる。   Further, the form of the low-pass filter is not limited to that shown in FIGS. 7A to 7C, and other forms may be used. The low-pass filter is not limited to a prism type, and a diffractive low-pass filter can also be used.

[ローパスフィルタの他の形態例]
図11〜図22は、ローパスフィルタの他の形態例を示している。
[Other forms of low-pass filter]
11 to 22 show other examples of low-pass filters.

図11〜16は、プリズム素子の形状の様々なバリエーションの例を示す。
例えば、図11は、屈折面161aと平坦部161bとを有する台形形状のプリズム素子が所定の間隔で設けられたプリズム群161を示している。
図12は、屈折面162aと平坦部162bとを有し、台形形状のプリズム素子が隙間無く設けられたプリズム群162を示している。
図13は、屈折面163aと平坦部163bとを有し、三角形形状のプリズム素子が所定の間隔で設けられたプリズム群163を示している。
11-16 show examples of various variations of the shape of the prism element.
For example, FIG. 11 shows a prism group 161 in which trapezoidal prism elements each having a refractive surface 161a and a flat portion 161b are provided at a predetermined interval.
FIG. 12 shows a prism group 162 that has a refracting surface 162a and a flat portion 162b and in which trapezoidal prism elements are provided without gaps.
FIG. 13 shows a prism group 163 having a refracting surface 163a and a flat portion 163b, and triangular prism elements provided at predetermined intervals.

図14は、屈折面164aのみからなるブレーズ型のプリズム群164を示している。
図15は、平坦部の高さおよびプリズムピッチがランダムであり、プリズムエッジによる回折を発生させる周期性が略無い状態のプリズム群165を示している。
また、図16は、平坦部は共通の高さであるが、プリズムピッチがランダムであり、回折発生条件である周期性を抑制し回折の影響を低減できるプリズム群166を示している。
このように、屈折面の向き、傾斜角度、面積をパラメータとして様々なバリエーションをとることができる。
FIG. 14 shows a blazed prism group 164 composed only of the refractive surface 164a.
FIG. 15 shows the prism group 165 in a state in which the height of the flat portion and the prism pitch are random, and there is almost no periodicity for generating diffraction by the prism edge.
FIG. 16 shows a prism group 166 in which the flat portions have a common height, but the prism pitch is random, and the periodicity, which is a diffraction generation condition, can be suppressed and the influence of diffraction can be reduced.
As described above, various variations can be made using the direction of the refracting surface, the inclination angle, and the area as parameters.

図17は、プリズム群の他の形態の一部を拡大した概略構成を示す。プリズム群210は、四角錐形状の第1のプリズム素子211と、四角錐形状の第2のプリズム素子212とから構成されている。第1のプリズム素子211は、その一辺が中心線CLに略45°をなすように形成されている。第2のプリズム素子212は、その一辺が中心線CLに略平行となるように形成されている。さらに、第1のプリズム素子211と、第2のプリズム素子212との周囲には平坦部215が設けられている。   FIG. 17 shows a schematic configuration in which a part of another form of the prism group is enlarged. The prism group 210 includes a first prism element 211 having a quadrangular pyramid shape and a second prism element 212 having a quadrangular pyramid shape. The first prism element 211 is formed so that one side thereof forms approximately 45 ° with respect to the center line CL. The second prism element 212 is formed so that one side thereof is substantially parallel to the center line CL. Further, a flat portion 215 is provided around the first prism element 211 and the second prism element 212.

図18に示すように、平坦部215を透過した光により、開口部像(直接透過像)220Pが形成される。そして、第1のプリズム素子211の屈折面213により、中心線像CLPに対して45°方向へ開口部像213Pが形成される。第2のプリズム素子212の屈折面214により、中心線像CLPに平行な方向へ開口部像214Pが形成される。そして、これらの投写像が遮光パターンによる暗部を隙間なく埋めるように屈折面の向き、傾斜角度を設定する。
これにより、投写像の強度ムラを少なくすることができる。
As shown in FIG. 18, an aperture image (direct transmission image) 220P is formed by the light transmitted through the flat portion 215. Then, an opening portion image 213P is formed in the 45 ° direction with respect to the center line image CLP by the refractive surface 213 of the first prism element 211. The refraction surface 214 of the second prism element 212 forms an opening image 214P in a direction parallel to the center line image CLP. Then, the direction of the refracting surface and the inclination angle are set so that these projected images fill the dark part of the light shielding pattern without any gaps.
Thereby, unevenness in intensity of the projected image can be reduced.

また、プリズム群210と同様の屈折作用を生じさせるプリズム群の形状は様々な変形をとることができる。例えば、図19に示すような屈折面231と平坦部232とを有するプリズム群230を用いることもできる。このように、プリズム屈折面と平坦面を所望の面積比で任意の形状で形成することが可能である。   Further, the shape of the prism group that causes the same refraction action as that of the prism group 210 can be variously modified. For example, a prism group 230 having a refracting surface 231 and a flat portion 232 as shown in FIG. 19 can be used. In this way, it is possible to form the prism refracting surface and the flat surface in an arbitrary shape with a desired area ratio.

図20は、ローパスフィルタの他の形態例であり、プリズム群240の要部斜視構成を示す。
プリズム群240は、2組のプリズム素子241a、241bから構成されている。プリズム素子241aは、第1の方向であるy軸方向における断面形状が略台形形状である。また、プリズム素子241aは、第1の方向であるy軸方向に略直交する第2の方向であるx軸方向に長手方向を有している。
FIG. 20 shows another embodiment of the low-pass filter, and shows a perspective configuration of a main part of the prism group 240.
The prism group 240 includes two sets of prism elements 241a and 241b. The prism element 241a has a substantially trapezoidal cross-sectional shape in the y-axis direction that is the first direction. The prism element 241a has a longitudinal direction in the x-axis direction, which is a second direction substantially orthogonal to the y-axis direction, which is the first direction.

プリズム素子241aのy軸方向における断面形状の台形形状のうち、2つの斜面Y1、Y2は屈折面として機能する。また、プリズム素子241aのy軸方向における断面形状のうち、上面Y0は平坦部として機能する。このため、斜面Y1又は斜面Y2に入射した光は、斜面の角度に対応する方向へ屈折する。屈折した光により屈折透過像が形成される。また、上面Y0に入射した光は、そのまま透過する。そのまま透過した光により直接透過像が形成される。   Of the trapezoidal shape having a cross-sectional shape in the y-axis direction of the prism element 241a, the two inclined surfaces Y1 and Y2 function as refractive surfaces. Of the cross-sectional shape of the prism element 241a in the y-axis direction, the upper surface Y0 functions as a flat portion. For this reason, the light incident on the slope Y1 or the slope Y2 is refracted in a direction corresponding to the angle of the slope. A refracted transmission image is formed by the refracted light. Further, the light incident on the upper surface Y0 is transmitted as it is. A direct transmission image is formed by the light transmitted as it is.

プリズム素子241bは、プリズム素子241aと同様の構成である。プリズム素子241bのx軸方向における断面形状のうち、2つの斜面X1、X2は屈折面として機能する。また、プリズム素子241bのx軸方向における断面形状のうち、上面X0は平坦部として機能する。そして、2組のプリズム素子241a、241bは、それぞれの長手方向どうしが略直交するように設けられている。   The prism element 241b has the same configuration as the prism element 241a. Of the cross-sectional shape of the prism element 241b in the x-axis direction, the two inclined surfaces X1 and X2 function as refractive surfaces. Of the cross-sectional shape of the prism element 241b in the x-axis direction, the upper surface X0 functions as a flat portion. The two sets of prism elements 241a and 241b are provided so that their longitudinal directions are substantially orthogonal to each other.

本例のプリズム群240は、プリズム素子241aの平面側と、プリズム素子241bの平面側とを向かい合わせて固着している。しかし、これに限られず、以下の(1)〜(3)のいずれの構成でも良い。
(1)プリズム素子241aの斜面Y1、Y2等が形成されている面と、プリズム素子241bの斜面X1、X2等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
(2)プリズム素子241aの斜面Y1、Y2等が形成されている面と、プリズム素子241bの平面側とを向かい合わせて固着する構成。
(3)プリズム素子241aの平面側と、プリズム素子241bの斜面X1、X2等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
なお、図20ではプリズム面が接する構成で説明しているが、両面が空気と接する構成でもよい。
In the prism group 240 of this example, the plane side of the prism element 241a and the plane side of the prism element 241b face each other and are fixed. However, the present invention is not limited to this, and any of the following configurations (1) to (3) may be used.
(1) A configuration in which the surface on which the slopes Y1, Y2, etc. of the prism element 241a are formed and the surface on which the slopes X1, X2, etc. of the prism element 241b are formed face each other and are fixed.
(2) A configuration in which the surface on which the slopes Y1, Y2, etc. of the prism element 241a are formed and the plane side of the prism element 241b face each other and are fixed.
(3) A configuration in which the flat surface side of the prism element 241a and the surface on which the inclined surfaces X1, X2, etc. of the prism element 241b are formed face each other and are fixed.
Although FIG. 20 illustrates the configuration in which the prism surfaces are in contact, a configuration in which both surfaces are in contact with air may be employed.

図21は、プリズム群240による入射光の分岐を示す。
図21において、向かって左側から方側へ向かって入射光XYが進行する。なお、図21の一部では、説明の便宜上、斜面Y0、Y1、Y2の符号を用いて光線を特定する。入射光XYは、点線で示すプリズム素子241aにより、斜面で屈折する光線Y1、Y2と、上面をそのまま透過する光線Y0との3つの光線に分岐される。分岐された3つの光線Y0、Y1、Y2は、さらにプリズム素子241bにより、それぞれ3つの光線に分岐される。この結果、入射光XYは、9つの光線Y1X1、Y1X0、Y1X2、Y0X1、Y0X0、Y0X2、Y2X1、Y2X0、Y2X2に分岐される。
FIG. 21 shows the splitting of incident light by the prism group 240.
In FIG. 21, the incident light XY travels from the left side toward the side. In addition, in a part of FIG. 21, for convenience of explanation, the light beam is specified by using the signs of the slopes Y0, Y1, and Y2. Incident light XY is split into three light beams, a light beam Y1 and Y2 refracted on the slope and a light beam Y0 that is transmitted through the upper surface as it is, by a prism element 241a indicated by a dotted line. The three branched light beams Y0, Y1, and Y2 are further branched into three light beams by the prism element 241b. As a result, the incident light XY is branched into nine light beams Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X0, Y0X2, Y2X1, Y2X0, and Y2X2.

次に、分岐された9つの光線の投影面における位置を、図22を用いて説明する。
光線Y0X0による直接透過像の領域を太い枠で囲って示す。屈折した光による画素部の投影像は、プリズム素子241a、241bの長手方向に対してそれぞれ直交する方向へ形成することができる。プリズム群240は、2組のプリズム素子241a、241bの長手方向どうしが略直交するように構成されている。これにより、光線Y0X0による直接透過像の領域の周辺に、8つの光線Y1X1、Y1X0、Y1X2、Y0X1、Y0X2、Y2X1、Y2X0、Y2X2による屈折透過像の領域が形成される。図22では、それぞれの領域に光線の符号を付して示す。また、光線Y0X0による直接透過像は、第1の光変調素子(図1に示す液晶ライトバルブ60B,60G,60R)における複数の画素開口部の位置に対応して周期的に隣接して形成される。プリズム群240は、プリズム素子241a、241bにより、光線Y0X0による直接透過像どうしの間の領域に屈折透過像を形成する。これにより、投写光の周期性を低減することができる。
Next, the positions of the nine branched light beams on the projection plane will be described with reference to FIG.
A region of a direct transmission image by the light ray Y0X0 is shown surrounded by a thick frame. Projected images of the pixel portion by the refracted light can be formed in directions orthogonal to the longitudinal directions of the prism elements 241a and 241b. The prism group 240 is configured such that the longitudinal directions of the two sets of prism elements 241a and 241b are substantially orthogonal to each other. As a result, a region of a refracted transmission image by the eight light beams Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, and Y2X2 is formed around the region of the direct transmission image by the light beam Y0X0. In FIG. 22, each region is shown with a light beam symbol. Further, the direct transmission image by the light beam Y0X0 is formed periodically adjacent to the positions of the plurality of pixel openings in the first light modulation element (the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R shown in FIG. 1). The The prism group 240 forms a refracted transmission image in a region between the direct transmission images of the light beam Y0X0 by the prism elements 241a and 241b. Thereby, the periodicity of the projection light can be reduced.

また、プリズム群240は、平坦面であるプリズム素子241aの上面Y0、プリズム素子241bの上面X0を経由した光強度の総和をPW0、屈折面である斜面Y1、Y2、X1、X2を経由した光強度の総和をPW1とそれぞれしたとき、
PW0≧PW1
を満足している。なお、PW0、PW1は、いずれも第2の光変調素子(液晶ライトバルブ100)における光強度である。
The prism group 240 has a total light intensity of PW0 via the upper surface Y0 of the prism element 241a that is a flat surface and the upper surface X0 of the prism element 241b, and light that passes through the inclined surfaces Y1, Y2, X1, and X2 that are refractive surfaces. When the total strength is PW1,
PW0 ≧ PW1
Is satisfied. Note that PW0 and PW1 are the light intensities in the second light modulation element (liquid crystal light valve 100).

光線Y0X0による直接透過像の光強度の総和は、平坦部である上面Y0、X0の面積に対応する。また、光線Y1X1、Y1X0、Y1X2、Y0X1、Y0X2、Y2X1、Y2X0、Y2X2による屈折透過像の光強度の総和は、屈折面である斜面Y1、Y2、X1、X2の面積に対応する。ここで、光線Y1X1、Y1X0、Y1X2、Y0X1、Y0X2、Y2X1、Y2X0、Y2X2による屈折透過像の光強度の総和PW1が、直接透過像の光強度の総和PW0よりも大きくなってしまうと、観察者は、例えばゴーストのような二重の画像を認識する場合がある。   The sum of the light intensities of the directly transmitted image by the light beam Y0X0 corresponds to the areas of the upper surfaces Y0 and X0 which are flat portions. Further, the sum of the light intensities of the refracted transmission images by the light rays Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, and Y2X2 corresponds to the areas of the inclined surfaces Y1, Y2, X1, and X2 that are refracting surfaces. Here, if the total light intensity PW1 of the refracted transmission image by the light rays Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2 becomes larger than the total light intensity PW0 of the direct transmission image, the observer May recognize double images such as ghosts, for example.

本例では、PW0≧PW1を満足するように構成されている。これにより、モアレの発生を低減することができる。
また、好ましくは、PW0>PW1を満足することが望ましい。さらに好ましくは、PW0>0.9×PW1を満足することが望ましい。これにより、画素配列による光強度分布を均一化しつつ元の画素情報を維持できることで、モアレを低減でき、さらに高精細な投写像が得られる。
In this example, PW0 ≧ PW1 is satisfied. Thereby, generation | occurrence | production of a moire can be reduced.
Moreover, it is preferable that PW0> PW1 is satisfied. More preferably, it is desirable to satisfy PW0> 0.9 × PW1. As a result, the original pixel information can be maintained while uniforming the light intensity distribution by the pixel arrangement, so that moire can be reduced and a higher definition projection image can be obtained.

ここで、ローパスフィルタを構成するプリズム群の製造方法の一例を説明する。
プリズム群は、透明プレートの射出面に一体的に形成される。透明プレートは、透明な平行平板硝子である。平行平板硝子の一方の面にプリズム群をフォトリソグラフィ技術により形成する。具体的には、フォトレジスト層を平行平板硝子上に、グレースケール法を用いて所望のプリズム形状、例えば四角錐形状となるようにパターニングしてマスクを形成する。そして、CHF3等のフッ素系ガスを用いたRIE(リアクティブ・イオン・エッチング)法によりプリズム群を形成する。プリズム群は、フッ酸を用いるウェットエッチング法によっても形成することができる。
Here, an example of the manufacturing method of the prism group which comprises a low-pass filter is demonstrated.
The prism group is integrally formed on the exit surface of the transparent plate. The transparent plate is a transparent parallel plate glass. A prism group is formed on one surface of the parallel plate glass by photolithography. Specifically, the photoresist layer is patterned on a parallel plate glass so as to have a desired prism shape, for example, a quadrangular pyramid shape, using a gray scale method to form a mask. Then, a prism group is formed by an RIE (reactive ion etching) method using a fluorine-based gas such as CHF3. The prism group can also be formed by a wet etching method using hydrofluoric acid.

プリズム群の製造方法の他の例を説明する。
平行平板硝子の一方の面に光学エポキシ樹脂を塗布する。次に、所望のプリズム形状とは凹凸が反転しているパターンを有する金型を準備する。そして、この金型をエポキシ樹脂に押圧することで型転写する。最後に、紫外線を光学エポキシ樹脂に照射して硬化させて、プリズム群を形成する。
Another example of the method for manufacturing the prism group will be described.
Optical epoxy resin is applied to one side of the parallel plate glass. Next, a mold having a pattern in which irregularities are reversed from a desired prism shape is prepared. Then, the mold is transferred by pressing the mold against the epoxy resin. Finally, the optical epoxy resin is irradiated with ultraviolet rays and cured to form a prism group.

また、型転写する場合に他の方法を採用することもできる。平行平板硝子を加熱して型転写に必要な程度に軟化させる。そして、軟化した平行平板硝子の一方の表面に、上述の金型を押圧させて型転写する。これによっても、平行平板硝子にプリズム群を形成できる。   In addition, other methods can be adopted when performing mold transfer. The parallel plate glass is heated and softened to the extent necessary for mold transfer. Then, the above-described mold is pressed onto one surface of the softened parallel plate glass to perform mold transfer. This also makes it possible to form a prism group on the parallel plate glass.

なお、プリズム群は、透明プレートに形成する場合に限らない。例えば、所望のプリズム形状のプリズム群をホットプレス法で別途パターンシートとして製造しておく。そして、パターンシートを必要な大きさに裁断する。次に、裁断されたパターンシートを平行平板硝子の射出面側に光学的に透明な接着剤を用いて貼付する。これによっても、平行平板硝子にプリズム群を形成できる。   The prism group is not limited to being formed on a transparent plate. For example, a prism group having a desired prism shape is separately manufactured as a pattern sheet by a hot press method. Then, the pattern sheet is cut into a required size. Next, the cut pattern sheet is attached to the exit surface side of the parallel plate glass using an optically transparent adhesive. This also makes it possible to form a prism group on the parallel plate glass.

好ましくは、プリズム群の表面に塵等が付着することを防止することが望ましい。このために、プリズム群の射出側面に対して低屈折率の透明樹脂等からなるコーティング層を形成する。例えば、プリズム群は屈折率n=1.56の光学エポキシ高屈折率樹脂で形成する。コーティング層は、例えば屈折率n=1.38の光学エポキシ低屈折率樹脂で形成する。また、プリズム群を構成する部材の屈折率と、コーティング層の屈折率とを略一致させることもできる。これにより、屈折面の製造誤差のばらつき等に起因する屈折された光の所定面上での位置ずれを低減できる。   Preferably, it is desirable to prevent dust and the like from adhering to the surface of the prism group. For this purpose, a coating layer made of a transparent resin having a low refractive index is formed on the exit side surface of the prism group. For example, the prism group is formed of an optical epoxy high refractive index resin having a refractive index n = 1.56. The coating layer is formed of, for example, an optical epoxy low refractive index resin having a refractive index n = 1.38. Moreover, the refractive index of the member which comprises a prism group, and the refractive index of a coating layer can also be made to correspond substantially. Thereby, it is possible to reduce the positional deviation of the refracted light on the predetermined surface due to variations in manufacturing errors of the refracting surface.

ここで、屈折面で屈折する角度は、光の波長により異なる。このため、プリズム群の製造に際しては、屈折される光の波長を考慮することが望ましい。例えば、光源部である超高圧水銀ランプは、発光スペクトル分布を有する。そして、輝線スペクトルのピーク波長が略440nm近傍の光をB光、略550nm近傍の光をG光として用いる。また、光量積分値の中央波長である略650nm近傍の光をR光として用いる。これらの波長の光が、屈折面で屈折されたときに、所定面(輝度変調ライトバルブ)上で所定の投写像を形成するように、屈折面の傾斜角度θ等を制御する。これにより、所定面(輝度変調ライトバルブ)、色ずれの少ない高品質な画像を得ることができる。   Here, the angle at which the light is refracted by the refractive surface varies depending on the wavelength of the light. For this reason, it is desirable to consider the wavelength of light to be refracted when manufacturing the prism group. For example, an ultra-high pressure mercury lamp that is a light source unit has an emission spectrum distribution. Then, light having a peak wavelength of the emission line spectrum of about 440 nm is used as B light, and light of about 550 nm is used as G light. In addition, light in the vicinity of approximately 650 nm, which is the central wavelength of the light intensity integral value, is used as R light. When light of these wavelengths is refracted by the refracting surface, the inclination angle θ of the refracting surface is controlled so that a predetermined projection image is formed on the predetermined surface (luminance modulation light valve). Thereby, it is possible to obtain a high-quality image with a predetermined surface (luminance modulation light valve) and little color shift.

[液晶ライトバルブの変調の具体例]
次に、表示画像データに基づく色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブの変調の具体例について詳しく説明する。
プロジェクタPJ1(図1参照)では、映像信号から生成された色変調信号で色変調ライトバルブ(図1に示す液晶ライトバルブ60B,60G,60R)を、輝度変調信号で輝度変調ライトバルブ(図1に示す液晶ライトバルブ100)を駆動することにより、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現する。液晶ライトバルブの変調制御は、次に説明する表示制御装置(表示制御装置200)によって行う。
[Specific example of liquid crystal light valve modulation]
Next, specific examples of the modulation of the color modulation light valve and the luminance modulation light valve based on the display image data will be described in detail.
In the projector PJ1 (see FIG. 1), the color modulation light valve (the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R shown in FIG. 1) is displayed with the color modulation signal generated from the video signal, and the brightness modulation light valve (FIG. The liquid crystal light valve 100) shown in FIG. 4 is driven, so that the luminance dynamic range is expanded and the number of gradations is increased. The modulation control of the liquid crystal light valve is performed by a display control device (display control device 200) described below.

図23は、表示制御装置200のハードウェア構成を示すブロック図である。
表示制御装置200は、図23に示すように、制御プログラムに基づいて演算及びシステム全体を制御するCPU170と、所定領域にあらかじめCPU170の制御プログラム等を格納しているROM172と、ROM172等から読み出したデータやCPU170の演算過程で必要な演算結果を格納するためのRAM174と、外部装置に対してデータの入出力を媒介するI/F178とで構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバス179で相互にかつデータ授受可能に接続されている。
FIG. 23 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the display control apparatus 200.
As shown in FIG. 23, the display control device 200 reads out from the CPU 170 that controls the calculation and the entire system based on the control program, the ROM 172 that stores the control program of the CPU 170 in a predetermined area, the ROM 172, and the like. It is composed of a RAM 174 for storing data and calculation results required in the calculation process of the CPU 170, and an I / F 178 that mediates input / output of data to / from an external device, and these are used for transferring data. The signal lines are connected to each other via a bus 179 so as to be able to exchange data.

I/F178には、外部装置として、輝度変調ライトバルブ(図1に示す液晶ライトバルブ100)及び色変調ライトバルブ(図1に示す液晶ライトバルブ60B,60G,60R)を駆動するライトバルブ駆動装置180と、データやテーブル等をファイルとして格納する記憶装置182と、外部のネットワーク199に接続するための信号線とが接続されている。   The I / F 178 includes a light valve driving device that drives a luminance modulation light valve (the liquid crystal light valve 100 shown in FIG. 1) and a color modulation light valve (the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R shown in FIG. 1) as external devices. 180, a storage device 182 that stores data, tables, and the like as files, and a signal line for connecting to an external network 199 are connected.

記憶装置182は、輝度変調ライトバルブ及び色変調ライトバルブを駆動するためのHDR表示データを記憶している。   The storage device 182 stores HDR display data for driving the luminance modulation light valve and the color modulation light valve.

HDR表示データは、従来のsRGB等の画像フォーマットでは実現できない高い輝度ダイナミックレンジを実現することができる画像データであり、画素の輝度レベルを示す画素値を画像の全画素について格納している。本実施形態では、HDR表示データとして、1つの画素についてRGB3原色ごとに輝度レベルを示す画素値を浮動小数点値として格納した形式を用いる。例えば、1つの画素の画素値として(1.2,5.4,2.3)という値が格納されている。   The HDR display data is image data capable of realizing a high luminance dynamic range that cannot be realized by a conventional image format such as sRGB, and stores pixel values indicating pixel luminance levels for all pixels of the image. In the present embodiment, the HDR display data uses a format in which a pixel value indicating a luminance level for each of the three RGB primary colors is stored as a floating point value for one pixel. For example, values (1.2, 5.4, 2.3) are stored as pixel values of one pixel.

ここで、HDR表示データにおける画素pの輝度レベルをRp、第2光変調素子の画素pに対応する画素の透過率をT1、第1光変調素子の画素pに対応する画素の透過率をT2とすると、下式(1),(2)が成立する。

Rp = Tp×Rs …(1)
Tp = T1×T2×G …(2)

ただし、上式(1),(2)において、Rsは光源の輝度、Gはゲインであり、いずれも定数である。また、Tpは、光変調率である。
Here, the luminance level of the pixel p in the HDR display data is Rp, the transmittance of the pixel corresponding to the pixel p of the second light modulation element is T1, and the transmittance of the pixel corresponding to the pixel p of the first light modulation element is T2. Then, the following expressions (1) and (2) are established.

Rp = Tp × Rs (1)
Tp = T1 × T2 × G (2)

However, in the above formulas (1) and (2), Rs is the luminance of the light source, G is the gain, and both are constants. Tp is a light modulation rate.

なお、HDR表示データの生成方法の詳細については、例えば、公知文献3「P.E.Debevec,J.Malik,"Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs",Proceedings of ACM SIGGRAPH97 ,pp.367-378(1997)」に掲載されている。   For details of the method for generating the HDR display data, for example, publicly known document 3 “PEDebevec, J. Malik,“ Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs ”, Proceedings of ACM SIGGRAPH97, pp.367-378 (1997). It is published in.

また、記憶装置182は、輝度変調ライトバルブの制御値を登録した制御値登録テーブル400を記憶している。   Further, the storage device 182 stores a control value registration table 400 in which control values for the luminance modulation light valve are registered.

図24は、制御値登録テーブル400のデータ構造を示す図である。   FIG. 24 is a diagram illustrating a data structure of the control value registration table 400.

制御値登録テーブル400には、図24に示すように、輝度変調ライトバルブの各制御値ごとに1つのレコードが登録されている。各レコードは、輝度変調ライトバルブの制御値を登録したフィールドと、輝度変調ライトバルブの透過率を登録したフィールドとを含んで構成されている。   In the control value registration table 400, as shown in FIG. 24, one record is registered for each control value of the luminance modulation light valve. Each record includes a field in which the control value of the luminance modulation light valve is registered and a field in which the transmittance of the luminance modulation light valve is registered.

図24の例では、第1段目のレコードには、制御値として「0」が、透過率として「0.003」がそれぞれ登録されている。これは、輝度変調ライトバルブに対して制御値「0」を出力すると、輝度変調ライトバルブの透過率が0.3%となることを示している。なお、図24は、輝度変調ライトバルブの階調数が4ビット(0〜15値)である場合の例を示したが、実際には、輝度変調ライトバルブの階調数に相当するレコードが登録される。例えば、階調数が8ビットである場合は、256個のレコードが登録される。   In the example of FIG. 24, “0” is registered as the control value and “0.003” is registered as the transmittance in the first row record. This indicates that when the control value “0” is output to the luminance modulation light valve, the transmittance of the luminance modulation light valve is 0.3%. FIG. 24 shows an example in which the number of gradations of the luminance modulation light valve is 4 bits (0 to 15 values). However, in actuality, there is a record corresponding to the number of gradations of the luminance modulation light valve. be registered. For example, when the number of gradations is 8 bits, 256 records are registered.

また、記憶装置182は、各色変調ライトバルブごとに、その色変調ライトバルブの制御値を登録した制御値登録テーブルを記憶している。   Further, the storage device 182 stores a control value registration table in which the control values of the color modulation light valves are registered for each color modulation light valve.

図25は、液晶ライトバルブ60Rの制御値を登録した制御値登録テーブル420Rのデータ構造を示す図である。   FIG. 25 is a diagram showing a data structure of a control value registration table 420R in which control values for the liquid crystal light valve 60R are registered.

制御値登録テーブル420Rには、図25に示すように、液晶ライトバルブ60Rの各制御値ごとに1つのレコードが登録されている。各レコードは、液晶ライトバルブ60Rの制御値を登録したフィールドと、液晶ライトバルブ60Rの透過率を登録したフィールドとを含んで構成されている。   In the control value registration table 420R, as shown in FIG. 25, one record is registered for each control value of the liquid crystal light valve 60R. Each record includes a field in which the control value of the liquid crystal light valve 60R is registered and a field in which the transmittance of the liquid crystal light valve 60R is registered.

図25の例では、第1段目のレコードには、制御値として「0」が、透過率として「0.004」がそれぞれ登録されている。これは、液晶ライトバルブ60Rに対して制御値「0」を出力すると、液晶ライトバルブ60Rの透過率が0.4%となることを示している。なお、図25は、色変調ライトバルブの階調数が4ビット(0〜15値)である場合の例を示したが、実際には、色変調ライトバルブの階調数に相当するレコードが登録される。例えば、階調数が8ビットである場合は、256個のレコードが登録される。   In the example of FIG. 25, “0” is registered as the control value and “0.004” is registered as the transmittance in the first row record. This indicates that when the control value “0” is output to the liquid crystal light valve 60R, the transmittance of the liquid crystal light valve 60R becomes 0.4%. Note that FIG. 25 shows an example in which the number of gradations of the color modulation light valve is 4 bits (0 to 15 values), but in reality, there is a record corresponding to the number of gradations of the color modulation light valve. be registered. For example, when the number of gradations is 8 bits, 256 records are registered.

また、液晶ライトバルブ60B,60Gに対応する制御値登録テーブルのデータ構造については特に図示しないが、制御値登録テーブル420Rと同様のデータ構造を有している。ただし、同一の制御値に対して異なる透過率が登録されている点が制御値登録テーブル420Rと異なる。   The data structure of the control value registration table corresponding to the liquid crystal light valves 60B and 60G is not particularly shown, but has the same data structure as the control value registration table 420R. However, it differs from the control value registration table 420R in that different transmittances are registered for the same control value.

次に、CPU170の構成及びCPU170で実行される処理を説明する。   Next, the configuration of the CPU 170 and the processing executed by the CPU 170 will be described.

CPU170は、マイクロプロセッシングユニット(MPU)等からなり、ROM172の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図26のフローチャートに示す表示制御処理を実行するようになっている。   The CPU 170 includes a microprocessing unit (MPU) or the like, starts a predetermined program stored in a predetermined area of the ROM 172, and executes display control processing shown in the flowchart of FIG. 26 according to the program. .

図26は、表示制御処理を示すフローチャートである。   FIG. 26 is a flowchart showing the display control process.

表示制御処理は、HDR表示データに基づいて輝度変調ライトバルブ及び色変調ライトバルブの制御値をそれぞれ決定し、決定した制御値に基づいて輝度変調ライトバルブ及び色変調ライトバルブを駆動する処理であって、CPU170において実行されると、図26に示すように、まず、ステップS100に移行するようになっている。   The display control process is a process of determining the control values of the luminance modulation light valve and the color modulation light valve based on the HDR display data, and driving the luminance modulation light valve and the color modulation light valve based on the determined control value. When executed by the CPU 170, the process first proceeds to step S100 as shown in FIG.

ステップS100では、HDR表示データを記憶装置182から読み出す。   In step S100, the HDR display data is read from the storage device 182.

次いで、ステップS102に移行して、読み出したHDR表示データを解析し、画素値のヒストグラムや、輝度レベルの最大値、最小値及び平均値等を算出する。この解析結果は、暗めのシーンを明るくしたり、明るすぎるシーンを暗くしたり、中間部コントラストを協調するなどの自動画像補正に使用したり、トーンマッピングに使用したりするためである。   In step S102, the read HDR display data is analyzed, and a histogram of pixel values, a maximum value, a minimum value, an average value, and the like of the luminance level are calculated. This analysis result is for use in automatic image correction such as brightening a dark scene, darkening a scene that is too bright, or coordinating intermediate contrast, or for tone mapping.

次いで、ステップS104に移行して、ステップS102の解析結果に基づいて、HDR表示データの輝度レベルをプロジェクタPJ1の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングする。   Next, the process proceeds to step S104, and the brightness level of the HDR display data is tone-mapped to the brightness dynamic range of the projector PJ1 based on the analysis result of step S102.

図27は、トーンマッピング処理を説明するための図である。   FIG. 27 is a diagram for explaining tone mapping processing.

HDR表示データを解析した結果、HDR表示データに含まれる輝度レベルの最小値がSminで、最大値がSmaxであるとする。また、プロジェクタPJ1の輝度ダイナミックレンジの最小値がDminで、最大値がDmaxであるとする。図27の例では、SminがDminよりも小さく、SmaxがDmaxよりも大きいので、このままでは、HDR表示データを適切に表示することができない。そこで、Smin〜SmaxのヒストグラムがDmin〜Dmaxのレンジに収まるように正規化する。   As a result of analyzing the HDR display data, it is assumed that the minimum value of the luminance level included in the HDR display data is Smin and the maximum value is Smax. Further, it is assumed that the minimum value of the luminance dynamic range of the projector PJ1 is Dmin and the maximum value is Dmax. In the example of FIG. 27, since Smin is smaller than Dmin and Smax is larger than Dmax, HDR display data cannot be appropriately displayed as it is. Therefore, normalization is performed so that the histogram of Smin to Smax falls within the range of Dmin to Dmax.

なお、トーンマッピングの詳細については、例えば、公知文献2「F.Drago, K.Myszkowski,T.Annen,N.Chiba,"Adaptive Logarithmic Mapping For Displaying High Contrast Scenes", Eurographics 2003,(2003)」に記載されている。   Details of tone mapping are disclosed in, for example, publicly known document 2 “F. Drago, K. Myszkowski, T. Annen, N. Chiba,“ Adaptive Logarithmic Mapping For Displaying High Contrast Scenes ”, Eurographics 2003, (2003)”. Are listed.

次いで、ステップS106に移行して、色変調ライトバルブの解像度に合わせてHDR画像をリサイズ(拡大または縮小)する。このとき、HDR画像のアスペクト比を保持したままHDR画像をリサイズする。リサイズ方法としては、例えば、平均値法、中間値法、ニアレストネイバー法(最近傍法)が挙げられる。   Next, the process proceeds to step S106, and the HDR image is resized (enlarged or reduced) in accordance with the resolution of the color modulation light valve. At this time, the HDR image is resized while maintaining the aspect ratio of the HDR image. Examples of the resizing method include an average value method, an intermediate value method, and a nearest neighbor method (nearest neighbor method).

次いで、ステップS108に移行して、リサイズ画像の画素の輝度レベルRp及び光源10の輝度Rsに基づいて、上式(1)により、リサイズ画像の各画素ごとに光変調率Tpを算出する。   Next, the process proceeds to step S108, and based on the luminance level Rp of the pixel of the resized image and the luminance Rs of the light source 10, the light modulation rate Tp is calculated for each pixel of the resized image by the above equation (1).

次いで、ステップS110に移行して、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2として初期値(例えば、0.2)を与え、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2を仮決定する。   Next, the process proceeds to step S110, where an initial value (for example, 0.2) is given as the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve, and the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is provisionally determined.

次いで、ステップS112に移行して、算出した光変調率Tp、仮決定した透過率T2及びゲインGに基づいて、上式(2)により、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率T1’を算出する。ここで、色変調ライトバルブが3枚の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rから構成されていることから、同一の画素についてRGB3原色ごとに透過率T1’が算出される。これに対し、輝度変調ライトバルブが1枚の液晶ライトバルブ100から構成されていることから、それらの平均値等をその画素のT1’として算出する。   Next, the process proceeds to step S112, and based on the calculated light modulation rate Tp, the provisionally determined transmittance T2 and the gain G, the transmission of the luminance modulation light valve in units of pixels of the color modulation light valve according to the above equation (2). The rate T1 ′ is calculated. Here, since the color modulation light valve is composed of the three liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R, the transmittance T1 'is calculated for each of the three primary colors of RGB for the same pixel. On the other hand, since the luminance modulation light valve is composed of one liquid crystal light valve 100, the average value thereof is calculated as T1 'of the pixel.

次いで、ステップS114に移行して、輝度変調ライトバルブの画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素について算出した透過率T1’の重み付け平均値をその画素の透過率T1として算出する。重み付けは、重なり合う画素の面積比により行う。   Next, the process proceeds to step S114, and for each pixel of the luminance modulation light valve, the weighted average value of the transmittance T1 ′ calculated for the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is set as the transmittance T1 of the pixel. calculate. Weighting is performed based on the area ratio of overlapping pixels.

次いで、ステップS116に移行して、輝度変調ライトバルブの画索ごとに、その画索について算出した透過率T1に対応する制御値を制御値登録テーブル400から読み出し、読み出した制御値をその画索の制御値として決定する。制御値の続出では、算出した透過率T1に最も近似する透過率を制御値登録テーブル400の中から検索し、検索により索出した透過率に対応する制御値を読み出す。この検索は、例えば、2分探索法を用いて行うことにより高速な検索を実現する。   Next, the process proceeds to step S116, and for each image of the luminance modulation light valve, the control value corresponding to the transmittance T1 calculated for the image is read from the control value registration table 400, and the read control value is read from the image. Is determined as the control value. In the subsequent series of control values, the transmittance closest to the calculated transmittance T1 is searched from the control value registration table 400, and the control value corresponding to the transmittance found by the search is read. This search is performed using, for example, a binary search method, thereby realizing a high-speed search.

次いで、ステップS118に移行して、色変調ライトバルブの画索ごとに、その画索と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した透過率T1の重み付け平均値を算出し、算出した平均値、ステップS108で算出した光変調率Tp及びゲインGに基づいて、上式(2)により、その画索の透過率T2を算出する。重み付けは、重なり合う画索の面積比により行う。   Next, the process proceeds to step S118, and for each color modulation light valve image, the weighted average value of the transmittance T1 determined for the pixels of the luminance modulation light valve overlapping the image line and the optical path is calculated, and the calculated average Based on the value, the light modulation rate Tp and the gain G calculated in step S108, the transmittance T2 of the image is calculated by the above equation (2). Weighting is performed based on the area ratio of overlapping picture lines.

次いで、ステップS120に移行して、色変調ライトバルブの画索ごとに、その画索について算出した透過率T2に対応する制御値を制御値登録テーブルから読み出し、読み出した制御値をその画索の制御値として決定する。制御値の読出では、算出した透過率T2に最も近似する透過率を制御値登録テーブルの中から検索し、検索により索出した透過率に対応する制御値を読み出す。この検索は、例えば、2分探索法を用いて行うことにより高速な検索を実現する。   Next, the process proceeds to step S120, and for each color modulation light valve image, a control value corresponding to the transmittance T2 calculated for the image is read from the control value registration table, and the read control value is read from the image. Determined as a control value. In the reading of the control value, the transmittance that most closely approximates the calculated transmittance T2 is searched from the control value registration table, and the control value corresponding to the transmittance found by the search is read. This search is performed using, for example, a binary search method, thereby realizing a high-speed search.

次いで、ステップS122に移行して、ステップS116,S120で決定した制御値をライトバルブ駆動装置180に出力し、色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブをそれぞれ駆動して表示画像を投影し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。   Next, the process proceeds to step S122, the control values determined in steps S116 and S120 are output to the light valve driving device 180, the color modulation light valve and the luminance modulation light valve are driven to project a display image, and a series of operations are performed. End the process and return to the original process.

次に、色変調ライトバルブ(液晶ライトバルブ60B,60G,60R)及び輝度変調ライトバルブ(液晶ライトバルブ100)に書き込む画像データの生成過程を図28〜図31に基づき説明する。   Next, a process of generating image data to be written in the color modulation light valve (liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R) and the luminance modulation light valve (liquid crystal light valve 100) will be described with reference to FIGS.

以下では、色変調ライトバルブ(液晶ライトバルブ60B,60G,60R)はいずれも、横18画索×縦12画索の解像度及び4ビットの階調数を有し、輝度変調ライトバルブ(液晶ライトバルブ100)は、横15画索×縦10画索の解像度及び4ビットの階調数を有する場合を例にとって説明を行う。また、色変調ライトバルブおよび輝度変調ライトバルブの図はいずれも光源10の側から見たものである。   In the following, all of the color modulation light valves (liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R) have a resolution of 18 horizontal pixels × 12 vertical images and a gradation number of 4 bits. The valve 100) will be described by taking as an example a case where it has a resolution of horizontal 15 pixels × vertical 10 images and a gradation number of 4 bits. Further, both the color modulation light valve and the luminance modulation light valve are viewed from the light source 10 side.

表示制御装置200では、ステップS100〜S104を経て、HDR表示データが読み出され、読み出されたHDR表示データが解析され、その解析結果に基づいて、HDR表示データの輝度レベルがプロジェクタPJ1の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングされる。次いで、ステップS106を経て、色変調ライトバルブの解像度に合わせてHDR画像がリサイズされる。   In the display control device 200, the HDR display data is read through steps S100 to S104, the read HDR display data is analyzed, and based on the analysis result, the brightness level of the HDR display data is the brightness of the projector PJ1. Tone mapped to dynamic range. Next, through step S106, the HDR image is resized in accordance with the resolution of the color modulation light valve.

次いで、ステップS108を経て、リサイズ画像の画索ごとに光変調率Tpが算出される。例えば、リサイズ画像における画索pの光変調率Tpは、画索pの輝度レベルRp(R,G,B)が(1.2,5.4,2.3)、光源10の輝度Rs(R,G,B)が(10000,10000,10000)であるとすると、(1.2,5.4,2.3)/(10000,10000,10000)=(0.00012,0.00054,0.00023)となる。   Next, through step S108, the light modulation rate Tp is calculated for each image of the resized image. For example, the light modulation rate Tp of the image p in the resized image is such that the luminance level Rp (R, G, B) of the image p is (1.2, 5.4, 2.3) and the luminance Rs (R, G, B) of the light source 10. Is (10000, 10000, 10000), (1.2, 5.4, 2.3) / (10000, 10000, 10000) = (0.00012, 0.00054, 0.00023).

図28は、色変調ライトバルブの透過率T2を仮決定する場合を示す図である。   FIG. 28 is a diagram showing a case where the transmittance T2 of the color modulation light valve is provisionally determined.

次いで、ステップS110を経て、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2が仮決定される。色変調ライトバルブの左上4区画の画索をp21(左上)、p22(右上)、p23(左下)、p24(右下)とした場合、画素p21〜p24の透過率T2には、図28に示すように、初期値T20が与えられる。   Next, through step S110, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is provisionally determined. In the case of p21 (upper left), p22 (upper right), p23 (lower left), and p24 (lower right), the transmittance T2 of the pixels p21 to p24 is shown in FIG. As shown, an initial value T20 is given.

図29は、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率T1’を算出する場合を示す図である。   FIG. 29 is a diagram illustrating a case where the transmittance T1 'of the luminance modulation light valve is calculated in units of pixels of the color modulation light valve.

次いで、ステップS112を経て、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率T1’が算出される。画素p21〜p24に着目した場合、これに対応する輝度変調ライトバルブの透過率T11〜T14は、図29に示すように、画素p21〜p24の光変調率をTp1〜Tp4、ゲインGを「1」とすると、下式(3)〜(6)により算出することができる。   Next, through step S112, the transmittance T1 'of the luminance modulation light valve is calculated for each pixel of the color modulation light valve. When attention is paid to the pixels p21 to p24, the transmittances T11 to T14 of the luminance modulation light valves corresponding thereto correspond to the light modulation rates of the pixels p21 to p24 as Tp1 to Tp4 and the gain G to “1” as shown in FIG. It can be calculated by the following formulas (3) to (6).

実際に数値を用いて計算する。 Tp1=0.00012、Tp2=0.05、Tp3=0.02、Tp4=0.01、T20=0.1である場合は、下式(3)〜(6)により、T11=0.0012、T12=0.5、T13=0.2、T14=0.1となる。

T11 = Tp1/T20 …(3)
T12 = Tp2/T20 …(4)
T13 = Tp3/T20 …(5)
T14 = Tp4/T20 …(6)
Calculate using actual numerical values. In the case of Tp1 = 0.00012, Tp2 = 0.05, Tp3 = 0.02, Tp4 = 0.01, T20 = 0.1, T11 = 0.0012, T12 = 0.5, T13 = 0.2, T14 = 0.1 according to the following equations (3) to (6). It becomes.

T11 = Tp1 / T20 (3)
T12 = Tp2 / T20 (4)
T13 = Tp3 / T20 (5)
T14 = Tp4 / T20 (6)

図30は、輝度変調ライトバルブの各画素の透過率T1を決定する場合を示す図である。   FIG. 30 is a diagram illustrating a case where the transmittance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve is determined.

次いで、ステップS114を経て、輝度変調ライトバルブの各画素の透過率T1が決定される。輝度変調ライトバルブと色変調パネルはリレーレンズ90によって互いに倒立結像する関係にあるので、色変調パネルの左上4区画の画素は輝度変調ライトバルブの右下部に結像される。輝度変調ライトバルブの右下4区画の画素をp11(右下)、p12(左下)、p13(右上)、p14(左上)とした場合、画素p11は、図30(a)に示すように、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度が異なることから、画素p21〜画素p24と光路上で重なり合う。色変調ライトバルブの解像度が18×12で、輝度変調ライトバルブの解像度が15×10であるので、画素p11は、色変調ライトバルブの画素数の最小公倍数に基づいて6×6の矩形領域に区分することができる。そして、画素p11と画素p21〜p24との重なり合う面積比は、図30(b)に示すように、25:5:5:1となる。したがって、画素p11の透過率T15は、図30(c)に示すように、下式(7)により算出することができる。   Next, through step S114, the transmittance T1 of each pixel of the luminance modulation light valve is determined. Since the luminance modulation light valve and the color modulation panel are in an inverted image relationship with each other by the relay lens 90, the pixels in the upper left four sections of the color modulation panel are imaged on the lower right portion of the luminance modulation light valve. When the pixels in the lower right four sections of the luminance modulation light valve are p11 (lower right), p12 (lower left), p13 (upper right), and p14 (upper left), the pixel p11 is as shown in FIG. Since the color modulation light valve and the luminance modulation light valve have different resolutions, they overlap with the pixels p21 to p24 on the optical path. Since the resolution of the color modulation light valve is 18 × 12 and the resolution of the luminance modulation light valve is 15 × 10, the pixel p11 has a 6 × 6 rectangular area based on the least common multiple of the number of pixels of the color modulation light valve. Can be classified. Then, the overlapping area ratio of the pixel p11 and the pixels p21 to p24 is 25: 5: 5: 1 as shown in FIG. Therefore, the transmittance T15 of the pixel p11 can be calculated by the following equation (7) as shown in FIG.

実際に数値を用いて計算する。T11=0.0012、T12=0.5、T13=0.2、T14=0.002である場合は、下式(7)により、T15=0.1008となる。   Calculate using actual numerical values. When T11 = 0.0012, T12 = 0.5, T13 = 0.2, and T14 = 0.002, T15 = 0.008 according to the following equation (7).

T15=(T11×25+T12×5+T13×5+T14×1)/36 …(7)
画素p12〜p14の透過率T16〜T18についても、画素p11と同様に、面積比による重み付け平均値を算出することにより求めることができる。
T15 = (T11 × 25 + T12 × 5 + T13 × 5 + T14 × 1) / 36 (7)
Similarly to the pixel p11, the transmittances T16 to T18 of the pixels p12 to p14 can be obtained by calculating a weighted average value based on the area ratio.

次いで、ステップS116を経て、輝度変調ライトバルブの画素ごとに、その画素について算出された透過率T1に対応する制御値が制御値登録テーブル400から読み出され、読み出された制御値がその画素の制御値として決定される。例えば、T15=0.1008であるので、制御値登録テーブル400を参照すると、先の図24に示すように、0.09が最も近似した値となる。したがって、制御値登録テーブル400からは、画素p11の制御値として「8」が読み出される。   Next, through step S116, for each pixel of the luminance modulation light valve, a control value corresponding to the transmittance T1 calculated for the pixel is read from the control value registration table 400, and the read control value is the pixel. Is determined as a control value. For example, since T15 = 0.008, referring to the control value registration table 400, 0.09 is the closest approximation as shown in FIG. Therefore, “8” is read from the control value registration table 400 as the control value of the pixel p11.

図31は、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2を決定する場合を示す図である。   FIG. 31 is a diagram illustrating a case where the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is determined.

次いで、ステップS118を経て、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2が決定される。画素p24は、図31(a)に示すように、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度が異なることから、画素p11〜画素p14と光路上で重なり合う。色変調ライトバルブの解像度が18×12で、輝度変調ライトバルブの解像度が15×10であるので、画素p24は、輝度変調ライトバルブの画素数の最小公倍数に基づいて5×5の矩形領域に区分することができる。そして、画素p24と画素p11〜p14との重なり合う面積比は、図31(b)に示すように、1:4:4:16となる。したがって、画素p24に着目した場合、これに対応する輝度変調ライトバルブの透過率T19は、下式(8)により算出することができる。そして、画素p24の透過率T24は、ゲインGを「1」とすると、図31(c)に示すように、下式(9)により算出することができる。   Next, through step S118, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is determined. As shown in FIG. 31A, the pixel p24 overlaps the pixels p11 to p14 on the optical path because the color modulation light valve and the luminance modulation light valve have different resolutions. Since the resolution of the color modulation light valve is 18 × 12 and the resolution of the luminance modulation light valve is 15 × 10, the pixel p24 has a rectangular area of 5 × 5 based on the least common multiple of the number of pixels of the luminance modulation light valve. Can be classified. Then, the overlapping area ratio of the pixel p24 and the pixels p11 to p14 is 1: 4: 4: 16 as shown in FIG. Therefore, when attention is paid to the pixel p24, the transmittance T19 of the luminance modulation light valve corresponding to the pixel p24 can be calculated by the following equation (8). Then, the transmittance T24 of the pixel p24 can be calculated by the following equation (9) as shown in FIG. 31 (c) when the gain G is “1”.

実際に数値を用いて計算する。T15=0.09、T16=0.33、T17=0.15、T18=0.06、Tp4=0.01である場合は、下式(8),(9)によりT19=0.1188、T24=0.0842となる。

T19=(T15×1+T16×4+T17×4+T18×16)/25 …(8)
T24=Tp4/T19 …(9)

画素p21〜p23の透過率T21〜T23についても、画素p24と同様に、面積比による重み付け平均値を算出することにより求めることができる。
Calculate using actual numerical values. When T15 = 0.09, T16 = 0.33, T17 = 0.15, T18 = 0.06, and Tp4 = 0.01, T19 = 0.1188 and T24 = 0.0842 are obtained from the following equations (8) and (9).

T19 = (T15 × 1 + T16 × 4 + T17 × 4 + T18 × 16) / 25 (8)
T24 = Tp4 / T19 (9)

Similarly to the pixel p24, the transmittances T21 to T23 of the pixels p21 to p23 can be obtained by calculating a weighted average value based on the area ratio.

次いで、ステップS120を経て、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素について算出された透過率T2に対応する制御値が制御値登録テーブルから読み出され、読み出された制御値がその画素の制御値として決定される。例えば、液晶ライトバルブ60Rの画素p24についてT24=0.0842である場合、制御値登録テーブル420Rを参照すると、先の図25に示すように、0.07が最も近似した値となる。したがって、制御値登録テーブル420Rからは、画素p24の制御値として「7」が読み出される。   Next, through step S120, for each pixel of the color modulation light valve, a control value corresponding to the transmittance T2 calculated for the pixel is read from the control value registration table, and the read control value is the pixel. Is determined as a control value. For example, when T24 = 0.0842 for the pixel p24 of the liquid crystal light valve 60R, referring to the control value registration table 420R, 0.07 is the closest approximation as shown in FIG. Therefore, “7” is read from the control value registration table 420R as the control value of the pixel p24.

そして、ステップS122を経て、決定された制御値がライトバルブ駆動装置180に出力される。これにより、輝度変調ライトバルブ(液晶ライトバルブ100)及び色変調ライトバルブ(液晶ライトバルブ60B,60G,60R)がそれぞれ駆動して表示画像がスクリーン上に投射される。   Then, through step S122, the determined control value is output to the light valve driving device 180. As a result, the luminance modulation light valve (liquid crystal light valve 100) and the color modulation light valve (liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R) are driven to project a display image on the screen.

以上説明した液晶ライトバルブの変調制御により、2段階の画像形成過程によって輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現することができる。   With the above-described modulation control of the liquid crystal light valve, it is possible to increase the luminance dynamic range and increase the number of gradations through a two-stage image formation process.

[実施形態の変形例]
なお、上記の第1の実施形態では、第1光変調素子である液晶ライトバルブ60B,60G,60R(色変調ライトバルブ)の解像度が、第2光変調素子である液晶ライトバルブ100(輝度変調ライトバルブ)よりも高い場合を例に取り説明したが、2つの光変調素子(色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブ)の解像度は同じであっても、あるいは、違っていてもよい。但し、両者の解像度が異なる場合には、上記の第1の実施形態で説明したように、表示画像データの解像度を変換する必要がある。
[Modification of Embodiment]
In the first embodiment, the resolution of the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R (color modulation light valves) that are the first light modulation elements is the same as that of the liquid crystal light valve 100 (luminance modulation) that is the second light modulation element. However, the resolution of the two light modulation elements (the color modulation light valve and the luminance modulation light valve) may be the same or different. However, if the two resolutions are different, it is necessary to convert the resolution of the display image data as described in the first embodiment.

例えば、輝度変調ライトバルブが、色変調ライトバルブの表示解像度よりも高い表示解像度を有していれば、色変調ライトバルブから輝度変調ライトバルブまでの光伝達におけるMTF(Modulation Transfer Function )を高く設定する必要がなくなるため、介在するリレー光学系の伝達性能をそれほど高くする必要が無く、リレー光学系を比較的安価に構成できる。   For example, if the luminance modulation light valve has a display resolution higher than that of the color modulation light valve, the MTF (Modulation Transfer Function) in light transmission from the color modulation light valve to the luminance modulation light valve is set high. Therefore, it is not necessary to increase the transmission performance of the intervening relay optical system so much that the relay optical system can be configured at a relatively low cost.

一方、色変調ライトバルブが、輝度変調ライトバルブの表示解像度よりも高い表示解像度を有していれば、通常、表示画像データは、色変調ライトバルブの表示解像度に合わせて用意されるため、解像度の変換処理を輝度変調ライトバルブの表示解像度に合わせて1回行うだけで済むため、表示画像データの変換処理が容易となる。   On the other hand, if the color modulation light valve has a display resolution higher than that of the luminance modulation light valve, the display image data is usually prepared according to the display resolution of the color modulation light valve. This conversion process only needs to be performed once in accordance with the display resolution of the luminance modulation light valve, so that the display image data conversion process is facilitated.

[その他の変形例]
上記各実施の形態においては、輝度変調ライトバルブ及び色変調ライトバルブを用いて光の輝度を2段階に変調するように構成したが、これに限らず、輝度変調ライトバルブを2セット用いて光の輝度を2段階に変調するように構成することもできる。
[Other variations]
In each of the above embodiments, the luminance modulation light valve and the color modulation light valve are used to modulate the luminance of light in two stages. However, the present invention is not limited to this, and two sets of luminance modulation light valves are used for light. It is also possible to configure so that the luminance of the signal is modulated in two stages.

また、上記実施の形態においては、液晶ライトバルブ60B,60G,60R、100としてアクティブマトリックス型の液晶表示素子を用いて構成したが、これに限らず、液晶ライトバルブ60B,60G,60R、100としてパッシブマトリックス型の液晶表示素子及びセグメント型の液晶表示素子を用いて構成することもできる。アクティブマトリックス型の液晶表示は、精密な階調表示ができるという利点があり、パッシブマトリックス型の液晶表示素子及びセグメント型の液晶表示素子は、安価に製造できるという利点を有する。   In the above embodiment, the liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R, 100 are configured using active matrix liquid crystal display elements. However, the present invention is not limited thereto, and the liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R, 100 are used. A passive matrix liquid crystal display element and a segment type liquid crystal display element can also be used. The active matrix type liquid crystal display has an advantage that precise gradation display can be performed, and the passive matrix type liquid crystal display element and the segment type liquid crystal display element have an advantage that they can be manufactured at low cost.

また、上記実施の形態においては、前段の液晶ライトバルブの光学像を後段の液晶ライトバルブに結像するためのリレー光学系として、主に透過型の光学素子から構成されるリレーレンズを用いているが、これに限らず、主に反射型の光学素子(ミラー)から構成される反射型のリレー光学系を用いてもよい。   In the above embodiment, a relay lens mainly composed of a transmission type optical element is used as a relay optical system for forming an optical image of the front-stage liquid crystal light valve on the rear-stage liquid crystal light valve. However, the present invention is not limited to this, and a reflective relay optical system mainly composed of a reflective optical element (mirror) may be used.

また、上記各実施の形態において、プロジェクタPJ1は、透過型の光変調素子を設けて構成したが、これに限らず、輝度変調ライトバルブまたは色変調ライトバルブを反射型液晶ライトバルブ、DMD(Digital Micromirror Device)等の反射型の光変調素子で構成することもできる。   In each of the above-described embodiments, the projector PJ1 is configured by providing a transmissive light modulation element. However, the projector PJ1 is not limited thereto, and the luminance modulation light valve or the color modulation light valve may be a reflective liquid crystal light valve, DMD (Digital It can also be composed of a reflective light modulation element such as a Micromirror Device).

また、上記各実施の形態において、図23のフローチャートに示す処理を実行するにあたっては、ROM172にあらかじめ格納されている制御プログラムを実行する場合について説明したが、これに限らず、これらの手順を示したプログラムが記憶された記憶媒体から、そのプログラムをRAM174に読み込んで実行するようにしてもよい。   Further, in each of the above-described embodiments, the case where the control program stored in advance in the ROM 172 is executed when executing the processing shown in the flowchart of FIG. 23 has been described, but the present invention is not limited to this and shows the procedure. The program may be read from the storage medium storing the program into the RAM 174 and executed.

ここで、記憶媒体とは、RAM、ROM等の半導体記憶媒体、FD、HD等の磁気記憶型記憶媒体、CD、CDV、LD、DVD等の光学的読取方式記憶媒体、MO等の磁気記憶型/光学的読取方式記憶媒体であって、電子的、磁気的、光学的等の読み取り方法のいかんにかかわらず、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体であれば、あらゆる記憶媒体を含むものである。   Here, the storage medium is a semiconductor storage medium such as RAM or ROM, a magnetic storage type storage medium such as FD or HD, an optical reading type storage medium such as CD, CDV, LD, or DVD, or a magnetic storage type such as MO. / Optical reading type storage media, including any storage media that can be read by a computer regardless of electronic, magnetic, optical, or other reading methods.

また、上記各実施の形態においては、光源10として白色光を射出する単体の光源を用い、この白色光をRGBの3原色の光に分光するようにしているが、これに限らず、RGBの3原色にそれぞれ対応した、赤色の光を射出する光源、青色の光を射出する光源及び緑色の光を射出する光源の3つの光源を用い、白色光を分光する手段を取り除いた構成としても良い。   In each of the above embodiments, a single light source that emits white light is used as the light source 10 and the white light is split into RGB three primary colors. However, the present invention is not limited to this. Three light sources corresponding to the three primary colors, a light source that emits red light, a light source that emits blue light, and a light source that emits green light, and a means for spectrally separating white light may be removed. .

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the examples. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to.

本発明に係る画像表示装置(プロジェクタ)の主たる光学構成を示す図。The figure which shows the main optical structures of the image display apparatus (projector) which concerns on this invention. リレーレンズの構成を示す図。The figure which shows the structure of a relay lens. テレセントリック性の説明図。Illustration of telecentricity. テレセントリック性の説明図。Illustration of telecentricity. 液晶ライトバルブ(色変調ライトバルブ)の画素面を示す図。The figure which shows the pixel surface of a liquid crystal light valve (color modulation light valve). モアレの発生原因を概念的に示した説明図。Explanatory drawing which showed notionally the cause of moiré. 光学的ローパスフィルタの概略構成と機能の説明図。Explanatory drawing of schematic structure and function of an optical low-pass filter. 図7のローパスフィルタの機能のより具体的な説明図。FIG. 8 is a more specific explanatory diagram of the function of the low-pass filter in FIG. 7. 単位画素の光学像の説明図。Explanatory drawing of the optical image of a unit pixel. 液晶ライトバルブ(輝度変調ライトバルブ)の断面図。Sectional drawing of a liquid crystal light valve (luminance modulation light valve). ローパスフィルタの他の形態例を示す図。The figure which shows the other form example of a low-pass filter. ローパスフィルタの他の形態例を示す図。The figure which shows the other form example of a low-pass filter. ローパスフィルタの他の形態例を示す図。The figure which shows the other form example of a low-pass filter. ローパスフィルタの他の形態例を示す図。The figure which shows the other form example of a low-pass filter. ローパスフィルタの他の形態例を示す図。The figure which shows the other form example of a low-pass filter. ローパスフィルタの他の形態例を示す図。The figure which shows the other form example of a low-pass filter. ローパスフィルタの他の形態例を示す図。The figure which shows the other form example of a low-pass filter. ローパスフィルタの他の形態例を示す図。The figure which shows the other form example of a low-pass filter. ローパスフィルタの他の形態例を示す図。The figure which shows the other form example of a low-pass filter. ローパスフィルタの他の形態例を示す図。The figure which shows the other form example of a low-pass filter. 図20に示したプリズム群(ローパスフィルタ)による入射光の分岐状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the branch state of the incident light by the prism group (low-pass filter) shown in FIG. 図21において、分岐された光線の投影面における位置関係を示す説明図。In FIG. 21, explanatory drawing which shows the positional relationship in the projection surface of the branched light beam. 表示制御装置のハードウェア構成を示すブロック図。The block diagram which shows the hardware constitutions of a display control apparatus. 制御値登録テーブルのデータ構造を示す図。The figure which shows the data structure of a control value registration table. 制御値登録テーブルのデータ構造を示す図。The figure which shows the data structure of a control value registration table. 表示制御処理を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows a display control process. トーンマッピング処理を説明するための図。The figure for demonstrating a tone mapping process. 色変調ライトバルブの透過率を仮決定する場合を示す図。The figure which shows the case where the transmittance | permeability of a color modulation light valve is tentatively determined. 色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率を算出する場合を示す図。The figure which shows the case where the transmittance | permeability of a luminance modulation light valve is calculated per pixel of a color modulation light valve. 輝度変調ライトバルブの各画素の透過率を決定する場合を示す図。The figure which shows the case where the transmittance | permeability of each pixel of a brightness | luminance modulation light valve is determined. 色変調ライトバルブの各画素の透過率を決定する場合を示す図。The figure which shows the case where the transmittance | permeability of each pixel of a color modulation light valve is determined.

符号の説明Explanation of symbols

PJ1…プロジェクタ(画像表示装置)、10…光源、11…光源ランプ、12…リフレクタ、20…均一照明系、25…色変調部、30,35…ダイクロイックミラー、42…リレーレンズ(リレー光学系)、60B,60G,60R…液晶ライトバルブ(色変調ライトバルブ、第1光変調素子)、65,108…画素、65a…開口部、65b…遮光部、70…クロスダイクロイックプリズム、71…B光反射ダイクロイック膜、72…R光反射ダイクロイック膜、80…ローパスフィルタ、85…プリズム要素、85a…平坦部、85b…プリズム部、100…液晶ライトバルブ(輝度変調ライトバルブ、第2光変調素子)、107…マイクロレンズアレイ、109…レンズ、110…投射レンズ。
PJ1 ... projector (image display device), 10 ... light source, 11 ... light source lamp, 12 ... reflector, 20 ... uniform illumination system, 25 ... color modulator, 30, 35 ... dichroic mirror, 42 ... relay lens (relay optical system) , 60B, 60G, 60R ... liquid crystal light valve (color modulation light valve, first light modulation element), 65, 108 ... pixel, 65a ... opening, 65b ... light shielding part, 70 ... cross dichroic prism, 71 ... B light reflection Dichroic film, 72 ... R light reflecting dichroic film, 80 ... low pass filter, 85 ... prism element, 85a ... flat part, 85b ... prism part, 100 ... liquid crystal light valve (luminance modulation light valve, second light modulation element), 107 ... microlens array, 109 ... lens, 110 ... projection lens.

Claims (14)

表示画像データに基づき光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記光源からの光を変調する第1光変調素子と、
前記第1光変調素子からの光を変調する第2光変調素子と、
前記第1光変調素子と前記第2光変調素子との間に配され、前記第1光変調素子で形成された光学像を前記第2光変調素子の画素面に伝達するリレー光学系と、
前記第1光変調素子と前記第2光変調素子との間に配され、前記第1光変調素子からの光の少なくとも一部を屈折させる光学的ローパスフィルタと、
前記光学的ローパスフィルタで屈折した光を含む前記光学的ローパスフィルタからの光を前記第2光変調素子の各画素に集めるマイクロレンズアレイと、を有することを特徴とする画像表示装置。
An apparatus for displaying an image by modulating light from a light source based on display image data,
A first light modulation element for modulating light from the light source;
A second light modulation element that modulates light from the first light modulation element;
A relay optical system that is disposed between the first light modulation element and the second light modulation element and transmits an optical image formed by the first light modulation element to a pixel surface of the second light modulation element;
Disposed between the first optical modulation element and the second optical modulation element, an optical low-pass filter to be refracted at least a portion of the light from the first light modulation element,
An image display device comprising: a microlens array that collects light from the optical low-pass filter including light refracted by the optical low-pass filter at each pixel of the second light modulation element.
前記第1光変調素子及び前記第2光変調素子の各画素は、開口部と遮光部とを含み、
前記光学的ローパスフィルタは、前記第1光変調素子の前記開口部を通過する光の一部を折り曲げ、その光を、前記第1光変調素子の前記遮光部によって形成される暗部に重ねることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
Each pixel of the first light modulation element and the second light modulation element includes an opening and a light shielding part,
The optical low-pass filter bends a part of the light passing through the opening of the first light modulation element, and superimposes the light on a dark part formed by the light shielding part of the first light modulation element. The image display device according to claim 1, wherein
前記光学的ローパスフィルタは、少なくとも屈折面を備えるプリズム要素の集合体からなるプリズム群を含むことを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 2, wherein the optical low-pass filter includes a prism group including an assembly of prism elements having at least a refractive surface. 前記プリズム要素は、平坦部と多角錐形状のプリズム部とを含むことを特徴とする請求項3に記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 3, wherein the prism element includes a flat portion and a prism portion having a polygonal pyramid shape. 前記マイクロレンズアレイは、前記第2光変調素子の光入射側に配置され、前記第2光変調素子の各画素に一対一に対応したレンズ群を含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の画像表示装置。   The micro lens array includes a lens group that is disposed on a light incident side of the second light modulation element and has a one-to-one correspondence with each pixel of the second light modulation element. 5. The image display device according to any one of 4. 前記光学的ローパスフィルタは、前記リレー光学系の少なくとも1部を挟んで前記マイクロレンズアレイに隣接して配置されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の画像表示装置。6. The image display device according to claim 1, wherein the optical low-pass filter is disposed adjacent to the microlens array with at least a part of the relay optical system interposed therebetween. . 前記光学的ローパスフィルタは、前記マイクロレンズアレイに隣接して配置されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の画像表示装置。6. The image display device according to claim 1, wherein the optical low-pass filter is disposed adjacent to the microlens array. 前記光源からの前記光を異なる複数の特定波長領域の光に分離し、そこからの複数の分離光が前記第1光変調素子に入射する光分離系と、A light separation system in which the light from the light source is separated into light of a plurality of different specific wavelength regions, and a plurality of separated light from the light is incident on the first light modulation element;
前記第1光変調素子からの前記複数の分離光を合成する光合成系と、A light combining system for combining the plurality of separated lights from the first light modulation element;
をさらに備えることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, further comprising:
前記光学的ローパスフィルタは、前記光合成系と前記リレー光学系との間に配置されることを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 8, wherein the optical low-pass filter is disposed between the photosynthesis system and the relay optical system. 前記光学的ローパスフィルタは、前記リレー光学系と前記第2光変調素子との間に配置されることを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 8, wherein the optical low-pass filter is disposed between the relay optical system and the second light modulation element. 前記光学的ローパスフィルタは、前記リレー光学系内に配置されることを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 8, wherein the optical low-pass filter is disposed in the relay optical system. 前記光学的ローパスフィルタは、前記第1光変調素子と前記光合成系との間に配置され、The optical low-pass filter is disposed between the first light modulation element and the light combining system,
前記第1光変調素子は、前記複数の特定波長領域に対応した複数の素子を有し、The first light modulation element has a plurality of elements corresponding to the plurality of specific wavelength regions,
前記光学的ローパスフィルタは、前記複数の素子に対応した複数のフィルタを有することを特徴とする請求項11に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 11, wherein the optical low-pass filter includes a plurality of filters corresponding to the plurality of elements.
前記リレー光学系は、両側テレセントリック性を有することを特徴とする請求項1から請求項12のいずれかに記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the relay optical system has double-sided telecentricity. プロジェクタであって、
請求項1から請求項13のいずれかに記載の画像表示装置と、
投射手段と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。
A projector,
An image display device according to any one of claims 1 to 13 ,
And a projector.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5097371B2 (en) * 2005-08-29 2012-12-12 富士フイルム株式会社 Liquid crystal display
JP4622975B2 (en) * 2006-09-20 2011-02-02 セイコーエプソン株式会社 projector
JP4697104B2 (en) * 2006-09-20 2011-06-08 セイコーエプソン株式会社 projector
JP4345811B2 (en) 2006-12-27 2009-10-14 セイコーエプソン株式会社 Optical element, transfer mold and imaging device
JP4301304B2 (en) 2007-02-13 2009-07-22 セイコーエプソン株式会社 Image display device
CN101957544B (en) * 2010-04-18 2012-01-25 苏州佳世达光电有限公司 Diaphragm device and projection device used therefor
US9429760B2 (en) * 2014-10-07 2016-08-30 Christie Digital Systems Usa, Inc. Spatial color mixing in a cascade imaging system

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2791668B2 (en) * 1988-08-31 1998-08-27 旭光学工業株式会社 A device for reducing the contrast of an inter-pixel mask in an image optical system using a micro pixel array
GB8823490D0 (en) * 1988-10-06 1988-11-16 Emi Plc Thorn Method & apparatus for projecting scanned two/threedimensional modulated light pattern originating from light source
JP3506144B2 (en) * 1992-10-19 2004-03-15 ソニー株式会社 Image display device and optical filter for display device
JP3316240B2 (en) * 1992-11-30 2002-08-19 三洋電機株式会社 Color lcd projector
JPH09116840A (en) * 1995-10-16 1997-05-02 Mitsubishi Electric Corp Projection type liquid crystal device
JPH09329761A (en) * 1996-06-11 1997-12-22 Nikon Corp Projection type display device
GB2317290B (en) * 1996-09-11 2000-12-06 Seos Displays Ltd Image display apparatus
JP2001100689A (en) * 1999-09-30 2001-04-13 Canon Inc Display device
EP2267520B1 (en) * 2001-02-27 2018-07-25 Dolby Laboratories Licensing Corporation A method and device for displaying an image
JP4171877B2 (en) * 2002-06-20 2008-10-29 セイコーエプソン株式会社 Microlens array, liquid crystal panel, projection display device, and manufacturing method of microlens array
NZ517713A (en) * 2002-06-25 2005-03-24 Puredepth Ltd Enhanced viewing experience of a display through localised dynamic control of background lighting level
JP4026429B2 (en) * 2002-07-02 2007-12-26 日本ビクター株式会社 Projector device
JP4120414B2 (en) * 2003-02-07 2008-07-16 三菱電機株式会社 Projection display apparatus and image signal conversion method

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