JP4457572B2 - 画像表示装置とその階調表現方法、投射型表示装置 - Google Patents
画像表示装置とその階調表現方法、投射型表示装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置とその階調表現方法、投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達はめざましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブ（光変調手段）を用いた光学系で生成される映像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）が知られている。その他、微小鏡面素子（Digital Micromirror Device, 以下、ＤＭＤと略記する）をライトバルブとした投射型表示装置も知られている。
【０００３】
この種の投射型表示装置において、ＯＮ／ＯＦＦの２階調の表示のみならず、中間階調を表現する方法としては、例えば光強度（透過率、反射率）変調やパルス幅変調を行う方法がある。また、これらの方法に固有の問題、例えばパルス幅変調におけるフリッカの問題を解決すべく、光強度変調が可能な光源とパルス幅変調が可能な光変調素子とを組み合わせた表示装置が、下記の特許文献１に提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２１２６８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投射型表示装置の普及につれ、表示品位や映像表現力の向上がより求められてきており、上記の階調表現方法では限界があった。すなわち、光強度変調方式でより細かな階調表現を行うのは限界がある一方、パルス幅変調方式では使用可能な光変調素子が限られる、という問題があった。例えば、液晶ライトバルブではパルス幅変調を採用するのが難しい。この種の問題は、投射型表示装置のみならず、使用者が表示画像を直接視認する、いわゆる直視型の表示装置にも共通の問題となっている。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光変調素子の選択の自由度を損なうことなく、充分な階調表現を行うことで表示品位や映像表現力の向上が図れる画像表示装置とその階調表現方法、ならびに投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の画像表示装置は、光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段とを備えた画像表示装置であって、装置全体としての光量を調整する調光手段を備え、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記調光手段により光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、前記サブ単位期間毎の前記調光手段による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の画像表示装置の階調表現方法は、上記構成の画像表示装置の階調表現方法であって、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記調光手段により光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行い、前記サブ単位期間毎の前記調光手段による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第１の画像表示装置は、光源と光変調手段と調光手段とを基本的な構成要件としている。そして、画像を生成する１単位期間が複数のサブ単位期間に時分割され、各サブ単位期間毎に調光手段による光量調整と光変調手段による光変調（具体的には光の透過率変調または反射率変調）が行われる。ここで、「１単位期間」とは例えば１フレームに相当し、その場合、これを時分割した「サブ単位期間」のことを「サブフレーム」と称する。よって、１単位期間をサブ単位期間に時分割する際の各サブ単位期間の時間幅、調光手段側での光量調整の度合、光変調手段側での光変調の度合を適宜組み合わせることによって、階調再現性を充分に高めることができる。また、光変調手段は、透過率変調や反射率変調が可能なものであれば良いので、パルス幅変調を行う場合のように光変調素子の選択の自由度を損なうことがない。
【００１０】
上記本発明の画像表示装置の構成において、調光手段を、光源と光変調手段との間に配置しても良いし、光変調手段の後段に配置しても良い。しかしながら、光源と光変調手段との間に配置した場合には光変調手段への入射光を減光できる構成となるので、光変調手段の劣化を抑制でき、光変調手段の寿命を向上できるといった特有の効果が得られる。
【００１１】
本発明の第２の画像表示装置は、光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段とを備えた画像表示装置であって、前記光源は、自身が射出する光の光量を調整可能なものであり、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記光源の光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、前記サブ単位期間毎の前記光源の光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の画像表示装置の階調表現方法は、上記構成の画像表示装置の階調表現方法であって、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記光源の光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行い、前記サブ単位期間毎の前記光源による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第１の画像表示装置は、装置全体としての光量調整を行う調光手段を光源の後段に備えていた。これに対して、本発明の第２の画像表示装置は、調光手段を備えておらず、光源として、自身が射出する光の光量を調整可能なものを用いている点が異なる。しかしながら、本発明の第２の画像表示装置においても光変調素子の選択の自由度を損なうことなく、各サブ単位期間の時間幅、光源側での光量調整、光変調手段側での光変調を適宜組み合わせることで階調再現性を充分に高めることができる。
【００１４】
本発明の第２の画像表示装置においては、光源として例えば発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）等の固体発光光源を用いることができる。
この構成によれば、固体発光光源に供給する電流量の調整により光量を容易に調整することができ、本発明の第２の画像表示装置に好適な光源を提供することができる。
【００１５】
以下、本発明の第１、第２の画像表示装置において、１単位期間内における各サブ単位期間での光変調手段による透過率変調または反射率変調の階調ステップが異なる構成であることが望ましい。
この構成によれば、階調ステップの大きい側のサブ単位期間を用いて大雑把な階調を表現し、階調ステップの小さい側のサブ単位期間を用いて各階調内でより精細な階調を表現することができる。その結果、従来に比べて階調再現性を充分に高めることができる。
【００１６】
また、１単位期間内の複数のサブ単位期間のうちの一部に相当する第１のサブ単位期間において、光変調手段による光の透過率または反射率として、０％もしくは１００％の値のみ取り得る構成とすることが望ましい。
この構成によれば、光の透過率または反射率として中間的な値を取る必要がないので、光変調手段の応答速度を速くすることができる。
【００１７】
また、１単位期間内の第１のサブ単位期間を除く第２のサブ単位期間において、光変調手段による光の透過率または反射率として、当該装置の最小の階調ステップで所定の値を取り得る構成とすることが望ましい。
この構成によれば、第１のサブ単位期間での階調表現と組み合わせることで当該装置における最大の階調表現を実現することができる。
【００１８】
上記構成において、第１のサブ単位期間の時間幅を、第２のサブ単位期間の時間幅と比べて短く設定することが望ましい。
第１のサブ単位期間での光変調手段による光変調率は０％または１００％で良いので、第１のサブ単位期間に割り当てられた時間幅が短くても、光変調手段が安定して動作する。その一方、第２のサブ単位期間での光変調手段による光変調率は最小の階調ステップで中間的な値を取るので、光変調手段の応答速度は遅くなる。しかしながら、第２のサブ単位期間に割り当てられた時間幅が長いので、光変調手段が正確に動作する。
【００１９】
また、１単位期間内における各サブ単位期間の時間幅が等しい構成としても良い。
この構成によれば、画像データの転送速度が常に一定で良く、回路設計が容易になる。
【００２０】
また、全階調表現範囲において、相対的に暗い側の画像データに対応するサブ単位期間における光の透過率または反射率の階調ステップを、相対的に明るい側の画像データに対応するサブ単位期間における光の透過率または反射率の階調ステップよりも小さく設定する構成としても良い。
通常、人間の目には明るい画像よりも暗い画像での階調変化の方が視認されやすい。よって、この構成によれば、暗い画像の階調分解能が高くなるので、より使用者の目に合致した階調表現を行うことができる。
【００２１】
本発明の第１の投射型表示装置は、光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、装置全体としての光量を調整する調光手段を備え、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記調光手段により光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、前記サブ単位期間毎の前記調光手段による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第２の投射型表示装置は、光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備えた表示装置であって、前記光源は、自身が射出する光の光量を調整可能なものであり、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記光源の光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、前記サブ単位期間毎の前記光源による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【００２３】
これらは、上記本発明の画像表示装置を投射型表示装置に適用したものである。したがって、この投射型表示装置によれば、光変調素子の選択の自由度を損なうことなく、階調再現性を充分に高めることができる。その結果、表示品位、映像表現力に優れた投射型表示装置を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた、いわゆる３板式の投射型カラー液晶表示装置である。
図１はこの投射型表示装置を示す概略構成図であって、図中符号１は照明部、２は光源、３，４はフライアイレンズ、５は調光素子（調光手段）、１３，１４はダイクロイックミラー、１５，１６，１７は反射ミラー、２２，２３，２４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、２５はクロスダイクロイックプリズム、２６は投射レンズ（投射手段）を示している。
【００２５】
本実施の形態の投射型表示装置３０において、光源２は、図１に示すように、超高圧水銀ランプ等のランプ７とランプ７の光を反射するリフレクタ８とから構成されている。また、光源光の照度分布を液晶ライトバルブ２２，２３，２４において均一化させるための均一照明手段として、光源２側から第１のフライアイレンズ３、第２のフライアイレンズ４が順次設置されている。第１のフライアイレンズ３は複数の２次光源像を形成し、第２のフライアイレンズ４はライトバルブ位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。本実施の形態の場合、光源２からの射出光の光量を調節する調光手段として、調光素子５が第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレンズ４との間に設置されている。調光素子５は、回動可能に構成された複数の遮光板６を有しており、各遮光板６の角度によって光源２からの射出光を所定の光量に調節できるようになっている。
【００２６】
青色光・緑色光反射用のダイクロイックミラー１３は、光源２からの光束のうちの赤色光ＬＲを透過させるとともに、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとを反射させるものである。ダイクロイックミラー１３を透過した赤色光ＬＲは反射ミラー１７で反射されて赤色光用液晶ライトバルブ２２に入射される。一方、ダイクロイックミラー１３で反射した色光のうち、緑色光ＬＧは緑色光反射用のダイクロイックミラー１４によって反射され、緑色光用液晶ライトバルブ２３に入射される。一方、青色光ＬＢはダイクロイックミラー１４も透過し、リレーレンズ１８、反射ミラー１５、リレーレンズ１９、反射ミラー１６、リレーレンズ２０からなるリレー系２１を経て青色光用液晶ライトバルブ２４に入射される。
【００２７】
各液晶ライトバルブ２２，２３，２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム２５に入射される。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されたものである。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ２６によりスクリーン２７上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００２８】
次に、上記構成の投射型表示装置における階調表現方法について説明する。
本実施の形態では、画像を生成する１フレーム（１単位期間）を時間的に２分割し、２分割した各サブフレーム（サブ単位期間）毎に調光素子５を用いて照明光の光量調整を行う。一方、各サブフレーム毎に各液晶ライトバルブ２２，２３，２４によって光の透過率変調を行う。そして、照明光量の調整（例を図２に示す）と液晶ライトバルブ２２，２３，２４の透過率変調（例を図３に示す）との組み合わせによって任意の階調を表現する。液晶ライトバルブ２２，２３，２４の透過率変調は３枚のライトバルブで同様に行えるため、以下では任意の１枚のライトバルブについて説明する。
【００２９】
図２は各サブフレームの照明光量のプロファイルを示す図であり、縦軸は照明光量（％）、横軸は時間（無単位）である。照明光量は、調光素子５の遮光板６を回動させて開口率が最大となったときの光量を１００％とし、これに対する光量をパーセントで表している。本実施の形態においては、２つのサブフレームの時間配分は、各サブフレームの時間幅が等しくなるように１フレームを均等に２分割している。照明光量は、１フレームの前半の第１サブフレームで１００％、後半の第２サブフレームで５０％としている。
【００３０】
これに対して、図３（ａ）〜（ｅ）は各サブフレームでの液晶ライトバルブの変調度（透過率）のプロファイルを示す図であり、縦軸は透過率（％）、横軸は時間（無単位）である。これら５つの図は、投射レンズ射出後の光量、すなわちスクリーン上での明るさ（Ｂ）を異ならせたものである。図３（ａ）がＢ＝１００％（最も明るい状態）、図３（ｂ）がＢ＝６７％、図３（ｃ）がＢ＝５０％、図３（ｄ）がＢ＝３３％、図３（ｅ）がＢ＝０％（最も暗い状態）、を示している。
【００３１】
すなわち、スクリーン上で１００％の明るさを得たいときには、図３（ａ）に示すように、第１、第２サブフレームともに透過率を１００％とする。６７％の明るさを得たいときには、図３（ｂ）に示すように、第１サブフレームの透過率を１００％、第２サブフレームの透過率を０％とする。５０％の明るさを得たいときには、図３（ｃ）に示すように、第１、第２サブフレームともに透過率を５０％とする。３３％の明るさを得たいときには、図３（ｄ）に示すように、第１サブフレームの透過率を０％、第２サブフレームの透過率を１００％とする。０％の明るさ、つまり黒表示を得たいときには、図３（ｅ）に示すように、第１、第２サブフレームともに透過率を０％とする。このように、照明光量側で全体の照明光量を１００％としたときに第１サブフレームに６７％、第２サブフレームに３３％の重み付けがなされているので、これらの値に液晶ライトバルブ側の透過率を掛けたものを足し合わせることで全体の明るさが得られることになる。
【００３２】
図４は、第１、第２サブフレームを用いた階調表現の概念図であり、縦軸が明るさ出力（スクリーン上での明るさ、％）、横軸が明るさ入力（入力データ、％）を示す。上でも説明したように、明るさ出力を０％、３３％、６７％、１００％とする場合は、第２サブフレームは０％または１００％の２値のみを取り、中間階調は取る必要がなく、第１サブフレームのみの階調で表現が可能である。そして、明るさ出力０％〜３３％の範囲は、第２サブフレームの変調度（透過率）０％〜１００％を使用して階調を表現する。明るさ出力３３％〜６７％の範囲は、第１サブフレームの変調度を５０％とした上で第２サブフレームの変調度０％〜１００％を使用して階調を表現する。明るさ出力６７％〜１００％の範囲は、第１サブフレームの変調度を１００％とした上で第２サブフレームの変調度０％〜１００％を使用して階調を表現する。
【００３３】
本実施の形態の投射型表示装置においては、各サブフレームにおける調光素子５による照明光量の調整と液晶ライトバルブ２２，２３，２４の光変調度（透過率）を適宜組み合わせることによって、階調再現性を充分に高めることができる。より具体的には、液晶ライトバルブ２２，２３，２４の変調分解能（階調数）がｎ階調であったとすると、図４に示したように、得られる画像の階調数は（ｎ×３）階調となる。よって、液晶ライトバルブのみで階調を表現した場合の３倍の階調表現が可能となる。なお、調光を行わない場合と比べた全体の光量は７５％確保できる。また本実施の形態では、光変調手段として液晶ライトバルブ２２，２３，２４を用いたが、透過率変調や反射率変調が可能なものであれば良いので、パルス幅変調を行う場合のように光変調素子の選択の自由度を損なうことがない。
【００３４】
特に本実施の形態の場合、光源２と液晶ライトバルブ２２，２３，２４との間に調光素子５を挿入し、液晶ライトバルブ２２，２３，２４への入射光を減光する構成としている。そのため、液晶ライトバルブ２２，２３，２４の劣化を抑制でき、寿命を向上することができる。また、１フレーム内における各サブフレームの時間幅が等しいので、画像データの転送速度が常に一定で良く、回路設計が容易になる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図５〜図７を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、階調表現方法が異なるのみである。よって以下では、第１の実施の形態の図２〜図４に対応する図５〜図７を用いて、階調表現方法についてのみ説明する。
【００３６】
本実施の形態も、第１の実施の形態と同様、１フレームを２分割し、各サブフレーム毎に照明光量の調整を行うとともに各液晶ライトバルブでの透過率変調を行い、照明光量調整と液晶ライトバルブの透過率変調との組み合わせによって任意の階調を表現する。
【００３７】
図５は各サブフレームの照明光量のプロファイルを示す図であり、縦軸は照明光量（％）、横軸は時間（無単位）である。第１の実施の形態では１フレームを均等に２分割していたのに対し、本実施の形態においては、２つのサブフレームの時間配分は、第１サブフレームの時間幅が３３％（１フレームの１／３）、第２サブフレームの時間幅が６７％（１フレームの２／３）となるようにした。照明光量は、第１サブフレームで１００％、第２サブフレームで５０％とした。
【００３８】
図６（ａ）〜（ｄ）は各サブフレームの液晶ライトバルブの変調度（透過率）のプロファイルを示す図であり、縦軸は透過率（％）、横軸は時間（無単位）である。これら４つの図は投射レンズ射出後の光量、すなわちスクリーン上での明るさ（Ｂ）を異ならせたものである。図６（ａ）がＢ＝１００％（最も明るい状態）、図６（ｂ）、図６（ｃ）がともにＢ＝５０％、図６（ｄ）がＢ＝０％（最も暗い状態）、を示している。
【００３９】
すなわち、スクリーン上で１００％の明るさを得たいときには、図６（ａ）に示すように、第１、第２サブフレームともに透過率を１００％とする。５０％の明るさを得たいときには、図６（ｂ）に示すように、第１サブフレームの透過率を１００％、第２サブフレームの透過率を０％とするか、もしくは、図６（ｃ）に示すように、第１サブフレームの透過率を０％、第２サブフレームの透過率を１００％とする、の２通りが考えられる。０％の明るさ、つまり黒表示を得たいときには、図６（ｄ）に示すように、第１、第２サブフレームともに透過率を０％とする。
【００４０】
図７は、第１、第２サブフレームを用いた階調表現の概念図であり、縦軸が明るさ出力（スクリーン上での明るさ、％）、横軸が明るさ入力（入力データ、％）を示す。本実施の形態の場合、明るさ出力０％〜５０％の範囲は、第２サブフレームの変調度（透過率）０％〜１００％を使用して階調を表現する。明るさ出力５０％〜１００％の範囲は、第１サブフレームの変調度を１００％とした上で（以下の説明では、図６（ｂ）のケースは採用しないこととする）第２サブフレームの変調度０％〜１００％を使用して階調を表現する。
【００４１】
本実施の形態の投射型表示装置においても、第１の実施の形態と同様、従来に比べて階調再現性を充分に高めることができる。より具体的には、液晶ライトバルブ２２，２３，２４の変調分解能（階調数）がｎ階調であったとすると、図７に示したように、得られる画像の階調数は（ｎ×２）階調となる。よって、液晶ライトバルブのみで階調を表現した場合の２倍の階調表現が可能となる。なお、調光を行わない場合と比べた全体の光量は６６％確保できる。また、パルス幅変調を行う場合のように光変調素子の選択の自由度を損なうことがない。
【００４２】
特に本実施の形態の場合、第１サブフレームにおける液晶ライトバルブ２２，２３，２４の透過率として０％、１００％の２つの値のみ取り得る構成としたので、液晶ライトバルブの応答速度を速くすることができる。さらに、第１サブフレームでの光透過率の調整が２通りで済むので、第１サブフレームに割り当てられた時間幅が短くても、液晶ライトバルブが安定して動作する。その一方、第２サブフレームでの液晶ライトバルブによる透過率は最大の階調数を取らなければならないので、液晶ライトバルブの応答速度は遅くなる。しかしながら、第２サブフレームに割り当てられた時間幅が長いので、液晶ライトバルブが正確に動作する。
【００４３】
以下、その他の変形例について説明する。
例えば、図８は、図４，図７と同様、第１、第２サブフレームを用いた階調表現の概念図である。この例の場合、第１、第２サブフレームのそれぞれでｎ階調を表現することで画像の階調数は（ｎ×２）階調となり、通常の２倍の階調表現が可能となる。ところが、第２サブフレームで表現する暗い側の階調ステップが、第１サブフレームで表現する明るい側の階調ステップよりも小さく設定されている。つまり、画像の暗い側と明るい側とで階調表現にめりはりを付けている。通常、人間の目には明るい画像よりも暗い画像での階調変化の方が視認されやすい。よって、この構成によれば、暗い画像の階調分解能が高くなるので、より使用者の目に合致した階調表現を行うことができる。
【００４４】
また、上記実施の形態では１フレームを２分割する例を挙げたが、図９に示すように、第１サブフレーム、第２サブフレーム、第３サブフレームと１フレームを３分割し、各々で照明光量を設定しても良い。さらに、それ以上に分割しても良い。
【００４５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では、光源として超高圧水銀ランプ等のランプを用いたが、ＬＥＤ等の固体発光光源を用いても良い。その場合、供給電流の制御により光源からの射出光自体の光量調整が可能になり、調光素子が不要となる。また、ＬＥＤなどの場合、平均的な投入電力による発熱が寿命にとって問題となるため、１フレーム内の平均消費電力を従来と同一にすれば、ピーク電流を増やしても寿命の問題が生じない。したがって、従来と比べて全体の明るさを同等に確保しつつ、階調再現性能を向上することができる。一方、超高圧水銀ランプのように、それ自体の光量調整が難しいものは調光手段が必要になる。機械的な調光手段としては、上記実施の形態の遮光板を用いた調光素子の他、可動絞り等を用いることもできる。機械的な調光手段以外では、光量調整用として液晶パネルを用いることもできる。これら調光手段の設置位置は、上記実施の形態では液晶ライトバルブの前段としたが、合成プリズムの後段に配置しても良い。
【００４６】
さらに、本発明の投射型表示装置の機能を拡張してモード切換手段を設け、上記実施の形態で示した階調表現を重視したモードと、第２サブフレームの照明光量を常に０％とし、第１サブフレームのみで階調表現を行うモードとを切り替えるようにすれば、後者のモードとしたときに間欠表示が可能となり、動きの速い動画の表示品位を向上することができる。また、上記実施の形態では光変調手段として透過型液晶ライトバルブを用いた投射型液晶表示装置の例を挙げたが、反射型液晶ライトバルブを用いても良いし、ＤＭＤを用いてもよい。あるいは、本発明を、投射型表示装置に限ることなく、光源と透過率変調のライトバルブを備えた直視型の画像表示装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の投射型表示装置の概略構成図である。
【図２】 同装置の照明光量の調整方法の一例を示す図である。
【図３】 同装置の光変調光量の調整方法の一例を示す図である。
【図４】 同装置の階調表現方法の一例を示す概念図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態の投射型表示装置における照明光量の調整方法の一例を示す図である。
【図６】 同装置の光変調光量の調整方法の一例を示す図である。
【図７】 同装置の階調表現方法の一例を示す概念図である。
【図８】 同装置の階調表現方法の他の例を示す概念図である。
【図９】 光変調光量の調整方法の他の例を示す図である。
【符号の説明】
２…光源、５…調光素子（調光手段）、２２，２３，２４…液晶ライトバルブ（光変調手段）、２６…投射レンズ（投射手段）、３０…投射型液晶表示装置（投射型表示装置）
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置とその階調表現方法、投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達はめざましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブ（光変調手段）を用いた光学系で生成される映像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）が知られている。その他、微小鏡面素子（Digital Micromirror Device, 以下、ＤＭＤと略記する）をライトバルブとした投射型表示装置も知られている。
【０００３】
この種の投射型表示装置において、ＯＮ／ＯＦＦの２階調の表示のみならず、中間階調を表現する方法としては、例えば光強度（透過率、反射率）変調やパルス幅変調を行う方法がある。また、これらの方法に固有の問題、例えばパルス幅変調におけるフリッカの問題を解決すべく、光強度変調が可能な光源とパルス幅変調が可能な光変調素子とを組み合わせた表示装置が、下記の特許文献１に提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２１２６８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投射型表示装置の普及につれ、表示品位や映像表現力の向上がより求められてきており、上記の階調表現方法では限界があった。すなわち、光強度変調方式でより細かな階調表現を行うのは限界がある一方、パルス幅変調方式では使用可能な光変調素子が限られる、という問題があった。例えば、液晶ライトバルブではパルス幅変調を採用するのが難しい。この種の問題は、投射型表示装置のみならず、使用者が表示画像を直接視認する、いわゆる直視型の表示装置にも共通の問題となっている。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光変調素子の選択の自由度を損なうことなく、充分な階調表現を行うことで表示品位や映像表現力の向上が図れる画像表示装置とその階調表現方法、ならびに投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の画像表示装置は、光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段とを備えた画像表示装置であって、装置全体としての光量を調整する調光手段を備え、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記調光手段により光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、前記サブ単位期間毎の前記調光手段による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の画像表示装置の階調表現方法は、上記構成の画像表示装置の階調表現方法であって、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記調光手段により光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行い、前記サブ単位期間毎の前記調光手段による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第１の画像表示装置は、光源と光変調手段と調光手段とを基本的な構成要件としている。そして、画像を生成する１単位期間が複数のサブ単位期間に時分割され、各サブ単位期間毎に調光手段による光量調整と光変調手段による光変調（具体的には光の透過率変調または反射率変調）が行われる。ここで、「１単位期間」とは例えば１フレームに相当し、その場合、これを時分割した「サブ単位期間」のことを「サブフレーム」と称する。よって、１単位期間をサブ単位期間に時分割する際の各サブ単位期間の時間幅、調光手段側での光量調整の度合、光変調手段側での光変調の度合を適宜組み合わせることによって、階調再現性を充分に高めることができる。また、光変調手段は、透過率変調や反射率変調が可能なものであれば良いので、パルス幅変調を行う場合のように光変調素子の選択の自由度を損なうことがない。
【００１０】
上記本発明の画像表示装置の構成において、調光手段を、光源と光変調手段との間に配置しても良いし、光変調手段の後段に配置しても良い。しかしながら、光源と光変調手段との間に配置した場合には光変調手段への入射光を減光できる構成となるので、光変調手段の劣化を抑制でき、光変調手段の寿命を向上できるといった特有の効果が得られる。
【００１１】
本発明の第２の画像表示装置は、光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段とを備えた画像表示装置であって、前記光源は、自身が射出する光の光量を調整可能なものであり、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記光源の光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、前記サブ単位期間毎の前記光源の光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の画像表示装置の階調表現方法は、上記構成の画像表示装置の階調表現方法であって、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記光源の光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行い、前記サブ単位期間毎の前記光源による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第１の画像表示装置は、装置全体としての光量調整を行う調光手段を光源の後段に備えていた。これに対して、本発明の第２の画像表示装置は、調光手段を備えておらず、光源として、自身が射出する光の光量を調整可能なものを用いている点が異なる。しかしながら、本発明の第２の画像表示装置においても光変調素子の選択の自由度を損なうことなく、各サブ単位期間の時間幅、光源側での光量調整、光変調手段側での光変調を適宜組み合わせることで階調再現性を充分に高めることができる。
【００１４】
本発明の第２の画像表示装置においては、光源として例えば発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）等の固体発光光源を用いることができる。
この構成によれば、固体発光光源に供給する電流量の調整により光量を容易に調整することができ、本発明の第２の画像表示装置に好適な光源を提供することができる。
【００１５】
以下、本発明の第１、第２の画像表示装置において、１単位期間内における各サブ単位期間での光変調手段による透過率変調または反射率変調の階調ステップが異なる構成であることが望ましい。
この構成によれば、階調ステップの大きい側のサブ単位期間を用いて大雑把な階調を表現し、階調ステップの小さい側のサブ単位期間を用いて各階調内でより精細な階調を表現することができる。その結果、従来に比べて階調再現性を充分に高めることができる。
【００１６】
また、１単位期間内の複数のサブ単位期間のうちの一部に相当する第１のサブ単位期間において、光変調手段による光の透過率または反射率として、０％もしくは１００％の値のみ取り得る構成とすることが望ましい。
この構成によれば、光の透過率または反射率として中間的な値を取る必要がないので、光変調手段の応答速度を速くすることができる。
【００１７】
また、１単位期間内の第１のサブ単位期間を除く第２のサブ単位期間において、光変調手段による光の透過率または反射率として、当該装置の最小の階調ステップで所定の値を取り得る構成とすることが望ましい。
この構成によれば、第１のサブ単位期間での階調表現と組み合わせることで当該装置における最大の階調表現を実現することができる。
【００１８】
上記構成において、第１のサブ単位期間の時間幅を、第２のサブ単位期間の時間幅と比べて短く設定することが望ましい。
第１のサブ単位期間での光変調手段による光変調率は０％または１００％で良いので、第１のサブ単位期間に割り当てられた時間幅が短くても、光変調手段が安定して動作する。その一方、第２のサブ単位期間での光変調手段による光変調率は最小の階調ステップで中間的な値を取るので、光変調手段の応答速度は遅くなる。しかしながら、第２のサブ単位期間に割り当てられた時間幅が長いので、光変調手段が正確に動作する。
【００１９】
また、１単位期間内における各サブ単位期間の時間幅が等しい構成としても良い。
この構成によれば、画像データの転送速度が常に一定で良く、回路設計が容易になる。
【００２０】
また、全階調表現範囲において、相対的に暗い側の画像データに対応するサブ単位期間における光の透過率または反射率の階調ステップを、相対的に明るい側の画像データに対応するサブ単位期間における光の透過率または反射率の階調ステップよりも小さく設定する構成としても良い。
通常、人間の目には明るい画像よりも暗い画像での階調変化の方が視認されやすい。よって、この構成によれば、暗い画像の階調分解能が高くなるので、より使用者の目に合致した階調表現を行うことができる。
【００２１】
本発明の第１の投射型表示装置は、光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、装置全体としての光量を調整する調光手段を備え、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記調光手段により光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、前記サブ単位期間毎の前記調光手段による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第２の投射型表示装置は、光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備えた表示装置であって、前記光源は、自身が射出する光の光量を調整可能なものであり、画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記光源の光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、前記サブ単位期間毎の前記光源による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする。
【００２３】
これらは、上記本発明の画像表示装置を投射型表示装置に適用したものである。したがって、この投射型表示装置によれば、光変調素子の選択の自由度を損なうことなく、階調再現性を充分に高めることができる。その結果、表示品位、映像表現力に優れた投射型表示装置を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた、いわゆる３板式の投射型カラー液晶表示装置である。
図１はこの投射型表示装置を示す概略構成図であって、図中符号１は照明部、２は光源、３，４はフライアイレンズ、５は調光素子（調光手段）、１３，１４はダイクロイックミラー、１５，１６，１７は反射ミラー、２２，２３，２４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、２５はクロスダイクロイックプリズム、２６は投射レンズ（投射手段）を示している。
【００２５】
本実施の形態の投射型表示装置３０において、光源２は、図１に示すように、超高圧水銀ランプ等のランプ７とランプ７の光を反射するリフレクタ８とから構成されている。また、光源光の照度分布を液晶ライトバルブ２２，２３，２４において均一化させるための均一照明手段として、光源２側から第１のフライアイレンズ３、第２のフライアイレンズ４が順次設置されている。第１のフライアイレンズ３は複数の２次光源像を形成し、第２のフライアイレンズ４はライトバルブ位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。本実施の形態の場合、光源２からの射出光の光量を調節する調光手段として、調光素子５が第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレンズ４との間に設置されている。調光素子５は、回動可能に構成された複数の遮光板６を有しており、各遮光板６の角度によって光源２からの射出光を所定の光量に調節できるようになっている。
【００２６】
青色光・緑色光反射用のダイクロイックミラー１３は、光源２からの光束のうちの赤色光ＬＲを透過させるとともに、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとを反射させるものである。ダイクロイックミラー１３を透過した赤色光ＬＲは反射ミラー１７で反射されて赤色光用液晶ライトバルブ２２に入射される。一方、ダイクロイックミラー１３で反射した色光のうち、緑色光ＬＧは緑色光反射用のダイクロイックミラー１４によって反射され、緑色光用液晶ライトバルブ２３に入射される。一方、青色光ＬＢはダイクロイックミラー１４も透過し、リレーレンズ１８、反射ミラー１５、リレーレンズ１９、反射ミラー１６、リレーレンズ２０からなるリレー系２１を経て青色光用液晶ライトバルブ２４に入射される。
【００２７】
各液晶ライトバルブ２２，２３，２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム２５に入射される。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されたものである。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ２６によりスクリーン２７上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００２８】
次に、上記構成の投射型表示装置における階調表現方法について説明する。
本実施の形態では、画像を生成する１フレーム（１単位期間）を時間的に２分割し、２分割した各サブフレーム（サブ単位期間）毎に調光素子５を用いて照明光の光量調整を行う。一方、各サブフレーム毎に各液晶ライトバルブ２２，２３，２４によって光の透過率変調を行う。そして、照明光量の調整（例を図２に示す）と液晶ライトバルブ２２，２３，２４の透過率変調（例を図３に示す）との組み合わせによって任意の階調を表現する。液晶ライトバルブ２２，２３，２４の透過率変調は３枚のライトバルブで同様に行えるため、以下では任意の１枚のライトバルブについて説明する。
【００２９】
図２は各サブフレームの照明光量のプロファイルを示す図であり、縦軸は照明光量（％）、横軸は時間（無単位）である。照明光量は、調光素子５の遮光板６を回動させて開口率が最大となったときの光量を１００％とし、これに対する光量をパーセントで表している。本実施の形態においては、２つのサブフレームの時間配分は、各サブフレームの時間幅が等しくなるように１フレームを均等に２分割している。照明光量は、１フレームの前半の第１サブフレームで１００％、後半の第２サブフレームで５０％としている。
【００３０】
これに対して、図３（ａ）〜（ｅ）は各サブフレームでの液晶ライトバルブの変調度（透過率）のプロファイルを示す図であり、縦軸は透過率（％）、横軸は時間（無単位）である。これら５つの図は、投射レンズ射出後の光量、すなわちスクリーン上での明るさ（Ｂ）を異ならせたものである。図３（ａ）がＢ＝１００％（最も明るい状態）、図３（ｂ）がＢ＝６７％、図３（ｃ）がＢ＝５０％、図３（ｄ）がＢ＝３３％、図３（ｅ）がＢ＝０％（最も暗い状態）、を示している。
【００３１】
すなわち、スクリーン上で１００％の明るさを得たいときには、図３（ａ）に示すように、第１、第２サブフレームともに透過率を１００％とする。６７％の明るさを得たいときには、図３（ｂ）に示すように、第１サブフレームの透過率を１００％、第２サブフレームの透過率を０％とする。５０％の明るさを得たいときには、図３（ｃ）に示すように、第１、第２サブフレームともに透過率を５０％とする。３３％の明るさを得たいときには、図３（ｄ）に示すように、第１サブフレームの透過率を０％、第２サブフレームの透過率を１００％とする。０％の明るさ、つまり黒表示を得たいときには、図３（ｅ）に示すように、第１、第２サブフレームともに透過率を０％とする。このように、照明光量側で全体の照明光量を１００％としたときに第１サブフレームに６７％、第２サブフレームに３３％の重み付けがなされているので、これらの値に液晶ライトバルブ側の透過率を掛けたものを足し合わせることで全体の明るさが得られることになる。
【００３２】
図４は、第１、第２サブフレームを用いた階調表現の概念図であり、縦軸が明るさ出力（スクリーン上での明るさ、％）、横軸が明るさ入力（入力データ、％）を示す。上でも説明したように、明るさ出力を０％、３３％、６７％、１００％とする場合は、第２サブフレームは０％または１００％の２値のみを取り、中間階調は取る必要がなく、第１サブフレームのみの階調で表現が可能である。そして、明るさ出力０％〜３３％の範囲は、第２サブフレームの変調度（透過率）０％〜１００％を使用して階調を表現する。明るさ出力３３％〜６７％の範囲は、第１サブフレームの変調度を５０％とした上で第２サブフレームの変調度０％〜１００％を使用して階調を表現する。明るさ出力６７％〜１００％の範囲は、第１サブフレームの変調度を１００％とした上で第２サブフレームの変調度０％〜１００％を使用して階調を表現する。
【００３３】
本実施の形態の投射型表示装置においては、各サブフレームにおける調光素子５による照明光量の調整と液晶ライトバルブ２２，２３，２４の光変調度（透過率）を適宜組み合わせることによって、階調再現性を充分に高めることができる。より具体的には、液晶ライトバルブ２２，２３，２４の変調分解能（階調数）がｎ階調であったとすると、図４に示したように、得られる画像の階調数は（ｎ×３）階調となる。よって、液晶ライトバルブのみで階調を表現した場合の３倍の階調表現が可能となる。なお、調光を行わない場合と比べた全体の光量は７５％確保できる。また本実施の形態では、光変調手段として液晶ライトバルブ２２，２３，２４を用いたが、透過率変調や反射率変調が可能なものであれば良いので、パルス幅変調を行う場合のように光変調素子の選択の自由度を損なうことがない。
【００３４】
特に本実施の形態の場合、光源２と液晶ライトバルブ２２，２３，２４との間に調光素子５を挿入し、液晶ライトバルブ２２，２３，２４への入射光を減光する構成としている。そのため、液晶ライトバルブ２２，２３，２４の劣化を抑制でき、寿命を向上することができる。また、１フレーム内における各サブフレームの時間幅が等しいので、画像データの転送速度が常に一定で良く、回路設計が容易になる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図５〜図７を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、階調表現方法が異なるのみである。よって以下では、第１の実施の形態の図２〜図４に対応する図５〜図７を用いて、階調表現方法についてのみ説明する。
【００３６】
本実施の形態も、第１の実施の形態と同様、１フレームを２分割し、各サブフレーム毎に照明光量の調整を行うとともに各液晶ライトバルブでの透過率変調を行い、照明光量調整と液晶ライトバルブの透過率変調との組み合わせによって任意の階調を表現する。
【００３７】
図５は各サブフレームの照明光量のプロファイルを示す図であり、縦軸は照明光量（％）、横軸は時間（無単位）である。第１の実施の形態では１フレームを均等に２分割していたのに対し、本実施の形態においては、２つのサブフレームの時間配分は、第１サブフレームの時間幅が３３％（１フレームの１／３）、第２サブフレームの時間幅が６７％（１フレームの２／３）となるようにした。照明光量は、第１サブフレームで１００％、第２サブフレームで５０％とした。
【００３８】
図６（ａ）〜（ｄ）は各サブフレームの液晶ライトバルブの変調度（透過率）のプロファイルを示す図であり、縦軸は透過率（％）、横軸は時間（無単位）である。これら４つの図は投射レンズ射出後の光量、すなわちスクリーン上での明るさ（Ｂ）を異ならせたものである。図６（ａ）がＢ＝１００％（最も明るい状態）、図６（ｂ）、図６（ｃ）がともにＢ＝５０％、図６（ｄ）がＢ＝０％（最も暗い状態）、を示している。
【００３９】
すなわち、スクリーン上で１００％の明るさを得たいときには、図６（ａ）に示すように、第１、第２サブフレームともに透過率を１００％とする。５０％の明るさを得たいときには、図６（ｂ）に示すように、第１サブフレームの透過率を１００％、第２サブフレームの透過率を０％とするか、もしくは、図６（ｃ）に示すように、第１サブフレームの透過率を０％、第２サブフレームの透過率を１００％とする、の２通りが考えられる。０％の明るさ、つまり黒表示を得たいときには、図６（ｄ）に示すように、第１、第２サブフレームともに透過率を０％とする。
【００４０】
図７は、第１、第２サブフレームを用いた階調表現の概念図であり、縦軸が明るさ出力（スクリーン上での明るさ、％）、横軸が明るさ入力（入力データ、％）を示す。本実施の形態の場合、明るさ出力０％〜５０％の範囲は、第２サブフレームの変調度（透過率）０％〜１００％を使用して階調を表現する。明るさ出力５０％〜１００％の範囲は、第１サブフレームの変調度を１００％とした上で（以下の説明では、図６（ｂ）のケースは採用しないこととする）第２サブフレームの変調度０％〜１００％を使用して階調を表現する。
【００４１】
本実施の形態の投射型表示装置においても、第１の実施の形態と同様、従来に比べて階調再現性を充分に高めることができる。より具体的には、液晶ライトバルブ２２，２３，２４の変調分解能（階調数）がｎ階調であったとすると、図７に示したように、得られる画像の階調数は（ｎ×２）階調となる。よって、液晶ライトバルブのみで階調を表現した場合の２倍の階調表現が可能となる。なお、調光を行わない場合と比べた全体の光量は６６％確保できる。また、パルス幅変調を行う場合のように光変調素子の選択の自由度を損なうことがない。
【００４２】
特に本実施の形態の場合、第１サブフレームにおける液晶ライトバルブ２２，２３，２４の透過率として０％、１００％の２つの値のみ取り得る構成としたので、液晶ライトバルブの応答速度を速くすることができる。さらに、第１サブフレームでの光透過率の調整が２通りで済むので、第１サブフレームに割り当てられた時間幅が短くても、液晶ライトバルブが安定して動作する。その一方、第２サブフレームでの液晶ライトバルブによる透過率は最大の階調数を取らなければならないので、液晶ライトバルブの応答速度は遅くなる。しかしながら、第２サブフレームに割り当てられた時間幅が長いので、液晶ライトバルブが正確に動作する。
【００４３】
以下、その他の変形例について説明する。
例えば、図８は、図４，図７と同様、第１、第２サブフレームを用いた階調表現の概念図である。この例の場合、第１、第２サブフレームのそれぞれでｎ階調を表現することで画像の階調数は（ｎ×２）階調となり、通常の２倍の階調表現が可能となる。ところが、第２サブフレームで表現する暗い側の階調ステップが、第１サブフレームで表現する明るい側の階調ステップよりも小さく設定されている。つまり、画像の暗い側と明るい側とで階調表現にめりはりを付けている。通常、人間の目には明るい画像よりも暗い画像での階調変化の方が視認されやすい。よって、この構成によれば、暗い画像の階調分解能が高くなるので、より使用者の目に合致した階調表現を行うことができる。
【００４４】
また、上記実施の形態では１フレームを２分割する例を挙げたが、図９に示すように、第１サブフレーム、第２サブフレーム、第３サブフレームと１フレームを３分割し、各々で照明光量を設定しても良い。さらに、それ以上に分割しても良い。
【００４５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では、光源として超高圧水銀ランプ等のランプを用いたが、ＬＥＤ等の固体発光光源を用いても良い。その場合、供給電流の制御により光源からの射出光自体の光量調整が可能になり、調光素子が不要となる。また、ＬＥＤなどの場合、平均的な投入電力による発熱が寿命にとって問題となるため、１フレーム内の平均消費電力を従来と同一にすれば、ピーク電流を増やしても寿命の問題が生じない。したがって、従来と比べて全体の明るさを同等に確保しつつ、階調再現性能を向上することができる。一方、超高圧水銀ランプのように、それ自体の光量調整が難しいものは調光手段が必要になる。機械的な調光手段としては、上記実施の形態の遮光板を用いた調光素子の他、可動絞り等を用いることもできる。機械的な調光手段以外では、光量調整用として液晶パネルを用いることもできる。これら調光手段の設置位置は、上記実施の形態では液晶ライトバルブの前段としたが、合成プリズムの後段に配置しても良い。
【００４６】
さらに、本発明の投射型表示装置の機能を拡張してモード切換手段を設け、上記実施の形態で示した階調表現を重視したモードと、第２サブフレームの照明光量を常に０％とし、第１サブフレームのみで階調表現を行うモードとを切り替えるようにすれば、後者のモードとしたときに間欠表示が可能となり、動きの速い動画の表示品位を向上することができる。また、上記実施の形態では光変調手段として透過型液晶ライトバルブを用いた投射型液晶表示装置の例を挙げたが、反射型液晶ライトバルブを用いても良いし、ＤＭＤを用いてもよい。あるいは、本発明を、投射型表示装置に限ることなく、光源と透過率変調のライトバルブを備えた直視型の画像表示装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の投射型表示装置の概略構成図である。
【図２】 同装置の照明光量の調整方法の一例を示す図である。
【図３】 同装置の光変調光量の調整方法の一例を示す図である。
【図４】 同装置の階調表現方法の一例を示す概念図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態の投射型表示装置における照明光量の調整方法の一例を示す図である。
【図６】 同装置の光変調光量の調整方法の一例を示す図である。
【図７】 同装置の階調表現方法の一例を示す概念図である。
【図８】 同装置の階調表現方法の他の例を示す概念図である。
【図９】 光変調光量の調整方法の他の例を示す図である。
【符号の説明】
２…光源、５…調光素子（調光手段）、２２，２３，２４…液晶ライトバルブ（光変調手段）、２６…投射レンズ（投射手段）、３０…投射型液晶表示装置（投射型表示装置）
Claims (9)
- 光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段とを備えた画像表示装置であって、
装置全体としての光量を調整する調光手段を備え、
画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記調光手段により光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、
かつ、前記１単位期間内の複数のサブ単位期間のうちの一部に相当する第１のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、０％もしくは１００％の値のみ取り得る構成とされるとともに、前記１単位期間内の前記第１のサブ単位期間を除く第２のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、当該装置の最小の階調ステップで所定の値を取り得る構成とされ、
さらに、前記第１のサブ単位期間の時間幅が、前記第２のサブ単位期間の時間幅と比べて短く構成され、
前記サブ単位期間毎の前記調光手段による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする画像表示装置。 - 前記調光手段が、前記光源と前記光変調手段との間に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
- 光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段とを備えた画像表示装置であって、
前記光源は、自身が射出する光の光量を調整可能なものであり、
画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記光源の光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、
かつ、前記１単位期間内の複数のサブ単位期間のうちの一部に相当する第１のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、０％もしくは１００％の値のみ取り得る構成とされるとともに、前記１単位期間内の前記第１のサブ単位期間を除く第２のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、当該装置の最小の階調ステップで所定の値を取り得る構成とされ、
さらに、前記第１のサブ単位期間の時間幅が、前記第２のサブ単位期間の時間幅と比べて短く構成され、
前記サブ単位期間毎の前記光源の光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする画像表示装置。 - 前記光源として固体発光光源が用いられることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
- 全階調表現範囲において、相対的に暗い側の画像データに対応するサブ単位期間における光の透過率または反射率の変化ステップが、相対的に明るい側の画像データに対応するサブ単位期間における光の透過率または反射率の変化ステップよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
- 請求項１に記載の画像表示装置の階調表現方法であって、
画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記調光手段により光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行うに際し、
前記１単位期間内の複数のサブ単位期間のうちの一部に相当する第１のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、０％もしくは１００％の値のみ取り得るようにするとともに、前記１単位期間内の前記第１のサブ単位期間を除く第２のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、当該装置の最小の階調ステップで所定の値を取り得るようにし、
さらに、前記第１のサブ単位期間の時間幅を、前記第２のサブ単位期間の時間幅と比べて短くし、
前記サブ単位期間毎の前記調光手段による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする画像表示装置の階調表現方法。 - 請求項３に記載の画像表示装置の階調表現方法であって、
画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記光源の光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行うに際し、
前記１単位期間内の複数のサブ単位期間のうちの一部に相当する第１のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、０％もしくは１００％の値のみ取り得るようにするとともに、前記１単位期間内の前記第１のサブ単位期間を除く第２のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、当該装置の最小の階調ステップで所定の値を取り得るようにし、
さらに、前記第１のサブ単位期間の時間幅を、前記第２のサブ単位期間の時間幅と比べて短くし、
前記サブ単位期間毎の前記光源による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする画像表示装置の階調表現方法。 - 光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、
装置全体としての光量を調整する調光手段を備え、
画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記調光手段により光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、
かつ、前記１単位期間内の複数のサブ単位期間のうちの一部に相当する第１のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、０％もしくは１００％の値のみ取り得る構成とされるとともに、前記１単位期間内の前記第１のサブ単位期間を除く第２のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、当該装置の最小の階調ステップで所定の値を取り得る構成とされ、
さらに、前記第１のサブ単位期間の時間幅が、前記第２のサブ単位期間の時間幅と比べて短く構成され、
前記サブ単位期間毎の前記調光手段による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする投射型表示装置。 - 光源と、前記光源から射出される光の透過率または反射率を変調する光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備えた表示装置であって、
前記光源は、自身が射出する光の光量を調整可能なものであり、
画像を生成する１単位期間を時分割したサブ単位期間毎に前記光源の光量調整を行うとともに、前記サブ単位期間毎に前記光変調手段により光の透過率変調または反射率変調を行う構成とされ、
かつ、前記１単位期間内の複数のサブ単位期間のうちの一部に相当する第１のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、０％もしくは１００％の値のみ取り得る構成とされるとともに、前記１単位期間内の前記第１のサブ単位期間を除く第２のサブ単位期間において、前記光変調手段による光の透過率または反射率として、当該装置の最小の階調ステップで所定の値を取り得る構成とされ、
さらに、前記第１のサブ単位期間の時間幅が、前記第２のサブ単位期間の時間幅と比べて短く構成され、
前記サブ単位期間毎の前記光源による光量調整と前記光変調手段による透過率変調または反射率変調との組み合わせによって任意の階調を表現することを特徴とする投射型表示装置。
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