JP4882203B2 - Optical display device and projection display device - Google Patents

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本発明は、複数の光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する装置に係り、特に、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大を実現するのに好適な光学表示装置及び投射型表示装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for displaying an image by modulating light from a light source via a plurality of light modulation elements, and in particular, an optical display apparatus suitable for realizing a luminance dynamic range and an increase in the number of gradations, and The present invention relates to a projection display device.

近年、LCD(Liquid Crystal Display)、EL、プラズマディスプレイ、CRT(Cathode Ray Tube)、プロジェクタ等の光学表示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が実現されつつある。しかしながら、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、たかだか1〜102[nit]程度にとどまり、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が10-2〜104[nit]程度であり、また、輝度弁別能力は、0.2[nit]程度で、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通じて現在の光学表示装置の表示画像をみると、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さや迫力に対して物足りなさを感じることになる。 In recent years, LCD (Liquid Crystal Display), EL, plasma display, CRT (Cathode Ray Tube), projectors, and other optical display devices have seen remarkable improvements in image quality, and the resolution and color gamut have achieved performance that is almost comparable to human visual characteristics. It is being done. However, regarding the luminance dynamic range, the reproduction range is limited to about 1 to 10 2 [nit], and the number of gradations is generally 8 bits. On the other hand, human visual perception has a luminance dynamic range perceived at a time of about 10 −2 to 10 4 [nit], and the luminance discrimination capability is about 0.2 [nit], which is the number of gradations. Is converted to 12 bits. Looking at the display image of the current optical display device through such visual characteristics, the narrowness of the luminance dynamic range is conspicuous, and in addition, the reality and power of the display image are insufficient due to the lack of gradation in the shadow part and highlight part. Will feel unsatisfactory.

また、映画やゲーム等で使用されるコンピュータグラフィックス(以下、CGと略記する。)では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調数を表示データ(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。しかしながら、それを表示する光学表示装置の性能が不足しているため、CGコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮することができないという課題がある。   Further, in computer graphics (hereinafter abbreviated as CG) used in movies, games, etc., display data (hereinafter referred to as HDR (High Dynamic Range) display data) that represents a luminance dynamic range and gradation number close to human vision. The movement of pursuing the reality of depiction is being mainstream. However, since the performance of the optical 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輝度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光学表示装置の実現が望まれる。
光学表示装置のなかでも、液晶プロジェクタ、DLP(Digital Light Processing、TI社の商標)プロジェクタといった投射型表示装置は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティさや迫力を再現する上で効果的な装置である。この分野では、上記の課題を解決するために、次のような提案がなされている。
Further, the next OS (Operating System) is scheduled to adopt a 16-bit color space, and the luminance dynamic range and the number of gradations are dramatically increased as compared with the current 8-bit color space. Therefore, it is desired to realize an optical display device that can make use of the 16-bit color space.
Among optical display devices, projection display devices such as liquid crystal projectors and DLP (Digital Light Processing, trademark of TI) projectors are capable of displaying large screens and are effective in reproducing the reality and power of displayed images. Device. In this field, the following proposals have been made to solve the above problems.

高ダイナミックレンジの投射型表示装置としては、例えば、特許文献1に開示されている技術があり、光源と、光の全波長領域の輝度を変調する第1光変調素子と、光の波長領域のうちRGB3原色の各波長領域についてその波長領域の輝度を変調する第2光変調素子とを備え、光源からの光を第1光変調素子で変調して所望の輝度分布を形成し、その光学像を第2光変調素子の表示面に結像して色変調し、2次変調した光を投射するというものである。第1光変調素子および第2光変調素子の各画素は、HDR表示データから決定される第1制御値および第2制御値に基づいてそれぞれ別個に制御される。光変調素子としては、透過率が独立に制御可能な画素構造またはセグメント構造を有し、二次元的な透過率分布を制御し得る透過率変調素子が用いられる。その代表例としては、液晶ライトバルブが挙げられる。また、透過率変調素子の代わりに反射率変調素子を用いてもよく、その代表例としては、DMD(Digital Micromirror Device)素子が挙げられる。   As a projection display device with a high dynamic range, for example, there is a technique disclosed in Patent Document 1, which includes a light source, a first light modulation element that modulates luminance in the entire wavelength region of light, and a wavelength region of light. Among these, each wavelength region of the RGB three primary colors is provided with a second light modulation element that modulates the luminance of the wavelength region, and the light from the light source is modulated by the first light modulation element to form a desired luminance distribution, and its optical image Is imaged on the display surface of the second light modulation element, color modulated, and secondarily modulated light is projected. Each pixel of the first light modulation element and the second light modulation element is individually controlled based on the first control value and the second control value determined from the HDR display data. As the light modulation element, a transmittance modulation element having a pixel structure or a segment structure whose transmittance can be controlled independently and capable of controlling a two-dimensional transmittance distribution is used. A typical example is a liquid crystal light valve. Further, a reflectance modulation element may be used instead of the transmittance modulation element, and a representative example thereof is a DMD (Digital Micromirror Device) element.

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。光変調素子単体では、輝度ダイナミックレンジは、60/0.2=300となる。上記従来の投射型表示装置は、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、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、階調数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数を得ることができる。
特開2001−100689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. With a single light modulation element, the luminance dynamic range is 60 / 0.2 = 300. Since the conventional projection display apparatus corresponds to optically arranging light modulation elements having a luminance dynamic range of 300 in series, a luminance dynamic range of 300 × 300 = 90000 can be realized. The same idea holds for the number of gradations, and an 8-bit gradation light modulation element is optically arranged in series, whereby a gradation number exceeding 8 bits can be obtained.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-1000068

しかしながら、特許文献1記載の発明においては、3原色の光に分離後の各分離光の照明光路の光学的な長さが、ある一色の分離光について他の二色の分離光とは異なるため、この光路長差による分離光間の輝度差が発生する。この輝度差は、分離光合成後の光学像において、色のにじみや、色のぼやけ等の原因となる。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、白色光を変調する第1光変調素子と波長分離された色光毎に変調する第2光変調素子とを直列に配して、2段階で光変調することで表示画像を高画質化すると共に、装置全体の小型化が可能な光学表示装置及び投射型表示装置を提供することを目的としている。
However, in the invention described in Patent Document 1, the optical length of the illumination light path of each separated light after being separated into three primary color lights is different from the separated light of the other two colors for one separated light. A luminance difference between the separated lights due to this optical path length difference occurs. This luminance difference causes color blur, color blur, and the like in the optical image after combined separated light.
Therefore, the present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technology, and the first light modulating element for modulating white light and the first light modulating for each color light separated by wavelength. Provided are an optical display device and a projection display device in which two light modulation elements are arranged in series and light modulation is performed in two stages to improve the display image quality and to reduce the size of the entire device. It is aimed.

〔発明1〕 上記目的を達成するために、発明1の光学表示装置は、光源からの光の光伝搬特性を制御する第1光変調素子と、
前記第1光変調素子からの光を異なる複数の特定波長領域の光に分離して分離光を射出する光分離手段と、
前記光分離手段からの分離光の光伝搬特性を制御する複数の第2光変調素子と、
前記各第2光変調素子からの光を合成して合成光を射出する光合成手段と、を備え、表示画像データに基づき前記光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記光分離手段は、前記第1光変調素子からの光を入射する入射面と、前記各分離光を射出する複数の射出面とを有し、
前記光合成手段は、前記光分離手段の各射出面に対応する複数の入射面と、前記合成光を射出する射出面とを有し、
前記光分離手段の射出面毎に、当該射出面から射出した前記分離光を前記光合成手段の対応する入射面に伝達し、且つ、当該分離光の光路長が他の分離光の光路長と同一又はほぼ同一となるように光伝達手段を設けるとともに、前記光分離手段の射出面及び当該射出面に対応する前記光合成手段の入射面の各光路上に前記第2光変調素子を配置したことを特徴としている。
[Invention 1] In order to achieve the above object, an optical display device of Invention 1 includes a first light modulation element that controls light propagation characteristics of light from a light source, and
Light separating means for separating the light from the first light modulation element into light of a plurality of different specific wavelength regions and emitting separated light;
A plurality of second light modulation elements for controlling light propagation characteristics of separated light from the light separating means;
A light combining unit that combines light from each of the second light modulation elements to emit combined light, and displays an image by modulating light from the light source based on display image data,
The light separating means has an incident surface on which light from the first light modulation element is incident, and a plurality of exit surfaces from which the separated light is emitted.
The light synthesizing means has a plurality of incident surfaces corresponding to the respective emission surfaces of the light separating means, and an emission surface for emitting the combined light,
For each exit surface of the light separating means, the separated light emitted from the exit surface is transmitted to the corresponding incident surface of the light combining means, and the optical path length of the separated light is the same as the optical path length of the other separated light Alternatively, the light transmission means is provided so as to be substantially the same, and the second light modulation element is arranged on each optical path of the exit surface of the light separation means and the entrance surface of the light combining means corresponding to the exit surface. It is a feature.

このような構成であれば、光伝達手段によって、それぞれの光路長が他の光路長と同一又はほぼ同一となるように、前記光分離手段の各射出面から射出される各分離光を前記光合成手段の各入射面に入射することが可能であるため、第1光変調素子と第2光変調素子間の光路毎の長さをほぼ同じとすることが容易にできる。よって、第1光変調素子から第2光変調素子に到達する光の強度分布を光路間で揃えることができ、第1光変調素子に形成された表示画像を第2光変調素子に正確且つ効率よく伝達できる。   With such a configuration, each light beam emitted from each light exit surface of the light separating unit is combined with the light by the light transmission unit so that each optical path length is the same as or substantially the same as the other optical path lengths. Since the light can enter each incident surface of the means, the length of each optical path between the first light modulation element and the second light modulation element can be easily made substantially the same. Therefore, the intensity distribution of light reaching the second light modulation element from the first light modulation element can be made uniform between the optical paths, and the display image formed on the first light modulation element is accurately and efficiently applied to the second light modulation element. Can communicate well.

また、第1光変調素子および第2光変調素子を介して光源からの光を変調するので、高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができるという効果が得られる。   Further, since the light from the light source is modulated via the first light modulation element and the second light modulation element, an effect that a high luminance dynamic range and the number of gradations can be realized is obtained.

〔発明2〕 さらに、発明2の光学表示装置は、発明1の光学表示装置において、前記光分離手段の各射出面と前記各第2光変調素子との間に、少なくとも1つのリレーレンズを設けたことを特徴としている。
このような構成であれば、分離光の光路毎に、リレーレンズの特性や光路上での位置をそれぞれ調整することが可能であり、これら特性や位置をそれぞれ適切なものにすることにより分離光の伝達精度を向上できるという効果が得られる。
ここで、リレーレンズの特性とは、レンズの形状、材質、曲率、屈折率等である。
[Invention 2] The optical display device of Invention 2 is the optical display device of Invention 1, wherein at least one relay lens is provided between each exit surface of the light separating means and each second light modulation element. It is characterized by that.
With such a configuration, the characteristics of the relay lens and the position on the optical path can be adjusted for each optical path of the separated light, and the separated light can be adjusted by making these characteristics and positions appropriate. The transmission accuracy can be improved.
Here, the characteristics of the relay lens include the shape, material, curvature, refractive index, and the like of the lens.

〔発明3〕 さらに、発明3の光学表示装置は、発明1又は発明2の光学表示装置において、前記光分離手段の入射側に第1集光レンズを設けたことを特徴としている。
このような構成であれば、第1集光レンズによって、第1光変調素子からの射出光の各リレーレンズへの入射効率を向上することが可能である。
つまり、第1集光レンズは、入射した光を集光する機能を有したレンズである。
[Invention 3] The optical display device of Invention 3 is characterized in that in the optical display device of Invention 1 or Invention 2, a first condenser lens is provided on the incident side of the light separating means.
With such a configuration, it is possible to improve the incident efficiency of the light emitted from the first light modulation element to each relay lens by the first condenser lens.
That is, the first condenser lens is a lens having a function of collecting incident light.

〔発明4〕 さらに、発明4の光学表示装置は、発明1乃至発明3のいずれか1の光学表示装置において、前記各第2光変調素子の入射側に第2集光レンズを設けたことを特徴としている。
このような構成であれば、第2集光レンズによって前記リレーレンズからの光の光合成手段への入射角度分布を調整できるので、光合成手段における光合成の効率や精度を向上させることが可能である。
つまり、第2集光レンズは、入射した光の射出光の角度分布を調整する機能を有したレンズである。
[Invention 4] The optical display device of Invention 4 is the optical display device of any one of Inventions 1 to 3, wherein a second condenser lens is provided on the incident side of each of the second light modulation elements. It is a feature.
With such a configuration, the incident angle distribution of the light from the relay lens to the light combining unit can be adjusted by the second condenser lens, so that it is possible to improve the efficiency and accuracy of light combining in the light combining unit.
That is, the second condenser lens is a lens having a function of adjusting the angular distribution of the emitted light of the incident light.

〔発明5〕 さらに、発明4の光学表示装置は、発明1乃至発明4のいずれか1の光学表示装置において、前記光分離手段及び前記光合成手段のうち少なくとも一方は、略三角柱状の複数のプリズムを備えた多面体形状を成し、内部に特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が断面X字状に形成されたクロスダイクロイックプリズムにより構成されていることを特徴としている。   [Invention 5] The optical display device of Invention 4 is the optical display device of any one of Inventions 1 to 4, wherein at least one of the light separating means and the light synthesizing means is a plurality of prisms each having a substantially triangular prism shape. And a dichroic film that reflects or transmits light in a specific wavelength region is formed of a cross dichroic prism having an X-shaped cross section.

このような構成であれば、前記光分離手段の各射出面から射出される各分離光を、前記光合成手段の各入射面に、それぞれの光路長が他の光路長と同一又はほぼ同一となるように入射することが可能であるため、第1光変調素子と第2光変調素子間の光路毎の長さをほぼ同じとすることが容易にできる。よって、第1光変調素子から第2光変調素子に到達する光の強度分布を光路間で揃えることができ、第1光変調素子に形成された表示画像を第2光変調素子に正確且つ効率よく伝達できる。   With such a configuration, the respective light beams emitted from the respective light exit surfaces of the light separating means are respectively equal to or substantially the same as the other light path lengths on the respective light incident surfaces of the light combining means. Therefore, the length of each optical path between the first light modulation element and the second light modulation element can be easily made substantially the same. Therefore, the intensity distribution of light reaching the second light modulation element from the first light modulation element can be made uniform between the optical paths, and the display image formed on the first light modulation element is accurately and efficiently applied to the second light modulation element. Can communicate well.

〔発明6〕 さらに、発明5の光学表示装置は、発明1乃至発明4のいずれか1の光学表示装置において、前記光分離手段及び前記光合成手段のうち少なくとも一方は、特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が形成された2枚の平板を断面X字状に構成したクロスダイクロイックミラーにより構成されていることを特徴としている。
このような構成であれば、前記光分離手段及び前記光合成手段の少なくとも一方は、クロスダイクロイックプリズムに比して構造が簡単なクロスダイクロイックミラーにより構成されるので、前記光分離手段及び前記光合成手段の少なくとも一方を比較的安価に構成することができるという効果が得られる。
[Invention 6] The optical display device of Invention 5 is the optical display device of any one of Inventions 1 to 4, wherein at least one of the light separating means and the light synthesizing means emits light in a specific wavelength region. It is characterized in that it is constituted by a cross dichroic mirror in which two flat plates on which a dichroic film to be reflected or transmitted is formed have an X-shaped cross section.
With such a configuration, at least one of the light separating unit and the light combining unit is configured by a cross dichroic mirror having a simple structure as compared to a cross dichroic prism. Therefore, the light separating unit and the light combining unit The effect that at least one can be comprised comparatively cheaply is acquired.

〔発明7〕 さらに、発明7の光学表示装置は、発明1乃至発明6のいずれか1の光学表示装置において、前記光分離手段及び前記光合成手段は、両者が一体化された構成となっていることを特徴としている。
このような構成であれば、光分離手段と光合成手段を一つのクロスダイクロイックプリズム或いはクロスダイクロイックミラーで構成できるので、前記光分離手段及び前記光合成手段を比較的安価に構成することができるという効果が得られる。
[Invention 7] The optical display device according to Invention 7 is the optical display device according to any one of Inventions 1 to 6, wherein the light separating means and the light synthesizing means are integrated with each other. It is characterized by that.
With such a configuration, the light separating means and the light synthesizing means can be constituted by a single cross dichroic prism or cross dichroic mirror, so that the light separating means and the light synthesizing means can be constructed relatively inexpensively. can get.

〔発明8〕 さらに、発明8の光学表示装置は、発明1乃至発明6のいずれか1の光学表示装置において、前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設けたことを特徴としている。   [Invention 8] The optical display device of Invention 8 is characterized in that, in the optical display device of any one of Inventions 1 to 6, the light separating means and the light synthesizing means are provided separately.

このような構成であれば、前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設けたので、光の分離又は合成において、両者の特性をそれぞれ別々に最適化することができるという効果が得られる。
また、前記光分離手段及び前記光合成手段を隣接又は近接して設けることで、分離光伝達時の輝度低減を抑えることができるという効果が得られる。
With such a configuration, since the light separating unit and the light combining unit are provided separately, the effect of separately optimizing the characteristics of both can be obtained in the separation or combination of light.
Further, by providing the light separating unit and the light combining unit adjacent or close to each other, it is possible to obtain an effect that it is possible to suppress a reduction in luminance when transmitting separated light.

〔発明9〕 さらに、発明9の光学表示装置は、発明1乃至発明4のいずれか1の光学表示装置において、前記光分離手段及び前記光合成手段を、略三角柱状の複数のプリズムを備えた多面体形状を成し、内部に特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が断面X字状に形成されたクロスダイクロイックプリズムから構成すると共に、前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設け、
前記光分離手段の内部に存在する前記2つのダイクロイック膜によって形成される交線と、前記光合成手段の内部に存在する前記2つのダイクロイック膜によって形成される交線とが同一線上又は略同一線上に位置するように、前記光分離手段と前記光合成手段とを配置することを特徴としている。
[Invention 9] Further, the optical display device of Invention 9 is the optical display device according to any one of Inventions 1 to 4, wherein the light separating means and the light synthesizing means are each a polyhedron having a plurality of substantially triangular prisms. The dichroic film is formed of a cross dichroic prism having an X-shaped cross section that reflects or transmits light in a specific wavelength region, and the light separating means and the light combining means are provided separately. ,
The intersecting line formed by the two dichroic films existing inside the light separating means and the intersecting line formed by the two dichroic films existing inside the light synthesizing means are on the same line or substantially on the same line. The light separating means and the light synthesizing means are arranged so as to be positioned.

このような構成であれば、光分離手段及び光合成手段のそれぞれの内部にある2つのダイクロイック膜によって形成される交線が同一線上又は略同一線上に位置するように光分離手段及び光合成手段を配置するので、光分離手段及び光合成手段を近接又は隣接させることで、これらを一方が他方に積み重ねられた配置構成とすることができ、これにより、光分離手段及び光合成手段の設置面積を小さくできると共に、装置全体を小型化できるという効果が得られる。   With such a configuration, the light separating means and the light synthesizing means are arranged so that the intersecting lines formed by the two dichroic films inside the light separating means and the light synthesizing means are located on the same line or substantially on the same line. Therefore, by arranging the light separating means and the light synthesizing means close to each other or adjacent to each other, one of them can be arranged on the other, thereby reducing the installation area of the light separating means and the light synthesizing means. The effect that the whole apparatus can be reduced in size is acquired.

〔発明10〕 さらに、発明10の光学表示装置は、発明1乃至発明4のいずれか1の光学表示装置において、前記光分離手段及び前記光合成手段を、特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が形成された2枚の平板を断面X字状に構成したクロスダイクロイックミラーにより構成すると共に、前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設け、
前記光分離手段の前記ダイクロイックミラーによって形成される交線と、前記光合成手段の前記ダイクロイックミラーによって形成される交線とが同一線上又は略同一直線上に位置するように、前記光分離手段と前記光合成手段とを配置することを特徴としている。
[Invention 10] The optical display device of Invention 10 is the optical display device of any one of Inventions 1 to 4, wherein the light separating means and the light synthesizing means reflect or transmit light in a specific wavelength region. The two flat plates on which the dichroic film is formed are constituted by a cross dichroic mirror having an X-shaped cross section, and the light separating means and the light synthesizing means are provided separately,
The light separating means and the intersection are formed so that the intersecting line formed by the dichroic mirror of the light separating means and the intersecting line formed by the dichroic mirror of the light combining means are located on the same line or substantially the same straight line. It is characterized by arranging photosynthesis means.

このような構成であれば、光分離手段及び光合成手段をそれぞれの構成するダイクロイックミラーの形成する交線が同一線上又は略同一線上に位置するように光分離手段及び光合成手段を配置するので、光分離手段及び光合成手段を近接又は隣接させることで、これらを一方が他方に積み重ねられた構成とすることができ、これにより、光分離手段及び光合成手段の設置面積を小さくできると共に、装置全体を小型化できるという効果が得られる。   In such a configuration, the light separating means and the light combining means are arranged so that the intersecting lines formed by the dichroic mirrors constituting the light separating means and the light combining means are located on the same line or substantially on the same line. By making the separating means and the light synthesizing means close or adjacent to each other, one of them can be stacked on the other, thereby reducing the installation area of the light separating means and the light synthesizing means and reducing the size of the entire apparatus. The effect that it can be made is obtained.

〔発明11〕 さらに、発明11の光学表示装置は、発明2乃至発明10のいずれか1の光学表示装置において、前記リレーレンズは、前記分離光の光路毎にそれぞれ異なる特性のものを設けたことを特徴としている。
このような構成であれば、リレーレンズの特性を分離光毎にそれぞれ適切なものにすることにより各分離光の伝達精度を向上できるという効果が得られる。
ここで、リレーレンズの特性とは、レンズの形状、材質、曲率、屈折率等である。
[Invention 11] Further, in the optical display device of Invention 11, in the optical display device of any one of Inventions 2 to 10, the relay lens has a characteristic different for each optical path of the separated light. It is characterized by.
With such a configuration, it is possible to improve the transmission accuracy of each separated light by making the characteristics of the relay lens appropriate for each separated light.
Here, the characteristics of the relay lens include the shape, material, curvature, refractive index, and the like of the lens.

〔発明12〕 さらに、発明12の光学表示装置は、発明4乃至発明11のいずれか1の光学表示装置において、前記第2集光レンズは、前記分離光の光路毎にそれぞれ異なる特性のものを設けたことを特徴としている。
このような構成であれば、各分離光の性質に合わせて、各光の光合成手段への入射角度を都合の良いものに調整するのに適切な特性を有する第2集光レンズをそれぞれ設けることにより、各分離光の伝達精度を向上できるという効果が得られる。
ここで、第2集光レンズの特性とは、レンズの形状、材質、曲率、屈折率等である。
[Invention 12] Furthermore, the optical display device of Invention 12 is the optical display device of any one of Inventions 4 to 11, wherein the second condenser lens has different characteristics for each optical path of the separated light. It is characterized by providing.
In such a configuration, a second condenser lens having characteristics suitable for adjusting the incident angle of each light to the light synthesizing means according to the properties of each separated light is provided. As a result, it is possible to improve the transmission accuracy of each separated light.
Here, the characteristics of the second condenser lens include the shape, material, curvature, refractive index, and the like of the lens.

〔発明13〕 さらに、発明13の光学表示装置は、発明1乃至発明12のいずれか1の光学表示装置において、前記各分離光に対応する前記第1光変調素子と前記第2光変調素子との間の距離を、前記分離光の光路毎に異ならせたことを特徴としている。
このような構成であれば、前記第1光変調素子と前記第2光変調素子との間の距離を各分離光毎に調整することができるので、距離に依存する倍率色収差等の光学収差の補正を簡易に行うことができるという効果が得られる。
[Invention 13] Furthermore, the optical display device of Invention 13 is the optical display device of any one of Inventions 1 to 12, wherein the first light modulation element and the second light modulation element corresponding to each of the separated lights. The distance between the two is different for each optical path of the separated light.
With such a configuration, since the distance between the first light modulation element and the second light modulation element can be adjusted for each separated light, optical aberrations such as lateral chromatic aberration depending on the distance can be reduced. The effect that correction can be performed easily is obtained.

〔発明14〕 さらに、発明14の光学表示装置は、発明1乃至発明13のいずれか1の光学表示装置において、前記第1光変調素子以降の光路上に1つ以上の非球面レンズを設けたことを特徴としている。
このような構成であれば、非球面レンズにより各伝達光の焦点位置のズレを補正することができ、これにより光の結像精度を向上できるという効果が得られる。
ここで、非球面レンズとは、レンズ面の少なくとも一方が楕円面、双曲面、放物面などの二次曲線からなるレンズのことである。
[Invention 14] Furthermore, in the optical display device of Invention 14, in the optical display device of any one of Inventions 1 to 13, one or more aspherical lenses are provided on an optical path after the first light modulation element. It is characterized by that.
With such a configuration, it is possible to correct the shift of the focal position of each transmitted light by the aspheric lens, thereby obtaining the effect of improving the light imaging accuracy.
Here, the aspherical lens is a lens in which at least one of the lens surfaces is a quadratic curve such as an ellipsoid, a hyperboloid, and a paraboloid.

〔発明15〕 さらに、発明15の光学表示装置は、発明1乃至発明14のいずれか1の光学表示装置において、前記第1光変調素子以降の光路上に1つ以上のアクロマートレンズを設けたことを特徴としている。   [Invention 15] Further, in the optical display device of Invention 15, in the optical display device of any one of Inventions 1 to 14, one or more achromat lenses are provided on an optical path after the first light modulation element. It is characterized by.

このような構成であれば、アクロマートレンズにより各伝達光の焦点位置のズレを補正することができ、これにより光の結像精度を向上できるという効果が得られる。
ここで、アクロマートレンズとは、屈折率と色分散の異なる2枚のレンズ(凸レンズと凹レンズ)を貼り合わせて、例えば、2色(通常は赤と青)の焦点位置のずれを補正するものである。つまり、光には波長によって屈折率が異なる性質があるため、例えば一枚のレンズを透過した可視光は、波長の短い青い光は手前に、赤い光は奥に結像し(これを「軸上色収差」とよぶ)これによって像の色がにじんでしまう。つまり、このにじみを抑えるのにアクロマートレンズは好適である。 勿論、前記光分離手段以降の光路上に設けられるレンズは3枚以上のレンズからなる組レンズであっても、アクロマートレンズや非球面レンズと同様の効果を得られる。
With such a configuration, it is possible to correct the shift of the focal position of each transmitted light by the achromat lens, thereby obtaining the effect of improving the light imaging accuracy.
Here, the achromat lens is a lens that corrects a focal position shift of two colors (usually red and blue) by bonding two lenses (convex lens and concave lens) having different refractive indexes and chromatic dispersions together. is there. In other words, since light has a property that its refractive index varies depending on the wavelength, for example, visible light that has passed through a single lens forms an image of blue light with a short wavelength in the foreground and red light at the back This is called “upper chromatic aberration”). That is, an achromatic lens is suitable for suppressing this blur. Of course, even if the lens provided on the optical path after the light separating means is a combined lens composed of three or more lenses, the same effect as that of an achromatic lens or an aspherical lens can be obtained.

〔発明16〕 さらに、発明16の光学表示装置は、発明1乃至発明15のいずれか1の光学表示装置において、前記第1光変調素子は、前記第2光変調素子の表示解像度よりも高い表示解像度を有することを特徴としている。
このような構成であれば、第1光変調素子から第2光変調素子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ので、第1光変調素子から第2光変調素子までの間に必要な光学素子の低コスト化ができるという効果が得られる。また、複数ある第1光変調素子が第2光変調素子よりも低解像度であるので、第1光変調素子を第2光変調素子よりも小型化することができるので、その分のコスト低減ができるという効果も得られる。更に、本発明をプロジェクタ等の投射型表示装置に適用した場合に、第1光変調素子より第2光変調素子の方が表示解像度が低いのでその寸法を第1光変調素子より小さくすることができ、これに合わせて射出側レンズ、光合成手段、投射レンズ等を小型化できるので、コストの低減ができるという効果も得られる。
ここで、MTFとは、コントラスト伝達関数とも呼ばれ、空間周波数の増加に対する正弦波物体の像の変調を示したものである。
[Invention 16] Further, in the optical display device of Invention 16, in the optical display device of any one of Inventions 1 to 15, the first light modulation element displays higher than the display resolution of the second light modulation element. It is characterized by having a resolution.
With such a configuration, it is not necessary to set a high MTF (Modulation Transfer Function) in light transmission from the first light modulation element to the second light modulation element, so that the first light modulation element to the second light modulation element. In the meantime, it is possible to reduce the cost of necessary optical elements. In addition, since the plurality of first light modulation elements have a lower resolution than the second light modulation element, the first light modulation element can be made smaller than the second light modulation element. The effect that it is possible is also acquired. Furthermore, when the present invention is applied to a projection display device such as a projector, the second light modulation element has a lower display resolution than the first light modulation element, so that the size thereof can be made smaller than that of the first light modulation element. In accordance with this, it is possible to reduce the size of the exit side lens, the light synthesizing unit, the projection lens, and the like, so that an effect of reducing the cost can be obtained.
Here, the MTF is also called a contrast transfer function, and indicates the modulation of the image of a sinusoidal object with respect to an increase in spatial frequency.

〔発明17〕 さらに、発明17の光学表示装置は、発明1乃至発明15のいずれか1の光学表示装置において、前記第2光変調素子は、前記第1光変調素子の表示解像度よりも高いか或いは同じ表示解像度を有することを特徴としている。   [Invention 17] Further, in the optical display device of Invention 17, in the optical display device of any one of Inventions 1 to 15, is the second light modulation element higher than the display resolution of the first light modulation element? Alternatively, it has the same display resolution.

このような構成であれば、各光変調素子に対応する表示画像データの作成において、第1光変調素子よりも表示解像度の高い第2光変調素子の表示解像度に合わせて用意される表示画像データを、第1変調素子の表示解像度に合わせて1回だけ画像処理を行うだけで済むため、表示画像データの生成が容易となるという効果が得られる。つまり、第2光変調素子よりも第1光変調素子の方が表示解像度が高い場合は、複数ある第2光変調素子用に複数回の画像処理が必要となる。   With such a configuration, in the creation of display image data corresponding to each light modulation element, display image data prepared in accordance with the display resolution of the second light modulation element having a display resolution higher than that of the first light modulation element Since it is only necessary to perform image processing only once in accordance with the display resolution of the first modulation element, an effect of facilitating generation of display image data can be obtained. That is, when the display resolution of the first light modulation element is higher than that of the second light modulation element, a plurality of image processes are required for the plurality of second light modulation elements.

〔発明18〕 さらに、発明18の光学表示装置は、発明1乃至発明17のいずれか1の光学表示装置において、前記第1光変調素子における表示面(画像表示領域)の寸法を、前記第2光変調素子における表示面(画像表示領域)の寸法よりも大きくしたことを特徴としている。
このような構成であれば、例えば、第1光変調素子及び第2光変調素子に液晶ライトバルブを適用した場合に、液晶ライトバルブにおける複数の画素から構成される表示面の寸法の大小関係が、「第1光変調素子の表示面>第2光変調素子の表示面」となり、第1光変調素子よりも第2光変調素子を小型に構成することができる。例えば、RGBの3原色の色光の伝搬特性を制御するときに3つ必要となる第2光変調素子を小型化することが可能となるのでコスト低減ができ、第2光変調素子の小型化に合わせて光合成手段等の後段の光学素子も小型化できるので、更にその分のコストの低減ができるという効果が得られる。また、第1光変調素子及び第2光変調素子の上記した表示面の寸法関係による構成は、第1光変調素子及び第2光変調素子の解像度を、「第2光変調素子の解像度<第1光変調素子の解像度」の関係としたときに好適である。
[Invention 18] Furthermore, the optical display device of Invention 18 is the optical display device of any one of Inventions 1 to 17, wherein the size of the display surface (image display region) in the first light modulation element is set to the second value. It is characterized by being larger than the size of the display surface (image display area) in the light modulation element.
With such a configuration, for example, when a liquid crystal light valve is applied to the first light modulation element and the second light modulation element, the size relationship of the display surface composed of a plurality of pixels in the liquid crystal light valve is large. , “Display surface of first light modulation element> display surface of second light modulation element”, the second light modulation element can be made smaller than the first light modulation element. For example, since it is possible to reduce the size of the second light modulation elements that are required when controlling the propagation characteristics of the three primary colors of RGB, the cost can be reduced, and the size of the second light modulation element can be reduced. In addition, the downstream optical element such as the light combining means can be reduced in size, so that the cost can be further reduced. In addition, the configuration of the first light modulation element and the second light modulation element according to the above-described dimensional relationship of the display surface is obtained by setting the resolution of the first light modulation element and the second light modulation element as “resolution of second light modulation element <first This is suitable for the relationship of “resolution of one light modulation element”.

ここで、表示面(画像表示領域)とは、光変調素子として用いる素子によって異なり、液晶ライトバルブであれば、上記した表示面となり、DMD素子であれば、複数のマイクロミラーから構成される反射面となる。なお、上記表示面は、画素自体の寸法や数により全体の寸法が変わり、上記反射面はマイクロミラーの寸法や数により寸法が変わる。以下、発明19の光学表示装置において同じである。   Here, the display surface (image display region) differs depending on the element used as the light modulation element, and if it is a liquid crystal light valve, it becomes the display surface described above, and if it is a DMD element, it is a reflection composed of a plurality of micromirrors. It becomes a surface. Note that the overall size of the display surface varies depending on the size and number of pixels, and the size of the reflective surface varies depending on the size and number of micromirrors. Hereinafter, the same applies to the optical display device of the nineteenth aspect.

〔発明19〕 さらに、発明19の光学表示装置は、発明1乃至発明17のいずれか1の光学表示装置において、前記第2光変調素子における表示面の寸法を、前記第1光変調素子における表示面の寸法よりも大きいか或いは同じにしたことを特徴としている。
このような構成であれば、例えば、第1光変調素子及び第2光変調素子に液晶ライトバルブを適用した場合に、液晶ライトバルブにおける複数の画素から構成される表示面の寸法の大小関係が、「第2光変調素子の表示面>第1光変調素子の表示面」となり、第2光変調素子よりも第1光変調素子を小型に構成することができる。従って、第1光変調素子の小型化に合わせて光分離手段等の後段の光学素子も小型化できるのでコスト低減ができるという効果が得られる。また、第1光変調素子及び第2光変調素子の上記寸法関係は、「第1光変調素子の解像度<第2光変調素子の解像度」の関係のときに好適である。
[Invention 19] Furthermore, the optical display device of Invention 19 is the optical display device of any one of Inventions 1 to 17, wherein the display surface dimensions of the second light modulation element are the same as those of the first light modulation element. It is characterized by being larger or the same as the dimensions of the surface.
With such a configuration, for example, when a liquid crystal light valve is applied to the first light modulation element and the second light modulation element, the size relationship of the display surface composed of a plurality of pixels in the liquid crystal light valve is large. “Display surface of second light modulation element> Display surface of first light modulation element”, the first light modulation element can be made smaller than the second light modulation element. Accordingly, the downstream optical element such as the light separating means can be miniaturized in accordance with the miniaturization of the first light modulation element, so that the effect of reducing the cost can be obtained. In addition, the dimensional relationship between the first light modulation element and the second light modulation element is suitable when “the resolution of the first light modulation element <the resolution of the second light modulation element”.

〔発明20〕 一方、上記目的を達成するために発明20の投射型表示装置は、発明1乃至発明19のいずれか1に記載の光学表示装置と、当該光学表示装置からの出力光を投射する投射手段と、を備えることを特徴としている。
このような構成であれば、上記発明1乃至発明19のいずれか1に記載の光学表示装置により結像された高精度な光学像をスクリーン等に投射して画像を表示することができるという効果が得られる。
[Invention 20] On the other hand, in order to achieve the above object, a projection display apparatus according to Invention 20 projects the optical display apparatus according to any one of Inventions 1 to 19 and output light from the optical display apparatus. And a projecting means.
With such a configuration, it is possible to display an image by projecting a high-precision optical image formed by the optical display device according to any one of Inventions 1 to 19 onto a screen or the like. Is obtained.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1〜図16は、本発明に係る光学表示装置及び投射型表示装置の実施の形態を示す図である。
まず、本発明に係る投射型表示装置1の構成を図1〜図3に基づき説明する。図1は、本発明に係る投射型表示装置1の主たる光学系構成を示す図であり、図2はクロスダイクロイックプリズムの構成を示す図であり、図3は、光学像を等倍で伝達するリレー光学系の一例を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 16 are diagrams showing an embodiment of an optical display device and a projection display device according to the present invention.
First, the configuration of the projection display device 1 according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a main optical system configuration of a projection type display apparatus 1 according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a cross dichroic prism, and FIG. 3 transmits an optical image at an equal magnification. It is a figure which shows an example of a relay optical system.

投射型表示装置1は、図1に示すように、光源10と、光源10からの白色光を変調する液晶ライトバルブ30と、液晶ライトバルブ30からの変調光をRGBの3原色の光に分光する分光用クロスダイクロイックプリズム70と、分光用クロスダイクロイックプリズム70からのRGB3原色の光を各色毎に変調する液晶ライトバルブ60B,60G,60Rと、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rから入射されたRGB3原色の光を合成する光合成用クロスダイクロイックプリズム80と、光合成用クロスダイクロイックプリズム80から射出される合成光を投射する投射レンズ110と、を含んだ構成となっている。   As shown in FIG. 1, the projection display device 1 includes a light source 10, a liquid crystal light valve 30 that modulates white light from the light source 10, and spectrally modulates the modulated light from the liquid crystal light valve 30 into light of three primary colors of RGB. The spectral cross dichroic prism 70, the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R that modulate the RGB primary color light from the spectral cross dichroic prism 70 for each color, and the RGB 3 that is incident from the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R. The configuration includes a photosynthesis cross dichroic prism 80 that synthesizes primary color light, and a projection lens 110 that projects synthesized light emitted from the photosynthesis cross dichroic prism 80.

光源10は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等から成る光源ランプと、光源からの光を集光するリフレクタと、から構成されたものである。
液晶ライトバルブ30は、透過率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列した構成を有したもので、表示画像データに基づき光源10からの全波長領域に及ぶ光の強度を変調し、光学像を内包した変調光を入射側レンズ50に射出するものである。
The light source 10 is composed of a light source lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp or a xenon lamp, and a reflector that collects light from the light source.
The liquid crystal light valve 30 has a configuration in which a plurality of pixels whose transmittance can be controlled independently are arranged in a matrix, and modulates the intensity of light from the light source 10 over the entire wavelength region based on display image data. The modulated light containing the optical image is emitted to the incident side lens 50.

分光用クロスダイクロイックプリズム70は、光合成用クロスダイクロイックプリズム80の下に近接して配置(両者が図のY軸方向に縦積み)されており、図2に示すように、三角柱形状の4つのプリズムを接合して成る6面体形状を有しており、内部に青光反射ダイクロイック膜71と赤光反射ダイクロイック膜72がX字状に配置されている。すなわち、液晶ライトバルブ60B側に青色光を反射するための青光反射ダイクロイック膜71がプリズムの接合面に形成され、液晶ライトバルブ60R側に赤色光を反射するための赤光反射ダイクロイック膜72がプリズムの接合面に形成されている。これにより、液晶ライトバルブ30からの変調された白色光を光の3原色であるRGBの3つの色光に分光し、それぞれの色光を上記6面のうちの各色光に対応する面から射出する。この分光用クロスダイクロイックプリズム70には波長域の広い白色光を入射させるため、屈折率の波長依存性が小さい光学材料(例えば、ゼロ分散あるいは低分散ガラス等)からなるプリズムを用いることが望ましい。これにより、液晶ライトバルブ30から射出された光が分光用クロスダイクロイックプリズム70を経て至る各光路において発生し易い光学収差を低減することができる。ここで、上記した6面のうち、液晶ライトバルブ30からの白色光を入射する面を入射面70aとし、分光した後の、青色光を射出する面を第1射出面70b、緑色光を射出する面を第2射出面70c及び赤色光を射出する面を第3射出面70dとする。   The spectroscopic cross dichroic prism 70 is disposed close to and below the photosynthesis cross dichroic prism 80 (both are vertically stacked in the Y-axis direction of the drawing). As shown in FIG. The blue light reflecting dichroic film 71 and the red light reflecting dichroic film 72 are arranged in an X shape inside. That is, a blue light reflecting dichroic film 71 for reflecting blue light on the liquid crystal light valve 60B side is formed on the joint surface of the prism, and a red light reflecting dichroic film 72 for reflecting red light on the liquid crystal light valve 60R side. It is formed on the joint surface of the prism. Thereby, the modulated white light from the liquid crystal light valve 30 is split into three color lights of RGB which are the three primary colors of light, and each color light is emitted from the surface corresponding to each color light among the six surfaces. In order to allow white light having a wide wavelength range to enter the spectral cross dichroic prism 70, it is desirable to use a prism made of an optical material having a small refractive index wavelength dependency (for example, zero dispersion or low dispersion glass). As a result, it is possible to reduce optical aberration that is likely to occur in each optical path where the light emitted from the liquid crystal light valve 30 passes through the spectral cross dichroic prism 70. Here, of the six surfaces described above, the surface on which the white light from the liquid crystal light valve 30 is incident is defined as the incident surface 70a, and after the spectrum, the surface that emits the blue light is the first emitting surface 70b, and the green light is emitted. A surface to be emitted is a second emission surface 70c and a surface from which red light is emitted is a third emission surface 70d.

液晶ライトバルブ60B,60G,60Rは、透過率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列した構成を有したもので、液晶ライトバルブ60Bは、後述する光合成用クロスダイクロイックプリズム80の第1入射面80bに対面且つ近接して配置され、液晶ライトバルブ60Gは、後述する光合成用クロスダイクロイックプリズム80の第2入射面80cに対面且つ近接して配置され、液晶ライトバルブ60Rは、後述する光合成用クロスダイクロイックプリズム80の第3入射面80dに対面且つ近接して配置されている。そして、液晶ライトバルブ60Bにおいては表示画像データに基づき青色光を変調し光学像を内包した変調光を射出し、同様に、液晶ライトバルブ60Gにおいて緑色光を変調し、液晶ライトバルブ60Rにおいて赤色光を変調する。なお、光合成用クロスダイクロイックプリズム80の中心と3ヶ所の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rとのそれぞれの距離が略等しくなるように、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rは配置される。   The liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R have a configuration in which a plurality of pixels whose transmittance can be controlled independently are arranged in a matrix, and the liquid crystal light valve 60B is the first of the photosynthesis cross dichroic prism 80 described later. The liquid crystal light valve 60G is disposed facing and close to the first incident surface 80b, and the liquid crystal light valve 60G is disposed facing and close to the second incident surface 80c of the photosynthesis cross dichroic prism 80 described later. The photosynthesis cross dichroic prism 80 is disposed so as to face and be close to the third incident surface 80d. The liquid crystal light valve 60B modulates blue light based on display image data and emits modulated light including an optical image. Similarly, the liquid crystal light valve 60G modulates green light, and the liquid crystal light valve 60R emits red light. Modulate. The liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are arranged so that the distances between the center of the photosynthesis cross dichroic prism 80 and the three liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are substantially equal.

光合成用クロスダイクロイックプリズム80は、分光用クロスダイクロイックプリズム70と同一の構造を有する光学素子であり、合成光の射出面を射出面80aとし、青色光を入射する面を第1入射面80b、緑色光を入射する面を第2入射面80c及び赤色光を入射する面を第3入射面80dとすると、第1入射面80b及び第3入射面80dよりそれぞれ入射した青色光及び赤色光を各々対応するダイクロイック膜で射出面80a側に反射し、一方、第2入射面80cより入射した緑色光を射出面80aにそのまま透過することにより、RGBの3原色の光を合成してカラーの合成光として射出面80aから射出する。この光合成用クロスダイクロイックプリズム80においても、屈折率の波長依存性が小さい光学材料(例えば、ゼロ分散あるいは低分散ガラス等)からなるプリズムを用いることが望ましい。これにより、3ヶ所の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rから射出された光が光合成用クロスダイクロイックプリズム80を経て投射レンズ110に至る各光路において発生し易い光学収差を低減することができる。   The photosynthesis cross dichroic prism 80 is an optical element having the same structure as that of the spectroscopic cross dichroic prism 70. The emission surface of the synthesized light is an emission surface 80a, the surface on which blue light is incident is a first incidence surface 80b, and green. If the light incident surface is the second incident surface 80c and the red light incident surface is the third incident surface 80d, the blue light and the red light incident from the first incident surface 80b and the third incident surface 80d respectively correspond to each other. The dichroic film is reflected to the exit surface 80a side, while the green light incident from the second entrance surface 80c is transmitted as it is to the exit surface 80a, thereby synthesizing the three primary colors of RGB as the combined light of the color. It injects from the injection surface 80a. Also in this photosynthesis cross dichroic prism 80, it is desirable to use a prism made of an optical material (for example, zero-dispersion or low-dispersion glass) whose refractive index has a small wavelength dependency. As a result, it is possible to reduce optical aberrations that are likely to occur in each optical path where light emitted from the three liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R passes through the photosynthesis cross dichroic prism 80 and reaches the projection lens 110.

ここで、分光用クロスダイクロイックプリズム70と光合成用クロスダイクロイックプリズム80とは、各々の内部に存在する2つのダイクロイック膜による交線が略同一線上に位置し、且つ、分光用クロスダイクロイックプリズム70の入射面70aと光合成用クロスダイクロイックプリズム80の射出面80aとが略同一平面上に位置するように、換言すればY軸方向に積み上げられたような位置関係で配置される。この配置関係により、入射面70aと射出面80a、第1射出面70bと第1入射面80b、第2射出面70cと第2入射面80c、第3射出面70dと第3入射面80dは、各々対となってY軸方向に近接して位置することになり、分光用クロスダイクロイックプリズム70から光合成用クロスダイクロイックプリズム80に至る3つの色光の光路をほぼ同じ長さに設定することができる。   Here, the spectroscopic cross dichroic prism 70 and the photosynthesis cross dichroic prism 80 are arranged such that the intersecting line by the two dichroic films existing in each of them is located substantially on the same line, and the spectroscopic cross dichroic prism 70 is incident. The surface 70a and the exit surface 80a of the photosynthesis cross dichroic prism 80 are arranged so as to be positioned on substantially the same plane, in other words, in a positional relationship such that they are stacked in the Y-axis direction. Due to this arrangement relationship, the incident surface 70a and the exit surface 80a, the first exit surface 70b and the first entrance surface 80b, the second exit surface 70c and the second entrance surface 80c, the third exit surface 70d and the third entrance surface 80d are: Each pair is positioned close to the Y-axis direction, and the optical paths of the three color lights from the spectroscopic cross dichroic prism 70 to the light combining cross dichroic prism 80 can be set to substantially the same length.

液晶ライトバルブ30の後段には、分光用クロスダイクロイックプリズム70の入射面70aに対面して入射側レンズ50が設けられており、液晶ライトバルブ30において変調された光は、入射側レンズ50を介して分光用クロスダイクロイックプリズム70の入射面70aに入射される。ここで、入射側レンズ50は、液晶ライトバルブ30からの光を後述する3ヶ所のリレーレンズ370B,370G,370Rに効率よく入射させるためのもので、液晶ライトバルブ30からの変調光を集光し分光用クロスダイクロイックプリズム70を経て3ヶ所のリレーレンズ370B,370G,370Rに入射させる。   An incident side lens 50 is provided downstream of the liquid crystal light valve 30 so as to face the incident surface 70 a of the spectroscopic cross dichroic prism 70, and light modulated by the liquid crystal light valve 30 passes through the incident side lens 50. The light is incident on the incident surface 70a of the spectroscopic cross dichroic prism 70. Here, the incident side lens 50 is for efficiently making the light from the liquid crystal light valve 30 incident on three relay lenses 370B, 370G, and 370R, which will be described later, and condensing the modulated light from the liquid crystal light valve 30. Then, the light is incident on three relay lenses 370B, 370G, and 370R through the cross dichroic prism for spectroscopy 70.

分光用クロスダイクロイックプリズム70における、第1射出面70bの向かい側には反射ミラー380Bが、第2射出面70cの向かい側には反射ミラー380Gが、第3射出面70dの向かい側には反射ミラー380Bが各々配置され、各々対応する第1〜第3射出面70b〜70dからの各色光を図1のY軸方向に折り曲げるように第1〜第3射出面70b〜70dの対応する面に対して所定の角度をもって配置されている。   In the spectroscopic cross dichroic prism 70, a reflection mirror 380B is opposite to the first emission surface 70b, a reflection mirror 380G is opposite to the second emission surface 70c, and a reflection mirror 380B is opposite to the third emission surface 70d. 1 is arranged in a predetermined manner with respect to the corresponding surfaces of the first to third emission surfaces 70b to 70d so as to bend each color light from the corresponding first to third emission surfaces 70b to 70d in the Y-axis direction of FIG. Arranged at an angle.

光合成用クロスダイクロイックプリズム80における、第1入射面80bの向かい側には反射ミラー385Bが、第2入射面80cの向かい側には反射ミラー385Gが、第3入射面80dの向かい側には反射ミラー385Rが各々配置され、各々対応する反射ミラー380B,380G,380Rからの各色光を光合成用クロスダイクロイックプリズム80の中心方向に折り曲げるように第1〜第3入射面80b〜80dの対応する面に対して所定の角度をもって配置されている。   In the photosynthesis cross dichroic prism 80, a reflection mirror 385B is opposite to the first incidence surface 80b, a reflection mirror 385G is opposite to the second incidence surface 80c, and a reflection mirror 385R is opposite to the third incidence surface 80d. The respective color lights from the corresponding reflecting mirrors 380B, 380G, and 380R are arranged in a predetermined manner with respect to the corresponding surfaces of the first to third incident surfaces 80b to 80d so as to bend in the center direction of the photosynthesis cross dichroic prism 80. Arranged at an angle.

反射ミラー380Bと反射ミラー385Bとの間の青色光の光路上にはリレーレンズ370Bが、反射ミラー380Gと反射ミラー385Gとの間の緑色光の光路上にはリレーレンズ370Gが、反射ミラー380Rと反射ミラー385Rとの間の赤色光の光路上にはリレーレンズ370Rが各々配置されている。これらのリレーレンズ370B,370G,370Rは液晶ライトバルブ30の表示面上に形成された光学像(光強度分布)を3ヶ所の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rの表示面上にその強度分布をほぼ保存した状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく正確に伝達する機能を有し、液晶ライトバルブ30からの光を入射側レンズ50や分光用クロスダイクロイックプリズム70及び後述する射出側レンズ375B,375G,375Rなどを経て液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに導き入れる。   The relay lens 370B is on the blue light path between the reflection mirror 380B and the reflection mirror 385B, the relay lens 370G is on the green light path between the reflection mirror 380G and the reflection mirror 385G, and the reflection mirror 380R. A relay lens 370R is disposed on the optical path of red light between the reflecting mirror 385R. These relay lenses 370B, 370G, and 370R show the optical image (light intensity distribution) formed on the display surface of the liquid crystal light valve 30 and the intensity distribution on the display surfaces of the three liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R. It has a function of accurately transmitting it in a substantially preserved state with almost no light loss, and transmits light from the liquid crystal light valve 30 to the incident side lens 50, the spectral cross dichroic prism 70, and an emission side lens 375B described later. The liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are led through 375G and 375R.

液晶ライトバルブ60Bの入射側には射出側レンズ375Bが、液晶ライトバルブ60Gの入射側には射出側レンズ375Gが、液晶ライトバルブ60Rの入射側には射出側レンズ375Rが各々配置され、対応する3ヶ所のリレーレンズ370B,370G,370Rからの各色光を反射ミラー385B,385G,385Rを経て対応する各液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに入射させる。ここで、3ヶ所の射出側レンズ375B,375G,375Rは、表示特性が光の入射角依存性を有する液晶ライトバルブ60B,60G,60Rや光合成用クロスダイクロイックプリズム80に対して、入射光の角度分布の広がりを抑える機能を有し、対応する3ヶ所のリレーレンズ370B,370G,370Rからの各色光を略平行化して、対応する3ヶ所の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに入射させる。射出側レンズ375B,375G,375Rの後段に配置される光学素子がその表示特性に光の入射角依存性を有する場合には、それらの光学素子に対して入射する光の角度分布の広がりを抑えて、表示性能や光利用効率を向上させる目的で射出側レンズ375B,375G,375Rは配置される。したがって、射出側レンズ375B,375G,375R以降の光学素子によっては、射出側レンズ375B,375G,375Rを省いても良い。   An exit side lens 375B is disposed on the entrance side of the liquid crystal light valve 60B, an exit side lens 375G is disposed on the entrance side of the liquid crystal light valve 60G, and an exit side lens 375R is disposed on the entrance side of the liquid crystal light valve 60R. Each color light from the three relay lenses 370B, 370G, and 370R is incident on the corresponding liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R via the reflection mirrors 385B, 385G, and 385R. Here, the three exit-side lenses 375B, 375G, and 375R have angles of incident light with respect to the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R whose display characteristics are dependent on the incident angle of light and the photosynthesis cross dichroic prism 80. It has a function of suppressing the spread of the distribution, and each color light from the corresponding three relay lenses 370B, 370G, 370R is made substantially parallel and incident on the corresponding three liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R. When the optical elements arranged in the subsequent stage of the exit side lenses 375B, 375G, and 375R have the incident angle dependence of the display characteristics, the spread of the angular distribution of the light incident on these optical elements is suppressed. Thus, the exit side lenses 375B, 375G, and 375R are disposed for the purpose of improving display performance and light utilization efficiency. Therefore, the exit side lenses 375B, 375G, and 375R may be omitted depending on the optical elements after the exit side lenses 375B, 375G, and 375R.

ところで、分光用クロスダイクロイックプリズム70における分光後の青色光のダイクロイック膜から、第1射出面70b、反射ミラー380B、リレーレンズ370B、反射ミラー385B、射出側レンズ375B及び第1入射面80bを介して光合成用クロスダイクロイックプリズム80のダイクロイック膜に到達するまでの光路長をL1、同様に、緑色光及び赤色光の分光用クロスダイクロイックプリズム70から光合成用クロスダイクロイックプリズム80に至る光路長を各々L2、L3とする。本実施の形態においては、上記L1〜L3がL1=L2=L3(等距離)となるように、反射ミラー380B,380G,380R,385B,385G,385Rをそれぞれ配置している。つまり、各ダイクロイック膜から各射出面及び各入射面までの光路長が等しい場合は、反射ミラー380B,380G,380Rを、それぞれ、第1射出面70b,第2射出面70c,第3射出面70dに対して等距離に配置し、反射ミラー385B,385G,385Rを、それぞれ、第1入射面80b,第2入射面80c,第3入射面80dに対して等距離に配置している。この様な配置形態により、液晶ライトバルブ30と3ヶ所の液晶ライトバルブ60B,60G,60R間の距離をほぼ等しく設定することが容易にできる。これにより、色光間で光路による違いを生じることなく、リレーレンズ370B,370G,370Rによって液晶ライトバルブ30の表示面上に形成された光学像(光強度分布)を3ヶ所の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rの表示面上に正確且つ高い効率で伝達することができる。また、3ヶ所の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに形成された3つの光学像を一つの光学像に正確に合成することができる。   By the way, from the dichroic film of the blue light after the spectrum in the spectral cross dichroic prism 70, the first exit surface 70b, the reflection mirror 380B, the relay lens 370B, the reflection mirror 385B, the exit side lens 375B, and the first entrance surface 80b. The optical path length until reaching the dichroic film of the photosynthesis cross dichroic prism 80 is L1, and similarly, the optical path lengths from the green light and red light spectral cross dichroic prism 70 to the photosynthesis cross dichroic prism 80 are L2 and L3, respectively. And In the present embodiment, the reflection mirrors 380B, 380G, 380R, 385B, 385G, and 385R are respectively arranged so that L1 to L3 are L1 = L2 = L3 (equal distance). That is, when the optical path length from each dichroic film to each exit surface and each entrance surface is equal, the reflection mirrors 380B, 380G, and 380R are respectively connected to the first exit surface 70b, the second exit surface 70c, and the third exit surface 70d. The reflection mirrors 385B, 385G, and 385R are disposed at equal distances from the first incident surface 80b, the second incident surface 80c, and the third incident surface 80d, respectively. With such an arrangement, the distances between the liquid crystal light valve 30 and the three liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R can be easily set to be approximately equal. Thus, the optical images (light intensity distribution) formed on the display surface of the liquid crystal light valve 30 by the relay lenses 370B, 370G, and 370R can be converted into the three liquid crystal light valves 60B, It is possible to transmit accurately and with high efficiency on the display surfaces of 60G and 60R. In addition, the three optical images formed on the three liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R can be accurately combined into one optical image.

ここで、液晶ライトバルブ30,60B,60G,60Rは、画素電極およ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、外面の両側に偏光板を配置したアクティブマトリックス型の液晶表示素子である。制御値(印加電圧)に応じて透過率を変え、液晶ライトバルブを通過する光の強度を変調することができる。例えば、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)状態となり、与えられた制御値(印加電圧)に応じてその間の階調がアナログ的に制御される。   Here, in the liquid crystal light valves 30, 60B, 60G, 60R, a common electrode is formed over the entire surface of the glass substrate on which pixel electrodes and switching elements such as thin film transistor elements and thin film diodes for driving the pixel electrodes are formed in a matrix. This is an active matrix type liquid crystal display element in which a TN liquid crystal is sandwiched between the glass substrate and a polarizing plate is disposed on both sides of the outer surface. The transmittance can be changed in accordance with the control value (applied voltage), and the intensity of light passing through the liquid crystal light valve can be modulated. For example, white / bright (transmission) state when no voltage is applied, and black / dark (non-transmission) state when voltage is applied, and gradation between them is controlled in an analog manner according to a given control value (applied voltage). Is done.

液晶ライトバルブ30と液晶ライトバルブ60B,60G,60Rは何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、前者の液晶ライトバルブ30は全波長域の光(白色光)を変調するのに対して、後者の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rは光分離手段である分光用クロスダイクロイックプリズム70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、以下では液晶ライトバルブ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30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場合がある。また、同様の観点から、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30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、本実施の形態では、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(投射型表示装置1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。   The liquid crystal light valve 30 and the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are all the same in that the intensity of the transmitted light is modulated and an optical image corresponding to the degree of the modulation is included. While the light in the wavelength range (white light) is modulated, the latter liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are light (R, R) in the specific wavelength region that is spectrally separated by the spectroscopic cross dichroic prism 70 that is a light separating means. Both are different in that the color light (G, B, etc.) is modulated. Therefore, hereinafter, the light intensity modulation performed by the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R may be referred to as color modulation, and the light intensity modulation performed by the liquid crystal light valve 30 may be referred to as luminance modulation for convenience. From the same viewpoint, the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R may be referred to as color modulation light valves, and the liquid crystal light valve 30 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 this embodiment, the color modulation light valve has a higher resolution than the luminance modulation light valve, and therefore the color modulation light valve has a display resolution (when the observer views the display image of the projection display device 1). Is the resolution perceived by the observer). 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.

次に、投射型表示装置1の全体的な光伝達の流れを説明する。まず、光源10からの白色光が液晶ライトバルブ30(輝度変調ライトバルブ)によって変調され、表示画像データに基づいた光学像を内包した白色光が入射側レンズ50を介して分光用クロスダイクロイックプリズム70の入射面70aに入射される。そして、分光用クロスダイクロイックプリズム70において、入射面70aに入射した白色光を、赤色(R)、緑色(G)および青色(B)の3原色光に分光するとともに、これら分光した青色光、緑色光及び赤色光を、それぞれ第2〜第4射出面70b〜70dから射出する。第2〜第4射出面70b〜70dから射出された青色光、緑色光及び赤色光は、それぞれ対応する反射ミラー380B,380G,380R、リレーレンズ370B,370G,370R、反射ミラー385B、385G,385R、射出側レンズ375B,375G,375Rを介して液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに入射される。   Next, the overall light transmission flow of the projection display device 1 will be described. First, white light from the light source 10 is modulated by the liquid crystal light valve 30 (brightness modulation light valve), and the white light containing an optical image based on the display image data is passed through the incident side lens 50 to the spectral cross dichroic prism 70. Is incident on the incident surface 70a. In the spectroscopic cross dichroic prism 70, the white light incident on the incident surface 70a is split into three primary color lights of red (R), green (G), and blue (B), and the split blue light, green Light and red light are emitted from the second to fourth emission surfaces 70b to 70d, respectively. The blue light, the green light, and the red light emitted from the second to fourth emission surfaces 70b to 70d are respectively corresponding reflection mirrors 380B, 380G, and 380R, relay lenses 370B, 370G, and 370R, reflection mirrors 385B, 385G, and 385R. The light is incident on the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R through the exit side lenses 375B, 375G, and 375R.

液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに入射した青色光、緑色光及び赤色光は、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、最終的な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からの各色光は光合成用ダイクロイックプリズム80の対応する第1〜第3入射面80b〜80dに入射して一つの光に合成され、投射レンズ110によって図示しないスクリーン上に投射される。これにより、スクリーン上に所望のカラー画像が表示される。
投射型表示装置1では、第1光変調素子である液晶ライトバルブ30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光変調素子である液晶ライトバルブ60B,60G,60Rで形成する形態を採用しており、この2段階の画像形成過程によって階調表現性(高い輝度ダイナミックレンジ性)に優れた表示画像の形成を実現している。したがって、液晶ライトバルブ30で形成した光学像(画像)を液晶ライトバルブ60B,60G,60R上に正確且つ高い効率で伝達する必要がある。そのためには、入射側レンズ50、リレーレンズ370B,370G,370R及び射出側レンズ375B,375G,375Rを含んで構成される光伝達系に、アクロマートレンズや非球面レンズを追加したり、或いは、入射側レンズ50、リレーレンズ370B,370G,370R及び射出側レンズ375B,375G,375Rとして、アクロマートレンズや非球面レンズを適用することが効果的である。さらには、リレーレンズ370B,370G,370Rや射出側レンズ375B,375G,375Rの材質、屈折率やレンズ曲率などの光学特性などを光路毎に最適化しても良い。さらに、入射側レンズ、リレーレンズ及び射出側レンズの数は各光路毎に1つと限らず複数枚を設けても良いし、各光路毎に枚数を変えても良い。この様な構成を採用することにより、光学像(画像)伝達過程における焦点位置のズレ等による光学収差の発生を抑制でき、正確且つ高い効率での光学像(光強度分布)伝達を実現することができる。
Blue light, green light, and red light incident on the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are color-modulated based on external data corresponding to the respective wavelength regions, and emitted as modulated light including a final optical image. The Each color light from the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R is incident on the corresponding first to third incident surfaces 80b to 80d of the light combining dichroic prism 80 and is combined into one light, and is projected on a screen (not shown) by the projection lens 110. Projected on. Thereby, a desired color image is displayed on the screen.
In the projection type display device 1, the liquid crystal light valve 60B, which is the second light modulation element, is displayed on the final display image by using the modulated light formed with the optical image (image) by the liquid crystal light valve 30, which is the first light modulation element. , 60G, 60R, and a two-stage image forming process realizes display image excellent in gradation expression (high luminance dynamic range). Therefore, it is necessary to transmit the optical image (image) formed by the liquid crystal light valve 30 to the liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R accurately and with high efficiency. For this purpose, an achromatic lens or an aspherical lens is added to the light transmission system including the incident side lens 50, the relay lenses 370B, 370G, and 370R and the emission side lenses 375B, 375G, and 375R, It is effective to apply an achromatic lens or an aspherical lens as the side lens 50, the relay lenses 370B, 370G, and 370R and the exit side lenses 375B, 375G, and 375R. Furthermore, the material of the relay lenses 370B, 370G, and 370R and the exit side lenses 375B, 375G, and 375R, the optical characteristics such as the refractive index and the lens curvature, and the like may be optimized for each optical path. Furthermore, the number of incident side lenses, relay lenses, and emission side lenses is not limited to one for each optical path, and a plurality of lenses may be provided, or the number may be changed for each optical path. By adopting such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of optical aberrations due to focal position shifts in the optical image (image) transmission process, and to realize accurate and highly efficient optical image (light intensity distribution) transmission. Can do.

なお、液晶ライトバルブ30及び液晶ライトバルブ60B,60G,60Rの解像度及び寸法を互いに同一とした場合には、入射側レンズ50、リレーレンズ370B,370G,370R及び射出側レンズ375B,375G,375Rによって構成されるリレー光学系を、等倍のリレー光学系にすることが可能である。等倍のリレー光学系とした場合には、図3に示すように(ここでは、液晶ライトバルブ60Gを含む光路のみを対象に、理解を容易にするために、2つの反射ミラー380G,385Gを省略し、また光路を直線的に描いてある)、例えば、液晶ライトバルブ30上に形成された光学像55Wは、反転しつつも大きさを変えずに等倍倒立像55Gとして液晶ライトバルブ60G上に正確に結像(伝達)される。図3は、緑色光の場合を例に示しているが、他の青色光や赤色光の場合も同様に等倍倒立像として対応する液晶ライトバルブ60B,60R上に結像される。   When the resolution and dimensions of the liquid crystal light valve 30 and the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are the same, the incident side lens 50, the relay lenses 370B, 370G, and 370R and the emission side lenses 375B, 375G, and 375R are used. It is possible to make the configured relay optical system an equal-magnification relay optical system. In the case of a relay optical system of the same magnification, as shown in FIG. 3 (here, in order to facilitate understanding only for the optical path including the liquid crystal light valve 60G, two reflecting mirrors 380G and 385G are provided. For example, the optical image 55W formed on the liquid crystal light valve 30 is inverted and the same size inverted image 55G without changing the size while being inverted. The image is accurately formed (transmitted) on the top. FIG. 3 shows the case of green light as an example, but other blue light and red light are similarly formed on the corresponding liquid crystal light valves 60B and 60R as the same magnification inverted image.

次に、表示制御装置200の構成を図4〜図8に基づき詳細に説明する。
図4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4に示すように、制御プログラムに基づいて演算およ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。
Next, the configuration of the display control apparatus 200 will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the display control apparatus 200.
As shown in FIG. 4, the display control device 200 reads out from the CPU 170 that controls the operation 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(液晶ライトバルブ30)および色変調ライトバルブ(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。
記憶装置182は、輝度変調ライトバルブおよ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 I / F 178 includes, as external devices, a light valve driving device 180 that drives a luminance modulation light valve (liquid crystal light valve 30) and a color modulation light valve (liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R), data, tables, and the like. A storage device 182 stored as a file and a signal line for connecting to an external network 199 are connected.
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。本実施の形態では、HDR表示データとして、1つの画素についてRGB3原色ごとに放射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 pixel values indicating radiance levels for each of the three primary colors of RGB are stored as floating point values for one pixel. For example, the value (1.2, 5.4, 2.3) is stored as the pixel value 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1「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。
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。
For details of the method of generating the HDR display data, for example, publicly known document 1 “PEDebevec, J. Malik,“ Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs ”, Proceedings of ACM SIGGRAPH97, pp.367-378 (1997)”. It is published in.
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5は、制御値登録テーブル400のデータ構造を示す図である。
制御値登録テーブル400には、図5に示すように、輝度変調ライトバルブの制御値毎に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。
FIG. 5 is a diagram illustrating a data structure of the control value registration table 400.
In the control value registration table 400, as shown in FIG. 5, 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5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5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. 5, “0” is registered as the control value and “0.003” is registered as the transmittance in the first 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%. Note that FIG. 5 shows an example in which the number of gradations of the luminance 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 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、色変調ライトバルブ毎に、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。
図6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。
制御値登録テーブル420Rには、図6に示すように、液晶ライトバルブ60Rの制御値毎に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。
Further, the storage device 182 stores a control value registration table in which the control values of the color modulation light valve are registered for each color modulation light valve.
FIG. 6 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.
In the control value registration table 420R, as shown in FIG. 6, 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6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6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. 6, “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%. FIG. 6 shows an example in which the number of gradations of the color 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 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。
次に、CPU170の構成およびCPU170で実行される処理を説明する。
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.
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7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。
図7は、表示制御処理を示すフローチャートである。
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およ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およ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7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 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. 7 according to the program. .
FIG. 7 is a flowchart showing the display control process.
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, as shown in FIG. 7, first, the process proceeds to step S100.

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。
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、最小値およ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 S100, the HDR display data is read from the storage device 182.
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投射型表示装置1の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングする。
図8は、トーンマッピング処理を説明するための図である。
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、投射型表示装置1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8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。
Next, the process proceeds to step S104, and the luminance level of the HDR display data is tone-mapped to the luminance dynamic range of the projection display device 1 based on the analysis result of step S102.
FIG. 8 is a diagram for explaining tone mapping processing.
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 projection display device 1 is Dmin and the maximum value is Dmax. In the example of FIG. 8, 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)」に掲載されている。
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。
For details of tone mapping, see, 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)”. It is posted.
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および光源10の輝度Rsに基づいて、上式(1)により、リサイズ画像の画素毎に光変調率Tpを算出する。
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 S108, and the light modulation rate Tp is calculated for each pixel of the resized image by the above equation (1) based on the luminance level Rp of the pixel of the resized image and the luminance Rs of the light source 10.
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およびゲイン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30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 30, 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。
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素ごとに、その画素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素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 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.
Next, the process proceeds to step S116, and 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 control value of the pixel. Determine as. In the reading of the control value, the transmittance that most closely approximates 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素ごとに、その画素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およびゲインGに基づいて、上式(2)により、その画素の透過率T2を算出する。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 S118, and for each pixel of the color modulation light valve, a weighted average value of the transmittance T1 determined for the pixel of the luminance modulation light valve overlapping with the pixel on the optical path is calculated, and the calculated average value, Based on the light modulation rate Tp and gain G calculated in step S108, the transmittance T2 of the pixel is calculated by the above equation (2). Weighting is performed based on the area ratio of overlapping pixels.

次いで、ステップS120に移行して、色変調ライトバルブの画素ごとに、その画素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素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 pixel of the color modulation light valve, a control value corresponding to the transmittance T2 calculated for that pixel is read from the control value registration table, and the read control value is used as the control value for that pixel. decide. 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およ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。
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30)に書き込む画像データの生成過程を図9〜図12に基づき説明する。
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.
Next, a process of generating image data to be written in the color modulation light valves (liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R) and the luminance modulation light valve (liquid crystal light valve 30) 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画素×縦12画素の解像度および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30)は、横15画素×縦10画素の解像度および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。
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投射型表示装置1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 following, all of the color modulation light valves (liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R) have a resolution of 18 horizontal pixels × 12 vertical pixels and a gradation number of 4 bits. ) Will be described by taking as an example the case of having a resolution of 15 horizontal pixels × 10 vertical pixels and a gradation number of 4 bits.
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 the luminance level of the HDR display data is determined based on the analysis result. Tone-mapped to 1 luminance 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、リサイズ画像の画素ごとに光変調率Tpが算出される。例えば、リサイズ画像における画素pの光変調率Tpは、画素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 pixel of the resized image. For example, the light modulation rate Tp of the pixel p in the resized image is such that the luminance level Rp (R, G, B) of the pixel p is (1.2, 5.4, 2.3) and the luminance Rs (R, R, If (G, B) is (10000, 10000, 10000), then (1.2, 5.4, 2.3) / (10000, 10000, 10000) = (0.00012, 0.00054, 0.00023).

図9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。
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区画の画素を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9に示すように、初期値T20が与えられる。
FIG. 9 is a diagram showing a case where the transmittance T2 of the color modulation light valve is provisionally determined.
Next, through step S110, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is provisionally determined. When the pixels in the upper left four sections of the color modulation light valve are 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. Thus, an initial value T20 is given.

図10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。
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10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。
FIG. 10 is a diagram illustrating a case where the transmittance T1 ′ of the luminance modulation light valve is calculated for each pixel of the color modulation light valve.
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)

図11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。
Calculate using actual numerical values. When Tp1 = 0.00012, Tp2 = 0.05, Tp3 = 0.02, Tp4 = 0.01, and T20 = 0.1, T11 = 0.0012, T12 = 0.5, T13 = 0.2, and T14 = 0.1 according to the following equations (3) to (6). Become.

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

FIG. 11 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の左上4区画の画素をp11(左上)、p12(右上)、p13(左下)、p14(右下)とした場合、画素p11は、図11(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11(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11(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. When pixels in the upper left four sections of the luminance modulation light valve are p11 (upper left), p12 (upper right), p13 (lower left), and p14 (lower right), the pixel p11 has a color as shown in FIG. Since the 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。
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。
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)
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、図5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 value as shown in FIG. Therefore, “8” is read from the control value registration table 400 as the control value of the pixel p11.

図12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。
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12(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12(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12(c)に示すように、下式(9)により算出することができる。
FIG. 12 is a diagram illustrating a case where the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is determined.
Next, through step S118, the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve is determined. As shown in FIG. 12A, 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. 12C 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画素毎に、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、図6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 stored in the pixel. It 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 value 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30)およ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。
以上の様な構成の投射型表示装置1に依れば次のような効果を奏する。分光用クロスダイクロイックプリズム70の入射面70aと光合成用クロスダイクロイックプリズム80の射出面80aとが略同一平面上に位置するように、換言すれば、分光用クロスダイクロイックプリズム70及び光合成用クロスダイクロイックプリズム80をY軸方向に積み上げたような位置関係で近接して配置し、更に、上記した分光用クロスダイクロイックプリズム70のダイクロイック膜から光合成用クロスダイクロイックプリズム80のダイクロイック膜までの各色光の光路長L1(青色光),L2(緑色光),L3(赤色光)が、L1=L2=L3(等距離)となる様に反射ミラー380B,380G,380R,385B,385G,385Rを配置している。これにより、輝度変調ライトバルブである液晶ライトバルブ30と色変調ライトバルブである3ヶ所の液晶ライトバルブ60B,60G,60R間の色光毎の光路長をほぼ同じとすることが容易にできるため、3ヶ所の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rに到達する青色光、緑色光及び赤色光の輝度差の発生を抑えて、液晶ライトバルブ30上に形成された表示画像を3ヶ所の液晶ライトバルブ60B,60G,60R上により正確に効率よく伝達することが可能となる。
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 30) and the color modulation light valve (liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R) are driven to project a display image on the screen.
According to the projection type display device 1 having the above configuration, the following effects can be obtained. In other words, the spectroscopic cross dichroic prism 70 and the photosynthesis cross dichroic prism 80 are arranged so that the incident surface 70a of the spectroscopic cross dichroic prism 70 and the exit surface 80a of the photosynthesis cross dichroic prism 80 are located on substantially the same plane. Are arranged close to each other in a positional relationship such that they are stacked in the Y-axis direction, and the optical path length L1 of each color light from the dichroic film of the above-described spectral cross dichroic prism 70 to the dichroic film of the photosynthesis cross dichroic prism 80 ( The reflection mirrors 380B, 380G, 380R, 385B, 385G, and 385R are arranged so that the blue light), L2 (green light), and L3 (red light) satisfy L1 = L2 = L3 (equal distance). As a result, the optical path length for each color light between the liquid crystal light valve 30 that is the luminance modulation light valve and the three liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R that are the color modulation light valves can be easily made substantially the same. The display image formed on the liquid crystal light valve 30 is displayed on the three liquid crystal light valves 60B while suppressing the occurrence of luminance differences between the blue light, the green light and the red light reaching the three liquid crystal light valves 60B, 60G and 60R. , 60G, 60R can be transmitted more accurately and efficiently.

また、分光用クロスダイクロイックプリズム70によって分離された各色光の光路毎に、リレーレンズ370B,370G,370Rや射出側レンズ375B,375G,375Rなどを配置する構成としているため、それらのレンズの位置、レンズ材質、レンズ構成(例えばレンズ枚数や曲面形状)などを変えて、光路毎に波長域の異なる光(像)の伝達に最適な光学特性とすることが可能である。   In addition, since the relay lenses 370B, 370G, and 370R and the exit side lenses 375B, 375G, and 375R are arranged for each optical path of each color light separated by the spectral cross dichroic prism 70, the positions of these lenses, By changing the lens material, lens configuration (for example, the number of lenses and the curved surface shape), etc., it is possible to obtain optimum optical characteristics for transmission of light (image) having a different wavelength range for each optical path.

さらに、光源10側から投射レンズ110方向に向かって、輝度変調用の液晶ライトバルブ30、色変調用の液晶ライトバルブ60B,60G,60Rの順に2種類の光変調素子を配置し、また、光合成用クロスダイクロイックプリズム80の射出側には液晶ライトバルブのように大きな波長依存性を有する光学素子を配置しない構成としたので、表示画像の色決めを正確に行うことが可能である。   Further, two types of light modulation elements are arranged in the order of the luminance modulation liquid crystal light valve 30 and the color modulation liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R from the light source 10 toward the projection lens 110, and photosynthesis is performed. Since the optical element having a large wavelength dependency such as a liquid crystal light valve is not disposed on the exit side of the cross dichroic prism 80 for use, it is possible to accurately determine the color of the display image.

また、直列に配置された2種類の光変調素子(色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブ)を介して光源10からの光を変調するので、高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができる。
[変形例1]
上記実施の形態においては、光合成用クロスダイクロイックプリズム80の中心と液晶ライトバルブ60B,60G,60Rとのそれぞれの距離が等しくなるように、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを配置したが、これに限定されない。各レンズや光合成用クロスダイクロイックプリズム等を形成する材質は各種の波長依存性(例えば、屈折率)を有するため、第1光変調素子と第2光変調素子間において正確且つ高い効率での像(光)伝達を実現するためには、波長依存性の影響や伝達過程で発生しやすい光学収差を低減する必要がある。また、3ヶ所の第2光変調素子に形成された表示画像を正確に一つの画像に合成するためには、光合成用クロスダイクロイックプリズム80の波長依存性の影響を排除する必要がある。
前者を実現する方策としては、例えば、第1光変調素子と第2光変調素子間に介在する光学素子の様々な波長依存性を補正するように、第1光変調素子と第2光変調素子間の距離を色光の光路毎に僅かに変える構成とすることが効果的である。
In addition, since the light from the light source 10 is modulated via two types of light modulation elements (color modulation light valve and luminance modulation light valve) arranged in series, a high luminance dynamic range and gradation number can be realized. it can.
[Modification 1]
In the above embodiment, the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are arranged so that the distance between the center of the photosynthesis cross dichroic prism 80 and the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R is equal. It is not limited. Since the materials forming each lens, the photosynthesis cross dichroic prism, and the like have various wavelength dependencies (for example, refractive index), an accurate and highly efficient image between the first light modulation element and the second light modulation element ( In order to realize (light) transmission, it is necessary to reduce the influence of wavelength dependence and optical aberrations that are likely to occur in the transmission process. Further, in order to accurately combine the display images formed on the three second light modulation elements into one image, it is necessary to eliminate the influence of the wavelength dependency of the light combining cross dichroic prism 80.
As a measure for realizing the former, for example, the first light modulation element and the second light modulation element so as to correct various wavelength dependencies of the optical element interposed between the first light modulation element and the second light modulation element. It is effective to slightly change the distance between each color light path.

また、後者を実現する方策としては、光合成用クロスダイクロイックプリズム80や投射レンズ110が有する様々な波長依存性を補正するように、光合成用クロスダイクロイックプリズム80の中心と液晶ライトバルブ60B,60G,60Rとの距離を色光の光路毎に僅かに変える構成とすることが効果的である。例えば、光合成用クロスダイクロイックプリズム80を構成する材質の屈折率の波長依存性が、短波長側で屈折率が大きく、長波長側で屈折率が小さい場合(大部分のガラスはこの傾向にある)には、光合成用クロスダイクロイックプリズム80の中心と液晶ライトバルブ60B,60G,60Rとの間の距離を、図13に示すように、波長の短い光に対応するものほど長いものとすることで、屈折率の波長依存性による焦点距離の違いによって発生する光学収差を低減することが可能である。図13では、光合成用クロスダイクロイックプリズム80の中心と液晶ライトバルブ60B,60G,60Rとそれぞれの距離をLB,LG,LRとしたときに、LB>LG>LRの関係となるように液晶ライトバルブ60B,60G,60Rを配置している。なお、光合成用クロスダイクロイックプリズム80で液晶ライトバルブ60B,60G,60Rにそれぞれ対向するプリズムの厚みを、3原色の光の波長に合わせて変えることにより、各光路における光路長を補正し、光学収差を低減する構成も有効である。
[変形例2]
上記実施の形態においてはクロスダイクロイックプリズムを用いて光分離手段及び光合成手段を構成しているが、これに限らず、図14に示すようなクロスダイクロイックミラー85を分光用クロスダイクロイックプリズム70や光合成用クロスダイクロイックプリズム80に代えて用いても良い。クロスダイクロイックミラー85は、青光反射ダイクロイック膜71や赤光反射ダイクロイック膜72が形成された、ガラスやプラスチック等の板状の透明媒質86をX字状に配置した光学素子であり、基本的にはクロスダイクロイックプリズムと同等の機能を有する。これにより、クロスダイクロイックプリズムを用いる場合よりも光合成手段や光分離手段を軽量化でき且つ安価に構成することが可能である。なお、クロスダイクロイックミラー85を透明な液体を内部に充填した立方体の中に配置した、いわゆる、液浸構造のクロスダイクロイックミラーとしても良い。その場合には、クロスダイクロイックプリズムと同等の光学性能を、クロスダイクロイックプリズムに比して安価に実現することができる。
[変形例3]
上記実施の形態においては、2種類の光変調手段(液晶ライトバルブ30と液晶ライトバルブ60B,60G,60R)に何れも同じ寸法形状(表示面の寸法形状が同じである)の液晶ライトバルブを用いていたが、これに限定されない。例えば、図15に示すように(ここでは、液晶ライトバルブ60Gを含む光路のみ図示)、投射型表示装置1の色変調ライトバルブ60G’の寸法を輝度変調ライトバルブ30’の寸法よりも小さくする構成とすることも可能である。この場合、輝度変調ライトバルブと色変調ライトバルブの解像度と同一であると、輝度変調ライトバルブの表示面の寸法と色変調ライトバルブの表示面の寸法とが一致しなくなるので、伝達過程において光学像の大きさを伝達先の色変調ライトバルブの大きさに合わせて変える(縮小する)必要がある。
As a measure for realizing the latter, the center of the photosynthesis cross dichroic prism 80 and the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R are corrected so as to correct various wavelength dependencies of the photosynthesis cross dichroic prism 80 and the projection lens 110. It is effective to slightly change the distance to each color light path. For example, the wavelength dependence of the refractive index of the material constituting the photosynthesis cross dichroic prism 80 is such that the refractive index is large on the short wavelength side and the refractive index is small on the long wavelength side (most glasses have this tendency). As shown in FIG. 13, the distance between the center of the photosynthesis cross dichroic prism 80 and the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R is made longer as it corresponds to light having a shorter wavelength. It is possible to reduce optical aberration caused by the difference in focal length due to the wavelength dependence of the refractive index. In FIG. 13, when the distance between the center of the photosynthesis cross dichroic prism 80 and the liquid crystal light valves 60B, 60G, 60R is LB, LG, LR, the liquid crystal light valve is in a relationship of LB>LG> LR. 60B, 60G, and 60R are arranged. In addition, the optical path length in each optical path is corrected by changing the thicknesses of the prisms facing the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R in the photosynthesis cross dichroic prism 80 in accordance with the wavelengths of the three primary colors, and optical aberrations. A configuration for reducing the above is also effective.
[Modification 2]
In the above embodiment, the cross dichroic prism is used to constitute the light separating means and the light combining means. However, the cross dichroic mirror 85 as shown in FIG. 14 is not limited to this, and the cross dichroic prism 70 for spectroscopy or the light combining means is used. Instead of the cross dichroic prism 80, it may be used. The cross dichroic mirror 85 is an optical element in which a plate-like transparent medium 86 such as glass or plastic on which a blue light reflecting dichroic film 71 and a red light reflecting dichroic film 72 are formed is arranged in an X shape. Has the same function as a cross dichroic prism. As a result, the light synthesizing means and the light separating means can be reduced in weight and can be constructed at a lower cost than when a cross dichroic prism is used. The cross dichroic mirror 85 may be a so-called liquid immersion structure cross dichroic mirror arranged in a cube filled with a transparent liquid. In this case, optical performance equivalent to that of the cross dichroic prism can be realized at a lower cost than that of the cross dichroic prism.
[Modification 3]
In the above embodiment, the two types of light modulation means (the liquid crystal light valve 30 and the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R) are all provided with liquid crystal light valves having the same size and shape (the display surface has the same size and shape). Although used, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 15 (here, only the optical path including the liquid crystal light valve 60G is shown), the size of the color modulation light valve 60G ′ of the projection display device 1 is made smaller than the size of the luminance modulation light valve 30 ′. A configuration is also possible. In this case, if the resolution of the luminance modulation light valve and the color modulation light valve is the same, the size of the display surface of the luminance modulation light valve and the size of the display surface of the color modulation light valve will not match. It is necessary to change (reduce) the size of the image according to the size of the destination color modulation light valve.

このようにすることで、色変調ライトバルブの小型化に応じて、図15中の点線内の射出側レンズ375G、光合成用クロスダイクロイックプリズム80及び投射レンズ110を小型化することが可能である。従って、コスト低減や軽量化ができるという効果が得られる。
[変形例4]
上記実施の形態では、液晶ライトバルブ60B,60G,60R(色変調ライトバルブ)の解像度が液晶ライトバルブ30(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種類の光変調手段(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、或いは、違っていても良い。但し、両者の解像度が異なる場合には、第1の実施の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。
By doing so, it is possible to reduce the size of the exit side lens 375G, the photosynthesis cross dichroic prism 80, and the projection lens 110 within the dotted line in FIG. 15 in accordance with the downsizing of the color modulation light valve. Therefore, the effect that cost reduction and weight reduction can be obtained.
[Modification 4]
In the above embodiment, the case where the resolution of the liquid crystal light valves 60B, 60G, and 60R (color modulation light valve) is higher than that of the liquid crystal light valve 30 (luminance modulation light valve) has been described as an example. The resolution of the means (color modulation light valve and 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、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、輝度変調ライトバルブから色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、介在するリレーレンズなどの伝達性能をそれほど高くする必要が無く、その分光学系を比較的安価に構成できる。   For example, if the color modulation light valve has a display resolution higher than that of the luminance modulation light valve, the MTF (Modulation Transfer Function) in light transmission from the luminance modulation light valve to the color modulation light valve is set high. Therefore, there is no need to increase the transmission performance of the intervening relay lens or the like, and the optical system can be configured relatively inexpensively.

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低い表示解像度を有していれば、通常、解像度の低いライトバルブの製造は解像度の高いライトバルブに比して容易なので、高解像度のライトバルブを多く用いる必要が無く表示装置の低コスト化に有効である。
[変形例5]
また、上記実施の形態においては、分光手段及び光合成手段を、分光用クロスダイクロイックプリズム70と、光合成用クロスダイクロイックプリズム80との2つに分けた構成としているが、これに限定されない。図16に示す投射型表示装置2のように、投射型表示装置1における分光用クロスダイクロイックプリズム70と光合成用クロスダイクロイックプリズム80とを一体化し、分光及び光合成用クロスダイクロイックプリズム390とした構成としても良い。
On the other hand, if the color modulation light valve has a display resolution lower than that of the luminance modulation light valve, it is usually easier to manufacture a low resolution light valve than a high resolution light valve. It is not necessary to use many resolution light valves, which is effective for reducing the cost of the display device.
[Modification 5]
In the above embodiment, the spectroscopic unit and the photosynthesis unit are divided into the spectroscopic cross dichroic prism 70 and the photosynthesis cross dichroic prism 80. However, the present invention is not limited to this. As in the projection display device 2 shown in FIG. 16, the spectral cross dichroic prism 70 and the photosynthesis cross dichroic prism 80 in the projection display device 1 are integrated to form a cross dichroic prism 390 for spectroscopy and photosynthesis. good.

つまり、分光用クロスダイクロイックプリズム70と、光合成用クロスダイクロイックプリズム80は共にクロスダイクロイックプリズムから構成されるので、これらを共通のプリズムに作り込むことにより、部品点数やコストの削減等が可能となる。また、クロスダイクロイックプリズムに代えて、クロスダイクロイックミラーを用いた場合も同様に一体化することが可能である。   That is, since the spectral cross dichroic prism 70 and the photosynthesis cross dichroic prism 80 are both formed of a cross dichroic prism, the number of parts and cost can be reduced by making them into a common prism. Further, in the case where a cross dichroic mirror is used instead of the cross dichroic prism, it can be similarly integrated.

ここで、図1に示す、投射レンズ110は、発明14の投射手段に対応する。
また、図1、3、15及び16に示す、液晶ライトバルブ30は、発明1、13及び16〜19のいずれか一つの第1光変調素子に対応し、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rは、発明1、2、4、13及び16〜19のいずれか一つの第2光変調素子に対応する。
Here, the projection lens 110 shown in FIG. 1 corresponds to the projection means of the fourteenth aspect.
The liquid crystal light valve 30 shown in FIGS. 1, 3, 15 and 16 corresponds to any one of the first light modulation elements of the inventions 1, 13 and 16 to 19, and the liquid crystal light valves 60B, 60G and 60R are This corresponds to the second light modulation element of any one of Inventions 1, 2, 4, 13 and 16-19.

また、図1、3、15及び16に示す、入射側レンズ50は、発明3の第1集光レンズに対応し、リレーレンズ370B,370G,370Rは、発明2又は11のリレーレンズに対応する。
また、図1、3、13、15及び16に示す、射出側レンズ375B,375G,375Rは、発明4又は12の第2集光レンズに対応する。
Moreover, the incident side lens 50 shown in FIGS. 1, 3, 15 and 16 corresponds to the first condenser lens of the invention 3, and the relay lenses 370B, 370G and 370R correspond to the relay lens of the invention 2 or 11. .
Moreover, the exit side lenses 375B, 375G, and 375R shown in FIGS. 1, 3, 13, 15, and 16 correspond to the second condenser lens of the invention 4 or 12.

また、図1及び図16に示す、反射ミラー380B,380G,380R,385B,385G,385Rは、発明1の光伝達手段に対応する。
また、図1、3及び15に示す、分光用クロスダイクロイックプリズム70は、発明1、3、5〜10、14及び15のいずれか一つの光分離手段に対応し、図1、13及び15に示す、光合成用クロスダイクロイックプリズム80は、発明1及び5〜10のいずれか一つの光合成手段に対応する。
Moreover, the reflecting mirrors 380B, 380G, 380R, 385B, 385G, and 385R shown in FIGS. 1 and 16 correspond to the light transmission means of the first aspect.
A spectral cross dichroic prism 70 shown in FIGS. 1, 3 and 15 corresponds to any one of the light separating means of the inventions 1, 3, 5 to 10, 14 and 15, and FIGS. The illustrated photosynthesis cross dichroic prism 80 corresponds to any one of the photosynthesis means of the inventions 1 and 5 to 10.

また、図16に示す、分光及び光合成用クロスダイクロイックプリズム390は、発明7の光分離手段及び光合成手段に対応する。
また、本文中に記載の、リレーレンズ370B,370G,370R及び射出側レンズ375B,375G,375Rを含んで構成される光伝達系に適用する非球面レンズは、発明14の非球面レンズに対応し、リレーレンズ370B,370G,370R及び射出側レンズ375B,375G,375Rを含んで構成される光伝達系に適用するアクロマートレンズは、発明15のアクロマートレンズに対応する。
A spectral and photosynthesis cross dichroic prism 390 shown in FIG. 16 corresponds to the light separation means and the light synthesis means of the seventh invention.
Further, the aspherical lens applied to the light transmission system including the relay lenses 370B, 370G, and 370R and the emission side lenses 375B, 375G, and 375R described in the text corresponds to the aspherical lens of the fourteenth aspect. The achromatic lens applied to the light transmission system including the relay lenses 370B, 370G, and 370R and the emission side lenses 375B, 375G, and 375R corresponds to the achromatic lens of the fifteenth aspect.

また、上記実施の形態においては、液晶ライトバルブ30,60B,60G,60R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30,60B,60G,60Rとしてパッシブマトリックス型の液晶表示素子およ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およ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 30, 60B, 60G, 60R are configured using active matrix type liquid crystal display elements. However, the present invention is not limited to this, and the liquid crystal light valves 30, 60B, 60G, 60R are used. A passive matrix type 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、投射型表示装置1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。
また、上記実施の形態において、図7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。
In the above-described embodiment, the projection display device 1 is configured by providing the transmissive light modulation element. However, the present invention is not limited to this, and the luminance modulation light valve or the color modulation light valve is a DMD (Digital Micromirror Device) or the like. The reflection type light modulation element can also be used.
Further, in the above embodiment, 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. 7 has been described, but the present invention is not limited to this, and these procedures are shown. 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.

本発明に係る投射型表示装置1の主たる光学構成を示す図である。It is a figure which shows the main optical structures of the projection type display apparatus 1 which concerns on this invention. 分光用ダイクロイックプリズム70の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a spectroscopic dichroic prism 70. 光学像を等倍で伝達するリレー光学系の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relay optical system which transmits an optical image by equal magnification. 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。3 is a block diagram illustrating a hardware configuration of a display control device 200. FIG. 制御値登録テーブル400のデータ構造を示す図である。6 is a diagram illustrating a data structure of a control value registration table 400. FIG. 制御値登録テーブル420Rのデータ構造を示す図である。It is a figure which shows the data structure of the control value registration table 420R. 表示制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart 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である。It is a figure for demonstrating a tone mapping process. 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。It is a figure which shows the case where the transmittance | permeability T2 of a color modulation light valve is provisionally 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T1'を算出する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the transmittance | permeability T1 '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T1を決定する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the transmittance | permeability T1 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T2を決定する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the transmittance | permeability T2 of each pixel of a color modulation light valve is determined. 合成用クロスダイクロイックプリズム80の中心と、液晶ライトバルブ60B,60G,60Rとのそれぞれの距離を変えた一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example which changed each distance of the center of the cross dichroic prism 80 for a synthesis | combination, and liquid crystal light valve 60B, 60G, 60R. クロスダイクロイックミラー85の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a cross dichroic mirror 85. 色変調ライトバルブの寸法を輝度変調ライトバルブの寸法より小さくした場合の投射型表示装置1の主たる光学構成の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of main optical structure of the projection type display apparatus 1 at the time of making the dimension of a color modulation light valve smaller than the dimension of a luminance modulation light valve. 本発明に係る投射型表示装置2の主たる光学構成を示す図である。It is a figure which shows the main optical structures of the projection type display apparatus 2 which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…投射型表示装置、10…光源、30…液晶ライトバルブ、50…入射側レンズ、60B,60G,60R…液晶ライトバルブ、370B,370G,370R…リレーレンズ、375G,375G,375R…射出側レンズ、380B,380G,380R,385B,385G,385R…反射ミラー、70…分光用クロスダイクロイックプリズム、80…光合成用クロスダイクロイックプリズム、71…青光反射ダイクロイック膜、72…赤光反射ダイクロイック膜、85…クロスダイクロイックミラー、110…投射レンズ、170…CPU、172…ROM、174…RAM、178…I/F、179…バス、180…ライトバルブ駆動装置、182…記憶装置、199…ネットワーク、400,400R〜400G,420R〜420G…制御値登録テーブル、440,460…入力値登録テーブル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projection type display apparatus, 10 ... Light source, 30 ... Liquid crystal light valve, 50 ... Incident side lens, 60B, 60G, 60R ... Liquid crystal light valve, 370B, 370G, 370R ... Relay lens, 375G, 375G, 375R ... Emission side Lens, 380B, 380G, 380R, 385B, 385G, 385R ... Reflection mirror, 70 ... Cross dichroic prism for spectroscopy, 80 ... Cross dichroic prism for photosynthesis, 71 ... Blue light reflection dichroic film, 72 ... Red light reflection dichroic film, 85 ... cross dichroic mirror, 110 ... projection lens, 170 ... CPU, 172 ... ROM, 174 ... RAM, 178 ... I / F, 179 ... bus, 180 ... light valve driving device, 182 ... storage device, 199 ... network, 400, 400R-400G, 420R 420G ... control value registration table, 440, 460 ... input value registration table

Claims (13)

光源からの光の光伝搬特性を制御する第1光変調素子と、
前記第1光変調素子からの光を異なる複数の特定波長領域の光に分離して分離光を射出する光分離手段と、
前記光分離手段からの分離光の光伝搬特性を制御する複数の第2光変調素子と、
前記各第2光変調素子からの光を合成して合成光を射出する光合成手段と、を備え、表示画像データに基づき前記光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記光分離手段は、前記第1光変調素子からの光を入射する入射面と、前記各分離光を射出する複数の射出面とを有し、
前記光合成手段は、前記光分離手段の各射出面に対応する複数の入射面と、前記合成光を射出する射出面とを有し、
前記光分離手段の射出面毎に、当該射出面から射出した前記分離光を前記光合成手段の対応する入射面に伝達し、且つ、当該分離光の光路長が他の分離光の光路長と同一又はほぼ同一となるように光伝達手段を設けるとともに、前記光分離手段の射出面及び当該射出面に対応する前記光合成手段の入射面の各光路上に前記第2光変調素子を配置し
前記光分離手段の入射面に対面して第1集光レンズを配置し、当該第1集光レンズの前段に当該第1集光レンズに対面して前記第1光変調素子を配置し、前記光分離手段の各射出面と前記第2光変調素子との間に、少なくとも1つのリレーレンズを配置し、
前記第1光変調素子で変調された光を前記第1集光レンズにより前記光分離手段を経て前記リレーレンズに入射させることを特徴とする光学表示装置。
A first light modulation element for controlling light propagation characteristics of light from the light source;
Light separating means for separating the light from the first light modulation element into light of a plurality of different specific wavelength regions and emitting separated light;
A plurality of second light modulation elements for controlling light propagation characteristics of separated light from the light separating means;
A light combining unit that combines light from each of the second light modulation elements to emit combined light, and displays an image by modulating light from the light source based on display image data,
The light separating means has an incident surface on which light from the first light modulation element is incident, and a plurality of exit surfaces from which the separated light is emitted.
The light synthesizing means has a plurality of incident surfaces corresponding to the respective emission surfaces of the light separating means, and an emission surface for emitting the combined light,
For each exit surface of the light separating means, the separated light emitted from the exit surface is transmitted to the corresponding incident surface of the light combining means, and the optical path length of the separated light is the same as the optical path length of the other separated light Alternatively, the light transmission means is provided so as to be substantially the same, and the second light modulation element is disposed on each light path of the emission surface of the light separation means and the incidence surface of the light combining means corresponding to the emission surface ,
The first condenser lens is disposed facing the incident surface of the light separating means, the first light modulation element is disposed facing the first condenser lens in the previous stage of the first condenser lens, At least one relay lens is disposed between each exit surface of the light separating means and the second light modulation element;
An optical display device , wherein light modulated by the first light modulation element is incident on the relay lens through the light separating means by the first condenser lens .
前記各第2光変調素子の入射側に第2集光レンズを設けたことを特徴とする請求項に記載の光学表示装置。 The optical display device according to claim 1 , wherein a second condenser lens is provided on an incident side of each of the second light modulation elements. 前記光分離手段及び前記光合成手段のうち少なくとも一方は、略三角柱状の複数のプリズムを備えた多面体形状を成し、内部に特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が断面X字状に形成されたクロスダイクロイックプリズムにより構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学表示装置。 At least one of the light separating means and the light synthesizing means has a polyhedral shape including a plurality of substantially triangular prisms, and a dichroic film that reflects or transmits light in a specific wavelength region inside has an X-shaped cross section. 3. The optical display device according to claim 1, wherein the optical display device is configured by a cross dichroic prism formed on the substrate. 前記光分離手段及び前記光合成手段のうち少なくとも一方は、特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が形成された2枚の平板を断面X字状に構成したクロスダイクロイックミラーにより構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学表示装置。 At least one of the light separating means and the light synthesizing means is configured by a cross dichroic mirror in which two flat plates on which a dichroic film that reflects or transmits light in a specific wavelength region is formed are formed in an X-shaped cross section. the optical display device according to any one of claims 1 to 2, characterized in that there. 前記光分離手段及び前記光合成手段は、両者が一体化された構成となっていることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学表示装置。 The optical display device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the light separating unit and the light combining unit are configured to be integrated with each other. 前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学表示装置。 The optical display device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that provided by separating the light separating means and the light combining means. 前記光分離手段及び前記光合成手段を、略三角柱状の複数のプリズムを備えた多面体形状を成し、内部に特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が断面X字状に形成されたクロスダイクロイックプリズムから構成すると共に、前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設け、
前記光分離手段の内部に存在する前記2つのダイクロイック膜によって形成される交線と、前記光合成手段の内部に存在する前記2つのダイクロイック膜によって形成される交線とが同一線上又は略同一線上に位置するように、前記光分離手段と前記光合成手段とを配置することを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学表示装置。
The light separating means and the light synthesizing means have a polyhedral shape including a plurality of substantially triangular prisms, and a dichroic film that reflects or transmits light in a specific wavelength region is formed in an X-shaped cross section. It comprises a cross dichroic prism, and the light separating means and the light synthesizing means are provided separately,
The intersecting line formed by the two dichroic films existing inside the light separating means and the intersecting line formed by the two dichroic films existing inside the light synthesizing means are on the same line or substantially on the same line. as positioned, the optical display device according to any one of claims 1 to 2, characterized in that placing said light combining means and said light separating means.
前記光分離手段及び前記光合成手段を、特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が形成された2枚の平板を断面X字状に構成したクロスダイクロイックミラーにより構成すると共に、前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設け、
前記光分離手段の前記ダイクロイックミラーによって形成される交線と、前記光合成手段の前記ダイクロイックミラーによって形成される交線とが同一線上又は略同一直線上に位置するように、前記光分離手段と前記光合成手段とを配置することを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学表示装置。
The light separating means and the light synthesizing means are constituted by a cross dichroic mirror in which two flat plates on which a dichroic film that reflects or transmits light in a specific wavelength region is formed have an X-shaped cross section, and the light separation And the photosynthesis means are provided separately,
The light separating means and the intersection are formed so that the intersecting line formed by the dichroic mirror of the light separating means and the intersecting line formed by the dichroic mirror of the light combining means are located on the same line or substantially the same straight line. the optical display device according to any one of claims 1 to 2, characterized in that arranging the light combining means.
前記リレーレンズは、前記分離光の光路毎にそれぞれ異なる特性のものを設けたことを特徴とする請求項に記載の光学表示装置。 The optical display device according to claim 1 , wherein the relay lens has a different characteristic for each optical path of the separated light. 前記第2集光レンズは、前記分離光の光路毎にそれぞれ異なる特性のものを設けたことを特徴とする請求項に記載の光学表示装置。 The optical display device according to claim 2 , wherein the second condenser lens has a different characteristic for each optical path of the separated light. 前記各分離光に対応する前記第1光変調素子と前記第2光変調素子との間の距離を、前記分離光の光路毎に異ならせたことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の光学表示装置。 The distance between the first optical modulation element and the second optical modulation element corresponding to each separation light of claims 1 to 10, characterized in that varied in the optical path for each of the separate light The optical display device according to any one of the above. 請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の光学表示装置と、当該光学表示装置からの出力光を投射する投射手段と、を備えることを特徴とする投射型表示装置。 A projection display device comprising: the optical display device according to any one of claims 1 to 11 ; and a projection unit that projects output light from the optical display device. 光源からの光の光伝搬特性を制御する第1光変調素子と、
前記第1光変調素子からの光を異なる複数の特定波長領域の光に分離して分離光を射出する光分離手段と、
前記光分離手段からの分離光の光伝搬特性を制御する複数の第2光変調素子と、
前記各第2光変調素子からの光を合成して合成光を射出する光合成手段と、を備え、表示画像データに基づき前記光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記光分離手段の分離光毎に、前記分離光を前記第2光変調素子に伝達し、且つ、当該分離光の光路長が他の分離光の光路長と同一又はほぼ同一となるように光伝達手段を設けるとともに、前記光合成手段の前記分離光の入射側の各光路上に前記第2光変調素子を配置し
前記光分離手段の入射面に対面して第1集光レンズを配置し、当該第1集光レンズの前段に当該第1集光レンズに対面して前記第1光変調素子を配置し、前記光分離手段と前記第2光変調素子との間の光路上に、少なくとも1つのリレーレンズを配置し、
前記第1光変調素子で変調された光を前記第1集光レンズにより前記光分離手段を経て前記リレーレンズに入射させることを特徴とする光学表示装置。
A first light modulation element for controlling light propagation characteristics of light from the light source;
Light separating means for separating the light from the first light modulation element into light of a plurality of different specific wavelength regions and emitting separated light;
A plurality of second light modulation elements for controlling light propagation characteristics of separated light from the light separating means;
A light combining unit that combines light from each of the second light modulation elements to emit combined light, and displays an image by modulating light from the light source based on display image data,
For each separated light of the light separating means, the separated light is transmitted to the second light modulation element, and the optical path length of the separated light is the same as or substantially the same as the optical path length of the other separated light. Providing a transmission means, disposing the second light modulation element on each optical path on the incident side of the separated light of the light combining means ,
The first condenser lens is disposed facing the incident surface of the light separating means, the first light modulation element is disposed facing the first condenser lens in the previous stage of the first condenser lens, Arranging at least one relay lens on the optical path between the light separating means and the second light modulation element;
An optical display device , wherein light modulated by the first light modulation element is incident on the relay lens through the light separating means by the first condenser lens .
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