JPWO2020100695A1 - 画像表示装置 - Google Patents

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能久 佐藤
崇宏 望月
崇宏 望月
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Abstract

ハイダイナミックレンジの動画を表示する画像表示装置を提供する。少なくとも、制御部と、光源部と、位相変調部と、強度変調部とを備えており、前記制御部は、画像信号に対応して、前記光源部、前記位相変調部、及び前記強度変調部のうち少なくともいずれか一つの駆動を制御し、前記位相変調部は、複数の位相変調画素群から成る位相変調パネルを有し、前記強度変調部は、複数の強度変調画素群から成る強度変調パネルを有し、前記光源部は、第1照明光を前記位相変調パネルに照射し、前記位相変調パネルは、前記光源部から照射された前記第1照明光の位相を変調し、所定の位相変調画素群ごとに第2照明光を分割し、所定の強度変調画素群ごとに前記強度変調パネルに前記第2照明光を照射し、前記強度変調パネルは、前記位相変調パネルから照射された前記第2照明光の強度を変調する、画像表示装置を提供する。

Description

本技術は、画像表示装置に関する。
近年、まるで現実世界のような明るさと色が表現できる画像表示技術に注目が集まっている。表現できる明るさの幅(ダイナミックレンジ)が狭い画像表示装置が画像を表示する場合、太陽などの各段に明るい部分はいわゆる白飛びして白く表示され、暗い部分はいわゆる黒つぶれして黒く表示されてしまう。その結果、画像表示装置が表示する画像は、現実の風景とは程遠い画像となってしまう。現実の風景はダイナミックレンジが広いため、より幅広いダイナミックレンジ(ハイダイナミックレンジ)で画像を表示できる技術が望まれている。ハイダイナミックレンジで画像を表示する先行技術が、特許文献1に開示されている。
特許文献1では、コヒーレント光を供給する光源部と、前記光源部からの前記コヒーレント光の位相を変調して被照射面へ入射させる位相変調部と、を有し、前記位相変調部は、位相変調パターンに応じた回折光を生じさせながら前記コヒーレント光の位相を変化させることにより、前記被照射面にて設定された単位領域ごとに強度が調節された光を、前記被照射面へ入射させることを特徴とする照明装置が開示されている。特許文献1では、位相変調部が光を振り分けることにより、単位領域ごとに入射光の強度を変化させることが説明されている。
特開2008−15064号公報
しかし、画像表示装置が動画をハイダイナミックレンジで表示するためには、技術的な問題点があった。
動画は、例えばアニメーションのように、複数の静止画像(フレーム)が瞬時に切り替えられながら連続して表示されることにより、滑らかに動く動画として表示される。
画像表示装置が備えている位相変調部は、光の回折によるホログラム再生により、画像信号に対応して光を振り分け、光のピーク輝度を向上させる機能を有する。位相変調部は、画像信号のフーリエ変換を位相変調部の全面で行う。そのため、位相変調部の一部の領域が、画像信号に対応して書き換えられている途中であっても、位相変調部の全面から強度変調部の全面へ、光が照射される。光の回折によるホログラム再生では、一部の領域が書き換えられている途中であっても、強度変調部の全面の再生が行われる。
位相変調部は、例えば上端から下端に向かって順に書き換えられる。そのため、フレームが切り替わる途中においては、位相変調部が振り分ける光が、切り替わる前のフレームに対応した光と、切り替わった後のフレームに対応した光に分配される。光が分配された後に、いずれか一方のフレームに対応した光は不要と判断されて利用されず捨てられる。その結果、光のピーク輝度が低下するという問題点があった。
そこで、本技術は、位相変調部が照射する光が分配されることによる光のピーク輝度の低下を防ぐことにより、ハイダイナミックレンジの動画を表示する画像表示装置を提供することを主目的とする。
本技術は、少なくとも、制御部と、光源部と、位相変調部と、強度変調部とを備えており、前記制御部は、画像信号に対応して、前記光源部、前記位相変調部、及び前記強度変調部のうち少なくともいずれか一つの駆動を制御し、前記位相変調部は、複数の位相変調画素群から成る位相変調パネルを有し、前記強度変調部は、複数の強度変調画素群から成る強度変調パネルを有し、前記光源部は、第1照明光を前記位相変調パネルに照射し、前記位相変調パネルは、前記光源部から照射された前記第1照明光の位相を変調し、所定の位相変調画素群ごとに第2照明光を分割し、所定の強度変調画素群ごとに前記強度変調パネルに前記第2照明光を照射し、前記強度変調パネルは、前記位相変調パネルから照射された前記第2照明光の強度を変調する、画像表示装置を提供する。
前記位相変調パネル及び前記強度変調パネルは、線順次あるいはこれに準ずる順序で書き換えられてもよい。
前記光源部は、コヒーレント光を照射することができる。
前記光源部は、レーザー光を照射することができる。
前記位相変調パネル及び/又は前記強度変調パネルは、液晶素子であってもよい。
前記位相変調パネル及び/又は前記強度変調パネルは、MEMSミラーであってもよい。
前記位相変調パネルは、隣接する前記第2照明光の側端同士が重なり合うように前記第2照明光を照射してもよい。
前記光源部は、不可視光線を照射することができる。
また、本技術は、複数の前記光源部と、複数の前記位相変調パネルと、複数の前記強度変調パネルと、合波器とをさらに備えており、それぞれの前記光源部は、赤色、緑色、又は青色の前記第1照明光を照射し、それぞれの前記位相変調パネルは、赤色、緑色、又は青色の前記2照明光を照射し、それぞれの前記強度変調パネルは、赤色、緑色、又は青色の第3照明光を照射し、前記合波器は、それぞれの前記強度変調パネルから照射された前記第3照明光を合波し照射する、画像表示装置を提供する。
前記合波器は、所定の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射することにより、前記照明光を合波することができる。
前記合波器は、ダイクロイックプリズムであってもよい。
また、本技術は、色分離器と、複数の前記位相変調パネルと、複数の前記強度変調パネルと、合波器とをさらに備えており、前記色分離器は、前記光源部から照射された白色照明光を、赤色、緑色、又は青色の前記照明光に色分離して、それぞれの前記位相変調パネルに照射し、それぞれの前記位相変調パネルは、少なくとも赤色、緑色、及び青色の前記第2照明光を照射し、それぞれの前記強度変調パネルは、少なくとも赤色、緑色、及び青色の第3照明光を照射し、前記合波器は、それぞれの前記強度変調パネルから照射された前記第3照明光を合波し照射する、画像表示装置を提供する。
前記色分離器は、所定の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射することにより、前記白色照明光の色要素を分離することができる。
前記色分離器は、ダイクロイックプリズムであってもよい。
本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。 ある動画のN番目のフレームの映像信号である。 ある動画のN+1番目のフレームの映像信号である。 本技術に係る位相変調パネルの位相変調パターンが経時的に変化する様子である。 本技術に係る位相変調パネルの位相変調パターン、強度変調パネルに照射される照明光パターン、及び強度変調パネルの表示画像パターンが経時的に変化する様子である。 本技術に係る強度変調パネルである。 本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。 本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。 本技術に係る位相変調パネルの位相変調パターンが経時的に変化する様子である。
以下、本技術を実施するための好適な形態について、添付した図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態に限定されることはない。なお、本技術の説明は以下の順序で行う。
1.本技術に係る第1の実施形態(単色光)
2.本技術に係る第2の実施形態(照明光の重なり合い)
3.本技術に係る第3の実施形態(不可視光線)
4.本技術に係る第4の実施形態(フルカラー(1))
5.本技術に係る第5の実施形態(フルカラー(2))
6.本技術に係る第6の実施形態(ブロック単位)
1.本技術に係る第1の実施形態(単色光)
本技術に係る画像表示装置の全体構成図を図1に示す。本技術に係る画像表示装置は、少なくとも光源部1と、位相変調部2と、強度変調部3と、制御部4とを備える。光源部1と、強度変調部3の間に、位相変調部2が配置されている。
位相変調部2は、位相変調パネル2aと、位相変調パネル駆動部2bとを有する。位相変調パネル2aは、複数の位相変調画素群から成る。本実施形態においては、位相変調パネル2aは、上半分の位相変調画素群2a1と、下半分の位相変調画素群2a2から成る。
強度変調部3は、強度変調パネル3aと、強度変調パネル駆動部3bとを有する。強度変調パネル3aは、複数の強度変調画素群から成る。本実施形態においては、強度変調パネル3aは、上半分の強度変調画素群3a1と、下半分の強度変調画素群3a2から成る。
光源部1は、第1照明光21を位相変調パネル2aに照射する。位相変調パネル2aは、照射された第1照明光21の位相を変調し、強度変調パネル3aに第2照明光22を照射する。強度変調パネル3aは、照射された第2照明光22の強度を変調し、レンズ5に第3照明光23を照射する。レンズ5は、第4照明光24をスクリーン6に投影する。
<制御部>
制御部4は、スクリーン6に投影する画像の画像信号に対応して、光源部1、位相変調部2、及び強度変調部3のうち少なくともいずれか一つの駆動を制御する。
制御部4は、画像信号から、空間周波数における低周波成分を取り出し、位相変調パネル再生信号を生成する。続いて、制御部4は、画像信号を位相変調パネル再生信号で割ることにより、強度変調パネル再生信号を生成する。
制御部4は、位相変調パネル再生信号を位相変調パネル駆動部2bに入力する。同様に、制御部4は、強度変調パネル再生信号を強度変調パネル駆動部3bに入力する。
<光源部>
光源部1は、単色光である第1照明光21を照射する。光源部1は、公知のものを利用できる。
光源部1は、第1照明光21として、コヒーレント光を照射することが望ましい。コヒーレント光であることにより、位相変調パネル2aは、良好な回折特性を得ることができる。
さらには、光源部1は、点光源であり、第1照明光21として、例えばレーザー光を照射することが望ましい。光源部1が点光源であることにより、画像表示装置は、光の利用効率を向上させることができるとともに、光学系を小型化できる。
<位相変調部>
位相変調パネル駆動部2bは、制御部4から入力された位相変調パネル再生信号に対応して、位相変調パネル2aの駆動信号を生成し、位相変調パネル2aの画素群に位相変調パターンを線順次に印加する。言い換えると、位相変調パネル2aは、線順次に書き換えられる。
ここで、パネルが書き換えられる方式として、例えば面走査方式や線順次走査(プログレッシブ)方式等がある。
パネルは、複数の画素が集まって構成されている。面走査方式とは、全ての画素が一括して書き換えられる方式である。パネルが書き換えられる際に、全画素分の情報が一括して記憶される必要があるため、面走査方式は、その情報が記憶されるメモリの容量が大きくなるというデメリットがある。また、面走査方式は、画素数が多くなるほど、パネル内の電気回路の構成が複雑になるというデメリットがある。
一方、線順次走査方式とは、パネルの水平又は垂直方向に、画素が順次書き換えられる方式である。水平方向に画素が書き換えられる場合、パネルの左端から右端に向かって、あるいは右端から左端に向かって、画素が順次書き換えられる。垂直方向に画素が書き換えられる場合、パネルの上端から下端に向かって、あるいは下端から上端に向かって、画素が順次書き換えられる。
線順次走査方式は、面走査方式と比較して、メモリの容量をより小さくすることができ、パネル内の電気回路の構成をよりシンプルにすることができるというメリットがある。したがって、面走査方式よりも、線順次走査方式が望ましい。本技術に係る実施形態は、線順次走査方式とする。
位相変調パネル2aは、例えば液晶素子を利用することができる。液晶素子を利用することにより、位相変調パネル2aは、容易に位相変調パターンを変化させることができる。あるいは、位相変調パネル2aは、MEMSミラーを利用してもよい。MEMSミラーは、液晶素子に比べて高速にミラーのパターンを変化させることができる。
位相変調パネル2aは、この位相変調パターンに応じて、第1照射光21を振り分けて、回折光(第2照明光22)を生じさせる。このことにより、位相変調パネル2aは、輝度が高い領域に多くの照明光を集める。その結果、ピーク輝度が向上する。
そして、位相変調パネル2aは、所定の位相変調画素群ごとに第2照明光22を分割し、所定の強度変調画素群ごとに前記強度変調パネルに照射する。図1に示す実施形態では、位相変調パネル2aにおける上半分の位相変調画素群2a1から、強度変調パネル3aにおける上半分の強度変調画素群3a1へ、第2照明光22が照射される。同様に、位相変調パネル2aにおける下半分の位相変調画素群2a2から、強度変調パネル3aにおける下半分の強度変調画素群3a2へ、第2照明光22が照射される。
このように、所定の画素群ごとに第2照明光22を分割することにより、画像表示装置は、第2照明光22のピーク輝度の低下を防止できる。なお、本技術の効果については、具体的な画像を用いて別途説明する。
なお、図1の一実施形態においては、位相変調パネル2a及び強度変調パネル3aは、それぞれ2つの画素群に分割されているが、3つ以上の画素群に分割されてもよい。
さらに、パネルを複数の画素群に分割するにあたり、それぞれの画素群の画素数(面積)は、均等でなくてもよいし、画像に対応して動的に変動してもよい。例えば、フレームごとに明るさと暗さが激しく切り替わる領域と、そうでない領域とに、パネルが分割されてもよい。
<強度変調部>
強度変調パネル駆動部3bは、制御部4から入力された強度変調パネル再生信号に対応して、ガンマ補正等を行うことにより、強度変調パネル3aの駆動信号を生成し、強度変調パネル3aの画素群に表示画像パターンを線順次に印加する。言い換えると、強度変調パネル3aは、線順次に書き換えられる。
強度変調パネル3aは、例えば液晶素子を利用することができる。液晶素子を利用することにより、強度変調パネル3aは、容易に表示画像パターンを変化させることができる。あるいは、強度変調パネル3aは、MEMSミラーを利用してもよい。MEMSミラーは、液晶素子に比べて高速にミラーのパターンを変化させることができる。MEMSミラーを強度変調パネル3aに利用する例として、例えばDMD(Digital Micromirror Device)等がある。
強度変調パネル3aは、この表示画像パターンに対応して、位相変調パネル2aから照射された第2照明光22の透過光量を調整する。このことにより、画像において明るい領域は明るく表示され、暗い領域は暗く表示される。画像表示装置は、位相変調と強度変調を組み合わせることにより、ハイダイナミックレンジの画像を表示できる。
そして、強度変調パネル3aは、第3照明光23をレンズ5に照射する。
<レンズ>
画像表示装置は、さらにレンズ5を備えることができる。レンズ5は、第4照明光24をスクリーン6に投影する。レンズ5は、公知のものを利用できる。
次に、本技術の効果について、具体的な画像を用いて説明する。画像表示装置を上記の構成とした場合において、位相変調パネル2aの位相変調パターン、強度変調パネル3aに照射される照明光パターン、及び強度変調パネル3aの表示画像パターンが、経時的に変化する様子について、図2、図3、図4、及び図5を用いて説明する。
ある動画において、例えばN番目のフレームの映像信号が図2に示す画像であったとする。図2に示すように、N番目のフレームでは、左側に明るい領域があり、それ以外の領域は暗くなっている。そして、例えばその次のN+1番目のフレームの映像信号が図3に示す画像であったとする。図3に示すように、N+1番目のフレームでは、右側に明るい領域があり、それ以外の領域は暗くなっている。
位相変調パネルの位相変調パターンが経時的に変化する様子を図4に示す。図4において、横軸は時間の経過を示す。右に行くほど、時間が経過していることを示す。縦軸は、位相変調パネルの位相変調パターンを示す。この例では、位相変調パネルは、2つの位相変調画素群(2a1と2a2)に分割されており、位相変調パネルの上端から下端に向かって線順次に書き換えられている。はじめに、位相変調パネルの上半分の位相変調画素群2a1が書き換えられている。その後、位相変調パネルの下半分の位相変調画素群2a2が書き換えられている。
左上から右下へ向かう斜めの線で区切られた領域は、フレームを示す。図2で示されたN番目のフレームが、図4における8aである。図3で示されたN+1番目のフレームが、図4における8bである。図4に示すように、N番目のフレーム8aに対応して位相変調パネルが線順次に書き換えられた後に、N+1番目のフレーム8bに対応して位相変調パネルが線順次に書き換えられている。
時間t1、t2、t3、t4、及びt5の時点における、位相変調パネルの位相変調パターン、強度変調パネルに照射される照明光パターン、及び強度変調パネルの表示画像パターンを図5に示す。強度変調パネルに照射される照明光パターンについては、強度変調パネルに照射される第2照明光22を分割しない場合の照明光パターン(7a〜7e)と、本技術のように第2照明光22を分割した場合の照明光パターン(9a〜9e)を示す。
時間t1の時点では、位相変調パネルの位相変調パターンは、図4及び図5(左端の列)に示す通り、全てN番目のフレーム8aに対応している。
このときの、位相変調パネルから強度変調パネルに照射される第2照明光22のパターンを図5に示す。第2照明光22を分割しない場合は、照明光パターンは7aの状態になる。第2照明光22を分割した場合は、照明光パターンは9aの状態になる。いずれの照明光パターンもN番目のフレーム8a(図2)に対応している。
このとき、画像表示装置が表示する画像は、強度変調パネルの表示画像パターン10aとなる。強度変調パネルの表示画像パターン10aは、位相変調パネルの位相変調パターンと同様に、全てN番目のフレーム8a(図2)に対応している。強度変調パネルに照射される照明光のパターンと、強度変調パネルの表示画像パターンは、一致している。
次に、時間t2の時点では、位相変調パネルの位相変調パターンは、図4及び図5(左端の列)に示す通り、上端から4分の1までがN+1番目のフレーム8bに対応しており、残りがN番目のフレーム8aに対応している。
このときの、位相変調パネルから強度変調パネルに照射される第2照明光22のパターンを図5に示す。第2照明光22を分割しない場合は、照明光パターンは7bの状態になる。一方、第2照明光22を分割した場合は、照明光パターンは9bの状態になる。
第2照明光22を分割しない場合の照明光パターン7bについて説明する。位相変調パネルの上端から4分の1までがN+1番目のフレーム8b(図3)に対応しているため、第2照明光22の4分の1がN+1番目のフレーム8b(図3)に分配されている。そして、位相変調パネルの残りの領域がN番目のフレーム8a(図2)に対応しているため、第2照明光22の4分の3がN番目のフレーム8a(図2)に分配されている。
ここで、画像表示装置がN番目のフレーム8a(図2)とN+1番目のフレーム8b(図3)を表示する場合に、これらのフレームが本来表示されるべきピーク輝度を100%とする。このとき、第2照明光22の分配により、N+1番目のフレーム8b(図3)に対応した第2照明光22のピーク輝度が25%となり、N番目のフレーム8a(図2)に対応した第2照明光22のピーク輝度が75%となる。
このとき、画像表示装置が表示する画像は、強度変調パネルの表示画像パターン10bとなる。強度変調パネルの表示画像パターン10bは、位相変調パネルの位相変調パターンと同様に、上端から4分の1までがN+1番目のフレーム8b(図3)に対応しており、残りがN番目のフレーム8a(図2)に対応している。両方のフレームが、上端から4分の1までは暗い領域であるため、強度変調パネルの表示画像パターン10bは、N番目のフレーム8a(図2)に対応していることになる。
ピーク輝度の低下を防止するためには、強度変調パネルに照射される照明光パターンと、強度変調パネルの表示画像パターンが一致している時間が長いことが望ましい。しかしながら、上述したように、第2照明光22を分割しない場合の照明光パターン7bは、第2照明光22の4分の1がN+1番目のフレーム8b(図3)に分配される。そのため、この照明光は、強度変調パネルの表示画像パターン10bと一致せず捨てられる。したがって、第2照明光22のピーク輝度が75%(4分の3)に低下してしまう。
続いて、本技術のように第2照明光22を分割した場合の照明光パターン9bについて説明する。位相変調パネルの上端から4分の1までが書き換えられているということは、位相変調パネルにおける上半分の位相変調画素群2a1においては、当該画素群の上半分が書き換えられているということである。つまり、位相変調パネルにおける上半分の位相変調画素群2a1から照射される第2照明光22は、照明光の半分がN+1番目のフレーム8b(図3)に分配されており、残りの半分がN番目のフレーム8a(図2)に分配されている。
一方、位相変調パネルにおける下半分の位相変調画素群2a2から照射される第2照明光22は、全てN番目のフレーム8a(図2)に対応している。第2照明光22が分配されておらず、ピーク輝度が低下していない。
第2照明光22は、位相変調パネルにおける下半分の位相変調画素群2a2から、強度変調パネルにおける下半分の強度変調画素群3a2へ照射される。照明光パターン9bの下半分と、表示画像パターン10bの下半分は一致している。したがって、強度変調パネルの表示画像パターン10bにおける明るい領域は、ピーク輝度が100%のままである。
次に、時間t3の時点では、位相変調パネルの位相変調パターンは、図4及び図5(左端の列)に示す通り、上半分がN+1番目のフレーム8bに対応しており、下半分がN番目のフレーム8aに対応している。
このときの、位相変調パネルから強度変調パネルに照射される第2照明光22のパターンを図5に示す。第2照明光22を分割しない場合は、照明光パターンは7cの状態になる。一方、第2照明光22を分割した場合は、照明光パターンは9cの状態になる。
第2照明光22を分割しない場合の照明光パターン7cについて説明する。位相変調パネルの上半分がN+1番目のフレーム8b(図3)に対応しているため、第2照明光22の半分がN+1番目のフレーム8b(図3)に分配されている。そして、位相変調パネルの下半分がN番目のフレーム8a(図2)に対応しているため、第2照明光22の残りの半分がN番目のフレーム8a(図2)に分配されている。N+1番目のフレーム8b(図3)に対応した第2照明光22のピーク輝度が50%となり、N番目のフレーム8a(図2)に対応した第2照明光22のピーク輝度が50%となる。
このとき、画像表示装置が表示する画像は、強度変調パネルの表示画像パターン10cとなる。強度変調パネルの表示画像パターン10cは、位相変調パネルの位相変調パターンと同様に、上半分がN+1番目のフレーム8b(図3)に対応しており、下半分がN番目のフレーム8a(図2)に対応している。位相変調パネルから強度変調パネルへ、N+1番目のフレーム8b(図3)に対応したピーク輝度50%の第2照明光22と、N番目のフレーム8a(図2)に対応したピーク輝度50%の第2照明光22が照射される。それぞれのフレームにおいて、ピーク輝度が50%に低下している。
続いて、本技術のように第2照明光22を分割した場合の照明光パターン9cについて説明する。位相変調パネルにおける上半分の位相変調画素群2a1から照射される第2照明光22は、全てN+1番目のフレーム8b(図3)に対応している。位相変調パネルにおける下半分の位相変調画素群2a2から照射される第2照明光22は、全てN番目のフレーム8a(図2)に対応している。第2照明光22が分配されておらず、ピーク輝度が低下していない。
第2照明光22は、位相変調パネルにおける上半分の位相変調画素群2a1から、強度変調パネルにおける上半分の強度変調画素群3a1へ照射される。また、第2照明光22は、位相変調パネルにおける下半分の位相変調画素群2a2から、強度変調パネルにおける下半分の強度変調画素群3a2へ照射される。照明光パターン9cと、表示画像パターン10cは一致している。したがって、強度変調パネルの表示画像パターン10cにおける明るい領域は、ピーク輝度が100%のままである。
次に、時間t4の時点では、位相変調パネルの位相変調パターンは、図4及び図5(左端の列)に示す通り、上端から4分の3までがN+1番目のフレーム8bに対応しており、残りがN番目のフレーム8aに対応している。
このときの、位相変調パネルから強度変調パネルに照射される第2照明光22のパターンを図5に示す。第2照明光22を分割しない場合は、照明光パターンは7dの状態になる。一方、第2照明光22を分割した場合は、照明光パターンは9dの状態になる。
第2照明光22を分割しない場合の照明光パターン7dについて説明する。位相変調パネルの上端から4分の3までがN+1番目のフレーム8b(図3)に対応しているため、第2照明光22の4分の3がN+1番目のフレーム8b(図3)に分配されている。そして、位相変調パネルの残りの領域がN番目のフレーム8a(図2)に対応しているため、第2照明光22の4分の1がN番目のフレーム8a(図2)に分配されている。N+1番目のフレーム8b(図3)に対応した第2照明光22のピーク輝度が75%となり、N番目のフレーム8a(図2)に対応した第2照明光22のピーク輝度が25%となる。
このとき、画像表示装置が表示する画像は、強度変調パネルの表示画像パターン10dとなる。強度変調パネルの表示画像パターン10dは、位相変調パネルの位相変調パターンと同様に、上端から4分の3までがN+1番目のフレーム8b(図3)に対応しており、残りがN番目のフレーム8a(図2)に対応している。両方のフレームが、下端から4分の1までは暗い領域であるため、強度変調パネルの表示画像パターン10dは、N+1番目のフレーム8b(図3)に対応していることになる。
上述したように、ピーク輝度の低下を防止するためには、強度変調パネルに照射される照明光パターンと、強度変調パネルの表示画像パターンが一致している時間が長いことが望ましい。しかしながら、第2照明光22を分割しない場合の照明光パターン7dは、第2照明光22の4分の1がN番目のフレーム8a(図2)に分配される。そのため、この照明光は、強度変調パネルの表示画像パターン10dと一致せず捨てられる。したがって、第2照明光22のピーク輝度が75%(4分の3)に低下してしまう。
続いて、本技術のように第2照明光22を分割した場合の照明光パターン9dについて説明する。位相変調パネルの上端から4分の3までが書き換えられているということは、位相変調パネルにおける下半分の位相変調画素群2a2においては、当該画素群の上半分が書き換えられているということである。つまり、位相変調パネルにおける下半分の位相変調画素群2a2から照射される第2照明光22は、照明光の半分がN+1番目のフレーム8b(図3)に分配されており、残りの半分がN番目のフレーム8a(図2)に分配されている。
一方、位相変調パネルにおける上半分の位相変調画素群2a1から照射される第2照明光22は、全てN+1番目のフレーム8b(図3)に対応している。第2照明光22が分配されておらず、ピーク輝度が低下していない。
第2照明光22は、位相変調パネルにおける上半分の位相変調画素群2a1から、強度変調パネルにおける上半分の強度変調画素群3a1へ照射される。照明光パターン9dの上半分と、表示画像パターン10dの上半分は一致している。したがって、強度変調パネルの表示画像パターン10dにおける明るい領域は、ピーク輝度が100%のままである。
最後に、時間t5の時点では、位相変調パネルの位相変調パターンは、図4及び図5(左端の列)に示す通り、全ての位相変調画素群がN+1番目のフレーム8bに対応している。
このときの、位相変調パネルから強度変調パネルに照射される第2照明光22のパターンを図5に示す。第2照明光22を分割しない場合は、照明光パターンは7eの状態になる。第2照明光22を分割した場合は、照明光パターンは9eの状態になる。いずれの照明光パターンもN+1番目のフレーム8b(図3)に対応している。
このとき、画像表示装置が表示する画像は、強度変調パネルの表示画像パターン10eとなる。強度変調パネルの表示画像パターン10eは、位相変調パネルの位相変調パターンと同様に、全てN+1番目のフレーム8b(図3)に対応している。強度変調パネルに照射される照明光パターンと、強度変調パネルの表示画像パターンは、一致している。
上述したように、ピーク輝度の低下を防止するためには、強度変調パネルに照射される照明光パターンと、強度変調パネルの表示画像パターンが一致している時間が長いことが望ましい。ところが、位相変調パネルが照射する第2照明光22を分割しない場合、強度変調パネルに照射される照明光パターンと、強度変調パネルの表示画像パターンが一致する時間が非常に短くなる。図5の例を引用すると、強度変調パネルに照射される照明光パターン(7a〜7e)と、強度変調パネルの表示画像パターン(10a〜10e)が一致している時間は、時間t1の瞬間(7aと10a)と、時間t5の瞬間(7eと10e)のみである。
一方、本技術では、図5に示すように、時間t1から時間t3までの間は、強度変調パネルに照射される照明光パターン(9a〜9c)の下半分と、強度変調パネルの表示画像パターン(10a〜10c)の下半分が一致している。そして、時間t3から時間t5までの間は、強度変調パネルに照射される照明光パターン(9c〜9e)の上半分と、強度変調パネルの表示画像パターン(10c〜10e)の上半分が一致している。
強度変調パネルに照射される照明光パターンと、強度変調パネルの表示画像パターンが一致する時間が長くなるほど、強度変調パネルが調整する透過光量が多くなる。その結果、ダイナミックレンジの幅が広がるため、画像表示装置はハイダイナミックレンジで画像等を表示できる。位相変調パネルが照射する第2照明光22を分割しない場合、ピーク輝度が100%のままで表示できる時間が非常に限られる。一方、本技術では、第2照明光22を分割することにより、常にピーク輝度が100%のままである。このことにより、ダイナミックレンジの低下が防止できる。
2.本技術に係る第2の実施形態(照明光の重なり合い)
本技術に係る画像表示装置は、位相変調パネルが、隣接する照明光の側端同士が重なり合うように照明光を照射してもよい。隣接する照明光の側端同士が重なり合うように照射されている強度変調パネルの図面を図6に示す。
図6は、本技術に係る強度変調パネルである。図6に示すように、強度変調パネルの上半分の強度変調画素群3a1に照射される照明光の側端と、下半分の強度変調画素群3a2に照射される照明光の側端が、領域3a3において重なり合っている。
上半分の強度変調画素群3a1に照射される照明光と、下半分の強度変調画素群3a2に照射される照明光を重ね合わせない場合、上半分の強度変調画素群3a1に照射される照明光と、下半分の強度変調画素群3a2に照射される照明光との間に、照明光が照射されない領域が発生するおそれがある。また、照明光が照射される位置がわずかにずれるおそれもある。その結果、上半分の照明光と下半分の照明光の境界が目立ってしまう。
一方、隣接する照明光の側端同士が重なり合うように、位相変調パネルが照明光を照射することにより、照明光の境界が目立ちにくくなるという有用な効果が生じる。
さらに、照明光が重なり合う領域3a3に照射される照明光の輝度を滑らかに減衰することにより、照明光の境界をより目立ちにくくさせることができる。
3.本技術に係る第3の実施形態(不可視光線)
本技術に係る画像表示装置が備える光源部は、可視光線のほかに、不可視光線も照射してもよい。不可視光線は、赤外線や紫外線のことを示す。
光源部が照射する照明光が赤外線であれば、本技術に係る画像表示装置は、例えば暗視装置等に応用できる。光源部が照射する照明光が紫外線であれば、本技術に係る画像表示装置は、例えば紫外線に反応して蛍光するスクリーン等に投影するプロジェクタ等に応用できる。
4.本技術に係る第4の実施形態(フルカラー(1))
本技術に係る画像表示装置は、複数の光源部と、複数の位相変調パネルと、複数の強度変調パネルと、合波器とをさらに備えることができる。本技術に係る一実施形態の全体構成図を図7に示す。
画像表示装置は、複数の光源部を備える。それぞれの光源部は、例えば赤色、緑色、又は青色などの照明光を照射する。図7に示す一実施形態では、画像表示装置は、赤色照明光を照射する赤色光源部1Rと、緑色照明光を照射する緑色光源部1Gと、青色照明光を照射する青色光源部1Bとを備える。
なお、画像表示装置は、必ずしもこのように3色の光源部を備える必要はなく、4色以上でもよい。以下の構成要素についても同様である。
画像表示装置は、複数の位相変調パネルを備える。それぞれの位相変調パネルは、例えば赤色、緑色、又は青色の照明光を照射する。図7に示す一実施形態では、画像表示装置は、赤色位相変調パネル2aR、緑色位相変調パネル2aG、及び青色位相変調パネル2aBを備える。
画像表示装置は、複数の強度変調パネルを備える。それぞれの強度変調パネルは、例えば赤色、緑色、又は青色などの照明光を照射する。図7に示す一実施形態では、画像表示装置は、赤色強度変調パネル3aR、緑色強度変調パネル3aG、及び青色強度変調パネル3aBを備える。
赤色位相変調パネル2aRは、赤色光源部1Rから照射された赤色照明光の位相を変調し、赤色強度変調パネル3aRに赤色照明光を照射する。緑色位相変調パネル2aGは、緑色光源部1Gから照射された緑色照明光の位相を変調し、緑色強度変調パネル3aGに緑色照明光を照射する。青色位相変調パネル2aBは、青色光源部1Bから照射された青色照明光の位相を変調し、青色強度変調パネル3aBに青色照明光を照射する。
画像表示装置は、それぞれの強度変調パネルから照射された照明光を合波し照射する合波器11を備える。図7に示す一実施形態では、合波器11は、赤色強度変調パネル3aRから照射された赤色照明光と、緑色強度変調パネル3aGから照射された緑色照明光と、青色強度変調パネル3aBから照射された青色照明光とを合波する。合波器11は、合波した照明光をレンズ5に照射する。
合波器11は、所定の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射することにより、照明光を合波する。一例をあげれば、ダイクロイックプリズム等を合波器11に利用できる。
このように、複数の単色光を合波器11で合波することにより、画像表示装置は、フルカラーの画像及び動画を表示できる。
その他の構成要素は、第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明は割愛する。それぞれの位相変調パネル及びそれぞれの強度変調パネルは、複数の画素群から成り、画素群ごとに照明光が分割されることはいうまでもない。
5.本技術に係る第5の実施形態(フルカラー(2))
本技術に係る画像表示装置は、色分離器と、複数の位相変調パネルと、複数の強度変調パネルと、合波器とをさらに備えることができる。本技術に係る一実施形態の全体構成図を図8に示す。
画像表示装置は、色分離器12を備える。色分離器12は、光源部が照射した白色照明光を、例えば赤色、緑色、又は青色などの照明光に色分離する。図8に示す一実施形態では、色分離器12は、光源部1が照射した白色照明光を、例えば赤色、緑色、及び青色などの照明光に色分離する。
なお、色分離器は、必ずしもこのように3色に色分離する必要はなく、4色以上に色分離してもよい。以下の構成要素についても同様である。
色分離器12は、所定の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射することにより、照明光の色要素を分離する。一例をあげれば、ダイクロイックプリズム等を色分離器12に利用できる
画像表示装置は、複数の位相変調パネルを備える。それぞれの位相変調パネルは、少なくとも赤色、緑色、及び青色の照明光を照射する。図8に示す一実施形態では、画像表示装置は、赤色位相変調パネル2aR、緑色位相変調パネル2aG、及び青色位相変調パネル2aBを備える。
画像表示装置は、複数の強度変調パネルを備える。それぞれの強度変調パネルは、少なくとも赤色、緑色、及び青色の照明光を照射する。図8に示す一実施形態では、画像表示装置は、赤色強度変調パネル3aR、緑色位相変調パネル3aG、及び青色位相変調パネル3aBを備える。
赤色位相変調パネル2aRは、色分離器12から照射された赤色照明光の位相を変調し、赤色強度変調パネル3aRに赤色照明光を照射する。緑色位相変調パネル2aGは、色分離器12から照射された緑色照明光の位相を変調し、緑色強度変調パネル3aGに緑色照明光を照射する。青色位相変調パネル2aBは、色分離器12から照射された青色照明光の位相を変調し、青色強度変調パネル3aBに青色照明光を照射する。
図8に示すように、画像表示装置は、それぞれの強度変調パネルから照射された照明光を合波し照射する合波器11を備える。合波器11の機能は、第4の実施形態と同様であるため、詳細な説明は割愛する。
このように、複数の単色光を合波器11で合波することにより、画像表示装置は、フルカラーの画像及び動画を表示できる。
その他の構成要素は、第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明は割愛する。それぞれの位相変調パネル及びそれぞれの強度変調パネルは、複数の画素群から成り、画素群ごとに照明光が分割されることはいうまでもない。
6.本技術に係る第6の実施形態(ブロック単位)
これまで説明してきた実施形態は、パネルの画素が線順次に書き換えられる形態であった。このような実施形態では、図4で示したように、N番目のフレーム8aからN+1番目のフレーム8bに滑らかに書きかえられる。
一方、線順次に準ずる順序で画素が書き換えられる形態であってもよい。例えば、所定のブロック(塊)単位で、複数の画素が一括で書き換えられる形態であってもよい。画素がブロック単位で書き換えられる場合における、位相変調パネルの位相変調パターンが経時的に変化する様子を図9に示す。
図9において、横軸は時間の経過を示す。右に行くほど、時間が経過していることを示す。縦軸は、位相変調パネルの位相変調パターンを示す。この例では、位相変調パネルは、2つの位相変調画素群(2a1と2a2)に分割されており、位相変調パネルの上端から下端に向かって順に書き換えられている。はじめに、位相変調パネルの上半分の位相変調画素群2a1が順に書き換えられている。その後、位相変調パネルの下半分の位相変調画素群2a2が順に書き換えられている。
左上から右下へ向かう階段状の線で区切られた領域は、フレームを示す。図2で示されたN番目のフレームが、図9における8aである。図3で示されたN番目のフレームが、図9における8bである。図9に示すように、N番目のフレーム8aに対応して位相変調パネルが書き換えられた後に、N+1番目のフレーム8bに対応して位相変調パネルが書き換えられている。
時間の経過とともに、位相変調パネルの位相変調パターンが書き換えられる様子を以下に示す。
(1)時間t1の直前の状態は、パネルの全面の位相変調パターンが、N番目のフレーム8aに対応している。
(2)時間t1の時点で、上端から6分の1の距離までの位相変調パターンが、N+1番目のフレーム8bに対応して一括で書き換えられる。
(3)時間t1から時間t2までの間は、位相変調パターンが書き換えられない。
(4)時間t2の時点で、上端から6分の1の距離から、上端から6分の2の距離までの間の位相変調パターンが、N+1番目のフレーム8bに対応して一括で書き換えられる。
(5)時間t2から時間t3までの間は、位相変調パターンが書き換えられない。
(6)時間t3の時点で、上端から6分の2の距離から、上端から6分の3の距離までの間の位相変調パターンが、N+1番目のフレーム8bに対応して一括で書き換えられる。
(7)時間t3から時間t4までの間は、位相変調パターンが書き換えられない。
(8)時間t4の時点で、上端から6分の3の距離から、上端から6分の4の距離までの間の位相変調パターンが、N+1番目のフレーム8bに対応して一括で書き換えられる。
(9)時間t4から時間t5までの間は、位相変調パターンが書き換えられない。
(10)時間t5の時点で、上端から6分の4の距離から、上端から6分の5の距離までの間の位相変調パターンが、N+1番目のフレーム8bに対応して一括で書き換えられる。
(11)時間t5から時間t6までの間は、位相変調パターンが書き換えられない。
(12)時間t6の時点で、上端から6分の5の距離から下端までの間の位相変調パターンが、N+1番目のフレーム8bに対応して一括で書き換えられる。
なお、上述した実施形態では、画素を6回に分けて書き換えたが、6回という回数はあくまでも一例であることはいうまでもない。また、上述した実施形態では、複数の行の画素を一括して書き換えているが、一行を複数回に分割して書き換えてもよい。
また、上述した実施形態では、位相変調パネルを用いて説明したが、強度変調パネルが、ブロック単位で書き換えられる形態であってもよい。
なお、本明細書中に記載した効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
[1]少なくとも、制御部と、
光源部と、
位相変調部と、
強度変調部とを備えており、
前記制御部は、画像信号に対応して、前記光源部、前記位相変調部、及び前記強度変調部のうち少なくともいずれか一つの駆動を制御し、
前記位相変調部は、複数の位相変調画素群から成る位相変調パネルを有し、
前記強度変調部は、複数の強度変調画素群から成る強度変調パネルを有し、
前記光源部は、第1照明光を前記位相変調パネルに照射し、
前記位相変調パネルは、前記光源部から照射された前記第1照明光の位相を変調し、所定の位相変調画素群ごとに第2照明光を分割し、所定の強度変調画素群ごとに前記強度変調パネルに前記第2照明光を照射し、
前記強度変調パネルは、前記位相変調パネルから照射された前記第2照明光の強度を変調する、画像表示装置。
[2]前記位相変調パネル及び前記強度変調パネルは、線順次あるいはこれに準ずる順序で書き換えられる、[1]に記載の画像表示装置。
[3]前記光源部は、コヒーレント光を照射する、[1]又は[2]に記載の画像表示装置。
[4]前記光源部は、レーザー光を照射する、[1]〜[3]のいずれか一つに記載の画像表示装置。
[5]前記位相変調パネル及び/又は前記強度変調パネルは、液晶素子である、[1]〜[4]のいずれか一つに記載の画像表示装置。
[6]前記位相変調パネル及び/又は前記強度変調パネルは、MEMSミラーである、[1]〜[5]のいずれか一つに記載の画像表示装置。
[7]前記位相変調パネルは、隣接する前記第2照明光の側端同士が重なり合うように前記第2照明光を照射する、[1]〜[6]のいずれか一つに記載の画像表示装置。
[8]前記光源部は、不可視光線を照射する、[1]〜[7]のいずれか一つに記載の画像表示装置。
[9]複数の前記光源部と、
複数の前記位相変調パネルと、
複数の前記強度変調パネルと、
合波器とをさらに備えており、
それぞれの前記光源部は、赤色、緑色、又は青色の前記第1照明光を照射し、
それぞれの前記位相変調パネルは、赤色、緑色、又は青色の前記2照明光を照射し、
それぞれの前記強度変調パネルは、赤色、緑色、又は青色の第3照明光を照射し、
前記合波器は、それぞれの前記強度変調パネルから照射された前記第3照明光を合波し照射する、[1]〜[8]のいずれか一つに記載の画像表示装置。
[10]前記合波器は、所定の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射することにより、前記照明光を合波する、[9]に記載の画像表示装置。
[11]前記合波器は、ダイクロイックプリズムである、[9]又は[10]に記載の画像表示装置。
[12]色分離器と、
複数の前記位相変調パネルと、
複数の前記強度変調パネルと、
合波器とをさらに備えており、
前記色分離器は、前記光源部から照射された白色照明光を、赤色、緑色、又は青色の前記照明光に色分離して、それぞれの前記位相変調パネルに照射し、
それぞれの前記位相変調パネルは、少なくとも赤色、緑色、及び青色の前記第2照明光を照射し、
それぞれの前記強度変調パネルは、少なくとも赤色、緑色、及び青色の第3照明光を照射し、
前記合波器は、それぞれの前記強度変調パネルから照射された前記第3照明光を合波し照射する、[1]〜[7]のいずれか一つに記載の画像表示装置。
[13]前記色分離器は、所定の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射することにより、前記白色照明光の色要素を分離する、[12]に記載の画像表示装置。
[14]前記色分離器は、ダイクロイックプリズムである、[12]又は[13]に記載の画像表示装置。
1 光源部
2 位相変調部
2a 位相変調パネル
2a1 上半分の位相変調画素群
2a2 下半分の位相変調画素群
2b 位相変調パネル駆動部
3 強度変調部
3a 強度変調パネル
3a1 上半分の強度変調画素群
3a2 下半分の強度変調画素群
3a3 照射された照明光が重なり合う領域
3b 強度変調パネル駆動部
4 制御部
5 レンズ
6 スクリーン
8a N番目のフレーム
8b N+1番目のフレーム
11 合波器
12 色分離器
21 第1照明光
22 第2照明光
23 第3照明光
24 第4照明光

Claims (14)

  1. 少なくとも、制御部と、
    光源部と、
    位相変調部と、
    強度変調部とを備えており、
    前記制御部は、画像信号に対応して、前記光源部、前記位相変調部、及び前記強度変調部のうち少なくともいずれか一つの駆動を制御し、
    前記位相変調部は、複数の位相変調画素群から成る位相変調パネルを有し、
    前記強度変調部は、複数の強度変調画素群から成る強度変調パネルを有し、
    前記光源部は、第1照明光を前記位相変調パネルに照射し、
    前記位相変調パネルは、前記光源部から照射された前記第1照明光の位相を変調し、所定の位相変調画素群ごとに第2照明光を分割し、所定の強度変調画素群ごとに前記強度変調パネルに前記第2照明光を照射し、
    前記強度変調パネルは、前記位相変調パネルから照射された前記第2照明光の強度を変調する、画像表示装置。
  2. 前記位相変調パネル及び前記強度変調パネルは、線順次あるいはこれに準ずる順序で書き換えられる、請求項1に記載の画像表示装置。
  3. 前記光源部は、コヒーレント光を照射する、請求項1に記載の画像表示装置。
  4. 前記光源部は、レーザー光を照射する、請求項1に記載の画像表示装置。
  5. 前記位相変調パネル及び/又は前記強度変調パネルは、液晶素子である、請求項1に記載の画像表示装置。
  6. 前記位相変調パネル及び/又は前記強度変調パネルは、MEMSミラーである、請求項1に記載の画像表示装置。
  7. 前記位相変調パネルは、隣接する前記第2照明光の側端同士が重なり合うように前記第2照明光を照射する、請求項1に記載の画像表示装置。
  8. 前記光源部は、不可視光線を照射する、請求項1に記載の画像表示装置。
  9. 複数の前記光源部と、
    複数の前記位相変調パネルと、
    複数の前記強度変調パネルと、
    合波器とをさらに備えており、
    それぞれの前記光源部は、赤色、緑色、又は青色の前記第1照明光を照射し、
    それぞれの前記位相変調パネルは、赤色、緑色、又は青色の前記2照明光を照射し、
    それぞれの前記強度変調パネルは、赤色、緑色、又は青色の第3照明光を照射し、
    前記合波器は、それぞれの前記強度変調パネルから照射された前記第3照明光を合波し照射する、請求項1に記載の画像表示装置。
  10. 前記合波器は、所定の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射することにより、前記照明光を合波する、請求項9に記載の画像表示装置。
  11. 前記合波器は、ダイクロイックプリズムである、請求項9に記載の画像表示装置。
  12. 色分離器と、
    複数の前記位相変調パネルと、
    複数の前記強度変調パネルと、
    合波器とをさらに備えており、
    前記色分離器は、前記光源部から照射された白色照明光を、赤色、緑色、又は青色の前記照明光に色分離して、それぞれの前記位相変調パネルに照射し、
    それぞれの前記位相変調パネルは、少なくとも赤色、緑色、及び青色の前記第2照明光を照射し、
    それぞれの前記強度変調パネルは、少なくとも赤色、緑色、及び青色の第3照明光を照射し、
    前記合波器は、それぞれの前記強度変調パネルから照射された前記第3照明光を合波し照射する、請求項1に記載の画像表示装置。
  13. 前記色分離器は、所定の波長の光を透過し、それ以外の波長の光を反射することにより、前記白色照明光の色要素を分離する、請求項12に記載の画像表示装置。
  14. 前記色分離器は、ダイクロイックプリズムである、請求項12に記載の画像表示装置。
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