JP2005242163A - LIGHT MODULATION DEVICE, OPTICAL DISPLAY DEVICE, LIGHT MODULATION METHOD, AND IMAGE DISPLAY METHOD - Google Patents
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Abstract
【課題】 輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大、表示画像の輝度および画質の向上、並びに装置の小型化を実現するのに好適な光変調装置を提供する。
【解決手段】 投射型表示装置100は、光源10と、光源10からの光をRGB3原色の光に分離するダイクロイックミラー44a,44bと、ダイクロイックミラー44a,44bで分離した光をそれぞれ入射する複数の色変調ライトバルブと、各色変調ライトバルブからの光を合成するダイクロイックプリズム48と、DMD50と、ダイクロイックプリズム48の合成光学像をDMD50の画素面に結像するリレーレンズ16とを備え、色変調ライトバルブ、リレーレンズ16およびDMD50をシャインプルフの法則に従って配置し、色変調ライトバルブで形成される画像に対して、DMD50の画素面で生じる歪みを補正する歪みを与える。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light modulation device suitable for realizing a luminance dynamic range and an increase in the number of gradations, an improvement in luminance and image quality of a display image, and a miniaturization of the device.
A projection display device 100 includes a light source 10, dichroic mirrors 44a and 44b that separate light from the light source 10 into RGB three primary colors, and a plurality of light beams that are incident on the light beams separated by the dichroic mirrors 44a and 44b. A color modulation light valve, a dichroic prism 48 that synthesizes light from each color modulation light valve, a DMD 50, and a relay lens 16 that forms a combined optical image of the dichroic prism 48 on the pixel surface of the DMD 50; The bulb, the relay lens 16 and the DMD 50 are arranged according to Shine-Pluff's law, and a distortion for correcting a distortion generated on the pixel surface of the DMD 50 is given to an image formed by the color modulation light valve.
[Selection] Figure 1
Description
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する装置および方法に係り、特に、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大、表示画像の輝度および画質の向上、並びに装置の小型化を実現するのに好適な光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for modulating light from a light source via a plurality of light modulation elements, and in particular, to expand the dynamic luminance range and the number of gradations, improve the luminance and image quality of a display image, and reduce the size of the apparatus. The present invention relates to a light modulation device, an optical display device, a light modulation method, and an image display method that are suitable for realizing the image processing.
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, in the next OS (Operating System), the adoption of a 16-bit color space is planned, 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 projectors are capable of displaying on a large screen and are effective in reproducing the reality and power of display images. 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光変調素子の画素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がある。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型光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。
As a projection display device with a high dynamic range, for example, there is a technique disclosed in
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。 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.
またその他に、高い輝度ダイナミックレンジを実現する投射型表示装置としては、例えば、特許文献2に開示されている投射型表示装置が知られている。
特許文献2記載の発明は、複数の画素をライン状に配列したDMD(Digital Micromirror Device)と、DMDへ光束を照射する照明部と、入力映像信号をDMDの駆動信号に変換する処理部と、DMDで光変調された光束を走査する光走査部と、光走査部からの光束をスクリーン面上に投射する投射レンズとを備え、照明部は、入力映像信号に応じて照射光量を変調する。
The invention described in
図21は、透過型液晶ライトバルブの各画素の画素面を示す図である。
透過型液晶ライトバルブは、画素電極を駆動するトランジスタや信号配線が各画素面内に設けられていることから、図21に示すように、各画素における開口部(光が透過する部位をいう。)が窓状となり、開口率が60%以下となるのが一般的である。
したがって、特許文献1記載の発明にあっては、表示画像の輝度を確保するため、第1光変調素子の各画素の開口部の光学像を、第2光変調素子の対応する画素の開口部に正確に結像するようにアライメントしなければならず、高いアライメント精度が要求される。
FIG. 21 is a diagram illustrating a pixel surface of each pixel of the transmissive liquid crystal light valve.
Since the transmissive liquid crystal light valve is provided with transistors and signal wirings for driving pixel electrodes in each pixel surface, as shown in FIG. 21, it means an opening (a part through which light is transmitted) in each pixel. ) Becomes a window shape, and the opening ratio is generally 60% or less.
Therefore, in the invention described in
図22は、特許文献1記載の投射型表示装置における第1光変調素子および第2光変調素子の光路の構成を示す図である。なお、実際の光路上には、ミラー等の他の光学素子も配置されているが、以下に述べる説明を分かりやすくするため、図22はこれらの光学素子を省略して描いてある。
図22の光学系では、フライアイレンズ112a,112bを挟んで光源側に輝度変調用の第1光変調素子130を配置し、フライアイレンズ112a,112bを挟んで光源の反対側に色変調用の第2光変調素子140を配置している。この光学系ではフライアイレンズ112a,112bおよび集光レンズ112dにより第1光変調素子の光学像が第2光変調素子に結像される。ところで、フライアイレンズ112a,112bおよび集光レンズ112dは、輝度分布を均一化する目的で使用される光学素子であり結像性能は低い。
FIG. 22 is a diagram illustrating the configuration of the optical paths of the first light modulation element and the second light modulation element in the projection display device described in
In the optical system of FIG. 22, the first
このような理由により、特許文献1記載の発明にあっては、第1光変調素子の光学像を第2光変調素子の画素面に精度よく伝達するのが困難であり、表示画像の輝度が低下するという問題があった。
図23は、反射型光変調素子の各画素の画素面を示す図である。
透過型液晶表示素子に対し、DMD等の反射型光変調素子は、信号線および駆動トランジスタ等の遮光部位が反射画素電極の下に作り込まれているので、図23に示すように、各画素における開口部(光を反射する部位をいう。)の開口率は90%以上になるのが一般的である。したがって、第1光変調素子または第2光変調素子を反射型光変調素子で構成すれば、表示画像の輝度を向上することができる。
For this reason, in the invention described in
FIG. 23 is a diagram illustrating a pixel surface of each pixel of the reflective light modulation element.
In contrast to the transmissive liquid crystal display element, a reflection type light modulation element such as a DMD has a light shielding portion such as a signal line and a driving transistor formed under the reflection pixel electrode. Therefore, as shown in FIG. In general, the aperture ratio of the opening (refers to a portion that reflects light) is 90% or more. Therefore, if the first light modulation element or the second light modulation element is formed of a reflective light modulation element, the luminance of the display image can be improved.
特許文献1には、第2光変調素子をDMDで構成することができる旨が記載されているが、透過型光変調素子を単にDMDに置き換えているだけなので、次のような問題があった。
DMDを用いた投射型表示装置としては、DMDに対して斜めに光を入射し、その入射方向とは異なる方向に出射光を出射させる方式の「オフアクシス光学系」を採用した投射型表示装置が提案されている。
As a projection display device using a DMD, a projection display device adopting an “off-axis optical system” in which light is incident obliquely on the DMD and emitted light is emitted in a direction different from the incident direction. Has been proposed.
しかしながら、特許文献1記載の発明にあっては、オフアクシス光学系となるように第2光変調素子を配置した場合、第1光変調素子の光学像が第2光変調素子の画素面に対して斜めに結像されるため、第2光変調素子の画素面でボケや台形状の歪みが生じる。そのため、第1光変調素子で所望の光強度分布を形成し、その光学像を第2光変調素子の画素面に結像して第2光変調素子で2次変調した場合、第1光変調素子で形成される画像に台形状の歪みが生じることから、正確な2次変調ができない。したがって、HDR表示データが本来有する画像のリアリティや迫力を充分に再現できなくなる。
However, in the invention described in
一方、特許文献2記載の発明にあっては、光源として固体レーザや半導体レーザを利用しているが、固体レーザーを用いた場合は、装置が大型になるという問題があった。また、光源として半導体レーザを利用した場合は、光出力が小さいため、表示画像の輝度が低下するという問題もあった。
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、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大、表示画像の輝度および画質の向上、並びに装置の小型化を実現するのに好適な光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法を提供することを目的としている。
On the other hand, in the invention described in
Therefore, the present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technology, and has been made to expand the luminance dynamic range and the number of gradations, improve the luminance and image quality of the display image, and the apparatus. An object of the present invention is to provide a light modulation device, an optical display device, a light modulation method, and an image display method that are suitable for realizing the downsizing of the display.
〔発明1〕 上記目的を達成するために、発明1の光変調装置は、
第1光変調素子と、第2光変調素子と、前記第1光変調素子の光学像を前記第2光変調素子の受光面に結像するリレーレンズとを備え、前記第1光変調素子および前記第2光変調素子を介して光源からの光を変調する装置であって、
前記第2光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記第1光変調素子、前記リレーレンズおよび前記第2光変調素子をシャインプルフの法則に従って配置したことを特徴とする。
[Invention 1] In order to achieve the above object, an optical modulation device of
A first light modulation element; a second light modulation element; and a relay lens that forms an optical image of the first light modulation element on a light receiving surface of the second light modulation element. An apparatus for modulating light from a light source via the second light modulation element,
The second light modulation element is constituted by a reflection type light modulation element,
The first light modulation element, the relay lens, and the second light modulation element are arranged according to Shine-Pluff's law.
このような構成であれば、第1光変調素子により、光源からの光が1次変調され、第1光変調素子の光学像がリレーレンズを介して第2光変調素子の受光面に結像される。このとき、第1光変調素子、リレーレンズおよび第2光変調素子がシャインプルフの法則に従って配置されているので、第1光変調素子の光学像の結像面が第2光変調素子の受光面に一致する。そして、第2光変調素子により、第1光変調素子からの光を反射することにより第1光変調素子からの光が2次変調される。 With such a configuration, the light from the light source is first-order modulated by the first light modulation element, and the optical image of the first light modulation element is formed on the light receiving surface of the second light modulation element via the relay lens. Is done. At this time, since the first light modulation element, the relay lens, and the second light modulation element are arranged in accordance with Shine-Proff's law, the image plane of the optical image of the first light modulation element is the light receiving surface of the second light modulation element. Matches. The light from the first light modulation element is secondarily modulated by reflecting the light from the first light modulation element by the second light modulation element.
これにより、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、比較的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。また、第2光変調素子を開口率の高い反射型光変調素子で構成したので、第1光変調素子と第2光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。したがって、従来に比して、表示画像の輝度が低下するのを抑制することができるという効果も得られる。さらに、第1光変調素子の光学像の結像面が第2光変調素子の受光面に一致するので、第2光変調素子の画素面に結像される光学像にボケが生じるのを抑制することができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができるという効果も得られる。さらに、光源として固体レーザや半導体レーザを利用しなくてもすむので、従来に比して、装置の小型化や高輝度化を図ることができるという効果も得られる。 Thereby, 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 relatively high luminance dynamic range and gradation number can be realized is obtained. In addition, since the second light modulation element is composed of a reflective light modulation element having a high aperture ratio, the brightness of the display image can be increased to some extent even if the alignment accuracy between the first light modulation element and the second light modulation element is not high. Can be secured. Therefore, the effect that it can suppress that the brightness | luminance of a display image falls compared with the past is also acquired. Further, since the imaging surface of the optical image of the first light modulation element coincides with the light receiving surface of the second light modulation element, blurring of the optical image formed on the pixel surface of the second light modulation element is suppressed. can do. Accordingly, an effect that the possibility that the image quality is deteriorated can be reduced as compared with the conventional case. Furthermore, since it is not necessary to use a solid laser or a semiconductor laser as a light source, it is possible to obtain an effect that the apparatus can be reduced in size and brightness as compared with the conventional case.
ここで、光源は、光を発生する媒体であればどのようなものを利用することもでき、例えば、ランプのような光学系に内蔵の光源であってもよいし、太陽や室内灯のような外界の光源であってもよい。以下、発明9の光変調方法において同じである。
また、第1光変調素子は、光を変調する素子であればどのような構成であってもよく、構造としては、例えば、単一の光変調素子からなる単板式のものであってもよいし、複数の光変調素子からなる多板式のものであってもよい。また、機能としては、例えば、光の全波長領域の輝度を変調するようになっていてもよいし、光の波長領域のうち異なる複数の特定波長領域についてその特定波長領域の輝度を変調するようになっていてもよい。以下、発明2の光学表示装置、発明9の光変調方法、および発明10の画像表示方法において同じである。
Here, as the light source, any medium that generates light can be used. For example, the light source may be a light source built in an optical system such as a lamp, or may be a sun light or an indoor light. It may be an external light source. Hereinafter, the same applies to the light modulation method of the ninth aspect.
In addition, the first light modulation element may have any configuration as long as it modulates light, and the structure may be, for example, a single plate type composed of a single light modulation element. In addition, a multi-plate type composed of a plurality of light modulation elements may be used. As a function, for example, the luminance of the entire wavelength region of light may be modulated, or the luminance of the specific wavelength region may be modulated for a plurality of different specific wavelength regions out of the wavelength region of light. It may be. The same applies to the optical display device of the
また、第2光変調素子は、光を反射する素子であればどのような構成であってもよく、構造としては、例えば、単一の光変調素子からなる単板式のものであってもよいし、複数の光変調素子からなる多板式のものであってもよい。また、機能としては、例えば、光の全波長領域の輝度を変調するようになっていてもよいし、光の波長領域のうち異なる複数の特定波長領域についてその特定波長領域の輝度を変調するようになっていてもよい。以下、発明9の光変調方法において同じである。 In addition, the second light modulation element may have any configuration as long as it reflects light, and the structure may be, for example, a single plate type composed of a single light modulation element. In addition, a multi-plate type composed of a plurality of light modulation elements may be used. As a function, for example, the luminance of the entire wavelength region of light may be modulated, or the luminance of the specific wavelength region may be modulated for a plurality of different specific wavelength regions out of the wavelength region of light. It may be. Hereinafter, the same applies to the light modulation method of the ninth aspect.
〔発明2〕 一方、上記目的を達成するために、発明2の光学表示装置は、
光源と、前記光源からの光を異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段と、前記光分離手段で分離した光をそれぞれ入射する複数の第1光変調素子と、前記各第1光変調素子からの光を合成する光合成手段と、第2光変調素子と、前記光合成手段の合成光学像を前記第2光変調素子の受光面に結像するリレーレンズとを備え、前記各第1光変調素子および前記第2光変調素子を介して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、
前記第2光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記各第1光変調素子、前記リレーレンズおよび前記第2光変調素子をシャインプルフの法則に従って配置したことを特徴とする。
[Invention 2] On the other hand, in order to achieve the above object, an optical display device of
A light source, a light separating unit that separates light from the light source into a plurality of different specific wavelength regions, a plurality of first light modulation elements that respectively enter the light separated by the light separating unit, and the first A light combining means for combining light from the light modulation elements; a second light modulation element; and a relay lens for forming a combined optical image of the light combination means on a light receiving surface of the second light modulation element. An apparatus for displaying an image by modulating light from the light source via one light modulation element and the second light modulation element,
The second light modulation element is constituted by a reflection type light modulation element,
Each of the first light modulation elements, the relay lens, and the second light modulation element are arranged according to Shine-Pluff's law.
このような構成であれば、光分離手段により、光源からの光が複数の特定波長領域の光に分離され、各第1光変調素子により、光分離手段からの各分離光が1次変調される。次いで、光合成手段により、各第1光変調素子からの光が合成され、光合成手段の合成光学像がリレーレンズを介して第2光変調素子の受光面に結像される。このとき、第1光変調素子、リレーレンズおよび第2光変調素子がシャインプルフの法則に従って配置されているので、各第1光変調素子の光学像の結像面が第2光変調素子の受光面に一致する。そして、第2光変調素子により、光合成手段からの光を反射することにより光合成手段からの光が2次変調される。 With such a configuration, the light from the light source is separated into light of a plurality of specific wavelength regions by the light separating means, and each separated light from the light separating means is primarily modulated by each first light modulation element. The Next, light from each first light modulation element is combined by the light combining means, and a combined optical image of the light combining means is formed on the light receiving surface of the second light modulation element via the relay lens. At this time, since the first light modulation element, the relay lens, and the second light modulation element are arranged in accordance with Shine-Proff's law, the image plane of the optical image of each first light modulation element is the light reception of the second light modulation element. Match the face. Then, the light from the light combining means is secondarily modulated by reflecting the light from the light combining means by the second light modulation element.
これにより、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、比較的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。また、第2光変調素子を開口率の高い反射型光変調素子で構成したので、第1光変調素子と第2光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。したがって、従来に比して、表示画像の輝度が低下するのを抑制することができるという効果も得られる。さらに、各第1光変調素子の光学像の結像面が第2光変調素子の受光面に一致するので、第2光変調素子の画素面に結像される光学像にボケが生じるのを抑制することができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができるという効果も得られる。さらに、光源として固体レーザや半導体レーザを利用しなくてもすむので、従来に比して、装置の小型化や高輝度化を図ることができるという効果も得られる。 Thereby, 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 relatively high luminance dynamic range and gradation number can be realized is obtained. In addition, since the second light modulation element is composed of a reflective light modulation element having a high aperture ratio, the brightness of the display image can be increased to some extent even if the alignment accuracy between the first light modulation element and the second light modulation element is not high. Can be secured. Therefore, the effect that it can suppress that the brightness | luminance of a display image falls compared with the past is also acquired. Further, since the image formation surface of the optical image of each first light modulation element coincides with the light reception surface of the second light modulation element, blurring occurs in the optical image formed on the pixel surface of the second light modulation element. Can be suppressed. Accordingly, an effect that the possibility that the image quality is deteriorated can be reduced as compared with the conventional case. Furthermore, since it is not necessary to use a solid laser or a semiconductor laser as a light source, it is possible to obtain an effect that the apparatus can be reduced in size and brightness as compared with the conventional case.
ここで、特定波長領域は、RGB3原色ごとに設定するに限らず、必要に応じて任意に設定することができる。ただし、RGB3原色ごとに設定すれば、既存の液晶ライトバルブ等をそのまま利用することができ、コスト面で有利である。以下、発明10の画像表示方法において同じである。 Here, the specific wavelength region is not limited to be set for each of the RGB three primary colors, but can be arbitrarily set as necessary. However, if it is set for each of the RGB primary colors, the existing liquid crystal light valve can be used as it is, which is advantageous in terms of cost. The same applies to the image display method of the tenth invention.
〔発明3〕 さらに、発明3の光学表示装置は、発明2の光学表示装置において、
前記第1光変調素子を介して前記第2光変調素子に入射する入射光の光軸と、前記入射光が前記第2光変調素子で反射して前記第2光変調素子から出射する出射光の光軸とがなす所定角に応じた歪みを、前記各第1光変調素子で形成される画像に対して与える画像変形手段を備えることを特徴とする。
[Invention 3] Furthermore, the optical display device of
The optical axis of the incident light incident on the second light modulation element via the first light modulation element, and the emitted light reflected from the second light modulation element and emitted from the second light modulation element An image deforming means for applying a distortion corresponding to a predetermined angle formed by the optical axis to the image formed by each of the first light modulation elements is provided.
このような構成であれば、画像変形手段により、各第1光変調素子で形成される画像に対して所定角に応じた歪みが与えられる。そのため、各第1光変調素子で形成される画像は、第2光変調素子の受光面に対して斜めに結像されるが、第2光変調素子の受光面で生じる歪みを少なくして結像される。
これにより、オフアクシス光学系となるように第2光変調素子を配置しても、各第1光変調素子で形成される画像を歪みを少なくして第2光変調素子の受光面に結像することができるので、第2光変調素子で精度の高い光変調を行うことが可能になる。したがって、画質が劣化する可能性をさらに低減することができるという効果が得られる。
With such a configuration, the image deforming unit gives distortion corresponding to a predetermined angle to the image formed by each first light modulation element. Therefore, an image formed by each first light modulation element is formed obliquely with respect to the light receiving surface of the second light modulation element, but the distortion generated on the light receiving surface of the second light modulation element is reduced. Imaged.
Thereby, even if the second light modulation elements are arranged so as to be an off-axis optical system, an image formed by each first light modulation element is formed on the light receiving surface of the second light modulation element with reduced distortion. Therefore, it is possible to perform high-precision light modulation with the second light modulation element. Therefore, an effect that the possibility that the image quality is deteriorated can be further reduced is obtained.
〔発明4〕 さらに、発明4の光学表示装置は、発明3の光学表示装置において、
前記第1光変調素子は、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子であり、
前記第2光変調素子は、光の反射特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子であり、
前記画像変形手段は、前記所定角に応じた歪みを考慮して前記第1光変調素子の画素および前記第2光変調素子の画素の対応関係を規定した画素対応関係テーブルおよび表示データに基づいて、前記第1光変調素子の光伝搬特性および制御値、並びに前記第2光変調素子の反射特性および制御値のうちいずれかを決定するようになっていることを特徴とする。
[Invention 4] Furthermore, the optical display device of
The first light modulation element is a light modulation element having a plurality of pixels capable of independently controlling light propagation characteristics;
The second light modulation element is a light modulation element having a plurality of pixels capable of independently controlling light reflection characteristics;
The image deforming means is based on a pixel correspondence table and display data defining a correspondence relationship between the pixels of the first light modulation element and the pixels of the second light modulation element in consideration of distortion according to the predetermined angle. One of a light propagation characteristic and a control value of the first light modulation element and a reflection characteristic and a control value of the second light modulation element are determined.
このような構成であれば、画像変形手段により、画素対応関係テーブルおよび表示データに基づいて、第1光変調素子の光伝搬特性および制御値、並びに第2光変調素子の反射特性および制御値のうちいずれかが決定される。画素対応関係テーブルには、所定角に応じた歪みを考慮して第1光変調素子の画素および第2光変調素子の画素の対応関係が規定されているので、決定された光伝搬特性、反射特性または制御値に基づいて第1光変調素子または第2光変調素子が制御されると、各第1光変調素子で形成される画像に対して所定角に応じた歪みが与えられる。 With such a configuration, the image transformation means determines the light propagation characteristics and control values of the first light modulation element and the reflection characteristics and control values of the second light modulation element based on the pixel correspondence table and display data. One of them is decided. Since the correspondence relationship between the pixels of the first light modulation element and the pixels of the second light modulation element is defined in the pixel correspondence relationship table in consideration of distortion according to a predetermined angle, the determined light propagation characteristics, reflection When the first light modulation element or the second light modulation element is controlled based on the characteristic or the control value, distortion corresponding to a predetermined angle is given to the image formed by each first light modulation element.
これにより、所定角に応じた歪みを考慮して第1光変調素子の光伝搬特性および制御値、並びに第2光変調素子の反射特性および制御値のうちいずれかを比較的容易に決定することができるという効果が得られる。 Accordingly, it is possible to relatively easily determine any one of the light propagation characteristic and the control value of the first light modulation element and the reflection characteristic and the control value of the second light modulation element in consideration of the distortion corresponding to the predetermined angle. The effect of being able to be obtained.
〔発明5〕 ところで、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。HDR表示データにおける画素pの輝度レベルをRp、第1光変調素子の画素pに対応する画素の透過率をT1、第2光変調素子の画素pに対応する画素の反射率を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。
[Invention 5] By the way, HDR display data is image data that can realize a high luminance dynamic range that cannot be realized by a conventional image format such as sRGB, and a pixel value indicating a luminance level of a pixel is assigned to all pixels of the image. Storing. When 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 first light modulation element is T1, and the reflectance of the pixel corresponding to the pixel p of the second light modulation element is T2. The following expressions (1) and (2) hold.
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.
上式(1),(2)から、画素pについてT1およびT2の組み合わせが無数に存在することが分かる。しかしながら、T1およびT2を任意に決定してよいわけではない。決定の仕方によっては画質が劣化することがあるので、T1およびT2は、画質を考慮して適切に決定する必要がある。
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、T1およびT2の決定の仕方によって画質が劣化するのは、次のような要因が影響していることを見出した。
From the above equations (1) and (2), it can be seen that there are an infinite number of combinations of T1 and T2 for the pixel p. However, T1 and T2 may not be arbitrarily determined. Since the image quality may deteriorate depending on the method of determination, T1 and T2 need to be appropriately determined in consideration of the image quality.
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the following factors influence the deterioration of image quality depending on how T1 and T2 are determined.
第1光変調素子および第2光変調素子がそれぞれ異なる解像度を有する場合、第1光変調素子の1つの画素p1について画素p1が第2光変調素子の複数の画素と光路上で重なり合い、また逆に、第2光変調素子の1つの画素p2について画素p2が第1光変調素子の複数の画素と光路上で重なり合うことがある。ここで、第1光変調素子の画素p1について透過率T1を算出する場合、第2光変調素子の重なり合う複数の画素の反射率T2が決定されていれば、それら反射率T2の平均値等を算出し、算出した平均値等を第2光変調素子の画素p1に対応する画素の反射率T2と見立てて、上式(1),(2)により透過率T1を算出することが考えられる。しかしながら、あくまで平均値等を第2光変調素子の反射率T2と見立てているので、そこにはどうしても誤差が生じる。この誤差は、第1光変調素子の透過率T1の方を先に決定する場合でも、第2光変調素子の反射率T2の方を先に決定する場合でも、決定順序にかかわらず発生するが、第1光変調素子および第2光変調素子のうち表示解像度を決定するものについては、視覚的な影響力が大きいので誤差を極力小さくした方がよい。 When the first light modulation element and the second light modulation element have different resolutions, for one pixel p1 of the first light modulation element, the pixel p1 overlaps with a plurality of pixels of the second light modulation element on the optical path, and vice versa. In addition, for one pixel p2 of the second light modulation element, the pixel p2 may overlap with a plurality of pixels of the first light modulation element on the optical path. Here, when calculating the transmittance T1 for the pixel p1 of the first light modulation element, if the reflectance T2 of a plurality of overlapping pixels of the second light modulation element is determined, the average value of the reflectance T2 or the like is calculated. It is conceivable that the transmittance T1 is calculated by the above equations (1) and (2), assuming that the calculated average value and the like are considered as the reflectance T2 of the pixel corresponding to the pixel p1 of the second light modulation element. However, since the average value is regarded as the reflectance T2 of the second light modulation element to the last, an error is inevitably generated there. This error occurs regardless of the order of determination, whether the transmittance T1 of the first light modulation element is determined first or the reflectance T2 of the second light modulation element is determined first. Of the first light modulation element and the second light modulation element, the one that determines the display resolution has a large visual influence, so it is better to minimize the error.
そこで、決定順序の違いで誤差の大きさがどのように変化するかを検討してみる。まず、第2光変調素子の反射率T2の方を先に決定することを考える。第1光変調素子の画素p1の透過率T1は、第2光変調素子の重なり合う複数の画素の反射率T2の平均値等を算出し、算出した平均値等およびHDR表示データに基づいて上式(1),(2)により算出することができる。その結果、第1光変調素子の画素p1からみれば、その透過率T1は、第2光変調素子の重なり合う複数の画素の反射率T2に対して誤差が生じるものの、誤差の度合いは、平均値等の統計的演算により生じる誤差程度である。これに対し、第2光変調素子の画素p2からみれば、その反射率T2は、第1光変調素子の重なり合う複数の画素の透過率T1の平均値等を算出しても、その平均値等に対して上式(1),(2)を満たさないほど大きな誤差が生じることがある。これは、画素p1を基準として第2光変調素子の重なり合う複数の画素との関係(上式(1),(2)を満たす関係)を規定しても、その逆の関係が必ずしも成立しないことに起因するものと考えられる。したがって、第2光変調素子の反射率T2の誤差の方が大きくなる可能性が高い。 Therefore, let us examine how the magnitude of the error changes depending on the order of determination. First, consider determining the reflectance T2 of the second light modulation element first. The transmittance T1 of the pixel p1 of the first light modulation element is calculated by calculating an average value or the like of the reflectance T2 of a plurality of overlapping pixels of the second light modulation element, and based on the calculated average value and the HDR display data. It can be calculated by (1) and (2). As a result, from the viewpoint of the pixel p1 of the first light modulation element, the transmittance T1 has an error with respect to the reflectance T2 of the plurality of overlapping pixels of the second light modulation element, but the degree of error is an average value. This is the degree of error caused by statistical calculations such as. On the other hand, when viewed from the pixel p2 of the second light modulation element, the reflectance T2 can be obtained by calculating the average value or the like of the transmittance T1 of a plurality of overlapping pixels of the first light modulation element. On the other hand, a large error may occur that does not satisfy the above equations (1) and (2). This is because the reverse relationship is not necessarily established even if a relationship (a relationship satisfying the above formulas (1) and (2)) with a plurality of overlapping pixels of the second light modulation element is defined based on the pixel p1. It is thought to be caused by Therefore, there is a high possibility that the error of the reflectance T2 of the second light modulation element becomes larger.
逆の場合も同様であり、第1光変調素子の透過率T1の方を先に決定する場合は、第1光変調素子の透過率T1の誤差の方が大きくなる可能性が高い。
以上のことから、画質を向上する観点からは、第1光変調素子および第2光変調素子のうち表示解像度を決定するものの反射率または透過率(以下、反射率等という。)の方を後に決定する方が誤差の影響が少なくてよいという結論が得られる。
The same applies to the opposite case, and when the transmittance T1 of the first light modulation element is determined first, the error of the transmittance T1 of the first light modulation element is likely to be larger.
From the above, from the viewpoint of improving the image quality, the reflectance or transmittance (hereinafter referred to as reflectance or the like) of the first light modulation element and the second light modulation element that determines the display resolution will be described later. The conclusion is that the influence of the error may be less if it is determined.
かかる結論に基づいて、発明5の光学表示装置は、発明4の光学表示装置において、
前記第2光変調素子は、表示解像度を決定する光変調素子であり、
さらに、前記第2光変調素子の各画素の反射特性を仮決定する反射特性仮決定手段と、前記反射特性仮決定手段で仮決定した反射特性および前記表示データに基づいて前記第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する光伝搬特性決定手段と、前記光伝搬特性決定手段で決定した光伝搬特性に基づいて前記第1光変調素子の各画素の制御値を決定する第1制御値決定手段と、前記光伝搬特性決定手段で決定した光伝搬特性および前記表示データに基づいて前記第2光変調素子の各画素の反射特性を決定する反射特性決定手段と、前記反射特性決定手段で決定した反射特性に基づいて前記第2光変調素子の各画素の制御値を決定する第2制御値決定手段とを備え、
前記画像変形手段を、前記光伝搬特性決定手段、前記第1制御値決定手段、前記反射特性決定手段および前記第2制御値決定手段のうちいずれかに適用したことを特徴とする。
Based on this conclusion, the optical display device of
The second light modulation element is a light modulation element that determines display resolution;
Further, a reflection characteristic temporary determination unit that temporarily determines the reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element, the first light modulation element based on the reflection characteristic temporarily determined by the reflection characteristic temporary determination unit and the display data A light propagation characteristic determining means for determining a light propagation characteristic of each pixel of the first and a first control for determining a control value of each pixel of the first light modulation element based on the light propagation characteristic determined by the light propagation characteristic determining means Value determining means; reflection characteristic determining means for determining the reflection characteristics of each pixel of the second light modulation element based on the light propagation characteristics determined by the light propagation characteristic determining means and the display data; and the reflection characteristic determining means Second control value determining means for determining a control value of each pixel of the second light modulation element based on the reflection characteristic determined in
The image deforming means is applied to any one of the light propagation characteristic determining means, the first control value determining means, the reflection characteristic determining means, and the second control value determining means.
このような構成であれば、反射特性仮決定手段により、第2光変調素子の各画素の反射特性が仮決定される。次いで、光伝搬特性決定手段により、仮決定された第2光変調素子の反射特性および表示データに基づいて第1光変調素子の各画素の光伝搬特性が決定され、第1制御値決定手段により、決定された第1光変調素子の光伝搬特性に基づいて第1光変調素子の各画素の制御値が決定される。そして、反射特性決定手段により、決定された第1光変調素子の光伝搬特性および表示データに基づいて第2光変調素子の各画素の反射特性が決定され、第2制御値決定手段により、決定された第2光変調素子の反射特性に基づいて第2光変調素子の各画素の制御値が決定される。 With such a configuration, the reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element is temporarily determined by the reflection characteristic temporary determination unit. Next, the light propagation characteristic determination means determines the light propagation characteristics of each pixel of the first light modulation element based on the provisionally determined reflection characteristic and display data of the second light modulation element, and the first control value determination means determines the light propagation characteristic. The control value of each pixel of the first light modulation element is determined based on the determined light propagation characteristic of the first light modulation element. Then, the reflection characteristic determination unit determines the reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element based on the determined light propagation characteristic and display data of the first light modulation element, and the second control value determination unit determines the reflection characteristic. Based on the reflection characteristics of the second light modulation element, the control value of each pixel of the second light modulation element is determined.
これにより、表示解像度を決定する第2光変調素子の反射特性の方を後に決定するので、誤差の影響を抑制することができ、画質が劣化する可能性を低減することができるという効果が得られる。
ここで、光伝搬特性とは、光の伝搬に影響を与える特性をいい、例えば、光の透過特性、反射特性、屈折特性その他の伝搬特性が含まれる。以下、発明6の光学表示装置、並びに発明13および14の画像表示方法において同じである。
Thereby, since the reflection characteristic of the second light modulation element that determines the display resolution is determined later, it is possible to suppress the influence of errors and to reduce the possibility that the image quality is deteriorated. It is done.
Here, the light propagation characteristics refer to characteristics that affect light propagation, and include, for example, light transmission characteristics, reflection characteristics, refraction characteristics, and other propagation characteristics. The same applies to the optical display device of the
また、反射特性決定手段は、光伝搬特性決定手段で決定した光伝搬特性および表示データに基づいて第2光変調素子の各画素の反射特性を決定するようになっていればどのような構成であってもよく、光伝搬特性決定手段で決定した光伝搬特性そのものに限らず、光伝搬特性決定手段で決定した光伝搬特性に基づいて演算または変換を行い、その演算結果または変換結果に基づいて第2光変調素子の各画素の反射特性を決定するようになっていてもよい。例えば、第1制御値決定手段で決定した制御値は、光伝搬特性決定手段で決定した光伝搬特性に基づいて決定されるので、反射特性決定手段は、第1制御値決定手段で決定した制御値および表示データに基づいて第2光変調素子の各画素の反射特性を決定することができる。 Further, the reflection characteristic determining means may have any configuration as long as the reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element is determined based on the light propagation characteristic determined by the light propagation characteristic determining means and the display data. The calculation may be performed based on the light propagation characteristics determined by the light propagation characteristic determination means, and the calculation or conversion may be performed based on the calculation result or the conversion result. The reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element may be determined. For example, since the control value determined by the first control value determining means is determined based on the light propagation characteristic determined by the light propagation characteristic determining means, the reflection characteristic determining means is the control determined by the first control value determining means. Based on the value and the display data, the reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element can be determined.
〔発明6〕 さらに、発明6の光学表示装置は、発明4の光学表示装置において、
前記第1光変調素子は、表示解像度を決定する光変調素子であり、
さらに、前記第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を仮決定する光伝搬特性仮決定手段と、前記光伝搬特性仮決定手段で仮決定した光伝搬特性および前記表示データに基づいて前記第2光変調素子の各画素の反射特性を決定する反射特性決定手段と、前記反射特性決定手段で決定した反射特性に基づいて前記第2光変調素子の各画素の制御値を決定する第1制御値決定手段と、前記反射特性決定手段で決定した反射特性および前記表示データに基づいて前記第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する光伝搬特性決定手段と、前記光伝搬特性決定手段で決定した光伝搬特性に基づいて前記第1光変調素子の各画素の制御値を決定する第2制御値決定手段とを備え、
前記画像変形手段を、前記反射特性決定手段、前記第1制御値決定手段、前記光伝搬特性決定手段および前記第2制御値決定手段のうちいずれかに適用したことを特徴とする。
[Invention 6] Furthermore, the optical display device of
The first light modulation element is a light modulation element that determines display resolution;
Further, a light propagation characteristic provisionally determining unit that provisionally determines a light propagation characteristic of each pixel of the first light modulation element, the light propagation characteristic provisionally determined by the light propagation characteristic provisional determination unit, and the display data Reflection characteristic determining means for determining the reflection characteristic of each pixel of the two-light modulation element, and first control for determining a control value of each pixel of the second light modulation element based on the reflection characteristic determined by the reflection characteristic determination means Value determining means, light propagation characteristic determining means for determining light propagation characteristics of each pixel of the first light modulation element based on the reflection characteristics determined by the reflection characteristic determining means and the display data, and the light propagation characteristic determination Second control value determining means for determining a control value of each pixel of the first light modulation element based on the light propagation characteristic determined by the means,
The image deformation means is applied to any one of the reflection characteristic determination means, the first control value determination means, the light propagation characteristic determination means, and the second control value determination means.
このような構成であれば、光伝搬特性仮決定手段により、第1光変調素子の各画素の光伝搬特性が仮決定される。次いで、反射特性決定手段により、仮決定された第1光変調素子の光伝搬特性および表示データに基づいて第2光変調素子の各画素の反射特性が決定され、第1制御値決定手段により、決定された第2光変調素子の反射特性に基づいて第2光変調素子の各画素の制御値が決定される。そして、光伝搬特性決定手段により、決定された第2光変調素子の反射特性および表示データに基づいて第1光変調素子の各画素の光伝搬特性が決定され、第2制御値決定手段により、決定された第1光変調素子の光伝搬特性に基づいて第1光変調素子の各画素の制御値が決定される。 With such a configuration, the light propagation characteristic provisional determination means provisionally determines the light propagation characteristic of each pixel of the first light modulation element. Next, the reflection characteristic determination unit determines the reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element based on the temporarily determined light propagation characteristic and display data of the first light modulation element, and the first control value determination unit Based on the determined reflection characteristic of the second light modulation element, the control value of each pixel of the second light modulation element is determined. Then, the light propagation characteristic determination means determines the light propagation characteristics of each pixel of the first light modulation element based on the determined reflection characteristic and display data of the second light modulation element, and the second control value determination means Based on the determined light propagation characteristic of the first light modulation element, the control value of each pixel of the first light modulation element is determined.
これにより、表示解像度を決定する第1光変調素子の光伝搬特性の方を後に決定するので、誤差の影響を抑制することができ、画質が劣化する可能性を低減することができるという効果が得られる。
ここで、光伝搬特性決定手段は、反射特性決定手段で決定した反射特性および表示データに基づいて第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定するようになっていればどのような構成であってもよく、反射特性決定手段で決定した反射特性そのものに限らず、反射特性決定手段で決定した反射特性に基づいて演算または変換を行い、その演算結果または変換結果に基づいて第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定するようになっていてもよい。例えば、第1制御値決定手段で決定した制御値は、反射特性決定手段で決定した反射特性に基づいて決定されるので、光伝搬特性決定手段は、第1制御値決定手段で決定した制御値および表示データに基づいて第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定することができる。
Thereby, since the light propagation characteristic of the first light modulation element that determines the display resolution is determined later, the influence of the error can be suppressed, and the possibility that the image quality can be reduced can be reduced. can get.
Here, the light propagation characteristic determining means may have any configuration as long as it determines the light propagation characteristics of each pixel of the first light modulation element based on the reflection characteristics determined by the reflection characteristic determining means and the display data. It is not limited to the reflection characteristic itself determined by the reflection characteristic determination unit, but is calculated or converted based on the reflection characteristic determined by the reflection characteristic determination unit, and the first light is calculated based on the calculation result or the conversion result. The light propagation characteristics of each pixel of the modulation element may be determined. For example, since the control value determined by the first control value determining means is determined based on the reflection characteristic determined by the reflection characteristic determining means, the light propagation characteristic determining means is the control value determined by the first control value determining means. Based on the display data, the light propagation characteristics of each pixel of the first light modulation element can be determined.
〔発明7〕 さらに、発明7の光学表示装置は、発明2ないし6のいずれか1の光学表示装置において、
前記第2光変調素子をDMDで構成したことを特徴とする。
このような構成であれば、第2光変調素子を開口率の高いDMDで構成したので、第1光変調素子と第2光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができるという効果が得られる。また、第2光変調素子をディジタル駆動することができるという効果も得られる。
[Invention 7] Furthermore, the optical display device of
The second light modulation element is composed of DMD.
With such a configuration, since the second light modulation element is configured with DMD having a high aperture ratio, the brightness of the display image can be obtained even if the alignment accuracy between the first light modulation element and the second light modulation element is not high. Can be secured to some extent. In addition, the second light modulation element can be digitally driven.
〔発明8〕 さらに、発明8の光学表示装置は、発明2ないし6のいずれか1の光学表示装置において、
前記第2光変調素子を反射型液晶表示素子で構成したことを特徴とする。
このような構成であれば、第2光変調素子を開口率の高い反射型液晶表示素子で構成したので、第1光変調素子と第2光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。また、第1光変調素子と第2光変調素子の間の光伝達において偏光特性を保持することができる。したがって、表示画像の輝度が低下するのをさらに抑制することができるという効果が得られる。また、DMDで構成する場合に比して、高精細化ができるので画質を向上することができるとともに、製造コストを低減することができるという効果も得られる。
[Invention 8] Furthermore, the optical display device of
The second light modulation element is composed of a reflective liquid crystal display element.
With such a configuration, since the second light modulation element is configured by a reflective liquid crystal display element having a high aperture ratio, even if the alignment accuracy between the first light modulation element and the second light modulation element is not high, The brightness of the display image can be secured to some extent. In addition, polarization characteristics can be maintained in light transmission between the first light modulation element and the second light modulation element. Therefore, it is possible to further suppress the decrease in the luminance of the display image. In addition, as compared with the case of using the DMD, since the definition can be increased, the image quality can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
〔発明9〕 一方、上記目的を達成するために、発明9の光変調方法は、
第1光変調素子を介して光源からの光を変調する第1次変調ステップと、リレーレンズを介して前記第1光変調素子の光学像を第2光変調素子の受光面に結像する光学像結像ステップと、前記第2光変調素子を介して前記第1光変調素子からの光を変調する第2次変調ステップとを含み、前記光源からの光を変調する方法であって、
前記第2光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記第1光変調素子、前記リレーレンズおよび前記第2光変調素子をシャインプルフの法則に従って配置することを特徴とする。
これにより、発明1の光変調装置と同等の効果が得られる。
[Invention 9] On the other hand, in order to achieve the above object, the light modulation method of
A first modulation step for modulating light from the light source via the first light modulation element, and an optical for forming an optical image of the first light modulation element on the light receiving surface of the second light modulation element via the relay lens. A method of modulating light from the light source, comprising: an image forming step; and a secondary modulation step of modulating light from the first light modulation element via the second light modulation element,
The second light modulation element is a reflective light modulation element,
The first light modulation element, the relay lens, and the second light modulation element are arranged according to Shine-Pluff's law.
Thereby, an effect equivalent to that of the light modulation device of
〔発明10〕 一方、上記目的を達成するために、発明10の画像表示方法は、
光を異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段を介して光源からの光を分離する光分離ステップと、前記光分離手段からの各分離光ごとに、第1光変調素子を介して当該分離光を変調する第1次変調ステップと、光を合成する光合成手段を介して前記各第1光変調素子からの分離光を合成する光合成ステップと、リレーレンズを介して前記光合成手段の合成光学像を第2光変調素子の受光面に結像する光学像結像ステップと、前記第2光変調素子を介して前記光合成手段からの光を変調する第2次変調ステップとを含み、前記光源からの光を変調して画像を表示する方法であって、
前記第2光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記各第1光変調素子、前記リレーレンズおよび前記第2光変調素子をシャインプルフの法則に従って配置することを特徴とする。
これにより、発明2の光学表示装置と同等の効果が得られる。
[Invention 10] On the other hand, in order to achieve the above object, an image display method of
A light separation step for separating the light from the light source through a light separation means for separating the light into a plurality of different specific wavelength regions, and for each separated light from the light separation means, through the first light modulation element A first modulation step for modulating the separated light, a light synthesis step for synthesizing the separated light from the first light modulation elements via light synthesis means for synthesizing the light, and a light synthesis means via a relay lens. An optical image forming step of forming a combined optical image on the light receiving surface of the second light modulation element; and a second modulation step of modulating light from the light combining means via the second light modulation element; A method of displaying an image by modulating light from the light source,
The second light modulation element is a reflective light modulation element,
Each of the first light modulation elements, the relay lens, and the second light modulation element are arranged according to Shine-Pluff's law.
Thereby, an effect equivalent to that of the optical display device of
〔発明11〕 さらに、発明11の画像表示方法は、発明10の画像表示方法において、
前記第1光変調素子を介して前記第2光変調素子に入射する入射光の光軸と、前記入射光が前記第2光変調素子で反射して前記第2光変調素子から出射する出射光の光軸とがなす所定角に応じた歪みを、前記各第1光変調素子で形成される画像に対して与える画像変形ステップを含むことを特徴とする。
これにより、発明3の光学表示装置と同等の効果が得られる。
[Invention 11] Furthermore, the image display method of
The optical axis of the incident light incident on the second light modulation element via the first light modulation element, and the emitted light reflected from the second light modulation element and emitted from the second light modulation element An image transformation step is provided, in which a distortion corresponding to a predetermined angle formed by the optical axis is applied to an image formed by each of the first light modulation elements.
Thereby, an effect equivalent to that of the optical display device of
〔発明12〕 さらに、発明12の画像表示方法は、発明11の画像表示方法において、
前記第1光変調素子は、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子であり、
前記第2光変調素子は、光の反射特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子であり、
前記画像変形ステップは、前記所定角に応じた歪みを考慮して前記第1光変調素子の画素および前記第2光変調素子の画素の対応関係を規定した画素対応関係テーブルおよび表示データに基づいて、前記第1光変調素子の光伝搬特性および制御値、並びに前記第2光変調素子の反射特性および制御値のうちいずれかを決定することを特徴とする。
これにより、発明4の光学表示装置と同等の効果が得られる。
[Invention 12] Further, the image display method of
The first light modulation element is a light modulation element having a plurality of pixels capable of independently controlling light propagation characteristics;
The second light modulation element is a light modulation element having a plurality of pixels capable of independently controlling light reflection characteristics;
The image deformation step is based on a pixel correspondence table and display data that define a correspondence relationship between the pixels of the first light modulation element and the pixels of the second light modulation element in consideration of distortion according to the predetermined angle. One of the light propagation characteristic and control value of the first light modulation element and the reflection characteristic and control value of the second light modulation element are determined.
Thereby, an effect equivalent to that of the optical display device of
〔発明13〕 さらに、発明13の画像表示方法は、発明12の画像表示方法において、
前記第2光変調素子は、表示解像度を決定する光変調素子であり、
さらに、前記第2光変調素子の各画素の反射特性を仮決定する反射特性仮決定ステップと、前記反射特性仮決定ステップで仮決定した反射特性および前記表示データに基づいて前記第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する光伝搬特性決定ステップと、前記光伝搬特性決定ステップで決定した光伝搬特性に基づいて前記第1光変調素子の各画素の制御値を決定する第1制御値決定ステップと、前記光伝搬特性決定ステップで決定した光伝搬特性および前記表示データに基づいて前記第2光変調素子の各画素の反射特性を決定する反射特性決定ステップと、前記反射特性決定ステップで決定した反射特性に基づいて前記第2光変調素子の各画素の制御値を決定する第2制御値決定ステップとを含み、
前記画像変形ステップを、前記光伝搬特性決定ステップ、前記第1制御値決定ステップ、前記反射特性決定ステップおよび前記第2制御値決定ステップのうちいずれかに適用したことを特徴とする。
これにより、発明5の光学表示装置と同等の効果が得られる。
[Invention 13] Further, the image display method of
The second light modulation element is a light modulation element that determines display resolution;
Further, a reflection characteristic provisional determination step for provisionally determining the reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element, and the first light modulation element based on the reflection characteristic provisionally determined in the reflection characteristic provisional determination step and the display data A light propagation characteristic determining step for determining a light propagation characteristic of each of the pixels, and a first control for determining a control value of each pixel of the first light modulation element based on the light propagation characteristic determined in the light propagation characteristic determining step A value determination step, a reflection characteristic determination step for determining a reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element based on the light propagation characteristic determined in the light propagation characteristic determination step and the display data, and the reflection characteristic determination step A second control value determining step of determining a control value of each pixel of the second light modulation element based on the reflection characteristic determined in
The image transformation step is applied to any one of the light propagation characteristic determination step, the first control value determination step, the reflection characteristic determination step, and the second control value determination step.
Thereby, an effect equivalent to that of the optical display device of
ここで、反射特性決定ステップは、光伝搬特性決定ステップで決定した光伝搬特性および表示データに基づいて第2光変調素子の各画素の反射特性を決定すればどのような方法であってもよく、光伝搬特性決定ステップで決定した光伝搬特性そのものに限らず、光伝搬特性決定ステップで決定した光伝搬特性に基づいて演算または変換を行い、その演算結果または変換結果に基づいて第2光変調素子の各画素の反射特性を決定してもよい。例えば、第1制御値決定ステップで決定した制御値は、光伝搬特性決定ステップで決定した光伝搬特性に基づいて決定されるので、反射特性決定ステップは、第1制御値決定ステップで決定した制御値および表示データに基づいて第2光変調素子の各画素の反射特性を決定することができる。 Here, the reflection characteristic determination step may be any method as long as the reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element is determined based on the light propagation characteristic and display data determined in the light propagation characteristic determination step. In addition to the light propagation characteristic itself determined in the light propagation characteristic determination step, calculation or conversion is performed based on the light propagation characteristic determined in the light propagation characteristic determination step, and the second optical modulation is performed based on the calculation result or conversion result. The reflection characteristics of each pixel of the element may be determined. For example, since the control value determined in the first control value determination step is determined based on the light propagation characteristic determined in the light propagation characteristic determination step, the reflection characteristic determination step is the control determined in the first control value determination step. Based on the value and the display data, the reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element can be determined.
〔発明14〕 さらに、発明14の画像表示方法は、発明12の画像表示方法において、
前記第1光変調素子は、表示解像度を決定する光変調素子であり、
さらに、前記第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を仮決定する光伝搬特性仮決定ステップと、前記光伝搬特性仮決定ステップで仮決定した光伝搬特性および前記表示データに基づいて前記第2光変調素子の各画素の反射特性を決定する反射特性決定ステップと、前記反射特性決定ステップで決定した反射特性に基づいて前記第2光変調素子の各画素の制御値を決定する第1制御値決定ステップと、前記反射特性決定ステップで決定した反射特性および前記表示データに基づいて前記第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する光伝搬特性決定ステップと、前記光伝搬特性決定ステップで決定した光伝搬特性に基づいて前記第1光変調素子の各画素の制御値を決定する第2制御値決定ステップとを含み、
前記画像変形ステップを、前記反射特性決定ステップ、前記第1制御値決定ステップ、前記光伝搬特性決定ステップおよび前記第2制御値決定ステップのうちいずれかに適用したことを特徴とする。
これにより、発明6の光学表示装置と同等の効果が得られる。
[Invention 14] Furthermore, the image display method of
The first light modulation element is a light modulation element that determines display resolution;
Further, a light propagation characteristic provisionally determining step for provisionally determining light propagation characteristics of each pixel of the first light modulation element, the light propagation characteristics provisionally determined in the light propagation characteristic provisional determination step, and the display data based on the display data A reflection characteristic determination step for determining a reflection characteristic of each pixel of the two-light modulation element, and a first control for determining a control value of each pixel of the second light modulation element based on the reflection characteristic determined in the reflection characteristic determination step A value determining step; a light propagation characteristic determining step for determining a light propagation characteristic of each pixel of the first light modulation element based on the reflection characteristic determined in the reflection characteristic determination step and the display data; and the light propagation characteristic determination. A second control value determining step for determining a control value of each pixel of the first light modulation element based on the light propagation characteristic determined in the step,
The image transformation step is applied to any of the reflection characteristic determination step, the first control value determination step, the light propagation characteristic determination step, and the second control value determination step.
Thereby, an effect equivalent to that of the optical display device of
ここで、光伝搬特性決定ステップは、反射特性決定ステップで決定した反射特性および表示データに基づいて第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定すればどのような方法であってもよく、反射特性決定ステップで決定した反射特性そのものに限らず、反射特性決定ステップで決定した反射特性に基づいて演算または変換を行い、その演算結果または変換結果に基づいて第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定してもよい。例えば、第1制御値決定ステップで決定した制御値は、反射特性決定ステップで決定した反射特性に基づいて決定されるので、光伝搬特性決定ステップは、第1制御値決定ステップで決定した制御値および表示データに基づいて第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定することができる。 Here, the light propagation characteristic determination step may be any method as long as the light propagation characteristic of each pixel of the first light modulation element is determined based on the reflection characteristic determined in the reflection characteristic determination step and the display data. Not only the reflection characteristic itself determined in the reflection characteristic determination step but also the calculation or conversion based on the reflection characteristic determined in the reflection characteristic determination step, and each pixel of the first light modulation element based on the calculation result or conversion result The light propagation characteristics may be determined. For example, since the control value determined in the first control value determination step is determined based on the reflection characteristic determined in the reflection characteristic determination step, the light propagation characteristic determination step is the control value determined in the first control value determination step. Based on the display data, the light propagation characteristics of each pixel of the first light modulation element can be determined.
〔発明15〕 さらに、発明15の画像表示方法は、発明10ないし14のいずれか1の画像表示方法において、
前記第2光変調素子は、DMDであることを特徴とする。
これにより、発明7の光学表示装置と同等の効果が得られる。
[Invention 15] Furthermore, the image display method of
The second light modulation element is a DMD.
Thereby, an effect equivalent to that of the optical display device of
〔発明16〕 さらに、発明16の画像表示方法は、発明10ないし14のいずれか1の画像表示方法において、
前記第2光変調素子は、反射型液晶表示素子であることを特徴とする。
これにより、発明8の光学表示装置と同等の効果が得られる。
[Invention 16] Furthermore, the image display method of
The second light modulation element is a reflective liquid crystal display element.
Thereby, an effect equivalent to that of the optical display device of
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1ないし図16は、本発明に係る光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、本発明に係る光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法を、図1に示すように、投射型表示装置100に適用したものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 16 are diagrams showing an embodiment of a light modulation device and an optical display device, and a light modulation method and an image display method according to the present invention.
In the present embodiment, the light modulation device and the optical display device, and the light modulation method and the image display method according to the present invention are applied to a
まず、投射型表示装置100の構成を図1を参照しながら説明する。
図1は、投射型表示装置100のハードウェア構成を示すブロック図である。
投射型表示装置100は、図1に示すように、光源10と、光源10から入射した光の輝度分布を均一化する輝度分布均一化部12と、輝度分布均一化部12から入射した光の波長領域のうちRGB3原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部14と、色変調部14から入射した光をリレーするリレーレンズ16と、リレーレンズ16から入射した光の全波長領域の輝度を変調する輝度変調部18と、輝度変調部18からから入射した光をスクリーン(不図示)に投射する投射部20とで構成されている。
First, the configuration of the
FIG. 1 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the
As shown in FIG. 1, the
光源10は、高圧水銀ランプ等のランプ10aと、ランプ10aからの出射光を反射するリフレクタ10bとで構成されている。
色変調部14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3枚の透過型液晶ライトバルブ40R,40G,40Bと、5枚のフィールドレンズ42R,42G,42B1〜42B3と、2枚のダイクロイックミラー44a,44bと、3枚のミラー46a,46b,46cと、ダイクロイックプリズム48とで構成されている。まず、輝度分布均一化部12からの光をダイクロイックミラー44a,44bにより赤色、緑色および青色のRGB3原色に分光するとともに、フィールドレンズ42R,42G,42B1〜42B3およびミラー46a〜46cを介して透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bに入射する。そして、分光したRGB3原色の光の輝度を各透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bにより変調し、変調したRGB3原色の光をダイクロイックプリズム48により合成してリレーレンズ16に出射する。
The
The
透過型液晶ライトバルブ40R〜40B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。透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bは、電圧非印加状態で白/明(透過)状態、電圧印加状態で黒/暗(非透過)状態となるノーマリーホワイトモードまたはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。
The transmissive liquid
ダイクロイックプリズム48は、4つの直角プリズムを貼り合わせてなり、その内部には、赤色光を反射する誘電体多層膜および青色光を反射する誘電体多層膜が断面X字状に形成されている。これら誘電体多層膜によってRGB3原色の光を合成することができる。
輝度変調部18は、反射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かつ透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bよりも高い解像度を有するDMD50と、TIRプリズム52とで構成されている。まず、リレーレンズ16からの光をTIRプリズム52で反射してDMD50に入射し、入射した光の全波長領域の輝度をDMD50により変調して反射する。そして、反射した光束のうち所定の成分をTIRプリズム52を介して投射部20に出射する。
The
The
DMD50は、ミラーとして光束の反射方向を時間制御すること、言い換えると、光の通過状態または遮断状態をスイッチする時間制御によって変調を行うものであり、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がディジタル制御される。DMD50の各画素を所定のフレーム単位で制御する場合、例えば、1フレームの半分の時間だけ投射部20に向けて入射光を反射するように制御すれば、画素の輝度は1/2となる。また、DMD50は、信号線および駆動トランジスタ等の遮光部位が反射画素電極の下に作り込まれているので、図23に示すように開口率が大きく、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bおよびリレーレンズ16に対して多少のアライメント誤差があっても表示画像の輝度を低下させることなく、モアレもあまり目立たないという特徴を有する。
The
図2は、透過型液晶ライトバルブ40R〜40BとDMD50の結像関係を示す図である。
図2(a)は、図1に示す全体の構成のうち、透過型液晶ライトバルブ40R〜40BとDMD50の間を模式的に示したものであり、さらに説明を分かりやすくするために、3枚の透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bを1枚の透過型液晶ライトバルブに置き換えかつダイクロイックプリズム48を省略して記載してある。
FIG. 2 is a diagram showing an imaging relationship between the transmissive liquid
FIG. 2A schematically shows between the transmissive liquid
リレーレンズ16とDMD50の間には、TIRプリズム52が配置されているが、TIRプリズム52は、DMD50を用いた光学系のコントラスト特性を向上させるために用いられるものであり、透過型液晶ライトバルブ40R〜40BとDMD50の結像関係には影響を及ぼさない。そこで、TIRプリズム52を省略すると、透過型液晶ライトバルブ40R〜40BとDMD50の結像関係は図2(b)に示すようになり、DMD50は、リレーレンズ16からの入射光の光軸と、投射部20への出射光の光軸とが所定角をなすオフアクシス光学系となるように配置されている。すなわち、DMD50は、投射部20に対して正面に配置され、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bおよびリレーレンズ16は、所定の入射角で光が入射するようにDMD50に対して斜めに配置されている。これは、斜め方向から入射した光線の反射方向を変化させて光変調を行うDMD50の光変調原理に最も適した配置である。また、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bも後述するシャインプルフの法則に従って、リレーレンズ16の光軸に対して傾むけて配置されている。
A
図3は、リレーレンズ16による透過型液晶ライトバルブ40R〜40BとDMD50の結像関係の説明図である。なお、図3においては、説明を分かりやすくする目的で、3枚の透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bを1枚の透過型液晶ライトバルブに置き換え、かつ、クロスダイクロイックプリズム48を省略してある。また、リレーレンズ16も1枚のレンズで簡略化してある。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an imaging relationship between the transmissive liquid
いま、図3(a)のように、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bがリレーレンズ16の光軸に対して垂直に配置されていると、リレーレンズ16によって結像される透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの光学像の結像面は、点線で示すようにDMD50面に対して傾いたものになる。したがって、DMD50の画素面には、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの光学像がぼやけて投影されることになり、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bで形成した輝度分布を正確にDMD50の画素面に伝達することができない。
Now, as shown in FIG. 3A, when the transmissive liquid
この輝度分布ボケを解消するために、透過型液晶ライトバルブ40R〜40B、リレーレンズ16およびDMD50をシャインプルフの法則に従って配置する。シャインプルフの法則とは、図3(b)に示すように、物平面(透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの画素面)の延長面と、結像レンズ主平面(リレーレンズ16の主平面)の延長面が交わる交線をBとすると、像平面(DMD50の画素面)の延長面と、結像レンズ主平面の延長面が交わる交線もBと一致するという関係である。すなわち、シャインプルフの法則に従って透過型液晶ライトバルブ40R〜40B、リレーレンズ16およびDMD50を配置すれば、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bで形成した輝度分布をぼけずにDMD50の画素面に伝達することができる。
In order to eliminate this luminance distribution blur, the transmissive liquid
図4は、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの光学像を示す図である。
シャインプルフの法則に従った配置においては、光学像のボケは発生しないものの台形状の歪みが発生する。透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bで図4(a)の格子状の画像を形成し、これをDMD50の画素面に結像すると、DMD50の画素面に結像される画像は、図4(b)に示すような(図4(a)の上側部分が拡大し、下側部分が縮小した倒立画像)台形状に歪んだものとなってしまう。ただし、歪み方には法則性があり、図4(a)の互いに平行な縦軸は、図4(b)では、点hに収束するように角度がつく。この点hは、バニッシングポイントとよばれるもので、具体的には、図4(c)に示すように、リレーレンズ16の像側焦点位置に立てた(光軸に対する)垂線と、DMD50の画素面の延長面の交点に当たる。また、図4(a)の互いに平行な横軸は、図4(b)でも、互いに平行なままであるが、その間隔は、図4(b)の下側になるほど狭まるようになる。
FIG. 4 is a diagram showing optical images of the transmissive liquid
In the arrangement according to Shine-Pluff's law, the optical image is not blurred but trapezoidal distortion occurs. When the transmission type liquid
図5は、透過型液晶ライトバルブ40R〜40BとDMD50の座標の対応関係を説明する図である。
図5の平面は、図3の交線Bに直交する平面である。図5下方に示すように、全系の座標系としてx−y−z直交座標系を設定する。原点は、リレーレンズ16の中心と光軸の交点とする。y−z平面は、図5の平面に含まれ、z軸は、DMD50側を正に光軸に平行にとる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the correspondence between the coordinates of the transmissive liquid
The plane of FIG. 5 is a plane orthogonal to the intersection line B of FIG. As shown in the lower part of FIG. 5, an xyz orthogonal coordinate system is set as the coordinate system of the entire system. The origin is the intersection of the center of the
また、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの座標系としてX−Y−Z直交座標系を設定する。原点は、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの画素面と光軸の交点とする。Y−Z平面は、図5の平面に含まれ、X−Y平面は、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの画素面に含まれる。
また、DMD50の座標系としてX’−Y’−Z’直交座標系を設定する。原点は、DMD50の画素面と光軸の交点とする。Y’−Z’平面は、図5の平面に含まれ、X’−Y’平面は、DMD50の画素面に含まれる。
Further, an XYZ orthogonal coordinate system is set as the coordinate system of the transmissive liquid
Further, an X′-Y′-Z ′ orthogonal coordinate system is set as the coordinate system of the
透過型液晶ライトバルブ40R〜40BとDMD50の結像関係を、図5の座標系に基づいて数式化すると、下式(3)で表すことができる。
X’=f/(f+z0+Y・sinθ)・X
Y’=cosθ/cosθ’・f/(f+z0+Y・sinθ)・Y …(3)
ここで、fはリレーレンズ16の焦点距離、z0はリレーレンズ16の主点から透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bまでの距離、θは透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの平面とリレーレンズ16の主平面のなす角度、θ'はDMD50の平面とリレーレンズ16の主平面のなす角度である。
The imaging relationship between the transmissive liquid
X ′ = f / (f + z0 + Y · sin θ) · X
Y ′ = cos θ / cos θ ′ · f / (f + z0 + Y · sin θ) · Y (3)
Here, f is the focal length of the
したがって、DMD50の画素面で本来所望の輝度分布を得るためには、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bに台形歪をあらかじめ考慮した画像を表示する必要がある。これは、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bに上式(3)に従って画像処理を施した画像を形成すれば実現できる。この画像処理について後段で詳述する。
輝度分布均一化部12は、2枚のフライアイレンズ12a,12bと、偏光変換素子12cと、集光レンズ12dとで構成されている。そして、光源10からの光の輝度分布をフライアイレンズ12a,12bにより均一化し、均一化した光を偏光変換素子12cにより色変調ライトバルブの入射可能偏光方向に偏光し、偏光した光を集光レンズ12dにより集光して色変調部14に出射する。
Therefore, in order to obtain the originally desired luminance distribution on the pixel surface of the
The luminance
偏光変換素子12cは、例えば、PBSアレイと、1/2波長板とで構成されている。1/2波長板は、入射直線偏光をそれと直交する直線偏光に変換するものである。
図6は、リレーレンズ16の構成を示す図である。
リレーレンズ16は、各透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの光学像をDMD50の画素面に結像するものであって、図6に示すように、開口絞りに対してほぼ対称に配置された前段レンズ群および後段レンズ群からなる等倍結像レンズである。前段レンズ群および後段レンズ群は、複数の凸レンズと、1枚の凹レンズとで構成されている。ただし、レンズの形状、大きさ、配置間隔および枚数、テレセントリック性、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更され得るものであり、図6の例に限定されるものではない。
For example, the
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the
The
図7は、リレーレンズ16の動作原理を示す図である。
リレーレンズ16は、図7に示すように、典型的には等倍結像のものが用いられるので、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bの光学像をDMD50の画素面に倒立結像する。また、リレーレンズ16は、多数枚のレンズから構成されるので、収差補正が良く、各透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bで形成される輝度分布を正確にDMD50に伝達することができる。
FIG. 7 is a diagram illustrating the operating principle of the
As shown in FIG. 7, the
一方、投射型表示装置100は、透過型液晶ライトバルブ40R〜40BおよびDMD50を制御する表示制御装置200(不図示)を有している。以下、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bを色変調ライトバルブと総称し、DMD50を輝度変調素子と総称する。また、本実施の形態では、輝度変調素子が表示解像度(投射型表示装置100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。
On the other hand, the
次に、表示制御装置200の構成を図8ないし図12を参照しながら詳細に説明する。
図8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8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CPU70と、所定領域にあらかじめCPU70の制御プログラム等を格納しているROM72と、ROM72等から読み出したデータやCPU70の演算過程で必要な演算結果を格納するためのRAM74と、外部装置に対してデータの入出力を媒介するI/F78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79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
FIG. 8 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the
As shown in FIG. 8, the
I/F78には、外部装置として、色変調ライトバルブおよび輝度変調素子を駆動するライトバルブ駆動装置80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82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82は、HDR表示データを記憶している。
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。現在は、特にCGの世界において、CGオブジェクトを実際の風景に合成するために用いられている。画像形式としては様々なものが存在するが、従来のsRGB等の画像フォーマットよりも高い輝度ダイナミックレンジを実現するために浮動小数点形式で画素値を格納する形式が多い。また、格納する値としては、人間の視覚特性を考慮しない物理的な放射輝度(Radiance=W/(sr・m2))や、人間の視覚特性を考慮した輝度(luminance=cd/m2)に関する値であるという点も特徴である。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 I /
The
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. Currently, it is used to synthesize CG objects into actual scenery, especially in the CG world. Although there are various image formats, there are many formats in which pixel values are stored in a floating-point format in order to realize a luminance dynamic range higher than a conventional image format such as sRGB. As values to be stored, physical radiance that does not consider human visual characteristics (Radiance = W / (sr · m 2 )), or luminance that considers human visual characteristics (luminance = cd / m 2 ). It is also a feature that it is a value regarding. In this embodiment, 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 as HDR display data is used. For example, a value of (1.2, 5.4, 2.3) is stored as the pixel value of one pixel.
HDR表示データは、高い輝度ダイナミックレンジのHDR画像を撮影し、撮影したHDR画像に基づいて生成する。しかしながら、現在のフィルムカメラおよびデジタルスチルカメラでは、自然界における高い輝度ダイナミックレンジのHDR画像を一度に撮影することはできない。そこで、何らかの方法で露出を変化させた複数の撮影画像から1枚のHDR画像を生成する。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。
The HDR display data is generated based on a HDR image having a high luminance dynamic range and a captured HDR image. However, with current film cameras and digital still cameras, HDR images with a high luminance dynamic range in nature cannot be taken at a time. Therefore, one HDR image is generated from a plurality of photographed images whose exposure is changed by some method. For details of the method for generating HDR display data, see, for example, publicly known
また、記憶装置82は、各色変調ライトバルブごとに、その色変調ライトバルブの制御値を登録した制御値登録テーブル400R,400G,400Bを記憶している。
図9は、制御値登録テーブル400Rのデータ構造を示す図である。
制御値登録テーブル400Rには、図9に示すように、透過型液晶ライトバルブ40Rの各制御値ごとに1つのレコードが登録されている。各レコードは、透過型液晶ライトバルブ40Rの制御値を登録したフィールドと、透過型液晶ライトバルブ40R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。
The
FIG. 9 is a diagram illustrating a data structure of the control value registration table 400R.
In the control value registration table 400R, as shown in FIG. 9, one record is registered for each control value of the transmissive liquid crystal
図9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、透過型液晶ライトバルブ40Rに対して制御値「0」を出力すると、透過型液晶ライトバルブ40Rの透過率が0.4%となることを示している。なお、図9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. 9, “0” is registered as the control value and “0.004” is registered as the transmittance in the first record. This indicates that when the control value “0” is output to the transmissive liquid crystal
また、制御値登録テーブル400G,400B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400Rと同様のデータ構造を有している。ただし、制御値登録テーブル400Rと異なるのは、同一の制御値に対応する透過率が異なる点である。
また、記憶装置82は、輝度変調素子の制御値を登録した制御値登録テーブル420を記憶している。
The data structure of the control value registration tables 400G and 400B is not particularly shown, but has the same data structure as the control value registration table 400R. However, the difference from the control value registration table 400R is that the transmittance corresponding to the same control value is different.
Further, the
図10は、制御値登録テーブル420のデータ構造を示す図である。
制御値登録テーブル420には、図10に示すように、輝度変調素子の各制御値ごとに1つのレコードが登録されている。各レコードは、輝度変調素子の制御値を登録したフィールドと、輝度変調素子の反射率を登録したフィールドとを含んで構成されている。
図10の例では、第1段目のレコードには、制御値として「0」が、反射率として「0.003」がそれぞれ登録されている。これは、輝度変調素子に対して制御値「0」を出力すると、輝度変調素子の反射率が0.3%となることを示している。なお、図10は、輝度変調素子の階調数が4ビット(0〜15値)である場合の例を示したが、実際には、輝度変調素子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。
FIG. 10 is a diagram illustrating a data structure of the control value registration table 420.
In the control value registration table 420, as shown in FIG. 10, one record is registered for each control value of the luminance modulation element. Each record includes a field in which the control value of the luminance modulation element is registered and a field in which the reflectance of the luminance modulation element is registered.
In the example of FIG. 10, “0” is registered as the control value and “0.003” is registered as the reflectance in the first record. This indicates that when the control value “0” is output to the luminance modulation element, the reflectance of the luminance modulation element is 0.3%. Note that FIG. 10 shows an example in which the number of gradations of the luminance modulation element is 4 bits (0 to 15 values), but in practice, a record corresponding to the number of gradations of the luminance modulation element is registered. The For example, when the number of gradations is 8 bits, 256 records are registered.
また、記憶装置82は、色変調ライトバルブの画素および輝度変調素子の画素の対応関係を上式(3)により規定した画素対応関係テーブルを記憶している。
次に、CPU70の構成およびCPU70で実行される処理を説明する。
CPU70は、マイクロプロセッシングユニット(MPU)等からなり、ROM72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11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。
In addition, the
Next, the configuration of the
The
図11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色変調ライトバルブおよび輝度変調素子の制御値をそれぞれ決定し、決定した制御値に基づいて色変調ライトバルブおよび輝度変調素子を駆動する処理であって、CPU70において実行されると、図11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。
FIG. 11 is a flowchart showing the display control process.
The display control process is a process of determining control values of the color modulation light valve and the luminance modulation element based on the HDR display data, and driving the color modulation light valve and the luminance modulation element based on the determined control value, When executed in the
ステップS100では、HDR表示データを記憶装置82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
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100の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングする。
図12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100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12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 tone mapping is performed on the luminance level of the HDR display data to the luminance dynamic range of the
FIG. 12 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
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、輝度変調素子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。
Details of tone mapping are disclosed in, for example, publicly known
Next, the process proceeds to step S106, and the HDR image is resized (enlarged or reduced) in accordance with the resolution of the luminance modulation element. 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、リサイズ画像の各画素の輝度レベルRpおよび光源10の輝度Rsに基づいて、上式(1)により、リサイズ画像の各画素ごとに光変調率Tpを算出する。
次いで、ステップS110に移行して、輝度変調素子の各画素の反射率T2として初期値(例えば、0.2)を与え、輝度変調素子の各画素の反射率T2を仮決定する。
Next, the process proceeds to step S108, and based on the luminance level Rp of each pixel of the resized image and the luminance Rs of the
Next, the process proceeds to step S110, where an initial value (for example, 0.2) is given as the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element, and the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element 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、仮決定した反射率T2およびゲインGに基づいて、上式(2)により、輝度変調素子の画素単位で色変調ライトバルブの透過率T1’を算出する。
次いで、ステップS114に移行して、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調素子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。また、画素の対応関係は、記憶装置82の画素対応関係テーブルを参照して求めることができる。
Next, the process proceeds to step S112, and based on the calculated light modulation rate Tp, provisionally determined reflectivity T2 and gain G, the transmittance of the color modulation light valve in units of pixels of the luminance modulation element according to the above equation (2). T1 ′ is calculated.
Next, the process proceeds to step S114, and for each pixel of the color modulation light valve, the weighted average value of the transmittance T1 ′ calculated for the pixel of the luminance modulation element 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. Also, the pixel correspondence can be obtained by referring to the pixel correspondence table of the
次いで、ステップS116に移行して、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素について算出した透過率T1に対応する制御値を制御値登録テーブル400R〜400B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400R〜400Bのなかから検索し、検索により索出した透過率に対応する制御値を読み出す。この検索は、例えば、2分探索法を用いて行うことにより高速な検索を実現する。 Next, the process proceeds to step S116, and for each pixel of the color modulation light valve, a control value corresponding to the transmittance T1 calculated for the pixel is read from the control value registration tables 400R to 400B, and the read control value is read from the pixel. Is determined as the control value. In the reading of the control value, the transmittance that most closely approximates the calculated transmittance T1 is searched from the control value registration tables 400R to 400B, 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、輝度変調素子の各画素ごとに、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、その画素の反射率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。また、画素の対応関係は、記憶装置82の画素対応関係テーブルを参照して求めることができる。
Next, the process proceeds to step S118, and for each pixel of the luminance modulation element, the weighted average value of the transmittance T1 determined for the pixel of the color modulation light valve that overlaps 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 reflectance T2 of the pixel is calculated by the above equation (2). Weighting is performed based on the area ratio of overlapping pixels. Also, the pixel correspondence can be obtained by referring to the pixel correspondence table of the
次いで、ステップS120に移行して、輝度変調素子の各画素ごとに、その画素について算出した反射率T2に対応する制御値を制御値登録テーブル420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、算出した反射率T2に最も近似する反射率を制御値登録テーブル420のなかから検索し、検索により索出した反射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 luminance modulation element, a control value corresponding to the reflectance T2 calculated for that pixel is read from the control value registration table 420, and the read control value is the control value for that pixel. Determine as. In reading the control value, the reflectance closest to the calculated reflectance T2 is searched from the control value registration table 420, and the control value corresponding to the reflectance 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80に出力し、色変調ライトバルブおよび輝度変調素子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、本実施の形態の動作を図13ないし図16を参照しながら説明する。
なお、本実施の形態では、色変調ライトバルブが3枚の透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bから構成されていることから、以降の説明は、RGB3原色ごとに適用されるものであるが、動作の基本的な考え方はすべて同じであるので、説明が煩雑になるのを避ける目的で、3枚の透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bを1枚の透過型液晶ライトバルブに置き換えて説明する。
Next, the process proceeds to step S122, the control values determined in steps S116 and S120 are output to the light
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, since the color modulation light valve is composed of three transmissive liquid
以下では、輝度変調素子は、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、色変調ライトバルブはいずれも、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。また、図13ないし図16における輝度変調素子および色変調ライトバルブの平面図はいずれも、光源10側から見た状態の平面図であり、画素の光学的対応関係は以下の条件をもとに計算するものとする。
〔計算条件〕
・輝度変調素子および色変調ライトバルブのサイズ:長辺90、短辺50
・リレーレンズ16の焦点距離:f=100
・色変調ライトバルブとリレーレンズの距離:z0=−50(図5を参照して、リレーレンズ16の位置を基点にx−y−z直交座標系のz軸の向きに対応して符号をつける。この場合はz0の向きはz軸の負方向であるため負号とする)
・輝度変調素子および色変調ライトバルブの傾き:θ=θ’=20°
・色変調ライトバルブと光軸の交点は、色変調ライトバルブの表示面中心より+Y側に6ずれた位置に設定し、輝度変調素子と光軸の交点は、輝度変調素子の表示面中心と一致させる。
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100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、輝度変調素子の解像度に合わせてHDR画像がリサイズされる。
In the following, the luminance modulation element has a resolution of 18 horizontal pixels × 12 vertical pixels and a gradation number of 4 bits, and each of the color modulation light valves has a resolution of 15 horizontal pixels × 10 vertical pixels and a 4-bit scale. An explanation will be given taking the case of having a logarithm as an example. Also, the plan views of the luminance modulation element and the color modulation light valve in FIGS. 13 to 16 are all plan views as seen from the
〔Calculation condition〕
Size of luminance modulation element and color modulation light valve: long side 90,
The focal length of the relay lens 16: f = 100
The distance between the color modulation light valve and the relay lens: z0 = −50 (refer to FIG. 5, the code corresponding to the z-axis direction of the xyz orthogonal coordinate system with the position of the
Inclination of luminance modulation element and color modulation light valve: θ = θ ′ = 20 °
The intersection of the color modulation light valve and the optical axis is set at a position shifted by 6 on the + Y side from the display surface center of the color modulation light valve, and the intersection of the luminance modulation element and the optical axis is the center of the display surface of the luminance modulation element. Match.
In the
次いで、ステップS108を経て、リサイズ画像の各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13は、輝度変調素子の反射率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、輝度変調素子の各画素の反射率T2が仮決定される。輝度変調素子の各画素は、図13(a)に示すように番号付けする。すなわち、各画素の番号は、接頭記号の「pd」を付けた4桁で与えられ、上側2桁が行番号を表し、下2桁が列番号を表す。行番号および列番号は、輝度変調素子の最も左上の行または列を「01」とする。この画素の番号付けは、色変調ライトバルブも同様に行うが色変調ライトバルブの場合は接頭記号として「pl」を用いる。
FIG. 13 is a diagram illustrating a case where the reflectance T2 of the luminance modulation element is provisionally determined.
Next, through step S110, the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element is provisionally determined. Each pixel of the luminance modulation element is numbered as shown in FIG. That is, the number of each pixel is given by 4 digits with the prefix “pd”, the upper 2 digits represent the row number, and the lower 2 digits represent the column number. The row number and the column number are “01” in the upper left row or column of the luminance modulation element. This numbering of pixels is performed in the same manner for the color modulation light valve, but in the case of the color modulation light valve, “pl” is used as a prefix.
これらの画素の反射率T2には、図13(b)に示すように、初期値T20が与えられる。
図14は、輝度変調素子の画素単位で色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、輝度変調素子の画素単位で色変調ライトバルブの透過率T1’が算出される。
The reflectance T2 of these pixels is given an initial value T20 as shown in FIG. 13 (b).
FIG. 14 is a diagram illustrating a case where the transmittance T1 ′ of the color modulation light valve is calculated for each pixel of the luminance modulation element.
Next, through step S112, the transmittance T1 ′ of the color modulation light valve is calculated for each pixel of the luminance modulation element.
輝度変調素子の左上の画素pd(0101)〜pd(0303)に着目した場合、これに対応する色変調ライトバルブの透過率T1’(0101)〜T1’(0303)は、上式(2)のゲインGを「1」とすると、下式(4)〜(12)により算出することができる。ここで、Tp0101〜Tp0303は、画素pd(0101)〜pd(0303)に対応する表示画素の光変調率である。
T1’(0101)=Tp0101/T20 …(4)
T1’(0102)=Tp0102/T20 …(5)
T1’(0103)=Tp0103/T20 …(6)
T1’(0201)=Tp0201/T20 …(7)
T1’(0202)=Tp0202/T20 …(8)
T1’(0203)=Tp0203/T20 …(9)
T1’(0301)=Tp0301/T20 …(10)
T1’(0302)=Tp0302/T20 …(11)
T1’(0303)=Tp0303/T20 …(12)
実際に数値を用いて計算する。Tp0101=0.00012、Tp0102=0.05、Tp0103=0.02、Tp0201=0.01、Tp0202=0.03、Tp0203=0.005、Tp0301=0.009、Tp0302=0.035、Tp0303=0.0006、T20=0.1である場合は、上式(4)〜(12)によりT1’(0101)=0.0012、T1’(0102)=0.5、T1’(0103)=0.2、T1’(0201)=0.1、T1’(0202)=0.3、T1’(0203)=0.05、T1’(0301)=0.09、T1’(0302)=0.35、T1’(0303)=0.006となる。
When attention is paid to the pixels pd (0101) to pd (0303) at the upper left of the luminance modulation element, the transmittances T1 ′ (0101) to T1 ′ (0303) of the color modulation light valve corresponding thereto are expressed by the above equation (2). When the gain G is “1”, it can be calculated by the following equations (4) to (12). Here, Tp0101 to Tp0303 are the light modulation rates of the display pixels corresponding to the pixels pd (0101) to pd (0303).
T1 ′ (0101) = Tp0101 / T20 (4)
T1 ′ (0102) = Tp0102 / T20 (5)
T1 ′ (0103) = Tp0103 / T20 (6)
T1 ′ (0201) = Tp0201 / T20 (7)
T1 ′ (0202) = Tp0202 / T20 (8)
T1 ′ (0203) = Tp0203 / T20 (9)
T1 ′ (0301) = Tp0301 / T20 (10)
T1 ′ (0302) = Tp0302 / T20 (11)
T1 ′ (0303) = Tp0303 / T20 (12)
Actually calculate using numerical values. When Tp0101 = 0.00012, Tp0102 = 0.05, Tp0103 = 0.02, Tp0201 = 0.01, Tp0202 = 0.03, Tp0203 = 0.005, Tp0301 = 0.009, Tp0302 = 0.035, Tp0303 = 0.0006, T20 = 0.1, the above formula (4) to According to (12), T1 ′ (0101) = 0.0012, T1 ′ (0102) = 0.5, T1 ′ (0103) = 0.2, T1 ′ (0201) = 0.1, T1 ′ (0202) = 0.3, T1 ′ (0203) = 0.05, T1 ′ (0301) = 0.09, T1 ′ (0302) = 0.35, and T1 ′ (0303) = 0.006.
なお、輝度変調素子と色変調ライトバルブは、リレーレンズ16によって倒立結像の共役関係にあるので、輝度変調素子の左上の9画素に対応する色変調ライトバルブの部位は、図14に示すように、右下に位置することになる。
図15は、色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。
次いで、ステップS114を経て、色変調ライトバルブの各画素の透過率T1が決定される。
Since the luminance modulation element and the color modulation light valve are in a conjugate relationship of inverted imaging by the
FIG. 15 is a diagram illustrating a case where the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve is determined.
Next, through step S114, the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve is determined.
輝度変調素子と色変調ライトバルブは、リレーレンズ16によって倒立結像の共役関係にあり、さらに、色変調ライトバルブ、リレーレンズ16および輝度変調素子は、シャインプルフの法則に従って配置されているので、輝度変調素子の画素単位で算出された色変調ライトバルブの透過率T1’(0101)〜T1’(0303)は、実際には、色変調ライトバルブの画素面で、図15(a)に示す位置に光学的に対応することとなる。このような光学的対応関係は、上式(3)に従って画素対応関係テーブルに規定されているので、画素対応関係テーブルを参照することで容易に求めることができる。画素対応関係テーブルは、反射率T2の決定にも同様に参照される。
Since the luminance modulation element and the color modulation light valve are in a conjugate relationship of inverted imaging by the
なお、画素対応関係テーブルは、上式(3)により求める以外にも、市販の光学シミュレーションソフト等を用いて輝度変調素子と色変調ライトバルブの光学的対応関係を求めることでも作成できる。具体的には輝度変調素子の注目する画素を通る主光線が色変調ライトバルブの画素面のどの位置から出射されるかを光線追跡する。この作業により前記注目する画素が色変調ライトバルブのどの画素と対応するかが判明する。この作業を輝度変調素子の全ての画素について行い、全ての光学的対応関係を画素対応関係テーブルとして記録する。この手法を用いれば、リレーレンズ16で生じる収差の影響を考慮することができ、より精密な光学的対応関係を求めることができる。
The pixel correspondence table can be created by obtaining the optical correspondence between the luminance modulation element and the color modulation light valve using commercially available optical simulation software or the like in addition to the above equation (3). Specifically, the ray tracing is performed from which position on the pixel surface of the color modulation light valve the principal ray passing through the pixel of interest of the luminance modulation element is emitted. By this operation, it is determined which pixel of the color modulation light valve corresponds to the pixel of interest. This operation is performed for all the pixels of the luminance modulation element, and all the optical correspondences are recorded as a pixel correspondence table. If this method is used, the influence of the aberration generated in the
図15(b)に示すように、色変調ライトバルブの画素を先述した方法に従って番号付けして、右下の4画素と、輝度変調素子の画素単位で算出された色変調ライトバルブの透過率T1’の重なり具合を拡大して示したのが図15(c)である。画素pl(1015)を一例としてみると、T1’(0102)〜T1’(0203)と複雑に重なり合っている。これは、輝度変調素子と色変調ライトバルブの解像度が異なることと、それらがシャインプルフの法則に従って配置されているためである。 As shown in FIG. 15B, the pixels of the color modulation light valve are numbered according to the method described above, and the transmittance of the color modulation light valve calculated in units of pixels of the lower right four pixels and the luminance modulation element. FIG. 15C shows an enlarged view of the overlap of T1 ′. Taking the pixel pl (1015) as an example, it overlaps with T1 '(0102) to T1' (0203) intricately. This is because the luminance modulation element and the color modulation light valve have different resolutions and are arranged in accordance with Shine-Pluff's law.
この場合、画素pl(1015)とT1’(0102)〜T1’(0203)との重なり合う面積比は、T1’(0102):T1’(0103):T1’(0202):T1’(0203)=216:403:10:11となる。したがって、画素pl(1015)の透過率T1(1015)は、下式(13)により算出することができる。
T1(1015)=(T1’(0102)×216+T1’(0103)×403+T1’(0202)×10+T1’(0203)×11)/640 …(13)
実際に数値を用いて計算する。T1’(0102)=0.5、T1’(0103)=0.2、T1’(0202)=0.3、T1’(0203)=0.05である場合は、上式(13)により画素pl(1015)の透過率は、T1(1015)=0.3となる。
In this case, the overlapping area ratio between the pixel pl (1015) and T1 ′ (0102) to T1 ′ (0203) is T1 ′ (0102): T1 ′ (0103): T1 ′ (0202): T1 ′ (0203). = 216: 403: 10: 11. Therefore, the transmittance T1 (1015) of the pixel pl (1015) can be calculated by the following equation (13).
T1 (1015) = (T1 ′ (0102) × 216 + T1 ′ (0103) × 403 + T1 ′ (0202) × 10 + T1 ′ (0203) × 11) / 640 (13)
Actually calculate using numerical values. When T1 ′ (0102) = 0.5, T1 ′ (0103) = 0.2, T1 ′ (0202) = 0.3, and T1 ′ (0203) = 0.05, the transmittance of the pixel pl (1015) is obtained by the above equation (13). T1 (1015) = 0.3.
色変調ライトバルブの他の画素の透過率についても、画素pl(1015)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まったく同様のプロセスで求めることができる。
次いで、ステップS116を経て、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素について算出された透過率T1に対応する制御値が制御値登録テーブル400R〜400B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、Rの色変調ライトバルブについてT1(1015)=0.3であるとすると、制御値登録テーブル400Rを参照すると、図9に示すように、0.35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400Rからは、画素pl(1015)の制御値として「11」が読み出される。
Similar to the pixel pl (1015), the transmittance of other pixels of the color modulation light valve can be obtained by the same process by calculating the weighted average value based on the area ratio.
Next, through step S116, for each pixel of the color modulation light valve, a control value corresponding to the transmittance T1 calculated for that pixel is read from the control value registration tables 400R to 400B, and the read control value is read out. Is determined as the control value of the pixel. For example, if T1 (1015) = 0.3 for the R color modulation light valve, referring to the control value registration table 400R, 0.35 is the closest value as shown in FIG. Therefore, “11” is read as the control value of the pixel pl (1015) from the control value registration table 400R.
このようにして算出された色変調ライトバルブの透過率分布は、輝度変調素子の画素面で生じる歪みを補正する透過率分布となっている。
図16は、輝度変調素子の各画素の反射率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、輝度変調素子の各画素の反射率T2が決定される。
図15(a)で説明した理由と同様の理由により色変調ライトバルブの各画素の透過率T1は、輝度変調素子の画素面では、図16(a)に示す位置に光学的に対応することとなる。図15(b)は、輝度変調素子の左上9画素と、T1(0914)〜T1(1015)の重なり具合を拡大して示した図である。
The transmittance distribution of the color modulation light valve calculated in this way is a transmittance distribution for correcting distortion generated on the pixel surface of the luminance modulation element.
FIG. 16 is a diagram illustrating a case where the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element is determined.
Next, through step S118, the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element is determined.
For the same reason as described in FIG. 15A, the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve optically corresponds to the position shown in FIG. 16A on the pixel surface of the luminance modulation element. It becomes. FIG. 15B is an enlarged view showing the overlapping state of the upper left nine pixels of the luminance modulation element and T1 (0914) to T1 (1015).
輝度変調素子の画素pd(0103)を一例として見ると、色変調ライトバルブの透過率T1(1014)、T1(1015)と光路上で複雑に重なり合う。そして、輝度変調素子の画素pd(0103)と色変調ライトバルブの透過率T1(1014)、T1(1015)の重なり合う面積比は、この場合、T1(1014):T1(1015)=48:39となる。
したがって、画素pd(0103)に着目した場合、これに対応する色変調ライトバルブの透過率T1(pd0103)は、下式(14)により算出することができる。そして、画素pd(0103)の反射率T2(0103)は、ゲインGを「1」とすると、下式(15)により算出することができる。
T1(pd0103)=(T1(1014)×48+T1(1015)×39)/87 …(14)
T2(0103)=Tp(0103)/T1(pd0103) …(15)
実際に数値を用いて計算する。T1(1014)=0.2、T1(1015)=0.3である場合は、上式(14)によりT1(pd0103)=0.24、画素pd(0103)の反射率はT2(0103)=0.08となる。
Taking the pixel pd (0103) of the luminance modulation element as an example, the transmittances T1 (1014) and T1 (1015) of the color modulation light valve overlap in an intricate manner on the optical path. In this case, the overlapping area ratio of the pixel pd (0103) of the luminance modulation element and the transmittances T1 (1014) and T1 (1015) of the color modulation light valve is T1 (1014): T1 (1015) = 48: 39. It becomes.
Therefore, when attention is paid to the pixel pd (0103), the transmittance T1 (pd0103) of the color modulation light valve corresponding to the pixel pd (0103) can be calculated by the following equation (14). The reflectance T2 (0103) of the pixel pd (0103) can be calculated by the following equation (15) when the gain G is “1”.
T1 (pd0103) = (T1 (1014) × 48 + T1 (1015) × 39) / 87 (14)
T2 (0103) = Tp (0103) / T1 (pd0103) (15)
Actually calculate using numerical values. When T1 (1014) = 0.2 and T1 (1015) = 0.3, T1 (pd0103) = 0.24 and the reflectance of the pixel pd (0103) is T2 (0103) = 0.08 according to the above equation (14).
輝度変調素子の他の画素の反射率についても、画素pd(0101)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で求めることができる。
次いで、ステップS120を経て、輝度変調素子の各画素ごとに、その画素について算出された透過率T2に対応する制御値が制御値登録テーブル420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、輝度変調素子の画素pd(0103)についてT2(0103)=0.08である場合、制御値登録テーブル420を参照すると、図10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420からは、画素pd(0103)の制御値として「8」が読み出される。
Similar to the pixel pd (0101), the reflectance of other pixels of the luminance modulation element can be obtained by calculating a weighted average value based on the area ratio.
Next, through step S120, for each pixel of the luminance modulation element, a control value corresponding to the transmittance T2 calculated for the pixel is read from the control value registration table 420, and the read control value is the pixel. Is determined as a control value. For example, when T2 (0103) = 0.08 for the pixel pd (0103) of the luminance modulation element, referring to the control value registration table 420, 0.09 is the closest approximation as shown in FIG. Therefore, “8” is read from the control value registration table 420 as the control value of the pixel pd (0103).
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80に出力される。これにより、色変調ライトバルブおよび輝度変調素子がそれぞれ駆動し、色変調ライトバルブおよび輝度変調素子の画素面に光学像が形成される。
このようにして、本実施の形態では、光源10と、光源10からの光をRGB3原色の光に分離するダイクロイックミラー44a,44bと、ダイクロイックミラー44a,44bで分離した光をそれぞれ入射する複数の色変調ライトバルブと、各色変調ライトバルブからの光を合成するダイクロイックプリズム48と、DMD50と、ダイクロイックプリズム48の合成光学像をDMD50の画素面に結像するリレーレンズ16とを備え、色変調ライトバルブ、リレーレンズ16およびDMD50をシャインプルフの法則に従って配置した。
Then, through step S122, the determined control value is output to the light
In this manner, in the present embodiment, the
これにより、輝度変調素子および色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、比較的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。
また、輝度変調素子を開口率の高いDMD50で構成したので、色変調ライトバルブとDMD50の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。したがって、従来に比して、表示画像の輝度が低下するのを抑制することができる。
Thereby, since the light from the
Further, since the luminance modulation element is constituted by the
さらに、色変調ライトバルブの光学像の結像面が輝度変調素子の画素面に一致するので、輝度変調素子の画素面に結像される光学像にボケが生じるのを抑制することができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができる。
さらに、光源として固体レーザや半導体レーザを利用しなくてもすむので、従来に比して、装置の小型化や高輝度化を図ることができる。
Furthermore, since the image plane of the optical image of the color modulation light valve coincides with the pixel surface of the luminance modulation element, it is possible to suppress blurring of the optical image formed on the pixel surface of the luminance modulation element. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the image quality is deteriorated as compared with the conventional case.
Furthermore, since it is not necessary to use a solid laser or a semiconductor laser as a light source, it is possible to reduce the size and increase the brightness of the apparatus as compared with the conventional case.
さらに、リレーレンズ16を介して各色変調ライトバルブの光学像を輝度変調素子の画素面に結像するので、各色変調ライトバルブの光学像を輝度変調素子の画素面に比較的精度よく結像することができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができる。
さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブで形成される画像に対して、DMD50の画素面で生じる歪みを補正する歪みを与えるようになっている。
Further, since the optical image of each color modulation light valve is formed on the pixel surface of the luminance modulation element via the
Further, in the present embodiment, distortion that corrects distortion generated on the pixel surface of the
これにより、オフアクシス光学系となるようにDMD50を配置しても、色変調ライトバルブで形成される画像を歪みを少なくしてDMD50の画素面に結像することができるので、比較的精度の高い2次変調を行うことができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができる。
さらに、本実施の形態では、画素対応関係テーブルを参照して透過率T1および反射率T2を決定するようになっている。
As a result, even if the
Further, in the present embodiment, the transmittance T1 and the reflectance T2 are determined with reference to the pixel correspondence table.
これにより、色変調ライトバルブで形成される画像に対して与える歪みを考慮して透過率T1および反射率T2を比較的容易に決定することができる。
さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブは、液晶ライトバルブである。
これにより、既存の光学部品を利用することができるので、コストの上昇をさらに抑えることができる。
Thereby, it is possible to determine the transmittance T1 and the reflectance T2 relatively easily in consideration of the distortion applied to the image formed by the color modulation light valve.
Furthermore, in the present embodiment, the color modulation light valve is a liquid crystal light valve.
Thereby, since an existing optical component can be used, an increase in cost can be further suppressed.
さらに、本実施の形態では、光源10と色変調部14との光路上に、光源10からの光の輝度分布を均一化する輝度分布均一化部12を設けた。
これにより、輝度分布ムラが生じる可能性を低減することができる。
さらに、本実施の形態では、輝度分布均一化部12は、光源10からの光を色変調ライトバルブの入射可能偏光方向に偏光する偏光変換素子12cを有する。
Furthermore, in the present embodiment, the luminance
As a result, the possibility of uneven brightness distribution can be reduced.
Furthermore, in the present embodiment, the luminance
これにより、光源10からの光量の多くが色変調ライトバルブの変調対象となるので、表示画像の輝度を向上することができる。
さらに、本実施の形態では、輝度変調素子の各画素の反射率T2を仮決定し、仮決定した反射率T2およびHDR表示データに基づいて色変調ライトバルブの各画素の透過率T1を決定し、決定した透過率T1に基づいて色変調ライトバルブの各画素の制御値を決定し、決定した透過率T1およびHDR表示データに基づいて輝度変調素子の各画素の反射率T2を決定し、決定した反射率T2に基づいて輝度変調素子の各画素の制御値を決定するようになっている。
As a result, most of the amount of light from the
Further, in the present embodiment, the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element is provisionally determined, and the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve is determined based on the provisionally determined reflectance T2 and HDR display data. The control value of each pixel of the color modulation light valve is determined based on the determined transmittance T1, and the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element is determined based on the determined transmittance T1 and HDR display data. The control value of each pixel of the luminance modulation element is determined based on the reflectance T2.
これにより、表示解像度を決定する輝度変調素子の反射率T2の方を後に決定するので、誤差の影響を抑制することができ、画質が劣化する可能性を低減することができる。
さらに、本実施の形態では、仮決定した反射率T2およびHDR表示データに基づいて、輝度変調素子の画素単位で色変調ライトバルブの透過率T1’を算出し、算出した透過率T1’に基づいて色変調ライトバルブの各画素の透過率T1を算出するようになっている。
Thereby, since the reflectance T2 of the luminance modulation element that determines the display resolution is determined later, the influence of the error can be suppressed, and the possibility that the image quality is deteriorated can be reduced.
Furthermore, in the present embodiment, the transmittance T1 ′ of the color modulation light valve is calculated for each pixel of the luminance modulation element based on the provisionally determined reflectance T2 and HDR display data, and based on the calculated transmittance T1 ′. Thus, the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve is calculated.
色変調ライトバルブおよび輝度変調素子がそれぞれ異なる解像度を有する場合は、仮決定された反射率T2に基づいて色変調ライトバルブの各画素の透過率T1を直接算出するよりも、一旦、仮決定された反射率T2に基づいて輝度変調素子の画素単位で色変調ライトバルブの透過率T1’を算出してから、色変調ライトバルブの各画素の透過率T1を算出した方が処理が簡単になる。したがって、色変調ライトバルブおよび輝度変調素子がそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調ライトバルブの各画素の透過率T1を比較的簡単に算出することができる。 In the case where the color modulation light valve and the luminance modulation element have different resolutions, they are temporarily determined rather than directly calculating the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve based on the temporarily determined reflectance T2. Processing is easier if the transmittance T1 ′ of the color modulation light valve is calculated for each pixel of the luminance modulation element based on the reflectance T2 and then the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve is calculated. . Therefore, when the color modulation light valve and the luminance modulation element have different resolutions, the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve can be calculated relatively easily.
さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調素子の画素について算出した透過率T1’に基づいて、その画素の透過率T1を算出するようになっている。
これにより、色変調ライトバルブおよび輝度変調素子がそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調ライトバルブの各画素の透過率T1が、その画素と光路上で重なり合う輝度変調素子の画素の反射率T2に対して比較的適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。また、色変調ライトバルブの各画素の透過率T1をさらに簡単に算出することができる。
Further, in the present embodiment, for each pixel of the color modulation light valve, the transmittance T1 of the pixel is calculated based on the transmittance T1 ′ calculated for the pixel of the luminance modulation element that overlaps the pixel on the optical path. It is like that.
Thus, when the color modulation light valve and the luminance modulation element have different resolutions, the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve is changed to the reflectance T2 of the pixel of the luminance modulation element that overlaps the pixel in the optical path. On the other hand, since the value is relatively appropriate, the possibility that the image quality is deteriorated can be further reduced. In addition, the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve can be calculated more easily.
さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調素子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として算出するようになっている。
これにより、色変調ライトバルブおよび輝度変調素子がそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調ライトバルブの各画素の透過率T1が、その画素と光路上で重なり合う輝度変調素子の画素の反射率T2に対してさらに適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。また、色変調ライトバルブの各画素の透過率T1をさらに簡単に算出することができる。
Furthermore, in this embodiment, for each pixel of the color modulation light valve, the weighted average value of the transmittance T1 ′ calculated for the pixel of the luminance modulation element that overlaps the pixel on the optical path is used as the transmittance T1 of the pixel. It comes to calculate.
Thus, when the color modulation light valve and the luminance modulation element have different resolutions, the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve is changed to the reflectance T2 of the pixel of the luminance modulation element that overlaps the pixel in the optical path. On the other hand, since the value is more appropriate, the possibility that the image quality is deteriorated can be further reduced. In addition, the transmittance T1 of each pixel of the color modulation light valve can be calculated more easily.
さらに、本実施の形態では、輝度変調素子の各画素ごとに、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決定した透過率T1に基づいて、その画素の反射率T2を算出するようになっている。
これにより、色変調ライトバルブおよび輝度変調素子がそれぞれ異なる解像度を有する場合に、輝度変調素子の各画素の反射率T2が、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の透過率T1に対して比較的適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。また、輝度変調素子の各画素の反射率T2を比較的簡単に算出することができる。
Furthermore, in the present embodiment, for each pixel of the luminance modulation element, the reflectance T2 of the pixel is calculated based on the transmittance T1 determined for the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path. It has become.
As a result, when the color modulation light valve and the luminance modulation element have different resolutions, the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element becomes the transmittance T1 of the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel in the optical path. On the other hand, since the value is relatively appropriate, the possibility that the image quality is deteriorated can be further reduced. Further, the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element can be calculated relatively easily.
さらに、本実施の形態では、輝度変調素子の各画素ごとに、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決定した透過率T1の重み付け平均値を算出し、その平均値に基づいてその画素の反射率T2を算出するようになっている。
これにより、色変調ライトバルブおよび輝度変調素子がそれぞれ異なる解像度を有する場合に、輝度変調素子の各画素の反射率T2が、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の透過率T1に対してさらに適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。また、輝度変調素子の各画素の反射率T2をさらに簡単に算出することができる。
Further, in the present embodiment, for each pixel of the luminance modulation element, a weighted average value of the transmittance T1 determined for the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is calculated, and based on the average value The reflectance T2 of the pixel is calculated.
As a result, when the color modulation light valve and the luminance modulation element have different resolutions, the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element becomes the transmittance T1 of the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel in the optical path. On the other hand, since the value is more appropriate, the possibility that the image quality is deteriorated can be further reduced. In addition, the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element can be calculated more easily.
さらに、本実施の形態では、1段目の光変調素子として色変調ライトバルブを、2段目の光変調素子として輝度変調素子をそれぞれ利用するようになっている。
これにより、従来の投射型表示装置に光変調素子を1つだけ追加すればよいので、投射型表示装置100を比較的容易に構成することができる。
上記実施の形態において、色変調ライトバルブは、発明1ないし5、9ないし13の第1光変調素子に対応し、DMD50は、発明1ないし5、7、9ないし13若しくは15の第2光変調素子、または発明1、2、9若しくは10の反射型光変調素子に対応している。また、ダイクロイックミラー44a,44bは、発明2または10の光分離手段に対応し、ダイクロイックプリズム48は、発明2または10の光合成手段に対応し、ステップS110は、発明5の反射特性仮決定手段、または発明13の反射特性仮決定ステップに対応している。
Furthermore, in this embodiment, a color modulation light valve is used as the first-stage light modulation element, and a luminance modulation element is used as the second-stage light modulation element.
Accordingly, since only one light modulation element needs to be added to the conventional projection display device, the
In the above embodiment, the color modulation light valve corresponds to the first light modulation element of the
また、上記実施の形態において、ステップS112,S114は、発明5の光伝搬特性決定手段、または発明13の光伝搬特性決定ステップに対応し、ステップS116は、発明5の第1制御値決定手段、または発明13の第1制御値決定ステップに対応している。また、ステップS118は、発明5の反射特性決定手段、または発明13の反射特性決定ステップに対応し、ステップS120は、発明5の第2制御値決定手段、または発明13の第2制御値決定ステップに対応し、ステップS114,S118は、発明3ないし5の画像変形手段、または発明11ないし13の画像変形ステップに対応している。
Moreover, in the said embodiment, step S112, S114 respond | corresponds to the light propagation characteristic determination means of the
なお、上記実施の形態においては、TIRプリズム52を設けて構成したが、これに限らず、図17に示すように、TIRプリズム52を設けずに構成することもできる。
図17は、TIRプリズム52を設けずに投射型表示装置100を構成した場合を示す図である。
投射型表示装置100は、図17に示すように、光源10、輝度分布均一化部12、色変調部14、リレーレンズ16、輝度変調部18および投射部20で構成されている。
In the above embodiment, the
FIG. 17 is a diagram showing a case where the
As shown in FIG. 17, the
輝度変調部18は、反射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DMD50で構成されている。DMD50は、リレーレンズ16からの入射光の光軸と、投射部20への出射光の光軸とが所定角をなすオフアクシス光学系となるように配置されている。すなわち、DMD50は、投射部20に対して正面に配置され、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bおよびリレーレンズ16は、所定の入射角で光が入射するようにDMD50に対して斜めに配置されている。また、色変調ライトバルブ、リレーレンズ16およびDMD50は、シャインプルフの法則に従って配置されている。
The
また、上記実施の形態においては、輝度変調素子をDMD50で構成したが、これに代えて、図18に示すように、輝度変調素子を反射型液晶ライトバルブ54で構成することもできる。
図18は、反射型液晶ライトバルブ54を利用して投射型表示装置100を構成した場合を示す図である。
In the above embodiment, the luminance modulation element is configured by the
FIG. 18 is a diagram illustrating a case where the
投射型表示装置100は、図18に示すように、光源10、輝度分布均一化部12、色変調部14、リレーレンズ16、輝度変調部18および投射部20で構成されている。
輝度変調部18は、反射率T2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反射型液晶ライトバルブ54と、反射型液晶ライトバルブ54のコントラスト特性を向上させるためのλ/4板56と、偏光板58とで構成されている。反射型液晶ライトバルブ54は、リレーレンズ16からの入射光の光軸と、投射部20への出射光の光軸とが所定角をなすオフアクシス光学系となるように配置されている。また、色変調ライトバルブ、リレーレンズ16および反射型液晶ライトバルブ54は、シャインプルフの法則に従って配置されている。まず、リレーレンズ16からの光をλ/4板56を介して反射型液晶ライトバルブ54に入射し、入射した光の全波長領域の偏光状態を反射型液晶ライトバルブ54により変調して反射する。そして、反射した光をλ/4板56を介して偏光板58に入射し、画像表示に必要な偏光成分を投射部20に出射する。
As shown in FIG. 18, the
The
反射型液晶ライトバルブ54は、表面上に反射画素電極をマトリクス状に形成したシリコン基板と、透明電極を形成した透明基板をスペーサーを介して対向配置し、その間に液晶を封入して構成されている。シリコン基板には、反射画素電極を駆動するための駆動回路も形成されている。これら2つの基板の表面には、液晶を所定の方向に配向するための配向膜が形成されている。反射型液晶ライトバルブ54は、電圧非印加状態で白/明(透過)状態、電圧印加状態で黒/暗(非透過)状態となるノーマリーホワイトモードまたはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。
The reflective liquid crystal
反射型液晶ライトバルブ54も、DMD50と同様に、信号線および駆動トランジスタ等の遮光部位が反射画素電極の下に作り込まれているので、図23に示すように開口率が大きく、透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bおよびリレーレンズ16に対して多少のアライメント誤差があっても表示画像の輝度を低下させることなく、モアレもあまり目立たないという特徴を有する。
Similarly to the
これにより、輝度変調素子を開口率の高い反射型液晶ライトバルブ54で構成したので、色変調ライトバルブと輝度変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。また、色変調ライトバルブと輝度変調素子の間の光伝達において偏光特性を保持することができる。したがって、従来に比して、表示画像の輝度が低下するのを抑制することができる。また、DMD50で構成する場合に比して、高精細化ができるので画質を向上することができるとともに、製造コストを低減することができる。
Thus, since the luminance modulation element is constituted by the reflective liquid crystal
この場合において、反射型液晶ライトバルブ54は、発明8若しくは16の第2光変調素子、または発明8若しくは16の反射型液晶表示素子に対応している。
また、上記実施の形態においては、画素対応関係テーブルを参照して透過率T1および反射率T2を決定するように構成したが、これに限らず、画素対応関係テーブルを参照して、色変調ライトバルブの透過率T1および制御値、並びに輝度変調素子の反射率T2および制御値のうちいずれかを決定するように構成することができる。
In this case, the reflective liquid crystal
In the above embodiment, the transmittance T1 and the reflectance T2 are determined with reference to the pixel correspondence table. However, the present invention is not limited to this, and the color modulation light is referred to with reference to the pixel correspondence table. Any one of the transmittance T1 and the control value of the bulb and the reflectance T2 and the control value of the luminance modulation element can be determined.
また、上記実施の形態においては、透過型液晶ライトバルブ40R〜40B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、透過型液晶ライトバルブ40R〜40B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 transmissive liquid
また、上記実施の形態においては、輝度変調素子が1枚のDMD50から構成されていることから、1つの制御値登録テーブル420を用意し、制御値登録テーブル420に基づいて輝度変調素子の各画素の制御値を決定するように構成したが、これに限らず、RGB3原色ごとに制御値登録テーブル420R,420G,420Bを用意し、制御値登録テーブル420R〜420Bに基づいて輝度変調素子の各画素の制御値を決定するように構成することもできる。輝度変調素子は、光の全波長領域の輝度を変調するため、制御値登録テーブル420には、代表的な波長の光の反射率が登録されている。しかしながら、RGB3原色のそれぞれの波長については、必ずしも登録されている反射率とはならない。
In the above embodiment, since the luminance modulation element is composed of one
そこで、輝度変調素子については、厳密に、RGB3原色ごとに制御値に対応する反射率を測定し、制御値登録テーブル420R〜420Bを構成する。次いで、輝度変調素子の各画素の反射率T2をRGB3原色ごとに決定し、Rについて算出した反射率T2に最も近似する反射率を制御値登録テーブル420Rのなかから検索し、検索により索出した反射率に対応する制御値を読み出す。同様に、Gについて算出した反射率T2およびBについて算出した反射率T2に基づいて制御値登録テーブル420G,420Bから該当の制御値を読み出す。そして、輝度変調素子の同一の画素について読み出した制御値の平均値等をその画素の制御値として算出する。 Therefore, for the luminance modulation element, strictly, the reflectance corresponding to the control value is measured for each of the three primary colors of RGB, and the control value registration tables 420R to 420B are configured. Next, the reflectance T2 of each pixel of the luminance modulation element is determined for each of the three primary colors of RGB, and the reflectance closest to the reflectance T2 calculated for R is retrieved from the control value registration table 420R and retrieved by the retrieval. A control value corresponding to the reflectance is read out. Similarly, the corresponding control value is read from the control value registration tables 420G and 420B based on the reflectance T2 calculated for G and the reflectance T2 calculated for B. Then, the average value of the control values read out for the same pixel of the luminance modulation element is calculated as the control value of that pixel.
これにより、輝度変調素子の各画素の制御値が、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のRGB3原色ごとの透過率に対して比較的適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。
また、上記実施の形態においては、輝度変調素子を、表示解像度を決定する光変調素子として構成したが、これに限らず、色変調ライトバルブを、表示解像度を決定する光変調素子として構成することもできる。この場合、輝度変調素子の各画素の反射率T1(先に決定される光変調素子の反射率等をT1とする。)を決定してから、色変調ライトバルブの各画素の透過率T2(後に決定される光変調素子の反射率等をT2とする。)を決定する。また、上記と同様に、RGB3原色ごとに制御値登録テーブル400R〜400Bを用意し、制御値登録テーブル400R〜400Bに基づいて色変調ライトバルブの各画素の制御値を決定するように構成することもできる。
As a result, the control value of each pixel of the luminance modulation element becomes a relatively appropriate value with respect to the transmittance for each of the RGB primary colors of the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path, so that the image quality deteriorates. The possibility can be further reduced.
In the above embodiment, the luminance modulation element is configured as a light modulation element that determines display resolution. However, the present invention is not limited to this, and the color modulation light valve is configured as a light modulation element that determines display resolution. You can also. In this case, after determining the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation element (the reflectance of the previously determined light modulation element is T1), the transmittance T2 of each pixel of the color modulation light valve ( The reflectance of the light modulation element to be determined later is T2.) Further, similarly to the above, the control value registration tables 400R to 400B are prepared for each of the three primary colors RGB, and the control value of each pixel of the color modulation light valve is determined based on the control value registration tables 400R to 400B. You can also.
具体的には、輝度変調素子の各画素の反射率T1をRGB3原色ごとに決定し、Rについて算出した反射率T1に最も近似する反射率を制御値登録テーブル400Rのなかから検索し、検索により索出した反射率に対応する制御値を読み出す。同様に、Gについて算出した反射率T1およびBについて算出した反射率T1に基づいて制御値登録テーブル400G,400Bから該当の制御値を読み出す。そして、輝度変調素子の同一の画素について読み出した制御値の平均値等をその画素の制御値として算出する。 Specifically, the reflectance T1 of each pixel of the luminance modulation element is determined for each of the RGB three primary colors, and the reflectance closest to the reflectance T1 calculated for R is searched from the control value registration table 400R. A control value corresponding to the retrieved reflectance is read out. Similarly, the corresponding control value is read out from the control value registration tables 400G and 400B based on the reflectance T1 calculated for G and the reflectance T1 calculated for B. Then, the average value of the control values read out for the same pixel of the luminance modulation element is calculated as the control value of that pixel.
これにより、輝度変調素子の各画素の制御値が、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のRGB3原色ごとの透過率に対して比較的適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。
この場合において、色変調ライトバルブは、発明6または14の第1光変調素子に対応し、輝度変調素子は、発明6または14の第2光変調素子に対応している。
As a result, the control value of each pixel of the luminance modulation element becomes a relatively appropriate value with respect to the transmittance for each of the RGB primary colors of the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path, so that the image quality deteriorates. The possibility can be further reduced.
In this case, the color modulation light valve corresponds to the first light modulation element of the
また、上記実施の形態においては、HDR表示データに基づいて輝度変調素子および色変調ライトバルブの制御値を決定するように構成したが、通常の各色8ビットRGB画像データを利用する場合、通常のRGB画像データの0〜255という値は、輝度の物理量ではなくあくまで相対的な0〜255という値である。そのため、通常のRGB画像データに基づいて本発明の表示装置の表示を行うためには、通常のRGB画像から、表示すべき物理的な輝度Rpまたは表示装置全体の反射率等Tpを決めなければいけない。 Further, in the above embodiment, the control values of the luminance modulation element and the color modulation light valve are determined based on the HDR display data. However, when normal color 8-bit RGB image data is used, The value of 0 to 255 in the RGB image data is not a physical quantity of luminance but a relative value of 0 to 255. Therefore, in order to display the display device of the present invention based on normal RGB image data, the physical brightness Rp to be displayed or the reflectance Tp of the entire display device or the like must be determined from the normal RGB image. should not.
図19は、入力値登録テーブル440のデータ構造を示す図である。
そのために、図19の入力値登録テーブル440を用いれば、通常のRGB画像の0〜255という入力値から物理的な反射率等Tpへの変換を行うことができ、かつ、このテーブルの反射率等Tpの設定の仕方によって簡単に通常のRGB画像に対する表示の見た目(階調特性)を変更することが可能となる。このテーブルにおける反射率等Tpは、上式(2)におけるTpであるため、この値が決定されれば後は、上記実施の形態と同様の処理を行うことにより、複数の光変調素子の透過率T1および反射率T2が決定され表示が行える。
FIG. 19 is a diagram illustrating a data structure of the input value registration table 440.
Therefore, by using the input value registration table 440 in FIG. 19, it is possible to convert an input value from 0 to 255 of a normal RGB image into Tp such as physical reflectance, and the reflectance of this table. It is possible to easily change the display appearance (gradation characteristics) of a normal RGB image depending on the setting of equal Tp. Since the reflectivity Tp in this table is Tp in the above equation (2), once this value is determined, the same processing as in the above embodiment is performed to transmit the light transmitted through the plurality of light modulation elements. The rate T1 and the reflectance T2 are determined and can be displayed.
図20は、入力値登録テーブル460のデータ構造を示す図である。
図20の入力値登録テーブル460は、反射率等Tpの代わりに輝度レベルRpを用いたものである。このテーブルにおける輝度レベルRpは、上式(1)におけるRpであるため、この値が決定されれば後は、上記実施の形態と同様の処理を行うことにより、複数の光変調素子の透過率T1および反射率T2が決定され表示が行える。
FIG. 20 is a diagram illustrating a data structure of the input value registration table 460.
The input value registration table 460 in FIG. 20 uses the luminance level Rp instead of the reflectance Tp. Since the luminance level Rp in this table is Rp in the above equation (1), once this value is determined, the same processing as in the above embodiment is performed thereafter, whereby the transmittance of a plurality of light modulation elements is obtained. T1 and reflectance T2 are determined and can be displayed.
また、上記実施の形態においては、輝度変調素子の各画素ごとに、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決定した透過率T1の重み付け平均値を算出し、その平均値に基づいてその画素の反射率T2を算出するように構成したが、これに限らず、輝度変調素子の各画素ごとに、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決定した制御値をもとに、その制御値に対応する透過率T1tableを制御値登録テーブル400R〜400Bから読み出し、読み出した透過率T1tableの重み付け平均値を算出し、その平均値に基づいてその画素の反射率T2を算出するように構成することもできる。 In the above embodiment, for each pixel of the luminance modulation element, the weighted average value of the transmittance T1 determined for the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is calculated, and based on the average value. However, the present invention is not limited to this, and for each pixel of the luminance modulation element, the control value determined for the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is also provided. In addition, the transmittance T1 table corresponding to the control value is read from the control value registration tables 400R to 400B, a weighted average value of the read transmittance T1 table is calculated, and the reflectance T2 of the pixel is calculated based on the average value. Can also be configured to calculate.
また、上記実施の形態においては、同一の画素についてRGB3原色ごとに算出した透過率T1’の平均値等をその画素のT1’として算出するように構成したが、これに限らず、透過率T1’はそのままRGB3原色ごとに算出し、ステップS114において、同一の画素についてRGB3原色ごとに算出した透過率T1の平均値等をその画素のT1として算出するように構成することもできる。 In the above embodiment, the average value of the transmittance T1 ′ calculated for each of the three primary colors of RGB for the same pixel is calculated as T1 ′ of the pixel. However, the present invention is not limited to this, and the transmittance T1 'Can be calculated as it is for each of the three primary colors of RGB, and in step S114, the average value of the transmittance T1 calculated for each of the three primary colors of RGB for the same pixel can be calculated as T1 of that pixel.
また、上記実施の形態においては、輝度変調素子の各画素ごとに、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決定した透過率T1の重み付け平均値を算出し、その平均値に基づいてその画素の反射率T2を算出するように構成したが、これに限らず、輝度変調素子の各画素ごとに、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決定した透過率T1の最大値、最小値または平均値を算出し、その算出値に基づいてその画素の反射率T2を算出するように構成することもできる。 In the above embodiment, for each pixel of the luminance modulation element, the weighted average value of the transmittance T1 determined for the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is calculated, and based on the average value. However, the present invention is not limited to this. For each pixel of the luminance modulation element, the transmittance T1 determined for the pixel of the color modulation light valve that overlaps the pixel on the optical path is not limited to this. The maximum value, the minimum value, or the average value may be calculated, and the reflectance T2 of the pixel may be calculated based on the calculated value.
また、上記実施の形態において、色変調ライトバルブを透過型液晶ライトバルブ40R〜40Bで構成したが、これに限らず、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子であればどのようなものでも利用することができる。ここで、光伝搬特性とは、光の伝搬に影響を与える特性をいい、例えば、光の透過特性、反射特性、屈折特性その他の伝搬特性が含まれる。
In the above embodiment, the color modulation light valve is configured by the transmissive liquid
また、上記実施の形態においては、説明を簡単にするため、画素数および階調数が小さい光変調素子を用いているが、画素数および階調数が大きい光変調素子を用いる場合においても上記実施の形態と同様に処理することができる。
また、上記実施の形態においては、説明を簡単にするため、ゲインG=1.0と設定したが、ハードウェア構成によっては、ゲインG=1.0ではなくなる。また、実際の計算コストを考えたときには、ゲインGの影響を含んだかたちで制御値および反射率等を制御値登録テーブルに登録しておく方とよい。
Further, in the above embodiment, for the sake of simplicity, the light modulation element having a small number of pixels and the number of gradations is used. Processing can be performed in the same manner as in the embodiment.
Further, in the above embodiment, the gain G = 1.0 is set for the sake of simplicity, but the gain G = 1.0 is not obtained depending on the hardware configuration. Further, when considering the actual calculation cost, it is better to register the control value, the reflectance and the like in the control value registration table in a manner including the influence of the gain G.
また、上記実施の形態において、図11のフローチャートに示す処理を実行するにあたっては、ROM72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RAM74に読み込んで実行するようにしてもよい。
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。
Further, in the above embodiment, the case where the control program stored in advance in the
Here, the storage medium is a semiconductor storage medium such as RAM or ROM, a magnetic storage type storage medium such as FD or HD, an optical reading type storage medium such as CD, CDV, LD, or DVD, or a magnetic storage type such as MO. / Optical reading type storage media, including any storage media that can be read by a computer regardless of electronic, magnetic, optical, or other reading methods.
また、上記実施の形態においては、本発明に係る光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法を、図1に示すように、投射型表示装置100に適用したが、これに限らず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で他の場合にも適用可能である。
In the above embodiment, the light modulation device and the optical display device, and the light modulation method and the image display method according to the present invention are applied to the
100…投射型表示装置, 10…光源, 10a…ランプ, 10b…リフレクタ, 12…輝度分布均一化部, 12a,12b…フライアイレンズ, 12c…偏光変換素子, 12d…集光レンズ, 14…色変調部, 40R〜40B,40RB…透過型液晶ライトバルブ, 42R,42G,42B1〜42B3,42RB…フィールドレンズ, 44a,44b…ダイクロイックミラー, 46a〜46c…ミラー, 48…ダイクロイックプリズム, 16…リレーレンズ, 18…輝度変調部, 50…DMD, 52…TIRプリズム, 54…反射型液晶ライトバルブ, 56…λ/4板, 58…偏光板, 20…投射部, 70…CPU, 72…ROM, 74…RAM, 78…I/F, 79…バス, 80…ライトバルブ駆動装置, 82…記憶装置, 199…ネットワーク, 400R〜400G,420,420R〜420G…制御値登録テーブル, 440,460…入力値登録テーブル
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第2光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記第1光変調素子、前記リレーレンズおよび前記第2光変調素子をシャインプルフの法則に従って配置したことを特徴とする光変調装置。 A first light modulation element; a second light modulation element; and a relay lens that forms an optical image of the first light modulation element on a light receiving surface of the second light modulation element. An apparatus for modulating light from a light source via the second light modulation element,
The second light modulation element is constituted by a reflection type light modulation element,
The light modulation device, wherein the first light modulation element, the relay lens, and the second light modulation element are arranged in accordance with Shine-Pluff's law.
前記第2光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記各第1光変調素子、前記リレーレンズおよび前記第2光変調素子をシャインプルフの法則に従って配置したことを特徴とする光学表示装置。 A light source, a light separating unit that separates light from the light source into a plurality of different specific wavelength regions, a plurality of first light modulation elements that respectively enter the light separated by the light separating unit, and the first A light combining means for combining light from the light modulation elements; a second light modulation element; and a relay lens for forming a combined optical image of the light combination means on a light receiving surface of the second light modulation element. An apparatus for displaying an image by modulating light from the light source via one light modulation element and the second light modulation element,
The second light modulation element is constituted by a reflection type light modulation element,
An optical display device, wherein each of the first light modulation elements, the relay lens, and the second light modulation element is arranged in accordance with Shine-Pruff's law.
前記第1光変調素子を介して前記第2光変調素子に入射する入射光の光軸と、前記入射光が前記第2光変調素子で反射して前記第2光変調素子から出射する出射光の光軸とがなす所定角に応じた歪みを、前記各第1光変調素子で形成される画像に対して与える画像変形手段を備えることを特徴とする光学表示装置。 In claim 2,
The optical axis of the incident light incident on the second light modulation element via the first light modulation element, and the emitted light reflected from the second light modulation element and emitted from the second light modulation element An optical display device comprising: an image deforming unit that applies a distortion corresponding to a predetermined angle formed by the optical axis of the image to the image formed by each of the first light modulation elements.
前記第1光変調素子は、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子であり、
前記第2光変調素子は、光の反射特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子であり、
前記画像変形手段は、前記所定角に応じた歪みを考慮して前記第1光変調素子の画素および前記第2光変調素子の画素の対応関係を規定した画素対応関係テーブルおよび表示データに基づいて、前記第1光変調素子の光伝搬特性および制御値、並びに前記第2光変調素子の反射特性および制御値のうちいずれかを決定するようになっていることを特徴とする光学表示装置。 In claim 3,
The first light modulation element is a light modulation element having a plurality of pixels capable of independently controlling light propagation characteristics;
The second light modulation element is a light modulation element having a plurality of pixels capable of independently controlling light reflection characteristics;
The image deforming means is based on a pixel correspondence table and display data defining a correspondence relationship between the pixels of the first light modulation element and the pixels of the second light modulation element in consideration of distortion according to the predetermined angle. An optical display device, wherein one of a light propagation characteristic and a control value of the first light modulation element, and a reflection characteristic and a control value of the second light modulation element are determined.
前記第2光変調素子は、表示解像度を決定する光変調素子であり、
さらに、前記第2光変調素子の各画素の反射特性を仮決定する反射特性仮決定手段と、前記反射特性仮決定手段で仮決定した反射特性および前記表示データに基づいて前記第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する光伝搬特性決定手段と、前記光伝搬特性決定手段で決定した光伝搬特性に基づいて前記第1光変調素子の各画素の制御値を決定する第1制御値決定手段と、前記光伝搬特性決定手段で決定した光伝搬特性および前記表示データに基づいて前記第2光変調素子の各画素の反射特性を決定する反射特性決定手段と、前記反射特性決定手段で決定した反射特性に基づいて前記第2光変調素子の各画素の制御値を決定する第2制御値決定手段とを備え、
前記画像変形手段を、前記光伝搬特性決定手段、前記第1制御値決定手段、前記反射特性決定手段および前記第2制御値決定手段のうちいずれかに適用したことを特徴とする光学表示装置。 In claim 4,
The second light modulation element is a light modulation element that determines display resolution;
Further, a reflection characteristic temporary determination unit that temporarily determines the reflection characteristic of each pixel of the second light modulation element, the first light modulation element based on the reflection characteristic temporarily determined by the reflection characteristic temporary determination unit and the display data A light propagation characteristic determining means for determining a light propagation characteristic of each pixel of the first and a first control for determining a control value of each pixel of the first light modulation element based on the light propagation characteristic determined by the light propagation characteristic determining means Value determining means; reflection characteristic determining means for determining the reflection characteristics of each pixel of the second light modulation element based on the light propagation characteristics determined by the light propagation characteristic determining means and the display data; and the reflection characteristic determining means Second control value determining means for determining a control value of each pixel of the second light modulation element based on the reflection characteristic determined in
An optical display device, wherein the image deformation means is applied to any one of the light propagation characteristic determination means, the first control value determination means, the reflection characteristic determination means, and the second control value determination means.
前記第1光変調素子は、表示解像度を決定する光変調素子であり、
さらに、前記第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を仮決定する光伝搬特性仮決定手段と、前記光伝搬特性仮決定手段で仮決定した光伝搬特性および前記表示データに基づいて前記第2光変調素子の各画素の反射特性を決定する反射特性決定手段と、前記反射特性決定手段で決定した反射特性に基づいて前記第2光変調素子の各画素の制御値を決定する第1制御値決定手段と、前記反射特性決定手段で決定した反射特性および前記表示データに基づいて前記第1光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する光伝搬特性決定手段と、前記光伝搬特性決定手段で決定した光伝搬特性に基づいて前記第1光変調素子の各画素の制御値を決定する第2制御値決定手段とを備え、
前記画像変形手段を、前記反射特性決定手段、前記第1制御値決定手段、前記光伝搬特性決定手段および前記第2制御値決定手段のうちいずれかに適用したことを特徴とする光学表示装置。 In claim 4,
The first light modulation element is a light modulation element that determines display resolution;
Further, a light propagation characteristic provisionally determining unit that provisionally determines a light propagation characteristic of each pixel of the first light modulation element, the light propagation characteristic provisionally determined by the light propagation characteristic provisional determination unit, and the display data Reflection characteristic determining means for determining the reflection characteristic of each pixel of the two-light modulation element, and first control for determining a control value of each pixel of the second light modulation element based on the reflection characteristic determined by the reflection characteristic determination means Value determining means, light propagation characteristic determining means for determining light propagation characteristics of each pixel of the first light modulation element based on the reflection characteristics determined by the reflection characteristic determining means and the display data, and the light propagation characteristic determination Second control value determining means for determining a control value of each pixel of the first light modulation element based on the light propagation characteristic determined by the means,
An optical display device, wherein the image deformation means is applied to any one of the reflection characteristic determination means, the first control value determination means, the light propagation characteristic determination means, and the second control value determination means.
前記第2光変調素子をDMDで構成したことを特徴とする光学表示装置。 In any one of Claims 2 thru | or 6,
An optical display device, wherein the second light modulation element is constituted by DMD.
前記第2光変調素子を反射型液晶表示素子で構成したことを特徴とする光学表示装置。 In any one of Claims 2 thru | or 6,
An optical display device, wherein the second light modulation element is constituted by a reflective liquid crystal display element.
前記第2光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記第1光変調素子、前記リレーレンズおよび前記第2光変調素子をシャインプルフの法則に従って配置することを特徴とする光変調方法。 A first modulation step for modulating light from the light source via the first light modulation element, and an optical for forming an optical image of the first light modulation element on the light receiving surface of the second light modulation element via the relay lens. A method of modulating light from the light source, comprising: an image forming step; and a secondary modulation step of modulating light from the first light modulation element via the second light modulation element,
The second light modulation element is a reflective light modulation element;
A light modulation method, wherein the first light modulation element, the relay lens, and the second light modulation element are arranged according to Shine-Pluff's law.
前記第2光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記各第1光変調素子、前記リレーレンズおよび前記第2光変調素子をシャインプルフの法則に従って配置することを特徴とする画像表示方法。 A light separation step for separating the light from the light source through a light separation means for separating the light into a plurality of different specific wavelength regions, and for each separated light from the light separation means, through the first light modulation element A first modulation step for modulating the separated light, a light synthesis step for synthesizing the separated lights from the first light modulation elements via light synthesis means for synthesizing the light, and a light synthesis means via a relay lens. An optical image forming step of forming a combined optical image on the light receiving surface of the second light modulation element; and a second modulation step of modulating light from the light combining means via the second light modulation element; A method of displaying an image by modulating light from the light source,
The second light modulation element is a reflective light modulation element;
An image display method, wherein each of the first light modulation elements, the relay lens, and the second light modulation element is arranged according to Shine-Pruff's law.
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|---|---|---|---|---|
| JP2007248488A (en) * | 2006-03-13 | 2007-09-27 | Seiko Epson Corp | Image display device and projector |
| JP2010039184A (en) * | 2008-08-05 | 2010-02-18 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Image display |
| JP2012034175A (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Tamura Seisakusho Co Ltd | Projection apparatus, projection system, projection method and projection program |
| WO2021099869A1 (en) | 2019-11-19 | 2021-05-27 | Ricoh Company, Ltd. | Optical system and image projection apparatus |
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