(57)【要約】  【課題】  第１の光変調素子の画素と第２の光変調素子の画素との光学的対応付けを高精度に行うことにより、画像の劣化を防止して、鮮明な画像を得ることができる画像表示装置を提供する。  【解決手段】  入射光の所定方向への伝達状態及び不伝達状態を独立に制御可能な複数の光伝達部を有する第１光伝達素子６０（６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ）及び第２光伝達素子１００を光学的に直列に配設すると共に、第１光伝達素子６０及び第２光伝達素子１００を制御して画像を表示する装置ＰＪ１であって、第１光伝達素子６０と第２光伝達素子１００の間に配置される結像レンズ９０の光学収差特性に基づいて、第１光伝達素子６０と第２光伝達素子１００との光伝達部対応関係を規定する。  【選択図】  図１
2006106583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の所定方向への伝達状態及び不伝達状態を独立に制御可能な複数の光伝達部を有する第１光伝達素子及び第２光伝達素子を光学的に直列に配設すると共に、前記第１光伝達素子及び前記第２光伝達素子を制御して画像を表示する装置であって、
前記第１光伝達素子と前記第２光伝達素子の間に配置される結像レンズの光学収差特性に基づいて、前記第１光伝達素子と前記第２光伝達素子との光伝達部対応関係を規定することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記光学収差は、歪曲収差であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記光学収差は、倍率色収差であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記光伝達部対応関係は、前記歪曲収差を近似した関数と前記結像レンズの光学倍率に基づいて求められることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記光伝達部対応関係は、前記第１光伝達素子或いは前記第２光伝達素子における前記光伝達部の四隅を通過する主光線の対応関係に基づいて規定されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記光伝達部対応関係は、前記第１光伝達素子或いは前記第２光伝達素子における前記光伝達部の略中心を通過する主光線の対応関係に基づいて規定されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記光伝達部対応関係を情報テーブルとして記憶することを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記光伝達部対応関係のうちの一部の領域の対応関係を求めると共に、残りの領域は前記一部領域の対応関係に基づいて求められることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置の画質改善技術、特に表示輝度のダイナミックレンジの拡大と高階調化を実現するのに適した光学構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro-luminescence）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プロジェクタ等の電子ディスプレイ装置における画質改善は目覚しく、解像度、色域については人間の視覚特性にほぼ匹敵する性能を有する装置が実現されつつある。しかし、輝度ダイナミックレンジについてみると、その再現範囲は１〜１０２［nit］程度の範囲であり、また階調数は８ビットが一般的である。一方、人間の視覚は、一度に知覚し得る輝度ダイナミックレンジの範囲が１０−２〜１０４［nit］程度あり、また輝度弁別能力は０．２［nit］でこれを階調数に換算すると１２ビット相当といわれている。このような視覚特性を経由して現在のディスプレイ装置の表示画像を見ると、輝度ダイナミックレンジの狭さが目立ち、加えてシャドウ部やハイライト部の階調が不足しているため、表示画像のリアリティや迫力に対して物足りなさを感じることになる。
【０００３】
また、映画やゲーム等で使用されるＣＧ（Computer Graphics）では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調特性を表示データ（以下、ＨＤＲ（High Dynamic Range）表示データという。）に持たせて描写のリアリティを追求する動きが主流になりつつある。しかしそれを表示するディスプレイ装置の性能が不足しているために、ＣＧコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮できないという課題がある。
【０００４】
さらに、次期ＯＳ（Operating System）においては、１６ビット色空間の採用が予定されており、現在の８ビット色空間と比較してダイナミックレンジや階調数が飛躍的に増大する。そのため、１６ビット色空間を生かすことができる高ダイナミックレンジ・高階調の電子ディスプレイ装置実現への要求が高まると予想される。
【０００５】
ディスプレイ装置の中でも、液晶プロジェクタや、ＤＬＰ（Digital Light Processing、商標）プロジェクタといった投射型表示装置（プロジェクタ）は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティや迫力を再現する上で効果的なディスプレイ装置である。この分野では上記の課題を解決するために、以下に述べる提案がなされている。
【０００６】
高ダイナミックレンジのディスプレイ装置としては、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２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１光変調素子とを備え、光源からの光を第２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１光変調素子の表示面に結像して色変調し、２次変調した光を投射するというものである。第２光変調素子及び第１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制御値及び第２制御値に基づいてそれぞれ別個に制御される。光変調素子としては、透過率が独立に制御可能な画素構造またはセグメント構造を有し、二次元的な透過率分布を制御し得る透過率変調素子が用いられる。その代表例としては、液晶ライトバルブがあげられる。また、透過率変調素子の代わりに反射率変調素子を用いてもよく、その代表例としては、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子があげられる。
【０００７】
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。上記ディスプレイ装置は、輝度ダイナミックレンジが３００の光変調素子を光学的に直列に配置することに相当するので、３００×３００＝９００００の輝度ダイナミックレンジを実現することができる。また、階調数についてもこれと同等の考えが成り立ち、８ビット階調の光変調素子を光学的に直列に配置することにより、８ビットを超える階調数を得ることができる。
【特許文献１】特表２００４−５２３００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した技術では、第１の光変調素子の画素と第２の光変調素子の画素とをどのように光学的に対応付けられるかについては、具体的に示されていない。
光学的対応関係求めるための最も一般的な方法としては、第１の光変調素子と第２の光変調素子の間に設けられるリレーレンズの光学倍率に基づいて、第１の光変調素子を相似拡大したものと第２の光変調素子とを幾何学的に対応付ける方法がある。
しかしながら、レンズには必ず光学収差が存在するので、このような方法では、精度の高い光学的対応付けを行うことが不可能である。
このため、第１の光変調素子の画素と第２の光変調素子の画素との光学的対応が不正確となるので、１次変調された光を適切に２次変調することができず、表示画像が劣化してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、第１の光変調素子の画素と第２の光変調素子の画素との光学的対応付けを高精度に行うことにより、画像の劣化を防止して、鮮明な画像を得ることができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る画像表示装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、入射光の所定方向への伝達状態及び不伝達状態を独立に制御可能な複数の光伝達部を有する第１光伝達素子及び第２光伝達素子を光学的に直列に配設すると共に、第１光伝達素子及び第２光伝達素子を制御して画像を表示する装置であって、第１光伝達素子と第２光伝達素子の間に配置される結像レンズの光学収差特性に基づいて、第１光伝達素子と第２光伝達素子との光伝達部対応関係を規定するようにした。
この発明によれば、第１光伝達素子の光伝達部と第２光伝達素子の光伝達部との対応関係が正確に規定されるので、第１光伝達素子と第２光伝達素子との連動関係が的確となって、高品質の画像を表示することが可能となる。
【００１１】
また、光学収差が、歪曲収差であるものでは、第１光伝達素子の光伝達部と第２光伝達素子の光伝達部との位置的な対応関係をより正確に規定することが可能となる。
また、光学収差が、倍率色収差であるものでは、第１光伝達素子の光伝達部と第２光伝達素子の光伝達部との位置的な対応関係をより正確に規定することが可能となる。
また、光伝達部対応関係が、歪曲収差を近似した関数と結像レンズの光学倍率に基づいて求められるものでは、第１光伝達素子の光伝達部と第２光伝達素子の光伝達部との対応関係を容易に求めることが可能となる。
また、光伝達部対応関係が、第１光伝達素子或いは第２光伝達素子における光伝達部の四隅を通過する主光線の対応関係に基づいて規定されるものでは、第１光伝達素子の光伝達部と第２光伝達素子の光伝達部との対応関係を求める計算量を低減することができる。
また、光伝達部対応関係が、第１光伝達素子或いは第２光伝達素子における光伝達部の略中心を通過する主光線の対応関係に基づいて規定されるものでは、第１光伝達素子の光伝達部と第２光伝達素子の光伝達部との対応関係を求める計算量を低減することができる。
また、光伝達部対応関係を情報テーブルとして記憶するものでは、予め第１光伝達素子の光伝達部と第２光伝達素子の光伝達部との対応関係を求めておいて情報テーブル化することにより、即時に第１光伝達素子と第２光伝達素子との連動関係を的確化することができる。
また、光伝達部対応関係のうちの一部の領域の対応関係を求めると共に、残りの領域は一部領域の対応関係に基づいて求められるものでは、第１光伝達素子及び第２光伝達素子の光伝達部の配置の対称性を利用することにより、第１光伝達素子の光伝達部と第２光伝達素子の光伝達部との対応関係を求める計算量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の画像表示装置の実施形態について図を参照して説明する。
［第１の実施形態］
［プロジェクタの全体構成］
図１は、プロジェクタＰＪ１の主たる光学構成を示す図である。
プロジェクタ（画像表示装置）ＰＪ１は、光源１０と、光源１０から入射した光の輝度分布を均一化する均一照明系２０と、均一照明系２０から入射した光の波長領域のうちのＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部２５（第１変調手段としての３つの透過型液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを含む）と、色変調部２５から入射した光をリレーするリレーレンズ９０と、リレーレンズ９０から入射した光の全波長領域の輝度を変調する第２変調手段としての透過型液晶ライトバルブ１００と、液晶ライトバルブ１００から入射した光をスクリーン１２０に投射する投射レンズ１１０と、を含んで構成されている。
【００１３】
光源１０は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなるランプ１１と、ランプ１１からの射出光を反射・集光するリフレクタ１２とを含んで構成されている。
【００１４】
均一照明系２０は、フライアイレンズ等からなる２つのレンズアレイ２１，２２と、偏光変換素子２３と、集光レンズ２４とを含んで構成されている。そして、光源１０からの光の輝度分布を２つのレンズアレイ２１，２２により均一化し、均一化した光を偏光変換素子２３により色変調部の入射可能偏光方向に偏光し、偏光した光を集光レンズ２４により集光して色変調部２５に射出する。なお、偏光変換素子２３は、例えば、ＰＢＳアレイと、１／２波長板とで構成されており、ランダム偏光を特定の直線偏光に変換するものである。
【００１５】
色変調部２５は、光分離手段としての２つのダイクロイックミラー３０，３５と、３つのミラー（反射ミラー３６，４５，４６）と、５つのレンズ（レンズ４１、リレーレンズ４２、平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ）と、３つの液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと、クロスダイクロイックプリズム８０と、を含んで構成されている。
【００１６】
ダイクロイックミラー３０，３５は、光源１０からの光（白色光）を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のＲＧＢ３原色光に分離（分光）するものである。ダイクロイックミラー３０は、ガラス板等にＢ光及びＧ光を反射し、Ｒ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したもので、光源１０からの白色光に対して、当該白色光に含まれるＢ光及びＧ光を反射し、Ｒ光を透過する。ダイクロイックミラー３５は、ガラス板等にＧ光を反射し、Ｂ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したもので、ダイクロイックミラー３０を透過したＧ光及びＢ光のうち、Ｇ光を反射して平行化レンズ５０Ｇに伝達し、青色光を透過してレンズ４１に伝達する。
【００１７】
リレーレンズ４２はレンズ４１近傍の光（光強度分布）を平行化レンズ５０Ｂ近傍に伝達するもので、レンズ４１はリレーレンズ４２に光を効率よく入射させる機能を有する。
レンズ４１に入射したＢ光はその強度分布をほぼ保存された状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく空間的に離れた液晶ライトバルブ６０Ｂに伝達される。
【００１８】
平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒは対応する液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射する各色光を略平行化して、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを透過した光を効率よくリレーレンズ９０に入射させる機能を有している。そして、ダイクロイックミラー３０，３５で分光されたＲＧＢ３原色の光は、上述したミラー（反射ミラー３６，４５，４６）及びレンズ（レンズ４１、リレーレンズ４２、平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ）を介して液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射する。
【００１９】
液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、画素電極及びこれを駆動するための薄膜トランジスタ素子や薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間にＴＮ型液晶を挟み込むとともに、外面に偏光板を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示素子である。
【００２０】
また、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、電圧非印加状態で白／明（透過）状態、電圧印加状態で黒／暗（非透過）状態となるノーマリーホワイトモードまたはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。液晶ライトバルブ６０Ｂは、入射されたＢ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。液晶ライトバルブ６０Ｇは、入射されたＧ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。液晶ライトバルブ６０Ｒは、入射されたＲ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。
【００２１】
クロスダイクロイックプリズム８０は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造からなり、その内部には、Ｂ光を反射する誘電体多層膜（Ｂ光反射ダイクロイック膜８１）及びＲ光を反射する誘電体多層膜（Ｒ光反射ダイクロイック膜８２）が断面Ｘ字状に形成されている。そして、液晶ライトバルブ６０ＧからのＧ光を透過し、液晶ライトバルブ６０ＲからのＲ光と液晶ライトバルブ６０ＢからのＢ光とを折り曲げてこれらの３色の光を合成し、カラー画像を形成する。
【００２２】
図２は、リレーレンズ９０の構成を示す図である。
リレーレンズ９０は、クロスダイクロイックプリズム８０で合成された液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒからの光学像（光強度分布）を液晶ライトバルブ１００の表示面上に伝達するものである。
図２に示すように、開口絞り９１に対してほぼ対称に配置された前段レンズ群９０ａ及び後段レンズ群９０ｂからなる等倍結像レンズである。また、液晶の視野角特性を考慮して両側テレセントリック特性を有することが望ましい。前段レンズ群９０ａ及び後段レンズ群９０ｂは、複数の凸レンズ及び凹レンズを含んで構成されている。ただし、レンズの形状、大きさ、配置間隔及び枚数、テレセントリック性、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更され得るものであり、図２に例に限定されるものではない。リレーレンズ９０は、多数枚のレンズから構成されるので、収差補正がよく、各色変調用の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒで形成される輝度分布を正確に液晶ライトバルブ１００に伝達することができる。
【００２３】
図１に戻り、液晶ライトバルブ１００は、前述した液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと同等の構成からなり、入射した光の全波長領域の輝度を表示画像データに基づいて変調し、最終的な光学像を内包した変調光を投射レンズ１１０に射出する。
【００２４】
投射レンズ１１０は、液晶ライトバルブ１００の表示面上に形成された光学像をスクリーン１２０上に投射してカラー画像を表示する。
【００２５】
ここで、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ及び液晶ライトバルブ１００はいずれも透過光の強度を変調し、その変調度合いに応じた光学像を内包する点では同じであるが、後者の液晶ライトバルブ１００は全波長域の光（白色光）を変調するのに対して、前者の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは光分離手段であるダイクロイックミラー３０，３５で分光された特定波長領域の光（Ｒ，Ｇ，Ｂなどの色光）を変調する点で両者は異なっている。したがって、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒで行われる光強度変調を色変調、液晶ライトバルブ１００で行われる光強度変調を輝度変調と便宜的に呼称して区別する。
【００２６】
また、同様の観点から、以下の説明では液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを色変調ライトバルブ、液晶ライトバルブ１００を輝度変調ライトバルブと呼称して区別する場合がある。なお、本実施形態では、色変調ライトバルブは輝度変調ライトバルブよりも高い解像度を有し、よって、色変調ライトバルブが表示解像度（プロジェクタＰＪ１の表示画像を観測者が見たときに観測者が知覚する解像度をいう。）を決定する場合を想定している。勿論、表示解像度の関係はこれに限定されず、輝度変調ライトバルブが表示解像度を決定する構成も可能である。
【００２７】
次に、プロジェクタＰＪ１の全体的な光伝達の流れを説明する。光源１０からの白色光はダイクロイックミラー３０，３５により赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３原色光に分光されるとともに、平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒを含むレンズ及びミラーを介して、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射される。液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射した各々の色光はそれぞれの波長領域に応じた外部データに基づいて色変調され、光学像を内包した変調光として射出される。液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒからの各変調光は、それぞれクロスダイクロイックプリズム８０に入射し、そこで一つの光に合成され、リレーレンズ９０を介して液晶ライトバルブ１００に入射される。液晶ライトバルブ１００に入射した合成光は全波長域に応じた外部データに基づいて輝度変調され、最終的な光学像を内包した変調光として投射レンズ１１０へ射出される。そして、投射レンズ１１０において、液晶ライトバルブ１００からの最終的な合成光をスクリーン１２０上に投射し所望の画像を表示する。
【００２８】
このように、プロジェクタＰＪ１では、第１光変調素子としての液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒで光学像（画像）を形成した変調光を用いて、最終的な表示画像を第２光変調素子としての液晶ライトバルブ１００で形成する形態を採用しており、直列に配置された２つの光変調素子（色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブ）を介して、２段階の画像形成過程によって光源１０からの光を変調する。その結果、プロジェクタＰＪ１は、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現することができる。
【００２９】
更に、プロジェクタＰＪ１は、プロジェクタＰＪ１を制御する表示制御装置２を有している。
図３は、表示制御装置２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２は、ＨＤＲ映像信号やＲＧＢ信号等の外部からの信号の取得や、各種信号の各構成要素への伝送等を行うインターフェース回路２ａと、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを駆動制御するための駆動回路２ｂと、液晶ライトバルブ１００を駆動制御するための駆動回路２ｃと、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ＣＰＵ２ｄと、所定領域にあらかじめＣＰＵ２ｄの制御プログラム等を格納しているＲＯＭ２ｅと、ＲＯＭ２ｅ等から読み出したデータやＣＰＵ２ｄの演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭ２ｆとを含んだ構成となっている。
更に、インターフェース回路２ａ、ＣＰＵ２ｄ、ＲＯＭ２ｅ及びＲＡＭ２ｆは、データを転送するための信号線であるバス２ｇで相互にかつデータ授受可能に接続されている。
【００３０】
本実施の形態において、プロジェクタＰＪ１は、外部からのＨＤＲ映像信号及びＲＧＢ信号に基づき表示制御装置２において液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ及び液晶ライトバルブ１００の透過率を制御し、スクリーン１２０上にＨＤＲ画像を表示するようになっている。
ここで、ＨＤＲ画像データは、従来のｓＲＧＢ等の画像フォーマットでは実現できない高い輝度ダイナミックレンジを実現することができる画像データであり、画素の輝度レベルを示す画素値を画像の全画素について格納している。本実施の形態では、ＨＤＲ表示データとして、１つの画素についてＲＧＢ３原色ごとに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。
【００３１】
また、ＨＤＲ画像データは、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。
なお、ＨＤＲ画像データの生成方法の詳細については、例えば公知文献「P.E.Debevec, J.Malik, "Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs", Proceedings of ACM SIGGRAPH97 , p.367-378 , 1997」」に掲載されている。
【００３２】
次に、図４〜図９を用いて、色変調ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと輝度変調ライトバルブ１００の光学的対応関係について詳しく説明する。
図４は、色変調ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと輝度変調ライトバルブ１００の光学的対応関係を説明する図である。なお、説明をわかりやすくするために、色変調ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ及びリレーレンズ９０をそれぞれ１つの色変調ライトバルブ６０及びレンズ９０とし、更にクロスダイクロイックプリズム８０を省略している。
また、光学系全体のＸＹＺ座標は、Ｚ軸が光軸ＡＸに平行となるように設定する。色変調ライトバルブ６０及び輝度変調ライトバルブ１００の面内の座標は、それぞれ光軸との交点を原点として、ＸＹ座標に平行にｘｙ座標系、ｘ´ｙ´座標系を設定する。
【００３３】
色変調ライトバルブ６０上の画素（光伝達部）と輝度変調ライトバルブ１００上の画素（光伝達部）とは、光学的に正確に対応付けられる必要がある。すなわち、色変調ライトバルブ６０の所定の画素において変調された光が、輝度変調ライトバルブ１００のどの画素に到達するかについて、正確な情報を得る必要がある。なぜなら、色変調ライトバルブ６０の所定の画素において１次変調された光を輝度変調ライトバルブ１００のどの画素で２次変調するかが不明であると、適切に２つの変調を重ね合わせることができなくなり、所定の品質の画像を得られないからである。
光学的対応関係求めるための最も一般的な方法としては、色変調ライトバルブ６０と輝度変調ライトバルブ１００の間に設けられるリレーレンズ９０の光学倍率ｍに基づいて、色変調ライトバルブ６０をｍ倍に拡大したものを輝度変調ライトバルブ１００に幾何学的に対応付ける方法がある。
しかしながら、リレーレンズ９０を構成するレンズには、必ず光学収差が存在するので、このような方法では、精度の高い光学的対応付けを行うことが不可能である。
そこで、以下のように、色変調ライトバルブ６０の画素と輝度変調ライトバルブ１００の画素との光学的対応関係を求める。
【００３４】
図４に示すように、色変調ライトバルブ６０上の任意の点Ａは、光軸からｈの距離に存在する点である。そして、点Ａを通過する主光線ＭＸが輝度変調ライトバルブ１００に到達する位置を点Ａ´とし、この点と光軸との距離をｈ´とする。
そして、リレーレンズ９０の歪曲収差は、歪曲収差曲線で表される。図５は、リレーレンズ９０の歪曲収差曲線を示す図であり、縦軸が光軸からの距離ｈ、横軸が理想像高からのずれ量（理想像高に対する百分率）を示す。
歪曲収差曲線は、ｈの関数ｆ（ｈ）とみなすことができる。関数ｆ（ｈ）は、直線近似、多項式近似、スプライン近似等の近似式で定義することができる。
上記の変数、関数を用いれば、ｈ´とｈには、以下の式（１）の関係がある。
ｈ´＝ｈ・ｍ・（１＋ｆ（ｈ））・・・（１）
なお、ｍはリレーレンズの倍率である。
更に、点Ａの座標を（ｘ、ｙ）とし、点Ａ´の座標（ｘ´、ｙ´）とすれば、式（２）、式（３）が導かれる。
ｘ´＝−（ｘ・ｈ´／ｈ）＝−（ｘ・ｍ・（１＋ｆ（ｈ）））・・・（２）
ｙ´＝−（ｙ・ｈ´／ｈ）＝−（ｙ・ｍ・（１＋ｆ（ｈ）））・・・（３）
したがって、色変調ライトバルブ６０上の任意の画素が対応する輝度変調ライトバルブ１００上の画素（領域）を求める場合には、色変調ライトバルブ６０上の任意の画素内の複数の位置（座標）に対して、逐次、式（１）〜式（３）を適用することにより、容易に求めることができる。
そして、このような計算を色変調ライトバルブ６０上の全ての画素に対して行うことにより、色変調ライトバルブ６０と輝度変調ライトバルブ１００との光学的対応関係が求められる。
【００３５】
しかし、色変調ライトバルブ６０の全ての画素について、上述した計算を行うと、計算時間が長くなったり、必要とするメモリ容量が大きくなる等の不都合がある。このため、計算量をできるだけ少なくすることが望ましい。
計算量を少なくする方法としては、図６に示すように、画素の４つのコーナ座標のみを計算し、その計算結果から対応する領域を規定する方法が挙げられる。
すなわち、図６（ａ）に示すように、色変調ライトバルブ６０上の注目する画素の四隅の点Ｂ１〜点Ｂ４について上記計算を行って、対応する輝度変調ライトバルブ１００上の点Ｂ１´〜Ｂ４´の座標を求める（図６（ｂ）参照）。そして、求めた４点で囲まれた輝度変調ライトバルブ１００上の範囲を対応する領域として規定する。
【００３６】
更に計算量を低減するためには、図７（ａ）に示すように、色変調ライトバルブ６０の任意の画素の略中心点Ｃの座標に対して、式（２）、式（３）の計算を行い、図７（ｂ）の輝度変調ライトバルブ１００上の対応点Ｃ´の座標を求める。
次いで、点Ｃ´を中心に、色変調ライトバルブ６０の任意の画素をｍ倍した領域（破線で囲まれた領域）を対応する領域として規定する。
このように、画素内の１点に対して光学的対応付けを求めるだけなので、計算量を大幅に低減することができる。
なお、以上述べた光学系的対応関係の計算は、第１と第２の変調信号生成時にリアルタイムで行っても良いが、予め全ての対応関係を求めておき、その計算結果を情報テーブル化することにより、計算負担を低減してもよい。
【００３７】
図８は、輝度変調ライトバルブ１００の画素上における色変調ライトバルブ６０の画素の重なり関係（対応関係）を示した図である。図８中のＱ１１〜Ｑ３３は、輝度変調ライトバルブ１００の画素番号であり、Ｐ１１´〜Ｐ２２´は色変調ライトバルブ６０の画素Ｐ１１〜Ｐ２２（不図示）が光学的に対応する領域の番号を示す。
色変調ライトバルブ６０の画素Ｐ１１に対応する領域Ｐ１１´は、輝度変調ライトバルブ１００のＢ１１、Ｂ１２、Ｂ２１、Ｂ２２にまたがっている。このように、色変調ライトバルブ６０の画素と輝度変調ライトバルブ１００の画素とは、一対一に対応するものではない。これらの対応関係は、図９に示す画素対応関係の情報テーブルに記録される。
【００３８】
画素対応関係の情報テーブルには、色変調ライトバルブ６０の各画素毎に１つのレコードが登録されている。各レコードは、色変調ライトバルブ６０の画素番号を登録したフィールドと、その画素の対応領域と重なる輝度変調ライトバルブ１００の画素番号を登録したフィールドとを含んで構成されている。
具体的には、図９（ａ）に示すように、第１段目のレコードには、色変調ライトバルブ６０の画素番号として「Ｐ１１」が、Ｐ１１の対等領域と重なる輝度変調ライトバルブ１００の画素番号として「Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２」がそれぞれ登録されている。
更には、重なる画素毎の面積比をテーブルに記憶してもよい。上記の例では、画素Ｑ１１が対応領域Ｐ１１´と重なっている部分は、Ｑ１１の約４２％である。同様に、Ｑ１２の約２５％、Ｑ２１の約６９％、Ｑ２２の約４２％が対応領域Ｐ１１´と重なっている。このような重なりの面積関係は、例えば、図９（ｂ）に示すような形式で情報テーブル化することが可能である。
【００３９】
なお、図９（ａ），（ｂ）の情報テーブルは、色変調ライトバルブ６０の全ての画素について用意する必要はない。すなわち、色変調ライトバルブ６０と輝度変調ライトバルブ１００の光学的対応関係が光軸の廻りに回転対称な関係を利用して、情報量を削減してもよい。つまり、画素対応関係の情報テーブルは、色変調ライトバルブ６０のｘｙ座標系（図３参照）における１／４象現分（例えば第１象現）だけ用意しておき、他の象現は情報の対称性に基づいて、既に求められている象現の情報をそのまま用いることが可能である。
このように、データの縮小化によって、必要とされるメモリ容量を大幅に削減することができる。
なお、倍率色収差の補正については、プロジェクタＰＪ１のＲ，Ｇ，Ｂの３原色の主波長毎のリレーレンズ９０の歪曲収差データを関数化し、それに基づいて光学的対応関係を求めればよい。それぞれの光学的対応関係は、各色用の色変調ライトバルブ６０の駆動信号生成に使用される。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態のプロジェクタＰＪ１では、色変調ライトバルブ６０の画素と輝度変調ライトバルブ１００の画素との光学的対応関係が正確に求められている。
これにより、色変調ライトバルブ６０の所定の画素において１次変調された光を、輝度変調ライトバルブ１００の所定領域（画素）において適切に２次変調させることが可能となる。したがって、従来に比べて、所定の品質の画像を確実に得ることができる。
【００４１】
なお、上述したプロジェクタＰＪ１において、色変調ライトバルブ６０に制御信号を供給するタイミングよりも、輝度変調ライトバルブ１００に制御信号を供給するタイミングを所定時間遅延させるようにしてもよい。
この遅延時間を調整することにより色変調ライトバルブ６０の光の伝達時間と、輝度変調ライトバルブ１００の光の伝達時間とにおいて一部両者が重なる時間だけ目的位置に光を伝達することが可能となる。つまり、色変調ライトバルブ６０と輝度変調ライトバルブ１００に供給する制御信号の時間差を利用して目的位置への光の伝達時間をより細かく制御することで、表示可能な階調数を色変調ライトバルブ６０と輝度変調ライトバルブ１００の同期制御によって表示可能な階調数以上に拡大できるという効果が得られる。
【００４２】
また、プロジェクタＰＪ１の光変調素子として、透過型液晶ライトバルブの場合について説明したが、反射型液晶ライトバルブを用いても良い。更に、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子を用いても良い。
【００４３】
次に、プロジェクタＰＪ１の変形例として、光変調素子に反射型液晶ライトバルブを用いた場合について説明する。
［変形例１］
図１０は、第１光変調素子及び第２光変調素子に単板の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタＰＪ２の光変調素子の主たる光学構成を示す図である。なお、図１に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタＰＪ２は、図１０に示すように、光源１０、カラーフィルタ１００、第１反射型液晶ライトバルブ２１０、第２反射型液晶ライトバルブ２２０、第１偏光ビームスプリッター２３０、第２偏光ビームスプリッター２４０、投影レンズ１１０、スクリーン１２０等を含み、これらを光学的に直列に配置した構成となっている。
第１反射型液晶ライトバルブ２１０及び第２反射型液晶ライトバルブ２２０は、ともにデジタル駆動タイプの液晶ライトバルブである。第１偏光ビームスプリッター２３０及び第２偏光ビームスプリッター２４０は、誘電体多層膜の偏光特性を利用して偏光を分離する光学素子であって、Ｐ偏光を透過するがＳ偏光を反射するものである。
そして、光源１０から照射された白色光は、偏光変換素子２３を通過することによりＰ偏光となり、集光レンズ２４、カラーフィルタ１００、集光レンズ１１０を通過して、第１偏光ビームスプリッター２３０に向けて射出される。
第１偏光ビームスプリッター２３０に入射した光は、Ｐ偏光であるため第１偏光ビームスプリッター２３０を透過（直進）して、λ／４板２５０を経て第１反射型液晶ライトバルブ２１０に入射する。そして、第１反射型液晶ライトバルブ２１０に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ／４板２５０を経て第１偏光ビームスプリッター２３０に入射する。
再び第１偏光ビームスプリッター２３０に入射した光のうち、第１反射型液晶ライトバルブ２１０で変調を受けたＳ偏光は、第１偏光ビームスプリッター２３０で反射して、リレーレンズ２７０に入射する。リレーレンズ２７０は、テレセントリック性を有しており、第１反射型液晶ライトバルブ２１０上で変調を受けた像は、出射側に正確に結像する。そして、リレーレンズ２７０からの光は、集光レンズ１２０を通過して、第２偏光ビームスプリッター２４０に向けて射出される。
第２偏光ビームスプリッター２４０に入射した光は、Ｓ偏光であるため第２偏光ビームスプリッター２４０で反射して、λ／４板２６０を経て第２反射型液晶ライトバルブ２２０に入射する。そして、第２反射型液晶ライトバルブ２２０に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ／４板２６０を経て第２偏光ビームスプリッター２４０に入射する。入射した光のうち、第１反射型液晶ライトバルブ２１０で変調を受けたＰ偏光は、第２偏光ビームスプリッター２４０を透過（直進）する。
そして、２つの反射型液晶ライトバルブ２１０，２２０で変調を受けたＰ偏光は、投射レンズ１１０を経てスクリーン１２０に投射される。
【００４４】
［変形例２］
図１１は、第１光変調素子にＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を、第２光変調素子に単板の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタＰＪ３の主たる光学構成を示す図である。なお、図１及び図１０に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタＰＪ３は、図１１に示すように、光源１０、カラーフィルタ１００、ＤＭＤ１５０、反射型液晶ライトバルブ２２０、偏光ビームスプリッター２４０、投影レンズ１１０、スクリーン１２０等を含み、これらを光学的に直列に配置した構成となっている。
そして、光源１０から照射された白色光は、偏光変換素子２４を通過することによりＰ偏光となり、集光レンズ２４、カラーフィルタ１００を通過して、ＤＭＤ１５０に向けて射出される。ＤＭＤ１５０において変調を受けたＰ偏光は、リレーレンズ２７０に入射し、集光レンズ１２０を通過して、偏光ビームスプリッター２４０に向けて射出される。
偏光ビームスプリッター２４０に入射した光は、Ｐ偏光であるため偏光ビームスプリッター２４０を透過（直進）し、λ／４板２６０を経て反射型液晶ライトバルブ２２０に入射する。そして、反射型液晶ライトバルブ２２０に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ／４板２６０を経て偏光ビームスプリッター２４０に入射する。入射した光のうち、反射型ライトバルブ２２０で変調を受けたＳ偏光は、偏光ビームスプリッター２４０で反射して射出される。
そして、ＤＭＤ１５０及び反射型液晶ライトバルブ２２０で変調を受けたＳ偏光は、投射レンズ１１０を経てスクリーン１２０に投射される。
【００４５】
［変形例３］
図１２は、第１光変調素子に単板の反射型液晶ライトバルブを用い、第２光変調素子に３板式の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタＰＪ４の主たる光学構成を示す図である。なお、図１，図１０及び図１１に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタＰＪ４は、図１２に示すように、光源１０、第１反射型液晶ライトバルブ２１０、第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｒ，２２０ｇ，２２０ｂ、第１偏光ビームスプリッター２３０、第２偏光ビームスプリッター２４０ｒ，２４０ｇ，２４０ｂ、第１ダイクロックミラー３１０、第２ダイクロックミラー３２０、色合成プリズム３３０、投影レンズ１１０、スクリーン１２０等を含む構成となっている。カラーフィルタ１００を用いていないので、光の利用効率を上げることができる。
第１ダイクロックミラー３１０及び第２ダイクロックミラー３２０は、屈折率のそれぞれ異なる誘電体の多層膜により、２つ以上の波長域の光を分離するものである。色合成プリズム３３０は、赤色、緑色及び青色の光を合成するものである。
そして、光源１０から照射された白色光は、偏光変換素子２３を通過することによりＰ偏光となり、集光レンズ２４を通過して、第１偏光ビームスプリッター２３０に向けて射出される。
第１偏光ビームスプリッター２３０に入射した光は、Ｐ偏光であるため第１偏光ビームスプリッター２３０を透過（直進）して、λ／４板２５０を経て第１反射型液晶ライトバルブ２１０に入射する。そして、第１反射型液晶ライトバルブ２１０に入射した光は、変調を受けて反射して、再びλ／４板２５０を経て第１偏光ビームスプリッター２３０に入射する。
再び第１偏光ビームスプリッター２３０に入射した光のうち、第１反射型液晶ライトバルブ２１０で変調を受けたＳ偏光は、第１偏光ビームスプリッター２３０で反射して、リレーレンズ２７０に入射し、集光レンズ６０を通過して、第１ダイクロックミラー３１０に向けて射出される。
第１ダイクロックミラー３１０に入射した光は、青色とそれ以外（赤色及び緑色）の光に分離、反射される。
青色光は、ミラー３４０で反射した後に第２偏光ビームスプリッター２４０ｂに入射する。そして、Ｓ偏光であるため第２偏光ビームスプリッター２４０ｂで反射し、λ／４板２６０を経て第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｂに入射する。そして、第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｂに入射した青色光は、変調を受けて反射して、再びλ／４板２６０を経て第２偏光ビームスプリッター２４０ｂに入射する。入射した青色光のうち、第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｂで変調を受けたＰ偏光は、第２偏光ビームスプリッター２４０ｂを透過して射出する。
一方、赤色及び緑色の光は、ミラー３４０で反射した後に第２ダイクロックミラー３２０に入射し、赤色光と緑色光に分離、反射し、それぞれ第２偏光ビームスプリッター２４０ｒ，２４０ｇに入射する。そして、青色光と同様に、第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｒ、２２０ｇにおいて変調されて、またＰ偏光となって第２偏光ビームスプリッター２４０ｒ，２４０ｇから射出する。
そして、第１反射型液晶ライトバルブ２１０、第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｒ，２２０ｇ，２２０ｂで変調を受けたそれぞれのＰ偏光は、色合成プリズム３３０に入射し、合成された後に、投射レンズ１１０を経てスクリーン１２０に投射される。
【００４６】
［変形例４］
図１３は、第１光変調素子にＤＭＤを、第２光変調素子に３板式の反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタＰＪ５の主たる光学構成を示す図である。なお、図１，図１０〜図１２に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタＰＪ５は、図１３に示すように、光源１０、ＤＭＤ１５０、反射型液晶ライトバルブ２２０ｒ，２２０ｇ，２２０ｂ、偏光ビームスプリッター２４０ｒ，２４０ｇ，２４０ｂ、第１ダイクロックミラー３１０、第２ダイクロックミラー３２０、色合成プリズム３３０、投影レンズ１１０、スクリーン１２０等を含む構成となっている。カラーフィルタ１００を用いていないので、光の利用効率を上げることができる。
そして、光源１０から照射された白色光は、偏光変換素子２３を通過することによりＰ偏光となり、集光レンズ２４、λ／２板３５０を通過してＳ偏光となってＤＭＤ１５０に向けて射出される。ＤＭＤ１５０において変調を受けたＳ偏光は、リレーレンズ２７０に入射し、第１ダイクロックミラー３１０に向けて射出される。
第１ダイクロックミラー３１０に入射した光は、青色とそれ以外（赤色及び緑色）の光に分離、反射される。
青色光は、ミラー３４０で反射した後に第２偏光ビームスプリッター２４０ｂに入射する。そして、Ｓ偏光であるため第２偏光ビームスプリッター２４０ｂで反射し、λ／４板２６０を経て第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｂに入射する。そして、第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｂに入射した青色光は、変調を受けて反射して、再びλ／４板２６０を経て第２偏光ビームスプリッター２４０ｂに入射する。入射した青色光のうち、第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｂで変調を受けたＰ偏光は、第２偏光ビームスプリッター２４０ｂを透過して射出する。
一方、赤色及び緑色の光は、ミラー３４０で反射した後に第２ダイクロックミラー３２０に入射し、赤色光と緑色光に分離、反射し、それぞれ第２偏光ビームスプリッター２４０ｒ，２４０ｇに入射する。そして、青色光と同様に、第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｒ、２２０ｇにおいて変調されて、またＰ偏光となって第２偏光ビームスプリッター２４０ｒ，２４０ｇから射出する。
そして、第１反射型液晶ライトバルブ２１０、第２反射型液晶ライトバルブ２２０ｒ，２２０ｇ，２２０ｂで変調を受けたそれぞれのＰ偏光は、色合成プリズム３３０に入射し、合成された後に、投射レンズ１１０を経てスクリーン１２０に投射される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】プロジェクタＰＪ１の主たる光学構成を示す図である。
【図２】リレーレンズ９０の構成を示す図である。
【図３】表示制御装置２のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図４】色変調ライトバルブ６０と輝度変調ライトバルブ１００の光学的対応関係を説明する図である。
【図５】リレーレンズ９０の歪曲収差曲線を示す図である。
【図６】色変調ライトバルブ６０と輝度変調ライトバルブ１００との光学的対応関係を規定する方法を説明する図である。
【図７】色変調ライトバルブ６０と輝度変調ライトバルブ１００との光学的対応関係を規定する他の方法を説明する図である。
【図８】輝度変調ライトバルブ１００の画素上における色変調ライトバルブ６０の画素の重なり関係（対応関係）を示した図である。
【図９】情報テーブルを示す図である。
【図１０】プロジェクタＰＪ２の主たる光学構成を示す図である。
【図１１】プロジェクタＰＪ３の主たる光学構成を示す図である。
【図１２】プロジェクタＰＪ４の主たる光学構成を示す図である。
【図１３】プロジェクタＰＪ５の主たる光学構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
２…表示制御装置、  ６０（６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ）…液晶ライトバルブ（第１光伝達素子）、  ９０…リレーレンズ（結像レンズ）、  １００…液晶ライトバルブ（第２光伝達素子）、  Ｐ１１〜Ｐ２２，Ｑ１１〜３３…画素（光伝達部）、ＰＪ１〜ＰＪ５…プロジェクタ（画像表示装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006106583.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006106583.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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