(57)【要約】【課題】  輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大を実現し、視野角の低下を防止するとともに画質を向上するのに好適な光学系の光伝搬構造を提供する。【解決手段】  投射型表示装置１００は、光源１０と、透過率Ｔ１を独立に制御可能な複数の画素を有する輝度変調ライトバルブと、輝度変調ライトバルブからの光を入射しかつ透過率Ｔ２を独立に制御可能な複数の画素を有する色変調パネルとを備え、色変調パネルの光入射面に光拡散部材３２を密着させて設けた。  これにより、視野角の低下を抑制することができるとともに、輝度変調ライトバルブの光学像を色変調パネルの画素面に比較的精度よく結像することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子、および光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第２光変調素子を介して光源からの光を変調する光学系に適用される構造であって、
前記第１光変調素子および前記第２光変調素子のうち前記光源からみて後段に配置されるものの光入射面に光拡散部材を密着または近接させて設けたことを特徴とする光学系の光伝搬構造。
【請求項２】
光源と、前記光源からの光を入射しかつ光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子と、前記第１光変調素子からの光を入射しかつ光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第２光変調素子とを備え、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光変調素子の光入射面に光拡散部材を密着または近接させて設けたことを特徴とする光学表示装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第２光変調素子は、液晶表示素子であり、
前記液晶表示素子の光入射側に入射側偏光板を設け、前記入射側偏光板および前記液晶表示素子の間に前記光拡散部材を配置したことを特徴とする光学表示装置。
【請求項４】
請求項２および３のいずれかにおいて、
前記光拡散部材の光入射側および光出射側のいずれかに第２光拡散部材を設けたことを特徴とする光学表示装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第２光変調素子の光出射側に前記第２光拡散部材を配置したことを特徴とする光学表示装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第２光拡散部材の光出射側に透明部材を設けたことを特徴とする光学表示装置。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれかにおいて、
前記第２光変調素子は、液晶表示素子であり、
前記液晶表示素子の光出射側に出射側偏光板を設け、前記出射側偏光板の光出射側に前記第２光拡散部材を配置したことを特徴とする光学表示装置。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれかにおいて、
前記第２光拡散部材のヘイズ率を７０％以下に設定したことを特徴とする光学表示装置。
【請求項９】
請求項５ないし８のいずれかにおいて、
前記光拡散部材のヘイズ率を１０％以下に設定したことを特徴とする光学表示装置。
【請求項１０】
光源と、前記光源からの光を入射しかつ光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子と、前記第１光変調素子からの光を入射しかつ光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第２光変調素子とを備え、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変調素子は、内部に光拡散性を有することを特徴とする光学表示装置。
【請求項１１】
前記第２変調素子はカラーフィルタを有し、前記カラーフィルタは、光拡散性を有することを特徴とする光学表示装置。
【請求項１２】
光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する素子であって、
光透過面に光拡散部材を密着または近接させて設けたことを特徴とする光変調素子。
【請求項１３】
光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する素子であって、
光拡散性を有するカラーフィルタを備えることを特徴とする光変調素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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光学系に適用される構造および装置、並びに方法に係り、特に、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大を実現し、視野角の低下を防止するとともに画質を向上するのに好適な光学系の光伝搬構造、光学表示装置および光変調素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【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。
【０００５】
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。
【０００６】
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率変調素子が用いられる。その代表例としては、液晶ライトバルブが挙げられる。また、透過率変調素子の代わりに反射率変調素子を用いてもよく、その代表例としては、ＤＭＤが挙げられる。
【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。
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、非特許文献１に開示されている投射型表示装置、および特許文献２に開示されている表示装置が知られている。
【０００８】
非特許文献１および特許文献２記載の発明とも、第２光変調素子としてＬＣＤを、第１光変調素子としてＬＥＤまたは蛍光灯等の変調可能な照明を用いている。
【０００９】
一方、高い輝度ダイナミックレンジを実現するものではないが、投射型表示装置の画質を向上する技術としては、例えば、特許文献３，４に開示されている表示装置が知られている。
【００１０】
特許文献３記載の発明は、光源と、映像表示素子と、投写レンズと、スクリーンとを備え、スクリーンの光入射面および光出射面にそれぞれ光拡散部材を設けたものである。
【００１１】
特許文献４記載の発明は、集光、拡散等の光学的機能を有するレンズシートに、光の透過方向に分離した少なくとも２つの光拡散部材を設けたものである。
【００１２】
【非特許文献１】Helge Seetzen, Lorne A. Whitehead, Greg Ward, "A High Dynamic Range Display Using Low and High Resolution Modulators", SID Symposium 2003, pp.1450-1453 (2003)
【特許文献１】特開２００１−１００６８９号公報
【特許文献２】特開２００２−９９２５０号公報
【特許文献３】特開平８−３１３８６５号公報
【特許文献４】ＷＯ９８／０３８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
非特許文献１および特許文献１，２記載の発明のように、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し、高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現するためには、例えば、第１光変調素子で表示画像の輝度分布を形成し、第２光変調素子で表示画像の色分布を形成する場合、第１光変調素子の光学像を第２光変調素子の画素面にそれら分布が一致するように精度よく結像する必要がある。
【００１４】
また、非特許文献１および特許文献２記載の発明のように第２光変調素子を直接観察する構成においては、表示視野角を広げるために、特許文献３，４記載の発明のように光路上に光拡散部材を設け、第２光変調素子からの出射光を拡散することで視野角の低下を防止する工夫が必要である。
【００１５】
しかしながら、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構成において、第１光変調素子および第２光変調素子の間に光拡散部材を設けると、第１光変調素子からの光が光拡散部材によって拡散されてしまうため、視野角の低下は抑えられるものの、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結像することができず、画質が低下するという問題があった。
【００１６】
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を実現し、視野角の低下を防止するとともに画質を向上するのに好適な光学系の光伝搬構造、光学表示装置および光変調素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の光学系の光伝搬構造は、
光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子、および光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第２光変調素子を介して光源からの光を変調する光学系に適用される構造であって、
前記第１光変調素子および前記第２光変調素子のうち前記光源からみて後段に配置されるものの光入射面に光拡散部材を密着または近接させて設けたことを特徴とする。
【００１８】
このような構成であれば、第１光変調素子が光源側に配置されている場合、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光拡散部材により拡散されて第２光変調素子に伝達される。このとき、第２光変調素子の光入射面には、光拡散部材が密着または近接して設けられているので、第１光変調素子からの光が第２光変調素子の画素面に到達するまでの間で拡散される度合いを小さくすることができる。そして、第２光変調素子により、第１光変調素子からの光が２次変調される。
【００１９】
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１光変調素子および第２光変調素子の間に光拡散部材が設けられているので、視野角の低下を抑制することができるという効果も得られる。また特に、後段の光変調素子の光入射面に光拡散部材が密着または近接して設けられているので、第１光変調素子および第２光変調素子の間における光拡散度合いを小さくすることができる。したがって、前段の光変調素子の光学像を後段の光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ので、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。
【００２０】
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２および１０の光学表示装置、並びに発明１１および１２の光変調素子において同じである。
【００２１】
また、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。
【００２２】
また、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。このことは、第２光変調素子についても同様である。以下、発明２および１０の光学表示装置において同じである。
【００２３】
〔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入射しかつ光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子と、前記第１光変調素子からの光を入射しかつ光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第２光変調素子とを備え、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光変調素子の光入射面に光拡散部材を密着または近接させて設けたことを特徴とする。
【００２４】
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光拡散部材により拡散されて第２光変調素子に伝達される。このとき、第２光変調素子の光入射面には、光拡散部材が密着または近接して設けられているので、第１光変調素子からの光が第２光変調素子の画素面に到達するまでの間で拡散される度合いを小さくすることができる。そして、第２光変調素子により、第１光変調素子からの光が２次変調される。
【００２５】
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１光変調素子および第２光変調素子の間に光拡散部材が設けられているので、視野角の低下を抑制することができるという効果も得られる。また特に、第２光変調素子の光入射面に光拡散部材が密着または近接して設けられているので、第１光変調素子および第２光変調素子の間における光拡散度合いを小さくすることができる。したがって、第１光変調素子の光学像を第２光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ので、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。
【００２６】
〔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２光変調素子は、液晶表示素子であり、
前記液晶表示素子の光入射側に入射側偏光板を設け、前記入射側偏光板および前記液晶表示素子の間に前記光拡散部材を配置したことを特徴とする。
【００２７】
第２光変調素子を液晶表示素子で構成する場合、液晶表示素子の光入射側には、通常、入射側偏光板が設けられる。この場合、入射側偏光板の光入射側に光拡散部材を配置すると、光拡散部材で光の偏光方向が散乱し、その光のうち入射側偏光板の偏光方向と一致しない光が入射側偏光板で遮断されるため、表示画像の輝度が低下する可能性がある。そこで、本発明のように、入射側偏光板および液晶表示素子の間に光拡散部材を配置すれば、輝度の低下を抑制することができるという効果が得られる。
【００２８】
〔発明４〕  さらに、発明４の光学表示装置は、発明２および３のいずれかの光学表示装置において、
前記光拡散部材の光入射側および光出射側のいずれかに第２光拡散部材を設けたことを特徴とする。
【００２９】
このような構成であれば、スペックルが発生するのを抑制することができるという効果が得られる。
【００３０】
〔発明５〕  さらに、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光変調素子の光出射側に前記第２光拡散部材を配置したことを特徴とする。
【００３１】
このような構成であれば、スペックルが発生するのを抑制することができるとともに、光学表示装置の表示面に外光が映り込むのを抑制することができるという効果が得られる。
【００３２】
〔発明６〕  さらに、発明６の光学表示装置は、発明５の光学表示装置において、
前記第２光拡散部材の光出射側に透明部材を設けたことを特徴とする。
【００３３】
このような構成であれば、透明部材が観測者側に面しているので、光沢感をともなったつややかな表示画質を得ることができるという効果が得られる。
【００３４】
〔発明７〕  さらに、発明７の光学表示装置は、発明４ないし６のいずれかの光学表示装置において、
前記第２光変調素子は、液晶表示素子であり、
前記液晶表示素子の光出射側に出射側偏光板を設け、前記出射側偏光板の光出射側に前記第２光拡散部材を配置したことを特徴とする。
【００３５】
第２光変調素子を液晶表示素子で構成する場合、液晶表示素子の光出射側には、通常、出射側偏光板が設けられる。この場合、液晶表示素子および出射側偏光板の間に光拡散部材を配置すると、光拡散部材で光の偏光方向が散乱し、その光のうち出射側偏光板の偏光方向と一致しない光が出射側偏光板で遮断されるため、表示画像の輝度が低下する可能性がある。そこで、本発明のように、出射側偏光板の光出射側に光拡散部材を配置すれば、輝度の低下を抑制することができるという効果が得られる。
【００３６】
〔発明８〕  さらに、発明８の光学表示装置は、発明５ないし７のいずれかの光学表示装置において、
前記第２光拡散部材のヘイズ率を７０％以下に設定したことを特徴とする。
【００３７】
このような構成であれば、光学表示装置の表示面に白ボケが発生するのを抑制することができるという効果が得られる。
【００３８】
〔発明９〕  さらに、発明９の光学表示装置は、発明５ないし８のいずれかの光学表示装置において、
前記光拡散部材のヘイズ率を１０％以下に設定したことを特徴とする。
【００３９】
このような構成であれば、光学表示装置の表示面に照明輝度分布ボケが発生するのを抑制することができるという効果が得られる。
【００４０】
〔発明１０〕  さらに、発明１０の光学表示装置は、
光源と、前記光源からの光を入射しかつ光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子と、前記第１光変調素子からの光を入射しかつ光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第２光変調素子とを備え、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変調素子は、内部に光拡散性を有することを特徴とする光学表示装置。
【００４１】
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第２光変調素子に伝達される。そして、第２光変調素子により、第１光変調素子からの光が２次変調され、画像が表示される。このとき、第２変調素子の内部に光拡散性を有しているので、第１光変調素子の光学像が拡散されるとともに、第２光変調素子が内部に光拡散性を有するので、第１光変調素子からの光が第２光変調素子の画素面に到達するまでの間で拡散される度合いを小さくすることができる。
【００４２】
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光変調素子は内部に光拡散性を有しているので、視野角の低下を抑制することができるという効果も得られる。また特に、第２光変調素子の内部に光拡散性を有しているので、第１光変調素子および第２光変調素子の間における光拡散度合いを小さくすることができる。したがって、第１光変調素子の光学像を第２光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ので、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。
【００４３】
さらに、発明１０の光学装置において、前記第２変調素子はカラーフィルタを有し、前記カラーフィルタは、光拡散性を有することを特徴とする。
【００４４】
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第２光変調素子に伝達される。そして、第２光変調素子により、１光変調素子からの光が２次変調され、カラーフィルタを介して画像が表示される。このとき、第２光変調素子のカラーフィルタが光拡散性を有しているので、第１光変調素子の光学像が拡散されるとともに、カラーフィルタが第２光変調素子の一部を構成するので、第１光変調素子からの光が第２光変調素子の画素面に到達するまでの間で拡散される度合いを小さくすることができる。
【００４５】
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光変調素子のカラーフィルタが光拡散性を有しているので、視野角の低下を抑制することができるという効果も得られる。また特に、カラーフィルタが第２光変調素子の一部を構成するので、第１光変調素子および第２光変調素子の間における光拡散度合いを小さくすることができる。したがって、第１光変調素子の光学像を第２光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ので、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。
【００４６】
〔発明１１〕  一方、上記目的を達成するために、発明１１の光変調素子は、
光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する素子であって、
光透過面に光拡散部材を密着または近接させて設けたことを特徴とする。
【００４７】
このような構成であれば、発明２の光学表示装置における第２光変調素子として適用した場合、発明２の光学表示装置と同等の作用および効果が得られる。
【００４８】
ここで、本発明に係る光変調素子は、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１２の光変調素子において同じである。
【００４９】
〔発明１２〕  さらに、発明１２の光変調素子は、
光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する素子であって、
光拡散性を有するカラーフィルタを備えることを特徴とする。
【００５０】
このような構成であれば、発明１０の光学表示装置における第２光変調素子として適用した場合、発明１０の光学表示装置と同等の作用および効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
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１５は、本発明に係る光学系の光伝搬構造、光学表示装置および光変調素子の実施の形態を示す図である。
【００５２】
本実施の形態は、本発明に係る光学系の光伝搬構造、光学表示装置および光変調素子を、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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から入射した光の全波長領域の輝度を変調する輝度変調部１４と、輝度変調部１４から入射した光を投射する投射部１６と、投射部１６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１８とで構成されている。
【００５６】
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。
【００５７】
輝度変調部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液晶ライトバルブ１４ａと、フィールドレンズ１４ｂとで構成されている。そして、輝度分布均一化部１２からの光をフィールドレンズ１４ｂを介して入射し、入射した光の全波長領域の輝度を液晶ライトバルブ１４ａにより変調し、変調した光を投射部１６に出射する。
【００５８】
液晶ライトバルブ１４ａ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。液晶ライトバルブ１４ａ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。
【００５９】
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により液晶ライトバルブ１４ａの入射可能振幅方向に偏光し、偏光した光を集光レンズ１２ｄにより集光して輝度変調部１４に出射する。
【００６０】
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。波長板は、特定の波長の光が通過する際、Ｓ偏光とＰ偏光との間に位相差が生じる複屈折素子である。特定の波長に対応してそれぞれに厚みを設定して人工水晶を研磨し、各々の結晶の光学軸が直交するように貼り合わせてある。１／２波長板は、直線偏光をそれと直交する直線偏光に変換し、その位相差を１８０°（π）にするものである。
【００６１】
色変調部１８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かつ液晶ライトバルブ１４ａよりも高い解像度を有するカラー液晶パネル３０と、カラー液晶パネル３０の光入射面に密着して設けられた光拡散部材３２と、光拡散部材３２の光入射側に設けられたフレネルレンズ３４とで構成されている。そして、投射部１６からの光をフレネルレンズ３４により平行化し、フレネルレンズ３４からの光を光拡散部材３２により拡散し、光拡散部材３２からの光の波長領域のうちＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれカラー液晶パネル３０により変調する。フレネルレンズ３４で光を平行化することにより、表示画像に輝度ムラが生じるのを抑制することができる。
【００６２】
光拡散部材３２の形成方法としては、例えば、基材にガラスビーズ等の透明微小粒子を含む層を各種のコーティング手法により設けて表面に凹凸形状を作りこんだり、層のバインダー成分と透明微小粒子の屈折率を異ならせてそれらの界面で乱反射を起こさせたり、基材そのものをサンドブラスト法等によってあらして凹凸形状を作りこんだりする方法を採用することができる。
【００６３】
次に、カラー液晶パネル３０の構成を図２を参照しながら詳細に説明する。
【００６４】
図２は、カラー液晶パネル３０の光軸方向の断面図である。
【００６５】
カラー液晶パネル３０は、図２（ａ）に示すように、入射側偏光板５０１、入射側ガラス基板５０２、画素電極５０３、薄膜トランジスタアレイ５０４、液晶５０５、共通電極５０６、カラーフィルタ５０７、出射側ガラス基板５０８および出射側偏光板５０９で構成されている。入射側ガラス基板５０２の光出射面には、画素電極５０３および薄膜トランジスタアレイ５０４が形成されている。出射側ガラス基板５０８の光入射面には、カラーフィルタ５０７および共通電極５０６がその順で積層して設けられている。入射側ガラス基板５０２と出射側ガラス基板５０８とは、所定の間隔をもって配置され、その間に液晶５０５が充填されている。また、入射側ガラス基板５０２の光入射面には入射側偏光板５０１が、出射側ガラス基板５０８の光出射面には出射側偏光板５０９がそれぞれ設けられている。
【００６６】
カラー液晶パネル３０は、液晶ライトバルブ１４ａと同様に、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。
【００６７】
なお、図２（ａ）は説明の便宜上、各構成要素５０１〜５０９を実際の厚みの比率とは異なる比率で記載してある。実際には、液晶層５１０の厚さが１０[μｍ]以下であるのに対し、ガラス基板５０２，５０８の厚さは１[ｍｍ]を超えるものであり、図２（ｂ）に模式的に示すように、カラー液晶パネル３０の厚さ全体に占める液晶層５１０の厚さは極めて僅かしかない。以降の説明では、カラー液晶パネル３０の断面図として図２（ｂ）を用いることにする。
【００６８】
本実施の形態の特徴は、図１に示すように、カラー液晶パネル３０の光入射面に光拡散部材３２を密着させて設けることにあるが、その利点を図３ないし図６を参照しながら説明する。
【００６９】
図３は、表示画像５２０の一例を示す図である。
【００７０】
カラー液晶パネル３０に図３に示す表示画像５２０を表示することを考える。表示画像５２０は、中心部のウインドウ部５２２を最も明るい階調で、ウインドウ部５２２以外の領域５２４を最も暗い階調で表示した画像である。表示画像５２０を表示するためには、液晶ライトバルブ１４ａで表示画像５２０の輝度分布を形成し、カラー液晶パネル３０で表示画像５２０の色分布を形成し、液晶ライトバルブ１４ａの光学像をカラー液晶パネル３０の画素面にそれら分布が一致するように結像する必要がある。
【００７１】
図４は、表示画像５２０を表示する場合のカラー液晶パネル３０の制御方法を示す図である。
【００７２】
したがって、カラー液晶パネル３０では、図４に示すように、ウインドウ部５２２に対応する画素の透過率を最大にし、ウインドウ部５２２以外の領域５２４に対応する画素の透過率を最小にすればよい。液晶ライトバルブ１４ａの光学像を適切にカラー液晶パネル３０の画素面に結像できれば、投射部１６からの投影光のうち明るい部分は、カラー液晶パネル３０のウインドウ部５２２に対応する画素に、投射部１６からの投影光のうち暗い部分は、カラー液晶パネル３０のウインドウ部５２２以外の領域５２４に対応する画素にそれぞれ照射される。しかしながら、この状態では、観察者からみたときの視野角が狭いため、光拡散部材３２を光路上に配置し、投射部１６からの投影光を光拡散部材３２により拡散することで視野角の低下を防止する工夫が必要である。光拡散部材３２の配置位置としては、カラー液晶パネル３０の光入射側および光出射側が考えられるが、光出射側だけに光拡散部材３２を配置することは望ましくない。なぜなら、充分な視野角を得るためには、光拡散部材３２のヘイズ率を９０％以上にする必要があるが、このような高いヘイズ率の部材をカラー液晶パネル３０の光出射側に配置すると、いわゆる白ボケが生じて色再現性が著しく低下してしまうからである。したがって、光拡散部材３２を配置するには、カラー液晶パネル３０の光入射側および光出射側にそれぞれ配置するか、または光出射側には配置せず光入射側にのみ配置するのが好ましい。
【００７３】
図５は、カラー液晶パネル３０の光入射面から離隔して光拡散部材３２を設けた場合を示す図である。
【００７４】
図６は、カラー液晶パネル３０の光入射面に光拡散部材３２を密着させて設けた場合を示す図である。
【００７５】
図５に示すように、カラー液晶パネル３０の光入射面から離隔して光拡散部材３２を設けた場合は、投射部１６からの投射光が光拡散部材３２によって大きく拡散されてしまうため、視野角の低下は抑えられるものの、液晶ライトバルブ１４ａの光学像をカラー液晶パネル３０の画素面に精度よく結像することができない。そこで、図６に示すように、カラー液晶パネル３０の光入射面に密着させて設ければ、視野角の低下を抑制しつつ、液晶ライトバルブ１４ａおよびカラー液晶パネル３０の間における光拡散度合いを小さくすることができる。
【００７６】
一方、投射型表示装置１００は、液晶ライトバルブ１４ａおよびカラー液晶パネル３０を制御する表示制御装置２００（不図示）を有している。以下、カラー液晶パネル３０を色変調パネルと総称し、色変調パネルと区別するため、液晶ライトバルブ１４ａを輝度変調ライトバルブという。また、本実施の形態では、色変調パネルが表示解像度（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。
【００７７】
次に、表示制御装置２００の構成を図７ないし図１１を参照しながら詳細に説明する。
【００７８】
図７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。
【００７９】
表示制御装置２００は、図７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。
【００８０】
Ｉ／Ｆ７８には、外部装置として、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネル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。
【００８１】
記憶装置８２は、ＨＤＲ表示データを記憶している。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
ＨＤＲ表示データにおける画素ｐの輝度レベルをＲｐ、輝度変調ライトバルブの画素ｐに対応する画素の透過率をＴ１、色変調パネルの画素ｐに対応する画素の透過率をＴ２とすると、下式（１），（２）が成立する。
【００８５】
Ｒｐ  ＝  Ｔｐ×Ｒｓ                                                  …（１）
Ｔｐ  ＝  Ｔ１×Ｔ２×Ｇ                                              …（２）
ただし、上式（１），（２）において、Ｒｓは光源１０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。
【００８６】
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。
【００８７】
輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合、輝度変調ライトバルブの１つの画素ｐ１について画素ｐ１が色変調パネルの複数の画素と光路上で重なり合い、また逆に、色変調パネルの１つの画素ｐ２について画素ｐ２が輝度変調ライトバルブの複数の画素と光路上で重なり合うことがある。ここで、輝度変調ライトバルブの画素ｐ１について透過率Ｔ１を算出する場合、色変調パネルの重なり合う複数の画素の透過率Ｔ２が決定されていれば、それら透過率Ｔ２の平均値等を算出し、算出した平均値等を色変調パネルの画素ｐ１に対応する画素の透過率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色変調パネルの透過率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、輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１の方を先に決定する場合でも、色変調パネルの透過率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、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネル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。
【００８８】
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、色変調パネルの透過率Ｔ２の方を先に決定することを考える。輝度変調ライトバルブの画素ｐ１の透過率Ｔ１は、色変調パネルの重なり合う複数の画素の透過率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、輝度変調ライトバルブの画素ｐ１からみれば、その透過率Ｔ１は、色変調パネルの重なり合う複数の画素の透過率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、色変調パネルの画素ｐ２からみれば、その透過率Ｔ２は、輝度変調ライトバルブ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を基準として色変調パネル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、色変調パネルの透過率Ｔ２の誤差の方が大きくなる可能性が高い。
【００８９】
逆の場合も同様であり、輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１の方を先に決定する場合は、輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１の誤差の方が大きくなる可能性が高い。
【００９０】
以上のことから、画質を向上する観点からは、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルのうち表示解像度を決定するものの透過率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。本実施の形態では、色変調パネルが表示解像度を決定するので、色変調パネルの透過率Ｔ２の方を後に決定する。
【００９１】
また、記憶装置８２は、輝度変調ライトバルブの制御値を登録した制御値登録テーブル４００を記憶している。
【００９２】
図８は、制御値登録テーブル４００のデータ構造を示す図である。
【００９３】
制御値登録テーブル４００には、図８に示すように、輝度変調ライトバルブの各制御値ごとに１つのレコードが登録されている。各レコードは、輝度変調ライトバルブの制御値を登録したフィールドと、輝度変調ライトバルブの透過率を登録したフィールドとを含んで構成されている。
【００９４】
図８の例では、第１段目のレコードには、制御値として「０」が、透過率として「０．００３」がそれぞれ登録されている。これは、輝度変調ライトバルブに対して制御値「０」を出力すると、輝度変調ライトバルブの透過率が０．３％となることを示している。なお、図８は、輝度変調ライトバルブの階調数が４ビット（０〜１５値）である場合の例を示したが、実際には、輝度変調ライトバルブの階調数に相当するレコードが登録される。例えば、階調数が８ビットである場合は、２５６個のレコードが登録される。
【００９５】
また、記憶装置８２は、ＲＧＢ３原色ごとに、色変調パネルの制御値を登録した制御値登録テーブル４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂを記憶している。
【００９６】
図９は、制御値登録テーブル４２０Ｒのデータ構造を示す図である。
【００９７】
制御値登録テーブル４２０Ｒには、図９に示すように、色変調パネルの各制御値ごとに１つのレコードが登録されている。各レコードは、色変調パネルの制御値を登録したフィールドと、色変調パネルの画素のうちカラーフィルタ５０７の赤色に対応する画素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。
【００９８】
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、色変調パネルの画素のうちカラーフィルタ５０７の赤色に対応する画素に対して制御値「０」を出力すると、その画素の透過率が０．４％となることを示している。なお、図９は、色変調パネルの階調数が４ビット（０〜１５値）である場合の例を示したが、実際には、色変調パネル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。
【００９９】
また、制御値登録テーブル４２０Ｇ，４２０Ｂのデータ構造については特に図示しないが、制御値登録テーブル４２０Ｒと同様のデータ構造を有している。ただし、制御値登録テーブル４２０Ｒと異なるのは、制御値登録テーブル４２０Ｇがカラーフィルタ５０７の緑色に対応する画素の透過率を登録し、制御値登録テーブル４２０Ｂがカラーフィルタ５０７の青色に対応する画素の透過率を登録している点である。
【０１００】
次に、ＣＰＵ７０の構成およびＣＰＵ７０で実行される処理を説明する。
【０１０１】
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１０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。
【０１０２】
図１０は、表示制御処理を示すフローチャートである。
【０１０３】
表示制御処理は、ＨＤＲ表示データに基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルの制御値をそれぞれ決定し、決定した制御値に基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルを駆動する処理であって、ＣＰＵ７０において実行されると、図１０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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
図１１は、トーンマッピング処理を説明するための図である。
【０１０８】
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１１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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
次いで、ステップＳ１０６に移行して、色変調パネル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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
次いで、ステップＳ１１０に移行して、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２として初期値（例えば、０．２）を与え、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２を仮決定する。
【０１１３】
次いで、ステップＳ１１２に移行して、算出した光変調率Ｔｐ、仮決定した透過率Ｔ２およびゲインＧに基づいて、上式（２）により、色変調パネルの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１'を算出する。ここで、色変調パネルがカラー液晶パネル３０から構成されていることから、同一の画素についてＲＧＢ３原色ごとに透過率Ｔ１'が算出される。これに対し、輝度変調ライトバルブが液晶ライトバルブ１４ａから構成されていることから、それらの平均値等をその画素のＴ１'として算出する。
【０１１４】
次いで、ステップＳ１１４に移行して、輝度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色変調パネル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。
【０１１５】
次いで、ステップＳ１１６に移行して、輝度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４００から読み出し、読み出した制御値をその画素の制御値として決定する。制御値の読出では、算出した透過率Ｔ１に最も近似する透過率を制御値登録テーブル４００のなかから検索し、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。
【０１１６】
次いで、ステップＳ１１８に移行して、色変調パネルの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した透過率Ｔ１の重み付け平均値を算出し、算出した平均値、ステップＳ１０８で算出した光変調率ＴｐおよびゲインＧに基づいて、上式（２）により、その画素の透過率Ｔ２を算出する。重み付けは、重なり合う画素の面積比により行う。
【０１１７】
次いで、ステップＳ１２０に移行して、色変調パネルの各画素ごとに、その画素について算出した透過率Ｔ２に対応する制御値を制御値登録テーブル４２０Ｒ〜４２０Ｂから読み出し、読み出した制御値をその画素の制御値として決定する。制御値の読出では、算出した透過率Ｔ２に最も近似する透過率を制御値登録テーブル４２０Ｒ〜４２０Ｂ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。
【０１１８】
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、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネル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。
【０１１９】
次に、本実施の形態の動作を図１２ないし図１５を参照しながら説明する。
【０１２０】
以下では、色変調パネルはいずれも、横１８画素×縦１２画素の解像度および４ビットの階調数を有し、輝度変調ライトバルブは、横１５画素×縦１０画素の解像度および４ビットの階調数を有する場合を例にとって説明を行う。また、色変調パネルおよび輝度変調ライトバルブの図はいずれも光源１０の側から見たものである。
【０１２１】
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、色変調パネルの解像度に合わせてＨＤＲ画像がリサイズされる。
【０１２２】
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。
【０１２３】
図１２は、色変調パネルの透過率Ｔ２を仮決定する場合を示す図である。
【０１２４】
次いで、ステップＳ１１０を経て、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２が仮決定される。色変調パネルの左上４区画の画素をｐ２１（左上）、ｐ２２（右上）、ｐ２３（左下）、ｐ２４（右下）とした場合、画素ｐ２１〜ｐ２４の透過率Ｔ２には、図１２に示すように、初期値Ｔ２０が与えられる。
【０１２５】
図１３は、色変調パネルの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１'を算出する場合を示す図である。
【０１２６】
次いで、ステップＳ１１２を経て、色変調パネルの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１'が算出される。画素ｐ２１〜ｐ２４に着目した場合、これに対応する輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１１〜Ｔ１４は、図１３に示すように、画素ｐ２１〜ｐ２４の光変調率をＴｐ１〜Ｔｐ４、ゲインＧを「１」とすると、下式（３）〜（６）により算出することができる。
【０１２７】
実際に数値を用いて計算する。Ｔｐ１＝0.00012、Ｔｐ２＝0.05、Ｔｐ３＝0.02、Ｔｐ４＝0.01、Ｔ２０＝0.1である場合は、下式（３）〜（６）によりＴ１１＝0.0012、Ｔ１２＝0.5、Ｔ１３＝0.2、Ｔ１４＝0.1となる。
【０１２８】
Ｔ１１  ＝  Ｔｐ１／Ｔ２０                                            …（３）
Ｔ１２  ＝  Ｔｐ２／Ｔ２０                                            …（４）
Ｔ１３  ＝  Ｔｐ３／Ｔ２０                                            …（５）
Ｔ１４  ＝  Ｔｐ４／Ｔ２０                                            …（６）
図１４は、輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１を決定する場合を示す図である。
【０１２９】
次いで、ステップＳ１１４を経て、輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１が決定される。輝度変調ライトバルブと色変調パネルは投射部１６の投射レンズによって互いに倒立結像する関係にあるので、色変調パネルの左上４区画の画素は輝度変調ライトバルブの右下部に結像される。輝度変調ライトバルブの右下４区画の画素をｐ１１（右下）、ｐ１２（左下）、ｐ１３（右上）、ｐ１４（左上）とした場合、画素ｐ１１は、図１４（ａ）に示すように、色変調パネルと輝度変調ライトバルブの解像度が異なることから、画素ｐ２１〜画素ｐ２４と光路上で重なり合う。色変調パネルの解像度が１８×１２で、輝度変調ライトバルブの解像度が１５×１０であるので、画素ｐ１１は、その最小公倍数から６×６の矩形領域に区分することができる。そして、画素ｐ１１と画素ｐ２１〜ｐ２４との重なり合う面積比は、図１４（ｂ）に示すように、２５：５：５：１となる。したがって、画素ｐ１１の透過率Ｔ１５は、図１４（ｃ）に示すように、下式（７）により算出することができる。
【０１３０】
実際に数値を用いて計算する。Ｔ１１＝0.0012、Ｔ１２＝0.5、Ｔ１３＝0.2、Ｔ１４＝0.002である場合は、下式（７）によりＴ１５＝0.1008となる。
【０１３１】
Ｔ１５＝（Ｔ１１×２５＋Ｔ１２×５＋Ｔ１３×５＋Ｔ１４×１）／３６  …（７）
画素ｐ１２〜ｐ１４の透過率Ｔ１６〜Ｔ１８についても、画素ｐ１１と同様に、面積比による重み付け平均値を算出することにより求めることができる。
【０１３２】
次いで、ステップＳ１１６を経て、輝度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４００から読み出され、読み出された制御値がその画素の制御値として決定される。例えば、Ｔ１５＝0.1008であるので、制御値登録テーブル４００を参照すると、図８に示すように、0.09が最も近似した値となる。したがって、制御値登録テーブル４００からは、画素ｐ１１の制御値として「８」が読み出される。
【０１３３】
図１５は、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２を決定する場合を示す図である。
【０１３４】
次いで、ステップＳ１１８を経て、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２が決定される。画素ｐ２４は、図１５（ａ）に示すように、色変調パネルと輝度変調ライトバルブの解像度が異なることから、画素ｐ１１〜画素ｐ１４と光路上で重なり合う。色変調パネルの解像度が１８×１２で、輝度変調ライトバルブの解像度が１５×１０であるので、画素ｐ２４は、その最小公倍数から５×５の矩形領域に区分することができる。そして、画素ｐ２４と画素ｐ１１〜ｐ１４との重なり合う面積比は、図１５（ｂ）に示すように、１：４：４：１６となる。したがって、画素ｐ２４に着目した場合、これに対応する輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１９は、下式（８）により算出することができる。そして、画素ｐ２４の透過率Ｔ２４は、ゲインＧを「１」とすると、図１５（ｃ）に示すように、下式（９）により算出することができる。
【０１３５】
実際に数値を用いて計算する。Ｔ１５＝0.09、Ｔ１６＝0.33、Ｔ１７＝0.15、Ｔ１８＝0.06、Ｔｐ４＝0.01である場合は、下式（８），（９）によりＴ１９＝0.1188、Ｔ２４＝0.0842となる。
【０１３６】
Ｔ１９＝（Ｔ１５×１＋Ｔ１６×４＋Ｔ１７×４＋Ｔ１８×１６）／２５    …（８）
Ｔ２４＝Ｔｐ４／Ｔ１９                                                …（９）
画素ｐ２１〜ｐ２３の透過率Ｔ２１〜Ｔ２３についても、画素ｐ２４と同様に、面積比による重み付け平均値を算出することにより求めることができる。
【０１３７】
次いで、ステップＳ１２０を経て、色変調パネルの各画素ごとに、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４２０Ｒ〜４２０Ｂ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、色変調パネルの画素ｐ２４についてＴ２４＝0.0842である場合、制御値登録テーブル４２０Ｒを参照すると、図９に示すように、0.07が最も近似した値となる。したがって、制御値登録テーブル４２０Ｒからは、画素ｐ２４の制御値として「７」が読み出される。
【０１３８】
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、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルがそれぞれ駆動し、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルの画素面に光学像が形成される。
【０１３９】
投射型表示装置１００では、輝度変調ライトバルブにより、光源１０からの光が１次変調され、輝度変調ライトバルブの光学像が光拡散部材３２により拡散されて色変調パネルに伝達される。このとき、色変調パネルの光入射面には、光拡散部材３２が密着または近接して設けられているので、輝度変調ライトバルブからの光が色変調パネルの画素面に到達するまでの間で拡散される度合いを小さくすることができる。そして、色変調パネルにより、輝度変調ライトバルブからの光が２次変調される。
【０１４０】
このようにして、本実施の形態では、光源１０と、透過率Ｔ１を独立に制御可能な複数の画素を有する輝度変調ライトバルブと、輝度変調ライトバルブからの光を入射しかつ透過率Ｔ２を独立に制御可能な複数の画素を有する色変調パネルとを備え、色変調パネルの光入射面に光拡散部材３２を密着させて設けた。
【０１４１】
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルを介して光源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、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルの間に光拡散部材３２が設けられているので、視野角の低下を抑制することができる。また特に、色変調パネルの光入射面に光拡散部材３２が密着して設けられているので、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルの間における光拡散度合いを小さくすることができる。したがって、輝度変調ライトバルブの光学像を色変調パネルの画素面に比較的精度よく結像することができるので、画質が劣化する可能性を低減することができる。
【０１４２】
さらに、本実施の形態では、光源１０と輝度変調部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。
【０１４３】
これにより、表示画像に輝度ムラが生じるのを抑制することができる。
【０１４４】
さらに、本実施の形態では、輝度分布均一化部１２は、光源１０からの光を輝度変調ライトバルブの入射可能振幅方向に偏光する偏光変換素子１２ｃを有する。
【０１４５】
これにより、光源１０からの光量の多くが輝度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。
【０１４６】
さらに、本実施の形態では、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２を仮決定し、仮決定した透過率Ｔ２およびＨＤＲ表示データに基づいて輝度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に基づいて輝度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色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２を決定し、決定した透過率Ｔ２に基づいて色変調パネルの各画素の制御値を決定するようになっている。
【０１４７】
これにより、表示解像度を決定する色変調パネルの透過率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さらに低減することができる。さらに、階調数に相当する数の階調テーブルを保持しなくてもすむので、階調数を増加させても、階調テーブルのサイズおよび生成時間がさほど増大することがない。
【０１４８】
さらに、本実施の形態では、仮決定した透過率Ｔ２およびＨＤＲ表示データに基づいて、色変調パネルの画素単位で輝度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'に基づいて輝度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。
【０１４９】
輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合は、仮決定された透過率Ｔ２に基づいて輝度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、仮決定された透過率Ｔ２に基づいて色変調パネルの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１'を算出してから、輝度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、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、輝度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。
【０１５０】
さらに、本実施の形態では、輝度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色変調パネル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。
【０１５１】
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、輝度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色変調パネルの画素の透過率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、輝度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。
【０１５２】
さらに、本実施の形態では、輝度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色変調パネル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。
【０１５３】
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、輝度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色変調パネルの画素の透過率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、輝度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。
【０１５４】
さらに、本実施の形態では、色変調パネルの各画素ごとに、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、その画素の透過率Ｔ２を算出するようになっている。
【０１５５】
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２が、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素の透過率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、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２を比較的簡単に算出することができる。
【０１５６】
さらに、本実施の形態では、色変調パネルの各画素ごとに、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透過率Ｔ２を算出するようになっている。
【０１５７】
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２が、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素の透過率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、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２をさらに簡単に算出することができる。
【０１５８】
上記実施の形態において、液晶ライトバルブ１４ａは、発明１または２の第１光変調素子に対応し、カラー液晶パネル３０は、発明１または２の第２光変調素子に対応している。
【０１５９】
なお、上記実施の形態においては、入射側偏光板５０１の光入射側に光拡散部材３２を配置して構成したが、これに限らず、図１６に示すように、入射側偏光板５０１および入射側ガラス基板５０２の間に光拡散部材３２を配置して構成することもできる。
【０１６０】
図１６は、入射側偏光板５０１および入射側ガラス基板５０２の間に光拡散部材３２を配置した場合を示す図である。
【０１６１】
入射側偏光板５０１の光入射側に光拡散部材３２を配置した場合は、光拡散部材３２で光の偏光方向が散乱し、その光のうち入射側偏光板５０１の偏光方向と一致しない光が入射側偏光板５０１で遮断されるため、表示画像の輝度が低下する可能性がある。そこで、図１６の構成を採用することにより、上記実施の形態に比して、輝度の低下を抑制することができる。
【０１６２】
この場合において、カラー液晶パネル３０は、発明３の第２光変調素子、または発明３の液晶表示素子に対応している。
【０１６３】
また、上記実施の形態においては、光拡散部材３２を１つだけ設けて構成したが、これに限らず、図１７に示すように、複数の光拡散部材３２，３６を設けて構成することもできる。
【０１６４】
図１７は、複数の光拡散部材３２，３６を設けた場合を示す図である。
【０１６５】
図１７においては、カラー液晶パネル３０の光入射面および光出射面にそれぞれ光拡散部材３２，３６が設けられている。これにより、スペックルが発生するのを抑制することができるとともに、投射型表示装置１００の表示面に外光が映り込むのを抑制することができる。
【０１６６】
また特に、入射側偏光板５０１および入射側ガラス基板５０２の間に光拡散部材３２が配置され、出射側偏光板５０９の光出射側に光拡散部材３６が配置されている。これにより、上記実施の形態に比して、輝度の低下を抑制することができる。
【０１６７】
この場合において、カラー液晶パネル３０は、発明３、５若しくは７の第２光変調素子、または発明３若しくは７の液晶表示素子に対応し、光拡散部材３６は、発明４、５または７の第２光拡散部材に対応している。
【０１６８】
また、図１７の構成に限らず、図１８に示すように、光拡散部材３６を設けることなく、ガラスビーズ等の光拡散材をフレネルレンズ３４に混合することにより、フレネルレンズ３４に光拡散性をもたせて構成することもできる。
【０１６９】
図１８は、フレネルレンズ３４に光拡散性をもたせて構成した場合を示す図である。
【０１７０】
このような構成であっても、スペックルが発生するのを抑制することができる。また、この場合、カラー液晶パネル３０の光出射側には光拡散部材３６がないので、色再現性が向上するとともに光沢感をともなったつややかな表示画質を得ることができる。
【０１７１】
この場合において、カラー液晶パネル３０は、発明３の第２光変調素子、または発明３の液晶表示素子に対応し、フレネルレンズ３４は、発明４の第２光拡散部材に対応している。
【０１７２】
また、図１７および図１８の構成に限らず、図１９に示すように、フレネルレンズ３４の光入射面に光拡散部材４０を密着させて設けて構成することもできる。
【０１７３】
図１９は、フレネルレンズ３４の光入射面に光拡散部材４０を密着させて設けた場合を示す図である。
【０１７４】
このような構成であっても、スペックルが発生するのを抑制することができる。また、この場合、カラー液晶パネル３０の光出射側には光拡散部材３６がないので、色再現性が向上するとともに光沢感をともなったつややかな表示画質を得ることができる。
【０１７５】
この場合において、カラー液晶パネル３０は、発明３の第２光変調素子、または発明３の液晶表示素子に対応し、光拡散部材４０は、発明４の第２光拡散部材に対応している。
【０１７６】
また、上記実施の形態においては、カラー液晶パネル３０の光出射面には特に何も設けなかったが、これに限らず、図２０に示すように、カラー液晶パネル３０の光出射側に透明部材３８を設けて構成することもできる。
【０１７７】
図２０は、カラー液晶パネル３０の光出射側に透明部材３８を設けた場合を示す図である。
【０１７８】
図２０においては、透明部材３８の光透過面に光拡散部材３６が密着して設けられ、光拡散部材３６をカラー液晶パネル３０に向けて光拡散部材３６および透明部材３８がカラー液晶パネル３０の光出射側に配置されている。これにより、光沢感をともなったつややかな表示画質を得ることができる。
【０１７９】
この場合において、カラー液晶パネル３０は、発明３、５若しくは７の第２光変調素子、または発明３若しくは７の液晶表示素子に対応し、光拡散部材３６は、発明４ないし７の第２光拡散部材に対応している。
【０１８０】
また、上記実施の形態においては、光拡散部材３２の特性については特に言及しなかったが、図１、図１６ないし図２０の構成においては、画質を向上するため、光拡散部材３２，３６のヘイズ率を適切に設定するのが好ましい。
【０１８１】
図２１は、光拡散部材３２，３６のヘイズ率に応じて表示画像の見栄えを評価した結果を示す表である。
【０１８２】
図２１の表には、構成１〜９について表示画像の見栄えを評価した結果が示されている。構成１〜９はそれぞれ、光拡散部材３６，３２についてヘイズ率を８０％、１０％に設定した構成、７０％、１０％に設定した構成、６０％、１０％に設定した構成、６０％、３０％に設定した構成、６０％、２０％に設定した構成、６０％、１０％に設定した構成、０％、１０％に設定した構成、６０％、０％に設定した構成、および６０％、５％に設定した構成である。また、構成７は、光拡散部材３６を設けない構成であり、構成８は、光拡散部材３２を設けない構成であり、いずれもヘイズ率を０％で示している。また、「〇」の記号は、投射型表示装置１００の表示面に生じる現象（白ボケ、スペックルまたは照明輝度分布ボケ）が許容できることを示し、「×」の記号は、投射型表示装置１００の表示面に生じる現象が許容できないことを示している。
【０１８３】
図２１の表によれば、構成１については白ボケが、構成４、５については照明輝度分布ボケが、構成７、８についてはスペックルがそれぞれ許容できないことが分かる。すなわち、構成１から光拡散部材３６のヘイズ率が８０％以上の場合は白ボケが発生し、構成４、５から光拡散部材３２のヘイズ率が２０％以上の場合は照明輝度分布ボケが発生し、構成７、８から光拡散部材３６，３２のいずれかが設けられていない場合は、スペックルが発生しやすいことが分かる。
【０１８４】
したがって、白ボケの発生を抑制するには、光拡散部材３６のヘイズ率を７０％以下に設定し、照明輝度分布ボケの発生を抑制するには、光拡散部材３２のヘイズ率を１０％以下に設定し、スペックルの発生を抑制するには、光拡散部材３６，３２の両方を設けるのが好ましい。
【０１８５】
この場合において、光拡散部材３６は、発明８の第２光拡散部材に対応している。  また、上記実施の形態においては、光拡散部材３２を設けて構成したが、これに限らず、光拡散部材３２を設けることなく、第２光変調素子（光源１０からみて後段に配置される光変調素子）の内部に光拡散性を持たせることもできる。第２変調パネルの内部に光拡散性を持たせることにより、第１変調素（光源１０からみて前段に配置される光変調素子）子および第２変調素子の間における光拡散度合いを小さくすることができる。したがって、第１変調素子の光学像を第２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ので、画質が劣化する可能性を低減することができる。
【０１８６】
また、第２光変調素子が色変調パネルである場合には、カラーフィルタの発色顔料のサイズを大きくしたり、ガラスビーズ等の光拡散材をカラーフィルタ５０７に混合したりすることにより、カラーフィルタ５０７に光拡散性をもたせて構成することもできる。これにより、カラーフィルタ５０７が光拡散性を有しているので、視野角の低下を抑制することができる。また特に、カラーフィルタ５０７が色変調パネルの一部を構成するので、輝度変調ライトバルブおよび色変調パネルの間における光拡散度合いを小さくすることができる。したがって、輝度変調ライトバルブの光学像を色変調パネルの画素面に比較的精度よく結像することができるので、画質が劣化する可能性を低減することができる。
【０１８７】
この場合において、液晶ライトバルブ１４ａは、発明１０の第１光変調素子に対応し、カラー液晶パネル３０は、発明１０の第２光変調素子に対応している。
【０１８８】
また、上記実施の形態においては、光源１０からみて前段に配置される光変調素子を輝度変調ライトバルブとし、光源１０からみて後段に配置される光変調素子を色変調パネルとして構成したが、これに限らず、光源１０からみて前段に配置される光変調素子を色変調ライトバルブとし、光源１０からみて後段に配置される光変調素子を輝度変調パネルとして構成することもできる。この場合、色変調ライトバルブは、単板式であっても３板式であってもよい。色変調ライトバルブが３板式である場合、輝度変調部１４に代替される色変調部は、例えば、輝度分布均一化部１２からの入射した光をＲＧＢ３原色の光に分離するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーで分離した光をそれぞれ入射する３枚の液晶ライトバルブと、各液晶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とで構成することができる。
【０１８９】
また、上記実施の形態においては、液晶ライトバルブ１４ａおよびカラー液晶パネル３０としてアクティブマトリックス型の液晶表示素子を用いて構成したが、これに限らず、液晶ライトバルブ１４ａおよびカラー液晶パネル３０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素子は、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。
【０１９０】
また、上記実施の形態においては、輝度変調ライトバルブが１枚の液晶ライトバルブ１４ａ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４００を用意し、制御値登録テーブル４００に基づいて輝度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したが、これに限らず、ＲＧＢ３原色ごとに制御値登録テーブル４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを用意し、制御値登録テーブル４００Ｒ〜４００Ｂに基づいて輝度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。輝度変調ライトバルブは、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４００には、代表的な波長の光の透過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透過率とはならない。
【０１９１】
そこで、輝度変調ライトバルブについては、厳密に、ＲＧＢ３原色ごとに制御値に対応する透過率を測定し、制御値登録テーブル４００Ｒ〜４００Ｂを構成する。次いで、輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１をＲＧＢ３原色ごとに決定し、Ｒについて算出した透過率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。同様に、Ｇについて算出した透過率Ｔ１およびＢについて算出した透過率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、輝度変調ライトバルブ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。
【０１９２】
これにより、輝度変調ライトバルブ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パネルの画素の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。
【０１９３】
また、上記実施の形態においては、色変調パネルを、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、輝度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、色変調パネルの各画素の透過率Ｔ１（先に決定される光変調素子の透過率をＴ１とする。）を決定してから、輝度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透過率を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に基づいて輝度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。
【０１９４】
具体的には、輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２をＲＧＢ３原色ごとに決定し、Ｒについて算出した透過率Ｔ２に最も近似する透過率を制御値登録テーブル４００Ｒ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。同様に、Ｇについて算出した透過率Ｔ２およびＢについて算出した透過率Ｔ２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、輝度変調ライトバルブ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。
【０１９５】
これにより、輝度変調ライトバルブ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パネルの画素の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。
【０１９６】
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ライトバルブおよび色変調パネル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透過率Ｔｐを決めなければいけない。
【０１９７】
図２２は、入力値登録テーブル４４０のデータ構造を示す図である。
【０１９８】
そのために、図２２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透過率Ｔｐへの変換を行うことができ、かつ、このテーブルの透過率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透過率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，Ｔ２が決定され表示が行える。
【０１９９】
図２３は、入力値登録テーブル４６０のデータ構造を示す図である。
【０２００】
図２３の入力値登録テーブル４６０は、透過率Ｔｐの代わりに輝度Ｒｐを用いたものである。このテーブルにおける輝度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，Ｔ２が決定され表示が行える。
【０２０１】
また、上記実施の形態においては、色変調パネルの各画素ごとに、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透過率Ｔ２を算出するように構成したが、これに限らず、色変調パネルの各画素ごとに、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４００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透過率Ｔ２を算出するように構成することもできる。
【０２０２】
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。
【０２０３】
また、上記実施の形態においては、色変調パネルの各画素ごとに、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透過率Ｔ２を算出するように構成したが、これに限らず、色変調パネルの各画素ごとに、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透過率Ｔ２を算出するように構成することもできる。
【０２０４】
また、上記実施の形態において、投射型表示装置１００は、透過型の光変調素子を設けて構成したが、これに限らず、輝度変調ライトバルブまたは色変調パネルをＤＭＤ（Digital Mirror Device）等の反射型の光変調素子で構成することもできる。この場合、ＨＤＲ表示データに基づいて反射率を決定する。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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透過率を制御値登録テーブルに登録しておく方とよい。
【０２０７】
また、上記実施の形態において、図１０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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
また、上記実施の形態においては、本発明に係る光学系の光伝搬構造、光学表示装置および光変調素子を、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。
【図面の簡単な説明】
【０２１０】
【図１】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。
【図２】カラー液晶パネル３０の光軸方向の断面図である。
【図３】表示画像５２０の一例を示す図である。
【図４】表示画像５２０を表示する場合のカラー液晶パネル３０の制御方法を示す図である。
【図５】カラー液晶パネル３０の光入射面から離隔して光拡散部材３２を設けた場合を示す図である。
【図６】カラー液晶パネル３０の光入射面に光拡散部材３２を密着させて設けた場合を示す図である。
【図７】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。
【図８】制御値登録テーブル４００のデータ構造を示す図である。
【図９】制御値登録テーブル４２０Ｒのデータ構造を示す図である。
【図１０】表示制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】トーンマッピング処理を説明するための図である。
【図１２】色変調パネルの透過率Ｔ２を仮決定する場合を示す図である。
【図１３】色変調パネルの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１'を算出する場合を示す図である。
【図１４】輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１を決定する場合を示す図である。
【図１５】色変調パネルの各画素の透過率Ｔ２を決定する場合を示す図である。
【図１６】入射側偏光板５０１および入射側ガラス基板５０２の間に光拡散部材３２を配置した場合を示す図である。
【図１７】複数の光拡散部材３２，３６を設けた場合を示す図である。
【図１８】フレネルレンズ３４に光拡散性をもたせて構成した場合を示す図である。
【図１９】フレネルレンズ３４の光入射面に光拡散部材４０を密着させて設けた場合を示す図である。
【図２０】カラー液晶パネル３０の光出射側に透明部材３８を設けた場合を示す図である。
【図２１】光拡散部材３２，３６のヘイズ率に応じて表示画像の見栄えを評価した結果を示す表である。
【図２２】入力値登録テーブル４４０のデータ構造を示す図である。
【図２３】入力値登録テーブル４６０のデータ構造を示す図である。
【符号の説明】
【０２１１】
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…輝度変調部，  １４ａ…液晶ライトバルブ，  １４ｂ…フィールドレンズ，  １６…投射部，  １８…色変調部，  ３０…カラー液晶パネル，  ３２，３６，４０…光拡散部材，  ３４…フレネルレンズ，  ３８…透明部材，  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，  ４００，４００Ｒ〜４００Ｇ，４２０Ｒ〜４２０Ｇ…制御値登録テーブル，  ４４０，４６０…入力値登録テーブル
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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