(57)【要約】【課題】第１光変調素子と第２光変調素子とを介して２段階で光源からの光を変調することで表示画像の輝度ダイナミックレンジ及び階調数を拡大するとともに、表示画像のモアレの発生を防ぐことにより画質を向上することが可能な光学表示装置、光学表示装置制御プログラム及び光学表示装置制御方法を提供する。【解決手段】投射型表示装置１００は、リレーレンズ１６によって、輝度変調ライトバルブからの光学像の解像度を低下させて色変調ライトバルブに伝搬し、表示制御装置２００において、解像度の低下した光学像による表示画像への影響を修正するために、２次元フィルタ処理によって解像度低下後の光の分布特性を考慮した修正用の透過率Ｔ１’を決定し、このＴ１’を用いて色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を決定する。【選択図】      図１
2005266289.tif 000002
【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光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する第２光変調素子とを備え、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記第１光変調素子から前記第２光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下手段と、
表示画像データに基づき、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する第１光伝搬特性決定手段と、
前記第１光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定する第２光伝搬特性決定手段と、
前記第２光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第２光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する第３光伝搬特性決定手段と、を備えることを特徴とする光学表示装置。
【請求項２】
前記第１光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第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、
前記第３光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第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、
前記第１制御値決定手段によって決定された制御値に基づき前記第１光伝搬特性決定手段によって決定された光伝搬特性を補正する光伝搬特性補正手段と、を備え、
前記第２光伝搬特性決定手段は、前記光伝搬特性補正手段によって補正された光伝搬特性と前記解像度低下手段によって解像度の低下した光学像とに基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴とする請求項１記載の光学表示装置。
【請求項３】
前記解像度低下手段は、前記光学像のフォーカスをずらすことによって当該光学像の解像度を低下させるようになっていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学表示装置。
【請求項４】
前記第２光伝搬特性決定手段は、２次元フィルタを用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項５】
前記２次元フィルタのフィルタ係数は、ガウス分布に近似した値を用いるようになっていることを特徴とする請求項４記載の光学表示装置。
【請求項６】
前記２次元フィルタのフィルタ係数は、前記第１光変調素子の各画素毎に予めデータテーブルとして用意したことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の光学表示装置。
【請求項７】
前記第２光伝搬特性決定手段は、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲を含む円形又は略円形の領域毎に、一様なフィルタ係数を用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項８】
前記第２光伝搬特性決定手段は、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲を含む矩形の領域毎に、一様なフィルタ係数を用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項９】
前記２次元フィルタのフィルタ係数は、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲の面積に基づき決定したものであることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１０】
前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性を、前記第２光変調素子の画素数の倍以上となる細かさで決定するようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１１】
輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する光変調素子とを備え、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記輝度調整光源から前記光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下手段と、
表示画像データに基づき、前記輝度調整光源の各光源の輝度を決定する第１輝度決定手段と、
前記第１輝度決定手段によって決定した輝度に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記輝度調整光源の各光源に対応する輝度を決定する第２輝度決定手段と、
前記第２輝度決定手段によって決定した輝度に基づき前記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、を備え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第１光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する第２光変調素子と、前記第１光変調素子を介して前記第２光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下手段とを備え、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する光学表示装置を制御するためのプログラムであって、
前記第２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、
前記光伝搬特性仮決定手段によって決定した光伝搬特性と表示画像データとに基づき、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する第１光伝搬特性決定手段、
前記解像度低下手段によって解像度の低下した光学像と前記第１光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性とに基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定する第２光伝搬特性決定手段及び、
前記第２光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第２光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する第３光伝搬特性決定手段として実現される処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする光学表示装置制御プログラム。
【請求項１３】
輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する光変調素子と、前記輝度調整光源から前記光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下手段とを備え、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調して画像を表示する光学表示装置を制御するためのプログラムであって、
前記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、
前記光伝搬特性仮決定手段によって決定した光伝搬特性と表示画像データとに基づき、前記輝度調整光源の各光源の輝度を決定する第１輝度決定手段、
前記解像度低下手段によって解像度の低下した光学像と前記第１輝度決定手段によって決定した輝度とに基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記輝度調整光源の各光源に対応する輝度を決定する第２輝度決定手段及び、
前記第２輝度決定手段によって決定した輝度に基づき前記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して実現される処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする光学表示装置制御プログラム。
【請求項１４】
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、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する第２光変調素子とを備え、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する光学表示装置を制御するための方法であって、
第１光変調ステップと、
前記第１光変調素子を介して前記第２光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下ステップと、
第２光変調ステップとを含み、
前記第１光変調ステップにおいては、表示画像データに基づき、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定し、
前記第２光変調ステップにおいては、前記第１光変調ステップにおいて決定した光伝搬特性に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性を決定し、当該決定した光伝搬特性に基づき前記第２光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定することを特徴とする光学表示装置制御方法。
【請求項１５】
輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する光変調素子とを備え、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調して画像を表示する光学表示装置を制御するための方法であって、
第１光変調ステップと、
前記輝度調整光源から前記第２光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下ステップと、
第２光変調ステップとを含み、
前記第１光変調ステップにおいては、表示画像データに基づき、前記輝度調整光源の各光源の輝度を決定し、
前記第２光変調ステップにおいては、前記第１光変調ステップにおいて決定した輝度に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記輝度調整光源の各光源に対応する輝度を決定し、当該決定した輝度に基づき前記光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定することを特徴とする光学表示装置制御方法。
【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して画像を表示する装置に係り、特に、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大を実現するのに好適で、且つ、表示画像のモアレを防ぐのに好適な光学表示装置、光学表示装置制御プログラム及び光学表示装置制御方法に関する。
【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。
光学表示装置のなかでも、液晶プロジェクタ、ＤＬＰ（Digital Light Processing、TI社の商標）プロジェクタといった投射型表示装置は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティさや迫力を再現する上で効果的な装置である。この分野では、上記の課題を解決するために、次のような提案がなされている。
【０００５】
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、特許文献２及び非特許文献１に開示されている技術があり、光源と、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、光の全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１光変調素子で変調して所望の輝度分布を形成し、その光学像を第２光変調素子の表示面に結像して色変調し、２次変調した光を投射するというものである。第１光変調素子および第２光変調素子の各画素は、ＨＤＲ表示データから決定される第１制御値および第２制御値に基づいてそれぞれ別個に制御される。光変調素子としては、透過率が独立に制御可能な画素構造またはセグメント構造を有し、二次元的な透過率分布を制御し得る透過率変調素子が用いられる。その代表例としては、液晶ライトバルブが挙げられる。また、透過率変調素子の代わりに反射率変調素子を用いてもよく、その代表例としては、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が挙げられる。
【０００６】
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。
【０００７】
また、特許文献２の表示装置においては、第１光変調素子及び第２光変調素子の２つの光変調素子を用いてＨＤＲ画像の表示を行う際に、第１光変調素子である照明の輝度分布が広いため第２光変調素子の特定の画素に対する照明輝度は、近接する第１光変調素子の複数画素の照明輝度を重畳したものとなる。このような場合に、表示画像にはモアレが発生する可能性がある。特許文献２の表示装置は、このような場合でもＨＤＲ画像を正しく表示できるように、第２光変調素子の画素単位に対応する第１光変調素子の輝度値ごとに補正テーブルを用意して、当該補正テーブルによって輝度値を補正して正しい表示を行うようにしている。
【０００８】
また、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。
【特許文献１】特開２００１−１００６８９号公報
【特許文献２】特開２００２−９９２５０号公報
【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)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、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に対応する画素の透過率をＴ２とすると、下式（１），（２）が成立する。
Ｒｐ  ＝  Ｔｐ×Ｒｓ                                                  …（１）
Ｔｐ  ＝  Ｔ１×Ｔ２×Ｇ                                              …（２）
ただし、上式（１），（２）において、Ｒｓは光源の輝度、Ｇはゲインであり、いずれも定数である。また、Ｔｐは、光変調率である。
【００１０】
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。
非特許文献１記載の発明にあっては、２つの光変調素子を用いた場合に高い輝度ダイナミックレンジを実現できることを概念的に説明するにとどまり、ＨＤＲ表示データに基づいて第１光変調素子および第２光変調素子の各画素の制御値（すなわち、Ｔ１およびＴ２）をどのように決定し、またその制御値を用いてどのように制御するかについてまでは開示されていない。したがって、Ｔ１およびＴ２の決定の仕方及び決定した制御値による制御の仕方によっては画質が劣化するという問題があった。
【００１１】
また、特許文献２記載の発明にあっては、輝度値を補正するために、第２光変調素子の各画素に対応する第１光変調素子の輝度値ごとに補正用の輝度値を用意する必要があり、第２光変調素子の画素数の増加、第１光変調素子の画素数の増加、第１光変調素子の輝度レベル数の増加、第１光変調素子の輝度分布範囲の拡大のいずれにおいても用意すべき補正用の輝度値が増加して補正テーブルのサイズが大きくなるため、当該補正用テーブルがメモリを圧迫する恐れがあると共に、補正テーブルを用意することから汎用性が低くなるという問題がある。
【００１２】
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、第１光変調素子と第２光変調素子とを介して２段階で光源からの光を変調することで表示画像の輝度ダイナミックレンジ及び階調数を拡大するとともに、表示画像のモアレの発生を防ぐことにより画質を向上することが可能な光学表示装置、光学表示装置制御プログラム及び光学表示装置制御方法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】
【００１３】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の光学表示装置は、光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、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する第２光変調素子とを備え、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記第１光変調素子から前記第２光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下手段と、
表示画像データに基づき、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する第１光伝搬特性決定手段と、
前記第１光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定する第２光伝搬特性決定手段と、
前記第２光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第２光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する第３光伝搬特性決定手段と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
このような構成であれば、解像度低下手段によって、前記第１光変調素子から前記第２光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させることが可能である。
また、第１光伝搬特性決定手段によって、表示画像データに基づき、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定することが可能である。
また、第２光伝搬特性決定手段によって、前記第１光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定することが可能である。
【００１５】
また、第３光伝搬特性決定手段によって、前記第２光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第２光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定することが可能である。
従って、第１光変調素子からの光学像の解像度を低下させて第２光変調素子へと伝搬するようにし、且つ、解像度低下による表示画像への影響を修正するようにしたので、モアレの発生を防ぎ画質を向上することができるという効果が得られる。
【００１６】
また、第２光伝搬特性決定手段の処理をデータテーブル等使わずに演算によって行わせることにより、汎用性を高め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光変調素子により光源からの光を２段階に変調するので、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。
【００１７】
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１１の光学表示装置、発明１２及び２１の光学表示装置制御プログラム、並びに発明２２及び３２の光学表示装置制御方法において同じである。
また、第１光変調素子及び第２光変調素子は、上記したように画素毎の透過率や反射率等の光伝搬特性を制御可能な液晶ライトバルブやＤＭＤ等の素子を含む。以下、発明１１の光学表示装置、発明１２及び２１の光学表示装置制御プログラム、並びに発明２２及び３２の光学表示装置制御方法において同じである。
【００１８】
また、光学像の解像度を光学的に低下させるとあるが、これは、第１光変調素子の各画素を介して伝搬する光学像の焦点位置をずらしたり、第１光変調素子の各画素を介して伝搬する光学像を結像精度の低いレンズに透過させたり、第１光変調素子の各画素を介して伝搬する光学像を光学的ローパスフィルタを通したりすることなどを含む。なお、光学的ローパスフィルタとしては、例えば、水晶の復屈折の原理を応用したものなどがある。以下、発明１１の光学表示装置、発明１２及び２１の光学表示装置制御プログラム、並びに発明２２及び３２の光学表示装置制御方法において同じである。
【００１９】
〔発明２〕  さらに、発明２の光学表示装置は、発明１の光学表示装置において、前記第１光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第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、
前記第３光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第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、
前記第１制御値決定手段によって決定された制御値に基づき前記第１光伝搬特性決定手段によって決定された光伝搬特性を補正する光伝搬特性補正手段と、を備え、
前記第２光伝搬特性決定手段は、前記光伝搬特性補正手段によって補正された光伝搬特性と前記解像度低下手段によって解像度の低下した光学像とに基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴としている。
【００２０】
このような構成であれば、第１制御値決定手段によって、前記第１光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第１光変調素子の各画素の制御値を決定することが可能であり、第２制御値決定手段によって、前記第３光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第２光変調素子の各画素の制御値を決定することが可能である。
【００２１】
また、光伝搬特性補正手段によって、前記第１制御値決定手段によって決定された制御値に基づき前記第１光伝搬特性決定手段によって決定された光伝搬特性を補正することが可能である。
従って、例えば、第１光変調素子の各画素の制御値決定時の光伝搬特性が第１光伝搬特性決定手段によって決定された光伝搬特性と異なっていた場合に、第２光伝搬特性決定手段において、制御値決定時の光伝搬特性を用いて表示画像への影響を修正するための光伝搬特性の決定を行うことができるので、実際の制御値に応じた正確な光伝搬特性の決定を行うことができるという効果が得られる。
【００２２】
〔発明３〕  更に、発明３の光学表示装置は、発明１又は２の光学表示装置において、前記解像度低下手段は、前記光学像のフォーカスをずらすことによって当該光学像の解像度を低下させるようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、レンズ等により簡易に光学像の解像度を低下させることができ、簡単な光学構成でモアレの発生を防止できると共に画質を向上させることができるという効果が得られる。
【００２３】
〔発明４〕  更に、発明４の光学表示装置は、発明１乃至３のいずれか１の光学表示装置において、前記第２光伝搬特性決定手段は、２次元フィルタを用いて前記解像度の低下による前記第２光変調素子の各画素への不要な光照射による影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴としている。
【００２４】
このような構成であれば、解像度の低下内容に合わせた適切な２次元フィルタを用いることで、処理を簡素化することが可能となり、処理の高速化ができるという効果が得られる。
ここで、フィルタを用いた画像処理はフィルタリングと呼ばれ、１次元の時間波形処理で行われているものの２次元波形（画像）への拡張である。音声信号などで周波数の高、低域をフィルタにより強調するのと同じように、画像データに対しても周波数帯域を変えることでハイパスフィルタ（高域通過）・バンドパスフィルタ（帯域通過）・ロウパスフィルタ(低域通過)等のさまざまなフィルタリングを行うことができる。ここで、画像の場合の周波数とは、濃淡情報の空間的な広がりに着目した空間周波数と呼ばれる概念である。
【００２５】
周波数領域(u,v)におけるフィルタリングは、空間領域(x,y)における画像データf(x,y)のフーリエ変換F(u,v)に対して、フィルタ関数H(u,v)との積をとることで実現できる。すなわち、フィルタリングを施した結果G(u,v)は、G(u,v)＝F(u,v)・H(u,v)と表される。最終的な画像は、G(u,v)の逆フーリエ変換g(x,y)として得られる。
ぼけを含む画像の補正のためには、ぼけの点像分布関数のフーリエ変換の逆数をフィルタ関数として用いるインバースフィルタや、もとの画像と補正画像との２乗平均誤差が最小となるように定義されるウィナーフィルタが用いられる。
【００２６】
〔発明５〕  更に、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２次元フィルタのフィルタ係数は、ガウス分布に近似した値を用いるようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、第１光変調素子の各画素を介して照射される解像度の低下した光がガウス分布のような照射特性（中央の輝度が高くまわりは輝度が低い）を有する場合に、２次元フィルタのフィルタ係数をガウス分布に近似した値にできるので、フィルタ係数を作成する処理を軽減することができるという効果が得られる。
【００２７】
〔発明６〕  更に、発明６の光学表示装置は、発明４又は５の光学表示装置において、前記２次元フィルタのフィルタ係数は、前記第１光変調素子の各画素毎に予めデータテーブルとして用意したことを特徴としている。
このような構成であれば、予め用意されたテーブルを用いるので表示処理を高速化できるという効果が得られる。
【００２８】
〔発明７〕  更に、発明７の光学表示装置は、発明３乃至発明６のいずれか１の光学表示装置において、前記第２光伝搬特性決定手段は、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲を含む円形又は略円形の領域毎に、一様なフィルタ係数を用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴としている。
【００２９】
このような構成であれば、解像度の低下した光学像の照射範囲を含む円形又は略円形の領域に対して設定された１種類のフィルタ係数を、全ての円形又は略円形の領域に対して用いるようにしたので、メモリの使用量を節約できると共に、表示処理を高速化できるという効果が得られる。
【００３０】
〔発明８〕  更に、発明８の光学表示装置は、発明３乃至発明６のいずれか１の光学表示装置において、前記第２光伝搬特性決定手段は、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲を含む矩形の領域毎に、一様なフィルタ係数を用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴としている。
【００３１】
このような構成であれば、解像度の低下した光学像の照射範囲を含む矩形の領域に対して設定された１種類のフィルタ係数を、全ての矩形領域に対して用いるようにしたので、メモリの使用量を節約できると共に、表示処理を高速化できるという効果が得られる。
【００３２】
〔発明９〕  更に、発明９の光学表示装置は、発明３乃至６のいずれか１の光学表示装置において、前記２次元フィルタのフィルタ係数は、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲の面積に基づき決定したものであることを特徴としている。
このような構成であれば、上記照射範囲の面積と第２光変調素子の画素面積との比によって簡易にフィルタ係数を求めることが可能となるので、フィルタ係数の作成処理を軽減することができるという効果が得られる。
【００３３】
〔発明１０〕  さらに、発明１０の光学表示装置は、発明１乃至発明９のいずれか１の光学表示装置において、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性を、前記第２光変調素子の画素数の倍以上となる細かさで決定するようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性をより厳密に第２光変調素子の各画素に対応させることが可能となるので、表示画像の画質を向上することができるという効果が得られる。
【００３４】
〔発明１１〕  一方、上記目的を達成するために、発明１１の光学表示装置は、輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する光変調素子とを備え、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記輝度調整光源から前記光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下手段と、
表示画像データに基づき、前記輝度調整光源の各光源の輝度を決定する第１輝度決定手段と、
前記第１輝度決定手段によって決定した輝度に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記輝度調整光源の各光源に対応する輝度を決定する第２輝度決定手段と、
前記第２輝度決定手段によって決定した輝度に基づき前記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、を備えることを特徴としている。
【００３５】
このような構成であれば、解像度低下手段によって、前記輝度調整光源から前記光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させることが可能である。
また、第１輝度決定手段によって、表示画像データに基づき、前記輝度調整光源の各光源の輝度を決定することが可能である。
また、第２輝度決定手段によって、前記第１輝度決定手段によって決定した輝度に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記輝度調整光源の各光源に対応する輝度を決定することが可能である。
【００３６】
また、光伝搬特性決定手段によって、前記第２輝度決定手段によって決定した輝度に基づき前記光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定することが可能である。
従って、輝度調整光源からの光学像の解像度を低下させて光変調素子へと伝搬するようにし、且つ、解像度低下による表示画像への影響を修正するようにしたので、モアレの発生を防ぎ画質を向上することができるという効果が得られる。
【００３７】
また、第２光伝搬特性決定手段の処理をデータテーブル等使わずに演算によって行わせることにより、汎用性を高めることができるという効果が得られる。
また、輝度調整光源および光変調素子により光源の光を２段階に変調するので、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。
【００３８】
ここで、輝度調整光源は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＯＬＥＤ （Organic Light Emitting Diode） 、蛍光灯などの輝度を調整可能な光源により構成されたものを含む。以下、発明２１の光学表示装置制御プログラム及び発明３２の光学表示装置制御方法において同じである。
【００３９】
〔発明１２〕  一方、上記目的を達成するために、発明１２の光学表示装置制御プログラムは、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光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する第２光変調素子と、前記第１光変調素子を介して前記第２光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下手段とを備え、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する光学表示装置を制御するためのプログラムであって、
前記第２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、
前記光伝搬特性仮決定手段によって決定した光伝搬特性と表示画像データとに基づき、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する第１光伝搬特性決定手段、
前記解像度低下手段によって解像度の低下した光学像と前記第１光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性とに基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定する第２光伝搬特性決定手段及び、
前記第２光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第２光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定する第３光伝搬特性決定手段として実現される処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明１の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、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。
【００４０】
〔発明１３〕  さらに、発明１３の光学表示装置制御プログラムは、発明１２の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第１光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第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、
前記第３光伝搬特性決定手段によって決定した光伝搬特性に基づき前記第２光変調素子の各画素の制御値を決定する第２制御値決定手段及び、
前記第１制御値決定手段によって決定された制御値に基づき前記第１光伝搬特性決定手段によって決定された光伝搬特性を補正する光伝搬特性補正手段として実現される処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを更に備え、
前記第２光伝搬特性決定手段は、前記光伝搬特性補正手段によって補正された光伝搬特性と前記解像度低下手段によって解像度の低下した光学像とに基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明２の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明２の光変調装置と同等の効果が得られる。
【００４１】
〔発明１４〕  さらに、発明１４の光学表示装置制御プログラムは、発明１２又は１３の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第２光伝搬特性決定手段は、２次元フィルタを用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明４の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明４の光変調装置と同等の効果が得られる。
【００４２】
〔発明１５〕  さらに、発明１５の光学表示装置制御プログラムは、発明１４の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記２次元フィルタのフィルタ係数は、ガウス分布に近似した値を用いるようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明５の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明５の光変調装置と同等の効果が得られる。
【００４３】
〔発明１６〕  さらに、発明１６の光学表示装置制御プログラムは、発明１４又は１５の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記２次元フィルタのフィルタ係数は、前記第１光変調素子の各画素毎に予めデータテーブルとして用意したことを特徴としている。
ここで、本発明は、発明６の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明６の光変調装置と同等の効果が得られる。
【００４４】
〔発明１７〕  さらに、発明１７の光学表示装置制御プログラムは、発明１４乃至１６の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第２光伝搬特性決定手段は、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲を含む円形又は略円形の領域毎に、一様なフィルタ係数を用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明７の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明７の光変調装置と同等の効果が得られる。
【００４５】
〔発明１８〕  さらに、発明１８の光学表示装置制御プログラムは、発明１４乃至１６の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第２光伝搬特性決定手段は、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲を含む矩形の領域毎に、一様なフィルタ係数を用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定するようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明８の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明８の光変調装置と同等の効果が得られる。
【００４６】
〔発明１９〕  さらに、発明１９の光学表示装置制御プログラムは、発明１４又は１５の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記２次元フィルタのフィルタ係数は、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲の面積に基づき決定したものであることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明９の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明９の光変調装置と同等の効果が得られる。
【００４７】
〔発明２０〕  さらに、発明２０の光学表示装置制御プログラムは、発明１２乃至１９の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性を、前記第２光変調素子の画素数の倍以上となる細かさで決定するようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明１０の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明１０の光変調装置と同等の効果が得られる。
【００４８】
〔発明２１〕  一方、上記目的を達成するために、発明２１の光変調制御プログラムは、輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する光変調素子と、前記輝度調整光源から前記光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下手段とを備え、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調して画像を表示する光学表示装置を制御するためのプログラムであって、
前記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、
前記光伝搬特性仮決定手段によって決定した光伝搬特性と表示画像データとに基づき、前記輝度調整光源の各光源の輝度を決定する第１輝度決定手段、
前記解像度低下手段によって解像度の低下した光学像と前記第１輝度決定手段によって決定した輝度とに基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記輝度調整光源の各光源に対応する輝度を決定する第２輝度決定手段及び、
前記第２輝度決定手段によって決定した輝度に基づき前記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して実現される処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明１１の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明１１の光変調装置と同等の効果が得られる。
【００４９】
〔発明２２〕  一方、上記目的を達成するために、発明２２の光変調制御方法は、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光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する第２光変調素子とを備え、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する光学表示装置を制御するための方法であって、
第１光変調ステップと、
前記第１光変調素子を介して前記第２光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下ステップと、
第２光変調ステップとを含み、
前記第１光変調ステップにおいては、表示画像データに基づき、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定し、
前記第２光変調ステップにおいては、前記第１光変調ステップにおいて決定した光伝搬特性に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性を決定し、当該決定した光伝搬特性に基づき前記第２光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定することを特徴としている。
これにより、発明１の光学表示装置と同等の効果が得られる。
【００５０】
〔発明２３〕  更に、発明２３の光学表示装置制御方法は、発明２２の光学表示装置制御方法において、前記第１光変調ステップにおいては、前記決定した第１光変調素子の各画素の光伝搬特性に基づき前記第１光変調素子の各画素の制御値を決定し、当該決定された制御値に基づき前記決定した前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を補正し、
前記第２光変調ステップにおいては、前記決定した前記第２光変調素子の各画素の光伝搬特性に基づき前記第２光変調素子の各画素の制御値を決定し、前記補正された前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定することを特徴としている。
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。
【００５１】
〔発明２４〕  更に、発明２４の光学表示装置制御方法は、発明２２又は２３の光学表示装置制御方法において、前記解像度低下ステップにおいては、前記光学像のフォーカスをずらすことによって当該光学像の解像度を光学的に低下させることを特徴としている。
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。
【００５２】
〔発明２５〕  更に、発明２５の光学表示装置制御方法は、発明２２乃至２４のいずれか１の光学表示装置制御方法において、前記第２光変調ステップにおいては、２次元フィルタを用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性を決定することを特徴としている。
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。
【００５３】
〔発明２６〕  更に、発明２６の光学表示装置制御方法は、発明２５の光学表示装置制御方法において、前記２次元フィルタのフィルタ係数は、ガウス分布に近似した値を用いるとしている。
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。
【００５４】
〔発明２７〕  更に、発明２７の光学表示装置制御方法は、発明２５又は２６の光学表示装置制御方法において、前記２次元フィルタのフィルタ係数は、前記第１光変調素子の各画素毎に予めデータテーブルとして用意したことを特徴としている。
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。
【００５５】
〔発明２８〕  更に、発明２８の光学表示装置制御方法は、発明２２乃至２５のいずれか１の光学表示装置制御方法において、前記第２光変調ステップにおいては、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲を含む円形又は略円形の領域毎に、一様なフィルタ係数を用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定することを特徴としている。
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。
【００５６】
〔発明２９〕  更に、発明２９の光学表示装置制御方法は、発明２２乃至２５のいずれか１の光学表示装置制御方法において、前記第２光変調ステップにおいては、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲を含む矩形の領域毎に、一様なフィルタ係数を用いて前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応する光伝搬特性を決定することを特徴としている。
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。
【００５７】
〔発明３０〕  更に、発明３０の光学表示装置制御方法は、発明２２乃至２５のいずれか１の光学表示装置制御方法において、前記２次元フィルタのフィルタ係数は、前記解像度の低下した光学像における前記第１光変調素子の各画素に対応した像部分の前記第２光変調素子の画素領域への照射範囲の面積に基づき決定したものであることを特徴としている。
これにより、発明９の光学表示装置と同等の効果が得られる。
【００５８】
〔発明３１〕  更に、発明３１の光学表示装置制御方法は、発明２２乃至３０のいずれか１の光学表示装置制御方法において、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記第１光変調素子の各画素に対応した光伝搬特性を、対応する前記第２光変調素子の画素数の倍以上となる細かさで決定することを特徴としている。
これにより、発明１０の光学表示装置と同等の効果が得られる。
【００５９】
〔発明３２〕  一方、上記目的を達成するために発明３２の光学表示装置制御方法は、輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有しかつ表示解像度を決定する光変調素子とを備え、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調して画像を表示する光学表示装置を制御するための方法であって、
第１光変調ステップと、
前記輝度調整光源から前記第２光変調素子に伝搬される光学像の解像度を光学的に低下させる解像度低下ステップと、
第２光変調ステップとを含み、
前記第１光変調ステップにおいては、表示画像データに基づき、前記輝度調整光源の各光源の輝度を決定し、
前記第２光変調ステップにおいては、前記第１光変調ステップにおいて決定した輝度に基づき、前記解像度の低下による表示画像への影響を修正するための前記輝度調整光源の各光源に対応する輝度を決定し、当該決定した輝度に基づき前記光変調素子の各画素の光伝搬特性を決定することを特徴としている。
これにより、発明１１の光学表示装置と同等の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図１３は、本発明に係る光学表示装置、光学表示装置制御プログラム及び光学表示装置制御方法の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、本発明に係る光学表示装置、光学表示装置制御プログラム及び光学表示装置制御方法を、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。
【００６１】
まず、投射型表示装置１００の構成を図１に基づき説明する。
図１は、投射型表示装置１００の主たる光学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からの光の輝度むらを分散し、照射面で一様な照度分布を得るための輝度分布均一化部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、色変調部１８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とを含んだ構成となっている。
【００６２】
光源１０は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等のランプ１０ａと、光源からの光を集光するリフレクタとから構成されている。
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とから構成されている。
輝度変調部１４は、輝度分布均一化部１２からの光を液晶ライトバルブ３０に効率よく入射するための第１レンズ１４ａと、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３０と、液晶ライトバルブ３０において変調された光を後段のリレーレンズ１６に効率よく伝達するための第２レンズ１４ｂとから構成されている。つまり、第１レンズ１４ａを介して輝度分布均一化部１２から入射した光の全波長領域の輝度を液晶ライトバルブ３０により変調して第２レンズ１４ｂを介してリレーレンズ１６に出射する。
【００６３】
リレーレンズ１６は、光の伝達性能は高いが結像性能の低いレンズから構成されており、液晶ライトバルブ３０において全波長領域の輝度が変調された光（光学像）は、色変調部１８において、分光された後に後述する液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｇの各画素面に光学像がぼやけた状態で（解像度の低下した状態）で照射される。
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た構成の３枚の液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ（以下、液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂと略記する）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４５と、２枚のサブリレーレンズ５０ａ，５０ｂとから構成されている。
【００６４】
まず、リレーレンズ１６を介して色変調部１８に入射した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、ミラー４６ａ〜４６ｃおよびサブリレーレンズ５０ａ，５０ｂを介して液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂに入射する。そして、分光したＲＧＢ３原色の光の輝度を液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂによりそれぞれ変調し、変調したＲＧＢ３原色の光をダイクロイックプリズム４５により集光して投射部１６に出射する。
【００６５】
ここで、リレーレンズ１６によって形成される液晶ライトバルブ３０の光学像は、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ上に倒立光学像として結像するが、液晶ライトバルブ４０Ｂへの光路は、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇへの光路よりも光路長が大きいので、この光路では倒立光学像として点線位置に結像される。そこで、ダイクロイックミラー４２ｂから液晶ライトバルブ４０Ｂまでの光路においては、フィールドレンズ４２Ｂ1、サブリレーレンズ５０ａを介して図１の点線位置に形成された液晶ライトバルブ３０の倒立光学像をフィールドレンズ４２Ｂ2上またはその近傍に正立光学像として結像し、さらに、サブリレーレンズ５０ｂを介してその正立光学像を液晶ライトバルブ４０Ｂの画素面に倒立光学像として結像する。
【００６６】
ここで、液晶ライトバルブ３０，４０Ｒ〜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。制御値（印加電圧）に応じて透過率を変え、液晶ライトバルブを通過する光の強度を変調することができる。例えば、電圧印加状態で白／明（透過）状態、電圧非印加状態で黒／暗（非透過）状態となり、与えられた制御値に応じてその間の階調がアナログ的に制御される。液晶ライトバルブ３０，４０Ｒ〜４０Ｂは、何れも透過光の強度を変調し、その変調度合いに応じた光学像を内包する点では同じであるが、前者の液晶ライトバルブ３０は全波長域の光（白色光）を変調するのに対して、後者の液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂは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。従って、以下では液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂで行われる光強度変調を色変調、液晶ライトバルブ３０で行われる光強度変調を輝度変調と便宜的に呼称して区別する。また、同様の観点から、液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂを色変調ライトバルブ、液晶ライトバルブ３０を輝度変調ライトバルブと呼称して区別する。
【００６７】
投射型表示装置１００は、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを制御する表示制御装置２００（不図示）を有している。本実施の形態では、輝度変調ライトバルブと色変調ライトバルブとが同じ解像度を有し、色変調ライトバルブが表示解像度（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。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と色変調ライトバルブとが異なる解像度である場合や、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。また、本実施の形態では、輝度変調ライトバルブ及び色変調ライトバルブ共に、電圧印加状態で白／明（透過）状態、電圧非印加状態で黒／暗（非透過）状態となるノーマリーブラックモードの液晶ライトバルブを適用している。
【００６８】
次に、表示制御装置２００の構成を図２に基づき説明する。
図２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２に示すように、制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するＣＰＵ１７０と、所定領域にあらかじめＣＰＵ１７０の制御プログラム等を格納しているＲＯＭ１７２と、ＲＯＭ１７２等から読み出したデータやＣＰＵ１７０の演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭ１７４と、外部装置に対してデータの入出力を媒介するＩ／Ｆ１７８とで構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバス１７９で相互にかつデータ授受可能に接続されている。
【００６９】
Ｉ／Ｆ１７８には、外部装置として、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ３０）および色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）を駆動するライトバルブ駆動装置１８０と、データやテーブル等をファイルとして格納する記憶装置１８２と、外部のネットワーク１９９に接続するための信号線とが接続されている。
記憶装置１８２は、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを駆動するためのＨＤＲ表示データを記憶している。
【００７０】
ＨＤＲ表示データは、従来のｓＲＧＢ等の画像フォーマットでは実現できない高い輝度ダイナミックレンジを実現することができる画像データであり、画素の輝度レベルを示す画素値を画像の全画素について格納している。本実施の形態では、ＨＤＲ表示データとして、１つの画素についてＲＧＢ３原色ごとに放射輝度レベルを示す画素値を浮動小数点値として格納した形式を用いる。例えば、１つの画素の画素値として（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１．２，５．４，２．３）という値が格納されている。
【００７１】
なお、ＨＤＲ表示データの生成方法の詳細については、例えば、公知文献１「P.E.Debevec, J.Malik, "Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs", Proceedings of ACM SIGGRAPH97 , pp.367-378 (1997)」に掲載されている。
また、記憶装置１８２は、色変調ライトバルブ及び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を記憶している。
【００７２】
次に、ＣＰＵ１７０の構成およびＣＰＵ１７０で実行される処理を説明する。
ＣＰＵ１７０は、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）等からなり、ＲＯＭ１７２の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図３のフローチャートに示す表示制御処理を実行するようになっている。
図３は、表示制御処理を示すフローチャートである。
【００７３】
表示制御処理は、ＨＤＲ表示データに基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブの制御値をそれぞれ決定し、決定した制御値に基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを駆動する処理であって、ＣＰＵ１７０において実行されると、図３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。
ステップＳ１００では、ＨＤＲ表示データを記憶装置１８２から読み出しステップＳ１０２に移行する。
【００７４】
ステップＳ１０２では、上記読み出した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してステップＳ１０４に移行する。ここで、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強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。
【００７５】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２の解析結果に基づいて、ＨＤＲ表示データの輝度レベルを投射型表示装置１の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングしてステップＳ１０６に移行する。
ここで、図４は、トーンマッピング処理を説明するための図である。
ＨＤＲ表示データを解析した結果、ＨＤＲ表示データに含まれる輝度レベルの最小値がＳｍｉｎで、最大値がＳｍａｘであるとする。また、投射型表示装置１の輝度ダイナミックレンジの最小値がＤｍｉｎで、最大値がＤｍａｘであるとする。図４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。
【００７６】
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。
ステップＳ１０６では、色変調ライトバルブの解像度に合わせてＨＤＲ画像をリサイズ（拡大または縮小）してステップＳ１０８に移行する。ここで、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。また、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。
【００７７】
ステップＳ１０８では、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を算出してステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１１０では、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２として初期値（例えば、０．２）を与え、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を仮決定してステップＳ１１２に移行する。
【００７８】
ステップＳ１１２では、ステップＳ１０８で得られたＴｐとステップＳ１０８で仮決定した透過率Ｔ２とゲインＧ（例えば、１．０）とに基づいて、上式（２）により、輝度変調ライトバルブの画素単位で透過率Ｔ１を算出してステップＳ１１４に移行する。ここで、色変調ライトバルブが３枚の液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ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。
【００７９】
ステップＳ１１４では、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しステップＳ１１６に移行する。
ステップＳ１１６では、ステップＳ１１４で決定した制御値に対応した透過率を、輝度変調ライトバルブの各画素の透過率に設定する補正処理を行いステップＳ１１８に移行する。
【００８０】
ステップＳ１１８では、リレーレンズ１６によって解像度の低下された輝度変調ライトバルブの各画素に対応する光学像の、色変調ライトバルブへの照射範囲に対応するフィルタ係数によって、ステップＳ１１６で設定された輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１をフィルタ処理して解像度低下による表示画像への影響を修正するための透過率Ｔ１’を決定しステップＳ１２０に移行する。
【００８１】
ステップＳ１２０では、ステップＳ１１８で算出した透過率Ｔ１’に基づき、色変調ライトバルブの画素単位で透過率Ｔ１を決定してステップＳ１２２に移行する。
ステップＳ１２２では、リサイズ画像のＲＧＢをＲｐとし、当該Ｒｐと光源１０の輝度ＲｓとステップＳ１２０で決定したＴ１とから色変調ライトバルブの画素単位で透過率Ｔ２を算出してステップＳ１２４に移行する。
【００８２】
ステップＳ１２４では、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Ｔ２に対応する制御値を制御値登録テーブルから読み出し、読み出した制御値をその画素の制御値として決定しステップＳ１２６に移行する。
ステップＳ１２６では、ステップＳ１１４，Ｓ１２４で決定した制御値をライトバルブ駆動装置１８０に出力し、色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブをそれぞれ駆動して表示画像を投影し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
【００８３】
更に、図５に基づき、図３のフローチャートにおけるステップＳ１１８の透過率Ｔ１’の決定処理の詳細な流れを説明する。図５は、透過率Ｔ１’決定処理を示すフローチャートである。
図５に示すように、まずステップＳ２００に移行し、記憶装置１８２における修正用の透過率Ｔ１’のメモリ格納領域をクリアしてステップＳ２０２に移行する。
【００８４】
ステップＳ２０２では、修正用の透過率Ｔ１’に対応した輝度変調ライトバルブの注目画素の透過率Ｔ１を取得してステップＳ２０４に移行する。
ステップＳ２０４では、取得した透過率Ｔ１値に予め記憶装置１８２に用意されたフィルタ係数を掛けることにより、輝度変調ライトバルブの注目画素に対応する解像度の低下した光学像の照射範囲に対応する修正用の透過率Ｔ１’を算出し、この算出結果を輝度変調ライトバルブの画素位置に対応するＴ１’のメモリ格納領域に１つ前に格納されたＴ１’値に加算し、この加算結果をメモリに格納してステップＳ２０６に移行する。つまり、ここでは画像処理において一般的に用いられる２次元フィルタ処理を行っている。
【００８５】
ここで、図６は、解像度の低下した光学像の概念を示す図であり、図７は、２次元フィルタのフィルタ係数の一例を示す図である。
図６（ａ）に示すように、解像度を低下させなかった場合に色変調ライトバルブの画素面に照射される輝度変調ライトバルブからの光学像は、輝度変調ライトバルブの各画素からの光が色変調ライトバルブの各画素に対して１：１に照射される。しかし、本実施の形態においては、結像精度の低いリレーレンズ１６を介して輝度変調ライトバルブからの光学像を色変調ライトバルブに照射するため、図６（ｂ）に示すように、輝度変調ライトバルブの各画素からの光が色変調ライトバルブの複数画素（ここでは、９画素）に広がって照射される。つまり、輝度変調ライトバルブからの光学像は、解像度の低下した状態（ぼやけた状態）で色変調ライトバルブの画素面に結像される。
【００８６】
このように、解像度を低下させる理由としては、特に本実施の形態のように、輝度変調ライトバルブの解像度と色変調ライトバルブの解像度とが同一である場合に、同じ画素構造を持った２枚の液晶ライトバルブが光学的に直列な状態で光学像を透過することにより発生するモアレを防ぐためである。モアレは、画素構造を有する２枚の液晶ライトバルブのそれぞれの画素を１：１に対応させ、これら２枚の液晶ライトバルブを介して光学像を透過させた際に、両者の画素のわずかな位置ズレが起因で発生する現象である。モアレが発生すると表示画像の画質は著しく低下してしまう。
【００８７】
モアレの発生を防ぐためには、単純に輝度変調ライトバルブの解像度と色変調ライトバルブの解像度とを異ならせるという方法もあるが、本実施の形態においては、リレーレンズ１６において意図的に光学像の解像度を低下させることで、輝度変調ライトバルブの解像度と色変調ライトバルブの解像度とを異ならせることなくモアレの発生を防ぐようにしているのが特徴である。意図的に解像度の低下をさせているため、色変調ライトバルブ側の透過率Ｔ２を調整することにより解像度の低下による影響を修正する必要がある。本実施の形態において、この修正は、図７に示すような、解像度の低下による光学像の照射範囲（ここでは、９画素）に対応したフィルタ係数によって算出される修正用の透過率Ｔ１’を用いて色変調ライトバルブの透過率Ｔ２を決定することによって行う。ここで、図７に示すフィルタ係数は、解像度の低下による各画素の光の分布（ぼやけ）をガウス分布によって近似したものであり、ぼやけにより広がる９画素の矩形領域に対して設定されたものである。本実施の形態においては、輝度変調ライトバルブの各画素に対して、図７に示す９画素の矩形領域に設定された１種類のフィルタ係数を用いる。ここで、リレーレンズ１６によって、光学像の解像度を低下させても色変調ライトバルブへと伝達される光量は変わらないので、矩形領域のフィルタ係数の総和は１となるように各係数を設定している。
【００８８】
修正用の透過率Ｔ１’の算出は、図７に示すフィルタ係数を用いた場合に以下に示す式（３）〜（１１）に従って行われる。ここで、ｋ（０，０）〜ｋ（２，２）は図７に示すフィルタ係数であり、Ｔ１（ｘ１、ｙ１）は、輝度変調ライトバルブの画素面における座標であり、Ｔ１’（ｘ１、ｙ１）は、フィルタ係数に対応した修正用の透過率Ｔ１’の輝度変調ライトバルブの画素面における座標である。なお、画素面における横軸をｘ１、縦軸をｙ１とする。
Ｔ１’（ｘ１−１，ｙ１−１）＝Ｔ１（ｘ１，ｙ１）×ｋ（０，０）＋Ｔ１’（ｘ１−１，ｙ１−１）…（３）
Ｔ１’（ｘ１，ｙ１−１）＝Ｔ１（ｘ１，ｙ１）×ｋ（１，０）＋Ｔ１’（ｘ１，ｙ１−１）…（４）
Ｔ１’（ｘ１＋１，ｙ１−１）＝Ｔ１（ｘ１，ｙ１）×ｋ（２，０）＋Ｔ１’（ｘ１＋１，ｙ１−１）…（５）
Ｔ１’（ｘ１−１，ｙ１）＝Ｔ１（ｘ１，ｙ１）×ｋ（０，１）＋Ｔ１’（ｘ１−１，ｙ１）…（６）
Ｔ１’（ｘ１，ｙ１）＝Ｔ１（ｘ１，ｙ１）×ｋ（１，１）＋Ｔ１’（ｘ１，ｙ１）…（７）
Ｔ１’（ｘ１＋１，ｙ１）＝Ｔ１（ｘ１，ｙ１）×ｋ（２，１）＋Ｔ１’（ｘ１＋１，ｙ１）…（８）
Ｔ１’（ｘ１−１，ｙ１＋１）＝Ｔ１（ｘ１，ｙ１）×ｋ（０，２）＋Ｔ１’（ｘ１−１，ｙ１＋１）…（９）
Ｔ１’（ｘ１，ｙ１＋１）＝Ｔ１（ｘ１，ｙ１）×ｋ（１，２）＋Ｔ１’（ｘ１，ｙ１＋１）…（１０）
Ｔ１’（ｘ１＋１，ｙ１＋１）＝Ｔ１（ｘ１，ｙ１）×ｋ（２，２）＋Ｔ１’（ｘ１＋１，ｙ１＋１）…（１１）
但し、最外周にある画素については、フィルタ係数の範囲を超えてしまう部分が出てくるのでその部分については計算を行わないように予め設定する。
【００８９】
ステップＳ２０６では、輝度変調ライトバルブの全画素に対応する修正用の透過率Ｔ１’を算出したか否かを判定し、算出したと判定された場合(Yes)は処理を終了し、そうでない場合(No)はステップＳ２０２に移行する。
次に、本実施の形態の動作を図８〜図１１に基づき説明する。
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、色変調ライトバルブの解像度に合わせてＨＤＲ画像がリサイズされる。
【００９０】
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（１２，５．４，８．３）、光源１０の輝度Ｒｓ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が（10000，10000，10000）であるとすると、（１２，５．４，８．３）／（10000，10000，10000）＝（0.0012，0.00054，0.00083）となる。
【００９１】
次いで、ステップＳ１１０を経て、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２が仮決定される。例えば、透過率Ｔ２として「０．２」が仮決定される。
次いで、ステップＳ１１２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。例えば、ステップＳ１０８で得られたＴｐ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（0.0012，0.00054，0.00083）と、ステップＳ１１０で仮決定した透過率Ｔ２（ここでは液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂに対して全て０．２とする）と、ゲインＧ＝１とから上式（２）に従い、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ３０）の上記画素ｐに対応した各画素の透過率Ｔ１（Ｔ１（Ｒ）〜Ｔ１（Ｂ））は、下式（１２）〜（１４）より求めることができる。
Ｔ１（Ｒ）＝Ｔｐ（Ｒ）／Ｔ２                                        …（１２）
Ｔ１（Ｇ）＝Ｔｐ（Ｇ）／Ｔ２                                        …（１３）
Ｔ１（Ｂ）＝Ｔｐ（Ｂ）／Ｔ２                                        …（１４）
上式（１２）〜（１４）より、Ｔ１（Ｒ）＝0.006、Ｔ１（Ｇ）＝0.0027、Ｔ１（Ｂ）＝0.00415が求まる。
【００９２】
次いで、ステップＳ１１４を経て、ステップＳ１１２で決定した透過率Ｔ１から輝度変調ライトバルブの各画素の制御値が決定される。本実施の形態においては、記憶装置１８２に記憶された制御値登録テーブルから制御値が選択される。また、輝度変調ライトバルブは１枚であるので、Ｔ１（Ｒ）〜Ｔ１（Ｂ）の平均値（上記数値例では0.00428）を輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１とする。制御値の選択においては、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。ここで、図８は、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ３０）に対する制御値登録テーブルの一例を示す図である。上記数値例を用いると、制御値登録テーブル７００より、透過率Ｔ１＝0.00428に最も近い0.004が索出され、これに対応する制御値０が輝度変調ライトバルブの制御値として読み出される。
【００９３】
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の透過率Ｔ１が、制御値登録テーブル７００から索出された近似値に設定される。つまり、これ以降の処理においては、制御値登録テーブルより読み出される制御値に対応した最も近似した透過率を、Ｔ１として用いる。例えば、上記数値例においては、Ｔ１＝0.004と設定される。
次いで、ステップＳ１１８を経て、ステップＳ１１６で設定された輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１がフィルタ処理され解像度低下による表示画像への影響を修正するための透過率Ｔ１’が決定される。
【００９４】
具体的な処理内容としては、まずステップＳ２００を経て、修正用の透過率Ｔ１’のメモリ格納領域の内容がクリアされる。
次いで、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４を経て、Ｔ１’の注目画素に対応する輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１が取得される。
次いで、ステップＳ２０４を経て、図７に示すフィルタ係数を用いた２次元フィルタ処理により、ステップＳ２０２で取得した輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１に対する修正用の透過率Ｔ１’が算出され、１つ前に算出されたＴ１’に加算されてメモリに格納される。
【００９５】
以下、図１０に基づき、２次元フィルタ処理による修正用の透過率Ｔ１’の決定処理について具体的に説明する。ここで、図１０（ａ）は、２次元フィルタ処理前の輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１を示す図であり、（ｂ）は、２次元フィルタ処理後の輝度変調ライトバルブの各画素に対応する修正用の透過率Ｔ１’を示す図である。
図１０に示すように、輝度変調ライトバルブの解像度は、横４画素×縦４画素となっている。また、Ｔ１’を決定する際の２次元フィルタ処理は、図１０（ａ）における左上の画素から右下の画素へと流れる通常のラスタースキャンで行う。また、説明の便宜上、図１０（ａ）に示すように、輝度変調ライトバルブにおける透過率Ｔ１の大部分を「０．０」とした。つまり、輝度変調ライトバルブにおける座標（１，１）及び（２，１）の２画素の透過率Ｔ１のみが「0.0」以外の数値を有する。
【００９６】
ラスタースキャンにより、上記式（３）〜（１１）を用いて２次元フィルタ処理を行うと、座標（０，０）〜（０，１）までは、修正用の透過率Ｔ１’は解像度の低下による光学像の照射範囲である９画素に対応したフィルタ係数の全てに対して「0.0」が算出される。
次に、座標（１，１）に対応した透過率（ここでは、Ｔ１＝0.1）に対して、上記式（３）〜（１１）に従い２次元フィルタ処理を行う。解像度の低下による光学像の照射範囲である９画素に対応する図７に示すフィルタ係数を用いた算出過程及び算出結果を以下に示す。
Ｔ１’（０，０）＝0.1×0.05＋0.0＝0.005
Ｔ１’（１，０）＝0.1×0.1＋0.0＝0.01
Ｔ１’（２，０）＝0.1×0.05＋0.0＝0.005
Ｔ１’（０，１）＝0.1×0.1＋0.0＝0.01
Ｔ１’（１，１）＝0.1×0.4＋0.0＝0.04
Ｔ１’（２，１）＝0.1×0.1＋0.0＝0.01
Ｔ１’（０，２）＝0.1×0.05＋0.0＝0.005
Ｔ１’（１，２）＝0.1×0.1＋0.0＝0.01
Ｔ１’（２，２）＝0.1×0.05＋0.0＝0.005
上記算出過程において、最後に加算している「0.0」は、修正用のＴ１’格納用メモリ領域の各Ｔ１’に対応する領域に格納された１つ前に算出されたＴ１’値である。ここでは、座標（１，１）の画素までの透過率Ｔ１が全て「0.0」であるために格納されているＴ１’が全て「0.0」になっている。
【００９７】
次に、輝度変調ライトバルブの座標（２，１）の画素に対する透過率（ここでは、Ｔ１＝0.5）に対しても上記同様に上記式（３）〜（１１）に従って、解像度の低下による光学像の照射範囲である９画素に対応する図７に示すフィルタ係数を用いて修正用の透過率Ｔ１’を算出する。座標（２，１）の画素の透過率Ｔ１に対する算出過程及び算出結果を以下に示す。
Ｔ１’（１，０）＝0.5×0.05＋0.01＝0.035
Ｔ１’（２，０）＝0.5×0.1＋0.005＝0.055
Ｔ１’（３，０）＝0.5×0.05＋0.0＝0.025
Ｔ１’（１，１）＝0.5×0.1＋0.04＝0.09
Ｔ１’（２，１）＝0.5×0.4＋0.01＝0.21
Ｔ１’（３，１）＝0.5×0.1＋0.0＝0.05
Ｔ１’（１，２）＝0.5×0.05＋0.01＝0.035
Ｔ１’（２，２）＝0.5×0.1＋0.005＝0.055
Ｔ１’（３，２）＝0.5×0.05＋0.0＝0.025
この場合は、修正用のＴ１’格納用メモリ領域には、上記した輝度変調ライトバルブの座標（１，１）の画素に対して算出した結果（「0.0」以外）が格納されているため、対応するＴ１’の値は、フィルタ係数を掛けた後に格納された１つ前の値を加算した結果となっている。また、本実施の形態においては、座標（２，１）の画素以降も、各画素のＴ１が「0.0」となっているので、図１０（ｂ）に示すように、最終的に上記座標（２，１）の画素までの透過率Ｔ１に対する２次元フィルタ処理結果が修正用の透過率Ｔ１’の算出結果になる。
【００９８】
次いで、ステップＳ１２０を経て、ステップＳ１１８で決定した修正用の透過率Ｔ１’から色変調ライトバルブの画素毎の透過率Ｔ１が決定される。
ここで、本実施の形態においては、修正用の透過率Ｔ１’の設定された領域（各領域毎に１つのＴ１’値を有する）と色変調ライトバルブの各画素とが１：１に対応しているので対応する領域のＴ１’がそのまま色変調ライトバルブのＴ１として決定される。一方、修正用の透過率Ｔ１’の設定された複数領域と色変調ライトバルブの１画素とが対応しているような場合は、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１は、対応する複数領域のＴ１’の平均値や加重平均値を求めて決定する必要がある。特に、修正用の透過率Ｔ１’の設定された複数領域のうちいくつかの領域において、各領域の一部分のみが色変調ライトバルブの１画素に対応しているような（正確に対応していない）場合は、面積比等を用いて加重平均を算出することになる。なお、加重平均を求める場合の詳細な説明は後述する。
【００９９】
例えば、輝度変調ライトバルブの座標（１，１）の画素に対応する色変調ライトバルブの座標（１，１）の画素のＴ１は、図１０（ｂ）より、Ｔ１＝0.09となる。
次いで、ステップＳ１２２を経て、色変調ライトバルブの画素毎の透過率Ｔ２が決定される。例えば、上記色変調ライトバルブの座標（１，１）の画素のＴ１＝0.09と、ステップＳ１０８で得られたＴｐ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（0.0012，0.00054，0.00083）を用いると上記式（２）より、色変調ライトバルブの座標（１，１）の画素のＴ２は、Ｔ２（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（0.0133，0.00600，0.0092）となる。
【０１００】
次いで、ステップＳ１２４を経て、ステップＳ１２２で決定した透過率Ｔ２から色変調ライトバルブの各画素の制御値が決定される。本実施の形態においては、記憶装置１８２に記憶された制御値登録テーブルから制御値が選択される。制御値の選択においては、算出した透過率Ｔ２に最も近似する透過率を制御値登録テーブルのなかから検索し、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。ここで、図９は、色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４０Ｒ）に対する制御値登録テーブルの一例を示す図である。つまり、制御値登録テーブル８００Ｒより、透過率Ｔ２（Ｒ）＝0.0133に最も近い値「0.012」が索出され、これに対応する制御値３が液晶ライトバルブ４０Ｒの座標（１，１）の画素における制御値として読み出される。なお、説明の便宜上、ここでは液晶ライトバルブ４０Ｒについてのみ説明したが、表示制御装置２００は、液晶ライトバルブ４０Ｇ，４０Ｂについても同様の制御値登録テーブルを有しており、上記同様に、制御値登録テーブルから透過率Ｔ２（Ｇ）＝0.00600，Ｔ２（Ｂ）＝0.0092にそれぞれ対応した制御値を読み出す。
【０１０１】
そして、ステップＳ１２６を経て、ステップＳ１１４及びステップＳ１２４で決定された制御値がライトバルブ駆動装置１８０に入力される。これにより、色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブがそれぞれ駆動して表示画像が投影される。
更に、図１１に基づき、修正用の透過率Ｔ１’の設定された複数領域と色変調ライトバルブの１画素とが正確に対応していない場合の加重平均による色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１値の求め方を説明する。
【０１０２】
ここで、図１１（ａ）は、修正用の透過率Ｔ１’の設定された複数領域と色変調ライトバルブの画素との対応関係を示す図であり、（ｂ）は、色変調ライトバルブの画素Ｐ24におけるＴ１’の加重平均を求める一例を示す図であり、（ｃ）は、色変調ライトバルブの画素Ｐ21〜Ｐ24におけるＴ１’の加重平均を求めた結果を示す図である。
色変調ライトバルブの左上４区画の画素をＰ21（左上）、Ｐ22（右上）、Ｐ23（左下）、Ｐ24（右下）とした場合、画素Ｐ24は、図１１（ａ）に示すように、図中点線で示すＴ１’の設定された４つの領域と重なり合う。ここでは、色変調ライトバルブの解像度が１８×１２となっており、Ｔ１’の設定領域の解像度が１５×１０となっている。なお、図中点線の４領域に対応するＴ１’値は、図１１（ａ）に示すように、Ｔ’11〜Ｔ’14とする。画素Ｐ24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Ｐ24と図中点線の４画素との重なり合う面積比は、図１１（ｂ）に示すように、１：４：４：１６となる。したがって、画素Ｐ24のＴ１値であるＴ14は、下式（１５）により算出することができる。
Ｔ14＝（Ｔ’11×１＋Ｔ’12×４＋Ｔ’13×４＋Ｔ’14×１６）／２５…（１５）
画素Ｐ21〜Ｐ23のＴ11〜Ｔ13についても、画素Ｐ24と同様に、面積比による加重平均値を算出することにより求めることができる。
【０１０３】
以上のような構成の投射型表示装置１００に依れば次のような効果を奏する。輝度変調ライトバルブからの光学像をリレーレンズ１６を介することによって、その解像度を低下させて色変調ライトバルブへと伝搬するようにしたので、モアレの発生を防止することが可能である。
また、輝度変調ライトバルブの各画素に対応した解像度の低下した光の色変調ライトバルブへの照射領域における修正用の透過率Ｔ１’を、ガウス分布により近似したフィルタ係数を用いた２次元フィルタ処理によって決定し、このＴ１’を用いて色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を決定するようにしたので、光学像の解像度低下による表示画像への影響を修正することが可能である。
【０１０４】
また、輝度変調ライトバルブの各画素に対応する２次元フィルタ処理を、解像度低下による光の照射領域を含む矩形領域に予め設定された１種類のフィルタ係数により行うようにしたので、２次元フィルタ処理に必要なフィルタ係数は矩形領域の１種類のみとなりメモリの使用量を節約できると共に、リアルタイムにフィルタ係数を求める必要がないので処理を高速化することが可能となる。
【０１０５】
また、上記実施の形態においては、解像度の低下した光学像の輝度変調ライトバルブの各画素に対応する光（ぼやけて広がった光）に対して、図７に示す矩形領域に設定されたフィルタ係数を用いて修正用のＴ１’を求めるようにしているが、これに限らず、解像度の低下した光学像の輝度変調ライトバルブの各画素に対応する光に対して、図１２に示すように、略円形となる領域に設定されたフィルタ係数（図中ｋ1〜ｋ37）を用いるようにしても良い。これにより、光のぼやけ具合が円形に広がっているようなときに、より正確な修正用のＴ１’を求めることが可能となる。
【０１０６】
ここで、図１２は、略円形の領域に設定されたフィルタ係数の一例を示す図である。
また、上記実施の形態においては、矩形領域のフィルタ係数の各領域及びＴ１’の設定された各領域を輝度変調ライトバルブ及び色変調ライトバルブの各画素と１：１で対応するようにしたが、これに限らず、フィルタ係数を設定する領域（Ｔ１’を設定する領域）の解像度をもっと細かくし、色変調ライトバルブの対応する画素領域よりも高い（例えば倍以上の）解像度となるように設定しても良い。
【０１０７】
具体的に説明すると、まず、図１３（ａ）に示すように、修正用の透過率Ｔ１’の設定された矩形領域の解像度よりも色変調ライトバルブの対応する画素領域の解像度が高い場合を考える。この場合には、色変調ライトバルブの画素である図１３（ａ）中の斜線部分の画素の透過率Ｔ１を決定するときに、斜線部の画素とは関係のない別の画素に照射される解像度低下後の光の修正要素が加わったＴ１’を用いることとなり、斜線部の画素に対する正確なＴ１を決定することができないといった問題が生じる。そこで、図１３（ｂ）に示すように、修正用の透過率Ｔ１’を設定する領域の解像度を色変調ライトバルブの対応する画素領域の解像度の倍にすることにより、色変調ライトバルブにおける斜線部の画素の透過率Ｔ１を決定するときに、図１３（ａ）にあるような斜線部の画素とは関係のない別の画素に照射された解像度低下後の光の影響を取り除くことができるので、図１３（ｂ）中の斜線部の画素に対して正確な透過率Ｔ１を決定することが可能となる。
【０１０８】
ここで、図１３（ａ）は、Ｔ１’の設定領域の解像度よりも色変調ライトバルブの解像度の方が高い場合の一例を示す図であり、（ｂ）は、色変調ライトバルブの解像度よりもＴ１’の設定領域の解像度の方が高い場合の一例を示す図である。
また、上記実施の形態においては、解像度低下後のぼやけた光の分布を、ガウス分布によって近似してフィルタ係数を決定するようにしたが、これに限らず、実際に解像度低下によるぼやけた光の分布をカメラなどを用いて光学的に撮影して決めるようにしても良い。このようにすることで、解像度低下による画像の表示輝度の影響をより正確に修正することが可能なフィルタ係数を決定することが可能となる。
【０１０９】
また、上記実施の形態においては、解像度低下後のぼやけた光の分布を、ガウス分布によって近似して、フィルタ係数を決定するようにしたが、これに限らず、解像度低下後の光の分布領域の面積比によって決定するようにしても良い。具体的には、例えば、「フィルタ係数＝１／解像度低下後の光の分布領域の面積」とする。これにより、フィルタ係数の決定をより高速に行うことが可能となる。
【０１１０】
上記実施の形態において、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ３０）は、発明１、２、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１３、１４、１６、１７、１８、１９、２０、２２、２３、２５、２７、２８、２９、３０及び３１のいずれか１の第１光変調素子に対応する。
また、上記実施の形態において、色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）は、発明１、２、４、７、８、９、１０、１２、１３、１７、１８、１９、２０、２２、２３、２８、２９、３０及び３１のいずれか１の第２光変調素子に対応する。
【０１１１】
また、上記実施の形態において、表示制御装置２００による輝度変調ライトバルブの各画素の仮の透過率Ｔ２を決定する処理は、発明１、１１、１２及び２１のいずれか１の光伝搬特性仮決定手段に対応する。
また、上記実施の形態において、表示制御装置２００による輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１を決定する処理は、発明１、２、１２及び１３のいずれか１の第１光伝搬特性決定手段に対応する。
【０１１２】
また、上記実施の形態において、表示制御装置２００による輝度変調ライトバルブの各画素の制御値を決定する処理は、発明２又は１３の第１制御値決定手段に対応する。
また、上記実施の形態において、表示制御装置２００による輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１を制御値により補正する処理は、発明２又は１３の光伝搬特性補正手段に対応する。
【０１１３】
また、上記実施の形態において、表示制御装置２００による２次元フィルタ処理による修正用の透過率Ｔ１’を決定する処理は、発明１、２、４、７、８、１１、１２、１３、１４、１７及び１８のいずれか１の第２光伝搬特性決定手段に対応する。
また、上記実施の形態において、表示制御装置２００による色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を決定する処理は、発明１、２、１２及び１３のいずれか１の第３光伝搬特性決定手段に対応する。
【０１１４】
また、上記実施の形態において、表示制御装置２００による色変調ライトバルブの各画素の制御値を決定する処理は、発明２又は１３の第２制御値決定手段に対応する。
また、上記実施の形態において、ステップＳ１１０〜Ｓ１１４は、発明２２又は２３の第１光変調ステップに対応する。
また、上記実施の形態において、ステップＳ１１６〜Ｓ１２４は、発明２２、２３、２５、２８及び２９のいずれか１の第２光変調ステップに対応する。
【０１１５】
なお、上記実施の形態においては、液晶ライトバルブ３０，４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒとしてアクティブマトリックス型の液晶表示素子を用いて構成したが、これに限らず、液晶ライトバルブ３０，４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒ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。
【０１１６】
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ライトバルブをＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の反射型の光変調素子で構成することもできる。
また、上記実施の形態において、輝度変調ライトバルブとして透過型の液晶素子を用いているが、これに限らず、輝度自体を変調可能な光源型の変調素子（例えば、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、レーザ等）を用いても良い。
【０１１７】
また、上記実施の形態において、図３及び図５のフローチャートに示す処理を実行するにあたっては、ＲＯＭ１７２にあらかじめ格納されている制御プログラムを実行する場合について説明したが、これに限らず、これらの手順を示したプログラムが記憶された記憶媒体から、そのプログラムをＲＡＭ１７４に読み込んで実行するようにしてもよい。
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明に係る投射型表示装置１００の主たる光学構成を示す図である。
【図２】表示制御装置２００の主たる光学構成を示すブロック図である。
【図３】表示制御処理を示すフローチャートである。
【図４】トーンマッピング処理を説明するための図である。
【図５】透過率Ｔ１’決定処理を示すフローチャートである。
【図６】解像度の低下した光学像の概念を示す図である。
【図７】図７は、２次元フィルタのフィルタ係数の一例を示す図である。
【図８】輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ３０）に対する制御値登録テーブルの一例を示す図である。
【図９】色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４０Ｒ）に対する制御値登録テーブルの一例を示す図である。
【図１０】（ａ）は、２次元フィルタ処理前の輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１を示す図であり、（ｂ）は、２次元フィルタ処理後の輝度変調ライトバルブの各画素に対応する修正用の透過率Ｔ１’を示す図である。
【図１１】（ａ）は、修正用の透過率Ｔ１’の設定された複数領域と色変調ライトバルブの画素との対応関係を示す図であり、（ｂ）は、色変調ライトバルブの画素Ｐ24におけるＴ１’の加重平均を求める一例を示す図であり、（ｃ）は、色変調ライトバルブの画素Ｐ21〜Ｐ24におけるＴ１’の加重平均を求めた結果を示す図である。
【図１２】略円形の領域に設定されたフィルタ係数の一例を示す図である。
【図１３】（ａ）は、Ｔ１’の設定領域の解像度よりも色変調ライトバルブの解像度の方が高い場合の一例を示す図であり、（ｂ）は、色変調ライトバルブの解像度よりもＴ１’の設定領域の解像度の方が高い場合の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１９】
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，  １４…輝度変調部，  １４ａ…第１レンズ，  １４ｂ…第２レンズ，１６…リレーレンズ，  ２０…投射部，  ３０…液晶ライトバルブ，  １８…色変調部，  ４０，４０Ｒ〜４０Ｂ…液晶ライトバルブ，  ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ1〜４２Ｂ3…フィールドレンズ，  ４４ａ，４４ｂ…ダイクロイックミラー，  ４５…ダイクロイックプリズム，  ４６ａ〜４６ｃ…ミラー，５０ａ，５０ｂ…サブリレーレンズ，  １７０…ＣＰＵ，  １７２…ＲＯＭ，  １７４…ＲＡＭ，  １７８…Ｉ／Ｆ，  １７９…バス，  １８０…ライトバルブ駆動装置，  １８２…記憶装置，  １９９…ネットワーク，  ７００，８００Ｒ…制御値登録テーブル
【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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