(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、表示画像の輝度および画質の向上、並びに装置の小型化を実現するのに好適な光変調装置を提供する。【解決手段】  投射型表示装置１００は、光源１０と、反射率Ｔ１を独立に制御可能な複数の画素を有する反射型液晶ライトバルブ３０と、反射型液晶ライトバルブ３０の光学像を各色変調ライトバルブの画素面に結像するリレーレンズ１６と、リレーレンズ１６からの光をＲＧＢ３原色の光に分離するダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂと、ダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂで分離した光をそれぞれ入射しかつ透過率Ｔ２を独立に制御可能な複数の画素を有する複数の色変調ライトバルブと、各色変調ライトバルブからの光を合成するダイクロイックプリズム４８とを備える。【選択図】  図１
2005227477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光変調素子と、前記第１光変調素子からの光を入射する第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光源からの光を変調する装置であって、
前記第１光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記第１光変調素子と前記第２光変調素子の光路上に、前記第１光変調素子の光学像を前記第２光変調素子の受光面に結像するリレーレンズを設けたことを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
光源と、第１光変調素子と、前記第１光変調素子からの光を異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段と、前記光分離手段で分離した光をそれぞれ入射する複数の第２光変調素子と、前記各第２光変調素子からの光を合成する光合成手段とを備え、前記第１光変調素子および前記各第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１光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記第１光変調素子と前記光分離手段の光路上に、前記第１光変調素子の光学像を前記各第２光変調素子の受光面に結像するリレーレンズを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１光変調素子を反射型液晶表示素子で構成したことを特徴とする光学表示装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記第１光変調素子をＤＭＤで構成したことを特徴とする光学表示装置。
【請求項５】
第１光変調素子を介して光源からの光を変調する第１次変調ステップと、第２光変調素子を介して前記第１光変調素子からの光を変調する第２次変調ステップとを含み、前記光源からの光を変調する方法であって、
前記第１光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記第１光変調素子と前記第２光変調素子の光路において、リレーレンズを介して前記第１光変調素子の光学像を前記第２光変調素子の受光面に結像することを特徴とする光変調方法。
【請求項６】
第１光変調素子を介して光源からの光を変調する第１次変調ステップと、光を異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段を介して前記第１光変調素子からの光を分離する光分離ステップと、前記光分離手段からの各分離光ごとに、第２光変調素子を介して当該分離光を変調する第２次変調ステップと、光を合成する光合成手段を介して前記各第２光変調素子からの分離光を合成する光合成ステップとを含み、前記光源からの光を変調して画像を表示する方法であって、
前記第１光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記第１光変調素子と前記光分離手段の光路において、リレーレンズを介して前記第１光変調素子の光学像を前記各第２光変調素子の受光面に結像することを特徴とする画像表示方法。
【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する装置および方法に係り、特に、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大、表示画像の輝度および画質の向上、並びに装置の小型化を実現するのに好適な光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法に関する。
【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に開示されている技術があり、光源と、光の全波長領域の輝度を変調する第１光変調素子と、光の波長領域のうちＲＧＢ３原色の各波長領域についてその波長領域の輝度を変調する第２光変調素子とを備え、光源からの光を第１光変調素子で変調して所望の輝度分布を形成し、その光学像を第２光変調素子の画素面に結像して色変調し、２次変調した光を投射するというものがある。第１光変調素子および第２光変調素子の各画素は、ＨＤＲ表示データから決定される第１制御値および第２制御値に基づいてそれぞれ別個に制御される。光変調素子としては、透過率が独立に制御可能な画素構造またはセグメント構造を有し、二次元的な透過率分布を制御し得る透過型光変調素子が用いられる。その代表例としては、液晶ライトバルブが挙げられる。
【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】
またその他に、高い輝度ダイナミックレンジを実現する投射型表示装置としては、例えば、特許文献２に開示されている投射型表示装置が知られている。
特許文献２記載の発明は、複数の画素をライン状に配列したＤＭＤ（Digital Micromirror Device）と、ＤＭＤへ光束を照射する照明部と、入力映像信号をＤＭＤの駆動信号に変換する処理部と、ＤＭＤで光変調された光束を走査する光走査部と、光走査部からの光束をスクリーン面上に投射する投射レンズとを備え、照明部は、入力映像信号に応じて照射光量を変調する。
【特許文献１】特開２００１−１００６８９号公報
【特許文献２】特開２００１−１７４９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１８は、透過型液晶ライトバルブの各画素の画素面を示す図である。
透過型液晶ライトバルブは、画素電極を駆動するトランジスタが各画素ごとに設けられていることから、図１８に示すように、各画素における開口部（光が透過する部位をいう。）が窓状となり、開口率が１００％ではない。
したがって、特許文献１記載の発明にあっては、表示画像の輝度を確保するため、第１光変調素子の各画素の開口部の光学像を、第２光変調素子の対応する画素の開口部に正確に結像するようにアライメントしなければならず、高いアライメント精度が要求される。しかしながら、特許文献１記載の発明にあっては、第１光変調素子と第２光変調素子が離れているにもかかわらず、その間にレンズ等の結像手段が一切ないため、第１光変調素子の光学像を第２光変調素子の画素面に精度よく伝達するのが困難であり、表示画像の輝度が低下するという問題があった。
【０００９】
図１９は、反射型光変調素子の各画素の画素面を示す図である。
透過型液晶ライトバルブに対し、ＤＭＤ等の反射型光変調素子は、ミラーを駆動する駆動部等をミラーの裏面に設けることが可能であることから、図１９に示すように、各画素における開口部（光を反射する部位をいう。）の開口率をほぼ１００％にすることができる。
【００１０】
特許文献１には、第２光変調素子をＤＭＤで構成することができる旨が記載されているが、第１光変調素子と第２光変調素子の間の結像精度が高くないことから、次のような問題があった。
図２０は、特許文献１記載の投射型表示装置における第１光変調素子および第２光変調素子の光路の構成を示す図である。なお、実際の光路上には、ミラー等の他の光学素子も配置されているが、以下に述べる説明を分かりやすくするため、図２０はこれらの光学素子を省略して描いてある。
【００１１】
図２０の光学系では、フライアイレンズ１１２ａ，１１２ｂを挟んで光源側に輝度変調用の第１光変調素子１３０を配置し、フライアイレンズ１１２ａ，１１２ｂを挟んで光源の反対側に色変調用の第２光変調素子１４０を配置している。この光学系では、第１光変調素子１３０から近いフライアイレンズ１１２ａを構成する各要素レンズの光学像が第２光変調素子１４０の画素面に結像されている。そのため、所望の輝度分布を得るためには、各要素レンズごとに、この輝度分布を形成しなければならない。ところで、フライアイレンズ１１２ａ，１１２ｂは、輝度分布を均一化する目的で使用される光学素子であり、その目的においては、要素レンズの数が多いことが望まれる。すると、必然的に各要素レンズのサイズは、第２光変調素子１４０の各画素サイズに比して小さいものとなる。具体的には、１／３〜１／５程度の大きさのものが用いられる。いま、第２光変調素子１４０の画素と第１光変調素子１３０の画素を１対１に対応させることを考えると、第１光変調素子１３０の画素密度は、第２光変調素子１４０の画素密度の３〜５倍必要になる。しかしながら、現在の光変調素子（例えば、液晶ライトバルブ）は、高精細化のために微細加工技術の上限に近い画素密度を有しており、その点を考慮すると、第１光変調素子１３０で３〜５倍の画素密度を実現しようとすることは困難である。したがって、第１光変調素子１３０で形成可能な輝度分布の精度は、第２光変調素子１４０の画素密度の３〜５倍粗いものとならざるを得ない。さらに、各要素レンズの光学像は、第１光変調素子１３０から遠いフライアイレンズ１１２ｂと集光レンズ１２ｄのたかだか２枚のレンズで第２光変調素子１４０の画素面に結像されるため、十分な収差補正ができず、かなりボケの伴ったものとならざるを得ない。
【００１２】
一方、特許文献２記載の発明にあっては、光源として固体レーザや半導体レーザを利用しているため、装置が大型になるという問題があった。また、光源として半導体レーザを利用した場合は、光出力が小さいため、表示画像の輝度が低下するという問題もあった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大、表示画像の輝度および画質の向上、並びに装置の小型化を実現するのに好適な光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法を提供することを目的としている。
【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の光変調装置は、
第１光変調素子と、前記第１光変調素子からの光を入射する第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光源からの光を変調する装置であって、
前記第１光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記第１光変調素子と前記第２光変調素子の光路上に、前記第１光変調素子の光学像を前記第２光変調素子の受光面に結像するリレーレンズを設けたことを特徴とする。
【００１４】
このような構成であれば、第１光変調素子により、光源からの光を第２光変調素子に向けて反射することにより光源からの光が１次変調される。このとき、第１光変調素子の光学像は、リレーレンズを介して第２光変調素子の受光面に結像される。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。
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光変調素子を開口率の高い反射型光変調素子で構成したので、第１光変調素子と第２光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。したがって、従来に比して、表示画像の輝度が低下するのを抑制することができるという効果も得られる。さらに、リレーレンズを介して第１光変調素子の光学像を第２光変調素子の受光面に結像するので、第１光変調素子の光学像を第２光変調素子の受光面に比較的精度よく結像することができるとともに、第１光変調素子の受光面を小さくしなくてすむことから比較的高精度な変調を行うことができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができるという効果も得られる。さらに、光源として固体レーザや半導体レーザを利用しなくてもすむので、従来に比して、装置の小型化を図ることができるという効果も得られる。
【００１５】
ここで、光源は、光を発生する媒体であればどのようなものを利用することもでき、例えば、ランプのような光学系に内蔵の光源であってもよいし、太陽や室内灯のような外界の光源であってもよい。以下、発明５の光変調方法において同じである。
また、第１光変調素子は、光を反射する素子であればどのような構成であってもよく、構造としては、例えば、単一の光変調素子からなる単板式のものであってもよいし、複数の光変調素子からなる多板式のものであってもよい。また、機能としては、例えば、光の全波長領域の輝度を変調するようになっていてもよいし、光の波長領域のうち異なる複数の特定波長領域についてその特定波長領域の輝度を変調するようになっていてもよい。以下、発明２の光学表示装置、発明５の光変調方法、および発明６の画像表示方法において同じである。
【００１６】
また、第２光変調素子は、光を変調する素子であればどのような構成であってもよく、構造としては、例えば、単一の光変調素子からなる単板式のものであってもよいし、複数の光変調素子からなる多板式のものであってもよい。また、機能としては、例えば、光の全波長領域の輝度を変調するようになっていてもよいし、光の波長領域のうち異なる複数の特定波長領域についてその特定波長領域の輝度を変調するようになっていてもよい。以下、発明５の光変調方法において同じである。
【００１７】
〔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、第１光変調素子と、前記第１光変調素子からの光を異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段と、前記光分離手段で分離した光をそれぞれ入射する複数の第２光変調素子と、前記各第２光変調素子からの光を合成する光合成手段とを備え、前記第１光変調素子および前記各第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１光変調素子を反射型光変調素子で構成し、
前記第１光変調素子と前記光分離手段の光路上に、前記第１光変調素子の光学像を前記各第２光変調素子の受光面に結像するリレーレンズを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光変調素子により、光源からの光を第２光変調素子に向けて反射することにより光源からの光が１次変調される。次いで、光分離手段により、第１光変調素子からの光が複数の特定波長領域の光に分離され、分離された光がそれぞれ各第２光変調素子に入射される。このとき、第１光変調素子の光学像は、リレーレンズを介して各第２光変調素子の受光面に結像される。そして、各第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、光合成手段により、各第２光変調素子からの光が合成されて画像が表示される。
【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光変調素子を開口率の高い反射型光変調素子で構成したので、第１光変調素子と第２光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。したがって、従来に比して、表示画像の輝度が低下するのを抑制することができるという効果も得られる。さらに、リレーレンズを介して第１光変調素子の光学像を各第２光変調素子の受光面に結像するので、第１光変調素子の光学像を各第２光変調素子の受光面に比較的精度よく結像することができるとともに、第１光変調素子の受光面を小さくしなくてすむことから比較的高精度な変調を行うことができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができるという効果も得られる。さらに、光源として固体レーザや半導体レーザを利用しなくてもすむので、従来に比して、装置の小型化を図ることができるという効果も得られる。
【００２０】
ここで、特定波長領域は、ＲＧＢ３原色ごとに設定するに限らず、必要に応じて任意に設定することができる。ただし、ＲＧＢ３原色ごとに設定すれば、既存の液晶ライトバルブ等をそのまま利用することができ、コスト面で有利である。以下、発明６の画像表示方法において同じである。
〔発明３〕  さらに、発明３の光学表示装置は、発明２の光学表示装置において、
前記第１光変調素子を反射型液晶表示素子で構成したことを特徴とする。
【００２１】
このような構成であれば、第１光変調素子を開口率の高い反射型液晶表示素子で構成したので、第１光変調素子と第２光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。また、第１光変調素子と第２光変調素子の間の光伝達において偏光特性を保持することができる。したがって、表示画像の輝度が低下するのをさらに抑制することができるという効果が得られる。
【００２２】
〔発明４〕  さらに、発明４の光学表示装置は、発明２の光学表示装置において、
前記第１光変調素子をＤＭＤで構成したことを特徴とする。
このような構成であれば、第１光変調素子を開口率の高いＤＭＤで構成したので、第１光変調素子と第２光変調素子の間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができるという効果が得られる。また、第１光変調素子をディジタル駆動することができるという効果も得られる。
【００２３】
〔発明５〕  一方、上記目的を達成するために、発明５の光変調方法は、
第１光変調素子を介して光源からの光を変調する第１次変調ステップと、第２光変調素子を介して前記第１光変調素子からの光を変調する第２次変調ステップとを含み、前記光源からの光を変調する方法であって、
前記第１光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記第１光変調素子と前記第２光変調素子の光路において、リレーレンズを介して前記第１光変調素子の光学像を前記第２光変調素子の受光面に結像することを特徴とする。
これにより、発明１の光変調装置と同等の効果が得られる。
【００２４】
〔発明６〕  一方、上記目的を達成するために、発明６の画像表示方法は、
第１光変調素子を介して光源からの光を変調する第１次変調ステップと、光を異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段を介して前記第１光変調素子からの光を分離する光分離ステップと、前記光分離手段からの各分離光ごとに、第２光変調素子を介して当該分離光を変調する第２次変調ステップと、光を合成する光合成手段を介して前記各第２光変調素子からの分離光を合成する光合成ステップとを含み、前記光源からの光を変調して画像を表示する方法であって、
前記第１光変調素子は、反射型光変調素子であり、
前記第１光変調素子と前記光分離手段の光路において、リレーレンズを介して前記第１光変調素子の光学像を前記各第２光変調素子の受光面に結像することを特徴とする。
これにより、発明２の光学表示装置と同等の効果が得られる。
【００２５】
〔発明７〕  さらに、発明７の画像表示方法は、発明６の画像表示方法において、
前記第１光変調素子は、反射型液晶表示素子であることを特徴とする。
これにより、発明３の光学表示装置と同等の効果が得られる。
【００２６】
〔発明８〕  さらに、発明８の画像表示方法は、発明６の画像表示方法において、
前記第１光変調素子は、ＤＭＤであることを特徴とする。
これにより、発明４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】
【００２７】
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１２は、本発明に係る光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、本発明に係る光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法を、図１に示すように、投射型表示装置１００に適用したものである。
【００２８】
まず、投射型表示装置１００の構成を図１を参照しながら説明する。
図１は、投射型表示装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。
投射型表示装置１００は、図１に示すように、光源１０と、光源１０から入射した光の輝度分布を均一化する輝度分布均一化部１２と、輝度分布均一化部１２から入射した光の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とで構成されている。
【００２９】
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。
輝度変調部１４は、反射率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列した反射型液晶ライトバルブ３０と、Ｐ偏光を透過しかつＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ３２と、反射型液晶ライトバルブ３０のコントラスト特性を向上させるためのλ／４板からなる偏光変換素子３４とで構成されている。まず、輝度分布均一化部１２からの光束のうちＰ偏光成分を偏光ビームスプリッタ３２および偏光変換素子３４を介して反射型液晶ライトバルブ３０に入射し、入射した光の全波長領域の輝度を反射型液晶ライトバルブ３０により変調して反射する。そして、反射した光を偏光変換素子３４を介して偏光ビームスプリッタ３２に入射し、入射した光束のうちＳ偏光成分（第１の光変調を受けた輝度変調光）を偏光ビームスプリッタ３２を介してリレーレンズ１６に出射する。
【００３０】
反射型液晶ライトバルブ３０は、表面上に反射画素電極をマトリクス状に形成したシリコン基板と、透明電極を形成した透明基板をスペーサーを介して対向配置し、その間に液晶を封入して構成されている。シリコン基板には、反射画素電極を駆動するための駆動回路も形成されている。これら２つの基板の表面には、液晶を所定の方向に配向するための配向膜が形成されている。反射型液晶ライトバルブ３０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。
【００３１】
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反射型液晶ライトバルブ３０よりも高い解像度を有する３枚の透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂと、５枚のフィールドレンズ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ1〜４２Ｂ3と、２枚のダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂと、３枚のミラー４６ａ，４６ｂ，４６ｃと、ダイクロイックプリズム４８と、それぞれ複数のレンズからなる２対のサブリレーレンズ５０ａ，５０ｂとで構成されている。まず、リレーレンズ１６からの光をダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂにより赤色、緑色および青色のＲＧＢ３原色に分光するとともに、フィールドレンズ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ1〜４２Ｂ3およびミラー４６ａ〜４６ｃを介して透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂに入射する。そして、分光したＲＧＢ３原色の光の輝度を各透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂにより変調し、変調したＲＧＢ３原色の光をダイクロイックプリズム４８により合成して投射部２０に出射する。
【００３２】
ここで、リレーレンズ１６によって形成される反射型液晶ライトバルブ３０の光学像は、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ上に倒立光学像として結像するが、透過型液晶ライトバルブ４０Ｂへの光路は、透過型液晶ライトバルブ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から透過型液晶ライトバルブ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反射型液晶ライトバルブ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透過型液晶ライトバルブ４０Ｂの画素面に倒立光学像として結像する。
【００３３】
透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂは、画素電極およびこれを駆動するための薄膜トランジスタ素子や薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間にＴＮ型液晶を挟み込むとともに、外面に偏光板を配置したアクティブマトリックス型の液晶表示素子である。透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂは、電圧非印加状態で白／明（透過）状態、電圧印加状態で黒／暗（非透過）状態となるノーマリーホワイトモードまたはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。
【００３４】
ダイクロイックプリズム４８は、４つの直角プリズムを貼り合わせてなり、その内部には、赤色光を反射する誘電体多層膜および青色光を反射する誘電体多層膜が断面Ｘ字状に形成されている。これら誘電体多層膜によってＲＧＢ３原色の光を合成することができる。
輝度分布均一化部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により輝度変調ライトバルブの入射可能偏光方向（Ｐ偏光方向）に偏光し、偏光した光を集光レンズ１２ｄにより集光して輝度変調部１４に出射する。
【００３５】
偏光変換素子１２ｃは、例えば、ＰＢＳアレイと、１／２波長板とで構成されている。１／２波長板は、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。
【００３６】
図２は、リレーレンズ１６の構成を示す図である。
リレーレンズ１６は、反射型液晶ライトバルブ３０の光学像を各透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂの画素面に結像するものであって、図２に示すように、開口絞りに対してほぼ対称に配置された前段レンズ群および後段レンズ群からなる等倍結像レンズである。前段レンズ群および後段レンズ群は、複数の凸レンズと、１枚の凹レンズとで構成されている。ただし、レンズの形状、大きさ、配置間隔および枚数、テレセントリック性、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更され得るものであり、図２の例に限定されるものではない。なお、リレーレンズ１６を両側テレセントリックに構成する場合は、フィールドレンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ3を省略することが可能である。また、図２のレンズ構成は、サブリレーレンズ５０ａ，５０ｂの構成にも同様に適用することができる。
【００３７】
図３は、リレーレンズ１６の動作原理を示す図である。
リレーレンズ１６は、図３に示すように、典型的には等倍結像のものが用いられるので、反射型液晶ライトバルブ３０および透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂの画素密度を同一としても、反射型液晶ライトバルブ３０の画素と透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂの画素を１対１に対応させることができる。また、リレーレンズ１６は、多数枚のレンズから構成されるので、収差補正が良く、反射型液晶ライトバルブ３０で形成される輝度分布を正確に透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂに伝達することができる。
【００３８】
一方、投射型表示装置１００は、反射型液晶ライトバルブ３０および透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂを制御する表示制御装置２００（不図示）を有している。以下、反射型液晶ライトバルブ３０を輝度変調ライトバルブと総称し、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂを色変調ライトバルブと総称する。また、本実施の形態では、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。
【００３９】
次に、表示制御装置２００の構成を図４ないし図８を参照しながら詳細に説明する。
図４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４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。
【００４０】
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ライトバルブを駆動するライトバルブ駆動装置８０と、データやテーブル等をファイルとして格納する記憶装置８２と、外部のネットワーク１９９に接続するための信号線とが接続されている。
記憶装置８２は、ＨＤＲ表示データを記憶している。
ＨＤＲ表示データは、従来のｓＲＧＢ等の画像フォーマットでは実現できない高い輝度ダイナミックレンジを実現することができる画像データであり、画素の輝度レベルを示す画素値を画像の全画素について格納している。現在は、特にＣＧの世界において、ＣＧオブジェクトを実際の風景に合成するために用いられている。画像形式としては様々なものが存在するが、従来のｓＲＧＢ等の画像フォーマットよりも高い輝度ダイナミックレンジを実現するために浮動小数点形式で画素値を格納する形式が多い。また、格納する値としては、人間の視覚特性を考慮しない物理的な放射輝度（Radiance＝Ｗ／（ｓｒ・ｍ2））や、人間の視覚特性を考慮した輝度（luminance＝ｃｄ／ｍ2）に関する値であるという点も特徴である。本実施の形態では、ＨＤＲ表示データとして、１つの画素についてＲＧＢ３原色ごとに放射輝度レベルを示す画素値を浮動小数点値として格納した形式を用いる。例えば、１つの画素の画素値として（１．２，５．４，２．３）という値が格納されている。
【００４１】
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。
【００４２】
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に対応する画素の反射率をＴ１、色変調ライトバルブの画素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。
【００４３】
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。
輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブ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が色変調ライトバルブの複数の画素にまたがって結像されたり、また逆に、色変調ライトバルブの１つの画素ｐ２について画素ｐ２上に輝度変調ライトバルブの複数の画素が重なって結像されたりする。ここで、輝度変調ライトバルブの画素ｐ１について反射率Ｔ１を算出する場合、色変調ライトバルブ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ライトバルブの画素ｐ１に対応する画素の透過率Ｔ２と見立てて、上式（１），（２）により反射率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ライトバルブの透過率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反射率Ｔ１の方を先に決定する場合でも、色変調ライトバルブの透過率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ライトバルブ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。
【００４４】
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、色変調ライトバルブの透過率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の反射率Ｔ１は、色変調ライトバルブ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、その反射率Ｔ１は、色変調ライトバルブ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、色変調ライトバルブの画素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反射率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ライトバルブ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、色変調ライトバルブの透過率Ｔ２の誤差の方が大きくなる可能性が高い。
【００４５】
逆の場合も同様であり、輝度変調ライトバルブの反射率Ｔ１の方を先に決定する場合は、輝度変調ライトバルブの反射率Ｔ１の誤差の方が大きくなる可能性が高い。
以上のことから、画質を向上する観点からは、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブのうち表示解像度を決定するものの反射率または透過率（以下、反射率等という。）の方を後に決定する方が誤差の影響が少なくてよいという結論が得られる。本実施の形態では、色変調ライトバルブが表示解像度を決定するので、色変調ライトバルブの透過率Ｔ２の方を後に決定する。
【００４６】
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。
図５は、制御値登録テーブル４００のデータ構造を示す図である。
制御値登録テーブル４００には、図５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反射率を登録したフィールドとを含んで構成されている。
【００４７】
図５の例では、第１段目のレコードには、制御値として「０」が、反射率として「０．００３」がそれぞれ登録されている。これは、輝度変調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反射率が０．３％となることを示している。なお、図５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。
【００４８】
また、記憶装置８２は、各色変調ライトバルブごとに、その色変調ライトバルブの制御値を登録した制御値登録テーブル４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂを記憶している。
図６は、制御値登録テーブル４２０Ｒのデータ構造を示す図である。
制御値登録テーブル４２０Ｒには、図６に示すように、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒの各制御値ごとに１つのレコードが登録されている。各レコードは、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒの制御値を登録したフィールドと、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒの透過率を登録したフィールドとを含んで構成されている。
【００４９】
図６の例では、第１段目のレコードには、制御値として「０」が、透過率として「０．００４」がそれぞれ登録されている。これは、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒに対して制御値「０」を出力すると、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒの透過率が０．４％となることを示している。なお、図６は、色変調ライトバルブの階調数が４ビット（０〜１５値）である場合の例を示したが、実際には、色変調ライトバルブの階調数に相当するレコードが登録される。例えば、階調数が８ビットである場合は、２５６個のレコードが登録される。
【００５０】
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、同一の制御値に対応する透過率が異なる点である。
次に、ＣＰＵ７０の構成およびＣＰＵ７０で実行される処理を説明する。
ＣＰＵ７０は、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）等からなり、ＲＯＭ７２の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図７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。
【００５１】
図７は、表示制御処理を示すフローチャートである。
表示制御処理は、ＨＤＲ表示データに基づいて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、ＣＰＵ７０において実行されると、図７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。
【００５２】
ステップＳ１００では、ＨＤＲ表示データを記憶装置８２から読み出す。
次いで、ステップＳ１０２に移行して、読み出したＨＤＲ表示データを解析し、画素値のヒストグラムや、輝度レベルの最大値、最小値および平均値等を算出する。この解析結果は、暗めのシーンを明るくしたり、明るすぎるシーンを暗くしたり、中間部コントラストを協調するなどの自動画像補正に使用したり、トーンマッピングに使用したりするためである。
【００５３】
次いで、ステップＳ１０４に移行して、ステップＳ１０２の解析結果に基づいて、ＨＤＲ表示データの輝度レベルを投射型表示装置１００の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングする。
図８は、トーンマッピング処理を説明するための図である。
ＨＤＲ表示データを解析した結果、ＨＤＲ表示データに含まれる輝度レベルの最小値がＳｍｉｎで、最大値がＳｍａｘであるとする。また、投射型表示装置１００の輝度ダイナミックレンジの最小値がＤｍｉｎで、最大値がＤｍａｘであるとする。図８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。
【００５４】
なお、トーンマッピングの詳細については、例えば、公知文献２「F.Drago, K.Myszkowski, T.Annen, N.Chiba, "Adaptive Logarithmic Mapping For Displaying High Contrast Scenes", Eurographics 2003, (2003)」に掲載されている。
次いで、ステップＳ１０６に移行して、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）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。
【００５５】
次いで、ステップＳ１０８に移行して、リサイズ画像の各画素の輝度レベルＲｐおよび光源１０の輝度Ｒｓに基づいて、上式（１）により、リサイズ画像の各画素ごとに光変調率Ｔｐを算出する。
次いで、ステップＳ１１０に移行して、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を仮決定する。
【００５６】
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、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率Ｔ１’を算出する。ここで、色変調ライトバルブが３枚の透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂから構成されていることから、同一の画素についてＲＧＢ３原色ごとに反射率Ｔ１’が算出される。これに対し、輝度変調ライトバルブが１枚の反射型液晶ライトバルブ３０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。
【００５７】
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ライトバルブの画素について算出した反射率Ｔ１’の重み付け平均値をその画素の反射率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。
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反射率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、算出した反射率Ｔ１に最も近似する反射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反射率に対応する制御値を読み出す。この検索は、例えば、２分探索法を用いて行うことにより高速な検索を実現する。
【００５８】
次いで、ステップＳ１１８に移行して、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率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。
【００５９】
次いで、ステップＳ１２０に移行して、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素について算出した透過率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。
【００６０】
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。
次に、本実施の形態の動作を図９ないし図１２を参照しながら説明する。
以下では、色変調ライトバルブはいずれも、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、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブの図はいずれも、光源１０側から見たものである。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
図９は、色変調ライトバルブの透過率Ｔ２を仮決定する場合を示す図である。
次いで、ステップＳ１１０を経て、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。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ｐ２１〜ｐ２４の透過率Ｔ２には、図９に示すように、初期値Ｔ２０が与えられる。
【００６４】
図１０は、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率Ｔ１’を算出する場合を示す図である。
次いで、ステップＳ１１２を経て、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率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反射率Ｔ１１〜Ｔ１４は、図１０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。
【００６５】
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。
Ｔ１１  ＝  Ｔｐ１／Ｔ２０                                            …（３）
Ｔ１２  ＝  Ｔｐ２／Ｔ２０                                            …（４）
Ｔ１３  ＝  Ｔｐ３／Ｔ２０                                            …（５）
Ｔ１４  ＝  Ｔｐ４／Ｔ２０                                            …（６）
図１１は、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率Ｔ１を決定する場合を示す図である。
【００６６】
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反射率Ｔ１が決定される。輝度変調ライトバルブの左上４区画の画素をｐ１１（左上）、ｐ１２（右上）、ｐ１３（左下）、ｐ１４（右下）とした場合、画素ｐ１１は、図１１（ａ）に示すように、色変調ライトバルブ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。色変調ライトバルブの解像度が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１１（ｂ）に示すように、２５：５：５：１となる。したがって、画素ｐ１１の反射率Ｔ１５は、図１１（ｃ）に示すように、下式（７）により算出することができる。
【００６７】
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。
Ｔ１５＝（Ｔ１１×２５＋Ｔ１２×５＋Ｔ１３×５＋Ｔ１４×１）／３６  …（７）
画素ｐ１２〜ｐ１４の反射率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。
【００６８】
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反射率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５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。
【００６９】
図１２は、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を決定する場合を示す図である。
次いで、ステップＳ１１８を経て、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２が決定される。画素ｐ２４は、図１２（ａ）に示すように、色変調ライトバルブ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。色変調ライトバルブの解像度が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１２（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反射率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１２（ｃ）に示すように、下式（９）により算出することができる。
【００７０】
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。
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。
【００７１】
次いで、ステップＳ１２０を経て、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素について算出された透過率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、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ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６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。
【００７２】
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ライトバルブがそれぞれ駆動し、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブの画素面に光学像が形成される。
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、ダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂにより、輝度変調ライトバルブからの光がＲＧＢ３原色の光に分離され、分離された光がそれぞれ各色変調ライトバルブに入射される。このとき、輝度変調ライトバルブの光学像は、リレーレンズ１６を介して各色変調ライトバルブの画素面に結像される。そして、各色変調ライトバルブにより、リレーレンズ１６からの光がそれぞれ２次変調され、ダイクロイックプリズム４８により、各色変調ライトバルブからの光が合成されて画像が表示される。
【００７３】
このようにして、本実施の形態では、光源１０と、反射率Ｔ１を独立に制御可能な複数の画素を有する反射型液晶ライトバルブ３０と、反射型液晶ライトバルブ３０の光学像を各色変調ライトバルブの画素面に結像するリレーレンズ１６と、リレーレンズ１６からの光をＲＧＢ３原色の光に分離するダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂと、ダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂで分離した光をそれぞれ入射しかつ透過率Ｔ２を独立に制御可能な複数の画素を有する複数の色変調ライトバルブと、各色変調ライトバルブからの光を合成するダイクロイックプリズム４８とを備える。
【００７４】
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを介して光源１０からの光を変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができる。
また、輝度変調ライトバルブを開口率の高い反射型液晶ライトバルブ３０で構成したので、輝度変調ライトバルブと色変調ライトバルブの間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。また、輝度変調ライトバルブと色変調ライトバルブの間の光伝達において偏光特性を保持することができる。したがって、従来に比して、表示画像の輝度が低下するのを抑制することができる。
【００７５】
さらに、リレーレンズ１６を介して輝度変調ライトバルブの光学像を各色変調ライトバルブの画素面に結像するので、輝度変調ライトバルブの光学像を各色変調ライトバルブの画素面に比較的精度よく結像することができるとともに、輝度変調ライトバルブの画素面を小さくしなくてすむことから比較的高精度な変調を行うことができる。したがって、従来に比して、画質が劣化する可能性を低減することができる。
【００７６】
さらに、光源１０として固体レーザや半導体レーザを利用しなくてもすむので、従来に比して、装置の小型化を図ることができる。
さらに、本実施の形態では、各色変調ライトバルブまでの複数の光路のうち光路長が最も大きい光路上に、輝度変調ライトバルブの光学像をその光路に対応する色変調ライトバルブの画素面に結像するサブリレーレンズ５０ａ，５０ｂおよびフィールドレンズ４２Ｂ2を設けた。
【００７７】
これにより、図１に示すように、各色変調ライトバルブまでの光路長が異なる構造を採用しても、輝度変調ライトバルブの光学像を色変調ライトバルブの画素面に比較的精度よく結像することができる。
さらに、本実施の形態では、サブリレーレンズ５０ａを介してフィールドレンズ４２Ｂ2に結像される輝度変調ライトバルブの正立光学像がサブリレーレンズ５０ｂを介して色変調ライトバルブの画素面に倒立光学像として結像されるように、サブリレーレンズ５０ａ，５０ｂおよびフィールドレンズ４２Ｂ2を配置した。
【００７８】
これにより、輝度変調ライトバルブの光学像をほぼ同一の輝度分布で各色変調ライトバルブの画素面に結像することができる。
さらに、本実施の形態では、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブは、液晶ライトバルブである。
これにより、既存の光学部品を利用することができるので、コストの上昇をさらに抑えることができる。
【００７９】
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。
これにより、輝度ムラが生じる可能性を低減することができる。
さらに、本実施の形態では、輝度分布均一化部１２は、光源１０からの光を輝度変調ライトバルブの入射可能偏光方向に偏光する偏光変換素子１２ｃを有する。
【００８０】
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。
さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブの各画素の透過率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反射率Ｔ１を決定し、決定した反射率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、決定した反射率Ｔ１およびＨＤＲ表示データに基づいて色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を決定し、決定した透過率Ｔ２に基づいて色変調ライトバルブの各画素の制御値を決定するようになっている。
【００８１】
これにより、表示解像度を決定する色変調ライトバルブの透過率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。
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、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率Ｔ１’を算出し、算出した反射率Ｔ１’に基づいて輝度変調ライトバルブの各画素の反射率Ｔ１を算出するようになっている。
【００８２】
輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブ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反射率Ｔ１を直接算出するよりも、一旦、仮決定された透過率Ｔ２に基づいて色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率Ｔ１’を算出してから、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率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ライトバルブ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反射率Ｔ１を比較的簡単に算出することができる。
【００８３】
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ライトバルブの画素について算出した反射率Ｔ１’に基づいて、その画素の反射率Ｔ１を算出するようになっている。
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブ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反射率Ｔ１が、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素の透過率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反射率Ｔ１をさらに簡単に算出することができる。
【００８４】
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ライトバルブの画素について算出した反射率Ｔ１’の重み付け平均値を、その画素の反射率Ｔ１として算出するようになっている。
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブ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反射率Ｔ１が、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素の透過率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反射率Ｔ１をさらに簡単に算出することができる。
【００８５】
さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率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。
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調ライトバルブの各画素の透過率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反射率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、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を比較的簡単に算出することができる。
【００８６】
さらに、本実施の形態では、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率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。
これにより、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブがそれぞれ異なる解像度を有する場合に、色変調ライトバルブの各画素の透過率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反射率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、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２をさらに簡単に算出することができる。
【００８７】
さらに、本実施の形態では、１段目の光変調素子として輝度変調ライトバルブを、２段目の光変調素子として色変調ライトバルブをそれぞれ利用するようになっている。
これにより、従来の投射型表示装置に光変調素子を１つだけ追加すればよいので、投射型表示装置１００を比較的容易に構成することができる。
上記実施の形態において、反射型液晶ライトバルブ３０は、発明１ないし３、５ないし７の第１光変調素子、発明１、２、５若しくは６の反射型光変調素子、または発明３若しくは７の反射型液晶表示素子に対応し、色変調ライトバルブは、発明１、２、５または６の第２光変調素子に対応している。また、ダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂは、発明２または６の光分離手段に対応し、ダイクロイックプリズム４８は、発明２または６の光合成手段に対応している。
【００８８】
なお、上記実施の形態においては、輝度変調ライトバルブを反射型液晶ライトバルブ３０で構成したが、これに代えて、図１３および図１４に示すように、輝度変調ライトバルブをＤＭＤ３６で構成することもできる。
図１３は、ＤＭＤ３６を利用して投射型表示装置１００を構成した場合を示す図である。
【００８９】
投射型表示装置１００は、図１３に示すように、光源１０、輝度分布均一化部１２、輝度変調部１４、リレーレンズ１６、色変調部１８および投射部２０で構成されている。
輝度変調部１４は、反射率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列したＤＭＤ３６で構成されている。ＤＭＤ３６は、リレーレンズ１６に対して正面に配置し、光源１０および輝度分布均一化部１２は、所定の入射角で光が入射するようにＤＭＤ３６に対して斜め（オフアクシス）に配置されている。
【００９０】
ＤＭＤ３６は、ミラーとして光束の反射方向を制御すること、言い換えると、光の通過状態または遮断状態をスイッチする時間制御によって変調を行うものである。ＤＭＤ３６の各画素を所定のフレーム単位で制御する場合、例えば、１フレームの半分の時間だけリレーレンズ１６に向けて入射光を反射するように制御すれば、画素の輝度は１／２となる。したがって、液晶ライトバルブで構成した場合に必要とされる偏光ビームスプリッタ３２および偏光変換素子３４等が不要であるため、その分の光量ロスが少なくなる。
【００９１】
図１４は、ＤＭＤ３６を利用して投射型表示装置１００を構成した場合を示す図である。
投射型表示装置１００は、図１４に示すように、光源１０、輝度分布均一化部１２、輝度変調部１４、リレーレンズ１６、色変調部１８および投射部２０で構成されている。
輝度変調部１４は、反射率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列したＤＭＤ３６と、ＴＩＲプリズム３８とで構成されている。ＤＭＤ３６は、リレーレンズ１６に対して正面に配置し、光源１０および輝度分布均一化部１２は、ＴＩＲプリズム３８を介して所定の入射角で光が入射するようにＤＭＤ３６に対して斜め（オフアクシス）に配置されている。まず、輝度分布均一化部１２からの光をＴＩＲプリズム３８で反射してＤＭＤ３６に入射し、入射した光の全波長領域の輝度をＤＭＤ３６により変調して反射する。そして、反射した光束のうち所定の成分をＴＩＲプリズム３８を介してリレーレンズ１６に出射する。輝度分布均一化部１２とＤＭＤ３６の間には、ＴＩＲプリズム３８が配置されているが、ＴＩＲプリズム３８は、ＤＭＤ３６を用いた光学系のコントラスト特性を向上させるために用いられるものであり、色変調ライトバルブとＤＭＤ３６の結像関係には影響を及ぼさない。
【００９２】
これにより、輝度変調ライトバルブを開口率の高いＤＭＤ３６で構成したので、輝度変調ライトバルブと色変調ライトバルブの間のアライメント精度が高くなくても、表示画像の輝度をある程度確保することができる。また、輝度変調ライトバルブをディジタル駆動することができる。
また、上記実施の形態においては、輝度変調ライトバルブからの光をＲＧＢ３原色の光に分離する構成を採用したため、ダイクロイックミラー４２ｂから透過型液晶ライトバルブ４０Ｂまでの光路上に、サブリレーレンズ５０ａ，５０ｂおよびフィールドレンズ４２Ｂ2を設けて構成したが、これに限らず、図１５に示すように、輝度変調ライトバルブからの光をＲＧＢ３原色のうち２原色の光に分離する構成を採用した場合は、サブリレーレンズ５０ａ，５０ｂおよびフィールドレンズ４２Ｂ2を設ける必要はない。
【００９３】
図１５は、投射型表示装置１００の他のハードウェア構成を示すブロック図である。
投射型表示装置１００は、図１５に示すように、光源１０、輝度分布均一化部１２、輝度変調部１４、リレーレンズ１６、色変調部１８および投射部２０で構成されている。
色変調部１８は、２枚の透過型液晶ライトバルブ４０ＲＢ，４０Ｇと、２枚のフィールドレンズ４２ＲＢ，４２Ｇと、１枚のダイクロイックミラー４４ａと、２枚のミラー４６ａ，４６ｂと、ダイクロイックプリズム４８とで構成されている。まず、リレーレンズ１６からの光をダイクロイックミラー４４ａによりＲＧＢ２原色（赤色および青色）とＲＧＢ単原色（緑色）に分光するとともに、フィールドレンズ４２ＲＢ，４２Ｇおよびミラー４６ａ，４６ｂを介して透過型液晶ライトバルブ４０ＲＢ，４０Ｇに入射する。そして、分光したＲＧＢ２原色および単原色の光の輝度を各透過型液晶ライトバルブ４０ＲＢ，４０Ｇにより変調し、変調したＲＧＢ３原色の光をダイクロイックプリズム４８により集光して投射部２０に出射する。
【００９４】
これにより、サブリレーレンズ５０ａ，５０ｂ、フィールドレンズ４２Ｂ1〜４２Ｂ3および透過型液晶ライトバルブ４０Ｂを設けなくてすむので、製造コストを低減することができる。
また、上記実施の形態においては、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂとしてアクティブマトリックス型の液晶表示素子を用いて構成したが、これに限らず、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂとしてパッシブマトリックス型の液晶表示素子およびセグメント型の液晶表示素子を用いて構成することもできる。アクティブマトリックス型の液晶表示は、精密な階調表示ができるという利点があり、パッシブマトリックス型の液晶表示素子およびセグメント型の液晶表示素子は、安価に製造できるという利点を有する。
【００９５】
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枚の反射型液晶ライトバルブ３０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反射率が登録されている。しかしながら、ＲＧＢ３原色のそれぞれの波長については、必ずしも登録されている反射率とはならない。
【００９６】
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反射率を測定し、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反射率Ｔ１をＲＧＢ３原色ごとに決定し、Ｒについて算出した反射率Ｔ１に最も近似する反射率を制御値登録テーブル４００Ｒのなかから検索し、検索により索出した反射率に対応する制御値を読み出す。同様に、Ｇについて算出した反射率Ｔ１およびＢについて算出した反射率Ｔ１に基づいて制御値登録テーブル４００Ｇ，４００Ｂから該当の制御値を読み出す。そして、輝度変調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。
【００９７】
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ライトバルブの画素のＲＧＢ３原色ごとの反射率に対して比較的適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。
また、上記実施の形態においては、色変調ライトバルブを、表示解像度を決定する光変調素子として構成したが、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、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１（先に決定される光変調素子の反射率等をＴ１とする。）を決定してから、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率Ｔ２（後に決定される光変調素子の反射率等をＴ２とする。）を決定する。また、上記と同様に、ＲＧＢ３原色ごとに制御値登録テーブル４００Ｒ〜４００Ｂを用意し、制御値登録テーブル４００Ｒ〜４００Ｂに基づいて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。
【００９８】
具体的には、輝度変調ライトバルブの各画素の反射率Ｔ２をＲＧＢ３原色ごとに決定し、Ｒについて算出した反射率Ｔ２に最も近似する反射率を制御値登録テーブル４００Ｒのなかから検索し、検索により索出した反射率に対応する制御値を読み出す。同様に、Ｇについて算出した反射率Ｔ２およびＢについて算出した反射率Ｔ２に基づいて制御値登録テーブル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。
【００９９】
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ライトバルブの画素のＲＧＢ３原色ごとの反射率に対して比較的適切な値となるので、画質が劣化する可能性をさらに低減することができる。
また、上記実施の形態においては、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決定するように構成したが、通常の各色８ビットＲＧＢ画像データを利用する場合、通常のＲＧＢ画像データの０〜２５５という値は、輝度の物理量ではなくあくまで相対的な０〜２５５という値である。そのため、通常のＲＧＢ画像データに基づいて本発明の表示装置の表示を行うためには、通常のＲＧＢ画像から、表示すべき物理的な輝度Ｒｐまたは表示装置全体の反射率等Ｔｐを決めなければいけない。
【０１００】
図１６は、入力値登録テーブル４４０のデータ構造を示す図である。
そのために、図１６の入力値登録テーブル４４０を用いれば、通常のＲＧＢ画像の０〜２５５という入力値から物理的な反射率等Ｔｐへの変換を行うことができ、かつ、このテーブルの反射率等Ｔｐの設定の仕方によって簡単に通常のＲＧＢ画像に対する表示の見た目（階調特性）を変更することが可能となる。このテーブルにおける反射率等Ｔｐは、上式（２）におけるＴｐであるため、この値が決定されれば後は、上記実施の形態と同様の処理を行うことにより、複数の光変調素子の反射率Ｔ１および透過率Ｔ２が決定され表示が行える。
【０１０１】
図１７は、入力値登録テーブル４６０のデータ構造を示す図である。
図１７の入力値登録テーブル４６０は、反射率等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反射率Ｔ１および透過率Ｔ２が決定され表示が行える。
【０１０２】
また、上記実施の形態においては、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率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、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調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反射率Ｔ１tableを制御値登録テーブル４００から読み出し、読み出した反射率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。
【０１０３】
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反射率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、反射率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反射率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。
【０１０４】
また、上記実施の形態においては、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率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、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した反射率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。
【０１０５】
また、上記実施の形態において、色変調ライトバルブを透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂで構成したが、これに限らず、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子であればどのようなものでも利用することができる。ここで、光伝搬特性とは、光の伝搬に影響を与える特性をいい、例えば、光の透過特性、反射特性、屈折特性その他の伝搬特性が含まれる。
【０１０６】
また、上記実施の形態においては、説明を簡単にするため、画素数および階調数が小さい光変調素子を用いているが、画素数および階調数が大きい光変調素子を用いる場合においても上記実施の形態と同様に処理することができる。
また、上記実施の形態においては、説明を簡単にするため、ゲインＧ＝１．０と設定したが、ハードウェア構成によっては、ゲインＧ＝１．０ではなくなる。また、実際の計算コストを考えたときには、ゲインＧの影響を含んだかたちで制御値および反射率等を制御値登録テーブルに登録しておく方とよい。
【０１０７】
また、上記実施の形態において、図７のフローチャートに示す処理を実行するにあたっては、ＲＯＭ７２にあらかじめ格納されている制御プログラムを実行する場合について説明したが、これに限らず、これらの手順を示したプログラムが記憶された記憶媒体から、そのプログラムをＲＡＭ７４に読み込んで実行するようにしてもよい。
ここで、記憶媒体とは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体記憶媒体、ＦＤ、ＨＤ等の磁気記憶型記憶媒体、ＣＤ、ＣＤＶ、ＬＤ、ＤＶＤ等の光学的読取方式記憶媒体、ＭＯ等の磁気記憶型／光学的読取方式記憶媒体であって、電子的、磁気的、光学的等の読み取り方法のいかんにかかわらず、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体であれば、あらゆる記憶媒体を含むものである。
【０１０８】
また、上記実施の形態においては、本発明に係る光変調装置および光学表示装置、並びに光変調方法および画像表示方法を、図１に示すように、投射型表示装置１００に適用したが、これに限らず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で他の場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【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】リレーレンズ１６の構成を示す図である。
【図３】リレーレンズ１６の動作原理を示す図である。
【図４】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５】制御値登録テーブル４００のデータ構造を示す図である。
【図６】制御値登録テーブル４２０Ｒのデータ構造を示す図である。
【図７】表示制御処理を示すフローチャートである。
【図８】トーンマッピング処理を説明するための図である。
【図９】色変調ライトバルブの透過率Ｔ２を仮決定する場合を示す図である。
【図１０】色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの反射率Ｔ１’を算出する場合を示す図である。
【図１１】輝度変調ライトバルブの各画素の反射率Ｔ１を決定する場合を示す図である。
【図１２】色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を決定する場合を示す図である。
【図１３】ＤＭＤ３６を利用して投射型表示装置１００を構成した場合を示す図である。
【図１４】ＤＭＤ３６を利用して投射型表示装置１００を構成した場合を示す図である。
【図１５】投射型表示装置１００の他のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図１６】入力値登録テーブル４４０のデータ構造を示す図である。
【図１７】入力値登録テーブル４６０のデータ構造を示す図である。
【図１８】透過型液晶ライトバルブの各画素の画素面を示す図である。
【図１９】反射型光変調素子の各画素の画素面を示す図である。
【図２０】特許文献１記載の投射型表示装置における第１光変調素子および第２光変調素子の光路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１１０】
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，  ３０…反射型液晶ライトバルブ，  ３２…偏光ビームスプリッタ，  ３４…偏光変換素子，  ３６…ＤＭＤ，  ３８…ＴＩＲプリズム，  １６…リレーレンズ，  １８…色変調部，  ４０Ｒ〜４０Ｂ，４０ＲＢ…透過型液晶ライトバルブ，  ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ1〜４２Ｂ3，４２ＲＢ…フィールドレンズ，  ４４ａ，４４ｂ…ダイクロイックミラー，  ４６ａ〜４６ｃ…ミラー，  ４８…ダイクロイックプリズム，  ５０ａ，５０ｂ…サブリレーレンズ，  ２０…投射部，  ７０…ＣＰＵ，  ７２…ＲＯＭ，  ７４…ＲＡＭ，  ７８…Ｉ／Ｆ，  ７９…バス，  ８０…ライトバルブ駆動装置，  ８２…記憶装置，  １９９…ネットワーク，  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，  １１２ａ，１１２ｂ…フライアイレンズ，  １１２ｄ…集光レンズ，  １３０…第１光変調素子，  １４０…第２光変調素子
【図１】
2005227477.tif 000003
【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】
2005227477.tif 000009
【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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