JP2003066369A

JP2003066369A - 画像表示装置、画像表示装置の制御方法、画像処理システム

Info

Publication number: JP2003066369A
Application number: JP2001257889A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sasaki; 憲一佐々木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】色再現性能が良好で、有効利用できる光量を減
少させることがなく、構成の簡略化またはコストの低減
化を図ることが可能な画像表示装置、画像表示装置の制
御方法、画像処理システムを提供する。【解決手段】ＲＧＢの３色がそれぞれ別々の光源から発
光される構成を有し、該それぞれの光源によって透過
型、または反射型の画像表示手段の略全表示域を同時に
照明した光束を、結像手段で拡大投射するように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、画像表示装置、画
像表示装置の制御方法、画像処理システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像投影装置としては、液晶パネ
ルを用いた液晶プロジェクター、あるいは米テキサスイ
ンスツルメンツ社のマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ、
又はデジタルライトプロセッシング、ＤＬＰ）と呼ばれ
る反射型イメージ表示デバイスを用いたプロジェクタ等
がある。これらは、パソコンなどのＣＲＴ表示結果や、
映画などその他のデジタル映像などをスクリーンに投影
して多くの人々が同時にこれを観察すると言う目的で使
用されるものである。

【０００３】これらにおいては、一般にその光源として
メタルハライドランプ、キセノン放電ランプなどの概ね
白色ランプに属するものが使用されてきた。そして光源
光束を反射鏡、レンズなどを用いて集光し、液晶又はＤ
ＭＤ等の画像表示デバイスを照明することによって、該
デバイスを透過又は反射することにより、該デバイスに
表示された画像情報に応じて２次元的に変調された該照
明光束を投射レンズによりスクリーンに投射するという
構成が採られてきた。

【０００４】例えば、液晶パネルを用いた３板式液晶プ
ロジェクタの一般的な構成の場合、光源光束をダイクロ
イックミラー等でＲＧＢの３色の光束成分に振幅分割
し、その３色の光束をそれぞれＲＧＢの画像情報を表示
する３枚の透過型モノクロ液晶パネルに照射する。その
透過光束により構成されるＲＧＢ３色の画像をダイクロ
イックミラー又はダイクロプリズムを用いて合成し、そ
の重ね合わされたカラーの画像を投射レンズにより投射
するものである。

【０００５】また、特許第２７０４５８１号公報、ある
いは特許第３００４５２４号公報には、レーザを３色の
光源に利用する例が開示されている。前者はＲＧＢ３色
のガスレーザ光源からの光束を、同軸に混合した後一枚
の液晶パネルを照明して投射するものであり、３色のレ
ーザそれぞれに外付けの強度変調素子を付けＲＧＢを時
間分割で投射するものである。また、後者は３色のガス
レーザ又は半導体レーザを光源として、蛍光体を用いた
スクリーンをラスタ走査してテレビのように映像を表示
するというものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特許第
２７０４５８１号公報記載のものにおいては、ガスレー
ザを使用するため大規模な装置が必要となる。また、特
許第３００４５２４号公報記載のものでは、２次元画像
表示パネルは必要ないが、ラスタ走査を前提とするた
め、そのための走査装置及び残像効果のある蛍光体スク
リーンが必須のものとなる。

【０００７】一方、液晶パネルを使用するプロジェクタ
の場合、使用する液晶パネルは一般にＴＮ液晶などの偏
光を利用するタイプである。そのため前述の光源からの
ランダムな偏光方向を有する光源光束をそのまま液晶パ
ネルに照射すると、偏光板を透過しない方向の偏光成分
は吸収され、その結果、約半分の光量が吸収損失されて
しまう。そのため、一般的に少しでも明るい投影画像を
得たいとする要求があるのに対して、光源光量の利用効
率が低く無駄が多いため、光源をよほど明るいものにし
なければならなくなる。また、偏光板で吸収されるとこ
ろの前記使用出来ない方向の偏光成分のエネルギーが熱
に変わるため、非常に大きな発熱を生ずる。その結果、
デバイスのひいては装置の寿命に影響を及ぼすこととな
る。

【０００８】このようなことから、従来は光源のランダ
ムな偏光方向を有する光束に対して偏光変換操作を施し
光源光束のランダムな偏光方向を可能な限り吸収による
損失を出さずに一つの偏方向に揃える偏光変換光学系を
具備するのが一般的である。しかしながら、照明光の偏
光方向を一つの方向に揃えるための偏光変換素子を使用
する場合にしても、複雑な構造をした偏光プリズムを製
造する際には精密加工技術と複雑な工程が必要になり、
部品コストもかかる。

【０００９】また、該光源は概ね白色光を射出するもの
であるが、その射出光束の分光スペクトルを調べると通
常全可視域に於いて或る程度一様なエネルギー分布を基
本的には有しており、ランプの種類によってはそれに加
えて部分的に幾らかの輝線スペクトルを含んでいるとい
うものが多い。前述のようにこのような光源光束をＲＧ
Ｂの３色に分解する場合、ダイクロイックミラーなどの
多層膜により反射／透過により分光する。このとき、光
源が広いスペクトルを有しているためダイクロ膜の特性
も正しくＲＧＢの３つの帯域を切り分ける特性が要求さ
れる。特にＲＧＢの各色の境界付近では出来るだけクロ
スオーバーしないで急峻に立ち上がり／又は立ち下が
り、また所定の色光を透過／反射すべき波長帯域はでき
るだけ高く／低くてフラットな特性が要求されるため、
ダイクロコーティング膜の設計及び製造が非常に厳し
い。また、膜に依る位相変化も一様に少なくなければな
らず、入射角度もあってはならない。そのためこのよう
な色分解／合成系の光学部品は、膜厚の製造精度管理が
厳しい、膜の構成総数が多いなど高コストになる要因を
多く有している。

【００１０】また、ＲＧＢ３色とは言え、各色はそれぞ
れ前述のようにほぼ一様な分光スペクトル分布を有する
白色光源の発する光束から前記ダイクロコートの特性に
応じて切り出されたものである。従ってＲＧＢ３色のそ
れぞれの色光はそれぞれ或る程度の幅のある分光スペク
トル分布から構成されている。そのため、色の純度とし
てはそれほど高いものではなくＲＧＢの単色と比較する
と色再現性能に対して不十分なところがあった。一方ダ
イクロコートの膜の特性を狭帯域にしてより単色性の高
い色光を取り出そうとすると、膜の設計が難しいのも然
ることながら、最も問題なのは有効利用できる光量がま
た減少してしまうということである。

【００１１】そこで、本発明は、上記課題を解決し、色
再現性能が良好で、有効利用できる光量を減少させるこ
とがなく、構成の簡略化またはコストの低減化を図るこ
とが可能な画像表示装置、画像表示装置の制御方法、画
像処理システムを提供することを目的とするものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの（１）〜（３２）のように構成し
た画像表示装置、画像表示装置の制御方法、画像処理シ
ステムを提供するものである。（１）Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用それぞれ別々に設けられた複数
の光源からの光でＲ用、Ｇ用、Ｂ用それぞれの画像表示
素子を照明し、前記各画像表示素子で前記光源からの光
を変調して画像を表示する画像表示装置であって、前記
光源が半導体レーザであることを特徴とする画像表示装
置。（２）前記光源からの光はアナモフィックな光学系を介
して前記画像表示素子を照明することを特徴とする上記
（１）記載の画像表示装置。（３）前記光源からの光が略楕円形状の強度分布を有す
る光束であって、前記アナモフィックな光学系が前記光
源からの光束を略等方的な強度分布に変換するように構
成されていることを特徴とする上記（２）記載の画像表
示装置。（４）前記アナモフィックな光学系が楔形のプリズムを
有することを特徴とする上記（２）又は（３）記載の画
像表示装置。（５）前記アナモフィックな光学系がシリンダーレンズ
を含むことを特徴とする上記（２）乃至（４）いずれか
に記載の画像表示装置。（６）前記アナモフィックな光学系がトーリックレンズ
を含むことを特徴とする上記（２）乃至（５）いずれか
に記載の画像表示装置。（７）前記光源からの光は、該光源からの発散光束を略
平行光束に変換するコリメータ光学系を介して前記画像
表示素子を照明することを特徴とする上記（１）乃至
（６）いずれかに記載の画像表示装置。（８）前記コリメータ光学系は、正の屈折力を有するコ
リメータレンズを有することを特徴とする上記（７）記
載の画像表示装置。（９）前記光源からの光が略楕円形状の強度分布を有す
る拘束であって、前記コリメータ光学系が前記光源から
の光を略円形に切り出す手段を有することを特徴とする
上記（７）又は（８）記載の画像表示装置。（１０）前記光源からの光が略楕円形状の強度分布を有
する発散光束であり、前記光源からの光を略平行光に変
換し、略円形に切り出すコリメータ光学系を有すること
を特徴とする上記（１）記載の画像表示装置。（１１）前記光源からの光が略楕円形状の強度分布を有
する発散光束であり、前記光源からの光を略平行光に変
換するコリメート光学系と、該コリメート光学系からの
略楕円形状の強度分布を有する光を略円形状の強度分布
に変換するアナモフィック光学系とを有することを特徴
とする上記（１）記載の画像表示装置。（１２）前記複数の光源のうち、少なくとも２つが略同
じ発振波長を有する半導体レーザであって、前記少なく
とも２つの半導体レーザからの光は同一の画像表示素子
を照明することを特徴とする上記（１）乃至（１１）い
ずれかに記載の画像表示装置。（１３）前記少なくとも２つの半導体レーザからの光を
互いに略平行な光束に変換する変換手段を有することを
特徴とする上記（１２）記載の画像表示装置。（１４）前記変換手段がプリズムを有することを特徴と
する上記（１３）記載の画像表示装置。（１５）前記変換手段が負の屈折力を有する光学系であ
ることを特徴とする上記（１３）記載の画像表示装置。（１６）前記略平行な光束を圧縮する手段を有すること
を特徴とする上記（１３）乃至（１５）いずれかに記載
の画像表示装置。（１７）前記少なくとも２つの半導体レーザからの拡散
光束が、前記複数の拡散光束の少なくとも一部が互いに
重なった状態で、前記変換手段に入射することを特徴と
する上記（１３）乃至（１６）いずれかに記載の画像表
示装置。（１８）前記Ｒ用の光源、Ｇ用の光源、Ｂ用の光源がそ
れぞれ発する光の波長帯域は、お互いに重ならないこと
を特徴とする上記（１）乃至（１７）いずれかに記載の
画像表示装置。（１９）前記Ｒ用の光源、Ｇ用の光源、Ｂ用の光源がそ
れぞれ発する光の波長帯域は、お互いに少なくとも１０
ｎｍ以上の間を以って離れていることを特徴とする上記
（１８）記載の画像表示装置。（２０）前記画像表示素子が、液晶表示素子であること
を特徴とする上記（１）乃至（１９）いずれかに記載の
画像表示装置。（２１）前記複数の画像表示素子からの画像光を合成す
る手段を有することを特徴とする上記（１）乃至（２
０）いずれかに記載の画像表示装置。（２２）前記複数の画像表示素子からの画像光を被投射
面に投射する投射手段を有することを特徴とする上記
（１）乃至（２１）いずれかに記載の画像表示装置。（２３）上記（１）乃至（２２）いずれかに記載の画像
表示装置において、前記画像表示装置により表示する画
像の色バランスを検出し、この検出結果に基づいて前記
Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用の光源の光量を個別に制御することを
特徴とする画像表示装置の制御方法。（２４）前記画像表示装置により表示する画像の色バラ
ンスが特定の支配的な色成分に偏っている場合、前記支
配的な色成分以外の色成分の光源の光量を下げることを
特徴とする上記（２３）記載の画像表示装置の制御方
法。（２５）前記画像表示装置により表示する画像の色バラ
ンスが特定の支配的な色成分に偏っている場合、前記画
像表示素子による色調整よりも、前記光源の光量を制御
することによる調整を優先することを特徴とする上記
（２３）又は（２４）記載の画像表示装置の制御方法。（２６）前記各色の光源の光量を制御することにより、
色再現性の強調あるいは改善を行っていることを特徴と
する上記（２３）乃至（２５）いずれかに記載の画像表
示装置の制御方法。（２７）上記（１）乃至（２２）いずれかに記載の画像
表示装置において、前記画像表示装置が表示する表示画
像の明るさを検出し、この検出結果に基づいて前記Ｒ
用、Ｇ用、Ｂ用の各色の光源の光量を略同等に増減する
ことを特徴とする画像表示装置の制御方法。（２８）前記表示画像の明るさの検出結果に基づいて、
前記各色の光源の光量を調整する場合、前記画像表示素
子による調整よりも、前記光源の光量を制御することに
よる調整を優先することを特徴とする上記（２７）記載
の画像表示装置の制御方法。（２９）前記表示画像の明るさが明るい場合には前記各
色の光源の光量を略同等に増加し、暗い場合には前記各
色の光源の光量を略同等に低下することを特徴とする上
記（２７）又は（２８）記載の画像表示装置の制御方
法。（３０）前記表示画像の明るさの検出結果に基づいて、
前記各色の光源の光量を略同等に制御することにより、
前記表示画像が明るい場合と暗い場合のダイナミックレ
ンジを強調、改善することを特徴とする上記（２６）乃
至（２９）いずれかに記載の画像表示装置の制御方法。（３１）上記（１）乃至（２２）いずれかに記載の画像
表示装置と、前記画像表示装置に画像情報を供給する画
像情報供給装置とを有することを特徴とする画像処理装
置。（３２）上記（１）乃至（２２）いずれかに記載の画像
表示装置と、前記画像表示装置に画像情報を供給する画
像情報供給装置とを有することを特徴とする画像処理シ
ステム。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記構成を適用することにより、例えば、液晶パネルの
偏光板の片面側を不要とすることが可能となる。また、
３色合成するクロスダイクロプリズムへの入射光束の偏
光方向を、対応する半導体レーザ光源を光軸周りに９０
度回転させる配置にするだけで自由に設定でき、高価な
半波長板を不要とすることができる。また、光源の色が
単色光に近いので、ダイクロミラーの膜特性の精度が緩
和され、設計及び製造を容易に行うことができる。ま
た、光源の色が単色光に近いので、色純度が高くなり、
色再現性を良好とすることができる。また、半導体レー
ザは強度変調が容易なので、ＲＧＢ３色のレーザを画像
信号の色のバランスを考慮したアルゴリズムに従い個別
に変調することで、映像の色のバランスを任意に強調す
ることが可能になる。

【００１４】また、画面全体が特定の色傾向に寄ってい
る画像の場合、その色再現時に少なくする補色光成分を
液晶パネルだけで遮光／減光すると、液晶のコントラス
ト比の低さによる漏れ成分が色再現性を損なうが、本構
成によればその色の光源光量自体を絞ることにより色再
現純度を高めることができる。また、半導体レーザは強
度変調が容易なので、ＲＧＢ３色のレーザを画像信号の
画面全体の明るさの時間的な変化を考慮したアルゴリズ
ムに従い３色同時に変調することで、映像のコントラス
トの時間的ダイナミックレンジを強調することが可能に
なる。また、従来においては、暗い画像では、液晶の濃
度可変範囲の殆どを光量全体の低下に使用してしまうた
め、暗い中での表示物の階調表現に使用できる残りの濃
度可変範囲が少なくなり結果的に暗い中の階調画像は階
調が少なく潰れがちであった。本構成によれば暗くする
こと自体には光量コントロールを使うことで、十分に階
調表現の余地が残っているので暗い中でも潰れない良好
な画像表示が可能である。また、黒浮きも減らすことが
でき、更に液晶で大部分の光量を遮断していた時には偏
光板の吸収による、装置各部分の発熱と耐久性への影響
が懸念されたが、本構成によれば、これらの点も改善す
ることが可能となる。

【００１５】以上のように本構成の画像表示装置には、
光源に半導体レーザ（ＳＨＧ利用のものを含む）が使用
されるが、近年、青色、緑色の２色をそれぞれ発振でき
る半導体レーザが開発され、初期の数ｍＷクラスから早
くも光記録用途に合わせて青色半導体レーザも高出力化
が図られようとしてきている。従来から使われている赤
色の場合においては、高出力化が進み、例えば数１００
ｍＷクラスまで高出力化が進み、何れは数Ｗの領域まで
も出力される可能性も出てきている。また、データプロ
ジェクタの明るさは、光束［ｌｍ］（ルーメン）で評価
され、所謂ＡＮＳＩルーメンと呼ばれる光束の評価ルー
ルで、３００〜２０００［ＡＮＳＩルーメン］程度の製
品が流通している。

【００１６】半導体レーザを光源とした場合において、
例えば緑色５５５［ｎｍ］につき、どの程度の光出力
［Ｗ］が要求されるか概算する。測光量としての光束：Ｆ［ｌｍ］最大視感度：Ｋｍ＝６８０［ｌｍ／Ｗ］５５５［ｎｍ］における比視感度：Ｖ（λ）≒１．０
［単位なし］レーザ出力のうちスクリーンに投影される全てのパワー：Ｐλ［Ｗ］とした場合、レーザ光源であるためスペクトルは殆ど単
一波長であるとみなせるので単純に積として下記のよう
な関係がある。Ｆ＝Ｋｍ×Ｖ（λ）×Ｐλ したがって、仮に緑色５５５［ｎｍ］の光束が２００
［ｌｍ］必要であるという場合は、Ｐλ≒３００［ｍＷ］であり、ＲＧＢ３色同程度の光束を得られれば約６００
ルーメンの明るさが得られ実用レベルに達する。赤色と
青色に関しては比視感度Ｖ（λ）が緑色よりも大きく下
がるため、上記緑色の場合よりも多くのパワーを必要と
するが、このような点も今後の半導体レーザの更なる高
出力化と複数のレーザの組み合わせにより、解決可能で
ある。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。［実施例１］図１（ａ）に、本発明における実施例１の
画像投影装置の構成を示す。半導体レーザからの拡散光
束をコリメータレンズによって略平行光束に変換し、液
晶パネルに照射する。本実施例では、この構成をＲＧＢ
３色分用意し、それぞれの液晶パネルを経た光束を通常
のダイクロプリズムにより合成して、投射レンズにより
スクリーンに投射すように構成した。

【００１８】良く知られたことであるが、図１（ｂ）に
示すように、半導体レーザの放射光の配光は一般的に楕
円形状をしている。半導体レーザチップのＰＮ接合面、
即ち活性層に対して垂直な方向は放射角が大きく、平行
な方向は放射角が狭い。また、該垂直方向と平行方向と
では、チップ内の仮想的な発光点の位置が光軸方向に於
いて異なったところにあり、チップ端部からみて、垂直
方向は端面に近いところに、平行方向は奥にある。即ち
半導体レーザの放射光は非点収差を有しており、従っ
て、コリメータレンズで平行光とする場合、平行化され
た光束は、その断面強度分布は楕円形の分布をしたまま
である。また、コリメータレンズの焦点位置を該レーザ
チップ内の非点隔差の中間付近に位置するように調整す
る。略平行光化された後でも非点収差は残存している
が、上記のように調整することでその影響を小さくする
ことが出来る。

【００１９】一方、図１（ｃ）に示すように楕円配光に
関してはコリメータレンズでその中央部分だけを例えば
円形の形に切り出して平行光化する。又は該楕円光束を
概ね全て平行光束化できる口径の大きなコリメータレン
ズを使用する。何れにしても、該略平行光束化した光束
で液晶パネル全面を照明できなければならないので、平
行レーザ光束の楕円配光のうち、パネル面積をカバーで
きる部分を使用する。

【００２０】同図に示すようにＲＧＢの３色の画像光束
を合成するのにクロスダイクロプリズムを使用する場
合、例えばこの例の場合、透過光束を緑色とし、青色と
赤色はそれぞれプリズムの側面から導入してダイクロ膜
で反射させて、透過してくる緑色と合成するのが一つの
方法である。この時、膜の構成上の条件から緑色はダイ
クロミラー面に対して偏光方向がＰ偏光であり、赤色と
青色はＳ偏光で入射するようにする。そのため緑色画像
用の液晶パネルと、赤色、青色画像用の液晶パネルとは
表示画像及びプリズムに対する偏光方向が９０度回転し
た配置であることが必要である。また、そのパネル偏光
方向に応じて光源の偏光方向も９０度異なっている必要
があるので、これは半導体レーザを必要に応じて光軸周
りに９０度捩じった配置にするだけでよい。このため従
来の白色光源の場合のように偏光方向を一通りに揃えた
後、ＲＧＢ３色に分解して、パネルを照明する際に、前
記合成系のクロスダイクロプリズムなどの条件に合わせ
て、偏光方向を９０度回転させるためのそれぞれの色に
応じた高価な半波長板などを使用する必要がなくなると
いう利点が考えられる。

【００２１】但し、ダイクロコートなど位相に影響を及
ぼす素子が他にも光路中に配されているため、光源の直
線偏光度が高くても、それらの位相軸とレーザの偏波面
のメカ的な僅かな傾きなどにより、所定の直線偏光軸に
対して直交成分が生ずる、位相遅延により楕円偏光化し
てしまうなど、コントラストを劣化させる要因がないと
は言えない。そのような場合は、前記液晶の片側の偏光
板は省略しない方が画像全体の質が向上する場合もある
ことも考える必要がある。

【００２２】また、半導体レーザの発振波長は、シング
ルモード発振であれば当然ほぼ単一波長であるので非常
に単色性の高い光であるし、マルチモード発振の状態で
使用するとした場合でも、白色光源を色分解した場合に
比較すれば遥かに狭い波長帯域に発振モードが集中して
いて、殆どこれも単色と言って差し支えない。従って、
合成光学系のダイクロイックミラーの膜の特性も、白色
光源を使用した場合に比較して一様な透過率乃至は反射
率の維持が要求される波長レンジも、レーザ発振波長に
合わせて非常に狭くて済むので光学膜の設計、製造の要
求精度が非常に緩和される。

【００２３】白色光源を利用する装置の場合は、光源が
一つでありこれを３色に分解しているので３色の色光
を、そのパネル照明以前の強度に於いて色別に変調させ
ることは基本的にはできない。また、３色全てを変調す
る、即ち画面全体の明るさレベルを画像信号に合わせて
変調することも、ランプの発光原理などに起因する理由
から高速に任意に変調するのは困難である。出来るだけ
一定の明るさを保った状態で安定して点灯させたままに
することがランプに負荷をかけずに、寿命などを短くせ
ずに使用する上では好ましい。そこで光源全体の明るさ
を変調させる目的では、別途可変遮光板のような調光手
段を設ける他ない。

【００２４】これに対して、本実施例では、ＲＧＢ３色
が別々な光源であるためそれぞれ個別に強度変調するこ
とができる。また、光源が半導体レーザであるため駆動
電流を変調するだけで、非常に高速な強度変調も可能で
ある。画面全体の色の傾向が特定の方向に寄るような場
合や、ある色と光のこない黒の部分が時間的に入れ替わ
るような画像表示をする場合、色に合わせてＲＧＢ３色
のレーザのそれぞれ個別に強度を変化させることによ
り、画面上に表現される色のバランスを強調したりする
ことが可能である。また、映像の時間軸方向の変化に於
いて画面全体が明るい傾向の時刻と、暗い傾向の時刻が
順次存在する場合、ＲＧＢの３色の光源を同時に暗くし
たり明るくしたりするような強度変調をかけることで、
明るいシーンと暗いシーンの時間的な変化のダイナミッ
クレンジを拡大することが可能である。これもレーザの
駆動電流を画像に合わせて変調することで、高速に簡単
に実行可能である。また、レーザ出力のモニタは、通常
レーザパッケージ内に設置されているリヤモニタＰＤの
出力を利用すれば、特に新たな構成を設ける必要はな
い。

【００２５】［実施例２］図２に、本発明における実施
例２の画像投影装置の構成を示す。半導体レーザの発振
光束は楕円形状の強度分布を有しており、そのままこれ
をコリメートしてパネルの照明光束とする場合、構成は
シンプルであるがパネル形状と光束の形状が大きく異な
り光量の利用効率が高くない。そのため、本実施例で
は、一旦平行光束化された楕円光束をアナモフィックな
ビーム整形光学系を通すことでより等方的な光束とし、
照明光の利用効率と画面内の照明の一様性を向上させる
ことを可能とした。

【００２６】半導体レーザの偏光方向はその楕円光量分
布形状の短軸方向（図２中のθ／／方向）に平行であ
る。一方、ＲＧＢの色により光束合成のためのダイクロ
プリズムへの入射時の偏光方向の要求が異なる。例えば
多くの場合、緑は透過で合成するためＰ偏光で、赤と青
は反射で合成するためＳ偏光で入射させる。ところが楕
円形状分布の方向は、前述のように偏光方向に対しては
狭いので、色によっては、楕円光束の長軸を縮小する、
又は短軸方向の分布を拡大するビーム整形光学系を使い
分けることも可能である。その場合はパネルを照明する
平行光束の径が同じになるようにコリメータレンズの焦
点距離を調整する必要がある。

【００２７】図２に示すように、半導体レーザからの拡
散光束をコリメータレンズによって略平行な平行光束化
し、それを楔型のガラスプリズムに斜めに入射させるこ
とでθ／／方向の光束幅を拡大してより等方的な平行光
束を取り出すことができる。ビーム整形のためのアナモ
フィックな光学系は楔型プリズムだけに限らず、シリン
ダーレンズの組み合わせでも差し支えない。同図に示す
ように、赤色と青色のレーザはビームの整形方向と合成
プリズムへの入射偏光方向の条件が合うため図２のよう
に紙面内で配置する構成でビーム幅の拡大が可能であ
る。

【００２８】一方、緑色のレーザは偏光方向は他の色と
９０°異なる配置にしなければならないため、楔形プリ
ズムを使用すると紙面から飛び出る方向に配置しなけれ
ばならない。これを避けるため図２のように緑色のレー
ザだけ凸凹のシリンダーレンズの組み合わせによるアナ
モフィックなビーム整形光学系にすることが可能であ
る。ここで、ＲＧＢの各色の光路中に配置するアナモフ
ィック光学系は、シリンダーレンズを用いても良いし、
楔状のプリズムを用いても良く、各色の光路の設計上よ
り適した方を用いれば良い。勿論すべての色の光路でシ
リンダーレンズを用いても構わないし、すべての色の光
路で楔状のプリズムを用いても構わない。

【００２９】［実施例３］図３に、本発明における実施
例３のビーム波面合成系の構成を示す。１色当たり１個
の半導体レーザの出力ではスクリーン上の画像明るさが
不十分である場合、１色当たりのレーザを複数にして光
量を増大させることが可能である。そのため、本実施例
では、半導体レーザの一つの出力は高出力化されつつあ
るが、投射画像の明るさ向上の要求も大きいので、これ
らを複数個使いにして、光量増大を図る光学系の配置と
した。

【００３０】図３において、半導体レーザからの拡散光
束をコリメータレンズにより平行光束化してこれを楔型
プリズムに斜めに屈折入射させる。これを複数個並列に
並べて配置して波面結合のような形で大きな面積の光束
を造る。必要に応じてこの合成された光束幅、光束径を
シリンダーレンズや、凸レンズ、凹レンズ或いはプリズ
ムなどを用いて再度縮小することでエネルギー密度を上
げた光束を得ることができる。

【００３１】［実施例４］図４に、本発明の実施例４に
おける画像投影装置の制御方法を示す。投影する画像の
色のバランスや傾向に応じて、ＲＧＢ３色の光源を個別
に強度変調させて投影画像の色表現を強調するアルゴリ
ズムを使用する。

【００３２】一般的には、投影する画像が例えば映画な
どの映像で一面に緑色の森林、樹木などが映し出される
場面の場合、本来ならば液晶の緑色用パネルの透過率を
全体として高く、青色用パネルの透過率はそれよりやや
低く、赤色用パネルの透過率は全体として特に低く、と
いうように液晶パネルの透過率によるコントロールだけ
で色再現性が制御される。

【００３３】一方、本発明の場合においては、次のよう
な制御を行なう。上記の例に於いて液晶のみの透過率制
御の場合、赤色の光量を下げたい赤色レーザの発光光量
はそのままで、赤色用の液晶パネルの透過率を十分に下
げる。ところが液晶パネルのコントラスト比はそれほど
高くないため、赤色成分が十分に遮光されきらないで画
像光量の中に混入してくる。その結果、色再現される緑
色の色純度が低下するので好ましくない。そこで、本実
施例では、このような場合、赤色液晶パネルの透過率を
それ程下げずに、赤色半導体レーザの光出力を下げ、結
果として赤色光量が同等になるように制御する。

【００３４】また、逆に一面に夕日の空のように赤色が
支配的であるような映像などは緑色用液晶パネルの透過
率を全体として低く下げるのではなく、液晶と緑色半導
体レーザの光出力を下げることを併用して制御すること
で色再現性を向上させることができる。これらは、表示
する画像の色信号を表示する直前に評価して特定の色の
面積が支配的な場合かどうか等、ＲＧＢ３色のそれぞれ
の輝度信号と表示画素数などから判断し、半導体レーザ
の点灯電流に制御信号を送ることで実現する。

【００３５】［実施例５］図５及び図６に、本発明の実
施例５について説明するための図を示す。投影する画像
の白色レベルとしての明るさに応じて、ＲＧＢ３色の光
源を略等量に強度変調させて投影画像の輝度表現を強調
するアルゴリズムを使用する。従来から投影する画像が
例えば映画などの映像で、一般に色の偏りが余りなく、
一面に明るい場合と、夜景などの全体として暗い場合と
では、通常はＲＧＢ３色全ての液晶パネルの透過率を色
による若干の違いは別として略等量に制御して表現して
きたが、この場合暗い場面などでは液晶パネルのコント
ラスト比の低いことにより、遮光が十分でないために黒
が十分暗くならず、所謂黒浮きと呼ばれる白っぽい黒の
状態となり表現性が好ましくなかった。また、夜景など
暗い中の景色は暗い中で何らかの画像表現を行なわなけ
ればならない。しかしながらこの場合、液晶本来の階調
表現レンジのうち殆どは画面全体を暗くする為に使用さ
れてしまって、暗い中で何らかの階調表現を行なうには
残された濃度レンジが狭く（少なく）なり過ぎて所謂潰
れ気味の表現しかできなかった。

【００３６】そこで、本実施例の場合においては、次の
ような制御を行なう。夜景など画面全体が暗い場合、液
晶パネルの透過率をＲＧＢ用全てを略同等に下げるとい
うのではなく、液晶パネルはその透過率可変範囲（濃度
レンジ）を、階調表現の為に十分使用して、画面の暗さ
そのものは光源光量を絞ることにより表現することにす
る。その結果、黒の再現性がよくなり所謂黒の締まりが
よくなり、画像の時間的コントラストのダイナミックレ
ンジが拡がる。更に、暗い画面の中での階調表現に関し
ても液晶の持つ本来の階調表現レンジをより有効に使用
できるため暗い画面の中でも階調性が損なわれず、暗い
中でも潰れずに再現性が良くなる。

【００３７】本実施例による効果を図５に図示した。元
の画像のヒストグラムからこれが暗い画像であることが
判れば、その画像内の最も明るい画素の明るさを表示可
能な階調範囲の上限付近まで拡大し、その比率に合わせ
て光源光量を下げることで、最終的に得られる画像はそ
れらの積であるため、同等の明るさである。しかしなが
ら、表現可能な階調性は本来有している階調を有効に利
用しているため細かい濃度変化が失われることを防ぐ。
実際の操作は図６に示すアルゴリズムに従って実行され
る。また、上記実施例中に記載の画像表示装置は、画像
情報を供給する画像情報供給装置（ビデオ、ＤＶＤ或い
はパソコンなど）を組み込むことにより画像処理装置、
或いは画像処理システムに適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、色再現性能が良好で、有効利用できる光量を減少さ
せることがなく、構成の簡略化またはコストの低減化を
図ることが可能な画像表示装置、画像表示装置の制御方
法、画像処理システムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明における実施例１の画像投影装
置の構成を示す図である。（ｂ）は半導体レーザ配光特
性を説明するための図であり、（ｃ）はレーザの配光と
パネルを説明するための図である。

【図２】本発明における実施例２の画像投影装置の構成
を示す図である。

【図３】本発明における実施例３のビーム波面合成系の
構成を示す図である。

【図４】本発明の実施例４における画像投影装置の制御
方法を示す図である。

【図５】本発明の実施例５について説明するための図で
ある。

【図６】本発明の実施例５について説明するための図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０３Ｂ 21/00 ＥＧ０３Ｂ 21/00 21/14 Ａ 21/14 Ｈ０１Ｓ 5/40 Ｈ０１Ｓ 5/40 Ｈ０４Ｎ 9/31 ＣＨ０４Ｎ 9/31 Ｇ０２Ｂ 27/00 ＥＦターム(参考） 2H088 EA12 HA13 HA14 HA18 HA23 HA24 HA28 MA20 2H091 FA05X FA08X FA08Z FA21X FA28X FA34X FA41Z LA30 MA07 2H093 NC42 NC53 ND54 ND60 NG02 5C060 BC05 EA01 HC00 HC09 HD00 JA00 JB06 5F073 AB27 BA09 EA02 EA22 GA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用それぞれ別々に設けられ
た複数の光源からの光でＲ用、Ｇ用、Ｂ用それぞれの画
像表示素子を照明し、前記各画像表示素子で前記光源か
らの光を変調して画像を表示する画像表示装置であっ
て、前記光源が半導体レーザであることを特徴とする画
像表示装置。
【請求項２】前記光源からの光はアナモフィックな光学
系を介して前記画像表示素子を照明することを特徴とす
る請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】前記光源からの光が略楕円形状の強度分布
を有する光束であって、前記アナモフィックな光学系が
前記光源からの光束を略等方的な強度分布に変換するよ
うに構成されていることを特徴とする請求項２記載の画
像表示装置。
【請求項４】前記アナモフィックな光学系が楔形のプリ
ズムを有することを特徴とする請求項２又は３記載の画
像表示装置。
【請求項５】前記アナモフィックな光学系がシリンダー
レンズを含むことを特徴とする請求項２乃至４いずれか
１項記載の画像表示装置。
【請求項６】前記アナモフィックな光学系がトーリック
レンズを含むことを特徴とする請求項２乃至５いずれか
１項記載の画像表示装置。
【請求項７】前記光源からの光は、該光源からの発散光
束を略平行光束に変換するコリメータ光学系を介して前
記画像表示素子を照明することを特徴とする請求項１乃
至６いずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項８】前記コリメータ光学系は、正の屈折力を有
するコリメータレンズを有することを特徴とする請求項
７記載の画像表示装置。
【請求項９】前記光源からの光が略楕円形状の強度分布
を有する拘束であって、前記コリメータ光学系が前記光
源からの光を略円形に切り出す手段を有することを特徴
とする請求項７又は８記載の画像表示装置。
【請求項１０】前記光源からの光が略楕円形状の強度分
布を有する発散光束であり、前記光源からの光を略平行
光に変換し、略円形に切り出すコリメータ光学系を有す
ることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１１】前記光源からの光が略楕円形状の強度分
布を有する発散光束であり、前記光源からの光を略平行
光に変換するコリメート光学系と、該コリメート光学系
からの略楕円形状の強度分布を有する光を略円形状の強
度分布に変換するアナモフィック光学系とを有すること
を特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１２】前記複数の光源のうち、少なくとも２つ
が略同じ発振波長を有する半導体レーザであって、前記
少なくとも２つの半導体レーザからの光は同一の画像表
示素子を照明することを特徴とする請求項１乃至１１い
ずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項１３】前記少なくとも２つの半導体レーザから
の光を互いに略平行な光束に変換する変換手段を有する
ことを特徴とする請求項１２記載の画像表示装置。
【請求項１４】前記変換手段がプリズムを有することを
特徴とする請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項１５】前記変換手段が負の屈折力を有する光学
系であることを特徴とする請求項１３記載の画像表示装
置。
【請求項１６】前記略平行な光束を圧縮する手段を有す
ることを特徴とする請求項１３乃至１５いずれか１項記
載の画像表示装置。
【請求項１７】前記少なくとも２つの半導体レーザから
の拡散光束が、前記複数の拡散光束の少なくとも一部が
互いに重なった状態で、前記変換手段に入射することを
特徴とする請求項１３乃至１６いずれか１項記載の画像
表示装置。
【請求項１８】前記Ｒ用の光源、Ｇ用の光源、Ｂ用の光
源がそれぞれ発する光の波長帯域は、お互いに重ならな
いことを特徴とする請求項１乃至１７いずれか１項記載
の画像表示装置。
【請求項１９】前記Ｒ用の光源、Ｇ用の光源、Ｂ用の光
源がそれぞれ発する光の波長帯域は、お互いに少なくと
も10nm以上の間を以って離れていることを特徴とする請
求項１８記載の画像表示装置。
【請求項２０】前記画像表示素子が、液晶表示素子であ
ることを特徴とする請求項１乃至１９いずれか１項記載
の画像表示装置。
【請求項２１】前記複数の画像表示素子からの画像光を
合成する手段を有することを特徴とする請求項１乃至２
０いずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項２２】前記複数の画像表示素子からの画像光を
被投射面に投射する投射手段を有することを特徴とする
請求項１乃至２１いずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項２３】請求項１乃至２２いずれか１項に記載の
画像表示装置において、前記画像表示装置により表示す
る画像の色バランスを検出し、この検出結果に基づいて
前記Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用の光源の光量を個別に制御するこ
とを特徴とする画像表示装置の制御方法。
【請求項２４】前記画像表示装置により表示する画像の
色バランスが特定の支配的な色成分に偏っている場合、
前記支配的な色成分以外の色成分の光源の光量を下げる
ことを特徴とする請求項２３記載の画像表示装置の制御
方法。
【請求項２５】前記画像表示装置により表示する画像の
色バランスが特定の支配的な色成分に偏っている場合、
前記画像表示素子による色調整よりも、前記光源の光量
を制御することによる調整を優先することを特徴とする
請求項２３又は２４記載の画像表示装置の制御方法。
【請求項２６】前記各色の光源の光量を制御することに
より、色再現性の強調あるいは改善を行っていることを
特徴とする請求項２３乃至２５いずれか１項記載の画像
表示装置の制御方法。
【請求項２７】請求項１乃至２２いずれか１項に記載の
画像表示装置において、前記画像表示装置が表示する表
示画像の明るさを検出し、この検出結果に基づいて前記
Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用の各色の光源の光量を略同等に増減す
ることを特徴とする画像表示装置の制御方法。
【請求項２８】前記表示画像の明るさの検出結果に基づ
いて、前記各色の光源の光量を調整する場合、前記画像
表示素子による調整よりも、前記光源の光量を制御する
ことによる調整を優先することを特徴とする請求項２７
記載の画像表示装置の制御方法。
【請求項２９】前記表示画像の明るさが明るい場合には
前記各色の光源の光量を略同等に増加し、暗い場合には
前記各色の光源の光量を略同等に低下することを特徴と
する請求項２７又は２８記載の画像表示装置の制御方
法。
【請求項３０】前記表示画像の明るさの検出結果に基づ
いて、前記各色の光源の光量を略同等に制御することに
より、前記表示画像が明るい場合と暗い場合のダイナミ
ックレンジを強調、改善することを特徴とする請求項２
６乃至２９いずれか１項記載の画像表示装置の制御方
法。
【請求項３１】請求項１乃至２２いずれか１項記載の画
像表示装置と、前記画像表示装置に画像情報を供給する
画像情報供給装置とを有することを特徴とする画像処理
装置。
【請求項３２】請求項１乃至２２いずれか１項記載の画
像表示装置と、前記画像表示装置に画像情報を供給する
画像情報供給装置とを有することを特徴とする画像処理
システム。