JP3896719B2 - 画像ディスプレイ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像ディスプレイに関し、特にカラーフィルターを使用して色再現を行う画像ディスプレイに関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、カラーフィルターを用いて光源からの光をN種類の色に分解し、N色に分解した光をスクリーン上に投影することにより、カラー画像を再現するディスプレイが多数登場している。ここで、Nは正の整数である。通常はN=3であり、カラーフィルターにより赤、緑および青(以下、「R、G、B」と記す。)の3色に分解された光を投射してカラー画像の再現を行う。
【0003】
上記のフィルターにより色分解された光を用いてカラー画像を再現するディスプレイは、その構成から大きく2種類に分類される。1つは時分割色投射方式であり、もう一つは同時色投射方式である。以下、時分割色投射方式および同時色投射方式を、カラーフィルターによりR、G、Bの3色に分解された光を投射してカラー画像の再現を行う場合について説明する。
【0004】
時分割色投射方式は、カラーフィルターによりN種類の色に分解された光を、単一画像フレーム内において時分割で順番に投射することによりカラー画像の再現を行う方式である。カラーフィルターによりR、G、Bの3色に分解された光を投射してカラー画像の再現を行う場合においては、R、G、Bに分解された光を順番に時分割で投射することによりカラー画像の再現を行う。
【0005】
一方、同時色投射方式は、カラーフィルターによりN種類の色に分解された光を同時に投射することにより、カラー画像の再現を行う方式である。例えば、R、G、Bの3色に分解された光を投射してカラー画像の再現を行う場合においては、カラーフィルターによりR、G、Bに分解された光を同時に投射することによりカラー画像の再現を行う。
【0006】
図15は、ライトバルブを用いた時分割色投射方式のカラー画像ディスプレイの一例を表す図である。ライトバルブは光を変調する素子であり、DMDや液晶などが考えられる。図15において、101は光源、102は色円盤(1)、103はライトバルブ、104はスクリーン、105は信号処理部である。また、図15のカラー画像ディスプレイにおいては、R、G、Bの3色に分解された光を投射することにより、カラー画像を再現するものとしている。
【0007】
以下、図15を用いて時分割色投射方式の動作について述べる。信号処理部105には、画像データが入力される。信号処理部105では、入力された画像データから色円盤(1)102およびライトバルブ103の制御信号を生成し、色円盤(1)102およびライトバルブ103へと供給する。
【0008】
光源101から照射される光は、色円盤(1)102の一部分に入射される。色円盤(1)102は、3つの領域に分割されており、それぞれの領域はそれぞれ赤色の光を透過するフィルター、緑色の光を透過するフィルター、青色の光を透過するフィルターとなっている。色円盤(1)102は信号処理部105からの制御信号に制御されて回転しており、光源101からの光が入射する場所に位置するフィルターは、時分割で変化する。したがって、光源101から入射した光は色円盤(1)102により、時分割でR、G、Bの光に色分解される。色円盤(1)102により時分割でR、G、Bの光に色分解された光は、ライトバルブ103に入射することになる。
【0009】
ライトバルブ103に入射したR、G、Bの光は、信号処理部105からの制御信号にしたがって、ライトバルブ103において変調され、スクリーン104上に投射される。
【0010】
次に、同時色投射方式について説明する。図16は、ライトバルブを用いた同時色投射方式のカラー画像ディスプレイの一例を表す図である。図16において、101a〜101cは光源、103a〜103cはライトバルブ、104はスクリーン、105は信号処理部であり、106aは赤色の光を透過するフィルター、106bは緑色の光を透過するフィルター、106cは青色の光を透過するフィルターである。また、図16のカラー画像ディスプレイにおいては、R、G、Bの3色に分解された光を投射することにより、カラー画像を再現するものとしている。
【0011】
以下、図16を用いて同時色投射方式の動作について述べる。信号処理部105には、画像データが入力される。信号処理部105では、入力された画像データからライトバルブ103a〜103cの制御信号を生成し、ライトバルブ103a〜103cへと供給する。
【0012】
光源101aから照射される光は、カラーフィルター106aに入射される。カラーフィルター106aは、赤色の光を透過する特性を持ち、光源101aからの光はカラーフィルター106aにおいてRの光に色分解される。カラーフィルター106aにおいて色分解されたRの光は、ライトバルブ103aに入射する。
【0013】
同様に、光源101bからの光はカラーフィルター106bにおいてGの光に色分解され、ライトバルブ103bに入射する。また、光源101cからの光はカラーフィルター106cにおいてBの光に色分解され、ライトバルブ103cに入射する。
【0014】
ライトバルブ103a、103bおよび103cに入射したR、GおよびBの光は、信号処理部105からの制御信号にしたがって、ライトバルブ103a、103bおよび103cにおいて変調され、スクリーン104上に投射される。
【0015】
以上で述べたように、カラーフィルターを用いて光源からの光を色分解し、色分解した光によりカラー画像を再現するディスプレイは、時分割色投射方式または同時色投射方式により実現できる。両方式ともに光源から照射される光をカラーフィルターにより色分解して用いる点においては共通である。
【0016】
ここで、一般にN色に分解された光によりカラー画像を再現するカラー画像ディスプレイについて考える。光源から照射される光の分光放射率をE(λ)、光源からの光を色分解するためのN枚のカラーフィルターの分光透過率をそれぞれfi(λ)とする。ここで、i=1,2,…,Nである。この時、N枚のカラーフィルターにより色分解されたN色の光Ciの分光分布ci(λ)は、下記の式(1)により表される。
【0017】
【数1】
【0018】
式(1)より、色分解されたN色の光Ciの分光分布ci(λ)は、光源から照射される光の分光放射率E(λ)と、カラーフィルターの分光透過率fi(λ)の積で表される。したがって、光源から照射される光を効率よく使用するためには、カラーフィルターの分光透過率fi(λ)は、光源から照射される光の分光放射率E(λ)の特性を考慮して決定する必要がある。
【0019】
ここで、図17に示すような分光放射率を持つ光源Sを仮定する。図17において、縦軸は光源より照射される光の相対強度を表し、横軸は波長を表す。図17に示す光源Sの分光放射率において、aおよびbで示した2つの波長領域において強い放射が存在する。このような特定の波長において強い放射を持つ分光放射率特性は、超高圧水銀ランプやキセノンランプなどに見られる。
【0020】
光源Sからの光をカラーフィルターにより色分解する場合を考える。図18は、色分解に用いるカラーフィルターFの分光透過率特性の一例を表す図である。図18においては、カラーフィルターFの分光透過率特性を実線で、光源Sの分光放射率を波線で示している。また、図18において、縦軸はフィルターの透過率または光の相対強度を表し、横軸は波長を表す。
【0021】
図19は、光源Sからの光をカラーフィルターFによって色分解した場合に得られる光Ciの分光分布特性を表す図である。図19より、光源Sからの光をカラーフィルターFによって色分解した場合には、光源Sの分光放射率が持つ2つの強い放射が充分透過されていないことが分かる。このことは、光源Sから照射される光が持つエネルギーを充分に活かしきれていないことを意味する。これは、カラーフィルターFが持つカットオフ波長が、分光放射率における強い放射付近にあるためである。
【0022】
次に、さらに具体的な例について考える。光源Sとしては、超高圧水銀ランプを想定し、R、G、Bの3色に分解された光を投射することにより、カラー画像を再現する場合を考える。図20は、超高圧水銀ランプの分光放射率Eu(λ)の一例である。図20において、縦軸は光源より照射される光の相対強度を表し、横軸は波長を表す。図20より、超高圧水銀ランプの分光放射率Eu(λ)は、いくつかの波長において強い放射を持つ。
【0023】
図21には、カラー画像ディスプレイに用いる3枚のカラーフィルターの分光透過率特性f1i(λ)の一例を示す。ここで、i=1〜3である。図21において、縦軸はフィルターの透過率を表し、横軸は波長を表す。この時、3枚のカラーフィルターにより色分解された3色の光C1iの分光分布c1i(λ)は、下記の式(2)により算出される。
【0024】
【数2】
【0025】
カラーフィルターにより色分解された3色の光C1iの分光分布c1i(λ)を図22に示す。図22において、縦軸は色分解された光の相対強度を表し、横軸は波長を表す。式(2)により求められたc1i(λ)を用いて式(3)の演算を行うことにより、色分解された3色の光Ciの三刺激値X1i、Y1i、Z1iを求めることが出来る。式(2)において、(λ)、(λ)、(λ)は等色関数を表す。
【0026】
【数3】
【0027】
さらに、式(3)により求められた三刺激値X1i、Y1i、Z1iを用いて式(4)の演算を行うことにより得られるx1i、y1i値により、色分解された3色の光C1iは色度図上に表すことが可能となる。色度図は色を平面の座標上の点として表したものである。
【0028】
【数4】
【0029】
図23は、カラーフィルターにより色分解された3色の光C1iを色度図上に表したものである。図23において、C11、C12、C13の3つの点により形成される3角形の内部が、3色の光C1iにより再現可能な色の座標とる。したがって、超高圧水銀ランプを光源として使用し、図21に示す分光透過率特性を持つ3枚のカラーフィルターにより色分解を行うカラー画像ディスプレイにおいて再現可能な色の範囲は、図23上のC11、C12、C13の3つの点により形成される3角形の内部となる。
【0030】
最近、3色よりも更に多くの色に分解された光を用いてカラー画像を再現するマルチバンド画像ディスプレイについて検討されつつある。マルチバンド画像ディスプレイにおいては、従来の3色による画像ディスプレイと比較して、再現可能な色の範囲を広げることが可能になるという利点がある。
【0031】
マルチバンド画像ディスプレイの一例として、6色に分解された光を用いてカラー画像を再現する場合について考える。光源からの光を色分解するために用いる6枚のカラーフィルターは、例えば、400nm〜700nmの波長領域をほぼ6つに等分するような分光透過率特性とすることが考えられる。図24には、6枚のカラーフィルターの分光透過率特性f2j(λ)の一例を示す。ここで、j=1〜6である。図24において、縦軸はフィルターの透過率を表し、横軸は波長を表す。
【0032】
光源としては、ふたたび超高圧水銀ランプを想定する。図25に、カラーフィルターにより色分解された6色の光C2jの分光分布c2j(λ)を示す。c2j(λ)は、式(5)の演算により求めることができる。図25において、縦軸は色分解された光の相対強度を表し、横軸は波長を表す。
【0033】
【数5】
【0034】
c2j(λ)を用いて式(6)の演算を行うことにより、色分解された6色の光C2jの三刺激値X2j、Y2j、Z2jを求めることが出来る。さらに、三刺激値X2j、Y2j、Z2jを用いて式(7)の演算を行うことにより得られるx2j、y2j値により、色分解された6色の光C2jは色度図上に表すことが可能となる。
【0035】
【数6】
【0036】
【数7】
【0037】
図26は、カラーフィルターにより色分解された6色の光C2jを色度図上に表したものである。図26において、C21〜C26の6つの点により形成される6角形の内部が、6色の光C2jにより再現可能な色の座標とる。したがって、超高圧水銀ランプを光源として使用し、図24に示す分光透過率特性を持つ6枚のカラーフィルターにより色分解を行うカラー画像ディスプレイにおいて再現可能な色の範囲は、図26上のC21〜C26の6つの点により形成される6角形の内部となる。
【0038】
図26において破線で示す三角形は、超高圧水銀ランプを光源として使用し、図21に示す分光透過率特性を持つ3枚のカラーフィルターにより色分解を行うカラー画像ディスプレイにおいて再現可能な色の範囲である。図26より、図24に示す分光透過率特性を持つ6枚のカラーフィルターを用いるカラー画像ディスプレイは、図21に示す分光透過率特性を持つ3枚のカラーフィルターを用いるカラー画像ディスプレイと比較して、再現可能な色の範囲が広くなっていることが分かる。
【0039】
ここで、図24に示す6枚のカラーフィルターの分光透過率特性と、図20に示す超高圧水銀ランプの分光放射率特性の関係について考える。6枚のカラーフィルターの分光透過率特性のうち、f23(λ)およびf24(λ)は550nmの波長付近にカットオフ波長を持つ。一方、超高圧水銀ランプの分光放射率特性は、550nmの波長付近において強い放射を持つ。
【0040】
この関係により、超高圧水銀ランプの分光放射率特性が持つ550nmの波長付近の強い放射は、カラーフィルターによってかなりカットされることになる。したがって、図24に示す分光透過率特性を持つ6枚のカラーフィルターは、図20に示す分光放射率特性を持つ超高圧水銀ランプから照射される光のエネルギーを充分に有効活用しているとは言い難い。
【0041】
また、カラーフィルターの分光透過率特性は、カットオフ波長付近では急峻に変化する。したがって、カラーフィルターの分光透過率特性のカットオフ波長が、光源の分光放射率特性がにおける強い放射を示す波長領域にある場合、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布において大きな差となって現れるという問題もある。
【0042】
以上のように、カラーフィルターにより色分解された光を用いてカラー画像を再現するディスプレイは、使用する光源からの光が持つ分光放射率特性と、色分解に用いるカラーフィルターの分光透過率特性の関係によっては、光源からの光のエネルギーを充分に活かしきれず、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布において大きな差となって現れるという問題がある。
【0043】
この問題は、特にカラーフィルターにより4色以上に色分解された光を用いてカラー画像を再現するディスプレイにおいて顕著となる。
【0044】
【発明が解決しようとする課題】
従来のカラーフィルターにより4色以上に色分解された光を用いてカラー画像を再現する画像ディスプレイにおいては、使用する光源からの光が持つ分光放射率特性と、色分解に用いるカラーフィルターの分光透過率特性の関係によっては、光源からの光が持つエネルギーを充分に活かしきれないという問題点があった。また、使用する光源からの光が持つ分光放射率特性と、色分解に用いるカラーフィルターの分光透過率特性の関係によっては、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布において大きな差となって現れるという問題点があった。
【0045】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、カラーフィルターにより4色以上に色分解された光を用いてカラー画像を再現するディスプレイにおいて、色分解に用いるカラーフィルターの分光透過率特性を、使用する光源からの光が持つ分光放射率特性を考慮して決定することにより、光源からの光が持つエネルギーを有効に使用し、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布に及ぼす影響を軽減することを目的とする。
【0046】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る画像ディスプレイは、光源およびカラーフィルターを備え、上記光源から照射される光を上記カラーフィルターにより色分解し、上記色分解された光を用いてカラー画像を再現する画像ディスプレイであって、上記光源から照射される光の分光放射率特性に等色関数を乗じて得られる分光分布が、所定のしきい値より小さな値となる波長領域に、上記カラーフィルターのカットオフ波長が存在することを特徴とするものである。
【0047】
又、上記カラーフィルターは、4種類以上のカラーフィルターであることを特徴とするものである。
【0048】
又、上記所定のしきい値は、上記分光分布の所定の波長領域における平均値に定数を乗じた値であり、かつ該分光分布の所定の波長領域における最大値よりも小さい値であることを特徴とするものである。
【0049】
又、上記所定の波長領域は、380nmから780nmの波長領域であることを特徴とするものである。
【0050】
又、上記定数は、整数であることを特徴とするものである。
【0051】
又、上記光源は、超高圧水銀ランプであることを特徴とするものである。
【0052】
又、上記光源は、メタルハライドランプであることを特徴とするものである。
【0053】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の一実施形態による画像ディスプレイの構成の一例を示すブロック図である。図1において、1は超高圧水銀ランプ、2は色円盤(2)、103はライトバルブ、104はスクリーン、105は信号処理部である。また、図1の画像ディスプレイにおいては、C31、C32、C33、C34、C35、C36の6色に分解された光を投射することにより、カラー画像を再現するものとしている。
【0054】
以下、図1の画像ディスプレイの動作について述べる。信号処理部105には、画像データが入力される。信号処理部105では、入力された画像データから色円盤(2)2およびライトバルブ103の制御信号を生成し、色円盤(2)2およびライトバルブ103へと供給する。
【0055】
超高圧水銀ランプ1から照射される光は、色円盤(2)2の一部分に入射される。図20は、超高圧水銀ランプ1から照射される光の分光放射率Eu(λ)の一例である。図20において、縦軸は光源より照射される光の相対強度を表し、横軸は波長を表す。
【0056】
色円盤(2)2は、6つの領域に分割されており、それぞれの領域は分光透過率特性f3j(λ)を持つフィルターとなっている。ここで、j=1〜6である。図2には、本発明の実施形態1のカラー画像ディスプレイに用いる6種類のカラーフィルターの分光透過率特性f3j(λ)の一例を示す。図2において、縦軸はフィルターの透過率を表し、横軸は波長を表す。
【0057】
本発明の実施形態1のカラー画像ディスプレイに用いる6種類のカラーフィルターの分光透過率特性f3j(λ)は、以下のようにして決定される。
【0058】
図20に示す超高圧水銀ランプ1から照射される光の分光放射率特性は、405nm、440nm、550nm、580nmの4つの波長付近において強い放射を持つ。ここで、人間の目は感度の良い波長領域と感度の良くない波長領域を持つ。この人間の目の視覚特性を考慮すると、光源から照射される光のすべての波長領域における分光放射率を同等に扱う必要はないと考えられる。したがって、カラーフィルターの分光透過率特性の決定は、超高圧水銀ランプから照射される光の分光放射率特性に加えて、人間の目の視覚特性を考慮して行う。
【0059】
図3(a)〜(c)における実線は、超高圧水銀ランプ1から照射される光の分光放射率Eu(λ)に、等色関数(λ)、(λ)、(λ)をそれぞれ乗じて得られた分光分布特性Eux(λ)、Euy(λ)、Euz(λ)を示したものである。また、図3(a)〜(c)における破線は、式(8)の演算により得られたthx1、thy1、thz1の値を示す。
【0060】
【数8】
【0061】
式(8)で与えられるthx1、thy1、thz1は、Eux(λ)、Euy(λ)、Euz(λ)の380nmから780nmの波長範囲における平均値を4倍したものである。図3(a)〜(c)において、Eux(λ)、Euy(λ)、Euz(λ)がそれぞれthx1、thy1、thz1よりも大きくなる波長を、Eux(λ)、Euy(λ)またはEuz(λ)の分光分布が強い波長と判定し、上記の分光分布が強い波長以外を、分光分布が弱い波長と判定する。
【0062】
図3(a)〜(c)より、Eux(λ)、Euy(λ)、Euz(λ)のいずれかにおいて、440nm、550nm、580nmの3つの波長付近に分光分布が強い波長が見られる。6種類のカラーフィルターの分光透過率特性f3j(λ)の決定は、上記の分光分布が強い波長を考慮して行う。超高圧水銀ランプ1からの光のエネルギーを有効に活用するためには、上記の分光分布が強い波長領域が、6種類のカラーフィルターのいずれかの透過波長領域に完全に含まれている必要がある。
【0063】
また、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布に及ぼす影響を軽減するためには、6種類のカラーフィルターのカットオフ波長が、上記の分光分布が弱い波長領域にあることが望ましい。
【0064】
6種類のカラーフィルターの分光透過率特性f3j(λ)は、図3(a)〜(c)に示した分光分布特性の440nm、550nmおよび580nmの波長付近の分光分布が強い波長領域が、6種類のカラーフィルターのいずれかの透過波長領域に完全に含まれるように決定する。また、6種類のカラーフィルターのカットオフ波長は、Eux(λ)、Euy(λ)、Euz(λ)のいずれの分光分布も弱い波長領域に設定する。すなわち、6種類のカラーフィルターのカットオフ波長は、Eux(λ)<thx1であり、かつEuy(λ)<thy1であり、かつEuz(λ)<thz1である波長領域に設定する。
【0065】
以上のようにして、本発明の実施の形態1のカラー画像ディスプレイに用いる6枚のカラーフィルターの分光透過率特性f3j(λ)は決定される。
【0066】
色円盤(2)2は信号処理部105からの制御信号に制御されて回転しており、超高圧水銀ランプ1からの光が入射する場所に位置するフィルターは、時分割で変化する。したがって、超高圧水銀ランプ1から入射した光は色円盤(2)2により、時分割でC31〜C36の6色の光に色分解される。この時、6枚のカラーフィルターにより色分解された6色の光C3jの分光分布c3j(λ)は、下記の式(9)により算出される。
【0067】
【数9】
【0068】
色円盤(2)2により時分割でC31〜C36の6色の光に色分解された光は、ライトバルブ103に入射することになる。ライトバルブ103に入射したC31〜C36の6色の光は、信号処理部105からの制御信号にしたがって、ライトバルブ103において変調され、スクリーン104上に投射される。
【0069】
カラーフィルターにより色分解された6色の光C3jの分光分布c3j(λ)を図4に示す。図4において、縦軸は色分解された光の相対強度を表し、横軸は波長を表す。
【0070】
ここで、図24に示す400nm〜700nmの波長領域をほぼ6つに等分するような分光透過率特性を持つ6種類のカラーフィルターにより、超高圧水銀ランプからの光を色分解して得られる6色の光C2jの分光分布c2j(λ)は、図25に示されている。図4に示されるc3j(λ)は、図25に示されるc2j(λ)と比較して、超高圧水銀ランプが持つ550nmの波長付近の強い放射をよく透過している。
【0071】
図5に、図3に示す本実施例におけるカラーフィルターの分光透過率特性が長波長側に5nmズレた場合の色分解された6色の光の分光分布を表す。また、図6に、図24に示す400nm〜700nmの波長領域をほぼ6つに等分するような分光透過率特性が長波長側に5nmズレた場合の色分解された6色の光の分光分布を表す。図4と図5、図25と図6より、本実施例におけるカラーフィルターは、分光透過率特性のズレが色分解後の光の分光分布に及ぼす影響を軽減していることが分かる。
【0072】
なお、本実施例による画像ディスプレイは、時分割色投射方式により実現されるものとしているが、同時色投射方式によって実現しても良い。また、図2に示す分光透過率特性は、色分解に用いるフィルターの分光透過特性の一例である。さらに、色分解に用いるフィルターは必ずしも6種類である必要はない。
【0073】
実施の形態2.
図7はこの発明の実施形態2による画像ディスプレイの構成の一例を示すブロック図である。図7において、3はメタルハライドランプ、4は色円盤(3)、103はライトバルブ、104はスクリーン、105は信号処理部である。また、図7の画像ディスプレイにおいては、C41、C42、C43、C44、C45、C46の6色に分解された光を投射することにより、カラー画像を再現するものとしている。
【0074】
以下、図7の画像ディスプレイの動作について述べる。信号処理部105には、画像データが入力される。信号処理部105では、入力された画像データから色円盤(3)4およびライトバルブ103の制御信号を生成し、色円盤(3)4およびライトバルブ103へと供給する。
【0075】
メタルハライドランプ3から照射される光は、色円盤(3)4の一部分に入射される。図8は、メタルハライドランプ3から照射される光の分光放射率Em(λ)の一例である。図8において、縦軸は光源より照射される光の相対強度を表し、横軸は波長を表す。
【0076】
色円盤(3)4は、6つの領域に分割されており、それぞれの領域は分光透過率特性f4j(λ)を持つフィルターとなっている。ここで、j=1〜6である。図9には、本発明の実施形態2のカラー画像ディスプレイに用いる6種類のカラーフィルターの分光透過率特性f4j(λ)の一例を示す。図9において、縦軸はフィルターの透過率を表し、横軸は波長を表す。
【0077】
本発明の実施形態2のカラー画像ディスプレイに用いる6種類のカラーフィルターの分光透過率特性f4j(λ)は、以下のようにして決定される。
【0078】
図8に示すメタルハライドランプ3から照射される光の分光放射率特性は、405nm、435nm、545nm、575nmの4つの波長付近において強い放射を持つ。ここで、人間の目は感度の良い波長領域と感度の良くない波長領域を持つ。この人間の目の視覚特性を考慮すると、光源から照射される光のすべての波長領域における分光放射率を同等に扱う必要はないと考えられる。したがって、カラーフィルターの分光透過率特性の決定は、メタルハライドランプから照射される光の分光放射率特性に加えて、人間の目の視覚特性を考慮して行う。
【0079】
図10(a)〜(c)における実線は、メタルハライドランプ3から照射される光の分光放射率Em(λ)に、等色関数(λ)、(λ)、(λ)をそれぞれ乗じて得られた分光分布特性Emx(λ)、Emy(λ)、Emz(λ)を示したものである。また、図10(a)〜(c)における破線は、式(10)の演算により得られたthx2、thy2、thz2の値を示す。
【0080】
【数10】
【0081】
式(10)で与えられるthx2、thy2、thz2は、Emx(λ)、Emy(λ)、Emz(λ)の380nmから780nmの波長範囲における平均値を4倍したものである。図10(a)〜(c)において、Emx(λ)、Emy(λ)、Emz(λ)がそれぞれthx2、thy2、thz2よりも大きくなる波長を、Emx(λ)、Emy(λ)またはEmz(λ)の分光分布が強い波長と判定し、上記の分光分布が強い波長以外を、分光分布が弱い波長と判定する。
【0082】
図10(a)〜(c)より、Emx(λ)、Emy(λ)、Emz(λ)のいずれかにおいて、430nm〜470nmの波長範囲、および545nm、575nmの波長付近に分光分布が強い波長が見られる。6種類のカラーフィルターの分光透過率特性f4j(λ)の決定は、上記の分光分布が強い波長を考慮して行う。メタルハライドランプ3からの光のエネルギーを有効に活用するためには、上記の分光分布が強い波長領域が、6種類のカラーフィルターのいずれかの透過波長領域に完全に含まれている必要がある。
【0083】
また、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布に及ぼす影響を軽減するためには、6種類のカラーフィルターのカットオフ波長が、上記の分光分布が弱い波長領域にあることが望ましい。
【0084】
6種類のカラーフィルターの分光透過率特性f4j(λ)は、図10(a)〜(c)に示した分光分布特性の430nm〜470nmの波長範囲、および545nm、575nmの波長付近の分光分布が強い波長領域が、6種類のカラーフィルターのいずれかの透過波長領域に完全に含まれるように決定する。また、6種類のカラーフィルターのカットオフ波長は、Emx(λ)、Emy(λ)、Emz(λ)のいずれの分光分布も弱い波長領域に設定する。すなわち、6種類のカラーフィルターのカットオフ波長は、Emx(λ)<thx2であり、かつEmy(λ)<thy2であり、かつEmz(λ)<thz2である波長領域に設定する。
【0085】
以上のようにして、本発明の実施形態2のカラー画像ディスプレイに用いる6枚のカラーフィルターの分光透過率特性f4j(λ)は決定される。
【0086】
色円盤(3)4は信号処理部105からの制御信号に制御されて回転しており、メタルハライドランプ3からの光が入射する場所に位置するフィルターは、時分割で変化する。したがって、メタルハライドランプ3から入射した光は色円盤(3)4により、時分割でC41〜C46の6色の光に色分解される。この時、6枚のカラーフィルターにより色分解された6色の光C4jの分光分布c4j(λ)は、下記の式(11)により算出される。
【0087】
【数11】
【0088】
色円盤(3)4により時分割でC41〜C46の6色の光に色分解された光は、ライトバルブ103に入射することになる。ライトバルブ103に入射したC41〜C46の6色の光は、信号処理部105からの制御信号にしたがって、ライトバルブ103において変調され、スクリーン104上に投射される。
【0089】
カラーフィルターにより色分解された6色の光C4jの分光分布c4j(λ)を図11に示す。図11において、縦軸は色分解された光の相対強度を表し、横軸は波長を表す。
【0090】
ここで、図24に示す400nm〜700nmの波長領域をほぼ6つに等分するような分光透過率特性を持つ6種類のカラーフィルターにより、メタルハライドランプからの光を色分解して得られる6色の光C5jの分光分布c5j(λ)を、図12に示す。図11に示されるc4j(λ)は、図12に示されるc5j(λ)と比較して、メタルハライドランプが持つ545nmの波長付近の強い放射をよく透過している。
【0091】
図13に、図9に示す本実施例におけるカラーフィルターの分光透過率特性が短波長側に5nmズレた場合の色分解された6色の光の分光分布を表す。また、図14に、図24に示す400nm〜700nmの波長領域をほぼ6つに等分するような分光透過率特性が短波長側に5nmズレた場合の色分解された6色の光の分光分布を表す。図11と図13、図12と図14より、本実施例におけるカラーフィルターは、分光透過率特性のズレが色分解後の光の分光分布に及ぼす影響を軽減していることが分かる。
【0092】
なお、本実施例による画像ディスプレイは、時分割色投射方式により実現されるものとしているが、同時色投射方式によって実現しても良い。また、図9に示す分光透過率特性は、色分解に用いるフィルターの分光透過特性の一例である。さらに、色分解に用いるフィルターは必ずしも6種類である必要はない。
【0093】
【発明の効果】
この発明に係る画像ディスプレイは、光源およびカラーフィルターを備え、上記光源から照射される光を上記カラーフィルターにより色分解し、上記色分解された光を用いてカラー画像を再現する画像ディスプレイであって、上記光源から照射される光の分光放射率特性に等色関数を乗じて得られる分光分布が、所定のしきい値より小さな値となる波長領域に、上記カラーフィルターのカットオフ波長が存在することを特徴とするので、光源から照射される光が持つエネルギーを有効に使用できるとともに、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布に及ぼす影響を軽減することができるという効果がある。
【0094】
又、上記カラーフィルターは、4種類以上のカラーフィルターであることを特徴とするので、上記カラーフィルターの種類が増すほど顕著となる、光源からの光が持つエネルギーを充分に活かしきれないという問題、及び、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布において大きな差となって現れるという問題を良好に解決することが可能ととともに、再現可能な色の範囲を広げることができるという効果を奏する。
【0095】
又、上記所定のしきい値は、上記分光分布の所定の波長領域における平均値に定数を乗じた値であり、かつ該分光分布の所定の波長領域における最大値よりも小さい値であることを特徴とするので、上記定数を適当に選定することで、上記カラーフィルターの種類数に応じた上記カットオフ波長の選定がなされ、そのため、光源から照射される光が持つエネルギーを更に有効に使用できるとともに、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布に及ぼす影響を更に軽減することができるという効果がある。
【0096】
又、上記所定の波長領域は、380nmから780nmの波長領域であることを特徴とするので、人間の目の可視領域である380nmから780nmの波長領域に応じた上記カットオフ波長の選定がなされ、そのため、光源から照射される光が持つエネルギーを更に有効に使用できるとともに、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布に及ぼす影響を更に軽減することができるという効果がある。
【0097】
又、上記定数は、整数であることを特徴とするので、上記カットオフ波長の選定が容易となるという効果がある。
【0098】
又、上記光源は、超高圧水銀ランプであることを特徴とするので、超高圧水銀ランプを光源として使用する画像ディスプレイにおいて、超高圧水銀ランプから照射される光が持つエネルギーを有効に使用できるとともに、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布に及ぼす影響を軽減することができるという効果がある。
【0099】
又、上記光源は、メタルハライドランプであることを特徴とするので、メタルハライドランプを光源として使用する画像ディスプレイにおいて、メタルハライドランプから照射される光が持つエネルギーを有効に使用できるとともに、カラーフィルターの分光透過率特性のわずかなズレが、色分解後の光の分光分布に及ぼす影響を軽減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による画像ディスプレイの構成の一例を示すブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による画像ディスプレイに用いる6種類のカラーフィルターの分光透過率特性の一例を示す図である。
【図3】 超高圧水銀ランプからの光の分光放射率に等色関数をそれぞれ乗じて得られた分光分布特性を示す図である。
【図4】 この発明の実施の形態1による画像ディスプレイにおけるカラーフィルターにより色分解された6色の光の分光分布を示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態1による画像ディスプレイにおけるカラーフィルターの分光透過率特性が長波長側に5nmズレた場合の色分解された6色の光の分光分布を示す図である。
【図6】 400nm〜700nmの波長領域をほぼ6つに等分するようなカラーフィルターの分光透過率特性が長波長側に5nmズレた場合の超高圧水銀ランプからの光を色分解して得られる6色の光の分光分布を示す図である。
【図7】 この発明の実施の形態2による画像ディスプレイの構成の一例を示すブロック図である。
【図8】 メタルハライドランプから照射される光の分光放射率の一例を示した図である。
【図9】 この発明の実施の形態2による画像ディスプレイに用いる6種類のカラーフィルターの分光透過率特性の一例を示す図である。
【図10】 メタルハライドランプからの光の分光放射率に等色関数をそれぞれ乗じて得られた分光分布特性を示す図である。
【図11】 この発明の実施の形態2による画像ディスプレイにおけるカラーフィルターにより色分解された6色の光の分光分布を示す図である。
【図12】 400nm〜700nmの波長領域をほぼ6つに等分するようなカラーフィルターによりメタルハライドランプからの光を色分解して得られる6色の光の分光分布を示す図である。
【図13】 この発明の実施の形態2による画像ディスプレイにおけるカラーフィルターの分光透過率特性が短波長側に5nmズレた場合の色分解された6色の光の分光分布を示す図である。
【図14】 400nm〜700nmの波長領域をほぼ6つに等分するようなカラーフィルターの分光透過率特性が短波長側に5nmズレた場合のメタルハライドランプからの光を色分解して得られる6色の光の分光分布を示す図である。
【図15】 従来のライトバルブを用いた時分割色投射方式の画像ディスプレイの一例を示すブロック図である。
【図16】 従来のライトバルブを用いた同時色投射方式の画像ディスプレイの一例を示すブロック図である。
【図17】 仮定の光源の分光放射率を示す模式図である。
【図18】 色分解に用いる仮定のカラーフィルターの分光透過率特性を示す模式図である。
【図19】 仮定の光源からの光を仮定のカラーフィルターによって色分解した場合に得られる光の分光分布特性を示す模式図である。
【図20】 超高圧水銀ランプから照射される光の分光放射率の一例を示した図である。
【図21】 従来の画像ディスプレイに用いる3枚のカラーフィルターの分光透過率特性の一例を示す図である。
【図22】 従来の画像ディスプレイにおける3枚のカラーフィルターにより色分解された3色の光の分光分布特性を示す図である。
【図23】 従来の画像ディスプレイにおける3枚のカラーフィルターにより色分解された3色の光を色度図上に示した図である。
【図24】 従来の画像ディスプレイに用いる6枚のカラーフィルターの分光透過率特性の一例を示す図である。
【図25】 従来の画像ディスプレイにおける6枚のカラーフィルターにより色分解された6色の光の分光分布特性を示す図である。
【図26】 従来の画像ディスプレイにおける6枚のカラーフィルターにより色分解された6色の光を色度図上に示した図である。
【符号の説明】
1 超高圧水銀ランプ、 2 色円盤(2)、
3 メタルハライドランプ、 4 色円盤(3)、 101 光源、
102 色円盤(1)、 103 ライトバルブ、 104 スクリーン、
105 信号処理部、 106a 赤色の光を透過するフィルター、
106b 緑色の光を透過するフィルター、
106c 青色の光を透過するフィルター。
Claims (7)
- 光源およびカラーフィルターを備え、上記光源から照射される光を上記カラーフィルターにより色分解し、上記色分解された光を用いてカラー画像を再現する画像ディスプレイであって、
上記光源から照射される光の分光放射率特性に等色関数を乗じて得られる分光分布が、所定のしきい値より小さな値となる波長領域に、上記カラーフィルターのカットオフ波長が存在することを特徴とする画像ディスプレイ。 - 上記カラーフィルターは、4種類以上のカラーフィルターであることを特徴とする請求項1に記載の画像ディスプレイ。
- 上記所定のしきい値は、上記分光分布の所定の波長領域における平均値に定数を乗じた値であり、かつ該分光分布の所定の波長領域における最大値よりも小さい値であることを特徴とする請求項1に記載の画像ディスプレイ。
- 上記所定の波長領域は、380nmから780nmの波長領域であることを特徴とする請求項3に記載の画像ディスプレイ。
- 上記定数は、整数であることを特徴とする請求項3に記載の画像ディスプレイ。
- 上記光源は、超高圧水銀ランプであることを特徴とする請求項1に記載の画像ディスプレイ。
- 上記光源は、メタルハライドランプであることを特徴とする請求項1に記載の画像ディスプレイ。
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