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JP2002223454A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

投射型画像表示装置

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Publication number
JP2002223454A
JP2002223454A JP2001019078A JP2001019078A JP2002223454A JP 2002223454 A JP2002223454 A JP 2002223454A JP 2001019078 A JP2001019078 A JP 2001019078A JP 2001019078 A JP2001019078 A JP 2001019078A JP 2002223454 A JP2002223454 A JP 2002223454A
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JP
Japan
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image display
image
color
signal
display device
Prior art date
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Abandoned
Application number
JP2001019078A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiko Yokoyama
敏彦 横山
Yasuo Suzuki
康雄 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2001019078A priority Critical patent/JP2002223454A/ja
Priority to US10/052,465 priority patent/US6975337B2/en
Publication of JP2002223454A publication Critical patent/JP2002223454A/ja
Priority to US11/126,371 priority patent/US20050206851A1/en
Abandoned legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 投写型画像表示装置において、光学系の小型
化のために設けられた正屈折レンズ群により非平行光化
された光が色合成のためのダイクロイック膜に入射する
ことにより、投射画像に色むらが発生する。 【解決手段】 画像信号に応じた光の変調動作を行う複
数の画像表示素子８〜１０と、これら画像表示素子によ
りそれぞれ変調された互いに異なる波長域の光をダイク
ロイック膜を用いて合成する色合成光学素子１１と、画
像表示素子と色合成光学素子との間に配置された全体と
して正の屈折力を持つレンズ群１４〜１６とを有し、色
合成光学素子により合成された光を投射して画像を表示
する投写型画像表示装置において、投射画像における輝
度レベルの不均一を補正するためのデータを記憶する記
憶手段２４と、この記憶手段に記憶されたデータに基づ
いて、画像表示素子ごとに画像信号を補正する信号補正
手段１９とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】ダイクロイック膜を用いた色
合成光学系を備えた液晶プロジェクタ等の投射型画像表
示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、色合成光学系を備えた液晶プロジ
ェクター等の投写型画像表示装置としては、種々の装置
が提案されている。
【０００３】ここで、本願図８を用いて従来の投写型画
像表示装置について説明する。図８において、光源１か
ら発せられた白色光は、方物面鏡２，不図示の反射鏡お
よびレンズ群により略平行光に変換される。
【０００４】この略平行光は、ダイクロイックミラー
３，４、高反射ミラー５，６，７および不図示のレンズ
群により色分解されて各色用に設けられた液晶パネル
８，９，１０に集光される。そして、液晶パネル８，
９，１０に入射した光は、画像を表示している液晶パネ
ル８，９，１０によって変調され、表示画像に応じた空
間変調光が生成される。
【０００５】各色変調光は、色合成ダイクロイックプリ
ズム１１により色合成が行われ、投射レンズ群１２を介
してスクリーン１３に拡大投射される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、各液晶パネ
ル８，９，１０と色合成用ダイクロイックプリズム１１
との間には、光学系を小型化する目的で正屈折レンズ群
１４，１５，１６が配置されている。このため、各液晶
パネル８，９，１０を通過した略平行光としての各色変
調光は、正屈折レンズ１４，１５，１６にて集光（収
斂）作用を受けて非平行光化され、この非平行光が色合
成用ダイクロイックプリズム１１に入射することにな
る。
【０００７】したがって、光線のダイクロイック膜への
入射角度が、例えば画面の左右で異なり、その影響でダ
イクロイック膜における分光・透過のカットオフ波長に
違いが発生し、結果として色光毎に画面の左右等で輝度
レベルの不均一（色むら又は輝度むら）が生じるという
問題がある。
【０００８】なお、上記色むら抑制のための対策とし
て、ダイクロイック膜として、特定方向に厚さや屈折率
が傾斜的に変化するいわゆる傾斜膜を形成することが提
案されている。
【０００９】しかしながら、このような傾斜膜では、通
常、単純に一方向についての補正しかできず、各方向に
ついての色むらに関する十分な補正ができないばかり
か、傾斜膜を形成するために色合成プリズムが高価とな
るという問題がある。
【００１０】そこで、本発明は、色合成プリズム等の色
合成光学素子と画像表示素子との間に正屈折力のレンズ
群が配置されている場合に発生し易い色むらを、画面の
水平、垂直等の方向を選ばずに簡単で安価な構成により
補正できるようにした投写型画像表示装置を提供するこ
とを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、画像信号に応じた光の変調動作を行
う複数の画像表示素子と、これら画像表示素子によりそ
れぞれ変調された互いに異なる波長域の光をダイクロイ
ック膜を用いて合成する色合成光学素子と、画像表示素
子と色合成光学素子との間に配置された全体として正の
屈折力を持つレンズ群とを有し、色合成光学素子により
合成された光を投射して画像を表示する投写型画像表示
装置において、投射画像における輝度レベルの不均一を
補正するためのデータを記憶する記憶手段と、この記憶
手段に記憶されたデータに基づいて、画像表示素子ごと
に画像信号を補正する信号補正手段とを設けている。
【００１２】これにより、色合成光学素子と画像表示素
子との間に正屈折力のレンズ群が配置されている場合に
発生し易い輝度レベルの不均一（色むら）を、投射画面
の水平、垂直等の方向を選ばずに簡単で安価な構成によ
り補正することが可能になり、色むらのない高画質の画
像を投射表示することが可能となる。
【００１３】また、特定方向の色むら補正のためにダイ
クロイック膜として傾斜膜を用いた場合において、この
傾斜膜で光学的に補正しきれない方向についての色むら
を簡単に電気的に補正することが可能となる。
【００１４】具体的には、信号補正手段に、各画像表示
素子の画素単位や画素エリア（画素群）単位で画像表示
素子への入力信号を補正させるようにすればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には、本発
明の第１実施形態である液晶プロジェクタ（投射型画像
表示装置）の構成を示している。
【００１６】ここでは、まず液晶プロジェクタ１００に
おける光学系について説明する。図１において、光源１
から発せられた白色光は、方物面鏡２、不図示の反射鏡
およびレンズ群により略平行光に変換される。
【００１７】この略平行光は、ダイクロイックミラー
３，４、高反射ミラー５，６，７および不図示のレンズ
群によって、赤，緑，青の各色光に色分解されて、各色
用に設けられた液晶パネル（画像表示素子）８，９，１
０上に集光される。
【００１８】そして、液晶パネル８，９，１０に入射し
た光はそれぞれ、画像を表示している液晶パネル８，
９，１０によって変調され、表示画像に応じた空間変調
光が生成される。
【００１９】各色の変調光は、色合成ダイクロイックプ
リズム（色合成光学素子）１１により色合成が行われ、
投射レンズ群１２を介してスクリーン１３上に拡大投射
される。
【００２０】色合成ダイクロイックプリズム１１内に
は、それぞれ光軸に対して傾いて配置された２つのダイ
クロイック膜１１ａ，１１ｂが互いにプリズム内で交差
することなく設けられている。
【００２１】ダイクロイック膜１１ａは、互いに波長域
が異なる赤色変調光、緑色変調光および緑色変調光のう
ち２色の変調光を、その反射・透過作用によって合成す
る。また、ダイクロイック膜１１ｂは、ダイクロイック
膜１１ａによって合成された２色の変調光と残りの１色
の変調光とを、その反射・透過作用によって合成する。
こうして色合成された変調光はプリズム１１の射出面か
ら投射レンズ群１２に射出される。
【００２２】本実施形態では、液晶パネル８，９，１０
と色合成ダイクロイックプリズム１１との間に正屈折レ
ンズ群１４，１５，１６が配置されており、これによ
り、光学系の小型化を図っている。
【００２３】ここで、液晶パネル８，９，１０から射出
した略平行光としての各色変調光は、正屈折レンズ群１
４，１５，１６の集光（収斂）作用によって非平行光化
され、この非平行光が色合成ダイクロイックプリズム１
１のダイクロイック膜１１ａ，１１ｂに入射する。した
がって、従来技術にて説明した理由により、スクリーン
１３上に投射された画像に輝度レベルの不均一（色む
ら）が発生するおそれがある。しかし、本実施形態で
は、後述するように、この色むらを画面上の方向に関係
なく補正できるようにしている。
【００２４】次に、本実施形態の液晶プロジェクタにお
ける電気信号の処理について説明する。
【００２５】外部からデコーダ１７に入力されたビデオ
信号やＶＧＡ信号などの映像（画像）信号は、デコーダ
１７によってディジタル化され、信号処理部１８に送ら
れる。
【００２６】信号処理部１８は、映像信号に対して解像
度変換やフレームレート変換などのディジタル信号処理
および液晶パネル８，９，１０のＶＴ特性を補正するガ
ンマ処理などのＬＣＤ信号処理を行う。
【００２７】さらに、信号処理部１８は、液晶パネル
８，９，１０に入力する上記各種処理が施された映像信
号に対し、色むら補正処理回路（信号補正手段）１９に
おいて、上記色むらを補正するために必要な補正処理を
行う。
【００２８】この補正処理によって、上記色むらをキャ
ンセルするよう映像信号を補正するので、液晶パネル
８，９，１０により変調され、色合成プリズム１１によ
って合成された画像（投射画像）には色むらは発生しな
い。
【００２９】図２には、色むら補正回路１９を含む信号
処理部１８を詳しく示している。デコーダ１７によりデ
ィジタル化された映像信号(DRi，DGi ，DBi) は、スキ
ャンコンバータや解像度変換などのディジタル信号処理
回路２２およびＬＣＤ信号処理回路２３を経て色むら補
正回路１９に入力される。
【００３０】色むら補正回路１９には、水平方向および
垂直方向について上記色むらを補正するための補正デー
タが格納されたフレームメモリ２４が接続されている。
なお、フレームメモリ２４はＲＯＭ等により構成され、
予め補正データが記憶保持されている。
【００３１】色むら補正回路１９は、タイミングジェネ
レータ２１からのタイミング信号を用いて、ＬＣＤ信号
処理回路２３から入力される映像信号ARi ，AGi ，ABi
に同期した補正データをフレームメモリ２４から読み出
し、映像信号ARi ，AGi ，ABi に対してリアルタイムに
補正を行う。
【００３２】図７には、補正データの作成方法の一例を
示している。まず、各色について、均一輝度レベルの映
像信号を順次、液晶パネル８，９，１０に入力し、画像
表示させる。
【００３３】この状態でスクリーン上に投射すると、ス
クリーン画面の水平方向あるいは垂直方向等において色
むらが発生する。このときの各色のスクリーン画面上の
投射画像における輝度データを、Lr(x,y) 、Lg(x,y) 、
Lb(x,y) とし、各色輝度データにおける最大輝度値をそ
れぞれLr_max、Lg_max、Lb_maxとする。
【００３４】ここにいう補正データは、上記輝度データ
におけるむらをキャンセルさせる方向に、各液晶パネル
８，９，１０の画素ごとにゲイン調整を行うためのゲイ
ン係数であり、 Cr(x,y) ＝Lr_max / Lr(x,y) …（１） Cg(x,y) ＝Lg_max / Lg(x,y) …（２） Cb(x,y) ＝Lb_max / Lb(x,y) …（３） で表される。なお、(x,y) は各画素の空間位置の座標を
示している。
【００３５】但し、画素ごとのゲイン調整まで必要とし
ない場合には、上記（１），（２），（３）式で示され
る補正データを、任意の画素エリアごとに設定して簡略
化することで、補正データ量を減らし、フレームメモリ
２４のサイズを縮小してもよい。
【００３６】図３（ａ）には、均一白（灰）色を表示し
たときの補正動作の例を示している。液晶パネルに入力
する映像信号は均一白（灰）色であるので、補正前の映
像信号ARi 、AGi 、ABi は水平方向、垂直方向ともに位
置によるレベル差はなく一定レベルである。
【００３７】しかし、前述したように投射画像に色むら
が発生するのを防止するため、補正データを、図７に示
す方式によりこの色むらを打ち消すように作成する。
【００３８】つまり、映像信号は均一輝度レベル（例え
ば、２５５）であるにもかかわらず、スクリーン１３上
の投射画像（変調光）としては、上記色むらによって輝
度が最大輝度Lr_max，Lg_max，Lb_maxよりも低くなる画
素もしくは画素エリアではゲインが大きくなるような補
正データを設定する。
【００３９】図３（ｂ）には、フレームメモリ２４に格
納されている補正データの例を示す。赤色補正データ、
青色補正データ、緑色補正データをそれぞれ、Cr(x,y)
，Cb(x,y) ，Cg(x,y) とすると、補正後の映像信号
（補正後信号）は、 ARo(x,y)＝Cr(x,y) ×ARi(x,y) …（４） ABo(x,y)＝Cb(x,y) ×ABi(x,y) …（５） AGo(x,y)＝Cg(x,y) ×AGi(x,y) …（６） で表される。
【００４０】以上のような色むら補正回路１９を通過し
た各色の補正後信号(ARo,AGo,ABo)は、図３（ａ）に示
すような傾斜又は変化を持った信号になる。
【００４１】そして、このような補正後信号(ARo,AGo,A
Bo) を用いて駆動された液晶パネル８，９，１０は、色
むらをキャンセルする空間透過率特性を持つため、スク
リーン１３上には均一輝度の画像が表示される。
【００４２】以上説明したように、本実施形態では、光
学系に起因する投射画像の色むらをなくするために、液
晶パネル８，９，１０に入力する電気信号に対して補正
を行うことにより、投射画面の水平、垂直等の方向を選
ばずに簡単で安価な構成により上記色むらを補正するこ
とができる。
【００４３】（第２実施形態）第１実施形態（図２）で
は、ＬＣＤ信号処理回路２３からの出力信号に対して色
むら補正回路１９で色むら補正処理を行う場合について
説明したが、図４に示すように、ディジタル信号処理回
路３０からの出力信号に対して、ＬＣＤ信号処理回路２
３に入力される前の段階で色むら補正処理を行ってもよ
い。
【００４４】この場合、図２に対応するアンプ２５，２
６，２７は乗算機３２，３３，３４で実現される。
【００４５】また、この場合、色むら補正処理は、液晶
パネル８，９，１０のＶＴ特性を補正するＬＣＤ信号処
理回路２３の前段で行われるため、液晶パネル８，９，
１０の電圧−透過率特性変換関数をそれぞれ、Tvt_r
[L]、Tvt_g[L]、Tvt_b[L]とすると、補正データは、 Cr(x,y) ＝Tvt_r[ Lr_max / Lr(x,y) ] …（７） Cg(x,y) ＝Tvt_g[ Lg_max / Lg(x,y) ] …（８） Cb(x,y) ＝Tvt_b[ Lb_max / Lb(x,y) ] …（９） で表される。
【００４６】また、図２および図４に示す方法以外の方
法でも、画素又は画素エリアの空間位置毎にゲイン制御
が可能な補正回路が挿入されていれば、ディジタル信号
処理部２２の入力からＬＣＤ駆動部２０の入力までの間
のどの位置において色むら補正処理を行ってもよい。
【００４７】（第３実施形態）図５には、本発明の第３
実施形態であるである液晶プロジェクタ（投射型画像表
示装置）の構成を示している。なお、本実施形態におい
て、第１実施形態と共通する構成要素には、第１実施形
態と同符号を付して説明に代える。
【００４８】本実施形態では、色合成ダイクロイックプ
リズム５０に設けられたダイクロイック膜５０Ａ，５０
Ｂを、特定方向に厚さ又は屈折率が傾斜状に変化する傾
斜膜で構成している。図５の光学系において、色合成用
ダイクロプリズム５０以外は図２の構成と同じである。
【００４９】ダイクロイック膜５０Ａ，５０Ｂとして傾
斜膜を使用することにより、傾斜膜の特性傾斜方向に対
応した水平方向に関しては液晶パネル８，９，１０のど
の位置を通過する光も、ダイクロイック膜５０Ａ，５０
Ｂに対する入射角は等しくなり、色むらの発生を抑える
ことができる。
【００５０】しかし、垂直方向に関しては、第１実施形
態と同様に電気的な色むら補正が必要である。
【００５１】また、ダイクロイック膜５０Ａ，５０Ｂに
使用する傾斜膜もコストダウンを行うことにより特性に
ばらつきが発生し、水平方向に関しても色むらを完全に
補正できない場合がある。この場合には、第１実施形態
と同様に、電気的に水平方向および垂直方向についての
色むら補正処理を行う必要がある。
【００５２】図６には、液晶パネル８，９，１０に均一
白（灰）色を表示したときの補正動作の例を示してい
る。適正に形成された傾斜膜を使用することにより、水
平方向の色むらはほぼ補正できるが、垂直方向は補正で
きないため、フレームメモリ又はラインメモリ５１に記
憶させる補正データはこの垂直方向の色むらを打ち消す
ように作成する。
【００５３】補正データとしては、簡易的には垂直方向
の１次元のデータのみで可能であるが、厳密に補正を行
う場合には、第１実施形態と同様に２次元データを持っ
てもよい。
【００５４】図６には、垂直方向に関してのみ色むら補
正処理を行う場合を示している。この場合、メモリ５１
としては垂直ライン用のラインメモリで構成することが
できる。
【００５５】ラインメモリ５０に格納される赤色補正デ
ータ、青色補正データ、緑色補正データをそれぞれ、Cr
(y) ，Cb(y) ，Cg(y) とすると、補正後の映像信号（補
正後信号）は、 ARo(y)＝Cr(y) ×ARi(y) …（１０） ABo(y)＝Cb(y) ×ABi(y) …（１１） AGo(y)＝Cg(y) ×AGi(y) …（１２） で表される。
【００５６】そして、このような補正後信号(ARo,AGo,A
Bo) を用いて駆動された液晶パネル８，９，１０は、垂
直方向の色むらをキャンセルする空間透過率特性を持つ
ため、スクリーン１３上には均一輝度の画像が表示され
る。
【００５７】以上説明したように、本実施形態では、光
学系に起因する投射画像の色むらを、水平方向について
は傾斜膜によって、垂直方向については液晶パネル８，
９，１０に入力する電気信号に対して補正を行うことに
よって補正するため、簡単で安価な構成により上記色む
らを補正することができる。
【００５８】また、図５に示す方法以外の方法でも、画
素又は画素エリアの空間位置毎にゲイン制御が可能な補
正回路が挿入されていれば、ディジタル信号処理部２２
の入力からＬＣＤ駆動部２０の入力までの間のどの位置
において色むら補正処理を行ってもよい。
【００５９】さらに、上記各実施形態では、色合成光学
素子としてダイクロイック膜を有するプリズム１１を用
いた場合について説明したが、本発明は、このようなプ
リズムに限らず、板ガラス上にダイクロイック膜を設け
たもの等、他の色合成光学素子を用いた場合にも適用す
ることができる。
【００６０】また、上記各実施形態では、画像表示素子
として液晶パネル（ＬＣＤ）を用いた場合について説明
したが、本発明は、液晶パネル以外の画像表示素子を持
ちいた場合にも適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
色合成光学素子と画像表示素子との間に正屈折力のレン
ズ群が配置されている場合に発生し易い輝度レベルの不
均一（色むら）を、投射画面の水平、垂直等の方向を選
ばずに簡単で安価な構成により補正することができ、色
むらのない高画質の画像を投射表示することができる。
【００６２】また、特定方向の色むら補正のためにダイ
クロイック膜として傾斜膜を用いた場合において、この
傾斜膜で光学的に補正しきれない方向についての色むら
を簡単に電気的に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である液晶プロジェクタ
の構成を示した図である。
【図２】上記液晶プロジェクタにおける信号処理部の構
成を示した図である。
【図３】上記信号処理部内の色むら補正回路の動作を説
明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態である液晶プロジェクタ
における信号処理部の構成を示した図である。
【図５】本発明の第３実施形態である液晶プロジェクタ
における信号処理部の構成を示した図である。
【図６】上記第３実施形態における色むら補正回路の動
作を説明する図である。
【図７】上記第１実施形態における補正データの作成例
を説明する図である。
【図８】従来の液晶プロジェクタの構成を示した図であ
る。
【符号の説明】
１ 光源 ２ 方物面鏡 ３，４ ダイクロイックミラー ５，６，７ 高反射ミラー ８，９，１０ 液晶パネル １１，５０ ダイクロイックプリズム １２ 投射レンズ群 １３ スクリーン １４，１５，１６ 正屈折レンズ群 １７ デコーダ １８ 信号処理部 １９ 色むら補正回路 ２０ ＬＣＤ駆動部 ２１，３１ タイミングジェネレータ ２２ ディジタル信号処理回路 ２３ ＬＣＤ信号処理部 ２４ フレームメモリ ２５，２６，２７ アンプ ３２，３３，３４ 乗算器 ５０Ａ，５０Ｂ 傾斜ダイクロイック膜 １００ 液晶プロジェクタ
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０９Ｇ 3/36 Ｇ０９Ｇ 3/36 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｄ Ｆターム(参考） 2H088 EA14 HA06 HA13 HA21 HA23 HA24 MA06 MA20 5C006 AA11 AA22 AB03 AF01 AF11 AF44 AF45 AF51 AF52 AF71 BC11 BC16 BF02 EC11 FA00 5C058 AA06 BA06 BA35 BB13 EA00 EA12 EA13 EA42 EA51 5C060 BC05 GA02 GD04 HC01 HC21 JA13 JA16 JA18 JB06 5C080 AA10 BB05 CC03 DD05 DD30 EE28 JJ01 JJ02 JJ04 JJ06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像信号に応じた光の変調動作を行う複
    数の画像表示素子と、これら画像表示素子によりそれぞ
    れ変調された互いに異なる波長域の光をダイクロイック
    膜を用いて合成する色合成光学素子と、前記画像表示素
    子と前記色合成光学素子との間に配置された全体として
    正の屈折力を持つレンズ群とを有し、前記色合成光学素
    子により合成された光を投射して画像を表示する投写型
    画像表示装置であって、 投射画像における輝度レベルの不均一を補正するための
    データを記憶する記憶手段と、 この記憶手段に記憶されたデータに基づいて、前記画像
    表示素子ごとに、画像信号を補正する信号補正手段とを
    有することを特徴とする投射型画像表示装置。
  2. 【請求項２】 前記ダイクロイック膜が、特定方向に厚
    さ又は屈折率が変化している傾斜膜であり、 前記信号補正手段は、前記画像表示素子ごとに、前記特
    定方向以外の方向又は前記特定方向を含む各方向に関し
    て画像信号を補正することを特徴とする請求項１に記載
    の投射型画像表示装置。
  3. 【請求項３】 前記記憶手段は、前記レンズ群による集
    光作用を受けた非平行光が前記ダイクロイック膜に入射
    することにより生ずる前記画像投射面上での輝度レベル
    の不均一を補正するためのデータを記憶していることを
    特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示装
    置。
  4. 【請求項４】 前記信号補正手段は、前記各画像表示素
    子の画素単位で画像信号を補正することを特徴とする請
    求項１から３のいずれかに記載の投射型画像表示装置。
  5. 【請求項５】 前記信号補正手段は、前記各画像表示素
    子の画素エリア単位で画像信号を補正することを特徴と
    する請求項１から３のいずれかに記載の投射型画像表示
    装置。
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