JP2002297085A - 階調表示方法及び階調表示装置 - Google Patents
階調表示方法及び階調表示装置Info
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- JP2002297085A JP2002297085A JP2001102479A JP2001102479A JP2002297085A JP 2002297085 A JP2002297085 A JP 2002297085A JP 2001102479 A JP2001102479 A JP 2001102479A JP 2001102479 A JP2001102479 A JP 2001102479A JP 2002297085 A JP2002297085 A JP 2002297085A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明はこれら従来技術の問題点に鑑み、光
効率を下げずに高画質、高階調を実現する階調表示方法
及び階調表示装置を提供することにある。 【解決手段】 少なくとも空間光変調素子と、これを照
明する光源を備えた階調表示装置において行う階調表示
方法において、前記光源の強度変調を行い、前記空間光
変調素子は、階調を行うための１単位を複数の画素で構
成し、各画素は個別にＯＮ／ＯＦＦおよび面積変調表示
を行うこととした。
効率を下げずに高画質、高階調を実現する階調表示方法
及び階調表示装置を提供することにある。 【解決手段】 少なくとも空間光変調素子と、これを照
明する光源を備えた階調表示装置において行う階調表示
方法において、前記光源の強度変調を行い、前記空間光
変調素子は、階調を行うための１単位を複数の画素で構
成し、各画素は個別にＯＮ／ＯＦＦおよび面積変調表示
を行うこととした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプロジェクタや、フ
ァインダ形式のディスプレイに用いられる階調表示方法
及び階調表示装置に関する発明である。
ァインダ形式のディスプレイに用いられる階調表示方法
及び階調表示装置に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】空間光変調素子における階調表示方法
は、各種報告され、製品化されている。階調を行うため
には、画素を透過または反射する光量を変調することで
実現される。各種変調方法が実用化されている。近年の
画素の高密度化と高解像度化に対応して、空間光変調素
子（ライトバルブ、以下ＬＶという）としてはスイッチ
ング特性が良好なデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭ
Ｄという）、強誘電液晶等が使用されている。これらの
デバイス自体は中間調表示を持たないため、駆動上の工
夫により階調表示を行う必要がある。図１２から図１５
に従来技術の階調表示の比較を示す。比較のために、各
図とも６４階調表示時の状態を示している。図では、横
軸を時間軸とし、基本的に１フレームの期間を示してい
る。図中に示した階調数（階調１，２，３，１０）は、
この階調を示すためにＯＮにする画素を矢印で、示して
いる。図１２に１つの階調表示方法として、面積変調の
方式を示す。図１２は，面積比、１：８の面積変調であ
る。面積比１、面積比８それぞれのピクセルは単独でＯ
Ｎ／ＯＦＦ可能である。面積変調では、１フレームは７
サブフレームに分割されている。別の方法として、１フ
レームを複数のサブフレームに分割し、各サブフレーム
で画素をＯＮ／ＯＦＦすることで、１フレーム内の光量
を変調するパルス幅変調の方法が使用されている。
は、各種報告され、製品化されている。階調を行うため
には、画素を透過または反射する光量を変調することで
実現される。各種変調方法が実用化されている。近年の
画素の高密度化と高解像度化に対応して、空間光変調素
子（ライトバルブ、以下ＬＶという）としてはスイッチ
ング特性が良好なデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭ
Ｄという）、強誘電液晶等が使用されている。これらの
デバイス自体は中間調表示を持たないため、駆動上の工
夫により階調表示を行う必要がある。図１２から図１５
に従来技術の階調表示の比較を示す。比較のために、各
図とも６４階調表示時の状態を示している。図では、横
軸を時間軸とし、基本的に１フレームの期間を示してい
る。図中に示した階調数（階調１，２，３，１０）は、
この階調を示すためにＯＮにする画素を矢印で、示して
いる。図１２に１つの階調表示方法として、面積変調の
方式を示す。図１２は，面積比、１：８の面積変調であ
る。面積比１、面積比８それぞれのピクセルは単独でＯ
Ｎ／ＯＦＦ可能である。面積変調では、１フレームは７
サブフレームに分割されている。別の方法として、１フ
レームを複数のサブフレームに分割し、各サブフレーム
で画素をＯＮ／ＯＦＦすることで、１フレーム内の光量
を変調するパルス幅変調の方法が使用されている。
【０００３】図１３は、パルス幅変調のみで表示したも
のである。単純にパルス幅で階調を表現するため、フレ
ームは６３分割される。高いフレーム周波数の例として
は、ＲＧＢを時分割で駆動するフィールドシーケンシャ
ルや、ＬＶからの画像を時分割で動かすことで高精細化
する駆動方法等が上げられる。また、「Osamu Akimoto
et al,“Hight-resolution FLC Microdisplay”,Projec
tion Display 2000. Vol.3954(2000) pp.104-110」（以
下従来技術１という）開示の技術では、フレームの初期
の一部は光源変調を行い、大部分をパルス幅変調で変調
を行う駆動方法を発表している。光源変調とＰＷＭを組
み合わせることで、サブフレームを長くすることが可能
となった。図１４は、光源変調とパルス幅変調を組み合
わせたものである。３ｂｉｔを光源変調、３ｂｉｔをパ
ルス幅変調で表示している。フレームは１０分割され
る。図１４では、縦軸は光強度を示し、初めの３ｂｉｔ
は、１：２：４の強度比の光源変調を示している。４ｂ
ｉｔ目以降は光源変調を行わず、１００％照度で駆動し
ている。ＬＶは、駆動時に立ち上がりまたは立ち下がり
に時間がかかる。立ち上がりまたは立ち下がり時間中
は、画像表示のために本来想定したＯＮ／ＯＦＦの中間
状態が生じるため、この部分の全体に占める割合が低い
ほど、表示品質は良好となる。つまり、サブフレームは
長いほど表示品質は良好となる。フレーム周波数を６０
Ｈｚとすると、図１２から図１４のサブフレーム時間は
それぞれ表７に示す値となる。
のである。単純にパルス幅で階調を表現するため、フレ
ームは６３分割される。高いフレーム周波数の例として
は、ＲＧＢを時分割で駆動するフィールドシーケンシャ
ルや、ＬＶからの画像を時分割で動かすことで高精細化
する駆動方法等が上げられる。また、「Osamu Akimoto
et al,“Hight-resolution FLC Microdisplay”,Projec
tion Display 2000. Vol.3954(2000) pp.104-110」（以
下従来技術１という）開示の技術では、フレームの初期
の一部は光源変調を行い、大部分をパルス幅変調で変調
を行う駆動方法を発表している。光源変調とＰＷＭを組
み合わせることで、サブフレームを長くすることが可能
となった。図１４は、光源変調とパルス幅変調を組み合
わせたものである。３ｂｉｔを光源変調、３ｂｉｔをパ
ルス幅変調で表示している。フレームは１０分割され
る。図１４では、縦軸は光強度を示し、初めの３ｂｉｔ
は、１：２：４の強度比の光源変調を示している。４ｂ
ｉｔ目以降は光源変調を行わず、１００％照度で駆動し
ている。ＬＶは、駆動時に立ち上がりまたは立ち下がり
に時間がかかる。立ち上がりまたは立ち下がり時間中
は、画像表示のために本来想定したＯＮ／ＯＦＦの中間
状態が生じるため、この部分の全体に占める割合が低い
ほど、表示品質は良好となる。つまり、サブフレームは
長いほど表示品質は良好となる。フレーム周波数を６０
Ｈｚとすると、図１２から図１４のサブフレーム時間は
それぞれ表７に示す値となる。
【表７】 特開平７−２１２６８６号公報（以下従来技術２とい
う）開示の発明では、空間光変調素子のパルス幅変調と
光源の光強度変調を組み合わせたものを開示している。
この方法により、光源をＬＶと同時に変調することで、
従来の方法に対してサブフレームの分割数を減らすこと
が可能となり、高階調ヘの対応を可能としている。
う）開示の発明では、空間光変調素子のパルス幅変調と
光源の光強度変調を組み合わせたものを開示している。
この方法により、光源をＬＶと同時に変調することで、
従来の方法に対してサブフレームの分割数を減らすこと
が可能となり、高階調ヘの対応を可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】階調を表示する方法と
しては、１枚の画面を表示している時間を複数のサブフ
レームに分割し、各サブフレームのＯＮ／ＯＦＦ等をお
こなう方法が一般に行われている。この方法で階調数を
上げるためには、フレームをより多くのサブフレームに
分割する必要がある。但し、ＬＶには応答速度があるた
め、最短サブフレームがＬＶ応答速度より短くなると、
サブフレーム中に充分な表示がおこなえず、表示品質が
劣化する。一方、表示品質を劣化させない階調表示方法
として、面積変調方式において既存の画素を複数個まと
めてＯＮ／ＯＦＦする画素数で、階調を表記する方式が
ある。しかしこの方式では、階調表示に必要な数の画素
をひとまとめにする必要から、たとえば１６階調を表示
するためには、４×４−１＝１５の画素を表示の１単位
としてとりあつかい、各画素のＯＮ／ＯＦＦを行うこと
で、０〜１５まで（１６階調）を表示する。この場合、
表示パネル全体の解像度は、１／１５に低下する。また
従来のパルス変調のみの方式では、液晶は有限の立ち上
がり立ち下がり時間がかかるため、応答が間に合わない
可能性がある。液晶の応答が間に合わない場合、階調表
示全体を通して、光の利用効率は低下し、全体に暗い表
示となる。また従来技術１で開示された技術の内容で
は、光源をパルス幅と強度の両方を変調することで、光
量を変調する部分と、光源は変調せずに、空間光変調素
子（液晶パネル等）のパルス幅変調を組み合わせて階調
表示を行う。階調の下位を光源変調で示し、上位をパル
ス幅階調をおこなうことで、光利用効率が高く、分割数
が比較的少ない駆動方法であるが、基本的に光源変調を
行う以上、光利用効率は低下するという問題があった。
さらに従来技術２で開示された発明では、単純なパルス
幅変調の欠点を補うために光源強度変調を行うものであ
り、１フレームにわたり光源の強度変調を行っているた
め光利用効率は極端に低下するという問題があった。本
発明はこれら従来技術の問題点に鑑み、光効率を下げず
に高画質、高階調を実現する階調表示方法及び階調表示
装置を提供することにある。
しては、１枚の画面を表示している時間を複数のサブフ
レームに分割し、各サブフレームのＯＮ／ＯＦＦ等をお
こなう方法が一般に行われている。この方法で階調数を
上げるためには、フレームをより多くのサブフレームに
分割する必要がある。但し、ＬＶには応答速度があるた
め、最短サブフレームがＬＶ応答速度より短くなると、
サブフレーム中に充分な表示がおこなえず、表示品質が
劣化する。一方、表示品質を劣化させない階調表示方法
として、面積変調方式において既存の画素を複数個まと
めてＯＮ／ＯＦＦする画素数で、階調を表記する方式が
ある。しかしこの方式では、階調表示に必要な数の画素
をひとまとめにする必要から、たとえば１６階調を表示
するためには、４×４−１＝１５の画素を表示の１単位
としてとりあつかい、各画素のＯＮ／ＯＦＦを行うこと
で、０〜１５まで（１６階調）を表示する。この場合、
表示パネル全体の解像度は、１／１５に低下する。また
従来のパルス変調のみの方式では、液晶は有限の立ち上
がり立ち下がり時間がかかるため、応答が間に合わない
可能性がある。液晶の応答が間に合わない場合、階調表
示全体を通して、光の利用効率は低下し、全体に暗い表
示となる。また従来技術１で開示された技術の内容で
は、光源をパルス幅と強度の両方を変調することで、光
量を変調する部分と、光源は変調せずに、空間光変調素
子（液晶パネル等）のパルス幅変調を組み合わせて階調
表示を行う。階調の下位を光源変調で示し、上位をパル
ス幅階調をおこなうことで、光利用効率が高く、分割数
が比較的少ない駆動方法であるが、基本的に光源変調を
行う以上、光利用効率は低下するという問題があった。
さらに従来技術２で開示された発明では、単純なパルス
幅変調の欠点を補うために光源強度変調を行うものであ
り、１フレームにわたり光源の強度変調を行っているた
め光利用効率は極端に低下するという問題があった。本
発明はこれら従来技術の問題点に鑑み、光効率を下げず
に高画質、高階調を実現する階調表示方法及び階調表示
装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の階調表示
方法では、少なくとも空間光変調素子と、これを照明す
る光源を備えた階調表示装置において行う階調表示方法
において、前記光源の強度変調を行い、前記空間光変調
素子は、階調を行うための１単位を複数の画素で構成
し、各画素は個別にＯＮ／ＯＦＦおよび面積変調表示を
行う。請求項２記載の階調表示方法では、請求項１記載
の階調表示方法において、面積変調を２画素から構成
し、カラー表示を構成する一色が表示する階調数を、２
nで表現すると、少なくとも表示を行う１単位を面積変
調するための面積比は、ｎが偶数の場合、略１：２n/2
の関係を示し、ｎが奇数の場合、略１：２( n-1)/2の関
係を示す。請求項３記載の階調表示方法では、請求項１
または２記載の階調表示方法において、１フレームのサ
ブフレームへの分割数は、ｎが偶数の場合、ｎ／２の関
係を示し、ｎが奇数の場合、（ｎ＋１）／２の関係を示
し、使用する光源変調は、１から最大値を上記サブフレ
ームへの分割数とする連続した自然数の番号を、分割し
た各フレームに付加し、その付加した番号をｍとする
と、各サブフレームでの光源の強度すなわちサブフレー
ム（ｍ〜１）の強度は略（光源の最高照度）×（１／
２）m-1で示す。請求項４記載の階調表示方法では、請
求項１、請求項２または請求項３記載の階調表示方法に
おいて、面積変調を行う画素の変調方法として、サブフ
レーム内の時間に係数をかけた値を１００％とするパル
ス幅変調を使用する。請求項５記載の階調表示方法で
は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の階調表示
方法において、画像を１フレーム内で時分割し、分割し
た画像を空間変調素子に表示する。請求項６記載の階調
表示装置では、少なくとも空間光変調素子と、これを照
明する光源を備えた階調表示装置において行う階調表示
装置において、請求項１乃至請求項５記載のいずれかの
階調表示を行うことを特徴とする。
方法では、少なくとも空間光変調素子と、これを照明す
る光源を備えた階調表示装置において行う階調表示方法
において、前記光源の強度変調を行い、前記空間光変調
素子は、階調を行うための１単位を複数の画素で構成
し、各画素は個別にＯＮ／ＯＦＦおよび面積変調表示を
行う。請求項２記載の階調表示方法では、請求項１記載
の階調表示方法において、面積変調を２画素から構成
し、カラー表示を構成する一色が表示する階調数を、２
nで表現すると、少なくとも表示を行う１単位を面積変
調するための面積比は、ｎが偶数の場合、略１：２n/2
の関係を示し、ｎが奇数の場合、略１：２( n-1)/2の関
係を示す。請求項３記載の階調表示方法では、請求項１
または２記載の階調表示方法において、１フレームのサ
ブフレームへの分割数は、ｎが偶数の場合、ｎ／２の関
係を示し、ｎが奇数の場合、（ｎ＋１）／２の関係を示
し、使用する光源変調は、１から最大値を上記サブフレ
ームへの分割数とする連続した自然数の番号を、分割し
た各フレームに付加し、その付加した番号をｍとする
と、各サブフレームでの光源の強度すなわちサブフレー
ム（ｍ〜１）の強度は略（光源の最高照度）×（１／
２）m-1で示す。請求項４記載の階調表示方法では、請
求項１、請求項２または請求項３記載の階調表示方法に
おいて、面積変調を行う画素の変調方法として、サブフ
レーム内の時間に係数をかけた値を１００％とするパル
ス幅変調を使用する。請求項５記載の階調表示方法で
は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の階調表示
方法において、画像を１フレーム内で時分割し、分割し
た画像を空間変調素子に表示する。請求項６記載の階調
表示装置では、少なくとも空間光変調素子と、これを照
明する光源を備えた階調表示装置において行う階調表示
装置において、請求項１乃至請求項５記載のいずれかの
階調表示を行うことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明は、空間光変調素子（ライ
トバルブ、以下ＬＶという）の階調表示方法に関するも
のである。より詳しくは、階調を表示するために分割さ
れた表示時間（以下サブフレーム時間という）を長くす
ることで、ＬＶの応答速度による階調表示数の制限を緩
和するものである。以下に本発明の具体的な例を示し、
説明する。階調を表示する方法としては、１枚の画面を
表示している時間を複数のサブフレームに分割し、各サ
ブフレームのＯＮ／ＯＦＦ等をおこなう方法が一般に行
われている。この方法で階調数を上げるためには、フレ
ームをより多くのサブフレームに分割する必要がある。
但し、ＬＶには応答速度があるため、最短サブフレーム
がＬＶ応答速度より短くなると、サブフレーム中に充分
な表示がおこなえず、表示品質が劣化する。本発明は、
階調表示を少なくともＬＶと照明する光源を使用する表
示装置で光源の光強度変調（以下、光源変調を記す）
と、ＬＶのデューティ比（以下、ＰＷＭと記す）と、表
示を行う最少単位を複数の画素で構成した面積比で変調
（以下、面積変調という）する階調表示方法である。
トバルブ、以下ＬＶという）の階調表示方法に関するも
のである。より詳しくは、階調を表示するために分割さ
れた表示時間（以下サブフレーム時間という）を長くす
ることで、ＬＶの応答速度による階調表示数の制限を緩
和するものである。以下に本発明の具体的な例を示し、
説明する。階調を表示する方法としては、１枚の画面を
表示している時間を複数のサブフレームに分割し、各サ
ブフレームのＯＮ／ＯＦＦ等をおこなう方法が一般に行
われている。この方法で階調数を上げるためには、フレ
ームをより多くのサブフレームに分割する必要がある。
但し、ＬＶには応答速度があるため、最短サブフレーム
がＬＶ応答速度より短くなると、サブフレーム中に充分
な表示がおこなえず、表示品質が劣化する。本発明は、
階調表示を少なくともＬＶと照明する光源を使用する表
示装置で光源の光強度変調（以下、光源変調を記す）
と、ＬＶのデューティ比（以下、ＰＷＭと記す）と、表
示を行う最少単位を複数の画素で構成した面積比で変調
（以下、面積変調という）する階調表示方法である。
【０００７】図１には、ＮＤフィルタを使用した単色プ
ロジェクタの構造図を示す。ランプ２５からの連続光
は、円周方向に透過率を規定したＮＤフィルタ２２で各
強度に分割される。一例を上げれば、１：２：４：８と
なる。偏光変換装置２６で偏光変換および光軸を調整
し、ＰＢＳ２４で反射してＬＶ２３に入射する。ＬＶ２
３で偏光方向が変調された光のみ、ＰＢＳ２４を透過し
て投射レンズ２７からスクリーンへ投射される。この構
成に回転カラーフィルタを加え、ＲＧＢ各色毎にＮＤフ
ィルタ２２が１回転させることで、カラー化を実現する
ことができる。ここで２１はＮＤフィルタ２２の斜視図
を示す。コントローラ５０は後述する制御方法におい
て、ＬＶ２３、ランプ２５を制御する。高解像度化を実
現する方法として、画素を１画面毎に移動させて（シフ
トさせて）その位置に対応する画像を表示する方法を用
いることができる。（以下この方法をピクセルシフトと
記載する） 画素は、ピエゾ素子等でシフトする。図２にＬＶ２３周
辺の説明図を示す。ＬＶ２３には、それぞれ２軸方向に
動かすためのピエゾ素子３２、３３を設けた。ＬＶ２３
は、各ピエゾ素子の動作により、ピエゾ素子近傍に記載
した方向にＬＶ２３をシフトする。
ロジェクタの構造図を示す。ランプ２５からの連続光
は、円周方向に透過率を規定したＮＤフィルタ２２で各
強度に分割される。一例を上げれば、１：２：４：８と
なる。偏光変換装置２６で偏光変換および光軸を調整
し、ＰＢＳ２４で反射してＬＶ２３に入射する。ＬＶ２
３で偏光方向が変調された光のみ、ＰＢＳ２４を透過し
て投射レンズ２７からスクリーンへ投射される。この構
成に回転カラーフィルタを加え、ＲＧＢ各色毎にＮＤフ
ィルタ２２が１回転させることで、カラー化を実現する
ことができる。ここで２１はＮＤフィルタ２２の斜視図
を示す。コントローラ５０は後述する制御方法におい
て、ＬＶ２３、ランプ２５を制御する。高解像度化を実
現する方法として、画素を１画面毎に移動させて（シフ
トさせて）その位置に対応する画像を表示する方法を用
いることができる。（以下この方法をピクセルシフトと
記載する） 画素は、ピエゾ素子等でシフトする。図２にＬＶ２３周
辺の説明図を示す。ＬＶ２３には、それぞれ２軸方向に
動かすためのピエゾ素子３２、３３を設けた。ＬＶ２３
は、各ピエゾ素子の動作により、ピエゾ素子近傍に記載
した方向にＬＶ２３をシフトする。
【０００８】図３に本発明の表示装置を示す。光源であ
るＲＧＢそれぞれの発光色をもつＬＥＤ４５はＲＢＧを
順次発光する。ＬＥＤ４５からの光は、偏光変換装置４
６で偏光変換および光軸を調整し、ＰＢＳ４４で反射し
てＬＶ４３に入射する。ＬＶ４３で偏光方向が変調され
た光のみ、ＰＢＳ４４を透過して投射レンズ４７からス
クリーンへ投射される。駆動は、ＬＥＤ４５を１フレー
ム６０Ｈｚの１／１２（＝１．３９ｍｓｅｃ）毎にＲ，
Ｇ，Ｂを切り替えて点灯し、ＬＶへはこのＬＥＤ発光色
に対応したデータを表示する。ＲＧＢを４．１７ｍｓｅ
ｃで表示したのち、ピエゾ素子４１により図の水平方向
右へシフトし、再びＲＧＢを表示したのちピエゾ素子４
１は変化させず、ピエゾ素子４２により図中上方向にシ
フトする。以下、ピエゾの動作とＬＶのシフト状態を表
１に示す。
るＲＧＢそれぞれの発光色をもつＬＥＤ４５はＲＢＧを
順次発光する。ＬＥＤ４５からの光は、偏光変換装置４
６で偏光変換および光軸を調整し、ＰＢＳ４４で反射し
てＬＶ４３に入射する。ＬＶ４３で偏光方向が変調され
た光のみ、ＰＢＳ４４を透過して投射レンズ４７からス
クリーンへ投射される。駆動は、ＬＥＤ４５を１フレー
ム６０Ｈｚの１／１２（＝１．３９ｍｓｅｃ）毎にＲ，
Ｇ，Ｂを切り替えて点灯し、ＬＶへはこのＬＥＤ発光色
に対応したデータを表示する。ＲＧＢを４．１７ｍｓｅ
ｃで表示したのち、ピエゾ素子４１により図の水平方向
右へシフトし、再びＲＧＢを表示したのちピエゾ素子４
１は変化させず、ピエゾ素子４２により図中上方向にシ
フトする。以下、ピエゾの動作とＬＶのシフト状態を表
１に示す。
【表１】 表１のＬＶの移動方向は、図２に対し、上下左右を定義
し、ピエゾ動作により、前の位置からの移動方向を示し
たものである。本発明の一つの構成は、表示する階調数
と面積変調に使用する画素を分割する面積比の関係を明
らかにしたものである。面積変調については、階調を表
示するための最少単位の分割数が増加すると加工精度が
必要となる。また、個別にＯＮ／ＯＦＦを制御する必要
性から信号線の本数が増加し、ＬＶインターフェースが
繁雑かつコスト高になる。階調性確保に効果が高く、好
ましい分割数は、２である。画像を構成するカラー表示
を行うための１色の階調数を２nと表記すると、画素を
構成する面積比を、ｎが偶数の場合、略１：（２n/2）
とし、ｎが奇数の場合、略１：（２(n-1)/2）とするも
のである。ここで、ｎが奇数の場合、本発明のｎ−１の
偶数にまとめる方法と、従来のｎ＋１の偶数にまとめる
方法がある。ｎ＋１にまとめる方法では、面積変調を行
うための面積比が、ｎ−１にまとめる方法にくらべて大
きくなり、製造時により一掃の微細加工を必要とする。
結果、ｎ＋１にまとめると、製造コストの増加、歩留ま
りの低下を起こす可能性がある。以上の理由から本発明
では、ｎが奇数の場合には、ｎ−１の偶数にまとめるこ
とで、加工コストの低減を実現している。面積の範囲
は、加工後の面積バラツキや、照明光の照度ムラ等によ
る影響を考慮して、±２０％以内に抑えることが望まし
い。階調性を重視し、加工精度を維持することで、±１
０％以内が、もっと望ましい範囲である。階調の再現性
を高くするために寸法について、最も好ましいのは±５
％以内の範囲である。
し、ピエゾ動作により、前の位置からの移動方向を示し
たものである。本発明の一つの構成は、表示する階調数
と面積変調に使用する画素を分割する面積比の関係を明
らかにしたものである。面積変調については、階調を表
示するための最少単位の分割数が増加すると加工精度が
必要となる。また、個別にＯＮ／ＯＦＦを制御する必要
性から信号線の本数が増加し、ＬＶインターフェースが
繁雑かつコスト高になる。階調性確保に効果が高く、好
ましい分割数は、２である。画像を構成するカラー表示
を行うための１色の階調数を２nと表記すると、画素を
構成する面積比を、ｎが偶数の場合、略１：（２n/2）
とし、ｎが奇数の場合、略１：（２(n-1)/2）とするも
のである。ここで、ｎが奇数の場合、本発明のｎ−１の
偶数にまとめる方法と、従来のｎ＋１の偶数にまとめる
方法がある。ｎ＋１にまとめる方法では、面積変調を行
うための面積比が、ｎ−１にまとめる方法にくらべて大
きくなり、製造時により一掃の微細加工を必要とする。
結果、ｎ＋１にまとめると、製造コストの増加、歩留ま
りの低下を起こす可能性がある。以上の理由から本発明
では、ｎが奇数の場合には、ｎ−１の偶数にまとめるこ
とで、加工コストの低減を実現している。面積の範囲
は、加工後の面積バラツキや、照明光の照度ムラ等によ
る影響を考慮して、±２０％以内に抑えることが望まし
い。階調性を重視し、加工精度を維持することで、±１
０％以内が、もっと望ましい範囲である。階調の再現性
を高くするために寸法について、最も好ましいのは±５
％以内の範囲である。
【０００９】続いて、具体的な例を示して説明する。 ・ｎが偶数の場合（２５６階調表示の場合 ２５６階調＝２8より、ｎ＝８である。このとき、面積
変調を行う画素の面積比は、１：２n/2より１：１６と
なる。サブフレームへの分割数は、ｎ＝８が偶数なの
で、ｎ／２＝４となる。光源の強度は分割された各フレ
ームに順次４、３、２、１を対応させた場合、対応させ
た数値をｍとすると各サブフレームの光源強度は、順次
（光源の最高照度）×（１／２）m -1で示す強度とな
る。ここでｍは最大値をフレームの分割数とする自然数
であり、上記例では、ｍ＝４、３、２、１となる。この
例では、光源の最高照度を１とすると、各サブフレーム
は、１／８：１／４：１／２：１、光源の最高照度を８
とすると１：２：４：８となる。階調の方法は、光源の
強度を順次、略（光源の最高照度）×（１／２）m -1で
示す強度である。この場合は、分割数ｍ＝４であり、強
度比は１：２：４：８となる。図５にこの場合の分割の
状態を示す。面積比１のピクセルを１〜４、面積比１６
のピクセルを５〜８に示す。表２に、図５中の各ピクセ
ルナンバーと光源変調による光源強度および結果として
ピクセルから得られる光強度（ＬＶ強度と記す）の関係
を示す。
変調を行う画素の面積比は、１：２n/2より１：１６と
なる。サブフレームへの分割数は、ｎ＝８が偶数なの
で、ｎ／２＝４となる。光源の強度は分割された各フレ
ームに順次４、３、２、１を対応させた場合、対応させ
た数値をｍとすると各サブフレームの光源強度は、順次
（光源の最高照度）×（１／２）m -1で示す強度とな
る。ここでｍは最大値をフレームの分割数とする自然数
であり、上記例では、ｍ＝４、３、２、１となる。この
例では、光源の最高照度を１とすると、各サブフレーム
は、１／８：１／４：１／２：１、光源の最高照度を８
とすると１：２：４：８となる。階調の方法は、光源の
強度を順次、略（光源の最高照度）×（１／２）m -1で
示す強度である。この場合は、分割数ｍ＝４であり、強
度比は１：２：４：８となる。図５にこの場合の分割の
状態を示す。面積比１のピクセルを１〜４、面積比１６
のピクセルを５〜８に示す。表２に、図５中の各ピクセ
ルナンバーと光源変調による光源強度および結果として
ピクセルから得られる光強度（ＬＶ強度と記す）の関係
を示す。
【表２】 表２より明らかなように、ＬＶ強度は１〜１２８間で２
のべき乗のすべての値をとっている。これにより、面積
比１、１６ピクセルの組み合わせにより、すべてＯＦＦ
のとき、ＬＶ強度＝０となるため０〜２５５までの２５
６階調を表示することができる。参考までに、単純なＰ
ＷＭでは、１フレームは２５５に分解する必要がある。
のべき乗のすべての値をとっている。これにより、面積
比１、１６ピクセルの組み合わせにより、すべてＯＦＦ
のとき、ＬＶ強度＝０となるため０〜２５５までの２５
６階調を表示することができる。参考までに、単純なＰ
ＷＭでは、１フレームは２５５に分解する必要がある。
【００１０】ｎが奇数の場合の例を以下に説明する。１
２８階調＝２7より、ｎ＝７である。この場合は、面積
比は（１：２( n-1)/2）より、１：８となる。サブフレ
ームへの分割数は、（ｎ＋１）／２に分割され、この場
合は４となる。光源の強度は分割された各フレームに順
次４、３、２、１を対応させた場合、対応させた数値を
ｍとすると）各サブフレームの光源強度は、順次（光源
の最高照度）×（１／２）m -1で示す強度となる。ここ
でｍは最大値をフレームの分割数とする自然数である。
上記例では、ｍ＝４、３、２、１であり、光源の最高照
度を１とすると、各サブフレームは、１／８：１／４：
１／２：１、光源の最高照度を８とすると１：２：４：
８となる。光源の強度は順次（光源の最高照度）×（１
／２）m -1で示す強度となる。この場合は、分割数ｍ＝
４であり、強度比は１：２：４：８となる。図６におい
て、面積比１の画素は、使用しないサブフレームが生じ
るが、全体の分割数は、必要最小限に設定されている。
本発明では、４分割で１２８階調を表示することができ
る。尚、１画素を形成する各ピクセルの形状について、
本発明は、制限を加えるものではない。表３に、図６中
の各ピクセルナンバーと光源変調による光源強度および
結果としてピクセルから得られる光強度（ＬＶ強度と記
す）の関係を示す。
２８階調＝２7より、ｎ＝７である。この場合は、面積
比は（１：２( n-1)/2）より、１：８となる。サブフレ
ームへの分割数は、（ｎ＋１）／２に分割され、この場
合は４となる。光源の強度は分割された各フレームに順
次４、３、２、１を対応させた場合、対応させた数値を
ｍとすると）各サブフレームの光源強度は、順次（光源
の最高照度）×（１／２）m -1で示す強度となる。ここ
でｍは最大値をフレームの分割数とする自然数である。
上記例では、ｍ＝４、３、２、１であり、光源の最高照
度を１とすると、各サブフレームは、１／８：１／４：
１／２：１、光源の最高照度を８とすると１：２：４：
８となる。光源の強度は順次（光源の最高照度）×（１
／２）m -1で示す強度となる。この場合は、分割数ｍ＝
４であり、強度比は１：２：４：８となる。図６におい
て、面積比１の画素は、使用しないサブフレームが生じ
るが、全体の分割数は、必要最小限に設定されている。
本発明では、４分割で１２８階調を表示することができ
る。尚、１画素を形成する各ピクセルの形状について、
本発明は、制限を加えるものではない。表３に、図６中
の各ピクセルナンバーと光源変調による光源強度および
結果としてピクセルから得られる光強度（ＬＶ強度と記
す）の関係を示す。
【表３】 ここで１２８階調を単純なＰＷＭで表示するためには、
１フレームを１２７に分割する必要がある。（図１３参
照） 光源変調の範囲としては、略（光源の最高照度）×（１
／２）m -1で示される各照度について、範囲として±１
０％以内の範囲で調整することが望ましい。階調の再現
性から、さらに好ましくは±５％以内の範囲で調整する
ことが好ましい。光源変調においては、上記式の値が理
論値となるが、必要に応じて上記範囲において視感度補
正等を行うことで自然な表示を得ることができる。
１フレームを１２７に分割する必要がある。（図１３参
照） 光源変調の範囲としては、略（光源の最高照度）×（１
／２）m -1で示される各照度について、範囲として±１
０％以内の範囲で調整することが望ましい。階調の再現
性から、さらに好ましくは±５％以内の範囲で調整する
ことが好ましい。光源変調においては、上記式の値が理
論値となるが、必要に応じて上記範囲において視感度補
正等を行うことで自然な表示を得ることができる。
【００１１】本発明のもう一つの構成は、高階調表示の
表示装置を実現するために、画素面積の微細加工の負担
を軽減することを目的としている。具体的には、特に加
工上問題になるのは、微小面積のピクセルを作製するこ
とである。そこで、本発明では、小さいほうの画素をサ
ブフレーム内でのデューティ比を調整することで、更に
微細加工を行ったことと同じ効果を実現するものであ
る。例を上げて説明する。上記で説明したように、２５
６階調は、ＬＶの一単位の画素を、面積比１：１６に分
割し、フレームを４分割することで実現することがき
る。本発明では、この２５６階調を、１：１６より低い
面積比で実現するものである。面積比１：８のＬＶを使
用し、面積比１の画素を各サブフレーム中、デューティ
比１／２で駆動し、１フレーム分割数は４とすること
で、２５６階調を表示することが可能となる。図７にタ
イミングチャートを示す。面積比１：８のピクセルで、
図７中の１〜４は、面積比１のピクセルがサブフレーム
内で１／２デューティで駆動されている。素子面積自体
の比は、１〜４ピクセルは５〜８ピクセルに対して１：
８の面積比を持つが、駆動した結果は、１：１６の比と
なる。
表示装置を実現するために、画素面積の微細加工の負担
を軽減することを目的としている。具体的には、特に加
工上問題になるのは、微小面積のピクセルを作製するこ
とである。そこで、本発明では、小さいほうの画素をサ
ブフレーム内でのデューティ比を調整することで、更に
微細加工を行ったことと同じ効果を実現するものであ
る。例を上げて説明する。上記で説明したように、２５
６階調は、ＬＶの一単位の画素を、面積比１：１６に分
割し、フレームを４分割することで実現することがき
る。本発明では、この２５６階調を、１：１６より低い
面積比で実現するものである。面積比１：８のＬＶを使
用し、面積比１の画素を各サブフレーム中、デューティ
比１／２で駆動し、１フレーム分割数は４とすること
で、２５６階調を表示することが可能となる。図７にタ
イミングチャートを示す。面積比１：８のピクセルで、
図７中の１〜４は、面積比１のピクセルがサブフレーム
内で１／２デューティで駆動されている。素子面積自体
の比は、１〜４ピクセルは５〜８ピクセルに対して１：
８の面積比を持つが、駆動した結果は、１：１６の比と
なる。
【００１２】表４に各項目毎の詳細を示す。ＬＶ強度
（相対値）は、１〜１２８間で２のべき乗のすべての値
をとっている。これにより、面積比１：８ピクセルの組
み合わせにより、すべてＯＦＦのとき、ＬＶ強度＝０と
なるので、０〜２５５までの２５６階調を表示すること
ができる。
（相対値）は、１〜１２８間で２のべき乗のすべての値
をとっている。これにより、面積比１：８ピクセルの組
み合わせにより、すべてＯＦＦのとき、ＬＶ強度＝０と
なるので、０〜２５５までの２５６階調を表示すること
ができる。
【表４】 また、この方法を使用して画素面積バラツキをサブフレ
ーム中のＰＷＭを行う期間（デューティ比）を調整する
ことで修正することが可能となる。これにより加工精度
バラツキによる階調表示ムラを少なくすることが可能と
なる。本来ＬＶの画素数以上の画像データに対し、ＬＶ
の一画素からの映像情報を、時分割でスクリーン上の異
なる位置に表示することで高解像度化を図る駆動方法
（以下ピクセルシフトという）がある。ピクセルシフト
は、特に通常の駆動方法に加えて、複数の画面を表示す
ることから、サブフレームの時間が短くなる。本発明で
は、階調表示を従来の方法より長いサブフレームを実現
し、この高解像度化に対する応答速度の限界をさげるも
のである。
ーム中のＰＷＭを行う期間（デューティ比）を調整する
ことで修正することが可能となる。これにより加工精度
バラツキによる階調表示ムラを少なくすることが可能と
なる。本来ＬＶの画素数以上の画像データに対し、ＬＶ
の一画素からの映像情報を、時分割でスクリーン上の異
なる位置に表示することで高解像度化を図る駆動方法
（以下ピクセルシフトという）がある。ピクセルシフト
は、特に通常の駆動方法に加えて、複数の画面を表示す
ることから、サブフレームの時間が短くなる。本発明で
は、階調表示を従来の方法より長いサブフレームを実現
し、この高解像度化に対する応答速度の限界をさげるも
のである。
【００１３】例を示す。フレーム周波数６０Ｈｚで、２
５６階調、カラー化についてはフィールドシーケンシャ
ルを使用し、ピクセルシフトとして４画素分をシフトす
る場合について説明する。ピクセルシフトについての説
明を図８に示す。図８は、４画素分をシフトする場合に
ついて示している。ＬＶはスクリーン上の４画素に相当
するデータを時分割で順次表示する。これをＬＶ自身
や、レンズ等光学素子である光学的な手段を高速に移動
させることで、表示する画素数は、ＬＶ画素数の４倍と
なる。本発明による駆動で、（面積比１：１６に分割
し、光源変調を４レベル（最高照度を８とした場合に、
強度比＝１：２：４：８）とした場合、）サブフレーム
期間を算出すると、３４７μｓｅｃとなる。この時間で
は、デジタルミラーデバイス（以下ＤＭＤという）はも
ちろん、強誘電性液晶でも、応答速度８０μｓｅｃ程度
で駆動可能である。一方、従来技術によるＰＷＭ単独で
階調を表示する場合は、サブフレームは１１μｓｅｃと
なり、ＤＭＤ素子（応答速度約１０μｓｅｃ）でもかろ
うじてサブフレーム中に立ち上がる程度であり、本来の
画質が得られない。本発明に使用する光源としては、強
度変調を実現できること以外に制限は無く、ＬＥＤ、無
機・有機ＥＬ、電気光学素子（ＥＯＭ）による変調や音
響光学素子（ＡＯＭ）による変調をかけたレーザ光を使
用することができる。特に、小型化と照度の点およびフ
ィールドシーケンシャル等を考えると、ＬＥＤが有望で
ある。カラー表示を実現する方法として、フィールドシ
ーケンシャルがＬＶコストの低減がら有効である。これ
は、１枚のＬＶに、時分割で赤、緑、青の光を照射（赤
緑青を１組みとして、１２０Ｈｚ程度の人間の目でフリ
ッカを感じない周波数を使用する。赤、緑、青を単独フ
レームと考えると３６０Ｈｚ）し、照射された光に対応
する表示データをＬＶに表示することで、ＬＶ数を削減
した低コスト化を図ったものである。このフィールドシ
ーケンシャルは、原理上、先に述べたようにフレーム周
波数が高いため、従来の階調表示方法では、応答速度は
１０μｓｅｃのＤＭＤ等、高速応答のデバイスでのみ商
品化されているのが現状である。本発明の階調表示方法
を使用することで、階調表示特性が優れた投射装置を実
現することができる。
５６階調、カラー化についてはフィールドシーケンシャ
ルを使用し、ピクセルシフトとして４画素分をシフトす
る場合について説明する。ピクセルシフトについての説
明を図８に示す。図８は、４画素分をシフトする場合に
ついて示している。ＬＶはスクリーン上の４画素に相当
するデータを時分割で順次表示する。これをＬＶ自身
や、レンズ等光学素子である光学的な手段を高速に移動
させることで、表示する画素数は、ＬＶ画素数の４倍と
なる。本発明による駆動で、（面積比１：１６に分割
し、光源変調を４レベル（最高照度を８とした場合に、
強度比＝１：２：４：８）とした場合、）サブフレーム
期間を算出すると、３４７μｓｅｃとなる。この時間で
は、デジタルミラーデバイス（以下ＤＭＤという）はも
ちろん、強誘電性液晶でも、応答速度８０μｓｅｃ程度
で駆動可能である。一方、従来技術によるＰＷＭ単独で
階調を表示する場合は、サブフレームは１１μｓｅｃと
なり、ＤＭＤ素子（応答速度約１０μｓｅｃ）でもかろ
うじてサブフレーム中に立ち上がる程度であり、本来の
画質が得られない。本発明に使用する光源としては、強
度変調を実現できること以外に制限は無く、ＬＥＤ、無
機・有機ＥＬ、電気光学素子（ＥＯＭ）による変調や音
響光学素子（ＡＯＭ）による変調をかけたレーザ光を使
用することができる。特に、小型化と照度の点およびフ
ィールドシーケンシャル等を考えると、ＬＥＤが有望で
ある。カラー表示を実現する方法として、フィールドシ
ーケンシャルがＬＶコストの低減がら有効である。これ
は、１枚のＬＶに、時分割で赤、緑、青の光を照射（赤
緑青を１組みとして、１２０Ｈｚ程度の人間の目でフリ
ッカを感じない周波数を使用する。赤、緑、青を単独フ
レームと考えると３６０Ｈｚ）し、照射された光に対応
する表示データをＬＶに表示することで、ＬＶ数を削減
した低コスト化を図ったものである。このフィールドシ
ーケンシャルは、原理上、先に述べたようにフレーム周
波数が高いため、従来の階調表示方法では、応答速度は
１０μｓｅｃのＤＭＤ等、高速応答のデバイスでのみ商
品化されているのが現状である。本発明の階調表示方法
を使用することで、階調表示特性が優れた投射装置を実
現することができる。
【００１４】光源としては、光源変調が可能なものであ
れば使用可能である。例としては上記したＬＥＤ、レー
ザや、強度変調をおこなうランプ光源を使用することが
できる。ランプ光源を使用する場合の一例を上げれば、
回転するフィルタで、図１１に示す用に円周方向に透過
率を規定したＮＤフィルタを配置することで、ランプ光
を変調することができる。図１１は、光源を４レベルに
変調する場合を示している。図に示すフィルタを回転さ
せ、フィルタの透過率によりランプを直接強度変調する
ことなく光源強度変調を実現するものである。例として
は、各フィルタの透過率の比を１：２：４：８（８は最
高照度）とすることで、使用することができる。ＬＶと
しては、特に制限を加えるものではない。画素毎の階調
表示については画素自体が階調表示可能であっても、ま
た２値表示のみの場合にはＯＮ／ＯＦＦ時間の変調で階
調を表示できれば、使用することができる。本発明が高
速なフレームレートへの対応を目的とすることから、ス
イッチング素子と組み合わせた強誘電液晶や、ＤＭＤが
望ましい。本発明による表示装置は、フロントプロジェ
クション型、リアプロジェクション型のような投射型
や、バックやフロントに照明をもつ直視型等が可能で、
形式にとらわれることなく実現可能である。
れば使用可能である。例としては上記したＬＥＤ、レー
ザや、強度変調をおこなうランプ光源を使用することが
できる。ランプ光源を使用する場合の一例を上げれば、
回転するフィルタで、図１１に示す用に円周方向に透過
率を規定したＮＤフィルタを配置することで、ランプ光
を変調することができる。図１１は、光源を４レベルに
変調する場合を示している。図に示すフィルタを回転さ
せ、フィルタの透過率によりランプを直接強度変調する
ことなく光源強度変調を実現するものである。例として
は、各フィルタの透過率の比を１：２：４：８（８は最
高照度）とすることで、使用することができる。ＬＶと
しては、特に制限を加えるものではない。画素毎の階調
表示については画素自体が階調表示可能であっても、ま
た２値表示のみの場合にはＯＮ／ＯＦＦ時間の変調で階
調を表示できれば、使用することができる。本発明が高
速なフレームレートへの対応を目的とすることから、ス
イッチング素子と組み合わせた強誘電液晶や、ＤＭＤが
望ましい。本発明による表示装置は、フロントプロジェ
クション型、リアプロジェクション型のような投射型
や、バックやフロントに照明をもつ直視型等が可能で、
形式にとらわれることなく実現可能である。
【００１５】（第１の実施例）フィールドシーケンシャ
ルを想定し、６４階調の表示装置を作製し、比較をおこ
なった。 試作１：本発明により、１画素は、面積比１：８の２ピ
クセルで構成した。照明にＬＥＤを使用し、１、２、４
…（２のべき乗）で示される強度比に調整した。本発明
では、図９に示すタイミングで、１フレームを３分割
し、各フレームでＬＥＤ照度を最大値を４として、１：
２：４とすることで、６４階調を表示することができ
た。表５に各画素の動作とＬＶ強度の関係を示す。１フ
レーム６０Ｈｚでは、階調を表示するためのサブフレー
ムは、１．９ｍｓｅｃとなった、
ルを想定し、６４階調の表示装置を作製し、比較をおこ
なった。 試作１：本発明により、１画素は、面積比１：８の２ピ
クセルで構成した。照明にＬＥＤを使用し、１、２、４
…（２のべき乗）で示される強度比に調整した。本発明
では、図９に示すタイミングで、１フレームを３分割
し、各フレームでＬＥＤ照度を最大値を４として、１：
２：４とすることで、６４階調を表示することができ
た。表５に各画素の動作とＬＶ強度の関係を示す。１フ
レーム６０Ｈｚでは、階調を表示するためのサブフレー
ムは、１．９ｍｓｅｃとなった、
【表５】 試作２：比較のために、表示を行う１単位を面積比１：
４の２ピクセルで構成した場合、試作１と同じく６４階
調を表示する装置を試作した。光源変調は試作１と同じ
く強度比１：２：４とした。結果、図１０（表６にサブ
フレームと階調表示の関係を示す。）に示す階調表示が
可能となり、フレームは５サブフレームに分割すること
で６４階調以上を実現できた。１フレーム６０Ｈｚで
は、サブフレームは、１．１１ｍｓｅｃとなった。
４の２ピクセルで構成した場合、試作１と同じく６４階
調を表示する装置を試作した。光源変調は試作１と同じ
く強度比１：２：４とした。結果、図１０（表６にサブ
フレームと階調表示の関係を示す。）に示す階調表示が
可能となり、フレームは５サブフレームに分割すること
で６４階調以上を実現できた。１フレーム６０Ｈｚで
は、サブフレームは、１．１１ｍｓｅｃとなった。
【表６】 比較の結果、本発明の面積変調（面積比の規定）によ
り、サブフレーム期間を長くすることができた。尚、表
６は表中の数までで表示可能な階調数を示している。
り、サブフレーム期間を長くすることができた。尚、表
６は表中の数までで表示可能な階調数を示している。
【００１６】（第２の実施例）フィールドシーケンシャ
ルを想定し、２５６階調の表示装置を作製し、比較をお
こなった。 試作３：本発明により、１画素は、面積比１：１６の２
ピクセルで構成した。照明にＬＥＤを使用し、１、２、
４…（２のべき乗）で示される強度比に調整した。結
果、本発明では、図５に示すタイミングで、１フレーム
を４分割し、各フレームでＬＥＤ照度を最高照度を８と
した場合１：２：４：８とすることで、２５６階調を表
示することができた。１フレーム６０Ｈｚでは、階調を
表示するためのサブフレームは、１．４ｍｓｅｃとなっ
た、試作４：比較のために、１画素を１：４の２ピクセ
ルで構成すること以外は、試作１と同じ構成の装置を試
作し、２５６階調を実現する方法を検討した。結果、光
源変調を試作３と同じ１：２：４：８とすると、１フレ
ームは９分割となり、１フレーム６０Ｈｚでは、階調を
表示するためのサブフレームは６１７μｓｅｃとなる。
光源変調を採光照度を１６とした場合１：２：４：８：
１６とすると、１フレームは７分割となり、１フレーム
６０Ｈｚでは、階調を表示するためのサブフレームは７
９４μｓｅｃとなる。比較の結果、本発明の面積変調
（面積比）により、サブフレーム期間を長くすることが
できた。比較例の試作４の結果から、光源変調の数を増
加することで、サブフレームへの分割数を削減可能であ
ることがわかる。しかし、光源強度を高速で切り替える
ことはコストの増加をもたらす。現実的な光源の変調数
としては、５階調以下が望ましい。もっとも望ましく
は、４階調となる。（本発明の構成では、光源変調４階
調を使用することで、コンピュータ画像として高画質と
される１６７７万色（各色２５６階調）を実現可能であ
る。）
ルを想定し、２５６階調の表示装置を作製し、比較をお
こなった。 試作３：本発明により、１画素は、面積比１：１６の２
ピクセルで構成した。照明にＬＥＤを使用し、１、２、
４…（２のべき乗）で示される強度比に調整した。結
果、本発明では、図５に示すタイミングで、１フレーム
を４分割し、各フレームでＬＥＤ照度を最高照度を８と
した場合１：２：４：８とすることで、２５６階調を表
示することができた。１フレーム６０Ｈｚでは、階調を
表示するためのサブフレームは、１．４ｍｓｅｃとなっ
た、試作４：比較のために、１画素を１：４の２ピクセ
ルで構成すること以外は、試作１と同じ構成の装置を試
作し、２５６階調を実現する方法を検討した。結果、光
源変調を試作３と同じ１：２：４：８とすると、１フレ
ームは９分割となり、１フレーム６０Ｈｚでは、階調を
表示するためのサブフレームは６１７μｓｅｃとなる。
光源変調を採光照度を１６とした場合１：２：４：８：
１６とすると、１フレームは７分割となり、１フレーム
６０Ｈｚでは、階調を表示するためのサブフレームは７
９４μｓｅｃとなる。比較の結果、本発明の面積変調
（面積比）により、サブフレーム期間を長くすることが
できた。比較例の試作４の結果から、光源変調の数を増
加することで、サブフレームへの分割数を削減可能であ
ることがわかる。しかし、光源強度を高速で切り替える
ことはコストの増加をもたらす。現実的な光源の変調数
としては、５階調以下が望ましい。もっとも望ましく
は、４階調となる。（本発明の構成では、光源変調４階
調を使用することで、コンピュータ画像として高画質と
される１６７７万色（各色２５６階調）を実現可能であ
る。）
【００１７】（第３の実施例）実施例１で試作した表示
装置（試作１）を使用し、本発明による２５６階調の表
示装置を作製した。１画素を構成する面積比１：８のピ
クセルのうち、面積比１ピクセルの駆動時間を面積比８
ピクセルの１／２とした。タイミングチャートを図７に
示す。本発明による駆動方法で、１フレームを４分割
し、各フレームでＬＥＤ照度を１：２：４：８とするこ
とで、２５６階調を表示することができた。１フレーム
６０Ｈｚでは、階調を表示するためのサブフレームは、
１．４ｍｓｅｃとなった。比較のために、同じ２５６階
調を表示可能である実施例５、試作３の表示装置と比較
を行った。ＬＥＤの点灯タイミング、１フレームの分割
数は、両者同じであるが、１画素を構成する２ピクセル
の面積比が異なり、本発明によるものでは、面積比１：
８であり、比較例では１：１６である。画素の高精細化
が進むことで、小さい面積の画素は，よりいっそう小型
化される。本発明により、工程を簡略化でき、安価に高
精細表示を実現できることがわかった。
装置（試作１）を使用し、本発明による２５６階調の表
示装置を作製した。１画素を構成する面積比１：８のピ
クセルのうち、面積比１ピクセルの駆動時間を面積比８
ピクセルの１／２とした。タイミングチャートを図７に
示す。本発明による駆動方法で、１フレームを４分割
し、各フレームでＬＥＤ照度を１：２：４：８とするこ
とで、２５６階調を表示することができた。１フレーム
６０Ｈｚでは、階調を表示するためのサブフレームは、
１．４ｍｓｅｃとなった。比較のために、同じ２５６階
調を表示可能である実施例５、試作３の表示装置と比較
を行った。ＬＥＤの点灯タイミング、１フレームの分割
数は、両者同じであるが、１画素を構成する２ピクセル
の面積比が異なり、本発明によるものでは、面積比１：
８であり、比較例では１：１６である。画素の高精細化
が進むことで、小さい面積の画素は，よりいっそう小型
化される。本発明により、工程を簡略化でき、安価に高
精細表示を実現できることがわかった。
【００１８】（第４の実施例）図８において、ＬＶ上へ
は、スクリーン上の１→２→３→４に対応するデータを
順次表示。これに対応してＬＶからの画像を対応するス
クリーン上へ投射する。応答速度（立ち上がり）が８０
μｓｅｃである強誘電性液晶を使用し、１フレームの表
示時間に図８に示す４画素分の画像を表示するピクセル
シフトを行う駆動方法で、６４階調表示装置を作製し
た。階調表示装置は、光源にＲＧＢ各ＬＥＤアレイを使
用し、各色を個別に点灯させることによりフィールドシ
ーケンシャルを実現した。ピクセルシフトには、２軸方
向にピエゾ素子を使用してＬＶをシフトすることでおこ
なった。本発明による方法では、面積比１：８、ＬＥＤ
照明は図９に示すタイミングで１：２：４の強度比で駆
動することで実現できた。１フレーム６０Ｈｚでは、階
調を表示するためのサブフレームは、４６０μｓｅｃと
なった。使用した強誘電液晶の応答速度８０μｓｅｃか
ら、このサブフレーム期間中、８３％の期間を実効的な
表示時間とすることができた。比較のために、使用する
ＬＶを面積比１：４のものに交換した表示装置を作製し
た。比較のために作製した表示装置では、１フレーム６
０Ｈｚ時に、サブフレームは２７８μｓｅｃとなった。
強誘電液晶の応答時間から、サブフレームの有効な表示
期間は、７１％となり、本発明の階調方法では、より長
いサブフレーム期間を確保することができ、表示品質を
向上させることがわかった。
は、スクリーン上の１→２→３→４に対応するデータを
順次表示。これに対応してＬＶからの画像を対応するス
クリーン上へ投射する。応答速度（立ち上がり）が８０
μｓｅｃである強誘電性液晶を使用し、１フレームの表
示時間に図８に示す４画素分の画像を表示するピクセル
シフトを行う駆動方法で、６４階調表示装置を作製し
た。階調表示装置は、光源にＲＧＢ各ＬＥＤアレイを使
用し、各色を個別に点灯させることによりフィールドシ
ーケンシャルを実現した。ピクセルシフトには、２軸方
向にピエゾ素子を使用してＬＶをシフトすることでおこ
なった。本発明による方法では、面積比１：８、ＬＥＤ
照明は図９に示すタイミングで１：２：４の強度比で駆
動することで実現できた。１フレーム６０Ｈｚでは、階
調を表示するためのサブフレームは、４６０μｓｅｃと
なった。使用した強誘電液晶の応答速度８０μｓｅｃか
ら、このサブフレーム期間中、８３％の期間を実効的な
表示時間とすることができた。比較のために、使用する
ＬＶを面積比１：４のものに交換した表示装置を作製し
た。比較のために作製した表示装置では、１フレーム６
０Ｈｚ時に、サブフレームは２７８μｓｅｃとなった。
強誘電液晶の応答時間から、サブフレームの有効な表示
期間は、７１％となり、本発明の階調方法では、より長
いサブフレーム期間を確保することができ、表示品質を
向上させることがわかった。
【００１９】（第５の実施例）応答速度（立ち上がり）
が８０μｓｅｃである強誘電性液晶を使用し、１フレー
ムの表示時間に図８に示す４画素分の画像を表示するピ
クセルシフトを行う駆動方法で、２５６階調表示装置を
作製した。階調表示装置は、光源にＲＧＢ各ＬＥＤアレ
イを使用し、各色を個別に点灯させることによりフィー
ルドシーケンシャルを実現した。ピクセルシフトには、
２軸方向にピエゾ素子を使用してＬＶをシフトすること
でおこなった。本発明による方法では、面積比１：１
６、ＬＥＤ照明は図５に示すタイミングで１：２：４：
８の強度比で駆動することで実現できた。１フレーム６
０Ｈｚでは、階調を表示するためのサブフレームは、約
３４０μｓｅｃとなった。使用した強誘電液晶の応答速
度８０μｓｅｃから、このサブフレーム期間中、７６％
の期間を実効的な表示時間とすることができた。比較の
ために、使用するＬＶを面積比１：４のものに交換した
表示装置を作製した。光源変調は、比較のために本発明
によるものと同じ１：２：４：８とした。比較のために
作製した表示装置では、１フレーム６０Ｈｚ時に、サブ
フレームは１５４μｓｅｃとなった。強誘電液晶の応答
時間から、サブフレームの有効な表示期間は、４８％と
なり、コントラスト比の低下が見られた。発明の階調方
法では、画質の劣化は見られなかった。本発明では、よ
り長いサブフレーム期間を確保することができ、表示品
質を向上させることがわかった。
が８０μｓｅｃである強誘電性液晶を使用し、１フレー
ムの表示時間に図８に示す４画素分の画像を表示するピ
クセルシフトを行う駆動方法で、２５６階調表示装置を
作製した。階調表示装置は、光源にＲＧＢ各ＬＥＤアレ
イを使用し、各色を個別に点灯させることによりフィー
ルドシーケンシャルを実現した。ピクセルシフトには、
２軸方向にピエゾ素子を使用してＬＶをシフトすること
でおこなった。本発明による方法では、面積比１：１
６、ＬＥＤ照明は図５に示すタイミングで１：２：４：
８の強度比で駆動することで実現できた。１フレーム６
０Ｈｚでは、階調を表示するためのサブフレームは、約
３４０μｓｅｃとなった。使用した強誘電液晶の応答速
度８０μｓｅｃから、このサブフレーム期間中、７６％
の期間を実効的な表示時間とすることができた。比較の
ために、使用するＬＶを面積比１：４のものに交換した
表示装置を作製した。光源変調は、比較のために本発明
によるものと同じ１：２：４：８とした。比較のために
作製した表示装置では、１フレーム６０Ｈｚ時に、サブ
フレームは１５４μｓｅｃとなった。強誘電液晶の応答
時間から、サブフレームの有効な表示期間は、４８％と
なり、コントラスト比の低下が見られた。発明の階調方
法では、画質の劣化は見られなかった。本発明では、よ
り長いサブフレーム期間を確保することができ、表示品
質を向上させることがわかった。
【００２０】
【発明の効果】請求項１記載の発明では、光源変調、Ｐ
ＷＭ、面積変調を組み合わせることで、階調を構成する
ためのサブフレームの時間を長く確保することができ
た。これにより、既存のＬＶでは応答速度の制限から表
示できない階調数や、時分割駆動、高解像度化の駆動方
法を実現した。請求項２記載の発明では、面積変調の面
積比を規定することで、フレームの分割数を少なくする
ことができ、サブフレーム時間を長く確保することがで
きた。請求項３記載の発明では、サブフレームの分割数
を規定することで、フレームの分割数を少なくすること
ができ、サブフレーム時間を長く確保することができ
た。請求項４記載の発明では、面積変調の微小面積によ
る効果を、画素のＯＮ／ＯＦＦ時間（デューティ比）を
調整することで実現し、加工時の微細化を行わなくて
も、高階調表示を実現することができた。また、製造コ
ストを削減することができた。請求項５記載の発明で
は、光源変調、面積変調、ＰＷＭを使用することで、サ
ブフレーム時間を長く確保することができ、従来の空間
光変調素子では実現が困難であったフィールドシーケン
シャルとピクセルシフトおよび高階調表示を実現するこ
とができた。請求項６記載の発明では、光源変調、面積
変調、ＰＷＭを使用することで、サブフレーム時間を長
く確保することができ、高階調表示と高画質を両立させ
た表示装置を実現することができた。
ＷＭ、面積変調を組み合わせることで、階調を構成する
ためのサブフレームの時間を長く確保することができ
た。これにより、既存のＬＶでは応答速度の制限から表
示できない階調数や、時分割駆動、高解像度化の駆動方
法を実現した。請求項２記載の発明では、面積変調の面
積比を規定することで、フレームの分割数を少なくする
ことができ、サブフレーム時間を長く確保することがで
きた。請求項３記載の発明では、サブフレームの分割数
を規定することで、フレームの分割数を少なくすること
ができ、サブフレーム時間を長く確保することができ
た。請求項４記載の発明では、面積変調の微小面積によ
る効果を、画素のＯＮ／ＯＦＦ時間（デューティ比）を
調整することで実現し、加工時の微細化を行わなくて
も、高階調表示を実現することができた。また、製造コ
ストを削減することができた。請求項５記載の発明で
は、光源変調、面積変調、ＰＷＭを使用することで、サ
ブフレーム時間を長く確保することができ、従来の空間
光変調素子では実現が困難であったフィールドシーケン
シャルとピクセルシフトおよび高階調表示を実現するこ
とができた。請求項６記載の発明では、光源変調、面積
変調、ＰＷＭを使用することで、サブフレーム時間を長
く確保することができ、高階調表示と高画質を両立させ
た表示装置を実現することができた。
【図１】階調表示装置の構成図。
【図２】ＬＶ周辺の構成図。
【図３】階調表示装置の別の構成図。
【図４】本発明による画素の一例を示す図。
【図５】本発明による２５６階調を示すタイムチャー
ト。
ト。
【図６】本発明の別の実施例による２５６階調を示すタ
イムチャート。
イムチャート。
【図７】本発明の別の実施例による２５６階調を示すタ
イムチャート。
イムチャート。
【図８】ピクセルシフトの説明図。
【図９】本発明別の実施例による２５６階調を示すタイ
ムチャート。
ムチャート。
【図１０】本発明別の実施例による２５６階調を示すタ
イムチャート。
イムチャート。
【図１１】円周方向に配置した透過率を規定したＮＤフ
ィルタを示す図。
ィルタを示す図。
【図１２】従来の面積変調の例を示しており、６４階調
を７分割で表示する図。
を７分割で表示する図。
【図１３】従来のパルス幅変調による階調表示の例を示
す図。
す図。
【図１４】従来の光源階調とパルス幅変調による階調表
示の例を示す図。
示の例を示す図。
１〜４ 面積比１のピクセル ５〜８ 面積比８のピクセル ２１ ＮＤフィルタ斜視図 ２２ ＮＤフィルタ ２３ ＬＶ ２５ ランプ ２６ 偏光変換装置 ２７ 投射レンズ ３２、３３ ピエゾ素子 ５０ コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── 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 1/133 ５７５ Ｇ０２Ｆ 1/133 ５７５ Ｇ０９Ｇ 3/34 Ｇ０９Ｇ 3/34 Ｊ Ｄ 3/36 3/36 Ｈ０４Ｎ 5/66 Ｈ０４Ｎ 5/66 Ａ (72)発明者 杉本 浩之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 滝口 康之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H093 NA54 NA55 NC42 ND04 ND06 NE06 5C006 AA12 AA15 AA17 AA22 AC02 AF44 BB11 BB29 EA01 EC11 FA56 5C058 BA08 BA25 BB03 EA01 EA02 EA14 EA23 EA26 EA51 5C080 AA10 AA18 BB05 CC03 DD03 EE29 FF09 JJ02 JJ04
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも空間光変調素子と、これを照
明する光源を備えた階調表示装置において行う階調表示
方法において、前記光源の強度変調を行い、前記空間光
変調素子は、階調を行うための１単位を複数の画素で構
成し、各画素は個別にＯＮ／ＯＦＦおよび面積変調表示
を行うことを特徴とする階調表示方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の階調表示方法において、
面積変調を２画素から構成し、カラー表示を構成する一
色が表示する階調数を、２nで表現すると、少なくとも
表示を行う１単位を面積変調するための面積比は、 ｎが偶数の場合、略１：２n/2の関係を示し、 ｎが奇数の場合、略１：２( n-1)/2の関係を示すことを
特徴とする階調表示方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の階調表示方法に
おいて、１フレームを分割した個々のフレーム（以下サ
ブフレームという）への分割数は、 ｎが偶数の場合、ｎ／２の関係を示し、 ｎが奇数の場合、（ｎ＋１）／２の関係を示し、 使用する光源変調は、１から最大値を上記サブフレーム
への分割数とする連続した自然数の番号を、分割した各
フレームに付加し、その付加した番号をｍとすると、各
サブフレームでの光源の強度すなわちサブフレーム（ｍ
〜１）の強度は 略（光源の最高照度）×（１／２）m-1 で示されることを特徴とする階調表示方法。 - 【請求項４】 請求項１、請求項２または請求項３記載
の階調表示方法において、面積変調を行う画素の変調方
法として、サブフレーム内の時間に係数をかけた値を１
００％とするパルス幅変調を使用することを特徴とする
階調表示方法。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の階調表示方法において、画像を１フレーム内で時分割
し、分割した画像を空間変調素子に表示することを特徴
とする階調表示方法。 - 【請求項６】 少なくとも空間光変調素子と、これを照
明する光源を備えた階調表示装置において行う階調表示
装置において、請求項１乃至請求項５記載のいずれかの
階調表示方法を制御するコントローラを設けることを特
徴とする階調表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001102479A JP2002297085A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 階調表示方法及び階調表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001102479A JP2002297085A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 階調表示方法及び階調表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002297085A true JP2002297085A (ja) | 2002-10-09 |
Family
ID=18955668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001102479A Pending JP2002297085A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 階調表示方法及び階調表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002297085A (ja) |
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- 2001-03-30 JP JP2001102479A patent/JP2002297085A/ja active Pending
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110222 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111004 |